WO2014207843A1

WO2014207843A1 - 内燃機関の診断装置

Info

Publication number: WO2014207843A1
Application number: PCT/JP2013/067546
Authority: WO
Inventors: 寛史宮本; 圭一郎青木; 靖志岩崎
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2014-12-31
Also published as: JP6011726B2; JPWO2014207843A1; US20160138506A1; US9719449B2

Abstract

　内燃機関は、内燃機関の排気通路に配置されると共に流入する排気ガス中の酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒（２０）と、排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に前記排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ（４１）とを具備し、燃焼室（５）への燃料供給を停止又は減量する燃料カット制御を実行する。異常診断装置は、燃料カット制御の終了後、空燃比センサから出力される出力空燃比が理論空燃比以上の一部の空燃比領域を最初に通過するときの出力空燃比に基づいて、空燃比変化特性を算出し、空燃比変化特性に基づいて空燃比センサの異常を診断する。これにより、燃料カット制御を行った際に、必要であれば必ず下流側空燃比センサの応答性劣化の異常を診断することができる。

Description

内燃機関の診断装置

　本発明は、内燃機関の診断装置に関する。

　従来から、内燃機関の排気通路に空燃比センサを設け、この空燃比センサの出力に基づいて内燃機関に供給する燃料量を制御するように構成された内燃機関が知られている。

　このような内燃機関に用いられる空燃比センサは、使用に伴って徐々に劣化する。このような劣化としては、例えば、空燃比センサの応答性劣化が挙げられる。空燃比センサの応答性劣化は、センサ素子が被水することを防止するためのセンサカバーに設けられた通気孔がパティキュレート（ＰＭ）により部分的に塞がってしまうこと等により生じる。このように通気孔が部分的に塞がると、センサカバーの内側と外側との間のガス交換が遅くなり、その結果、空燃比センサの出力が鈍くなってしまう。このような空燃比センサの劣化が生じると、内燃機関の制御装置が実行する各種制御に支障が生じてしまう。

　そこで、空燃比センサの応答性劣化の異常を診断する診断装置が提案されている（例えば、特許文献１～４を参照）。このような診断装置のうち、排気浄化触媒よりも下流側に配置された空燃比センサ（以下、「下流側空燃比センサ」という）の異常を診断する診断装置としては、例えば、燃焼室への燃料供給を停止又は大幅に減量する燃料カット制御の実行中に下流側空燃比センサの異常を診断する装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

　特に、特許文献１に記載された診断装置では、燃料カット制御中に下流側空燃比センサの出力に相当する空燃比（以下、「出力空燃比」という）が予め定められた空燃比領域を通過するときの通過時間に基づいて異常が診断される。具体的には、通過時間が予め定められた異常判定値よりも大きい場合には下流側空燃比センサには応答性劣化の異常が発生していると診断される。加えて、特許文献１に記載された診断装置では、燃料カット制御開始直前の排気空燃比の推移や排気浄化触媒の酸素吸蔵量に応じて通過時間が変化することを考慮して、燃料カット制御の開始から出力空燃比が予め定められた空燃比領域よりもリッチな所定の空燃比に到達するまでの間の吸入空気量積算値が所定の閾値未満の場合には下流側空燃比センサの異常診断を行わないこととしている。

特開２０１２－０５２４６２号公報特開２００４－２２５６８４号公報特開２００１－２４２１２６号公報特開２０１０－００７５３４号公報

　上述したように、特許文献１に記載された診断装置では、燃料カット制御の開始から出力空燃比が所定の空燃比に到達するまでの間における吸入吸気量積算値が所定の閾値未満の場合には空燃比センサの異常診断が禁止される。このため、燃料カット制御時に斯かる吸入空気量積算値が所定の閾値未満である状態が繰り返されると、空燃比センサの異常診断は長期間に亘って実行されないことになる。

　そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、燃料カット制御を行った際に、必要であれば必ず下流側空燃比センサの応答性劣化の異常を診断することができる内燃機関の診断装置を提供することにある。

　上記課題を解決するために、第１の発明では、内燃機関の排気通路に配置されると共に流入する排気ガス中の酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に前記排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサとを具備し、燃焼室への燃料供給を停止又は減量する燃料カット制御を実行する内燃機関の診断装置において、前記燃料カット制御の終了後、前記空燃比センサから出力される出力空燃比が理論空燃比以上の一部の空燃比領域を最初に通過するときの該出力空燃比に基づいて、空燃比変化特性を算出し、該空燃比変化特性に基づいて前記空燃比センサの異常を診断する、内燃機関の診断装置が提供される。

　第２の発明では、第１の発明において、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御手段を更に具備し、前記目標空燃比は、燃料カット制御の終了後に理論空燃比よりもリッチである第一空燃比に設定され、前記空燃比センサの異常診断を行うときには、前記目標空燃比は、前記燃料カット制御の終了後に、前記第一空燃比に設定される前に、前記第一空燃比よりもリーンである第二空燃比に設定される。

　第３の発明では、第２の発明において、前記空燃比センサの異常診断を行わないときには、前記目標空燃比は前記燃料カット制御の終了後すぐに第一空燃比に設定される。

　第４の発明では、第３の発明において、内燃機関の始動後既に前記空燃比センサの異常診断が完了しているときには前記空燃比センサの異常診断は行われない。

　第５の発明では、第２～第４のいずれか一つの発明において、前記第二空燃比は、理論空燃比である。

　第６の発明では、第２～第５のいずれか一つの発明において、前記燃料カット制御の終了後に前記目標空燃比を第二空燃比に設定したときには、前記空燃比センサの異常診断が完了した時以降に前記目標空燃比が第二空燃比から第一空燃比に変更せしめられる。

　第７の発明では、第２～６のいずれか一つの発明において、前記排気浄化触媒の劣化度合いを推定する触媒劣化度合い推定手段を更に具備し、前記触媒劣化度合い推定手段によって検出された触媒劣化度合いが予め定められた基準劣化度合い以下である場合には、前記空燃比センサの異常診断を行うときであっても、前記目標空燃比は、前記燃料カット制御の終了後すぐに第一空燃比に設定される。

　第８の発明では、第２～第７のいずれか一つの発明において、前記第一空燃比は、前記目標空燃比を第一空燃比に設定する前に第二空燃比に設定されたときには、第一空燃比に設定する前に第二空燃比に設定されないときに比べて、リッチな空燃比とされる。

　第９の発明では、第１～第８のいずれか一つの発明において、前記空燃比センサは、該空燃比センサを通過する排気ガスの空燃比が所定空燃比領域内にあるときに限界電流を出力する限界電流式空燃比センサであり、前記空燃比領域は、前記空燃比センサが限界電流を発生させる前記所定空燃比領域内である。

　第１０の発明では、第１～第９のいずれか一つの発明において、前記空燃比変化特性は、前記空燃比センサの出力空燃比が前記空燃比領域を最初に通過するときの空燃比変化速度であり、前記空燃比センサの異常診断においては、前記空燃比変化速度が異常基準変化速度よりも遅い場合には前記空燃比センサに異常があると判定され、前記空燃比変化速度が異常基準変化速度よりも速い場合には前記空燃比センサは正常であると判定される。

　第１１の発明では、第１～第９のいずれか一つの発明において、前記空燃比変化特性は、前記空燃比センサの出力空燃比が前記空燃比領域内にあるときの該出力空燃比を積算した空燃比積算値であり、前記空燃比センサの異常診断においては、前記空燃比積算値が異常基準積算値以上である場合には前記空燃比センサに異常があると判定され、前記空燃比積算値が異常基準積算値よりも小さい場合には前記空燃比センサは正常であると判定される。

　第１２の発明では、第１～第１１のいずれか一つの発明において、前記空燃比センサの異常診断において、前記空燃比センサに異常があると判定されたときには、警告灯が点灯せしめられる。

　本発明によれば、燃料カット制御を行った際に、必要であれば必ず下流側空燃比センサの応答性劣化の異常を診断することができる内燃機関の診断装置が提供される。

図１は、本発明の診断装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図２は、空燃比センサの概略的な断面図である。図３は、各排気空燃比におけるセンサ印加電圧と出力電流との関係を示す図である。図４は、印加電圧を一定にしたときの排気空燃比と出力電流Ｉとの関係を示す図である。図５は、上流側出力空燃比及び下流側出力空燃比等の、燃料カット制御前後におけるタイムチャートである。図６は、上流側出力空燃比及び下流側出力空燃比等の、燃料カット制御前後におけるタイムチャートである。図７は、上流側出力空燃比及び下流側出力空燃比等の、燃料カット制御前後におけるタイムチャートである。図８は、変化時間算出制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図９は、異常診断制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図１０は、上流側出力空燃比及び下流側出力空燃比等の、燃料カット制御前後におけるタイムチャートである。図１１は、上流側出力空燃比及び下流側出力空燃比等の、燃料カット制御前後におけるタイムチャートである。図１２は、第三実施形態に基づいて目標空燃比の制御を行った際の下流側出力空燃比等のタイムチャートである。図１３は、目標空燃比を設定する空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図１４は、目標空燃比を設定する空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図１５は、目標空燃比を設定する空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。

　以下、図面を参照して本発明の内燃機関の診断装置について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。図１は、本発明の第一実施形態に係る制御装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。

＜内燃機関全体の説明＞
　図１を参照すると１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁６は吸気ポート７を開閉し、排気弁８は排気ポート９を開閉する。

　図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４の内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。点火プラグ１０は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁１１は、噴射信号に応じて、所定量の燃料を燃焼室５内に噴射する。なお、燃料噴射弁１１は、吸気ポート７内に燃料を噴射するように配置されてもよい。また、本実施形態では、燃料として理論空燃比が１４．６であるガソリンが用いられる。しかしながら、本発明の診断装置が用いられる内燃機関では、他の燃料を用いても良い。

　各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ポート７、吸気枝管１３、サージタンク１４、吸気管１５は吸気通路を形成する。また、吸気管１５内にはスロットル弁駆動アクチュエータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。スロットル弁１８は、スロットル弁駆動アクチュエータ１７によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。

　一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結される。排気マニホルド１９は、各排気ポート９に連結される複数の枝部とこれら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド１９の集合部は上流側排気浄化触媒２０を内蔵した上流側ケーシング２１に連結される。上流側ケーシング２１は、排気管２２を介して下流側排気浄化触媒２４を内蔵した下流側ケーシング２３に連結される。排気ポート９、排気マニホルド１９、上流側ケーシング２１、排気管２２及び下流側ケーシング２３は、排気通路を形成する。

　電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を具備する。吸気管１５には、吸気管１５内を流れる空気流量を検出するためのエアフロメータ３９が配置され、このエアフロメータ３９の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。また、排気マニホルド１９の集合部には排気マニホルド１９内を流れる排気ガス（すなわち、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス）の空燃比を検出する上流側空燃比センサ４０が配置される。加えて、排気管２２内には排気管２２内を流れる排気ガス（すなわち、上流側排気浄化触媒２０から流出して下流側排気浄化触媒２４に流入する排気ガス）の空燃比を検出する下流側空燃比センサ４１が配置される。これら空燃比センサ４０、４１の出力も対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。なお、これら空燃比センサ４０、４１の構成については後述する。

　また、アクセルペダル４２にはアクセルペダル４２の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４３が接続され、負荷センサ４３の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４４は例えばクランクシャフトが１５度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４４の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路４５を介して点火プラグ１０、燃料噴射弁１１及びスロットル弁駆動アクチュエータ１７に接続される。

＜排気浄化触媒の説明＞
　上流側排気浄化触媒２０及び下流側排気浄化触媒２４は、いずれも同様な構成を有する。以下では、上流側排気浄化触媒２０についてのみ説明するが、下流側排気浄化触媒２４も同様な構成及び作用を有する。

　上流側排気浄化触媒２０は、酸素吸蔵能力を有する三元触媒である。具体的には、上流側排気浄化触媒２０は、セラミックから成る担体に、触媒作用を有する貴金属（例えば、白金（Ｐｔ））及び酸素吸蔵能力を有する物質（例えば、セリア（ＣｅＯ₂））を担持させたものである。上流側排気浄化触媒２０は、所定の活性温度に達すると、未燃ガス（ＨＣやＣＯ等）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを同時に浄化する触媒作用に加えて、酸素吸蔵能力を発揮する。

　上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵能力によれば、上流側排気浄化触媒２０は、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン（以下、「リーン空燃比」という）であるときには排気ガス中の酸素を吸蔵する。一方、上流側排気浄化触媒２０は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ（以下、「リッチ空燃比」という）であるときには、上流側排気浄化触媒２０に吸蔵されている酸素を放出する。なお、「排気ガスの空燃比」は、その排気ガスが生成されるまでに供給された空気の質量に対する燃料の質量の比率を意味するものであり、通常はその排気ガスが生成されるにあたって燃焼室５内に供給された空気の質量に対する燃料の質量の比率を意味する。本明細書では、排気ガスの空燃比を「排気空燃比」という場合もある。

　上流側排気浄化触媒２０は、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有することにより、酸素吸蔵量に応じてＮＯｘ及び未燃ガスの浄化作用を有する。上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比である場合、酸素吸蔵量が少ないときには上流側排気浄化触媒２０により排気ガス中の酸素が吸蔵され、これに伴ってＮＯｘが還元浄化される。ただし、酸素吸蔵能力には限界があり、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が上限吸蔵量を超えると、それ以上、上流側排気浄化触媒２０に酸素がほとんど吸蔵されなくなる。この場合、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であると、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比もリーン空燃比となる。

　一方、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比である場合、酸素吸蔵量が多いときには上流側排気浄化触媒２０に吸蔵されている酸素が放出され、排気ガス中の未燃ガスが酸化浄化される。ただし、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が少なくなって下限吸蔵量を下回ると、それ以上、上流側排気浄化触媒２０から酸素がほとんど放出されなくなる。この場合、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であると、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比もリッチ空燃比となる。

　以上のように、本実施形態において用いられる排気浄化触媒２０、２４によれば、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比及び酸素吸蔵量に応じて排気ガス中のＮＯｘ及び未燃ガスの浄化特性が変化する。なお、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有していれば、排気浄化触媒２０、２４は三元触媒とは異なる触媒であってもよい。

＜空燃比センサの説明＞
　本実施形態では、空燃比センサ４０、４１としては、限界電流式の空燃比センサが用いられる。図２を用いて、空燃比センサ４０、４１の構造について簡単に説明する。空燃比センサ４０、４１は、固体電解質層５１と、その一方の側面上に配置された排気側電極５２と、その他方の側面上に配置された大気側電極５３と、通過する排気ガスの拡散律速を行う拡散律速層５４と、拡散律速層５４を保護する保護層５５と、空燃比センサ４０、４１の加熱を行うヒータ部５６とを具備する。

　固体電解質層５１は、ＺｒＯ₂（ジルコニア）、ＨｆＯ₂、ＴｈＯ₂、Ｂｉ₂Ｏ₃等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃等を安定剤として配当した酸素イオン伝導性酸化物の焼結体により形成されている。また、拡散律速層５４は、アルミナ、マグネシア、けい石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質の多孔質焼結体により形成されている。さらに、排気側電極５２及び大気側電極５３は、白金等の触媒活性の高い貴金属により形成されている。

　また、排気側電極と大気側電極との間には、ＥＣＵ３１に搭載された電圧印加装置６０によりセンサ印加電圧Ｖが印加される。加えて、ＥＣＵ３１には、センサ印加電圧を印加したときに固体電解質層を介してこれら電極５２、５３間に流れる電流Ｉを検出する電流検出装置６１が設けられる。この電流検出装置６１によって検出される電流が空燃比センサ４０、４１の出力電流である。

　このように構成された空燃比センサ４０、４１は、図３に示したような電圧－電流（Ｖ－Ｉ）特性を有する。図３からわかるように、出力電流（Ｉ）は、排気空燃比が大きくなるほど（リーンになるほど）、大きくなる。また、各排気空燃比におけるＶ－Ｉ線には、Ｖ軸に平行な領域、すなわちセンサ印加電圧が変化しても出力電流がほとんど変化しない領域が存在する。この電圧領域は限界電流領域と称され、このときの電流は限界電流と称される。図３では、排気空燃比が１８であるときの限界電流領域及び限界電流をそれぞれＷ₁₈、Ｉ₁₈で示している。

　一方、センサ印加電圧が限界電流領域よりも低い領域では、センサ印加電圧にほぼ比例して出力電流が変化する。斯かる領域は比例領域と称される。このときの傾きは、固体電解質層５１の直流素子抵抗によって定まる。また、センサ印加電圧が限界電流領域よりも高い領域では、センサ印加電圧の増加に伴って出力電流も増加する。この領域では、排気側電極５２上にて排気ガス中に含まれる水分の分解等が生じること等により、センサ印加電圧の変化に応じて出力電圧が変化する。

　図４は、印加電圧を０．４Ｖ程度で一定にしたときの、排気空燃比と出力電流Ｉとの関係を示す図である。図４からわかるように、空燃比センサ４０、４１では、排気空燃比が大きくなるほど（すなわち、リーンになるほど）、空燃比センサ４０、４１からの出力電流Ｉが大きくなる。加えて、空燃比センサ４０、４１は、排気空燃比が理論空燃比であるときに出力電流Ｉが零になるように構成される。また、排気空燃比が一定以上（本実施形態では１８以上）に大きくなったとき、或いは一定以下に小さくなったときには、排気空燃比の変化に対する出力電流の変化の割合が小さくなる。

　なお、上記例では、空燃比センサ４０、４１として図２に示した構造の限界電流式の空燃比センサを用いている。しかしながら、少なくとも理論空燃比近傍において、排気空燃比の変化に対して出力値がなだらかに変化すれば、他の構造の限界電流式の空燃比センサや、限界電流式ではない空燃比センサ等、如何なる空燃比センサを用いてもよい。

＜基本的な制御＞
　このように構成された内燃機関では、上流側空燃比センサ４０及び下流側空燃比センサ４１の出力に基づいて、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が機関運転状態に基づいた最適な目標空燃比となるように、燃料噴射弁１１からの燃料噴射量等が制御される。特に、本実施形態では、機関本体１から流出する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、燃料噴射弁１１からの燃料噴射量が制御される。

　このような燃料噴射量の設定方法としては、上流側空燃比センサ４０の出力に基づいて上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように制御すると共に、下流側空燃比センサ４１の出力に基づいて上流側空燃比センサ４０の出力を補正したり、目標空燃比を変更したりする方法が挙げられる。なお、排気ガスの空燃比を目標空燃比にする制御は、ＥＣＵ３１により行われ、ＥＣＵ３１は空燃比制御手段として機能する。

　また、本発明の実施形態に係る内燃機関では、内燃機関を搭載した車両の減速時等に、燃料噴射弁１１からの燃料噴射を停止又は大幅に減量して燃焼室５内への燃料供給を停止又は大幅に低減する燃料カット制御が実施される。斯かる燃料カット制御は、例えば、アクセルペダル４２の踏込み量がゼロ又はほぼゼロ（すなわち、機関負荷がゼロ又はほぼゼロ）であり且つ機関回転数がアイドリング時の回転数よりも高い所定の回転数以上であるときに実施される。

　燃料カット制御が行われたときは、内燃機関から空気又は空気と同様な排気ガスが排出されることになるため、上流側排気浄化触媒２０には空燃比の極めて高い（すなわち、リーン度合いの極めて高い）ガスが流入することになる。この結果、燃料カット制御中には、上流側排気浄化触媒２０に多量の酸素が流入し、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は上限吸蔵量に達する。

　また、本実施形態の内燃機関では、燃料カット制御中に上流側排気浄化触媒２０に吸蔵された酸素を放出させるために、燃料カット制御の終了直後には、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比をリッチ空燃比にする復帰後リッチ制御が行われる。この様子を図５に示す。

　図５は、燃料カット制御を行った際に、上流側空燃比センサ４０の出力値に相当する空燃比（以下、「上流側出力空燃比」という）と、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量と、下流側空燃比センサ４１の出力値に相当する空燃比（以下、「下流側出力空燃比」という）とのタイムチャートである。図示した例では、時刻ｔ₁において燃料カット制御が開始されると共に、時刻ｔ₃において燃料カット制御が終了せしめられる。

　図示した例では、時刻ｔ₁において、燃料カット制御が開始せしめられると、機関本体１からはリーン空燃比の排気ガスが排出され、これに伴って上流側空燃比センサ４０の出力空燃比が増大する。このとき、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中の酸素は上流側排気浄化触媒２０に吸蔵されるため、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は増大し、一方、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比は理論空燃比のままとなる。

　その後、時刻ｔ₂において上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が上限吸蔵量（Ｃｍａｘ）に達すると上流側排気浄化触媒２０はそれ以上酸素を吸蔵することができなくなる。このため、時刻ｔ₂以降においては、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりもリーンになる。

　時刻ｔ₃において、燃料カット制御が終了せしめられると、燃料カット制御中に上流側排気浄化触媒２０に吸蔵された酸素を放出させるために、復帰後リッチ制御が行われる。復帰後リッチ制御では、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比が理論空燃比よりも僅かにリッチな復帰後リッチ空燃比（例えば、１４．５。第一空燃比）に設定される。これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比がリッチ空燃比になると共に、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が徐々に減少する。このとき、上流側排気浄化触媒２０にリッチ空燃比の排気ガスが流入せしめられても、上流側排気浄化触媒２０に吸蔵されている酸素と排気ガス中の未燃ガスとが反応するため、上流側排気浄化触媒２０から排出される排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比となる。このため、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比はほぼ理論空燃比に収束する。

　上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量の減少が続くと、ついには酸素吸蔵量がほぼゼロとなって、上流側排気浄化触媒２０から未燃ガスが流出する。これにより、時刻ｔ₄において、下流側空燃比センサ４１によって検出された排気空燃比が理論空燃比よりもリッチとなる。このように、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりも僅かにリッチである終了判定空燃比に達すると、復帰後リッチ制御が終了せしめられる。その後、通常の空燃比制御が開始され、図示した例では、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比は理論空燃比とされる。

　なお、復帰後リッチ制御の終了条件は必ずしも下流側空燃比センサ４１によってリッチ空燃比が検出された時でなくてもよく、例えば、燃料カット制御終了後、一定時間が経過した時等、他の条件で終了するようにされてもよい。

＜基本的な応答性劣化診断＞
　上述したように、空燃比センサ４０、４１に基づいて燃料噴射量を設定する場合には、空燃比センサ４０、４１に異常が生じて、空燃比センサ４０、４１の出力の精度が悪化してしまうと、燃料噴射量を最適に設定することができなくなる。その結果、排気エミッションの悪化や燃費の悪化を招いてしまう。このため、多くの内燃機関では、空燃比センサ４０、４１の異常を自己診断する診断装置が設けられている。

　ところで、このような空燃比センサ４０、４１の出力異常としては、応答性劣化が挙げられる。空燃比センサの応答性劣化は、例えば、センサ素子が被水することを防止するためのセンサカバー（保護層５５よりも外側に設けられたカバー）に設けられた通気孔がパティキュレート（ＰＭ）により部分的に塞がってしまうことより生じる。このような応答性劣化が生じたときにおける空燃比センサの推移の様子を、図６に示す。

　図６は、燃料カット制御の実行前後における、上流側出力空燃比及び下流側出力空燃比の図５と同様なタイムチャートである。図示した例では、時刻ｔ₁において燃料カット制御が開始されると共に、時刻ｔ₃において燃料カット制御が終了せしめられる。燃料カット制御が終了せしめられると、復帰後リッチ制御により上流側排気浄化触媒２０にはリッチ空燃比の排気ガスが流入せしめられる。ただし、上流側排気浄化触媒２０には多量の酸素が吸蔵されているため、上流側排気浄化触媒２０に流入した排気ガス中の未燃ガスは上流側排気浄化触媒２０に吸蔵されていた酸素と反応して浄化される。この結果、上流側排気浄化触媒２０から排出される排気ガスの空燃比は理論空燃比となっている。

　下流側空燃比センサ４１に応答性劣化の異常が生じていない場合、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比は図６に実線Ａで示したように推移する。すなわち、燃料カット制御の終了後、機関本体１から下流側空燃比センサ４１まで距離があるため、燃料カット制御の終了から僅かに遅れて、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が低下し始める。また、このとき上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比となっているため、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比もほぼ理論空燃比に収束する。

　一方、下流側空燃比センサ４１に応答性劣化の異常が生じている場合、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比は図６に破線Ｂで示したように推移する。すなわち、下流側空燃比センサ４１に応答性劣化が生じていない場合（実線Ａ）に比べて、出力空燃比の低下速度が遅くなる。このように、下流側空燃比センサ４１の応答性劣化の有無に応じて、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の低下速度が変化する。このため、この低下速度を算出することにより、下流側空燃比センサ４１の応答性劣化の有無を診断することができる。特に、このような応答性劣化の診断は、排気空燃比が１８程度と１７程度との間の領域の低下速度に基づいて行うのが好ましい。

　そこで、本発明の第一実施形態では、燃料カット制御の終了後、復帰後リッチ制御の実行中に、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が１８程度と１７程度との間の所定の空燃比領域Ｘ（以下、「判定用空燃比領域」という）内を通過するときの出力空燃比の変化速度（以下、「判定用空燃比変化速度」という）を算出する。特に、本実施形態では、出力空燃比が判定用空燃比領域の上限空燃比（すなわち、１８）から下限空燃比（すなわち、１７）まで変化する時間ΔＴが判定用空燃比変化速度を表すパラメータとして用いられる。この判定用空燃比変化時間ΔＴは長くなるほど、判定用空燃比変化速度が遅くなることを意味する。なお、図１中の判定用空燃比変化時間ΔＴは、実線Ａについての判定用空燃比変化速度を表すパラメータである。

　そして、本実施形態では、このようにして算出された判定用空燃比変化時間ΔＴに基づいて、下流側空燃比センサ４１の異常診断が行われる。具体的には、判定用空燃比変化時間ΔＴが、異常基準変化時間よりも長い場合、すなわち判定用空燃比変化速度が異常基準変化速度よりも遅い場合には、下流側空燃比センサ４１に応答性劣化の異常が発生していると判定する。

　なお、異常基準変化時間は、例えば、下流側空燃比センサ４１に応答性劣化が生じていないときに判定用空燃比領域Ｘ内における変化時間が取り得る最低時間よりも僅かに長い時間とされる。そして、異常基準変化時間は、予め定められた値であってもよいし、復帰後リッチ制御中における機関回転数や機関負荷等の運転パラメータに応じて変化する値であってもよい。

　逆に、判定用空燃比変化時間ΔＴが異常基準変化時間よりも短い場合には、すなわち修正空燃比変化速度が異常基準変化速度よりも速い場合には、下流側空燃比センサ４１に応答性劣化の異常は発生しておらず、下流側空燃比センサ４１は正常であると判定する。

　本実施形態の診断装置によれば、燃料カット制御が行われている状態、すなわち下流側空燃比センサ４１周りを通過する排気ガスの空燃比が極めて高い（リーン度合いが極めて高い）状態から、下流側空燃比センサ４１周りを通過する排気ガスの空燃比が理論空燃比に変化するときに異常診断が行われる。このように、下流側空燃比センサ４１周りを通過する排気ガスの空燃比が大きく変化するときに異常診断が行われることにより、下流側空燃比センサ４１のノイズの影響を低減させることができ、異常診断における診断精度を高めることができる。

　また、燃料カット制御が行われると、下流側空燃比センサ４１周りを通過する排気ガスの空燃比は極めて高い空燃比に維持される。このため、燃料カット制御終了後に異常診断を行うにあたって異常診断前の空燃比の変動の影響を排除することができる。また、燃料カット制御中に上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は基本的に上限吸蔵量に達しているため、異常診断において酸素吸蔵量の影響も排除することができる。このため、本実施形態の診断装置によれば、下流側空燃比センサ４１の異常診断を高い精度で行うことができる。そして、本実施形態の診断装置によれば、異常診断前の空燃比の変動や上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量を考慮して異常診断を禁止する必要はなく、異常診断が必要とされるときには必ず異常診断を行うことができる。

　なお、本実施形態では、診断装置により下流側空燃比センサ４１に異常があると判定された場合には、内燃機関を搭載した車両において警告灯が点灯するように構成される。

　また、上記実施形態では、判定用空燃比変化時間ΔＴに基づいて異常診断を行っている。しかしながら、判定用空燃比変化時間ΔＴの代わりに、判定用空燃比領域Ｘの上限空燃比から下限空燃比を減算した値を判定用空燃比変化時間で除算した空燃比変化速度Ｖ₁等を用いてもよい。

　或いは、判定用空燃比変化時間ΔＴの代わりに、出力空燃比が判定用空燃比領域の上限空燃比から下限空燃比まで変化する間に下流側空燃比センサ４１を通過した排気ガス量の積算値を用いても良い。この排気ガス量の積算値は、エアフロメータ３９の出力値から推定するようにしてもよいし、機関負荷及び機関回転数から推定するようにしてもよい。

　さらに、上記実施形態では、機関始動後、機関停止するまでに異常診断は一回のみしか行われていない。しかしながら、機関始動後、機関停止するまでに異常診断を複数回行うようにしてもよい。また、上記実施形態では、一回の異常診断において判定用空燃比変化時間ΔＴが異常基準変化時間よりも長い場合に、上流側排気浄化触媒２０に異常があると診断している。しかしながら、二回の異常診断において連続して判定用空燃比変化時間ΔＴが異常基準変化時間よりも長いと判定された場合に、上流側排気浄化触媒２０に異常があると診断するようにしてもよい。この場合、例えば、異常診断により、１回、判定用空燃比変化時間ΔＴが異常基準変化時間よりも長いと判定された場合であっても、その後の異常診断において判定用空燃比変化時間ΔＴが異常基準変化時間よりも短いと判定された場合には下流側空燃比センサ４１は正常であると診断される。

＜判定用空燃比領域＞
　ところで、判定用空燃比領域を上限空燃比とこれよりもリッチ側の下限空燃比との間の領域とすると、上述した例では、上限空燃比を１８、下限空燃比を１７としている。しかしながら、判定用空燃比領域は必ずしもこれらの間の領域でなくてもよい。

　ここで、判定用空燃比領域は、基本的に、下流側空燃比センサ４１に応答性劣化が生じたときにその出力空燃比の変化速度が変化する領域であることが必要である。したがって、判定用上限空燃比は、燃料カット制御により上流側排気浄化触媒２０から空気が排出されているときの出力空燃比よりも低いことが必要である。

　加えて、下流側空燃比センサ４１として上述したように限界電流式空燃比センサを用いたときには、上限空燃比は、下流側空燃比センサ４１が限界電流を発生させ得る空燃比であることが必要である。例えば、図３に示した例では、下流側空燃比センサ４１における印加電圧を０．４Ｖとしたときには、排気空燃比が１８程度であれば限界電流が出力されるが、排気空燃比がそれ以上になると限界電流は出力されない。このように限界電流が出力されなくなると、実際の空燃比に対する出力電流の精度が悪化するため、空燃比の検出精度が低下する。そこで、上限空燃比は、下流側空燃比センサ４１が限界電流を発生させ得る空燃比とされ、図３に示したＶ－Ｉ特性を有する空燃比センサでは１８以下とされる。

　また、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチになるタイミングは、上流側排気浄化触媒２０が吸蔵可能な酸素量（最大酸素吸蔵量）に応じて変化する。したがって、下限空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定すると、下流側空燃比センサ４１の応答性劣化が同程度であっても、上流側排気浄化触媒２０の最大酸素吸蔵量に応じて変化する。したがって、下限空燃比は理論空燃比以上であることが必要である。このため、判定用空燃比領域は、理論空燃比以上の一部の空燃比領域であるといえる。なお、例えば、下限空燃比を理論空燃比とした場合には、判定用空燃比変化時間ΔＴは図７に示したような時間となる。ただし、下限空燃比は理論空燃比よりもリーンであることが好ましい。

　加えて、下流側空燃比センサ４１として上述したように限界電流式空燃比センサを用いたときには、下限空燃比も、下流側空燃比センサ４１が限界電流を発生させ得る空燃比であることが必要である。したがって、図３に示したＶ－Ｉ特性を有する空燃比センサでは、１２以上とされる。なお、上限空燃比及び下限空燃比のいずれも下流側空燃比センサ４１が限界電流を発生させ得る空燃比であることが必要である点を考慮すると、判定用空燃比領域は下流側空燃比センサ４１が限界電流を発生させる空燃比領域内の領域であるといえる。

　以上より、判定用空燃比領域を上限空燃比及び下限空燃比との間の領域とすると、上述した例では、上限空燃比を１８、下限空燃比を１７としている。

＜フローチャート＞
　図８は、変化時間算出制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。

　まず、ステップＳ１１において、内燃機関の始動後（或いは、内燃機関を搭載した車両のイグニッションキーをＯＮにした後）、異常診断が未だ実行されていないか否かが判定される。異常診断が既に終了している場合には異常診断のために変化時間を算出する必要がないため、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ１１において、異常診断が未了であると判定された場合にはステップＳ１２へと進む。

　次いで、ステップＳ１２において、現在、燃料カット制御中であるか否かが判定される。未だ燃料カット制御が行われていないときには、ステップＳ１３へと進む。ステップＳ１３では、条件成立フラグが１であるか否かが判定される。条件成立フラグは、変化時間算出の実行条件が成立したときに１とされ、成立していないときに０とされるフラグである。未だ燃料カット制御が行われていないときには、変化時間算出の実行条件は成立していないため、制御ルーチンが終了せしめられる。

　その後、燃料カット制御が行われると、ステップＳ１２からステップＳ１４へと進む。ステップＳ１４では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦが、判定用空燃比領域Ｘの上限空燃比Ｘｕｐ以上であるか否かが判定される。下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦが上限空燃比Ｘｕｐよりも低いと判定された場合には、判定用空燃比領域Ｘにおける変化時間の算出ができないため、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ１４において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦが上限空燃比Ｘｕｐ以上であると判定された場合にはステップＳ１５へと進む。ステップＳ１５では、条件成立フラグが１とされる。

　その後、燃料カット制御が終了せしめられると、ステップＳ１２から再びステップＳ１３へと進む。ステップＳ１３では、条件成立フラグが１であると判定され、変化時間の算出を行うべくステップＳ１６へと進む。ステップＳ１６では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦが、判定用空燃比領域Ｘの上限空燃比Ｘｕｐ以下であるか否かが判定される。ステップＳ１６において、出力空燃比ＡＦが上限空燃比Ｘｕｐよりも大きいと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。

　その後、出力空燃比ＡＦが上限空燃比Ｘｕｐ以下になると、次の制御ルーチンではステップＳ１６からＳ１７へと進む。ステップＳ１７では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦが判定用空燃比領域Ｘの下限空燃比Ｘｌｏｗ以上であるか否かが判定される。下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦが判定用空燃比領域Ｘ内にある間は、ステップＳ１７において出力空燃比ＡＦが下限空燃比Ｘｌｏｗ以上であると判定され、ステップＳ１８へと進む。ステップＳ１８では、暫定空燃比変化時間ΔＴ’に１が加算される。出力空燃比ＡＦが判定用空燃比領域Ｘ内にある間はステップＳ１８へ繰り返し進むため、この間、暫定空燃比変化時間ΔＴ’が増加せしめられる。その結果、ステップＳ１８では、出力空燃比ＡＦが判定用空燃比領域Ｘ内に進入してからの経過時間が算出されることになる。

　その後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦが下限空燃比Ｘｌｏｗよりも低くなると、次の制御ルーチンではステップＳ１７からステップＳ１９へと進む。ステップＳ１９では、このときの暫定空燃比変化時間ΔＴ’が判定用空燃比変化時間ΔＴとされる。次いで、ステップＳ２０では、算出完了フラグが１とされる。なお、算出完了フラグは、時間ΔＴの算出が完了するまでは０とされ、算出が完了すると１とされるフラグである。

　なお、上記制御ルーチンでは、異常診断が未了の場合及び燃料カット制御中の下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦが判定用空燃比領域Ｘの上限空燃比Ｘｕｐ以上である場合に判定用空燃比変化時間の算出を行っている。したがって、これらは、事実上、変化時間算出の実行条件として機能する。また、変化時間算出の実行条件はこれらに限定されるものではなく、例えば、燃料カット制御に出力空燃比ＡＦが上限空燃比Ｘｕｐ以上であるとの実行条件の代わりに、燃料カット制御の開始からの経過時間が所定の閾値以上であることや、燃料カット制御の開始からの吸入空気量積算値が所定の閾値以上であることを実行条件としてもよい。また、判定用空燃比変化時間の算出が行われない限り、下流側空燃比センサ４１の異常診断も行われないことから、上述した変化時間算出の実行条件は、異常診断の実行条件であるということもできる。

　図９は、異常診断制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。異常診断制御では、図８に示した変化時間算出制御によって算出された判定用空燃比変化時間ΔＴが利用される。

　図９に示したように、まずステップＳ３１では、異常診断が未了であるか否かが判定される。異常診断が既に終了している場合には、異常診断を再度する必要がないため、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ３１において、異常診断が未了であると判定された場合にはステップＳ３２へと進む。

　ステップＳ３２では、算出完了フラグが１であるか否かが判定される。図８のステップＳ２０により、算出完了フラグが１にセットされるまでは、算出完了フラグが１ではないとして制御ルーチンが終了せしめられる。一方、算出完了フラグが１にセットされると、ステップＳ３３へと進む。

　ステップＳ３３では、判定用空燃比変化時間ΔＴが異常基準変化時間ΔＴｒｅｆ以上であるか否かが判定される。判定用空燃比変化時間ΔＴが異常基準変化時間ΔＴｒｅｆ以上であると判定された場合には、ステップＳ３４へと進み、下流側空燃比センサ４１に応答性劣化の異常が発生していると判定される。一方、判定用空燃比変化時間ΔＴ₁が異常基準変化時間ΔＴｒｅｆよりも小さいと判定された場合には、ステップＳ３５へと進み、下流側空燃比センサ４１には応答性劣化の異常は生じておらず、正常であると判定される。

　なお、図８及び図９に示した制御ルーチンにおける条件成立フラグ及び算出完了フラグは、例えば、内燃機関を搭載した車両のイグニッションキーがＯＦＦにされた時等に０にリセットされる。

＜第二実施形態＞
　次に、図１０を参照して、本発明の第二実施形態に係る診断装置について説明する。第二実施形態に係る診断装置は、基本的に第一実施形態に係る診断装置と同様に構成される。しかしながら、第一実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の変化速度（変化時間）に基づいて異常診断が行われているのに対して、第二実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の積算値（積分値）に基づいて異常診断が行われる。

　下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の応答性劣化の有無については、出力空燃比の積算値も、空燃比変化速度と同様な傾向を示す。この様子を、図１０に示す。

　図１０は、図６と同様なタイムチャートである。図１０のＩ_Aは、下流側空燃比センサ４１に応答性劣化が生じていない場合（実線Ａ）に、出力空燃比が初めて判定用空燃比領域Ｘ内を通過するときの出力空燃比の積算値である。また、図１０のＩ_Bは、下流側空燃比センサ４１に応答性劣化が生じている場合（実線Ｂ）に、出力空燃比が初めて判定用空燃比領域Ｘ内を通過するときの出力空燃比の積算値である。

　これら積算値Ｉ_A、Ｉ_Bを比較すると、積算値Ｉ_Bは積算値Ｉ_Aよりも大きい。したがって、下流側空燃比センサ４１に応答性劣化が生じると、判定用空燃比領域Ｘ内を通過するときの出力空燃比の積算値（以下、「判定用空燃比積算値」という）は大きくなることがわかる。したがって、判定用空燃比積算値も、下流側空燃比センサ４１の応答性劣化の有無に応じて、判定用空燃比変化速度と同様な傾向を示すことがわかる。

　そこで、本実施形態では、判定用空燃比積算値に基づいて下流側空燃比センサ４１の異常診断が行われる。具体的には、判定用空燃比積算値が、異常基準積算値以上である場合には下流側空燃比センサ４１に応答性劣化の異常が発生していると判定する。逆に、判定小空燃比積算値が、異常基準積算値よりも小さい場合には下流側空燃比センサ４１には応答性劣化の異常が発生していないと判定する。これにより、本実施形態の診断装置によっても、第一実施形態の診断装置と同様に、下流側空燃比センサ４１の異常診断を高い精度で行うことができる。

　上述した第一実施形態と第二実施形態をまとめて表現すると、本発明によれば、燃料カット制御終了後、下流側空燃比センサ４１から出力される出力空燃比が理論空燃比以上の一部の空燃比領域を最初に通過するときの出力空燃比に基づいて空燃比変化特性を算出し、この空燃比変化特性に基づいて下流側空燃比センサ４１の異常診断が行われるといえる。空燃比変化特性は、出力空燃比が所定量変化する間に他のパラメータが変化する程度、又は出力空燃比以外のパラメータが所定量変化する間に出力空燃比が変化する程度を意味する。空燃比変化特性としては、具体的には、上述した実施形態では判定用空燃比変化時間（空燃比変化速度）、空燃比積算値、出力空燃比が判定用空燃比領域の上限空燃比から下限空燃比まで変化する間に下流側空燃比センサ４１を通過した排気ガス量の積算値等が挙げられる。

＜第三実施形態＞
　次に、図１１を参照して、本発明の第三実施形態に係る診断装置について説明する。第三実施形態に係る診断装置は、基本的に第一実施形態及び第二実施形態に係る診断装置と同様に構成される。しかしながら、第一実施形態及び第二実施形態では、燃料カット制御終了後、目標空燃比が理論空燃比よりもリッチな復帰後リッチ空燃比とされていたが、第三実施形態では、燃料カット制御終了後、目標空燃比は復帰後リッチ空燃比とされる前に理論空燃比（第二空燃比）とされる。

＜応答性劣化診断における課題＞
　ところで、燃料カット制御終了後の下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の推移は、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いに応じても変化する。例えば、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが高くて、その酸素吸蔵能力が低下している場合には、燃料カット制御中においても上流側排気浄化触媒２０にはほとんど酸素が吸蔵されない。このため、燃料カット制御が終了して上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比にされると、これに伴って、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比も急激に低下する。

　図１１は、燃料カット制御の実行前後における、上流側出力空燃比及び下流側出力空燃比の図６と同様なタイムチャートである。図１１の一点鎖線Ｃは、下流側空燃比センサ４１に応答性劣化が生じておらず且つ上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが高い場合の出力空燃比の推移を表している。図１１の実線Ａと一点鎖線Ｃとの比較からもわかるように、燃料カット制御の終了後においては、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の低下速度は、上流側排気浄化触媒２０に劣化が生じていない場合に比べて速くなる。

　一方、下流側空燃比センサ４１に応答性劣化が生じており且つ上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが高い場合には、応答性劣化に伴う出力空燃比の低下速度の低下と、上流側排気浄化触媒２０の劣化に伴う出力空燃比の低下速度の増大とが合わさる。この結果、斯かる場合には、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比は、図１１中に二点鎖線Ｄで示したように、排気空燃比が１８程度と１７程度との間の領域において、実線Ａの場合（下流側空燃比センサ４１に応答性劣化が生じておらず且つ上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが低い場合）における出力空燃比と同様に推移する。

　このため、上述したように出力空燃比の低下速度に基づいて応答性劣化を診断していると、図１１中に二点鎖線Ｄで示したような場合には、下流側空燃比センサ４１に応答性劣化の異常が生じているにもかかわらず、異常判定することができない。

＜本発明における異常診断の原理＞
　そこで、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の異常診断を行うときには、燃料カット制御の終了後に、すぐに復帰後リッチ制御を行うのではなく、まず目標空燃比を理論空燃比にし、その後、異常診断の終了後に復帰後リッチ制御を行うようにしている。すなわち、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の異常診断を行うときには、燃料カット制御終了後、目標空燃比をまず理論空燃比に設定し、その後、異常診断の終了後に復帰後リッチ空燃比に設定するようにしている。一方、下流側空燃比センサ４１の異常診断を行わないときには、燃料カット制御の終了後すぐに復帰後リッチ制御が行われる。

　図１２は、本実施形態に基づいて目標空燃比の制御を行った際の下流側出力空燃比等のタイムチャートである（目標空燃比及び上流側出力空燃比については実線Ａに対応する場合のみを示している）。図１２においても、図６等と同様に、時刻ｔ₁において燃料カット制御が開始され、時刻ｔ₃にいて燃料カット制御が終了せしめられる。以下では、まず、実線Ａの場合（下流側空燃比センサ４１の応答性劣化の異常が生じておらず且つ上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが低い場合）を参照して、本実施形態における目標空燃比の制御について説明する。

　図１２に示したように、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の異常診断を行うときには、時刻ｔ₃において燃料カット制御が終了せしめられると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比が理論空燃比に設定される。これに伴って上流側空燃比センサ４０の出力空燃比が理論空燃比へと変化する。また、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比であるため、上流側排気浄化触媒２０では未燃ガスや酸素の反応は生じない。このため、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比も理論空燃比に向かって変化する。したがって、実線Ａで示した下流側空燃比センサ４１の出力空燃比も理論空燃比に向かって変化し、時刻ｔ₄までに判定用空燃比領域Ｘを通過する。

　時刻ｔ₄において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比は判定用空燃比領域Ｘを通過していることから、この時点で出力空燃比が判定用空燃比領域Ｘを通過するときの出力空燃比の変化速度を算出することができる。そこで、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が判定用空燃比領域Ｘを通過すると、目標空燃比が理論空燃比から復帰後リッチ空燃比に変更される。換言すると、本実施形態によれば、燃料カット制御終了後、目標空燃比が理論空燃比に設定されると共に、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が判定用空燃比領域Ｘの下限空燃比Ｘｌｏｗ（図示した例では１７）に到達すると、復帰後リッチ制御を行うべく、目標空燃比が復帰後リッチ空燃比に変更される。これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比はリッチ空燃比となる。

　図１２からわかるように、下流側空燃比センサ４１に応答性劣化の異常が生じておらず且つ上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが低い場合（図１２の実線Ａ）、燃料カット制御終了後の目標空燃比を上述したように制御すると、出力空燃比は図１１に示した実線Ａと同様に推移する。すなわち、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが低い場合には、目標空燃比がリッチ空燃比であっても、過剰な未燃ガスは上流側排気浄化触媒２０において酸化、除去されるため、結果的に下流側空燃比センサ４１に到達する排気ガスは理論空燃比となっている。したがって、燃料カット制御終了後に目標空燃比を理論空燃比に設定した場合であってもリッチ空燃比にした場合であっても、下流側空燃比センサ４１には同様な空燃比の排気ガスが流入することになる。この結果、燃料カット制御終了後に目標空燃比をリッチ空燃比にした場合も、本実施形態のように目標空燃比を理論空燃比に設定した場合も、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比は同様に推移する。

　同様に、下流側空燃比センサ４１に応答性劣化の異常が生じており且つ上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが低い場合（図１２の破線Ｂ）、燃料カット制御終了後の目標空燃比を上述したように制御すると、出力空燃比は図１１に示した破線Ｂと同様に推移する。これも、燃料カット制御終了後に目標空燃比を理論空燃比に設定した場合であってもリッチ空燃比にした場合であっても、下流側空燃比センサ４１には同様な空燃比の排気ガスが流入することによるものである。

　一方、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが高い場合、目標空燃比を上述したように設定すると、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比は燃料カット制御終了後に目標空燃比をリッチ空燃比に設定したときとは異なって推移する。図１２の一点鎖線Ｃは、下流側空燃比センサ４１に応答性劣化が生じておらず且つ上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが高い場合に、上記目標空燃比の制御を行ったときの出力空燃比の推移を表している。

　図１２からわかるように、時刻ｔ₃において燃料カット制御が終了せしめられてから出力空燃比が判定用空燃比領域Ｘを通過するまで、一点鎖線Ｃは実線Ａと同様に推移する。すなわち、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比である場合には、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いに関わらず、上流側排気浄化触媒２０では未燃ガスや酸素の反応や酸素の吸蔵・放出が行われない。このため、上流側排気浄化触媒２０に流入した理論空燃比の排気ガスは、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いに関わらず、そのまま上流側排気浄化触媒２０から流出する。この結果、出力空燃比が判定用空燃比領域Ｘを通過する間、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが高い場合でも、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比は劣化度合いが低い場合と同様に推移する。

　なお、上述したように、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が判定用空燃比領域Ｘの下限空燃比Ｘｌｏｗに到達すると、復帰後リッチ制御を行うべく、目標空燃比が復帰後リッチ空燃比に変更される。このため、図１２からわかるように、一点鎖線Ｃで示した場合には、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が下限空燃比Ｘｌｏｗよりも小さくなると、実線Ａで示した場合に対して、出力空燃比の低下速度が速くなる。

　また、図１２の二点鎖線Ｄは、下流側空燃比センサ４１に応答性劣化が生じており且つ上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが高い場合に、上記目標空燃比の制御を行ったときの出力空燃比の推移を表している。図１２からわかるように、時刻ｔ₃において燃料カット制御が終了せしめられてから出力空燃比が判定用空燃比領域Ｘを通過するまで、二点鎖線Ｄは破線Ｂと同様に推移する。これも、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比とした場合には、流入した排気ガスは上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いに関わらずそのまま上流側排気浄化触媒２０から流出するためである。なお、本実施形態においては、出力空燃比が下限空燃比Ｘｌｏｗに到達すると、目標空燃比が復帰後リッチ空燃比に変更される。このため、二点鎖線Ｄで示した場合においても、出力空燃比が下限空燃比Ｘｌｏｗよりも小さくなると、破線Ｂに示した場合に対して、出力空燃比の低下速度が速くなる。

　以上より、燃料カット制御終了後に目標空燃比を理論空燃比に設定することで、判定用空燃比領域Ｘにおける下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の変化速度から、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いの影響を低減することができる。このため、本実施形態によれば、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いに関わらず、判定用空燃比領域Ｘにおける下流側空燃比センサ４１の出力空燃比に基づいて、下流側空燃比センサ４１の応答性劣化の異常を正確に診断することができる。

　なお、上記実施形態では、燃料カット制御終了後、復帰後リッチ制御開始前に目標空燃比を理論空燃比にしている。しかしながら、このときの目標空燃比は必ずしも理論空燃比である必要はなく、理論空燃比とは異なる空燃比であってもよい。ただし、この場合、このときの目標空燃比は、復帰後リッチ制御時の空燃比（復帰後リッチ空燃比）よりもリーンであることが必要である。また、このときの目標空燃比は、理論空燃比以上であることが好ましい。

＜フローチャート＞
　図１３は、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比を設定する空燃比設定制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。ステップＳ４１～Ｓ４５は、図８のステップＳ１１～Ｓ１５と同様であるため、説明を省略する。ただし、ステップＳ４１～Ｓ４５からわかるように、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の異常診断が未だ実行されていないこと及び燃料カット制御中に下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が判定用空燃比領域Ｘの上限空燃比Ｘｕｐ以上になることを下流側空燃比センサ４１の異常診断を行う実行条件としている。なお、下流側空燃比センサ４１の異常診断を行う実行条件にはその他の条件が加わっても良い。

　図１３に示したフローチャートでは、燃料カット制御が終了せしめられると、ステップＳ４２からステップＳ４３へと進む。そして、ステップＳ４３において、条件成立フラグが１であると判定されると、ステップＳ４６へと進む。ステップＳ４６では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦが判定用空燃比領域Ｘの下限空燃比Ｘｌｏｗ以上であるか否かが判定される。ステップＳ４６において、出力空燃比ＡＦが下限空燃比Ｘｌｏｗ以上であると判定された場合、すなわち燃料カット制御終了後、出力空燃比ＡＦが判定用空燃比領域Ｘを通過していないと判定された場合には、ステップＳ４７へと進む。ステップＳ４７では、目標空燃比が理論空燃比とされ制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ４６において、出力空燃比ＡＦが下限空燃比Ｘｌｏｗよりも低いと判定された場合には、ステップＳ４８へと進む。ステップＳ４８では、復帰後リッチ制御が実行されて目標空燃比が復帰後リッチ空燃比とされ、制御ルーチンが終了せしめられる。

　なお、上記実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が判定用空燃比領域Ｘの下限空燃比Ｘｌｏｗ（図示した例では１７）に到達した時に、復帰後リッチ制御を行うべく、目標空燃比が復帰後リッチ空燃比に変更されている。しかしながら、目標空燃比を理論空燃比から復帰後リッチ空燃比に変更するタイミングは、必ずしも出力空燃比が下限空燃比Ｘｌｏｗに到達した時である必要はない。例えば、燃料カット制御が終了してからの経過時間が予め定められた時間経過した時、出力空燃比が下限空燃比Ｘｌｏｗよりも低い空燃比（例えば理論空燃比）に到達した時、燃料カット制御が終了してからの吸入空気量（燃焼室５に供給された空気量）やの積算値が予め定められた空気量に到達した時等、異なるタイミングであってもよい。ただし、いずれにせよ、目標空燃比を理論空燃比から復帰後リッチ空燃比に変更するタイミングは、燃料カット制御終了後、出力空燃比が下限空燃比Ｘｌｏｗに到達する時よりも遅い時期になるように設定される必要がある。

　また、上記実施形態では、下流側空燃比センサ４１の異常診断を実行するときにのみ燃料カット制御終了後、復帰後リッチ制御を行う前に目標空燃比を理論空燃比に設定している。具体的には、下流側空燃比センサ４１の異常診断の実行条件が成立した時（上述した例では、内燃機関の始動後異常診断が未了であり且つ燃料カット制御中に出力空燃比が上限空燃比Ｘｕｐ以上となった時）に復帰後リッチ制御を行う前に目標空燃比が理論空燃比に設定される。しかしながら、下流側空燃比センサ４１の異常診断実行の有無にかかわらず、燃料カット制御を実行したときには常に復帰後リッチ制御を行う前に目標空燃比を一時的に理論空燃比に設定するようにしてもよい。

＜第四実施形態＞
　次に、図１４を参照して、本発明の第四実施形態に係る診断装置について説明する。第四実施形態に係る診断装置は、基本的に第三実施形態に係る診断装置と同様に構成される。加えて、第四実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いを推定する触媒劣化度合い推定手段が設けられている。

　図１１からわかるように、下流側空燃比センサ４１は、下流側空燃比センサ４１における異常の有無に加えて、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いに応じて、その出力空燃比の推移が変化する。逆に言うと、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが低い場合には、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比は、下流側空燃比センサ４１における異常の有無に応じて変化することになる。したがってこの場合には、燃料カット制御終了後に目標空燃比を一時的に理論空燃比に設定する必要がないことになる。

　そこで、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いを推定するための触媒劣化度合い推定手段が設けられる。そして、触媒劣化度合い推定手段によって推定された劣化度合いが予め定められた基準劣化度合い以下である場合には、異常診断を行うときであっても燃料カット制御終了後すぐに復帰後リッチ制御が行われ、目標空燃比が復帰後リッチ空燃比とされる。一方、触媒劣化度合い推定手段によって推定された劣化度合いが予め定められた基準劣化度合いよりも高い場合には、異常診断を行うときには、上記第三実施形態と同様に、燃料カット制御終了後、目標空燃比が理論空燃比とされる。

　ここで、燃料カット制御終了後は、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が多いため、そのままの状態にすると排気ガス中のＮＯｘを浄化しにくく、排気エミッションの悪化を招く可能性がある。本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが低いときには、燃料カット制御終了後すぐに目標空燃比がリッチ空燃比に設定されるため、排気エミッションの悪化を抑制することができる。

　なお、触媒劣化度合い推定手段は、例えば、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いとして上流側排気浄化触媒２０に吸蔵可能な酸素量を推定する。具体的な推定方法としては、まず上流側排気浄化触媒２０からリッチ空燃比の排気ガスが流出するまで目標空燃比をリッチ空燃比に維持する。その後、上流側排気浄化触媒２０からリッチ空燃比の排気ガスが流出すると、上流側排気浄化触媒２０からリーン空燃比の排気ガスが流出するまで目標空燃比をリーン空燃比に維持する。そして、上流側排気浄化触媒２０からリッチ空燃比の排気ガスが流出してから、リーン空燃比の排気ガスが流出するまでに上流側排気浄化触媒２０に流入した酸素量を、エアフロメータ３９の出力及び上流側空燃比センサ４０の出力等に基づいて推定する。このようにして推定された酸素量は、上流側排気浄化触媒２０に吸蔵可能な酸素量を表している。

　そして、上流側排気浄化触媒２０に吸蔵可能な酸素量の推定値が予め定められた閾値以上であるときには上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが基準劣化度合い以下であると判定され、異常診断を行うときであっても燃料カット制御終了後すぐに目標空燃比がリッチ空燃比に設定される。一方、上流側排気浄化触媒２０に吸蔵可能な酸素量の推定値が予め定められた閾値よりも少ないときには上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが基準劣化度合いよりも高いと判定され、異常診断を行うときには燃料カット制御終了後、目標空燃比が理論空燃比に設定される。

＜フローチャート＞
　図１４は、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比を設定する空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。ステップＳ５１～Ｓ５５、Ｓ５７～Ｓ５９は、それぞれ、図１３のステップＳ４１～Ｓ４８と同様であるため、説明を省略する。

　図１４に示したフローチャートでは、燃料カット制御が終了せしめられると、ステップＳ５２からステップＳ５３へと進む。そして、ステップＳ５３において、条件成立フラグが１であると判定されると、ステップＳ５６へと進む。ステップＳ５６では、触媒劣化度合い推定手段によって推定された吸蔵可能な酸素量の推定値Ｃが予め定められた閾値Ｃｒｅｆよりも小さいか否か、すなわち、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが高いか否かが判定される。ステップＳ５６において、吸蔵可能な酸素量の推定値Ｃが予め定められた閾値Ｃｒｅｆ以上であると判定された場合、すなわち上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが低いと判定された場合には、ステップＳ５９へと進み、復帰後リッチ制御が行われる。一方、ステップＳ５６において、吸蔵可能な酸素量の推定値Ｃが予め定められた閾値Ｃｒｅｆよりも小さいと判定された場合にはステップＳ５７へと進む。ステップＳ５７では、図１３のステップＳ４６と同様に、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦが判定用空燃比領域Ｘの下限空燃比Ｘｌｏｗ以上であるか否かが判定される。

＜第五実施形態＞
　次に、図１５を参照して、本発明の第五実施形態に係る診断装置について説明する。第五実施形態に係る診断装置は、基本的に第三実施形態及び第四実施形態に係る診断装置と同様に構成される。加えて、第五実施形態では、燃料カット制御終了後に目標空燃比を一時的に理論空燃比に設定したか否かに応じて、復帰後リッチ制御における目標空燃比を変更するようにしている。

　上記第三実施形態及び第四実施形態では、下流側空燃比センサ４１の異常診断を行う際には、燃料カット制御終了後に目標空燃比を一時的に理論空燃比に設定する場合がある。この場合、復帰後リッチ制御の開始が遅れ、その分、燃料カット制御時に上流側排気浄化触媒２０に吸蔵された酸素を放出、還元させるのが遅れる。

　そこで、本実施形態では、燃料カット制御終了後に目標空燃比を一時的に理論空燃比に設定した場合には、復帰後リッチ制御における目標空燃比を、通常時の空燃比（上述した復帰後リッチ空燃比）よりもリッチな空燃比に設定するようにしている。これにより、燃料カット制御終了後に目標空燃比を一時的に理論空燃比に設定した場合であっても、燃料カット制御中に上流側排気浄化触媒２０に吸蔵された酸素を迅速に放出、還元させることができるようになる。なお、上述した「通常時の空燃比よりもリッチな空燃比」は、予め定められた値であってもよいし、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合い等に応じて変化する値であってもよい。

＜フローチャート＞
　図１５は、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比を設定する空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。ステップＳ６１～Ｓ６８は、それぞれ、図１４のステップＳ５１～Ｓ５８と同様であるため、説明を省略する。

　図１５に示したフローチャートでは、ステップＳ６７において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦが下限空燃比Ｘｌｏｗ以上であると判定された場合、すなわち、燃料カット制御終了後、出力空燃比ＡＦが判定用空燃比領域Ｘを通過していないと判定された場合には、ステップＳ６８へと進み、目標空燃比が理論空燃比に設定される。その後、ステップＳ６９では、理論空燃比切替フラグが１とされ、制御ルーチンが終了せしめられる。理論空燃比切替フラグは、燃料カット制御終了後、復帰後リッチ制御の開始前に目標空燃比が一時的に理論空燃比にされたことがある場合に１とされ、それ以外の場合には０とされるフラグである。

　一方、ステップＳ６６において、触媒劣化度合い推定手段によって推定された吸蔵可能な酸素量の推定値Ｃが予め定められた閾値Ｃｒｅｆ以上であると判定された場合、又はステップＳ６７において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦが下限空燃比Ｘｌｏｗよりも低いと判定された場合には、ステップＳ７０へと進む。ステップＳ７０では、理論空燃比切替フラグが１であるか否か、すなわち燃料カット制御終了後、復帰後リッチ制御の開始前に目標空燃比が一時的に理論空燃比にされたか否かが判定される。理論空燃比切替フラグが１であると判定された場合には、ステップＳ７１へと進む。ステップＳ７１では、復帰後リッチ制御時の目標空燃比が、復帰後リッチ空燃比（ＡＦｔｒｇｎｏｒ）よりもリッチな空燃比（ＡＦｔｒｇｌｏｗ）に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ７０において、理論空燃比切替フラグが１ではないと判定された場合には、ステップＳ７２へと進む。ステップＳ７２では、復帰後リッチ制御時の目標空燃比が通常の復帰後リッチ空燃比（ＡＦｔｒｇｎｏｒ）に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

　１　　機関本体
　５　　燃焼室
　６　　吸気弁
　８　　排気弁
　１１　　燃料噴射弁
　１９　　排気マニホルド
　２０　　上流側排気浄化触媒
　２１　　上流側ケーシング
　２３　　下流側ケーシング
　２４　　下流側排気浄化触媒
　３１　　電子制御ユニット（ＥＣＵ）
　４０　　上流側空燃比センサ
　４１　　下流側空燃比センサ

Claims

　内燃機関の排気通路に配置されると共に流入する排気ガス中の酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に前記排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサとを具備し、燃焼室への燃料供給を停止又は減量する燃料カット制御を実行する内燃機関の診断装置において、
　前記燃料カット制御の終了後、前記空燃比センサから出力される出力空燃比が理論空燃比以上の一部の空燃比領域を最初に通過するときの該出力空燃比に基づいて、空燃比変化特性を算出し、該空燃比変化特性に基づいて前記空燃比センサの異常を診断する、内燃機関の診断装置。
　前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御手段を更に具備し、
　前記目標空燃比は、燃料カット制御の終了後に理論空燃比よりもリッチである第一空燃比に設定され、
　前記空燃比センサの異常診断を行うときには、前記目標空燃比は、前記燃料カット制御の終了後に、前記第一空燃比に設定される前に、前記第一空燃比よりもリーンである第二空燃比に設定される、請求項１に記載の内燃機関の診断装置。
　前記空燃比センサの異常診断を行わないときには、前記目標空燃比は前記燃料カット制御の終了後すぐに第一空燃比に設定される、請求項２に記載の内燃機関の診断装置。
　内燃機関の始動後既に前記空燃比センサの異常診断が完了しているときには前記空燃比センサの異常診断は行われない、請求項３に記載の内燃機関の診断装置。
　前記第二空燃比は、理論空燃比である、請求項２～４のいずれか１項に記載の内燃機関の診断装置。
　前記燃料カット制御の終了後に前記目標空燃比を第二空燃比に設定したときには、前記空燃比センサの異常診断が完了した時以降に前記目標空燃比が第二空燃比から第一空燃比に変更せしめられる、請求項２～５のいずれか１項に記載の内燃機関の診断装置。
　前記排気浄化触媒の劣化度合いを推定する触媒劣化度合い推定手段を更に具備し、
　前記触媒劣化度合い推定手段によって検出された触媒劣化度合いが予め定められた基準劣化度合い以下である場合には、前記空燃比センサの異常診断を行うときであっても、前記目標空燃比は、前記燃料カット制御の終了後すぐに第一空燃比に設定される、請求項２～６のいずれか１項に記載の内燃機関の診断装置。
　前記第一空燃比は、前記目標空燃比を第一空燃比に設定する前に第二空燃比に設定されたときには、第一空燃比に設定する前に第二空燃比に設定されないときに比べて、リッチな空燃比とされる、請求項２～７のいずれか１項に記載の内燃機関の診断装置。
　前記空燃比センサは、該空燃比センサを通過する排気ガスの空燃比が所定空燃比領域内にあるときに限界電流を出力する限界電流式空燃比センサであり、前記空燃比領域は、前記空燃比センサが限界電流を発生させる前記所定空燃比領域内である、請求項１～８のいずれか１項に記載の内燃機関の診断装置。
　前記空燃比変化特性は、前記空燃比センサの出力空燃比が前記空燃比領域を最初に通過するときの空燃比変化速度であり、
　前記空燃比センサの異常診断においては、前記空燃比変化速度が異常基準変化速度よりも遅い場合には前記空燃比センサに異常があると判定され、前記空燃比変化速度が異常基準変化速度よりも速い場合には前記空燃比センサは正常であると判定される、請求項１～９のいずれか１項に記載の内燃機関の診断装置。
　前記空燃比変化特性は、前記空燃比センサの出力空燃比が前記空燃比領域内にあるときの該出力空燃比を積算した空燃比積算値であり、
　前記空燃比センサの異常診断においては、前記空燃比積算値が異常基準積算値以上である場合には前記空燃比センサに異常があると判定され、前記空燃比積算値が異常基準積算値よりも小さい場合には前記空燃比センサは正常であると判定される、請求項１～９のいずれか１項に記載の内燃機関の診断装置。
　前記空燃比センサの異常診断において、前記空燃比センサに異常があると判定されたときには、警告灯が点灯せしめられる、請求項１～１１のいずれか１項に記載の内燃機関の診断装置。