JP4835704B2

JP4835704B2 - 酸素センサの異常判定装置

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Publication number: JP4835704B2
Application number: JP2009039219A
Authority: JP
Inventors: 貴志中村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-02-23
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2029-02-23
Also published as: JP2010196483A; US20100212414A1; US8210034B2

Description

本発明は、内燃機関の触媒コンバータの下流に設けられる酸素センサの異常を判定する、酸素センサの異常判定装置に関する。

従来より、内燃機関では、排気通路に設けられた排気浄化用の触媒によって排気成分の浄化が行われている。この触媒による排気成分の浄化は、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比が所定の範囲内にある場合に効率よく行われる。そこで触媒上流側に排気の酸素濃度を検出する酸素センサを設け、このセンサの出力信号に基づいて混合気の空燃比を検出し、この検出された空燃比が目標空燃比になるよう燃料噴射量に対する空燃比補正値を求めて燃料噴射量を増減補正する空燃比フィードバック制御が一般的に行われている。

また、触媒による排気成分の浄化状態を把握するために、触媒下流側にも酸素センサを設け、この酸素センサの出力値に基づいて触媒を通過した後の排気の空燃比を検出し、上記空燃比補正値に対する修正値を算出する、いわゆる空燃比のサブフィードバック制御も一般的に行われている。

ここで、上記サブフィードバック制御では触媒下流側の酸素センサの出力値が利用されるため、その酸素センサに異常が生じていると正常な制御ができなくなり、ひいては排気の浄化が十分に行われなくなるおそれがある。

そこで、燃料噴射弁からの燃料噴射を中止する燃料カットを実行し、これにより排気通路に新気が導入される際に、触媒下流側の酸素センサの出力値がリーン側へ変化し始めた後の出力値の変化度合いに基づいて、同酸素センサの異常判定を行う装置が従来より提案されている（例えば、特許文献１〜３を参照。）。

例えば、特許文献１および特許文献３に開示されている装置では、燃料カットが実行されてから、触媒下流側の酸素センサの出力値がリーン側へ変化し始めた後、出力値が第１閾値からこの第１閾値よりリーン側の第２閾値へ変化するのに要する時間を応答時間として計測する。そして、この応答時間が予め設定された基準応答時間より長い場合に触媒下流側の酸素センサを異常として判定する。

ところで、触媒下流側の酸素センサが正常なものであっても、燃料カットが実行された後、触媒下流側の酸素センサに新気が到達する前に、同酸素センサの出力値がリーン側へ徐々に変化していくことがある（以下、この現象を「新気到達前出力低下現象」ともいう。）。このような現象が発生しているにもかかわらず、上記応答時間に基づいて酸素センサの異常判定を行うと、実際には酸素センサが正常なものであっても異常であるとの誤判定がなされる可能性がある。

このような誤判定を極力抑えるために、特許文献３に開示されている装置では、触媒上流側の酸素センサに新気が到達したか否かを判定し、同酸素センサに新気が到達したと判定した直後の触媒下流側酸素センサの出力値を検出するようにしている。そして、この出力値が予め設定された判定値以下の場合に、触媒下流側の酸素センサが異常であるとの判定を禁止するようにしている。

特開平９−１７０９６６号公報特開２００３−３４３３３９号公報特開２００８−１６９７７６号公報

ところで、既述したように、特許文献３に開示されている装置では、触媒上流側の酸素センサに新気が到達した直後の触媒下流側の酸素センサの出力値に基づいて、新気到達前出力低下現象の発生の有無を判断しているが、この判断精度は未だ十分とはいえず、更に上記判断精度の向上が望まれていた。

本発明は、既述の実情に鑑みて創案されたものであり、触媒の下流側に設けられた酸素センサの異常を判定する酸素センサの異常判定装置において、燃料カット後、新気が触媒下流側の酸素センサに到達する前に、同酸素センサの出力値がリーン側へ徐々に変化する現象に起因する誤判定を抑制し、なおかつ、同現象の発生有無の判断精度を従来より向上させて、更に効率的な判定処理を可能とする酸素センサの異常判定装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するための手段として、本発明の酸素センサの異常判定装置は、以下のように構成されている。

すなわち、本発明の酸素センサの異常判定装置は、排気通路に設けられた触媒と、前記排気通路の前記触媒の下流側に設けられた酸素センサと、前記酸素センサの出力値が燃料カットの開始前に継続してリッチ出力値となったリッチ出力継続時間を取得するリッチ出力継続時間取得手段と、前記リッチ出力継続時間取得手段により取得されたリッチ出力継続時間が予め設定された設定継続時間より長いか否かを判定する第１判定手段と、前記燃料カットの開始後に、前記酸素センサの出力値がリッチ側からリーン側へ変化する変化の度合いが予め設定された設定変化度合いより緩やかであるか否かを判定する第２判定手段と、前記第１判定手段によって肯定判定がなされ、前記第２判定手段によっても肯定判定がなされた場合に、前記酸素センサを異常と判定する第３判定手段と、を備えることを特徴としている。

かかる構成を備える酸素センサの異常判定装置によれば、リッチ出力継続時間が予め設定された設定継続時間より長く、且つ、燃料カットの開始後に、酸素センサの出力値がリッチ側からリーン側へ変化する変化の度合いが予め設定された設定変化度合いより緩やかである場合に、酸素センサが異常と判定される。リッチ出力継続時間は、触媒内でリッチガス成分がどの程度充満しているかを精度良く示すパラメータとなる。したがって、前記設定継続時間として適切な値を設定することを前提として、燃料カット後、新気が触媒下流側の酸素センサに到達する前に、同酸素センサの出力値がリーン側へ徐々に変化する現象の発生有無の判断精度を従来より向上させることができる。

また、本発明の酸素センサの異常判定装置は、既述の何れかの構成において、好ましくは、前記第２判定手段は、燃料カットの開始後に、前記酸素センサの出力値が第１基準値からこの第１基準値よりリーン側の第２基準値へ変化するのに要した応答時間が予め設定された基準応答時間より長いか否かを判定するものである。

また、本発明の酸素センサの異常判定装置は、既述の何れかの構成において、好ましくは、前記第３判定手段は、前記第１判定手段によって否定判定がなされ、且つ、前記第２判定手段によって肯定判定がなされた場合、前記酸素センサを異常と判定することなく、次回の燃料カットの開始後に再判定を行うものである。

かかる構成を備える酸素センサの異常判定装置によれば、既述の作用効果が奏されるとともに、燃料カット後、新気が触媒下流側の酸素センサに到達する前に、同酸素センサの出力値がリーン側へ徐々に変化する現象に起因する誤判定を抑制できる。

また、本発明の酸素センサの異常判定装置は、上記構成において、好ましくは、前記第３判定手段は、前記第１判定手段による否定判定および前記第２判定手段による肯定判定が、予め設定された設定回数だけ連続してなされた場合にも、前記酸素センサを異常と判定するものである。

正常な酸素センサであれば、第１判定手段による否定判定および第２判定手段による肯定判定が、多数回連続することは稀であるため、早期に異常判定を確定することで、制御装置の負担を軽減できる。

また、本発明の酸素センサの異常判定装置は、排気通路に設けられた触媒と、前記排気通路の前記触媒の下流側に設けられた酸素センサと、前記酸素センサの出力値が燃料カットの開始前に継続してリッチ出力値である間の内燃機関の吸入空気量又は排気量を算出する空気量算出手段と、前記空気量算出手段により算出された吸入空気量又は排気量が予め設定された設定値より多いか否かを判定する第１判定手段と、前記燃料カットの開始後に、前記酸素センサの出力値がリッチ側からリーン側へ変化する変化の度合いが予め設定された設定変化度合いより緩やかであるか否かを判定する第２判定手段と、第１判定手段によって肯定判定がなされ、第２判定手段によっても肯定判定がなされた場合に、前記酸素センサを異常と判定する第３判定手段と、を備え、前記第３判定手段は、前記第１判定手段によって否定判定がなされ、且つ、前記第２判定手段によって肯定判定がなされた場合、前記酸素センサを異常と判定することなく、次回の燃料カットの開始後に再判定を行うと共に、前記第１判定手段による否定判定および前記第２判定手段による肯定判定が、予め設定された設定回数だけ連続してなされた場合にも、前記酸素センサを異常と判定する、
ことを特徴としている。正常な酸素センサであれば、第１判定手段による否定判定および第２判定手段による肯定判定が、多数回連続することは稀であるため、かかる構成を備える酸素センサの異常判定装置によれば、早期に異常判定を確定することで、制御装置の負担を軽減できる。

本発明の酸素センサの異常判定装置によれば、燃料カット後、新気が触媒下流側の酸素センサに到達する前に、同酸素センサの出力値がリーン側へ徐々に変化する現象に起因する誤判定を抑制し、なおかつ、同現象の発生有無の判断精度を従来より向上させて、更に効率的な異常判定処理が可能となる。

本発明の実施の形態に係る酸素センサの異常判定装置を搭載した車両のエンジンおよびその周辺部を示す概略図である。燃料カットの実行前後におけるエンジンの吸入空気量、燃料カットフラグ、下流側酸素センサの出力値等を示すタイムチャートである。本発明の第１の実施の形態に係る酸素センサの異常判定装置において実行される処理動作を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態に係る酸素センサの異常判定装置において実行される処理動作を示すフローチャートである。

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る酸素センサの異常判定装置が搭載された車両のエンジン１０１と、その周辺構成の概略を示している。なお、図１にはエンジン１０１の１気筒の構成のみを示している。

エンジン１０１は、例えば４気筒ガソリンエンジンであって、燃焼室１０１ａを形成するピストン１０１ｂおよびクランクシャフト１１５を備えている。ピストン１０１ｂはコネクティングロッド１１６を介してクランクシャフト１１５に連結されており、ピストン１０１ｂの往復運動がコネクティングロッド１１６によってクランクシャフト１１５の回転運動へと変換される。

クランクシャフト１１５には、シグナルロータ１１７が取り付けられている。シグナルロータ１１７の近傍にはクランクポジションセンサ１２４が設置されており、このクランクポジションセンサ１２４は、クランクシャフト１１５の回転中に、パルス状の信号を発生する。

エンジン１０１のシリンダブロック１０１ｃには、エンジン冷却水温を検出する水温センサ１２１が設けられている。エンジン１０１の燃焼室１０１ａには点火プラグ１０３が配置されており、この点火プラグ１０３の点火タイミングはイグナイタ１０４によって調整される。イグナイタ１０４はＥＣＵ（電子制御ユニット）２００によって駆動制御される。

エンジン１０１の燃焼室１０１ａには吸気通路１１１と排気通路１１２とが接続されている。燃焼室１０１ａと吸気通路１１１との間には吸気バルブ１１３が、燃焼室１０１ａと排気通路１１２との間には排気バルブ１１４が設けられている。これら吸気バルブ１１３および排気バルブ１１４の開閉駆動は、クランクシャフト１１５の回転が伝達される吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトの各回転によって行われる。

エンジン１０１の吸気通路１１１には、エアクリーナ１０７、熱線式のエアフロメータ１２２、吸気温センサ１２３（エアフロメータ１２２に内蔵）およびエンジン１０１の吸入空気量を調整するための電子制御式のスロットルバルブ１０５が配置されている。スロットルバルブ１０５はスロットルモータ１０６によって駆動される。スロットルバルブ１０５の開度はスロットル開度センサ１２５によって検出される。

また、吸気通路１１１には燃料噴射用のインジェクタ１０２が設置されている。インジェクタ１０２には、燃料タンクから燃料ポンプによって所定圧力の燃料が供給され、吸気通路１１１に燃料が噴射される。この噴射燃料は吸入空気と混合されて混合気となってエンジン１０１の燃焼室１０１ａに導入される。燃焼室１０１ａに導入された混合気は点火プラグ１０３にて点火されて燃焼・爆発する。この混合気の燃焼室１０１ａ内での燃焼・爆発によりピストン１０１ｂが往復運動してクランクシャフト１１５が回転する。

エンジン１０１の排気通路１１２には、排気ガスを浄化する三元触媒１０８（触媒）が設けられている。この三元触媒１０８は、理論空燃比近傍での燃焼が行われる状態において、排気中のＨＣやＣＯを酸化するとともに同排気中のＮＯｘを還元して排気を浄化する機能を有している。

さらに、エンジン１０１の排気通路１１２には、三元触媒１０８の上流側に排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサ１２６が設けられている。

また、三元触媒１０８の下流側には、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１２７（以下、「下流側酸素センサ１２７」ともいう。）が設けられている。下流側酸素センサ１２７は、排気ガス中のリッチガス成分（ＣＯ、ＨＣ等）およびリーンガス成分（酸素成分）の双方に反応し、空燃比が理論空燃比よりもリッチのときには所定値（例えば０．６Ｖ）以上の出力が得られ、空燃比が理論空燃比よりもリーンのときには所定値（例えば０．２Ｖ）未満の出力が得られる。本実施形態では、酸素センサ１２７の出力電圧が「０．６Ｖ」以上の場合に、空燃比は「リッチ」であると判定し、出力電圧が「０．２Ｖ」未満の場合には、空燃比が「リーン」であると判定される。

ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどを備えてなる電子制御ユニットである。ＲＯＭは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるデータを記憶している。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやデータに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭはＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭはエンジン１０１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

ＥＣＵ２００には、図１に示すように、水温センサ１２１、エアフロメータ１２２、吸気温センサ１２３、クランクポジションセンサ１２４、スロットル開度センサ１２５、空燃比センサ１２６、下流側酸素センサ１２７などの各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ２００には、インジェクタ１０２、点火プラグ１０３のイグナイタ１０４、スロットルバルブ１０５のスロットルモータ１０６等が接続されている。

そして、ＥＣＵ２００は、上記した各種センサの検出信号に基づいて、インジェクタ１０２の燃料噴射制御、点火プラグ１０３の点火制御などを含むエンジン１の各種制御を実行する。

また、ＥＣＵ２００は、下流側酸素センサ１２７の応答劣化について異常であるか否かを判定する異常判定処理を行う。

＜異常判定処理＞
以下、下流側酸素センサ１２７の異常判定処理について詳細に説明する。

図２は、燃料カットの実行前後におけるエンジン１０１の吸入空気量、燃料カット状態か否かを示す燃料カットフラグ、下流側酸素センサ１２７の出力値等を示すタイムチャートである。ここで、下流側酸素センサ１２７の出力値は正常な下流側酸素センサ１２７によるものである。

図２（ａ）は、燃料カットが実行された後、下流側酸素センサ１２７に新気が到達する時（時刻Ｔ２で示す。）に、その出力値が急速に低下してリーン状態を示す場合の実験結果の一例を示している。図２（ｂ）は、技術背景の欄で説明した「新気到達前出力低下現象」が発生した場合の実験結果の一例を示している。

本件発明者は、燃料カットの開始時（時刻Ｔ１）前に、下流側酸素センサ１２７の出力値が、所定のリッチ出力基準値（本実施形態では、０．６Ｖ）を超えるリッチ出力値を所定時間以上継続していた場合、図２（ａ）に示すように、「新気到達前出力低下現象」が発生する可能性が低く、逆に、燃料カットの開始時（時刻Ｔ１）前に、下流側酸素センサ１２７の出力値が、リッチ出力値を所定時間以上継続しなかった場合、図２（ｂ）に示すように、「新気到達前出力低下現象」が発生する可能性が高くなることを見出した。

このように、燃料カットの開始前における、下流側酸素センサ１２７のリッチ出力値の継続時間ＳＴによって、「新気到達前出力低下現象」の発生を予測できるのは、次のような理由によるものと推定される。

すなわち、燃料カット開始前の下流側酸素センサ１２７のリッチ出力値の継続時間ＳＴが長かった場合、燃料カット開始時に三元触媒１０８は全体的にリッチガス成分（ＣＯ、ＸＨＣ等）で充満されている。このため、エンジン１０１がアイドル状態や燃料カット状態に遷移し排気流量が急減しても、下流側酸素センサ１２７に新気が到達するまでの間、十分な量のリッチガス成分が三元触媒１０８から流れ出し、同酸素センサ１２７の出力値がリッチ出力値に維持されると考えられる。

一方、燃料カット開始前の下流側酸素センサ１２７のリッチ出力値の継続時間ＳＴが短かった場合、燃料カット開始時に三元触媒１０８はさほどリッチガス成分で充満されておらず、その結果、エンジン１０１がアイドル状態や燃料カット状態に遷移し、排気流量が急減すると、下流側酸素センサ１２７に新気が到達するまでの間、十分な量のリッチガス成分が三元触媒１０８から流れ出ず、同酸素センサ１２７の出力値がリッチ出力値で維持されないと考えられる。

そこで、本実施形態では、下流側酸素センサ１２７の出力値が燃料カットの開始前に継続してリッチ出力値となったリッチ出力継続時間ＳＴを取得し、燃料カットの開始後、直近のリッチ出力継続時間ＳＴが、予め設定した設定継続時間より長いか否かを判定する（以下この判定を「第１判定」ともいう。）。そして、この第１判定の判定結果と後述する第２判定による判定結果とに基づいて、下流側酸素センサ１２７の異常判定を行う。

第２判定では、燃料カットの開始後、下流側酸素センサ１２７の出力値がリッチ側からリーン側へ変化する所定範囲での変化の度合いが予め設定した設定変化度合いより緩やかであるか否かの判定を行う。具体的には、燃料カットの開始後、下流側酸素センサ１２７の出力値が予め設定した第１基準値（本実施形態では例えば０．３５Ｖ）からこの第１基準値よりリーン側の第２基準値（本実施形態では例えば０．２Ｖ）へ変化するのに要した応答時間ＲＴが予め設定した基準応答時間より長いか否かを判定する。

そして、第１判定において肯定判定がなされ、更に、第２判定においても肯定判定が成された場合には、下流側酸素センサ１２７を異常と判定する。すなわち、燃料カット開始前のリッチ出力継続時間ＳＴが設定継続時間より長く、且つ、応答時間ＲＴが基準応答時間より長い場合は、下流側酸素センサ１２７は異常と判定される。

また、第１判定において否定判定がなされ、第２判定において肯定判定がなされた場合には、下流側酸素センサ１２７を異常と判定することなく、判定を保留し、次回の燃料カットの開始後に再判定を行う。すなわち、燃料カット開始前のリッチ出力継続時間ＳＴが設定継続時間より短く、且つ、応答時間ＲＴが基準応答時間より長い場合は、下流側酸素センサ１２７を異常と判定することなく、判定を保留し、次回の燃料カットの開始後に再判定を行う。

また、第２判定において否定判定がなされた場合は、第１判定における判定結果にかかわらず、下流側酸素センサ１２７を正常と判定する。すなわち、応答時間ＲＴが基準応答時間より短い場合は、燃料カット開始前のリッチ出力継続時間ＳＴにかかわらず、下流側酸素センサ１２７を正常と判定する。

以下、図３に示すフローチャートに基づいて、酸素センサの異常判定装置における下流側酸素センサ１２７の異常判定の処理手順を説明する。なお、この処理手順は、ＥＣＵ２００によって所定周期毎に繰り返し実行される。また、ＥＣＵ２００は、燃料カットのオンオフ状態を示す燃料カットフラグ、異常判定保留フラグ、リッチ出力カウンタ、応答時間カウンタ、保留回数カウンタ等を管理している。

まず、ステップＳＴ１において、下流側酸素センサ１２７の出力値がリッチ出力値であるか（例えば０．６Ｖ以上）であるか否かが判定される。ここで、肯定判定がなされた場合は処理をステップＳＴ２に進め、否定判定がなされた場合は処理をステップＳＴ４に進める。

ステップＳＴ２において、エンジン１０１が燃料カット中であるか否かの判定がなされる。この判定は、燃料カットフラグの状態に基づき判定される。ここで、肯定判定がなされた場合は処理をステップＳＴ５に進め、否定判定がなされた場合は処理をステップＳＴ３に進める。

ステップＳＴ３では、リッチ出力カウンタが１つ進められる。ステップＳＴ４では、リッチ出力カウンタがリセットされる。

ステップＳＴ５において、下流側酸素センサ１２７が濃度モニタを開始できる前提条件が成立しているか否かが判定される。この前提条件として、例えば、下流側酸素センサ１２７および三元触媒１０８の温度がそれぞれ規定温度に達しているか否かが判定される。ここで、肯定判定がなされた場合は処理をステップＳＴ６に進め、否定判定がなされた場合は一連の処理を一旦終了する。

ステップＳＴ６において、エンジン１０１が燃料カット中であるか否かの判定がなされる。この判定も、燃料カットフラグの状態に基づきなされる。ここで、肯定判定がなされた場合は処理をステップＳＴ７に進め、否定判定がなされた場合は一連の処理を一旦終了する。

ステップＳＴ７において、下流側酸素センサ１２７の出力値が継続してリッチ出力値となるリッチ出力継続時間が予め設定された設定継続時間（所定値）より長いか否かが判定される。具体的には、リッチ出力カウンタの値が上記設定継続時間に対応する値より大きいか否かに基づいて判定される。本ステップにおいて肯定判定がなされた場合は、処理をステップＳＴ９に進め、否定判定がなされた場合は処理をステップＳＴ８に進める。

ステップＳＴ８では、異常判定保留フラグがオンとされる。また、ステップＳＴ９では、異常判定保留フラグがオフとされる。

ステップＳＴ１０において、燃料カットが終了したか否かの判定がなされる。この判定も、燃料カットフラグの状態に基づき判定される。ここで、肯定判定がなされた場合は処理をステップＳＴ１１に進め、否定判定がなされた場合は処理をステップＳＴ１２に進める。

ステップＳＴ１１では、異常判定保留フラグがオフとされ、処理をステップＳＴ１に戻す。

ステップＳＴ１２において、下流側酸素センサ１２７の出力値（出力電圧）が、第１の基準値ａ（例えば、０．３５Ｖ）〜基準値ａより低い第２の基準値ｂ（例えば、０．２Ｖ）の間にあるか否かが判定される。ここで、肯定判定がなされた場合は処理をステップＳＴ１３に進め、否定判定がなされた場合は処理をステップＳＴ１４に進める。

ステップＳＴ１３では、応答時間カウンタが１つ進められ、処理をステップＳＴ１０に戻す。

ステップＳＴ１４において、下流側酸素センサ１２７の出力値が、第２の基準値ｂ（例えば、０．２Ｖ）未満であるか否かが判定される。ここで、肯定判定がなされた場合は処理をステップＳＴ１６に進め、否定判定がなされた場合は処理をステップＳＴ１５に進める。

ステップＳＴ１５では、応答時間カウンタがリセットされて「０」となり、処理をステップＳＴ１０に戻す。

ステップＳＴ１６において、下流側酸素センサ１２７の応答時間ＲＴが予め設定された基準応答時間より長いか否かが判定される。具体的には、応答時間カウンタの値が上記基準応答時間に対応する値より大きいか否かが判定される。ここで、肯定判定がなされた場合は処理をステップＳＴ１９に進め、否定判定がなされた場合は処理をステップＳＴ１７に進める。

ステップＳＴ１７では、正常判定がなされる。

ステップＳＴ１８では、保留回数カウンタがリセットされて「０」となる。

ステップＳＴ１９において、異常判定保留フラグがオフであるか否かが判定される。ここで、肯定判定がなされた場合は処理をステップＳＴ２０に進め、否定判定がなされた場合は処理をステップＳＴ２１に進める。

ステップＳＴ２０では、異常判定がなされ、処理がステップＳＴ１８に進められる。この異常判定に伴って、例えば運転者等に下流側酸素センサ１２７が異常である旨を知らせる処理、例えば所定のランプを点灯させることなどが行われてもよい。

ステップＳＴ２１では、保留回数カウンタが１つ進められる。

ステップＳＴ２２において、保留回数が予め設定された設定回数（例えば２回など）以上であるか否かが判定される。具体的には、保留回数カウンタが予め設定された値（例えば２など）以上であるか否かが判定される。ここで、肯定判定がなされた場合は処理をステップＳＴ２０に進める。つまり、強制的に酸素センサ１２７は異常であると判定される。一方、否定判定がなされた場合は、処理をステップＳＴ２３に進める。

ステップＳＴ２３では、異常判定保留フラグがオフとされ、処理をステップＳＴ１に戻す。

以上、フローチャートに基づいて説明した下流側酸素センサ１２７の異常判定の処理手順について以下に補足的説明を行う。

ステップＳＴ１〜ＳＴ４は、下流側酸素センサ１２７の出力値が燃料カットの開始前に継続してリッチ出力値となるリッチ出力継続時間を、取得するための処理である。

ステップＳＴ７〜ＳＴ９は、取得されたリッチ出力継続時間が予め設定された設定継続時間より長いか否かを判定（第１判定）するための処理である。

ステップＳＴ１２〜ＳＴ１５は、下流側酸素センサ１２７の出力値が予め設定された第１基準値から第２基準値へ変化するのに要した応答時間ＲＴが予め設定された基準応答時間より長いか否かを判定（第２判定）するための処理である。

ステップＳＴ１６〜ＳＴ２０は、第１判定で肯定判定がなされ、第２判定でも肯定判定がなされた場合に、下流側酸素センサ１２７を異常と判定するための処理である。また、第１判定で否定判定がなされ、第２判定で肯定判定がなされた場合に、下流側酸素センサ１２７を異常と判定することなく、次回の燃料カットの開始後に再判定（再度一連の処理）を行うための処理でもある。また、第２判定で否定判定がなされた場合に、第１判定での判定結果に関わらず、下流側酸素センサ１２７を正常と判定するための処理でもある。

ステップＳＴ１９〜ＳＴ２３は、第１判定での否定判定および第２判定での肯定判定が、予め設定された設定回数だけ連続してなされた場合に、下流側酸素センサ１２７を異常と判定するための処理である。

［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下では、第１の実施の形態との相違点についてのみ説明し、第１の実施の形態に係る酸素センサの異常判定装置と同様の構成および処理動作については説明を省略する。

第２の実施と第１の実施形態とは、既述した第１判定の処理において相違している。すなわち、第２の実施形態に係る酸素センサの異常判定装置における第１判定では、下流側酸素センサ１２７の出力値が燃料カットの開始前に継続してリッチ出力値となる間のエンジン１０１の吸入空気量を算出し、燃料カットの開始後、算出した吸入空気量が、予め設定した設定値より多いか否かを判定する。なお、上記吸入空気量は、ＥＣＵ２００がエアフローメータ１２２から得る吸入空気の流量を、上記期間の間、時々刻々積算することにより取得される。

ところで、下流側酸素センサ１２７の出力値が燃料カットの開始前に継続してリッチ出力値となる間のエンジン１０１の吸入空気量は、燃料カットの開始時における三元触媒１０８内のリッチガス成分の充満度合いと相関関係があると考えられる。つまり、上記期間中におけるエンジン１０１の吸入空気量が多い場合は、三元触媒１０８は全体的にリッチガス成分で充満されているため、エンジン１０１がアイドル状態や燃料カット状態に遷移し排気流量が急減しても、下流側酸素センサ１２７に新気が到達するまでの間、十分な量のリッチガス成分が三元触媒１０８から流れ出す。これにより、同酸素センサ１２７の出力値がリッチ出力値に維持されると考えられる。一方、上記期間中におけるエンジン１０１の吸入空気量が少ない場合には、三元触媒１０８はさほどリッチガス成分で充満されず、その結果、エンジン１０１がアイドル状態や燃料カット状態に遷移し、排気流量が急減すると、下流側酸素センサ１２７に新気が到達するまでの間、十分な量のリッチガス成分が三元触媒１０８から流れ出ない。これにより、同酸素センサ１２７の出力値がリッチ出力値に維持されないと考えられる。

以下、図４に示すフローチャートに基づいて、第２の実施形態に係る酸素センサの異常判定装置における下流側酸素センサ１２７の異常判定の処理手順を説明する。

なお、第１の実施の形態における処理と同様の処理については同符号を付して説明を省略し、相違点についてのみ説明する。この一連の処理動作において、ＥＣＵ２００は、燃料カットのオンオフ状態を示す燃料カットフラグ、異常判定保留フラグ、リッチ出力カウンタ、応答時間カウンタ、保留回数カウンタのほか、後述の吸入空気量積算値も管理している。

ステップＳＴ１において、否定判定がなされた後は、ステップＳＴ１０２の処理がなされ、次いで、ステップＳＴ５の処理がなされる。ステップＳＴ１０２においては、吸入空気流量積算値がリセットされ「０」となる。

また、ステップＳＴ２において、否定判定がなされた後は、ステップＳＴ１０１の処理がなされ、次いで、ステップＳＴ５の処理がなされる。ステップＳＴ１０１においては、既算の吸入空気量積算値に、最新の吸入空気量が加算される。この最新の吸入空気量は、例えば、ＥＣＵ２００がエアフローメータ１２２の出力値に基づき取得する最新の吸入空気の流量に所定の微小時間を掛け合わせて得られる。

また、ステップＳＴ６において、肯定判定がなされた後は、ステップＳＴ１０３の処理がなされる。ステップＳＴ１０３においては、吸入空気量積算値が予め設定された設定値より多いか否かが判定される。ここで、肯定判定がなされた場合は、処理をステップＳＴ９に進め、否定判定がなされた場合は処理をステップＳＴ８に進める。

つぎに、図４のフローチャートに基づいて説明した下流側酸素センサ１２７の異常判定の処理手順についての補足的な説明を行う。

ステップＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ１０１，ＳＴ１０２は、下流側酸素センサ１２７の出力値が燃料カットの開始前に継続してリッチ出力値となる間のエンジン１０１の吸入空気量を算出するための処理である。

ステップＳＴ１０３，ＳＴ８，ＳＴ９は、下流側酸素センサ１２７の出力値が燃料カットの開始前に継続してリッチ出力値となる間のエンジン１０１の吸入空気量が予め設定された設定値より多いか否かを判定するための処理である。

［他の実施形態］
第２の実施の形態における第１判定において、エンジン１０１の吸入空気量の代わりにエンジン１０１の排気量を算出し、得られた排気量が予め設定された設定値より多いか否かを判定するようにしてもよい。

本発明は、内燃機関の三元触媒の下流に設けられる酸素センサの異常を判定する酸素センサの異常判定装置に適用可能である。

１０１エンジン（内燃機関）
１０８三元触媒（触媒）
１１２排気通路
１２２エアフローメータ
１２７酸素センサ
２００ＥＣＵ
ＲＴ応答時間
ＳＴリッチ出力継続時間

Claims

排気通路に設けられた触媒と、
前記排気通路の前記触媒の下流側に設けられた酸素センサと、
前記酸素センサの出力値が燃料カットの開始前に継続してリッチ出力値となったリッチ出力継続時間を取得するリッチ出力継続時間取得手段と、
前記リッチ出力継続時間取得手段により取得されたリッチ出力継続時間が予め設定された設定継続時間より長いか否かを判定する第１判定手段と、
前記燃料カットの開始後に、前記酸素センサの出力値がリッチ側からリーン側へ変化する変化の度合いが予め設定された設定変化度合いより緩やかであるか否かを判定する第２判定手段と、
前記第１判定手段によって肯定判定がなされ、前記第２判定手段によっても肯定判定がなされた場合に、前記酸素センサを異常と判定する第３判定手段と、
を備えることを特徴とする酸素センサの異常判定装置。
請求項１に記載の酸素センサの異常判定装置において、
前記第２判定手段は、燃料カットの開始後に、前記酸素センサの出力値が第１基準値からこの第１基準値よりリーン側の第２基準値へ変化するのに要した応答時間が予め設定された基準応答時間より長いか否かを判定するものである、
ことを特徴とする酸素センサの異常判定装置。
請求項１又は２に記載の酸素センサの異常判定装置において、
前記第３判定手段は、前記第１判定手段によって否定判定がなされ、且つ、前記第２判定手段によって肯定判定がなされた場合、前記酸素センサを異常と判定することなく、次回の燃料カットの開始後に再判定を行う、
ことを特徴とする酸素センサの異常判定装置。
請求項３に記載の酸素センサの異常判定装置において、
前記第３判定手段は、前記第１判定手段による否定判定および前記第２判定手段による肯定判定が、予め設定された設定回数だけ連続してなされた場合にも、前記酸素センサを異常と判定する、
ことを特徴とする酸素センサの異常判定装置。
排気通路に設けられた触媒と、
前記排気通路の前記触媒の下流側に設けられた酸素センサと、
前記酸素センサの出力値が燃料カットの開始前に継続してリッチ出力値である間の内燃機関の吸入空気量又は排気量を算出する空気量算出手段と、
前記空気量算出手段により算出された吸入空気量又は排気量が予め設定された設定値より多いか否かを判定する第１判定手段と、
前記燃料カットの開始後に、前記酸素センサの出力値がリッチ側からリーン側へ変化する変化の度合いが予め設定された設定変化度合いより緩やかであるか否かを判定する第２判定手段と、
第１判定手段によって肯定判定がなされ、第２判定手段によっても肯定判定がなされた場合に、前記酸素センサを異常と判定する第３判定手段と、
を備え、
前記第３判定手段は、前記第１判定手段によって否定判定がなされ、且つ、前記第２判定手段によって肯定判定がなされた場合、前記酸素センサを異常と判定することなく、次回の燃料カットの開始後に再判定を行うと共に、前記第１判定手段による否定判定および前記第２判定手段による肯定判定が、予め設定された設定回数だけ連続してなされた場合にも、前記酸素センサを異常と判定する、
ことを特徴とする酸素センサの異常判定装置。