JP6738248B2 - 吸気酸素濃度センサの診断方法及び内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は吸気酸素濃度センサの診断方法及び内燃機関の制御装置に関する。

吸気通路に吸気圧力センサを取付け、吸気圧力センサにより得られる異なる２つの吸気圧力（ＰＬ、ＰＨ）下における、吸気圧力の変化量と吸気酸素濃度センサ出力の変化量とからセンサ出力特性値（ＫＨＬ／ＫＬ）を算出し、この出力特性値が所定の上限値（１＋α）以上または所定の下限値（１−β）以下になっている場合には吸気酸素濃度センサが故障したと診断するものがある（特許文献１参照）。このものでは、上記の上限値（１＋α）は製品毎のセンサ出力のばらつきの公差（α）に基づいて設定され、上記の下限値（１−β）は蒸発燃料パージやＥＧＲによる実際の吸気酸素濃度の低下の影響を考慮して設定される。

特開２００２−２８５９０４号公報

ところで、上記特許文献１に記載の技術のように、吸気通路に取付けた吸気圧力センサにより得られる値を用いるのでは、吸気酸素濃度センサと吸気圧力センサが同等の圧力となる位置関係に取付けられていることが必要となるため、吸気酸素濃度センサの取付け位置について設計上の制約を受けるという問題がある。

そこで本発明では、吸気酸素濃度センサの取付け位置について設計上の制約を受けることのない吸気酸素濃度センサの診断方法及び内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明は内燃機関の吸気通路に設けた吸気酸素濃度センサの出力特性が正常か否かの診断を行う吸気酸素濃度センサの診断方法である。本発明では、さらに前記吸気通路の内部と前記内燃機関の排気通路の内部との新気比率の差が所定値以内であるか否かを判定し、前記新気比率の差が所定値以内の場合に、前記吸気酸素濃度センサの出力と前記排気通路に設けた排気酸素濃度センサの出力とを比較し、比較結果に基づいて前記診断を行う。

本発明によれば、吸気酸素濃度センサの出力特性が正常か否かの診断に、吸気通路に取付けた圧力センサの出力を用いなくともよいので、吸気酸素濃度センサの取付け位置について設計上の制約を受けることを回避できる。

第１実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。 吸気通路の酸素濃度とＥＧＲ率の関係を示す特性図である。 吸気酸素濃度センサの出力の特性図である。 診断許可フラグの設定を説明するためのフローチャートである。 ＥＧＲ制御を行っていない状態で燃料カット制御が開始される場合のタイミングチャートである。 ＥＧＲ制御を行っている状態で燃料カット制御が開始される場合のタイミングチャートである。 掃気完了フラグ１の設定を説明するためのフローチャートである。 掃気完了フラグ２の設定を説明するためのフローチャートである。 吸気酸素濃度センサの出力特性が正常か否かの診断を説明するためのフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るエンジンシステム１００の概略構成図である。エンジン（内燃機関）１は車両に搭載されている。エンジン１の吸気通路２には、吸気流れの上流側から順に、エアフローメータ１４と、ターボ過給機５のコンプレッサ５Ａと、スロットルバルブ４が配置されている。

スロットルバルブ４はスロットルモータによって駆動されるようになっている。スロットルバルブ４によって調量された空気は吸気マニホールド１Ａによって分配され、３つの気筒の筒内１Ｂに流入する。図１には気筒数が３つの場合を記載しており、点火順序に従い３つの筒内１Ｂに空気が順次導入される。なお、気筒数が３つの場合に限定されるものでない。

吸気マニホールド１Ａに臨んで燃料噴射弁６が設けられている。この燃料噴射弁６を所定の時期に開くことで燃料が吸気マニホールド１Ａの空気中に噴射され、空気との混合気が形成される。また、筒内１Ｂに臨んで点火プラグ（図示しない）が設けられている。混合気に対しこの点火プラグで点火することで混合気が燃焼する。なお、燃料噴射弁６は筒内１Ｂに臨んで設けられる場合であってよい。

筒内１Ｂで燃焼したガスは排気マニホールド１Ｃからエンジン１の排気通路３に排出される。排気通路３には、排気流れの上流側から順に、ターボ過給機５のタービン５Ｂと、三元触媒（以下、単に「触媒」ともいう。）７と、が配置されている。触媒は、三元触媒に限らず酸化触媒であってよい。排気通路３に出た排気は排気エネルギーが大きくなる過給域になると、ターボ過給機５のタービン５Ｂの回転速度を上昇させる。タービン５Ｂの回転速度が上昇すると、これと同軸のコンプレッサ５Ａの回転速度が上昇し、筒内１Ｂへと導入される空気を過給する。

なお、本実施形態ではターボ過給機５を用いる場合について説明するが、これに限定されるわけではなく、例えば機械式過給機であってもよく、電動式過給機であってもよい。

エンジンシステム１００は、排気通路３の三元触媒７より下流側と、吸気通路２のコンプレッサ５Ａより上流側とを連通する排気再循環通路（以下、「ＥＧＲ通路」ともいう）８を備える。ＥＧＲ通路８には、ＥＧＲ通路８を流れる排気（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラ９と、ＥＧＲ通路８を流れる排気流量を制御するＥＧＲバルブ１０とが配置されている。ＥＧＲ通路８、ＥＧＲクーラ９及びＥＧＲバルブ１０を含めて「ＥＧＲ装置」という。

エアフローメータ１４は吸気通路２に流入する空気量を検出する。検出された空気量は制御部としてのコントローラ３０に読み込まれる。

コントローラ３０は、エアフローメータ１４の検出値の他に、クランク角センサ１６、アクセル開度センサ１７等の検出値も読み込む。そして、コントローラ３０はこれらの検出値に基づいてスロットルバルブ４の開度制御及びＥＧＲバルブ１０の開度制御や、燃料噴射弁６を用いた燃料噴射制御や、点火プラグを用いた点火時期制御等を実行する。なお、コントローラ３０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ３０を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

本実施形態のＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路８がタービン５Ｂ下流の排気通路３から分岐され、コンプレッサ５Ａよりも上流側の吸気通路２に接続（合流）されている、いわゆるロープレッシャー・ＥＧＲ装置（以下、ＬＰ−ＥＧＲ装置ともいう）である。なお、ＥＧＲ率とは、エンジン１に流入する全ガス量に対するＥＧＲガス量の割合である。また、ＥＧＲガスを再循環させる制御を「ＥＧＲ制御」という。

ＥＧＲガスを吸気通路２に再循環させると、ＥＧＲガスが導入された分だけスロットルバルブ４の開度を増大させることになるので、ピストンの往復動に伴うポンピングロスが低減して燃費性能が向上することが知られている。また、ＥＧＲガスを吸気通路２に再循環させると筒内１Ｂでの混合気の燃焼温度が低下して耐ノッキング性が改善されるので、ノッキング回避のための点火時期遅角量が小さくなり、燃費性能が向上することも知られている。したがって、燃費性能を向上させるためには、より広い運転領域でＥＧＲ制御を実行することが望ましい。その点、ＬＰ−ＥＧＲ装置はコンプレッサ５Ａよりも上流側の吸気通路２にＥＧＲガスを再循環させるので、過給域であってもＥＧＲ制御を行うことが可能であり、過給機付きエンジンの燃費性能向上に適した装置といえる。

コンプレッサ５Ａ下流であってスロットルバルブ４上流の吸気通路２に吸気酸素濃度センサ１８を取付けている。吸気酸素濃度センサ１８は、コンプレッサ５Ａ下流の吸気通路２の酸素濃度を検出するものである。コントローラ３０は、エンジンの運転条件がＥＧＲ領域に含まれることになると、吸気酸素濃度センサ１８により検出される吸気通路２の酸素濃度に基づいて実際のＥＧＲ率を算出する。

例えば、吸気酸素濃度センサ１８の出力（出力電圧）を吸気通路２の酸素濃度に変換し、その変換した酸素濃度から図２を内容とするテーブルを検索することにより、実際のＥＧＲ率を算出する。図２において、吸気通路２の酸素濃度が２０．９％（標準大気の酸素濃度）のとき、実際のＥＧＲ率は０％である。一方、実際のＥＧＲ率が増加するほど吸気通路２の酸素濃度は２０．９％より減少していく。従って、ＥＧＲ率と吸気通路２の酸素濃度の関係を直線で近似することで、吸気酸素濃度センサ１８により検出される吸気通路２の酸素濃度から実際のＥＧＲ率を簡易に求めることができる。このようにして算出した実際のＥＧＲ率が運転条件に応じて設定されている目標ＥＧＲ率と一致するように、コントローラ３０がＥＧＲバルブ１０の開度をフィードバック制御する。

なお、実施形態では吸気酸素濃度センサ１８の取付け位置をコンプレッサ５Ａ下流でスロットルバルブ４上流としているが、図示の位置に限られない。吸気酸素濃度センサ１８は、実際のＥＧＲ率を求めるために設けてあるので、ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２のどの位置に取付けてもかまわない。

また、三元触媒７上流でかつタービン５Ｂ上流側に広域空燃比センサ１９を、三元触媒７の下流側に酸素濃度センサ２０を取付けている。上流側の空燃比センサ１９は、三元触媒７上流側の排気通路３の空燃比を検出するものである。一方、下流側の酸素濃度センサ２０は、三元触媒７下流側の排気通路３の酸素濃度に応じて、理論空燃比を境とする２値的な出力をするものである。

コントローラ３０は、上流側の空燃比センサ１９の出力に基づいて、排気の空燃比が目標空燃比と一致するように、空燃比フィードバック補正係数を算出し、この空燃比フィードバック補正係数で燃料噴射弁６から供給される燃料量をフィードバック制御する。また、コントローラ３０は、下流側の酸素濃度センサ２０の出力に基づいて、上記空燃比フィードバック補正係数を修正する。このように、三元触媒７の前後に取付けた２つのセンサ１９，２０を用いた空燃比のフィードバック制御を採用するのは、次の理由からである。すなわち、三元触媒７が理論空燃比を中心とする所定の空燃比の範囲（ウインドウ）でしか、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘの全てを効率良く浄化できないので、コントローラ３０が制御する空燃比がウインドウから外れないようにするためである。なお、上流側の空燃比センサ１９の出力のみに基づいて、空燃比のフィーバック制御を行う場合であってよい。

さて、吸気酸素濃度センサ１８は、このセンサ１８の製作バラツキや劣化によって電圧出力シフト（以下、「出力シフト」ともいう。）が生じ、この出力シフトに伴って、吸気酸素濃度センサ１８の出力に特性ズレが生じることがある。

これについて説明すると、図３は吸気通路２の酸素濃度に対する吸気酸素濃度センサの出力（以下、「センサ出力」ともいう。）の特性である。横軸に吸気通路２の酸素濃度［％］を、縦軸にセンサ出力［Ｖ］を採ったとき、センサ出力は、原点を通る直線（実線参照）の特性となる。つまり、原点を通る直線の特性は、吸気酸素濃度センサ１８に製作バラツキや劣化がないときの特性である。この原点を通る直線特性を「正規の直線特性」とすると、吸気酸素濃度センサ１８の製作バラツキや劣化によって、図３のケース（１）に示したように、直線の特性が原点から外れて上方向や下方向に、直線の傾きが変化することなく移動することがある（鎖線参照）。あるいは、吸気酸素濃度センサ１８の製作バラツキや劣化によって、図３のケース（２）に示したように、直線の特性が原点から外れて上方向や下方向に移動すると共に、直線の傾きが変化することもある（一点鎖線参照）。このように図３のケース（１）や（２）に示したように、正規の直線特性からずれた直線特性となることを、あるいは正規の直線特性からずれた直線特性の状態となっていることを吸気酸素濃度センサ１８の「出力シフト」という。

そして、正規の直線特性からずれた直線特性を「非正規の直線特性」で定義すれば、同じ吸気通路２の酸素濃度に対して非正規の直線特性の正規の直線特性からのずれを「センサ出力の特性ズレ」という。例えば、吸気通路２の酸素濃度がＡ％のとき、正規の直線特性によれば、センサ出力がＣ１［Ｖ］であるとすると、非正規の直線特性によれば、吸気通路２の同じ酸素濃度Ａ％に対してセンサ出力がＣ２［Ｖ］，Ｃ３［Ｖ］，Ｃ４［Ｖ］，Ｃ５［Ｖ］となる。このように、センサ出力がＣ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５となることが「センサ出力の特性ズレ」である。

さらに、図３のケース（３）に示したように、センサ出力が出力されない場合やセンサ出力が大きな値に張り付く場合がある（二点鎖線参照）。このケース（３）は、センサ出力の特性ズレとはいえない。つまり、図３のケース（３）は吸気酸素濃度センサ１８に故障が生じている場合である。なお、センサ出力が出力されない場合を示す二点鎖線は、横軸と重なっている。しかしながら、センサ出力が出力されない場合を示す二点鎖線を横軸と重ねると見にくくなるので、センサ出力が出力されない場合を示す二点鎖線を横軸の少し上にずらせて示している。

吸気酸素濃度センサ１８にセンサ出力の特性ズレが生じたり、吸気酸素濃度センサ１８に故障が生じたりすると、吸気酸素濃度センサ１８の出力を実際のＥＧＲ率に換算する際に、実際のＥＧＲ率からのエラーが生じる。ＥＧＲ率の検出エラーがあると筒内１Ｂでの燃焼を適切に制御できなくなる。筒内１Ｂでの燃焼を適切に制御できないと、筒内１Ｂの燃焼状態が悪化したりノッキングが発生したりしてしまう。そこで、吸気酸素濃度センサ１８にセンサ出力の特性ズレが生じたり、吸気酸素濃度センサ１８に故障が生じたりしているか否かを診断する必要がある。以下、吸気酸素濃度センサ１８にセンサ出力の特性ズレが生じたり、吸気酸素濃度センサに故障が生じたりしているか否かの診断を行うことを、まとめて「吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を行う」ともいう。

このため、吸気通路２に吸気圧力センサを取付け、吸気圧力センサにより得られる異なる２つの吸気圧力（ＰＬ、ＰＨ）下における、吸気圧力の変化量と吸気酸素濃度センサ出力の変化量とからセンサ出力特性値（ＫＨＬ／ＫＬ）を算出する。そして、この出力特性値が所定の上限値（１＋α）以上または所定の下限値（１−β）以下になっている場合に吸気酸素濃度センサが故障したと診断する従来の故障診断方法がある。ここで、上記の上限値（１＋α）は製品毎のセンサ出力のばらつきの公差（α）に基づいて設定され、下限値（１−β）は蒸発燃料パージやＥＧＲによる実際の吸気酸素濃度の低下の影響を考慮して設定される。

しかしながら、従来の故障診断方法のように、吸気通路に取付けた吸気圧力センサの出力を用いるのでは、吸気酸素濃度センサと吸気圧力センサが同等の圧力となる位置関係に取付けられている必要があり、吸気酸素濃度センサ１８の取付け位置について設計上の制約を受ける。また、吸気圧力センサの出力を用いる場合には、圧力差の大きな２つの吸気圧力となる運転条件が必要となるため、車両を市場で走行させるシーンでは故障診断の頻度を十分には確保できない可能性がある。また、吸気圧力が大気圧以下となる自然吸気の運転領域では吸気圧力センサの検出精度が悪いため、自然吸気の運転領域で故障診断の精度も悪くなる。

ここで、本発明者は、エンジンシステムの既存の構成に対して吸気酸素濃度１８を取付けるだけで、つまり既存の構成を大きく変更することなく、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を行うことができないかと発想した。そこで思い至ったのは、上流側の空燃比センサ１９と吸気酸素濃度センサ１８とで、同じ検出原理を有している点である。つまり、吸気酸素濃度センサ１８は、酸素ポンプの作用により吸気通路２の酸素分圧に比例した電圧信号を出力するのに対して、上流側の空燃比センサ１９は、酸素ポンプの作用により排気通路３の酸素分圧に比例した電圧信号を出力する。

このため、吸気酸素濃度センサ１８と空燃比センサ１９の２つに製作バラツキや劣化がないとした場合に２つのセンサ１８，１９についてセンサ素子の置かれる酸素濃度の雰囲気が同等とみなせる条件にあれば、空燃比に換算する前の空燃比センサ１９の出力と、酸素濃度に換算する前の吸気酸素濃度センサ１８の出力とはほぼ同じ電圧になるはずである。つまり、吸気酸素濃度センサ１８と空燃比センサ１９の各検出原理に着目すれば、空燃比センサ１９も酸素濃度センサに変わりないのである。空燃比センサ１９は排気通路３の酸素濃度を検出しているのであるから、空燃比センサ１９を、改めて「排気酸素濃度センサ」という。なお、以下では吸気酸素濃度センサ１８，排気酸素濃度センサ１９の２つを主に扱うので、吸気酸素濃度センサ、排気酸素濃度センサを、単に「センサ」ともいう。

しかも、排気酸素濃度センサ１９には、排気酸素濃度センサ１９の出力（センサ出力）の特性ズレが生じたり、排気酸素濃度センサ１９に故障が生じたりする。排気酸素濃度センサ１９の特性ズレが生じたり、排気酸素濃度センサ１９に故障が生じたりすると、実際の空燃比からのエラーが生じる。実際の空燃比からのエラーがあると、排気の空燃比をウインドウに収めることができなくなり、有害成分が三元触媒７で浄化されることなく排出されてしまう。このように、排気酸素濃度センサ１９の出力の特性ズレが生じたり、排気酸素濃度センサ１９に故障が生じたりするときには排気成分への影響が大きいことより、排気酸素濃度センサ１９について診断が高い精度で行われている（公知技術参照）。以下、排気酸素濃度センサ１９にセンサ出力の特性ズレが生じたり、排気素濃度センサ１９に故障が生じたりしているか否かの診断を行うことを、まとめて「排気酸素濃度センサ１９の出力特性が正常か否かの診断を行う」ともいう。このため、排気酸素濃度センサ１９の出力特性が正常であると診断されているときの、排気酸素濃度センサ１９の出力は信頼の置ける基準データとなり得る。

上記公知技術の例を挙げると、例えば、特開２００４−３２４４７１号公報には、触媒上流側の酸素濃度センサ４４の出力のリッチ期間及びリーン期間からなる反転周期に基づいて、触媒上流側の酸素濃度センサ４４の劣化の有無を診断することが記載されている。また、特開２０１５−０９４３３１号公報には、パルス電流に対する応答出力電圧｜ΔＶｓ１−ΔＶｓ２｜の収束電圧差を判定基準値ａと比較することで、エンジンの駆動状態に影響を受けることなく、触媒上流側の空燃比センサ１２６の劣化状態を診断することが記載されている。

そこで本発明の第１実施形態では、２つのセンサ１８，１９について各センサ素子の置かれる酸素濃度の雰囲気が同等とみなせる条件において、２つのセンサ１８，１９の出力を比較することによって、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を行う。これによって、吸気酸素濃度センサ１８の取付け位置について設計上の制約を受けることがないようにする。

コントローラ３０が行う吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断方法を以下のフローチャートを参照して説明する。図４のフローチャートは、診断許可フラグを設定するためのものである。図４のフローは、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。

コントローラ３０は、ステップ１で排気酸素濃度センサ１９の出力特性が正常か否かをみる。

図示しないフローにおいて、コントローラ３０は、排気酸素濃度センサ１９の出力特性が正常か否かの診断を行い、排気酸素濃度センサ１９の出力特性が正常であると診断するときに異常診断フラグ１＝０としている。一方、排気酸素濃度センサ１９の出力特性が正常でない（つまり異常である）と診断するときに異常診断フラグ１＝１としている。そして、異常診断フラグ１の値はコントローラ３０が不揮発性メモリに記憶している。従って、ステップ１で異常診断フラグ１の値を不揮発性メモリから読み出してみることで、排気酸素濃度センサ１９の出力特性が正常であるか異常であるかがわかる。

ここで、排気酸素濃度センサ１９について「異常診断フラグ１」を用いているのは、吸気酸素濃度センサ１８について本実施形態で導入している異常診断フラグ２（後述する）と区別するためである。

ステップ１で異常診断フラグ１＝１のときには、コントローラ３０は、排気酸素濃度センサ１９の出力特性が異常であると判断し、今回の処理をそのまま終了する。つまり、異常診断フラグ１＝１のときには吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常であるか否かの判定を行わない。これは、異常診断フラグ１＝１のときには、排気酸素濃度センサ１９の出力が信頼の置ける値とならず、信頼のおけない値を基準値として診断を行ったのでは、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常であるか否かの診断の精度が低下してしまうためである。

一方、ステップ１で異常診断フラグ１＝０のときには、コントローラ３０は、排気酸素濃度センサ１９の出力特性が正常であると判断し、ステップ２以降に進む。排気酸素濃度センサ１９の出力特性が正常であると診断されているときには、排気酸素濃度センサ１９の出力が信頼の置ける値となる。

コントローラ３０は、ステップ２，４，５で次の〈１〉〜〈３〉の３つの条件が成立しているか否かをみる。飛ばしたステップ３は後述する。
〈１〉燃料カット制御が開始されていること（ステップ２）、
〈２〉吸気通路２の内部の新気比率と排気通路３の内部の新気比率との差が所定値以内であること（ステップ４）、
〈３〉２つのセンサ１８，１９のセンサ素子がともに活性化していること（ステップ５） 、
上記〈１〉〜〈３〉の３つの条件が全て満たされているときにはステップ６に進み、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常であるか否かの診断を許可するため、診断許可フラグ（エンジン始動時にゼロに初期設定）＝１とする。上記〈１〉〜〈３〉の３つの条件のうちの一つでも満たされていないときにはステップ７に進み、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常であるか否かの診断を非許可とするため、診断許可フラグ＝０とする。

吸気酸素濃度センサ１８は、酸素濃度を検出する方式としては、排気酸素濃度センサ１９と同じ原理を有している。この吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常であるか否かの診断を行うためには、吸気酸素濃度センサ１８の取付け位置の吸気通路２、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置の排気通路３の両方の内部の酸素濃度の雰囲気が同等とみなせる条件になっている必要がある。上記〈１〉〜〈３〉の３つの条件は２つの酸素濃度センサ１８，１９について各センサ素子の置かれる酸素濃度の雰囲気が同等とみなせる条件（診断許可条件）を定めたものである。

まず、上記〈１〉、つまり燃料カット制御が開始されていることを診断許可条件とするのは次の理由による。すなわち、燃料を供給して筒内１Ｂで燃焼を行わせているときには燃焼後のガス（排気）が筒内１Ｂから排気通路３に出て流れる。この場合、ＥＧＲ制御を行っていない状態で燃料供給を停止する、いわゆる燃料カット制御が開始される場合には吸気通路２を流れる新気がそのまま筒内１Ｂを通過して排気通路３まで流れ出る。燃料カット制御が開始されていれば、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部が新気相当に掃気されるわけである。このため、２つのセンサ１８，１９についてセンサ素子の置かれる酸素濃度の雰囲気が同等とみなせる条件として、燃料カット条制御が開始されていることをまず採用するのである。

一方、ＥＧＲバルブ１０が開かれてＥＧＲガスが吸気通路２に導入され、このＥＧＲガスが導入されている状態で燃料カット制御が開始されることがある。このときには、燃料カット制御の開始タイミングでＥＧＲバルブ１０が全閉位置へと切換えられるものの、ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２に、その後も暫くは新気の中にＥＧＲガスが存在する。このときには、ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２に存在するＥＧＲガスを、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より下流の排気通路３へと掃気する必要がある。これは、ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２に存在するＥＧＲガスが、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より下流の排気通路３へと掃気されたタイミングで２つのセンサ１８，１９についてセンサ素子の置かれる酸素濃度の雰囲気が同等とみなせる条件となるためである。以下では、ＥＧＲバルブ１０が全閉位置にある状態（つまりＥＧＲ制御を行っていない状態）で燃料カット制御が開始される場合を先に説明し、その後でＥＧＲ制御を行っている状態で燃料カット制御が開始される場合について言及する。

車両を市場で走行させるシーンであれば、燃料カット制御状態に至らないような運転条件はまず起こりえない。このため、車両を市場で走行させるシーンにおいて燃料カット制御が開始されるたびに吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を行うことで、当該診断の頻度を十分に確保することができる。

次に、上記〈２〉の吸気通路２の内部の新気比率と排気通路３の内部の新気比率とは本実施形態で初めて導入するものである。これについて説明すると、ＥＧＲ制御を行っていない状態で燃料カット制御が開始される場合に排気通路３の内部では、燃料カット制御が開始された直後に排気が１００％である状態から徐々に減少して排気が０％の状態へと移行する。これを逆にいうと、新気は燃料カット制御が開始された直後に０％である。この状態から徐々に増加して新気が１００％の状態へと移行する。そこで、ＥＧＲ制御を行っていない状態で燃料カット制御が開始される場合に、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部に新気がどれだけ入ったのかを表す指標として、次の式で定義される「排気通路３の内部の新気比率」を導入する。

排気通路３の内部の新気比率＝新気量／（新気量＋排気量）×１００…（１）
（１）式より排気通路３の内部の新気比率とは、排気通路３を流れるガス量に対する新気量の比率のことである。すると、排気通路３の内部の新気比率が０％であることは（１）式より排気通路３の新気量がゼロであること、つまり筒内１Ｂで燃焼が行われていることを意味する。ＥＧＲ制御を行っていない状態で燃料カット制御が開始される場合に排気通路３の内部では、新気比率は、燃料カット制御が開始された直後から増大し、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３から排気が全て掃気された状態で１００％に至る。

この排気通路３の内部の新気比率の考え方を吸気通路２の内部にも適用する。すなわち、ＥＧＲ制御を行っていない状態で燃料カット制御が開始される場合に吸気通路２の内部ではＥＧＲ制御を行っていない状態のときに新気が１００％の状態となる。言い換えると、吸気通路２の内部ではＥＧＲ制御を行っていない状態のときに新気比率は１００％の状態であることを意味する。

一方、ＥＧＲ制御を行っている状態で燃料カット制御が開始される場合には、ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２に存在するＥＧＲガスを考慮する必要がある。ＥＧＲ制御を行っている状態では、新気とＥＧＲガスの混合ガスがＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２を流れるのであるから、吸気通路２の内部の新気比率は、次の式で定義される値となる。

吸気通路２の内部の新気比率＝新気量／（新気量＋ＥＧＲガス量）×１００
…（２）
ＥＧＲ制御を行っている状態の場合に、吸気通路３の内部の新気比率とは、吸気通路２を流れるガス量に対する新気量の比率のことである。（２）式よりＥＧＲ制御を行っている状態のとき、吸気通路２の内部の新気比率はＥＧＲガス量に応じた値を採ることとなる。このとき、ＥＧＲガス量に応じた新気比率の値をＤ％とする。そして、ＥＧＲ制御を行っている状態で燃料カット制御が開始されると、ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２の内部で、新気比率は、Ｄ％より減少してゼロ％に向かう。

こうして、ＥＧＲ制御を行っている状態のときにまで拡張して導入した吸気通路２の内部の新気比率を用いると、吸気通路２の内部の新気比率と排気通路３の内部の新気比率の差の絶対値が所定値以内である場合に、２つのセンサ１８，１９について各センサ素子の置かれる酸素濃度の雰囲気が同等とみなせる条件にあると判断できる。上記の所定値はゼロまたは正の値である。上記の所定値がゼロ、つまり吸気通路２の内部の新気比率と排気通路３の内部の新気比率の差の絶対値がゼロのときとは、ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２、筒内１Ｂ、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部のすべてが新気のみで満たされている状態のことである。この状態で２つのセンサ１８，１９の出力の比較に基づいて、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を行うことが理想である。

一方、上記の所定値が正の値、つまり吸気通路２の内部の新気比率と排気通路３の内部の新気比率の差の絶対値が正の値のときとは、ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２、筒内１Ｂ、センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の各内部のすべてに新気が満たされているのではなく、排気やＥＧＲガスが多少は含まれている状態のことである。このように排気やＥＧＲガスが多少含まれている状態で２つのセンサ１８，１９の出力の比較に基づいて、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を行ったとき、精度上、問題のない診断結果が得られるのであれば、当該診断を行うことができる。上記の所定値を正の値にまで広げることで、当該診断の機会を増やすことができるのである。

実際には、本実施形態では吸気通路２の内部の新気比率と排気通路３の内部の新気比率を算出し、新気比率の差の絶対値が所定値以内であるか否かを判定する、ことはしていない。これに代えて次のようにしている。まず、ＥＧＲ制御を行っていない状態で燃料カット制御が開始される場合に排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部が新気で掃気されたときに、吸気通路２の内部の新気比率と排気通路３の内部の新気比率の差の絶対値が所定値以内であると判定する。次に、ＥＧＲ制御を行っている状態で燃料カット制御が開始される場合にＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２、筒内１Ｂ、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の各内部が新気で掃気されたときに、吸気通路２の内部の新気比率と排気通路３の内部の新気比率の差の絶対値が所定値以内であると判定する。なお、上記（１）式、（２）式を用いて吸気通路２の内部の新気比率と排気通路３の内部の新気比率をそれぞれ算出し、新気比率の差の絶対値が所定値以内であるか否かを判定するようにしてもよい。

ＥＧＲ制御を行わない状態で燃料カット制御が開始される場合から詳述する。この場合には、吸気通路２の内部の新気比率が常に１００％の状態にあるので、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３が掃気されれば、排気通路の内部の新気比率も１００％となる。これより、吸気通路２の内部の新気比率と排気通路３の内部の新気比率の差の絶対値が所定値以内であることになる。つまり、ステップ４で掃気完了フラグ１＝１は、ＥＧＲ制御を行わない状態で燃料カット制御が開始される場合に排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３が掃気されていることを表している。

一方、ＥＧＲ制御を行っている状態で燃料カット制御が開始される場合には、さらに、ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より上流の吸気通路２に存在するＥＧＲガスが全て、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より下流の排気通路３へ掃気されたときに、吸気通路２の内部の新気比率と排気通路３の内部の新気比率の差の絶対値が所定値以内であることになる。ＥＧＲガスは排気であるので、ＥＧＲ制御を行っている状態で燃料カット制御が開始される場合にはこのＥＧＲガスが掃気されるまでは、新気により掃気されたことにならないのである。つまり、ステップ４で掃気完了フラグ２＝１は、ＥＧＲ制御を行っている状態で燃料カット制御が開始される場合に、ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より上流の吸気通路２、筒内１Ｂ、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の各内部が掃気されていることを表している。なお、吸気通路２の内部の新気比率や排気通路３の内部の新気比率の代用値としては、吸気通路２の酸素濃度や排気通路３の酸素濃度を用いることができる。

ＥＧＲ制御を行わない状態で燃料カット制御が開始されるときに、新気により排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部が掃気されていること（つまり掃気完了フラグ１＝１）を診断許可条件とするのは次の理由による。すなわち、燃料カット許可条件になって燃料カット制御を開始しても、その直前に筒内１Ｂから排出されたガス（排気）が排気酸素濃度センサ１９に到達するまでの間は、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部に排気が存在し続ける。このようにセンサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部に排気が存在し続ける状態では、２つのセンサ１８，１９についてセンサ素子の置かれる酸素濃度の雰囲気が同等の条件にあるとみなすことができない。一方、燃料カット制御の開始後に所定の時間が経過して排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部に排気が全く存在しなくなれば、つまり、新気によりセンサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部が掃気されれば、２つのセンサ１８，１９についてセンサ素子の置かれる酸素濃度の雰囲気が同等の条件にあるとみなすことができる。そこで、ＥＧＲ制御を行わない状態で燃料カット制御が開始される場合には、新気により排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部が掃気されていることを診断許可条件とするのである。

こうしてＥＧＲ制御を行わない状態で燃料カット制御が開始される場合に、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部が掃気されたと判定した後に、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を行うことで、当該診断の精度を確保することができる。

一方、ＥＧＲ制御を行っている状態で燃料カット制御が開始される場合に、新気によりＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２、筒内１Ｂ、センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の各内部が掃気されていること（つまり掃気完了フラグ２＝１）を診断許可条件とするのは次の理由による。すなわち、燃料カット許可条件になって燃料カット制御が開始されても、その直前に筒内１Ｂから排出されたガス（排気）が排気酸素濃度センサ１９に到達するまでの間は、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部に排気が存在し続ける。また、燃料カット制御が開始される直前にＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２の内部に存在するＥＧＲガスが排気酸素濃度センサ１９に到達するまでの間は、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部にＥＧＲガスが存在し続ける。このように排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部に排気やＥＧＲガスが存在し続ける状態では、２つのセンサ１８，１９についてセンサ素子の置かれる酸素濃度の雰囲気が同等の条件にあるとみなすことができない。一方、燃料カット制御が開始されてから所定の時間が経過し、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部に排気及びＥＧＲガスが全く存在しなくなれば、つまり、新気によりＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部下流の吸気通路２、筒内１Ｂ、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の各内部が掃気されれば、２つのセンサ１８，１９についてセンサ素子の置かれる酸素濃度の雰囲気が同等の条件にあるとみなすことができる。そこで、ＥＧＲ制御を行っている状態で燃料カット制御が開始される場合には、新気によりＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２、筒内１Ｂ、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の各内部が掃気されていることを診断許可条件とするのである。

こうしてＥＧＲ制御を行っている状態で燃料カット制御が開始される場合に、ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部下流の吸気通路２、筒内１Ｂ、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の各内部が掃気されたと判定した後に、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を行うことで、当該診断の精度を確保することができる。

ステップ３では、ＥＧＲ制御を行っていない状態で燃料カット制御が開始される場合に、新気により排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部が掃気されたか否かの判定を行う。当該判定は、燃料カット制御開始後のスロットルバルブ通過空気流量に基づいて行う。そして、ＥＧＲ制御を行っていない状態で燃料カット制御が開始される場合に、新気により排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部がまだ掃気されてないと判定したとき、掃気完了フラグ１＝０とし、新気により排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部が掃気されたと判定したとき、掃気完了フラグ１＝１とする。

また、ステップ３では、ＥＧＲ制御を行っている状態で燃料カット制御が開始される場合に、新気により、ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２、筒内１Ｂ、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の各内部が掃気されたか否かの判定を行う。当該判定も、燃料カット制御開始後のスロットルバルブ通過空気流量に基づいて行う。そして、ＥＧＲ制御を行っている状態で燃料カット制御が開始される場合に、新気により、ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２、筒内１Ｂ、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の各内部がまだ掃気されてないと判定したとき、掃気完了フラグ２＝０とする。また、ＥＧＲ制御を行っている状態で燃料カット制御が開始される場合に新気により、ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２、筒内１Ｂ、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の各内部が掃気されたと判定したとき、掃気完了フラグ２＝１とする。

これについて、図５Ａ，図５Ｂを参照して説明する。図５Ａは、ＥＧＲ制御を行っていない状態でアクセルペダルを戻す等して燃料カット制御が開始される場合のタイミングチャートである。一方、図５Ｂは、ＥＧＲ制御を行っている状態でアクセルペダルを戻す等して燃料カット制御が開始される場合のタイミングチャートである。この場合に、燃料カット制御の開始前後で、排気通路３の酸素濃度［％］、スロットルバルブ開度［−］、燃料供給の有無［−］、ＥＧＲバルブ開度［−］、スロットバルブ通過空気流量［ｇ／ｓ］がどのように変化するのかをモデルで示している。ここでの「排気通路３」とは、排気酸素濃度センサ１９より上流の排気通路３の全体のことである。

図５Ａから説明すると、燃料カット制御が開始される前には排気通路３の酸素濃度は０％である。ｔ０の燃料カット制御開始タイミングより、ＥＧＲバルブ開度＝０として（図５Ａの第３段目参照）ＥＧＲ制御を行っていない状態では、新気が吸気通路２から筒内１Ｂを介して排気通路３に流れ込むため、排気通路３の酸素濃度が０％から増加する。そして、ｔ１のタイミングで排気通路３の酸素濃度が２０．９％（標準大気の酸素濃度）へと落ち着くものとする。ＥＧＲ制御を行っていない状態で燃料カット制御が開始される場合には、排気通路３の容積分（排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の容積）の空気量が流れる時間がｔ０からｔ１までの時間である。

スロットルバルブ開度は、ｔ０の燃料カット制御開始タイミングより、アクセルペダルを戻すことによるアクセルペダル開度の減少に応じて小さくされる。このスロットルバルブ開度の減少に応じて、スロットルバルブ通過空気流量が、ｔ０の燃料カット制御開始タイミングより減少する。これより、スロットルバルブ通過空気流量をｔ０からｔ１までの期間（時間）で積分してやれば、排気通路３の容積分（排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の容積）の空気量を求めることができる。

一方、図５Ｂに示したように、ＥＧＲ制御を行っている状態で燃料カット制御が開始される場合には、ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２に存在するＥＧＲガスを考慮する必要がある。この場合には、ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２に存在するＥＧＲガス（つまり新気とＥＧＲガスの混合ガス）が全て、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より下流の排気通路３へと掃気されたタイミングで、掃気完了であると判定させればよい。

図５Ｂを具体的に説明すると、ＥＧＲバルブ開度をゼロでない所定値として（図５Ａの第３段目参照）ＥＧＲ制御を行っている状態では、新気とＥＧＲガスの混合ガスが吸気通路２から筒内１Ｂを介して排気通路３に流れ込む。このため、ｔ０の燃料カット制御開始タイミングより、排気通路３の酸素濃度が０％から増加する。そして、ｔ２のタイミングで排気通路３の酸素濃度が２０．９％（標準大気の酸素濃度）へと落ち着くものとする。ＥＧＲ制御を行っている状態で燃料カット制御が開始される場合には、上記図５Ａで説明した「排気通路の容積分」に「吸気通路の容積分（ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２の容積）」を加算した合計の空気量が流れる時間がｔ０からｔ２までの時間である。

スロットルバルブ開度は、ｔ０の燃料カット制御開始タイミングより、アクセルペダルを戻すことによるアクセルペダル開度の減少に応じて小さくされる。このスロットルバルブ開度の減少に応じて、スロットルバルブ通過空気流量が、ｔ０の燃料カット開始タイミングより減少する。これより、スロットルバルブ通過空気流量をｔ０からｔ２までの期間（時間）で積分してやれば、吸気通路２の容積分（ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２の容積）及び排気通路３の容積分（排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の容積）の空気量を求めることができる。

図６ＡのフローはＥＧＲ制御を行っていない状態で燃料カット制御が開始される場合に図４のステップ３で実行する「掃気完了フラグ１の設定」の処理内容を表すサブルーチンである。図６Ａのフローは、コントローラ３０が一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。ステップ１１では、コントローラ３０がスロットルバルブ通過空気流量Ｑｔｈ１［ｇ／ｓ］を算出する。ＥＧＲ制御を行っていない状態で燃料カット制御が開始される場合に、スロットルバルブ４を通過する空気は全て新気である。

上記のスロットルバルブ通過空気流量Ｑｔｈ１はスロットルバルブ４の開口面積とスロットルバルブ４前後の圧力差から求めることができる。スロットルバルブ４の開口面積はスロットルバルブ開度から所定の２次元テーブルを検索することにより求めることができる。スロットルバル開度は、コントローラ３０が知っている。

一方、エアフローメータ１４には大気圧センサ（図示しない）を付属している。この大気圧センサにより検出される大気圧と、吸気圧力センサ２１により検出される吸気圧力とから、スロットルバルブ前後の圧力差を求めることができる。吸気圧力センサ２１は、本実施形態では、図１に示したようにスロットルバルブ４の下流の吸気通路２に取付けてある。

ステップ１２では、コントローラ３０がこのようにして算出したスロットルバルブ通過空気流量Ｑｔｈ１を前回のスロットルバルブ通過空気流量積算値であるＳＵＭＱ１ｚ［ｇ］に加算した値を今回のスロットルバルブ通過空気流量積算値ＳＵＭＱ１［ｇ］とすることで、燃料カット制御が開始されてからのスロットルバルブ通過空気流量Ｑｔｈ１を積算する。エンジン始動時にＳＵＭＱ１ｚの初期値としてゼロを入れておく。

ステップ１３では、燃料カット制御が開始されてからのスロットルバルブ通過空気流量積算値ＳＵＭＱ１と所定値１をコントローラ３０が比較する。所定値１は、図５Ａ最下段に示した、排気通路の容積分（排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の容積）の空気量（ハッチングした部分の面積）で、予め求めておく。燃料カット制御が開始されてからのスロットルバルブ通過空気流量積算値ＳＵＭＱ１が所定値１未満であれば、コントローラ３０は排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部がまだ掃気されていないと判断する。このときには、コントローラ３０がステップ１５に進んで、掃気完了フラグ１（エンジン始動時にゼロに初期設定する）＝０とする。

ステップ１３で燃料カット制御が開始されてからのスロットルバルブ通過空気流量積算値ＳＵＭＱ１が所定値１未満である限り、コントローラ３０はステップ１５の処理を繰り返す。やがて、ステップ１３で燃料カット制御が開始されてからのスロットルバルブ通過空気流量積算値ＳＵＭＱ１が所定値１以上になると、コントローラ３０は排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部が掃気されたと判断する。このときにはコントローラ３０はステップ１４に進んで、掃気完了フラグ１＝１とする。このようにして設定した掃気完了フラグ１の値はコントローラ３０がメモリに保存しておく。これでサブルーチンを終了するので、コントローラ３０は図４のフローに戻る。

図４のステップ４ではコントローラ３０がこの掃気完了フラグ１をみる。掃気完了フラグ１＝０であれば、新気により排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部がまだ掃気されていないとコントローラ３０が判断する。このときには、コントローラ３０は、図４のステップ７に進み、ステップ７の処理を実行する。一方、図４のステップ４で掃気完了フラグ１＝１であれば、新気によりセンサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部が掃気されたとコントローラ３０が判断し、図４のステップ５に進む。

次に、図６ＢのフローはＥＧＲ制御を行っている状態で燃料カット制御が開始される場合に図４のステップ３で実行する「掃気完了フラグ２の設定」の処理内容を表すサブルーチンである。図６Ａのフローは、コントローラ３０が一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。ステップ２１では、コントローラ３０がスロットルバルブ通過空気流量Ｑｔｈ２［ｇ／ｓ］を算出する。ＥＧＲ制御を行っている状態で燃料カット制御が開始される場合に、燃料カット制御が開始された直後であれば、スロットルバルブ４を通過する空気は新気とＥＧＲガスの混合ガスであり、燃料カット制御が開始されてからしばらくの間は、この状態が続く。

上記スロットルバルブ通過空気流量Ｑｔｈ２の算出方法は、図６Ａのステップ１１のスロットルバルブ通過空気流量Ｑｔｈ１の算出方法と同様である。すなわち、スロットルバルブ４の開口面積とスロットルバルブ４前後の圧力差から求めることができる。

ステップ２２では、コントローラ３０が、算出したスロットルバルブ通過空気流量Ｑｔｈ２を前回のスロットルバルブ通過空気流量積算値であるＳＵＭＱ２ｚ［ｇ］に加算した値を今回のスロットルバルブ通過空気流量積算値ＳＵＭＱ２［ｇ］とすることで、燃料カット制御が開始されてからのスロットルバルブ通過空気流量Ｑｔｈ２を積算する。エンジン始動時にＳＵＭＱ２ｚの初期値としてゼロを入れておく。

ステップ２３では、燃料カット制御が開始されてからのスロットルバルブ通過空気流量積算値ＳＵＭＱ２と所定値２をコントローラ３０が比較する。所定値２は、図５Ｂ最下段に示した、吸気通路及び排気通路の容積分（ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２、筒内１Ｂ、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の各容積）の空気量（ハッチングした部分の面積）で、予め求めておく。燃料カット制御が開始されてからのスロットルバルブ通過空気流量積算値ＳＵＭＱ２が所定値２未満であれば、コントローラ３０はＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２、筒内１Ｂ、センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の各内部がまだ掃気されていないと判断する。このときには、コントローラ３０がステップ２５に進んで、掃気完了フラグ２（エンジン始動時にゼロに初期設定する）＝０とする。

ステップ２３で燃料カット制御が開始されてからのスロットルバルブ通過空気流量積算値ＳＵＭＱ２が所定値２未満である限り、コントローラ３０はステップ２５の処理を繰り返す。やがて、ステップ２３で燃料カット制御が開始されてからのスロットルバルブ通過空気流量積算値ＳＵＭＱ２が所定値２以上になると、コントローラ３０はＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２、筒内１Ｂ、センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の各内部が掃気されたと判断する。このときにはコントローラ３０はステップ２４に進んで、掃気完了フラグ２＝１とする。このようにして設定した掃気完了フラグ２の値はコントローラ３０がメモリに保存しておく。これでサブルーチンを終了するので、コントローラ３０は図４のフローに戻る。

図４のステップ４ではコントローラ３０がこの掃気完了フラグ２をみる。掃気完了フラグ２＝０であれば、新気によりＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２、筒内１Ｂ、センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の各内部がまだ掃気されていないとコントローラ３０が判断する。このときには、コントローラ３０は、図４のステップ７に進み、ステップ７の処理を実行する。一方、図４のステップ４で掃気完了フラグ２＝１であれば、新気によりＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２、筒内１Ｂ、センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の各内部が掃気されたとコントローラ３０が判断し、図４のステップ５に進む。

なお、図６Ａのフローと図６Ｂのフローが続いて行われることはなく、いずれかのフローが選択されて行われる。つまり、コントローラ３０は、燃料カット制御が開始される直前にＥＧＲ制御が行われているか否かを判定しており、燃料カット制御が開始される直前にＥＧＲ制御が行われていない状態で燃料カット制御が開始されると図６Ａのフローが選択される。一方、燃料カット制御が開始される直前にＥＧＲ制御が行われている状態で燃料カット制御が開始されると図６Ｂのフローが選択される。

次に、上記〈３〉、つまり２つのセンサ１８，１９のセンサ素子が活性化している（活性状態にある）ことを診断許可条件とするのは次の理由による。すなわち、センサ１８，１９は通常、センサ素子内部にヒータを有している。そして、イグニッションスイッチ（図示しない）がオンになったタイミングでコントローラ３０が各ヒータに通電することでセンサ素子が活性化する温度へと上昇するように制御している。これは、センサ素子が活性化する前にはセンサ１８，１９の検出精度が低下するので、センサ素子を活性化させることで、センサ１８，１９の検出精度を高くするためである。これより、排気酸素濃度センサ１９の出力を用いて、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を、精度良く実行させるためにはセンサ１８，１９の各センサ素子が十分に活性化している必要がある。そこで、２つのセンサ１８，１９のセンサ素子が活性化していることを判定した後に、排気酸素濃度センサ１９の出力を用いて、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を開始することで、当該診断の精度が低下することを防止するのである。

センサ１８，１９のセンサ素子が活性化しているか否かは、イグニッションスイッチがオンになったタイミングからの経過時間で判定すればよい。イグニッションスイッチがオンになったタイミングからセンサ素子が活性化するまでの時間は予め判っているので、この時間を所定時間として定めておく。イグニッションスイッチがオンになったタイミングからの経過時間と、この所定時間を比較し、経過時間が所定時間以上となれば、センサ１８，１９のセンサ素子が活性化したとコントローラ３０が判定する。ここで、上記の所定時間は大気の温度が所定温度（例えば２０℃）のときに適合される。なお、センサ１８，１９の各ヒータに通電されていることを判定したときにセンサ１８，１９のセンサ素子が活性化していると判定する手法がある。しかしながら、センサ１８，１９のヒータに通電されていることと、センサの１８，１９のセンサ素子が活性化していることとは等価でない。例えば、大気の温度が適合時の上記所定温度より低い環境条件では、センサ１８，１９のヒータに通電されていても、センサの１８，１９のセンサ素子が活性化していないことがある。この場合にも、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を許可したのでは、当該診断の精度が低下してしまう。

このように、センサ１８，１９のヒータに通電されていることを判定するのではなく、センサ１８，１９のセンサ素子が活性化していることを判定した後に、排気酸素濃度センサ１９の出力を用いて、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を行うことで、当該診断の精度が低下することを防止ができる。

ここでは、センサ１８，１９のセンサ素子が活性状態にあるか否か、あるいは活性化しているか否かを、イグニッションスイッチがオンになったタイミングからの経過時間で判定したが、この場合に限られるものでない。これについて説明すると、イグニッションスイッチがオンになったタイミングで即座に活性化する酸素濃度センサが開発されている。このような将来的に商品化される酸素濃度センサを吸気酸素濃度センサ１８及び排気酸素濃度センサ１９として備えるエンジンシステムでは、イグニッションスイッチがオンになったタイミングでセンサ１８，１９のセンサ素子が活性化していると判定すればよい。

図７のフローチャートは、コントローラ３０が吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を行うためのものである。図７のフローは、図４のフローに続けて一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。

ステップ３１では、コントローラ３０は異常診断フラグ２をみる。ここでは、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断がまだ行われていない、つまり異常診断フラグ２＝０であるとしてステップ３２に進む。ステップ３２では、コントローラ３０は診断許可フラグ（図４のフローにおいて設定済み）をみる。診断許可フラグ＝１であるときには、コントローラ３０は２つのセンサ１８，１９についてセンサ素子の置かれる酸素濃度の雰囲気が同等とみなせる条件にあると判断し、ステップ３３に進む。

コントローラ３０は、ステップ３３で２つのセンサ１８，１９の出力［Ｖ］の差を算出し、ステップ３４で２つのセンサ１８，１９の出力の差［Ｖ］の絶対値と所定値［Ｖ］を比較する。所定値は、ゼロまたは正の値で、適合により予め設定しておく。出力の差の絶対値が所定値未満であれば、コントローラ３０は２つのセンサ１８，１９が同等の出力をしている、つまり、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常である（異常が生じていない）とコントローラ３０が診断する。このときには、コントローラ３０はステップ３６に進んで、異常診断フラグ２＝０とする。

一方、出力の差の絶対値が所定値以上であれば、コントローラ３０は２つのセンサ１８，１９が同等の出力をしていない、つまり、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常でない（異常が生じている）と診断する。このときには、コントローラ３０はステップ３５に進んで、異常診断フラグ２＝１とする。

なお、本実施形態では、２つのセンサ１８，１９の出力の差を算出しているが、出力の差に限定されるものでない。２つのセンサ１８，１９の出力の比であってよい。

このようにして設定した異常診断フラグ２の値は、その値が消失しないようにコントローラ３０が、不揮発性メモリに保存しておく。ステップ３５で異常診断フラグ２＝１としたことで、次回以降はステップ３１で異常診断フラグ２＝１となる。このため、コントローラ３０はステップ３２以降に進むことができない。つまり、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常でない（異常が生じている）と診断した後には、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常であるか否かの２度目の診断をコントローラ３０が続けて行うことはない。

ここでは、２つのセンサ１８，１９の出力に基づいて、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常であるか否かの診断を行ったが、当該診断に用いるパラメータは、センサ１８，１９の出力そのものに限られない。たとえば、吸気酸素濃度センサ１８の出力は酸素濃度に換算され、排気酸素濃度センサ１９の出力は空燃比に換算されているので、両者を比較するためには同じ物理量に揃えてやればよい。そこで、排気酸素濃度センサ１９の出力を酸素濃度にまず換算する。そして、この換算した酸素濃度と、吸気酸素濃度センサ１８により検出される酸素濃度とを比較させてもよい。また、吸気酸素濃度センサ１８の出力を空燃比にまず換算する。そして、この換算した空燃比と、排気酸素濃度センサ１９により検出される空燃比とを比較させてもよい。

ここで、本実施形態の作用効果をまとめる。

本実施形態の吸気酸素濃度センサ１８の診断方法は、エンジンの吸気通路２に設けた吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を行うものである。そして、吸気通路２の内部と排気通路３の内部との新気比率の差が所定値以内であるか否かを判定し、前記新気比率の差が所定値以内の場合に、吸気酸素濃度センサ１８の出力と排気通路３に設けた排気酸素濃度センサ１９の出力とを比較し、その比較結果に基づいて前記診断を行う。本実施形態によれば、吸気通路２の内部と排気通路３の内部の新気比率の差が所定値以内であることより２つのセンサ１８，１９についてセンサ素子の置かれる酸素濃度の雰囲気が同等とみなせる条件において、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を行うのである。これによって、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断に吸気圧力センサを用いないのであるから、従来装置のように吸気酸素濃度センサ１８の取付け位置について設計上の制約を受けることを回避できる。また、本実施形態では、吸気圧力が大気圧以下となる自然吸気の運転領域において精度が低下する吸気圧力センサを用いないので、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断について、当該診断の自然吸気の運転領域での精度低下を回避できる。

吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常でなく、出力特性に異常が生じていると、実際のＥＧＲ率からのエラーが生じ、このＥＧＲ率の検出エラーに起因して適切な燃焼制御を行うことができない事態が生じることがある。例えば、吸気酸素濃度センサ１８の出力から換算されたＥＧＲ率が実際のＥＧＲ率より小さいときには、ＥＧＲバルブ１０がエラーの分だけ余計に開かれる。これによって、ＥＧＲガスの過多となり筒内１Ｂでの燃焼状態が悪化してしまう。一方、上記の検出エラーで吸気酸素濃度センサ１８の出力から換算されたＥＧＲ率が実際のＥＧＲ率より大きいときには、ＥＧＲバルブ１０が検出エラーの分だけ余計に閉じられる。これによって、ＥＧＲガスの過少となり筒内１Ｂでの燃焼温度が上昇しノッキングが生じ得る。一方、本実施形態では、エンジンが、排気通路３と吸気通路２を連通するＥＧＲ通路８と、ＥＧＲ通路を８流れるＥＧＲガス量を調整可能なＥＧＲバルブ１０と、を備え、吸気酸素濃度センサ１８が、吸気通路２のＥＧＲ通路８との合流部よりも下流側に位置している。そして、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を行っている。吸気酸素濃度センサ１８の出力特性に異常が生じていることに伴うＥＧＲ率の検出エラーがあると、前述したように適切な燃焼制御ができなくなる事態が生じ得るのであるが、本実施形態によれば、こうした事態を回避することができる。

吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を行うためには、吸気酸素濃度センサ１８の取付け位置の吸気通路２の内部と、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置の排気通路３の内部の酸素濃度の雰囲気が同等とみなせる条件になっている必要がある。エンジンの運転中、筒内１Ｂで燃焼していれば排気通路３に排気が流れている。一方、エンジンの運転中でもＥＧＲ制御を行っていない状態で燃料カット制御が開始される場合には吸気通路２を流れる新気が排気通路３まで流れ、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３内部が新気相当に掃気されるため、２つのセンサ１８，１９の取付け位置の酸素濃度の雰囲気が同等とみなせる条件になる。本実施形態によれば、吸気通路２と排気通路３の内部の新気比率の差が所定値以内の場合が、排気通路３（排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３）の内部が新気で掃気された場合である。この場合に、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を行うことで、当該診断を精度良く行うことができる。

一方、ＥＧＲ制御を行っている状態で燃料カット制御が開始される場合には、ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２に存在するＥＧＲガスを考慮する必要がある。この場合には、ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２に存在するＥＧＲガス（つまり新気とＥＧＲガスの混合ガス）が全て、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より下流の排気通路３へと掃気されたタイミングで、掃気が完了する。本実施形態によれば、吸気通路２と排気通路３の内部の新気比率の差が所定値以内の場合が、吸気通路２（ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２）及び排気通路３（排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３）の内部が新気で掃気された場合である。この場合に、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を行うことで、当該診断を精度良く行うことができる。

本実施形態によれば、ＥＧＲ制御が行われていない状態で燃料カット制御が開始される場合に、新気により排気通路３（排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３）の内部が掃気されているか否かの判定を、燃料カット制御開始後のスロットルバルブ通過空気流量に基づいて行っている。一方、ＥＧＲ制御が行われている状態で燃料カット制御が開始される場合に、新気により吸気通路２（ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２）及び排気通路３（排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３）の内部が掃気されているか否かの判定を、燃料カット制御開始後のスロットルバルブ通過空気流量に基づいて行っている。これによって、ＥＧＲ制御が行われていない状態で燃料カット制御が開始される場合、ＥＧＲ制御が行われている状態で燃料カット制御が開始される場合のいずれの場合とも、燃料カット制御開始直前のスロットルバルブの開度に関係なく、掃気されているか否かの判定を精度良く行うことができる。

本実施形態によれば、吸気酸素濃度センサ１８及び排気酸素濃度センサ１９のセンサ素子が活性状態である場合に、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を実行する。センサ出力の精度がよいセンサ素子の活性状態で吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を行うので、当該診断の精度を確保できる。

実施形態では、エンジンの運転中にＥＧＲ制御を行っていない状態で燃料カット制御が開始され、新気が排気酸素濃度センサ１９の取付け位置の排気通路３まで到達することで、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部が掃気されたときに吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を行った。また、実施形態では、エンジンの運転中にＥＧＲ制御を行っている状態で燃料カット制御が開始され、新気が排気酸素濃度センサ１９の取付け位置の排気通路３まで到達することで、ＥＧＲ通路８の吸気通路２への合流部より下流の吸気通路２、筒内１Ｂ、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の各内部が掃気されたときに吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を行った。つまり、エンジン１の運転中に、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を行う例を示した。

改めて考えてみると、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部が新気相当になる条件は、エンジン運転中に限られない。例えば、エンジンの停止後、十分な時間、ソーク（低温放置）され、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部の排気が、滞留により排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より下流の排気通路３へと十分拡散し、排気酸素濃度センサ１９の取付け位置より上流の排気通路３の内部が新気相当になることがあり得る。こうした場合に、将来的に商品化され得る、イグニッションをＯＮにしたタイミングで即座に活性化する酸素濃度センサを組み合わせることで、イグニッションスイッチがオンなった後かつエンジンの始動前においても、新気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を行うことができる。

このように、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かの診断を、イグニッションスイッチがオンになった後かつエンジンの始動前にも行うことで、当該診断の頻度が増大する。これによって、吸気酸素濃度センサ１８の出力特性が正常か否かを早期に診断することができる。

実施形態では、ロープレッシャー・ＥＧＲ装置を備える場合で説明したが、いわゆるハイプレッシャー・ＥＧＲ装置を備える場合にも本発明の適用がある。ロープレッシャー・ＥＧＲ装置やハイプレッシャー・ＥＧＲ装置は有さず、かつ吸気通路に何らかの目的で吸気酸素濃度センサを取付けたエンジンの場合にも本発明の適用がある。

１ エンジン
２ 吸気通路
３ 排気通路
６ 燃料噴射弁
８ ＥＧＲ通路
１０ ＥＧＲバルブ
１９ 吸気酸素濃度センサ
２０ 排気酸素濃度センサ
３０ コントローラ（判定部、比較部、診断部）

Claims (8)

1. 内燃機関の吸気通路に設けた吸気酸素濃度センサの出力特性が正常か否かの診断を行う吸気酸素濃度センサの診断方法において、
   前記吸気通路の内部と前記内燃機関の排気通路の内部との新気比率の差が所定値以内であるか否かを判定し、
   前記新気比率の差が所定値以内の場合に、
   前記吸気酸素濃度センサの出力と前記排気通路に設けた排気酸素濃度センサの出力とを比較し、
   比較結果に基づいて前記診断を行うことを特徴とする吸気酸素濃度センサの診断方法。
2. 前記内燃機関は、
   前記排気通路と前記吸気通路を連通するＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス量を調整可能なＥＧＲバルブと、
   を備え、
   前記吸気酸素濃度センサは、前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との合流部よりも下流側に位置する請求項１に記載の吸気酸素濃度センサの診断方法。
3. 前記新気比率の差が所定値以内の場合は、前記排気通路の内部が新気で掃気された場合である請求項１に記載の吸気酸素濃度センサの診断方法。
4. 前記新気比率の差が所定値以内の場合は、前記吸気通路及び前記排気通路の内部が新気で掃気された場合である請求項２に記載の吸気酸素濃度センサの診断方法。
5. 前記診断を、イグニッションスイッチがオンになった後かつ前記内燃機関の始動前にも行う請求項１から４までのいずれかに記載の吸気酸素濃度センサの診断方法。
6. 前記掃気された状態であるか否かを、燃料カット制御開始後のスロットルバルブ通過空気流量に基づいて行う請求項３または４に記載の吸気酸素濃度センサの診断方法。
7. 前記吸気酸素濃度センサ及び前記排気酸素濃度センサのセンサ素子が活性状態である場合に、前記診断を実行する請求項１から６までのいずれかに記載の吸気酸素濃度センサの診断方法。
8. 内燃機関の吸気通路に設けられた吸気酸素濃度センサと、
   前記内燃機関の排気通路に設けられた排気酸素濃度センサと、
   を備える内燃機関の制御装置において、
   前記吸気通路の内部と前記内燃機関の排気通路の内部との新気比率の差が所定値以内であるか否かを判定する判定部と、
   前記新気比率の差が所定値以内の場合に、前記吸気酸素濃度センサの出力と前記排気酸素濃度センサの出力とを比較する比較部と、
   前記比較部による比較結果に基づいて前記吸気酸素濃度センサの出力特性が正常か否かの診断を行う診断部と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。

Images