JP2016217970A - 酸素センサの故障診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】印加する電流値に応じて出力特性を変更可能な酸素センサ（Ｏ_２センサ）の特性変更機能の故障を診断する故障診断装置において、故障時に誤って正常と判定してしまうことを防止することが可能な酸素センサの故障診断装置を提供する。
【解決手段】酸素センサの故障診断装置１は、酸素センサ１９Ｒの出力特性の目標変更量に応じて、酸素センサ１９Ｒに印加する目標電流値を設定する目標電流設定部５２と、目標電流値が変化しているか否かを検出する目標電流変化検出部５３と、目標電流値に基づいて酸素センサ１９Ｒに電流を印加し、該酸素センサ１９Ｒの出力特性を変更する特性可変部５１１と、目標電流値と実電流値との偏差に基づいて、特性可変部５１１が正常か否かを診断する故障診断部５１２と、特性可変部５１１が異常と判定された後、目標電流値が変化していない間は、故障診断部５１２による診断結果を無効とする診断結果マスク部５４とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンの排気ガス中の酸素濃度から混合気の空燃比を検出する酸素センサの故障診断装置に関し、特に、出力特性を変更可能な酸素センサの特性変更機能の故障を診断する故障診断装置に関する。

従来から、エンジンの排気ガス中に含まれるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）などの有害成分を低減するために、排気浄化触媒（以下、単に「触媒」ともいう）を用いた排気ガスの後処理が行われている。このような触媒として、ＣＯとＨＣの酸化反応とＮＯｘの還元反応とを同時に行い、無害なＣＯ_２（二酸化炭素）、Ｈ_２Ｏ（水）、Ｎ_２（窒素）に転換する機能を持つ三元触媒が一般的に使用されている。

三元触媒では、高い浄化率を得ようとした場合に、混合気の空燃比を理論空燃比（λ＝１）近傍の狭い範囲に制御（空燃比フィードバック制御）する必要がある。そのため、このような三元触媒を用いた排気ガス浄化システムでは、触媒の上流側にリニア空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）を配置するとともに、触媒の下流側に酸素センサ（Ｏ_２センサ）を設置し、ＬＡＦセンサの出力に基づいて燃料噴射量を補正（フィードバック制御）する「メインフィードバック制御」を行うと共に、下流側の酸素センサの出力に基づいて、メインフィードバック制御の目標空燃比を補正したり、又はメインフィードバック制御のフィードバック補正量或いは燃料噴射量を修正する「サブフィードバック制御」を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、特許文献１には、酸素センサ（Ｏ_２センサ）の出力特性を変更可能とすることにより、触媒の浄化性能を高い状態に維持して排気エミッションを低減できるようにする技術（排気ガス浄化装置）が開示されている。この技術では、触媒の下流側の酸素センサの出力に基づいてサブＦ／Ｂ（フィードバック）制御を行うシステムにおいて、酸素センサの外部に設けた定電流回路でセンサ電極間に定電流を流すことで酸素センサの出力特性を変更できるようにしている。

より具体的には、この技術では、リッチからリーンへの変化時の検出応答性（リーン感度）を高める場合には、固体電解質層内を通じて大気側電極層から排気側電極層に酸素が供給されるように定電流Ｉｃｓ（負の定電流Ｉｃｓ）が流される。この場合、大気側から排気側に酸素が供給されることにより、排気側電極層の周囲に存在（残留）しているリッチ成分（ＨＣ）について酸化反応が促進され、それに伴いリッチ成分をいち早く除去できる。これにより、排気側電極層においてリーン成分（ＮＯｘ）が反応しやすくなり、結果として酸素センサのリーン出力の応答性が向上する。

一方、リーンからリッチへの変化時の検出応答性（リッチ感度）を高める場合には、固体電解質層内を通じて排気側電極層から大気側電極層に酸素が供給されるように定電流Ｉｃｓ（正の定電流Ｉｃｓ）が流される。この場合、排気側から大気側に酸素が供給されることにより、排気側電極層の周囲に存在（残留）しているリーン成分（ＮＯｘ）について還元反応が促進され、それに伴いリーン成分をいち早く除去できる。これにより、排気側電極層においてリッチ成分（ＨＣ）が反応しやすくなり、結果として酸素センサのリッチ出力の応答性が向上する。

特開２０１３−１７０４５３号公報

ところで、上述したように、酸素センサに電流を印加して出力特性を変更することができる酸素センサにおいて、特性変更機能の故障を診断しようとした場合、すなわち、特性変更機能の故障を診断する方法として、例えば、酸素センサに印加する電流の目標電流値（指示値）と実電流値（実際に流れている電流の値）とが乖離した場合に異常であると判断（診断）することが考えられる。

しかしながら、このような故障診断方法を採用した場合には、異常と判定された後、例えば、目標電流値がゼロとなり、目標電流値と実電流値との乖離がなくなった場合には、異常が解消されていなくても（すなわち、異常なままであるにもかかわらず）、正常と誤判定してしまうことがあり得る。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、出力特性を変更可能な酸素センサ（Ｏ_２センサ）の特性変更機能の故障を診断する故障診断装置において、故障時（異常時）に誤って正常と判定してしまうことを防止することが可能な酸素センサの故障診断装置を提供することを目的とする。

本発明に係る酸素センサの故障診断装置は、印加する電流値に応じて出力特性を変更可能な酸素センサの特性変更機能の故障を診断する故障診断装置において、酸素センサの出力特性の目標変更量に応じて、酸素センサに印加する目標電流値を設定する目標電流設定手段と、目標電流設定手段により設定された目標電流値が変化しているか否かを検出する目標電流変化検出手段と、目標電流値に基づいて酸素センサに電流を印加し、酸素センサの出力特性を変更する特性可変手段と、目標電流値と実電流値との偏差に基づいて、特性可変手段が正常か否かを判定する故障診断手段と、特性可変手段が異常と判定された後、目標電流値が変化していない間は、故障診断手段による診断結果を無効とする診断結果マスク手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る酸素センサの故障診断装置によれば、目標電流値と実電流値との偏差に基づいて、特性可変手段が正常か否かが診断される。ただし、特性可変手段が異常と判定された後、目標電流値が変化していない間は、故障診断手段による診断結果が無効とされる（マスクされる）。よって、例えば、異常と判定された後に目標電流値がゼロとなり、目標電流値と実電流値との乖離がなくなったとしても、正常と誤判定してしまうことを防止することができる。その結果、故障時（異常時）に誤って正常と判定してしまうことを防止することが可能となる。

本発明に係る酸素センサの故障診断装置では、特性可変手段が異常と判定された後、目標電流値が動き出した場合には、診断結果マスク手段が、故障診断手段による診断結果を有効とすることが好ましい。

この場合、特性可変手段が異常と判定された後、目標電流値が動き出した場合には診断結果が有効とされる。そのため、再び目標電流値が動きだし、実電流値が目標電流値に追従して動き始めた場合には（すなわち、異常が解消された場合には）、正常判定に戻すことが可能となる。

本発明に係る酸素センサの故障診断装置では、目標電流変化検出手段が、目標電流値の最小値と最大値とを保持するとともに、保持している最小値と最大値との偏差に基づいて、目標電流値が変化しているか否かを検出することが好ましい。

この場合、目標電流値の最小値と最大値とが保持されるとともに、保持されている最小値と最大値との偏差に基づいて、目標電流値が変化しているか否かが検出される。そのため、目標電流値が変化しているか否かを簡便かつ的確に検出することが可能となる。

本発明に係る酸素センサの故障診断装置では、故障診断手段により特性可変手段が異常であると診断された場合に、目標電流変化検出手段が、保持している目標電流値の最小値及び最大値それぞれをクリアすることが好ましい。

この場合、特性可変手段が異常であると診断された場合に、保持されている目標電流値の最小値及び最大値それぞれがクリアされる（すなわち、ピークホールド値がリセットされる）。ここで、異常であると診断された後も目標電流値の最小値と最大値が保持されたままだと、目標電流値が変化していると判定され、例えば、目標電流値がゼロとなり、目標電流値と実電流値との乖離がなくなった場合には、異常が解消されていなくても（すなわち、異常なままであるにもかかわらず）正常と誤判定してしまう。しかしながら、目標電流値の最小値及び最大値それぞれがクリアされ、目標電流値が変化していないと判断されることにより、故障診断手段による診断結果が無効とされるため、特性可変手段の誤正常判定を防止することが可能となる。

本発明に係る酸素センサの故障診断装置では、故障診断手段により特性可変手段が異常であると判定された場合、及び、故障診断手段により特性可変手段が正常であると判定されたが、診断結果マスク手段により当該判定結果が無効とされた場合に、目標電流設定手段が、目標電流値をゼロとすることが好ましい。

この場合、特性可変手段が異常であると判定された場合、及び、故障診断手段により特性可変手段が正常であると判定されたが、診断結果マスク手段により当該判定結果が無効とされた場合に、目標電流値をゼロとされ、酸素センサに対する電流の印加が停止される。そのため、誤って正常判定されている状態で、出力特性が変更されることを防止することが可能となる。

本発明に係る酸素センサの故障診断装置では、酸素センサが、エンジンの排気ガスを浄化する排気浄化触媒の下流に配置されていることが好ましい。

この場合、酸素センサが、エンジンの排気ガスを浄化する排気浄化触媒の下流（触媒後）に配置されるため、サブフィードバック制御を高精度に実行することができる。そのため、例えば、酸素センサ出力のλ点(変曲点)を触媒ウィンドウ内にリッチシフトさせ、酸素センサ出力感度が低い領域（リッチ出力側）でも、サブＦ／Ｂ制御を実施させる事ができ、エミッション（特にＮＯｘ）の低減を図ることが可能となる。

本発明によれば、出力特性を変更可能な酸素センサの特性変更機能の故障を診断する故障診断装置において、故障時に誤って正常と判定してしまうことを防止することが可能となる。

実施形態に係る酸素センサの故障診断装置の構成を示す図である。 特性可変部（λ可変回路）が正常な状態から異常な状態に変化したときの、目標電流値、実電流値、正常／異常判定結果、目標電流ホールド値（最小値及び最大値）の変化の一例を示すタイミングチャートである。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

まず、図１を用いて、実施形態に係る酸素センサの故障診断装置１の構成について説明する。図１は、酸素センサの故障診断装置１、及び該酸素センサの故障診断装置１が適用されたエンジン１０の構成を示す図である。

エンジン１０は、例えば水平対向型の４気筒ガソリンエンジンである。また、エンジン１０は、シリンダ内（筒内）に燃料を直接噴射する筒内噴射式のエンジンである。エンジン１０では、エアクリーナ１６から吸入された空気が、吸気管１５に設けられた電子制御式スロットルバルブ（以下、単に「スロットルバルブ」ともいう）１３により絞られ、インテークマニホールド１１を通り、エンジン１０に形成された各気筒に吸入される。ここで、エアクリーナ１６から吸入された空気の量は、エアクリーナ１６とスロットルバルブ１３との間に配置されたエアフローメータ１４により検出される。また、インテークマニホールド１１を構成するコレクター部（サージタンク）の内部には、インテークマニホールド１１内の圧力（吸気マニホールド圧力）を検出するバキュームセンサ３０が配設されている。さらに、スロットルバルブ１３には、該スロットルバルブ１３の開度を検出するスロットル開度センサ３１が配設されている。

シリンダヘッドには、気筒毎に吸気ポート２２と排気ポート２３とが形成されている（図１では片バンクのみ示した）。各吸気ポート２２、排気ポート２３それぞれには、該吸気ポート２２、排気ポート２３を開閉する吸気バルブ２４、排気バルブ２５が設けられている。吸気バルブ２４を駆動する吸気カム軸と吸気カムプーリとの間には、吸気カムプーリと吸気カム軸とを相対回動してクランク軸１０ａに対する吸気カム軸の回転位相（変位角）を連続的に変更して、吸気バルブ２４のバルブタイミング（開閉タイミング）を進遅角する可変バルブタイミング機構２６が配設されている。この可変バルブタイミング機構２６により吸気バルブ２４の開閉タイミングがエンジン運転状態に応じて可変設定される。

同様に、排気カム軸と排気カムプーリとの間には、排気カムプーリと排気カム軸とを相対回動してクランク軸１０ａに対する排気カム軸の回転位相（変位角）を連続的に変更して、排気バルブ２５のバルブタイミング（開閉タイミング）を進遅角する可変バルブタイミング機構２７が配設されている。この可変バルブタイミング機構２７により排気バルブ２５の開閉タイミングがエンジン運転状態に応じて可変設定される。

エンジン１０の各気筒には、シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタ１２が取り付けられている。インジェクタ１２は、高圧燃料ポンプ（図示省略）により加圧された燃料を各気筒の燃焼室内へ直接噴射する。

また、各気筒のシリンダヘッドには、混合気に点火する点火プラグ１７、及び該点火プラグ１７に高電圧を印加するイグナイタ内蔵型コイル２１が取り付けられている。エンジン１０の各気筒では、吸入された空気とインジェクタ１２によって噴射された燃料との混合気が点火プラグ１７により点火されて燃焼する。燃焼後の排気ガスは排気管１８を通して排出される。

排気管１８の集合部の下流かつ後述する排気浄化触媒２０の上流には、空燃比センサ１９Ｆが取り付けられている。空燃比センサ１９Ｆとしては、排気ガス中の酸素濃度、未燃ガス濃度に応じた信号（すなわち混合気の空燃比に応じた信号）を出力でき、空燃比をリニアに検出することができるリニア空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）が用いられる。空燃比センサ（以下「ＬＡＦセンサ」ともいう）１９Ｆは、特許請求の範囲に記載の空燃比検出手段として機能する。

より詳細には、ＬＡＦセンサ１９Ｆは、例えばＺｒＯ_２などの酸素イオン伝導体の一方の面に大気側電極が設けられるとともに、他方の面に拡散抵抗層および排気側電極が設けられた構造をしており、両電極の間に電圧が印加されると、リッチ領域においては、内部の大気からＯ_２が運ばれる（ポンピング）。一方、リーン領域においては、排ガス側から拡散抵抗層を通過してＯ_２が運ばれる。これらのＯ_２の移動に伴って流れるポンプ電流Ｉｐは、リッチ領域では未燃ガス濃度に比例し、リーン領域では排気ガス中のＯ_２濃度に比例した値となる。そのため、ＬＡＦセンサ１９Ｆは、リーン領域からリッチ領域まで、空燃比をリニアに検出することができる。

ＬＡＦセンサ１９Ｆの下流には排気浄化触媒２０が配設されている。排気浄化触媒２０は三元触媒であり、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を同時に行い、排気ガス中の有害ガス成分を無害な二酸化炭素（ＣＯ_２）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）及び窒素（Ｎ_２）に清浄化するものである。

排気浄化触媒２０の下流には、エンジン１０の排気ガス中の酸素濃度から混合気の空燃比をオン−オフ的に検出する酸素センサ（リヤＯ_２センサ）１９Ｒが設けられている。酸素センサ１９Ｒは、例えば、二酸化ジルコニウム製の袋状筒（固体電解質層）の内外面に白金をコーティングし、排気と接する外側と、大気に接する内側との酸素濃度差で起電力を発生させる。また、本実施形態の酸素センサ１９Ｒは、酸素センサ１９Ｒの外部に設けた定電流回路でセンサ電極間に定電流を流すことにより、酸素センサ１９Ｒの出力特性を変更できるように構成されている。

より具体的には、リッチからリーンへの変化時の検出応答性（リーン感度）を高める場合には、固体電解質層内を通じて大気側電極層から排気側電極層に酸素が供給されるように定電流（負の定電流）が流される。これにより、出力特性線がリッチ側にシフトする（より詳細には、リッチ側かつ起電力減少側にシフトする）。この場合、実際の空燃比がストイキ近傍のリッチ域にあってもセンサ出力がリーン出力となる。すなわち、酸素センサ１９Ｒの出力特性として、リーン変化時の検出応答性（リーン感度）が高められる。

一方、リーンからリッチへの変化時の検出応答性（リッチ感度）を高める場合には、固体電解質層内を通じて排気側電極層から大気側電極層に酸素が供給されるように定電流（正の定電流）が流される。これにより、出力特性線がリーン側にシフトする（より詳細には、リーン側かつ起電力増加側にシフトする）。この場合、実際の空燃比がストイキ近傍のリーン域にあってもセンサ出力がリッチ出力となる。すなわち、酸素センサ１９Ｒの出力特性として、リッチ変化時の検出応答性（リッチ感度）が高められる。

上述したエアフローメータ１４、ＬＡＦセンサ１９Ｆ、酸素センサ１９Ｒ、バキュームセンサ３０、スロットル開度センサ３１に加え、エンジン１０のカムシャフト近傍には、エンジン１０の気筒判別を行うためのカム角センサ３２が取り付けられている。また、エンジン１０のクランクシャフト１０ａ近傍には、クランクシャフト１０ａの回転位置を検出するクランク角センサ３３が取り付けられている。ここで、クランクシャフト１０ａの端部には、例えば、２歯欠歯した３４歯の突起が１０°間隔で形成されたタイミングロータ３３ａが取り付けられており、クランク角センサ３３は、タイミングロータ３３ａの突起の有無を検出することにより、クランクシャフト１０ａの回転位置を検出する。カム角センサ３２及びクランク角センサ３３としては、例えば電磁ピックアップ式のものなどが用いられる。

これらのセンサは、電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）５０に接続されている。さらに、ＥＣＵ５０には、エンジン１０の冷却水の温度を検出する水温センサ３４、潤滑油の温度を検出する油温センサ３５、アクセルペダルの踏み込み量すなわちアクセルペダルの開度を検出するアクセルペダル開度センサ３６、及び、車両の速度を検出する車速センサ３７等の各種センサも接続されている。

ＥＣＵ５０は、演算を行うマイクロプロセッサ、該マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ、１２Ｖバッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ、及び入出力Ｉ／Ｆ等を有して構成されている。また、ＥＣＵ５０は、インジェクタ１２を駆動するインジェクタドライバ、点火信号を出力する出力回路、及び、電子制御式スロットルバルブ１３を開閉する電動モータ１３ａを駆動するモータドライバ等を備えている。

ＥＣＵ５０では、カム角センサ３２の出力から気筒が判別され、クランク角センサ３３の出力から回転角速度およびエンジン回転数が求められる。また、ＥＣＵ５０では、上述した各種センサから入力される検出信号に基づいて、吸入空気量、吸気管負圧、アクセルペダル開度、混合気の空燃比、及びエンジン１０の水温や油温等の各種情報が取得される。そして、ＥＣＵ５０は、取得したこれらの各種情報に基づいて、燃料噴射量や点火時期、及び、スロットルバルブ１３等の各種デバイスを制御することによりエンジン１０を総合的に制御する。

特に、ＥＣＵ５０は、出力特性を変更可能な酸素センサ（Ｏ_２センサ）１９Ｒの特性変更機能の故障時（異常時）に誤って正常と判定してしまうことを防止する機能（誤正常判定防止機能）を有している。そのため、ＥＣＵ５０は、λ可変回路５１を備えるとともに、目標電流設定部５２、目標電流変化検出部５３、及び診断結果マスク部５４を機能的に備えている。また、λ可変回路５１は、特性可変部５１１、及び故障診断部５１２を機能的に有している。ＥＣＵ５０では、ＲＯＭに記憶されているプログラムがマイクロプロセッサによって実行されることにより、目標電流設定部５２、目標電流変化検出部５３、及び診断結果マスク部５４の各機能が実現される。

λ可変回路５１は、例えば、ＩＣなどからなり、上述したように、特性可変部５１１、及び故障診断部５１２を機能的に有している。特性可変部５１１は、電流印加回路を含み、目標電流値（詳細は後述する）に基づいて酸素センサ１９Ｒに電流を印加することにより、酸素センサ１９Ｒの出力特性を変更する。すなわち、酸素センサ１９Ｒのλ（空気過剰率）の変曲点（λ点）をシフト（特に、ＮＯｘ感度を上げるようにシフト）する。特性可変部５１１は、特許請求の範囲に記載の特性可変手段として機能する。

故障診断部５１２は、酸素センサ１９Ｒに実際に印加されている電流値（実電流値）を読み込み、目標電流値と実電流値との偏差に基づいて、特性可変部５１１が正常か否かを判定する。すなわち、故障診断部５１２は、目標電流値と実電流値とが所定値以上乖離した場合に特性可変部５１１が異常である（故障している）と判定する。故障診断部５１２は、特許請求の範囲に記載の故障診断手段として機能する。

なお、故障診断部５１２による判定結果は、例えば、通信線（図示省略）を介して、診断結果マスク部５４に出力される。また、上記目標電流値は、該通信線を介して受信される。

目標電流設定部５２は、酸素センサ１９Ｒの出力特性（λ点）の目標変更量（目標シフト量）に応じて、酸素センサ１９Ｒに印加する目標電流値を設定する。すなわち、目標電流設定部５２は、特許請求の範囲に記載の目標電流設定手段として機能する。

より詳細には、目標電流設定部５２は、リッチからリーンへの変化時の検出応答性（リーン感度）を高める場合には、固体電解質層内を通じて大気側電極層から排気側電極層に酸素が供給されるように負の定電流を流すように目標電流値を設定する。一方、目標電流設定部５２は、リーンからリッチへの変化時の検出応答性（リッチ感度）を高める場合には、固体電解質層内を通じて排気側電極層から大気側電極層に酸素が供給されるように正の定電流を流すように目標電流値を設定する。なお、目標電流設定部５２により設定された目標電流は、上述したように、通信線を介して特性可変部５１１（λ可変回路５１）に送信される。

また、目標電流設定部５２は、故障診断部５１２により特性可変部５１１が異常であると判定された場合、及び、故障診断部５１２により特性可変部５１１が正常であると判定されたが、診断結果マスク部５４により当該判定結果が無効とされた場合（詳細は後述する）、すなわち、特性可変部５１１（λ可変回路５１）が故障しているときに、目標電流値としてゼロを設定する。そのため、酸素センサ１９Ｒに対する電流の印加が停止（λ可変制御が停止）される。

目標電流変化検出部５３は、目標電流値が変化しているか否かを検出する。すなわち、目標電流変化検出部５３は、特許請求の範囲に記載の目標電流変化検出手段として機能する。より具体的には、目標電流変化検出部５３は、目標電流値の最小値と最大値とを保持（ピークホールド）するとともに、保持している最小値と最大値との偏差に応じて、目標電流値が変化しているか否かを検出する。すなわち、保持している最小値と最大値との偏差が所定値以上である場合に、目標電流値が変化していると判定する。目標電流変化検出部５３により検出された、目標電流値が変化しているか否かの情報は診断結果マスク部５４に出力される。

なお、目標電流変化検出部５３は、故障診断部５１２により特性可変部５１１（λ可変回路５１）が異常であると診断された場合に、保持されている目標電流値の最小値及び最大値それぞれをクリア（ピークホールド値をリセット）する。

診断結果マスク部５４は、故障診断部５１２により特性可変部５１１（λ可変回路５１）が異常と判定された後、目標電流値が変化していない間は、故障診断部５１２による診断結果を無効とする（マスクする）。そのため、故障診断部５１２により特性可変部５１１（λ可変回路５１）が異常と判定された後、例えば、目標電流値がゼロとなり、目標電流値と実電流値との乖離がなくなったとしても、目標電流値が変化していない間は、故障診断部５１２による診断結果が無効とされる（すなわち、異常判定が維持される）。このように、診断結果マスク部５４は、特許請求の範囲に記載の診断結果マスク手段として機能する。

ただし、診断結果マスク部５４は、特性可変部５１１（λ可変回路５１）が異常と判定された後、目標電流値が動き出した場合（目標電流変化検出部５３により、目標電流値が動き出したと判定された場合）には、故障診断部５１２の診断結果を有効とする。

警告灯（ＭＩＬ）５９は、特性可変部５１１（λ可変回路５１）が異常と判定され、酸素センサ１９Ｒに対する電流の印加が停止されているとき（λ可変制御が停止されているとき）に点灯して、運転者に警告を発する。なお、警告灯５９の点灯／消灯は、ＥＣＵ５０により制御される。

続いて、上述した酸素センサの故障診断装置１の動作を示すタイミングチャートを図２に示す。図２は、特性可変部５１１（λ可変回路５１）が正常な状態から異常な状態に変化したときの、目標電流値、実電流値、正常／異常判定結果、目標電流ホールド値（最小値及び最大値）の変化の一例を示すタイミングチャートである。なお、図２の横軸は時刻であり、縦軸は、上段から順に、目標電流値（ｍＡ）、実電流値（ｍＡ）、故障診断部５１２による特性可変部５１１の異常判定結果、診断結果マスク部５４による異常判定結果（マスク結果）、目標電流ホールド値（最小値）、及び目標電流ホールド値（最大値）（ｍＡ）である。

図２に示されるように、時刻ｔ１〜ｔ２の間では、目標電流値がステップ状（階段状）に上昇して行き、該目標電流値の上昇に追従するように実電流値が上昇して行く。そのため、目標電流値と実電流値との偏差が所定値未満となり、特性可変部５１１（λ可変回路５１）は正常であると判定される。よって、故障診断部５１２による特性可変部５１１の正常／異常判定結果、及び診断結果マスク部５４による正常／異常判定結果（マスク結果）は共に正常（０）とされる。なお、目標電流ホールド値（最小値）はゼロのまま保持され、目標電流ホールド値（最大値）は、目標電流値の上昇に合わせてピークがホールドされ、ステップ状（階段状）に上昇する。

時刻ｔ２において、例えば、固着ファイルが発生し、実電流値が０（ｍＡ）に低下したとする。ここで、目標電流ホールド値（最小値）と目標電流ホールド値（最大値）との偏差は所定値以上であるため、目標電流値が変化していると判定される。一方、目標電流値と実電流値との偏差が所定値以上に乖離しているため、特性可変手段５１１（λ可変回路５１）が異常（故障）と判定される。そして、故障診断部５１２による特性可変手部５１１の正常／異常判定結果、及び診断結果マスク部５４による正常／異常判定結果（マスク結果）は共に正常（０）から異常（１）に遷移する。また、このときに、目標電流ホールド値（最小値）と目標電流ホールド値（最大値）がリセット（クリア）されて共にゼロとなる。

その後、時刻ｔ３において、目標電流値がゼロになったとすると、目標電流値と実電流値との乖離がなくなるため、故障診断部５１２による特性可変部５１１の正常／異常判定結果はゼロ（正常）に戻る。ここで、上述したように、時刻ｔ２にいて、目標電流ホールド値（最大値）がクリアされているため、目標電流ホールド値（最小値）と目標電流ホールド値（最大値）との偏差がゼロとなり、目標電流値が変化していないと判定される。そのため、診断結果マスク部５４では、故障診断部５１２による正常／異常判定結果が無効とされる。よって、診断結果マスク部５４による正常／異常判定結果（マスク結果）は１（異常）のまま維持される。なお、その後、時刻ｔ４において目標電流値が動き出すまで、継続して、故障診断部５１２による正常／異常判定結果が無効とされる（マスクされる）。

その後、例えば、時刻ｔ３とｔ４との間で特性可変部５１１（λ可変回路５１）の故障（固着フェイル）が解消されたとすると、時刻ｔ４において、目標電流値が動き出し、実電流値が目標電流値に追従して動き出す。ここで、目標電流ホールド値（最大値）が上昇するため、目標電流ホールド値（最小値）と目標電流ホールド値（最大値）との偏差が所定値以上となり、目標電流値が変化していると判定される。よって、故障診断部５１２の判定結果が診断結果マスク部５４により無効とされることなく、故障診断部５１２による特性可変部５１１の正常／異常判定結果、及び診断結果マスク部５４による正常／異常判定結果（マスク結果）が共に正常（０）とされる。

以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、目標電流値と実電流値との偏差に基づいて、特性可変部５１１（λ可変回路５１）が正常か否かが判定される（すなわち、偏差が所定値異常乖離した場合に異常と判定される）。ここで、特性可変部５１１（λ可変回路５１）が異常と判定された場合には、その後、目標電流値が変化しない間は、故障診断部５１２による診断結果が無効とされる。よって、例えば、故障診断部５１２により特性可変部５１１（λ可変回路５１）が異常と判定された後に、目標電流値がゼロとなり、目標電流値と実電流値との乖離がなくなったとしても、正常と誤判定してしまうことを防止することができる。その結果、故障時に（異常時に）誤って正常と判定してしまうことを防止することが可能となる。

本実施形態によれば、特性可変部５１１（λ可変回路５１）が異常と判定された後、目標電流値が動き出した場合には、故障診断部５１２による診断結果が有効とされる。そのため、再び目標電流値が動きだして、実電流値が目標電流値に追従して動き始めた場合（すなわち、異常が解消された場合）には、正常判定に戻すことが可能となる。

本実施形態によれば、目標電流値の最小値と最大値とが保持（ピークホールド）されるとともに、保持されている最小値と最大値との偏差に基づいて、目標電流値が変化しているか否かが検出される。そのため、目標電流値が変化しているか否かを簡便かつ的確に検出することが可能となる。

本実施形態によれば、特性可変部５１１（λ可変回路５１）が異常であると診断された場合に、保持されている目標電流値の最小値及び最大値それぞれがクリア（すなわち、ピークホールド値がリセット）される。ここで、異常であると診断された後も目標電流値の最小値と最大値が保持されたままだと、目標電流値が変化していると判定され、例えば、目標電流値がゼロとなり、目標電流値と実電流値との乖離がなくなった場合には、異常が解消されていなくても（すなわち、異常なままであるにもかかわらず）、正常と誤判定してしまう。しかしながら、目標電流値の最小値及び最大値それぞれがクリアされ、目標電流値が変化していないと判断されることにより、診断結果が無効とされるため、特性可変部５１１の誤正常判定を防止することが可能となる。

本実施形態によれば、故障診断５１２により特性可変部５１１が異常であると判定された場合、及び、故障診断部５１２により特性可変部５１１が正常であると判定されたが、診断結果マスク部５４により当該判定結果が無効とされた場合に、目標電流値がゼロとされ、酸素センサ１９Ｒに対する電流の印加が停止される（λ可変制御が停止される）。そのため、（異常であるにもかかわらず）誤って正常判定されている状態で、出力特性が変更されることを防止することが可能となる。

本実施形態によれば、酸素センサ１９Ｒが、エンジン１０の排気ガスを浄化する排気浄化触媒２０の下流に配置されるため、サブフィードバック制御を高精度に実行することができる。そのため、例えば、酸素センサ出力のλ点(変曲点)を触媒ウィンドウ内にリッチシフトさせ、酸素センサ出力感度が低い領域（リッチ出力側）でも、サブＦ／Ｂ制御を実施させる事ができ、エミッション（特にＮＯｘ）の低減を図ることが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、本発明を水平対向型のエンジンに適用した場合を例にして説明したが、本発明は、水平対向型のエンジンに限られず、例えば、直列型やＶ型等のエンジンにも適用することができる。また、上記実施形態では、本発明を筒内噴射式のエンジンに適用した場合を例にして説明したが、本発明は、ポート噴射式のエンジン等にも適用することができる。さらに、上記実施形態では、本発明をガソリンエンジン車に適用した場合を例にして説明したが、本発明は、ガソリンエンジン以外の駆動力源を有する車両、例えば、エンジンと電動モータとを駆動力源とするハイブリッド車（ＨＥＶ）などにも適用することができる。

上記実施形態では、酸素センサ（Ｏ_２センサ）１９Ｒを排気浄化触媒２０の下流側に配置したが、例えば、酸素センサ（Ｏ_２センサ）１９Ｒを排気浄化触媒２０の上流側に配置する構成のシステムとすることもできる。

１ 酸素センサの故障診断装置
１０ エンジン
１２ インジェクタ
１７ 点火プラグ
１９Ｆ 空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）
１９Ｒ 酸素センサ（Ｏ２センサ）
３１ スロットル開度センサ
３２ カム角センサ
３３ クランク角センサ
５０ ＥＣＵ
５１ λ可変回路
５１１ 特性可変部
５１２ 故障診断部
５２ 目標電流設定部
５３ 目標電流変化検出部
５４ 診断結果マスク部
５９ 警告灯

Claims (6)

1. 印加する電流値に応じて出力特性を変更可能な酸素センサの特性変更機能の故障を診断する故障診断装置において、
   前記酸素センサの出力特性の目標変更量に応じて、前記酸素センサに印加する目標電流値を設定する目標電流設定手段と、
   前記目標電流設定手段により設定された目標電流値が変化しているか否かを検出する目標電流変化検出手段と、
   前記目標電流値に基づいて前記酸素センサに電流を印加し、該酸素センサの出力特性を変更する特性可変手段と、
   前記目標電流値と実電流値との偏差に基づいて、前記特性可変手段が正常か否かを診断する故障診断手段と、
   前記特性可変手段が異常と判定された後、前記目標電流値が変化していない間は、前記故障診断手段による診断結果を無効とする診断結果マスク手段と、を備えることを特徴とする酸素センサの故障診断装置。
2. 前記診断結果マスク手段は、前記特性可変手段が異常と判定された後、目標電流値が動き出した場合には、前記故障診断手段による診断結果を有効とすることを特徴とする請求項１に記載の酸素センサの故障診断装置。
3. 前記目標電流変化検出手段は、目標電流値の最小値と最大値とを保持するとともに、保持している最小値と最大値との偏差に基づいて、目標電流値が変化しているか否かを検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の酸素センサの故障診断装置。
4. 前記目標電流変化検出手段は、前記故障診断手段により特性可変手段が異常であると診断された場合に、保持している目標電流値の最小値及び最大値それぞれをクリアすることを特徴とする請求項３に記載の酸素センサの故障診断装置。
5. 前記故障診断手段により前記特性可変手段が異常であると判定された場合、及び、前記故障診断手段により前記特性可変手段が正常であると判定されたが、前記診断結果マスク手段により当該判定結果が無効とされた場合に、前記目標電流設定手段は、目標電流値をゼロとすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸素センサの故障診断装置。
6. 前記酸素センサは、エンジンの排気ガスを浄化する排気浄化触媒の下流に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の酸素センサの故障診断装置。
   

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