JP4862819B2 - 内燃機関の排気系異常検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される内燃機関の排気系の異常を検出する排気系異常検出装置に関する。

従来、内燃機関により駆動される車両は、排ガスを浄化するために内燃機関の排気経路に排気浄化触媒を設け、さらに、排気浄化触媒における排気浄化性能が高まるよう、排気浄化触媒の上流側の排気経路に排気ガスセンサを備え、排気ガスセンサによって検出された検出結果に基づいて内燃機関の空燃比を理論空燃比に近づける制御装置を搭載している。

この排気ガスセンサの劣化による性能の低下を補償するために排気浄化触媒の上流側だけでなく、排気浄化触媒の下流側の排気経路にも排気ガスセンサが備えられ、上流側の排気ガスセンサによって検出された検出結果を下流側の排気ガスセンサの出力に応じて補正するダブルセンサシステムとすることが従来から用いられている。

上述したダブルセンサシステムは、上流側の排気ガスセンサの劣化による性能の低下によって生じる影響を最小限にするため、下流側の排気ガスセンサの出力に応じて上流側の排気ガスセンサの出力をフィードバック制御するものであるが、下流側の排気ガスセンサの出力特性の変化は、上流側の排気ガスセンサの劣化の度合を表すものである。従って、ダブルセンサシステムは、下流側の排気ガスセンサの出力を判断すれば、上流側の排気ガスセンサの異常を検出することができる。

この種の従来の内燃機関の排気系異常検出装置としては、下流側の排気ガスセンサの出力値の比例値（Ｐ値）に基づいて上流側の排気ガスセンサの出力をフィードバック制御するとともに、出力値の比例値を利用して上流側の排気ガスセンサの劣化を判定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−２８０６４９号公報

しかしながら、上述のような従来の内燃機関の排気系異常検出装置にあって、下流側の排気ガスセンサの出力値の比例値だけを利用することで、上流側の排気ガスセンサの劣化判定を行うことが可能であるが、排気浄化触媒や下流側の排気ガスセンサの劣化までも検出することができなかった。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、上流側および下流側の排気ガスセンサや排気浄化触媒の異常を従来のものと比較してより高精度に検出することができる内燃機関の排気系異常検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の排気系異常検出装置は、上記目的達成のため、（１）内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の上流側の排気通路に配置され排気ガスの空燃比に応じた出力値を検出する上流側排気ガスセンサと、前記排気浄化触媒の下流側の排気通路に配置され排気ガスの空燃比に応じた出力値を検出する下流側排気ガスセンサと、前記下流側排気ガスセンサが検出した出力値と基準出力値との偏差、前記偏差を積分した積分値、前記偏差の変化量を表す微分値に基づいて、前記上流側排気ガスセンサが検出した出力値を補正するための補正量を算出する補正量算出手段と、前記上流側排気ガスセンサの出力値を前記補正量で補正した結果に基づいて、前記内燃機関の空燃比を制御する空燃比制御手段と、を備えた内燃機関の排気系異常検出装置において、特定の時点の前記偏差、前記積分値、および前記微分値の合計値と前記特定の時点の前記偏差、前記積分値、前記微分値のうち少なくとも１以上のものとの比と、それぞれに対応する閾値とを比較して前記排気浄化触媒、前記上流側排気ガスセンサ、前記下流側排気ガスセンサのうち何れかが異常であることを検出する異常検出手段を備えたことを特徴とする。

この構成により、偏差、積分値、微分値の特性に基づいて排気浄化触媒、上流側排気ガスセンサ、下流側排気ガスセンサのうち何れかが異常であることを検出するため、偏差、積分値、微分値全てを使用していない従来のものと比較すれば、上流側および下流側の排気ガスセンサや排気浄化触媒の異常を高精度に検出することができる。

また、特定の時点の偏差、積分値、微分値の合計値と、特定の時点の偏差、積分値、微分値のうち少なくとも１以上のものとの比と、それぞれに対応する閾値とを比較して排気浄化触媒、上流側排気ガスセンサ、下流側排気ガスセンサのうち何れかが異常であることを検出するため、偏差、積分値、微分値全てを使用していない従来のものと比較すれば、上流側および下流側の排気ガスセンサや排気浄化触媒の異常を高精度に検出することができる。

また、上記（１）に記載の内燃機関の排気系異常検出装置において、（２）前記排気浄化触媒の最大酸素吸着量と触媒異常検出閾値とを比較して前記排気浄化触媒の異常を確認する触媒異常確認手段を備え、前記異常検出手段が前記排気浄化触媒の異常を検出した場合、前記触媒異常確認手段が、前記最大酸素吸着量を補正し、補正した前記最大酸素吸着量と触媒異常検出閾値とを比較して前記排気浄化触媒の異常を確認することを特徴とする。

この構成により、補正量から排気浄化触媒の異常を検出した場合、触媒異常検出閾値を補正し、補正した触媒異常検出閾値と排気浄化触媒の最大酸素吸着量とを比較して排気浄化触媒の異常を確認することで、最大酸素吸着量が不安定な状況などにおいて排気浄化触媒の異常の誤検出を防止することができる。

また、上記（１）に記載の内燃機関の排気系異常検出装置において、（３）前記上流側排気ガスセンサの出力値と上流センサ異常検出閾値とを比較して前記上流側排気ガスセンサの異常を確認する上流側排気ガスセンサ異常確認手段を備え、前記異常検出手段が前記上流側排気ガスセンサの異常を検出した場合、前記上流側排気ガスセンサ異常確認手段が、前記上流センサ異常検出閾値を補正し、補正した前記上流センサ異常検出閾値と前記上流側排気ガスセンサの出力値とを比較して前記上流側排気ガスセンサの異常を確認することを特徴とする。

この構成により、補正量から上流側排気ガスセンサの異常を検出した場合、上流センサ異常検出閾値を補正し、補正した上流センサ異常検出閾値と上流側排気ガスセンサの出力値とを比較して上流側排気ガスセンサの異常を確認することで、上流側排気ガスセンサの出力値が不安定な状況などにおいて上流側排気ガスセンサの異常の誤検出を防止することができる。

また、上記（１）に記載の内燃機関の排気系異常検出装置において、（４）前記下流側排気ガスセンサの出力値と下流センサ異常検出閾値とを比較して前記下流側排気ガスセンサの異常を確認する下流側排気ガスセンサ異常確認手段を備え、前記異常検出手段が前記下流側排気ガスセンサの異常を検出した場合、前記下流側排気ガスセンサ異常確認手段が、前記下流センサ異常検出閾値を補正し、補正した前記下流センサ異常検出閾値と前記下流側排気ガスセンサの出力値とを比較して前記下流側排気ガスセンサの異常を確認することを特徴とする。

この構成により、補正量から下流側排気ガスセンサの異常を検出した場合、下流センサ異常検出閾値を補正し、補正した下流センサ異常検出閾値と下流側排気ガスセンサの出力値とを比較して下流側排気ガスセンサの異常を確認することで、下流側排気ガスセンサの出力値が不安定な状況などにおいて下流側排気ガスセンサの異常の誤検出を防止することができる。

本発明によれば、上流側および下流側の排気ガスセンサや排気浄化触媒の異常を従来のものと比較してより高精度に検出することができる内燃機関の排気系異常検出装置を提供することができる。

以下、本発明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車両の内燃機関およびその制御装置を模式的に示す概略構成図である。まず、構成について説明する。

エンジン１１は、複数の気筒１２を有しており、各気筒１２は、ピストン１３を往復動可能に収容している。ピストン１３は、コネクティングロッド１４を介して図示していないクランクシャフトと接続されており、ピストン１３の往復動がコネクティングロッド１４により回転運動に変換され、出力軸としてのクランクシャフトに伝達されるようになっている。

各気筒１２に形成された燃焼室１６は、吸気通路２０及び排気通路２６と連通されている。吸気通路２０は、燃焼室１６に吸入される吸入空気量を検出するエアフローメータ２２が配置される。エアフローメータ２２の上流側には、エアクリーナ２１が連通される。また、エアフローメータ２２は、吸入空気量に比例したアナログ電圧の出力信号を発生し、発生した出力信号は、エンジンＥＣＵ８０のＡ／Ｄ変換器８１に出力される。

吸気通路２０は、スロットルバルブ２５、サージタンク２９及び吸気マニホルド１９を有しており、エンジン１１の外部の空気は、スロットルバルブ２５、サージタンク２９及び吸気マニホルド１９を介して燃焼室１６に供給されるようになっている。

スロットルバルブ２５は、吸気通路２０に回動可能に設置されており、アクセルペダル２３の踏込み量に応じて回動するようになっている。スロットルバルブ２５の回動状態に応じて、吸入空気量が調整される。

排気通路２６は、排気マニホルド２４と、排気ガス中の有害成分を浄化するための三元触媒により構成される排気浄化触媒７６と、を有しており、燃焼室１６から排出された排気は、排気マニホルド２４、排気浄化触媒７６を介してエンジン１１の外部に排出される。なお、本実施の形態に係る排気通路は、本発明に係る排気経路を構成する。

本実施の形態においては、排気浄化触媒７６を三元触媒としたが、他の排気浄化触媒が適用されてもよい。三元触媒は、排気ガスの空燃比が理論空燃比の近傍内にあるときに排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および窒素酸化物（ＮＯｘ）を高い浄化率にて同時に浄化することができる。

排気浄化触媒７６の上流側の排気通路２６には、空燃比センサ７７が設置されている。この空燃比センサ７７は、検出対象となる排気中の酸素濃度及び燃料の未燃成分の濃度に応じた電圧Ｖａｆを検出し、後述するエンジンＥＣＵ８０に電圧Ｖａｆを出力するようになっている。

また、排気浄化触媒７６の下流側の排気通路２６には、Ｏ２センサ７８が設置されている。このＯ２センサ７８は、検出対象となる排気中の酸素濃度に応じた電圧Ｖｏ２を検出し、後述するエンジンＥＣＵ８０に電圧Ｖｏ２を出力するようになっている。

ここで、本実施の形態に係る空燃比センサ７７は、本発明に係る上流側排気ガスセンサを構成し、本実施の形態に係るＯ２センサ７８は、本発明に係る下流側排気ガスセンサを構成する。

さらに、エンジン１１は、吸気通路２０と燃焼室１６とが連通される開口部を開閉するための吸気バルブ２７と、排気通路２６と燃焼室１６とが連通される開口部を開閉するための排気バルブ２８と、を備えている。

エンジン１１には、点火ディストリビュータ４１が取り付けられる。点火ディストリビュータ４１には、２つのクランク角センサ４２および４３が取り付けられる。これらクランク角センサ４２および４３から出力されるパルス信号に基づいてエンジン回転数が算出される。例えば、クランク角センサ４２は、クランク角に換算して７２０°毎に基準位置検出用パルス信号を発生し、クランク角センサ４３は、クランク角に換算して３０°毎に基準位置検出用パルス信号を発生するようになっている。

エンジン１１は、さらに電磁式の燃料噴射弁３４を有しており、燃料噴射弁３４は、各気筒１２にそれぞれ取付けられている。燃料噴射弁３４は、燃料供給通路３１を介して燃料タンク３３に接続されている。燃料供給通路３１には、噴射量可変の燃料ポンプ３２が配置される。燃料噴射弁３４は、後述するエンジンＥＣＵ８０により通電されると開弁し、燃焼室１６に高圧燃料を噴射するようになっている。噴射された高圧燃料は、燃焼室１６内において吸入された空気と混ざり合った混合気を構成する。

燃焼室１６内の混合気は、点火プラグ３５からの放電によって着火されたときに燃焼する。この燃焼によりピストン１３が往復動させられ、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５が回転させられ、結果としてエンジン１１の駆動力が得られるようになっている。

エンジン１１のシリンダブロック周囲には、冷却水を収容するウォータジャケット１７があって、ウォータジャケット１７には、冷却水の温度を検出するための水温センサ１８が設けられている。

エンジンＥＣＵ８０は、例えばマイクロコンピュータとして構成され、Ａ／Ｄ変換器８１、入出力インターフェース８２、ＣＰＵ８３の他に、ＲＯＭ８４、ＲＡＭ８５等を有している。

入出力インターフェース８２には、クランク角センサ４２および４３から出力されるパルス信号が入力され、例えば、クランク角センサ４３から出力されるパルス信号は、ＣＰＵ８３の割り込みに使用される。

エアフローメータ２２は、吸入空気量に比例したアナログ電圧の電気信号をＡ／Ｄ変換器８１に出力し、Ａ／Ｄ変換器８１には、エアフローメータ２２からの電気信号が入力される。また、水温センサ１８は、冷却水の温度に応じたアナログ電圧の電気信号をＡ／Ｄ変換器８１に出力し、Ａ／Ｄ変換器８１には、水温センサ１８からの電気信号が入力される。

空燃比センサ７７、Ｏ２センサ７８は、上述したようにそれぞれ検出した電圧の電気信号をＡ／Ｄ変換器８１に出力し、Ａ／Ｄ変換器８１には、空燃比センサ７７、Ｏ２センサ７８からの電気信号がそれぞれ入力される。

また、エンジンＥＣＵ８０のＣＰＵ８３は、Ａ／Ｄ変換器８１や入出力インターフェース８２から入力した信号に基づいて、排気浄化触媒７６における排気浄化性能が高まるように、エンジン１１の空燃比が理論空燃比に近づくようスロットルバルブ２５、燃料噴射弁３４、および点火プラグ３５を制御するようになっている。

また、エンジンＥＣＵ８０は、空燃比センサ７７から出力された電圧信号Ｖａｆ、Ｏ２センサ７８から出力された電圧信号Ｖｏ２、その他の電圧信号を、例えば数ミリ秒のような所定時間毎に、または、クランク角センサ４３から割り込みに応じてＲＡＭ８５の所定領域に保存するようになっている。また、ＲＡＭ８５の所定領域に格納するこれらのデータは、最新ものだけではなく、過去のデータも保存されている。

エンジンＥＣＵ８０は、ＲＡＭ８５に保存されている空燃比センサ７７の検出データに基づいて、燃料噴射弁３４が噴射する燃料の噴射量を補正するメインフィードバック制御を実行するとともに、ＲＡＭ８５に保存されているＯ２センサ７８の検出データに基づいて、空燃比センサ７７からエンジンＥＣＵ８０に出力された検出データを補正することにより、メインフィードバック制御を補正するサブフィードバック制御を実行するようになっている。本実施の形態においては、サブフィードバック制御をＰＩＤ制御により実現する例について説明する。

なお、エンジンＥＣＵ８０は、後述するように、本発明に係る排気系異常検出装置、補正量算出手段、空燃比制御手段、異常検出手段、触媒異常確認手段、上流側排気ガスセンサ異常確認手段、および下流側排気ガスセンサ異常確認手段を構成する。

以下、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を構成するエンジンＥＣＵの特徴的な構成について、図１を参照して説明する。

エンジン１１の制御装置を構成するエンジンＥＣＵ８０は、Ｏ２センサ７８が出力した電圧値と基準出力値との偏差（Ｐ）、偏差を積分した積分値（Ｉ）、偏差の変化量を表す微分値（Ｄ）に基づいて、空燃比センサ７７が出力した電圧値の補正量を算出するようになっている。したがって、エンジンＥＣＵ８０は、補正量算出手段を構成している。なお、基準出力値は、理論空燃比に基づいた電圧値である。

また、エンジンＥＣＵ８０は、Ｏ２センサ７８から得られたＰＩＤの情報で空燃比センサ７７に係る補正量を算出し、算出した補正量で空燃比センサ７７の電圧値を補正し、補正した電圧値に基づいて燃料の噴射量を調整することで、エンジン１１の空燃比を制御するようになっている。したがって、エンジンＥＣＵ８０は、空燃比制御手段を構成している。

エンジンＥＣＵ８０は、空燃比センサ７７およびＯ２センサ７８から出力された最新の検出データ（Ｐ、Ｉ、Ｄ）および過去の検出データ（Ｐ、Ｉ、Ｄ）から、排気浄化触媒７６、空燃比センサ７７、Ｏ２センサ７８の排気系の異常を検出するようになっている。したがって、エンジンＥＣＵ８０は、異常検出手段を構成しており、さらに、空燃比センサ７７、Ｏ２センサ７８、および排気浄化触媒７６の異常を精度良く検出するため、上流側排気ガスセンサ異常確認手段、下流側排気ガスセンサ異常確認手段、および触媒異常確認手段を構成している。

次に、動作について説明する。以下、本実施形態の内燃機関の排気系異常検出装置による空燃比制御方法について説明する。図２は、本実施形態の空燃比制御方法を示すフローチャートである。

なお、以下の処理は、エンジンＥＣＵ８０を構成するＣＰＵによって所定の時間間隔で実行されるとともに、ＣＰＵによって処理可能なプログラムを実現する。ここで、所定の時間間隔とは、例えば数ミリ秒毎の間隔を意味する。

エンジンＥＣＵ８０は、まず、フィードバック制御の実行条件が成立しているか否かを判断する（ステップＳ１１）。具体的には、エンジンＥＣＵ８０は、エンジン負荷の変化率が所定値以内であること、エンジン始動後にＯ２センサ７８の出力値が少なくともリーン出力からリッチ出力、またはその逆の変化をしたこと、エンジン始動後に暖機増量、および触媒過熱防止のための燃料増量が実行中でなく、これらの増量が終了してから所定時間が経過したこと等であり、これらの条件が全部成立したときにのみ、フィードバック制御の実行条件が成立していると判断する。

エンジンＥＣＵ８０は、フィードバック制御の実行条件が成立していると判断した場合には（ステップＳ１１でＹＥＳ）、ステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２において、エンジンＥＣＵ８０は、Ｏ２センサ７８の電圧信号Ｖｏ２を取得し、Ｏ２センサ７８の基準電圧Ｖｒｅｆとの差である出力電圧偏差ΔＶｏ２（以下、補正量Ｐともいう）を算出する。

次に、エンジンＥＣＵ８０は、ＰＩＤ制御における積分項に対応する出力電圧偏差ΔＶｏ２の積分値ＳＵＭ（以下、補正量Ｉともいう）と、なまし積分値ＡＳＵＭと、を算出する（ステップＳ１３）。具体的には、エンジンＥＣＵ８０は、前回算出されたＲＡＭに記憶されている積分値ＳＵＭに、今回算出された出力電圧偏差ΔＶｏ２を加算して新たな積分値ＳＵＭを算出する。また、ＲＡＭに記憶されている積分値ＳＵＭを、算出された積分値ＳＵＭによって更新する。

また、エンジンＥＣＵ８０は、積分値ＳＵＭの加重平均値を算出し、なまし積分値ＡＳＵＭとしてＲＡＭに記憶する。具体的には、エンジンＥＣＵ８０は、なまし積分値ＡＳＵＭを式（１）のように算出する。

ＡＳＵＭ ← (（ｎ−１）・ＡＳＵＭ ＋ ＳＵＭ)／ｎ （１）
ここで、ｎは１以上の値である。また、右辺におけるＳＵＭ及びＡＳＵＭは、それぞれ前回算出された積分値及びなまし積分値である。

次に、エンジンＥＣＵ８０は、ＰＩＤ制御における微分項に対応する出力電圧偏差ΔＶｏ２の変化量ｄΔＶｏ２（以下、補正量Ｄともいう）を算出する（ステップＳ１４）。具体的には、エンジンＥＣＵ８０は、前回算出された出力電圧偏差ΔＶｏ２と、今回算出された出力電圧偏差ΔＶｏ２との差を変化量ｄΔＶｏ２として算出する。

次に、エンジンＥＣＵ８０は、ステップＳ１２において算出した出力電圧偏差ΔＶｏ２（補正量Ｐ）と、ステップＳ１３において算出した積分値ＳＵＭ（補正量Ｉ）と、ステップＳ１４において算出した変化量ｄΔＶｏ２（補正量Ｄ）に基づいて、排気浄化触媒７６、空燃比センサ７７、Ｏ２センサ７８の排気系のうち何れかが異常であることを検出する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５の詳細な処理については後述する。

エンジンＥＣＵ８０は、排気系のうち何れかが異常であると判断した場合には（ステップＳ１６でＹＥＳ）、ステップＳ２１に移行する。一方、ステップＳ１６でＮＯの場合、ステップＳ１７に移行する。

次に、ステップＳ１７で、エンジンＥＣＵ８０は、空燃比センサ７７の出力電圧Ｖａｆを補正するための補正量ｄＶａｆを算出する。具体的には、エンジンＥＣＵ８０は、ステップＳ１２において算出した出力電圧偏差ΔＶｏ２と、ステップＳ１３において算出した積分値ＳＵＭと、ステップＳ１４において算出した変化量ｄΔＶｏ２と、に基づいて、補正量ｄＶａｆを式（２）のように算出する。

ｄＶａｆ ← ＫＰ・ΔＶｏ２ ＋ ＫＩ・ＳＵＭ ＋ ＫＤ・ｄΔＶｏ２ （２）
ここで、ＫＰ、ＫＩ、ＫＤは、それぞれ比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインであり、実験などで予め測定して得られた値であり、ＲＯＭなどに記憶されている。

一方、エンジンＥＣＵ８０は、サブフィードバック制御の実行条件が成立していないと判断した場合には（ステップＳ１１でＮＯ）、ＲＡＭに記憶されている前回のなまし積分値ＡＳＵＭを読込み、補正量ｄＶａｆを式（３）のように算出する（ステップＳ２１）。

ｄＶａｆ ← ＫＩ・ＡＳＵＭ （３）
なお、ここでいう前回のなまし積分値ＡＳＵＭとは、ステップＳ１１においてサブフィードバック制御の実行条件が最後に成立していたときに算出されたなまし積分値ＡＳＵＭを意味する。

また、空燃比制御処理の上記のステップＳ１２ないしステップＳ２１においては、出力電圧偏差ΔＶｏ２、積分値ＳＵＭ、なまし積分値ＡＳＵＭ及び補正量ｄＶａｆが算出される度に、エンジンＥＣＵ８０は、それぞれのデータをＲＡＭに記憶しており、一定時間分のデータを蓄積している。

エンジンＥＣＵ８０は、空燃比センサ７７の出力電圧Ｖａｆを、ステップＳ１７で算出されたｄＶａｆで式（４）のように補正して制御用電圧値Ｖａｆｃを算出する（ステップＳ１８）。
Ｖａｆｃ ← Ｖａｆ ＋ ｄＶａｆ （４）

次に、エンジンＥＣＵ８０は、エアフローメータ２２から出力された信号（吸気量）及びステップＳ１８で算出した制御用電圧値Ｖａｆｃに基づいて、燃料噴射量Ｆｉｊを算出する（ステップＳ１９）。具体的には、エンジンＥＣＵ８０は、制御用電圧値Ｖａｆｃ及び吸気量と燃料噴射量Ｆｉｊとを対応付けたマップをＲＯＭに予め記憶しており、算出されたＶａｆｃ及び吸気量とこのマップとに基づいて燃料噴射量Ｆｉｊを取得する。

次に、エンジンＥＣＵ８０は、燃料噴射量Ｆｉｊの燃料が燃焼室１６に噴射されるよう燃料噴射弁３４を制御する（ステップＳ２０）。

以下に、本実施の形態に係る排気系の異常検出処理となるステップＳ１５について図面を用いて詳細に説明する。エンジンＥＣＵ８０は、所定の時間間隔で実行した上述したステップＳ１２、ステップＳ１３、ステップＳ１４で得られた所定期間に相当する個数分の比例値、積分値、微分値（Ｐ、Ｉ、Ｄ）、Ｏ２センサ７８の出力値、および空燃比センサ７７の出力値のデータをＲＡＭに保存している。

（本実施の形態に係る排気浄化触媒の異常検出処理）
ここで、排気浄化触媒の劣化の特性について図３を用いて説明する。図３は、Ｏ２センサ７８の電圧信号、および、ステップＳ１２、ステップＳ１３、ステップＳ１４においてそれぞれ算出した比例値、積分値、微分値の補正量（Ｐ、Ｉ、Ｄ）の正常時の特性を破線で示し、排気浄化触媒の劣化時の特性を実線で示したものである。また、図３では、理想的な値を基準値とし、この基準値を超えた分をリッチ（正の値）、超えない分をリーン（負の値）として縦軸に示し、経過時間を横軸に示している。

図３（Ａ）は、Ｏ２センサ７８の電圧信号の特性を示しており、正常時の特性は、混合気の燃焼に応じて略周期的にリッチ、リーンを繰り返している。排気浄化触媒の劣化時のＯ２センサ７８の特性は、増加および減少を頻繁に繰り返して不規則になる。

図３（Ｂ）は、補正量Ｐの特性を示している。補正量Ｐの特性は、Ｏ２センサ７８の電圧信号と基準値で略対称をなすようなものとなり、正常時の特性は、正常時のＯ２センサ７８の電圧信号と基準値で略対称をなすように略周期的にリッチ、リーンを繰り返している。排気浄化触媒の劣化時の補正量Ｐの特性は、排気浄化触媒の劣化時のＯ２センサ７８の電圧信号と基準値で略対称をなすようなものとなり、基準値からリッチ、リーンに大きく変動せず増加および減少を頻繁に繰り返す。

図３（Ｃ）は、補正量Ｉの特性を示している。正常時の特性は、略周期的にリッチ、リーンを繰り返し、補正量Ｐが増加傾向から減少に急峻に変化する時点の補正量Ｉが最大値となり、補正量Ｐが減少傾向から増加に急峻に変化する時点の補正量Ｉが最小となっている。また、排気浄化触媒の劣化時については、補正量Ｐの特性が基準値からリッチ、リーンに大きく変動せず、長い期間リッチ、リーン何れかに保つことは無いため、補正量Ｉの特性も基準値からリッチ、リーンに大きく変動せず増加および減少を頻繁に繰り返す。

図３（Ｄ）は、補正量Ｄの特性を示している。正常時の特性は、略周期的にリッチ、リーンを繰り返し、補正量Ｐが減少傾向から増加に急峻に変化するときに補正量Ｄが増加するが、急峻に変化する時点が突出した値となっており、補正量Ｐが増加傾向から減少に急峻に変化するときに補正量Ｄが減少するが、急峻に変化する時点が突出した値となっている。また、排気浄化触媒の劣化時については、補正量Ｐの特性が基準値からリッチ、リーンに急峻に変動しないため、補正量Ｄの特性も基準値からリッチ、リーンに大きく変動していない。

図４は、本実施の形態に係る排気系のうち排気浄化触媒の劣化検出処理について説明するためのフローチャートである。なお、本フローチャートは、図３に示した排気浄化触媒の劣化の特性に基づいた処理である。

まず、排気浄化触媒が劣化している状態では補正量Ｐが増加および減少を頻繁に繰り返すため、増加から減少にまたは減少から増加に反転する回数である反転回数に着目し、エンジンＥＣＵ８０は、現時点から所定期間分のデータをＲＡＭから取得し、所定期間分の補正量Ｐの反転回数が所定値以上であると判定した場合には（ステップＳ３１でＹＥＳ）、ステップＳ３２に移行する。一方、ステップＳ３１でＮＯの場合、ステップＳ３５に移行する。

排気浄化触媒が劣化している状態では補正量Ｉが増加および減少を頻繁に繰り返すため、エンジンＥＣＵ８０は、所定期間分の補正量Ｉの反転回数が所定値以上であると判定した場合には（ステップＳ３２でＹＥＳ）、ステップＳ３３に移行する。一方、ステップＳ３２でＮＯの場合、ステップＳ３５に移行する。

排気浄化触媒が劣化している状態では、補正量Ｄが正常時のように突出した値にならないため、エンジンＥＣＵ８０は、所定期間分の補正量Ｄの最大値（または最小値の絶対値）が所定値よりも小さいと判定した場合には（ステップＳ３３でＹＥＳ）、ステップＳ３４に移行し、ステップＳ３３でＮＯの場合、ステップＳ３５に移行する。

次に、エンジンＥＣＵ８０は、排気浄化触媒の最大酸素吸着量Ｃｍａｘに所定値を加算して補正する（ステップＳ３４）。一方、ステップＳ３５では、エンジンＥＣＵ８０は、排気浄化触媒の最大酸素吸着量Ｃｍａｘに所定値を減算して補正する。

なお、最大酸素吸着量Ｃｍａｘは、別の処理で算出されており、ＲＡＭなどに記憶されるものである。また、三元触媒の性能を最大に発揮するために、理論空燃比で混合気が燃焼されるようにするが、三元触媒は、排気中の酸素が過剰になると排気中の酸素を吸着したり、排気中の酸素が不足すると酸素を排気したりする酸素ストレージ能力を有している。エンジンＥＣＵ８０は、酸素ストレージ能力を利用して最大酸素吸着量Ｃｍａｘを算出するため、排気中の酸素を不足させることで、三元触媒に吸着された酸素を全て放出させた時点から排気中の酸素を過剰にさせてＯ２センサ７８が検知するまでの時間を計測し、計測した時間から最大酸素吸着量Ｃｍａｘを推定する。

なお、最大酸素吸着量Ｃｍａｘがばらつくこともあるため、ステップＳ３４およびステップＳ３５では、ステップＳ３６で誤検出されないように最大酸素吸着量Ｃｍａｘが補正される。最大酸素吸着量Ｃｍａｘが補正されるときの所定値は、排気浄化触媒の性能などに応じて決められる。

次に、エンジンＥＣＵ８０は、補正後の最大酸素吸着量Ｃｍａｘが触媒異常検出閾値より大きいと判定した場合には（ステップＳ３６でＹＥＳ）、排気浄化触媒が正常であると判定し（ステップＳ３７）、ステップＳ３６でＮＯの場合、排気浄化触媒が異常であると判定する（ステップＳ３８）。

また、エンジンＥＣＵ８０は、ステップＳ３４〜Ｓ３６を省略して、ステップＳ３３でＹＥＳの場合、排気浄化触媒が劣化していると判定し、ステップＳ３１〜Ｓ３３でＮＯの場合、排気浄化触媒が正常であると判定するようにしてもよい。また、エンジンＥＣＵ８０は、ステップＳ３１〜Ｓ３３の判定処理に替えて、Ｏ２センサ７８の出力がリッチからリーン（リーンからリッチ）に切り替わる切替時点での補正量Ｐ、Ｉ、Ｄの合計値と、この時点での補正量Ｄとの比が所定値より小さい場合に排気浄化触媒が劣化していると判定するようにしてもよい。ステップＳ３１およびステップＳ３２では、反転回数が所定値以上か否かが判定されているが、ステップＳ３１では、補正量Ｐと横軸からなる面積が小さくなるため、この面積が小さいときにステップＳ３２に処理が移行され、ステップＳ３２では、補正量Ｉと横軸からなる面積が小さくなるため、この面積が小さいときにステップＳ３３に処理が移行されるようにしてもよい。

以上のように、排気浄化触媒の異常検出処理では、補正量Ｐ、Ｉ、Ｄの特性に基づいて排気浄化触媒が異常であることを検出するため、補正量Ｐ、Ｉ、Ｄ全てを使用していない従来の異常検出処理と比較すれば、高精度に排気浄化触媒の異常検出を行うことができる。

（本実施の形態に係る上流排気センサの応答性低下検出処理）
ここで、空燃比センサ７７（上流排気センサ）の応答性低下の特性について図５を用いて説明する。図５は、空燃比センサ７７の電圧信号、空燃比センサ７７の電圧信号の補正量、空燃比センサ７７の検知位置での実際の空燃比に対応する電圧信号、Ｏ２センサ７８の電圧信号、および、ステップＳ１２、ステップＳ１３、ステップＳ１４においてそれぞれ算出した比例値、積分値、微分値の補正量（Ｐ、Ｉ、Ｄ）の空燃比センサ７７の正常時の特性を破線で示し、空燃比センサ７７の応答性低下時の特性を実線で示したものである。また、図５では、理想的な値を基準値とし、この基準値を超えた分をリッチ（正の値）、超えない分をリーン（負の値）として縦軸に示し、経過時間を横軸に示している。

図５（Ａ）は、空燃比センサ７７の電圧信号の特性を示している。空燃比センサ７７の応答性低下時の特性は、正常時の特性と比較すれば出力電圧の変化が小さくなる。図５（Ｂ）は、空燃比センサ７７の出力電圧を補正するための補正量の特性を示している。空燃比センサ７７の補正量の特性は、空燃比センサ７７の電圧信号と基準値で略対称をなすようなものとなる。図５（Ｃ）は、空燃比センサ７７の検知位置での実際の空燃比の特性を示している。応答性低下時には、空燃比センサ７７の出力電圧の変化が補正されるため、実際の空燃比の変化が大きく変動する。

図５（Ｄ）は、Ｏ２センサ７８の電圧信号の特性を示している。空燃比センサ７７の補正量の特性の変化が小さく、すなわち空燃比センサ７７の補正不足であるため、空燃比センサ７７の応答性低下時のＯ２センサ７８の電圧信号の特性は、正常時と比較すればリッチリーン共に過剰に変動している。図５（Ｅ）は、補正量Ｐの特性を示している。応答性低下時の補正量Ｐの特性は、Ｏ２センサ７８の電圧信号と基準値で略対称をなすようなものとなるため、図５（Ｄ）と同様に、正常時と比較すれば増加および減少の周期は同じだが過剰に変動している。図５（Ｆ）は、補正量Ｉの特性を示している。補正量Ｉの特性は、図５（Ｇ）は、補正量Ｄの特性を示しており、それぞれ正常時と比較すれば過剰に変動している。

図６は、本実施の形態に係る排気系のうち上流排気センサの応答性低下検出処理について説明するためのフローチャートである。なお、本フローチャートは、図５に示した空燃比センサ７７（上流排気センサ）の応答性低下の特性に基づいた処理である。

まず、空燃比センサ７７の応答性が低下している状態では、補正量Ｐの増加および減少が過剰になるため、エンジンＥＣＵ８０は、現時点から所定期間分のデータをＲＡＭから取得し、所定期間分の補正量Ｐの最大値（または最小値の絶対値）が所定値よりも大きいか否か判定する（ステップＳ４１）。ステップＳ４１でＹＥＳの場合、ステップＳ４２に移行し、ステップＳ４１でＮＯの場合、ステップＳ４５に移行する。所定値は、正常時の最大の補正量Ｐと同等か、またはより大きい値となるのが好ましい。

空燃比センサ７７の応答性が低下している状態では、補正量Ｉの増加および減少が過剰になるため、エンジンＥＣＵ８０は、所定期間分の補正量Ｉの最大値（または最小値の絶対値）が所定値よりも大きいか否か判定する（ステップＳ４２）。ステップＳ４２でＹＥＳの場合、ステップＳ４３に移行し、ステップＳ４２でＮＯの場合、ステップＳ４５に移行する。所定値は、正常時の最大の補正量Ｉと同等か、またはより大きい値となるのが好ましい。

空燃比センサ７７の応答性が低下している状態では、補正量Ｐの増加および減少が過剰になるため、エンジンＥＣＵ８０は、所定期間分の補正量Ｄの最大値（または最小値の絶対値）が所定値よりも大きいか否か判定する（ステップＳ４３）。ステップＳ４３でＹＥＳの場合、ステップＳ４４に移行し、ステップＳ４３でＮＯの場合、ステップＳ４５に移行する。所定値は、正常時の最大の補正量Ｄと同等かまたはより大きい値となるのが好ましい。

次に、エンジンＥＣＵ８０は、空燃比センサ７７（上流側排気ガスセンサ）の異常を検出するための閾値である上流センサ異常検出閾値に所定値を減算して補正する（ステップＳ４４）。一方、ステップＳ４５では、エンジンＥＣＵ８０は、上流センサ異常検出閾値に所定値を加算して補正する。ここでの上流センサ異常検出閾値は、空燃比センサ７７の応答性低下を検出するのに好ましい値に設定されている。

なお、空燃比センサ７７の出力値がばらつくこともあるため、ステップＳ４４およびステップＳ４５では、ステップＳ４６で誤検出されないように上流センサ異常検出閾値が補正される。上流センサ異常検出閾値が補正されるときの所定値は、空燃比センサ７７の性能などに応じて決められる。

次に、エンジンＥＣＵ８０は、所定期間分の空燃比センサ７７の出力値の中で、最もリーンになっている時点から最もリッチになるまでの期間の中間の時点の出力値が補正後の上流センサ異常検出閾値より大きいと判定した場合には（ステップＳ４６でＹＥＳ）、空燃比センサ７７が正常であると判定し（ステップＳ４７）、ステップＳ４６でＮＯの場合、空燃比センサ７７が異常であると判定する（ステップＳ４８）。なお、ステップＳ４６で示した判定処理に限らず、上流排気センサの応答性低下が判定しやすい処理であればよい。

また、エンジンＥＣＵ８０は、ステップＳ４４〜Ｓ４６を省略して、ステップＳ４３でＹＥＳの場合、空燃比センサ７７の応答性が低下していると判定し、ステップＳ４１〜Ｓ４３でＮＯの場合、空燃比センサ７７が正常であると判定するようにしてもよい。また、エンジンＥＣＵ８０は、ステップＳ４１〜Ｓ４３の判定処理に替えて、空燃比センサ７７の補正量と、補正量Ｐ、Ｉ、Ｄの最大値との比が、正常時のものより大きい場合に空燃比センサ７７の応答性が低下していると判定するようにしてもよい。

以上のように、空燃比センサ７７（上流排気センサ）の応答性低下検出処理では、補正量Ｐ、Ｉ、Ｄの特性に基づいて空燃比センサ７７の応答性が低下していることを検出するため、補正量Ｐ、Ｉ、Ｄ全てを使用していない従来の異常検出処理と比較すれば、高精度に空燃比センサ７７の応答性低下検出を行うことができる。

（本実施の形態に係る上流排気センサのストイキズレ検出処理）
ここで、空燃比センサ７７（上流排気センサ）の特性が正常時の特性からズレが生ずる現象（ストイキズレ）の特性について図７を用いて説明する。図７は、空燃比センサ７７の電圧信号、空燃比センサ７７の電圧信号の補正量、空燃比センサ７７の検知位置での実際の電圧信号、Ｏ２センサ７８の電圧信号、および、ステップＳ１２、ステップＳ１３、ステップＳ１４においてそれぞれ算出した比例値、積分値、微分値の補正量（Ｐ、Ｉ、Ｄ）の空燃比センサ７７の正常時の特性を破線で示し、ストイキズレ発生時の特性を実線で示したものである。また、図７では、理想的な値を基準値とし、この基準値を超えた分をリッチ（正の値）、超えない分をリーン（負の値）として縦軸に示し、経過時間を横軸に示している。ここでのストイキズレ検出処理では、ストイキズレがリーン側にずれた場合の例を示している。

図７（Ａ）は、空燃比センサ７７の電圧信号の特性を示している。空燃比センサ７７のストイキズレ発生時の特性は、正常時の特性と比較すればリーン側にずれる。図７（Ｂ）は、空燃比センサ７７の出力電圧を補正するための補正量の特性を示している。空燃比センサ７７の補正量の特性は、空燃比センサ７７の電圧信号と基準値で略対称をなすようなものとなる。図７（Ｃ）は、空燃比センサ７７の検知位置での実際の空燃比の特性を示している。ストイキズレ発生時には、空燃比センサ７７の出力電圧の変化が補正されるため、実際の空燃比の変化がリッチ側にずれる。

図７（Ｄ）は、Ｏ２センサ７８の電圧信号の特性を示している。ストイキズレ発生時のＯ２センサ７８の電圧信号の特性については、正常時と比較すればリッチ側の出力になる時間が長くなる。図７（Ｅ）は、補正量Ｐの特性を示している。Ｏ２センサ７８の電圧信号と基準値で略対称をなすようなものとなるため、ストイキズレ発生時の補正量Ｐの特性については、図７（Ｄ）と同様に、正常時と比較すればリーン側の出力になる時間が長くなる。図７（Ｆ）は、補正量Ｉの特性を示している。ストイキズレ発生時の補正量Ｐの特性は、リーン側の出力になる時間が長いため、リッチ側の出力にならなくなる。図７（Ｇ）は、補正量Ｄの特性を示している。ストイキズレ発生時の補正量Ｄの特性は、正常時と比較すれば急峻に変化するタイミングがずれている。

図８は、本実施の形態に係る排気系のうち上流排気センサのストイキズレ検出処理について説明するためのフローチャートである。なお、本フローチャートは、図７に示した空燃比センサ７７（上流排気センサ）のストイキズレ発生時の特性に基づいた処理である。

まず、空燃比センサ７７のストイキズレ発生している状態では、補正量Ｉだけがリーン側に大きくずれ込むため、エンジンＥＣＵ８０は、現時点から所定期間分のデータをＲＡＭから取得し、所定期間分の補正量Ｉの最大値が所定値よりも小さいか否か判定する（ステップＳ５１）。エンジンＥＣＵ８０は、ステップＳ５１でＹＥＳの場合、ステップＳ５２に移行し、ステップＳ５１でＮＯの場合、ステップＳ５５に移行する。所定値は、正常時の補正量Ｉの最大値程度であることが好ましい。なお、ステップＳ５１では、補正量Ｉの最大値の判定に加えて補正量Ｉの最小値が所定値よりも小さいか否か判定してもよい。

また、エンジンＥＣＵ８０は、所定期間分の補正量Ｐにおいてリッチになっている期間が正常時と比較して短いと判定した場合には（ステップＳ５２でＹＥＳ）、ステップＳ５３に移行し、リッチになっている期間が短いものでないと判定した場合には、ステップＳ５５に移行する。エンジンＥＣＵ８０は、所定期間分の補正量Ｄにおいて最もリッチになった時点から最もリーンになった時点までの期間が正常時と比較して短いと判定した場合には（ステップＳ５３でＹＥＳ）、ステップＳ５４に移行し、ステップＳ５３でＮＯの場合、ステップＳ５５に移行する。なお、ステップＳ５２およびステップＳ５３は、省略してもよい。

次に、エンジンＥＣＵ８０は、空燃比センサ７７（上流側排気ガスセンサ）の異常を検出するための閾値である上流センサ異常検出閾値に所定値を減算して補正する（ステップＳ５４）。一方、ステップＳ５５では、エンジンＥＣＵ８０は、上流センサ異常検出閾値に所定値を加算して補正する。ここでの上流センサ異常検出閾値は、空燃比センサ７７のストイキズレを検出するのに好ましい値に設定されている。

なお、空燃比センサ７７の出力値がばらつくこともあるため、ステップＳ５４およびステップＳ５５では、ステップＳ５６で誤検出されないように上流センサ異常検出閾値が補正される。上流センサ異常検出閾値が補正されるときの所定値は、空燃比センサ７７の性能などに応じて決められる。

次に、エンジンＥＣＵ８０は、所定期間分の空燃比センサ７７の出力値の中で、出力値の最大値が補正後の上流センサ異常検出閾値より大きいと判定した場合には（ステップＳ５６でＹＥＳ）、空燃比センサ７７が正常であると判定し（ステップＳ５７）、ステップＳ５６でＮＯの場合、空燃比センサ７７が異常であると判定する（ステップＳ５８）。

また、エンジンＥＣＵ８０は、ステップＳ５２〜Ｓ５６を省略して、ステップＳ５１でＹＥＳの場合、空燃比センサ７７のストイキズレが発生していると判定し、ステップＳ５１でＮＯの場合、空燃比センサ７７が正常であると判定するようにしてもよい。また、エンジンＥＣＵ８０は、ステップＳ５１〜Ｓ５３の判定処理に替えて、Ｏ２センサ７８の出力の補正量Ｐ、Ｉ、Ｄの合計値と、補正量Ｉとの比が所定値より小さい場合にストイキズレが発生していると判定するようにしてもよい。

以上のように、空燃比センサ７７（上流排気センサ）のストイキズレ検出処理では、補正量Ｐ、Ｉ、Ｄの特性に基づいて空燃比センサ７７がストイキズレであることを検出するため、補正量Ｐ、Ｉ、Ｄ全てを使用していない従来の異常検出処理と比較すれば、高精度に空燃比センサ７７のストイキズレ検出を行うことができる。

（本実施の形態に係る下流排気センサの応答性低下検出処理）
ここで、下流排気センサ（Ｏ２センサ７８）の応答性低下の特性について図９を用いて説明する。図９は、Ｏ２センサ７８の電圧信号、および、ステップＳ１２、ステップＳ１３、ステップＳ１４においてそれぞれ算出した比例値、積分値、微分値の補正量（Ｐ、Ｉ、Ｄ）の下流排気センサの正常時の特性を破線で示し、Ｏ２センサ７８の応答性低下時の特性を実線で示したものである。また、図９では、理想的な値を基準値とし、この基準値を超えた分をリッチ（正の値）、超えない分をリーン（負の値）として縦軸に示し、経過時間を横軸に示している。

図９（Ａ）は、Ｏ２センサ７８の電圧信号の特性を示しており、Ｏ２センサ７８の応答性低下時の特性においては、排気浄化触媒７６の下流の酸素濃度の変化に対して応答が低下するため、正常時の変化量が大きい時点で、変化量が小さくなる。図９（Ｂ）は、補正量Ｐの特性を示している。応答性低下時の補正量Ｐの特性においては、最大値および最小値が正常時のものと比較してあまり変わらない。

図９（Ｃ）は、補正量Ｉの特性を示している。応答性低下時の補正量Ｉの特性においては、応答性低下時の補正量Ｉと横軸からなる面積が小さくなるため、補正量Ｉの最大値および最小値の絶対値が正常時のものと比較すれば小さくなる。図９（Ｄ）は、補正量Ｄの特性を示している。応答性低下時の補正量Ｄの特性においては、応答性低下時の補正量Ｐの変化量が小さくなるため、急峻に変化しなくなる。

図１０は、本実施の形態に係る排気系のうち下流排気センサの応答性低下検出処理について説明するためのフローチャートである。なお、本フローチャートは、図９に示した下流排気センサ（Ｏ２センサ７８）の応答性低下の特性に基づいた処理である。

まず、Ｏ２センサ７８の応答性が低下している状態では、補正量Ｉおよび補正量Ｄの最大値、最小値の絶対値が小さくなるため、エンジンＥＣＵ８０は、現時点から所定期間分のデータをＲＡＭから取得し、所定期間分の補正量Ｉの最大値（または補正量Ｉの最小値の絶対値）が所定値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ６１）。ステップＳ６１の場合、ステップＳ６２に移行する。一方、ステップＳ６１でＮＯの場合、ステップＳ６５に移行する。

次に、エンジンＥＣＵ８０は、所定期間分の補正量Ｉの最大値(または補正量Ｉの最小値の絶対値)が所定値よりも小さいと判定した場合には（ステップＳ６２でＹＥＳ）、ステップＳ６３に移行し、ステップＳ６２でＮＯの場合、ステップＳ６５に移行する。エンジンＥＣＵ８０は、所定期間分の補正量Ｐの中で最もリッチ付近にある補正量Ｐの個数が正常時と比較して少ないと判定した場合には（ステップＳ６３でＹＥＳ）、ステップＳ６４に移行し、ステップＳ６３でＮＯの場合、ステップＳ６５に移行する。なお、ステップＳ６３は、省略してもよい。

次に、エンジンＥＣＵ８０は、Ｏ２センサ７８（下流側排気ガスセンサ）の異常を検出するための閾値である下流センサ異常検出閾値に所定値を減算して補正する（ステップＳ６４）。一方、ステップＳ６５では、エンジンＥＣＵ８０は、下流センサ異常検出閾値に所定値を加算して補正する。ここでの下流センサ異常検出閾値は、Ｏ２センサ７８の応答性低下リッチ出力低下を検出するのに好ましい値に設定されている。

なお、Ｏ２センサ７８の出力値がばらつくこともあるため、ステップＳ６４およびステップＳ６５では、ステップＳ６６で誤検出されないように下流センサ異常検出閾値が補正される。下流センサ異常検出閾値が補正されるときの所定値は、Ｏ２センサ７８の性能などに応じて決められる。

次に、エンジンＥＣＵ８０は、所定期間分のＯ２センサ７８の出力値の中で、最もリーンになっている時点から最もリッチになるまでの期間の中間の時点の出力値が補正後の下流センサ異常検出閾値より大きいと判定した場合には（ステップＳ６６でＹＥＳ）、Ｏ２センサ７８が正常であると判定し（ステップＳ６７）、ステップＳ６６でＮＯの場合、Ｏ２センサ７８が異常であると判定する（ステップＳ６８）。なお、ステップＳ６６で示した判定処理に限らず、下流排気センサの応答性低下が判定しやすい処理であればよい。

また、エンジンＥＣＵ８０は、ステップＳ６４〜Ｓ６６を省略して、ステップＳ６３でＹＥＳの場合、Ｏ２センサ７８の応答性が低下していると判定し、ステップＳ６１〜Ｓ６３でＮＯの場合、Ｏ２センサ７８が正常であると判定するようにしてもよい。また、エンジンＥＣＵ８０は、ステップＳ６１〜Ｓ６３の判定処理に替えて、Ｏ２センサ７８の出力の最大時、最小時の時点での補正量Ｐ、Ｉ、Ｄの合計値とこの時点での補正量Ｉとの比が所定値より小さく、上記の合計値とこの時点での補正量Ｄとの比が所定値より小さい場合にＯ２センサ７８の応答性が低下していると判定するようにしてもよい。ステップＳ６１およびＳ６２では、それぞれの最大値が所定値よりも小さいかが判定されているが、ステップＳ６１では、補正量Ｉと横軸からなる面積が小さくなるため、この面積が小さいときにステップＳ６２に処理が移行され、ステップＳ６２では、補正量Ｄと横軸からなる面積が小さくなるため、この面積が小さいときにステップＳ６３に処理が移行されるようにしてもよい。

以上のように、下流排気センサ（Ｏ２センサ７８）の応答性低下検出処理では、補正量Ｐ、Ｉ、Ｄの特性に基づいてＯ２センサ７８の応答性が低下していることを検出するため、補正量Ｐ、Ｉ、Ｄ全てを使用していない従来の異常検出処理と比較すれば、高精度にＯ２センサ７８の応答性低下検出を行うことができる。

（本実施の形態に係る下流排気センサのリッチ出力低下検出処理）
ここで、下流排気センサ（Ｏ２センサ７８）で感受性の低下や素子割れが発生するなどして、Ｏ２センサ７８の出力がリッチ側に出にくい現象（リッチ出力低下）の特性について図１１を用いて説明する。図１１は、Ｏ２センサ７８の電圧信号、および、ステップＳ１２、ステップＳ１３、ステップＳ１４においてそれぞれ算出した比例値、積分値、微分値の補正量（Ｐ、Ｉ、Ｄ）の下流排気センサの正常時の特性を破線で示し、Ｏ２センサ７８のリッチ出力低下時の特性を実線で示したものである。また、図１１では、理想的な値を基準値とし、この基準値を超えた分をリッチ（正の値）、超えない分をリーン（負の値）として縦軸に示し、経過時間を横軸に示している。

図１１（Ａ）は、Ｏ２センサ７８の電圧信号の特性を示しており、Ｏ２センサ７８のリッチ出力低下時の特性においては、排気浄化触媒７６の下流の酸素濃度がリッチになってもＯ２センサ７８が反応せず、大きくリッチにならないとリッチに出力しなくなり、一旦リッチになると出力が急激に変化する。図１１（Ｂ）は、補正量Ｐの特性を示している。リッチ出力低下時の補正量Ｐの特性においては、最大値および最小値が正常時のものと比較してあまり変わらないがリッチになる期間が正常時のものと比較して長くなり、一旦リーンになると補正量Ｐが急激に変化する。

図１１（Ｃ）は、補正量Ｉの特性を示している。リッチ出力低下時の補正量Ｉの特性においては、リッチ出力低下時の補正量Ｐがリッチになる期間が長いため、補正量Ｉの最大値および最小値の絶対値が正常時のものと比較すれば大きくなる。図１１（Ｄ）は、補正量Ｄの特性を示している。リッチ出力低下時の補正量Ｄの特性においては、リッチ出力低下時の補正量Ｐがリッチからリーンに変化するタイミングがずれるため、そのタイミングに応じて急峻に変化するタイミングもずれ、リッチ出力低下時の補正量Ｐがリーンに変化する際に急激に変化するため、変化量も大きくなっている。

図１２は、本実施の形態に係る排気系のうち下流排気センサのリッチ出力低下検出処理について説明するためのフローチャートである。なお、本フローチャートは、図１１に示した下流排気センサ（Ｏ２センサ７８）のリッチ出力低下の特性に基づいた処理である。

まず、Ｏ２センサ７８のリッチ出力が低下している状態では、補正量Ｉの最大値、最小値の絶対値が大きくなり、補正量Ｄの最小値の絶対値が大きくなるため、エンジンＥＣＵ８０は、現時点から所定期間分のデータをＲＡＭから取得し、所定期間分の補正量Ｉの最大値(または補正量Ｉの最小値の絶対値)が所定値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ７１）。ステップＳ７１でＹＥＳの場合、ステップＳ７２に移行する。一方、ステップＳ７１でＮＯの場合、ステップＳ７５に移行する。

次に、エンジンＥＣＵ８０は、所定期間分の補正量Ｄの最小値の絶対値が所定値よりも大きいと判定した場合には（ステップＳ７２でＹＥＳ）、ステップＳ７３に移行し、ステップＳ７２でＮＯの場合、ステップＳ７５に移行する。エンジンＥＣＵ８０は、所定期間分の補正量Ｐにおいてリッチになっている期間が正常時と比較して長いと判定した場合には（ステップＳ７３でＹＥＳ）、ステップＳ７４に移行し、ステップＳ７３でＮＯの場合、ステップＳ７５に移行する。なお、ステップＳ７３は、省略してもよい。

次に、エンジンＥＣＵ８０は、Ｏ２センサ７８（下流側排気ガスセンサ）の異常を検出するための閾値である下流センサ異常検出閾値に所定値を加算して補正する（ステップＳ７４）。一方、ステップＳ７５では、エンジンＥＣＵ８０は、下流センサ異常検出閾値に所定値を加算して補正する。ここでの下流センサ異常検出閾値は、Ｏ２センサ７８のリッチ出力低下を検出するのに好ましい値に設定されている。

なお、Ｏ２センサ７８の出力値がばらつくこともあるため、ステップＳ７４およびステップＳ７５では、ステップＳ７６で誤検出されないように下流センサ異常検出閾値が補正される。下流センサ異常検出閾値が補正されるときの所定値は、Ｏ２センサ７８の性能などに応じて決められる。

次に、エンジンＥＣＵ８０は、所定期間分のＯ２センサ７８の出力値の中で、Ｏ２センサ７８の出力値のリッチになっている期間が補正後の下流センサ異常検出閾値より長いと判定した場合には（ステップＳ７６でＹＥＳ）、Ｏ２センサ７８が正常であると判定し（ステップＳ７７）、ステップＳ７６でＮＯの場合、Ｏ２センサ７８が異常であると判定する（ステップＳ７８）。

また、エンジンＥＣＵ８０は、ステップＳ７３〜Ｓ７６を省略して、ステップＳ７２でＹＥＳの場合、Ｏ２センサ７８のリッチ出力が低下していると判定し、ステップＳ７１〜Ｓ７２でＮＯの場合、Ｏ２センサ７８が正常であると判定するようにしてもよい。また、エンジンＥＣＵ８０は、ステップＳ７１〜Ｓ７３の判定処理に替えて、Ｏ２センサ７８の出力の最大時の時点での補正量Ｐ、Ｉ、Ｄの合計値とこの時点での補正量Ｉとの比が所定値より大きい場合にＯ２センサ７８のリッチ出力が低下していると判定するようにしてもよい。

以上のように、下流排気センサ（Ｏ２センサ７８）のリッチ出力検出処理では、補正量Ｐ、Ｉ、Ｄの特性に基づいてＯ２センサ７８のリッチ出力が低下していることを検出するため、補正量Ｐ、Ｉ、Ｄ全てを使用していない従来の異常検出処理と比較すれば、高精度にＯ２センサ７８のリッチ出力低下検出を行うことができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、上述したような排気浄化触媒の劣化、上流排気センサの応答性低下およびストイキズレ、下流排気センサの応答性低下およびリッチ出力低下は、例であってこれらの事象に限定されず、本発明は、排気系の異常についての特性に特徴があるものであれば検出することができる。また、本発明の実施の形態で説明したフローチャートは、例であってこれらのフローチャートに限定されず、異常検出についての特性の特徴を抽出できる処理であればよい。

以上説明したように、本発明に係る内燃機関の排気系異常検出装置は、上流側および下流側の排気ガスセンサや排気浄化触媒の異常を従来のものと比較してより高精度に検出することができるという効果を奏するものであり、排気系の異常を検出する制御装置に有用である。

本発明の実施の形態に係る車両の内燃機関およびその制御装置を模式的に示す概略構成図である。 本実施形態の空燃比制御方法を示すフローチャートである。 排気浄化触媒の劣化時のＯ２センサの特性を表す図であり、（Ａ）は、Ｏ２センサの電圧信号の特性、（Ｂ）は、補正量Ｐの特性、（Ｃ）は、補正量Ｉの特性、（Ｄ）は、補正量Ｄの特性を示している。 本実施の形態に係る排気系のうち排気浄化触媒の劣化検出処理について説明するためのフローチャートである。 空燃比センサの応答性低下の特性を表す図であり、（Ａ）は、空燃比センサの電圧信号の特性、（Ｂ）は、空燃比センサの出力電圧を補正するための補正量の特性、（Ｃ）は、空燃比センサの検知位置での実際の空燃比の特性、（Ｄ）は、Ｏ２センサの電圧信号の特性、（Ｅ）は、補正量Ｐの特性、（Ｆ）は、補正量Ｉの特性、（Ｇ）は、補正量Ｄの特性を示している。 本実施の形態に係る排気系のうち上流排気センサの応答性低下検出処理について説明するためのフローチャートである。 空燃比センサのストイキズレの特性を表す図であり、（Ａ）は、空燃比センサの電圧信号の特性、（Ｂ）は、空燃比センサの出力電圧を補正するための補正量の特性、（Ｃ）は、空燃比センサの検知位置での実際の空燃比の特性、（Ｄ）は、Ｏ２センサの電圧信号の特性、（Ｅ）は、補正量Ｐの特性、（Ｆ）は、補正量Ｉの特性、（Ｇ）は、補正量Ｄの特性を示している。 本実施の形態に係る排気系のうち上流排気センサのストイキズレ検出処理について説明するためのフローチャートである。 Ｏ２センサの応答性低下の特性を表す図であり、（Ａ）は、Ｏ２センサの電圧信号の特性、（Ｂ）は、補正量Ｐの特性、（Ｃ）は、補正量Ｉの特性、（Ｄ）は、補正量Ｄの特性を示している。 本実施の形態に係る排気系のうち下流排気センサの応答性低下検出処理について説明するためのフローチャートである。 Ｏ２センサのリッチ出力低下の特性を表す図であり、（Ａ）は、Ｏ２センサの電圧信号の特性、（Ｂ）は、補正量Ｐの特性、（Ｃ）は、補正量Ｉの特性、（Ｄ）は、補正量Ｄの特性を示している。 本実施の形態に係る排気系のうち下流排気センサのリッチ出力低下検出処理について説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１１ エンジン（内燃機関）
１２ 気筒
１３ ピストン
１４ コネクティングロッド
１５ クランクシャフト
１６ 燃焼室
１７ ウォータジャケット
１８ 水温センサ
１９ 吸気マニホルド
２０ 吸気通路
２１ エアクリーナ
２２ エアフローメータ
２３ アクセルペダル
２４ 排気マニホルド
２５ スロットルバルブ
２６ 排気通路
２７ 吸気バルブ
２８ 排気バルブ
２９ サージタンク
３１ 燃料供給通路
３２ 燃料ポンプ
３３ 燃料タンク
３４ 燃料噴射弁
３５ 点火プラグ
４１ 点火ディストリビュータ
４２ クランク角センサ
４３ クランク角センサ
７６ 排気浄化触媒
７７ 空燃比センサ（上流側排気ガスセンサ）
７８ Ｏ２センサ（下流側排気ガスセンサ）
８０ エンジンＥＣＵ（排気系異常検出装置、補正量算出手段、空燃比制御手段、異常検出手段、触媒異常確認手段、上流側排気ガスセンサ異常確認手段、下流側排気ガスセンサ異常確認手段）

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒と、
   前記排気浄化触媒の上流側の排気通路に配置され排気ガスの空燃比に応じた出力値を検出する上流側排気ガスセンサと、
   前記排気浄化触媒の下流側の排気通路に配置され排気ガスの空燃比に応じた出力値を検出する下流側排気ガスセンサと、
   前記下流側排気ガスセンサが検出した出力値と基準出力値との偏差、前記偏差を積分した積分値、前記偏差の変化量を表す微分値に基づいて、前記上流側排気ガスセンサが検出した出力値を補正するための補正量を算出する補正量算出手段と、
   前記上流側排気ガスセンサの出力値を前記補正量で補正した結果に基づいて、前記内燃機関の空燃比を制御する空燃比制御手段と、を備えた内燃機関の排気系異常検出装置において、
   特定の時点の前記偏差、前記積分値、および前記微分値の合計値と前記特定の時点の前記偏差、前記積分値、前記微分値のうち少なくとも１以上のものとの比と、それぞれに対応する閾値とを比較して前記排気浄化触媒、前記上流側排気ガスセンサ、前記下流側排気ガスセンサのうち何れかが異常であることを検出する異常検出手段を備えたことを特徴とする内燃機関の排気系異常検出装置。
2. 前記排気浄化触媒の最大酸素吸着量と触媒異常検出閾値とを比較して前記排気浄化触媒の異常を確認する触媒異常確認手段を備え、
   前記異常検出手段が前記排気浄化触媒の異常を検出した場合、前記触媒異常確認手段が、前記最大酸素吸着量を補正し、補正した前記最大酸素吸着量と触媒異常検出閾値とを比較して前記排気浄化触媒の異常を確認することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気系異常検出装置。
3. 前記上流側排気ガスセンサの出力値と上流センサ異常検出閾値とを比較して前記上流側排気ガスセンサの異常を確認する上流側排気ガスセンサ異常確認手段を備え、
   前記異常検出手段が前記上流側排気ガスセンサの異常を検出した場合、前記上流側排気ガスセンサ異常確認手段が、前記上流センサ異常検出閾値を補正し、補正した前記上流センサ異常検出閾値と前記上流側排気ガスセンサの出力値とを比較して前記上流側排気ガスセンサの異常を確認することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気系異常検出装置。
4. 前記下流側排気ガスセンサの出力値と下流センサ異常検出閾値とを比較して前記下流側排気ガスセンサの異常を確認する下流側排気ガスセンサ異常確認手段を備え、
   前記異常検出手段が前記下流側排気ガスセンサの異常を検出した場合、前記下流側排気ガスセンサ異常確認手段が、前記下流センサ異常検出閾値を補正し、補正した前記下流センサ異常検出閾値と前記下流側排気ガスセンサの出力値とを比較して前記下流側排気ガスセンサの異常を確認することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気系異常検出装置。

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