JP2008274823A - Oxygen sensor failure diagnosis device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxygen sensor failure diagnosis device early determining presence/absence of failure of the oxygen sensor without affecting behavior or the like of a vehicle. <P>SOLUTION: When a target air-fuel ratio is forcibly set to be on a rich side or a lean side in oxygen sensor failure diagnosis by an active control, firstly, the target air-fuel ratio is changed with a skip amount b within a range not affecting the behavior of the vehicle. The target air-fuel ratio is further changed with a gradual change amount c by a gradual change control to reach the target air-fuel ratio largely deviated on the rich side or the lean side. Therefore, timing where signal output of the oxygen sensor is switched from rich to lean or lean to rich becomes early, so that the oxygen sensor failure diagnosis can be finished early. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、自動車用エンジン（内燃機関）等の排気系に配設される酸素センサを故障診断するための装置に係る。特に、本発明は、触媒下流側に配置された酸素センサの故障診断を行う診断装置の実用性を向上するための対策に関する。   The present invention relates to an apparatus for diagnosing a failure of an oxygen sensor disposed in an exhaust system of an automobile engine (internal combustion engine) or the like. In particular, the present invention relates to a measure for improving the practicality of a diagnostic device that performs failure diagnosis of an oxygen sensor arranged on the downstream side of a catalyst.

従来より、例えば下記の特許文献１及び特許文献２に開示されているように、自動車用エンジンの排気系において、触媒（例えば三元触媒）の上流に空燃比センサ（以下、Ａ／Ｆセンサと呼ぶ場合もある）を、下流に酸素濃度センサ（以下、単に酸素センサと呼ぶ場合もある）をそれぞれ備えた構成が知られている。   Conventionally, as disclosed in, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2 below, in an exhaust system of an automobile engine, an air-fuel ratio sensor (hereinafter referred to as an A / F sensor) is disposed upstream of a catalyst (for example, a three-way catalyst). In some cases, an oxygen concentration sensor (hereinafter sometimes simply referred to as an oxygen sensor) is provided downstream.

このような構成とすることで、特許文献１に開示されているように、各センサの出力に基づいて空燃比のフィードバック制御を行うようにしている。また、特許文献２に開示されているように、上記酸素センサの出力に基づいて後述する触媒劣化判定動作を行うことも可能である。そして、これら動作の信頼性を確保するためには酸素センサに故障が発生していないことが必要である。   With such a configuration, as disclosed in Patent Document 1, air-fuel ratio feedback control is performed based on the output of each sensor. Further, as disclosed in Patent Document 2, it is also possible to perform a catalyst deterioration determination operation described later based on the output of the oxygen sensor. In order to ensure the reliability of these operations, it is necessary that no failure has occurred in the oxygen sensor.

この酸素センサの故障発生状況について説明する前に、上記触媒劣化判定動作について説明する。排気ガスを浄化するための三元触媒は、酸素を貯蔵（吸蔵）するＯ2ストレージ機能（酸素貯蔵機能）を有している。このため、流入する排気ガスの空燃比がリッチである場合には貯蔵している酸素によりＨＣ，ＣＯ等の未燃成分を酸化する一方、流入する排気ガスの空燃比がリーンである場合には窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して、このＮＯｘから奪った酸素を触媒内部に貯蔵する。これにより、三元触媒は、エンジンの実空燃比が理論空燃比から偏移した場合でも、上記未燃成分や窒素酸化物を効果的に浄化することが可能である。従って、三元触媒が貯蔵し得る酸素量の最大値が大きいほど、三元触媒の浄化能力は高いと言える。 Before describing the oxygen sensor failure occurrence state, the catalyst deterioration determination operation will be described. A three-way catalyst for purifying exhaust gas has an O 2 storage function (oxygen storage function) for storing (occluding) oxygen. Therefore, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich, unburned components such as HC and CO are oxidized by the stored oxygen, while when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean Nitrogen oxide (NOx) is reduced, and oxygen taken from the NOx is stored inside the catalyst. As a result, the three-way catalyst can effectively purify the unburned components and nitrogen oxides even when the actual air-fuel ratio of the engine deviates from the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, it can be said that the greater the maximum value of the amount of oxygen that can be stored in the three-way catalyst, the higher the purification ability of the three-way catalyst.

ところが、この種の触媒は、継続使用するに従って、燃料中に含まれる鉛や硫黄等による被毒、あるいは触媒に加わる熱によって劣化が生じ、この劣化の程度に応じて上記最大酸素貯蔵量は減少していく。従って、この最大酸素貯蔵量が精度良く算出・推定できれば、触媒の劣化を判定することができる。   However, this type of catalyst deteriorates due to poisoning due to lead or sulfur contained in the fuel or heat applied to the catalyst as it is continuously used, and the maximum oxygen storage amount decreases according to the degree of this deterioration. I will do it. Therefore, if the maximum oxygen storage amount can be calculated and estimated with high accuracy, it is possible to determine the deterioration of the catalyst.

この触媒の最大酸素貯蔵量を算出するための手法としてアクティブ制御が知られている。このアクティブ制御では、上記酸素センサがリーン出力を発している場合に、エンジンに供給する混合気の空燃比をリッチにし、その後、酸素センサがリッチ出力を発するようになると、エンジンに供給する混合気の空燃比をリーンに切り換える。このようにして、触媒下流側に設けられた酸素センサの検出値がリッチ／リーンで反転する毎に、混合気の目標空燃比を所定のリッチ目標値と所定のリーン目標値との間で反転させる。   Active control is known as a method for calculating the maximum oxygen storage amount of the catalyst. In this active control, when the oxygen sensor emits a lean output, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is made rich. After that, when the oxygen sensor emits a rich output, the air-fuel mixture supplied to the engine Switch the air / fuel ratio to lean. In this way, every time the detection value of the oxygen sensor provided on the downstream side of the catalyst reverses rich / lean, the target air-fuel ratio of the air-fuel mixture is reversed between the predetermined rich target value and the predetermined lean target value. Let

その結果、触媒が酸素を一杯に吸蔵した状態と、吸蔵酸素を完全に放出した状態とが繰り返し実現されることになる。従って、それらの期間内に、触媒に流入した酸素量を積算したり、或いは、触媒に流入した排気ガス中の酸素不足量を積算すれば、触媒の酸素貯蔵能力（最大酸素貯蔵量）Ｃmaxを計算により求めることができる。そして、この手法で算出したＣmaxに基づいて、触媒の劣化の状態を検知することができる。以上が触媒劣化判定動作である。   As a result, a state in which the catalyst fully stores oxygen and a state in which the stored oxygen is completely released are repeatedly realized. Therefore, if the amount of oxygen flowing into the catalyst is integrated within these periods, or if the amount of oxygen deficiency in the exhaust gas flowing into the catalyst is integrated, the oxygen storage capacity (maximum oxygen storage amount) Cmax of the catalyst is increased. It can be obtained by calculation. Based on Cmax calculated by this method, the state of catalyst deterioration can be detected. The above is the catalyst deterioration determination operation.

しかしながら、上述したように、空燃比のフィードバック制御や上記アクティブ制御による触媒劣化判定動作は、上記酸素センサが正常に作動していることを前提とする動作である。従って、この酸素センサに故障が生じている場合には上記動作を適正に行うことができなくなる。つまり、空燃比が適正な値（例えばストイキ）に調整できなくなったり、触媒劣化判定の信頼性が得られなくなってしまう。   However, as described above, the catalyst deterioration determination operation by the air-fuel ratio feedback control and the active control is an operation based on the premise that the oxygen sensor is operating normally. Therefore, when the oxygen sensor has a failure, the above operation cannot be performed properly. That is, the air-fuel ratio cannot be adjusted to an appropriate value (for example, stoichiometric), or the reliability of catalyst deterioration determination cannot be obtained.

上記酸素センサは、高温の排気ガス中という悪条件下で使用されるため、故障の可能性を有している。例えば、電気回路の断線や短絡の他に、センサ周囲の酸素濃度が変化してもそれに応じた信号（電圧値）が出力されない状態（一般に「ＶＡ縮小」と呼ばれている状態）となったりする。このため、この酸素センサの故障を早期に発見することが望まれている。   Since the oxygen sensor is used under adverse conditions such as in high-temperature exhaust gas, it has a possibility of failure. For example, in addition to disconnection or short circuit of the electric circuit, even if the oxygen concentration around the sensor changes, a signal (voltage value) corresponding to the change is not output (a state generally called “VA reduction”). To do. For this reason, it is desired to detect the failure of the oxygen sensor at an early stage.

例えば下記の特許文献３には、上記アクティブ制御によって酸素センサの故障診断を行うことが開示されている。つまり、上述したアクティブ制御により、混合気の目標空燃比を、所定のリッチ目標値（例えば１４．１）と所定のリーン目標値（例えば１５．１）との間で反転させていき、それに応じたセンサ出力が得られるか否かによって酸素センサの故障診断を行うようになっている。   For example, Patent Document 3 below discloses performing oxygen sensor failure diagnosis by the active control. That is, by the above-described active control, the target air-fuel ratio of the air-fuel mixture is inverted between a predetermined rich target value (for example, 14.1) and a predetermined lean target value (for example, 15.1), and accordingly A failure diagnosis of the oxygen sensor is performed depending on whether or not a sensor output can be obtained.

尚、上述した触媒劣化判定動作と酸素センサの故障診断動作とは共に上記アクティブ制御により実施可能であるので、これら動作（触媒劣化判定動作及び酸素センサの故障診断動作）は同時並行可能である。
特開２００５−１３３６２０号公報 特開２００６−１７０７８号公報 特開２００４−１９５４２号公報 Note that both the catalyst deterioration determination operation and the oxygen sensor failure diagnosis operation described above can be performed by the active control, and therefore these operations (catalyst deterioration determination operation and oxygen sensor failure diagnosis operation) can be performed simultaneously.
JP 2005-133620 A JP 2006-17078 A JP 2004-19542 A

上述したように、これまでの酸素センサの故障診断手法では、上記アクティブ制御において、目標空燃比を、予め設定されたリッチ側の固定値（１４．１）とリーン側の固定値（１５．１）との間で切り換えていくものであった。例えば空燃比のストイキ制御中に、目標空燃比を「１５．１」に切り換えて固定し、その後に、酸素センサがリーン出力を発すると、目標空燃比を「１４．１」に切り換えて固定し、酸素センサがリッチ出力を発するまで、この目標空燃比を固定することで故障診断を行っていた。   As described above, in the conventional oxygen sensor failure diagnosis methods, the target air-fuel ratio is set to the preset rich-side fixed value (14.1) and lean-side fixed value (15.1) in the active control. ). For example, during the stoichiometric control of the air-fuel ratio, the target air-fuel ratio is switched to “15.1” and fixed. After that, when the oxygen sensor emits a lean output, the target air-fuel ratio is switched to “14.1” and fixed. Until the oxygen sensor generates a rich output, the target air-fuel ratio is fixed to perform failure diagnosis.

そして、これら固定値は、この範囲（上記の場合には、「１５．１」と「１４．１」との差である１．０の範囲）で空燃比が変動しても車両の挙動を招くことがない値として設定されていた。   These fixed values are the same as the vehicle behavior even if the air-fuel ratio fluctuates in this range (in the above case, a range of 1.0 which is the difference between “15.1” and “14.1”). It was set as a value that would not be invited.

このように上記リーン側の目標空燃比及びリッチ側の目標空燃比には制約があったため、目標空燃比をリーン側の固定値に設定したとしても、単位時間当たりに上記窒素酸化物の還元に寄与する酸素量（単位時間当たりにおける触媒内部への酸素の貯蔵量）を増大するには限界がある。同様に、目標空燃比をリッチ側の固定値に設定したとしても、単位時間当たりに上記未燃成分の酸化に寄与する酸素量（触媒内部に貯蔵されている酸素の単位時間当たりの消費量）を増大するには限界がある。このため、酸素の触媒吸蔵量が多いほど（劣化していない触媒が多いほど）、酸素センサの出力信号が切り換わるまでには比較的長い時間を要することになり、その結果、酸素の触媒吸蔵量が多いほど（劣化していない触媒が多いほど）、酸素センサの故障の有無が判定できるまでに長い時間を要してしまう可能性が高かった。以下に詳述する。   As described above, since the lean target air-fuel ratio and the rich target air-fuel ratio are limited, even if the target air-fuel ratio is set to a fixed value on the lean side, the reduction of the nitrogen oxides per unit time is reduced. There is a limit to increasing the amount of oxygen that contributes (the amount of oxygen stored in the catalyst per unit time). Similarly, even if the target air-fuel ratio is set to a fixed value on the rich side, the amount of oxygen that contributes to oxidation of the unburned components per unit time (consumption per unit time of oxygen stored in the catalyst) There is a limit to increasing For this reason, the larger the amount of oxygen stored in the catalyst (the more catalyst that has not deteriorated), the longer it takes for the output signal of the oxygen sensor to switch, and as a result, the catalyst stores oxygen. The larger the amount (the more catalyst that has not deteriorated), the higher the possibility that it will take a longer time to determine whether or not the oxygen sensor has failed. This will be described in detail below.

上述した如く、酸素センサの故障診断は、上記触媒劣化判定動作を行うための上記アクティブ制御によって行えるため、この触媒劣化判定動作の実行条件が成立した場合に酸素センサの故障診断も実行される。そして、この触媒劣化判定動作の実行条件は、エンジンの運転状態が比較的高負荷で安定した状態、つまり、上記空燃比フィードバック制御による空燃比の変動が殆ど生じない状態となった限られた状況下で成立するようにしている。その理由は、触媒劣化判定動作の実行中に空燃比が頻繁に変動する状況であると、その度に単位時間当たりに触媒に流入する酸素量が変化し、触媒に貯蔵されている酸素量を算出するための演算処理が煩雑になるからである。   As described above, since the failure diagnosis of the oxygen sensor can be performed by the active control for performing the catalyst deterioration determination operation, the oxygen sensor failure diagnosis is also executed when the execution condition of the catalyst deterioration determination operation is satisfied. The condition for executing the catalyst deterioration determination operation is limited to a state where the engine operating state is stable at a relatively high load, that is, the air-fuel ratio fluctuation by the air-fuel ratio feedback control hardly occurs. It is made to hold below. The reason is that when the air-fuel ratio frequently fluctuates during the execution of the catalyst deterioration determination operation, the amount of oxygen flowing into the catalyst changes per unit time each time, and the amount of oxygen stored in the catalyst is reduced. This is because the calculation processing for calculation becomes complicated.

このため、上述した如く酸素センサの故障の有無が判定できるまでに比較的長い時間を要している状況では、この故障の有無の判定が完了する前に上記実行条件が解除されてしまう可能性が高く（例えば、酸素センサ故障診断途中でドライバがアクセル踏み込み操作を行って上記実行条件が解除された場合など）、この故障診断動作が無駄になってしまう（故障診断結果が得られない）といった状況を招いていた。   Therefore, in the situation where it takes a relatively long time to determine whether or not there is a failure of the oxygen sensor as described above, the execution condition may be released before the determination of the presence or absence of this failure is completed. Is high (for example, when the driver depresses the accelerator during the oxygen sensor failure diagnosis and the execution condition is canceled), the failure diagnosis operation is wasted (no failure diagnosis result is obtained). Invited the situation.

そして、この故障診断動作のためのアクティブ制御は、本来目標とすべき空燃比（例えば１４．６）から外れた空燃比でのエンジン駆動状態が継続されるものであるため、排気エミッションに悪影響を及ぼしたり、燃料消費率の悪化を招いたりする制御状態にあり、このようなエンジン駆動状態が無駄に行われてしまうことは好ましくない。また、故障診断動作が正常に完了する頻度が低いため、仮に酸素センサに故障が発生していたとしてもその発見が遅れてしまう可能性があり、エンジンの通常運転状態において、空燃比が適正な値に調整できなくなったり、触媒が劣化した状態のまま継続使用されてしまうといった状況を招く可能性があった。   The active control for the failure diagnosis operation has an adverse effect on the exhaust emission because the engine drive state at the air-fuel ratio deviating from the air-fuel ratio that should be originally targeted (for example, 14.6) is continued. It is not preferable that such an engine driving state is performed in vain. In addition, since the frequency of failure diagnosis operations to be normally completed is low, even if a failure has occurred in the oxygen sensor, the discovery may be delayed, and the air-fuel ratio is appropriate in the normal operating state of the engine. There is a possibility that the value cannot be adjusted or the catalyst is continuously used in a deteriorated state.

本発明の発明者は、酸素センサの故障の有無を早期に判定できるようにするための手法について考察を行った。そして、上記アクティブ制御において、リーン側の目標空燃比を、これまでの値よりも更にリーン側の値としたり（単位時間当たりにおける触媒内部への酸素の貯蔵量を増大させる）、リッチ側の目標空燃比を、これまでの値よりも更にリッチ側の値とする（触媒内部に貯蔵されている酸素の単位時間当たりの消費量を増大させる）ことで、酸素センサがリーン信号を出力するまでの時間やリッチ信号を出力するまでの時間を短くでき、酸素センサの故障の有無を早期に判定できることを見出した。   The inventor of the present invention considered a technique for enabling early determination of the presence or absence of a failure of an oxygen sensor. In the active control, the target air-fuel ratio on the lean side is set to a value on the lean side further than the previous value (increasing the amount of oxygen stored in the catalyst per unit time), or the target on the rich side By setting the air-fuel ratio to a richer value than before (increasing the consumption per unit time of oxygen stored in the catalyst), the oxygen sensor outputs a lean signal. It has been found that the time until the rich signal is output can be shortened, and the presence or absence of a failure of the oxygen sensor can be determined at an early stage.

しかし、これまでと同様のアクティブ制御において、単にリーン側の目標空燃比をよりリーン側に設定したり、リッチ側の目標空燃比をよりリッチ側に設定したりするのみでは以下に述べるような不具合があることについても本発明の発明者は見出した。   However, in the same active control as before, simply setting the lean side target air-fuel ratio to the lean side or setting the rich side target air-fuel ratio to the rich side causes the following problems: The inventors of the present invention have also found out that there is.

つまり、目標空燃比をリッチ側からリーン側に切り換える場合や、逆に、リーン側からリッチ側に切り換える場合には、目標空燃比が大きく変動することになり、エンジンの駆動状態が大きく変化することになる。例えば、エンジンの出力トルクが瞬間的に大きく変化することになる。これでは、車両の挙動を招くことになってしまい、乗員に違和感を与えてしまうことになる。   In other words, when the target air-fuel ratio is switched from the rich side to the lean side, or conversely, when the target air-fuel ratio is switched from the lean side to the rich side, the target air-fuel ratio will fluctuate greatly, and the engine driving state will change greatly. become. For example, the output torque of the engine changes greatly instantaneously. In this case, the behavior of the vehicle is caused, and the passenger feels uncomfortable.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車両の挙動等を招くことなしに、酸素センサの故障の有無を早期に判定できる酸素センサ故障診断装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an oxygen sensor failure diagnosis device capable of early determination of the presence or absence of a failure of an oxygen sensor without incurring vehicle behavior or the like. There is to do.

−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、上記アクティブ制御によって酸素センサ故障診断を行う場合に、目標空燃比をリッチ側やリーン側に強制的に設定する際、複数段階で徐々に目標空燃比を変化させるようにし、これにより、車両の挙動等を招くことなしに上記リッチ側やリーン側へ大きく目標空燃比を変更することを可能にしている。これにより、酸素センサの信号出力変化タイミングが早期に訪れ、酸素センサ故障診断を早期に完了することが可能になる。 -Principle of solving the problem-
The solution principle of the present invention taken in order to achieve the above object is that when the oxygen sensor failure diagnosis is performed by the active control, the target air-fuel ratio is forcibly set to the rich side or the lean side in a plurality of stages. Thus, the target air-fuel ratio is gradually changed so that the target air-fuel ratio can be greatly changed to the rich side or the lean side without causing the behavior of the vehicle or the like. As a result, the signal output change timing of the oxygen sensor arrives early, and the oxygen sensor failure diagnosis can be completed early.

−解決手段−
具体的に、本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒の下流側に配設されて触媒下流側における排気ガスの酸素濃度に応じたリッチ信号またはリーン信号を出力する酸素センサに対し、上記内燃機関の目標空燃比を強制的にリッチ側またはリーン側に設定し、それに応じた酸素センサの信号出力がなされたか否かによって酸素センサの故障の有無を診断する酸素センサ故障診断装置を前提とする。この酸素センサ故障診断装置に対し、目標空燃比切り換え手段、第１リーン目標空燃比設定手段、第２リーン目標空燃比移行手段を備えさせている。目標空燃比切り換え手段は、上記内燃機関の目標空燃比をリッチ側に設定した後、酸素センサからリッチ信号が出力されると、上記目標空燃比をリーン側に切り換えるものである。第１リーン目標空燃比設定手段は、上記目標空燃比をリーン側に切り換える際、現在の目標空燃比に対する乖離幅が制約された第１のリーン目標空燃比に設定するものである。そして、第２リーン目標空燃比移行手段は、上記第１リーン目標空燃比設定手段によって実空燃比を第１のリーン目標空燃比に変化させ、上記第１のリーン目標空燃比よりも更にリーン側である第２のリーン目標空燃比に向けて変化させていくものである。 -Solution-
Specifically, the present invention is provided on the downstream side of the catalyst for purifying the exhaust gas of the internal combustion engine and outputs a rich signal or a lean signal according to the oxygen concentration of the exhaust gas on the downstream side of the catalyst. Presupposing an oxygen sensor failure diagnosis device that forcibly sets the target air-fuel ratio of the internal combustion engine to a rich side or a lean side and diagnoses the presence or absence of a failure of the oxygen sensor based on whether or not a signal output of the oxygen sensor is made accordingly And The oxygen sensor failure diagnosis apparatus is provided with target air-fuel ratio switching means, first lean target air-fuel ratio setting means, and second lean target air-fuel ratio transition means. The target air-fuel ratio switching means switches the target air-fuel ratio to the lean side when a rich signal is output from the oxygen sensor after setting the target air-fuel ratio of the internal combustion engine to the rich side. The first lean target air-fuel ratio setting means sets the first lean target air-fuel ratio in which the deviation width from the current target air-fuel ratio is restricted when the target air-fuel ratio is switched to the lean side. The second lean target air-fuel ratio transition means changes the actual air-fuel ratio to the first lean target air-fuel ratio by the first lean target air-fuel ratio setting means, and is further leaner than the first lean target air-fuel ratio. It is made to change toward the second lean target air-fuel ratio.

この特定事項により、上記アクティブ制御において、目標空燃比をリーン側に切り換える際には、先ず、第１のリーン目標空燃比に設定し、その後、目標空燃比を徐々に変化させて第２のリーン目標空燃比を達成させることになる。この場合、上記第１のリーン目標空燃比は、現在の目標空燃比から変更された場合に車両の挙動（車両の振動）が生じない値であって、現在の目標空燃比からの乖離幅が制約された値に設定される。このため、現在の目標空燃比（例えば、アクティブ制御の開始前の目標空燃比や、アクティブ制御によってリッチ側に設定されている目標空燃比）に対して、第２のリーン目標空燃比が大きくかけ離れている場合であっても、目標空燃比は、一旦、乖離幅の小さい第１のリーン目標空燃比に設定されるので、この第１のリーン目標空燃比に変更される時点での車両の挙動は生じ難い。   Due to this specific matter, when the target air-fuel ratio is switched to the lean side in the active control, first, the first lean target air-fuel ratio is set, and then the target air-fuel ratio is gradually changed to change the second lean air-fuel ratio. The target air-fuel ratio is achieved. In this case, the first lean target air-fuel ratio is a value at which vehicle behavior (vehicle vibration) does not occur when the current target air-fuel ratio is changed, and a deviation width from the current target air-fuel ratio is small. Set to a constrained value. For this reason, the second lean target air-fuel ratio is far away from the current target air-fuel ratio (for example, the target air-fuel ratio before the start of active control or the target air-fuel ratio set to the rich side by active control). Even in this case, the target air-fuel ratio is once set to the first lean target air-fuel ratio with a small deviation, so the behavior of the vehicle at the time when it is changed to the first lean target air-fuel ratio. Is unlikely to occur.

そして、この第１のリーン目標空燃比から第２のリーン目標空燃比に向けては、目標空燃比は徐々に変化（「徐変制御」や「なまし制御」）していくので、車両の挙動を生じさせることなしに、この第２のリーン目標空燃比は達成されることになる。この第２のリーン目標空燃比が達成されると、単位時間当たりに触媒に流入される酸素量が大幅に増大し、上記窒素酸化物の還元に寄与する酸素量（触媒内部への酸素の貯蔵量）も大幅に増大することになる。このため、酸素センサの出力信号がリーン側に切り換わるまでの時間が大幅に短縮化できることになり、酸素センサの故障の有無が判定できるまでの時間を短縮化できる。その結果、車両の挙動等を招くことなしに、酸素センサの故障の有無を早期に判定でき、上記アクティブ制御が無駄に終了してしまったり、無用に（診断結果が得られることなしに）排気エミッションが悪化したりするといった状況を回避することができる。   The target air-fuel ratio gradually changes ("gradual change control" or "smoothing control") from the first lean target air-fuel ratio toward the second lean target air-fuel ratio. This second lean target air / fuel ratio will be achieved without causing behavior. When the second lean target air-fuel ratio is achieved, the amount of oxygen that flows into the catalyst per unit time is greatly increased, and the amount of oxygen that contributes to the reduction of the nitrogen oxides (storage of oxygen inside the catalyst). Amount) will also increase significantly. For this reason, the time until the output signal of the oxygen sensor switches to the lean side can be greatly shortened, and the time until it can be determined whether or not the oxygen sensor has failed can be shortened. As a result, the presence or absence of a failure of the oxygen sensor can be determined at an early stage without incurring the behavior of the vehicle, and the above active control is ended uselessly or exhausted unnecessarily (without obtaining a diagnostic result). It is possible to avoid the situation where the emission deteriorates.

上記の目的を達成するための他の解決手段としては以下のものが挙げられる。つまり、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒の下流側に配設されて触媒下流側における排気ガスの酸素濃度に応じたリッチ信号またはリーン信号を出力する酸素センサに対し、上記内燃機関の目標空燃比を強制的にリッチ側またはリーン側に設定し、それに応じた酸素センサの信号出力がなされたか否かによって酸素センサの故障の有無を診断する酸素センサ故障診断装置を前提とする。この酸素センサ故障診断装置に対し、目標空燃比切り換え手段、第１リッチ目標空燃比設定手段、第２リッチ目標空燃比移行手段を備えさせている。目標空燃比切り換え手段は、上記内燃機関の目標空燃比をリーン側に設定した後、酸素センサからリーン信号が出力されると、上記目標空燃比をリッチ側に切り換えるものである。第１リッチ目標空燃比設定手段は、上記目標空燃比をリッチ側に切り換える際、現在の目標空燃比に対する乖離幅が制約された第１のリッチ目標空燃比に設定するものである。そして、第２リッチ目標空燃比移行手段は、上記第１リッチ目標空燃比設定手段によって実空燃比を第１のリッチ目標空燃比に変化させ、上記第１のリッチ目標空燃比よりも更にリッチ側である第２のリッチ目標空燃比に向けて変化させていくものである。   Other solutions for achieving the above object include the following. In other words, the target air volume of the internal combustion engine is set to the oxygen sensor that is disposed on the downstream side of the catalyst for purifying the exhaust gas of the internal combustion engine and outputs a rich signal or a lean signal corresponding to the oxygen concentration of the exhaust gas on the downstream side of the catalyst. It is premised on an oxygen sensor failure diagnosis device that forcibly sets the fuel ratio to the rich side or the lean side and diagnoses the presence or absence of a failure of the oxygen sensor based on whether or not a signal output from the oxygen sensor is made accordingly. The oxygen sensor failure diagnosis apparatus is provided with target air-fuel ratio switching means, first rich target air-fuel ratio setting means, and second rich target air-fuel ratio transition means. The target air-fuel ratio switching means switches the target air-fuel ratio to the rich side when a lean signal is output from the oxygen sensor after setting the target air-fuel ratio of the internal combustion engine to the lean side. The first rich target air-fuel ratio setting means sets the first rich target air-fuel ratio to which the deviation from the current target air-fuel ratio is restricted when the target air-fuel ratio is switched to the rich side. The second rich target air-fuel ratio transition means changes the actual air-fuel ratio to the first rich target air-fuel ratio by the first rich target air-fuel ratio setting means, and is further richer than the first rich target air-fuel ratio. This is changed toward the second rich target air-fuel ratio.

この特定事項においても、上述した解決手段の場合と同様に、酸素センサの故障の有無が判定できるまでの時間を短縮化できる。つまり、上記アクティブ制御において、目標空燃比をリッチ側に切り換える際には、先ず、第１のリッチ目標空燃比に設定し、その後、目標空燃比を徐々に変化させて第２のリッチ目標空燃比を達成させることになる。この場合、上記第１のリッチ目標空燃比は、現在の目標空燃比から変更された場合に車両の挙動（車両の振動）が生じない値であって、現在の目標空燃比からの乖離幅が制約された値に設定される。このため、現在の目標空燃比（例えば、アクティブ制御の開始前の目標空燃比や、アクティブ制御によってリーン側に設定されている目標空燃比）に対して、第２のリッチ目標空燃比が大きくかけ離れている場合であっても、目標空燃比は、一旦、乖離幅の小さい第１のリッチ目標空燃比に設定されるので、この第１のリッチ目標空燃比に変更される時点での車両の挙動は生じ難い。   Also in this specific matter, the time until it can be determined whether or not there is a failure of the oxygen sensor can be shortened, as in the case of the solution described above. That is, in the active control, when the target air-fuel ratio is switched to the rich side, first, the first rich target air-fuel ratio is set, and then the target air-fuel ratio is gradually changed to change the second rich target air-fuel ratio. Will be achieved. In this case, the first rich target air-fuel ratio is a value at which vehicle behavior (vehicle vibration) does not occur when the current target air-fuel ratio is changed, and a deviation width from the current target air-fuel ratio is small. Set to a constrained value. For this reason, the second rich target air-fuel ratio is far away from the current target air-fuel ratio (for example, the target air-fuel ratio before the start of active control or the target air-fuel ratio set to the lean side by active control). Even if the target air-fuel ratio is once set, the target rich air-fuel ratio is set to the first rich target air-fuel ratio having a small deviation width. Is unlikely to occur.

そして、この第１のリッチ目標空燃比から第２のリッチ目標空燃比に向けては、目標空燃比は徐々に変化（「徐変制御」や「なまし制御」）していくので、車両の挙動を生じさせることなしに、この第２のリッチ目標空燃比は達成されることになる。この第２のリッチ目標空燃比が達成されると、単位時間当たりに触媒に流入される酸素量が大幅に減少し、上記未燃成分の酸化に寄与する酸素量（触媒内部に貯蔵されている酸素の単位時間当たりの消費量）が大幅に増大することになる。このため、酸素センサの出力信号がリッチ側に切り換わるまでの時間が大幅に短縮化できることになり、酸素センサの故障の有無が判定できるまでの時間を短縮化できる。その結果、車両の挙動等を招くことなしに、酸素センサの故障の有無を早期に判定でき、上記アクティブ制御が無駄に終了してしまったり、無用に（診断結果が得られることなしに）排気エミッションが悪化したりするといった状況を回避することができる。   The target air-fuel ratio gradually changes ("gradual change control" or "smoothing control") from the first rich target air-fuel ratio toward the second rich target air-fuel ratio. This second rich target air-fuel ratio will be achieved without causing behavior. When the second rich target air-fuel ratio is achieved, the amount of oxygen flowing into the catalyst per unit time is greatly reduced, and the amount of oxygen that contributes to oxidation of the unburned components (stored inside the catalyst). The consumption of oxygen per unit time) will increase significantly. For this reason, the time until the output signal of the oxygen sensor is switched to the rich side can be greatly shortened, and the time until it can be determined whether or not the oxygen sensor has failed can be shortened. As a result, the presence or absence of a failure of the oxygen sensor can be determined at an early stage without incurring the behavior of the vehicle, and the above active control is ended uselessly or exhausted unnecessarily (without obtaining a diagnostic result). It is possible to avoid the situation where the emission deteriorates.

また、上述した各解決手段は併用することも可能である。その構成について以下に述べる。先ず、前提を上述した各解決手段のものと同様とする。そして、目標空燃比切り換え手段、第１リーン目標空燃比設定手段、第２リーン目標空燃比移行手段、第１リッチ目標空燃比設定手段、第２リッチ目標空燃比移行手段を備えさせている。目標空燃比切り換え手段は、上記内燃機関の目標空燃比をリッチ側に設定した後、酸素センサからリッチ信号が出力されると、上記目標空燃比をリーン側に切り換え、その後、酸素センサからリーン信号が出力されると、上記目標空燃比をリッチ側に切り換えるものである。第１リーン目標空燃比設定手段は、上記目標空燃比をリーン側に切り換える際、現在の目標空燃比に対する乖離幅が制約された第１のリーン目標空燃比に設定するものである。第２リーン目標空燃比移行手段は、上記第１リーン目標空燃比設定手段によって実空燃比を第１のリーン目標空燃比に変化させ、上記第１のリーン目標空燃比よりも更にリーン側である第２のリーン目標空燃比に向けて変化させていくものである。第１リッチ目標空燃比設定手段は、上記目標空燃比をリッチ側に切り換える際、現在の目標空燃比に対する乖離幅が制約された第１のリッチ目標空燃比に設定するものである。そして、第２リッチ目標空燃比移行手段は、上記第１リッチ目標空燃比設定手段によって実空燃比を第１のリッチ目標空燃比に変化させ、上記第１のリッチ目標空燃比よりも更にリッチ側である第２のリッチ目標空燃比に向けて変化させていくものである。   Further, the above-described solving means can be used in combination. The configuration will be described below. First, it is assumed that the premise is the same as that of each solution means described above. A target air-fuel ratio switching means, a first lean target air-fuel ratio setting means, a second lean target air-fuel ratio transition means, a first rich target air-fuel ratio setting means, and a second rich target air-fuel ratio transition means are provided. The target air-fuel ratio switching means switches the target air-fuel ratio to the lean side when the rich signal is output from the oxygen sensor after setting the target air-fuel ratio of the internal combustion engine to the rich side, and then the lean signal from the oxygen sensor. Is output, the target air-fuel ratio is switched to the rich side. The first lean target air-fuel ratio setting means sets the first lean target air-fuel ratio in which the deviation width from the current target air-fuel ratio is restricted when the target air-fuel ratio is switched to the lean side. The second lean target air-fuel ratio transition means changes the actual air-fuel ratio to the first lean target air-fuel ratio by the first lean target air-fuel ratio setting means, and is further leaner than the first lean target air-fuel ratio. It is changed toward the second lean target air-fuel ratio. The first rich target air-fuel ratio setting means sets the first rich target air-fuel ratio to which the deviation from the current target air-fuel ratio is restricted when the target air-fuel ratio is switched to the rich side. The second rich target air-fuel ratio transition means changes the actual air-fuel ratio to the first rich target air-fuel ratio by the first rich target air-fuel ratio setting means, and further richer than the first rich target air-fuel ratio. This is changed toward the second rich target air-fuel ratio.

本解決手段の構成によれば、上述した各解決手段の作用効果を共に得ることができる。つまり、酸素センサの出力信号がリーン側に切り換わるまでの時間及び酸素センサの出力信号がリッチ側に切り換わるまでの時間を共に短縮化できることになり、酸素センサの故障の有無が判定できるまでの時間を大幅に短縮化できる。その結果、車両の挙動等を招くことなしに、酸素センサの故障の有無を早期に判定できることになる。   According to the configuration of the present solving means, the operational effects of the respective solving means described above can be obtained together. In other words, both the time until the output signal of the oxygen sensor switches to the lean side and the time until the output signal of the oxygen sensor switches to the rich side can be shortened, and it is possible to determine whether or not the oxygen sensor has failed. Time can be greatly shortened. As a result, the presence or absence of a failure of the oxygen sensor can be determined at an early stage without incurring the behavior of the vehicle.

上記第１リーン目標空燃比設定手段による第１のリーン目標空燃比の設定手法として具体的には以下の２つの手段が挙げられる。   Specific examples of the first lean target air-fuel ratio setting method by the first lean target air-fuel ratio setting means include the following two means.

先ず、上記第１リーン目標空燃比設定手段によって設定される第１のリーン目標空燃比を、この第１のリーン目標空燃比が設定される直前の目標空燃比に対して、内燃機関の回転数に応じた空燃比変更許容量だけ変更された値として設定するようにし、この空燃比変更許容量を、内燃機関の回転数が低いほど小さく設定するものである。   First, the first lean target air-fuel ratio set by the first lean target air-fuel ratio setting means is set to the rotational speed of the internal combustion engine with respect to the target air-fuel ratio immediately before the first lean target air-fuel ratio is set. Accordingly, the air-fuel ratio change allowable amount is set to a value that is changed according to the air-fuel ratio change amount.

また、上記第１リーン目標空燃比設定手段によって設定される第１のリーン目標空燃比を、この第１のリーン目標空燃比が設定される直前の目標空燃比に対して、内燃機関の負荷（エンジン負荷）に応じた空燃比変更許容量だけ変更された値として設定するようにし、この空燃比変更許容量を、内燃機関の負荷が低いほど小さく設定するものである。   In addition, the first lean target air-fuel ratio set by the first lean target air-fuel ratio setting means is set to be equal to the target air-fuel ratio immediately before the first lean target air-fuel ratio is set. The air-fuel ratio change allowable amount is set to a value changed according to the engine load), and the air-fuel ratio change allowable amount is set smaller as the load of the internal combustion engine is lower.

内燃機関の回転数や負荷が低い場合には、空燃比の変化は車両の挙動として現れやすい状況となる。このため、この回転数や負荷が比較的高い場合には、現在の目標空燃比に対する変化量を大きく設定することが可能である。この場合、第１のリーン目標空燃比は第２のリーン目標空燃比に近似した値、または第２のリーン目標空燃比に一致した値とすることができ、酸素センサの出力信号がリーン側に切り換わるまでの時間を短縮化できる。これに対し、回転数や負荷が比較的低い場合には、現在の目標空燃比に対する変化量を小さく設定し、車両の挙動が生じないような第１のリーン目標空燃比に設定することになる。この場合、第１のリーン目標空燃比と第２のリーン目標空燃比との乖離幅が比較的大きくなるが、この第１のリーン目標空燃比から第２のリーン目標空燃比へは徐々に目標空燃比が変更されていくため、車両に挙動を生じさせることなく第２のリーン目標空燃比を達成することができる。   When the rotational speed and load of the internal combustion engine are low, changes in the air-fuel ratio tend to appear as vehicle behavior. For this reason, when the rotational speed and load are relatively high, it is possible to set a large change amount with respect to the current target air-fuel ratio. In this case, the first lean target air-fuel ratio can be set to a value that approximates the second lean target air-fuel ratio or a value that matches the second lean target air-fuel ratio, and the output signal of the oxygen sensor becomes leaner. The time until switching can be shortened. On the other hand, when the rotational speed and the load are relatively low, the amount of change with respect to the current target air-fuel ratio is set to be small, and the first lean target air-fuel ratio is set so as not to cause vehicle behavior. . In this case, the divergence width between the first lean target air-fuel ratio and the second lean target air-fuel ratio becomes relatively large, but the target gradually increases from the first lean target air-fuel ratio to the second lean target air-fuel ratio. Since the air-fuel ratio is changed, the second lean target air-fuel ratio can be achieved without causing the vehicle to behave.

上記第１リッチ目標空燃比設定手段による第１のリッチ目標空燃比の設定手法として具体的には以下の２つの手段が挙げられる。   Specific examples of the first rich target air-fuel ratio setting method by the first rich target air-fuel ratio setting means include the following two means.

先ず、上記第１リッチ目標空燃比設定手段によって設定される第１のリッチ目標空燃比を、この第１のリッチ目標空燃比が設定される直前の目標空燃比に対して、内燃機関の回転数に応じた空燃比変更許容量だけ変更された値として設定するようにし、この空燃比変更許容量を、内燃機関の回転数が低いほど小さく設定するものである。   First, the first rich target air-fuel ratio set by the first rich target air-fuel ratio setting means is set to a rotational speed of the internal combustion engine with respect to the target air-fuel ratio immediately before the first rich target air-fuel ratio is set. Accordingly, the air-fuel ratio change allowable amount is set to a value that is changed according to the air-fuel ratio change amount.

また、上記第１リッチ目標空燃比設定手段によって設定される第１のリッチ目標空燃比を、この第１のリッチ目標空燃比が設定される直前の目標空燃比に対して、内燃機関の負荷（エンジン負荷）に応じた空燃比変更許容量だけ変更された値として設定するようにし、この空燃比変更許容量を、内燃機関の負荷が低いほど小さく設定するものである。   Further, the first rich target air-fuel ratio set by the first rich target air-fuel ratio setting means is set to be equal to the target air-fuel ratio immediately before the first rich target air-fuel ratio is set. The air-fuel ratio change allowable amount is set to a value changed according to the engine load), and the air-fuel ratio change allowable amount is set smaller as the load of the internal combustion engine is lower.

この構成の場合にも上述と同様に、回転数や負荷が比較的高い場合には、第１のリッチ目標空燃比は第２のリッチ目標空燃比に近似した値、または第２のリッチ目標空燃比に一致した値とすることができ、酸素センサの出力信号がリッチ側に切り換わるまでの時間を短縮化できる。これに対し、回転数や負荷が比較的低い場合には、現在の目標空燃比に対する変化量を小さく設定し、車両の挙動が生じないような第１のリッチ目標空燃比に設定することになる。この場合、第１のリッチ目標空燃比と第２のリッチ目標空燃比との乖離幅が比較的大きくなるが、この第１のリッチ目標空燃比から第２のリッチ目標空燃比へは徐々に目標空燃比が変更されていくため、車両に挙動を生じさせることなく第２のリッチ目標空燃比を達成することができる。   Also in this configuration, as described above, when the rotational speed and the load are relatively high, the first rich target air-fuel ratio is a value approximate to the second rich target air-fuel ratio, or the second rich target air-fuel ratio. The value can be made to coincide with the fuel ratio, and the time until the output signal of the oxygen sensor switches to the rich side can be shortened. On the other hand, when the rotational speed and the load are relatively low, the amount of change with respect to the current target air-fuel ratio is set to be small, and the first rich target air-fuel ratio is set so as not to cause vehicle behavior. . In this case, the divergence width between the first rich target air-fuel ratio and the second rich target air-fuel ratio becomes relatively large, but the target value gradually increases from the first rich target air-fuel ratio to the second rich target air-fuel ratio. Since the air-fuel ratio is changed, the second rich target air-fuel ratio can be achieved without causing the vehicle to behave.

本発明では、アクティブ制御によって酸素センサ故障診断を行う場合に、目標空燃比をリッチ側やリーン側に強制的に設定する際、複数段階で徐々に目標空燃比を変化させるようにし、これにより、車両の挙動等を招くことなしに上記リッチ側やリーン側へ大きく目標空燃比を変更することを可能にしている。これにより、酸素センサの信号出力変化タイミングが早期に訪れ、酸素センサ故障診断を早期に完了させることが可能になる。その結果、上記アクティブ制御が無駄に終了してしまったり、無用に（診断結果が得られることなしに）排気エミッションが悪化したりするといった状況を回避することができる。また、酸素センサ故障診断動作が正常に完了する頻度が高くなるため、酸素センサの故障を早期に発見することが可能性になる。   In the present invention, when performing oxygen sensor failure diagnosis by active control, when forcibly setting the target air-fuel ratio to the rich side or the lean side, the target air-fuel ratio is gradually changed in a plurality of stages. The target air-fuel ratio can be greatly changed to the rich side or the lean side without causing the behavior of the vehicle or the like. As a result, the signal output change timing of the oxygen sensor arrives early, and the oxygen sensor failure diagnosis can be completed early. As a result, it is possible to avoid a situation in which the active control is ended in vain or exhaust emission deteriorates unnecessarily (without obtaining a diagnosis result). In addition, since the frequency of completing the oxygen sensor failure diagnosis operation normally increases, it becomes possible to detect the failure of the oxygen sensor at an early stage.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、本発明に係る酸素センサの故障診断装置を自動車用４気筒ガソリンエンジン（内燃機関）に適用した場合について説明する。また、本発明に係る故障診断装置についての複数の実施形態を説明する前に、エンジンの概略構成及びエンジンの基本動作について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case will be described in which the oxygen sensor failure diagnosis device according to the present invention is applied to a four-cylinder gasoline engine (internal combustion engine) for an automobile. Before describing a plurality of embodiments of the failure diagnosis apparatus according to the present invention, a schematic configuration of the engine and a basic operation of the engine will be described.

−エンジン−
図１は本実施形態に係るエンジン１及びその吸排気系の概略構成を示す図である。なお、この図１ではエンジン１の１気筒の構成のみを示している。 -Engine-
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine 1 and an intake / exhaust system thereof according to the present embodiment. In FIG. 1, only the configuration of one cylinder of the engine 1 is shown.

本実施形態におけるエンジン１は、例えば４気筒ガソリンエンジンであって、燃焼室１ａを形成するピストン１ｂ及び出力軸であるクランクシャフト１５を備えている。ピストン１ｂはコネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５に連結されており、ピストン１ｂの往復運動がコネクティングロッド１６によってクランクシャフト１５の回転へと変換されるようになっている。   The engine 1 in this embodiment is, for example, a four-cylinder gasoline engine, and includes a piston 1b that forms a combustion chamber 1a and a crankshaft 15 that is an output shaft. The piston 1b is connected to the crankshaft 15 via a connecting rod 16, and the reciprocating motion of the piston 1b is converted into rotation of the crankshaft 15 by the connecting rod 16.

クランクシャフト１５には、外周面に複数の突起（歯）１７ａを有するシグナルロータ１７が取り付けられている。このシグナルロータ１７の側方近傍にはクランクポジションセンサ（エンジン回転数センサ）２４が配置されている。このクランクポジションセンサ２４は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１５が回転する際にシグナルロータ１７の突起１７ａに対応するパルス状の信号（出力パルス）を発生する。   A signal rotor 17 having a plurality of protrusions (teeth) 17 a on the outer peripheral surface is attached to the crankshaft 15. A crank position sensor (engine speed sensor) 24 is disposed near the side of the signal rotor 17. The crank position sensor 24 is, for example, an electromagnetic pickup, and generates a pulsed signal (output pulse) corresponding to the protrusion 17a of the signal rotor 17 when the crankshaft 15 rotates.

エンジン１のシリンダブロック１ｃには、エンジン水温（冷却水温）を検出する水温センサ２１が配置されている。   The cylinder block 1c of the engine 1 is provided with a water temperature sensor 21 that detects the engine water temperature (cooling water temperature).

エンジン１の燃焼室１ａには点火プラグ３が配置されている。点火プラグ３の点火タイミングはイグナイタ４によって調整される。イグナイタ４はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２００によって制御される。   A spark plug 3 is disposed in the combustion chamber 1 a of the engine 1. The ignition timing of the spark plug 3 is adjusted by the igniter 4. The igniter 4 is controlled by an ECU (Electronic Control Unit) 200.

エンジン１の燃焼室１ａには吸気通路１１と排気通路１２とが接続されている。吸気通路１１と燃焼室１ａとの間に吸気バルブ１３が設けられており、この吸気バルブ１３を開閉駆動することにより、吸気通路１１と燃焼室１ａとが連通または遮断される。また、排気通路１２と燃焼室１ａとの間に排気バルブ１４が設けられており、この排気バルブ１４を開閉駆動することにより、排気通路１２と燃焼室１ａとが連通または遮断される。これら吸気バルブ１３及び排気バルブ１４の開閉駆動は、クランクシャフト１５の回転が伝達される吸気カムシャフト及び排気カムシャフト（共に図示省略）の各回転によって行われる。   An intake passage 11 and an exhaust passage 12 are connected to the combustion chamber 1 a of the engine 1. An intake valve 13 is provided between the intake passage 11 and the combustion chamber 1a. By opening and closing the intake valve 13, the intake passage 11 and the combustion chamber 1a are communicated or blocked. Further, an exhaust valve 14 is provided between the exhaust passage 12 and the combustion chamber 1a. By opening and closing the exhaust valve 14, the exhaust passage 12 and the combustion chamber 1a are communicated or blocked. The opening / closing drive of the intake valve 13 and the exhaust valve 14 is performed by each rotation of the intake camshaft and the exhaust camshaft (both not shown) to which the rotation of the crankshaft 15 is transmitted.

吸気通路１１には、エアクリーナ７、熱線式のエアフローメータ２２、吸気温センサ２３（エアフローメータ２２に内蔵）、及び、エンジン１の吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ５が配置されている。このスロットルバルブ５はスロットルモータ６によって駆動される。スロットルバルブ５の開度はスロットル開度センサ２５によって検出される。   An air cleaner 7, a hot-wire air flow meter 22, an intake air temperature sensor 23 (built in the air flow meter 22), and an electronically controlled throttle valve 5 that adjusts the intake air amount of the engine 1 are arranged in the intake passage 11. Yes. The throttle valve 5 is driven by a throttle motor 6. The opening degree of the throttle valve 5 is detected by a throttle opening degree sensor 25.

エンジン１の排気通路１２には三元触媒８が配置されている。この三元触媒８は、酸素を貯蔵（吸蔵）するＯ2ストレージ機能（酸素貯蔵機能）を有しており、この酸素貯蔵機能により、空燃比が理論空燃比からある程度まで偏移したとしても、ＨＣ，ＣＯ，及びＮＯｘを浄化することが可能となっている。即ち、エンジン１の空燃比がリーンとなって、三元触媒８に流入する排気ガス中の酸素及びＮＯｘが増加すると、酸素の一部を三元触媒８が吸蔵することで、還元雰囲気を作り出し、ＮＯｘの還元・浄化を促進する。一方、エンジン１の空燃比がリッチになって、三元触媒８に流入する排気ガスにＨＣ，ＣＯが多量に含まれると、三元触媒８は内部に吸蔵している酸素分子を放出し、これらのＨＣ，ＣＯに酸素分子を与え、酸化・浄化を促進する。 A three-way catalyst 8 is disposed in the exhaust passage 12 of the engine 1. The three-way catalyst 8 has an O 2 storage function (oxygen storage function) for storing (occluding) oxygen. Even if the air-fuel ratio shifts from the stoichiometric air-fuel ratio to a certain extent by this oxygen storage function, HC, CO, and NOx can be purified. That is, when the air-fuel ratio of the engine 1 becomes lean and oxygen and NOx in the exhaust gas flowing into the three-way catalyst 8 increase, the three-way catalyst 8 occludes part of the oxygen, thereby creating a reducing atmosphere. Promotes NOx reduction and purification. On the other hand, when the air-fuel ratio of the engine 1 becomes rich and the exhaust gas flowing into the three-way catalyst 8 contains a large amount of HC and CO, the three-way catalyst 8 releases oxygen molecules stored therein, Oxygen molecules are given to these HC and CO to promote oxidation and purification.

上記三元触媒８の上流側の排気通路１２には空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）２６が配置されている。この空燃比センサ２６は、例えば限界電流式の酸素濃度センサが適用されており、広い空燃比領域に亘って空燃比に対応した出力電圧を発生する構成となっている。   An air-fuel ratio sensor (A / F sensor) 26 is disposed in the exhaust passage 12 upstream of the three-way catalyst 8. For example, a limiting current type oxygen concentration sensor is applied to the air-fuel ratio sensor 26, and an output voltage corresponding to the air-fuel ratio is generated over a wide air-fuel ratio region.

また、三元触媒８の下流側の排気通路１２には酸素センサ（Ｏ2センサ）１０１が配置されている。この酸素センサ１０１は、例えば起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサが適用されており、その出力値が理論空燃比付近でステップ状に変化する構成となっている。なお、この酸素センサ１０１の詳細については後述する。これら空燃比センサ２６及び酸素センサ１０１の発生する信号は、それぞれＡ／Ｄ変換された後に、ＥＣＵ２００に入力される。 An oxygen sensor (O 2 sensor) 101 is disposed in the exhaust passage 12 on the downstream side of the three-way catalyst 8. For example, an electromotive force type (concentration cell type) oxygen concentration sensor is applied to the oxygen sensor 101, and its output value changes stepwise in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio. Details of the oxygen sensor 101 will be described later. The signals generated by the air-fuel ratio sensor 26 and the oxygen sensor 101 are A / D converted and then input to the ECU 200.

そして、吸気通路１１には燃料噴射用のインジェクタ２が配置されている。このインジェクタ２には、燃料タンクから燃料ポンプによって所定圧力の燃料が供給され、吸気通路１１に燃料が噴射される。この噴射燃料は吸入空気と混合されて混合気となってエンジン１の燃焼室１ａに導入される。燃焼室１ａに導入された混合気（燃料＋空気）は、エンジン１の圧縮行程を経た後、点火プラグ３にて点火されて燃焼・爆発する。この混合気の燃焼室１ａ内での燃焼・爆発によりピストン１ｂが往復運動してクランクシャフト１５が回転する。以上のエンジン１の運転状態はＥＣＵ２００によって制御される。   A fuel injection injector 2 is disposed in the intake passage 11. Fuel of a predetermined pressure is supplied from the fuel tank to the injector 2 by a fuel pump, and the fuel is injected into the intake passage 11. This injected fuel is mixed with intake air to form an air-fuel mixture and introduced into the combustion chamber 1a of the engine 1. The air-fuel mixture (fuel + air) introduced into the combustion chamber 1a passes through the compression stroke of the engine 1 and is then ignited by the spark plug 3 to burn and explode. The piston 1b reciprocates due to combustion / explosion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 1a, and the crankshaft 15 rotates. The operation state of the engine 1 is controlled by the ECU 200.

−酸素センサ１０１−
次に、上記酸素センサ１０１の構造について説明する。 -Oxygen sensor 101-
Next, the structure of the oxygen sensor 101 will be described.

図２は、本実施形態において用いられる酸素センサ１０１の内部構造を示す断面図である。この酸素センサ１０１は、ハウジング１０２と、その中に保持されるセンサ素子１０３とを備えている。センサ素子１０３は、その内部に大気室１０４を備える中空の部材である。また、このセンサ素子１０３の内側表面には大気室１０４に晒される大気側電極（白金電極）１０５が形成されている。一方、センサ素子１０３の外側表面には排気側電極（白金電極）１０６が形成されている。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing the internal structure of the oxygen sensor 101 used in this embodiment. The oxygen sensor 101 includes a housing 102 and a sensor element 103 held therein. The sensor element 103 is a hollow member including an atmospheric chamber 104 therein. Further, an atmosphere side electrode (platinum electrode) 105 exposed to the atmosphere chamber 104 is formed on the inner surface of the sensor element 103. On the other hand, an exhaust side electrode (platinum electrode) 106 is formed on the outer surface of the sensor element 103.

上記センサ素子１０３は、その先端部分が突出するように上記ハウジング１０２に嵌め込まれている。ハウジング１０２にはカバー１０７が組み付けられており、センサ素子１０３の先端部分は、そのカバー１０７により覆われている。酸素センサ１０１は、上記カバー１０７が排気ガスに晒されるように排気通路１２に取り付けられている。カバー１０７には排気ガスを取り込むための通気口が設けられているため、センサ素子１０３の先端部分は、排気通路１２内の排気ガスに晒された状態となる。   The sensor element 103 is fitted into the housing 102 so that the tip portion thereof protrudes. A cover 107 is assembled to the housing 102, and the tip portion of the sensor element 103 is covered with the cover 107. The oxygen sensor 101 is attached to the exhaust passage 12 so that the cover 107 is exposed to the exhaust gas. Since the cover 107 is provided with a vent for taking in the exhaust gas, the tip portion of the sensor element 103 is exposed to the exhaust gas in the exhaust passage 12.

一方、上述した大気室１０４は、排気通路１２の外部空間、すなわち、大気に開放されるように設けられている。このため、酸素センサ１０１が排気通路１２に組み付けられた状態では、センサ素子１０３の大気側電極１０５は大気に晒された状態となり、排気側電極１０６は排気ガスに晒された状態となる。   On the other hand, the atmospheric chamber 104 described above is provided so as to be open to the external space of the exhaust passage 12, that is, the atmosphere. For this reason, when the oxygen sensor 101 is assembled in the exhaust passage 12, the atmosphere side electrode 105 of the sensor element 103 is exposed to the atmosphere, and the exhaust side electrode 106 is exposed to the exhaust gas.

上記センサ素子１０３は、このような状況下では、排気側電極１０６に接しているガス中の酸素の有無、つまり、排気ガス中の酸素の有無に応じて出力を急変させる特性を有している。より具体的には、センサ素子１０３は、排気側電極１０６の表面に酸素が存在する場合は、排気側電極１０６と大気側電極１０５との間に小さな電位差を発生させ、一方、排気側電極１０６の表面に酸素が存在しない場合は、それらの電極１０５，１０６間に大きな電位差を発生させる特性を有している。   Under such circumstances, the sensor element 103 has a characteristic of suddenly changing the output depending on the presence or absence of oxygen in the gas in contact with the exhaust-side electrode 106, that is, the presence or absence of oxygen in the exhaust gas. . More specifically, the sensor element 103 generates a small potential difference between the exhaust side electrode 106 and the atmosphere side electrode 105 when oxygen is present on the surface of the exhaust side electrode 106, while the exhaust side electrode 106 When there is no oxygen on the surface of the electrode, the electrode 105 has a characteristic of generating a large potential difference.

排気ガスがリーンである場合は、排気ガス中のＮＯｘが分解されることにより排気側電極１０６の表面に酸素が供給される。このため、このような場合には、センサ素子１０３の出力は小さな値となる。これに対して、排気ガスがリッチである場合は、排気側電極１０６の表面に酸素は供給されない。このため、センサ素子１０３は、このような状況下では大きな出力を発生する。酸素センサ１０１は、以上のような原理により、排気空燃比がリーンであるかリッチであるかに応じて、それぞれリーン出力（例えば０．２Ｖ）或いはリッチ出力（例えば０．６Ｖ）を発生するようになっている。   When the exhaust gas is lean, oxygen is supplied to the surface of the exhaust-side electrode 106 by decomposing NOx in the exhaust gas. For this reason, in such a case, the output of the sensor element 103 becomes a small value. On the other hand, when the exhaust gas is rich, oxygen is not supplied to the surface of the exhaust side electrode 106. For this reason, the sensor element 103 generates a large output under such a situation. The oxygen sensor 101 generates a lean output (for example, 0.2 V) or a rich output (for example, 0.6 V) according to whether the exhaust air-fuel ratio is lean or rich based on the principle described above. It has become.

また、この酸素センサ１０１には、図示しないヒータが組み込まれている。このヒータは、車載のバッテリ電源からの通電により発熱する線状の発熱体によって構成されており、その発熱体の発熱によってセンサ素子１０３の全体を加熱するようになっている。   The oxygen sensor 101 incorporates a heater (not shown). This heater is composed of a linear heating element that generates heat when energized from an on-vehicle battery power source, and the entire sensor element 103 is heated by the heat generated by the heating element.

−ＥＣＵ−
上記ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び、バックアップＲＡＭなどを備えている。ＲＯＭは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭはＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭはエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。 -ECU-
The ECU 200 includes a CPU, a ROM, a RAM, a backup RAM, and the like. The ROM stores various control programs, maps that are referred to when the various control programs are executed, and the like. The CPU executes arithmetic processing based on various control programs and maps stored in the ROM. The RAM is a memory that temporarily stores calculation results from the CPU, data input from each sensor, and the like. The backup RAM is a non-volatile memory that stores data to be saved when the engine 1 is stopped. is there.

ＥＣＵ２００には、図１に示すように、水温センサ２１、エアフローメータ２２、吸気温センサ２３、クランクポジションセンサ２４、スロットル開度センサ２５、空燃比センサ２６、及び、酸素センサ１０１などの各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ２００には、インジェクタ２、点火プラグ３のイグナイタ４、及び、スロットルバルブ５のスロットルモータ６などが接続されている。   As shown in FIG. 1, the ECU 200 includes various sensors such as a water temperature sensor 21, an air flow meter 22, an intake air temperature sensor 23, a crank position sensor 24, a throttle opening sensor 25, an air-fuel ratio sensor 26, and an oxygen sensor 101. It is connected. The ECU 200 is connected to an injector 2, an igniter 4 of a spark plug 3, a throttle motor 6 of a throttle valve 5, and the like.

そして、ＥＣＵ２００は、上記した各種センサの検出信号に基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。例えば、エンジン１の排気通路１２に配置した空燃比センサ２６及び酸素センサ１０１の各出力に基づいて排気ガス中の酸素濃度を算出し、その算出した酸素濃度から得られる実際の空燃比が目標空燃比（例えば理論空燃比）に一致するように、インジェクタ２から吸気通路１１に噴射する燃料噴射量を制御する「空燃比フィードバック制御」を実行する。この「空燃比フィードバック制御」の詳細については後述する。   The ECU 200 executes various controls of the engine 1 based on the detection signals of the various sensors described above. For example, the oxygen concentration in the exhaust gas is calculated based on the outputs of the air-fuel ratio sensor 26 and the oxygen sensor 101 arranged in the exhaust passage 12 of the engine 1, and the actual air-fuel ratio obtained from the calculated oxygen concentration is the target air “Air-fuel ratio feedback control” for controlling the fuel injection amount injected from the injector 2 into the intake passage 11 so as to coincide with the fuel ratio (for example, the theoretical air-fuel ratio) is executed. Details of the “air-fuel ratio feedback control” will be described later.

さらに、ＥＣＵ２００は、上述した「アクティブ制御」による酸素センサ１０１の故障診断を実行する。この酸素センサ１０１の故障診断の手法についても後述する。   Further, the ECU 200 performs a failure diagnosis of the oxygen sensor 101 by the above-described “active control”. A method for diagnosing the oxygen sensor 101 will be described later.

また、ＥＣＵ２００は、所定のフューエルカット条件、例えばエンジン回転数が予め定められた所定値（フューエルカット回転数）以上でアクセルオフという条件が成立したときにフューエルカットを実行する。このようにフューエルカットを実行することにより、インジェクタ２からの燃料噴射が停止されて燃費やエミッションが向上する。   Further, ECU 200 executes fuel cut when a predetermined fuel cut condition, for example, a condition that the accelerator is turned off when the engine speed is equal to or higher than a predetermined value (fuel cut speed) is established. By executing the fuel cut in this way, fuel injection from the injector 2 is stopped, and fuel consumption and emission are improved.

なお、フューエルカット中に車両の速度が低下し、エンジン回転数がフューエルカット回転数よりも低くなったときには、エンジンストールを防止するためにフューエルカットを中止してインジェクタ２からの燃料噴射を行う。また、フューエルカット中にアクセルペダルが踏まれた場合（加速時）にも、フューエルカットを中止してインジェクタ２からの燃料噴射を行う。   When the speed of the vehicle decreases during the fuel cut and the engine speed becomes lower than the fuel cut speed, the fuel cut is stopped and fuel injection from the injector 2 is performed to prevent engine stall. Even when the accelerator pedal is depressed during fuel cut (acceleration), fuel cut is stopped and fuel injection from the injector 2 is performed.

−空燃比フィードバック制御−
次に、上記空燃比フィードバック制御の具体的な動作手順について説明する。 -Air-fuel ratio feedback control-
Next, a specific operation procedure of the air-fuel ratio feedback control will be described.

本実施形態における空燃比フィードバック制御では、上記空燃比センサ２６の出力に基づいて、三元触媒８の上流における排気空燃比を理論空燃比に近づけるためのメインフィードバック制御と、上記酸素センサ１０１の出力に基づいて、上記メインフィードバック制御のずれを補償するためのサブフィードバック制御とが組み合わされて実行される。   In the air-fuel ratio feedback control in this embodiment, based on the output of the air-fuel ratio sensor 26, main feedback control for bringing the exhaust air-fuel ratio upstream of the three-way catalyst 8 close to the stoichiometric air-fuel ratio, and the output of the oxygen sensor 101 Based on the above, the sub-feedback control for compensating for the deviation of the main feedback control is executed in combination.

メインフィードバック制御では、空燃比センサ２６の出力を基礎として検知される排気空燃比が、理論空燃比と一致するように、インジェクタ２からの燃料噴射量の増減が調整される。より具体的には、検知された排気空燃比が理論空燃比よりリッチであれば、燃料噴射量が減量調整され、逆に、その排気空燃比が理論空燃比よりリーンであれば、燃料噴射量が増量調整される。   In the main feedback control, the increase / decrease in the fuel injection amount from the injector 2 is adjusted so that the exhaust air / fuel ratio detected based on the output of the air / fuel ratio sensor 26 matches the theoretical air / fuel ratio. More specifically, if the detected exhaust air-fuel ratio is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the fuel injection amount is adjusted to decrease. Conversely, if the exhaust air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the fuel injection amount is adjusted. Is adjusted to increase.

このメインフィードバック制御によれば、理想的には、三元触媒８に流れ込む排気ガスの空燃比を理論空燃比に維持することができる。そして、その状態が厳密に維持されれば、三元触媒８の吸蔵酸素量がほぼ一定量に保たれるため、その下流に未浄化の成分を含む排気ガスが流出してくるのを完全に阻止することができる。   According to this main feedback control, ideally, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst 8 can be maintained at the stoichiometric air-fuel ratio. If the state is strictly maintained, the stored oxygen amount of the three-way catalyst 8 is maintained at a substantially constant amount, so that exhaust gas containing unpurified components can flow completely downstream. Can be blocked.

しかしながら、空燃比センサ２６の出力にはある程度の誤差が含まれている。また、インジェクタ２の噴射特性にもある程度のバラツキがある。このため、現実的には、メインフィードバック制御を実行するだけで三元触媒８の上流の排気空燃比を厳密に理論空燃比に制御することは困難である。更に、エンジン１においては、燃料増量やフューエルカットなど、排気空燃比を意図的に理論空燃比から乖離させる制御が行われる。そして、これらの制御が行われると、三元触媒８は、酸素を完全に脱離した状態、或いは酸素を能力一杯に吸蔵した状態となることがあり、下流側に未浄化成分を流出させ易い状態となる。   However, the output of the air-fuel ratio sensor 26 includes a certain amount of error. In addition, there is some variation in the injection characteristics of the injector 2. Therefore, in practice, it is difficult to strictly control the exhaust air-fuel ratio upstream of the three-way catalyst 8 to the stoichiometric air-fuel ratio simply by executing the main feedback control. Further, in the engine 1, control is performed to intentionally deviate the exhaust air-fuel ratio from the stoichiometric air-fuel ratio, such as fuel increase or fuel cut. When these controls are performed, the three-way catalyst 8 may be in a state in which oxygen is completely desorbed or in a state in which oxygen is fully stored, and it is easy to cause unpurified components to flow downstream. It becomes a state.

以上のような理由により、メインフィードバック制御が実行されていても、三元触媒８の下流には未浄化の成分を含む排気ガスが流出してくることがある。つまり、メインフィードバック制御が実行されていても、三元触媒８の上流の排気空燃比は、全体としてリッチ側或いはリーン側に偏ることがあり、その結果、三元触媒８の下流には、ＨＣやＣＯを含むリッチな排気ガス、或いは、ＮＯｘを含むリーンな排気ガスが流出してくることがある。   For the reasons described above, even if the main feedback control is being performed, exhaust gas containing unpurified components may flow out downstream of the three-way catalyst 8. That is, even if the main feedback control is being performed, the exhaust air-fuel ratio upstream of the three-way catalyst 8 may be biased to the rich side or the lean side as a whole. Rich exhaust gas containing CO and CO or lean exhaust gas containing NOx may flow out.

このような流出が生ずると、酸素センサ１０１は、排気ガスの空燃比に応じてリッチ出力或いはリーン出力を発生する。このため、本実施形態のシステムでは、酸素センサ１０１からリッチ出力が発せられた場合には、三元触媒８の上流の排気空燃比が全体としてリッチ側に偏っていたと判断することができ、また、酸素センサ１０１からリーン出力が発せられた場合には、三元触媒８の上流の排気空燃比が全体としてリーン側に偏っていたと判断することができる。   When such an outflow occurs, the oxygen sensor 101 generates a rich output or a lean output according to the air-fuel ratio of the exhaust gas. Therefore, in the system of the present embodiment, when a rich output is generated from the oxygen sensor 101, it can be determined that the exhaust air-fuel ratio upstream of the three-way catalyst 8 is biased to the rich side as a whole, When the lean output is generated from the oxygen sensor 101, it can be determined that the exhaust air-fuel ratio upstream of the three-way catalyst 8 is biased to the lean side as a whole.

サブフィードバック制御では、酸素センサ１０１の出力値と、その出力値の制御目標値との差を小さくするための制御（例えばＰＩＤ制御）が実行される。より具体的には、上記の差が小さくなるように、空燃比センサ２６の出力を補正する処理が行われる。空燃比センサ２６の出力が上記の如く補正されると、全体としてリッチ側或いはリーン側に偏っていた三元触媒８の上流の空燃比が理論空燃比に近づけられる。その結果、メインフィードバック制御のずれが補償され、三元触媒８の下流に未浄化の成分が吹き抜け難い状態が形成される。このため、優れたエミッション特性を実現することが可能になる。以上が本実施形態における空燃比フィードバック制御である。   In the sub-feedback control, control (for example, PID control) for reducing the difference between the output value of the oxygen sensor 101 and the control target value of the output value is executed. More specifically, a process for correcting the output of the air-fuel ratio sensor 26 is performed so that the above difference is reduced. When the output of the air-fuel ratio sensor 26 is corrected as described above, the air-fuel ratio upstream of the three-way catalyst 8 that is biased to the rich side or the lean side as a whole is brought close to the stoichiometric air-fuel ratio. As a result, the deviation of the main feedback control is compensated, and a state in which the unpurified components are difficult to blow through downstream of the three-way catalyst 8 is formed. For this reason, it is possible to realize excellent emission characteristics. The above is the air-fuel ratio feedback control in the present embodiment.

−酸素センサ故障診断装置−
次に、本発明に係る故障診断装置についての複数の実施形態について説明する。 -Oxygen sensor failure diagnosis device-
Next, a plurality of embodiments of the failure diagnosis apparatus according to the present invention will be described.

（第１実施形態）
先ず、第１実施形態に係る故障診断装置により実行される酸素センサ１０１の故障診断動作について説明する。 (First embodiment)
First, the failure diagnosis operation of the oxygen sensor 101 executed by the failure diagnosis apparatus according to the first embodiment will be described.

本実施形態における酸素センサ１０１の故障診断動作は、アクティブ制御により行われる。先ず、このアクティブ制御の基本動作について説明する。   The failure diagnosis operation of the oxygen sensor 101 in the present embodiment is performed by active control. First, the basic operation of this active control will be described.

このアクティブ制御は、酸素センサ１０１がリーン出力を発している場合に、エンジン１に供給する混合気の空燃比（目標空燃比）を強制的にリッチ側に設定し、その後、酸素センサ１０１がリッチ出力を発するようになると、エンジン１に供給する混合気の空燃比（目標空燃比）を強制的にリーン側に切り換える。このようにして、酸素センサ１０１の検出値がリッチ／リーンで反転する毎に、混合気の目標空燃比を、リーン側とリッチ側との間で反転させる（目標空燃比切り換え手段による目標空燃比の切り換え動作）。そして、この酸素センサ１０１の検出値がリッチ／リーンで反転する状況が生じない場合には酸素センサ１０１に故障が発生していると判断するようにしている。   In this active control, when the oxygen sensor 101 is producing a lean output, the air-fuel ratio (target air-fuel ratio) of the air-fuel mixture supplied to the engine 1 is forcibly set to the rich side, and then the oxygen sensor 101 is rich. When an output is generated, the air-fuel ratio (target air-fuel ratio) of the air-fuel mixture supplied to the engine 1 is forcibly switched to the lean side. In this way, every time the detection value of the oxygen sensor 101 is inverted between rich and lean, the target air-fuel ratio of the air-fuel mixture is inverted between the lean side and the rich side (target air-fuel ratio by the target air-fuel ratio switching means) Switching operation). Then, when the situation in which the detection value of the oxygen sensor 101 is rich / lean does not occur, it is determined that a failure has occurred in the oxygen sensor 101.

そして、本実施形態の特徴とするところは、このアクティブ制御によって酸素センサ１０１の故障診断動作を行う場合に、上記エンジン１に供給する混合気の空燃比を設定するための目標空燃比を複数段階で変化させるようにしている点にある。   The feature of this embodiment is that the target air-fuel ratio for setting the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to be supplied to the engine 1 is set in a plurality of stages when performing a fault diagnosis operation of the oxygen sensor 101 by this active control. It is in the point that it is made to change with.

つまり、目標空燃比をリーン側に設定する場合には、先ず、車両の挙動を生じない範囲で第１のリーン目標空燃比に設定する（第１リーン目標空燃比設定手段による目標空燃比の設定動作）。その後、目標空燃比を、この第１のリーン目標空燃比よりも更にリーン側である第２のリーン目標空燃比に設定する。この際、第１のリーン目標空燃比から第２のリーン目標空燃比に向けての目標空燃比の切り換え動作は徐変制御により行われる。つまり、第１のリーン目標空燃比から第２のリーン目標空燃比に向けて目標空燃比を徐々に変化させるようにしている（第２リーン目標空燃比移行手段による目標空燃比の変更動作）。また、上記第１のリーン目標空燃比及び第２のリーン目標空燃比は、エンジン負荷により変更される。具体的には、第１のリーン目標空燃比を設定するに際して、この第１のリーン目標空燃比に設定される前の目標空燃比と第１のリーン目標空燃比との偏差（第１のリーン目標空燃比への目標空燃比変更量）、及び第２のリーン目標空燃比の値はエンジン負荷が小さいほど小さな値として設定される。ここでいうエンジン負荷は、エンジン１の最大機関負荷に対する現在の負荷割合を示す値であって、エンジン１の吸入空気量に対応するパラメータとエンジン回転数とから算出されるものである。   In other words, when the target air-fuel ratio is set to the lean side, first, the first lean target air-fuel ratio is set within a range that does not cause the behavior of the vehicle (setting of the target air-fuel ratio by the first lean target air-fuel ratio setting means). Operation). Thereafter, the target air-fuel ratio is set to a second lean target air-fuel ratio that is further leaner than the first lean target air-fuel ratio. At this time, the switching operation of the target air-fuel ratio from the first lean target air-fuel ratio toward the second lean target air-fuel ratio is performed by gradual change control. That is, the target air-fuel ratio is gradually changed from the first lean target air-fuel ratio toward the second lean target air-fuel ratio (the operation of changing the target air-fuel ratio by the second lean target air-fuel ratio transition means). The first lean target air-fuel ratio and the second lean target air-fuel ratio are changed depending on the engine load. Specifically, when setting the first lean target air-fuel ratio, the deviation (first lean) between the target air-fuel ratio before being set to the first lean target air-fuel ratio and the first lean target air-fuel ratio. The target air-fuel ratio change amount to the target air-fuel ratio) and the second lean target air-fuel ratio are set to smaller values as the engine load is smaller. The engine load here is a value indicating the current load ratio with respect to the maximum engine load of the engine 1, and is calculated from a parameter corresponding to the intake air amount of the engine 1 and the engine speed.

同様に、目標空燃比をリッチ側に設定する場合には、先ず、車両の挙動を生じない範囲で第１のリッチ目標空燃比に設定する（第１リッチ目標空燃比設定手段による目標空燃比の設定動作）。その後、目標空燃比を、この第１のリッチ目標空燃比よりも更にリッチ側である第２のリッチ目標空燃比に設定する。この際、第１のリッチ目標空燃比から第２のリッチ目標空燃比に向けての目標空燃比の切り換え動作も徐変制御により行われる。つまり、第１のリッチ目標空燃比から第２のリッチ目標空燃比に向けて目標空燃比を徐々に変化させるようにしている（第２リッチ目標空燃比移行手段による目標空燃比の変更動作）。また、上記第１のリッチ目標空燃比及び第２のリッチ目標空燃比も、エンジン負荷により変更される。具体的には、第１のリッチ目標空燃比を設定するに際して、この第１のリッチ目標空燃比に設定される前の目標空燃比と第１のリッチ目標空燃比との偏差（第１のリッチ目標空燃比への目標空燃比変更量）、及び第２のリッチ目標空燃比の値はエンジン負荷が小さいほど小さな値として設定される。   Similarly, when the target air-fuel ratio is set to the rich side, first, the first rich target air-fuel ratio is set within a range in which no vehicle behavior occurs (the target air-fuel ratio is set by the first rich target air-fuel ratio setting means). Setting operation). Thereafter, the target air-fuel ratio is set to a second rich target air-fuel ratio that is further richer than the first rich target air-fuel ratio. At this time, the switching operation of the target air-fuel ratio from the first rich target air-fuel ratio toward the second rich target air-fuel ratio is also performed by gradual change control. That is, the target air-fuel ratio is gradually changed from the first rich target air-fuel ratio toward the second rich target air-fuel ratio (the operation of changing the target air-fuel ratio by the second rich target air-fuel ratio transition means). Further, the first rich target air-fuel ratio and the second rich target air-fuel ratio are also changed by the engine load. Specifically, when the first rich target air-fuel ratio is set, a deviation (first rich target air-fuel ratio) between the target air-fuel ratio before the first rich target air-fuel ratio is set and the first rich target air-fuel ratio is set. The target air-fuel ratio change amount to the target air-fuel ratio) and the value of the second rich target air-fuel ratio are set to be smaller as the engine load is smaller.

以下、酸素センサ１０１の故障診断動作の具体的な制御手順について図３のフローチャート及び図４のタイミングチャートに沿って説明する。この図４で示した上下２段の波形のうち、上段では、ＥＣＵ２００において設定される目標空燃比を太線で示し、それに応じた実空燃比（上記空燃比センサ２６により検知される空燃比）を細線で示している。また、下段は上記酸素センサ１０１の出力値の変化を示している。ここでは、酸素センサ１０１のリーン出力を「０．２Ｖ」とし、リッチ出力を「０．６Ｖ」としている。   Hereinafter, a specific control procedure of the failure diagnosis operation of the oxygen sensor 101 will be described with reference to the flowchart of FIG. 3 and the timing chart of FIG. In the upper and lower two-stage waveforms shown in FIG. 4, in the upper stage, the target air-fuel ratio set in the ECU 200 is indicated by a thick line, and the actual air-fuel ratio (the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 26) corresponding thereto is indicated. It is shown with a thin line. The lower part shows the change in the output value of the oxygen sensor 101. Here, the lean output of the oxygen sensor 101 is “0.2 V” and the rich output is “0.6 V”.

図３のフローチャートにおいて、先ず、ステップＳＴ１において、酸素センサ１０１の故障診断実行条件が成立したか否かを判定する。この故障診断実行条件は、例えば、エンジン１の運転状態が比較的高負荷で安定した状態、つまり、上記空燃比フィードバック制御による空燃比の変動が殆ど生じない状態となった場合に成立する。より具体的には、例えばアクセル開度が３０％以上の値で略固定されており、車速が６０ｋｍ／ｈ程度で維持されている場合に故障診断実行条件が成立する。この故障診断実行条件はこれに限定されるものではなく、任意に設定可能である。   In the flowchart of FIG. 3, first, in step ST1, it is determined whether or not a failure diagnosis execution condition for the oxygen sensor 101 is satisfied. This failure diagnosis execution condition is satisfied, for example, when the operating state of the engine 1 is stable at a relatively high load, that is, when the air-fuel ratio fluctuation by the air-fuel ratio feedback control hardly occurs. More specifically, for example, when the accelerator opening is substantially fixed at a value of 30% or more and the vehicle speed is maintained at about 60 km / h, the failure diagnosis execution condition is satisfied. This failure diagnosis execution condition is not limited to this, and can be set arbitrarily.

そして、上記故障診断実行条件が成立しておらず、ステップＳＴ１でＮｏ判定されると、ステップＳＴ２に移り、上記空燃比フィードバック制御による通常の空燃比制御が実行される。つまり、酸素センサ１０１の故障診断動作を実行することなく、本ルーチンを終了する。   If the failure diagnosis execution condition is not satisfied and the determination in step ST1 is No, the process proceeds to step ST2, and normal air-fuel ratio control by the air-fuel ratio feedback control is executed. That is, this routine is terminated without executing the failure diagnosis operation of the oxygen sensor 101.

これに対し、上記故障診断実行条件が成立しており、ステップＳＴ１でＹｅｓ判定されると、ステップＳＴ３に移る。このステップＳＴ３では、上記第２のリーン目標空燃比としての最終目標空燃比ａが設定される。ここでは、未だ空燃比の変更動作（インジェクタ２からの燃料噴射量の変更動作）は行われず、最終目標空燃比ａが目標値として設定されるのみである。この最終目標空燃比ａは、上述した如くエンジン負荷に応じて設定される値であるが、ここではリーン側の値（具体的には「１５．６」）に設定されている。その理由は、図４に示すように、故障診断実行条件が成立したタイミング（図４のタイミングＴ１）における酸素センサ１０１の出力がリッチ側（０．６Ｖ）となっているため、これとは反対側であるリーン側に設定したものである。図５は、従来例におけるタイミングチャートを示しているが、この図５に示すように、従来では、故障診断実行条件が成立したタイミングＴ１では、目標空燃比は「１５．１」の固定値として設定されている。つまり、本実施形態における最終目標空燃比ａの値は、従来の目標空燃比よりも大きくリーン側に変位した値（「１５．６」）として設定されている。   On the other hand, when the failure diagnosis execution condition is satisfied and a Yes determination is made in step ST1, the process proceeds to step ST3. In step ST3, the final target air-fuel ratio a as the second lean target air-fuel ratio is set. Here, the operation for changing the air-fuel ratio (the operation for changing the fuel injection amount from the injector 2) is not yet performed, and only the final target air-fuel ratio a is set as the target value. The final target air-fuel ratio a is a value set according to the engine load as described above, but is set to a lean value (specifically, “15.6”) here. As shown in FIG. 4, the reason is that the output of the oxygen sensor 101 at the timing when the failure diagnosis execution condition is satisfied (timing T1 in FIG. 4) is on the rich side (0.6V), which is opposite to this. It is set on the lean side. FIG. 5 shows a timing chart in the conventional example. As shown in FIG. 5, conventionally, at the timing T1 when the failure diagnosis execution condition is satisfied, the target air-fuel ratio is set to a fixed value of “15.1”. Is set. In other words, the value of the final target air-fuel ratio a in the present embodiment is set as a value (“15.6”) that is displaced more lean than the conventional target air-fuel ratio.

尚、故障診断実行条件が成立したタイミングにおける酸素センサ１０１の出力がリーン側（０．２Ｖ）であった場合には、最終目標空燃比ａは、上記第２のリッチ目標空燃比として例えば「１３．６（リッチ側）」に設定されることになる。この値も従来の目標空燃比（従来は１４．１：図５参照）よりも大きくリッチ側に変位した値として設定される。   When the output of the oxygen sensor 101 at the timing when the failure diagnosis execution condition is satisfied is on the lean side (0.2 V), the final target air-fuel ratio a is set to, for example, “13 .6 (rich side) ". This value is also set as a value displaced to the rich side larger than the conventional target air-fuel ratio (previously 14.1: see FIG. 5).

このようにして最終目標空燃比ａが設定された後、ステップＳＴ４に移り、空燃比スキップ制御が開始済みであるか否かを判定する。この空燃比スキップ制御は、目標空燃比を上記第１のリーン目標空燃比に設定するための動作であり、本ルーチンの制御開始時には未だ空燃比スキップ制御は開始されていないため、このステップＳＴ４ではＮｏ判定されてステップＳＴ５に移ることになる。   After the final target air-fuel ratio a is set in this way, the process proceeds to step ST4, where it is determined whether the air-fuel ratio skip control has been started. This air-fuel ratio skip control is an operation for setting the target air-fuel ratio to the first lean target air-fuel ratio. Since the air-fuel ratio skip control has not yet been started at the start of the control of this routine, this step ST4 A No determination is made and the process moves to step ST5.

ステップＳＴ５では、空燃比スキップ制御が開始される。この空燃比スキップ制御は、上述した如く、目標空燃比を上記第１のリーン目標空燃比に設定するための動作である。そして、この第１のリーン目標空燃比は、空燃比スキップ量ｂを用いて以下の式（１）を満たす値として設定される。   In step ST5, air-fuel ratio skip control is started. This air-fuel ratio skip control is an operation for setting the target air-fuel ratio to the first lean target air-fuel ratio as described above. The first lean target air-fuel ratio is set as a value that satisfies the following expression (1) using the air-fuel ratio skip amount b.

（最終目標空燃比ａ）≧（現在の目標空燃比）＋（空燃比スキップ量ｂ）
＝（第１のリーン目標空燃比） …（１）
ここで、空燃比スキップ量ｂも、上述した如くエンジン負荷に応じて設定される値であるが、ここでは「０．５（現在の目標空燃比に対してリーン側に０．５移行させる）」に設定されている。この空燃比スキップ量ｂは、上記式（１）を満足し、且つ現在のエンジン負荷状態において、車両の挙動を招かない範囲で変更可能な目標空燃比変化量の最大値（空燃比変更許容量）として求められる。例えば、軽負荷時には「０．３」に設定され（この場合、第１のリーン目標空燃比は「１４．９」として設定される）、中負荷時には「０．５」に設定され（この場合、第１のリーン目標空燃比は「１５．１」として設定される：図４に示す例）、高負荷時には「０．７」に設定される（この場合、第１のリーン目標空燃比は「１５．３」として設定される）。また、場合によっては「１．０」に設定される（この場合、第１のリーン目標空燃比は「１５．６」として設定される：最終目標空燃比ａに一致する値として設定される）。このエンジン負荷と空燃比スキップ量ｂとの関係は、実験的または経験的に設定される。 (Final target air-fuel ratio a) ≧ (current target air-fuel ratio) + (air-fuel ratio skip amount b)
= (First lean target air-fuel ratio) (1)
Here, the air-fuel ratio skip amount b is also a value set in accordance with the engine load as described above, but here “0.5 (0.5 shift to the lean side with respect to the current target air-fuel ratio)” "Is set. This air-fuel ratio skip amount b satisfies the above formula (1) and can be changed within the range where the behavior of the vehicle is not caused in the current engine load state (maximum target air-fuel ratio change amount (allowable air-fuel ratio change amount). ). For example, it is set to “0.3” at light load (in this case, the first lean target air-fuel ratio is set to “14.9”), and is set to “0.5” at medium load (in this case) The first lean target air-fuel ratio is set as “15.1” (example shown in FIG. 4), and is set to “0.7” at high load (in this case, the first lean target air-fuel ratio is Set as “15.3”). In some cases, it is set to “1.0” (in this case, the first lean target air-fuel ratio is set as “15.6”: set as a value that matches the final target air-fuel ratio a). . The relationship between the engine load and the air-fuel ratio skip amount b is set experimentally or empirically.

このようにして、上記空燃比スキップ量ｂをもって現在の目標空燃比から変更された第１のリーン目標空燃比によってエンジン１の空燃比が設定された後、ステップＳＴ８に移って、酸素センサ１０１の出力信号を監視することで、その故障診断動作を実行する。つまり、今、目標空燃比をリーン側に変更したことで、酸素センサ１０１の出力信号がリッチ側（０．６Ｖ）からリーン側（０．２Ｖ）に変化したか否かを監視する。   In this way, after the air-fuel ratio of the engine 1 is set by the first lean target air-fuel ratio changed from the current target air-fuel ratio with the air-fuel ratio skip amount b, the process proceeds to step ST8, where the oxygen sensor 101 The fault diagnosis operation is executed by monitoring the output signal. That is, it is monitored whether the output signal of the oxygen sensor 101 has changed from the rich side (0.6 V) to the lean side (0.2 V) by changing the target air-fuel ratio to the lean side.

尚、目標空燃比をリッチ側に設定する場合には、同様の空燃比スキップ量ｂで第１のリッチ目標空燃比（例えば「１４．１」）を設定し、酸素センサ１０１の出力信号がリーン側（０．２Ｖ）からリッチ側（０．６Ｖ）に変化したか否かを監視することになる。   When the target air-fuel ratio is set to the rich side, the first rich target air-fuel ratio (for example, “14.1”) is set with the same air-fuel ratio skip amount b, and the output signal of the oxygen sensor 101 is lean. Whether or not the side has changed from the side (0.2V) to the rich side (0.6V) is monitored.

そして、再びステップＳＴ１に戻り、上記故障診断実行条件が成立している場合、既に上記空燃比スキップ制御は開始済み（上記ステップＳＴ５で開始済み）であるので、ステップＳＴ４においてＹｅｓ判定されて、ステップＳＴ６に移る。このステップＳＴ６では、上記最終目標空燃比ａが未達成であるか否かを判定する。つまり、上記上記空燃比スキップ制御（空燃比スキップ量ｂでの目標空燃比の変更）のみでは上記最終目標空燃比ａが達成されていない（現目標空燃比が最終目標空燃比ａに達していない）状態にあるか否かを判定する。つまり、以下の式（２）が成立していた場合には、上記空燃比スキップ制御により最終目標空燃比ａが達成されたことになるが、それ以外の場合には最終目標空燃比ａが達成されていないことになる。   Then, returning to step ST1, when the failure diagnosis execution condition is satisfied, the air-fuel ratio skip control has already been started (started in step ST5), so a Yes determination is made in step ST4. Move on to ST6. In step ST6, it is determined whether or not the final target air-fuel ratio a has not been achieved. That is, the final target air-fuel ratio a is not achieved only by the air-fuel ratio skip control (change of the target air-fuel ratio with the air-fuel ratio skip amount b) (the current target air-fuel ratio has not reached the final target air-fuel ratio a). ) Determine whether it is in the state. That is, when the following formula (2) is satisfied, the final target air-fuel ratio a is achieved by the air-fuel ratio skip control, but in other cases, the final target air-fuel ratio a is achieved. Will not be.

（最終目標空燃比ａ）＝（現在の目標空燃比）＋（空燃比スキップ量ｂ）
＝（第１のリーン目標空燃比） …（２）
この条件が成立するのは、上記空燃比スキップ量ｂを比較的大きな値として設定可能なエンジン運転状態にある場合、つまり、エンジン負荷がかなり高い場合に限られる。 (Final target air-fuel ratio a) = (current target air-fuel ratio) + (air-fuel ratio skip amount b)
= (First lean target air-fuel ratio) (2)
This condition is satisfied only when the engine is in an operating state where the air-fuel ratio skip amount b can be set as a relatively large value, that is, when the engine load is considerably high.

上記最終目標空燃比ａが達成されている場合にはステップＳＴ６でＮｏ判定され、ステップＳＴ８に移って上記と同様に、酸素センサ１０１の出力信号を監視することで、その故障診断動作を実行する。   If the final target air-fuel ratio a has been achieved, a NO determination is made in step ST6, and the process proceeds to step ST8 to monitor the output signal of the oxygen sensor 101 and execute the failure diagnosis operation in the same manner as described above. .

一方、上記上記空燃比スキップ制御のみでは上記最終目標空燃比ａが達成されていない場合には、ステップＳＴ６でＹｅｓに判定されて、ステップＳＴ７に移る。このステップＳＴ７では、現在の目標空燃比（例えば上記第１のリーン目標空燃比）に対して徐変量ｃをもって徐変制御することで、目標空燃比を上記最終目標空燃比ａに近付けていく。例えば、ここでは徐変量ｃを「０．１」に設定する。本ルーチンが数μｓｅｃ毎に繰り返される場合には、この数μｓｅｃ毎に目標空燃比が「０．１」（徐変量ｃ）ずつ最終目標空燃比ａに近付いていくことになる。つまり、上記第１のリーン目標空燃比から最終目標空燃比ａに向けて徐々に目標空燃比が変更されていくことになる（図４における期間Ｔ２）。   On the other hand, if the final target air-fuel ratio a is not achieved by the air-fuel ratio skip control alone, the determination at Step ST6 is Yes, and the routine goes to Step ST7. In this step ST7, the target air-fuel ratio is brought close to the final target air-fuel ratio a by performing gradual change control with a gradual change amount c with respect to the current target air-fuel ratio (for example, the first lean target air-fuel ratio). For example, the gradual change amount c is set to “0.1” here. When this routine is repeated every few μsec, the target air-fuel ratio approaches the final target air-fuel ratio a by “0.1” (gradual change amount c) every several μsec. That is, the target air-fuel ratio is gradually changed from the first lean target air-fuel ratio toward the final target air-fuel ratio a (period T2 in FIG. 4).

以上のようにして、目標空燃比を変更していき、上記ステップＳＴ８において酸素センサ１０１の出力信号が切り換わったことが認識されると（図４におけるタイミングＴ３）、上記ステップＳＴ３によって設定される最終目標空燃比ａがリッチ側（上記「１３．６」）に切り換えられることになる。   As described above, the target air-fuel ratio is changed, and when it is recognized in step ST8 that the output signal of the oxygen sensor 101 has been switched (timing T3 in FIG. 4), it is set in step ST3. The final target air-fuel ratio a is switched to the rich side (above “13.6”).

このようにして、最終目標空燃比ａがリッチ側に切り換えられた後の動作も上述と同様に、空燃比スキップ制御（ステップＳＴ５）及び徐変制御（ステップＳＴ７）が行われながら上記ステップＳＴ８において酸素センサ１０１の診断動作が実行されることになる。図４では、期間Ｔ４で、上記徐変量ｃによる徐変制御が行われ、タイミングＴ５で、酸素センサ１０１の出力信号がリーン側からリッチ側に切り換わっている。   In this way, the operation after the final target air-fuel ratio a is switched to the rich side is performed in step ST8 while air-fuel ratio skip control (step ST5) and gradual change control (step ST7) are performed in the same manner as described above. The diagnostic operation of the oxygen sensor 101 is executed. In FIG. 4, the gradual change control by the gradual change amount c is performed in the period T4, and the output signal of the oxygen sensor 101 is switched from the lean side to the rich side at the timing T5.

このような動作が繰り返され、酸素センサ１０１の出力信号としてリッチ側出力（０．６Ｖ）及びリーン側出力（０．２Ｖ）が共に出力された場合には酸素センサ１０１は故障していないと判断される。図４は、酸素センサ１０１に故障が生じていない場合におけるセンサ出力値の変化を示している。   When such an operation is repeated and both the rich side output (0.6 V) and the lean side output (0.2 V) are output as the output signals of the oxygen sensor 101, it is determined that the oxygen sensor 101 is not out of order. Is done. FIG. 4 shows changes in the sensor output value when no failure has occurred in the oxygen sensor 101.

一方、リッチ側及びリーン側のうち一方側のみしか出力されない場合や、リッチ側及びリーン側共に出力されない場合には酸素センサ１０１は故障していると判断し、警告などの情報を発信する。例えば、ダイアグノーシスへの情報書き込みを行う。   On the other hand, when only one of the rich side and the lean side is output, or when both the rich side and the lean side are not output, it is determined that the oxygen sensor 101 has failed and information such as a warning is transmitted. For example, information is written to diagnosis.

尚、この酸素センサ１０１の故障診断動作は、酸素センサ１０１の出力信号がリッチ／リーンで反転する毎に、混合気の目標空燃比をリーン側とリッチ側とで反転させるといった上記アクティブ制御により行われるので、触媒劣化判定動作も同時並行可能である。この触媒劣化判定動作の原理としては、上述したように、目標空燃比をリッチ側とリーン側との間で反転させることで、三元触媒８が酸素を一杯に吸蔵した状態と、吸蔵酸素を完全に放出した状態とを繰り返して実現させ、それらの期間内に、三元触媒８に流入した酸素量を積算したり、或いは、三元触媒８に流入した排気ガス中の酸素不足量を積算することで、触媒の酸素貯蔵能力（最大酸素貯蔵量）Ｃmaxを計算により求め、それに基づいて、触媒の劣化の状態を検知する。この触媒劣化判定動作については上述したように従来より公知であるので、ここでの詳細な説明は省略する。   The failure diagnosis operation of the oxygen sensor 101 is performed by the active control in which the target air-fuel ratio of the air-fuel mixture is inverted between the lean side and the rich side every time the output signal of the oxygen sensor 101 is inverted between rich and lean. Therefore, the catalyst deterioration determination operation can be performed simultaneously. As described above, the principle of the catalyst deterioration determination operation is that the three-way catalyst 8 fully stores oxygen by reversing the target air-fuel ratio between the rich side and the lean side, and the stored oxygen. Completely released state is repeatedly realized, and during these periods, the amount of oxygen flowing into the three-way catalyst 8 is integrated, or the amount of oxygen deficiency in the exhaust gas flowing into the three-way catalyst 8 is integrated Thus, the oxygen storage capacity (maximum oxygen storage amount) Cmax of the catalyst is obtained by calculation, and based on this, the deterioration state of the catalyst is detected. As described above, since this catalyst deterioration determination operation is conventionally known, detailed description thereof is omitted here.

以上、説明したように、本実施形態では、アクティブ制御によって酸素センサ１０１の故障診断動作を行うに際し、目標空燃比をリーン側に切り換える場合には、先ず、第１のリーン目標空燃比（上記の場合は「１５．１」）に設定し、その後、目標空燃比を徐々に変化させて第２のリーン目標空燃比（最終目標空燃比ａ：上記の場合は「１５．６」）を達成させることになる。一方、目標空燃比をリッチ側に切り換える際には、先ず、第１のリッチ目標空燃比（上記の場合は「１４．２」程度）に設定し、その後、目標空燃比を徐々に変化させて第２のリッチ目標空燃比（最終目標空燃比ａ：上記の場合は「１３．６」）を達成させることになる。このため、現在の目標空燃比（アクティブ制御の開始前の目標空燃比や、アクティブ制御によってリッチ側やリッチ側に設定されている目標空燃比）に対して、第２のリーン目標空燃比や第２のリッチ目標空燃比が大きくかけ離れている場合であっても、目標空燃比は、一旦、乖離幅の小さい第１の目標空燃比（第１のリーン目標空燃比、第１のリッチ目標空燃比）に設定されるので、この第１の目標空燃比に変更される時点での車両の挙動は生じ難い。そして、この第１の目標空燃比から第２の目標空燃比（第２のリーン目標空燃比、第２のリッチ目標空燃比）に向けては、目標空燃比は徐変制御によって徐々に変化していくので、車両の挙動を生じさせることなしに、この第２の目標空燃比は達成されることになる。この第２の目標空燃比が達成されると、酸素センサ１０１の出力信号が切り換わるまでの時間が大幅に短縮化できることになり、酸素センサ１０１の故障の有無が判定できるまでの時間を短縮化できる。その結果、車両の挙動等を招くことなしに、酸素センサ１０１の故障の有無を早期に判定でき、上記アクティブ制御が無駄に終了してしまったり、無用に（診断結果が得られることなしに）排気エミッションが悪化したりするといった状況を回避することができる。   As described above, in the present embodiment, when performing the failure diagnosis operation of the oxygen sensor 101 by active control, when the target air-fuel ratio is switched to the lean side, first, the first lean target air-fuel ratio (above-mentioned In this case, the target air-fuel ratio is gradually changed to achieve the second lean target air-fuel ratio (final target air-fuel ratio a: “15.6” in the above case). It will be. On the other hand, when switching the target air-fuel ratio to the rich side, first, the first rich target air-fuel ratio (in the above case, about “14.2”) is set, and then the target air-fuel ratio is gradually changed. The second rich target air-fuel ratio (final target air-fuel ratio a: “13.6” in the above case) is achieved. Therefore, with respect to the current target air-fuel ratio (the target air-fuel ratio before the start of active control or the target air-fuel ratio set to the rich side or the rich side by active control), the second lean target air-fuel ratio or the first Even if the rich target air-fuel ratio of 2 is far away, the target air-fuel ratio is temporarily reduced to the first target air-fuel ratio (first lean target air-fuel ratio, first rich target air-fuel ratio) having a small deviation width. Therefore, the behavior of the vehicle at the time of changing to the first target air-fuel ratio is unlikely to occur. Then, from this first target air-fuel ratio toward the second target air-fuel ratio (second lean target air-fuel ratio, second rich target air-fuel ratio), the target air-fuel ratio gradually changes by gradual change control. Therefore, the second target air-fuel ratio is achieved without causing the behavior of the vehicle. When the second target air-fuel ratio is achieved, the time until the output signal of the oxygen sensor 101 is switched can be greatly shortened, and the time until it can be determined whether or not the oxygen sensor 101 has failed is shortened. it can. As a result, the presence or absence of a failure of the oxygen sensor 101 can be determined at an early stage without incurring the behavior of the vehicle, and the active control may be ended in vain or uselessly (without obtaining a diagnostic result). It is possible to avoid a situation in which exhaust emission deteriorates.

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る故障診断装置により実行される酸素センサ１０１の故障診断動作について説明する。本実施形態における酸素センサ１０１の故障診断動作も、アクティブ制御により行われる。また、触媒劣化判定動作も並行される。 (Second Embodiment)
Next, the failure diagnosis operation of the oxygen sensor 101 executed by the failure diagnosis apparatus according to the second embodiment will be described. The fault diagnosis operation of the oxygen sensor 101 in this embodiment is also performed by active control. Further, the catalyst deterioration determination operation is also performed in parallel.

そして、本実施形態では、従来のアクティブ制御（上記空燃比スキップ制御や徐変制御を伴わないアクティブ制御）と本発明に係るアクティブ制御（上記空燃比スキップ制御や徐変制御を伴うアクティブ制御）とをエンジン１の駆動状況などに応じて使い分けるようにしたものである。エンジン１の構成及び基本的な動作は上述した第１実施形態のものと同様である。従って、ここでは、上記第１実施形態との相違点についてのみ説明する。   In this embodiment, conventional active control (active control without air-fuel ratio skip control or gradual change control) and active control according to the present invention (active control with air-fuel ratio skip control or gradual change control) Are used in accordance with the driving status of the engine 1 and the like. The configuration and basic operation of the engine 1 are the same as those of the first embodiment described above. Therefore, here, only differences from the first embodiment will be described.

図６は、本実施形態における酸素センサ１０１の故障診断動作の具体的な制御手順を示すフローチャートである。また、この図６におけるステップＳＴ１〜ＳＴ８の動作は、上述した第１実施形態の図３におけるフローチャートの同ステップ番号の動作と同様であるので、ここでの説明は省略する。   FIG. 6 is a flowchart showing a specific control procedure of the failure diagnosis operation of the oxygen sensor 101 in the present embodiment. Moreover, since the operation | movement of step ST1-ST8 in this FIG. 6 is the same as the operation | movement of the same step number of the flowchart in FIG. 3 of 1st Embodiment mentioned above, description here is abbreviate | omitted.

ステップＳＴ１において、酸素センサ１０１の故障診断実行条件が成立しておりＹｅｓに判定されると、ステップＳＴ１１に移って、酸素センサ１０１の拡大制御実行条件が成立しているか否かを判定する。この拡大制御実行条件とは、上記触媒劣化判定動作の実行条件よりも拡大された（緩い）条件であって、上記触媒劣化判定動作の信頼性が十分に得られない可能性のあるエンジン１の駆動状態であっても、酸素センサ１０１の故障診断が可能である状況にある場合に成立するものである。例えばアクセル開度や車速に、ある程度の変動があったとしても成立する条件となっている。また、この酸素センサ１０１の拡大制御実行条件には、今回のエンジン１の駆動中において触媒劣化判定動作が完了していることも条件の一つである。   In step ST1, when the failure diagnosis execution condition for the oxygen sensor 101 is satisfied and it is determined Yes, the process proceeds to step ST11, where it is determined whether the expansion control execution condition for the oxygen sensor 101 is satisfied. The expansion control execution condition is a condition that is expanded (loose) than the execution condition of the catalyst deterioration determination operation, and the reliability of the catalyst deterioration determination operation may not be sufficiently obtained. This is true even when the oxygen sensor 101 can be diagnosed even in the driving state. For example, the condition is satisfied even if there is a certain degree of fluctuation in the accelerator opening and the vehicle speed. Further, the condition for executing the expansion control of the oxygen sensor 101 is one of the conditions that the catalyst deterioration determination operation is completed during the current driving of the engine 1.

従って、未だ触媒劣化判定動作が完了されていない状態でエンジン１の運転状態が比較的高負荷で安定した状態（触媒劣化判定動作が良好に行える状態）にあるときにはステップＳＴ１１でＮｏ判定されてステップＳＴ１２に移る一方、触媒劣化判定動作が完了されている場合には、エンジン１の運転状態が比較的安定していない状況であってもステップＳＴ１１でＹｅｓ判定されてステップＳＴ３に移ることになる。   Accordingly, when the catalyst deterioration determination operation is not yet completed and the operating state of the engine 1 is in a stable state with a relatively high load (a state in which the catalyst deterioration determination operation can be performed satisfactorily), No is determined in step ST11. On the other hand, if the catalyst deterioration determination operation has been completed, the process proceeds to ST12, and even if the operating state of the engine 1 is not relatively stable, a Yes determination is made in step ST11 and the process proceeds to step ST3.

そして、ステップＳＴ１２では、上記ステップＳＴ５における空燃比スキップ制御が開始済みであるか否かを判定する。触媒劣化判定動作が完了していない場合には、当然に、本発明に係るアクティブ制御（上記空燃比スキップ制御や徐変制御を伴うアクティブ制御）による酸素センサ１０１の故障診断動作も行われていないので、このステップＳＴ５ではＮｏ判定され、ステップＳＴ１３に移る。このステップＳＴ１３では、従来のアクティブ制御が実行される。つまり、酸素センサ１０１がリーン出力を発している場合には目標空燃比を所定のリッチ側の値Ａに設定し、その後、酸素センサ１０１がリッチ出力を発するようになると、目標空燃比を所定のリーン側の値に設定する。つまり、上記実施形態における徐変量ｃによる目標空燃比の変更動作を行うことなく、酸素センサ１０１の出力信号が変化するまで一定の目標空燃比に設定する。この場合に目標空燃比として設定される上記リッチ側の値Ａやリーン側の値は、車両の挙動を招くことのない値として設定される。そして、酸素センサ１０１の検出値がリッチ／リーンで反転する毎に、混合気の目標空燃比を、リーン側とリッチ側との間で反転させ、この酸素センサ１０１の故障診断を行いながら、触媒劣化判定動作を並行する。   In step ST12, it is determined whether the air-fuel ratio skip control in step ST5 has been started. When the catalyst deterioration determination operation is not completed, naturally, the failure diagnosis operation of the oxygen sensor 101 by the active control according to the present invention (the active control with the air-fuel ratio skip control or the gradual change control) is not performed. Therefore, No is determined in step ST5, and the process proceeds to step ST13. In this step ST13, conventional active control is executed. In other words, when the oxygen sensor 101 is producing a lean output, the target air-fuel ratio is set to a predetermined rich value A, and when the oxygen sensor 101 thereafter produces a rich output, the target air-fuel ratio is set to a predetermined value. Set to lean value. That is, the target air-fuel ratio is set to a constant value until the output signal of the oxygen sensor 101 changes without performing the operation of changing the target air-fuel ratio by the gradual change amount c in the above embodiment. In this case, the rich-side value A and the lean-side value set as the target air-fuel ratio are set as values that do not cause the behavior of the vehicle. Each time the detection value of the oxygen sensor 101 is inverted between rich and lean, the target air-fuel ratio of the air-fuel mixture is inverted between the lean side and the rich side, and while performing a failure diagnosis of the oxygen sensor 101, the catalyst The deterioration determination operation is performed in parallel.

このようにして、ステップＳＴ１１でＹｅｓに判定されるまで（触媒劣化判定動作が完了するまで）徐変量ｃによる目標空燃比の変更動作を行うことのないアクティブ制御を実施する。これにより、三元触媒８に流入した酸素量の積算処理や、三元触媒８に流入した排気ガス中の酸素不足量の積算処理が煩雑になることがなく、これら演算の誤差を縮小することができて、高い信頼性をもって触媒劣化判定動作が行われることになる。   In this way, the active control without changing the target air-fuel ratio by the gradual change amount c is performed until the determination in step ST11 is Yes (until the catalyst deterioration determination operation is completed). Thereby, the integration process of the oxygen amount flowing into the three-way catalyst 8 and the integration process of the oxygen shortage amount in the exhaust gas flowing into the three-way catalyst 8 do not become complicated, and errors in these calculations are reduced. Thus, the catalyst deterioration determination operation is performed with high reliability.

また、三元触媒８が新品に近い状態である場合には、目標空燃比をリッチ側やリーン側に設定したとしても酸素センサ１０１の出力信号が所定時間以上切り換わらないといった状況になる。この場合には、三元触媒８の劣化は殆ど無いと判断することができるので、この酸素センサ１０１の出力信号が所定時間以上切り換わらないことを検知した時点で触媒劣化判定動作を終了させるようにしてもよい。   Further, when the three-way catalyst 8 is in a nearly new state, the output signal of the oxygen sensor 101 does not switch for a predetermined time or more even if the target air-fuel ratio is set to the rich side or the lean side. In this case, since it can be determined that the three-way catalyst 8 has hardly deteriorated, the catalyst deterioration determining operation is terminated when it is detected that the output signal of the oxygen sensor 101 does not switch for a predetermined time or longer. It may be.

このようにして触媒劣化判定動作が終了すると、上記ステップＳＴ１１でＹｅｓ判定されることになって、ステップＳＴ３に移り、上記実施形態の場合と同様に最終目標空燃比ａを設定し、上述したステップＳＴ４〜ステップＳＴ８の動作を実行する。つまり、上記空燃比スキップ制御（ステップＳＴ５）及び徐変制御（ステップＳＴ７）によって目標空燃比をリーン側及びリッチ側に大きく変化させながらアクティブ制御を実施して、酸素センサ１０１の故障診断を行う。これらステップＳＴ４〜ステップＳＴ８の動作は上述した第１実施形態の場合と同様であるので、ここでの説明は省略する。   When the catalyst deterioration determination operation is completed in this way, the determination at Step ST11 is Yes, and the routine proceeds to Step ST3, where the final target air-fuel ratio a is set in the same manner as in the above-described embodiment. The operations from ST4 to ST8 are executed. That is, active control is performed while the target air-fuel ratio is largely changed to the lean side and the rich side by the air-fuel ratio skip control (step ST5) and the gradual change control (step ST7), and the failure diagnosis of the oxygen sensor 101 is performed. Since the operations in these steps ST4 to ST8 are the same as those in the first embodiment described above, the description thereof is omitted here.

このように、本実施形態では、従来のアクティブ制御と本発明に係るアクティブ制御とをエンジン１の駆動状況などに応じて使い分けるようにしている。つまり、触媒劣化判定動作が完了するまでは、従来のアクティブ制御による触媒劣化判定動作と酸素センサ１０１の故障診断動作とを並行させる。これにより、目標空燃比が頻繁に変動することのない状況で信頼性の高い触媒劣化判定動作と、酸素センサ１０１の故障診断動作とを並行させることができる。そして、触媒劣化判定動作が完了した後には、上記空燃比スキップ制御及び徐変制御によって目標空燃比をリーン側及びリッチ側に大きく変化させながらアクティブ制御を実施する。これにより、酸素センサ１０１の故障診断動作を確実に且つ早期に完了させることができる。   As described above, in the present embodiment, the conventional active control and the active control according to the present invention are selectively used according to the driving state of the engine 1 and the like. That is, until the catalyst deterioration determination operation is completed, the conventional catalyst deterioration determination operation by active control and the failure diagnosis operation of the oxygen sensor 101 are performed in parallel. As a result, a highly reliable catalyst deterioration determination operation and a failure diagnosis operation of the oxygen sensor 101 can be performed in parallel in a situation where the target air-fuel ratio does not frequently change. After the catalyst deterioration determination operation is completed, active control is performed while the target air-fuel ratio is largely changed to the lean side and the rich side by the air-fuel ratio skip control and the gradual change control. Thereby, the failure diagnosis operation of the oxygen sensor 101 can be completed reliably and early.

−その他の実施形態−
以上説明した各実施形態は、酸素センサの故障診断装置を自動車用４気筒ガソリンエンジンに適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンに対しても適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型やＶ型や水平対向型等の別）についても特に限定されるものではない。 -Other embodiments-
Each embodiment described above demonstrated the case where the failure diagnosis apparatus of an oxygen sensor was applied to the 4-cylinder gasoline engine for motor vehicles. The present invention is applicable not only to automobiles but also to engines used for other purposes. Also, the number of cylinders and the engine type (separate types such as in-line type, V type, and horizontally opposed type) are not particularly limited.

上記各実施形態では、上記空燃比スキップ量ｂをエンジン負荷に応じて設定していた。本発明はこれに限らず、この空燃比スキップ量ｂをエンジン回転数に応じて設定するようにしてもよい。この場合、エンジン回転数が低いほど空燃比スキップ量ｂは小さな値として設定されることになる。また、最終目標空燃比ａもエンジン回転数に応じて設定するようにしてもよい。この場合にも、エンジン回転数が低いほど最終目標空燃比ａとしては小さな値として設定されることになる。尚、上記空燃比スキップ量ｂ、最終目標空燃比ａとしては、予め設定された固定値であってもよい。   In the above embodiments, the air-fuel ratio skip amount b is set according to the engine load. The present invention is not limited to this, and the air-fuel ratio skip amount b may be set according to the engine speed. In this case, the air-fuel ratio skip amount b is set to a smaller value as the engine speed is lower. The final target air-fuel ratio a may also be set according to the engine speed. Also in this case, the lower the engine speed, the smaller the final target air-fuel ratio a is set. The air / fuel ratio skip amount b and the final target air / fuel ratio a may be fixed values set in advance.

また、上記各実施形態では、第１のリーン目標空燃比から第２のリーン目標空燃比に向けての目標空燃比の切り換え動作や、第１のリッチ目標空燃比から第２のリッチ目標空燃比に向けての目標空燃比の切り換え動作は「徐変制御」により行っていたが、これに代えて「なまし制御」により行うようにしてもよい。   In each of the above embodiments, the target air-fuel ratio is switched from the first lean target air-fuel ratio toward the second lean target air-fuel ratio, or the first rich target air-fuel ratio is changed to the second rich target air-fuel ratio. The target air-fuel ratio switching operation toward is performed by “gradual change control”, but may be performed by “smoothing control” instead.

更に、上記各実施形態では、目標空燃比をリーン側に設定する場合及びリッチ側に設定する場合共に、上記空燃比スキップ制御及び徐変制御によって目標空燃比を変更するようにしていたが、リーン側及びリッチ側の一方においてのみ、これら空燃比スキップ制御及び徐変制御を実行するようにしてもよい。   Further, in each of the above embodiments, the target air-fuel ratio is changed by the air-fuel ratio skip control and the gradual change control both when the target air-fuel ratio is set to the lean side and when it is set to the rich side. The air-fuel ratio skip control and the gradual change control may be executed only on one of the rich side and the rich side.

実施形態に係るエンジン及びその吸排気系の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the engine which concerns on embodiment, and its intake / exhaust system. 実施形態において用いられる酸素センサの内部構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal structure of the oxygen sensor used in embodiment. 第１実施形態に係る酸素センサの故障診断動作の制御手順を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the control procedure of the failure diagnosis operation | movement of the oxygen sensor which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態における目標空燃比、実空燃比、酸素センサの出力値の変化をそれぞれ示すタイミングチャート図である。It is a timing chart figure which shows the change of the output value of the target air fuel ratio in a 1st embodiment, an actual air fuel ratio, and an oxygen sensor, respectively. 従来例における目標空燃比、実空燃比、酸素センサの出力値の変化をそれぞれ示すタイミングチャート図である。It is a timing chart figure which shows the change of the output value of the target air fuel ratio in a prior art example, an actual air fuel ratio, and an oxygen sensor, respectively. 第２実施形態に係る酸素センサの故障診断動作の制御手順を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the control procedure of the failure diagnosis operation | movement of the oxygen sensor which concerns on 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１ エンジン（内燃機関）
８ 三元触媒
１０１ 酸素センサ 1 engine (internal combustion engine)
8 Three-way catalyst 101 Oxygen sensor

Claims (7)

内燃機関の排気ガスを浄化する触媒の下流側に配設されて触媒下流側における排気ガスの酸素濃度に応じたリッチ信号またはリーン信号を出力する酸素センサに対し、上記内燃機関の目標空燃比を強制的にリッチ側またはリーン側に設定し、それに応じた酸素センサの信号出力がなされたか否かによって酸素センサの故障の有無を診断する酸素センサ故障診断装置において、
上記内燃機関の目標空燃比をリッチ側に設定した後、酸素センサからリッチ信号が出力されると、上記目標空燃比をリーン側に切り換える目標空燃比切り換え手段と、
上記目標空燃比をリーン側に切り換える際、現在の目標空燃比に対する乖離幅が制約された第１のリーン目標空燃比に設定する第１リーン目標空燃比設定手段と、
この第１リーン目標空燃比設定手段によって実空燃比を第１のリーン目標空燃比に変化させ、上記第１のリーン目標空燃比よりも更にリーン側である第２のリーン目標空燃比に向けて変化させていく第２リーン目標空燃比移行手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の酸素センサ故障診断装置。 The target air-fuel ratio of the internal combustion engine is set for an oxygen sensor disposed downstream of the catalyst for purifying exhaust gas of the internal combustion engine and outputting a rich signal or a lean signal corresponding to the oxygen concentration of the exhaust gas downstream of the catalyst. In the oxygen sensor failure diagnosis device that forcibly sets to the rich side or the lean side and diagnoses the presence or absence of a failure of the oxygen sensor according to whether or not the signal output of the oxygen sensor is made accordingly,
A target air-fuel ratio switching means for switching the target air-fuel ratio to the lean side when a rich signal is output from the oxygen sensor after setting the target air-fuel ratio of the internal combustion engine to the rich side;
A first lean target air-fuel ratio setting means for setting the first lean target air-fuel ratio to which the deviation from the current target air-fuel ratio is restricted when switching the target air-fuel ratio to the lean side;
The first lean target air-fuel ratio is changed by the first lean target air-fuel ratio setting means to the first lean target air-fuel ratio, toward the second lean target air-fuel ratio that is leaner than the first lean target air-fuel ratio. An oxygen sensor failure diagnosis apparatus for an internal combustion engine, comprising: a second lean target air-fuel ratio transition means that changes the second lean target air-fuel ratio transition means. 内燃機関の排気ガスを浄化する触媒の下流側に配設されて触媒下流側における排気ガスの酸素濃度に応じたリッチ信号またはリーン信号を出力する酸素センサに対し、上記内燃機関の目標空燃比を強制的にリッチ側またはリーン側に設定し、それに応じた酸素センサの信号出力がなされたか否かによって酸素センサの故障の有無を診断する酸素センサ故障診断装置において、
上記内燃機関の目標空燃比をリーン側に設定した後、酸素センサからリーン信号が出力されると、上記目標空燃比をリッチ側に切り換える目標空燃比切り換え手段と、
上記目標空燃比をリッチ側に切り換える際、現在の目標空燃比に対する乖離幅が制約された第１のリッチ目標空燃比に設定する第１リッチ目標空燃比設定手段と、
この第１リッチ目標空燃比設定手段によって実空燃比を第１のリッチ目標空燃比に変化させ、上記第１のリッチ目標空燃比よりも更にリッチ側である第２のリッチ目標空燃比に向けて変化させていく第２リッチ目標空燃比移行手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の酸素センサ故障診断装置。 The target air-fuel ratio of the internal combustion engine is set for an oxygen sensor disposed downstream of the catalyst for purifying exhaust gas of the internal combustion engine and outputting a rich signal or a lean signal corresponding to the oxygen concentration of the exhaust gas downstream of the catalyst. In the oxygen sensor failure diagnosis device that forcibly sets to the rich side or the lean side and diagnoses the presence or absence of a failure of the oxygen sensor according to whether or not the signal output of the oxygen sensor is made accordingly,
A target air-fuel ratio switching means for switching the target air-fuel ratio to the rich side when a lean signal is output from the oxygen sensor after setting the target air-fuel ratio of the internal combustion engine to the lean side;
First rich target air-fuel ratio setting means for setting the first rich target air-fuel ratio to which the deviation from the current target air-fuel ratio is restricted when switching the target air-fuel ratio to the rich side;
The first rich target air-fuel ratio is changed by the first rich target air-fuel ratio setting means to the first rich target air-fuel ratio, toward the second rich target air-fuel ratio that is further richer than the first rich target air-fuel ratio. An oxygen sensor failure diagnosis apparatus for an internal combustion engine, comprising: a second rich target air-fuel ratio transition means that changes the second rich target air-fuel ratio transition means. 内燃機関の排気ガスを浄化する触媒の下流側に配設されて触媒下流側における排気ガスの酸素濃度に応じたリッチ信号またはリーン信号を出力する酸素センサに対し、上記内燃機関の目標空燃比を強制的にリッチ側またはリーン側に設定し、それに応じた酸素センサの信号出力がなされたか否かによって酸素センサの故障の有無を診断する酸素センサ故障診断装置において、
上記内燃機関の目標空燃比をリッチ側に設定した後、酸素センサからリッチ信号が出力されると、上記目標空燃比をリーン側に切り換え、その後、酸素センサからリーン信号が出力されると、上記目標空燃比をリッチ側に切り換える目標空燃比切り換え手段と、
上記目標空燃比をリーン側に切り換える際、現在の目標空燃比に対する乖離幅が制約された第１のリーン目標空燃比に設定する第１リーン目標空燃比設定手段と、
この第１リーン目標空燃比設定手段によって実空燃比を第１のリーン目標空燃比に変化させ、上記第１のリーン目標空燃比よりも更にリーン側である第２のリーン目標空燃比に向けて変化させていく第２リーン目標空燃比移行手段と、
上記目標空燃比をリッチ側に切り換える際、現在の目標空燃比に対する乖離幅が制約された第１のリッチ目標空燃比に設定する第１リッチ目標空燃比設定手段と、
この第１リッチ目標空燃比設定手段によって実空燃比を第１のリッチ目標空燃比に変化させ、上記第１のリッチ目標空燃比よりも更にリッチ側である第２のリッチ目標空燃比に向けて変化させていく第２リッチ目標空燃比移行手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の酸素センサ故障診断装置。 The target air-fuel ratio of the internal combustion engine is set for an oxygen sensor disposed downstream of the catalyst for purifying exhaust gas of the internal combustion engine and outputting a rich signal or a lean signal corresponding to the oxygen concentration of the exhaust gas downstream of the catalyst. In the oxygen sensor failure diagnosis device that forcibly sets to the rich side or the lean side and diagnoses the presence or absence of a failure of the oxygen sensor according to whether or not the signal output of the oxygen sensor is made accordingly,
After setting the target air-fuel ratio of the internal combustion engine to the rich side, when the rich signal is output from the oxygen sensor, the target air-fuel ratio is switched to the lean side, and then when the lean signal is output from the oxygen sensor, Target air-fuel ratio switching means for switching the target air-fuel ratio to the rich side;
A first lean target air-fuel ratio setting means for setting the first lean target air-fuel ratio to which the deviation from the current target air-fuel ratio is restricted when switching the target air-fuel ratio to the lean side;
The first lean target air-fuel ratio is changed by the first lean target air-fuel ratio setting means to the first lean target air-fuel ratio, toward the second lean target air-fuel ratio that is leaner than the first lean target air-fuel ratio. A second lean target air-fuel ratio shifting means to be changed;
First rich target air-fuel ratio setting means for setting the first rich target air-fuel ratio to which the deviation from the current target air-fuel ratio is restricted when switching the target air-fuel ratio to the rich side;
The first rich target air-fuel ratio is changed by the first rich target air-fuel ratio setting means to the first rich target air-fuel ratio, toward the second rich target air-fuel ratio that is further richer than the first rich target air-fuel ratio. An oxygen sensor failure diagnosis apparatus for an internal combustion engine, comprising: a second rich target air-fuel ratio transition means that changes the second rich target air-fuel ratio transition means. 上記請求項１または３記載の酸素センサ故障診断装置において、
上記第１リーン目標空燃比設定手段によって設定される第１のリーン目標空燃比は、この第１のリーン目標空燃比が設定される直前の目標空燃比に対して、内燃機関の回転数に応じた空燃比変更許容量だけ変更された値として設定されるようになっており、
上記空燃比変更許容量は、内燃機関の回転数が低いほど小さく設定されるものであることを特徴とする内燃機関の酸素センサ故障診断装置。 In the oxygen sensor failure diagnosis device according to claim 1 or 3,
The first lean target air-fuel ratio set by the first lean target air-fuel ratio setting means depends on the rotational speed of the internal combustion engine with respect to the target air-fuel ratio immediately before the first lean target air-fuel ratio is set. It is set as a value changed by the air / fuel ratio change allowable amount,
The oxygen sensor failure diagnosis apparatus for an internal combustion engine, wherein the air-fuel ratio change allowance is set to be smaller as the rotational speed of the internal combustion engine is lower. 上記請求項１または３記載の酸素センサ故障診断装置において、
上記第１リーン目標空燃比設定手段によって設定される第１のリーン目標空燃比は、この第１のリーン目標空燃比が設定される直前の目標空燃比に対して、内燃機関の負荷に応じた空燃比変更許容量だけ変更された値として設定されるようになっており、
上記空燃比変更許容量は、内燃機関の負荷が低いほど小さく設定されるものであることを特徴とする内燃機関の酸素センサ故障診断装置。 In the oxygen sensor failure diagnosis device according to claim 1 or 3,
The first lean target air-fuel ratio set by the first lean target air-fuel ratio setting means depends on the load of the internal combustion engine with respect to the target air-fuel ratio immediately before the first lean target air-fuel ratio is set. It is set as a value changed by the air-fuel ratio change allowance,
The oxygen sensor failure diagnosis device for an internal combustion engine, wherein the air-fuel ratio change allowance is set to be smaller as the load on the internal combustion engine is lower. 上記請求項２または３記載の酸素センサ故障診断装置において、
上記第１リッチ目標空燃比設定手段によって設定される第１のリッチ目標空燃比は、この第１のリッチ目標空燃比が設定される直前の目標空燃比に対して、内燃機関の回転数に応じた空燃比変更許容量だけ変更された値として設定されるようになっており、
上記空燃比変更許容量は、内燃機関の回転数が低いほど小さく設定されるものであることを特徴とする内燃機関の酸素センサ故障診断装置。 In the oxygen sensor failure diagnosis device according to claim 2 or 3,
The first rich target air-fuel ratio set by the first rich target air-fuel ratio setting means depends on the rotational speed of the internal combustion engine with respect to the target air-fuel ratio immediately before the first rich target air-fuel ratio is set. It is set as a value changed by the air / fuel ratio change allowable amount,
The oxygen sensor failure diagnosis apparatus for an internal combustion engine, wherein the air-fuel ratio change allowance is set to be smaller as the rotational speed of the internal combustion engine is lower. 上記請求項２または３記載の酸素センサ故障診断装置において、
上記第１リッチ目標空燃比設定手段によって設定される第１のリッチ目標空燃比は、この第１のリッチ目標空燃比が設定される直前の目標空燃比に対して、内燃機関の負荷に応じた空燃比変更許容量だけ変更された値として設定されるようになっており、
上記空燃比変更許容量は、内燃機関の負荷が低いほど小さく設定されるものであることを特徴とする内燃機関の酸素センサ故障診断装置。 In the oxygen sensor failure diagnosis device according to claim 2 or 3,
The first rich target air-fuel ratio set by the first rich target air-fuel ratio setting means depends on the load of the internal combustion engine with respect to the target air-fuel ratio immediately before the first rich target air-fuel ratio is set. It is set as a value changed by the air-fuel ratio change allowance,
The oxygen sensor failure diagnosis device for an internal combustion engine, wherein the air-fuel ratio change allowance is set to be smaller as the load on the internal combustion engine is lower.
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