JPH10169501A

JPH10169501A - 空燃比センサの異常診断装置

Info

Publication number: JPH10169501A
Application number: JP33366496A
Authority: JP
Inventors: Wakichi Kondo; 和吉近藤; Hisashi Iida; 飯田　　寿
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-12-13
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 1998-06-23
Anticipated expiration: 2016-12-13
Also published as: JP3834898B2

Abstract

(57)【要約】【課題】空燃比センサの異常を精度良く診断する。【解決手段】内燃機関１の排気管１２には空燃比をリニ
アに検出するＡ／Ｆセンサ２６が配設されている。ＥＣ
Ｕ４１内のＣＰＵ４２は、Ａ／Ｆセンサ２６による検出
空燃比λと目標空燃比との偏差に応じて空燃比補正係数
ＦＡＦを設定し、該ＦＡＦ値を用いて空燃比フィードバ
ック制御を実行する。また、ＣＰＵ４２は、λの２階差
分値の積算値Σ｜Δ^2λＳＭ｜とＦＡＦの２階差分値の
積算値Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜との比を異常診断パラメー
タとし、そのパラメータと所定の異常判定値αとの比較
判定により異常診断を実施する。すなわち、 Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜／Σ｜Δ^2λＳＭ｜＜α が成立すれば、Ａ／Ｆセンサ２６が正常である旨を診断
し、上記不等式が不成立であればＡ／Ｆセンサ２６が異
常である旨を診断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の空燃
比に対してリニアに出力を増減させる空燃比センサの異
常診断装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の空燃比制御システムにおいては、
排気ガス中の酸素濃度に応じてリニアに空燃比を検出す
る空燃比センサ（例えば、限界電流式酸素センサ）が用
いられており、マイクロコンピュータは前記空燃比セン
サにより検出された空燃比を取り込んで内燃機関への燃
料噴射量を制御する。具体的には、マイクロコンピュー
タは、前記検出空燃比と目標空燃比との偏差に基づいて
空燃比補正係数ＦＡＦを算出し、該ＦＡＦ値にて燃料噴
射量を補正する。これにより、内燃機関での最適な燃焼
が実現され、排気ガス中の有害成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯ
X 等）が低減される。

【０００３】一方、こうした空燃比制御システムでは、
空燃比センサに異常が発生して同センサによる検出空燃
比の信頼性が低下すると、空燃比の制御精度が著しく悪
化し、ひいては上記有害成分の排出量が増加する、すな
わちエミッションが悪化するという問題を引き起こすこ
とになる。つまり、空燃比をリニアに検出する空燃比セ
ンサを用いた空燃比制御システムでは、センサ出力に追
従してＦＡＦ値が逐次変化し、該ＦＡＦ値を用いて燃料
供給量を補正することで精密な空燃比制御が実現され
る。従って、空燃比センサが正常であればその検出結果
は実際の空燃比を反映したものとなり、空燃比フィード
バックの制御精度が保持されてエミッションが良好に保
たれるが、空燃比センサが異常になればその検出結果は
実際の空燃比を反映できず、空燃比フィードバックの制
御精度が低下してエミッションが悪化する。因みに、空
燃比センサの異常モードとしては、センサ出力の特性異
常や応答性の低下といったものが従来より知られてい
る。

【０００４】ここで、センサ出力の特性異常を図２３
（ａ）を用いて説明する。すなわち、センサ正常時に
は、同図に実線で示すように検出空燃比（検出λ）と実
際の空燃比（実λ）とが略一致するのに対し、センサ異
常時には、破線で示すように実λに対して検出λが小さ
くなったり又は大きくなったりする。この特性異常の原
因としては、熱による電極凝集、電極剥離、素子割れ
（拡散抵抗層の割れ又は固体電解質層の割れ）といった
経時変化に起因するものや、導通不良或いは絶縁不良に
起因するもの等が考えられる。

【０００５】また、センサ出力の応答性が低下する異常
を図２３（ｂ）を用いて説明する。すなわち、センサ出
力の応答性低下時には、例えば図示するように燃料噴射
量がリーン側からリッチ側に変化した際において実λの
推移に対して検出λの推移が大幅に遅れることになる。
この応答性低下の原因としては、センサの汚損によるカ
バーや多孔質電極層の目詰まりやヒータ異常による活性
不良といった原因が考えられる。

【０００６】以上のように空燃比センサは、多々ある要
因からその出力が異常となりうるものであり、従来より
同空燃比センサの異常診断を精度良く検出するための技
術が要望されていた。こうした要望に対し、例えば空燃
比センサによる検出空燃比の挙動、或いはＦＡＦ値の挙
動に基づいてセンサ異常を診断する装置が提案されてい
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、空燃比のフ
ィードバック制御では一般に、例えば燃料タンクでの蒸
発燃料（エバポガス）を機関吸気系に放出するために前
記ＦＡＦ値が目標値（例えば、基準値＝１．０）から不
用意にずれたり、過渡運転時にも同じくＦＡＦ値が目標
値からずれたりする。さらに、バッテリの交換直後に空
燃比学習値がクリアされている場合にも、機関の個体差
に応じてＦＡＦ値に誤差が生じたりする。そのため、こ
うしたＦＡＦ値の変動時において、既存のセンサ異常の
診断処理を実施すると、誤診断を生じ易いという問題が
あった。

【０００８】本発明は、上記従来の問題に着目してなさ
れたものであってその目的は、空燃比センサの異常を精
度良く診断し、ひいては当該空燃比センサの検出結果を
用いた空燃比制御システムの制御精度向上に貢献するこ
とができる空燃比センサの異常診断装置を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明ではその特徴として、空燃比
センサにより検出された空燃比が変動する際の速度変化
量と、空燃比補正係数が変動する際の速度変化量とを比
較し、その比較結果に基づいて空燃比センサの異常を診
断するようにしている。

【００１０】要するに、空燃比センサによる検出空燃比
と、空燃比補正係数ＦＡＦとを比較した場合、それらの
感度は互いに独立したものであり、例えばセンサ異常が
発生してその応答性が低下した場合にはその差が顕著に
なる。具体的には、センサの応答性低下時には、検出空
燃比の変化速度が大幅に遅くなるのに対し、ＦＡＦ値の
変化速度の遅れは比較的小さい。これは、例えばセンサ
応答性が低下しても、ＦＡＦ値は設計当初の適合値に基
づいて推移しようとするためである。

【００１１】従って、検出空燃比の速度変化量とＦＡＦ
値の速度変化量とを異常診断のパラメータとして両パラ
メータを比較判定すれば、空燃比センサの異常を精度良
く診断することができることとなる。この場合、実機へ
の適用に際し、既述したようにエバポパージ、空燃比学
習値のクリア処理、過渡運転等によりＦＡＦ値が変動し
ても、両パラメータの算出誤差への影響が少なく、異常
診断の誤検出が防止できる。その結果、信頼性の高い空
燃比制御システムが実現でき、エミッションが悪化する
等の不都合を抑制することができる。

【００１２】上記請求項１に記載した発明の具体的構成
として、請求項２に記載の発明では、空燃比が変動した
際の速度変化量を空燃比の２階差分演算により求めるよ
うにし、請求項３に記載の発明では、空燃比補正係数が
変動した際の速度変化量を補正係数の２階差分演算によ
り求めるようにしている。また、請求項４に記載の発明
では、空燃比が変動した際の速度変化量及び空燃比補正
係数が変動した際の速度変化量を、空燃比変動及び前記
補正係数変動の振幅により求めるようにしている。

【００１３】この場合、上記の如く各々の速度変化量を
算出するようにすれば、これら速度変化量に適確に対応
したパラメータが得られることとなり、センサ異常の診
断精度が向上する。

【００１４】また、請求項５に記載の発明では、空燃比
の２階差分値を所定期間で積算し、その積算値を前記空
燃比が変動した際の速度変化量とすると共に、空燃比補
正係数の２階差分値を所定期間で積算し、その積算値を
前記補正係数が変動した際の速度変化量とする。また、
空燃比の２階差分値の積算値と空燃比補正係数の２階差
分値の積算値との比を所定の異常判定値と比較し、その
比較結果から前記空燃比センサの異常を診断するように
している。

【００１５】すなわち、空燃比及びＦＡＦの２階差分値
を所定期間内で積算することは、空燃比センサの特性異
常や応答性異常といった現象をフィードバック制御系に
相関させつつ、各々の挙動の差を明確化するための一手
法であり、これら積算値の比を求めれば、センサ異常
（特性異常や応答性異常）が容易に診断できるようにな
る。

【００１６】請求項６に記載の発明では、空燃比変動の
振幅を所定時間で積算し、その積算値を前記空燃比が変
動した際の速度変化量とすると共に、空燃比補正係数変
動の振幅を所定期間で積算し、その積算値を前記補正係
数が変動した際の速度変化量とする。また、空燃比変動
の振幅の積算値と空燃比補正係数変動の振幅の積算値と
の比を所定の異常判定値と比較し、その比較結果から前
記空燃比センサの異常を診断するようにしている。

【００１７】つまり、本構成でも前記請求項５の構成と
同様に、空燃比変動及びＦＡＦ変動の振幅を所定期間内
で積算することは、空燃比センサの特性異常や応答性異
常といった現象をフィードバック制御系に相関させつ
つ、各々の挙動の差を明確化するための一手法であり、
これら積算値の比を求めれば、センサ異常が容易に診断
できるようになる。

【００１８】因みに、請求項５，６の発明の積算処理に
際し、異常診断の精度を向上させるにはその積算時間を
できるだけ長く設定するのが望ましいが、少なくとも空
燃比変動又はＦＡＦ変動の半波長分だけを積算すれば請
求項５，６のいずれの手法においても同等の精度で異常
診断が実施できることになる（但し、各変動は略正弦波
状に推移し、その半波長内で複数回の積算が実施され
る）。このことは、空燃比変動又はＦＡＦ変動の２階差
分値が各変動時の加速度に相当すると共に、空燃比変動
又はＦＡＦ変動の振幅が各変動時の速度の振幅に相当
し、空燃比変動又はＦＡＦ変動の波形から見ると前記両
者の積算値が実質上同意になることから言えることであ
る。

【００１９】請求項７に記載の発明では、前記異常判定
値を機関運転状態に応じて可変に設定するようにしてい
る。この場合、例えば吸気圧、機関回転数、スロットル
開度、水温等の機関運転条件が変化したとしても、それ
に追従した正確な異常診断が実施できる。

【００２０】請求項８に記載の発明では、空燃比λが変
動した際の速度変化量と、空燃比補正係数ＦＡＦが変動
した際の速度変化量との比を所定の異常判定値Ａと比較
する場合に、（ＦＡＦの速度変化量／λの速度変化量）＜Ａであれば、前記空燃比センサが正常である旨を診断する
ようにしている。つまり、既述したように、センサの応
答性低下時には概ね、検出λの変化速度が大幅に遅くな
るのに対し、ＦＡＦ値の変化速度の遅れの程度は比較的
小さい。そのため、本構成の診断処理によれば、センサ
応答性が低下するといった異常が好適に診断できること
となる。

【００２１】請求項９に記載の発明では、空燃比λが変
動した際の速度変化量と、空燃比補正係数ＦＡＦが変動
した際の速度変化量との比を所定幅の異常判定値Ｂ１，
Ｂ２と比較する場合に、Ｂ１＜（ＦＡＦの速度変化量／λの速度変化量）＜Ｂ２であれば、前記空燃比センサが正常である旨を診断する
ようにしている。つまり、センサの特性異常時はその出
力が実際の空燃比に対して大きくなるか、若しくは小さ
くなる（図２３（ａ）参照）。そのため、本構成の診断
処理のように異常診断パラメータの正常域（Ｂ１〜Ｂ
２）を設定すれば、センサの特性異常が好適に診断でき
ることとなる。

【００２２】なお、請求項８及び請求項９の発明では、
前記請求項７に記載したように、異常判定値Ａ，Ｂ１，
Ｂ２を機関運転状態に応じて可変に設定することも可能
である。

【００２３】請求項１０に記載の発明では、空燃比が変
動した際の速度変化量及び空燃比補正係数が変動した際
の速度変化量に対し、平滑化処理を実施するようにして
いる。この場合には、多気筒内燃機関に本発明を適用す
る際において、各要素の気筒間バラツキを解消すること
ができ、センサ異常の診断精度をより一層向上させるこ
とが可能となる。

【００２４】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、本発明を内燃機関の空燃比
制御装置において具体化した第１の実施の形態を説明す
る。

【００２５】図１は本実施の形態における内燃機関の空
燃比制御装置が設けられた内燃機関とその周辺機器の概
略構成図である。図１に示すように、内燃機関１は４気
筒４サイクルの火花点火式として構成されている。その
吸入空気は上流よりエアクリーナ２、吸気管３、スロッ
トルバルブ４、サージタンク５及びインテークマニホー
ルド６を通過して、インテークマニホールド６内で各燃
料噴射弁７から噴射された燃料と混合され、所定空燃比
の混合気として各気筒に供給される。また、内燃機関１
の各気筒に設けられた点火プラグ８には、点火回路９か
ら供給される高電圧がディストリビュータ１０にて分配
供給され、点火プラグ８は前記各気筒の混合気を所定タ
イミングで点火する。そして、燃焼後の排気ガスはエキ
ゾーストマニホールド１１及び排気管１２を通過し、排
気管１２に設けられた三元触媒１３にて有害成分（Ｃ
Ｏ、ＨＣ、ＮＯX 等) が浄化されて大気に排出される。

【００２６】前記吸気管３には吸気温センサ２１及び吸
気圧センサ２２が設けられ、吸気温センサ２１は吸入空
気の温度（吸気温Ｔａｍ）を、吸気圧センサ２２はスロ
ットルバルブ４の下流側の吸入空気の圧力（吸気圧Ｐ
Ｍ）をそれぞれ検出する。また、前記スロットルバルブ
４には同バルブ４の開度（スロットル開度ＴＨ）を検出
するためのスロットルセンサ２３が設けられ、このスロ
ットルセンサ２３はスロットル開度ＴＨに応じたアナロ
グ信号を出力すると共に、スロットルバルブ４が略全閉
である旨の検出信号を出力する。また、内燃機関１のシ
リンダブロックには水温センサ２４が設けられ、この水
温センサ２４は内燃機関１内の冷却水の温度（冷却水温
Ｔｈｗ）を検出する。前記ディストリビュータ１０には
内燃機関１の回転数（機関回転数Ｎｅ）を検出するため
の回転数センサ２５が設けられ、この回転数センサ２５
は内燃機関１の２回転、すなわち７２０°ＣＡ毎に等間
隔で２４個のパルス信号を出力する。

【００２７】さらに、前記排気管１２の三元触媒１３の
上流側には、内燃機関１から排出される排気ガスの酸素
濃度に比例して広域で且つリニアな空燃比信号を出力す
る、限界電流式酸素センサからなるＡ／Ｆセンサ（空燃
比センサ）２６が設けられている。また、三元触媒１３
の下流側には、空燃比λが理論空燃比（＝１４．７）に
対してリッチかリーンかに応じた電圧ＶＯＸ２を出力す
る下流側Ｏ2 センサ２７が設けられている。なお、本実
施の形態では、空燃比を空気過剰率「λ」で表し、理論
空燃比（＝１４．７）を空燃比λ＝１として記載する。

【００２８】図２は、Ａ／Ｆセンサ２６の概略を示す断
面図である。図２において、Ａ／Ｆセンサ２６は排気管
１２の内部に向けて突設されており、同センサ２６はカ
バー３１、センサ本体３２及びヒータ３３に大別され
る。カバー３１は断面コ字状をなし、その周壁にはカバ
ー内外を連通する多数の小孔３１ａが形成されている。
センサ本体３２は、空燃比リーン領域における酸素濃
度、若しくは空燃比リッチ領域における一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）濃度に対応する限界電流を発生する。

【００２９】センサ本体３２の構成について詳述する。
センサ本体３２において、断面カップ状に形成された固
体電解質層３４の外表面には、排気ガス側電極層３６が
固着され、内表面には大気側電極層３７が固着されてい
る。また、排気ガス側電極層３６の外側には、プラズマ
溶射法等により拡散抵抗層３５が形成されている。固体
電解質層３４は、ＺｒＯ2 、ＨｆＯ2 、ＴｈＯ2 、Ｂｉ
2 Ｏ3 等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 等を
安定剤として固溶させた酸素イオン伝導性酸化物焼結体
からなり、拡散抵抗層３５は、アルミナ、マグネシャ、
ケイ石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質から
なる。排気ガス側電極層３６及び大気側電極層３７は共
に、白金等の触媒活性の高い貴金属からなりその表面に
は多孔質の化学メッキ等が施されている。なお、排気ガ
ス側電極層３６の面積及び厚さは、１０〜１００ｍｍ^2
（平方ミリメートル）及び０．５〜２．０μｍ程度とな
っており、一方、大気側電極層３７の面積及び厚さは、
１０ｍｍ^2（平方ミリメートル）以上及び０．５〜２．
０μｍ程度となっている。

【００３０】ヒータ３３は大気側電極層３７内に収容さ
れており、その発熱エネルギーによりセンサ本体３２
（大気側電極層３７、固体電極質層３４、排気ガス側電
極層３６及び拡散抵抗層３５）を加熱する。ヒータ３３
は、センサ本体３２を活性化するに十分な発熱容量を有
している。

【００３１】上記構成のＡ／Ｆセンサ２６において、セ
ンサ本体３２は理論空燃比点よりリーン領域では酸素濃
度に応じた限界電流を発生する。この場合、酸素濃度に
対応する限界電流は、排気ガス側電極層３６の面積、拡
散抵抗層３５の厚さ、気孔率及び平均孔径により決定さ
れる。また、センサ本体３２は酸素濃度を直線的特性に
て検出し得るものであるが、このセンサ本体３２を活性
化するのに約６５０℃以上の高温が必要とされると共
に、同センサ本体３２の活性温度範囲が狭いため、内燃
機関１の排気ガスのみによる加熱ではセンサ本体３２を
活性温度域に保持できない。そのため、本実施の形態で
は、ヒータ３３の加熱制御によりセンサ本体３２を所定
の活性温度にまで加熱するようにしている。なお、理論
空燃比よりもリッチ側の領域では未燃ガスである一酸化
炭素（ＣＯ）の濃度が空燃比に対してほぼリニアに変化
し、センサ本体３２はＣＯ濃度に応じた限界電流を発生
する。

【００３２】センサ本体３２の電圧−電流特性について
図３を用いて説明する。図３によれば、Ａ／Ｆセンサ２
６の検出酸素濃度（空燃比）に比例する固体電解質層３
４への流入電流と、同固体電解質層３４への印加電圧と
がリニアな特性を有することが分かる。そして、センサ
本体３２が温度Ｔ＝Ｔ１にて活性状態にあるとき、図３
の実線で示すように特性線Ｌ１でもって安定した状態を
示す。かかる場合、特性線Ｌ１の電圧軸Ｖに平行な直線
部分がセンサ本体３２の限界電流を特定する。この限界
電流の増減は空燃比の増減（即ち、リーン・リッチ）に
対応しており、空燃比がリーン側になるほど限界電流は
増大し、空燃比がリッチ側になるほど限界電流は減少す
る。

【００３３】また、この電圧−電流特性において電圧軸
Ｖに平行な直線部分よりも小さい電圧域は抵抗支配域と
なっており、その抵抗支配域における特性線Ｌ１の傾き
は、センサ本体３２における固体電解質層３４の内部抵
抗により特定される。固体電解質層３４の内部抵抗は温
度変化に伴い変化するため、センサ本体３２の温度が低
下すると抵抗の増大により上記傾きが小さくなる。つま
り、センサ本体３２の温度ＴがＴ１よりも低いＴ２にあ
るとき、電流−電圧特性は図３の破線で示すように特性
線Ｌ２でもって特定される。かかる場合、特性線Ｌ２の
電圧軸Ｖに平行な直線部分がＴ＝Ｔ２におけるセンサ本
体３２の限界電流を特定するもので、この限界電流は特
性線Ｌ１による限界電流とほぼ一致している。

【００３４】そして、特性線Ｌ１において、センサ本体
３２の固体電解質層３４に正の印加電圧Ｖｐｏｓを印加
すれば、センサ本体３２に流れる電流が限界電流Ｉｐｏ
ｓとなる（図３の点Ｐａ参照）。また、センサ本体３２
の固体電解質層３４に負の印加電圧Ｖｎｅｇを印加すれ
ば、センサ本体３２に流れる電流が酸素濃度に依存せ
ず、温度のみに比例する負の温度電流Ｉｎｅｇとなる
（図３の点Ｐｂ参照）。

【００３５】また、図１の内燃機関１の運転を制御する
電子制御装置（以下、ＥＣＵという）４１は、ＣＰＵ
（中央処理装置）４２、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）
４３、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４４、バック
アップＲＡＭ４５等を中心に論理演算回路として構成さ
れ、これらＣＰＵ４２、ＲＯＭ４３、ＲＡＭ４４及びバ
ックアップＲＡＭ４５は前記各センサの検出信号を入力
する入力ポート４６及び各アクチュエータに制御信号を
出力する出力ポート４７等に対しバス４８を介して相互
に接続されている。そして、ＥＣＵ４１は、入力ポート
４６を介して前記の各種センサから吸気温Ｔａｍ、吸気
圧ＰＭ、スロットル開度ＴＨ、冷却水温Ｔｈｗ、機関回
転数Ｎｅ、空燃比信号等を入力してそれらの各値に基づ
いて燃料噴射量ＴＡＵ、点火時期Ｉｇ等の制御信号を算
出し、さらに、それら制御信号を出力ポート４７を介し
て燃料噴射弁７及び点火回路９等にそれぞれ出力する。
また、ＥＣＵ４１は後述するセンサ異常診断処理を実行
してＡ／Ｆセンサ２６の異常の有無を診断し、異常時に
は警告灯４９を点灯して運転者に異常発生の旨を警告す
る。

【００３６】一方、内燃機関１に供給される燃料（ガソ
リン）を保有する燃料タンク５０には、タンクポート通
路５１を介してキャニスタ５２が接続されており、この
キャニスタ５２には燃料タンク５０内で発生する蒸発燃
料を吸着する吸着剤としての活性炭が収納されている。
キャニスタ５２には外気を導入するための大気ポート５
３が設けられている。また、キャニスタ５２と吸気管３
内のスロットルバルブ４下流側との間は放出通路５４に
より接続されており、キャニスタ５２から給送される蒸
発ガスは吸気管２の集合部（図示しないインテークマニ
ホールドの上流部）に放出されるようになっている。

【００３７】放出通路５４の途中には、ＥＣＵ４１から
の制御信号に応じてパージ流量を制御するパージＶＳＶ
（Vacuum Switching Valve）５５が配設されている。つ
まり、パージＶＳＶ５５にＥＣＵ４１から制御信号を供
給し、それによりキャニスタ５２と前記吸気管２とが放
出通路５４を介して連通されるようにしてやれば、大気
中から新気が大気ポート５３を介して導入される。こう
して新気がキャニスタ５２内を換気して内燃機関１の吸
気管２内に送り込まれることにより、キャニスタ５２の
吸着機能が回復されることになる。このときの新気の導
入量に基づくパージ流量は、ＥＣＵ４１からパージＶＳ
Ｖ５５に供給されるパルス信号のデューティ比を変える
ことにより調整される。要するに、パージＶＳＶ５５
は、ＥＣＵ４１からのパルス幅変調に基づくデューティ
比信号により開度調整され、キャニスタ５２からの蒸発
燃料を含む空気のパージ流量を調整する。

【００３８】次に、上述した燃料噴射制御システムにお
いて、空燃比制御を行うために予め設計されている手法
について順次説明する。なお、以下の設計手法は特開平
１−１１０８５３号公報に開示されている。

【００３９】（１）制御対象のモデリングこの実施の形態では、内燃機関１の空燃比λを制御する
システムのモデルに、むだ時間Ｐ＝３を有する次数１の
自己回帰移動平均モデルを用い、更に外乱ｄを考慮して
近似している。

【００４０】まず、自己回帰移動平均モデルを用いた空
燃比λを制御するシステムのモデルは、次の式（１）に
より近似できる。

【００４１】

【数１】

【００４２】但し、この式（１）において、符号ＦＡＦ
は空燃比補正係数を表す。また、符号ａ，ｂはモデルの
応答性を決定するためのモデル定数を表し、符号ｋは、
最初のサンプリング開始からの制御回数を示す変数を表
す。

【００４３】さらに、外乱ｄを考慮すると、制御システ
ムのモデルは、次の式（２）で近似できる。

【００４４】

【数２】

【００４５】以上のように近似したモデルに対し、ステ
ップ応答を用いて回転周期（３６０°ＣＡ）サンプリン
グで離散化して上記モデル定数ａ，ｂを定めること、す
なわち空燃比λを制御する系の伝達関数Ｇを求めること
は容易である。

【００４６】（２）状態変数量Ｘの表示方法（ただし、
Ｘはベクトル量である）上記式（２）を、状態変数量Ｘ（ｋ）＝［Ｘ１（ｋ），
Ｘ２（ｋ），Ｘ３（ｋ），Ｘ４（ｋ）］^Tを用いて書き
直すと、下記の式（３）の如き行列式となり、更には式
（４）のようになる。ここで、符号Ｔは転置行列を示
す。また、「＾」はべき乗を表すこととする（以下の記
載についても同様の符号を用いる）。

【００４７】

【数３】

【００４８】

【数４】

【００４９】（３）レギュレータの設計上記式（３），式（４）に基づいてレギュレータを設計
すると、空燃比補正係数ＦＡＦは、最適フィードバック
ゲインＫ＝［Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４］と、状態変数量
Ｘ^T（ｋ）＝［λ（ｋ），ＦＡＦ（ｋ−３），ＦＡＦ
（ｋ−２），ＦＡＦ（ｋ−１）］とを用いて、次の式
（５）のように表せる。

【００５０】

【数５】

【００５１】さらに、この式（５）において、誤差を吸
収させるための積分項ＺＩ（ｋ）加えると、空燃比補正
係数ＦＡＦは、次の式（６）によって与えられる。

【００５２】

【数６】

【００５３】なお、上記の積分項ＺＩ（ｋ）は、目標空
燃比λTG及び現実の空燃比λ（ｋ）間の偏差と積分定数
Ｋａとから決まる値であって、次の式（７）により与え
られる。

【００５４】

【数７】

【００５５】図４は、上述のようにモデルを設計した空
燃比λの制御システムのブロック線図を表す。なお、こ
の図４においては、空燃比補正係数ＦＡＦ（ｋ）をＦＡ
Ｆ（ｋ−１）から導出するためにＺ-1変換を用いて表記
したが、これは過去の空燃比補正係数ＦＡＦ（ｋ−１）
をＲＡＭ４４に記憶しておき、次の制御タイミングで読
み出して用いている。因みに、「ＦＡＦ（ｋ−１）」は
１回前の空燃比補正係数を表し、「ＦＡＦ（ｋ−２）」
は２回前の空燃比補正係数を表し、「ＦＡＦ（ｋ−
３）」は３回前の空燃比補正係数を表す。

【００５６】また、同図４において、二点鎖線で囲まれ
たブロックＰ１が、空燃比λ（ｋ）を目標空燃比λTGに
フィードバック制御している状態にて状態変数量Ｘ
（ｋ）を定める部分であり、ブロックＰ２が、積分項Ｚ
Ｉ（ｋ）を求める部分（累積部）であり、そしてブロッ
クＰ３が、ブロックＰ１で定められた状態変数量Ｘ
（ｋ）とブロックＰ２で求められた積分項ＺＩ（ｋ）と
から今回の空燃比補正係数ＦＡＦ（ｋ）を演算する部分
である。

【００５７】（４）最適フィードバックゲインＫ及び積
分定数Ｋａの決定最適フィードバックゲインＫ及び積分定数Ｋａは、例え
ば次の式（８）で示される評価関数Ｊを最小にすること
で設定できる。

【００５８】

【数８】

【００５９】但しこの式（８）において、評価関数Ｊ
は、空燃比補正係数ＦＡＦ（ｋ）の動きを制約しつつ、
空燃比λ（ｋ）と目標空燃比λTGとの偏差を最小にする
ことを意図したものである。また、空燃比補正係数ＦＡ
Ｆ（ｋ）に対する制約の重み付けは、重みのパラメータ
Ｑ，Ｒの値によって変更できる。従って、重みパラメー
タＱ，Ｒの値を種々変えて最適な制御特性が得られるま
でシミュレーションを繰り返し、最適フィードバックゲ
インＫ及び積分定数Ｋａを定めればよい。

【００６０】さらに、最適フィードバックゲインＫ及び
積分定数Ｋａは、先のモデル定数ａ，ｂに依存してい
る。従って、実際の空燃比λを制御する系の変動（パラ
メータ変動）に対するシステムの安定性（ロバスト性）
を保証するためには、これら各モデル定数ａ，ｂの変動
分を見込んで、最適フィードバックゲインＫ及び積分定
数Ｋａを設定する必要がある。よって、シミュレーショ
ンは、各モデル定数ａ，ｂの現実に生じ得る変動を加味
して行い、安定性を満足する最適フィードバックゲイン
Ｋ及び積分定数Ｋａを定める。

【００６１】以上、（１）制御対象のモデリング、
（２）状態変数量の表示方法、（３）レギュレータの設
計、（４）最適フィードバックゲイン及び積分定数の決
定について説明したが、該実施の形態の装置では、これ
らは何れも既に設定されているものとする。そして、Ｅ
ＣＵ４１では、前記式（６）及び式（７）のみを用い
て、該燃料噴射制御システムにおける空燃比制御を実行
するものとする。

【００６２】次に、上記のように構成された本実施の形
態における空燃比制御装置の動作を説明する。図５は、
ＥＣＵ４１内のＣＰＵ４２により実行される燃料噴射量
算出ルーチンを示すフローチャートであり、同ルーチン
は、内燃機関１の回転に同期して３６０°ＣＡ毎に実行
される。

【００６３】さて、ＣＰＵ４２は、先ずステップ１０１
で吸気圧ＰＭ、機関回転数Ｎｅ等に基づいて基本燃料噴
射量Ｔｐを算出し、続くステップ１０２で空燃比λのフ
ィードバック条件が成立しているか否かを判別する。こ
こで、周知のようにフィードバック条件とは、冷却水温
Ｔｈｗが所定水温以上で、且つ高回転・高負荷でないと
きに成立する。現時点にてフィードバック条件が成立し
ていれば、ＣＰＵ４２はステップ１０３に進み、空燃比
λを目標空燃比λTG（本実施の形態では、理論空燃比λ
＝１としている）とするための空燃比補正係数ＦＡＦを
設定し、その後ステップ１０４に進む。すなわち、ステ
ップ１０３では、前述の式（６）及び式（７）に基づい
て目標空燃比λTGとＡ／Ｆセンサ２６にて検出された空
燃比λ（ｋ）とから空燃比補正係数ＦＡＦが算出され
る。

【００６４】また、前記ステップ１０２でフィードバッ
ク条件が成立していなければ、ＣＰＵ４２はステップ１
０５に進んで空燃比補正係数ＦＡＦを「１．０」に設定
し、その後ステップ１０４に進む。この場合、ＦＡＦ＝
１．０とは空燃比λを補正しないことを意味し、いわゆ
るオープン制御が実施される。

【００６５】ステップ１０４では、ＣＰＵ４２は、次の
式（９）に従って基本燃料噴射量Ｔｐ、空燃比補正係数
ＦＡＦ及びその他の補正係数ＦＡＬＬから燃料噴射量Ｔ
ＡＵを設定する。

【００６６】ＴＡＵ＝Ｔｐ・ＦＡＦ・ＦＡＬＬ・・・（９）その後、上記燃料噴射量ＴＡＵに基づく制御信号が燃料
噴射弁７に出力され、同弁７の開弁時間、即ち実際の燃
料噴射時間が制御され、その結果、空燃比λが目標空燃
比λTGに調整される。

【００６７】他方、本実施の形態の空燃比制御装置では
その特徴として、Ａ／Ｆセンサ２６により検出された空
燃比λを用いてそのなまし値λＳＭの２階差分値Δ^2λ
ＳＭを算出すると共に、空燃比補正係数ＦＡＦを用いて
そのなまし値ＦＡＦＳＭの２階差分値Δ^2ＦＡＦＳＭを
算出する。そして、これら２階差分値Δ^2λＳＭ，Δ^2
ＦＡＦＳＭの積算値Σ｜Δ^2λＳＭ｜及びΣ｜Δ^2ＦＡ
ＦＳＭ｜の比と所定の判定値との比較結果に応じてＡ／
Ｆセンサ２６の特性異常や応答性異常を診断するように
している。本実施の形態では、これら２階差分値の積算
値Σ｜Δ^2λＳＭ｜及びΣ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜がそれぞ
れ、空燃比λが変動した際の速度変化量及び空燃比補正
係数ＦＡＦが変動した際の速度変化量に相当する。ま
た、なまし値λＳＭが空燃比を平滑化した値に、なまし
値ＦＡＦＳＭが補正係数ＦＡＦを平滑化した値に相当す
る。

【００６８】図６，７は、ＣＰＵ４２により例えば３２
ｍｓ周期（噴射同期でも可）で実行されるセンサ異常診
断ルーチンを示すフローチャートであり、以下、このフ
ローを用いて異常診断手順を説明する。

【００６９】同ルーチンがスタートすると、ＣＰＵ４２
は、先ず図６のステップ２０１でＡ／Ｆセンサ２６の活
性状態を判別する。具体的には、Ａ／Ｆセンサ２６の素
子温（センサ本体３２の温度）が６５０℃以上、或いは
Ａ／Ｆセンサ２６の素子抵抗が９０Ω以下であれば、Ａ
／Ｆセンサ２６が活性化している旨が判別される。ま
た、ＣＰＵ４２は、ステップ２０２でＡ／Ｆセンサ２６
以外の他の異常が検出されていないか否かを判別する。
この処理は、他の異常がＡ／Ｆセンサ２６の異常診断に
影響を与えないことを判別するために実施される。

【００７０】そして、上記ステップ２０１，２０２が共
に成立することを条件に、ＣＰＵ４２はステップ３００
に進み、後述する図８，９のサブルーチンにより積算値
Σ｜Δ^2λＳＭ｜，Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜を算出する。

【００７１】その後、ＣＰＵ４２は、ステップ２０３で
積算時間カウンタＣＤＧ１が所定値ＫＸ１（本実施の形
態では、積算時間３０秒に相当する数値）になったか否
かを判別する。そして、ＣＤＧ１≠ＫＸ１であれば、Ｃ
ＰＵ４２はそのまま本ルーチンを終了し、ＣＤＧ１＝Ｋ
Ｘ１であればステップ２０４に進む。ＣＰＵ４２は、ス
テップ２０４で積算値Σ｜Δ^2λＳＭ｜，Σ｜Δ^2ＦＡ
ＦＳＭ｜の比を異常診断パラメータとして、そのパラメ
ータと所定の異常判定値αとを比較判別する。すなわ
ち、 Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜／Σ｜Δ^2λＳＭ｜＜α が成立するか否かを判別する。

【００７２】この場合、上記の不等式が成立すること
は、空燃比λとＦＡＦ値との速度変化量が良好な状態で
相関しつつ変化していることを意味し、例えばＡ／Ｆセ
ンサ２６の応答性が確保されていることに相当する。こ
こで、図１０には、センサ応答性と上記異常診断パラメ
ータ「（Σ｜Δ^2ＦＡＦ｜）／（Σ｜Δ^2λ｜）」との
関係を表す特性線Ｌａを示しており（但し、Σ｜Δ^2Ｆ
ＡＦ｜，Σ｜Δ^2λ｜は、便宜上なまし処理をしていな
いパラメータ値で表す）、同図によれば、センサ応答性
の良否の判定基準を例えば５００ｍｓとした場合に、前
記異常判定値αが特性線Ｌａに応じて設定されるように
なる。図１０の特性線Ｌａでは、センサ応答性が悪化す
るほど、「（Σ｜Δ^2ＦＡＦ｜）／（Σ｜Δ^2λ｜）」
の数値が大きくなっており、同図の縦軸に示す異常診断
パラメータは、センサ応答性をより良く反映してセンサ
異常を判定するには好都合であることが分かる。

【００７３】以上のことから、 Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜／Σ｜Δ^2λＳＭ｜＜α であれば、Ａ／Ｆセンサ２６が正常であるとみなすこと
ができ、 Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜／Σ｜Δ^2λＳＭ｜≧α であれば、Ａ／Ｆセンサ２６が異常であるとみなすこと
ができることとなる。

【００７４】従って、ステップ２０４が成立すれば、Ｃ
ＰＵ４２は、センサ正常とみなしてステップ２０５に進
み、ステップ２０４が不成立であれば、センサ異常とみ
なしてステップ２０７に進む。ステップ２０５に進む
と、ＣＰＵ４２は異常判定カウンタＣＤＧ３をホールド
し、続くステップ２０６で連続正常判定カウンタＣＤＧ
４を「１」インクリメントする。また、ステップ２０７
に進むと、ＣＰＵ４２は異常判定カウンタＣＤＧ３を
「１」インクリメントし、続くステップ２０８で連続正
常判定カウンタＣＤＧ４を「０」にクリアする。

【００７５】その後、ＣＰＵ４２は、ステップ２０９で
積算値Σ｜Δ^2λＳＭ｜を「０」にクリアし、続くステ
ップ２１０で積算値Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜を「０」にク
リアする。さらに、ＣＰＵ４２は、ステップ２１１で積
算時間カウンタＣＤＧ１を「０」にクリアする。

【００７６】その後、ＣＰＵ４２は、図７のステップ２
１２に進んで異常診断実行カウンタＣＤＧ２を「１」イ
ンクリメントし、続くステップ２１３で異常診断実行カ
ウンタＣＤＧ２が所定値ＫＸ２（本実施の形態では、Ｋ
Ｘ２＝３）に達しているか否かを判別する。この場合、
ＣＤＧ２≠ＫＸ２であれば、ＣＰＵ４２はそのまま本ル
ーチンを終了し、ＣＤＧ２＝ＫＸ２であれば、ステップ
２１４に進んでその時の異常判定カウンタＣＤＧ３が所
定値ＫＸ３（本実施の形態では、ＫＸ３＝２）以上であ
るか否かを判別する。

【００７７】このステップ２１４の処理が実質上、異常
発生の有無を判定する処理に相当し、ＣＤＧ３＜ＫＸ３
であれば、ＣＰＵ４２はステップ２１５に進んで異常判
定フラグＸＤＧＡＦを「０」にクリアする。この異常判
定フラグＸＤＧＡＦは、異常の有無の最終判断により操
作されるものであって、ＸＤＧＡＦ＝０は異常無しの旨
を表し、ＸＤＧＡＦ＝１は異常有りの旨を表す。

【００７８】一方、前記ステップ２１４においてＣＤＧ
３≧ＫＸ３であれば、ＣＰＵ４２はステップ２１６に進
んで異常判定フラグＸＤＧＡＦに「１」をセットする。
そして、このフラグ操作に伴い、ＣＰＵ４２は、続くス
テップ２１７で警告灯４９を点灯させる。なお因みに、
こうした異常判定時には、上記警告灯４９の点灯処理の
他に、空燃比フィードバック制御を停止させたりする等
のダイアグ処理を実施してもよい。

【００７９】その後、ＣＰＵ４２は、ステップ２１８，
２１９で異常診断実行カウンタＣＤＧ２及び異常判定カ
ウンタＣＤＧ３を共に「０」にクリアする。さらに、Ｃ
ＰＵ４２は、ステップ２２０で連続正常判定カウンタＣ
ＤＧ４が所定値ＫＸ４（本実施の形態では、ＫＸ４＝
４）以上であるか否かを判別すると共に、続くステップ
２２１で今現在、警告灯４９が点灯中であるか否か、す
なわち異常判定フラグＸＤＧＡＦがセット状態されてい
るか否かを判別する。そして、ステップ２２０，２２１
のいずれかが否定判別されれば、ＣＰＵ４２はそのまま
本ルーチンを終了する。また、ステップ２２０，２２１
が共に肯定判別されれば、ＣＰＵ４２はステップ２２２
に進んで警告灯４９を消灯した後、本ルーチンを終了す
る。またこれと同時に、異常判定フラグＸＤＧＡＦを
「０」にクリアしておく。

【００８０】上記ステップ２２０〜２２２の処理は、Ａ
／Ｆセンサ２６の異常が一時的に発生したものであっ
て、その異常状態が回避された時にその旨を知らしめる
ものである。また、異常診断時に空燃比フィードバック
制御が停止されるのであれば、当該制御を再開させるも
のである。

【００８１】次に、図８，図９のフローチャートを用い
て前記６のステップ３００の詳細な処理であるところ
の、積算値Σ｜Δ^2λＳＭ｜，Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜の
算出手順を説明する。

【００８２】図８のルーチンがスタートすると、ＣＰＵ
４２は、空燃比フィードバックが実行中であることを条
件に（ステップ３０１の診断条件が成立していることを
条件に）、ステップ３０２〜３０４でＡ／Ｆセンサ２６
により検出された空燃比λを用いて２階差分値Δ^2λＳ
Ｍi （λの加速度に相当）を算出すると共に、ステップ
３０５〜３０７で空燃比補正係数ＦＡＦを用いて２階差
分値Δ^2ＦＡＦＳＭi（ＦＡＦの加速度に相当）を算出
する。

【００８３】すなわちＣＰＵ４２は、ステップ３０２で
Ａ／Ｄ変換後の空燃比λを読み込み、続くステップ３０
３で前記読み込んだ空燃比λに対してフィルタリング処
理を実施する。このフィルタリング処理は、気筒間バラ
ツキの影響を取り除くために実施されるものであり、同
処理では次の式（１０）によりなまし値λＳＭi が求め
られる。

【００８４】 λＳＭi ＝λＳＭi-1 ＋（λ−λＳＭi-1 ）／ｋ・・・（１０）なお、上式の添字ｉはＣＰＵ４２による処理回数に相当
し、添字ｉを付した値は今回値を、添字ｉ−１を付した
値は前回値を示している。

【００８５】続くステップ３０４では、ＣＰＵ４２は次
の式（１１）を用いてなまし値λＳＭi の２階差分値Δ
^2λＳＭi を算出する。 Δ^2λＳＭi ＝（λＳＭi −λＳＭi-1 ） −（λＳＭi-1 −λＳＭi-2 ）・・・（１１）また、ＣＰＵ４２は、ステップ３０５で空燃比補正係数
ＦＡＦを読み込み、続くステップ３０６で前記読み込ん
だ空燃比補正係数ＦＡＦに対してフィルタリング処理を
実施する。このフィルタリング処理では次の式（１２）
によりなまし値ＦＡＦＳＭi が求められる。

【００８６】ＦＡＦＳＭi ＝ＦＡＦＳＭi-1 ＋（ＦＡＦ−ＦＡＦＳＭi-1 ）／ｋ・・・（１２）ステップ３０７では、ＣＰＵ４２は次の式（１３）を用
いてなまし値ＦＡＦＳＭi の２階差分値Δ^2ＦＡＦＳＭ
i を算出する。

【００８７】 Δ^2ＦＡＦＳＭi ＝（ＦＡＦＳＭi −ＦＡＦＳＭi-1 ） −（ＦＡＦＳＭi-1 −ＦＡＦＳＭi-2 ）・・・（１３）その後、ＣＰＵ４２は、ステップ３０８〜３１０で前記
２階差分値Δ^2λＳＭi 及びΔ^2ＦＡＦＳＭi を積算す
るための条件（積算条件）が成立しているか否かを判別
する。

【００８８】つまり、ＣＰＵ４２は、ステップ３０８で
機関の暖機が完了しているか否かを判別する。具体的に
は、冷却水温Ｔｈｗが所定温度Ｙ１（例えば８０℃）を
越えるか否かを判別する。また、ＣＰＵ４２は、ステッ
プ３０９で運転条件が所定条件を満たすか否かを判別す
る。具体的には、機関回転数Ｎｅが所定域Ｙ２〜Ｙ３
（例えば、６００〜４０００ｒｐｍ）の範囲内にあるか
否か、車速ＳＰＤが所定域Ｙ４〜Ｙ５（例えば、０〜１
２０ｋｍ／ｈ）の範囲内にあるか否か、吸気圧ＰＭが所
定域Ｙ６〜Ｙ７（例えば、２５〜９５ｋＰａ）の範囲内
にあるか否かをそれぞれに判別する。さらに、ＣＰＵ４
２は、ステップ３１０で急加速時でないか否かを判別す
る。具体的には、吸気圧ＰＭの変化量ΔＰＭが所定値未
満であるか否かを判別する。

【００８９】因みに、本実施の形態の空燃比フィードバ
ック制御系では、Ａ／Ｆセンサ２６と内燃機関１とをモ
デル化していることから、その適合条件下で上記積算条
件が成立すれば、空燃比λ及びＦＡＦ値の挙動として、 Δ^2λＳＭ＜Δ^2ＦＡＦＳＭといった関係が得られることとなる。

【００９０】そして、上記ステップ３０８〜３１０の積
算条件が全て成立していれば、ＣＰＵ４２は、図９のス
テップ３１１に進み、それまでの積算値Σ｜Δ^2λＳＭ
｜に今回算出した２階差分値Δ^2λＳＭi の絶対値を加
算して新たな積算値Σ｜Δ^2λＳＭ｜を算出する（Σ｜
Δ^2λＳＭ｜＝Σ｜Δ^2λＳＭ｜＋｜Δ^2λＳＭi
｜）。さらに、ＣＰＵ４２は、続くステップ３１２でそ
れまでの積算値Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜に今回算出した２
階差分値Δ^2ＦＡＦＳＭi の絶対値を加算して新たな積
算値Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜を算出する（Σ｜Δ^2ＦＡＦ
ＳＭ｜＝Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜＋｜Δ^2ＦＡＦＳＭi
｜）。

【００９１】最後に、ＣＰＵ４２は、ステップ３１３で
積算時間カウンタＣＤＧ１を「１」インクリメントして
本ルーチンを終了する。一方、前記ステップ３０１の診
断条件が不成立の場合、或いはステップ３０８〜３１０
のいずれかの積算条件が不成立の場合、ＣＰＵ４２は、
図９のステップ３１４に進む。そして、ＣＰＵ４２は、
ステップ３１４，３１５で積算値Σ｜Δ^2λＳＭ｜及び
Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜をホールドすると共に、続くステ
ップ３１６で積算時間カウンタＣＤＧ１をホールドして
本ルーチンを終了する。

【００９２】上記ＣＰＵ４２による異常診断処理を図１
１のタイムチャートを用いてより具体的に説明する。な
お、図１１において、時間ｔ１以前はＡ／Ｆセンサ２６
の異常が検出されることがないのに対し、時間ｔ１以降
にはＡ／Ｆセンサ２６の異常が検出されるようになって
いる。また、積算条件（前記図８のステップ３０８〜３
１０の条件）は、通常、時間ｔ１以前に示すように成立
及び不成立を繰り返すものであるが、ここでは便宜上、
時間ｔ１以降において積算条件が常に成立しているもの
としている。診断条件（前記図８のステップ３０１の条
件）についても、ここでは便宜上、一旦成立した後はそ
の状態が保持されるものとしている。

【００９３】かかる場合、図１１では、積算時間カウン
タＣＤＧ１、積算値Σ｜Δ^2λＳＭ｜及びΣ｜Δ^2ＦＡ
ＦＳＭ｜がそれぞれ、診断条件及び積算条件の成立時に
増加し、診断条件又は積算条件の不成立時にその時の値
にホールドされるようになっている。

【００９４】以降図１１を順を追って説明する。先ず時
間ｔ１以前では、例えば時間ｔ０で積算時間カウンタＣ
ＤＧ１が所定値ＫＸ１に達し、このタイミングで積算値
Σ｜Δ^2λＳＭ｜及びΣ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜の比を用い
て異常診断が実施される（前記図６のステップ２０
４）。時間ｔ１以前では、 Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜／Σ｜Δ^2λＳＭ｜＜α の関係が成立しているため（図６のステップ２０４がＹ
ＥＳ）、異常判定カウンタＣＤＧ３がカウントアップさ
れることはない。またこの時間ｔ０では、異常診断実行
カウンタＣＤＧ２がカウントアップされ、そのカウント
値が所定値ＫＸ２（＝３）に達するため（図７のステッ
プ２１３がＹＥＳ）、ＣＤＧ２が「０」にクリアされ
る。かかる場合には、異常判定カウンタＣＤＧ３＝０で
あるため、異常判定フラグＸＤＧＡＦが「０」に保持さ
れている。

【００９５】そして、時間ｔ１以降においては、時間ｔ
２，ｔ３，ｔ４で異常診断実行カウンタＣＤＧ２がカウ
ントアップされる。このとき、時間ｔ２では、 Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜／Σ｜Δ^2λＳＭ｜＜α の関係が成立するものの（図６のステップ２０４がＹＥ
Ｓ）、時間ｔ３，ｔ４では、 Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜／Σ｜Δ^2λＳＭ｜≧α の関係となり（図６のステップ２０４がＮＯ）、それに
伴い異常判定カウンタＣＤＧ３がカウントアップされ
る。その結果、時間ｔ４で異常判定カウンタＣＤＧ３が
所定値ＫＸ３（＝２）に達し（図７のステップ２１４が
ＹＥＳ）、異常判定フラグＸＤＧＡＦがセットされるこ
とになる（図７のステップ２１６）。そして、このフラ
グ操作に伴い警告灯４９が点灯される。

【００９６】なお、異常の現象が一時的なものであり、
図６のステップ２０４が再び肯定判別されるようになる
と、その回数が連続正常判定カウンタＣＤＧ４によりカ
ウントされる（図示略）。そして、Ａ／Ｆセンサ２６の
正常状態が連続し同カウンタＣＤＧ４のカウント値がＫ
Ｘ４（＝４）になると（図７のステップ２２０がＹＥ
Ｓ）、異常判定フラグＸＤＧＡＦがクリアされると共
に、警告灯４９が消灯される。

【００９７】以上詳述したように本実施の形態によれ
ば、次の効果が得られる。（ａ）要するに、Ａ／Ｆセンサ２６による検出λと、Ｆ
ＡＦ値とを比較した場合、それらの感度は互いに相違す
るものであり、例えばセンサ異常が発生してその応答性
が低下した場合にはその差が顕著になる。従って、検出
λの速度変化量とＦＡＦ値の速度変化量との比を異常診
断パラメータとして同パラメータを比較判定すれば、Ａ
／Ｆセンサ２６の異常を精度良く診断することができ
る。この場合、実機への適用に際し、既述したようにエ
バポパージや空燃比学習値の変動等によりＦＡＦ値が変
動しても、異常診断パラメータの算出誤差が小さく、異
常診断の誤検出が防止できる。

【００９８】また、エバポパージの実行時等において、
その影響が異常診断パラメータに及びにくいことから、
異常診断の実行が制限されることが少なくなり、異常診
断の実行頻度を高めることができる。その結果、信頼性
の高い空燃比制御システムが実現でき、エミッションの
悪化等の不都合が抑制できる。なお、本実施の形態にお
いては実際上、前記図８のフローにて診断条件や積算条
件を設定していたが、これらの条件は比較的制限の緩い
ものであり、センサ異常の診断頻度を著しく低下させる
ようなことはない。

【００９９】（ｂ）特に本実施の形態では、λの２階差
分値Δ^2λＳＭを所定期間で積算し、その積算値Σ｜Δ
^2λＳＭ｜を空燃比λの速度変化量とすると共に、ＦＡ
Ｆの２階差分値Δ^2ＦＡＦＳＭを所定期間で積算し、そ
の積算値Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜をＦＡＦ値の速度変化量
とした。また、λの２階差分値の積算値とＦＡＦの２階
差分値の積算値との比を異常診断パラメータとしてその
パラメータを所定の異常判定値αと比較し、その比較結
果からＡ／Ｆセンサ２６の異常を診断するようにした。
この場合、λ及びＦＡＦの２階差分値を所定期間内で積
算することは、Ａ／Ｆセンサ２６の特性異常や応答性異
常といった現象をフィードバック制御系に相関させつ
つ、各々の挙動の差を明確化するための一手法であり、
これら積算値の比を求めることにより、センサ異常（特
性異常や応答性異常）が容易に診断できるようになる。

【０１００】（ｃ）また、本実施の形態では、λの２階
差分値の積算値Σ｜Δ^2λＳＭ｜とＦＡＦの２階差分値
の積算値Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜との比を所定の異常判定
値αと比較する際に、 Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜／Σ｜Δ^2λＳＭ｜＜α であれば、Ａ／Ｆセンサ２６が正常である旨を診断する
ようにした。つまり、既述したように、センサ２６の応
答性低下時には概ね、検出λの変化速度が大幅に遅くな
るのに対し、ＦＡＦ値の変化速度の遅れは比較的小さ
い。そのため、本構成の診断処理によれば、センサ応答
性が低下するといった異常が好適に診断できることとな
る。

【０１０１】（ｄ）併せて、空燃比λの変動量及び空燃
比補正係数ＦＡＦの変動量に対し、平滑化処理としての
フィルタリング処理を実施した。この場合、４気筒内燃
機関に診断処理を適用する際において、各要素の気筒間
バラツキを解消することができ、異常診断精度をより一
層向上させることが可能となる。

【０１０２】（ｅ）本実施の形態では、連続正常判定カ
ウンタＣＤＧ４を用い、異常の旨の判定後であっても当
該カウンタＣＤＧ４のカウント処理により異常判定をク
リアできるようにした。その結果、センサ異常が一時的
に発生したものであってその異常状態が回避された場
合、或いは一度だけ異常が誤判定された場合において、
空燃比フィードバック制御が適宜再開できるようにな
る。

【０１０３】なお、上記実施の形態は、その一部を次の
ように変更して具体化することも可能である。つまり、
前記異常判定値αを機関運転状態に応じて可変に設定す
る。この場合、図１２に示す処理を前記図６のステップ
２０３とステップ２０４との間に挿入する。

【０１０４】図１２において、ステップ２５０では吸気
圧ＰＭの積算値ΣＰＭを読み込む。この積算値ΣＰＭ
は、所定期間内における吸気圧ＰＭの変動量を表すパラ
メータである。そして、続くステップ２５１では前記Ｐ
Ｍの積算値ΣＰＭに基づいて異常判定値αを可変に設定
する。このとき、例えば図１３の関係を用いてα値が求
められる。図１３ではΣＰＭ値が大きくなるほど、α値
が大きくなる関係が設定されている。

【０１０５】かかる構成によれば、機関運転条件が変化
したとしても、それに追従した異常診断が逐次実施で
き、センサ異常の診断精度をより一層向上させることが
できるようになる。因みに、図１３に示す関係は、横軸
を機関回転数Ｎｅの変動量、或いはスロットル開度ＴＨ
の変動量としても略同様に得られるため、α値を可変設
定するパラメータをこれらの変動量に変更してもよい。

【０１０６】次に、本発明の第２〜第５の実施の形態に
ついて図面を用いて説明する。但し、以下の各実施の形
態の構成において、上述した第１の実施の形態と同等で
あるものについてはその説明を簡略化する。そして、以
下には第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

【０１０７】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態について図１４を用いて説明する。図１４
は、本実施の形態における異常診断ルーチンを示すフロ
ーチャートである。この図１４は、前記第１の実施の形
態における図６のフローチャートに取って代わるもので
あり、前記した通り所定周期（又は噴射同期）にてＣＰ
Ｕ４２により実行されるようになっている。

【０１０８】図１４の異常検出ルーチンについて、前記
図６との相違点のみを抽出して説明する。つまり、前記
図６では、ステップ３００において、空燃比λの速度変
化量として空燃比λの２階差分値Δ^2λＳＭの積算値
「Σ｜Δ^2λＳＭ｜」を算出すると共に、ＦＡＦ値の速
度変化量としてＦＡＦ値の２階差分値Δ^2ＦＡＦＳＭの
積算値「Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜」を算出していた。そし
て、同図のステップ２０４で、 Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜／Σ｜Δ^2λＳＭ｜＜α が成立するか否かにより、Ａ／Ｆセンサ２６の異常診断
を実施していた。

【０１０９】これに対し、図１４のルーチンでは、ステ
ップ４１０で空燃比λの速度変化量として差分値ΔλＳ
Ｍ（＝λＳＭi −λＳＭi-1 ）の積算値「Σ｜ΔλＳＭ
｜」を算出すると共に、ＦＡＦ値の速度変化量として２
階差分値Δ^2ＦＡＦＳＭの積算値「Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ
｜」を算出するようにしている。すなわち、空燃比λの
速度変化量を、「Σ｜Δ^2λＳＭ｜」から「Σ｜ΔλＳ
Ｍ｜」に変更している。かかる場合、本ルーチンで用い
る積算値Σ｜ΔλＳＭ｜は、積算時間カウンタＣＤＧ１
が所定値ＫＸ１に達するまでの期間内で積算される値で
ある（Σ｜ΔλＳＭ｜＝Σ｜ΔλＳＭ｜＋ΔλＳＭi
）。

【０１１０】そして、ステップ４２０では、所定の異常
判定値β１を用い、 Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜／Σ｜ΔλＳＭ｜＜β１が成立するか否かによりＡ／Ｆセンサ２６の異常を診断
するようにしている。また、異常診断後のステップ４３
０では、Σ｜ΔλＳＭ｜を「０」にクリアするようにし
ている。なお、前記図６と同一のステップ番号を付した
処理、並びにステップ２１１以降の処理は前記図６，７
と同一であるため、ここではその説明を省略する。

【０１１１】本実施の形態においても、上記第１の実施
の形態と同様に、本発明の目的が達せられる。因みに、
前記図１２及び図１３で説明したように、ΣＰＭ値など
により異常判定値β１を可変に設定して異常診断の精度
向上を図るようにすることも可能である。

【０１１２】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態について図１５を用いて説明する。図１５
は、本実施の形態における異常診断ルーチンを示すフロ
ーチャートである。この図１５は、前記第１の実施の形
態における図６のフローチャートに取って代わるもので
あり、前記した通り所定周期（又は噴射同期）にてＣＰ
Ｕ４２により実行されるようになっている。

【０１１３】図１５の異常検出ルーチンについて、前記
図６との相違点のみを抽出して説明する。つまり、図１
５のルーチンでは、ステップ４５０で空燃比λの速度変
化量として２階差分値Δ^2λＳＭの積算値「Σ｜Δ^2λ
ＳＭ｜」を算出すると共に、ＦＡＦ値の速度変化量とし
て差分値ΔＦＡＦＳＭ（＝ＦＡＦＳＭi −ＦＡＦＳＭi-
1 ）の積算値「Σ｜ΔＦＡＦＳＭ｜」を算出するように
している。すなわち、ＦＡＦ値の速度変化量を、「Σ｜
Δ^2ＦＡＦＳＭ｜」から「Σ｜ΔＦＡＦＳＭ｜」に変更
している。かかる場合、本ルーチンで用いる積算値Σ｜
ΔＦＡＦＳＭ｜は、積算時間カウンタＣＤＧ１が所定値
ＫＸ１に達するまでの期間内で積算される値である（Σ
｜ΔＦＡＦＳＭ｜＝Σ｜ΔＦＡＦＳＭ｜＋ΔＦＡＦＳＭ
i ）。

【０１１４】そして、ステップ４６０では、所定の異常
判定値β２を用い、 Σ｜ΔＦＡＦＳＭ｜／Σ｜Δ^2λＳＭ｜＜β２が成立するか否かによりＡ／Ｆセンサ２６の異常を診断
するようにしている。また、異常診断後のステップ４７
０では、Σ｜ΔＦＡＦＳＭ｜を「０」にクリアするよう
にしている。なお、前記図６と同一のステップ番号を付
した処理、並びにステップ２１１以降の処理は前記図
６，７と同一であるため、ここではその説明を省略す
る。

【０１１５】本実施の形態においても、上記第１の実施
の形態と同様に、本発明の目的が達せられる。因みに、
前記図１２及び図１３で説明したように、ΣＰＭ値など
により異常判定値β２を可変に設定して異常診断の精度
向上を図るようにすることも可能である。

【０１１６】（第４の実施の形態）次に、本発明の第４
の実施の形態について図１６〜図１８を用いて説明す
る。本実施の形態では、空燃比λの速度変化Δλの振幅
ΔλＬＲを求めると共に、ＦＡＦ値の速度変化ΔＦＡＦ
の振幅ΔＦＡＦＬＲを求め、それぞれの振幅値の所定期
間内における積算値「ΣΔλＬＲ」，「ΣΔＦＡＦＬ
Ｒ」を速度変化量としている。そして、この積算値ΣΔ
λＬＲ，ΣΔＦＡＦＬＲに基づいてＡ／Ｆセンサ２６の
異常診断を実施するようにしている。

【０１１７】要するに、上記各実施の形態で用いた積算
値Σ｜Δ^2λＳＭ｜，Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜と、本実施
の形態で用いる積算値ΣΔλＬＲ，ΣΔＦＡＦＬＲと
は、各値の積算期間が空燃比λ又は空燃比補正係数ＦＡ
Ｆの変動周期の半波長よりも長ければ実質上、同等とな
る（「２階差分値の和＝振幅の和」の関係が成立す
る）。そこで、本実施の形態では、積算値ΣΔλＬＲ，
ΣΔＦＡＦＬＲを速度変化量として、それを用いた異常
診断処理を実施する。

【０１１８】図１６は、本実施の形態における異常診断
ルーチンを示すフローチャートである。この図１６は、
前記第１の実施の形態における図６のフローチャートに
取って代わるものであり、前記した通り所定周期（又は
噴射同期）にてＣＰＵ４２により実行されるようになっ
ている。

【０１１９】さて、図１６がスタートすると、ＣＰＵ４
２は、先ずステップ５０１でＡ／Ｆセンサ２６の活性状
態を判別し、続くステップ５０２でＡ／Ｆセンサ２６以
外の他の異常が検出されていないかを判別する。そし
て、上記ステップ５０１，５０２が共に成立することを
条件に、ＣＰＵ４２はステップ６００に進み、後述する
図１７，１８のサブルーチンにより積算値ΣΔλＬＲ，
ΣΔＦＡＦＬＲを算出する。

【０１２０】その後、ＣＰＵ４２は、ステップ５０３で
積算時間カウンタＣＤＧ０，ＣＤＧ１が共に所定値ＫＸ
１（本実施の形態では、積算時間３０秒に相当する数
値）以上になったか否かを判別する。そして、ＣＤＧ０
＜ＫＸ１又はＣＤＧ１＜ＫＸ１であれば、ＣＰＵ４２は
そのまま本ルーチンを終了し、ＣＤＧ０≧ＫＸ１且つＣ
ＤＧ１≧ＫＸ１であれば、ステップ５０４に進む。ＣＰ
Ｕ４２は、ステップ５０４で積算値ΣΔλＬＲ，ΣΔＦ
ＡＦＬＲの比を異常診断パラメータとして、そのパラメ
ータと所定の異常判定値γとを比較判別する。すなわ
ち、 ΣΔＦＡＦＬＲ／ΣΔλＬＲ＜γ が成立するか否かを判別する。

【０１２１】この場合、上記の不等式が成立すること
は、空燃比λとＦＡＦ値との速度変化量が良好な状態で
相関しつつ変化していることを意味し、例えばＡ／Ｆセ
ンサ２６の応答性が確保されていることに相当する。つ
まり、この異常判定パラメータ（ΣΔＦＡＦＬＲ／ΣΔ
λＬＲ）と異常判定値γとの間には、前記図１０で示し
たような関係が成立し（図１０の縦軸及び横軸が上記パ
ラメータ及びγに置換できる）、当該パラメータが異常
判定値γを越えることはセンサ応答性が悪化したことに
相応する。

【０１２２】以上のことから、 ΣΔＦＡＦＬＲ／ΣΔλＬＲ＜γ であれば、Ａ／Ｆセンサ２６が正常であるとみなすこと
ができ、 ΣΔＦＡＦＬＲ／ΣΔλＬＲ≧γ であれば、Ａ／Ｆセンサ２６が異常であるとみなすこと
ができる。

【０１２３】従って、ステップ５０４が成立すれば、Ｃ
ＰＵ４２は、ステップ５０５で異常判定カウンタＣＤＧ
３をホールドすると共に、続くステップ５０６で連続正
常判定カウンタＣＤＧ４を「１」インクリメントする。
また、ステップ５０４が不成立であれば、ステップ５０
７で異常判定カウンタＣＤＧ３を「１」インクリメント
すると共に、続くステップ５０８で連続正常判定カウン
タＣＤＧ４を「０」にクリアする。

【０１２４】その後、ＣＰＵ４２は、ステップ５０９で
積算値ΣΔλＬＲを「０」にクリアし、続くステップ５
１０で積算値ΣΔＦＡＦＬＲを「０」にクリアする。さ
らに、ＣＰＵ４２は、ステップ５１１で積算時間カウン
タＣＤＧ０，ＣＤＧ１を共に「０」にクリアする。な
お、ステップ５１１以降の処理は前記図７と同一である
ため、ここではその説明を省略する。

【０１２５】次に、図１７，図１８のフローチャートを
用いて前記１６のステップ６００の詳細な処理であると
ころの、積算値ΣΔλＬＲ，ΣΔＦＡＦＬＲの算出手順
を説明する。

【０１２６】さて図１７のルーチンがスタートすると、
ＣＰＵ４２は、ステップ６０１〜６０３でＡ／Ｆセンサ
２６による検出空燃比λを用いて差分値ΔλＳＭi を算
出すると共に、ステップ６０４〜６０６で空燃比補正係
数ＦＡＦを用いて差分値ΔＦＡＦＳＭi を算出する。す
なわちＣＰＵ４２は、ステップ６０１でＡ／Ｄ変換後の
空燃比λを読み込み、続くステップ６０２で前記読み込
んだ空燃比λに対してフィルタリング処理を実施してな
まし値λＳＭi を算出する。また、ステップ６０３にお
いて、ＣＰＵ４２は、前記算出したなまし値λＳＭの今
回値と前回値とから差分値ΔλＳＭi を算出する（Δλ
ＳＭi ＝λＳＭi −λＳＭi-1 ）。

【０１２７】一方、ＣＰＵ４２は、ステップ６０４でＦ
ＡＦ値を読み込み、続くステップ６０５で前記読み込ん
だＦＡＦ値に対してフィルタリング処理を実施してなま
し値ＦＡＦＳＭi を算出する。また、ステップ６０６に
おいて、ＣＰＵ４２は、前記算出したなまし値ＦＡＦＳ
Ｍの今回値と前回値とから差分値ΔＦＡＦＳＭi を算出
する（ΔＦＡＦＳＭi ＝ＦＡＦＳＭi −ＦＡＦＳＭi-1
）。

【０１２８】その後、ＣＰＵ４２は、ステップ６０７〜
６０９で前記差分値ΔλＳＭi 及びΔＦＡＦＳＭi を積
算するための条件（積算条件）が成立しているか否かを
判別する（なおこの処理は、前記図８のステップ３０８
〜３１０の処理と同一である）。つまり、ステップ６０
７では、冷却水温Ｔｈｗに基づいて機関の暖機が完了し
ているか否かを判別し、ステップ６０８では、機関回転
数Ｎｅ，車速ＳＰＤ，吸気圧ＰＭに基づいて運転条件が
所定条件を満たすか否かを判別する。さらに、ステップ
ン６０９では、吸気圧ＰＭの変化度合に基づいて急加速
時でないか否かを判別する。

【０１２９】そして、上記ステップ６０７〜６０９の積
算条件のいずれかが不成立であれば、ＣＰＵ４２はステ
ップ６１０に進み、積算値ΣΔλＬＲ，ΣΔＦＡＦＬＲ
を共にホールドする。また、ＣＰＵ４２は、続くステッ
プ６１１で積算時間カウンタＣＤＧ０，ＣＤＧ１をホー
ルドした後、本ルーチンを終了する。

【０１３０】一方、上記ステップ６０７〜６０９の積算
条件が全て成立していれば、ＣＰＵ４２は、図１８のス
テップ６１２に進む。そして、ＣＰＵ４２は、ステップ
６１２で差分値ΔλＳＭの今回値と前回値との差が
「０」を越えるか否か、すなわち、 ΔλＳＭi −ΔλＳＭi-1 ＞０が成立するか否かを判別する。また、ＣＰＵ４２は、ス
テップ６１３，６１４の双方で差分値ΔλＳＭの前回値
と前々回値との差が「０」を越えるか否か、すなわち、 ΔλＳＭi-1 −ΔλＳＭi-2 ＞０が成立するか否かを判別する。

【０１３１】この場合、ステップ６１２が肯定判別さ
れ、且つステップ６１３が否定判別されると、ＣＰＵ４
２はステップ６１５に進み、ΔλＳＭ値の前回値（Δλ
ＳＭi-1 ）がリッチピーク値ΔλＲに相当するとして、
前回差分値ΔλＳＭi-1 を「ΔλＲ」とする。また、ス
テップ６１２が否定判別され、且つステップ６１４が肯
定判別されると、ＣＰＵ４２はステップ６１６に進み、
ΔλＳＭ値の前回値（ΔλＳＭi-1 ）がリーンピーク値
ΔλＬに相当するとして、前回差分値ΔλＳＭi-1 を
「ΔλＬ」とする。

【０１３２】上記以外の場合（ステップ６１３がＹＥＳ
の場合、或いはステップ６１４がＮＯの場合）、ＣＰＵ
４２はステップ６１７に進む。そして、ＣＰＵ４２は、
ステップ６１７で積算値ΣΔλＬＲをホールドすると共
に、続くステップ６１８で積算時間カウンタＣＤＧ０を
ホールドする。

【０１３３】また、前記ステップ６１５又はステップ６
１６の処理後、ＣＰＵ４２は、ステップ６１９でリーン
ピーク値ΔλＬからリッチピーク値ΔλＲを減算してΔ
λ振幅ΔλＬＲを算出する（ΔλＬＲ＝ΔλＬ−Δλ
Ｒ）。その後、ＣＰＵ４２は、ステップ６２０でそれま
での積算値ΣΔλＬＲに前記算出したΔλ振幅ΔλＬＲ
を加算して積算値ΣΔλＬＲを更新する（ΣΔλＬＲ＝
ΣΔλＬＲ＋ΔλＬＲ）。さらに、ＣＰＵ４２は、ステ
ップ６２１で積算時間カウンタＣＤＧ０を「１」インク
リメントした後、ステップ６２２に進む。

【０１３４】ＣＰＵ４２は、ステップ６２２で差分値Δ
ＦＡＦＳＭの今回値と前回値との差が「０」を越えるか
否か、すなわち、 ΔＦＡＦＳＭi −ΔＦＡＦＳＭi-1 ＞０が成立するか否かを判別する。また、ＣＰＵ４２は、ス
テップ６２３，６２４の双方で差分値ΔＦＡＦＳＭの前
回値と前々回値との差が「０」を越えるか否か、すなわ
ち、 ΔＦＡＦＳＭi-1 −ΔＦＡＦＳＭi-2 ＞０が成立するか否かを判別する。

【０１３５】この場合、ステップ６２２が肯定判別さ
れ、且つステップ６２３が否定判別されると、ＣＰＵ４
２はステップ６２５に進み、ΔＦＡＦＳＭ値の前回値
（ΔＦＡＦＳＭi-1 ）がリッチピーク値ΔＦＡＦＲに相
当するとして、前回差分値ΔＦＡＦＳＭi-1 を「ΔＦＡ
ＦＲ」とする。また、ステップ６２２が否定判別され、
且つステップ６２４が肯定判別されると、ＣＰＵ４２は
ステップ６２６に進み、ΔＦＡＦＳＭ値の前回値（ΔＦ
ＡＦＳＭi-1 ）がリーンピーク値ΔＦＡＦＬに相当する
として、前回差分値ΔＦＡＦＳＭi-1 を「ΔＦＡＦＬ」
とする。

【０１３６】上記以外の場合（ステップ６２３がＹＥＳ
の場合、或いはステップ６２４がＮＯの場合）、ＣＰＵ
４２はステップ６２７に進む。そして、ＣＰＵ４２は、
ステップ６２７で積算値ΣΔＦＡＦＬＲをホールドする
と共に、続くステップ６２８で積算時間カウンタＣＤＧ
１をホールドする。

【０１３７】また、前記ステップ６２５又は６２６の処
理後、ＣＰＵ４２は、ステップ６２９でリーンピーク値
ΔＦＡＦＬからリッチピーク値ΔＦＡＦＲを減算してΔ
ＦＡＦ振幅ΔＦＡＦＬＲを算出する（ΔＦＡＦＬＲ＝Δ
ＦＡＦＬ−ΔＦＡＦＲ）。その後、ＣＰＵ４２は、ステ
ップ６３０でそれまでの積算値ΣΔＦＡＦＬＲに前記算
出したΔＦＡＦ振幅ΔＦＡＦＬＲを加算して積算値ΣΔ
ＦＡＦＬＲを更新する（ΣΔＦＡＦＬＲ＝ΣΔＦＡＦＬ
Ｒ＋ΔＦＡＦＬＲ）。さらに、ＣＰＵ４２は、ステップ
６３１で積算時間カウンタＣＤＧ１を「１」インクリメ
ントした後、本ルーチンを終了する。

【０１３８】本実施の形態においても、上記各実施の形
態と同様に、本発明の目的が達せられる。また、本実施
の形態では特に、Δλ振幅の積算値ΣΔλＬＲを空燃比
λの速度変化量とすると共に、ΔＦＡＦ振幅の積算値Σ
ΔＦＡＦＬＲをＦＡＦ値の速度変化量とした。そして、
積算値ΣΔλＬＲ，ΣΔＦＡＦＬＲの比を異常診断パラ
メータとしてそのパラメータを所定の異常判定値γと比
較し、その比較結果からＡ／Ｆセンサ２６の異常を診断
するようにした。この場合、Δλ振幅及びΔＦＡＦ振幅
を所定期間内で積算することは、Ａ／Ｆセンサ２６の特
性異常や応答性異常といった現象をフィードバック制御
系に相関させつつ、各々の挙動の差を明確化するための
一手法であり、これら積算値の比（ΣΔＦＡＦＬＲ／Σ
ΔλＬＲ）を求めれば、センサ異常が容易に診断できる
ようになる。

【０１３９】なお本実施の形態においても、前記図１２
及び図１３で説明したように、ΣＰＭ値などにより異常
判定値γを可変に設定して異常診断の精度向上を図るよ
うにすることも可能である。

【０１４０】（第５の実施の形態）上記第１〜第４の実
施の形態では、いずれも異常診断を行う際において、空
燃比λ及びＦＡＦ値の速度変化量の比から求めた異常診
断パラメータが異常判定値（α，β１，β２，γ）未満
であるか否かに応じてセンサ異常を診断していたが、本
実施の形態では、空燃比λ及びＦＡＦ値の速度変化量の
比から求めた異常診断パラメータが所定範囲（δ１〜δ
２）内にあるか否かに応じてセンサ異常を診断するもの
である。また、本実施の形態では、積算値Σ｜Δ^2λＳ
Ｍ｜，Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜の比を異常診断パラメータ
とすると共に、異常診断時に用いる異常判定値δ１，δ
２を可変に設定するようにしている。この場合、図１９
に示す処理を前記図６のステップ２０３の後に挿入する
と共に、ステップ２０４の処理を変更する。

【０１４１】図１９において、ステップ２７０では吸気
圧ＰＭの積算値ΣＰＭを読み込む。この積算値ΣＰＭ
は、所定期間内における吸気圧ＰＭの変動量を表すパラ
メータである。そして、続くステップ２７１では前記Ｐ
Ｍの積算値ΣＰＭに基づいて異常判定値δ１，δ２を可
変に設定する。このとき、例えば図２０の関係を用いて
δ１，δ２値が求められる。図２０ではΣＰＭ値が大き
くなるほど、δ１，δ２値が大きくなる関係が設定され
ている。

【０１４２】その後、ステップ２７２では、 δ１＜（Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜／Σ｜Δ^2λＳＭ｜）＜
δ２が成立するか否かにより異常診断を実施する。このと
き、ステップ２７２が肯定判別されれば、前記図６のス
テップ２０５に進む。そして、同図のステップ２０５，
２０６で異常判定カウンタＣＤＧ３をホールドすると共
に、連続正常判定カウンタＣＤＧ４を「１」インクリメ
ントする。また、ステップ２７２が否定判別されれば、
前記図６のステップ２０７に進む。そして、同図のステ
ップ２０７，２０８で異常判定カウンタＣＤＧ３を
「１」インクリメントすると共に、連続正常判定カウン
タＣＤＧ４をクリアする。

【０１４３】本実施の形態の構成によれば、上記各実施
の形態と同様に本発明の目的が達せられるのは勿論のこ
と、それに加えて次の効果が得られる。つまり、上記の
異常診断パラメータが所定の正常域（δ１〜δ２）内で
あることからセンサ異常を診断する構成であれば、図２
３（ａ）で示すような態様で特性異常が発生した際に
も、その特性異常が好適に診断できることとなる。

【０１４４】因みに、図２０に示す関係は、同図の横軸
を機関回転数Ｎｅの変動量、或いはスロットル開度ＴＨ
の変動量としても略同様に得られるため、δ１，δ２値
を可変設定するパラメータをこれらの変動量に変更して
もよい。

【０１４５】以下に、他の実施の形態を説明する。（１）上記第１の実施の形態では、空燃比λ及びＦＡＦ
値の加速度に相当する２階差分値Δ^2λＳＭ，Δ^2ＦＡ
ＦＳＭを前記の式（１１）及び式（１２）を用いて算出
したが、こうした２階差分値の演算には、 Δ^2λＳＭi ＝（λＳＭi −λＳＭi-n ）−（λＳＭi-
m −λＳＭi-m-n ） Δ^2ＦＡＦＳＭi ＝（ＦＡＦＳＭi −ＦＡＦＳＭi-n ）
−（ＦＡＦＳＭi-m −ＦＡＦＳＭi-m-n ）といった基本式を用いればよい（但し、ｍ＝１，２，３
・・・、ｎ＝１，２，３・・・）。第１の実施の形態で
は上記基本式において、ｍ＝１，ｎ＝１と設定していた
のに過ぎず、これらｍ，ｎ値を変更してもよい。

【０１４６】（２）上記第１の実施の形態では、検出空
燃比の速度変化量として、λＳＭ値の２階差分値Δ^2λ
ＳＭの積算値Σ｜Δ^2λＳＭ｜を用いると共に、空燃比
補正係数の速度変化量として、ＦＡＦＳＭ値の２階差分
値Δ^2ＦＡＦＳＭの積算値Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜を用
い、 Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ｜／Σ｜Δ^2λＳＭ｜＜α が成立するか否かに応じてセンサ異常を診断していた
が、この構成を変更してもよい。例えば、検出空燃比の
速度変化量としてλＳＭ値の２階差分値Δ^2λＳＭ（積
算しない値）を用いると共に、空燃比補正係数の速度変
化量としてＦＡＦＳＭ値の２階差分値Δ^2ＦＡＦＳＭ
（積算しない値）を用い、 Δ^2ＦＡＦＳＭ／Δ^2λＳＭ＜α’ が成立するか否かに応じてセンサ異常を診断するように
してもよい。

【０１４７】また、その他第２〜第４の実施の形態でも
同様に、所定期間内での積算を実施しない値を用いてセ
ンサ異常を診断するようにしてもよい。これらの構成に
て異常診断を実施する場合、積算前の各数値が速度変化
量になると共にそれらの比が異常診断パラメータとな
り、この構成においても本発明の目的が達せられる。

【０１４８】（３）上記各実施の形態では、異常判定値
（α，β１，β２，γ，δ１，δ２）の可変設定に際
し、機関の負荷状態量ΣＰＭ，ΣＮｅ等が大きくなるほ
ど、当該異常判定値を大きくする方向に変更したが、こ
れを変更してもよい。例えば図２１に示すように、冷却
水温Ｔｈｗが高くなるほど、異常判定値αが小さくなる
ように可変設定してもよい（β１，β２，γも同様）。
また、図２２に示すように、冷却水温Ｔｈｗが高くなる
ほど、正常域を設定するための異常判定値δ１，δ２が
小さくなるように可変設定してもよい。

【０１４９】（４）上記各実施の形態では、空燃比λ又
はＦＡＦ値の気筒間バラツキを解消するべく、例えば図
８のステップ３０３，３０６のフィルタリング処理を実
施していたが、この処理をｎ回なまし処理（ｎは１６，
６４等）など、他の平滑化処理に変更してもよい。ま
た、このフィルタリング処理（平滑化処理）は、必ずし
も必要ではなく当該処理を省略して本異常診断装置を具
体化してもよい。

【０１５０】（５）上記実施の形態の図６，７では、カ
ウンタＣＤＧ１〜ＣＤＧ４を用いて異常判定処理を実施
したが、これを簡略化してもよい。具体的には、例えば
連続正常判定カウンタＣＤＧ４を省略し、一旦異常判定
フラグＸＤＧＡＦがセットされた後は、その状態を保持
するようにしてもよい。また、各カウンタＣＤＧ１〜Ｃ
ＤＧ４のカウント値を判定するための所定値ＫＸ１〜Ｋ
Ｘ４の具体値は既述した値に限定されるものではなく、
任意に変更できる。センサ異常の診断精度を向上させる
には、積算時間カウンタＣＤＧ１のカウント時間を長く
したり（図１６のＣＤＧ０も同様）、異常診断実行カウ
ンタＣＤＧ２及び異常判定カウンタＣＤＧ３の回数を多
くしたりすることが有効である。

【０１５１】（６）また、機関の定常運転時には所定値
ＫＸ１〜ＫＸ４を比較的小さい値に設定すると共に、機
関の過渡運転時には所定値ＫＸ１〜ＫＸ４を比較的大き
い値に設定する等、各所定値ＫＸ１〜ＫＸ４を機関運転
状態に応じてその都度、可変に設定するようにしてもよ
い。

【０１５２】（７）上記第５の実施の形態に記載したよ
うに、異常診断パラメータが所定の正常域にあるか否か
に応じて異常診断を実施する形態において、その際の異
常診断パラメータを空燃比変動の振幅及びＦＡＦ変動の
振幅の比に変更してもよい。

【０１５３】（８）上記各実施の形態では、限界電流式
酸素センサからなる空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ２６）
について異常診断を実施していたが、ポンピング電流式
酸素センサからなる空燃比センサについても上記各実施
の形態と同様の異常診断処理が適用できる。

【０１５４】（９）上記各実施の形態では、現代制御理
論を用いて空燃比フィードバック制御を実現した空燃比
制御システムに本発明のセンサ異常診断処理を具体化し
たが、当然ながら他の制御（例えば、ＰＩＤ制御等）に
よるシステムで本発明を具体化してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態における内燃機関の空燃比制
御装置の全体構成図。

【図２】Ａ／Ｆセンサの詳細な構成を示す断面図。

【図３】Ａ／Ｆセンサの電圧−電流特性を示すグラフ。

【図４】空燃比制御システムの原理を説明するためのブ
ロック図。

【図５】燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャー
ト。

【図６】第１の実施の形態におけるセンサ異常診断ルー
チンを示すフローチャート。

【図７】図６に続くフローチャート。

【図８】積算値Σ｜Δ^2λＳＭ｜，Σ｜Δ^2ＦＡＦＳＭ
｜の算出ルーチンを示すフローチャート。

【図９】図８に続くフローチャート。

【図１０】異常診断パラメータとセンサ応答性との相関
を示すグラフ。

【図１１】異常診断の処理動作を具体的に示すタイムチ
ャート。

【図１２】図６の途中に挿入される処理を示すフローチ
ャート。

【図１３】異常判定値αを可変設定するためのグラフ。

【図１４】第２の実施の形態におけるセンサ異常診断ル
ーチンを示すフローチャート。

【図１５】第３の実施の形態におけるセンサ異常診断ル
ーチンを示すフローチャート。

【図１６】第４の実施の形態におけるセンサ異常診断ル
ーチンを示すフローチャート。

【図１７】積算値ΣΔλＬＲ，ΣΔＦＡＦＬＲの算出ル
ーチンを示すフローチャート。

【図１８】図１７に続くフローチャート。

【図１９】第５の実施の形態において、図６の途中に挿
入される処理を示すフローチャート。

【図２０】異常判定値δ１，δ２を可変設定するための
グラフ。

【図２１】他の実施の形態において、異常判定値αを可
変設定するためのグラフ。

【図２２】他の実施の形態において、異常判定値δ１，
δ２を可変設定するためのグラフ。

【図２３】空燃比センサの特性異常並びに応答性低下の
状態を示す図。

【符号の説明】

１…内燃機関、２６…空燃比センサとしてのＡ／Ｆセン
サ（限界電流式酸素センサ）、４１…ＥＣＵ（電子制御
装置）、４２…空燃比変化量演算手段，補正係数変化量
演算手段，異常診断手段，異常判定値設定手段を構成す
るＣＰＵ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の空燃比に対してリニアに出力を
増減させる空燃比センサを備え、該空燃比センサにより
検出された空燃比と目標空燃比との偏差に対応する空燃
比補正係数を用いて空燃比フィードバック制御を実施す
る装置に適用されるものであって、前記空燃比センサにより検出された空燃比が変動する際
の速度変化量を演算する空燃比変化量演算手段と、前記空燃比補正係数が変動する際の速度変化量を演算す
る補正係数変化量演算手段と、前記空燃比が変動する際の速度変化量と前記補正係数が
変動する際の速度変化量とを比較し、その比較結果に基
づいて前記空燃比センサの異常を診断する異常診断手段
とを備えることを特徴とする空燃比センサの異常診断装
置。
【請求項２】前記空燃比変化量演算手段は、前記空燃比
が変動する際の速度変化量を、空燃比の２階差分演算に
より求めることを特徴とする請求項１に記載の空燃比セ
ンサの異常診断装置。
【請求項３】前記補正係数変化量演算手段は、前記補正
係数が変動する際の速度変化量を空燃比補正係数の２階
差分演算により求めることを特徴とする請求項１に記載
の空燃比センサの異常診断装置。
【請求項４】前記空燃比変化量演算手段は、前記空燃比
が変動する際の速度変化量を空燃比変動の振幅により演
算し、前記補正係数変化量演算手段は、前記補正係数が変動す
る際の速度変化量を前記補正係数変動の振幅により演算
することを特徴とする請求項１に記載の空燃比センサの
異常診断装置。
【請求項５】前記空燃比変化量演算手段は、空燃比の２
階差分値を所定期間で積算し、その積算値を前記空燃比
が変動する際の速度変化量とする手段であり、前記補正係数変化量演算手段は、空燃比補正係数の２階
差分値を所定期間で積算し、その積算値を前記補正係数
が変動する際の速度変化量とする手段であり、前記異常診断手段は、前記空燃比の２階差分値の積算値
と前記空燃比補正係数の２階差分値の積算値との比を所
定の異常判定値と比較し、その比較結果から前記空燃比
センサの異常を診断する手段であることを特徴とする請
求項１に記載の空燃比センサの異常診断装置。
【請求項６】前記空燃比変化量演算手段は、空燃比変動
の振幅を所定時間で積算し、その積算値を前記空燃比が
変動する際の速度変化量とする手段であり、前記補正係数変化量演算手段は、空燃比補正係数変動の
振幅を所定期間で積算し、その積算値を前記補正係数が
変動する際の速度変化量とする手段であり、前記異常診断手段は、前記空燃比変動の振幅の積算値と
前記空燃比補正係数変動の振幅の積算値との比を所定の
異常判定値と比較し、その比較結果から前記空燃比セン
サの異常を診断する手段であることを特徴とする請求項
１に記載の空燃比センサの異常診断装置。
【請求項７】前記異常判定値を機関運転状態に応じて可
変に設定する異常判定値設定手段を備えることを特徴と
する請求項５又は請求項６に記載の空燃比センサの異常
診断装置。
【請求項８】前記異常診断手段は、空燃比λが変動する
際の速度変化量と、空燃比補正係数ＦＡＦが変動する際
の速度変化量との比を所定の異常判定値Ａと比較する場
合に、（ＦＡＦの速度変化量／λの速度変化量）＜Ａであれば、前記空燃比センサが正常である旨を診断する
請求項１に記載の空燃比センサの異常診断装置。
【請求項９】前記異常診断手段は、空燃比λが変動する
際の速度変化量と、空燃比補正係数ＦＡＦが変動する際
の速度変化量との比を所定幅の異常判定値Ｂ１，Ｂ２と
比較する場合に、Ｂ１＜（ＦＡＦの速度変化量／λの速度変化量）＜Ｂ２であれば、前記空燃比センサが正常である旨を診断する
請求項１に記載の空燃比センサの異常診断装置。
【請求項１０】前記空燃比変化量演算手段は、前記空燃
比を平滑化しこの平滑化した空燃比を用いて当該空燃比
が変動した際の速度変化量を演算し、前記補正係数変化
量演算手段は、前記補正係数を平滑化しこの平滑化した
補正係数を用いて当該補正係数が変動した際の速度変化
量を演算することを特徴とする請求項１〜請求項９のい
ずれかに記載の空燃比センサの異常診断装置。