| 【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】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】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】劣化検出時に空燃比に外乱を与えて、劣化検出精度の向上を図ることができるリニア空燃比センサの劣化検出装置を提供する。
【解決手段】Ａ／Ｆを強制的に変更するＡ／Ｆ変更手段Ｓ２と、Ａ／Ｆ変更後におけるリニアＡ／Ｆセンサの出力値を微分する微分手段Ｓ４と、微分手段Ｓ４により得られた出力のピーク値を検出するピーク値検出手段Ｓ１５と、ピーク値を基準にしきい値を設定するしきい値設定手段Ｓ８と、Ａ／Ｆ変更手段Ｓ２によるＡ／Ｆ変更後にリニアＡ／Ｆセンサの出力の微分値が上記しきい値を超えるまでの時間（むだ時間）を計測するむだ時間計測手段Ｓ１１と、むだ時間に基づいてＡ／Ｆセンサのむだ時間遅れ劣化を判定する劣化判定手段Ｓ１８とを備えたことを特徴とする。 |
【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出力のピーク値を検出するピーク値検出手段と、
上記ピーク値を基準にしきい値を設定するしきい値設定手段と、
空燃比変更手段による空燃比変更後にリニア空燃比センサの出力の微分値が上記しきい値を超えるまでの時間を計測するむだ時間計測手段と、
上記むだ時間計測手段により計測されたむだ時間に基づいてリニア空燃比センサのむだ時間遅れ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複数回劣化判定を行ない、
上記しきい値設定手段は前回のピーク値を基準にしきい値を設定する
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】
上記ピーク値検出手段により検出された前回のピーク値がそれ以前に検出されたピーク値と大きくかけ離れた時、前回のピーク値に基づくしきい値の設定を制限する
請求項２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むだ時間計測手段により得られたむだ時間に基づいてリニア空燃比センサの片側むだ時間劣化を検出するように構成された
請求項１〜３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、むだ時間と一次遅れ時間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、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、この微分値のピーク値に基づいてしきい値を設定し、空燃比の強制変更後にリニア空燃比センサ出力の微分値が上記しきい値を超えるまでの時間（むだ時間）を計測することにより、リニア空燃比センサのむだ時間遅れ劣化を検出し、これにより、劣化検出精度の向上を図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出力のピーク値を検出するピーク値検出手段と、上記ピーク値を基準にしきい値を設定するしきい値設定手段と、空燃比変更手段による空燃比変更後にリニア空燃比センサの出力の微分値が上記しきい値を超えるまでの時間を計測するむだ時間計測手段と、上記むだ時間計測手段により計測されたむだ時間に基づいてリニア空燃比センサのむだ時間遅れ劣化を判定する劣化判定手段とを備えたものである。
【０００８】
上述のリニア空燃比センサの出力の微分値が上記しきい値を越えるまでの時間は、むだ時間に相当する。
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判定に際して、エンジンに供給される空燃比を強制的に変更し、微分手段は、空燃比変更後（つまり空燃比に外乱を与えた後）におけるリニア空燃比センサの出力値を微分し、ピーク値検出手段は、上記微分手段により得られた出力（微分値）のピーク値を検出し、しきい値設定手段は、上記ピーク値を基準にしきい値を設定し、むだ時間計測手段は、空燃比変更手段による空燃比変更後にリニア空燃比センサの出力の微分値が上記しきい値を超えるまでの時間（むだ時間）を計測し、劣化判定手段は、上記むだ時間計測手段により計測されたむだ時間に基づいてリニア空燃比センサのむだ時間遅れ劣化を判定する。
【０００９】
ここで、リニア空燃比センサの劣化度合が大きい程、むだ時間は長くなる。
このように、比較的安定した値を示す微分値のピーク値に基づいて、リニア空燃比センサのむだ時間遅れ劣化が検出されるので、劣化検出精度の向上を図ることができる。
【００１０】
詳しくは、緩加速時や定常時の空燃比のうねり（比較的周期が大きい空燃比変動）のように、空燃比それ自体は変化しているが、その変化率が小さいような条件下では微分値はほとんど変化しない、
このため、微分値のピーク値を求め、求められたピーク値からしきい値を設定して劣化判定を実行することにより、空燃比変化の影響を排除して、劣化検出精度の向上を図ることができる。
【００１１】
この発明の一実施態様においては、上記劣化判定手段は複数回劣化判定を行ない、上記しきい値設定手段は前回のピーク値を基準にしきい値を設定するものである。
上記構成によれば、直近の運転条件で計測したピーク値（前回のピーク値）を基準として、しきい値を設定するので、負荷変動などにより変化するリニア空燃比センサ出力の応答性に対応して、最適なしきい値を設定することができる。
この結果、検出精度のさらなる向上を図ることができる。
【００１２】
この点について更に詳述すると、リニア空燃比センサの出力は該センサの劣化でも変化する一方で、排気ガスの流量によっても出力波形の傾きが変化する。
つまり、高負荷で排気ガス流量が多い場合には同じリニア空燃比センサであっても、該センサを構成する素子の中のガス交換が急速に行われて、反応が速くなるため、センサ出力は急変し、逆に低負荷で排気ガス流量が少ない場合には同じリニア空燃比センサであっても、該センサを構成する素子の中のガス交換が遅いので、反応がにぶくなり、センサ出力は緩変する。すなわち、運転条件によってリニア空燃比センサの出力が変化するので、最適なしきい値も変化することになる。
【００１３】
したがって、直近の運転条件で計測したピーク値（前回のピーク値）を基準として、しきい値を設定することにより、負荷変動などにより変化するリニア空燃比センサ出力の応答性に対応して、最適なしきい値を設定することができる。
【００１４】
要するに、運転条件などにより変化するリニア空燃比センサの応答特性に応じて、しきい値を可変と成すことができるので、常に最適なしきい値の設定ができ、劣化検出精度をより一層向上させることができる。
【００１５】
この発明の一実施態様においては、上記ピーク値検出手段により検出された前回のピーク値がそれ以前に検出されたピーク値と大きくかけ離れた時、前回のピーク値に基づくしきい値の設定を制限するものである。
上記構成によれば、リニア空燃比センサのむだ時間遅れ劣化の検出精度を維持することができる。
【００１６】
つまり、緩加速のような場合には、リニア空燃比センサの劣化診断が実行されるが、この診断実行条件内で運転状態の変化等が起こると（例えば、診断実行条件内でのアクセルの踏込み等による空燃比外乱が入ったような場合）、ピーク値が一時的に１つだけ大きくなるので、このようなピーク値を用いることを防止して、リニア空燃比センサの劣化検出精度を維持することができる。
【００１７】
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むだ時間計測手段により得られたむだ時間に基づいてリニア空燃比センサの片側むだ時間劣化を検出するように構成されたものである。
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むだ時間劣化を検出することができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、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、この微分値のピーク値に基づいてしきい値を設定し、空燃比の強制変更後にリニア空燃比センサ出力の微分値が上記しきい値を超えるまでの時間（むだ時間）を計測することにより、リニア空燃比センサのむだ時間遅れ劣化を検出するので、劣化検出精度の向上を図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】
【００１９】
空燃比のうねりのような空燃比変化の影響を受けることなく、リニア空燃比センサのむだ時間遅れ劣化を検出して、その劣化検出精度の向上を図るという目的を、空燃比を強制的に変更する手段と、空燃比変更後のリニア空燃比センサの出力値を微分する手段と、微分値のピーク値を検出する手段と、ピーク値を基準にしきい値を設定する手段と、空燃比変更後にリニア空燃比センサの出力の微分値がしきい値を超えるまでの時間（むだ時間）を計測する手段と、計測されたむだ時間に基づいてリニア空燃比センサのむだ時間遅れ劣化を判定する手段とを備えるという構成にて実現した。
【実施例】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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は演算されたピーク値および求められたしきい値やサンプル数の所定値に相当するデータ、並びに、むだ時間判定用の所定値に相当するデータなどを記憶する。
【００２７】
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５に示す燃料噴射料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Ｓ２参照）と、空燃比強制変更後におけるリニアＯ２センサ１８の出力値ｂ（図５参照）を微分して、微分値ｃ（図５参照）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Ｓ４参照）と、上述の微分手段（ステップＳ４参照）により得られた出力（微分値ｃ）のピーク値を検出するピーク値検出手段（図３に示すフローチャートのステップＳ１５参照）と、上述のピーク値を基準に次回、むだ時間Ｘの劣化判定に用いるしきい値ｔｈを設定するしきい値設定手段（図３に示すフローチャートのステップＳ８参照）と、空燃比強制変更手段（ステップＳ２参照）による空燃比強制変更後に、リニアＯ２センサ１８の出力ｂの微分値ｃが上記しきい値ｔｈを超えるまでの時間（むだ時間Ｘ）を計測するむだ時間計測手段（図３に示すフローチャートのステップＳ１１参照）と、このむだ時間計測手段（ステップＳ１１参照）により計測されたむだ時間Ｘに基づいてリニアＯ２センサ１８のむだ時間遅れ劣化を判定する劣化判定手段（図３に示すフローチャートのステップＳ１８参照）と、を兼ねるものである。
【００２８】
また、上述のしきい値設定手段（ステップＳ８参照）は前回のピーク値（直近の運転条件で計測したピーク値）を基準にして、しきい値ｔｈを設定するように構成している。
【００２９】
さらにＣＰＵ３０は、上述のピーク値検出手段（ステップＳ１５参照）により検出された前回のピーク値がそれ以前に検出されたピーク値と大きくかけ離れた時（ステップＳ１６のＹＥＳ判定手段）、前回のピーク値に基づくしきい値ｔｈの設定を制限する制限手段（図３に示すフローチャートのステップＳ１７参照）をも兼ねるものである。
【００３０】
加えて、上述の空燃比強制変更手段（ステップＳ２参照）はインジェクタ１０からの噴射される燃焼噴射量の変更により、エンジン１１に供給される混合気の空燃比をリッチからリーンに変更（図５の減算参照）する態様と、リーンからリッチに変更（図５の加算参照）する態様とに切換えるように構成されている。
【００３１】
さらに、上述の劣化判定手段（ステップＳ１８参照）は複数回の劣化判定（詳しくはむだ時間Ｘを複数サンプリングして劣化判定）を行なうと共に、むだ時間計測手段（ステップＳ１１参照）により得られたむだ時間Ｘに基づいてリニアＯ２センサ１８の片側つまりリッチ側またはリーン側のむだ時間劣化を検出するように構成されている（上記ステップＳ１８のサブルーチンを示す図４参照）。
【００３２】
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に示すメインルーチンおよび図４に示すサブルーチンを参照して以下に詳述する。
【００３３】
図３に示すフローチャートのステップＳ１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Ｓ２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。
【００３４】
また、診断の検出頻度の低下を防止するために、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。
【００３５】
次にステップＳ２で、ＣＰＵ３０は空燃比強制変更開始時点ｔ０（図５のタイムチャート参照）において、インジェクタ１０による燃料噴射量に外乱を加減算する。
この場合、図５に示すように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。
【００３６】
次にステップＳ３で、ＣＰＵ３０は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にはその出力ｂは図５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５に仮想線で示す方向にずれることになる。
【００３７】
次にステップＳ４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５参照）を演算により求める。
【００３８】
次にステップＳ５で、ＣＰＵ３０は前回設定されたしきい値（前回しきい値）がＲＡＭ２３の所定エリア内にデータとして記憶されているか否かを判定するが、診断実行条件が成立した初回においては前回しきい値はＲＡＭ２３の所定エリアに記憶されていないので、ＮＯ判定されて次のステップＳ６に移行する一方、フローチャートの繰返しにより前回しきい値がＲＡＭ２３の所定エリアに記憶されている場合には、ＹＥＳ判定されて別のステップＳ１０に移行する。
【００３９】
上述のステップＳ６で、ＣＰＵ３０は初回に対応して空燃比強制変更開始時点ｔ０から適切な所定時間Ｔ（図５参照）が経過した後に外乱（この場合は燃料噴射量の減算）をリセットする。
【００４０】
つまり、初回においては、しきい値が設定されておらず、診断ができないため適切な時間Ｔの経過後に外乱を止める。
【００４１】
次にステップＳ７で、ＣＰＵ３０はリニアＯ２センサ１８出力の微分値ｃのピーク値Ｐ１を演算により求める。つまり、しきい値が存在していなくてもピーク値Ｐ１は求めることができるので、しきい値を設定する前段階の処理として、まず、ピーク値Ｐ１を求める。
【００４２】
次にステップＳ８に移行し、このステップＳ８で、ＣＰＵ３０はステップＳ７で求めたピーク値Ｐ１にゲインを乗じてしきい値ｔｈ（図５参照）を設定（例えばピーク値Ｐ１×０．５に設定）し、設定したしきい値ｔｈをＲＡＭ２３の所定エリアに読出し可能に記憶する。
【００４３】
次にステップＳ９で、ＣＰＵ３０はリッチ外乱を与えた場合のむだ時間Ｘのサンプル数、並びにリーン外乱を与えた場合のむだ時間Ｘ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するが、この場合にはむだ時間Ｘが１回もサンプリングされていないので、ＮＯ判定されて、ステップＳ１にリターンする。
【００４４】
フローチャートの繰返しにより上述の各ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４での処理を経てステップＳ５に至ると、このステップＳ５で、ＣＰＵ３０は前回設定されたしきい値（前回しきい値）ｔｈがＲＡＭ２３の所定エリア内にデータとして記憶されているか否かを判定するが、初回以降にあってはフローチャートの繰返しにより前回しきい値ｔｈがＲＡＭ２３の所定エリアに記憶されているので、このステップＳ５がＹＥＳ判定されて、次のステップＳ１０に移行する。
【００４５】
このステップＳ１０で、ＣＰＵ３０は微分値ｃとＲＡＭ２３から読出した前回しきい値ｔｈとの大小関係を比較し、微分値≧しきい値の時、つまり図５において時点ｔ２にて微分値ｃがしきい値ｔｈに達した時または微分値ｃがしきい値ｔｈを超えた時にはＹＥＳ判定されて、次のステップＳ１１に移行する一方、微分値ｃがしきい値ｔｈ未満の時にはＮＯ判定されて別のステップＳ１２に移行する。
【００４６】
このステップＳ１２で、ＣＰＵ３０は外乱を与えた時点ｔ１からの経過時間が所定値（所定時間）を超えたか否かを判定し、時点ｔ２に至っていない場合（ＮＯ判定時）にはステップＳ１０にリターンする一方、外乱を与えた時点ｔ１からの経過時間が所定値を超え、かつしきい値ｔｈが高くて所定時間内に微分値ｃがしきい値ｔｈに到達しない場合には次のステップＳ１３に移行して、このステップＳ１３で、ＣＰＵ３０はインジェクタ１０による燃料噴射量ａの外乱（図５の実施例では燃料噴射量の減算）をリセットする。
【００４７】
上述のステップＳ１１では、微分値≧しきい値に対応して、ＣＰＵ３０は空燃比強制変更開始時点ｔ１からリニアＯ２センサ１８の出力ｂの微分値ｃがしきい値ｔｈを超えるまでの時間、つまり、図５に示す時点ｔ１，ｔ２間の時間としてのむだ時間Ｘを計測する。
【００４８】
次にステップＳ１４で、ＣＰＵ３０は燃料噴射量ａの外乱をリセットする。次にステップＳ１５で、ＣＰＵ３０はリニアＯ２センサ１８の出力ｂを微分した微分値ｃのピーク値Ｐ２を演算する。
【００４９】
次にステップＳ１６で、ＣＰＵ３０は上述のピーク値Ｐ２と前述のピーク値Ｐ１との偏差が所定値よりも大か否かを判定する。すなわちピーク値Ｐ２がそれ以前に検出されたピーク値Ｐ１と大きくかけ離れているか否かを判定し、偏差＞所定値の時（ＹＥＳ判定時）にはステップＳ１７に移行する一方、偏差＜所定値の時（ＮＯ判定時）にはステップＳ８に移行する。
【００５０】
上述のステップＳ１７で、ＣＰＵ３０は偏差＞所定時に対応して、前回のピーク値に基づくしきい値の設定を制限する目的で、しきい値ｔｈとして前前回のしきい値を設定し、ステップＳ８では、ＣＰＵ３０は偏差＜所定値に対応して、しきい値ｔｈとして前回のしきい値を設定する。なお、これらの設定されたしきい値ｔｈはＲＡＭ２３の所定エリアに読出し可能に記憶されて、次回のむだ時間劣化検出に用いられる。
【００５１】
次にステップＳ９で、ＣＰＵ３０はリッチ外乱（燃料噴射量の加算参照）を与えた場合のむだ時間Ｘのサンプル数、並びにリーン外乱（燃料噴射量の減算参照）を与えた場合のむだ時間Ｘ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Ｓ１にリターンしてフローチャートの繰返しにより以上の処理を再実行する一方、ＹＥＳ判定時にはステップＳ１８で劣化判定を実行する。
【００５２】
図５に示すタイムチャートにおいてはリーン外乱（燃料噴射量の減算参照）を与えた場合の微分値ｃのプラス側のピーク値Ｐ１，Ｐ２およびプラス側のしきい値ｔｈをそれぞれ示したが、リッチ外乱（燃料噴射量の加算参照）を与えた場合には、微分値ｃのマイナス側のピーク値およびマイナス側のしきい値を用いて、むだ時間Ｘを上述同様に計測することができる。
【００５３】
上述のステップＳ１８（劣化判定手段）の詳細は図４にサブルーチンで示すので、次に図４に示すサブルーチンを参照して、劣化判定処理について説明する。
ステップＵ１で、ＣＰＵ３０は所定サンプル数に達した複数のリッチ側のむだ時間Ｘの平均値（平均むだ時間）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むだ時間Ｘの平均値（平均むだ時間）を演算する。
【００５４】
次にステップＵ２で、ＣＰＵ３０はリッチ側むだ時間（詳しくはリッチ側の平均むだ時間）からリーン側むだ時間（詳しくはリーン側の平均むだ時間）を減算した値の絶対値が所定値より大か否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＵ３に移行し、ＹＥＳ判定時には別のステップＵ４に移行する。
【００５５】
このステップＵ４で、ＣＰＵ３０はリッチ側むだ時間が所定値より大か否かを判定し、ＹＥＳ判定時にはステップＵ５に移行する一方、ＮＯ判定時には別のステップＵ６に移行する。
【００５６】
上述のステップＵ５で、ＣＰＵ３０はリッチ側むだ時間＞所定値に対応して、リッチ側むだ時間が劣化であると判定する。
一方、ステップＵ６で、ＣＰＵ３０はリーン側むだ時間が所定値より大か否かを判定し、ＹＥＳ判定時にはステップＵ７に移行する一方、ＮＯ判定時には別のステップＵ８に移行する。
【００５７】
上述のステップＵ７で、ＣＰＵ３０はリーンむだ時間＞所定値に対応してリーン側むだ時間が劣化であると判定する。
また、上述のステップＵ８では、ＣＰＵ３０はリッチ側むだ時間およびリーン側むだ時間の何れもが正常であると判定する。
【００５８】
一方、上述のステップＵ３で、ＣＰＵ３０はリッチ側むだ時間（詳しくはリッチ側の平均むだ時間）とリーン側むだ時間（詳しくはリーン側の平均むだ時間）とを加算した値が所定値より大か否かを判定し、ＮＯ判定時にはステップＵ８に移行する一方、ＹＥＳ判定時には別のステップＵ９に移行する。
【００５９】
上述のステップＵ８で、ＣＰＵ３０はリッチ側むだ時間およびリーン側むだ時間の何れもが正常であると判定し、上述のステップＵ９では、ＣＰＵ３０はリッチ側むだ時間およびリーン側むだ時間の何れもが劣化であると判定する。
【００６０】
なお、図３で示したメインルーチンに代えて、図６に示すメインルーチンを採用してもよい。この図６の示すメインルーチンは、ステップＳ７で微分値ｃのピーク値Ｐ１を演算した後に、ステップＳ８に移行し、このステップＳ８で、初回に対応して上述のピーク値Ｐ１にゲインを乗じて、しきい値ｔｈを求めるものである。
【００６１】
またステップＳ８では、偏差＜所定値に対応してピーク値Ｐ１にゲインを乗じてしきい値ｔｈに設定し、ステップＳ１７では、偏差＞所定値に対応して前前回しきい値をしきい値ｔｈに設定するものである。
【００６２】
図６で示す、フローチャートにおいても、その他のステップでの処理内容は図３と同一であるから、図６において図３と同一のステップには同一符号を付して、その詳しい説明を省略する。
【００６３】
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Ｓ２参照）と、空燃比強制変更後におけるリニアＯ２センサ１８の出力値ｂを微分する微分手段（ステップＳ４参照）と、上記微分手段（ステップＳ４参照）により得られた出力（微分値ｃ参照）のピーク値Ｐ１，Ｐ２を検出するピーク値検出手段（ステップＳ１５参照）と、上記ピーク値Ｐ１，Ｐ２を基準にしきい値ｔｈを設定するしきい値設定手段（ステップＳ８参照）と、空燃比強制変更手段（ステップＳ２参照）による空燃比強制変更後にリニアＯ２センサ１８の出力ｂの微分値ｃが上記しきい値ｔｈを超えるまでの時間（むだ時間Ｘ）を計測するむだ時間計測手段（ステップＳ１１参照）と、上記むだ時間計測手段（ステップＳ１１参照）により計測されたむだ時間Ｘに基づいてリニアＯ２センサ１８のむだ時間遅れ劣化を判定する劣化判定手段（ステップＳ１８または図４のサブルーチン参照）とを備えたものである。
【００６４】
ここに、リニアＯ２センサ１８の出力ｂの微分値ｃが上記しきい値ｔｈを超えるまでの時間は、むだ時間Ｘに相当する。
この構成によれば、空燃比強制変更手段（ステップＳ２参照）は、リニアＯ２センサ１８の劣化判定に際して、エンジン１１に供給される空燃比を強制的に変更し、微分手段（ステップＳ４参照）は、空燃比強制変更後（つまり空燃比に外乱を与えた後）におけるリニアＯ２センサ１８の出力値ｂを微分し、ピーク値検出手段（ステップＳ１５参照）は、上記微分手段（ステップＳ４参照）により得られた出力（微分値ｃ）のピーク値Ｐ１，Ｐ２を検出し、しきい値設定手段（ステップＳ８参照）は、上記ピーク値Ｐ１を基準にしきい値ｔｈを設定し、むだ時間計測手段（ステップＳ１１参照）は、空燃比強制変更手段（ステップＳ２参照）による空燃比強制変更後にリニアＯ２センサ１８の出力ｂの微分値ｃが上記しきい値ｔｈを超えるまでの時間（むだ時間Ｘ）を計測し、劣化判定手段（ステップＳ１８参照）は、上記むだ時間計測手段（ステップＳ１１参照）により計測されたむだ時間Ｘに基づいてリリニアＯ２センサ１８のむだ時間遅れ劣化を判定する。
ここで、リニアＯ２センサ１８の劣化度合が大きい程、むだ時間Ｘは長くなる。
【００６５】
このように、比較的安定した値を示す微分値ｃのピーク値Ｐ１，Ｐ２に基づいて、リニアＯ２センサ１８のむだ時間遅れ劣化が検出されるので、劣化検出精度の向上を図ることができる。
【００６６】
詳しくは、緩加速時や定常時の空燃比のうねり（比較的周期が大きい空燃比変動）のように、空燃比それ自体は変化しているが、その変化率が小さいような条件下では微分値ｃはほとんど変化しない、
このため、微分値ｃのピーク値Ｐ１，Ｐ２を求め、求められたピーク値Ｐ１，Ｐ２からしきい値ｔｈを設定して劣化判定を実行することにより、空燃比変化の影響を排除して、劣化検出精度の向上を図ることができる。
【００６７】
また、上記劣化判定手段（ステップＳ１８参照）は複数回（ステップＳ９のサンプル数参照）劣化判定を行ない、上記しきい値判定手段（ステップＳ８参照）は前回のピーク値を基準にしきい値ｔｈを設定するものである。
この構成によれば、直近の運転条件で計測したピーク値（前回のピーク値）を基準として、しきい値ｔｈを設定するので、負荷変動などにより変化するリニアＯ２センサ１８の出力ｂの応答性に対応して、最適なしきい値ｔｈを設定することができる。
この結果、劣化検出精度のさらなる向上を図ることができる。
【００６８】
この点について更に詳述すると、リニアＯ２センサ１８の出力ｂは該センサ１８の劣化でも変化する一方で、排気ガスの流量によっても出力波形の傾きが変化する。
つまり、高負荷で排気ガス流量が多い場合には同じリニアＯ２センサ１８であっても、該センサ１８を構成する素子の中のガス交換が急速に行われて、反応が早くなるため、センサ出力ｂは急変し、逆に低負荷で排気ガス流量が少ない場合には同じリニアＯ２センサ１８であっても、該センサ１８を構成する素子の中のガス交換が遅いので、反応がにぶくなり、センサ出力ｂは緩変する。
すなわち、運転条件によってリニアＯ２センサ１８の出力ｂが変化するので、最適なしきい値も変化することになる。
【００６９】
したがって、直近の運転条件で計測したピーク値（前回のピーク値）を基準として、しきい値ｔｈを設定することにより、負荷変動などにより変化するリニアＯ２センサ１８の出力ｂの応答性に対応して、最適なしきい値ｔｈを設定することができる。
【００７０】
要するに、運転条件などにより変化するリニアＯ２センサ１８の応答特性に応じて、しきい値ｔｈを可変と成すことができるので、常に最適なしきい値ｔｈの設定ができ、むだ時間遅れ劣化の検出精度をより一層向上させることができる。
【００７１】
さらに、上記ピーク値検出手段（ステップＳ１５参照）により検出された前回のピーク値がそれ以前に検出されたピーク値と大きくかけ離れた時、前回のピーク値に基づくしきい値の設定を制限するものである。
この構成によれば、リニアＯ２センサ１８のむだ時間遅れ劣化の検出精度を維持することができる。
【００７２】
つまり、緩加速のような場合には、リニアＯ２センサ１８の劣化診断が実行されるが、この診断実行条件内で運転状態の変化等が起こると（例えば、診断実行条件内でのアクセルの踏込み等による空燃比外乱が入ったような場合）、ピーク値が一時的に１つだけ大きくなるので、このようなピーク値を用いることを防止して、リニアＯ２センサ１８の劣化検出精度を維持することができる。
【００７３】
加えて、上記空燃比強制変更手段（ステップＳ２参照）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（ステップＳ１８参照）はむだ時間計測手段（ステップＳ１１参照）により得られたむだ時間Ｘに基づいてリニアＯ２センサ１８の片側むだ時間劣化を検出するように構成されたものである（図４のサブルーチン参照）。
上述の片側とは、リッチ側またはリーン側を意味する。
この構成によれば、リニアＯ２センサ１８の片側むだ時間劣化を適切に検出することができる。
【００７４】
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それ自体参照）に対応し、
空燃比変更手段は、空燃比強制変更手段（ステップＳ２参照）に対応し、
微分手段は、ステップＳ４に対応し、
ピーク値検出手段は、ステップＳ１５に対応し、
しきい値設定手段は、ステップＳ８，Ｓ１９に対応し、
むだ時間計測手段は、ステップＳ１１に対応し、
劣化判定手段は、ステップＳ１８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。
【００７５】
なお、図６のステップＳ１７では、偏差＞所定値の時、前前回しきい値をしきい値ｔｈに設定する例を示したが、その他前前回しきい値よりも前のしきい値や前回よりも前のしきい値の平均値をしきい値ｔｈとして設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【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】劣化判定のサブルーチンを示すフローチャート。
【図５】劣化検出処理を示すタイムチャート。
【図６】劣化検出処理の他の実施例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７７】
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）
Ｓ２…空燃比強制変更手段（空燃比変更手段）
Ｓ４…微分手段
Ｓ８，Ｓ１９…しきい値設定手段
Ｓ１１…むだ時間計測手段
Ｓ１５…ピーク値検出手段
Ｓ１８…劣化判定手段
Ｐ１，Ｐ２…ピーク値
ｔｈ…しきい値
Ｘ…むだ時間
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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８月２６日（２００４．８．２６） |
| 【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２００６−６３８５３（Ｐ２００６−６３８５３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１８年３月９日（２００６．３．９） |
| 【出願番号】 |
特願２００４−２４６１５２（Ｐ２００４−２４６１５２） |
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