JP4960314B2

JP4960314B2 - ガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断方法、ガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断装置

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Publication number: JP4960314B2
Application number: JP2008181038A
Authority: JP
Inventors: 礼奈深貝; 真治熊澤; 雅泰田中; 克則矢澤; 浩稲垣
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2028-07-11
Also published as: JP2010019715A

Description

本発明は、排気ガス中の特定ガス成分の濃度（例えば、酸素濃度）を検出するガスセンサがむだ時間遅れ劣化の状態にあるか否かを診断するためのガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断方法、ガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断装置に関するものである。

従来、自動車のエンジンなどの内燃機関の排気通路に取り付けられ、排気ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するガスセンサが知られている。そして、ガスセンサ（詳細には、ガスセンサを構成するセンサ素子）から出力される検出信号はＥＣＵ（電子制御ユニット）に送信され、ＥＣＵでは、受信した検出信号に基づき排気ガスの空燃比を検出し、エンジンにおける燃料の噴射量の調整等の空燃比フィードバック制御が行われる。なお、このようなガスセンサとしては、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサが知られており、近年ではより精密な空燃比フィードバック制御を実現する等の目的から、排気ガス中の酸素濃度に応じてリニアにセンサ出力値が変化する全領域空燃比センサが使用されるようになってきている。

ところで、ガスセンサを長期間使用した場合、ガスセンサのプロテクタ（詳細にはセンサ素子の周囲を覆って保護するプロテクタ）に形成されたガス流通孔や排気ガスをセンサ素子内部に導く多孔質部が目詰まりを起こす等の経時劣化を生ずることがある。ガスセンサにこのような劣化が生じてプロテクタ内部でのガス置換が遅くなると、排気ガス中の特定ガス成分の濃度が変化し始めても、センサ出力値の変化が即座には変化し始めず、遅れて変化し始める場合がある（つまり、劣化していないガスセンサ（すなわち正常時）と比べ、センサ出力値の変化の開始時期に遅れが生ずる。なお、このような形態で生ずるセンサ出力値の変化の遅れを、便宜上、「むだ時間遅れ」という。）。

このようにガスセンサが劣化した場合、エンジンの運転性能の低下や燃費の低下、排気ガスの清浄性の低下等を招く虞があるため、ガスセンサの検出信号に基づいてガスセンサがむだ時間遅れによる劣化状態にあるか否かの診断が行われている。例えば、ガスセンサ（リニア空燃比センサ）から出力される検出信号を微分して排気ガスの空燃比の変化を捉え、エンジンに供給する混合気の空燃比を強制変更した後、どれだけ遅れて排気ガスの空燃比が変化したかを検出することで、センサ出力値のむだ時間遅れを検出し、ガスセンサが劣化状態にあるかを診断する劣化診断装置（劣化検出装置）が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−６３８５３号公報

しかしながら、ガスセンサの検出信号に外乱ノイズ等が重畳された場合、排気ガスの空燃比に変化がなくとも一時的に検出信号の微分値が大きくなる場合があり、特許文献１の劣化診断装置では、こうした場合にガスセンサが劣化状態にあると誤診断してしまう虞があった。もっとも、特許文献１では、外乱対策として検出信号の微分値の一時的な変化を無視する構成が採られているが、外乱ノイズに起因する検出信号の微分値の変化が排気ガスの空燃比の変動によるものと似たような変化を示した場合にも確実に誤診断を防止することは難しかった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、ガスセンサがむだ時間遅れによる劣化状態にあるか否かの診断を、より精度よく行えるガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断方法、ガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１態様であるガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断方法は、内燃機関から排出される排気ガスに晒されたガスセンサが出力する当該排気ガス中の特定ガス成分の濃度に応じた検出信号に基づいて、前記内燃機関に供給される混合気の目標空燃比の変更に対応して前記検出信号に変化が生じ始める時期に遅れが生ずるむだ時間遅れ劣化が、前記ガスセンサに生じているかを診断するためのガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断方法であって、一定のタイミング毎に前記目標空燃比が取得される目標空燃比取得工程と、取得された前記目標空燃比が所定の第１特定空燃比と比較され、前記目標空燃比がリッチ側にあるかリーン側にあるかが判定される目標空燃比判定工程と、前記目標空燃比が取得される際に、前記ガスセンサの出力する前記検出信号が取得される検出信号取得工程と、取得された前記検出信号に基づき、現在の排気ガスの実空燃比が所定の第２特定空燃比に対してリッチ側にあるかリーン側にあるかが判定される実空燃比判定工程と、少なくとも、前記目標空燃比がリッチ側にあり、且つ前記実空燃比がリッチ側にある場合、または前記目標空燃比がリッチ側にあり、且つ前記実空燃比がリーン側にある場合のうちの一方の条件が満たされる場合に、現在の前記検出信号の値または現在の前記検出信号に基づき求められる空燃比換算値と、予め定められた基準値との差分が第１偏差として算出される第１偏差算出工程と、前記目標空燃比が前記第１特定空燃比を境にリッチ側とリーン側とで周期的に反転するその反転周期の１周期間を小単位診断期間とし、その小単位診断期間の間に前記第１偏差算出工程が繰り返されることによって算出されたすべての前記第１偏差が加算され、第１加算値として求められる第１加算値算出工程と、少なくとも、前記目標空燃比がリーン側にあり、且つ前記実空燃比がリッチ側にある場合、または前記目標空燃比がリーン側にあり、且つ前記実空燃比がリーン側にある場合のうちの一方の条件が満たされる場合に、現在の前記検出信号の値または現在の前記検出信号に基づき求められる空燃比換算値と、予め定められた基準値との差分が第２偏差として算出される第２偏差算出工程と、前記小単位診断期間の間に前記第２偏差算出工程が繰り返されることによって算出されたすべての前記第２偏差が加算され、第２加算値として求められる第２加算値算出工程と、少なくとも前記第１加算値または前記第２加算値のうちの一方の値に基づいて、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じているかの診断がなされる劣化診断工程とを有することを特徴とする。

本発明の第１態様では、小単位診断期間において検出信号が取得されるたびに、ガスセンサの検出信号の値またはその値に基づき求められる空燃比換算値と、基準値との差分を求め、それを積算することによって、第１加算値や第２加算値を求めている。このため、外乱ノイズ等の影響により検出信号の値が一時的に変動することがあっても、小単位診断期間に得られる第１加算値や第２加算値は上記差分の積算値であるため、上記変動の影響が軽減された値として算出されることになる。そのため、少なくとも第１加算値または第２加算値のうちの一方の値に基づいて実行されるむだ時間遅れ劣化の診断結果は、外乱ノイズ等の影響を受けにくく、高い診断精度を得ることができるのである。

また、本発明の第１態様によれば、小単位診断期間において、（１）目標空燃比がリッチ側にあり、且つ実空燃比がリーン側にある場合、（２）目標空燃比がリッチ側にあり、且つ実空燃比がリッチ側にある場合、（３）目標空燃比がリーン側にあり、且つ実空燃比がリッチ側にある場合、（４）目標空燃比がリーン側にあり、且つ実空燃比がリーンにある場合の（１）〜（４）の任意の組み合わせにより定まる条件が満たされる場合に、求めた上記の差分から、第１加算値や第２加算値を求めている。つまり、第１加算値や第２加算値を求める条件は、任意に設定できるので、より高い診断精度を得られる条件を任意に組み合わせることができる。また、ガスセンサにおけるむだ時間遅れ劣化の発生状況は、実空燃比がリッチ側からリーン側へ変化する際と、リーン側からリッチ側へ変化する際とで異なる場合があるが、上記のように、第１加算値や第２加算値を求める条件を任意に設定すれば、むだ時間遅れ劣化のすべての発生状況を捉えることができるのである。

また、本発明の第１態様は、少なくとも２期間以上の連続する前記小単位診断期間を中単位診断期間とし、その中単位診断期間中のそれぞれの前記小単位診断期間において求められた前記第１加算値のすべてを合計した第１合計値が算出される第１合計値算出工程と、前記中単位診断期間中のそれぞれの前記小単位診断期間において求められた前記第２加算値のすべてを合計した第２合計値が算出される第２合計値算出工程とを有することができ、前記劣化診断工程では、少なくとも前記第１合計値または前記第２合計値のうちの一方の値に基づいて、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じているかの診断がなされるようにしてもよい。

上記構成によれば、むだ時間遅れ劣化の診断を、２期間以上の連続する小単位診断期間からなる中単位診断期間において行うことで、外乱ノイズ等の影響による検出信号の値の変動が比較的長い期間にわたって幾度か生じた場合でも、その発生を捉えることができるので、むだ時間遅れ劣化の診断精度を、より高めることができる。

また、本発明の第１態様において、少なくとも２期間以上の前記中単位診断期間を大単位診断期間とし、前記劣化診断工程は、それぞれの前記中単位診断期間において、少なくとも前記第１合計値または前記第２合計値のうちの一方の値に基づき、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じているかの仮の診断がなされる仮診断工程と、少なくとも２回以上行われる前記仮診断工程において、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じていると仮に診断された回数に基づいて、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じているかの最終的な診断が行われる最終診断工程とを有してもよい。

この構成によれば、むだ時間遅れ劣化の診断を、少なくとも２期間以上の中単位診断期間からなる大単位診断期間において行うことで、外乱ノイズ等の影響による検出信号の値の変動が比較的長い期間にわたって幾度か生じた場合でも、その発生を捉えることができるので、むだ時間遅れ劣化の診断精度を、さらに高めることができる。

また、本発明の第１態様において、前記最終診断工程では、少なくとも２回以上行われる前記仮診断工程において、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じているとの仮の診断が２回以上連続してなされた場合に、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じているとの判定がなされるようにしてもよい。

むだ時間遅れ劣化が生じているとの仮の診断が２回以上連続してなされているとの判定によって、むだ時間遅れ劣化が生じているとの最終判定（最終診断）を行うことで、むだ時間遅れ劣化の診断精度を一層高めることができる。

また、本発明の第１態様は、前記内燃機関の駆動状態が予め定められた定常駆動状態にあるか否かが判定される駆動状態判定工程を有することができ、前記劣化診断工程では、前記内燃機関の駆動状態が前記定常駆動状態となった時期を基準に前記ガスセンサのむだ時間遅れ劣化の診断が開始されるとともに、前記ガスセンサのむだ時間遅れ劣化の診断中に、前記内燃機関の駆動状態が前記定常駆動状態でなくなった場合には、前記ガスセンサのむだ時間遅れ劣化の診断が停止されるようにしてもよい。

内燃機関の駆動状態が予め定められた所定の定常駆動状態にない場合、ガスセンサのセンサ信号は外乱ノイズ等の影響を受けやすい状況にあるため、むだ時間遅れ劣化の診断をこのような場合に行わないようにすることで、むだ時間遅れ劣化の発生の誤診断を防止し、その診断精度を高めることができる。

また、本発明の第２態様であるガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断装置は、内燃機関から排出される排気ガスに晒されたガスセンサが出力する当該排気ガス中の特定ガス成分の濃度に応じた検出信号に基づいて、前記内燃機関に供給される混合気の目標空燃比の変更に対応して前記検出信号に変化が生じ始める時期に遅れが生ずるむだ時間遅れ劣化が、前記ガスセンサに生じているかを診断するためのガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断装置であって、一定のタイミング毎に前記目標空燃比を取得する目標空燃比取得手段と、取得した前記目標空燃比を所定の第１特定空燃比と比較し、前記目標空燃比がリッチ側にあるかリーン側にあるかを判定する目標空燃比判定手段と、前記目標空燃比を取得する際に、前記ガスセンサの出力する前記検出信号を取得する検出信号取得手段と、取得した前記検出信号に基づき、現在の排気ガスの実空燃比が所定の第２特定空燃比に対してリッチ側にあるかリーン側にあるかを判定する実空燃比判定手段と、少なくとも、前記目標空燃比がリッチ側にあり、且つ前記実空燃比がリッチ側にある場合、または前記目標空燃比がリッチ側にあり、且つ前記実空燃比がリーン側にある場合のうちの一方の条件が満たされる場合に、現在の前記検出信号の値または現在の前記検出信号に基づき求められる空燃比換算値と、予め定められた基準値との差分を第１偏差として算出する第１偏差算出手段と、前記目標空燃比が前記第１特定空燃比を境にリッチ側とリーン側とで周期的に反転するその反転周期の１周期間を小単位診断期間とし、その小単位診断期間の間に前記第１偏差算出手段による処理を繰り返すことによって算出されるすべての前記第１偏差を加算し、第１加算値として求める第１加算値算出手段と、少なくとも、前記目標空燃比がリーン側にあり、且つ前記実空燃比がリッチ側にある場合、または前記目標空燃比がリーン側にあり、且つ前記実空燃比がリーン側にある場合のうちの一方の条件が満たされる場合に、現在の前記検出信号の値または現在の前記検出信号に基づき求められる空燃比換算値と、予め定められた基準値との差分を第２偏差として算出する第２偏差算出手段と、前記小単位診断期間の間に前記第２偏差算出手段による処理を繰り返すことによって算出されるすべての前記第２偏差を加算し、第２加算値として求める第２加算値算出手段と、少なくとも前記第１加算値または前記第２加算値のうちの一方の値に基づいて、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じているかの診断を行う劣化診断手段とを備えている。

本発明の第２態様では、小単位診断期間において検出信号が取得されるたびに、ガスセンサの検出信号の値またはその値に基づき求められる空燃比換算値と、基準値との差分を求め、それを積算することによって、第１加算値や第２加算値を求めている。このため、外乱ノイズ等の影響により検出信号の値が一時的に変動することがあっても、小単位診断期間に得られる第１加算値や第２加算値は上記差分の積算値であるため、上記変動の影響が軽減された値として算出されることになる。そのため、少なくとも第１加算値または第２加算値のうちの一方の値に基づいて実行されるむだ時間遅れ劣化の診断結果は、外乱ノイズ等の影響を受けにくく、高い診断精度を得ることができるのである。

また、本発明の第２態様によれば、小単位診断期間において、（１）目標空燃比がリッチ側にあり、且つ実空燃比がリーン側にある場合、（２）目標空燃比がリッチ側にあり、且つ実空燃比がリッチ側にある場合、（３）目標空燃比がリーン側にあり、且つ実空燃比がリッチ側にある場合、（４）目標空燃比がリーン側にあり、且つ実空燃比がリーンにある場合の（１）〜（４）の任意の組み合わせにより定まる条件が満たされる場合に、求めた上記の差分から、第１加算値や第２加算値を求めている。つまり、第１加算値や第２加算値を求める条件は、任意に設定できるので、より高い診断精度を得られる条件を任意に組み合わせることができる。また、ガスセンサにおけるむだ時間遅れ劣化の発生状況は、実空燃比がリッチ側からリーン側へ変化する際と、リーン側からリッチ側へ変化する際とで異なる場合があるが、上記のように、第１加算値や第２加算値を求める条件を任意に設定すれば、むだ時間遅れ劣化のすべての発生状況を捉えることができるのである。

また、本発明の第２態様は、少なくとも２期間以上の連続する前記小単位診断期間を中単位診断期間とし、その中単位診断期間中のそれぞれの前記小単位診断期間において求めた前記第１加算値のすべてを合計して第１合計値を算出する第１合計値算出手段と、前記中単位診断期間中のそれぞれの前記小単位診断期間において求めた前記第２加算値のすべてを合計して第２合計値を算出する第２合計値算出手段とを備えることができ、前記劣化診断手段は、少なくとも前記第１合計値または前記第２合計値のうちの一方の値に基づいて、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じているかの診断を行ってもよい。

また、本発明の第２態様において、少なくとも２期間以上の前記中単位診断期間を大単位診断期間とし、前記劣化診断手段は、それぞれの前記中単位診断期間において、少なくとも前記第１合計値または前記第２合計値のうちの一方の値に基づき、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じているかの仮の診断を行う仮診断手段と、少なくとも２回以上、前記仮診断手段による処理を行い、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じていると仮に診断した回数に基づいて、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じているかの最終的な診断を行う最終診断手段とを備えてもよい。

上記構成によれば、むだ時間遅れ劣化の診断を、少なくとも２期間以上の中単位診断期間からなる大単位診断期間において行うことで、外乱ノイズ等の影響による検出信号の値の変動が比較的長い期間にわたって幾度か生じた場合でも、その発生を捉えることができるので、むだ時間遅れ劣化の診断精度を、さらに高めることができる。

また、本発明の第２態様において、前記最終診断手段は、少なくとも２回以上行う前記仮診断手段の処理において、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じていると２回以上連続して仮に診断した場合に、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じていると判定してもよい。

また、本発明の第２態様は、前記内燃機関の駆動状態が予め定められた定常駆動状態にあるか否かを判定する駆動状態判定手段を備えることができ、前記劣化診断手段は、前記内燃機関の駆動状態が前記定常駆動状態となった時期を基準に前記ガスセンサのむだ時間遅れ劣化の診断を開始するとともに、前記ガスセンサのむだ時間遅れ劣化の診断中に、前記内燃機関の駆動状態が前記定常駆動状態でなくなった場合には、前記ガスセンサのむだ時間遅れ劣化の診断を停止してもよい。

なお、本発明において、「所定の第１特定空燃比」と「所定の第２特定空燃比」とは必ずしも同じ値に設定される必要はなく、異なる値に設定されていてもよい。

以下、本発明を具体化したガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断方法、ガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断装置の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１を参照し、本発明のガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断方法を実現可能なむだ時間遅れ劣化診断装置として、ガスセンサの出力する検出信号に基づき、ガスセンサがむだ時間遅れ劣化状態にあるか否かを診断することが可能なＥＣＵ（電子制御ユニット）５を例に説明する。また、ガスセンサとしては、全領域空燃比センサ１を例に説明する。図１は、ＥＣＵ５と全領域空燃比センサ１との電気的な構成を説明するためのブロック図である。

なお、第１の実施の形態では、全領域空燃比センサ１とＥＣＵ５との間に図示外の中継基板を介在させ、その中継基板上の一回路部として、後述するセンサ駆動回路部３を設けた場合を例に説明を行う。もっともセンサ駆動回路部３は、ＥＣＵ５上の一回路部としてＥＣＵ５に設けられる場合もある。したがって、本発明における「ガスセンサの出力」とは、厳密には、全領域空燃比センサ１とセンサ駆動回路部３とから構成されるセンサユニット４の出力が、それに相当するものではあるが、便宜上、全領域空燃比センサ１の出力として、以下の説明を行うものとする。

図１に示す全領域空燃比センサ１は、自動車のエンジンの排気通路（図示外）に取り付けられ、排気通路を流通する排気ガス中の特定ガス成分（第１の実施の形態では酸素）の濃度を検出するセンサであり、排気ガスの空燃比を検出するためのセンサである。全領域空燃比センサ１は、内部に細長で長尺な板状をなすセンサ素子１０を、図示外のハウジング内に保持した構造を有する。全領域空燃比センサ１からは、このセンサ素子１０の出力する信号を取り出すための信号線が引き出されており、全領域空燃比センサ１とは離れた位置に取り付けられる中継基板（図示外）上のセンサ駆動回路部３に電気的に接続されている。そして、全領域空燃比センサ１とセンサ駆動回路部３とから構成されるセンサユニット４の出力が、自動車のＥＣＵ（電子制御ユニット）５に入力されている。ＥＣＵ５では、センサユニット４からの出力、すなわち全領域空燃比センサ１の出力に基づき、エンジンの空燃比フィードバック制御が行われる。

まず、センサ素子１０の構造について説明する。センサ素子１０は、排気ガス中の酸素濃度を検出するための検出体２８と、検出体２８を加熱するためのヒータ体２７とから構成されている。検出体２８は、ジルコニアを主体とする固体電解質体１１，１３，１４と、アルミナを主体とする絶縁基体１２とを、固体電解質体１４，１３，絶縁基体１２，固体電解質体１１の順に積層した構造を有する。固体電解質体１１の両面には、白金を主体とする一対の電極１９，２０がそれぞれ形成されており、同様に、固体電解質体１３の両面にも一対の電極２１，２２がそれぞれ形成されている。また、電極２２は固体電解質体１３，１４に挟まれ、固体電解質体中に埋設された形態となっている。固体電解質体１１，１３，１４および絶縁基体１２は、いずれも細長い板状に形成されており、図１ではその長手方向と直交する断面を示している。

絶縁基体１２の長手方向の一端側には、固体電解質体１１，１３を一壁面としつつ、排気ガスを導入可能な中空の内部空間としてのガス検出室２３が形成されている。このガス検出室２３の幅方向の両端には、ガス検出室２３内に排気ガスを導入する際の流入量を規制するための多孔質状の拡散律速部１５が設けられている。上記した固体電解質体１１上の電極２０と、固体電解質体１３上の電極２１は、このガス検出室２３内にそれぞれ露出されている。

次にヒータ体２７は、アルミナを主体とし、板状をなす２枚の絶縁基体１８，１７を積層しつつ、両絶縁基体間に白金を主体とする発熱抵抗体２６を挟んで埋設した構造を有する。ジルコニアからなる固体電解質体は常温では絶縁性を示すが、高温環境下では活性化され酸素イオン導電性を示すことが知られており、ヒータ体２７は、その固体電解質体１１，１３，１４を加熱して活性化させるため設けられている。

ヒータ体２７は、検出体２８の固体電解質体１１側の外層に配設されている。そしてヒータ体２７の絶縁基体１８と、検出体２８の固体電解質体１１とは、長手方向の基端側で接合材を介して一体化されており、センサ素子１０の長手方向の一端側における絶縁基体１８と固体電解質体１１との間には間隙が形成されている。この間隙内に配置された固体電解質体１１上の電極１９は、その表面がセラミックスからなる多孔質性の保護層２４に覆われており、排気ガスに含まれるシリコン等の被毒成分によって電極１９が劣化しないように保護されている。

このように構成されたセンサ素子１０において、固体電解質体１１とその両面に設けられた一対の電極１９，２０は、外部からガス検出室２３内に酸素を汲み入れ、あるいはガス検出室２３から外部へ酸素を汲み出す酸素ポンプセル（以下、固体電解質体１１および電極１９，２０を総じて「Ｉｐセル」ともいう。）として機能する。同様に、固体電解質体１３とその両面に設けられた一対の電極２１，２２は、両電極間の酸素濃度に応じて起電力を発生させる酸素濃度検出セル（以下、固体電解質体１３および電極２１，２２を総じて「Ｖｓセル」ともいう。）として機能する。また、電極２２は、ガス検出室２３内の酸素濃度の検出のための基準となる酸素濃度を維持する酸素基準電極として機能する。なお、ＩｐセルおよびＶｓセルの詳細な機能については後述する。

次に、センサ素子１０に接続されるセンサ駆動回路部３の構成について説明する。センサ駆動回路部３は、ヒータ電圧供給回路３１、ポンプ電流駆動回路３２、電圧出力回路３３、微小電流供給回路３４および基準電圧比較回路３５から構成され、センサ素子１０から排気ガス中の酸素濃度に応じた電流値を電圧信号として得るための電気回路部である。

ヒータ電圧供給回路３１は、センサ素子１０のヒータ体２７の発熱抵抗体２６の両端に電圧Ｖｈを印加して発熱させ、ＩｐセルおよびＶｓセルの加熱を行う。微小電流供給回路３４は、Ｖｓセルの電極２２から電極２１側へ微小電流Ｉｃｐを流し、電極２２側に酸素イオンを移動させて酸素を溜め込ませることで、電極２２を排気ガス中の酸素濃度を検出するための基準となる酸素基準電極として機能させる。電圧出力回路３３は、Ｖｓセルの電極２１，２２間に生ずる起電力Ｖｓを検出するものである。基準電圧比較回路３５は、予め定められた基準電圧（例えば４５０ｍＶ）と、電圧出力回路３３にて検出した起電力Ｖｓとの比較を行い、比較結果をポンプ電流駆動回路３２にフィードバックするものである。ポンプ電流駆動回路３２は、基準電圧比較回路３５から得られた比較結果に基づき、Ｉｐセルの電極１９，２０間に流すポンプ電流Ｉｐを制御して、Ｉｐセルによるガス検出室２３内への酸素の汲み入れやガス検出室２３からの酸素の汲み出しが行われるようにする。

次に、ＥＣＵ５の構成について説明する。ＥＣＵ５は、自動車のエンジンの駆動等を電子的に制御するための装置であり、制御プログラムの実行にしたがって燃料の噴射タイミングや点火時期の制御を行うものである。そのための情報として、ＥＣＵ５には全領域空燃比センサ１の出力（検出信号）が入力される。また、その他の情報として、その他のセンサからの信号（例えば、エンジンのピストン位置や回転数を検出できるクランク角、冷却水の水温、燃焼圧などの情報）も入力される。ＥＣＵ５には公知の構成のＣＰＵ６、ＲＯＭ７、ＲＡＭ８等を搭載したマイコンチップが用いられており、図示外の信号入出力部を介してセンサユニット４のセンサ駆動回路部３から得られる排気ガス中の酸素濃度に応じた出力（検出信号）をＡ／Ｄ変換した値がＲＡＭ８に記憶されて、後述するむだ時間遅れ劣化診断プログラムにて用いられる。むだ時間遅れ劣化診断プログラムはＲＯＭ７に記憶されており、ＣＰＵ６によって実行される。そして、むだ時間遅れ劣化診断プログラムの実行にしたがい、全領域空燃比センサ１からの出力値に基づいて、センサ素子１０がむだ時間遅れ劣化状態にあるか否かの診断が行われている。また、ＲＯＭ７には、むだ時間遅れ劣化診断プログラムの他に、各種の制御プログラムや初期値等も記憶されている。ＲＡＭ８はむだ時間遅れ劣化診断プログラムの実行などの用途に利用され、プログラムに使用される各種変数やフラグ、カウンタ等も一時的に記憶される。

次に、全領域空燃比センサ１を用いて排気ガスの酸素濃度（空燃比）を検出する動作について簡単に説明する。まず、図１に示すように、微小電流供給回路３４によりＶｓセルの電極２２から電極２１に向けて微小電流Ｉｃｐを流す。この通電より、電極２１側から電極２２側に固体電解質体１３を介して酸素が汲み込まれ、電極２２が酸素基準電極として機能する。そして、電圧出力回路３３により両電極２１，２２間に発生する起電力Ｖｓを検出し、この起電力Ｖｓを基準電圧比較回路３５で基準電圧（例えば４５０ｍＶ）と比較する。ポンプ電流駆動回路３２では、基準電圧比較回路３５による比較結果に基づいて、起電力Ｖｓが基準電圧となるようにＩｐセルの電極１９，２０間に流すポンプ電流Ｉｐの大きさや向きを制御する。

なお、ガス検出室２３内に流入した排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであった場合、排気ガス中の酸素濃度が薄いため、Ｉｐセルにおいて外部からガス検出室２３内に酸素を汲み入れるように、電極１９，２０間に流すポンプ電流Ｉｐが制御される。一方、ガス検出室２３内に流入した排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであった場合、排気ガス中には多くの酸素が存在するため、Ｉｐセルにおいてガス検出室２３から外部へ酸素を汲み出すように、電極１９，２０間に流すポンプ電流Ｉｐが制御される。このときのポンプ電流Ｉｐが全領域空燃比センサ１の出力（検出信号）としてＥＣＵ５に出力され、そのポンプ電流Ｉｐの大きさと向きから排気ガス中に含まれる酸素濃度、ひいては排気ガスの空燃比を検出できるのである。

ＥＣＵ５では、エンジンの空燃比フィードバック制御等に係る複数のプログラムがＣＰＵ６により実行されており、そのうちの１つであるむだ時間遅れ劣化診断プログラムでは、取得した全領域空燃比センサ１の出力（検出信号）に対する演算処理等が行われ、全領域空燃比センサ１がむだ時間遅れ劣化状態にあるか否かの診断が行われる。

ここで、第１の実施の形態で行われる全領域空燃比センサ１のむだ時間遅れ劣化の診断方法の概要について、図２を参照して簡単に説明する。図２は、むだ時間遅れ劣化について説明するためのタイミングチャートである。なお、図２に示す、タイミングチャートでは、エンジンに供給される混合気の目標空燃比を太い点線で示している。また、全領域空燃比センサ１に検出される排気ガスの空燃比（実空燃比）を１点鎖線および実線で示している。また、タイミングチャートの時間軸（横軸）における各タイミングを「Ｔ」と略記する。

図２に示すように、太い点線で示す目標空燃比は、目標中心空燃比を境に、Ｔ１において、リッチ側からリーン側へ変更され、Ｔ２において、リーン側からリッチ側へ変更される。それに対応し、実空燃比が、面積基準値を境に、リッチ側からリーン側あるいはリーン側からリッチ側へ変化し始める時期は、全領域空燃比センサ１がエンジンの下流に設けられるため、１点鎖線で示すように、もともと遅れ（むだ時間遅れ）Ｘを生ずる。全領域空燃比センサ１に劣化が生ずると、実空燃比のむだ時間遅れＹは、実線で示すように、さらに遅くなる。ここで、目標中心空燃比が、本発明における「第１特定空燃比」に相当し、面積基準値が、本発明における「第２特定空燃比」に相当するものであり、この第１の実施の形態では、第１特定空燃比と第２特定空燃比とが同じ値に設定されている。なお、後述するが、第１の実施の形態では、面積基準値は、実空燃比との間で偏差を求める際にも用いられるものであるが、その偏差を求める際の面積基準値は、本発明における「基準値」に相当することになる。

第１の実施の形態では、全領域空燃比センサ１にむだ時間遅れ劣化が生じたか否かを診断するため、このタイミングチャートにおいて実空燃比によって描かれる図形の面積を求めることによって、むだ時間遅れの有無を診断している。ここで、目標空燃比が、目標中心空燃比を境にしてリッチ側からリーン側へ変更（Ｔ１）され、リーン側からリッチ側へ変更（Ｔ２）されてから、再度、リッチ側からリーン側へ変更（Ｔ３）されるまでの１周期間を「小単位診断期間」とする。そして、その小単位診断期間で、
（１）目標空燃比がリッチ側にあるＢ期間において、実空燃比がリッチ側にある部分（右上がり斜線部Ｃで示す部分）の面積と、
（２）目標空燃比がリッチ側にあるＢ期間において、実空燃比がリーン側にある部分（右下がり斜線部Ｄで示す部分）の面積と
の少なくとも一方の面積を、劣化が生じていないときの実空燃比（１点鎖線）をもとにして定めた所定の基準値と比較して、劣化の有無を診断する。または、小単位診断期間で、
（３）目標空燃比がリーン側にあるＡ期間において、実空燃比がリッチ側にある部分（右下がり斜線部Ｅで示す部分）の面積と、
（４）目標空燃比がリーン側にあるＡ期間において、実空燃比がリーン側にある部分（右上がり斜線部Ｆで示す部分）の面積と
の少なくとも一方の面積を、劣化が生じていないときの実空燃比（１点鎖線）をもとにして定めた所定の基準値と比較して、劣化の有無を診断する。もしくは、（１）〜（４）で求まる面積の組み合わせを用いて劣化の有無を診断する。

全領域空燃比センサ１に生じ得るむだ時間遅れ劣化は、必ずしも、目標空燃比のリーン側からリッチ側への変更と、リッチ側からリーン側への変更との双方の状況において、一様に生ずるとは限らない。例えば、目標空燃比がリッチ側からリーン側へ変更される場合にのみ、むだ時間遅れが生ずる形態の劣化である場合、図２において、Ａ期間には実線に沿って実空燃比が変化し、Ｂ期間には１点鎖線に沿って実空燃比が変化する。したがって斜線部Ｅ，Ｆの面積は、変わらず、斜線部Ｃの面積は大きくなり、斜線部Ｄの面積は小さくなるタイミングチャートが得られる。（１）〜（４）で求まる面積の組み合わせを用いて劣化の有無を診断すれば、こうした劣化の形態に対しても、むだ時間遅れ劣化の診断を行うことができる。

このように、小単位診断期間の間に得られる上記斜線部Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの面積に基づいて、むだ時間遅れ劣化の診断を行う。このため、例えば外乱ノイズ等の影響で実空燃比が一時的に通常とは異なる値をとったとしても、面積全体でみた場合、外乱ノイズ等の影響が含まれる場合と含まれない場合との面積の差は小さく、むだ時間遅れ劣化の診断精度が高い。そして、むだ時間遅れ劣化の診断精度をさらに高めるには、連続する２期間以上の小単位診断期間（「中単位診断期間」という。）において、各小単位診断期間において求めた上記の面積を合計し（「面積合計値」という。）、その面積合計値を、劣化の判定を行う基準となる基準値（「劣化判定値」という。）と比較して、むだ時間遅れ劣化の診断を行えばよい。

第１の実施の形態では、一例として、小単位診断期間が５回（５期間）連続して繰り返されるまでの期間を、中単位診断期間に設定している。そして、その中単位診断期間において、（２）にしたがって求められる斜線部Ｄの面積の合計値に基づく診断と、（４）にしたがって求められる斜線部Ｆの面積の合計値に基づく診断とを組み合わせて、むだ時間遅れ劣化の診断を行っている。以下、むだ時間遅れ劣化の診断方法について、具体的に、図３〜図５のフローチャートに示す、むだ時間遅れ劣化診断プログラムの各処理にしたがって説明を行う。その前に、むだ時間遅れ劣化診断プログラムで用いられる各種変数やフラグ、カウンタ等について説明する。

むだ時間遅れ劣化診断プログラムでは、定数として、「面積基準値」、「基準反転回数」、「リーン側劣化判定値」、「リッチ側劣化判定値」が使用される。これらの定数は、予め評価試験等により定められ、むだ時間遅れ劣化診断プログラムとともにＲＯＭ７に記憶されている。また、むだ時間遅れ劣化の診断を開始する条件として、全領域空燃比センサ１が活性化したか否かを判定する際に用いられる基準値としての「センサ活性判定値」や、その他、むだ時間遅れ劣化診断プログラムの実行に使用される初期値や設定値等も、ＲＯＭ７に記憶されている。

また、むだ時間遅れ劣化診断プログラムでは、変数として、「リーン側面積合計値」、「リッチ側面積合計値」、「目標空燃比」、「実空燃比」、「偏差」が用いられる。さらに、フラグとして、「運転パラメータ条件フラグ」、「初期化条件フラグ」、「劣化診断完了フラグ」、「劣化判定フラグ」、「目標空燃比フラグ」が用いられ、カウント値として、「目標空燃比反転回数」が使用される。これら変数やフラグ、カウント値の記憶エリアは、プログラムの実行時にＲＡＭ８に確保される。

第１の実施の形態のむだ時間遅れ劣化診断プログラムでは、１回のエンジンの駆動開始から停止までの間に一度、ガスセンサのむだ時間遅れ劣化の診断が行われるように、劣化診断完了フラグ、運転パラメータ条件フラグ、および初期化条件フラグを用いて、診断の実施の有無が管理されている。

「劣化診断完了フラグ」は、全領域空燃比センサ１のむだ時間遅れ劣化の診断が完了した時点で立てられるフラグであり、このフラグが成立すると、むだ時間遅れ劣化の診断は実施されない。「初期化条件フラグ」は、すでにむだ時間遅れ劣化の診断が実施された後、再度、むだ時間遅れ劣化の診断が実施されるようにするため、むだ時間遅れ劣化診断プログラムとは異なる他の制御プログラムにより、必要に応じて立てられるフラグである。このフラグが成立すると、劣化診断完了フラグを含め各フラグやカウンタ等が初期化されるため、むだ時間遅れ劣化の診断を再実施できるようになる。例えば、エンジン始動後の初回のむだ時間遅れ劣化の診断後に、むだ時間遅れ劣化診断プログラムは待機状態となるが、エンジンが不意に作動を停止（いわゆるエンスト）した場合などに初期化条件フラグが立てられ、再度、むだ時間遅れ劣化の診断が実施される。

「運転パラメータ条件フラグ」もまた、むだ時間遅れ劣化診断プログラムとは異なる別の制御プログラムにより立てられるフラグである。ＣＰＵ６により実行される別の制御プログラムによりエンジンを中心としたシステム全体の稼働状況が監視され、例えばエンジンの回転数や冷却水の水温などが、予め設定された、正常とみなせる値の範囲内で所定時間（例えば１秒間）維持された場合に、エンジンの運転状況が正常であるとして、運転パラメータ条件フラグが成立される。なお、エンジンの回転数や冷却水の水温の正常とみなせる範囲として、第１の実施の形態では、エンジン回転数が２０００ｒｐｍ以上５０００ｒｐｍ以下であり、水温が８０℃以上２１５℃以下である範囲（条件）を設定しており、このように正常とみなせる範囲にある運転状態であれば、エンジンの運転状態が定常駆動状態にあると判定できる。

また、ＣＰＵ６では、むだ時間遅れ劣化診断プログラムとは別に燃料の噴射タイミングおよび噴射量を制御するプログラムが実行されており、そのプログラムにおいて、混合気の目標とする空燃比がエンジンの運転状態に応じて決定されている。「目標空燃比」は、そのプログラムにおいて使用される記憶エリアから読み込まれ、むだ時間遅れ劣化診断プログラムにおいて使用される。これに対し、「実空燃比」は、全領域空燃比センサ１に検出される排気ガスの空燃比を示す値であり、具体的には、全領域空燃比センサ１が検出信号として出力するポンプ電流ＩｐをＡ／Ｄ変換した空燃比実測値に対し、所定の演算を適用して算出される排気ガスの実際の空燃比に相当する値である。空燃比実測値にフィルタリング処理等を施してなまし、外乱ノイズ等の影響を低減させる場合もある。

「面積合計値」は、上記したように、実空燃比の推移を時間に示したタイミングチャートにおいて、実空燃比と「面積基準値」とで囲まれる部分の面積を、中単位診断期間において合計した合計値として求めたものである。面積合計値は、目標空燃比がリーン側にある場合とリッチ側にある場合とで、「リーン側面積合計値」と「リッチ側面積合計値」としてそれぞれ別々に求められる。全領域空燃比センサ１の出力（検出信号）が取得されるごとに、実空燃比と面積基準値との差分である「偏差」が求められ、その偏差が中単位診断期間の間、積算されて、面積合計値として求められる。そして、リーン側面積合計値とリッチ側面積合計値とが、それぞれ、「リーン側劣化判定値」と「リッチ側劣化判定値」とに比較され、その比較結果に基づいて、むだ時間遅れ劣化の診断が行われる。

「目標空燃比反転回数」は、中単位診断期間の経過を確認するため、小単位診断期間が経過した回数をカウントするのに用いられる。小単位診断期間は、上記したように、目標空燃比が「目標中心空燃比」を境にリッチ側からリーン側へ変更されたタイミングを起点とし、再度、目標空燃比がリッチ側からリーン側へ変更されるまでの１周期間として定められている。中単位診断期間は、第１の実施の形態では、小単位診断期間５回分の期間に相当し、目標空燃比反転回数は、小単位診断期間が経過するごとに１インクリメントされる。なお、中単位診断期間の経過を確認するため目標空燃比反転回数が比較されるのは「基準反転回数」であり、この値は設定によって変更可能であるが、通常は上記のように５回が設定される。

「目標空燃比フラグ」は、目標空燃比が目標中心空燃比（第１特定空燃比）を境にリッチ側にあるかリーン側にあるかを判定した結果に応じて立てられるフラグである。目標空燃比がリッチ側にある場合には１が記憶され、リーン側にある場合に０が記憶される。「劣化判定フラグ」は、むだ時間遅れ劣化診断プログラムによって全領域空燃比センサ１がむだ時間遅れ劣化の状態にあると診断（判定）された場合に立てられるフラグである。劣化判定フラグの値はＣＰＵ６により実行される他のプログラムにおいて参照され、１が記憶されている場合には、全領域空燃比センサ１にむだ時間遅れ劣化が生じたことを運転者に報知する処理（例えば、警告ランプの点灯処理）等の実施に用いられる。

次に、図３〜図５のフローチャートにしたがって、図１および図６を参照しながら、むだ時間遅れ劣化診断プログラムの各処理について説明する。図３は、むだ時間遅れ劣化診断プログラムのメインルーチンのフローチャートである。図４は、むだ時間遅れ劣化診断プログラムのメインルーチンからコールされるむだ時間遅れ劣化診断処理のフローチャートである。図５は、むだ時間遅れ劣化診断プログラムのメインルーチンからコールされるむだ時間遅れ劣化診断処理のフローチャートであって、図４と連動したフローチャートである。図６は、全領域空燃比センサ１にむだ時間遅れ劣化が生じた場合において、実空燃比が目標空燃比の反転に追従して変化する様子の一例を示すタイミングチャートである。なお、フローチャートの各ステップについては「Ｓ」と略記する。

むだ時間遅れ劣化診断プログラムはＥＣＵ５の駆動開始時に、エンジンを制御するための他のプログラムと共にＣＰＵ６により実行される。図３に示す、むだ時間遅れ劣化診断プログラムのメインルーチンが実行されると、まず初期化処理が行われ、ＲＡＭ８に、むだ時間遅れ劣化診断プログラムに使用される変数やフラグ、カウンタ等の記憶エリアが確保される（Ｓ１１）。

そして、むだ時間遅れ劣化診断プログラムとは別途実行されるタイマプログラム（図示外）が起動され、計時が開始される（Ｓ１２）。タイマプログラムは、むだ時間遅れ劣化診断プログラムの各処理を実行するタイミングの基準となるカウント値を一定時間間隔でインクリメント（あるいはデクリメントであってもよい。）するプログラムである。むだ時間遅れ劣化診断プログラムは、メインプログラムのＳ１３〜Ｓ２６の処理を、例えば１０ｍｓｅｃ毎に１度、繰り返し実行するように構成されており、タイマプログラムはその計時に用いられる。

次にセンサユニット４のセンサ駆動回路部３に指示が送信され、全領域空燃比センサ１の固体電解質体１１，１３，１４の活性化のため、ヒータ電圧供給回路３１によるヒータ体２７への通電が行われる（図１参照）。そして、センサ素子１０のインピーダンスを公知の手法を用いて算出し、算出されたインピーダンスが所定の活性化しきい値を下回ったか否かを判定することで全領域空燃比センサ１の活性化の有無が判断される（Ｓ１３）。全領域空燃比センサ１が活性化するまでは、後述するＳ１６，Ｓ１９，Ｓ２７，Ｓ２９を経てＳ１３が繰り返し実行され、１０ｍｓｅｃごとに活性化の有無が確認される（Ｓ１３：ＮＯ）。

全領域空燃比センサ１が活性化すると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、Ｓ１５に進み、初期化条件フラグが確認される（Ｓ１５）。前述したように、初期化条件フラグは、むだ時間遅れ劣化の診断が終了した後、再度実施する場合に立てられるフラグであるため、通常は０となっており（Ｓ１５：ＮＯ）、Ｓ１８に進む。

なお、初期化条件フラグが１となったときにはＳ１６に進み、全領域空燃比センサ１が非活性のときと同様にＳ１６およびＳ１９の処理が実行され、ＲＡＭ８に確保されたフラグ、変数等のリセットが行われる。具体的に、Ｓ１６では、診断回数、劣化判定回数の各カウント値と、劣化判定フラグ、劣化診断完了フラグ、初期化条件フラグの各フラグがリセットされる（Ｓ１６）。また、Ｓ１９では、目標空燃比フラグ、目標空燃比反転回数、リーン側・リッチ側面積合計値が、それぞれリセットされる（Ｓ１９）。その後はＳ２７で１０ｍｓｅｃの経過待ちが行われ（Ｓ２７：ＮＯ）、経過すれば（Ｓ２７：ＹＥＳ）、次の１０ｍｓｅｃの計時のためタイマがリセットされてからＳ１３に戻り（Ｓ２９）、Ｓ１３〜Ｓ２６が繰り返される。

Ｓ１８に戻り、次に、運転パラメータ条件フラグが確認される（Ｓ１８）。上記したように運転パラメータ条件フラグはむだ時間遅れ劣化診断プログラムとは異なる別の制御プログラムにより値が管理されており、エンジンの回転数や冷却水の水温が予め設定された正常とみなせる値の範囲に達しないうちは、初期状態、すなわち０が記憶されている（Ｓ１８：ＮＯ）。この場合はＳ１９に進み、上記した各フラグや変数の一部がリセットされつつ、運転パラメータ条件フラグが成立するまで待機する。なお、Ｓ１８において、運転パラメータ条件フラグの成立をもって、むだ時間遅れ劣化の診断が行われるようにする処理が、本発明における「駆動状態判定工程」に相当し、その処理を実行するＣＰＵ６が、本発明における「駆動状態判定手段」に相当する。

エンジンの回転数や冷却水の水温が予め設定された正常とみなせる値の範囲内に収まり、その状態が所定時間維持された場合、運転パラメータ条件が成立した（換言すれば、エンジンの運転状態が定常駆動状態にある）として、上記別の制御プログラムにより運転パラメータ条件フラグに１が記憶される。するとＳ１８の処理ではＳ２１に進めるようになり（Ｓ１８：ＹＥＳ）、次に、劣化診断完了フラグが確認される（Ｓ２１）。上記したように、劣化診断完了フラグは、むだ時間遅れ劣化の診断が完了したときに成立されるフラグであり、むだ時間遅れ劣化の診断前であれば、Ｓ１６の処理で劣化診断完了フラグがリセットされているので（Ｓ２１：ＮＯ）、Ｓ２２に進む。

Ｓ２２では、目標空燃比の取得が行われる。ＥＣＵ５では、全領域空燃比センサ１の出力として得られる排気ガスの空燃比の情報に基づいてエンジンに供給する混合気の空燃比を調整し、それにあわせ燃料の噴射量や噴射タイミングなどを制御する、いわゆる空燃比フィードバック制御が行われている。その空燃比フィードバック制御を行うためのプログラムでは、混合気の空燃比の調整のため、エンジンに供給する混合気の空燃比の目標とする目標空燃比の設定を行い、それにしたがった燃料噴射を制御している。Ｓ２２の処理では、Ｓ２２が実行されたタイミング（現時点）において、その空燃比フィードバック制御のプログラムで設定されている目標空燃比が取得され、ＲＡＭ８に確保されている記憶エリアに変数の目標空燃比として記憶される（Ｓ２２）。なお、Ｓ２２において、目標空燃比の取得を行う処理が、本発明における「目標空燃比取得工程」に相当し、その処理を実行するＣＰＵ６が、本発明における「目標空燃比取得手段」に相当する。

次いで全領域空燃比センサ１の出力（検出信号）すなわち空燃比の実測値が取得される（Ｓ２３）。空燃比実測値は、上記のポンプ電流Ｉｐの大きさをＡ／Ｄ変換したものである。さらに、取得された空燃比実測値から、所定の計算式を用いて、実際の空燃比に相当する値が算出され、変数の実空燃比としてＲＡＭ８に記憶される（Ｓ２５）。なお、Ｓ２３において、空燃比実測値を取得する処理が、本発明における「検出信号取得工程」に相当し、その処理を実行するＣＰＵ６が、本発明における「検出信号取得手段」に相当する。

次に、むだ時間遅れ劣化診断処理のサブルーチン（図４，図５参照）がコールされる（Ｓ２６）。ところで、むだ時間遅れ劣化診断処理のサブルーチンから戻るとＳ２７に進み１０ｍｓｅｃの経過を待って、Ｓ１３〜Ｓ２６が繰り返し実行されることとなるが、全領域空燃比センサ１のむだ時間遅れ劣化の有無についての診断が完了するまで、劣化診断完了フラグは０のまま維持される。したがって、メインルーチンのＳ１３〜Ｓ２６までの処理は、以降も上記同様に１０ｍｓｅｃごとに実行されるので、以下では、Ｓ２６からコールされる図４，図５のむだ時間遅れ劣化診断処理について、図６のタイミングチャートを参照しながら説明する。

上記したように、第１の実施の形態では、全領域空燃比センサ１のむだ時間遅れ劣化の診断を行うにあたって、図２のタイミングチャートの斜線部Ｄにより示される部分の面積と、斜線部Ｆにより示される部分の面積とに基づいて、むだ時間遅れ劣化の診断を行っている。つまり、目標空燃比がリッチ側にあり、実空燃比がリーン側にある（２）の場合と、目標空燃比がリーン側にあり、実空燃比もリーン側にある（４）の場合に、面積の積算が行われるように、図４のＳ３１〜Ｓ４９において、場合分けが行われる。

具体的に、図４に示す、むだ時間遅れ劣化診断処理のサブルーチンでは、まず、Ｓ３１において、実空燃比が面積基準値以上か否か確認される。例えばＴ３〜Ｔ５や、Ｔ７〜Ｔ９（図６参照）など、実空燃比が面積基準値以上であれば、実空燃比はリーン側にあると判定され（Ｓ３１：ＹＥＳ）、面積の積算を行うため、現在の実空燃比から面積基準値（基準値）を引いた値が算出されて、偏差として記憶される（Ｓ３３）。なお、偏差を算出する際の実空燃比が、本発明における「空燃比換算値」に相当する。一方、例えばＴ１〜Ｔ３や、Ｔ５〜Ｔ７（図６参照）など、実空燃比が面積基準値より小さければ、実空燃比がリッチ側にあると判定され（Ｓ３１：ＮＯ）、この場合は面積の積算を行わないため、偏差に０が記憶される（Ｓ３５）。なお、Ｓ３１において、実空燃比が面積基準値（第２特定空燃比）に対してリッチ側にあるかリーン側にあるかを判定する処理が、本発明における「実空燃比判定工程」に相当し、その処理を実行するＣＰＵ６が、本発明における「実空燃比判定手段」に相当する。また、Ｓ３３またはＳ３５で、条件（前述した（１）〜（４）の組み合わせ）に応じて異なった計算式により求められる偏差が、本発明における「第１偏差」または「第２偏差」に相当し、その偏差を算出するＳ３３またはＳ３５の処理が、本発明における「第１偏差算出工程」または「第２偏差算出工程」に相当する。そして、Ｓ３３またはＳ３５を実行して、条件に応じて異なった計算式により偏差を求めるＣＰＵ６が、本発明における「第１偏差算出手段」または「第２偏差算出手段」に相当する。

次に、Ｓ３７で、目標空燃比フラグが確認される。前回、むだ時間遅れ劣化診断処理が実行された際に設定された目標空燃比フラグの値が、Ｓ３７で参照されることになる。例えばＴ２〜Ｔ４や、Ｔ６〜Ｔ８（図６参照）など、目標空燃比がリーン側にあると判定されていた場合には、目標空燃比フラグが０となっており（Ｓ３７：ＮＯ）、Ｓ３３またはＳ３５で求められた偏差の値が、リーン側面積合計値に積算される（Ｓ４５）。なお、Ｓ４５が繰り返されることによって求められるリーン側面積合計値は、基準反転回数を１回に設定した場合であれば、本発明の「第２加算値」に相当し、基準反転回数を２回以上に設定した場合であれば、本発明の「第２合計値」に相当する。そして、基準反転回数を１回に設定した場合に、Ｓ４５が繰り返されることによってリーン側面積合計値が求められる処理が、本発明における「第２加算値算出工程」に相当し、その処理を実行するＣＰＵ６が、本発明における「第２加算値算出手段」に相当する。また、基準反転回数を２回以上に設定した場合に、Ｓ４５が繰り返されることによってリーン側面積合計値が求められる処理が、本発明における「第２合計算出工程」に相当し、その処理を実行するＣＰＵ６が、本発明における「第２合計値算出手段」に相当する。

図６において、この期間のうちのＴ２〜Ｔ３やＴ６〜Ｔ７には、実空燃比がリッチ側にあるので偏差に０が代入されるため、リーン側面積合計値には０が積算され、グラフでは１点鎖線に示されるように、横ばい状態となる。しかし、Ｔ３〜Ｔ４やＴ７〜Ｔ８には、実空燃比がリーン側にあるため偏差には現在の実空燃比（空燃比換算値）と面積基準値（基準値）との差分が代入されるので、リッチ側面積合計値は、グラフにおいて上昇傾向を示すこととなる。

次に、図４に示す、Ｓ４７では、現在の目標空燃比が確認され、目標中心空燃比以上であれば（Ｓ４７：ＮＯ）、目標空燃比は継続してリーン側にあると判定され、そのままメインルーチンに戻る。しかし、現在の目標空燃比が目標中心空燃比より小さければ（Ｓ４７：ＹＥＳ）、現在の目標空燃比はリッチ側にあると判定される。つまり、例えばＴ４やＴ８（図６参照）のように、以前までリーン側にあった空燃比がリッチ側に変更されたことが検知され、目標空燃比フラグにはリッチ側を示す１が記憶される（Ｓ４９）。第１の実施の形態では、目標空燃比がリッチ側からリーン側へ変更されたタイミングを基準に小単位診断期間が設定されるので、目標空燃比がリーン側からリッチ側に変更された場合は、小単位診断期間の基準ではないため、そのままメインルーチンに戻る。なお、Ｓ４７や、後述するＳ４１で、現在の目標空燃比が目標中心空燃比（第１特定空燃比）に対してリッチ側にあるかリーン側にあるかを判定する処理が、本発明における「目標空燃比判定工程」に相当し、その処理を実行するＣＰＵ６が、本発明における「目標空燃比判定手段」に相当する。

一方、Ｓ３７で、例えばＴ４〜Ｔ６や、Ｔ８〜Ｔ１０（図６参照）など、前回のむだ時間遅れ劣化診断処理の実行の際に目標空燃比がリッチ側にあると判定された場合、目標空燃比フラグは１となっており（Ｓ３７：ＹＥＳ）、Ｓ３３またはＳ３５で求められた偏差の値がリッチ側面積合計値に積算される（Ｓ３９）。なお、Ｓ３９が繰り返されることによって求められるリッチ側面積合計値は、基準反転回数を１回に設定した場合であれば、本発明の「第１加算値」に相当し、基準反転回数を２回以上に設定した場合であれば、本発明の「第１合計値」に相当する。そして、基準反転回数を１回に設定した場合に、Ｓ３９が繰り返されることによってリッチ側面積合計値が求められる処理が、本発明における「第１加算値算出工程」に相当し、その処理を実行するＣＰＵ６が、本発明における「第１加算値算出手段」に相当する。また、基準反転回数を２回以上に設定した場合に、Ｓ３９が繰り返されることによってリッチ側面積合計値が求められる処理が、本発明における「第１合計算出工程」に相当し、その処理を実行するＣＰＵ６が、本発明における「第１合計値算出手段」に相当する。

図４に示す、Ｓ３９の次に、現在の目標空燃比が確認され、目標中心空燃比より小さければ（Ｓ４１：ＮＯ）、目標空燃比は継続してリッチ側にあると判定され、そのままメインルーチンに戻る。しかし、現在の目標空燃比が、目標中心空燃比以上であれば（Ｓ４１：ＹＥＳ）、現在の目標空燃比はリーン側にあると判定される。つまり、例えばＴ２やＴ６（図６参照）のように、以前までリッチ側にあった目標空燃比がリーン側に変更されたことが検知され、目標空燃比フラグにはリーン側を示す０が記憶される（Ｓ４３）。そして、目標空燃比がリーン側からリッチ側へ変更されたタイミングを基準に小単位診断期間を設定するため、Ｓ５１に進む。

Ｓ５１に移行すると、目標空燃比反転回数が基準反転回数（第１の実施の形態では５回）以上か確認されるが、目標空燃比反転回数１回分が小単位診断期間に相当し、その５回分に相当する中単位診断期間が経過するまでは、むだ時間遅れ劣化の診断が継続される。したがって、目標空燃比反転回数が基準反転回数より小さいうちは（Ｓ５１：ＮＯ）、Ｓ５３〜Ｓ５５の処理を経て、目標空燃比がリッチ側からリーン側へ反転するごとに、１回の小単位診断期間が終了し、目標空燃比反転回数に１が加算される（Ｓ５７）。なお、目標空燃比反転回数が０である場合にのみ（Ｓ５３：ＹＥＳ）、リーン側面積合計値およびリッチ側面積合計値のリセットが行われて、Ｓ５７に進む（Ｓ５５）。この処理により、例えば図６に示すように、むだ時間遅れ劣化の診断の開始時期が目標空燃比の周期とは同期しないＴ０に開始され、その後に小単位診断期間の開始基準となるＴ２を迎えたときに、Ｔ０〜Ｔ２の間に加算された分の面積合計値（図６に斜線部Ｄ０で示す。）をリセットすることができる。そして、このＴ２を、中単位診断期間の開始基準とすることができる。したがって、図４に示すように、目標空燃比反転回数が０でなければ（Ｓ５３：ＮＯ）、中単位診断期間の最中であるため、リーン側面積合計値およびリッチ側面積合計値はリセットされず、継続して偏差が積算されることとなる。Ｓ５７の処理が終わると、メインルーチンに戻る。

このように、リーン側面積合計値、およびリッチ側面積合計値は、図６に示すように、Ｔ２で一旦リセットされる。以後、目標空燃比がリッチ側にあり実空燃比がリーン側にあるときには（Ｔ４〜Ｔ５，Ｔ８〜Ｔ９など）、リッチ側面積合計値が積算され、目標空燃比がリーン側にあり実空燃比もリーン側にあるときには（Ｔ３〜Ｔ４，Ｔ７〜Ｔ８など）、リーン側面積合計値が積算されていく。また、目標空燃比がリッチ側からリーン側へ反転する度に、Ｓ５７において目標空燃比反転回数が加算されていく。

そして、図４に示すように、Ｓ５１の実行時に目標空燃比反転回数が基準反転回数（５回）に達していたときに（Ｓ５１：ＹＥＳ）、中単位診断期間が終了したと判断されて、Ｓ６１〜Ｓ６９の処理、すなわち全領域空燃比センサ１がむだ時間遅れ劣化状態にあるか否か診断する処理が実行される。まず、リーン側面積合計値がリーン側劣化判定値と比較される。リーン側面積合計値は、図６に示す、斜線部Ｆ１〜Ｆ５の面積を合計したものであり、図５に示すように、リーン側劣化判定値よりも小さかったら（Ｓ６１：ＹＥＳ）、劣化と判定され、すなわち全領域空燃比センサ１にむだ時間遅れ劣化が生じていると診断されて、劣化判定フラグに１が記憶される（Ｓ６７）。

一方、Ｓ６１で、リーン側面積合計値がリーン側劣化判定値以上であれば（Ｓ６１：ＮＯ）、次に、リッチ側面積合計値がリッチ側劣化判定値と比較される。リッチ側面積合計値は、図６に示す、斜線部Ｄ１〜Ｄ５の面積を合計したものであり、図５に示すように、リッチ側面積合計値がリッチ側劣化判定値より大きければ（Ｓ６３：ＹＥＳ）、全領域空燃比センサ１にむだ時間遅れ劣化が生じていると診断されて、劣化判定フラグに１が記憶される（Ｓ６７）。しかし、リッチ側面積合計値がリッチ側劣化判定値以下であれば（Ｓ６３：ＮＯ）、正常と判定され、すなわち全領域空燃比センサ１にむだ時間遅れ劣化は生じていないと診断され、劣化判定フラグは０のまま維持される（Ｓ６５）。劣化判定フラグの値は、ＣＰＵ６により実行される他のプログラムにおいて繰り返し参照されており、参照時に１が記憶されていれば、例えば運転者への報知等が行われる。なお、Ｓ６１またはＳ６３において、むだ時間遅れ劣化の診断が行われる処理が、本発明における「劣化診断工程」に相当し、その処理を実行するＣＰＵ６が、本発明における「劣化診断手段」に相当する。

むだ時間遅れ劣化の診断後には、劣化診断完了フラグに１が記憶され（Ｓ６９）、メインルーチンに戻る。上記のようにＳ１３〜Ｓ２６の処理は１０ｍｓｅｃごとに繰り返されるが、劣化診断完了フラグが１となった後は（Ｓ２１：ＹＥＳ）、他のプログラムにより初期化条件フラグが成立しない限り、Ｓ２６のむだ時間遅れ劣化診断処理が再度実行されることはない。

次に、むだ時間遅れ劣化診断方法の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、第１の実施の形態で用いたむだ時間遅れ劣化診断プログラムにおいて、リーン側面積合計値およびリッチ側面積合計値を求める条件を異ならせたものである。具体的には、中単位診断期間において、（１）にしたがって求められる斜線部Ｃの面積の合計値に基づく診断と、（４）にしたがって求められる斜線部Ｆの面積の合計値に基づく診断とを組み合わせて、むだ時間遅れ劣化の診断を行う例である。したがって、むだ時間遅れ劣化診断装置としてのＥＣＵ５や全領域空燃比センサ１の構成については第１の実施の形態と同様であり、説明を省略する。また、むだ時間遅れ劣化診断プログラムについても、第１の実施の形態と異なる部分について説明を行い、その他の部分は省略または簡略化して説明する。

第２の実施の形態のむだ時間遅れ劣化診断プログラムは、第１の実施の形態のむだ時間遅れ劣化診断プログラムのＳ３１〜Ｓ３９の処理（図４）を、Ｓ７１〜Ｓ８５の処理（図７）に置き換えるとともに、Ｓ６３の処理（図５）を、Ｓ８７の処理（図８）に置き換えることで、上記のように、第１の実施の形態とは異なる部分の面積の合計値を得られるようにしたものである。図３のメインルーチンについては同一である。

ＣＰＵ６により図３に示したむだ時間遅れ劣化診断プログラムのメインルーチンが実行され、初期化条件フラグ（Ｓ１５）、運転パラメータ条件フラグ（Ｓ１８）、および劣化診断完了フラグ（Ｓ２１）による場合分けの各条件が揃うと、図７および図８に示す、むだ時間遅れ劣化診断処理がコールされるようになる（Ｓ２６）。

図７に示すように、Ｓ７１では、目標空燃比フラグが確認される。目標空燃比フラグが０で、例えばＴ２〜Ｔ４やＴ６〜Ｔ８（図９参照）など、目標空燃比がリーン側にあると判定された場合には（Ｓ７１：ＮＯ）、Ｓ８１に進み、次いで実空燃比が面積基準値（第２特定空燃比）以上であるか否か確認される。例えばＴ３〜Ｔ４やＴ７〜Ｔ８（図９参照）には、実空燃比が面積基準値以上となってリーン側にあると判定され（Ｓ８１：ＹＥＳ）、この場合には面積の積算を行うため、現在の実空燃比（空燃比換算値）から面積基準値（基準値）を引いた値が算出されて、偏差として記憶される（Ｓ８５）。なお、この第２の実施の形態においても、面積基準値は、本発明における「第２特定空燃比」と「基準値」とを兼ねている。一方、例えばＴ２〜Ｔ３やＴ６〜Ｔ７（図９参照）など、実空燃比が面積基準値より小さければ、実空燃比がリッチ側にあると判定され（Ｓ８１：ＮＯ）、この場合は面積の積算を行わないため、偏差に０が記憶される（Ｓ８３）。そして次のＳ４５では、Ｓ８３またはＳ８５で求められた偏差の値が、リーン側面積合計値に積算される（Ｓ４５）。

一方、Ｓ７１において、目標空燃比フラグが１で、例えばＴ４〜Ｔ６やＴ８〜Ｔ１０（図９参照）など、目標空燃比がリッチ側にあると判定された場合には（Ｓ７１：ＹＥＳ）、Ｓ７３に進み、次いで実空燃比が面積基準値（第２特定空燃比）以下であるか否かが確認される。例えばＴ５〜Ｔ６やＴ９〜Ｔ１０（図９参照）には、実空燃比が面積基準値以下となってリッチ側にあると判定され（Ｓ７３：ＹＥＳ）、この場合には面積の積算を行うため、面積基準値（基準値）から現在の実空燃比（空燃比換算値）を引いた値が算出されて、偏差として記憶される（Ｓ７７）。一方、例えばＴ４〜Ｔ５やＴ８〜Ｔ９（図９参照）など、実空燃比が面積基準値より大きければ、実空燃比がリーン側にあると判定され（Ｓ７３：ＮＯ）、この場合は面積の積算を行わないため、偏差に０が記憶される（Ｓ７５）。そして次のＳ３９では、Ｓ７３またはＳ７５で求められた偏差の値が、リッチ側面積合計値に積算される（Ｓ３９）。

その他の処理は第１の実施の形態と同様であり、リーン側面積合計値、およびリッチ側面積合計値は、図９に示すように、Ｔ２で一旦リセットされる。以後、目標空燃比がリーン側にあり、実空燃比もリーン側にある場合には（Ｔ３〜Ｔ４，Ｔ７〜Ｔ８など）、リーン側面積合計値が積算され、目標空燃比がリッチ側にあり、実空燃比もリッチ側にある場合には（Ｔ５〜Ｔ６，Ｔ９〜Ｔ１０など）、リッチ側面積合計値が積算されていく。また、目標空燃比がリッチ側からリーン側へ反転する度に（Ｔ２，Ｔ６，Ｔ１０など）、目標空燃比反転回数が加算されていく。

目標空燃比反転回数が基準反転回数（５回）に達したとき、リーン側面積合計値は、図９に示す、斜線部Ｆ１〜Ｆ５の面積を合計したものとなり、リッチ側面積合計値は、斜線部Ｃ１〜Ｃ５の面積を合計したものとなる。図８に示すように、リーン側面積合計値がリーン側劣化判定値より小さかったり（Ｓ６１：ＹＥＳ）、あるいはリッチ側面積合計値がリッチ側劣化判定値より小さかったりすれば（Ｓ８７：ＹＥＳ）、劣化と判定され（Ｓ６７）、全領域空燃比センサ１にむだ時間遅れ劣化が生じていると診断される。

このように、第２の実施の形態においては、（２）および（４）で求まる面積の組み合わせに基づくむだ時間遅れ劣化の診断を行った第１の実施の形態とは異なり、（１）および（４）で求まる面積の組み合わせに基づくむだ時間遅れ劣化の診断を行った。もちろん、（１）〜（４）の組み合わせは任意であり、組み合わせに応じて、第１，第２の実施の形態のむだ時間遅れ診断プログラムのように、偏差の算出条件、リーン側劣化判定値・リッチ側劣化判定値の設定、劣化診断の判定条件等を変更するだけで、容易に対応可能である。

なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、第１の実施の形態では１０ｍｓｅｃごとにむだ時間遅れ劣化診断処理が繰り返し実行されるようにしたが、必ずしも処理時間間隔を１０ｍｓｅｃに限定するものではなく、任意に設定可能である。また、前述したように、センサ駆動回路部３をＥＣＵ５の一回路部として構成してもよい。あるいは、センサ駆動回路部３にマイクロコンピュータを搭載し、そのマイクロコンピュータによってむだ時間遅れ劣化診断プログラムを実行できるようにしてもよい。

また、基準反転回数を５回に設定して、中単位診断期間を、小単位診断期間５回分の期間としたが、これに限らず、１回分でも２回分でも、あるいは６回分以上であってもよい。また、１回の小単位診断期間における面積合計値に基づいて、むだ時間遅れ劣化の診断を行ってもよい。その場合には、基準反転回数を１回に設定し、劣化判定基準値を適宜定めれば実現可能である。

また、リーン側面積合計値やリッチ側面積合計値は、１０ｍｓｅｃごとに得る実空燃比と面積基準値との偏差を加算した合計値によって求めたが、偏差を乗じた値や偏差の平均値などを面積合計値として用いてもよい。面積合計値としてこうした値を用いた場合は、むだ時間遅れ劣化を診断するための劣化判定値についても、評価試験等により導き出して設定すればよい。例えば、全領域空燃比センサ１の正常時に取り得る値と、全領域空燃比センサ１が様々なむだ時間遅れ劣化の状態にある場合に取り得る値とをサンプリングし、確実に、劣化状態と正常な状態とを区別可能となる最適な値を導き出せばよい。また、偏差は、全領域空燃比センサ１から取得されるセンサ出力（検出信号）から求められる実空燃比（空燃比換算値）と面積基準値との差分で求めたが、センサ出力そのものと、別途に設定した基準値との差分で求めてもよい。

また、上記の各実施の形態において、むだ時間遅れ劣化診断プログラムでは、エンジン始動後に一度、むだ時間遅れ劣化の診断を行った後、待機状態になるとしたが、その後にも、例えばエンジンが停止されるまで継続して繰り返し、むだ時間遅れ劣化の診断を行ってもよい。

また、２期間以上の中単位診断期間（「大単位診断期間」という。）において、それぞれの中単位診断期間における診断結果に基づいて、むだ時間遅れ劣化の診断を行ってもよい。例えば、第１の実施の形態のむだ時間遅れ劣化診断プログラムの場合、図５に示す、むだ時間遅れ劣化診断処理のＳ６１〜Ｓ６９の処理を、図１０に示す、Ｓ９１〜Ｓ１１１の処理に置き換えれば対応可能である。以下に、Ｓ９１〜Ｓ１１１の処理の詳細について説明する。図１０は、むだ時間遅れ劣化診断プログラムのメインルーチンからコールされるむだ時間遅れ劣化診断処理の変形例のフローチャートである。

本変形例では、３回（３期間）の中単位診断期間を大単位診断期間として設定している。そして、１回の、中単位診断期間における全領域空燃比センサ１のむだ時間遅れ劣化の診断を、仮の診断とし、仮の診断が３回行われたときに、２回以上、むだ時間遅れ劣化が発生したと仮に診断されていれば、むだ時間遅れ劣化が実際に発生しているとの最終的な診断を行う。本変形例では、定数として、「基準繰返し回数」、「基準劣化判定回数」と、カウント値として、「劣化判定回数」、「診断回数」が使用される。

「診断回数」は、大単位診断期間の経過を確認するため、中単位診断期間が経過した回数をカウントするのに用いられ、１回の中単位診断期間が経過するごとに１インクリメントされる。大単位診断期間の経過を確認するため、診断回数は「基準繰返し回数」と比較されるが、この基準繰返し回数は設定によって変更可能であり、通常は、上記のように３回が設定される。「劣化判定回数」は、大単位診断期間中の個々の中単位診断期間において、むだ時間遅れ劣化が発生したと仮に診断された回数をカウントするのに用いられる。むだ時間遅れ劣化が実際に発生しているか、最終的な診断を行うため、大単位診断期間の経過後に、劣化判定回数は「基準劣化判定回数」と比較される。この基準劣化判定回数は設定によって変更可能であり、通常は、上記のように２回が設定される。なお、図示しないが、診断回数および基準劣化判定回数は、図３のＳ１６においてリセットされる。

なお、本変形例において、個々の小単位診断期間および中単位診断期間に行われる各処理は、第１の実施の形態と同様である。以下、むだ時間遅れ劣化診断処理を中心に説明し、その他の部分は省略または簡略化して説明する。

第１の実施の形態と同様に、図３に示す、むだ時間遅れ劣化診断プログラムのメインルーチンが実行され、初期化条件フラグ（Ｓ１５）、運転パラメータ条件フラグ（Ｓ１８）、および劣化診断完了フラグ（Ｓ２１）による場合分けの各条件が揃うと、図４および図１０に示す、むだ時間遅れ劣化診断処理がコールされるようになる（Ｓ２６）。図４のＳ３１〜Ｓ５７の処理は、前述したとおりであり、小単位診断期間の５回目が終了して中単位診断期間が終了すると（Ｓ５１：ＮＯ）、図１０に示す、Ｓ９１に進む。

図１０に示すように、Ｓ９１では、まず、目標空燃比反転回数に１が記憶され（Ｓ９１）、Ｓ９３〜Ｓ９７（後述）の後に行われるＳ９９でリーン側面積合計値とリッチ側面積合計値とがともにリセットされることで（Ｓ９９）、次回の中単位診断期間における１回目の小単位診断期間の処理を開始可能とする準備がなされる。Ｓ９１の次のＳ９３およびＳ９５では、今回の中単位診断期間中に積算されたリーン側面積合計値がリーン側劣化判定値よりも小さい場合、またはリッチ側面積合計値がリッチ側劣化判定値よりも大きい場合の一方でも満たされると（Ｓ９３：ＹＥＳ／Ｓ９３：ＮＯ，Ｓ９５：ＹＥＳ）、全領域空燃比センサ１にむだ時間遅れ劣化が生じていると診断されて、劣化判定回数が１加算され（Ｓ９７）、Ｓ９９に進む。しかし、今回の中単位診断期間中に積算されたリーン側面積合計値がリーン側劣化判定値以上で、かつ、リッチ側面積合計値がリッチ側劣化判定値以下である場合には（Ｓ９３：ＮＯ，Ｓ９５：ＮＯ）、今回の中単位診断期間中に、全領域空燃比センサ１のむだ時間遅れ劣化は確認されなかったとして、そのままＳ９９に進む。なお、Ｓ９３またはＳ９５で、むだ時間遅れ劣化が生じているか仮に診断する処理が、本発明における「仮診断工程」に相当し、その処理を行うＣＰＵ６が、本発明における「仮診断手段」に相当する。

Ｓ９９の次のＳ１０１では、診断回数に１が加算され（Ｓ１０１）、Ｓ１０３で、その診断回数が基準繰返し回数（本変形例では３回）に達したか確認される。ここでは初回の中単位診断期間が終わったばかりで診断回数は１回であるので（Ｓ１０３：ＮＯ）、そのままメインルーチンに戻り、次回の中単位診断期間における１回目の小単位診断期間の処理が開始される。

そして２回目の中単位診断期間において、５回の小単位診断期間の実施によって、新たにリーン側面積合計値とリッチ側面積合計値とが積算される。そして、中単位診断期間が終了すると、Ｓ９１〜Ｓ１１１が、再度、実行される。上記のように、Ｓ９３〜Ｓ９７で、今回（２回目）の中単位診断期間において積算されたリーン側面積合計値およびリッチ側面積合計値に基づき、むだ時間遅れ劣化の診断がなされ、むだ時間遅れ劣化が生じていれば劣化判定回数に１が加算される。Ｓ９９を経て、Ｓ１０１では診断回数に１が加算されて２回となり、ここではまだ基準繰返し回数（３回）に達していないので、メインルーチンに戻り、３回目の中単位診断期間の処理が行われる。

上記同様に、Ｓ９３〜Ｓ９７で、３回目の中単位診断期間に得られたリーン側面積合計値およびリッチ側面積合計値に基づくむだ時間遅れ劣化の診断がなされ、診断結果が劣化判定回数に反映される。そしてＳ１０１で診断回数が３回になると、今回は基準繰り返し回数に達するので（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、大単位診断期間が終了し、Ｓ１０５で、劣化判定回数が基準劣化判定回数（本変形例では２回）以上となっていないか確認される（Ｓ１０５）。劣化判定回数が２回以上なら（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、全領域空燃比センサ１にむだ時間遅れ劣化が生じていると診断されて、劣化判定フラグに１が記憶される（Ｓ１０７）。しかし、劣化判定回数が２回未満であれば（Ｓ１０５：ＮＯ）、正常と判定され、すなわち全領域空燃比センサ１にむだ時間遅れ劣化は生じていないと診断され、劣化判定フラグは０のまま維持される（Ｓ１０９）。他のプログラムから劣化判定フラグの値が参照されたときに１となっていれば、例えば運転者への報知等が行われる。なお、Ｓ１０５で、むだ時間遅れ劣化が生じているか最終的に診断する処理が、本発明における「最終診断工程」に相当し、その処理を行うＣＰＵ６が、本発明における「最終診断手段」に相当する。

Ｓ１０７またはＳ１０９の後は、劣化診断完了フラグに１が記憶され（Ｓ１１１）、メインルーチンに戻る。以降のメインルーチンでは、劣化診断完了フラグが１となっているので（Ｓ２１：ＹＥＳ）、他のプログラムにより初期化条件フラグが成立しない限り、Ｓ２６のむだ時間遅れ劣化診断処理が再度実行されることはない。

このように、大単位診断期間における３回（３期間）の中単位診断期間のうち、２回以上の中単位診断期間において、むだ時間遅れ劣化の発生が仮に診断された場合、むだ時間遅れ劣化が実際に発生しているとして最終的な診断がなされる。これにより、第１，第２の実施の形態のように、１回の中単位診断期間でむだ時間遅れ劣化の診断を行う場合よりも、むだ時間遅れ劣化の診断精度をさらに高くすることができる。

なお、基準繰り返し回数を３回に設定して、大単位診断期間を、中単位診断期間３回分の期間としたが、これに限らず、２回分でも、あるいは４回分以上としてもよい。基準劣化判定回数も２回に限らず、基準繰り返し回数以下とすれば、１回としてもよいし、３回以上としてもよい。もちろん、上記変形例は第２の実施の形態に対しても適用可能であり、その場合には、図１０を図８のフローチャートと差し替えた上で、Ｓ９５の不等号を反転させて用いればよい。

また、上記変形例の２回以上の中単位診断期間において、むだ時間遅れ劣化が発生したと２回以上連続して仮に診断された場合に、むだ時間遅れ劣化が発生したとして、最終的に診断してもよい。この場合、例えば上記変形例においては、図１０のＳ９５においてＮＯであった場合に、劣化判定回数をリセットしてからＳ９９に進むようにする。さらに、Ｓ１０３とＳ１０５の処理順を入れ替え、Ｓ１０１の後、入れ替え後のＳ１０５へ進み、ＹＥＳであればＳ１０７へ、ＮＯであれば、入れ替え後のＳ１０３へ進む。そして、入れ替え後のＳ１０３では、ＹＥＳであればＳ１０９へ、ＮＯであれば、メインルーチンに戻るようにすれば、実現できる。

ＥＣＵ５と全領域空燃比センサ１との電気的な構成を説明するためのブロック図である。むだ時間遅れ劣化について説明するためのタイミングチャートである。むだ時間遅れ劣化診断プログラムのメインルーチンのフローチャートである。むだ時間遅れ劣化診断プログラムのメインルーチンからコールされるむだ時間遅れ劣化診断処理のフローチャートである。むだ時間遅れ劣化診断プログラムのメインルーチンからコールされるむだ時間遅れ劣化診断処理のフローチャートであって、図４と連動したフローチャートである。全領域空燃比センサ１にむだ時間遅れ劣化が生じた場合において、実空燃比が目標空燃比の反転に追従して変化する様子の一例を示すタイミングチャートである。第２の実施の形態で、むだ時間遅れ劣化診断プログラムのメインルーチンからコールされるむだ時間遅れ劣化診断処理のフローチャートである。第２の実施の形態で、むだ時間遅れ劣化診断プログラムのメインルーチンからコールされるむだ時間遅れ劣化診断処理のフローチャートである。第２の実施の形態で、全領域空燃比センサ１にむだ時間遅れ劣化が生じた場合において、実空燃比が目標空燃比の反転に追従して変化する様子の一例を示すタイミングチャートである。むだ時間遅れ劣化診断プログラムのメインルーチンからコールされるむだ時間遅れ劣化診断処理の変形例のフローチャートである。

符号の説明

１全領域空燃比センサ
３センサ駆動回路部
４センサユニット
５ＥＣＵ
６ＣＰＵ

Claims

内燃機関から排出される排気ガスに晒されたガスセンサが出力する当該排気ガス中の特定ガス成分の濃度に応じた検出信号に基づいて、前記内燃機関に供給される混合気の目標空燃比の変更に対応して前記検出信号に変化が生じ始める時期に遅れが生ずるむだ時間遅れ劣化が、前記ガスセンサに生じているかを診断するためのガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断方法であって、
一定のタイミング毎に前記目標空燃比が取得される目標空燃比取得工程と、
取得された前記目標空燃比が所定の第１特定空燃比と比較され、前記目標空燃比がリッチ側にあるかリーン側にあるかが判定される目標空燃比判定工程と、
前記目標空燃比が取得される際に、前記ガスセンサの出力する前記検出信号が取得される検出信号取得工程と、
取得された前記検出信号に基づき、現在の排気ガスの実空燃比が所定の第２特定空燃比に対してリッチ側にあるかリーン側にあるかが判定される実空燃比判定工程と、
少なくとも、
前記目標空燃比がリッチ側にあり、且つ前記実空燃比がリッチ側にある場合、または
前記目標空燃比がリッチ側にあり、且つ前記実空燃比がリーン側にある場合
のうちの一方の条件が満たされる場合に、現在の前記検出信号の値または現在の前記検出信号に基づき求められる空燃比換算値と、予め定められた基準値との差分が第１偏差として算出される第１偏差算出工程と、
前記目標空燃比が前記第１特定空燃比を境にリッチ側とリーン側とで周期的に反転するその反転周期の１周期間を小単位診断期間とし、その小単位診断期間の間に前記第１偏差算出工程が繰り返されることによって算出されたすべての前記第１偏差が加算され、第１加算値として求められる第１加算値算出工程と、
少なくとも、
前記目標空燃比がリーン側にあり、且つ前記実空燃比がリッチ側にある場合、または
前記目標空燃比がリーン側にあり、且つ前記実空燃比がリーン側にある場合
のうちの一方の条件が満たされる場合に、現在の前記検出信号の値または現在の前記検出信号に基づき求められる空燃比換算値と、予め定められた基準値との差分が第２偏差として算出される第２偏差算出工程と、
前記小単位診断期間の間に前記第２偏差算出工程が繰り返されることによって算出されたすべての前記第２偏差が加算され、第２加算値として求められる第２加算値算出工程と、
少なくとも前記第１加算値または前記第２加算値のうちの一方の値に基づいて、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じているかの診断がなされる劣化診断工程と
を有することを特徴とするガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断方法。
少なくとも２期間以上の連続する前記小単位診断期間を中単位診断期間とし、
その中単位診断期間中のそれぞれの前記小単位診断期間において求められた前記第１加算値のすべてを合計した第１合計値が算出される第１合計値算出工程と、
前記中単位診断期間中のそれぞれの前記小単位診断期間において求められた前記第２加算値のすべてを合計した第２合計値が算出される第２合計値算出工程と
を有し、
前記劣化診断工程では、少なくとも前記第１合計値または前記第２合計値のうちの一方の値に基づいて、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じているかの診断がなされることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断方法。
少なくとも２期間以上の前記中単位診断期間を大単位診断期間とし、
前記劣化診断工程は、
それぞれの前記中単位診断期間において、少なくとも前記第１合計値または前記第２合計値のうちの一方の値に基づき、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じているかの仮の診断がなされる仮診断工程と、
少なくとも２回以上行われる前記仮診断工程において、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じていると仮に診断された回数に基づいて、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じているかの最終的な診断が行われる最終診断工程と
を有することを特徴とする請求項２に記載のガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断方法。
前記最終診断工程では、少なくとも２回以上行われる前記仮診断工程において、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じているとの仮の診断が２回以上連続してなされた場合に、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じているとの判定がなされることを特徴とする請求項３に記載のガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断方法。
前記内燃機関の駆動状態が予め定められた定常駆動状態にあるか否かが判定される駆動状態判定工程を有し、
前記劣化診断工程では、前記内燃機関の駆動状態が前記定常駆動状態となった時期を基準に前記ガスセンサのむだ時間遅れ劣化の診断が開始されるとともに、前記ガスセンサのむだ時間遅れ劣化の診断中に、前記内燃機関の駆動状態が前記定常駆動状態でなくなった場合には、前記ガスセンサのむだ時間遅れ劣化の診断が停止されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断方法。
内燃機関から排出される排気ガスに晒されたガスセンサが出力する当該排気ガス中の特定ガス成分の濃度に応じた検出信号に基づいて、前記内燃機関に供給される混合気の目標空燃比の変更に対応して前記検出信号に変化が生じ始める時期に遅れが生ずるむだ時間遅れ劣化が、前記ガスセンサに生じているかを診断するためのガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断装置であって、
一定のタイミング毎に前記目標空燃比を取得する目標空燃比取得手段と、
取得した前記目標空燃比を所定の第１特定空燃比と比較し、前記目標空燃比がリッチ側にあるかリーン側にあるかを判定する目標空燃比判定手段と、
前記目標空燃比を取得する際に、前記ガスセンサの出力する前記検出信号を取得する検出信号取得手段と、
取得した前記検出信号に基づき、現在の排気ガスの実空燃比が所定の第２特定空燃比に対してリッチ側にあるかリーン側にあるかを判定する実空燃比判定手段と、
少なくとも、
前記目標空燃比がリッチ側にあり、且つ前記実空燃比がリッチ側にある場合、または
前記目標空燃比がリッチ側にあり、且つ前記実空燃比がリーン側にある場合
のうちの一方の条件が満たされる場合に、現在の前記検出信号の値または現在の前記検出信号に基づき求められる空燃比換算値と、予め定められた基準値との差分を第１偏差として算出する第１偏差算出手段と、
前記目標空燃比が前記第１特定空燃比を境にリッチ側とリーン側とで周期的に反転するその反転周期の１周期間を小単位診断期間とし、その小単位診断期間の間に前記第１偏差算出手段による処理を繰り返すことによって算出されるすべての前記第１偏差を加算し、第１加算値として求める第１加算値算出手段と、
少なくとも、
前記目標空燃比がリーン側にあり、且つ前記実空燃比がリッチ側にある場合、または
前記目標空燃比がリーン側にあり、且つ前記実空燃比がリーン側にある場合
のうちの一方の条件が満たされる場合に、現在の前記検出信号の値または現在の前記検出信号に基づき求められる空燃比換算値と、予め定められた基準値との差分を第２偏差として算出する第２偏差算出手段と、
前記小単位診断期間の間に前記第２偏差算出手段による処理を繰り返すことによって算出されるすべての前記第２偏差を加算し、第２加算値として求める第２加算値算出手段と、
少なくとも前記第１加算値または前記第２加算値のうちの一方の値に基づいて、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じているかの診断を行う劣化診断手段と
を備えたことを特徴とするガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断装置。
少なくとも２期間以上の連続する前記小単位診断期間を中単位診断期間とし、
その中単位診断期間中のそれぞれの前記小単位診断期間において求めた前記第１加算値のすべてを合計して第１合計値を算出する第１合計値算出手段と、
前記中単位診断期間中のそれぞれの前記小単位診断期間において求めた前記第２加算値のすべてを合計して第２合計値を算出する第２合計値算出手段と
を備え、
前記劣化診断手段は、少なくとも前記第１合計値または前記第２合計値のうちの一方の値に基づいて、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じているかの診断を行うことを特徴とする請求項６に記載のガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断装置。
少なくとも２期間以上の前記中単位診断期間を大単位診断期間とし、
前記劣化診断手段は、
それぞれの前記中単位診断期間において、少なくとも前記第１合計値または前記第２合計値のうちの一方の値に基づき、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じているかの仮の診断を行う仮診断手段と、
少なくとも２回以上、前記仮診断手段による処理を行い、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じていると仮に診断した回数に基づいて、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じているかの最終的な診断を行う最終診断手段と
を備えたことを特徴とする請求項７に記載のガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断装置。
前記最終診断手段は、少なくとも２回以上行う前記仮診断手段の処理において、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じていると２回以上連続して仮に診断した場合に、前記ガスセンサにむだ時間遅れ劣化が生じていると判定することを特徴とする請求項８に記載のガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断装置。
前記内燃機関の駆動状態が予め定められた定常駆動状態にあるか否かを判定する駆動状態判定手段を備え、
前記劣化診断手段は、前記内燃機関の駆動状態が前記定常駆動状態となった時期を基準に前記ガスセンサのむだ時間遅れ劣化の診断を開始するとともに、前記ガスセンサのむだ時間遅れ劣化の診断中に、前記内燃機関の駆動状態が前記定常駆動状態でなくなった場合には、前記ガスセンサのむだ時間遅れ劣化の診断を停止することを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載のガスセンサのむだ時間遅れ劣化診断装置。