WO2018150838A1

WO2018150838A1 - 空燃比センサの異常判定装置

Info

Publication number: WO2018150838A1
Application number: PCT/JP2018/002254
Authority: WO
Inventors: 岡本　明浩
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2017-02-14
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2018-08-23
Also published as: JP2018131943A

Abstract

マイコン（６１）は、空燃比センサ（５２）に適用される。マイコン（６１）は、排気管（１２）に設けられた空燃比センサ（５２）から出力されるセンサ出力値を取得し、センサ出力値と所定の異常判定値との比較に基づいて、空燃比センサ（５２）における異常の有無を判定する。そして、空燃比センサ（５２）の異常の判定に用いられる異常判定値は、排気通路（１２）内において空燃比センサ（５２）の位置での圧力に応じた値に設定されている。

Description

空燃比センサの異常判定装置

関連出願の相互参照

　本出願は、２０１７年２月１４日に出願された日本出願番号２０１７－０２５１１９号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、空燃比センサの異常判定装置に関するものである。

　従来、内燃機関の排気管に空燃比センサを設け、その空燃比センサにより混合気の空燃比を検出する構成が実用化されている。また、空燃比センサの異常判定を実施する技術が各種提案されており、例えば特許文献１に記載の技術では、空燃比センサが活性状態である時に、空燃比センサの出力電流が流れる検出抵抗の両端の電圧に基づいて、空燃比センサ系の異常の有無を判定するようにしている。

　また、空燃比センサは、一般に固体電解質層よりなる素子部の一対の電極間に所定電圧が印加された状態で、排気中のガス濃度に応じてセンサ電流を出力するものであり、空燃比の検出特性として、センサ電流と空燃比とに所定の相関関係を有している。この点において、想定される空燃比範囲内のセンサ電流の大きさに応じて異常判定値を定めておき、その異常判定値とセンサ電流との比較により、空燃比センサの異常の有無を判定する技術も知られている。

特開平１１－１０７８３０号公報

　ところで、空燃比センサから出力されるセンサ電流は、排気管内の圧力の影響を受ける。そのため、例えば排気管内の圧力が上昇することに起因してセンサ電流が大きくなっている場合には、空燃比センサが正常であってもセンサ電流が異常判定値を超え、これに伴い空燃比センサの異常が誤判定されるおそれが生じる。こうした事情から、空燃比センサの異常判定に関して改善の余地があると考えられる。

　本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、空燃比センサの異常判定の精度を向上させることができる空燃比センサの異常判定装置を提供することにある。

　本開示は、内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関の燃焼室内で燃焼される混合気の空燃比を検出する空燃比センサに適用される異常判定装置であって、前記空燃比センサから出力されるセンサ出力値を取得する出力値取得部と、前記センサ出力値と所定の異常判定値との比較に基づいて、前記空燃比センサにおける異常の有無を判定する異常判定部と、を備え、前記異常判定値は、前記排気通路内において前記空燃比センサの位置での圧力に応じた値に設定されている。

　内燃機関の排気通路内においては種々の要因により圧力が変化し、その圧力変化の影響により空燃比センサの出力値が変化する。この点を考慮し、異常判定値を、排気通路内において空燃比センサの位置での圧力に応じた値に設定する構成とした。これにより、排気通路内の圧力に起因して正常な空燃比センサが異常であると誤判定されるといった不都合を抑制できる。その結果、空燃比センサの異常判定の精度を向上させることができる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、エンジン制御システムの概略を示す構成図であり、図２は、センサ制御回路の構成の一部を示す回路図であり、図３は、Ａ／Ｆセンサの検出特性を示す図であり、図４は、Ａ／Ｆセンサの検出特性を示す図であり、図５は、Ａ／Ｄ変換部の入／出力特性を示す図であり、図６は、Ａ／Ｆセンサの異常判定に関する処理手順を示すフローチャートであり、図７は、Ａ／Ｆセンサの異常判定について具体的に説明するためのタイムチャートであり、図８は、Ａ／Ｆセンサの異常判定に関する処理手順を示すフローチャートであり、図９は、排気管内の圧力と異常判定値との関係を示す図である。

　以下、本実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態は、内燃機関である車載多気筒ガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものである。

　図１に示すエンジン１０において、吸気管１１には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１５によって開度調節される空気量調整手段としてのスロットル弁１４が設けられている。スロットルアクチュエータ１５には、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサが内蔵されている。スロットル弁１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６にはスロットル下流側の吸気圧を検出する吸気圧センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されている。

　エンジン本体２１には、燃焼室２２内に燃料を直接噴射する直噴式の燃料噴射弁２３が設けられるとともに、燃焼室２２内において燃料着火用の点火火花を生じさせる点火プラグ２４が設けられている。エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気弁３１及び排気弁３２が設けられている。吸気弁３１の開弁動作により空気が燃焼室２２内に導入され、排気弁３２の開弁動作により燃焼後の排気が排気管１２に排出される。

　吸気管１１と排気管１２との間にはターボチャージャ４０が配設されている。ターボチャージャ４０は、吸気管１１に設けられた吸気コンプレッサ４１と、排気管１２に設けられた排気タービン４２とを有し、それらが回転軸４３にて連結されている。排気タービン４２を挟んで排気管１２の上流部と下流部とを接続するバイパス通路４６には、過給状態を調整するためのウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）４７が設けられている。ターボチャージャ４０では、排気タービン４２に供給される排気によって排気タービン４２が回転し、その回転力が回転軸４３を介して吸気コンプレッサ４１に伝達される。そして、吸気コンプレッサ４１により、吸気管１１内を流れる吸入空気が圧縮されて過給が行われる。ターボチャージャ４０にて過給された空気は、インタークーラ４８において冷却水により冷却された後、その下流側に給送される。

　排気管１２においてターボチャージャ４０の下流側には、排気を浄化するフィルタ５１が設けられるとともに、その上流側に、排気管１２内の所定ガス成分の濃度に応じて空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するＡ／Ｆセンサ５２が設けられている。フィルタ５１は、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する連続再生式のＰＭ除去用フィルタである。フィルタ５１を構成する担体のセル表面には三元触媒又は酸化触媒等の触媒が担持されている。触媒においては、所定の活性温度に昇温された状態で排気中の有害成分が浄化される。なお、触媒とＰＭ除去用フィルタとが別体に設けられる構成であってもよい。触媒とＰＭ除去用フィルタとを別体にする場合には、触媒が排気管１２においてターボチャージャ４０の上流側に設けられる構成であってもよい。

　Ａ／Ｆセンサ５２は、排気を検出対象として混合気の空燃比を検出するための空燃比センサである。Ａ／Ｆセンサ５２は、ジルコニア（ＺｒＯ2）等の固体電解質層や拡散抵抗層を積層してなる積層型（又はコップ型）の素子部を有するものであり、その素子部に設けた一対の電極（詳しくは、固体電解質層を挟んで両側に設けた一対の電極）に所定電圧が印加された状態で、排気中のリーン成分（Ｏ2）やリッチ成分（ＨＣ，ＣＯ）の濃度に応じて一対の電極間に素子電流を流すものとなっている。なお図示は略すが、Ａ／Ｆセンサ５２には、素子部を所定の活性状態に保持するためのヒータが一体で設けられている。

　エンジン運転状態等を検出する各種センサとして、エンジン本体２１には、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ３４と、エンジン１０の回転に伴い所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力する回転センサ３５とが取り付けられている。またその他に、本システムには、吸気管１１においてターボチャージャ４０の上流側で吸入空気量を検出するエアフロメータ３６や、大気圧を検出する大気圧センサ３７が設けられている。

　本制御システムは、エンジン制御の中枢をなすＥＣＵ６０（電子制御装置）を備えており、そのＥＣＵ６０によりエンジン１０の運転に関する各種制御が実施される。すなわち、ＥＣＵ６０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイコン６１を主体として構成されており、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムをマイコン６１が実施することで、エンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を行う。例えば、マイコン６１は、エンジン回転速度及びエンジン負荷（吸入空気量や吸気管圧力）に基づいて、燃料噴射量制御や点火時期制御を実施する。また、マイコン６１は、フィルタ５１におけるＰＭ堆積量に基づいて、ＰＭを燃焼除去するＰＭ再生処理を実施する。例えば、マイコン６１は、圧力センサ等によるＰＭ堆積量の推定、又はエンジン運転時間によるＰＭ堆積量の推定を行い、その推定結果に基づいてＰＭ再生処理を実施する。

　燃料噴射量制御としてより詳しくは、マイコン６１は、予め定めた噴射量マップを用い、エンジン回転速度及びエンジン負荷に基づいて基本噴射量を算出するとともに、空燃比や水温等に基づき基本噴射量に対する各種補正を行い、最終の燃料噴射量を算出する。そして、マイコン６１は、その燃料噴射量に基づき生成した噴射パルス信号により燃料噴射弁２３を開弁駆動させて燃料噴射を実施させる。空燃比補正において、マイコン６１は、Ａ／Ｆセンサ５２により検出された実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を算出し、その空燃比補正係数に基づいて基本噴射量を補正する。このとき、目標空燃比に対して実空燃比がリーンであれば、燃料噴射量が増量補正され、目標空燃比に対して実空燃比がリッチであれば、燃料噴射量が減量補正される。これにより、実空燃比が目標空燃比に一致するよう空燃比フィードバック制御が実施される。

　Ａ／Ｆセンサ５２は混合気の空燃比に応じた素子電流を出力するものであり、Ａ／Ｆセンサ５２から出力された素子電流は、ＥＣＵ６０内のセンサ制御回路６２に入力される。なお、センサ制御回路６２がＥＣＵ６０外に設けられる構成であってもよい。センサ制御回路６２は、Ａ／Ｆセンサ５２の素子電流を検出するとともに、その検出結果を所定の増幅率で増幅して検出電流ＩＥとしてマイコン６１に出力する電流検出部である。より具体的には、図２に示すように、センサ制御回路６２は、Ａ／Ｆセンサ５２の素子部５２ａに電気的に接続されたシャント抵抗６３と、そのシャント抵抗６３による電流検出結果を所定の増幅率にて増幅する増幅器６４（オペアンプ）とを備えている。増幅器６４の出力である検出電流ＩＥは、Ａ／Ｄ変換部６５を介してマイコン６１に入力される。なお、検出電流ＩＥがセンサ出力値に相当する。

　図示による説明は略すが、センサ制御回路６２は、上述した素子電流の検出・増幅機能以外に、都度の素子電流に応じてセンサ印加電圧を可変に制御する印加電圧制御機能を有している。

　図３に、Ａ／Ｆセンサ５２の検出特性として、空燃比と検出電流ＩＥとの関係を示す。本実施形態では、「Ａ／Ｆ=９」を空燃比下限値、「Ａ／Ｆ＝Ａｉｒ」を空燃比上限値とし、その間を、通常のエンジン運転状態下であり得る空燃比の範囲、すなわち空燃比範囲Ｘとしており、その空燃比範囲Ｘにおいて空燃比が検出される。つまり、本実施形態では、あり得る空燃比範囲として、所定のリッチ空燃比を下限値、大気を上限値として空燃比範囲Ｘが定められている。図３では、Ａ／Ｆ＝１４．７（理論空燃比）である場合の検出電流ＩＥがゼロ、Ａ／Ｆ＝９である場合の検出電流ＩＥがＩＥ２、Ａ／Ｆ＝大気である場合の検出電流ＩＥがＩＥ１である関係が規定されている。つまり、図３に示す検出特性では、空燃比範囲Ｘ内の空燃比がＩＥ１～ＩＥ２の範囲内の検出電流ＩＥに対応付けられており、マイコン６１においてはＩＥ１～ＩＥ２の範囲内の検出電流ＩＥに基づいて、空燃比範囲Ｘ内での空燃比が認識される。

　ところで、Ａ／Ｆセンサ５２に流れる素子電流は個体差や経時劣化等に起因してばらつき、その素子電流のばらつきによって空燃比と素子電流との関係にずれが生じ、ひいてはセンサ制御回路６２における検出電流ＩＥに影響が及ぶことが考えられる。そこで、マイコン６１は、検出電流ＩＥに基づいて、Ａ／Ｆセンサ５２の検出特性に異常が生じているか否かを判定することとしている。具体的には、図３で説明したとおりＡ／Ｆセンサ５２は、空燃比範囲Ｘにおいて素子電流を所定範囲で生じさせるものであり、検出電流ＩＥで言えばその所定範囲はＩＥ１～ＩＥ２の範囲である。この場合、Ａ／Ｆセンサ５２として電流ばらつきの許容分を予め定めるとともに、所定範囲ＩＥ１～ＩＥ２に対してばらつき許容分を加味することで、検出電流ＩＥの正常範囲を定めておく。そして、マイコン６１は、検出電流ＩＥが正常範囲内に入っているか否かにより、Ａ／Ｆセンサ５２の検出特性異常の有無を判定する。

　Ａ／Ｆセンサ５２に流れる素子電流は排気管１２内の圧力の影響を受けると考えられる。具体的には、排気管１２内の背圧が大きくなるほど、素子電流が大きくなる。なお、排気管１２にはＰＭ除去用のフィルタ５１が設けられており、そのフィルタ５１におけるＰＭ堆積量に応じて排気管１２内の背圧が変わることが考えられる。排気管１２内の背圧の上昇に伴い素子電流が大きくなると、Ａ／Ｆセンサ５２が正常状態であるにもかかわらず、Ａ／Ｆセンサ５２が異常であると誤判定されることが懸念される。

　本実施形態では、排気管１２内において、Ａ／Ｆセンサ５２の位置での圧力に応じて異常判定値を定めておき、Ａ／Ｆセンサ５２の出力値をこの異常判定値と比較することで異常の有無を判定する。異常判定値を定める際のＡ／Ｆセンサ５２の位置での圧力は、排気管１２内において、実際にＡ／Ｆセンサ５２が配置された搭載位置での圧力、Ａ／Ｆセンサ５２の搭載位置より下流側の圧力、及びＡ／Ｆセンサ５２の搭載位置より上流の圧力のいずれかを用いることができる。例えば、実際にＡ／Ｆセンサ５２が配置されている搭載位置での背圧を考慮して異常判定値を定めることで、Ａ／Ｆセンサ５２の異常判定の精度を高めることができる。無論、「Ａ／Ｆセンサ５２の搭載位置より下流側の背圧」及び「Ａ／Ｆセンサ５２の搭載位置より上流側の背圧」のいずれかの背圧を考慮して異常判定値を定める場合でも、排気管１２内の背圧を考慮しない場合と比較すると異常判定の精度は高くなる。

　次に、異常判定値について図４を用いて説明する。図４では、センサ検出特性として３つの特性を示している。そのうち実線で示す特性Ｐ１は、劣化や個体差を想定していない基本特性を示しており、この特性Ｐ１が図３の特性に相当する。また、破線で示す特性Ｐ２は、劣化が生じたＡ／Ｆセンサ５２の検出特性を示し、二点鎖線で示す特性Ｐ３は、排気管１２の背圧の影響を受けたＡ／Ｆセンサ５２の検出特性を示している。各特性Ｐ１～Ｐ３は、いずれも理論空燃比（ストイキ）では検出電流ＩＥがゼロであり、検出電流ＩＥが正側に大きくなるほど、又は負側に大きくなるほど、検出電流ＩＥのばらつきが大きくなる関係となっている。

　図４において、電流範囲Ａ１は、Ａ／Ｆセンサ５２に許容上限の劣化が生じた状態において検出電流ＩＥが取り得る範囲であり、例えば－２ｍＡ～２ｍＡである。電流範囲Ａ２１，Ａ２２は、Ａ／Ｆセンサ５２の位置での背圧の影響を加味して定めた電流範囲である。この内、電流範囲Ａ２１は、電流範囲Ａ１よりも高い電流値側に定められており、電流範囲Ａ２２は、電流範囲Ａ１よりも低い電流値側に定められている。電流範囲Ａ３１，Ａ３２は、検出電流ＩＥが異常値となる場合を想定した電流範囲である。この内、電流範囲Ａ３１は、電流範囲Ａ２１よりも高い電流値側に定められており、電流範囲Ａ３２は、電流範囲Ａ２２よりも低い電流値側に定められている。

　一例として、電流範囲Ａ２１，Ａ２２は、排気管１２内の背圧が最大５００ｋＰａとなることを想定して定められている。エンジン１０の回転速度や負荷の上昇により背圧が上昇すること、フィルタ５１におけるＰＭ堆積量の増加により背圧が上昇することを加味して最大圧力が想定され、その上での想定圧力範囲でＡ／Ｆセンサ５２が出力し得る出力範囲として電流範囲Ａ２１，Ａ２２が定められている。

　ちなみに、空燃比範囲Ｘにおいて理論空燃比よりもリッチ側と理論空燃比よりもリーン側とでは範囲の大きさが相違するが、特性Ｐ１～Ｐ３から分かるように、リッチ側ではリーン側に比べて特性の傾きが大きくなっていることから、各電流範囲ではリッチ側とリーン側とで電流範囲を同じ大きさとしている。ただし、リッチ側とリーン側とで電流範囲の大きさを相違させてもよい。

　本実施形態では、電流範囲Ａ２１の上限値と電流範囲Ａ２２の下限値をＡ／Ｆセンサ５２の特性異常を判定するための異常判定値ＩＨ，ＩＬとして定めている。そして、異常判定値ＩＬ以上であり、かつ異常判定値ＩＨ以下となる範囲を、検出電流ＩＥの正常範囲としている。そのため、検出電流ＩＥが正常範囲に含まれる場合、Ａ／Ｆセンサ５２が正常である旨が判定される。一方、検出電流ＩＥが正常範囲から外れる場合、すなわち電流範囲Ａ３１又は電流範囲Ａ３２に含まれる場合、Ａ／Ｆセンサ５２が異常である旨が判定される。異常判定値ＩＨ，ＩＬは、マイコン６１内のメモリに予め記憶されている。言い換えると、正常範囲は、エンジン１０であり得る空燃比範囲Ｘにおいて、排気管１２内におけるＡ／Ｆセンサ５２の位置での想定圧力範囲でＡ／Ｆセンサ５２が空燃比に応じて出力し得る出力範囲であり、その正常範囲の境界値が異常判定値ＩＨ，ＩＬとして定められている。電流範囲Ａ２１，Ａ２２と異常判定値ＩＨ，ＩＬとの関係で言えば、異常判定値ＩＨ，ＩＬは、フィルタ５１にＰＭが捕集された状態（ＰＭ再生処理前の状態）での排気管１２内の圧力に基づいて定められるものとなっている。

　ただし、電流範囲Ａ２１，Ａ２２から外れた値を異常判定値ＩＨ，ＩＬとして定めることも可能である。この場合、電流範囲Ａ２１の上限値よりも大きい値が異常判定値ＩＨとして定められる。また、電流範囲Ａ２２の下限値よりも小さい値が異常判定値ＩＬとして定められる。

　マイコン６１では、異常判定値ＩＨ，ＩＬにより定められた電流範囲の検出電流ＩＥが所定の電圧範囲（例えば０～５Ｖ）にてＡ／Ｄ変換される。本実施形態では、例えば、０～５Ｖの電圧範囲において正常範囲に含まれる電流値がＡ／Ｄ変換される範囲と、正常範囲に含まれない電流値（異常判定値ＩＨよりも高い電流値、又は異常判定値ＩＬよりも低い電流値）がＡ／Ｄ変換される範囲とが定められている。図５は、縦軸を検出電流ＩＥとし横軸を電圧値とした場合の、Ａ／Ｄ変換部６５の入／出力変換特性を示している。図５に示すように、Ａ／Ｄ変換部６５の電圧範囲（０～５Ｖ）に、正常範囲に含まれる検出電流ＩＥｉｎをＡ／Ｄ変換する第１範囲と、正常範囲に含まれない検出電流ＩＥｏｕｔをＡ／Ｄ変換する第２範囲とが規定されている。

　既存の構成と対比すると、既存の構成では、Ａ／Ｆセンサ５２の素子電流が排気管１２内の背圧の影響を受ける点について考慮がなされておらず、例えば検出電流ＩＥが電流範囲Ａ１内か否かに基づいてＡ／Ｆセンサ５２の異常判定が行われる。つまり、電流範囲Ａ１の上限値と下限値とがそれぞれ異常判定値となっている。この場合、Ａ／Ｆセンサ５２に特性異常が生じていなくても、排気管１２内の背圧の影響により検出電流ＩＥが増加して電流範囲Ａ１外になることが考えられ、かかる状況下ではＡ／Ｆセンサ５２が異常であると誤判定されることが懸念される。この点、本実施形態では、排気管１２内の背圧の影響を加味して検出電流ＩＥの正常範囲（ＨＬ，Ｈｌで定められる範囲）が定められているため、センサ異常の誤判定が抑制されるようになっている。

　なお、Ａ／Ｆセンサ５２の検出電流ＩＥについて排気管１２内の背圧に基づいて補正を行い、その補正後の検出電流ＩＥに基づいて空燃比判定や空燃比フィードバック制御を実施する構成であってもよい。

　図６は、Ａ／Ｆセンサ５２の異常判定に関する処理手順を示すフローチャートであり、本処理はマイコン６１により所定周期で繰り返し実施される。

　図６において、ステップＳ１１では、異常判定の実施条件が成立しているか否かを判定する。具体的には、例えばＡ／Ｆセンサ５２が活性状態になっていること、バッテリ電圧が所定以上であること、関連ダイアグ情報が存在していないことを条件項目とし、これらが全て成立している場合に、実施条件が成立している旨を判定する。実施条件が成立していれば後続のステップＳ１２に進み、不成立であれば本処理を終了する。

　ステップＳ１１で判定される異常判定の実施条件の内、いずれか一つを判定した場合に、実施条件が成立している旨を判定してもよい。即ち、ステップＳ１１において、Ａ／Ｆセンサ５２が活性状態になっていること、バッテリ電圧が所定以上であること、及び関連ダイアグ情報が存在していないことの少なくともいずれかを判定した場合に、実施条件が成立している旨を判定する。

　ステップＳ１２では、Ａ／Ｆセンサ５２の検出電流ＩＥを取得し、続くステップＳ１３では、検出電流ＩＥが正常範囲内に入っているか否かを判定する。つまり、検出電流ＩＥと異常判定値ＩＨ，ＩＬとを比較して、Ａ／Ｆセンサ５２における異常の有無を判定する。そして、検出電流ＩＥが正常範囲内に入っていれば、ステップＳ１４に進み、正常カウンタをインクリメントするとともに、異常カウンタをリセットする。続くステップＳ１５では、正常カウンタの値が所定の閾値ＴＨ１よりも大きいか否かを判定する。カウンタ値が閾値ＴＨ１よりも大きければ、ステップＳ１６においてＡ／Ｆセンサ５２の検出特性が正常である旨を判定する。ステップＳ１２が出力値取得部として機能する。ステップＳ１３が異常判定部として機能する。

　また、ステップＳ１３において検出電流ＩＥが正常範囲内に入っていなければ、ステップＳ１７に進み、正常カウンタをリセットするとともに、異常カウンタをインクリメントする。続くステップＳ１８では、異常カウンタの値が所定の閾値ＴＨ２よりも大きいか否かを判定する。なお、閾値ＴＨ１，ＴＨ２は同じ値であってもよいが、本実施形態ではＴＨ１＜ＴＨ２としている。異常カウンタ値が閾値ＴＨ２よりも大きければ、ステップＳ１９においてＡ／Ｆセンサ５２の検出特性が異常である旨を判定する。

　図７は、Ａ／Ｆセンサ５２の異常判定についてより具体的に説明するためのタイムチャートである。

　図７では、タイミングｔ１で異常判定の実施条件が成立し、ｔ１以降においてＡ／Ｆセンサ５２の異常判定が実施される。検出電流ＩＥが正常範囲に含まれると判定した場合、正常カウンタがインクリメントされ、タイミングｔ２で正常カウンタの値が所定の閾値ＴＨ１よりも大きくなると、正常判定フラグがセットされる。

　そして、Ａ／Ｆセンサ５２に特性異常が生じ、タイミングｔ３で検出電流ＩＥが異常判定値ＩＨを上回ると、正常カウンタがリセットされるとともに、異常カウンタのインクリメントが開始される。その後、タイミングｔ４で異常カウンタの値が所定の閾値ＴＨ２よりも大きくなると、正常判定フラグがリセットされるとともに、異常判定フラグがセットされる。

　なお、Ａ／Ｆセンサ５２の特性異常が解消されることも考えられる。この場合、Ａ／Ｆセンサ５２の検出電流ＩＥが正常範囲内に戻ると、異常カウンタがリセットされるとともに、正常カウンタのインクリメントが開始される。そして、正常カウンタの値に基づいて、正常判定フラグのセットと異常判定フラグのリセットが行われる。

　以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

　エンジン１０の排気管１２（排気通路）内においては種々の要因により圧力が変化し、その圧力変化の影響によりＡ／Ｆセンサ５２の検出電流ＩＥが変化する。この点を考慮し、異常判定値ＩＨ，ＩＬを、排気管１２内においてＡ／Ｆセンサ５２の位置での圧力（背圧）に応じた値に設定する構成とした。これにより、排気管１２内の圧力に起因して正常なＡ／Ｆセンサ５２が異常であると誤判定されるといった不都合を抑制できる。その結果、Ａ／Ｆセンサ５２の異常判定の精度を向上させることができる。

　エンジン１０では、種々の要因により排気管１２内の圧力が変化するが、その変化を見込んだ圧力範囲はエンジン出力特性や排気管１２内の構成等により予め想定が可能である。本実施形態では、エンジン１０であり得る空燃比範囲Ｘにおいて、排気管１２内におけるＡ／Ｆセンサ５２の位置での想定圧力範囲でＡ／Ｆセンサ５２が空燃比に応じて出力し得る正常範囲に対し、その出力範囲の境界値（又は出力範囲から外れた値）として異常判定値ＩＨ，ＩＬを設定したため、排気管１２内の圧力がいずれに変化しても、Ａ／Ｆセンサ５２が異常であると誤判定されることを抑制できる。

　排気管１２においてフィルタ５１が設けられるとともに、その上流側にＡ／Ｆセンサ５２が設けられている構成では、フィルタ５１におけるＰＭ堆積量に応じて排気管１２内の圧力レベルが変わる。つまり、フィルタ５１でのＰＭ堆積量が増えると、Ａ／Ｆセンサ５２の検出電流ＩＥへの影響度合が大きくなる。この点本実施形態では、上記のとおりフィルタ５１でのＰＭ捕集を見込みつつ排気管１２内の圧力に応じて異常判定値ＩＨ，ＩＬを設定したため、フィルタ５１でのＰＭ堆積により排気管１２内の圧力が上昇しても、Ａ／Ｆセンサ５２の異常判定を適正に実施することができる。

　（他の実施形態）
　上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

　・排気管１２内の圧力に基づいて、異常判定値ＩＨ，ＩＬを可変に設定する構成としてもよい。この場合、マイコン６１は、上述の図６に代えて、図８に示す処理を実施する。ここでは、図６との相違点を説明する。

　図８において、ステップＳ１２で検出電流ＩＥを取得した後、ステップＳ２１では、排気管１２内の背圧（排気圧力）を推定する。具体的には、エンジン回転速度、エンジン負荷(充填効率)、点火時期など、エンジン運転状態を示すパラメータに基づいて背圧を推定する。排気管１２内に圧力センサを設けておき、その圧力センサにより背圧を検出することも可能である。ステップＳ２１が、圧力取得部として機能する。

　ステップＳ２２では、例えば図９に示す関係を用い、背圧に基づいて異常判定値ＩＨ，ＩＬを設定する。このとき、ハイ側の異常判定値ＩＨは背圧が大きいほど大きい値として設定され、ロー側の異常判定値ＩＬは背圧が大きいほど小さい値として設定される。なお、異常判定値ＩＨは、電流範囲Ａ２１，（図４参照）における各上限値の間の値として設定されるとよい。また、異常判定値ＩＬは、電流範囲Ａ２２における各下限値の間の値として設定されるとよい。ステップＳ２２が設定部として機能する。その後、ステップＳ１３以降において、上記同様、検出電流ＩＥと異常判定値ＩＨ，ＩＬとの比較に基づいてＡ／Ｆセンサ５２における異常の有無を判定する。

　本構成によれば、排気管１２内の背圧の大きさに応じて検出電流ＩＥへの影響の度合が変わることを考慮しつつ、異常判定の精度向上を期待できる。

　・排気管１２内が大気雰囲気であることを条件に、Ａ／Ｆセンサ５２の異常判定を実施する構成としてもよい。例えば車両減速時におけるエンジン１０の燃料カット時に、Ａ／Ｆセンサ５２の異常判定（図６、図８）を実施する。

　・異常判定値ＩＨ，ＩＬを目標空燃比に基づいて可変に設定することも可能である。この場合、目標空燃比がリーンであれば異常判定値ＩＨ，ＩＬを大きくし、目標空燃比がリッチであれば異常判定値ＩＨ，ＩＬを小さくするとよい。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims

　内燃機関（１０）の排気通路（１２）に設けられ、前記内燃機関の燃焼室（２２）内で燃焼される混合気の空燃比を検出する空燃比センサ（５２）に適用される異常判定装置（６１）であって、
　前記空燃比センサから出力されるセンサ出力値を取得する出力値取得部と、
　前記センサ出力値と所定の異常判定値との比較に基づいて、前記空燃比センサにおける異常の有無を判定する異常判定部と、
を備え、
　前記異常判定値は、前記排気通路内において前記空燃比センサの位置の圧力に応じた値に設定されている空燃比センサの異常判定装置。
　前記異常判定値は、前記排気通路内における前記空燃比センサの位置での想定圧力範囲で前記空燃比センサが空燃比に応じて出力し得る出力範囲に対し、その出力範囲の境界値又は出力範囲から外れた値に設定されている請求項１に記載の空燃比センサの異常判定装置。
　前記排気通路における圧力である排気圧力を推定又は検出により取得する圧力取得部と、
　前記圧力取得部により取得された排気圧力に基づいて、前記異常判定値を設定する設定部と、
を備える請求項１に記載の空燃比センサの異常判定装置。
　前記排気通路に排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ（５１）が設けられ、そのフィルタの上流側に前記空燃比センサが設けられており、
　前記異常判定値は、前記フィルタに前記粒子状物質が捕集された状態での前記排気通路内の圧力に基づいて定められている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の空燃比センサの異常判定装置。