JP4089537B2 - 空燃比センサの異常検出装置 - Google Patents

Description

この発明は空燃比センサの異常検出装置に関し、特に、内燃機関等の排気ガスの酸素濃度を測定する酸素センサの異常検出装置に適用して好適である。

従来から、内燃機関の排気ガス中のエミッションを低下させるために、内燃機関の排気系に取り付けたＡ／Ｆセンサ（酸素センサ）の出力信号に基づいて、内燃機関に供給する燃料混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）が制御されている。

このようなＡ／Ｆセンサの異常を判定する方法として、Ａ／Ｆをリーン／リッチに強制振動させて、そのときのセンサ出力の応答性からＡ／Ｆセンサの異常を検出する方法が知られている。

特許第２８３７６９０号公報 特開平５−２５６１７５号公報 特開平８−２５４５１９号公報 特開平８−１０１１６１号公報 特開平４−１３４１５２号公報

しかしながら、Ａ／Ｆをリーン／リッチに強制振動させた場合に、正常センサと異常センサのそれぞれの出力に大きな相違が発生しないために、センサの異常検出が困難となる場合がある。図１２は、燃料噴射弁からの燃料噴射量を所定の周期Ｔで増減させて、Ａ／Ｆをリーン／リッチに強制振動させた場合のＡ／Ｆセンサ出力を示す特性図である。図１２において、実線１００ａは正常センサの出力を、破線１００ｂは異常センサの出力を示している。このように、周期Ｔで燃料噴射量を増減させると、正常センサ、異常センサの出力１００ａ，１００ｂは、理論空燃比に対応する出力１０２を中心として振動する。

図１２に示すように、時刻ｔ１１で燃料噴射量がリッチからリーンに切り換わると、出力１００ａ，１００ｂは増加していき、最大値に到達する。時刻ｔ１２で燃料噴射量がリーンからリッチに切り換わると、出力１００ａ，１００ｂは減少し、最小値に到達する。

図１２に示すように、正常センサは応答性が良好であるため、時刻ｔ１１で燃料噴射量がリッチからリーンに切り換わった後、短時間で最大値に到達する。一方、異常センサの出力１００ｂは正常センサの出力１００ａに比べて応答遅れが生じている。

このとき、周期Ｔが比較的長い場合は、センサが劣化している場合であっても出力が大きくなるという問題が発生する。すなわち、図１２に示すように、応答性の劣化している異常センサの出力１００ｂは、周期Ｔの間に最大値または最小値に到達し、正常センサの出力１００ａと同等になる。

センサ出力の応答性からＡ／Ｆセンサの異常検出を行う場合、具体的にはセンサ出力の軌跡長、またはセンサ出力と理論空燃比の出力１０２とで囲まれた領域の面積に基づいて異常検出を行う。図１２に示すように、正常センサの出力１００ａと異常センサの出力１００ｂが同等の出力レベルになると、軌跡長または面積に基づいて異常検出を行うことが困難となる。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、燃料噴射量を周期的に増減して空燃比センサの異常検出を行う場合に、空燃比センサの異常検出を高い精度で行うことを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、オープンループ制御により燃料噴射量を周期的に増減する燃料噴射量増減手段と、空燃比を検出する空燃比センサと、前記空燃比センサの出力に基づいて前記空燃比センサの異常を検出する異常検出手段と、吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、前記吸入空気量に応じて前記燃料噴射量を増減する周期を可変する周期可変手段と、を備えたことを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記周期可変手段は、前記吸入空気量の増加に応じて前記周期を短くすることを特徴とする。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記異常検出手段は、前記空燃比センサの出力の軌跡長と所定の基準値とを比較した結果に基づいて前記空燃比センサの異常を検出することを特徴とする。

第４の発明は、第１又は第２の発明において、前記異常検出手段は、前記空燃比センサの出力から得られる面積と所定の基準値とを比較した結果に基づいて前記空燃比センサの異常を検出することを特徴とする。

第５の発明は、第１〜第４の発明のいずれかにおいて、前記吸入空気量に応じて前記空燃比センサの出力を補正する第１の補正手段を更に備えたことを特徴とする。

第６の発明は、第１〜第５の発明のいずれかにおいて、大気圧を検出する大気圧検出手段と、前記大気圧に応じて前記空燃比センサの出力を補正する第２の補正手段と、を更に備えたことを特徴とする。

第１の発明によれば、吸入空気量に応じて燃料噴射量を増減する周期を可変することができるため、正常センサと異常センサの出力の差を確実に検出することが可能となる。従って、空燃比センサの異常検出を高い精度で行うことが可能となる。

第２の発明によれば、吸入空気量に応じて燃料噴射量を増減する周期を短くすることで、異常センサの出力がピーク値に到達する前に燃料噴射量を切り換える制御が可能となる。従って、正常センサの出力と異常センサの出力が確実に相違することとなり、空燃比センサの異常検出を高い精度で行うことが可能となる。

第３の発明によれば、空燃比センサの出力の軌跡長と所定の基準値とを比較した結果に基づいて空燃比センサの異常を確実に検出することができる。

第４の発明によれば、空燃比センサの出力から得られる面積と所定の基準値とを比較した結果に基づいて前記空燃比センサの異常を検出することができる。

第５の発明によれば、吸入空気量に応じて空燃比センサの出力を補正することができるため、補正した空燃比センサの出力に基づいて高精度に空燃比センサの異常検出を行うことができる。

第６の発明によれば、大気圧に応じて空燃比センサの出力を補正することができるため、補正した空燃比センサの出力に基づいて高精度に空燃比センサの異常検出を行うことができる。

以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の各実施の形態にかかる空燃比センサの異常検出装置及びその周辺の構造を説明するための図である。内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２は、上流側の端部にエアフィルタ１６を備えている。エアフィルタ１６には、吸気温ＴＨＡ（すなわち外気温）を検出する吸気温センサ１８が組みつけられている。

エアフィルタ１６の下流には、エアフロメータ２０が配置されている。エアフロメータ２０は、吸気通路１２を流れる空気流入量Ｇａを検出するセンサである。エアフロメータ２０の下流には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ２４と、スロットルバルブ２２が全閉となることでオンとなるアイドルスイッチ２６とが配置されている。

スロットルバルブ２２の下流には、サージタンク２８が設けられている。また、サージタンク２８の更に下流には、内燃機関１０の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁３０が配置されている。

排気通路１４には、上流側触媒（スタートキャタリスト）３２と下流側触媒（ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒）３４とが直列に配置されている。排気通路１４における上流側触媒３２の上流には、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）３５が配置されている。空燃比センサ３５は排気ガス中の酸素濃度を検出するセンサであって、上流側触媒３２に流入する排気ガス中の酸素濃度に基づいて内燃機関１０で燃焼に付された混合気の空燃比を検出するものである。また、排気通路１４における上流側触媒３２と下流側触媒３４の間には、Ｏ２センサ３８が配置されている。

図１に示すように、本実施形態の異常検出装置はＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上述した各種センサおよび燃料噴射弁３０に加えて、車速ＳＰＤを検出する車速センサ４４、大気圧を検出する大気圧センサ４６などが接続されている。

本実施形態の異常検出装置は、オープンループ制御により、ベース噴射量を基準として燃料噴射弁３０から噴射する燃料噴射量を周期的に増減させる制御（空燃比アクティブ制御）を行い、そのときの空燃比センサ３５の応答性からセンサの異常を検出する。オープンループ制御により燃料噴射量を増減させることで、空燃比センサ３５の応答性を直接的に検出することができ、異常検出を正確に行うことができる。

図２は、オープンループ制御により空燃比アクティブ制御を行った場合の、燃料噴射量と空燃比センサ３５の出力（Ａ／Ｆ出力５０）を示すタイミングチャートである。ここで、図２（Ａ）は、周期的に増減させた燃料噴射量を、図２（Ｂ）は空燃比センサ３５から検出されたＡ／Ｆ出力５０を、それぞれ示している。

図２（Ａ）に示すように、空燃比アクティブ制御では、ベース燃料噴射量ＴＡＵに対して所定の噴射量ΔTauを増量または減量することで、燃料噴射量を周期的に増減させる。ベース燃料噴射量ＴＡＵは、ストイキ（＝１４．６）の空燃比に対応した燃料噴射量であって、吸入空気量Ｇａに基づいて求められる値である。また、Δtauは、ベース燃料噴射量に所定の比率を乗算して得られる値である。従って、吸入空気量Ｇａが異なる条件下ではベース燃料噴射量ＴＡＵは異なり、ベース燃料噴射量ＴＡＵに応じてΔTauの値も異なる値となる。

図２（Ｂ）に示すように、Ａ／Ｆ出力５０は、燃料噴射量の増減に応じてストイキのＡ／Ｆ出力５５を中心としてリッチ／リーンに変動する。

図３（Ａ）は、図２（Ｂ）のＡ／Ｆ出力５０を詳細に示す模式図である。図３（Ａ）において、Ａ／Ｆ出力５０ａは空燃比センサ３５が正常な場合の出力を、Ａ／Ｆ出力５０ｂは空燃比センサ３５が異常な場合の出力をそれぞれ示している。図３（Ａ）に示すように、正常センサのＡ／Ｆ出力５０ａは、異常センサのＡ／Ｆ出力５０ｂに比べて良好な応答性を示す。本実施形態の異常検出装置は、正常センサのＡ／Ｆ出力５０ａを基準とし、正常センサのＡ／Ｆ出力５０ａと異常センサのＡ／Ｆ出力５０ｂの軌跡長を比較することで異常検出を行う。また、正常センサのＡ／Ｆ出力５０ａとストイキのＡ／Ｆ出力５５とによって囲まれる面積と、異常センサのＡ／Ｆ出力５０ｂとストイキのＡ／Ｆ出力５５とによって囲まれる面積とを比較することで異常検出を行ってもよい。なお、以下の説明では、Ａ／Ｆ出力５０とストイキのＡ／Ｆ出力５５で囲まれる面積を単に「面積」という。

図３（Ａ）に示すように、時刻ｔ１において燃料噴射量をリッチからリーンに切り換えると、Ａ／Ｆ出力５０ａ，５０ｂは増加し、時刻ｔ２で正常センサのＡ／Ｆ出力５０ａは最大値に到達する。時刻ｔ２で燃料噴射量をリーンからリッチに切り換えると、Ａ／Ｆ出力５０ａ，５０ｂは減少し、時刻ｔ３で正常センサのＡ／Ｆ出力５０ａは最小値に到達する。正常センサのＡ／Ｆ出力５０ａが最大値に到達した時刻ｔ２の時点では異常センサのＡ／Ｆ出力５０ｂは最大値に到達しておらず、また、正常センサのＡ／Ｆ出力５０ａが最小値に到達した時刻ｔ３の時点では異常センサのＡ／Ｆ出力５０ｂは最小値に到達していない。従って、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間、または時刻ｔ２から時刻ｔ３の間におけるＡ／Ｆ出力５０ａとＡ／Ｆ出力５０ｂの軌跡長、面積は明確に相違し、軌跡長または面積に基づいて空燃比センサ３５の異常判定を正確に行うことができる。

図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の場合よりも吸入空気量Ｇａが増加した場合のＡ／Ｆ出力５０を示している。吸入空気量Ｇａが増加すると燃料噴射量の増減に対するＡ／Ｆ出力５０の応答性が良好となり、正常センサのＡ／Ｆ出力５０ａは時刻ｔ４で最大値に到達する。すなわち、燃料噴射量をリッチからリーンに切り換えた後、図３（Ａ）の場合よりも短時間で正常センサのＡ／Ｆ出力５０ａは最大値に到達する。また、異常センサのＡ／Ｆ出力５０ｂの応答性も良好となり、Ａ／Ｆ出力５０ｂは時刻ｔ５で最大値に到達する。

吸入空気量Ｇａに応じて空燃比センサ３５の出力の応答性が変動する要因として、排気輸送遅れ時間の変動と、空燃比センサ３５における反応速度の変動を挙げることができる。

燃料噴射弁３０において燃料噴射量を増減させた後、燃料の増減分が反映された排気ガスが空燃比センサ３５まで到達する時間（排気輸送遅れ時間）は吸入空気量Ｇａに応じて変動する。そして、吸入空気量Ｇａが多いほど吸気、排気の流速が速くなるため、排気輸送遅れ時間は短くなる。従って、吸入空気量Ｇａが増加すると空燃比センサ３５の応答性は良好となる。

また、吸入空気量Ｇａが多くなると、空燃比センサ３５の近傍の酸素濃度は高くなる。酸素濃度が高くなると、空燃比センサ３５における反応が促進されるため、空燃比センサ３５における反応速度は速くなる。従って、吸入空気量Ｇａが多くなると、空燃比センサ３５の応答性は良好となる。

図３（Ｂ）に示すように、吸入空気量Ｇａの増加によって空燃比センサ３５の応答性が良好となると、時刻ｔ１で燃料噴射量をリッチからリーンに切り換えた後、次に燃料噴射量をリーンからリッチに切り換えるまでの間に正常センサと異常センサの双方のＡ／Ｆ出力５０ａ，５０ｂが最大値に到達してしまう。従って、正常センサのＡ／Ｆ出力５０ａと異常センサのＡ／Ｆ出力５０ｂとの間において、軌跡長または面積に殆ど差が生じなくなる。

そこで、本実施形態の異常検出装置では、吸入空気量Ｇａの変動に応じて、燃料噴射量を増減する周期Ｔを変動させるようにしている。すなわち、図３（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１において燃料噴射量をリッチからリーンに切り換えた後、正常センサの出力が最大値に達した時刻ｔ４の時点で燃料噴射量をリーンからリッチに切り換えるようにする。これにより、正常センサの出力がピークに到達する時間（時刻ｔ１からｔ４までの時間）Ｔ’で燃料噴射量の切り換えが行われることとなる。そして、以降の燃料噴射量の切り換え周期をＴ’として燃料噴射量の増減を行う。

これにより、正常センサの出力が最大値に到達した直後に燃料噴射量を切り換える制御が可能となる。そして、時刻ｔ４の時点では異常センサのＡ／Ｆ出力５０ｂは最大値に到達していないため、正常センサのＡ／Ｆ出力５０ａと異常センサのＡ／Ｆ出力５０ｂとは明確に相違することとなる。従って、正常センサの軌跡長または面積を基準として、異常判定の対象となる空燃比センサ３５の出力の軌跡長、面積と比較することにより、空燃比センサ３５の異常検出を正確に行うことが可能となる。

なお、燃料噴射量の増減の周期を図３（Ｂ）に示すＴ’よりも短くすると、正常センサのＡ／Ｆ出力５０ａと異常センサのＡ／Ｆ出力５０ｂとの差が小さくなる。従って、燃料噴射量をリッチ→リーンまたはリーン→リッチに切り換えた後、正常センサのＡ／Ｆ出力５０ａが最大値または最小値に到達するのに必要な時間で燃料噴射量を切り換えることが好適である。

図４は、燃料噴射量を増減する周期Ｔと吸入空気量Ｇａとの関係を示す特性図である。吸入空気量Ｇａの増加に伴って空燃比センサ３５の出力の応答性が良好となるため、図４に示すように、吸入空気量Ｇａの増加に伴って周期Ｔを短くするように制御を行う。図４の特性は、燃料噴射量をリッチ→リーンまたはリーン→リッチに切り換えた後、正常センサのＡ／Ｆ出力５０ａが最大値または最小値に到達する時間を吸入空気量Ｇａ毎に測定することで得ることができる。ＥＣＵ４０は、図４の特性をマップとして記憶している。図４に基づいて、吸入空気量Ｇａに応じて周期Ｔを可変することで、どの吸入空気量域であっても空燃比センサ３５の異常検出を正確に行うことが可能となる。

次に、図５のフローチャートに基づいて、本実施形態の異常検出装置における処理の手順を説明する。先ず、ステップＳ１では、アクティブ制御条件が成立しているか否かを判定する。ここで、アクティブ制御条件の成立している場合とは、定速運転時など負荷変動の少ない場合、空燃比センサ３５が活性状態に達している場合、水温、触媒温度が適温に達している場合、などをいう。アクティブ制御条件が成立している場合は、空燃比センサ３５の異常検出が可能であるためステップＳ２へ進む。一方、アクティブ制御条件が成立していない場合は終了する(END)。

ステップＳ２では、エアフロメータ２０から吸入空気量Ｇａを検出し、次のステップＳ３では、ステップＳ２で検出した吸入空気量Ｇａを図４の特性に当てはめて、燃料噴射量を増減する周期Ｔを吸入空気量Ｇａに応じた時間に設定する。

次のステップＳ４では、ステップＳ３で設定した周期Ｔで燃料噴射量を増減させ、空燃比アクティブ制御を行う。次のステップＳ５では、空燃比アクティブ制御を行っている状態で空燃比センサ３５の出力を検出する。

次のステップＳ６では、検出した空燃比センサ３５の出力の軌跡長Ｌ１を求める。ここでは、例えば所定回数の燃料噴射量の増減に対応したＡ／Ｆ出力５０の軌跡長Ｌ１を求める。次のステップＳ７では、上記所定回数の燃料噴射量に対応した正常センサのＡ／Ｆ出力５０ａの軌跡長Ｌ２を取得する。ここで、正常センサの軌跡長Ｌ２は、各吸入空気量Ｇａ毎に予め求めておき、ＥＣＵ４０に記憶させておく。そして、ステップＳ７では、ステップＳ２で検出した吸入空気量Ｇａに対応した軌跡長Ｌ２を取得する。

次のステップＳ８では、ステップＳ６で求めた軌跡長Ｌ１とステップＳ７で取得した軌跡長Ｌ２との差の絶対値｜Ｌ１−Ｌ２｜を求め、絶対値｜Ｌ１−Ｌ２｜と所定のしきい値との大小関係を比較する。

ステップＳ８で絶対値｜Ｌ１−Ｌ２｜が所定のしきい値以下である場合は、ステップＳ９へ進み、空燃比センサ３５が正常であると判定する。一方、ステップＳ８で絶対値｜Ｌ１−Ｌ２｜が所定のしきい値よりも大きい場合は、ステップＳ１０へ進み、空燃比センサ３５が異常であると判定する。

なお、図５のフローチャートでは、空燃比センサ３５の出力の軌跡長に基づいて異常検出を行ったが、面積に基づいて異常検出を行っても良い。

以上説明したように実施の形態１によれば、オープンループ制御で燃料噴射量を周期的に増減させて空燃比センサ３５の異常検出を行う場合において、吸入空気量Ｇａの変動に伴う空燃比センサ３５の応答性の変動を考慮して、吸入空気量Ｇａに応じて燃料噴射量を増減する周期Ｔを変更するようにしたため、正常センサと異常センサの出力の差を確実に検出することが可能となる。従って、空燃比センサ３５の異常検出を高い精度で行うことが可能となる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２は、吸入空気量および大気圧に応じて空燃比センサ３５の出力を補正するものである。

図６は、大気圧と空燃比センサ３５の出力の軌跡長との関係を示す特性図であって、横軸は大気圧（ｍｍＨｇ）を、縦軸は空燃比センサ３５の出力の軌跡長を電圧（Ｖ）で示している。図６に示すように、空燃比センサ３５の出力の軌跡長は大気圧に応じて変動し、大気圧が高くなると軌跡長が長くなる。これは、大気圧の上昇に応じて排気通路１４における排気圧が高くなることに起因している。排気圧が上昇すると、空燃比センサ３５近傍における酸素濃度が高くなり、空燃比センサ３５での反応が促進され、空燃比センサ３５の出力は増加する。

図７は、空燃比センサ３５の出力と軌跡長との関係を説明するための模式図である。図７において、出力Ｂの軌跡長（Ｐ１→Ｐ２）は出力Ａの軌跡長（Ｐ１→Ｐ３）より長く、大気圧の上昇によって空燃比センサ３５の出力が出力Ａから出力Ｂに増加すると、空燃比センサ３５の出力の軌跡長は増加する。従って、図６に示すように、大気圧の上昇により空燃比センサ３５の出力が増加すると、出力の軌跡長は長くなる。

また、図８は、吸入空気量Ｇａと空燃比センサ３５の出力の軌跡長との関係を示す特性図であって、横軸は吸入空気量（ｇ／ｓｅｃ）を、縦軸は空燃比センサ３５の出力の軌跡長を電圧（Ｖ）で示している。図８に示すように、空燃比センサ３５の出力の軌跡長は吸入空気量Ｇａに応じて変動し、吸入空気量Ｇａが多くなると軌跡長が長くなる。これは、実施の形態１で説明したように、吸入空気量Ｇａの増加により空燃比センサ３５近傍における酸素濃度が上昇し、空燃比センサ３５における反応が促進され、空燃比センサ３５の出力が増加するためである。そして、空燃比センサ３５の出力が増加すると、図７で説明したように空燃比センサ３５の出力の軌跡長が増加することとなる。

このように、大気圧または吸入空気量Ｇａの変動に応じて軌跡長は変動し、大気圧または吸入空気量Ｇａの変動に応じた誤差が空燃比センサ３５の出力に含まれることとなる。従って、空燃比センサ３５の出力に基づいて異常検出をすると、誤判定が生じる可能性がある。このため、本実施形態では、大気圧または吸入空気量Ｇａの変動に応じて空燃比センサ３５の出力を補正するようにしている。

図９は、空燃比センサ３５の出力（軌跡長、面積）を補正するための補正係数ｋ１と大気圧との関係を示す模式図である。図９に示すように、大気圧が高くなるほど補正係数ｋ１は小さな値に設定されている。大気圧が高くなると空燃比センサ３５の出力が大きくなるため、大気圧の上昇に応じて減少する補正係数ｋ１を用いて空燃比センサ３５の出力を補正することで、正確な異常検出が可能となる。

図１０は、空燃比センサ３５の出力を補正するための補正係数ｋ２と吸入空気量Ｇａとの関係を示す模式図である。図１０に示すように、吸入空気量Ｇａが多くなるほど補正係数ｋ２は小さな値に設定されている。吸入空気量Ｇａが多くなると空燃比センサ３５の出力が大きくなるため、吸入空気量Ｇａの増加に応じて減少する補正係数ｋ２を用いて空燃比センサ３５の出力を補正することで、正確な異常検出が可能となる。

ＥＣＵ４０は、図９、図１０の関係をマップに記憶しており、空燃比センサ３５の出力から求めた軌跡長または面積に補正係数ｋ１、および補正係数ｋ２を乗じて補正を行う。なお、大気圧および吸入空気量Ｇａから１つの補正係数を決定する２次元マップをＥＣＵ４０に記憶させ、１つの補正係数のみで空燃比センサ３５の出力を補正するようにしてもよい。

次に、図１１のフローチャートに基づいて、本実施形態の異常検出装置における処理の手順を説明する。先ず、ステップＳ１１では、アクティブ制御条件が成立しているか否かを判定する。アクティブ制御条件が成立している場合はステップＳ１２へ進み、アクティブ制御条件が成立していない場合は終了する(END)。

ステップＳ１２では、エアフロメータ２０から吸入空気量Ｇａを検出し、大気圧センサ４６から大気圧を検出する。次のステップＳ１３では、図９、図１０に基づいて、吸入空気量Ｇａ及び大気圧に応じた補正係数ｋ１およびｋ２を取得する。

次のステップＳ１４では、ステップＳ１２で検出した吸入空気量Ｇａを実施の形態１の図４の特性に当てはめて、燃料噴射量のリッチ／リーンの切り換え周期Ｔを吸入空気量Ｇａに応じた時間に設定する。

次のステップＳ１５では、ステップＳ１４で設定した周期Ｔで燃料噴射量を増減させる。次のステップＳ１６では、燃料噴射量を増減させた状態で空燃比センサ３５の出力を検出する。

次のステップＳ１７では、検出した空燃比センサ３５の出力の軌跡長Ｌ１を求める。ここでは、例えば所定回数の燃料噴射量の増減に対応したＡ／Ｆ出力５０の出力の軌跡長Ｌ１を求める。次のステップＳ１８では、ステップＳ１３で取得した補正係数ｋ１，ｋ２を用いて軌跡長Ｌ１を補正し、軌跡長Ｌ１の補正値Ｌ１’を算出する。具体的には、軌跡長Ｌ１に補正係数ｋ１，ｋ２をそれぞれ乗じて補正値Ｌ１’を算出する。

次のステップＳ１９では、上記所定回数の燃料噴射量に対応した正常センサのＡ／Ｆ出力５０ａの軌跡長Ｌ２を取得する。ここで、正常センサの軌跡長Ｌ２は各吸入空気量Ｇａ毎に予め求めておき、ＥＣＵ４０に記憶させておく。そして、ステップＳ１９では、ステップＳ１２で検出した吸入空気量Ｇａに対応した軌跡長Ｌ２を取得する。

次のステップＳ２０では、ステップＳ１８で求めた軌跡長Ｌ１の補正値Ｌ１’とステップＳ１９で取得した軌跡長Ｌ２との差の絶対値｜Ｌ１’−Ｌ２｜を求め、｜Ｌ１’−Ｌ２｜と所定のしきい値との大小関係を比較する。

ステップＳ２０で絶対値｜Ｌ１’−Ｌ２｜が所定のしきい値以下の場合は、ステップＳ２１へ進み、空燃比センサ３５が正常であると判定する。一方、ステップＳ２０で絶対値｜Ｌ１’−Ｌ２｜が所定のしきい値よりも大きい場合は、ステップＳ２２へ進み、空燃比センサ３５が異常であると判定する。

なお、図１１のフローチャートでは、実施の形態１で説明した吸入空気量Ｇａに応じた周期Ｔの設定と、大気圧及び吸入空気量Ｇａに応じた空燃比センサ３５の出力補正との双方を行ったが、周期Ｔを固定値とし、大気圧及び吸入空気量Ｇａに応じて空燃比センサ３５の出力を補正するようにしてもよい。また、図１１のフローチャートでは、空燃比センサ３５の出力の軌跡長に基づいて異常検出を行ったが、面積に基づいて異常検出を行っても良い。

以上説明したように実施の形態２によれば、吸入空気量Ｇａまたは大気圧に応じて空燃比センサ３５の出力を補正するようにしたため、吸入空気量Ｇａまたは大気圧の影響で空燃比センサ３５の出力が変動した場合であっても、空燃比センサ３５の異常検出を高い精度で行うことが可能となる。

なお、実施の形態２では大気圧に応じて空燃比センサ３５の出力を補正することとしたが、例えば排気圧センサを備えた機関の場合、排気圧に基づいて空燃比センサ３５の出力を補正してもよい。

本発明の各実施の形態にかかる空燃比センサの異常検出装置及びその周辺の構造を説明するための模式図である。 オープンループ制御により空燃比アクティブ制御を行った場合の、燃料噴射量と空燃比センサの出力を示すタイミングチャートである。 図２（Ｂ）のＡ／Ｆ出力を詳細に示す模式図である。 燃料噴射量を増減する周期Ｔと吸入空気量Ｇａとの関係を示す特性図である。 実施の形態１の異常検出装置における処理の手順を示すフローチャートである。 大気圧と空燃比センサの出力の軌跡長との関係を示す特性図である。 空燃比センサの出力と軌跡長との関係を説明するための模式図である。 吸入空気量Ｇａと空燃比センサの出力の軌跡長との関係を示す特性図である。 空燃比センサの出力を補正するための補正係数ｋ１と大気圧との関係を示す模式図である。 空燃比センサ３５の出力を補正するための補正係数ｋ２と吸入空気量Ｇａとの関係を示す模式図である。 実施の形態２の異常検出装置における処理の手順を示すフローチャートである。 Ａ／Ｆをリーン／リッチに強制振動させた場合のＡ／Ｆセンサ出力を示す特性図である。

符号の説明

２０ エアフロメータ
３０ 燃料噴射弁
３５ Ａ／Ｆセンサ
４０ ＥＣＵ
４６ 大気圧センサ

Claims (6)

1. オープンループ制御により燃料噴射量を周期的に増減する燃料噴射量増減手段と、
   空燃比を検出する空燃比センサと、
   前記空燃比センサの出力に基づいて前記空燃比センサの異常を検出する異常検出手段と、
   吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
   前記吸入空気量に応じて前記燃料噴射量を増減する周期を可変する周期可変手段と、
   を備えたことを特徴とする空燃比センサの異常検出装置。
2. 前記周期可変手段は、前記吸入空気量の増加に応じて前記周期を短くすることを特徴とする請求項１記載の空燃比センサの異常検出装置。
3. 前記異常検出手段は、前記空燃比センサの出力の軌跡長と所定の基準値とを比較した結果に基づいて前記空燃比センサの異常を検出することを特徴とする請求項１又は２記載の空燃比センサの異常検出装置。
4. 前記異常検出手段は、前記空燃比センサの出力から得られる面積と所定の基準値とを比較した結果に基づいて前記空燃比センサの異常を検出することを特徴とする請求項１又は２記載の空燃比センサの異常検出装置。
5. 前記吸入空気量に応じて前記空燃比センサの出力を補正する第１の補正手段を更に備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空燃比センサの異常検出装置。
6. 大気圧を検出する大気圧検出手段と、
   前記大気圧に応じて前記空燃比センサの出力を補正する第２の補正手段と、
   を更に備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の空燃比センサの異常検出装置。

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