JP7639619B2 - 異常判定装置及び方法並びにコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置された触媒の下流側に設けられたセンサの異常を判定する異常判定装置及び方法並びにコンピュータプログラムの技術分野に関する。

この種の装置として、例えば、内燃機関の排気通路の排ガス浄化触媒の下流側の排ガスセンサの劣化を診断する装置であって、燃料カットの開始時点から排ガスセンサの出力値が所定出力値まで変化した時点までの期間に応じたパラメータ値が所定の閾値未満の場合には排ガスセンサの劣化判定を禁止する装置が提案されている（特許文献１参照）。

特許第５２８７８０９号公報

特許文献１では、誤判定の発生を抑制するために、パラメータ値が所定の閾値未満の場合にセンサの劣化判定が禁止される。しかしながら、劣化判定が禁止されると、排ガスセンサの劣化判定の機会が減少してしまう。つまり、特許文献１に記載の技術には改善の余地がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、誤判定の発生を抑制しつつ、センサの異常判定機会の減少を抑制することができる異常判定装置及び方法並びにコンピュータプログラムを提供することを課題とする。

本発明の一態様に係る異常判定装置は、内燃機関の排気通路に配置された触媒の下流側に設けられ、排気中の酸素を検出するセンサの出力変化に係る指標に基づいて、前記センサが異常であるか否かを判定する判定手段と、前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料カットが実施されているときに、前記触媒に吸入される入りガスの空燃比がリーンになってから、前記触媒から排出される出ガスの空燃比がリーンになるまでの積算空気量を検出する検出手段と、を備え、前記判定手段は、前記積算空気量に応じて、前記指標を補正し、前記指標は、時間当たりの前記センサの出力変化を示すというものである。

本発明の一態様に係る異常判定方法は、内燃機関の排気通路に配置された触媒の下流側に設けられ、排気中の酸素を検出するセンサの出力変化に係る指標に基づいて、前記センサが異常であるか否かを判定する判定工程と、前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料カットが実施されているときに、前記触媒に吸入される入りガスの空燃比がリーンになってから、前記触媒から排出される出ガスの空燃比がリーンになるまでの積算空気量を検出する検出工程と、を含み、前記判定工程では、前記積算空気量に応じて、前記指標が補正され、前記指標は、時間当たりの前記センサの出力変化を示すというものである。

本発明の一態様に係るコンピュータプログラムは、内燃機関の排気通路に配置された触媒の下流側に設けられ、排気中の酸素を検出するセンサの異常を判定する異常判定装置のコンピュータを、前記センサの出力変化に係る指標に基づいて、前記センサが異常であるか否かを判定する判定手段と、前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料カットが実施されているときに、前記触媒に吸入される入りガスの空燃比がリーンになってから、前記触媒から排出される出ガスの空燃比がリーンになるまでの積算空気量を検出する検出手段と、として機能させ、前記判定手段は、前記積算空気量に応じて、前記指標を補正し、前記指標は、時間当たりの前記センサの出力変化を示すというものである。

第１実施形態に係る車両の構成を示す図である。 Ａ／Ｆセンサの出力の時間変化の一例を示す図である。 第１実施形態に係るＥＣＵの動作を示すフローチャートである。 第１実施形態の第１変形例に係るＥＣＵの動作を示すフローチャートである。 第１実施形態の第２変形例に係るＥＣＵの動作を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る車両の構成を示す図である。 第２実施形態に係るＥＣＵの動作を示すフローチャートである。 第２実施形態の第１変形例に係るＥＣＵの動作を示すフローチャートである。 第２実施形態の第２変形例に係るＥＣＵの動作を示すフローチャートである。 実施形態に係るコンピュータの構成を示すブロック図である。

＜第１実施形態＞
異常判定装置に係る第１実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。ここでは、異常判定装置の一例として、車両１に搭載されたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３０を挙げる。つまり、本実施形態では、車両１の制御用のＥＣＵ３０の少なくとも一部を異常判定装置として用いている。

図１において、車両１は、エンジン１０と、エンジン１０の吸気ポートに接続された吸気通路１１と、エンジン１０の排気ポートに接続された排気通路１２とを備える。排気通路１２には、触媒１３と触媒１４とが配置されている。触媒１３及び１４には、例えば三元触媒や酸化触媒等を適用可能である。触媒１３の種類と触媒１４の種類とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

吸気通路１１には、エンジン１０に吸入される空気量を検出するエアフローセンサ２１が設けられている。排気通路１２の触媒１３の下流側且つ触媒１４の上流側には、排気中の酸素を検出する空燃比（Ａ／Ｆ）センサ２２が設けられている。排気通路１２の触媒１４の下流側には、排気中の酸素を検出する空燃比センサ２３が設けられている。尚、空燃比センサ２２及び２３に代えて、酸素（Ｏ_２）センサが用いられてよい。

異常判定装置としてのＥＣＵ３０は、その内部に論理的に実現される論理ブロックとして又は物理的に実現される処理回路として、制御部３１、取得部３２及び判定部３３を有する。制御部３１は、エンジン１０への燃料供給を停止する燃料カット（Ｆ／Ｃ）を実施可能に構成されている。取得部３２は、エアフローセンサ２１並びに空燃比センサ２２及び２３各々の出力を取得する。判定部３３は、空燃比センサ２３が異常であるか否かを判定する異常判定処理を行う。尚、判定部３３は、空燃比センサ２３に加えて、例えば空燃比センサ２２についても異常判定処理を行ってよい。

判定部３３による異常判定処理について説明を加える。判定部３３は、制御部３１により燃料カットが実施されているときの空燃比センサ２３の出力に基づいて、空燃比センサ２３が正常であるか、劣化しているか（即ち、異常であるか）を判定する。

燃料カットが実施されると、排気中の酸素量（又は酸素濃度）が増加するので、空燃比センサ２３の出力はリーン側に変化する（即ち、空燃比の値が大きくなる）。このとき、空燃比センサ２３の応答性（即ち、排気中の酸素量の変化に対する空燃比センサ２３の出力の変化）は、空燃比センサ２３の劣化が進むと悪くなる。判定部３３は、空燃比センサ２３の出力に基づく空燃比センサ２３の応答性から、空燃比センサ２３が異常であるか否かを判定する。

本願発明者の研究によれば、空燃比センサ２３の応答性は、空燃比センサ２３の劣化の程度に加えて、触媒１４の酸素吸蔵状態によっても変化することが判明している。

具体的には、触媒１４等の触媒の構成物質には、排気中の酸素濃度にかかわらず酸素を吸蔵する物質と、排気中の酸素濃度が比較的濃いときだけ酸素を吸蔵する物質とが含まれている。上述したように、燃料カットが実施されると排気中の酸素量が増加する。触媒中に酸素を吸蔵していない物質がある場合、燃料カットの実施後に、この酸素を吸蔵していない物質に酸素が吸蔵される。触媒中に酸素を吸蔵していない物質が比較的多い場合は触媒で比較的多くの酸素が吸蔵されるので、燃料カットの実施後しばらくは触媒の下流側の排気中の酸素量はほとんど変化せず、触媒が酸素を十分に吸蔵した後に、触媒の下流側の排気中の酸素量が急増する。他方で、他方で、触媒中に酸素を吸蔵していない物質が比較的少ない場合は触媒に酸素が吸蔵されるものの、触媒に吸蔵されなかった酸素が触媒の下流側に流れるので、触媒の下流側の排気中の酸素量は燃料カットの実施後比較的ゆっくり増加する。

このことが、空燃比センサ２３の応答性に与える影響について図２を参照して説明する。図２中段のグラフ（Ａ／Ｆセンサ２３出力（正常））において、実線（ｉ）は、触媒１４中に酸素を吸蔵していない物質が比較的多い場合の、正常な空燃比センサ２３の出力の時間変化の一例であり、破線（ｉｉ）は、触媒１４中に酸素を吸蔵していない物質が比較的少ない場合の、正常な空燃比センサ２３の出力の時間変化の一例である。触媒１４中に酸素を吸蔵していない物質が比較的多い場合は、触媒１４の下流側の排気中の酸素量が急増するため、空燃比センサ２３の出力も急増することになる（実線（ｉ）参照）。触媒１４中に酸素を吸蔵していない物質が比較的少ない場合は、触媒１４の下流側の排気中の酸素量が比較的ゆっくり増加するため、空燃比センサ２３の出力も比較的ゆっくり増加することになる（破線（ｉｉ）参照）。

図２下段のグラフ（Ａ／Ｆセンサ２３出力（異常））において、実線（ｉ）は、触媒１４中に酸素を吸蔵していない物質が比較的多い場合の、劣化している空燃比センサ２３の出力の時間変化の一例であり、破線（ｉｉ）は、触媒１４中に酸素を吸蔵していない物質が比較的少ない場合の、劣化している空燃比センサ２３の出力の時間変化の一例である。

尚、図２において、Ｆ／ＣフラグがＯＮになってから（即ち、燃料カットの実施が開始されてから）、空燃比センサ２３の出力に変化が現れるまでに時間差が生じているのは、例えば、触媒１３及び１４により排気中の酸素が吸蔵されるからである。

空燃比センサ２３の出力の増加の程度（具体的には傾き）に着目すると、図２下段のグラフにおける実線（ｉ）の傾きは、図２中段のグラフにおける実線（ｉ）の傾きに比べて緩やかである。つまり、この傾きが空燃比センサ２３の応答性を示す指標である。このように空燃比センサ２３が劣化する（即ち、異常である）と、傾きが緩やかになる。このことは、破線（ｉｉ）についても言える。

その一方で、図２中段のグラフにおける破線（ｉｉ）の傾きと、図２下段のグラフにおける実線（ｉ）の傾きとを比較すると、両者には顕著な差が見受けられない。つまり、空燃比センサ２３の応答性が異なっていても、触媒１４中の酸素を吸蔵していない物質の量（即ち、触媒１４の酸素吸蔵状態）によっては、空燃比センサ２３の出力に基づく傾きから、空燃比センサ２３の異常を正しく判定できないおそれがある。

本願発明者は、空燃比センサ２３の出力がリーン側に変化し始める（即ち、空燃比センサ２３の出力の値が大きくなり始める）までの吸入空気量が、触媒１４の酸素吸蔵状態の影響を受けることを見出した。そこで、本実施形態では、吸入空気量を考慮して、空燃比センサ２３の異常判定処理が行われる。

次に、本実施形態に係る異常判定処理について図３のフローチャートを参照して説明する。図３のフローチャートにおいて、制御部３１は燃料カットを実施する（ステップＳ１０１）。次に、判定部３３は、取得部３２により取得された空燃比センサ２２の出力により示される値が第１所定値より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

「第１所定値」は、吸入空気量Ｇａの積算を開始するか否かを決定する値であり、予め固定値として又は何らかの物理量若しくはパラメータに応じた可変値として設定されている。本実施形態では、触媒１４の上流側の排気中の酸素量又は酸素濃度が、燃料カットに起因して増え始めたタイミングで、吸入空気量Ｇａの積算が開始される。このような第１所定値は、実験的若しくは経験的に又はシミュレーションにより、例えば触媒１４の上流側の空燃比がリーンである場合に空燃比センサ２２の出力の値が取り得る範囲を求め、該求められた範囲の下限値と、空燃比センサ２２の出力の誤差とを考慮して設定すればよい。

ステップＳ１０２の処理において、空燃比センサ２２の出力により示される値が第１所定値より小さいと判定された場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、ステップＳ１０２の処理が再度行われる。つまり、空燃比センサ２２の出力により示される値が第１所定値より大きくなるまで待機状態となる。尚、空燃比センサ２２の出力により示される値が第１所定値と「等しい」場合にはどちらかに含めて扱えばよい。

ステップＳ１０２の処理において、空燃比センサ２２の出力により示される値が第１所定値より大きいと判定された場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、判定部３３は、取得部３２により取得されたエアフローセンサ２１の出力に基づいて、吸入空気量Ｇａの積算を開始する（ステップＳ１０３）。

次に、判定部３３は、取得部３２により取得された空燃比センサ２３の出力により示される値が第２所定値より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４の処理において、空燃比センサ２３の出力により示される値が第２所定値より小さいと判定された場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、ステップＳ１０４の処理が再度行われる。つまり、空燃比センサ２３の出力により示される値が第２所定値より大きくなるまで待機状態となる。尚、空燃比センサ２３の出力により示される値が第２所定値と「等しい」場合にはどちらかに含めて扱えばよい。

「第２所定値」は、吸入空気量Ｇａの積算を終了するか否かを決定する値であり、予め固定値として又は何らかの物理量若しくはパラメータに応じた可変値として設定されている。本実施形態では、触媒１４の下流側の排気中の酸素量又は酸素濃度が、燃料カットに起因して増え始めたタイミングで、吸入空気量Ｇａの積算が終了される。このような第２所定値は、実験的若しくは経験的に又はシミュレーションにより、例えば触媒１４の下流側の空燃比がリーンである場合に空燃比センサ２３の出力の値が取り得る範囲を求め、該求められた範囲の下限値と、空燃比センサ２３の出力の誤差とを考慮して設定すればよい。尚、第２所定値は、第１所定値と同一であってよい。

ステップＳ１０４の処理において、空燃比センサ２３の出力により示される値が第２所定値より大きいと判定された場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、判定部３３は、吸入空気量Ｇａの積算を終了する（ステップＳ１０５）。

次に、判定部３３は、空燃比センサ２３の異常判定に係るパラメータ（ここでは、“傾き”、つまり、時間当たりの空燃比センサ２３の出力変化）を算出する（ステップＳ１０６）。判定部３３は、ステップＳ１０６の処理と並行して又は相前後して、吸入空気量Ｇａの積算値から上記パラメータの補正項を算出する（ステップＳ１０７）。

吸入空気量Ｇａの積算値が比較的小さいことは、触媒１４に含まれる酸素を吸蔵していない物質が比較的少なかったことを示している。言い換えれば、吸入空気量Ｇａの積算値が比較的大きいことは、触媒１４に含まれる酸素を吸蔵していない物質が比較的多かったことを示している。

触媒１４に含まれる酸素を吸蔵していない物質が比較的少ない場合は、触媒１４に含まれる酸素を吸蔵していない物質が比較的多い場合に比べて、空燃比センサ２３の出力の傾きが小さくなる（例えば図２参照）。そこで、判定部３３は、吸入空気量Ｇａの積算値が比較的小さい場合は、吸入空気量Ｇａの積算量が比較的大きい場合に比べて、上記補正項の値が大きくなるように、吸入空気量Ｇａの積算値から上記補正項を算出する。

次に、判定部３３は、ステップＳ１０７の処理において算出された補正項に基づいて、ステップＳ１０６の処理において算出されたパラメータを補正する（ステップＳ１０８）。尚、パラメータの補正は、例えば、パラメータに補正項の値を加算することにより行われてよい。パラメータの補正方法は、これに限らず、触媒１４の酸素吸蔵状態がパラメータに与える影響を減少させるものであればよい。

判定部３３は、ステップＳ１０８の処理において補正されたパラメータが第１閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０９）。ステップＳ１０９の処理において、補正されたパラメータが第１閾値より大きいと判定された場合（ステップＳ１０９：Ｙｅｓ）、判定部３３は、空燃比センサ２３が正常であると判定する（ステップＳ１１０）。他方、ステップＳ１０９の処理において、補正されたパラメータが第１閾値より小さいと判定された場合（ステップＳ１０９：Ｎｏ）、判定部３３は、空燃比センサ２３が異常である（又は劣化している）と判定する（ステップＳ１１１）。

「第１閾値」は、空燃比センサ２３が正常であるか異常であるかを決定する値であり、予め固定値として又は何らかの物理量若しくはパラメータに応じた可変値として設定されている。このような第１閾値は、実験的若しくは経験的に又はシミュレーションにより、例えば、空燃比センサ２３の劣化の程度と、空燃比センサ２３の異常判定に係るパラメータとの関係を求め、該求められた関係に基づいて、空燃比センサ２３の劣化の許容範囲の境界に相当する上記パラメータの値として設定すればよい。尚、補正されたパラメータが第１閾値と「等しい」場合にはどちらかに含めて扱えばよい。

（技術的効果）
異常判定装置としてのＥＣＵ３０によれば、異常判定処理に対する触媒１４の酸素吸蔵状態の影響が低減された上で、空燃比センサ２３が異常であるか否かの判定が行われる。このため、本実施形態によれば、触媒１４の酸素吸蔵状態にかかわらず、空燃比センサ２３の異常判定を行うことができる。加えて、異常判定処理に対する触媒１４の酸素吸蔵状態の影響が低減されるので、空燃比センサ２３の異常判定において誤判定が発生することを抑制することができる。従って、異常判定装置としてのＥＣＵ３０によれば、誤判定の発生を抑制しつつ、空燃比センサ２３の異常判定機会の減少を抑制することができる。

（第１変形例）
上述した異常判定処理に係る第１変形例について図４のフローチャートを参照して説明する。上述した異常判定処理では、吸入空気量Ｇａの積算値に応じて空燃比センサ２３の異常判定に係るパラメータが補正されている。これに対して、第１変形例では、吸入空気量Ｇａの積算値に応じて異常判定に係る第１閾値（上述のステップＳ１０９参照）が補正される。

つまり、当該第１変形例では、触媒１４の酸素吸蔵状態を反映する吸入空気量Ｇａの積算値に応じて、異常判定に係る第１閾値を補正することにより、異常判定処理に対する触媒１４の酸素吸蔵状態の影響を低減している。

図４において、ステップＳ１０６の処理と並行して又は相前後して、ＥＣＵ３０の判定部３３は、吸入空気量Ｇａの積算値から上記第１閾値の補正項を算出する（ステップＳ２０１）。触媒１４に含まれる酸素を吸蔵していない物質が比較的少ない場合（即ち、吸入空気量Ｇａの積算値が小さい場合）は、触媒１４に含まれる酸素を吸蔵していない物質が比較的多い場合に比べて、空燃比センサ２３の出力の傾きが小さくなる。そこで、判定部３３は、吸入空気量Ｇａの積算値が比較的小さい場合は、吸入空気量Ｇａの積算量が比較的大きい場合に比べて、上記補正項の絶対値が大きくなるように、吸入空気量Ｇａの積算値から上記補正項を算出する。

次に、判定部３３は、ステップＳ２０１の処理において算出された補正項に基づいて、上記第１閾値を補正する（ステップＳ２０２）。尚、第１閾値の補正は、例えば、第１閾値から補正項の値を減算することにより行われてよい。第１閾値の補正方法は、これに限らず、触媒１４の酸素吸蔵状態がパラメータに与える影響を減少させるものであればよい。その後、ステップＳ１０９の処理が行われる。

（第２変形例）
上述した異常判定処理に係る第２変形例について図５のフローチャートを参照して説明する。第２変形例では、異常判定処理に対する触媒１４の酸素吸蔵状態の影響に起因する誤判定を抑制することに主眼が置かれている。

図５において、ステップＳ１０５の処理の後、ＥＣＵ３０の判定部３３は、吸入空気量Ｇａの積算値が第３所定値より大きいか否かを判定する（ステップＳ３０１）。ステップＳ３０１の処理において、吸入空気量Ｇａの積算値が第３所定値より大きいと判定された場合（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、判定部３３は、空燃比センサ２３の異常判定を行う（ステップＳ３０２）。他方、ステップＳ３０１の処理において、吸入空気量Ｇａの積算値が第３所定値より小さいと判定された場合（ステップＳ３０１：Ｎｏ）、判定部３３は、空燃比センサ２３の異常判定を中止する（ステップＳ３０３）。

「第３所定値」は、空燃比センサ２３の異常判定を行うか否かを決定する値であり、予め固定値として又は何らかの物理量若しくはパラメータに応じた可変値として設定されている。このような第３所定値は、実験的若しくは経験的に又はシミュレーションにより、例えば、吸入空気量Ｇａの積算値と、異常判定における誤判定の発生率との関係を求め、該関係に基づいて、誤判定の発生率が許容範囲内となる吸入空気量Ｇａの積算値として設定すればよい。尚、吸入空気量Ｇａの積算値が第３所定値と「等しい」場合にはどちらかの場合に含めて扱えばよい。

（その他）
（１）吸入空気量Ｇａの積算値は、次のように求められてもよい。即ち、（ｉ）燃料カットの実施が開始されてから（例えばＦ／ＣフラグがＯＮとなった時点から）、空燃比センサ２３の出力により示される値が第２所定値より大きくなった時点まで（例えば上述したステップＳ１０４の処理においてＹｅｓとなった時点まで）の吸入空気量Ｇａの積算値から、（ｉｉ）燃料カットの実施が開始されてから、空燃比センサ２２の出力により示される値が第１所定値より大きくなった時点まで（例えば上述したステップＳ１０２の処理においてＹｅｓとなった時点まで）の吸入空気量Ｇａの積算値を減算することにより求めてもよい。

（２）上述したステップＳ１０７の処理では、パラメータの補正項に加えて、吸入空気量Ｇａの積算値から第１閾値の補正項が算出されてもよい。同様に、上述したステップＳ２０１の処理では、第１閾値の補正項に加えて、吸入空気量Ｇａの積算値からパラメータの補正項が算出されてよい。つまり、空燃比センサ２３の異常判定に係るパラメータと、異常判定に係る第１閾値との両方が、吸入空気量Ｇａの積算値に応じて補正されてよい。

＜第２実施形態＞
異常判定装置に係る第２実施形態について図６及び図７を参照して説明する。ここでは、異常判定装置の一例として、車両２に搭載されたＥＣＵ３０を挙げる。第２実施形態では、異常判定装置としてのＥＣＵ３０の動作が一部異なる以外は、上述した第１実施形態と同様である。従って、第２実施形態について、第１実施形態と重複する説明は適宜省略するとともに、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点について図６及び図７を参照して説明する。

図６において、車両２は、エンジン１０と、エンジン１０の吸気ポートに接続された吸気通路１１と、エンジン１０の排気ポートに接続された排気通路１２とを備える。排気通路１２には、触媒１３が配置されている。

吸気通路１１には、エンジン１０に吸入される空気量を検出するエアフローセンサ２１が設けられている。排気通路１２の触媒１３の下流側には、排気中の酸素を検出する空燃比センサ２２が設けられている。

異常判定装置としてのＥＣＵ３０は、制御部３１、取得部３２及び判定部３３を有する。制御部３１は、エンジン１０への燃料供給を停止する燃料カットを実施可能に構成されている。取得部３２は、エアフローセンサ２１及び空燃比センサ２２各々の出力を取得する。判定部３３は、空燃比センサ２２が異常であるか否かを判定する異常判定処理を行う
次に、本実施形態に係る異常判定処理について図７のフローチャートを参照して説明する。図７のフローチャートにおいて、制御部３１は燃料カットを実施する（ステップＳ４０１）。このとき判定部３３は、取得部３２により取得されたエアフローセンサ２１の出力に基づいて、吸入空気量Ｇａの積算を開始する（ステップＳ４０２）。

次に、判定部３３は、取得部３２により取得された空燃比センサ２２の出力により示される値が第４所定値より大きいか否かを判定する（ステップＳ４０３）。ステップＳ４０３の処理において、空燃比センサ２２の出力により示される値が第４所定値より小さいと判定された場合（ステップＳ４０３：Ｎｏ）、ステップＳ４０３の処理が再度行われる。つまり、空燃比センサ２２の出力により示される値が第４所定値より大きくなるまで待機状態となる。尚、空燃比センサ２２の出力により示される値が第４所定値と「等しい」場合にはどちらかに含めて扱えばよい。

「第４所定値」は、吸入空気量Ｇａの積算を終了するか否かを決定する値であり、予め固定値として又は何らかの物理量若しくはパラメータに応じた可変値として設定されている。本実施形態では、触媒１３の下流側の排気中の酸素量又は酸素濃度が、燃料カットに起因して増え始めたタイミングで、吸入空気量Ｇａの積算が終了される。このような第４所定値は、実験的若しくは経験的に又はシミュレーションにより、例えば触媒１３の下流側の空燃比がリーンである場合に空燃比センサ２２の出力の値が取り得る範囲を求め、該求められた範囲の下限値と、空燃比センサ２２の出力の誤差とを考慮して設定すればよい。

ステップＳ４０３の処理において、空燃比センサ２２の出力により示される値が第４所定値より大きいと判定された場合（ステップＳ４０３：Ｙｅｓ）、判定部３３は、吸入空気量Ｇａの積算を終了する（ステップＳ４０４）。

次に、判定部３３は、空燃比センサ２２の異常判定に係るパラメータ（ここでは、“傾き”、つまり、時間当たりの空燃比センサ２２の出力変化）を算出する（ステップＳ４０５）。判定部３３は、ステップＳ４０５の処理と並行して又は相前後して、吸入空気量Ｇａの積算値から上記パラメータの補正項を算出する（ステップＳ４０６）。

吸入空気量Ｇａの積算値が比較的小さいことは、触媒１３に含まれる酸素を吸蔵していない物質が比較的少なかったことを示している。言い換えれば、吸入空気量Ｇａの積算値が比較的大きいことは、触媒１３に含まれる酸素を吸蔵していない物質が比較的多かったことを示している。

触媒１３に含まれる酸素を吸蔵していない物質が比較的少ない場合は、触媒１３に含まれる酸素を吸蔵していない物質が比較的多い場合に比べて、空燃比センサ２２の出力の傾きが小さくなる。そこで、判定部３３は、吸入空気量Ｇａの積算値が比較的小さい場合は、吸入空気量Ｇａの積算量が比較的大きい場合に比べて、上記補正項の値が大きくなるように、吸入空気量Ｇａの積算値から上記補正項を算出する。

次に、判定部３３は、ステップＳ４０６の処理において算出された補正項に基づいて、ステップＳ４０５の処理において算出されたパラメータを補正する（ステップＳ４０７）。尚、パラメータの補正は、例えば、パラメータに補正項の値を加算することにより行われてよい。パラメータの補正方法は、これに限らず、触媒１３の酸素吸蔵状態がパラメータに与える影響を減少させるものであればよい。

判定部３３は、ステップＳ４０７の処理において補正されたパラメータが第２閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ４０８）。ステップＳ４０８の処理において、補正されたパラメータが第２閾値より大きいと判定された場合（ステップＳ４０８：Ｙｅｓ）、判定部３３は、空燃比センサ２２が正常であると判定する（ステップＳ４０９）。他方、ステップＳ４０８の処理において、補正されたパラメータが第２閾値より小さいと判定された場合（ステップＳ４０８：Ｎｏ）、判定部３３は、空燃比センサ２２が異常である（又は劣化している）と判定する（ステップＳ４１０）。

「第２閾値」は、空燃比センサ２２が正常であるか異常であるかを決定する値であり、予め固定値として又は何らかの物理量若しくはパラメータに応じた可変値として設定されている。このような第２閾値は、実験的若しくは経験的に又はシミュレーションにより、例えば、空燃比センサ２２の劣化の程度と、空燃比センサ２２の異常判定に係るパラメータとの関係を求め、該求められた関係に基づいて、空燃比センサ２２の劣化の許容範囲の境界に相当する上記パラメータの値として設定すればよい。尚、補正されたパラメータが第２閾値と「等しい」場合にはどちらかに含めて扱えばよい。

（技術的効果）
異常判定装置としてのＥＣＵ３０によれば、異常判定処理に対する触媒１３の酸素吸蔵状態の影響が低減された上で、空燃比センサ２２が異常であるか否かの判定が行われる。このため、本実施形態によれば、触媒１３の酸素吸蔵状態にかかわらず、空燃比センサ２２の異常判定を行うことができる。加えて、異常判定処理に対する触媒１３の酸素吸蔵状態の影響が低減されるので、空燃比センサ２２の異常判定において誤判定が発生することを抑制することができる。従って、異常判定装置としてのＥＣＵ３０によれば、誤判定の発生を抑制しつつ、空燃比センサ２２の異常判定機会の減少を抑制することができる。

（第１変形例）
上述した異常判定処理に係る第１変形例について図８のフローチャートを参照して説明する。上述した異常判定処理では、吸入空気量Ｇａの積算値に応じて空燃比センサ２２の異常判定に係るパラメータが補正されている。これに対して、第１変形例では、吸入空気量Ｇａの積算値に応じて異常判定に係る第２閾値（上述のステップＳ４０８参照）が補正される。

つまり、当該第１変形例では、触媒１３の酸素吸蔵状態を反映する吸入空気量Ｇａの積算値に応じて、異常判定に係る第２閾値を補正することにより、異常判定処理に対する触媒１３の酸素吸蔵状態の影響を低減している。

図８において、ステップＳ４０５の処理と並行して又は相前後して、ＥＣＵ３０の判定部３３は、吸入空気量Ｇａの積算値から上記第２閾値の補正項を算出する（ステップＳ５０１）。触媒１３に含まれる酸素を吸蔵していない物質が比較的少ない場合（即ち、吸入空気量Ｇａの積算値が小さい場合）は、触媒１３に含まれる酸素を吸蔵していない物質が比較的多い場合に比べて、空燃比センサ２２の出力の傾きが小さくなる。そこで、判定部３３は、吸入空気量Ｇａの積算値が比較的小さい場合は、吸入空気量Ｇａの積算量が比較的大きい場合に比べて、上記補正項の絶対値が大きくなるように、吸入空気量Ｇａの積算値から上記補正項を算出する。

次に、判定部３３は、ステップＳ５０１の処理において算出された補正項に基づいて、上記第２閾値を補正する（ステップＳ５０２）。尚、第２閾値の補正は、例えば、第２閾値から補正項の値を減算することにより行われてよい。第２閾値の補正方法は、これに限らず、触媒１３の酸素吸蔵状態がパラメータに与える影響を減少させるものであればよい。その後、ステップＳ４０８の処理が行われる。

（第２変形例）
上述した異常判定処理に係る第２変形例について図９のフローチャートを参照して説明する。第２変形例では、異常判定処理に対する触媒１３の酸素吸蔵状態の影響に起因する誤判定を抑制することに主眼が置かれている。

図９において、ステップＳ４０４の処理の後、ＥＣＵ３０の判定部３３は、吸入空気量Ｇａの積算値が第５所定値より大きいか否かを判定する（ステップＳ６０１）。ステップＳ６０１の処理において、吸入空気量Ｇａの積算値が第５所定値より大きいと判定された場合（ステップＳ６０１：Ｙｅｓ）、判定部３３は、空燃比センサ２２の異常判定を行う（ステップＳ６０２）。他方、ステップＳ６０１の処理において、吸入空気量Ｇａの積算値が第５所定値より小さいと判定された場合（ステップＳ６０１：Ｎｏ）、判定部３３は、空燃比センサ２２の異常判定を中止する（ステップＳ６０３）。

「第５所定値」は、空燃比センサ２２の異常判定を行うか否かを決定する値であり、予め固定値として又は何らかの物理量若しくはパラメータに応じた可変値として設定されている。このような第５所定値は、実験的若しくは経験的に又はシミュレーションにより、例えば、吸入空気量Ｇａの積算値と、異常判定における誤判定の発生率との関係を求め、該関係に基づいて、誤判定の発生率が許容範囲内となる吸入空気量Ｇａの積算値として設定すればよい。尚、吸入空気量Ｇａの積算値が第５所定値と「等しい」場合にはどちらかの場合に含めて扱えばよい。

（その他）
第２実施形態に係る異常判定処理は、第１実施形態における空燃比センサ２２の異常判定に適用されてよい。

＜コンピュータプログラム＞
コンピュータプログラムに係る実施形態について図１０を参照して説明する。図１０は、実施形態に係るコンピュータの構成を示すブロック図である。

図１０において、コンピュータ５０は、異常判定装置（例えば、上述したＥＣＵ３０）を構成する。コンピュータ５０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５１、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）５２、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）５３及びＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）５４を備えて構成されている。ＣＰＵ５１、ＲＡＭ５２、ＨＤＤ５３及びＩ／Ｏ５４は、バス５５により相互に接続されている。ＨＤＤ５３には、本実施形態に係るコンピュータプログラム５３１が予め格納されている。

（第１の態様）
コンピュータプログラム５３１によるＣＰＵ５１の処理について説明する。ここでは、車両１（図１参照）において、コンピュータプログラム５３１により、空燃比センサ２３が異常であるか否かの判定が行われる場合のＣＰＵ５１の処理について説明する。

ＣＰＵ５１は、エンジン１０の燃料カットを実施する。次に、ＣＰＵ５１は、Ｉ／Ｏ５４を介して取得された空燃比センサ２２の出力により示される値が第１所定値より大きいか否かを判定する。ＣＰＵ５１は、空燃比センサ２２の出力により示される値が第１所定値より大きい場合、Ｉ／Ｏ５４を介して取得されたエアフローセンサ２１の出力に基づいて、吸入空気量Ｇａの積算を開始する。

次に、ＣＰＵ５１は、Ｉ／Ｏ５４を介して取得された空燃比センサ２３の出力により示される値が第２所定値より大きいか否かを判定する。ＣＰＵ５１は、空燃比センサ２３の出力により示される値が第２所定値より大きい場合、吸入空気量Ｇａの積算を終了する。

次に、ＣＰＵ５１は、空燃比センサ２３の異常判定に係るパラメータを算出する。ＣＰＵ５１は、吸入空気量Ｇａの積算値から上記パラメータの補正項、及び、異常判定に係る第１閾値の補正項の少なくとも一方を算出する。ＣＰＵ５１は、パラメータの補正項に基づいてパラメータを補正する、及び／又は、第１閾値の補正項に基づいて第１閾値を補正する。

次に、ＣＰＵ５１は、空燃比センサ２３の異常判定に係るパラメータが第１閾値より大きいか否かを判定する。上記パラメータが第１閾値より大きいと判定された場合、ＣＰＵ５１は、空燃比センサ２３が正常であると判定する。他方、上記パラメータが第１閾値より小さいと判定された場合、ＣＰＵ５１は、空燃比センサ２３が異常である（又は劣化している）と判定する。

尚、ＣＰＵ５１は、吸入空気量Ｇａの積算値が第３所定値より小さいことを条件に、空燃比センサ２３の異常判定を中止してもよい。

（第２の態様）
ここでは、車両２（図６参照）において、コンピュータプログラム５３１により、空燃比センサ２２が異常であるか否かの判定が行われる場合のＣＰＵ５１の処理について説明する。

ＣＰＵ５１は、エンジン１０の燃料カットを実施する。このときＣＰＵ５１は、Ｉ／Ｏ５４を介して取得されたエアフローセンサ２１の出力に基づいて、吸入空気量Ｇａの積算を開始する。次に、ＣＰＵ５１は、Ｉ／Ｏ５４を介して取得された空燃比センサ２２の出力により示される値が第４所定値より大きいか否かを判定する。ＣＰＵ５１は、空燃比センサ２２の出力により示される値が第４所定値より大きい場合、吸入空気量Ｇａの積算を終了する。

次に、ＣＰＵ５１は、空燃比センサ２２の異常判定に係るパラメータを算出する。ＣＰＵ５１は、吸入空気量Ｇａの積算値から上記パラメータの補正項、及び、異常判定に係る第２閾値の補正項の少なくとも一方を算出する。ＣＰＵ５１は、パラメータの補正項に基づいてパラメータを補正する、及び／又は、第２閾値の補正項に基づいて第２閾値を補正する。

次に、ＣＰＵ５１は、空燃比センサ２２の異常判定に係るパラメータが第２閾値より大きいか否かを判定する。上記パラメータが第２閾値より大きいと判定された場合、ＣＰＵ５１は、空燃比センサ２２が正常であると判定する。他方、上記パラメータが第２閾値より小さいと判定された場合、ＣＰＵ５１は、空燃比センサ２２が異常である（又は劣化している）と判定する。

尚、ＣＰＵ５１は、吸入空気量Ｇａの積算値が第５所定値より小さいことを条件に、空燃比センサ２２の異常判定を中止してもよい。

尚、コンピュータ５０が、例えば、コンピュータプログラム５３１を格納するＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の光ディスク、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ、等の記録媒体から、コンピュータプログラム５３１を読み込むことにより、ＨＤＤ５３にコンピュータプログラム５３１が格納されてよい。或いは、コンピュータ５０が、例えばインターネット等のネットワークを介して、コンピュータプログラム５３１をダウンロードすることにより、ＨＤＤ５３にコンピュータプログラム５３１が格納されてよい。

コンピュータプログラム５３１によれば、上述した第１及び第２実施形態（各種変形例含む）における異常判定装置と同様に、誤判定の発生を抑制しつつ、空燃比センサの異常判定機会の減少を抑制することができる。コンピュータプログラム５３１によれば、上述した第１及び第２実施形態（各種変形例含む）における異常判定装置を比較的容易に実現することができる。

以上に説明した実施形態及び変形例から導き出される発明の各種態様を以下に説明する。

発明の一態様に係る異常判定装置は、内燃機関の排気通路に配置された触媒の下流側に設けられ、排気中の酸素を検出するセンサの出力変化に係る指標に基づいて、前記センサが異常であるか否かを判定する判定手段と、前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料カットが実施されているときに、前記触媒に吸入される入りガスの空燃比がリーンになってから、前記触媒から排出される出ガスの空燃比がリーンになるまでの積算空気量を検出する検出手段と、を備え、前記判定手段は、前記積算空気量に応じて、前記指標、及び、前記センサが異常であるか否かを判定するための判定値の少なくとも一方を補正するというものである。

上述の実施形態においては、「エンジン１０」が「内燃機関」の一例に相当し、「空燃比センサ２２及び２３」が「センサ」の一例に相当し、「ＥＣＵ３０」が「異常判定装置」の一例に相当し、「判定部３３」が「判定手段」及び「検出手段」の一例に相当する。

当該異常判定装置では、前記判定手段は、前記積算空気量が小さい場合、前記指標に係る補正量を前記積算空気量が大きい場合に比べて大きくしてよい。

当該異常判定装置では、前記判定手段は、前記積算空気量が小さい場合、前記判定値を前記積算空気量が大きい場合に比べて小さくしてよい。

当該異常判定装置では、前記排気通路には、第１触媒と、前記第１触媒の下流側の第２触媒とが配置され、前記排気通路の前記第１触媒の下流側且つ前記第２触媒の上流側には、排気中の酸素を検出する第１センサが設けられ、前記排気通路の前記第２触媒の下流側には、排気中の酸素を検出する第２センサが設けられ、前記判定手段は、前記センサとしての前記第２センサが異常であるか否かを判定してよい。

この態様では、前記検出手段は、前記第１センサの出力に基づいて前記入りガスの空燃比がリーンになったことを検出するとともに、前記第２センサの出力に基づいて前記出ガスの空燃比がリーンになったことを検出してよい。

発明の一態様に係る異常判定方法は、内燃機関の排気通路に配置された触媒の下流側に設けられ、排気中の酸素を検出するセンサの出力変化に係る指標に基づいて、前記センサが異常であるか否かを判定する判定工程と、前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料カットが実施されているときに、前記触媒に吸入される入りガスの空燃比がリーンになってから、前記触媒から排出される出ガスの空燃比がリーンになるまでの積算空気量を検出する検出工程と、を含み、前記判定工程では、前記積算空気量に応じて、前記指標、及び、前記センサが異常であるか否かを判定するための判定値の少なくとも一方が補正されるというものである。

発明の一態様に係るコンピュータプログラムは、内燃機関の排気通路に配置された触媒の下流側に設けられ、排気中の酸素を検出するセンサの異常を判定する異常判定装置のコンピュータを、前記センサの出力変化に係る指標に基づいて、前記センサが異常であるか否かを判定する判定手段と、前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料カットが実施されているときに、前記触媒に吸入される入りガスの空燃比がリーンになってから、前記触媒から排出される出ガスの空燃比がリーンになるまでの積算空気量を検出する検出手段と、として機能させ、前記判定手段は、前記積算空気量に応じて、前記指標、及び、前記センサが異常であるか否かを判定するための判定値の少なくとも一方を補正するというものである。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う異常判定装置及び方法並びにコンピュータプログラムもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１、２…車両、１０…エンジン、１１…吸気通路、１２…排気通路、１３、１４…触媒、２１…エアフローセンサ、２２、２３…空燃比センサ、３０…ＥＣＵ、３１…制御部、３２…取得部、３３…判定部

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に配置された触媒の下流側に設けられ、排気中の酸素を検出するセンサの出力変化に係る指標に基づいて、前記センサが異常であるか否かを判定する判定手段と、
   前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料カットが実施されているときに、前記触媒に吸入される入りガスの空燃比がリーンになってから、前記触媒から排出される出ガスの空燃比がリーンになるまでの積算空気量を検出する検出手段と、
   を備え、
   前記判定手段は、前記積算空気量に応じて、前記指標を補正し、
   前記指標は、時間当たりの前記センサの出力変化を示す
   ことを特徴とする異常判定装置。
2. 前記判定手段は、前記積算空気量が小さい場合、前記指標に係る補正量を前記積算空気量が大きい場合に比べて大きくすることを特徴とする請求項１に記載の異常判定装置。
3. 前記排気通路には、第１触媒と、前記第１触媒の下流側の第２触媒とが配置され、
   前記排気通路の前記第１触媒の下流側且つ前記第２触媒の上流側には、排気中の酸素を検出する第１センサが設けられ、前記排気通路の前記第２触媒の下流側には、排気中の酸素を検出する第２センサが設けられ、
   前記判定手段は、前記センサとしての前記第２センサが異常であるか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の異常判定装置。
4. 前記検出手段は、前記第１センサの出力に基づいて前記入りガスの空燃比がリーンになったことを検出するとともに、前記第２センサの出力に基づいて前記出ガスの空燃比がリーンになったことを検出することを特徴とする請求項３に記載の異常判定装置。
5. 内燃機関の排気通路に配置された触媒の下流側に設けられ、排気中の酸素を検出するセンサの出力変化に係る指標に基づいて、前記センサが異常であるか否かを判定する判定工程と、
   前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料カットが実施されているときに、前記触媒に吸入される入りガスの空燃比がリーンになってから、前記触媒から排出される出ガスの空燃比がリーンになるまでの積算空気量を検出する検出工程と、
   を含み、
   前記判定工程では、前記積算空気量に応じて、前記指標が補正され、
   前記指標は、時間当たりの前記センサの出力変化を示す
   ことを特徴とする異常判定方法。
6. 内燃機関の排気通路に配置された触媒の下流側に設けられ、排気中の酸素を検出するセンサの異常を判定する異常判定装置のコンピュータを、
   前記センサの出力変化に係る指標に基づいて、前記センサが異常であるか否かを判定する判定手段と、
   前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料カットが実施されているときに、前記触媒に吸入される入りガスの空燃比がリーンになってから、前記触媒から排出される出ガスの空燃比がリーンになるまでの積算空気量を検出する検出手段と、
   として機能させ、
   前記判定手段は、前記積算空気量に応じて、前記指標を補正し、
   前記指標は、時間当たりの前記センサの出力変化を示す
   ことを特徴とするコンピュータプログラム。

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