| 【発明の名称】 |
リニア空燃比センサの劣化検出装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】宮腰 穂
【住所又は居所】広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ株式会社内
【氏名】寺田 浩市
【住所又は居所】広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ株式会社内
【氏名】宮本 浩二
【住所又は居所】広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ株式会社内
【氏名】竹林 広行
【住所又は居所】広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気系に設けられ排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するリニア空燃比センサと、
上記リニア空燃比センサの検出値に基づいてエンジンに供給される混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバックする空燃比制御手段とを備えたものであって、
空燃比を強制的に変更する空燃比変更手段と、
空燃比変更後におけるリニア空燃比センサの出力値を微分する微分手段と、
上記微分手段により得られた値に基づいてリニア空燃比センサの時定数劣化を判定する劣化判定手段とを備えた
リニア空燃比センサの劣化検出装置。
【請求項２】
上記劣化判定手段は、微分手段により得られた出力のピーク値に基づいて時定数劣化を検出する
請求項１記載のリニア空燃比センサの劣化検出装置。
【請求項３】
上記劣化判定手段は、微分手段により得られた出力が変化を初め、ピーク値を示した時点からその後ゼロになるまでの時間に基づいて時定数劣化を検出する
請求項１記載のリニア空燃比センサの劣化検出装置。
【請求項４】
上記劣化判定手段は、微分手段により得られた出力が変化を初め、所定しきい値を超えた時点と、その後、出力が低下して所定しきい値に達した時点との間の時間に基づいて時定数劣化を検出する
請求項１記載のリニア空燃比センサの劣化検出装置。
【請求項５】
上記劣化判定手段は、空燃比を強制的に変更した外乱開始時点から微分手段により得られた出力がピーク値に達するまでの時間に基づいて時定数劣化を検出する
請求項１記載のリニア空燃比センサの劣化検出装置。
【請求項６】
上記劣化判定手段は、微分手段により得られた出力の面積に基づいて時定数劣化を検出する
請求項１記載のリニア空燃比センサの劣化検出装置。
【請求項７】
上記劣化判定手段は、空燃比の変更をリッチからリーンと、リーンからリッチとに切換えるように構成され、
上記劣化判定手段は、微分手段により得られた出力に基づいてリニア空燃比センサの片側時定数劣化を検出する
請求項１〜６の何れか１に記載のリニア空燃比センサの劣化検出装置。
【請求項８】
上記空燃比変更手段は、劣化検出時に空燃比の変更をリッチとリーンとに交互に切換えるように構成した
請求項１〜７の何れか１に記載のリニア空燃比センサの劣化検出装置。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンの排気系に設けられ排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するところのリニア空燃比センサの劣化を検出するリニア空燃比センサの劣化検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの排気系に、排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するリニア空燃比センサを設け、このリニア空燃比センサで検出した実際の空燃比（実空燃比）が目標空燃比（例えば、Ａ／Ｆ＝１４．７またはリーンバーンエンジンの場合にはリーン側の所定値）になるように、両空燃比の差を把握して、燃料噴射量を制御して、目標空燃比が得られるようにフィードバック制御する空燃比フィードバック制御が知られている。
【０００３】
ところで、上述のリニア空燃比センサが経年変化、経時劣化すると、該リニア空燃比センサの応答性が悪化するので、空燃比制御がずれて、エンジンの排気系に介設した触媒コンバータによる排気浄化性能が悪化する。このため上述のリニア空燃比センサの劣化を検出する必要がある。
【０００４】
リニア空燃比センサの劣化を検出する装置としては例えば特許文献１に記載の装置がある。
すなわち、エンジンの排気系に設けられたリニア空燃比センサの応答周期の全体を検出するものであって、応答劣化を拡大して検出するために、リニア空燃比センサの出力に対して２つのしきい値を設け、このしきい値を用いてリニア空燃比センサの出力を「Ｈ」記号（Ｈはｈｉｇｈの略）と「Ｌ」記号（Ｌはｌｏｗの略）とに変換して、センサ出力の変動を拡大し、センサ劣化度合いが大きい程、応答周期が長くなることに基づいて、リニア空燃比センサの応答劣化を検出するものである。
【０００５】
この従来装置においては、リニア空燃比センサの劣化を検出することができる利点がある反面、むだ時間劣化と一次遅れ劣化（時定数劣化）とに分けて検出していない関係上、劣化要因を検知することができない問題点があった。
【特許文献１】特許第３３７７３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、この発明は、リニア空燃比センサの劣化検出時に、空燃比に外乱を与え、空燃比の強制変更後においてリニア空燃比センサの出力値を微分し、この微分値に基づいて時定数劣化を判定することにより、比較的周期が大きいうねりのような空燃比変動（定常変動）の影響を受けることなく、リニア空燃比センサの時定数劣化（一次遅れ劣化）を精度よく検出することができるリニア空燃比センサの劣化検出装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によるリニア空燃比センサの劣化検出装置は、エンジンの排気系に設けられ排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するリニア空燃比センサと、上記リニア空燃比センサの検出値に基づいてエンジンに供給される混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバックする空燃比制御手段とを備えたものであって、空燃比を強制的に変更する空燃比変更手段と、空燃比変更後におけるリニア空燃比センサの出力値を微分する微分手段と、上記微分手段により得られた値に基づいてリニア空燃比センサの時定数劣化を判定する劣化判定手段とを備えたものである。
【０００８】
上記構成によれば、空燃比変更手段は、リニア空燃比センサの劣化検出時に、エンジンに供給される混合気の空燃比を強制的に変更し、上述の微分手段は、空燃比変更後におけるリニア空燃比センサの出力値を微分し、劣化判定手段は、上記微分手段により得られた値（微分値）に基づいてリニア空燃比センサの時定数劣化を判定する。
【０００９】
このように、リニア空燃比センサの劣化検出時に、空燃比に外乱を与え、空燃比の強制変更後においてリニア空燃比センサの出力値を微分して、微分値を求め、この微分値に基づいて時定数劣化を判定するので、比較的周期が大きいうねりのような空燃比変動（定常変動）の影響を受けることがなく、外乱を与えた際には適切な微分値が得られる。このため、リニア空燃比センサの時定数劣化を精度よく検出することができる。要するに、リニア空燃比センサ出力を微分することで、上述のうねりのような空燃比変動の影響を排除すると共に、外乱（急激な変動）に対応した微分値を得ることができるので、時定数劣化を適切に検出することができ、劣化要因の判別が可能となる。
【００１０】
この発明の一実施態様においては、上記劣化判定手段は、微分手段により得られた出力（微分値）のピーク値に基づいて時定数劣化を検出するものである。
リニア空燃比センサの出力の微分値のピーク値は、該センサが劣化する程、小さくなる。
【００１１】
上記構成によれば、上述のピーク値に基づいて時定数劣化を判定するので、空燃比の定常変動の影響を受けることがなく、外乱を与えた際には劣化度合に対応したピーク値が得られる。このため、リニア空燃比センサの時定数劣化を精度よく検出することができる。
【００１２】
この発明の一実施態様においては、上記劣化判定手段は、微分手段により得られた出力（微分値）が変化を初め、ピーク値を示した時点からその後ゼロになるまでの時間に基づいて時定数劣化を検出するものである
リニア空燃比センサの出力の微分値が変化を初め、ピーク値を示した時点からその後、ゼロになるまでの時間は、該センサが劣化する程、長くなる。
【００１３】
上記構成によれば、上述のゼロになるまでの時間に基づいて時定数劣化を判定するので、空燃比の定常変動の影響を受けることがなく、外乱を与えた際には劣化度合に対応してゼロになるまでの時間が適切に得られる。このため、リニア空燃比センサの時定数劣化を精度よく検出することができる。
【００１４】
この発明の一実施態様においては、上記劣化判定手段は、微分手段により得られた出力（微分値）が変化を初め、所定しきい値を超えた時点と、その後、出力が低下して所定しきい値に達した時点との間の時間に基づいて時定数劣化を検出するものである。
リニア空燃比センサの出力の微分値が変化を初め、所定しきい値を越えた時点と、その後、出力が低下して所定しきい値に達した時点との間の時間は、該センサが劣化する程、短くなる。
【００１５】
上記構成によれば、上述の時間に基づいて時定数劣化を判定するので、空燃比の定常変動の影響を受けることがなく、外乱を与えた際には劣化度合に対応した時間（微分出力が変化を初め、所定しきい値を超えた時点と、その後、出力が低下して所定しきい値に達した時点との間の時間）が得られる。このため、リニア空燃比センサの時定数劣化を精度よく検出することができる。
【００１６】
この発明の一実施態様においては、上記劣化判定手段は、空燃比を強制的に変更した外乱開始時点から微分手段により得られた出力（微分値）がピーク値に達するまでの時間に基づいて時定数劣化を検出するものである。
上述の空燃比を強制的に変更した外乱開始時点から微分値がピーク値に達するまでの時間は、リニア空燃比センサが劣化する程、長くなる。
【００１７】
上記構成によれば、上述の時間に基づいて時定数劣化を判定するので、空燃比の定常変動の影響を受けることがなく、外乱を与えた際には劣化度合に対応した時間（外乱開始時点から微分手段により得られた出力つまり微分値がピーク値に達するまでの時間）が得られる。このため、リニア空燃比センサの時定数劣化を精度よく検出することができる。
【００１８】
この発明の一実施態様においては、上記劣化判定手段は微分手段により得られた出力（微分値）の面積に基づいて時定数劣化を検出するものである。
リニア空燃比センサの微分値の面積は、該センサが劣化する程、小さくなる。
【００１９】
上記構成によれば、上述の微分値の面積に基づいて時定数劣化を判定するので、空燃比の定常変動の影響を受けることがなく、外乱を与えた際には劣化度合に対応した面積が得られる。このため、リニア空燃比センサの時定数劣化を精度よく検出することができる。
【００２０】
この発明の一実施態様においては、上記空燃比変更手段は、空燃比の変更をリッチからリーンと、リーンからリッチとに切換えるように構成され、上記劣化判定手段は、微分手段により得られた出力（微分値）に基づいてリニア空燃比センサの片側時定数劣化を検出するものである。
上述の片側とは、リッチ側またはリーン側を意味する。
上記構成によれば、リニア空燃比センサの片側時定数劣化を検出することができる。
【００２１】
この発明の一実施態様においては、上記空燃比変更手段は、劣化検出時に空燃比の変更をリッチとリーンとに交互に切換えるように構成したものである。
【００２２】
上記構成によれば、空燃比がリッチとリーンとに交互に変更されるので、触媒コンバータ（いわゆるキャタリスト）内の空燃比がリッチ側またはリーン側の一方に片寄ってエミッションの悪化を招くことが防止され、触媒コンバータによる排気ガス浄化性能を維持した状態下において時定数劣化判定を行うことができる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、リニア空燃比センサの劣化検出時に、空燃比に外乱を与え、空燃比の強制変更後においてリニア空燃比センサの出力値を微分し、この微分値に基づいて時定数劣化を判定するので、比較的周期が大きいうねりのような空燃比変動（定常変動）の影響を受けることなく、リニア空燃比センサの時定数劣化（一次遅れ劣化）を精度よく検出することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
比較的周期が大きいうねりのような空燃比変動（定常変動）の影響を受けることなく、リニア空燃比センサの時定数劣化（一次遅れ劣化）を精度よく検出するという目的を、空燃比を強制的に変更する空燃比変更手段と、空燃比変更後におけるリニア空燃比センサの出力値を微分する微分手段と、上記微分手段により得られた値（微分値）に基づいてリニア空燃比センサの時定数劣化を判定する劣化判定手段とを備えるという構成にて実現した。
【実施例】
【００２５】
この発明の、一実施例を以下図面に基づいて詳述する。
図面はリニア空燃比センサの劣化検出装置を示すが、まず図１を参照してエンジンの吸排気系について説明する。
【００２６】
図１はリニア空燃比センサを有するエンジンの系統図であって、吸入空気を浄化するエアクリーナ１のエレメント２後位にエアフローセンサ３を接続して、このエアフローセンサ３で吸入空気量Ｑａを検出すべく構成している。
【００２７】
上述のエアフローセンサ３の後位にはスロットルボディ４を接続し、このスロットルボディ４内のスロットルチャンバ５には、吸入空気量を制御するスロットル弁６を配設している。そして、このスロットル弁６の下流の吸気通路には、所定容量を有する拡大室としてのサージタンク７を接続し、このサージタンク７下流に吸気ポート８と連通する吸気マニホルド９を接続すると共に、この吸気マニホルド９にはインジェクタ１０（燃料噴射弁）を配設している。
【００２８】
一方、エンジン１１の燃焼室１２と適宜連通する上述の吸気ポート８および排気ポート１３には、動弁機構（図示せず）により開閉操作される吸気弁１４と排気弁１５とをそれぞれ取付け、またシリンダヘッド１６にはスパークギャップを上述の燃焼室１２に臨ませた点火プラグ（図示せず）を取付けている。
【００２９】
上述の排気ポート１３と連通する排気通路１７には、排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するリニア空燃比センサ１８（以下、単にリニアＯ２センサと略記する）を配設すると共に、この排気通路１７の後位には排気ガスを浄化する触媒コンバータ１９いわゆるキャタリストを接続している。
【００３０】
上述の触媒コンバータ１９としては、例えば、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯＸの３成分を同時に浄化し得る三元触媒（いわゆるＴＷＣ）を用いることができる。
また、前述のスロットルボディ４にはスロットル開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ２０を取付けている。
【００３１】
図２はリニアＯ２センサ１８の劣化検出装置を示す制御回路ブロック図であって、制御手段としてのＣＰＵ３０は、エアフローセンサ３からの吸入空気量Ｑａと、スロットルセンサ２０からのスロットル開度ＴＶＯと、エンジン回転数を検出する回転センサ２１からのエンジン回転数Ｎｅと、リニアＯ２センサ１８からの酸素濃度に比例する値などの必要な各種入力に基づいて、ＲＯＭ２２に格納されたプログラムに従って、燃料噴射手段としてのインジェクタ１０を駆動し、また記憶手段としてのＲＡＭ２３はサンプル数の所定値に相当するデータ、並びに、時定数劣化判定用の所定値に相当するデータなどを記憶する。
【００３２】
ここで、上述のＣＰＵ３０は、リニアＯ２センサ１８の検出値に基づいてエンジン１１に供給される混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバックする空燃比フィードバック制御手段（ＣＰＵ３０それ自体参照）と、リニアＯ２センサ１８の劣化検出時にのみ、エンジン１１に供給される空燃比を強制的に変更させる手段、つまり図４に示す燃料噴射量ａを加減算することで、空燃比にリッチ側またはリーン側の外乱を与える空燃比強制変更手段（図３に示すフローチャートのステップＱ３，Ｑ４参照）と、空燃比強制変更後におけるリニアＯ２センサ１８の出力ｂ（図４参照）を微分して微分値ｃ(図４参照)を求める微分手段（図３に示すフローチャートのステップＱ６参照）と、上述の微分手段（ステップＱ６参照）により得られた値に基づいてリニアＯ２センサ１８の時定数劣化を判定する劣化判定手段（図３の各ステップＱ９〜Ｑ１７からなるルーチンＲ１参照）と、を兼ねる。
【００３３】
図３、図４に示す実施例においては、劣化判定手段（ルーチンＲ１参照）は、微分手段（ステップＱ６参照）により得られた出力（微分値ｃ）のピーク値Ｐに基づいて時定数劣化を検出するように構成している。
【００３４】
また、上述の空燃比強制変更手段（ステップＱ３，Ｑ４参照）は、空燃比の変更をリッチからリーンと、リーンからリッチとに切換えるように構成され、上述の劣化判定手段（ルーチンＲ１参照）は、微分手段（ステップＱ６参照）により得られた出力（微分値ｃ）に基づいてリニアＯ２センサ１８の片側（リッチ側またはリーン側）時定数劣化を検出すべく構成している。
【００３５】
さらに、上述の空燃比強制変更手段（ステップＱ３，Ｑ４参照）は、劣化検出時（診断実行条件の成立時）にインジェクタ１０から噴射する燃料噴射量を加減算することで、図５に示すように空燃比の変更をリッチとリーンとに交互に切換えるように構成している。これは、触媒コンバータ１９内の空燃比がリッチ側またはリーン側の一方に片寄ってエミッションの悪化を招くのを防止するためであり、リニアＯ２センサ１８の劣化検出時に空燃比の強制変更をリッチとリーンとに交互に切換えることで、触媒コンバータ１９による排気ガス浄化性能を維持したままで時定数劣化判定を行なうものである。
【００３６】
このように構成したリニアＯ２センサ１８の劣化検出装置の作用を、図３に示すフローチャートおよび図４に示すタイムチャートを参照して以下に詳述する。
【００３７】
図３に示すフローチャートのステップＱ１で、ＣＰＵ３０はリニアＯ２センサ１８の劣化を検出する診断実行条件が成立したか否かを判定する。すなわち、スロットルセンサ２０で検出するスロットル開度ＴＶＯの変化量が所定変化量以下で、かつ回転センサ２１で検出するエンジン回転数Ｎｅの変化量が所定変化量以下で、さらにＣＥ＝Ｑａ／Ｎｅで求められる充填効率ＣＥの変化量が所定変化量以下の所謂定常時を含むほぼ定常時（ＹＥＳ判定時）にのみ次のステップＱ２に移行し、加減速時などの非定常時（ＮＯ判定時）にはリターンする。
【００３８】
ここで、診断の検出頻度の低下を防止する目的で、上述の診断実行条件にはある程度の許容幅をもたせており、例えば、緩加速等においては診断実行条件が成立するように構成されている。
【００３９】
上述のステップＱ２で、ＣＰＵ３０は前回の空燃比強制変更時の燃料噴射量加減算（外乱）に基づいて、前回外乱がリーンであったか否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＱ３に移行する一方、ＹＥＳ判定時には別のステップＱ４に移行する。
【００４０】
上述のステップQ３で、ＣＰＵ３０は空燃比強制変更開始時点ｔ０（図４参照）において、インジェクタ１０を介して燃料噴射量にリーン外乱を加算する。
【００４１】
一方、上述のステップQ４で、ＣＰＵ３０は空燃比強制変更開始時点ｔ０（図６参照）において、インジェクタ１０を介して燃料噴射量にリッチ外乱を加算する。
【００４２】
つまり、上述の各ステップＱ２，Ｑ３，Ｑ４の処理により、前回の外乱がリッチであるならば、今回は燃料噴射量ａにリーン外乱を加算（燃料噴射量を減算）する一方、前回の外乱がリーンであるならば、今回は燃料噴射量ａにリッチ外乱を加算（燃料噴射量を加算）するので、空燃比の強制変更は図５に示すようにリッチとリーンとに交互に切換えられる。
【００４３】
次にステップQ５で、ＣＰＵ３０は排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するリニアＯ２センサ１８の出力ｂの読込みを実行する。リニアＯ２センサ１８が正常または略正常な場合で、かつりーン外乱の加算時には、その出力ｂは図４の実線のようになり、リニアＯ２センサ１８の劣化度合が大きくなる程、その出力ｂは図４に仮想線で示す方向にずれることになる。
【００４４】
次にステップＱ６で、ＣＰＵ３０はリニアＯ２センサ１８の出力ｂを微分した値、つまり微分値ｃ（図４参照）を演算により求める。
【００４５】
次にステップＱ７で、ＣＰＵ３０は上述の微分値ｃのピーク値Ｐを演算により求める。図４に示すようにリニアＯ２センサ１８が正常または略正常な場合には上述のピーク値Ｐは大となり、リニアＯ２センサ１８の劣化度合いが大きくなる程、ピーク値Ｐは小さくなる。
【００４６】
次にステップＱ８で、ＣＰＵ３０は、判定の信頼性向上を目的として、リッチ外乱を与えた場合のピーク値Ｐのサンプル数、並びにリーン外乱を与えた場合のピーク値Ｐのサンプル数が所定値（例えば５〜１０回）よりも大か否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＱ１にリターンしてフローチャートの繰返し処理を実行する一方、ＹＥＳ判定時には次のステップＱ９に移行する。
【００４７】
なお、図４に示すタイムチャートにおいてはリーン外乱（燃料噴射量の減算）を与えた場合の微分値ｃのプラス側のピーク値Ｐを示したが、リッチ外乱（燃料噴射量の加算）を与えた場合には、微分値ｃのマイナス側のピーク値（図６参照）を用いて、時定数劣化を検出乃至判定することができる。ここで、プラス側およびマイナス側のピーク値を用いる構成に代えて、ピーク値の絶対値を用いてもよい。
【００４８】
上述のステップＱ９で、ＣＰＵ３０は所定サンプル数に達した複数のリッチ側のピーク値Ｐの平均値（平均ピーク値）を演算すると共に、所定サンプル数に達した複数のリーン側のピーク値Ｐの平均値（平均ピーク値）を演算する。
【００４９】
次にステップＱ１０で、ＣＰＵ３０はリッチ側ピーク値ＰＲ（詳しくはリッチ側の平均ピーク値）からリーン側ピーク値ＰＬ（詳しくはリーン側の平均ピーク値）を減算した値の絶対値が、所定値より大きいか否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＱ１１に移行し、ＹＥＳ判定時には別のステップＱ１２に移行する。
【００５０】
このステップＱ１２で、ＣＰＵ３０はリッチ側ピーク値ＰＲが所定値より小か否かを判定し、ＹＥＳ判定時にはステップＱ１３に移行する一方、ＮＯ判定時には別のステップＱ１４に移行する。
【００５１】
上述のステップＱ１３で、ＣＰＵ３０はＰＲ＜所定値に対応して、リッチ側ピーク値ＰＲが劣化つまりリッチ側時定数劣化であると判定する。
一方、ステップＱ１４で、ＣＰＵ３０はリーン側ピーク値ＰＬが所定値よりも小か否かを判定し、ＹＥＳ判定時にはステップＱ１５に移行する一方、ＮＯ判定時には別のステップＱ１６に移行する。
【００５２】
上述のステップＱ１５で、ＣＰＵ３０はＰＬ＜所定値に対応して、リーン側ピーク値ＰＬが劣化（リーン側時定数劣化）であると判定する。
また、上述のステップＱ１６では、ＣＰＵ３０はリッチ側ピーク値およびリーン側ピーク値の何れもが正常であると判定する。
【００５３】
一方、上述のステップＱ１１で、ＣＰＵ３０はリッチ側ピーク値ＰＲ（詳しくはリッチ側の平均ピーク値）とリーン側ピーク値ＰＬ（詳しくはリーン側の平均ピーク値）とを加算した値が、所定値よりも小さいか否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＱ１６に移行する一方、ＹＥＳ判定時には別のステップＱ１７に移行する。
【００５４】
上述のステップＱ１６で、ＣＰＵ３０はリッチ側ピーク値ＰＲおよびリーン側ピーク値ＰＬの何れもが正常であると判定し、上述のステップＱ１７では、ＣＰＵ３０はＰＲ+ＰＬ＜所定値に対応して、リッチ側ピーク値ＰＲおよびリーン側ピーク値ＰＬ（換言すれば両側の時定数）の何れもが劣化であると判定する。
【００５５】
図７は微分値ｃに基づいてリニアＯ２センサ１８の時定数劣化を検出する上記実施例を裏付けるために、実車試験を行なった測定結果を示し、エンジン回転数Ｎｅ＝１２００ｒｐｍ、充填効率ＣＥ=０．２の条件下において燃料噴射量ａを６％減量するリーン外乱を加えた場合の実測値を示す。
【００５６】
図７から明らかなようにリニアＯ２センサ１８の出力ｂの微分値ｃの波形はそのピーク値Ｐが正常なものは高い値を示し、劣化したものは正常なものに対して低い値を示す。
【００５７】
このように上記実施例のリニアＯ２センサ１８の劣化検出装置は、エンジン１１の排気系に設けられ排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するリニアＯ２センサ１８と、上記リニアＯ２センサ１８の検出値に基づいてエンジン１１に供給される混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバックする空燃比フィードバック制御手段（ＣＰＵ３０参照）とを備えたものであって、空燃比を強制的に変更する空燃比強制変更手段（ステップＱ３，Ｑ４参照）と、空燃比強制変更後におけるリニアＯ２センサ１８の出力ｂを微分する微分手段（ステップＱ６参照）と、上記微分手段（ステップＱ６参照）により得られた値（微分値ｃ参照）に基づいてリニアＯ２センサ１８の時定数劣化を判定する劣化判定手段（ルーチンＲ１参照）とを備えたものである。
【００５８】
この構成によれば、空燃比強制変更手段（ステップＱ３，Ｑ４参照）は、リニアＯ２センサ１８の劣化検出時に、エンジン１１に供給される空燃比を強制的に変更し、上述の微分手段（ステップＱ６参照）は、空燃比強制変更後におけるリニアＯ２センサ１８の出力ｂを微分し、劣化判定手段（ルーチンＲ１参照）は、上記微分手段（ステップＱ６参照）により得られた値（微分値ｃ）に基づいてリニアＯ２センサ１８の時定数劣化を判定する。
【００５９】
このように、リニアＯ２センサ１８の劣化検出時に、空燃比に外乱を与え、空燃比の強制変更後においてリニアＯ２センサ１８の出力ｂを微分して、微分値ｃを求め、この微分値ｃに基づいて時定数劣化を判定するので、比較的周期が大きいうねりのような空燃比変動（定常変動）の影響を受けることがなく、外乱を与えた際には適切な微分値ｃが得られる。このため、リニアＯ２センサ１８の時定数劣化を精度よく検出することができる。
【００６０】
しかも、上記劣化判定手段（ルーチンＲ１参照）は、微分手段（ステップＱ６参照）により得られた出力（微分値ｃ）のピーク値Ｐに基づいて時定数劣化を検出するものである。
【００６１】
この構成によれば、上述のピーク値Ｐに基づいて時定数劣化を判定するので、空燃比の定常変動の影響を受けることがなく、外乱を与えた際にはリニアＯ２センサ１８の劣化度合に対応したピーク値Ｐが得られる。このため、リニアＯ２センサ１８の時定数劣化を精度よく検出することができる。
【００６２】
また、上記空燃比強制変更手段（ステップＱ３，Ｑ４参照）は空燃比の変更をリッチからリーンと、リーンからリッチとに切換えるように構成され、上記劣化判定手段（ルーチンＲ１参照）は、微分手段（ステップＱ６参照）により得られた出力（微分値ｃ参照）に基づいてリニアＯ２センサ１８の片側時定数劣化を検出するものである。
【００６３】
この構成によれば、リニアＯ２センサ１８の片側（この実施例ではリッチ側または／および／リーン側）時定数劣化を検出することができる。
さらに、上記空燃比強制変更手段（ステップＱ３，Ｑ４参照）は、劣化検出時に空燃比の変更をリッチとリーンとに交互に切換えるように構成したものである。
【００６４】
この構成によれば、空燃比がリッチとリーンとに交互に変更されるので、接触コンバータ１９（いわゆるキャタリスト）内の空燃比がリッチ側またはリーン側の一方に片寄ってエミッションの悪化を招くことが防止され、触媒コンバータ１９による排気ガス浄化性能を維持した状態下においてリニアＯ２センサ１８の時定数劣化判定を行うことができる。
【００６５】
図８、図９はリニアＯ２センサ１８の劣化検出装置の他の実施例を示すフローチャートおよびタイムチャートである。この実施例においても図１、図２で示した回路装置を用いる。
【００６６】
また、この実施例においてもＣＰＵ３０は、リニアＯ２センサ１８の検出値に基づいてエンジン１１に供給される混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバックする空燃比フィードバック制御手段（ＣＰＵそれ自体参照）と、リニアＯ２センサ１８の劣化検出時にのみ、エンジン１１に供給される空燃比を強制的に変更させる手段、つまり図９に示す燃料噴射量ａを加減算することで、空燃比にリッチ側またはリーン側の外乱を与える空燃比強制変更手段（図８のステップＵ３，Ｕ４参照）と、空燃比強制変更後におけるリニアＯ２センサ１８の出力ｂ（図９参照）を微分して微分値ｃを求める微分手段（図８のステップＵ６参照）と、上述の微分手段（ステップＵ６参照）に得られた値に基づいてリニアＯ２センサ１８の時定数劣化を判定する劣化判定手段（図８のルーチンＲ２参照）と、を兼ねる。
【００６７】
図８、図９に示す実施例においては、劣化判定手段（ルーチンＲ２参照）は、微分手段（ステップＵ６参照）により得られた出力（微分値ｃ参照）が変化を初め、ピーク値を示した時点からその後ゼロになるまでの時間ＴＡ（図９参照）に基づいて時定数劣化を検出するように構成している。
【００６８】
上述のゼロになるまでの時間ＴＡはリニアＯ２センサ１８が正常または略正常な場合には短く、劣化度合が大きくなるに従って、ゼロになるまでの時間ＴＡは長くなる。
【００６９】
この実施例の作用を、図８に示すフローチャートおよび図９に示すタイムチャートを参照して、以下に詳述する。
図８に示すフローチャートのステップＵ１で、ＣＰＵ３０はリニアＯ２センサ１８の劣化を検出する診断実行条件が成立したか否かを判定する。すなわち、スロットルセンサ２０で検出するスロットル開度ＴＶＯの変化量が所定変化量以下で、かつ回転センサ２１で検出するエンジン回転数Ｎｅの変化量が所定変化量以下で、さらにＣＥ＝Ｑａ／Ｎｅで求められる充填効率ＣＥの変化量が所定変化量以下の所謂定常時を含むほぼ定常時（ＹＥＳ判定時）にのみ次のステップＵ２に移行し、加減速時などの非定常時（ＮＯ判定時）にはリターンする。
【００７０】
ここで、診断の検出頻度の低下を防止する目的で、上述の診断実行条件にはある程度の許容幅をもたせており、例えば、緩加速時においては診断実行条件が成立するように構成されている。
【００７１】
上述のステップU２で、ＣＰＵ３０は前回の空燃比強制変更時の燃料噴射量加減算（外乱）に基づいて、前回外乱がリーンであったか否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップU３に移行する一方、ＹＥＳ判定時には別のステップU４に移行する。
【００７２】
上述のステップU３で、ＣＰＵ３０は空燃比強制変更開始時点ｔ０（図９参照）において、インジェクタ１０を介して燃料噴射量にリーン外乱を加算する。
一方、上述のステップU４で、ＣＰＵ３０は空燃比強制変更開始時点ｔ０において、インジェクタ１０を介して燃料噴射量にリッチ外乱を加算する。
【００７３】
つまり、上述の各ステップU２，U３，U４の処理により、前回の外乱がリッチであるならば、今回は燃料噴射量ａにリーン外乱を加算（燃料噴射量を減算）する一方、前回の外乱がリーンであるならば、今回は燃料噴射量ａにリッチ外乱を加算（燃料噴射量を加算）するので、空燃比の強制変更は既に図５で示したようにリッチとリーンとに交互に切換えられる。
【００７４】
次にステップU５で、ＣＰＵ３０は排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するリニアＯ２センサ１８の出力ｂの読込みを実行する。リニアＯ２センサ１８が正常または略正常な場合で、かつりーン外乱の加算時には、その出力ｂは図9の実線のようになり、リニアＯ２センサ１８の劣化度合が大きくなる程、その出力ｂは図９に仮想線で示す方向にずれることになる。
【００７５】
次にステップU６で、ＣＰＵ３０はリニアＯ２センサ１８の出力ｂを微分した値、つまり微分値ｃ（図9参照）を演算により求める。
【００７６】
次にステップU７で、ＣＰＵ３０は微分値ｃが変化を初め、ピーク値を示した時点からその後ゼロになるまでの時間ＴＡを演算により求める。図９に示すようにリニアＯ２センサ１８が正常または略正常な場合には時間ＴＡは小となり、リニアＯ２センサ１８の劣化度合いが大きくなる程、時間ＴＡは大きくなる。
【００７７】
次にステップU８で、ＣＰＵ３０は、判定の信頼性向上を目的として、リッチ外乱を与えた場合の時間ＴＡのサンプル数、並びにリーン外乱を与えた場合の時間ＴＡのサンプル数が所定値（例えば５〜１０回）よりも大か否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップU１にリターンしてフローチャートの繰返し処理を実行する一方、ＹＥＳ判定時には次のステップU９に移行する。
【００７８】
なお、図9に示すタイムチャートにおいてはリーン外乱（燃料噴射量の減算）を与えた場合の微分値ｃのプラス側のピーク値Ｐからその後ゼロになるまでの時間ＴＡを示したが、リッチ外乱（燃料噴射量の加算）を与えた場合には、微分値ｃのマイナス側のピーク値からその後ゼロになるまでの時間を用いて、時定数劣化を検出乃至判定することができる。
【００７９】
上述のステップU９で、ＣＰＵ３０は所定サンプル数に達した複数のリッチ側の時間ＴＡの平均値を演算すると共に、所定サンプル数に達した複数のリーン側の時間ＴＡの平均値を演算する。
【００８０】
次にステップU１０で、ＣＰＵ３０はリッチ側時間ＴＡＲ（詳しくはリッチ側時間の平均値）からリーン側時間ＴＡＬ（詳しくはリーン側時間の平均値）を減算した値の絶対値が、所定値より大きいか否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップU１１に移行し、ＹＥＳ判定時には別のステップU１２に移行する。
【００８１】
このステップU１２で、ＣＰＵ３０はリッチ側時間ＴＡＲが所定値よりも大か否かを判定し、ＹＥＳ判定時にはステップU１３に移行する一方、ＮＯ判定時には別のステップU１４に移行する。
【００８２】
上述のステップＵ１３で、ＣＰＵ３０はＴＡＲ＞所定値に対応して、リッチ側時間ＴＡＲが劣化つまりリッチ側時定数劣化であると判定する。
一方、ステップＵ１４で、ＣＰＵ３０はリーン側時間ＴＡＬが所定値よりも大か否かを判定し、ＹＥＳ判定時にはステップＵ１５に移行する一方、ＮＯ判定時には別のステップＵ１６に移行する。
【００８３】
上述のステップＵ１５で、ＣＰＵ３０はＴＡＬ＞所定値に対応して、リーン側時間ＴＡＬが劣化（リーン側時定数劣化）であると判定する。
また、上述のステップＵ１６では、ＣＰＵ３０はリッチ側時間ＴＡＲおよびリーン側時間ＴＡＬの何れもが正常であると判定する。
【００８４】
一方、上述のステップＵ１１で、ＣＰＵ３０はリッチ側時間ＴＡＲ（詳しくはリッチ側時間の平均値）とリーン側時間ＴＡＬ（詳しくはリーン側時間の平均値）とを加算した値が、所定値より大きいか否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＵ１６に移行する一方、ＹＥＳ判定時には別のステップＵ１７に移行する。
【００８５】
上述のステップＵ１６で、ＣＰＵ３０はリッチ側時間ＴＡＲおよびリーン側時間ＴＡＬの何れもが正常であると判定し、上述のステップＵ１７では、ＣＰＵ３０はＴＡＲ+ＴＡＬ＞所定値に対応して、リッチ側時間ＴＡＲおよびリーン側時間ＴＡＬ（換言すれば両側の時定数）の何れもが劣化であると判定する。
【００８６】
このように、図８、図９で示した実施例においては、上記劣化判定手段（ルーチンＲ２参照）は、微分手段（ステップＵ６参照）により得られた出力（微分値ｃ参照）が変化を初め、ピーク値を示した時点からその後ゼロになるまでの時間ＴＡに基づいて時定数劣化を検出するものである。
【００８７】
この構成によれば、上述のゼロになるまでの時間ＴＡに基づいて時定数劣化を判定するので、空燃比の定常変動の影響を受けることがなく、外乱を与えた際には劣化度合に対応してゼロになるまでの時間ＴＡが適切に得られる。このため、リニアＯ２センサ１８の時定数劣化を精度よく検出することができる。
なお、図８、図９で示した実施例においても、その他の作用、効果については先の実施例とほぼ同様である。
【００８８】
図１０、図１１はリニアＯ２センサ１８の劣化検出装置のさらに他の実施例を示すフローチャートおよびタイムチャートである。この実施例においても図１、図２で示した回路装置を用いる。
【００８９】
また、この実施例においてもＣＰＵ３０は、リニアＯ２センサ１８の検出値に基づいてエンジン１１に供給される混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバックする空燃比フィードバック制御手段（ＣＰＵそれ自体参照）と、リニアＯ２センサ１８の劣化検出時にのみ、エンジン１１に供給される空燃比を強制的に変更させる手段、つまり図１１に示す燃料噴射量ａを加減算することで、空燃比にリッチ側またはリーン側の外乱を与える空燃比強制変更手段（図１０のステップＸ３，Ｘ４参照）と、空燃比強制変更後におけるリニアＯ２センサ１８の出力ｂ（図１１参照）を微分して微分値ｃを求める微分手段（図１０のステップＸ６参照）と、上述の微分手段（ステップＸ６参照）に得られた値に基づいてリニアＯ２センサ１８の時定数劣化を判定する劣化判定手段（図１０のルーチンＲ３参照）と、を兼ねる。
【００９０】
図１０、図１１に示すこの実施例においては、上述の劣化判定手段（ルーチンＲ３参照）は、微分手段（ステップＸ６参照）により得られた出力（微分値ｃ参照）が図１１に示すように変化を初め、所定しきい値ｔｈを超えた時点と、その後、出力が低下して所定しきい値ｔｈに達した時点との間の時間ＴＢに基づいて時定数劣化を検出するように構成している。
【００９１】
換言すれば、外乱が与えられた後に、微分値ｃが所定値（しきい値ｔｈ参照）とクロスするポイント間の時間ＴＢに基づいて時定数劣化を検出するように構成したものである。
【００９２】
この実施例の作用を、図１０に示すフローチャートおよび図１１に示すタイムチャートを参照して、以下に詳述する。
図１０に示すフローチャートのステップＸ１で、ＣＰＵ３０はリニアＯ２センサ１８の劣化を検出する診断実行条件が成立したか否かを判定する。すなわち、スロットルセンサ２０で検出するスロットル開度ＴＶＯの変化量が所定変化量以下で、かつ回転センサ２１で検出するエンジン回転数Ｎｅの変化量が所定変化量以下で、さらにＣＥ＝Ｑａ／Ｎｅで求められる充填効率ＣＥの変化量が所定変化量以下の所謂定常時を含むほぼ定常時（ＹＥＳ判定時）にのみ次のステップＸ２に移行し、加減速時などの非定常時（ＮＯ判定時）にはリターンする。
【００９３】
ここで、診断の検出頻度の低下を防止する目的で、上述の診断実行条件にはある程度の許容幅をもたせており、例えば、緩加速時においては診断実行条件が成立するように構成されている。
【００９４】
上述のステップＸ２で、ＣＰＵ３０は前回の空燃比強制変更時の燃料噴射量加減算（外乱）に基づいて、前回外乱がリーンであったか否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＸ３に移行する一方、ＹＥＳ判定時には別のステップＸ４に移行する。
【００９５】
上述のステップＸ３で、ＣＰＵ３０は空燃比強制変更開始時点ｔ０（図１１参照）において、インジェクタ１０を介して燃料噴射量にリーン外乱を加算する。
【００９６】
一方、上述のステップＸ４で、ＣＰＵ３０は空燃比強制変更開始時点ｔ０において、インジェクタ１０を介して燃料噴射量にリッチ外乱を加算する。
【００９７】
つまり、上述の各ステップＸ２，Ｘ３，Ｘ４の処理により、前回の外乱がリッチであるならば、今回は燃料噴射量ａにリーン外乱を加算（燃料噴射量を減算）する一方、前回の外乱がリーンであるならば、今回は燃料噴射量ａにリッチ外乱を加算（燃料噴射量を加算）するので、空燃比の強制変更は図５において既に示したようにリッチとリーンとに交互に切換えられる。
【００９８】
次にステップＸ５で、ＣＰＵ３０は排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するリニアＯ２センサ１８の出力ｂの読込みを実行する。リニアＯ２センサ１８が正常または略正常な場合で、かつりーン外乱の加算時には、その出力ｂは図１１の実線のようになり、リニアＯ２センサ１８の劣化度合が大きくなる程、その出力ｂは図１１に仮想線で示す方向にずれることになる。
【００９９】
次にステップＸ６で、ＣＰＵ３０はリニアＯ２センサ１８の出力ｂを微分した値、つまり微分値ｃ（図１１参照）を演算により求める。
【０１００】
次にステップＸ７で、ＣＰＵ３０は上述の微分値ｃが所定値としての所定しきい値ｔｈを越えている時間ＴＢ、詳しくは、しきい値ｔｈを越えた時点と、その後、出力が低下して所定しきい値ｔｈを下回った時点との間の時間ＴＢを演算により求める。図１１に示すようにリニアＯ２センサ１８が正常または略正常な場合には上述の時間ＴＢは大となり、リニアＯ２センサ１８の劣化度合いが大きくなる程、時間ＴＢは小さくなる。
【０１０１】
次にステップＸ８で、ＣＰＵ３０は、判定の信頼性向上を目的として、リッチ外乱を与えた場合の時間ＴＢのサンプル数、並びにリーン外乱を与えた場合の時間ＴＢのサンプル数が所定値（例えば５〜１０回）よりも大か否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＸ１にリターンしてフローチャートの繰返し処理を実行する一方、ＹＥＳ判定時には次のステップＸ９に移行する。
【０１０２】
なお、図１１に示すタイムチャートにおいてはリーン外乱（燃料噴射量の減算）を与えた場合の微分値ｃのプラス側のしきい値ｔｈとクロスするポイント間の時間ＴＢを示したが、リッチ外乱（燃料噴射量の加算）を与えた場合には、微分値ｃのマイナス側のしきい値ｔｈとクロスするポイント間の時間ＴＢを用いて、時定数劣化を検出乃至判定することができる。
【０１０３】
上述のステップＸ９で、ＣＰＵ３０は所定サンプル数に達した複数のリッチ側の時間ＴＢの平均値を演算すると共に、所定サンプル数に達した複数のリーン側の時間ＴＢの平均値を演算する。
【０１０４】
次にステップＸ１０で、ＣＰＵ３０はリッチ側時間ＴＢＲ（詳しくはリッチ側時間の平均値）からリーン側時間ＴＢＬ（詳しくはリーン側時間の平均値）を減算した値の絶対値が、所定値より大きいか否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＸ１１に移行し、ＹＥＳ判定時には別のステップＸ１２に移行する。
【０１０５】
このステップＸ１２で、ＣＰＵ３０はリッチ側時間ＴＢＲが所定値より小か否かを判定し、ＹＥＳ判定時にはステップＸ１３に移行する一方、ＮＯ判定時には別のステップＸ１４に移行する。
【０１０６】
上述のステップＸ１３で、ＣＰＵ３０はＴＢＲ＜所定値に対応して、リッチ側時間ＴＢＲが劣化つまりリッチ側時定数劣化であると判定する。
一方、ステップＸ１４で、ＣＰＵ３０はリーン側時間ＴＢＬが所定値よりも小か否かを判定し、ＹＥＳ判定時にはステップＸ１５に移行する一方、ＮＯ判定時には別のステップＸ１６に移行する。
【０１０７】
上述のステップＸ１５で、ＣＰＵ３０はＴＢＬ＜所定値に対応して、リーン側時間ＴＢＬが劣化（リーン側時定数劣化）であると判定する。
また、上述のステップＸ１６では、ＣＰＵ３０はリッチ側時間ＴＢＲおよびリーン側時間ＴＢＬの何れもが正常であると判定する。
【０１０８】
一方、上述のステップＸ１１で、ＣＰＵ３０はリッチ側時間ＴＢＲ（詳しくはリッチ側時間の平均値）とリーン側時間ＴＢＬ（詳しくはリーン側時間の平均値）とを加算した値が、所定値よりも小さいか否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＸ１６に移行する一方、ＹＥＳ判定時には別のステップＸ１７に移行する。
【０１０９】
上述のステップＸ１６で、ＣＰＵ３０はリッチ側時間ＴＢＲおよびリーン側時間ＴＢＬの何れもが正常であると判定し、上述のステップＸ１７では、ＣＰＵ３０はＴＢＲ+ＴＢＬ＜所定値に対応して、リッチ側時間ＴＢＲおよびリーン側時間ＴＢＬ（換言すれば両側の時定数）の何れもが劣化であると判定する。
【０１１０】
このように、図１０、図１１で示した実施例においては、上記劣化判定手段（ルーチンＲ３参照）は、微分手段（ステップＸ６参照）により得られた出力（微分値ｃ参照）が変化を初め、所定しきい値ｔｈを超えた時点と、その後、出力が低下して所定しきい値に達した時点との間の時間ＴＢに基づいて時定数劣化を検出するものである。
【０１１１】
リニアＯ２センサ１８の出力の微分値ｃが変化を初め、所定しきい値を越えた時点と、その後、出力が低下して所定しきい値に達した時点との間の時間ＴＢは、該センサが劣化する程、短くなる。
【０１１２】
この構成によれば、上述の時間ＴＢに基づいて時定数劣化を判定するので、空燃比の定常変動の影響を受けることがなく、外乱を与えた際には劣化度合に対応した時間ＴＢ（微分出力が変化を初め、所定しきい値を超えた時点と、その後、出力が低下して所定しきい値に達した時点との間の時間ＴＢ）が得られる。このため、リニアＯ２センサ１８の時定数劣化を精度よく検出することができる。
なお、図１０、図１１で示した実施例においても、その他の作用、効果については先の実施例とほぼ同様である。
【０１１３】
図１２、図１３はリニアＯ２センサ１８の劣化検出装置のさらに他の実施例を示すフローチャートおよびタイムチャートである。この実施例においても図１、図２で示した回路装置を用いる。
【０１１４】
また、この実施例においてもＣＰＵ３０は、リニアＯ２センサ１８の検出値に基づいてエンジン１１に供給される混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバックする空燃比フィードバック制御手段（ＣＰＵそれ自体参照）と、リニアＯ２センサ１８の劣化検出時にのみ、エンジン１１に供給される空燃比を強制的に変更させる手段、つまり図１３に示す燃料噴射量ａを加減算することで、空燃比にリッチ側またはリーン側の外乱を与える空燃比強制変更手段（図１２のステップＹ３，Ｙ４参照）と、空燃比強制変更後におけるリニアＯ２センサ１８の出力ｂ（図１３参照）を微分して微分値ｃを求める微分手段（図１２のステップＹ６参照）と、上述の微分手段（ステップＹ６参照）に得られた値に基づいてリニアＯ２センサ１８の時定数劣化を判定する劣化判定手段（図１２のルーチンＲ４参照）と、を兼ねる。
【０１１５】
図１２、図１３に示す実施例においては、上述の劣化判定手段（ルーチンＲ４参照）は、空燃比を強制的に変更した外乱開始時点ｔ０から微分手段（ステップＹ６参照）により得られた出力（微分値ｃ）がピーク値に達するまでの時間ＴＣに基づいて時定数劣化を検出するように構成している。
【０１１６】
この実施例の作用を、図１２に示すフローチャートおよび図１３に示すタイムチャートを参照して、以下に詳述する。
図１２に示すフローチャートのステップＹ１で、ＣＰＵ３０はリニアＯ２センサ１８の劣化を検出する診断実行条件が成立したか否かを判定する。すなわち、スロットルセンサ２０で検出するスロットル開度ＴＶＯの変化量が所定変化量以下で、かつ回転センサ２１で検出するエンジン回転数Ｎｅの変化量が所定変化量以下で、さらにＣＥ＝Ｑａ／Ｎｅで求められる充填効率ＣＥの変化量が所定変化量以下の所謂定常時を含むほぼ定常時（ＹＥＳ判定時）にのみ次のステップＹ２に移行し、加減速時などの非定常時（ＮＯ判定時）にはリターンする。
【０１１７】
ここで、診断の検出頻度の低下を防止する目的で、上述の診断実行条件にはある程度の許容幅をもたせており、例えば、緩加速時においては診断実行条件が成立するように構成されている。
【０１１８】
上述のステップＹ２で、ＣＰＵ３０は前回の空燃比強制変更時の燃料噴射量加減算（外乱）に基づいて、前回外乱がリーンであったか否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＹ３に移行する一方、ＹＥＳ判定時には別のステップＹ４に移行する。
【０１１９】
上述のステップＹ３で、ＣＰＵ３０は外乱開始時点ｔ０（図１３参照）において、インジェクタ１０を介して燃料噴射量にリーン外乱を加算する。
一方、上述のステップＹ４で、ＣＰＵ３０は外乱開始時点ｔ０において、インジェクタ１０を介して燃料噴射量にリッチ外乱を加算する。
【０１２０】
つまり、上述の各ステップＹ２，Ｙ３，Ｙ４の処理により、前回の外乱がリッチであるならば、今回は燃料噴射量ａにリーン外乱を加算（燃料噴射量を減算）する一方、前回の外乱がリーンであるならば、今回は燃料噴射量ａにリッチ外乱を加算（燃料噴射量を加算）するので、空燃比の強制変更は図５で既に説明したようにリッチとリーンとに交互に切換えられる。
【０１２１】
次にステップＹ５で、ＣＰＵ３０は排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するリニアＯ２センサ１８の出力ｂの読込みを実行する。リニアＯ２センサ１８が正常または略正常な場合で、かつりーン外乱の加算時には、その出力ｂは図１３の実線のようになり、リニアＯ２センサ１８の劣化度合が大きくなる程、その出力ｂは図１３に仮想線で示す方向にずれることになる。
【０１２２】
次にステップＹ６で、ＣＰＵ３０はリニアＯ２センサ１８の出力ｂを微分した値、つまり微分値ｃ（図１３参照）を演算により求める。
【０１２３】
次にステップＹ７で、ＣＰＵ３０は外乱開示時点ｔ０から微分値ｃがピーク値に達するまでの時間ＴＣを演算により求める。図１３に示すようにリニアＯ２センサ１８が正常または略正常な場合には上述の時間ＴＣは短くなり、リニアＯ２センサ１８の劣化度合いが大きくなる程、時間ＴＣは長くなる。
【０１２４】
次にステップＹ８で、ＣＰＵ３０は、判定の信頼性向上を目的として、リッチ外乱を与えた場合の時間ＴＣのサンプル数、並びにリーン外乱を与えた場合の時間ＴＣのサンプル数が所定値（例えば５〜１０回）よりも大か否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＹ１にリターンしてフローチャートの繰返し処理を実行する一方、ＹＥＳ判定時には次のステップＹ９に移行する。
【０１２５】
なお、図１３に示すタイムチャートにおいては外乱開示時点ｔ０にてリーン外乱（燃料噴射量の減算）を与えた場合に微分値ｃがプラス側のピーク値に達するまでの時間ＴＣを示したが、リッチ外乱（燃料噴射量の加算）を与えた場合には、微分値ｃがマイナス側のピーク値に達するまでの時間ＴＣを用いて、時定数劣化を検出乃至判定することができる。
【０１２６】
上述のステップＹ９で、ＣＰＵ３０は所定サンプル数に達した複数のリッチ側の時間ＴＣの平均値を演算すると共に、所定サンプル数に達した複数のリーン側の時間ＴＣの平均値を演算する。
【０１２７】
次にステップＹ１０で、ＣＰＵ３０はリッチ側時間ＴＣＲ（詳しくはリッチ側時間の平均値）からリーン側時間ＴＣＬ（詳しくはリーン側時間の平均値）を減算した値の絶対値が、所定値より大きいか否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＹ１１に移行し、ＹＥＳ判定時には別のステップＹ１２に移行する。
【０１２８】
このステップＹ１２で、ＣＰＵ３０はリッチ側時間ＴＣＲが所定値より大か否かを判定し、ＹＥＳ判定時にはステップＹ１３に移行する一方、ＮＯ判定時には別のステップＹ１４に移行する。
【０１２９】
上述のステップＹ１３で、ＣＰＵ３０はＴＣＲ＞所定値に対応して、リッチ側時間ＴＣＲが劣化つまりリッチ側時定数劣化であると判定する。
一方、ステップＹ１４で、ＣＰＵ３０はリーン側時間ＴＣＬが所定値よりも大か否かを判定し、ＹＥＳ判定時にはステップＹ１５に移行する一方、ＮＯ判定時には別のステップＹ１６に移行する。
【０１３０】
上述のステップＹ１５で、ＣＰＵ３０はＴＣＬ＞所定値に対応して、リーン側時間ＴＣＬが劣化（リーン側時定数劣化）であると判定する。
また、上述のステップＹ１６では、ＣＰＵ３０はリッチ側時間ＴＣＲおよびリーン側時間ＴＣＬの何れもが正常であると判定する。
【０１３１】
一方、上述のステップＹ１１で、ＣＰＵ３０はリッチ側時間ＴＣＲ（詳しくはリッチ側時間の平均値）とリーン側時間ＴＣＬ（詳しくはリーン側時間の平均値）とを加算した値が、所定値よりも大きいか否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＹ１６に移行する一方、ＹＥＳ判定時には別のステップＹ１７に移行する。
【０１３２】
上述のステップＹ１６で、ＣＰＵ３０はリッチ側時間ＴＣＲおよびリーン側時間ＴＣＬの何れもが正常であると判定し、上述のステップＹ１７では、ＣＰＵ３０はＴＣＲ+ＴＣＬ＞所定値に対応して、リッチ側時間ＴＣＲおよびリーン側時間ＴＣＬ（換言すれば両側の時定数）の何れもが劣化であると判定する。
【０１３３】
このように、図１２、図１３で示した実施例においては、上記劣化判定手段（ルーチンＲ４参照）は、空燃比を強制的に変更した外乱開始時点ｔ０から微分手段（ステップＹ６参照）により得られた出力（微分値ｃ参照）がピーク値に達するまでの時間ＴＣに基づいて時定数劣化を検出するものである。
【０１３４】
ここに、上述の空燃比を強制的に変更した外乱開始時点ｔ０から微分値ｃがピーク値に達するまでの時間ＴＣは、リニアＯ２センサ１８が劣化する程、長くなる。
【０１３５】
この構成によれば、上述の時間ＴＣに基づいて時定数劣化を判定するので、空燃比の定常変動の影響を受けることがなく、外乱を与えた際には劣化度合に対応した時間ＴＣ（外乱開始時点ｔ０から微分手段により得られた出力ｃがピーク値に達するまでの時間ＴＣ）が得られる。このため、リニアＯ２センサ１８の時定数劣化を精度よく検出することができる。
なお、図１２、図１３で示した実施例においても、その他の作用、効果については先の実施例とほぼ同様である。
【０１３６】
図１４、図１５はリニアＯ２センサ１８の劣化検出装置のさらに他の実施例を示すフローチャートおよびタイムチャートである。この実施例においても図１、図２で示した回路装置を用いる。
【０１３７】
また、この実施例においてもＣＰＵ３０は、リニアＯ２センサ１８の検出値に基づいてエンジン１１に供給される混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバックする空燃比フィードバック制御手段（ＣＰＵそれ自体参照）と、リニアＯ２センサ１８の劣化検出時にのみ、エンジン１１に供給される空燃比を強制的に変更させる手段、つまり図１５に示す燃料噴射量ａを加減算することで、空燃比にリッチ側またはリーン側の外乱を与える空燃比強制変更手段（図１４のステップＺ３，Ｚ４参照）と、空燃比強制変更後におけるリニアＯ２センサ１８の出力ｂ（図１５参照）を微分して微分値ｃを求める微分手段（図１４のステップＺ６参照）と、上述の微分手段（ステップＺ６参照）に得られた値に基づいてリニアＯ２センサ１８の時定数劣化を判定する劣化判定手段（図１４のルーチンＲ５参照）と、を兼ねる。
【０１３８】
図１４、図１５に示す実施例においては、上述の劣化判定手段（ルーチンＲ５参照）は、微分手段（ステップＺ６参照）により得られた出力（微分値ｃ参照）の面積に基づいて時定数劣化を検出するように構成している。
【０１３９】
さらに詳しくは、上述の劣化判定手段は、リニアＯ２センサ１８の出力の微分値ｃが所定値としてのしきい値ｔｈ以上の面積Ｓ（図１５参照）に基づいて時定数劣化を検出すべく構成し、このしきい値ｔｈを設けることで、正常品と劣化品との面積Ｓによる時定数劣化の検出精度の向上を図るように構成している。
リニアＯ２センサ１８の時定数劣化度合が大きくなる程、上述の面積Ｓは小さくなる。
【０１４０】
この実施例の作用を、図１４に示すフローチャートおよび図１５に示すタイムチャートを参照して、以下に詳述する。
図１４に示すフローチャートのステップＺ１で、ＣＰＵ３０はリニアＯ２センサ１８の劣化を検出する診断実行条件が成立したか否かを判定する。すなわち、スロットルセンサ２０で検出するスロットル開度ＴＶＯの変化量が所定変化量以下で、かつ回転センサ２１で検出するエンジン回転数Ｎｅの変化量が所定変化量以下で、さらにＣＥ＝Ｑａ／Ｎｅで求められる充填効率ＣＥの変化量が所定変化量以下の所謂定常時を含むほぼ定常時（ＹＥＳ判定時）にのみ次のステップＺ２に移行し、加減速時などの非定常時（ＮＯ判定時）にはリターンする。
【０１４１】
ここで、診断の検出頻度の低下を防止する目的で、上述の診断実行条件にはある程度の許容幅をもたせており、例えば、緩加速時においては診断実行条件が成立するように構成されている。
【０１４２】
上述のステップＺ２で、ＣＰＵ３０は前回の空燃比強制変更時の燃料噴射量加減算（外乱）に基づいて、前回外乱がリーンであったか否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＺ３に移行する一方、ＹＥＳ判定時には別のステップＺ４に移行する。
【０１４３】
上述のステップＺ３で、ＣＰＵ３０は空燃比強制変更開始時点ｔ０（図１５参照）において、インジェクタ１０を介して燃料噴射量にリーン外乱を加算する。
【０１４４】
一方、上述のステップＺ４で、ＣＰＵ３０は空燃比強制変更開始時点ｔ０において、インジェクタ１０を介して燃料噴射量にリッチ外乱を加算する。
【０１４５】
つまり、上述の各ステップＺ２，Ｚ３，Ｚ４の処理により、前回の外乱がリッチであるならば、今回は燃料噴射量ａにリーン外乱を加算（燃料噴射量を減算）する一方、前回の外乱がリーンであるならば、今回は燃料噴射量ａにリッチ外乱を加算（燃料噴射量を加算）するので、空燃比の強制変更は図５において既述したようにリッチとリーンとに交互に切換えられる。
【０１４６】
次にステップＺ５で、ＣＰＵ３０は排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するリニアＯ２センサ１８の出力ｂの読込みを実行する。リニアＯ２センサ１８が正常または略正常な場合で、かつりーン外乱の加算時には、その出力ｂは図１５の実線のようになり、リニアＯ２センサ１８の劣化度合が大きくなる程、その出力ｂは図１５に仮想線で示す方向にずれることになる。
【０１４７】
次にステップＺ６で、ＣＰＵ３０はリニアＯ２センサ１８の出力ｂを微分した値、つまり微分値ｃ（図１５参照）を演算により求める。
【０１４８】
次にステップＺ７で、ＣＰＵ３０は上述の微分値ｃにおける所定しきい値ｔｈ以上の面積Ｓを演算により求める。図１５に示すようにリニアＯ２センサ１８が正常または略正常な場合には上述の面積Ｓは大となり、リニアＯ２センサ１８の劣化度合いが大きくなる程、面積Ｓは小さくなる。
【０１４９】
次にステップＺ８で、ＣＰＵ３０は、判定の信頼性向上を目的として、リッチ外乱を与えた場合の面積Ｓのサンプル数、並びにリーン外乱を与えた場合の面積Ｓのサンプル数が所定値（例えば５〜１０回）よりも大か否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＺ１にリターンしてフローチャートの繰返し処理を実行する一方、ＹＥＳ判定時には次のステップＺ９に移行する。
【０１５０】
なお、図１５に示すタイムチャートにおいてはリーン外乱（燃料噴射量の減算）を与えた場合において微分値ｃがプラス側のしきい値ｔｈ以上となる面積Ｓを示したが、リッチ外乱（燃料噴射量の加算）を与えた場合には、微分値ｃがマイナス側のしきい値ｔｈ以下となる面積Ｓを用いて時定数劣化を検出乃至判定することができる。
【０１５１】
上述のステップＺ９で、ＣＰＵ３０は所定サンプル数に達した複数のリッチ側の面積Ｓの平均値を演算すると共に、所定サンプル数に達した複数のリーン側の面積Ｓの平均値を演算する。
【０１５２】
次にステップＺ１０で、ＣＰＵ３０はリッチ側面積ＳＲ（詳しくはリッチ側面積の平均値）からリーン側面積ＳＬ（詳しくはリーン側面積の平均値）を減算した値の絶対値が、所定値より大きいか否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＺ１１に移行し、ＹＥＳ判定時には別のステップＺ１２に移行する。
【０１５３】
このステップＺ１２で、ＣＰＵ３０はリッチ側面積ＳＲが所定値より小か否かを判定し、ＹＥＳ判定時にはステップＺ１３に移行する一方、ＮＯ判定時には別のステップＺ１４に移行する。
【０１５４】
上述のステップＺ１３で、ＣＰＵ３０はＳＲ＜所定値に対応して、リッチ側面積ＳＲが劣化つまりリッチ側時定数劣化であると判定する。
一方、ステップＺ１４で、ＣＰＵ３０はリーン側面積ＳＬが所定値よりも小か否かを判定し、ＹＥＳ判定時にはステップＺ１５に移行する一方、ＮＯ判定時には別のステップＺ１６に移行する。
【０１５５】
上述のステップＺ１５で、ＣＰＵ３０はＳＬ＜所定値に対応して、リーン側面積ＳＬが劣化（リーン側時定数劣化）であると判定する。
また、上述のステップＺ１６では、ＣＰＵ３０はリッチ側面積ＳＲおよびリーン側面積ＳＬの何れもが正常であると判定する。
【０１５６】
一方、上述のステップＺ１１で、ＣＰＵ３０はリッチ側面積ＳＲ（詳しくはリッチ側面積の平均値）とリーン側面積ＳＬ（詳しくはリーン側面積の平均値）とを加算した値が、所定値よりも小さいか否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＺ１６に移行する一方、ＹＥＳ判定時には別のステップＺ１７に移行する。
【０１５７】
上述のステップＺ１６で、ＣＰＵ３０はリッチ側面積ＳＲおよびリーン側面積ＳＬの何れもが正常であると判定し、上述のステップＺ１７では、ＣＰＵ３０はＳＲ+ＳＬ＜所定値に対応して、リッチ側面積ＳＲおよびリーン側面積ＳＬ（換言すれば両側の時定数）の何れもが劣化であると判定する。
【０１５８】
このように、図１４、図１５で示した実施例においては、上記劣化判定手段（ルーチンＲ５参照）は、微分手段（ステップＺ６参照）により得られた出力（微分値ｃ参照）の面積Ｓに基づいて時定数劣化を検出するものである。
【０１５９】
ここに、リニアＯ２センサ１８の微分値ｃの面積Ｓは、該センサ１８が劣化する程、小さくなる。
【０１６０】
この構成によれば、上述の微分値ｃの面積Ｓに基づいて時定数劣化を判定するので、空燃比の定常変動の影響を受けることがなく、外乱を与えた際には劣化度合に対応した面積Ｓが得られる。このため、リニアＯ２センサ１８の時定数劣化を精度よく検出することができる。
なお、図１４、図１５で示した実施例においても、その他の作用、効果については先の実施例とほぼ同様である。
【０１６１】
この発明の構成と、上述の実施例との対応において、
この発明のリニア空燃比センサは、実施例のリニアＯ２センサ１８に対応し、
以下同様に、
空燃比制御手段は、空燃比フィードバック制御手段（ＣＰＵ３０参照）に対応し、
空燃比変更手段は、空燃比強制変更手段（各ステップＱ３，Ｑ４，Ｕ３，Ｕ４，Ｘ３，Ｘ４，Ｙ３，Ｙ４，Ｚ３，Ｚ４参照）に対応し、
微分手段は、ＣＰＵ３０制御による各ステップＱ６，Ｕ６，Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６に対応し、
劣化判定手段は、各ルーチンＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５に対応するも、
この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】リニア空燃比センサを備えたエンジンの系統図。
【図２】リニア空燃比センサの劣化検出装置を示す制御回路ブロック図。
【図３】劣化検出処理を示すフローチャート。
【図４】劣化検出処理を示すタイムチャート。
【図５】外乱の付加状態を示す説明図。
【図６】リッチ外乱付加時のタイムチャート。
【図７】実車によるリーン外乱付加時のリニア空燃比センサ出力およびその微分値の測定結果を示す説明図
【図８】劣化検出処理の他の実施例を示すフローチャート
【図９】劣化検出処理の他の実施例を示すタイムチャート
【図１０】劣化検出処理のさらに他の実施例を示すフローチャート
【図１１】劣化検出処理のさらに他の実施例を示すタイムチャート
【図１２】劣化検出処理のさらに他の実施例を示すフローチャート
【図１３】劣化検出処理のさらに他の実施例を示すタイムチャート
【図１４】劣化検出処理のさらに他の実施例を示すフローチャート
【図１５】劣化検出処理のさらに他の実施例を示すタイムチャート
【符号の説明】
【０１６３】
１１…エンジン
１８…リニアＯ２センサ（リニア空燃比センサ）
３０…空燃比フィードバック制御手段（空燃比制御手段）
Ｑ３，Ｑ４…空燃比強制変更手段（空燃比変更手段）
Ｕ３，Ｕ４…空燃比強制変更手段（空燃比変更手段）
Ｘ３，Ｘ４…空燃比強制変更手段（空燃比変更手段）
Ｙ３，Ｙ４…空燃比強制変更手段（空燃比変更手段）
Ｚ３，Ｚ４…空燃比強制変更手段（空燃比変更手段）
Ｑ６，Ｕ６，Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６…微分手段
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５…劣化判定手段
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３１３７
【氏名又は名称】マツダ株式会社
【住所又は居所】広島県安芸郡府中町新地３番１号
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| 【出願日】 |
平成１６年９月１日（２００４．９．１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６７７４７
【弁理士】
【氏名又は名称】永田 良昭
【識別番号】１００１２１６０３
【弁理士】
【氏名又は名称】永田 元昭
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| 【公開番号】 |
特開２００６−７０７７８（Ｐ２００６−７０７７８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１８年３月１６日（２００６．３．１６） |
| 【出願番号】 |
特願２００４−２５４２５６（Ｐ２００４−２５４２５６） |
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