JPH10169494A - 排気浄化触媒の診断装置及び酸素センサの異常診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】比較的簡単な構成で高精度に、排気浄化触媒の
異常診断を行えるようにする。 【解決手段】異常診断許可条件が成立したか否かを、ス
テップ１において判定する。成立したら、ステップ２へ
進み、目標空燃比を切り換える。そして、ステップ３で
は、下流側酸素センサ19の出力をモニタする。次のステ
ップ４では、下流側酸素センサ19の出力変化度合に基づ
き、排気浄化触媒の異常を判定する。正常であれば、ス
テップ５へ進み、『ＯＫ判定』する。一方、異常であれ
ば、ステップ６へ進み『ＮＧ判定』し、ステップ７でＭ
ＩＬを点灯等する。これにより、比較的簡単な構成で、
高精度に、排気浄化触媒の異常診断を行うことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気浄化触媒の異
常を診断する装置及び酸素センサの異常を診断する装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の排気浄化触媒の診断装置として
は、例えば、特開平４−１１６２３９号公報に開示され
るようなものがある。このものは、図８に示されるよう
に、内燃機関３１の排気通路３２に、排気浄化触媒とし
ての三元触媒３３を介装し、この三元触媒３３の上流側
と下流側に、排気中の酸素濃度に応じて理論空燃比｛Ａ
／Ｆ（空気重量／燃料重量）≒１４．７、換言すると空
気過剰率λ＝１｝に対してリッチ・リーン信号を出力す
る上流側酸素センサ３４、下流側酸素センサ３５を設
け、所定の空燃比（理論空燃比）が得られるように上流
側酸素センサ３４のリッチ・リーン反転出力信号に基づ
き燃料噴射弁３６からの燃料噴射量（空燃比制御対象）
を比例積分制御により増減補正する空燃比フィードバッ
ク制御を行なう一方で、コントロールユニット３７で
は、図９に示すようにして、空燃比のフィードバック制
御中の上流側酸素センサ３４、下流側酸素センサ３５の
出力値を用いて三元触媒３の異常を診断するようにして
いる。即ち、上流側酸素センサ３４の出力信号のリッチ
・リーン反転周期（Ｔ１）と、下流側酸素センサ３５の
出力信号のリッチ・リーン反転周期（Ｔ２）と、に基づ
いて反転周波数比（ＨＺＲＡＴＥ＝ｆ２／ｆ１）を求
め、当該ＨＺＲＡＴＥが所定値以下のときには、排気浄
化触媒の酸素ストレージ能力が高く排気浄化触媒上流側
での空燃比の振幅が触媒表面上での酸素の吸着・離脱作
用で相殺され下流側酸素センサ３５の出力信号のリッチ
・リーン反転周期（Ｔ２）が長くなっていると判断でき
るので三元触媒３３は正常であると診断し、所定値より
大きいときには異常がある（劣化、酸素ストレージ能力
が低下している）と診断するようにしている（図１０、
図１１参照）。

【０００３】ところで、近年においては、排気浄化触媒
入口部の空燃比を目標空燃比（例えば理論空燃比）に一
層正確に制御し排気浄化触媒の持つ排気浄化性能を最大
限発揮できるように、空燃比フィードバック制御のより
一層の高精度化等の要請に対し、理論空燃比に対するリ
ッチ・リーン信号しか出力できない酸素センサに替え
て、リッチからリーンまで広範囲に亘って空燃比をリニ
アに検出できる所謂広域空燃比センサを利用した空燃比
フィードバック制御も提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この広
域空燃比センサは、リッチからリーンまで広範囲に亘っ
て空燃比をリニアに検出できるが故に、上記特開平４−
１１９２３９号公報に開示された異常診断方法では、三
元触媒の異常を診断できないという惧れがある。つま
り、理論空燃比に対してリッチ・リーン信号しか出力で
きない酸素センサの出力値を用いて比例積分制御により
空燃比フィードバック制御を行う場合には、理論空燃比
と実際の空燃比とのズレ量自体を正確に把握することが
できないため、次に酸素センサの出力値がリッチ或いは
リーン反転するまで空燃比制御対象（燃料噴射量或いは
吸入空気流量）を増加或いは減少させ、その結果再び酸
素センサの出力値がリッチ或いはリーン反転されると、
再び酸素センサの出力値がリッチ或いはリーン反転する
まで空燃比制御対象を増加或いは減少させるといった処
理を行うようにしているので、実際の空燃比が理論空燃
比を中心に所定周期で振幅することになると共に、所定
の周期で酸素センサの出力値が理論空燃比に対してリッ
チ・リーン反転することになる。

【０００５】従って、上記特開平４−１１９２３９号公
報に開示されたような異常診断方法、即ち、上流側酸素
センサのリッチ・リーン反転周期と、下流側酸素センサ
のリッチ・リーン反転周期と、を比較して排気浄化触媒
の異常を診断するといった異常診断方法を採用できるの
である。これに対し、リッチからリーンまで広範囲に亘
って空燃比をリニアに検出できる広域空燃比センサを用
いて空燃比フィードバック制御を行う場合には、理論空
燃比から実際の空燃比が少しズレても、そのズレ量自体
を検出できるため、そのズレを修正すべくズレ量に見合
った空燃比制御対象（燃料噴射量或いは吸入空気流量）
の増加或いは減少が行われることになるから、酸素セン
サを用いた場合ほど大きくは、実際の空燃比が理論空燃
比を中心に振幅せず、広域空燃比センサの出力値が理論
空燃比に対して所定周期でリッチ・リーン反転する可能
性も少ない。

【０００６】従って、排気浄化触媒の上流側に設けた広
域空燃比センサのリッチ・リーン反転周期を求めること
自体正確でないし、理論空燃比に略一定に維持された排
気が排気浄化触媒に導入されるから排気浄化触媒から出
てくる排気の空燃比が所定周期で振幅することや排気浄
化触媒の下流側に設けた下流側酸素センサの出力値が所
定周期でリッチ・リーン反転するような機会も少ない。

【０００７】このため、広域空燃比センサを用いて空燃
比フィードバック制御を行う場合には、上記特開平４−
１１９２３９号公報に開示されたような異常診断方法、
即ち、排気浄化触媒の上流側と下流側の空燃比の振幅周
期を比較することで排気浄化触媒の異常を診断するとい
った異常診断方法を、そのまま採用することは難しいこ
ととなるのである。

【０００８】本発明は、上記従来の実情に鑑みなされた
もので、排気浄化触媒の上流側に広域空燃比センサを配
設し、排気浄化触媒の下流側に酸素センサを配設した場
合にあっても、高精度かつ迅速に排気浄化触媒の異常を
診断できる排気浄化触媒の異常診断装置を提供すること
を目的とする。また、本発明に係る排気浄化触媒の異常
診断装置を構成する空燃比切換手段は、排気浄化触媒の
下流側に配設される酸素センサの異常診断にも利用でき
るため、前記空燃比切換手段を用いて行う酸素センサの
異常診断装置を提供することも目的とする。

【０００９】

【解決を解決するための手段】このため、請求項１に記
載の発明では、図１に示すように、内燃機関の排気を浄
化する排気浄化触媒の異常診断装置において、機関吸入
混合気の空燃比を切り換える空燃比切換手段と、前記排
気浄化触媒の排気下流側に設けられ、当該排気浄化触媒
下流側の排気中の特定成分の濃度を検出し所定空燃比に
対するリッチ・リーン信号を出力する下流側酸素センサ
と、前記空燃比切換手段によって空燃比が切り換えられ
たときからの下流側酸素センサの出力変化に基づいて、
排気浄化触媒の異常を診断する異常診断手段と、を含ん
で構成するようにした。

【００１０】かかる構成によれば、強制的に空燃比｛延
いては空燃比制御対象（燃料噴射量若しくは吸入空気流
量）の制御状態｝を切り換え、その切り換えに対する下
流側酸素センサの出力変化（応答時間、振幅周波数、変
化の傾き等）を観察することで、排気浄化触媒の異常を
診断するようにしたので、排気浄化触媒の上流側に広域
空燃比センサを設けた場合のように従来の異常診断方法
では異常診断を行えないような場合でも、簡単な構成
で、迅速かつ高精度に排気浄化触媒の異常を診断するこ
とができる。

【００１１】請求項２に記載の発明では、前記異常診断
手段が、前記空燃比切換手段によって空燃比が切り換え
られたときから、下流側酸素センサの出力が切換後の空
燃比に向けて所定量変化するまでの所要時間に基づい
て、排気浄化触媒の異常を診断するように構成した。か
かる構成とすれば、簡単な構成で、迅速かつ高精度に排
気浄化触媒の異常の有無を診断することができる。

【００１２】請求項３に記載の発明では、前記排気浄化
触媒の上流側に排気中の特定成分の濃度を検出し空燃比
をリニアに検出する上流側空燃比センサを備えた場合
に、前記空燃比切換手段によって空燃比が切り換えられ
たときを、前記上流側空燃比センサの出力の切換後の空
燃比に向けた変化に基づいて検出するようにした。

【００１３】かかる構成とすれば、空燃比の切り換え指
示が出されても、実際には排気浄化触媒上流側の空燃比
が良好に切り換わっていないような場合や、空燃比の切
り換え指示が出されてから実際に排気浄化触媒上流側の
空燃比が切り換わるまで比較的長期間応答遅れがある場
合等における誤診断発生の惧れを防止することができる
ので、本発明の異常診断精度を一層高めることができ
る。

【００１４】請求項４に記載の発明では、前記空燃比切
換手段が、空燃比を振幅させる手段であるように構成し
た。このようにすると、例えば、触媒パータベーション
制御中に、排気浄化触媒の異常診断を行えるので、触媒
パータベーション制御による排気浄化触媒の浄化性能の
最大化を図りつつ、同時に、簡単な構成で、迅速かつ高
精度に排気浄化触媒の異常の有無を診断することができ
る。

【００１５】請求項５に記載の発明では、前記異常診断
手段が、前記空燃比切換手段による空燃比の切換周期
と、前記下流側酸素センサの出力変化周期と、に基づい
て、排気浄化触媒の異常を診断する手段として構成され
るようにした。このようにすると、一層高精度に、排気
浄化触媒の異常を診断できる。

【００１６】請求項６に記載の発明では、前記排気浄化
触媒の上流側に排気中の特定成分の濃度を検出し空燃比
をリニアに検出する上流側空燃比センサを備えた場合
に、前記空燃比切換手段による空燃比の切り換えに伴う
排気浄化触媒上流側の実際の空燃比の変化が所定となる
ように、上流側空燃比センサの出力に基づいて、空燃比
制御対象をフィードバック制御するように構成した。

【００１７】このようにすると、例えば、機関固体差、
燃料系・吸気系の製造バラツキ、経時変化等により、与
えた空燃比の変化以上に実際の空燃比が変化したり、与
えたはずの空燃比の変化まで実際の空燃比が変化しなか
ったりした場合に、所定以上空燃比がリッチ化或いはリ
ーン化して排気浄化性能が悪化したり、機関安定性・ハ
ンチング等が悪化する惧れがあるが、排気浄化触媒上流
側の実際の空燃比の変化（変化幅、振幅周期等）を所定
（目標）に制御することができるので、かかる惧れを確
実に排除することができる。

【００１８】請求項７に記載の発明では、内燃機関の排
気を浄化する排気浄化触媒の下流側に設けられ、当該排
気浄化触媒下流側の排気中の特定成分の濃度を検出し所
定空燃比に対するリッチ・リーン信号を出力する下流側
酸素センサの異常診断装置において、機関吸入混合気の
空燃比を切り換える空燃比切換手段と、前記空燃比切換
手段によって空燃比が切り換えられたあと、下流側酸素
センサの出力が切換後の空燃比に向けて変化を開始した
ときからの下流側酸素センサの出力変化に基づいて、下
流側酸素センサの異常を診断する下流側酸素センサ異常
診断手段と、を含んで構成するようにした。

【００１９】かかる構成によると、強制的に空燃比｛延
いては空燃比制御対象（燃料噴射量若しくは吸入空気流
量）の制御状態｝を切り換え、その切り換えに応じて下
流側酸素センサの出力がリッチ側からリーン側へ若しく
はリーン側からリッチ側へ移行（変化）を開始した時点
からの下流側酸素センサの出力変化度合に基づいて、下
流側酸素センサの応答性異常を診断する。従って、簡単
な構成で、迅速かつ高精度に下流側酸素センサの異常の
有無を診断することができる。また、排気空燃比がリッ
チ・リーン反転する機会が少なく診断機会の少ない広域
空燃比センサを用いて空燃比フィードバック制御を行う
ような場合でも、下流側酸素センサの異常診断機会を確
保することができる。

【００２０】請求項８に記載の発明では、前記下流側酸
素センサ異常診断手段が、前記空燃比切換手段によって
空燃比が切り換えられたあと、下流側酸素センサの出力
が切換後の空燃比に向けて変化を開始したときから所定
量変化するまでの所要時間に基づいて、下流側酸素セン
サの異常を診断するように構成した。

【００２１】かかる構成とすれば、簡単な構成で、迅速
かつ高精度に、請求項７に記載の発明の作用効果を奏す
ることができる。請求項９に記載の発明では、前記空燃
比切換手段を、空燃比を振幅させる手段として構成す
る。このようにすると、例えば、触媒パータベーション
制御中に、排気浄化触媒の異常診断を行えるので、触媒
パータベーション制御による排気浄化触媒の浄化性能の
最大化を図りつつ、同時に、簡単な構成で、迅速かつ高
精度に下流側酸素センサの異常の有無を診断することが
できる。

【００２２】請求項１０に記載の発明では、前記排気浄
化触媒の上流側に排気中の特定成分の濃度を検出し空燃
比をリニアに検出する上流側空燃比センサを備えた場合
に、前記空燃比切換手段による空燃比の切り換えに伴う
排気浄化触媒上流側の実際の空燃比の変化が所定となる
ように、上流側空燃比センサの出力に基づいて、空燃比
制御対象をフィードバック制御するように構成した。

【００２３】このようにすると、例えば、機関固体差、
燃料系・吸気系の製造バラツキ、経時変化等により、与
えた空燃比の変化以上に実際の空燃比が変化したり、与
えたはずの空燃比の変化まで実際の空燃比が変化しなか
ったりした場合に、所定以上空燃比がリッチ化或いはリ
ーン化して排気浄化性能が悪化したり、機関安定性・ハ
ンチング等が悪化する惧れがあるが、排気浄化触媒上流
側の実際の空燃比の変化（変化幅、振幅周期等）を所定
（目標）に制御することができるので、下流側酸素セン
サの異常診断のために空燃比を切り換えても、かかる惧
れを確実に排除することができる。

【００２４】請求項１１に記載の発明にかかる排気浄化
触媒の異常診断装置では、請求項７〜請求項１０の何れ
か１つに記載の酸素センサの異常診断装置により、下流
側酸素センサが正常であると診断されたときに、排気浄
化触媒の異常診断装置が作動するようにした。このよう
にすると、先に下流側酸素センサが正常があることを確
認してから、排気浄化触媒の異常を診断するので、排気
浄化触媒の異常診断精度を格段に向上させることができ
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態を添
付の図面に基づいて説明する。本発明の一実施形態の構
成を示す図２において、機関11の吸気通路12には吸入空
気流量Ｑａを検出するエアフローメータ13及びアクセル
ペダルと連動して吸入空気流量Ｑａを制御する絞り弁14
が設けられ、下流のマニホールド部分には気筒毎に電磁
式の燃料噴射弁15が設けられる。

【００２６】燃料噴射弁15は、後述するようにしてコン
トロールユニット50において設定される駆動パルス信号
によって開弁駆動し、図示しない燃料ポンプから圧送さ
れてプレッシャレギュレータ（図示せず）により所定圧
力に制御された燃料を噴射供給する。更に、機関11の冷
却ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ
16が設けられる。

【００２７】一方、排気通路17にはマニホールド集合部
近傍に、排気中の酸素濃度を検出することによってリッ
チからリーンまで広範囲に亘って空燃比を検出できる上
流側広域空燃比センサ18が設けられ、その下流側に、理
論空燃比｛Ａ／Ｆ（空気重量／燃料重量）≒１４．７、
換言すると空気過剰率λ＝１｝近傍において最大に排気
中のＣＯ，ＨＣの酸化とＮＯ_X の還元を行って排気を浄
化する排気浄化触媒としての三元触媒20が介装されてい
る。なお、排気浄化触媒は、三元触媒に限らず、酸化触
媒、リーンＮＯx 触媒等であっても良い。

【００２８】なお、上流側広域空燃比センサ18は、例え
ば、図３に示すような構成となっている。つまり、図３
に示すように、ヒータ部２を備えた本体（例えば酸素イ
オン伝導性を有するジルコニアＺｒ₂ Ｏ₃ 等の耐熱性多
孔質絶縁材料等で形成される）１内に、大気（標準ガ
ス）と連通する大気導入孔３を設けると共に、検出対象
ガス（例えば内燃機関の排気等）と検出対象ガス導入孔
４、保護層５等を介して連通するガス拡散層（或いはガ
ス拡散ギャップ）６が設けられている。センシング部電
極７Ａ、７Ｂは大気導入孔３とガス拡散層６に臨んで設
けられると共に、酸素ポンプ電極８Ａ、８Ｂはガス拡散
層６と、これに対応する本体１の周囲と、に設けられる
ようになっている。

【００２９】なお、センシング部電極７Ａ、７Ｂ（セン
サ部）は、ガス拡散層６内の酸素イオン濃度（酸素分
圧）によって影響されるセンシング部電極間の酸素分圧
比に応じて発生する電圧を検出するようになっている。
一方、酸素ポンプ電極８Ａ、８Ｂ（特定成分ポンプ部）
には、所定電圧が印加されるようになっている。つま
り、センシング部電極７Ａ、７Ｂはセンシング部電極間
の酸素分圧比によって発生する電圧を検出して、空燃比
が理論空燃比（換言すると、空気過剰率λ＝１）に対し
てリッチであるかリーンであるかを検出することができ
るようになっている。

【００３０】一方、図４のようなモデル図で示すことが
できる酸素ポンプ電極部８Ａ、８Ｂにおいては、所定の
電圧が印加されると、これに応じてガス拡散層６内の酸
素イオンが移動され、酸素ポンプ電極部８Ａ、８Ｂ間に
電流が流れるようになっている。なお、酸素ポンプ電極
部８Ａ、８Ｂ間に、所定電圧を印加したときに該電極間
を流れる電流値（限界電流）Ｉｐは、ガス拡散層６内の
酸素イオン濃度に影響されるので、電流値（限界電流）
Ｉｐを検出すれば、検出対象ガスの空燃比（換言すれ
ば、空気過剰率λ）を検出できることになる。

【００３１】従って、例えば、図４のテーブルＡに示す
ような酸素ポンプ電極間の電流・電圧と、検出対象ガス
の空燃比（換言すれば、空気過剰率λ）と、の相関関係
が得られることになる。なお、センシング部電極７Ａ、
７Ｂのリッチ・リーン出力に基づいて、酸素ポンプ電極
部８Ａ、８Ｂに対する電圧の印加方向を反転させること
で、リーン領域とリッチ領域との両方の空燃比領域にお
いて、酸素ポンプ電極部８Ａ、８Ｂ間を流れる電流値
（限界電流）Ｉｐに基づく広範囲な空燃比の検出を可能
にしているものである。

【００３２】以上のような空燃比検出原理に基づき、コ
ントロールユニット50では上流側広域空燃比センサ18の
酸素ポンプ電極部８Ａ、８Ｂ間の電流値Ｉｐを検出し、
例えば図４のテーブルＢを参照することで、広範囲に亘
って排気の実際の空燃比（空気過剰率λ）をリニアに検
出する。ところで、三元触媒20の出口側には、従来と同
様の機能を持つ下流側酸素センサ19（理論空燃比に対す
るリッチ・リーン信号を出力するセンサ）が設けられ
る。

【００３３】また、図２で図示しないディストリビュー
タには、クランク角センサ21が内蔵されており、コント
ロールユニット50では、該クランク角センサ21から機関
回転と同期して出力されるクランク単位角信号を一定時
間カウントして、又は、クランク基準角信号の発生周期
を計測して機関回転速度Ｎｅを検出する。ところで、コ
ントロールユニット50は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ
／Ｄ変換器及び入出力インタフェイス等を含んで構成さ
れるマイクロコンピュータからなり、各種センサからの
入力信号を受け、例えば、以下のようにして、燃料噴射
弁15の噴射量（即ち、空燃比制御対象）を制御する。前
記各種のセンサとしては、前述の上流側広域空燃比セン
サ18、エアフローメータ13、水温センサ16、クランク角
センサ21等がある。

【００３４】即ち、エアフローメータ13からの電圧信号
から求められる吸入空気流量Ｑａと、クランク角センサ
22からの信号から求められる機関回転速度Ｎｅとから基
本燃料噴射パルス幅（燃料噴射量に相当）Ｔｐ＝ｃ×Ｑ
ａ／Ｎｅ（ｃは定数）を演算すると共に、低水温時に強
制的にリッチ側に補正する水温補正係数Ｋｗや、始動及
び始動後増量補正係数Ｋasや、空燃比フィードバック補
正係数α等により、最終的な有効燃料噴射パルス幅Ｔｅ
＝Ｔｐ×（１＋Ｋｗ＋Ｋas＋・・・）×α＋Ｔｓを演算
する。Ｔｓは、電圧補正分である。

【００３５】そして、この有効燃料噴射パルス幅Ｔｅが
駆動パルス信号として前記燃料噴射弁15に送られて、所
定量に調量された燃料が噴射供給されることになる。上
記空燃比フィードバック補正係数αは、上流側広域空燃
比センサ18が検出する検出値（実際の空燃比）の目標空
燃比からのズレを補正するためにコントロールユニット
50で設定される係数であり、これに基づきコントロール
ユニット50では基本燃料パルス幅Ｔｐを補正し、空燃比
が目標空燃比（例えば理論空燃比）にフィードバック制
御されることになる。

【００３６】ここで、本実施形態におけるコントロール
ユニット50により実行される排気浄化触媒の異常診断制
御について、その基本的な考え方を説明する。即ち、本
実施形態における排気浄化触媒の異常診断は、定常走行
状態（機関11の定常状態）中、上流側広域空燃比センサ
18により検出される実際の空燃比（検出値）が目標空燃
比となるように空燃比制御対象（燃料噴射量或いは吸入
空気流量）をフィードバック制御している場合に、目標
空燃比を強制的に所定周期、所定幅で振幅させるように
する。

【００３７】このようにすると、目標空燃比の強制的な
振幅に従って空燃比制御対象（燃料噴射量或いは吸入空
気流量）が変化されるので、三元触媒20には空燃比が所
定周期、所定幅でリッチ・リーン反転を繰り返す排気が
導入されることになる。このとき、三元触媒20が正常で
あれば、その酸素ストレージ能力が充分発揮されるの
で、導入される空燃比がリッチ・リーン反転中のリーン
側にあるときには、触媒表面上において酸素吸着成分へ
の酸素分子の吸着が行われるため、触媒表面近傍の空燃
比がリーン側から理論空燃比へ近づけられ（これにより
ＮＯx ，ＣＯ，ＨＣの三成分が良好に浄化される）、延
いては三元触媒20から導出される排気の空燃比が理論空
燃比へ近づけられることになる。

【００３８】一方、三元触媒20が正常であれば、導入さ
れる空燃比がリッチ・リーン反転中のリッチ側にあると
きは、触媒表面上において酸素吸着成分からの酸素分子
の離脱が行われるため、触媒表面近傍の空燃比がリッチ
側から理論空燃比へ近づけられ（これによりＮＯx ，Ｃ
Ｏ，ＨＣの三成分が良好に浄化される）、延いては三元
触媒20から導出される排気の空燃比が理論空燃比へ近づ
けられることになる。

【００３９】つまり、三元触媒20が正常であれば、例え
三元触媒20の入口側（上流側広域空燃比センサ18取付
側）で空燃比をリッチ・リーン反転させても、触媒のも
つ酸素分子の吸着・離脱作用により、三元触媒20の出口
側（下流側酸素センサ19側）には、空燃比のリッチ・リ
ーン反転が減衰された排気が、導出されて来ることにな
るのである。

【００４０】これに対し、三元触媒20に異常があれば、
酸素ストレージ能力が低下するので、正常時のように酸
素分子の吸着・離脱作用を良好に発揮できないので、三
元触媒20の入口側（上流側広域空燃比センサ18取付側）
で空燃比をリッチ・リーン反転させれば、そのリッチ・
リーン反転があまり減衰されないで出口側（下流側酸素
センサ19側）へ排気されることになる。

【００４１】よって、空燃比フィードバック制御してい
るときに、目標空燃比を強制的に所定周期、所定幅で振
幅させ、そのときの上流側広域空燃比センサ18の出力信
号のリッチ・リーン反転周期（Ｔ１、或いはコントロー
ルユニット50が与えた目標空燃比の変動周期でも良い）
と、下流側酸素センサ19の出力信号のリッチ・リーン反
転周期（Ｔ２）と、を観察すれば、三元触媒20の異常
（熱劣化、被毒、溶損等による酸素ストレージ能力の低
下）を診断することができることになるのである。

【００４２】なお、空燃比フィードバック制御中でなく
ても、空燃比のフィードフォワード制御によって強制的
に直接空燃比制御対象を排気空燃比がリッチ・リーン反
転するように変化させ、これに応じて検出される上流側
広域空燃比センサ18の出力信号のリッチ・リーン反転周
期（Ｔ１）と、下流側酸素センサ19の出力信号のリッチ
・リーン反転周期（Ｔ２）と、を観察しても、三元触媒
20の異常（熱劣化、被毒、溶損等による酸素ストレージ
能力の低下）を診断することができるものである。

【００４３】ところで、排気浄化触媒の異常診断のため
に、無制限に排気空燃比を変化させてしまったのでは、
三元触媒20の排気浄化性能を悪化させる惧れもあるの
で、排気空燃比を変化させる範囲（変動周期、振幅）
を、三元触媒20の排気浄化性能変化を許容できる範囲に
制限することは好ましいことである。なお、本願出願人
等が提案する触媒パータベーション制御｛空燃比を広範
囲に亘って検出できる広域空燃比センサを用いた空燃比
フィードバック制御にあっては、理論空燃比に対してリ
ッチかリーンかしか検出できない酸素センサを用いた空
燃比フィードバック制御に比べ、排気浄化触媒入口部の
排気空燃比がリッチ・リーン反転する機会が少ないた
め、触媒表面上での酸素分子の吸着・離脱が効果的に行
われず三成分（ＮＯx ，ＣＯ，ＨＣ）を同時に浄化する
効率が低下してしまう惧れがあるが、これを抑制するた
めに、強制的に触媒入口の空燃比（換言すれば、三成分
の浄化効率を最大限高められるように、広域空燃比セン
サで監視しながら、目標空燃比を所定周期、所定振幅で
振幅させる制御｝の実行中に、上流側広域空燃比センサ
18の出力信号のリッチ・リーン反転周期（Ｔ１）と、下
流側酸素センサ19の出力信号のリッチ・リーン反転周期
（Ｔ２）と、を観察して、三元触媒20の異常（熱劣化、
被毒、溶損等による酸素ストレージ能力の低下）を診断
するようにすれば、触媒パータベーション制御により三
元触媒20の持つ排気浄化性能を最大に高めながら、同時
に、三元触媒20の異常診断も高精度に行うことができる
ことになるので効果的である。

【００４４】ところで、上記説明では、三元触媒20の入
口部の排気空燃比がリッチ・リーン反転を繰り返すよう
に目標空燃比或いは空燃比制御対象を制御し、そのリッ
チ・リーン反転周期等に基づき三元触媒20の異常を診断
するものとして説明したが、これに限られるものでもな
い。例えば、三元触媒20の入口部の排気空燃比がリッチ
側或いはリーン側へ切り換わるように空燃比・空燃比制
御対象の制御状態を変化させ、その切り換えタイミング
（或いは空燃比或いは空燃比制御対象を変化させたこと
で上流側空燃比センサ18が所定量変化したとき）から下
流側酸素センサ19が所定量変化するまでの時間（応答時
間）等の下流側酸素センサ19の変化度合を観察すること
によって、三元触媒20の異常（熱劣化、被毒、溶損等に
よる酸素ストレージ能力の低下）を診断することも可能
である。

【００４５】即ち、三元触媒20が正常であれば、三元触
媒20の入口側で排気空燃比がリッチ側或いはリーン側へ
切り換えられても、三元触媒20の酸素ストレージ能力に
より、三元触媒20の出口側ではその切り換えが比較的長
期間経過してから現れることになるが、三元触媒20に異
常があれば、三元触媒20の酸素ストレージ能力が低下し
ているので、三元触媒20の入口側で排気空燃比がリッチ
側或いはリーン側へ切り換えられると、比較的短時間の
うちに三元触媒20の出口側でもその切り換えが現れるこ
とになる。

【００４６】従って、空燃比或いは空燃比制御対象の制
御状態を切り換えたときから、その切り換えが下流側酸
素センサ19で検出されるまでの時間等の下流側酸素セン
サ19の出力信号の変化度合を観察することによって、三
元触媒20の異常を診断することが可能となるのである。
上記のような考え方に基づき本実施形態のコントロール
ユニット50が行う排気浄化触媒の異常診断制御を、図５
に示すフローチャートに従って説明する。なお、本発明
にかかる空燃比切換手段、異常診断手段としての機能
は、以下に示すように、コントロールユニット50がソフ
トウェア的に備えるものである。

【００４７】ステップ（図では、Ｓと記してある。以
下、同様。）１では、診断許可条件成立か否かを判断す
る。即ち、例えば、下記〜の条件が成立するまで、
異常診断を許可しないようになっている。例えば、 エンジンスタートキーオン→オフ（Ｋｅｙ ｏｎ→ｏ
ｆｆ）後一定時間経過したか（換言すれば始動後所定時
間経過したか）否かを判断し、経過していなければ診断
開始を許可しないようになっている。例えば、始動時増
量、壁流形成の影響による誤診断や、上流側広域空燃比
18、下流側酸素センサ19、三元触媒20の不活性状態下に
おいて診断が行われることによる誤診断を防止する等の
ためである。

【００４８】上流側広域空燃比センサ18、下流側酸素
センサ19の活性判定終了か否かを判断し、終了していな
ければ異常診断を許可しないようになっている。各セン
サの不活性状態下において診断が行われることによる誤
診断を防止する等のためである。 空燃比フィードバック制御（Ａ／Ｆコントロール）条
件（例えば、機関運転が定常状態）が成立し、前述した
触媒パータベーション制御が実行されているか等を判断
し、実行されていなければ異常診断を許可しないように
なっている。例えば、触媒パータベーション制御の実行
中は、三元触媒20の入口部の空燃比を広域空燃比センサ
18で監視しながら所定周期で所定量振幅させて三成分
（ＮＯx 、ＣＯ，ＨＣ）の転換効率（浄化効率）を高め
るようにするので、排気性能を良好に維持しながら、高
精度に異常診断を行うことができるからである。

【００４９】三元触媒20が活性化しているか否かを判
断し、活性化していなければ診断開始を許可しないよう
になっている。三元触媒20が活性化していない場合には
酸素ストレージ能力も低下しているので、高精度に三元
触媒20の異常診断を行うことができないからである。 上記〜の条件が成立すると、ステップ２へ進むが、
当該ステップ２では、目標空燃比｛或いは空燃比制御対
象（燃料噴射量や吸入空気流量）の制御状態｝を切り換
える。なお、触媒パータベーション制御を実行している
場合には、該ステップは省略することができる。

【００５０】ステップ３では、下流側酸素センサ19の出
力のモニタを開始する。続くステップ４では、下流側酸
素センサ19の応答判定を行う。例えば、図７に示すよう
に、目標空燃比が切り換えられた時点（或いは目標空燃
比の切り換えに応じて上流側広域空燃比センサ18の出力
が所定量変化した時点）から、下流側酸素センサ19の出
力が所定量変化するまでの時間が、所定時間（ＣＡＴＮ
ＧＴ）以上であるか否かに基づいて判定することができ
る。所定時間（ＣＡＴＮＧＴ）以上（ＹＥＳ）であれば
ステップ５へ進み、所定時間（ＣＡＴＮＧＴ）より短い
（ＮＯの）場合には、ステップ６へ進む。

【００５１】なお、目標空燃比を変化させてから下流側
酸素センサ19の出力値が変化後の目標空燃比に相当する
値に収束するまでの所要時間を計測し、その計測結果が
所定時間以上であるか否かに基づいて判定することもで
きる。また、前記ステップ２における目標空燃比の切り
換えを、所定周期・所定振幅で行った場合、或いは触媒
パータベーション制御を行っている場合には、上流側広
域空燃比センサ18と下流側酸素センサ19の出力信号を読
み込み、リッチ・リーン反転周期（Ｔ１，Ｔ２）を検出
し、反転周波数比（ＨＺＲＡＴＥ）を算出し、例えば図
１１を参照することで、三元触媒20の異常を診断するこ
ともできる。なお、上流側広域空燃比センサ18のリッチ
・リーン反転周期（Ｔ１）は、目標空燃比の振幅周期と
することも可能である。

【００５２】ステップ５では、下流側酸素センサ19の出
力が所定量変化するまでの時間が、所定時間（ＣＡＴＮ
ＧＴ）以上であるので、強制的な目標空燃比の変化が、
三元触媒20の酸素ストレージ能力によりなまされている
と判断できるので、三元触媒20は正常であると判断し
（ＯＫ判定）、リターンして、異常診断を続行する。一
方、ステップ６では、下流側酸素センサ19の出力が所定
量変化するまでの時間が、所定時間（ＣＡＴＮＧＴ）よ
り短い場合ので、強制的な目標空燃比の変化を、三元触
媒20の酸素ストレージ能力の低下によって充分になます
ことができていないと判断できるので、三元触媒20は異
常である（例えば、熱劣化、被毒、高温条件での失火等
による溶損、或いは物理的、サーマルショック等による
破損等により、酸素ストレージ能力が低下している）と
判断し（ＮＧ判定）、ステップ７へ進む。

【００５３】ステップ７では、警告灯（ＭＩＬ）を点灯
等して運転者等に三元触媒20に何らかの異常がある旨を
認知させ修理等の処置を促すようにする。なお、２回
（或いは２トリップ）連続してＮＧ判定された場合に、
ステップ７へ進ませるようにすると、１回目にＮＧ判定
され次回ＯＫ判定されたような場合には、１回目のＮＧ
判定が誤判定であった惧れがあるが、このような誤判定
を異常診断において考慮に入れなくすることができるの
で、三元触媒20の異常診断精度を一層高めることができ
る。

【００５４】ところで、上記では、空燃比フィードバッ
ク制御中に異常診断を行うとして説明したが、これに限
らず、例えばフィードフォワード制御により目標空燃比
或いは空燃比制御対象（吸入空気流量や燃料噴射量）の
制御状態を切り換える場合にも、その切り換えからの下
流側酸素空燃比センサ18の検出値の変化の様子を観察す
ることで、三元触媒20の異常診断を行うことができるこ
とは、前述した通りである。

【００５５】従って、上記の診断許可条件〜のすべ
てが成立したことを診断許可条件の成立とするのは一例
であって、これら〜のうちの何れか或いは適宜組み
合わせたものが成立した場合に診断許可条件の成立とす
ることができるものである。また、例えば、機関運転状
態が定常状態であることを診断許可条件とするだけで
も、機関運転状態の変化に起因する空燃比変化に影響さ
れずに、目標空燃比の切り換えに起因する下流側酸素セ
ンサ19の検出値の変化を高精度に検出できることになる
ので（空燃比をフィードバック制御しているかフィード
フォワード制御しているかに拘わらず）、高精度に三元
触媒20の異常を診断することができるものである。

【００５６】このように、本実施形態によれば、強制的
に空燃比或いは空燃比制御対象（燃料噴射量若しくは吸
入空気流量）の制御状態を変化させ、その変化に対する
下流側酸素センサ19の出力変化（応答時間、振幅周波
数、変化の傾き等）を観察することで、三元触媒20の異
常を診断するようにしたので、三元触媒20の上流側に広
域空燃比センサ18を設けた場合においても、簡単な構成
で、迅速かつ高精度に三元触媒20の異常の有無を診断す
ることができる。

【００５７】なお、広域空燃比センサの出力値に基づき
空燃比フィードバック制御を行う場合でも、最大限三元
触媒20の排気浄化性能を高めることができるように、三
元触媒20入口側の空燃比（目標空燃比）を広域空燃比セ
ンサで監視しながら所定周期・所定振幅で変化させる所
謂触媒パータベーション制御中の該目標空燃比の切り換
え時から（或いは触媒パータベーション制御に伴い上流
側空燃比センサ18の出力が所定量変化してから）の下流
側酸素センサ19の出力値の変化度合（応答時間、振幅周
波数、変化の傾き等）に基づいて、三元触媒20の異常の
有無を診断するようにすれば、三元触媒20の排気浄化性
能を最大に発揮しながら、同時に、三元触媒20の異常の
有無を診断することができる。

【００５８】次に、下流側酸素センサ19の異常診断につ
いて説明する。本実施形態では、図５のフローチャート
のステップ２において、目標空燃比｛或いは空燃比制御
対象（燃料噴射量や吸入空気流量）の制御状態｝を切り
換えるが、この目標空燃比或いは空燃比制御対象の制御
状態の切り換えを利用して、下流側酸素センサ19の異常
も診断することができる。

【００５９】つまり、目標空燃比或いは空燃比制御対象
の制御状態を切り換えると、これに応じて下流側酸素セ
ンサ19の出力はリッチ→リーン反転或いはリーン→リッ
チ反転することになる。そして、このときの下流側酸素
センサ19の出力のリッチ→リーン反転変化速度或いはリ
ーン→リッチ反転変化速度は、下流側酸素センサ19の劣
化（熱、被毒による劣化、高温条件での失火、水がかり
による素子割れ、ハーネス・コネクタの接触不良や断
線、回路故障、ヒータ断線等）の度合に応じて変化する
ものである。

【００６０】従って、目標空燃比或いは空燃比制御対象
の制御状態の切り換え後、下流側酸素センサ19の出力の
リッチ→リーン反転変化速度或いはリーン→リッチ反転
変化速度（例えば、リッチ・リーン反転開始から所定量
出力が変化するまでの所要時間、若しくは変化の傾き
等）を観察すれば、下流側酸素センサ19の異常を診断で
きることになる。なお、このように、強制的に標空燃比
或いは空燃比制御対象の制御状態を切り換え、下流側酸
素センサ19の出力のリッチ・リーン反転開始からの下流
側酸素センサ19の出力変化度合を観察するようにすれ
ば、広域空燃比センサを用いて空燃比フィードバック制
御を行っているときでも、診断機会を確保しつつ、高精
度に下流側酸素センサ19の異常を診断できることにな
る。

【００６１】つまり、広域空燃比センサを用いて空燃比
フィードバック制御を行う場合は、酸素センサを用いて
空燃比フィードバック制御を行う場合に比べ空燃比がリ
ッチ・リーン反転する機会が少ないため、下流側酸素セ
ンサ19の出力のリッチ・リーン反転開始からの下流側酸
素センサ19の出力変化度合を観察できるする機会が少な
く、下流側酸素センサ19の診断機会が少なくなるが、こ
れを改善することができる。また、目標空燃比或いは空
燃比制御対象の制御状態の変化量を予め設定するので、
下流側酸素センサ19の出力のリッチ・リーン反転開始か
らの下流側酸素センサ19の出力変化度合に基づく異常診
断の診断精度を向上できることにもなる。

【００６２】ところで、かかる下流側酸素センサ19の異
常診断は、上述した三元触媒20の異常診断より先に行
い、下流側酸素センサ19が正常であることを確認したう
えで、三元触媒20の異常診断を行うようにするのが、三
元触媒20の異常診断の診断精度を高めるうえで好まし
い。ここで、コントロールユニット50が行う下流側酸素
センサ19の異常診断制御について、図６のフローチャー
トに従って説明する。なお、本発明の空燃比切換手段、
下流側酸素センサ異常診断手段としての機能は、以下に
示すように、コントロールユニット50がソフトウェア的
に備えるものである。

【００６３】ステップ11では、下流側酸素センサ19の診
断許可条件成立か否かを判断する。即ち、例えば、始動
後所定時間経過しているか、機関11が定常運転状態か、
下流側酸素センサ19が活性状態にあるか、などに基づい
て判断することができる。ステップ12では、目標空燃比
｛或いは空燃比制御対象（燃料噴射量や吸入空気流量）
の制御状態｝を切り換える。なお、広域空燃比センサを
用いた空燃比フィードバック制御中に強制的に目標空燃
比を振幅させる触媒パータベーション制御を実行してい
る場合には、該ステップは省略することができる。

【００６４】ステップ13では、下流側酸素センサ19の出
力のモニタを開始する。続くステップ14では、下流側酸
素センサ19の応答判定を行う。例えば、図７に示すよう
に、目標空燃比｛或いは空燃比制御対象（燃料噴射量や
吸入空気流量）の制御状態｝が切り換えられ、下流側酸
素センサ19の出力がリッチ側からリーン側へ若しくはリ
ーン側からリッチ側へ移行（変化）を開始した時点か
ら、下流側酸素センサ19の出力が所定量変化するまでの
所要時間（下流側酸素センサ出力変化時間）を検出す
る。そして、所定量変化するまでの所要時間が、所定時
間（ＲＯ２ＮＧＴ）より短ければ（ＹＥＳであれば）ス
テップ15へ進み、所定時間（ＲＯ２ＮＧＴ）以上であれ
ば（ＮＯであれば）ステップ16へ進む。

【００６５】ステップ15では、下流側酸素センサ19の出
力が所定量変化するまでの時間が、所定時間（ＲＯ２Ｎ
ＧＴ）より短いので、強制的な目標空燃比の変化に応じ
て下流側酸素センサ19の出力も応答性良く変化している
ので、下流側酸素センサ19は正常であると判断し（ＯＫ
判定）、リターンして、異常診断を続行する。一方、ス
テップ16では、下流側酸素センサ19の出力が所定量変化
するまでの時間が、所定時間（ＲＯ２ＮＧＴ）以上と長
いので、強制的な目標空燃比の変化に応じて下流側酸素
センサ19の出力が応答性良く変化できず応答性が低下し
ていると判断し、下流側酸素センサ19は異常である（例
えば、熱、被毒による劣化、高温条件での失火、水がか
りによる素子割れ、ハーネス・コネクタの接触不良や断
線、回路故障、ヒータ断線等している惧れがある）と判
断し（ＮＧ判定）、ステップ17へ進む。

【００６６】なお、下流側酸素センサ19の出力がリッチ
側からリーン側へ若しくはリーン側からリッチ側へ移行
（変化）を開始した時点から、下流側酸素センサ19の出
力値が、変化後の目標空燃比に相当する値に収束するま
での所要時間を計測し、その計測結果が所定時間以上で
あるか否かに基づいて判定することもできる。また、下
流側酸素センサ19の出力がリッチ側からリーン側へ若し
くはリーン側からリッチ側へ移行（変化）を開始した時
点からの下流側酸素センサ19の出力値の変化の傾きを検
出することで、下流側酸素センサ19の異常を診断するこ
ともできる。

【００６７】ステップ37では、警告灯（ＭＩＬ）を点灯
等して運転者等に下流側酸素センサ19に何らかの異常が
ある旨を認知させ修理等の処置を促すようにする。そし
て、例えば、三元触媒20の異常診断に誤診断が生じない
ように、図５のフローチャートによる三元触媒20の異常
診断制御を禁止する等の処理を行う。なお、２回（或い
は２トリップ）連続してＮＧ判定された場合に、ステッ
プ37へ進ませるようにすると、１回目にＮＧ判定され次
回ＯＫ判定されたような場合には、１回目のＮＧ判定が
誤判定であった惧れがあるが、このような誤判定を異常
診断において考慮に入れなくすることができるので、下
流側酸素センサ19の異常診断精度を一層高めることがで
きる。

【００６８】このように、本実施形態によれば、強制的
に空燃比或いは空燃比制御対象（燃料噴射量若しくは吸
入空気流量）の制御状態を変化させ、その変化に応じて
下流側酸素センサ19の出力がリッチ側からリーン側へ若
しくはリーン側からリッチ側へ移行（変化）を開始した
時点からの下流側酸素センサ19の出力変化度合に基づい
て、下流側酸素センサ19の応答性異常を診断するように
したので、三元触媒20の上流側に設けた広域空燃比セン
サ18を用いて空燃比フィードバック制御を行うような場
合でも、簡単な構成で、迅速かつ高精度に下流側酸素セ
ンサ19の異常の有無を診断することができる。

【００６９】なお、触媒パータベーション制御中に上記
フローを実行すれば、三元触媒20の排気浄化性能を最大
に発揮しながら、同時に、下流側酸素センサ19の異常の
有無を診断することができる。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、強制的に空燃比｛延いては空燃比制御対
象の制御状態｝を切り換え、その切り換えに対する下流
側酸素センサの出力変化を観察することで、排気浄化触
媒の異常を診断するようにしたので、排気浄化触媒の上
流側に広域空燃比センサを設けた場合のように従来の異
常診断方法では異常診断を行えないような場合でも、簡
単な構成で、迅速かつ高精度に排気浄化触媒の異常を診
断することができる。

【００７１】請求項２に記載の発明によれば、簡単な構
成で、迅速かつ高精度に排気浄化触媒の異常の有無を診
断することができる。請求項３に記載の発明によれば、
空燃比の切り換え指示が出されても、実際には排気浄化
触媒上流側の空燃比が良好に切り換わっていないような
場合や、空燃比の切り換え指示が出されてから実際に排
気浄化触媒上流側の空燃比が切り換わるまで比較的長期
間応答遅れがある場合等における誤診断発生の惧れを防
止することができるので、本発明の異常診断精度を一層
高めることができる。

【００７２】請求項４に記載の発明によれば、例えば、
触媒パータベーション制御中に、排気浄化触媒の異常診
断を行えるので、触媒パータベーション制御による排気
浄化触媒の浄化性能の最大化を図りつつ、同時に、簡単
な構成で、迅速かつ高精度に排気浄化触媒の異常の有無
を診断することができる。請求項５に記載の発明による
と、一層高精度に、排気浄化触媒の異常を診断できる。

【００７３】請求項６に記載の発明によれば、例えば、
機関固体差、燃料系・吸気系の製造バラツキ、経時変化
等により、与えた空燃比の変化以上に実際の空燃比が変
化したり、与えたはずの空燃比の変化まで実際の空燃比
が変化しなかったりした場合に、所定以上空燃比がリッ
チ化或いはリーン化して排気浄化性能が悪化したり、機
関安定性・ハンチング等が悪化する惧れがあるが、排気
浄化触媒上流側の実際の空燃比の変化（変化幅、振幅周
期等）を所定（目標）に制御することができるので、か
かる惧れを確実に排除することができる。

【００７４】請求項７に記載の発明によれば、強制的に
空燃比｛延いては空燃比制御対象の制御状態｝を切り換
え、その切り換えに応じて下流側酸素センサの出力がリ
ッチ側からリーン側へ若しくはリーン側からリッチ側へ
移行（変化）を開始した時点からの下流側酸素センサの
出力変化度合に基づいて、下流側酸素センサの応答性異
常を診断するので、簡単な構成で、迅速かつ高精度に下
流側酸素センサの異常の有無を診断することができる。
また、排気空燃比がリッチ・リーン反転する機会が少な
く診断機会の少ない広域空燃比センサを用いて空燃比フ
ィードバック制御を行うような場合でも、下流側酸素セ
ンサの異常診断機会を確保することができる。

【００７５】請求項８に記載の発明によれば、簡単な構
成で、迅速かつ高精度に、請求項７に記載の発明の作用
効果を奏することができる。請求項９に記載の発明によ
れば、例えば、触媒パータベーション制御中に、排気浄
化触媒の異常診断を行えるので、触媒パータベーション
制御による排気浄化触媒の浄化性能の最大化を図りつ
つ、同時に、簡単な構成で、迅速かつ高精度に下流側酸
素センサの異常の有無を診断することができる。

【００７６】請求項１０に記載の発明によれば、例え
ば、機関固体差、燃料系・吸気系の製造バラツキ、経時
変化等により、与えた空燃比の変化以上に実際の空燃比
が変化したり、与えたはずの空燃比の変化まで実際の空
燃比が変化しなかったりした場合に、所定以上空燃比が
リッチ化或いはリーン化して排気浄化性能が悪化した
り、機関安定性・ハンチング等が悪化する惧れがある
が、排気浄化触媒上流側の実際の空燃比の変化（変化
幅、振幅周期等）を所定（目標）に制御することができ
るので、下流側酸素センサの異常診断のために空燃比を
切り換えても、かかる惧れを確実に排除することができ
る。

【００７７】請求項１１に記載の発明によれば、先に下
流側酸素センサが正常があることを確認してから、排気
浄化触媒の異常を診断するので、下流側酸素センサの出
力に基づく排気浄化触媒の異常診断精度を格段に向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図

【図２】本発明の一実施形態の全体構成図

【図３】広域空燃比センサの構造の一例を示す図

【図４】広域空燃比センサの検出原理説明図

【図５】本実施形態における排気浄化触媒の異常診断制
御を説明するフローチャート

【図６】本実施形態における下流側酸素センサの異常診
断制御を説明するフローチャート

【図７】本実施形態における排気浄化触媒・下流側酸素
センサの異常診断制御を説明するためのタイムチャート

【図８】従来の装置の全体構成図

【図９】従来の反転周波数比（ＨＺＲＡＴＥ＝ｆ２／ｆ
１）に基づく三元触媒の異常診断制御を説明するフロー
チャート

【図１０】上流側酸素センサの出力信号のリッチ・リー
ン反転周期（Ｔ１）と、下流側酸素センサの出力信号の
リッチ・リーン反転周期（Ｔ２）と、を説明する図

【図１１】触媒の劣化度合いとＨＺＲＡＴＥとの関係を
示す図

【符号の説明】

11 内燃機関 12 吸気通路 13 エアフローメータ 14 絞り弁 15 燃料噴射弁 17 排気通路 18 上流側広域空燃比センサ 19 下流側酸素センサ 20 三元触媒（排気浄化触媒） 21 クランク角センサ 50 コントロールユニット

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒の
   異常診断装置であって、 機関吸入混合気の空燃比を切り換える空燃比切換手段
   と、 前記排気浄化触媒の排気下流側に設けられ、当該排気浄
   化触媒下流側の排気中の特定成分の濃度を検出し所定空
   燃比に対するリッチ・リーン信号を出力する下流側酸素
   センサと、 前記空燃比切換手段によって空燃比が切り換えられたと
   きからの下流側酸素センサの出力変化に基づいて、排気
   浄化触媒の異常を診断する異常診断手段と、 を含んで構成したことを特徴とする排気浄化触媒の異常
   診断装置。
2. 【請求項２】前記異常診断手段が、前記目標空燃比切換
   手段によって空燃比が切り換えられたときから、下流側
   酸素センサの出力が切換後の空燃比に向けて所定量変化
   するまでの所要時間に基づいて、排気浄化触媒の異常を
   診断することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化触
   媒の異常診断装置。
3. 【請求項３】前記排気浄化触媒の上流側に排気中の特定
   成分の濃度を検出し空燃比をリニアに検出する上流側空
   燃比センサを備えた場合に、 前記空燃比切換手段によって空燃比が切り換えられたと
   きを、前記上流側空燃比センサの出力の切換後の空燃比
   に向けた変化に基づいて検出することを特徴とする請求
   項１または請求項２に記載の排気浄化触媒の異常診断装
   置。
4. 【請求項４】前記空燃比切換手段が、空燃比を振幅させ
   る手段であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何
   れか１つに記載の広域空燃比センサの異常診断装置。
5. 【請求項５】前記異常診断手段が、前記空燃比切換手段
   による空燃比の切換周期と、前記下流側酸素センサの出
   力変化周期と、に基づいて、排気浄化触媒の異常を診断
   する手段として構成されたことを特徴とする請求項１、
   請求項３、請求項４の何れか１つに記載の排気浄化触媒
   の異常診断装置。
6. 【請求項６】前記排気浄化触媒の上流側に排気中の特定
   成分の濃度を検出し空燃比をリニアに検出する上流側空
   燃比センサを備えた場合に、 前記空燃比切換手段による空燃比の切り換えに伴う排気
   浄化触媒上流側の実際の空燃比の変化が所定となるよう
   に、上流側空燃比センサの出力に基づいて、空燃比制御
   対象をフィードバック制御することを特徴とする請求項
   １〜請求項５の何れか１つに記載の内燃機関の空燃比制
   御装置。
7. 【請求項７】内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒の
   下流側に設けられ、当該排気浄化触媒下流側の排気中の
   特定成分の濃度を検出し所定空燃比に対するリッチ・リ
   ーン信号を出力する下流側酸素センサの異常診断装置で
   あって、 機関吸入混合気の空燃比を切り換える空燃比切換手段
   と、 前記空燃比切換手段によって空燃比が切り換えられたあ
   と、下流側酸素センサの出力が切換後の空燃比に向けて
   変化を開始したときからの下流側酸素センサの出力変化
   に基づいて、下流側酸素センサの異常を診断する下流側
   酸素センサ異常診断手段と、 を含んで構成したことを特徴とする酸素センサの異常診
   断装置。
8. 【請求項８】前記下流側酸素センサ異常診断手段が、前
   記空燃比切換手段によって空燃比が切り換えられたあ
   と、下流側酸素センサの出力が切換後の空燃比に向けて
   変化を開始したときから所定量変化するまでの所要時間
   に基づいて、下流側酸素センサの異常を診断することを
   特徴とする請求項７に記載の酸素センサの異常診断装
   置。
9. 【請求項９】前記空燃比切換手段が、空燃比を振幅させ
   る手段であることを特徴とする請求項７または請求項８
   に記載の酸素センサの異常診断装置。
10. 【請求項１０】前記排気浄化触媒の上流側に排気中の特
    定成分の濃度を検出し空燃比をリニアに検出する上流側
    空燃比センサを備えた場合に、 前記空燃比切換手段による空燃比の切り換えに伴う排気
    浄化触媒上流側の実際の空燃比の変化が所定となるよう
    に、上流側空燃比センサの出力に基づいて、空燃比制御
    対象をフィードバック制御することを特徴とする請求項
    ７〜請求項９の何れか１つに記載の内燃機関の空燃比制
    御装置。
11. 【請求項１１】請求項７〜請求項１０の何れか１つに記
    載の酸素センサの異常診断装置により、下流側酸素セン
    サが正常であると診断されたときに、排気浄化触媒の異
    常診断装置が作動するようにしたことを特徴とする請求
    項１〜請求項６の何れか１つに記載の排気浄化触媒の異
    常診断装置。