JP5381763B2 - 空燃比検出センサ異常診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、空燃比検出センサの異常を診断する装置に関する。

近年、地球環境保護の要請から、車両用のエンジンから排出される排気ガス（単に、排気ともいう）の成分に対する規制が高まっている。このため、車両には、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサを設け、この空燃比センサによる検出結果に基づいて、エンジンをフィードバック制御することが一般的である。
一方、この空燃比センサに異常が生じた場合には、排気ガス性能が低下するおそれがある。それ故、この空燃比検出センサの異常を診断する技術が開発されている。このような技術の一例を示す文献（例えば、特許文献１）には、Ｏ₂センサの出力電圧が、所定の閾値を超える回数を検出することで、Ｏ₂センサの異常を診断する技術が開示されている。

特開平４−３６６５１号公報

ところで、Ｏ₂センサの異常には、無駄時間遅れ（Initial reaction delay）と一次応答遅れ（Transition delay）があることが一般的に知られている。しかしながら、特許文献１の技術に代表される従来の技術では、Ｏ₂センサに無駄時間遅れが発生したとしても、Ｏ₂センサに異常が発生していることを正確に判定しにくいという課題がある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出センサの反応遅れをより的確に判定して、空燃比検出センサの異常をより的確に診断することができるようにした空燃比検出センサ異常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、本発明の空燃比検出センサ異常診断装置は、エンジンの排気通路に設けられ排気ガスの実空燃比を検出する空燃比検出センサと、燃料カット条件が成立すると、該エンジンの燃料噴射を一時的に中止する燃料カット制御を実行する燃料カット制御手段と、該燃料カット制御手段が該燃料カット制御を実行してから該空燃比検出センサによって該実空燃比のリーン側への変動が検出されるまでの期間であるカット後遅れ期間が、所定のカット後判定期間を経過し、且つ、該燃料カット制御手段による該燃料カット制御の実行が終了してから該空燃比検出センサによって該実空燃比のリッチ側への変動が検出されるまでの期間である復帰後遅れ期間が、所定の復帰後判定期間を経過した、という条件を所定回数満たした場合、該空燃比検出センサの反応に遅れが生じていると判定する反応遅れ判定手段と、該反応遅れ判定手段での判定結果と該空燃比検出センサで検出される実空燃比とに基づき該空燃比検出センサの異常を診断するセンサ異常診断手段とを備える。

該センサ異常診断手段は、該エンジンから排出される該排気ガスの空燃比の目標値をリッチ側とリーン側とに繰り返し変更する空燃比変更制御を実行する空燃比変更制御手段と、該空燃比の目標値を挟んで所定の閾幅を設定する空燃比閾幅設定手段とを有し、かつ、該空燃比検出センサで検出された該実空燃比が、該空燃比変更制御手段による該空燃比変更制御の実行中に、該閾幅を超えた回数が異常判定閾値以下である場合に、該空燃比検出センサが異常であると診断するものであり、該空燃比閾幅設定手段は、該反応遅れ判定手段により少なくとも１回の該反応遅れが生じているとの判定がなされた場合に、該閾幅を拡大する。

また、該空燃比検出センサによって検出された該排気ガスの実空燃比の平均値である平均空燃比を算出する平均空燃比算出手段を備え、該空燃比閾幅設定手段は、該平均空燃比算出手段によって算出された該平均空燃比に基づいて該閾幅を設定することが好ましい（請求項２）。
また、該反応遅れ判定手段が、該燃料カット制御の終了後におけるシリンダへの流入空気量の積算値が所定流入量に達してから該実空燃比のリッチ側への変動が検出されるまでの期間を、該復帰後遅れ期間としてカウントすることが好ましい（請求項３）。

本発明の空燃比検出センサ異常診断装置では、空燃比検出センサの反応遅れ（無駄時間遅れ）の判定と一次遅れの判定とに関して、反応遅れ（無駄時間遅れ）が複数回検出された場合に一次遅れの判定に係る閾幅が拡大される。したがって、空燃比検出センサの反応遅れ判定のみならず一次遅れをもより的確に判定して、空燃比検出センサの異常をより的確に診断できる。

本発明の第１実施形態における空燃比検出センサ異常診断装置の全体構成を示す模式的なブロック図である。 本発明の第１実施形態における空燃比検出センサ異常診断装置が適用された車両の目標排気空燃比を模式的に示すグラフである。 本発明の第１実施形態における空燃比検出センサ異常診断装置が適用された車両に搭載された各構成要素の動作のタイミングを示すタイムチャートである。 本発明の第１実施形態における空燃比検出センサ異常診断装置が適用された車両の実排気空燃比のばらつきを示すグラフである。 本発明の第２実施形態における空燃比検出センサ異常診断装置の全体構成を示す模式的なブロック図である。 本発明の第２実施形態における空燃比検出センサ異常診断装置が適用された車両の実排気空燃比のばらつきを示すグラフである。

［第１実施形態］
本実施形態の空燃比検出センサ異常診断装置は、車両５０に適用されている。
図１に示すように、車両５０に搭載された四気筒エンジン１のシリンダヘッド２には、シリンダ３毎に点火プラグ１１が設けられている。この点火プラグ１１には高電圧の電力を供給する点火コイル（図示略）が接続されている。

また、シリンダヘッド２には、シリンダ３毎に吸気ポート５が形成されている。この吸気ポート５には、吸気マニホールド１５の下流端が接続されている。
また、吸気マニホールド１５には、スロットルバルブ１６が設けられている。このスロットルバルブ１６により、吸気マニホールド１５を流れる吸気量を調整できるようになっている。

また、吸気マニホールド１５よりも上流側における吸気管１９には、エアフローセンサ２０が設けられている。このエアフローセンサ２０は、吸気管１９を通過して吸気マニホールド１５に流れ込む流入空気量Ｑ_inを検出するものであって、検出結果はＥＣＵ４０に出力されるようになっている。そして、後述する反応遅れ判定部４４により、流入空気量Ｑ_inの積算量が演算されるようになっている。

また、吸気マニホールド１５には、燃料噴射弁２１が取り付けられている。この燃料噴射弁２１には、燃料パイプ２２を介し、図示しない燃料タンクから燃料が供給されるようになっている。そして、ＥＣＵ４０から入力されるパルス信号に基づいて、燃料噴射弁２１から噴射される燃料噴射量が制御されるようになっている。
また、シリンダヘッド２には、シリンダ３毎に排気ポート６が形成されている。この排気ポート６には、排気マニホールド２５の上流端が接続されている。

また、排気マニホールド２５の下流端には、排気管（排気通路）２６が接続されている。この排気管２６には、リニア空燃比センサ（Linear A/F Sensor，以下「ＬＡＦＳ」という）２８及び排気浄化触媒装置として三元触媒２７が設置されている。
この三元触媒２７は、エンジン１から排出された排気ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ），炭化水素（ＨＣ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）を、窒素（Ｎ_２），二酸化炭素（ＣＯ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）へ化学変化させることで、排気ガスを浄化するようになっている。

また、三元触媒２７の上流側に設けられたＬＡＦＳ（空燃比検出センサ）２８は、排気管２６を通過する排気ガスの空燃比（以下、単に排気空燃比という）を実排気空燃比（実空燃比）ＡＦ_Aとして検出するものであって、検出結果は後述するＥＣＵ４０に出力されるようになっている。そして、ＬＡＦＳ２８により、排気空燃比を検出することで良好なエンジン制御を実施するようになっている。なお、このＬＡＦＳ２８は、リッチ，リーンおよび理論空燃比（ストイキ）周辺といったいずれの領域にあっても、排気空燃比を検出することができるセンサであって、全領域空燃比センサとも呼ばれるものである。

また、車両５０には、ＥＣＵ(Electric Control Unit)４０が設けられている。このＥＣＵ４０は、いずれも図示しないメモリやＣＰＵ(Central Processing Unit)を有する電子制御ユニットである。また、このＥＣＵ４０のメモリには、いずれもソフトウェアプログラムとして、車速演算部４１，エンジン回転数演算部４２，燃料カット制御部（燃料カット制御手段）４３，反応遅れ判定部（反応遅れ判定手段）４４およびセンサ異常診断部（センサ異常診断手段）４５が記録されている。

これらのうち、車速演算部４１は、車両５０の車輪（図示略）の回転速度Ｖ_Wを検出する車輪速センサ（図示略）の検出結果に基づいて、車両５０の車速Ｖ_Sを演算するものである。
エンジン回転数演算部４２は、エンジン１のクランクシャフト角度θ_CLを検出するクランクシャフト角度センサ４の検出結果に基づいて、エンジン回転数Ｎ_Eを演算するものである。

燃料カット制御部４３は、燃料カット条件が成立すると、燃料噴射弁２１による燃料噴射を一時的に中止する燃料カット制御を実行するものである。なお、燃料カット条件が成立する場合とは、具体的には、以下の条件（１）および（２）が満たされた場合をいう。
条件（１）：図示しないアクセルペダル開度センサによってアクセルペダルの踏み込み量Ａ_CCがゼロであることが検出されたこと。

条件（２）：エンジン回転数演算部４２によって演算されたエンジン回転数Ｎ_Eが所定値（例えば、１０００rpm）以上であること。
反応遅れ判定部４４は、反応遅れ条件が所定回数満たされた場合に、ＬＡＦＳ２８に反応遅れの異常が生じている旨の判定である反応遅れ判定を行なうものである。ここでいう反応遅れとは、変動する目標排気空燃比ＡＦ_Tに対する実排気空燃比ＡＦ_Aの追従性の低下（換言すれば、無駄時間遅れ）を意味する。なお、反応遅れ条件が成立する場合とは、具体的には、以下の条件（３）および（４）が満たされた場合をいう。

条件（３）：燃料カット制御部４３が燃料カット制御を実行してから、ＬＡＦＳ２８によって実排気空燃比ＡＦ_Aのリーン側への変動が検出されるまでの期間であるカット後遅れ期間Ｔ_ONaftが、カット後判定期間Ｔ_ONthを経過（Ｔ_ONaft＞Ｔ_ONth）したこと。
条件（４）：燃料カット制御部４３による燃料カット制御の実行が終了してからＬＡＦＳ２８によって実排気空燃比ＡＦ_Aのリッチ側への変動が検出されるまでの期間である復帰後遅れ期間Ｔ_OFFaftが、復帰後判定期間Ｔ_OFFthを経過（Ｔ_OFFaft＞Ｔ_OFFth）したこと。

センサ異常診断部４５は、反応遅れ判定部４４の判定結果に基づきＬＡＦＳ２８の異常を診断するものである。
そして、このセンサ異常診断部４５は、ＬＡＦＳ２８が異常であると診断した場合、車両５０のインストルメントパネル（図示略）に配置されている警告灯５１を点灯するようになっている。これにより、ＬＡＦＳ２８が正常に作動しておらず、早急に車両５０を修理工場に持ち込む必要があることを、ドライバに対して迅速に警告することができるようになっている。なお、このセンサ異常診断部４５には、いずれもサブプログラムとして、空燃比変更制御部（空燃比変更制御手段）４６および空燃比閾幅設定部（空燃比閾幅設定手段）４７が組み込まれている。

より具体的に、このセンサ異常診断部４５は、ＬＡＦＳ２８で検出された実排気空燃比ＡＦ_Aが、空燃比変更制御部４６による空燃比変更制御の実行中における単位期間Ｔ_AFに、空燃比閾幅設定部４７により設定された閾幅を超える回数（以下、反転回数Ｎ_errという）が異常判定閾値Ｎ_TH以下である場合に、ＬＡＦＳ２８が異常であると診断するようになっている。

ここで、「閾幅」とは、第１空燃比閾値ＡＦ_TH1と第２空燃比閾値ＡＦ_TH2のとの間の幅である。したがって、「閾幅を超える」とは、実排気空燃比ＡＦ_Aが、第１空燃比閾値ＡＦ_TH1或いは第２空燃比閾値ＡＦ_TH2を超えることを意味する。なお、閾幅を超える回数である反転回数Ｎ_errは、実排気空燃比ＡＦ_Aが、第１空燃比閾値ＡＦ_TH1或いは第２空燃比閾値ＡＦ_TH2を超える毎に１回カウントされるようになっている。もっとも、第１空燃比閾値ＡＦ_TH1と第２空燃比閾値ＡＦ_TH2とが交互に行なわれなければ、反転回数Ｎ_errのカウント数は増大されないようになっている。そのため、実排気空燃比ＡＦ_Aが、第１空燃比閾値ＡＦ_TH1を超えた後、第２空燃比閾値ＡＦ_TH2を超えることなく、再度、第１空燃比閾値ＡＦ_TH1を超えた場合、この反転回数Ｎ_errのカウントは行なわれないようになっている。これは、第２空燃比閾値ＡＦ_TH2についても同様である。

また、異常判定閾値Ｎ_THは、例えば１０回として設定されており、ＥＣＵ４０の図示しないメモリに記録されている。
また、単位期間Ｔ_AFとは、空燃比変更制御部４６による空燃比変更制御の実行中に、目標排気空燃比ＡＦ_Tが、目標排気空燃比ＡＦ_Tの中央値１４．５５（即ち、理論空燃比）を２４回超える（リーンからリッチ、或いは、リッチからリーンに反転する）のに要する期間である。具体的には、図２に示す時点ｔ_Aから時点ｔ_B迄の期間であり、ＥＣＵ４０の図示しないメモリに記録されている。

空燃比変更制御部４６は、図２に示すように、エンジン１から排出される排気ガスの空燃比の目標値である目標排気空燃比（目標空燃比）ＡＦ_Tをリッチ側とリーン側とに繰り返し変更する空燃比変更制御を実行するものである。なお、この空燃比変更制御部４６は、空燃比変更制御の実行中は、繰り返し変更された目標排気空燃比ＡＦ_Tに応じて、燃料噴射弁２１による燃料噴射量を変更するようになっている。

空燃比閾幅設定部４７は、目標排気空燃比（目標空燃比）ＡＦ_Tを含む所定の閾幅を設定するものである。具体的には、図４に示すように、第１空燃比閾値ＡＦ_TH1は、目標排気空燃比ＡＦ_Tの中央値（例えば、理論空燃比１４．５５）よりもリーン側（図４の変更前の第１空燃比閾値ＡＦ_TH1およびＬ_１参照）の値として設定され、また、第２空燃比閾値ＡＦ_TH2は、目標排気空燃比ＡＦ_Tの中央値よりもリッチ側（図４の変更前の第２空燃比閾値ＡＦ_TH2およびＬ_１参照）の値として設定されており、ＥＣＵ４０の図示しないメモリに記録されている。第１空燃比閾値ＡＦ_TH1および第２空燃比閾値ＡＦ_TH2と目標排気空燃比ＡＦ_Tの中央値との関係は、ＡＦ_TH2＜中央値＜ＡＦ_TH1である。

この空燃比閾幅設定部４７は、反応遅れ判定部４４によって反応遅れ判定が３回なされた場合、実排気空燃比ＡＦ_Aが第１空燃比閾値ＡＦ_TH1および第２空燃比閾値ＡＦ_TH2を超えにくくなるように、閾幅を拡大するようになっている。即ち、この空燃比閾幅設定部４７は、反応遅れ判定部４４によって反応遅れ判定が３回なされた場合、第１空燃比閾値ＡＦ_TH1をよりリーン側（図４の変更後の第１空燃比閾値ＡＦ_TH1およびＬ₂参照）に変更し、且つ、第２空燃比閾値ＡＦ_TH2をよりリッチ側（図４の変更後の第２空燃比閾値ＡＦ_TH2およびＬ₂参照）に変更するようになっている。

空燃比でいえば、空燃比閾幅設定部４７は、反応遅れ判定が３回なされたときに第１空燃比閾値ＡＦ_TH1を増大させるとともに第２空燃比閾値ＡＦ_TH2を減少させる。つまりここでは、無駄時間遅れが複数回検出された場合にセンサ異常診断部４５での診断に係る「閾幅」を拡大して、実排気空燃比ＡＦ_Aが閾幅を超えにくく（反転回数Ｎ_errがカウントされにくく）なるようにしている。

本発明の第１実施形態にかかる空燃比検出センサ異常診断装置は上述のように構成されているので、以下のような作用・効果を奏する。
図３の（Ｄ）に示すように、時点ｔ₀から時点ｔ₁迄の期間では、空燃比変更制御部４６によって空燃比変更制御が実行され、ＬＡＦＳ２８によって検出される実排気空燃比ＡＦ_Aはリッチ側・リーン側への振動を繰り返す。

その後、時点ｔ₁において、燃料カット条件が成立すると、燃料カット制御部４３は、燃料噴射弁２１による燃料噴射を一時的に中止する燃料カット制御を実行（図３の（Ｂ）参照）する。これと同時に、反応遅れ判定部４４が、ＬＡＦＳ２８の異常である無駄時間遅れを検出するための計測フラグをオフからオンに実行する（図３の（Ｃ）参照）。また、反応遅れ判定部４４は、計測フラグをオフからオンに実行すると同時にカット後判定期間Ｔ_ONthをカウントダウンする。そして、カット後遅れ期間Ｔ_ONaft、即ち、燃料カット制御部４３が燃料カット制御を実行してからＬＡＦＳ２８によって実排気空燃比ＡＦ_Aの変動が検出されるまでの期間が、カット後判定期間Ｔ_ONthを経過（Ｔ_ONaft＞Ｔ_ONth）した場合には、反応遅れ判定部４４により、排気空燃比がリーン方向へ変化した際におけるＬＡＦＳ２８の反応遅れ（即ち、無駄時間遅れ）の判定（図３のＣ_RL1参照）がなされる。

その後、時点ｔ₃において、燃料カット条件が満たされなくなると、燃料カット制御部４３は、燃料カット制御の実行を終了（図３の（Ｂ）参照）する。これと同時に、反応遅れ判定部４４は、エアフローセンサ２０によって検出された流入空気量Ｑ_inの積算を開始する。ところで、燃料カット制御の実行が終了された直後においては、流入空気量Ｑ_inはエンジン１の運転状態に左右される。このため、もし、燃料カット制御の実行終了直後にリッチ方向への反応に対する無駄時間遅れ判定を行なってしまうと、その判定にばらつきが生じ得る。かかるばらつきを抑えるため、反応遅れ判定部４４は、復帰後判定期間Ｔ_OFFthについて、流入空気量Ｑ_inの積算量が、所定の流入空気量Ｑ₁に達してから（時点ｔ₄参照）、時点ｔ₄から時点ｔ₅迄の所定期間をカウントダウンする。そのため、復帰後判定期間Ｔ_OFFthは、図３で示す時点ｔ ₄ から時点ｔ₅迄の期間となる。そして、復帰後遅れ期間Ｔ_OFFaft、即ち、燃料カット制御部４３による燃料カット制御の実行が終了してからＬＡＦＳ２８によって実排気空燃比ＡＦ_Aの変動が検出されるまでの期間が、復帰後判定期間Ｔ_OFFthを経過（Ｔ_OFFaft＞Ｔ_OFFth）した場合には、反応遅れ判定部４４により、排気空燃比がリッチ方向へ変化した際におけるＬＡＦＳ２８の反応遅れ、即ち、無駄時間遅れの判定（図３のＣ_LR1）がなされる。

また、時点ｔ₅において、反応遅れ判定部４４は、ＬＡＦＳ２８の異常である無駄時間遅れを検出するための計測フラグをオンからオフに実行する（図３の（Ｃ）参照）すると共に、エアフローセンサ２０によって検出された流入空気量Ｑ_inの積算を終了（図３のＱ₀参照）する。さらに、反応遅れ判定部４４は、リッチからリーン方向への反応に対する無駄時間遅れ判定（図３のＣ_RL1）を次回の判定に備えて初期値Ｃ_RL0とし、リーンからリッチ方向への反応に対する無駄時間遅れ判定（図３のＣ_LR1）についても同様に初期値Ｃ_LR0とする。

そして、時点ｔ₅において、反応遅れ判定部４４が、１回目のリッチからリーン方向への反応に対する無駄時間遅れ判定（図３のＣ_RL1参照）を行ない、かつ、１回目のリーンからリッチ方向への反応に対する無駄時間遅れ判定（図３のＣ_LR1参照）を行なったため、反応遅れ判定部４４は、１回目の反応遅れ判定（図３のＣ₁参照）を行なう。
上記のような制御及び反応遅れ判定が繰り返され、反応遅れ判定部４４によりかかる反応遅れ判定が３回なされた場合に、空燃比閾幅設定部４７は、実排気空燃比ＡＦ_Aが第１空燃比閾値ＡＦ_TH1および第２空燃比閾値ＡＦ_TH2を超えにくくなるように、閾幅を拡大する。つまり、空燃比閾幅設定部４７は、第１空燃比閾値ＡＦ_TH1をよりリーン側（図４の変更後の第１空燃比閾値ＡＦ_TH1およびＬ₂参照）に変更し、且つ、第２空燃比閾値ＡＦ_TH2をよりリッチ側（図４の変更後の第２空燃比閾値ＡＦ_TH2およびＬ₂参照）に変更する。

このように、本実施形態の空燃比検出センサ異常診断装置によれば、ＬＡＦＳ２８における無駄時間遅れ判定が可能となり、ＬＡＦＳ２８に異常が発生していることをより正確に判定することができる。
以下、ＬＡＦＳ２８に無駄時間遅れの異常が発生している場合の判定について、図４に示す実験結果を用いて具体的に説明する。

ＬＡＦＳ２８によって検出される実排気空燃比ＡＦ_Aは、目標排気空燃比ＡＦ_Tの振動にともなって振動する。なお、上述したとおり、本実施形態では、目標排気空燃比ＡＦ_Tが目標排気空燃比ＡＦ_Tの中央値１４．５５を超える回数は２４回に設定されており、実排気空燃比ＡＦ_Aの反転回数Ｎ_errが異常判定閾値Ｎ_TH（１０回）以下の場合に、センサ異常診断部４５は、ＬＡＦＳ２８に異常が発生していることを判定するものである。

ここで、ＬＡＦＳ２８に無駄時間遅れの異常が発生している時に、実排気空燃比ＡＦ_Aが図４に示すように比較的大きく振幅する場合があり、変更前の第１空燃比閾値ＡＦ_TH1または変更前の第２空燃比閾値ＡＦ_TH2を超える回数は１７回（ａ₁〜ａ₁₇）であった。
つまり、この場合には、実排気空燃比ＡＦ_Aの反転回数Ｎ_errは異常判定閾値Ｎ_TH（１０回）を下回らないこととなり、ＬＡＦＳ２８に異常が発生しているにもかかわらず、空燃比閾幅設定部４７による作用を考慮しないと仮定すると、センサ異常診断部４５はその判定をしないこととなる。

これに対して、本実施形態においては、図４に示すように、空燃比閾幅設定部４７は、反応遅れ判定部４４によって反応遅れ判定が３回なされると、第１空燃比閾値ＡＦ_TH1をよりリーン側（図４の変更後の第１空燃比閾値ＡＦ_TH1およびＬ₂参照）に変更し、且つ、第２空燃比閾値ＡＦ_TH2をよりリッチ側（図４の変更後の第２空燃比閾値ＡＦ_TH2およびＬ₂参照）に変更する。つまり、図４に示す実験結果において、空燃比閾幅設定部４７による作用を考慮した場合には、第１空燃比閾値ＡＦ_TH1または第２空燃比閾値ＡＦ_TH2を超える回数は６回（ｂ₁〜ｂ ₆ ）となる。

これにより、センサ異常診断部４５による異常判定閾値Ｎ_TH（１０回）を下回り、ＬＡＦＳ２８に異常が発生していることを正確に判定することができる。
また、図示はしないが、本実施形態の空燃比検出センサ異常診断装置によれば、ＬＡＦＳ２８に一次遅れの異常が発生している場合は、実排気空燃比ＡＦ_Aの振幅が安定的に小さくなり、空燃比閾幅設定部４７による作用を考慮しなくても、実排気空燃比ＡＦ_Aの反転回数Ｎ_errが容易に異常判定閾値Ｎ_TH（１０回）以下となるため、無駄時間遅れ判定のみならず、一次遅れ判定も可能であり、ＬＡＦＳ２８に異常が発生していることをより正確に判定することができる。

このように、本実施形態の空燃比検出センサ異常診断装置は、多大なコストを要することなく、ＬＡＦＳ２８に異常が発生していることを正確に判定することができるのである。

［第２実施形態］
次に、図５および図６を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と重複する説明は省略する。

本実施形態では、図５に示すように、車両５０には、ＥＣＵ６０が設けられている。このＥＣＵ６０は、空燃比閾幅設定部（空燃比閾幅設定手段）５７および平均空燃比算出部（平均空燃比算出手段）５８を有している点で、上述の第１実施形態のＥＣＵ４０と異なっている。なお、これらの空燃比閾幅設定部５７および平均空燃比算出部５８は、いずれもＥＣＵ６０の図示しないメモリに記録されたソフトウェアプログラムである。

また、空燃比閾幅設定部５７は、後述する平均空燃比算出部５８によって算出された平均空燃比ＡＦ_AVEに基づいて、第１空燃比閾値ＡＦ_TH11および第２空燃比閾値ＡＦ_TH22を設定するものである。より具体的には、図６に示すように、空燃比閾幅設定部５７が、第１空燃比閾値ＡＦ_TH11および第２空燃比閾値ＡＦ_TH22がともに平均空燃比算出部５８で算出された平均空燃比ＡＦ_AVEと同様の特性となるように設定する。また、空燃比閾幅設定部５７は、第１空燃比閾値ＡＦ_TH11を平均空燃比ＡＦ_AVEよりもリーン側の値（図中Ｌ₃参照）として設定し、また、第２空燃比閾値ＡＦ_TH22を平均空燃比ＡＦ_AVEよりもリッチ側の値（図中Ｌ₃参照）として設定する。

平均空燃比算出部５８は、ＬＡＦＳ２８によって検出された排気ガスの実排気空燃比ＡＦ_Aの平均値である平均空燃比ＡＦ_AVEを算出するものである。ここで、平均空燃比ＡＦ_AVEは実排気空燃比ＡＦ_Aのフィルタ値とし、前回の平均値をＡＦ_AVE(n-1)、今回の実排気空燃比をＡＦ_A(n)、フィルタ定数をaとして下式のように算出してもよい。
平均空燃比ＡＦ_AVE ＝ a×ＡＦ_AVE(n-1)＋(1−a)×ＡＦ_A(n)
本発明の第２実施形態にかかる空燃比検出センサ異常診断装置は上述のように構成されているので、以下のような作用・効果を奏する。

ここでは図６に示す実験結果を用いて説明する。なお、この実験においては、空燃比変更制御部４６によって、目標排気空燃比ＡＦ_Tを周期的にリッチ側とリーン側とに繰り返し変更する制御（即ち、空燃比変更制御）が実行されている場合に、ＬＡＦＳ２８による検出結果である実排気空燃比ＡＦ_Aがどの様に変化するのかをモニタしている。なお、この実験で用いられたＬＡＦＳ２８には異常は生じておらず、正常なものである。

この図６に示すように、実排気空燃比ＡＦ_Aは一定ではなく、外乱による影響によって時々刻々と変化することがある。つまり、この図６に示すように、目標排気空燃比ＡＦ_Tの中央値からずれる場合も想定される。
しかしながら、本実施形態にかかる空燃比検出センサ異常診断装置によれば、このような場合でも、ＬＡＦＳ２８に異常が発生しているか否かを正確に判定することができる。

つまり、この図６中、二点鎖線で示すように、第１空燃比閾値ＡＦ_TH100および第２空燃比閾値ＡＦ_TH200の双方を目標排気空燃比ＡＦ_Tの中央値（図６中破線参照）を基準として一定値としてしまうと、実排気空燃比ＡＦ_Aは、第１空燃比閾値ＡＦ_TH100よりもリーンの領域で振動するような事態が生じ得る。また、図示はしないが、一定値として設定された第２空燃比閾値ＡＦ_TH200よりもリッチの領域で実排気空燃比ＡＦ_Aが振動するような事態も生じ得る。

例えば、本実施形態の空燃比閾幅設定部５７によって設定された第１空燃比閾値ＡＦ_TH11および該第２空燃比閾値ＡＦ_TH22を実排気空燃比ＡＦ_Aが超える回数を数えたところ、２２回（ｃ₁〜ｃ₂₂）であった。
つまり、この２２回という値は、センサ異常診断部４５による異常判定閾値Ｎ_TH（１０回）を下回っていないため、ＬＡＦＳ２８に異常は生じていないこととなり、正確な判定であるといえる。

一方、図６中二点鎖線で示すように、実排気空燃比ＡＦ_Aが、一定値とした第１空燃比閾値ＡＦ_TH100および第２空燃比閾値ＡＦ_TH200を超えた回数を数えたところ、６回（ｄ₁〜ｄ₆）であった。
つまり、この６回という値は、センサ異常診断部４５による異常判定閾値Ｎ_TH（１０回）を下回っており、ＬＡＦＳ２８が正常であるにもかかわらず、異常であると誤った判定をしてしまっているものであるといえる。

このように、実排気空燃比ＡＦ_Aが一定ではなく、時々刻々と変化するような場合であっても、本実施形態によれば、ＬＡＦＳ２８の異常判定をより高い精度で行なうことができるのである。

［その他］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

上述の実施形態では、空燃比変更制御部４６は、繰り返し変更された目標排気空燃比ＡＦ_Tに応じて、燃料噴射弁２１による燃料噴射量を変更するようになっているとしたが、これに限定されるものではない。例えば、燃料噴射量を一定にした状態で、目標排気空燃比ＡＦ_Tに応じて、スロットルバルブ開度を周期的に変更するようにしてもよい。
また、上述の実施形態では、単位期間Ｔ_AFとは、目標排気空燃比ＡＦ_Tが、目標排気空燃比ＡＦ_Tの中央値１４．５５を２４回超える期間としたが、これに限定されるものではなく、センサに応じた適切な回数を適宜設定すればよい。

上述の実施形態では、目標排気空燃比ＡＦ_Tの中央値を１４．５５として設定したが、これに限定されるものではなく、エンジンや燃料の性状に応じた適切な値を適宜設定すればよい。
また、上述の実施形態では、異常判定閾値Ｎ_THを１０回として設定したが、これに限定されるものではなく、センサに応じて、異常を判定できる適切な回数を適宜設定すればよい。

また、上述の実施形態では、反応遅れ判定を３回として設定したが、これに限定されるものではない。センサに応じて、反応遅れを判定できる適切な回数を適宜設定すればよい。
また、上述の第１実施形態では、空燃比閾幅設定部４７によって閾幅が拡大され得る場合、即ち、第１空燃比閾値ＡＦ_TH1および第２空燃比閾値ＡＦ_TH2が変更され得る場合を図４に示して説明したが、同様に、図６に示す第２実施形態における空燃比閾幅設定部５７によっても、第１空燃比閾値ＡＦ_TH11および第２空燃比閾値ＡＦ_TH22が変更され得るようになっている。

本発明は、車両の製造産業などに利用可能である。

１ エンジン
２ シリンダヘッド
３ シリンダ
５ 吸気ポート
６ 排気ポート
１１ 点火プラグ
１５ 吸気マニホールド
１６ スロットルバルブ
１９ 吸気管
２０ エアフローセンサ
２１ 燃料噴射弁
２２ 燃料パイプ
２５ 排気マニホールド
２６ 排気管（排気通路）
２７ 三元触媒
２８ ＬＡＦＳ（空燃比検出センサ）
４０ ＥＣＵ
４１ 車速演算部
４２ エンジン回転数演算部
４３ 燃料カット制御部（燃料カット制御手段）
４４ 反応遅れ判定部（反応遅れ判定手段）
４５ センサ異常診断部（センサ異常診断手段）
４６ 空燃比変更制御部（空燃比変更制御手段）
４７ 空燃比閾幅設定部（空燃比閾幅設定手段）
５０ 車両
５１ 警告灯
５７ 空燃比閾幅設定部（空燃比閾幅設定手段）
５８ 平均空燃比算出部（平均空燃比算出手段）
６０ ＥＣＵ
Ｑ_in 流入空気量
Ｖ_W 回転速度
Ｖ_S 車速
θ_CL クランクシャフト角度
Ｎ_E エンジン回転数
ＡＦ_T 目標排気空燃比（目標空燃比）
ＡＦ_A 実排気空燃比（実空燃比）
ＡＦ_AVE 平均空燃比
a フィルタ定数
ＡＦ_TH1，ＡＦ_TH11，ＡＦ_TH100 第１空燃比閾値
ＡＦ_TH2，ＡＦ_TH22，ＡＦ_TH200 第２空燃比閾値
Ｎ_TH 異常判定閾値
Ｎ_err 反転回数
Ｔ_ONaft カット後遅れ期間
Ｔ_ONth カット後判定期間
Ｔ_OFFaft 復帰後遅れ期間
Ｔ_OFFth 復帰後判定期間
Ｔ_AF 単位期間
Ａ_CC アクセルペダル踏み込み量

Claims (3)

1. エンジンの排気通路に設けられ排気ガスの実空燃比を検出する空燃比検出センサと、
   燃料カット条件が成立すると、該エンジンの燃料噴射を一時的に中止する燃料カット制御を実行する燃料カット制御手段と、
   該燃料カット制御手段が該燃料カット制御を実行してから該空燃比検出センサによって該実空燃比のリーン側への変動が検出されるまでの期間であるカット後遅れ期間が、所定のカット後判定期間を経過し、且つ、該燃料カット制御手段による該燃料カット制御の実行が終了してから該空燃比検出センサによって該実空燃比のリッチ側への変動が検出されるまでの期間である復帰後遅れ期間が、所定の復帰後判定期間を経過した、という条件を所定回数満たした場合、該空燃比検出センサの反応に遅れが生じていると判定する反応遅れ判定手段と、
   該反応遅れ判定手段での判定結果と該空燃比検出センサで検出される実空燃比とに基づき該空燃比検出センサの異常を診断するセンサ異常診断手段とを備え、
   該センサ異常診断手段は、
   該エンジンから排出される該排気ガスの空燃比の目標値をリッチ側とリーン側とに繰り返し変更する空燃比変更制御を実行する空燃比変更制御手段と、
   該空燃比の目標値を挟んで所定の閾幅を設定する空燃比閾幅設定手段とを有し、かつ、該空燃比検出センサで検出された該実空燃比が、該空燃比変更制御手段による該空燃比変更制御の実行中に、該閾幅を超えた回数が異常判定閾値以下である場合に、該空燃比検出センサが異常であると診断するものであり、
   該空燃比閾幅設定手段は、該反応遅れ判定手段により少なくとも１回の該反応遅れが生じているとの判定がなされた場合に、該閾幅を拡大する
   ことを特徴とする、空燃比検出センサ異常診断装置。
2. 該空燃比検出センサによって検出された該排気ガスの実空燃比の平均値である平均空燃比を算出する平均空燃比算出手段を備え、
   該空燃比閾幅設定手段は、該平均空燃比算出手段によって算出された該平均空燃比に基づいて該閾幅を設定する
   ことを特徴とする、請求項１記載の空燃比検出センサ異常診断装置。
3. 該反応遅れ判定手段が、該燃料カット制御の終了後におけるシリンダへの流入空気量の積算量が所定量に達してから該実空燃比のリッチ側への変動が検出されるまでの期間を、該復帰後遅れ期間としてカウントする
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の空燃比検出センサ異常診断装置。

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