(57)【要約】【課題】酸素センサの出力特性を変更するための定電流回路の異常を検出できるようにすると共に、異常診断に要する時間を短縮化できるようにする。【解決手段】酸素センサ２１の活性前とエンジンの燃料カット中とエンジン停止後に、酸素センサ２１のセンサ電極３３，３４間に流す定電流Ｉｃｓを停止する（Ｉｃｓ＝０にする）ように定電流回路２７を制御する。そして、定電流回路２７の異常（例えば故障等）が発生すると、定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７が制御されているときの酸素センサ２１の出力が正常時とは異なってくることに着目して、酸素センサ２１の活性前と燃料カット中とエンジン停止後（つまり定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７が制御されているとき）に、酸素センサ２１の出力が所定の正常範囲を越えたか否かによって定電流回路２７の異常の有無を判定する異常診断を行う。【選択図】図２
2014235104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のセンサ電極（３３，３４）間に固体電解質体（３２）が配置されたセンサ素子（３１）により被検出ガスに含まれる所定成分の濃度を検出するガスセンサ（２１）を備えたガスセンサ制御装置において、
前記センサ電極（３３，３４）間に定電流を流して前記ガスセンサ（２１）の出力特性を変更する定電流供給手段（２７）と、
前記定電流を停止する又は所定値に維持するように前記定電流供給手段（２７）が制御されているときに、前記ガスセンサ（２１）の出力に基づいて前記定電流供給手段（２７）の異常の有無を判定する異常診断を行う異常診断手段（２５）と
を備えていることを特徴とするガスセンサ制御装置。
【請求項２】
前記異常診断手段（２５）は、前記ガスセンサ（２１）の出力が所定の正常範囲を越えたか否かによって前記定電流供給手段（２７）の異常の有無を判定することを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ制御装置。
【請求項３】
前記ガスセンサ（２１）が活性状態になるまで前記定電流を停止するように前記定電流供給手段（２７）を制御する定電流制御手段（２５）を備え、
前記異常診断手段（２５）は、前記ガスセンサ（２１）が活性状態になる前に前記異常診断を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサ制御装置。
【請求項４】
前記ガスセンサ（２１）は、内燃機関（１１）の排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のガスセンサ制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関（１１）の燃料噴射を停止する燃料カット中に前記定電流を停止する又は前記所定値に維持するように前記定電流供給手段（２７）を制御する定電流制御手段（２５）を備え、
前記異常診断手段（２５）は、前記燃料カット中に前記異常診断を実行することを特徴とする請求項４に記載のガスセンサ制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関（１１）の停止後に前記定電流を停止するように前記定電流供給手段（２７）を制御する定電流制御手段（２５）を備え、
前記異常診断手段（２５）は、前記内燃機関（１１）の停止後に前記異常診断を実行することを特徴とする請求項４又は５に記載のガスセンサ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出ガスに含まれる所定成分の濃度を検出するガスセンサを備えたガスセンサ制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関を搭載した車両では、排気管に排出ガス浄化用の触媒を設置すると共に、この触媒の上流側に又は触媒の上流側と下流側の両方に、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する排出ガスセンサ（空燃比センサ又は酸素センサ）を設置し、排出ガスセンサの出力に基づいて空燃比をフィードバック制御して触媒の排出ガス浄化率を高めるようにしたものがある。
【０００３】
ところで、酸素センサ等の排出ガスセンサは、排出ガスの空燃比がリッチ／リーンで変化する際に、実際の空燃比の変化に対してセンサ出力の変化に遅れが生じるのが実状であり、検出応答性の点で改善の余地が残されている。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１（特開昭６０−９８１４１号公報）に記載されているように、センサ電極間（基準電極と酸素電極との間）に固体電解質層を配置したセンサ素子を有するガスセンサ（酸素センサ）において、電流供給手段により基準電極から酸素電極に向けて電流を流すことで、ガスセンサの出力特性を変化させるようにしたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−９８１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、センサ電極間に電流を流す電流供給手段の異常（例えば故障等）が発生すると、ガスセンサの出力特性を適正に変更することができず、ガスセンサの出力に基づいた制御（例えば空燃比フィードバック制御）を適正に行うことができなくなるため、電流供給手段の異常が発生した場合には、その異常を早期に検出する必要がある。
【０００７】
そこで、本出願人は、センサ電極間に定電流を流してガスセンサの出力特性を変更する定電流供給手段を備えたものにおいて、所定の異常診断実行条件が成立したとき（例えば燃料カット中）にセンサ電極間に流れる電流値を切り換え、その切り換え前後におけるガスセンサの出力に基づいて定電流供給手段の異常の有無を判定する異常診断を行うシステムを研究している。
【０００８】
しかし、上述した異常診断を行う場合には、まず、電流値の切り換え前のガスセンサの出力を検出し、その後、センサ電極間に流れる電流値を切り換えて、電流値の切り換え後のガスセンサの出力を検出する必要があるため、異常診断に要する時間が長くなる傾向がある。このため、異常診断実行条件の成立期間内に異常診断を完了できない頻度が高くなる可能性があると共に、他の制御（例えば燃料カット終了直後に触媒を中立化するために行うリッチ噴射制御等）に悪影響を及ぼす可能性もある。
【０００９】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、ガスセンサの出力特性を変更するための定電流供給手段の異常を検出することができると共に、異常診断に要する時間を短縮化することができるガスセンサ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、一対のセンサ電極（３３，３４）間に固体電解質体（３２）が配置されたセンサ素子（３１）により被検出ガスに含まれる所定成分の濃度を検出するガスセンサ（２１）を備えたガスセンサ制御装置において、センサ電極（３３，３４）間に定電流を流してガスセンサ（２１）の出力特性を変更する定電流供給手段（２７）と、定電流を停止する又は所定値に維持するように定電流供給手段（２７）が制御されているときに、ガスセンサ（２１）の出力に基づいて定電流供給手段（２７）の異常の有無を判定する異常診断を行う異常診断手段（２５）とを備えた構成としたものである。
【００１１】
定電流供給手段の異常（例えば故障等）が発生すると、定電流を停止する（０にする）又は所定値に維持するように定電流供給手段が制御されているときのガスセンサの出力が正常時とは異なってくる。従って、本発明のように、定電流を停止する又は所定値に維持するように定電流供給手段が制御されているときに、ガスセンサの出力に基づいて定電流供給手段の異常の有無を判定する異常診断を行うことで、定電流供給手段の異常の有無を精度良く判定することができ、定電流供給手段の異常が発生した場合に、その異常を早期に検出することができる。しかも、本発明は、異常診断の際にセンサ電極間に流す定電流を切り換える必要がないため、電流値の切り換え前後におけるガスセンサの出力に基づいて異常診断を行う場合に比べて、異常診断に要する時間を短縮化することができる。このため、異常診断実行条件の成立期間内に異常診断を完了できる頻度を高くすることができると共に、他の制御に悪影響を及ぼすことも防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明の一実施例におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２はセンサ素子の構成を示す断面図である。
【図３】図３は排出ガスの空燃比（空気過剰率λ）とセンサ素子の起電力との関係を示す起電力特性図である。
【図４】図４はセンサ素子周辺のガス成分の状態を示す概略図である。
【図５】図５はセンサ出力の挙動を説明するタイムチャートである。
【図６】図６はセンサ素子周辺のガス成分の状態を示す概略図である。
【図７】図７はリーン応答性／リッチ応答性を高める場合における酸素センサの出力特性図である。
【図８】図８は酸素センサ活性前の異常診断の実行例を示すタイムチャートである。
【図９】図９は燃料カット中の異常診断の実行例を示すタイムチャートである。
【図１０】図１０は定電流制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】図１１は異常診断許可判定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】図１２は異常診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２には、モータ等によって開度調節されるスロットルバルブ１３と、このスロットルバルブ１３の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１４とが設けられている。また、エンジン１１の各気筒毎に、それぞれ筒内噴射又は吸気ポート噴射を行う燃料噴射弁１５が取り付けられ、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ１６が取り付けられている。各点火プラグ１６の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【００１４】
一方、エンジン１１の排気管１７には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯX 等を浄化する三元触媒等の上流側触媒１８と下流側触媒１９が設けられている。また、上流側触媒１８の上流側には、排出ガスの空燃比に応じたリニアな空燃比信号を出力する空燃比センサ２０（リニアＡ／Ｆセンサ）が上流側ガスセンサとして設けられている。更に、上流側触媒１８の下流側（上流側触媒１８と下流側触媒１９との間）には、排出ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ）に対してリッチかリーンかによって出力電圧が反転する酸素センサ２１（Ｏ2 センサ）が下流側ガスセンサとして設けられている。
【００１５】
また、本システムには、エンジン１１のクランク軸（図示せず）が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２２や、エンジン１１の吸入空気量を検出する空気量センサ２３や、エンジン１１の冷却水温を検出する冷却水温センサ２４等の各種のセンサが設けられている。クランク角センサ２２の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００１６】
これら各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）２５に入力される。このＥＣＵ２５は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。
【００１７】
その際、ＥＣＵ２５は、所定の空燃比Ｆ／Ｂ制御実行条件が成立したときに、空燃比センサ２０（上流側ガスセンサ）の出力に基づいて上流側触媒１８の上流側の排出ガスの空燃比が目標空燃比になるように空燃比（燃料噴射量）をＦ／Ｂ補正するメインＦ／Ｂ制御を行う。更に、酸素センサ２１（下流側ガスセンサ）の出力に基づいて上流側触媒１８の下流側の排出ガスの空燃比が制御目標値（例えば理論空燃比）になるように、上流側触媒１８の上流側の目標空燃比を補正したり、或は、メインＦ／Ｂ制御のＦ／Ｂ補正量又は燃料噴射量を修正するサブＦ／Ｂ制御を行う。ここで、「Ｆ／Ｂ」は「フィードバック」を意味する（以下、同様）。
【００１８】
次に、図２に基づいて酸素センサ２１の構成を説明する。
酸素センサ２１は、コップ型構造のセンサ素子３１を有しており、実際には当該センサ素子３１は素子全体が図示しないハウジングや素子カバー内に収容される構成となっており、エンジン１１の排気管１７内に配設されている。
【００１９】
センサ素子３１において、固体電解質層３２（固体電解質体）は、断面コップ状に形成されており、その外表面には排気側電極層３３が設けられ、内表面には大気側電極層３４が設けられている。固体電解質層３２は、ＺｒＯ2 、ＨｆＯ2 、ＴｈＯ2 、Ｂｉ2 Ｏ3 等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 等を安定剤として固溶させた酸素イオン伝導性酸化物焼結体からなる。また、各電極層３３，３４は共に白金等の触媒活性の高い貴金属からなり、その表面には多孔質の化学メッキ等が施されている。これらの電極層３３，３４が一対の対向電極（センサ電極）となっている。固体電解質層３２にて囲まれる内部空間は大気室３５となっており、その大気室３５内にはヒータ３６が収容されている。このヒータ３６は、センサ素子３１を活性化するのに十分な発熱容量を有しており、その発熱エネルギによりセンサ素子３１全体が加熱される。酸素センサ２１の活性温度は、例えば３５０〜４００℃程度である。尚、大気室３５は、大気が導入されることでその内部が所定酸素濃度に保持されている。
【００２０】
センサ素子３１では、固体電解質層３２の外側（電極層３３側）が排気雰囲気、固体電解質層３２の内側（電極層３４側）が大気雰囲気となっており、これら双方の酸素濃度の差（酸素分圧の差）に応じて電極層３３，３４間で起電力が発生する。つまり、センサ素子３１では、空燃比がリッチかリーンかで異なる起電力が発生する。これにより、酸素センサ２１は、排出ガスの酸素濃度（すなわち空燃比）に応じた起電力信号を出力する。
【００２１】
図３に示すように、センサ素子３１は、空燃比が理論空燃比（空気過剰率λ＝１）に対してリッチかリーンかで異なる起電力を発生し、理論空燃比（空気過剰率λ＝１）付近で起電力が急変する特性を有する。具体的には、燃料リッチ時のセンサ起電力は約０．９Ｖであり、燃料リーン時のセンサ起電力は約０Ｖである。
【００２２】
図２に示すように、センサ素子３１の排気側電極層３３は接地され、大気側電極層３４にはマイコン２６が接続されている。排出ガスの空燃比（酸素濃度）に応じてセンサ素子３１にて起電力が発生すると、その起電力に相当するセンサ検出信号がマイコン２６に対して出力される。尚、センサ素子３１の起電力に対してマイコン２６に入力されるセンサ検出信号（電圧）をプラス方向にオフセットさせて、後述する定電流供給時（酸素センサ２１の出力特性の変更時）でも、マイコン２６に入力されるセンサ検出信号がプラス値の領域内で変化するようにしても良い。
【００２３】
マイコン２６は、例えばＥＣＵ２５内に設けられており、センサ検出信号に基づいて空燃比を算出する。尚、マイコン２６は、上述した各種センサの検出結果に基づいてエンジン回転速度や吸入空気量を算出するようにしても良い。
【００２４】
ところで、エンジン１１の運転時には、排出ガスの実空燃比が逐次変化し、例えばリッチとリーンとで繰り返し変化することがある。こうした実空燃比の変化に際し、酸素センサ２１の検出応答性が低いと、それに起因してエンジン性能に影響が及ぶことが懸念される。例えば、エンジン１１の高負荷運転時において排出ガス中のＮＯX 量が意図よりも増えてしまう等が生じる。
【００２５】
実空燃比がリッチとリーンとで変化する際の酸素センサ２１の検出応答性について説明する。エンジン１１から排出される排出ガスにおいて実空燃比（上流側触媒１８の下流側の実空燃比）がリッチ／リーンで変化する際には排出ガスの成分組成が変わる。このとき、その変化の直前における排出ガス成分の残留により、変化後の空燃比に対する酸素センサ２１の出力変化（すなわちセンサ出力の応答性）が遅くなる。具体的には、リッチからリーンへの変化時には、図４（ａ）に示すように、リーン変化直後にリッチ成分であるＨＣ等が排気側電極層３３付近に残留し、このリッチ成分により、センサ電極でのリーン成分（ＮＯX 等）の反応が妨げられる。その結果、酸素センサ２１としてリーン出力の応答性が低下する。また、リーンからリッチへの変化時には、図４（ｂ）に示すように、リッチ変化直後にリーン成分であるＮＯX 等が排気側電極層３３付近に残留し、このリーン成分により、センサ電極でのリッチ成分（ＨＣ等）の反応が妨げられる。その結果、酸素センサ２１としてリッチ出力の応答性が低下する。
【００２６】
酸素センサ２１の出力変化を図５のタイムチャートで説明する。図５において、実空燃比がリッチ及びリーンで変化すると、その実空燃比の変化に応じてセンサ出力（酸素センサ２１の出力）がリッチガス検出値（０．９Ｖ）とリーンガス検出値（０Ｖ）とで変化する。但し、この場合、実空燃比の変化に対してセンサ出力は遅れを伴い変化する。図５では、リッチ→リーンの変化時には、実空燃比の変化に対してセンサ出力がＴＤ１の遅れで変化し、リーン→リッチの変化時には、実空燃比の変化に対してセンサ出力がＴＤ２の遅れで変化するようになっている。
【００２７】
そこで、本実施例では、図２に示すように、大気側電極層３４に定電流供給手段としての定電流回路２７を接続し、その定電流回路２７による定電流Ｉｃｓの供給をＥＣＵ２５（マイコン２６）により制御して、一対のセンサ電極３３，３４間（排気側電極層３３と大気側電極層３４との間）に所定方向で電流を流すことで、酸素センサ２１の出力特性を変更して検出応答性を変化させるようにしている。この場合、マイコン２６は、一対のセンサ電極３３，３４間に流れる定電流Ｉｃｓの向きと量とを設定し、その設定した定電流Ｉｃｓが流れるように定電流回路２７を制御する。
【００２８】
詳しくは、定電流回路２７は、大気側電極層３４に対して、正逆両方向いずれかの向きで定電流Ｉｃｓを供給するものであり、更にその定電流量を可変に調整できるものである。つまり、マイコン２６は、ＰＷＭ制御等により定電流Ｉｃｓを可変に制御する。この場合、定電流回路２７では、マイコン２６から出力されるデューティ信号に応じて定電流Ｉｃｓが調整され、その電流量調整された定電流Ｉｃｓがセンサ電極３３，３４間（排気側電極層３３と大気側電極層３４との間）に流れることとなる。
【００２９】
尚、本実施例では、排気側電極層３３→大気側電極層３４の向きに流れる定電流Ｉｃｓを負の定電流（−Ｉｃｓ）、大気側電極層３４→排気側電極層３３の向きに流れる定電流Ｉｃｓを正の定電流（＋Ｉｃｓ）としている。
【００３０】
例えば、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、図６（ａ）に示すように、固体電解質層３２内を通じて大気側電極層３４から排気側電極層３３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３３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３３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２１のリーン出力の応答性が向上する。
【００３１】
また、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、図６（ｂ）に示すように、固体電解質層３２内を通じて排気側電極層３３から大気側電極層３４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３３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３３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２１のリッチ出力の応答性が向上する。
【００３２】
図７は、リーン変化時の検出応答性（リーン感度）を高める場合、及びリッチ変化時の検出応答性（リッチ感度）を高める場合における酸素センサ２１の出力特性（起電力特性）を示す図である。
【００３３】
リーン変化時の検出応答性（リーン感度）を高める場合において、上記のとおり固体電解質層３２内を通じて大気側電極層３４から排気側電極層３３に酸素が供給されるように負の定電流Ｉｃｓが流されると（図６（ａ）参照）、図７の（ａ）に示すように、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。これは、酸素センサ２１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）が高められていることを意味する。
【００３４】
また、リッチ変化時の検出応答性（リッチ感度）を高める場合において、上記のとおり固体電解質層３２内を通じて排気側電極層３３から大気側電極層３４に酸素が供給されるように正の定電流Ｉｃｓが流されると（図６（ｂ）参照）、図７の（ｂ）に示すように、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。これは、酸素センサ２１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）が高められていることを意味する。
【００３５】
また、本実施例では、ＥＣＵ２５（マイコン２６）により後述する図１０の定電流制御ルーチンを実行することで、酸素センサ２１のセンサ電極３３，３４間に流す定電流Ｉｃｓを次のように制御する。
【００３６】
酸素センサ２１のセンサ素子３１が活性状態になるまでの期間と、エンジン１１の燃料噴射を停止する燃料カット中と、エンジン停止後（エンジン１１の停止後）には、酸素センサ２１のセンサ電極３３，３４間に流す定電流Ｉｃｓを停止する（Ｉｃｓ＝０にする）ように定電流回路２７を制御する。
【００３７】
一方、エンジン運転中（エンジン１１の運転中）は、エンジン運転状態等に応じて、酸素センサ２１のセンサ電極３３，３４間に流す定電流Ｉｃｓを制御する。この場合、例えば、エンジン１１が冷間状態のときには、酸素センサ２１のリッチ応答性（リッチ変化時の検出応答性）を高める方向に定電流Ｉｃｓを流すように定電流回路２７を制御する。また、エンジン１１が高負荷運転状態のときには、酸素センサ２１のリーン応答性（リーン変化時の検出応答性）を高める方向に定電流Ｉｃｓを流すように定電流回路２７を制御する。また、燃料カットの終了直後（つまり燃料噴射の復帰直後）に触媒１８，１９を中立化（酸素過多状態を解消）するために行うリッチ噴射制御の実行中には、酸素センサ２１のリッチ応答性を低める方向（リーン応答性を高める方向）に定電流Ｉｃｓを流すように定電流回路２７を制御する。
【００３８】
ところで、酸素センサ２１のセンサ電極３３，３４間に定電流Ｉｃｓを流す定電流回路２７の異常（例えば故障等）が発生すると、酸素センサ２１の出力特性を適正に変更することができず、酸素センサ２１の出力に基づいた制御（例えばサブＦ／Ｂ制御等）を適正に行うことができなくなって、排気エミッションが悪化する可能性がある。このため、定電流回路２７の異常が発生した場合には、その異常を早期に検出する必要がある。
【００３９】
そこで、本実施例では、ＥＣＵ２５（マイコン２６）により後述する図１１及び図１２の異常診断用の各ルーチンを実行することで、酸素センサ２１のセンサ電極３３，３４間に流す定電流Ｉｃｓを停止する（Ｉｃｓ＝０にする）ように定電流回路２７が制御されているときに、酸素センサ２１の出力が所定の正常範囲を越えたか否かによって定電流回路２７の異常（例えば故障等）の有無を判定する異常診断を行う。
【００４０】
定電流回路２７の異常（例えば故障等）が発生すると、定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７が制御されているときの酸素センサ２１の出力が正常時とは異なってくる（図８及び図９参照）。従って、定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７が制御されているときに、酸素センサ２１の出力が所定の正常範囲を越えたか否かによって定電流回路２７の異常の有無を判定する異常診断を行うことで、定電流回路２７の異常の有無を精度良く判定することができる。
【００４１】
具体的には、図８に示すように、酸素センサ２１の活性前（例えば、センサ素子３１のヒータ３６の通電を開始した時点ｔ1 からセンサ素子３１が活性状態になる時点ｔ2 までの期間内）に、酸素センサ２１の出力を検出し、この酸素センサ２１の出力が所定の正常範囲を越えたか否かによって定電流回路２７の異常の有無を判定する異常診断を行う。このようにすれば、酸素センサ２１の活性前で、定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７が制御されているときに、定電流回路２７の異常診断を実行することができる。酸素センサ２１の活性前は、定電流回路２７が正常であれば、酸素センサ２１の出力が基準値（例えば０Ｖ）付近で安定した状態になるため、酸素センサ２１の出力に基づいた定電流回路２７の異常診断を精度良く行うことができる。
【００４２】
また、図９に示すように、燃料カット中（例えば、燃料カットを開始した時点ｔ3 から燃料カットを終了した時点ｔ4 までの期間内）に、酸素センサ２１の出力を検出し、この酸素センサ２１の出力が所定の正常範囲を越えたか否かによって定電流回路２７の異常の有無を判定する異常診断を行う。このようにすれば、燃料カット中で、定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７が制御されているときに、定電流回路２７の異常診断を実行することができる。燃料カット中は、定電流回路２７が正常であれば、酸素センサ２１の出力がリーン側（例えば０Ｖ付近）で安定した状態になるため、酸素センサ２１の出力に基づいた定電流回路２７の異常診断を精度良く行うことができる。
【００４３】
更に、エンジン停止後に、酸素センサ２１の出力を検出し、この酸素センサ２１の出力が所定の正常範囲を越えたか否かによって定電流回路２７の異常の有無を判定する異常診断を行う。このようにすれば、エンジン停止後で、定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７が制御されているときに、定電流回路２７の異常診断を実行することができる。エンジン停止後は、定電流回路２７が正常であれば、酸素センサ２１の出力がリーン側（例えば０Ｖ付近）で安定した状態になるため、酸素センサ２１の出力に基づいた定電流回路２７の異常診断を精度良く行うことができる。
以下、本実施例でＥＣＵ２５が実行する図１０乃至図１２の各ルーチンの処理内容を説明する。
【００４４】
［定電流制御ルーチン］
図１０に示す定電流制御ルーチンは、ＥＣＵ２５の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう定電流制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、酸素センサ２１の活性前（酸素センサ２１のセンサ素子３１が活性状態になる前）であるか否かを、例えば、センサ素子３１の素子インピーダンスが所定値以上であるか否かや、ヒータ３６の通電時間が所定時間以下であるか否か等によって判定する。
【００４５】
このステップ１０１で、酸素センサ２１の活性前であると判定された場合には、ステップ１０４に進み、酸素センサ２１のセンサ電極３３，３４間に流す定電流Ｉｃｓを停止する（Ｉｃｓ＝０にする）ように定電流回路２７を制御する。
【００４６】
一方、上記ステップ１０１で、酸素センサ２１の活性後であると判定された場合には、ステップ１０２に進み、燃料カット中であるか否かを判定する。
このステップ１０２で、燃料カット中であると判定された場合には、ステップ１０４に進み、酸素センサ２１のセンサ電極３３，３４間に流す定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７を制御する。
【００４７】
一方、上記ステップ１０２で、燃料カット中ではないと判定された場合には、ステップ１０３に進み、エンジン運転中であるか否かを判定する。
このステップ１０３で、エンジン運転中であると判定された場合には、ステップ１０５に進み、エンジン運転状態等に応じて、酸素センサ２１のセンサ電極３３，３４間に流す定電流Ｉｃｓを制御する。この場合、例えば、エンジン１１が冷間状態のときには、酸素センサ２１のリッチ応答性（リッチ変化時の検出応答性）を高める方向に定電流Ｉｃｓを流すように定電流回路２７を制御する。また、エンジン１１が高負荷運転状態のときには、酸素センサ２１のリーン応答性（リーン変化時の検出応答性）を高める方向に定電流Ｉｃｓを流すように定電流回路２７を制御する。また、燃料カットの終了直後（つまり燃料噴射の復帰直後）でに媒１８，１９を中立化（酸素過多状態を解消）するために行うリッチ噴射制御の実行中には、酸素センサ２１のリッチ応答性を低める方向（リーン応答性を高める方向）に定電流Ｉｃｓを流すように定電流回路２７を制御する。
【００４８】
一方、上記ステップ１０３で、エンジン運転中ではない（エンジン停止後である）と判定された場合には、ステップ１０４に進み、酸素センサ２１のセンサ電極３３，３４間に流す定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７を制御する。
【００４９】
［異常診断許可判定ルーチン］
図１１に示す異常診断許可判定ルーチンは、ＥＣＵ２５の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、酸素センサ２１の活性前であるか否かを判定する。
【００５０】
このステップ２０１で、酸素センサ２１の活性前であると判定された場合には、異常診断実行条件が成立していると判断して、ステップ２０４に進み、異常診断許可フラグを異常診断の許可を意味するオン（許可状態）にセットする。
【００５１】
一方、上記ステップ２０１で、酸素センサ２１の活性後であると判定された場合には、ステップ２０２に進み、燃料カット中であるか否かを判定する。
このステップ２０２で、燃料カット中であると判定された場合には、異常診断実行条件が成立していると判断して、ステップ２０４に進み、異常診断許可フラグを異常診断の許可を意味するオン（許可状態）にセットする。この際、燃料カット開始から所定時間（酸素センサ２１の出力がリーン側で安定した状態になるのに十分な時間）が経過してから異常診断許可フラグをオンにするようにしても良い。
【００５２】
一方、上記ステップ２０２で、燃料カット中ではないと判定された場合には、ステップ２０３に進み、エンジン運転中であるか否かを判定する。
このステップ２０３で、エンジン運転中であると判定された場合には、異常診断実行条件が不成立であると判断して、ステップ２０５に進み、異常診断許可フラグを異常診断の禁止を意味するオフ（禁止状態）にリセットする。
【００５３】
一方、上記ステップ２０３で、エンジン運転中ではない（エンジン停止後である）と判定された場合には、異常診断実行条件が成立していると判断して、ステップ２０４に進み、異常診断許可フラグを異常診断の許可を意味するオン（許可状態）にセットする。この際、エンジン停止から所定時間（酸素センサ２１の出力がリーン側で安定した状態になるのに十分な時間）が経過してから異常診断許可フラグをオンにするようにしても良い。
【００５４】
［異常診断ルーチン］
図１２に示す異常診断ルーチンは、ＥＣＵ２５の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう異常診断手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ３０１で、異常診断許可フラグがオン（許可状態）であるか否かによって、異常診断実行条件が成立しているか否かを判定する。
【００５５】
このステップ３０１で、異常診断許可フラグがオフ（禁止状態）であると判定された場合には、異常診断実行条件が不成立であると判断して、ステップ３０２以降の異常診断に関する処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。
【００５６】
一方、上記ステップ３０１で、異常診断許可フラグがオン（許可状態）であると判定された場合には、異常診断実行条件が成立していると判断して、ステップ３０２以降の異常診断に関する処理を次のようにして実行する。
【００５７】
まず、ステップ３０２で、現在の酸素センサ２１の出力を診断用センサ出力Ｖs として検出する。この際、酸素センサ２１の出力を複数回検出して、その平均値を診断用センサ出力Ｖs としても良い。
【００５８】
この後、ステップ３０３に進み、診断用センサ出力Ｖs が所定の正常範囲内であるか否かを判定する。この正常範囲は、異常診断実行条件の成立時における定電流回路２７の正常時の酸素センサ２１の出力Ｖ0 を基準にして設定され、例えば、正常時の酸素センサ２１の出力Ｖ0 から所定値α以内の範囲［（Ｖ0 −α）から（Ｖ0 ＋α）までの範囲］に設定されている。尚、正常範囲は、酸素センサ２１の活性前に行う異常診断と、燃料カット中に行う異常診断と、エンジン停止後に行う異常診断とで、それぞれ個別に設定するようにしても良い。
このステップ３０３で、診断用センサ出力Ｖs が正常範囲内であると判定された場合には、ステップ３０４に進み、定電流回路２７の異常無し（正常）と判定する。
【００５９】
これに対して、上記ステップ３０３で、診断用センサ出力Ｖs が正常範囲内ではない（正常範囲を越えている）と判定された場合には、ステップ３０５に進み、定電流回路２７の異常（例えば定電流回路２７の電流オン固着）有りと判定する。この場合、例えば、異常フラグをオンにセットし、運転席のインストルメントパネルに設けられた警告ランプ（図示せず）を点灯又は点滅したり、或は、運転席のインストルメントパネルの警告表示部（図示せず）に警告表示して、運転者に警告する。更に、その異常情報（異常コード等）をＥＣＵ２５のバックアップＲＡＭ（図示せず）等の書き換え可能な不揮発性メモリ（ＥＣＵ２５の電源オフ中でも記憶データを保持する書き換え可能なメモリ）に記憶する。
【００６０】
定電流回路２７の異常（例えば故障等）が発生すると、酸素センサ２１のセンサ電極３３，３４間に流す定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７が制御されているときの酸素センサ２１の出力が正常時とは異なってくる。この点に着目して、本実施例では、定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７が制御されているときに、酸素センサ２１の出力が所定の正常範囲を越えたか否かによって定電流回路２７の異常の有無を判定する異常診断を行うようにしたので、定電流回路２７の異常の有無を精度良く判定することができ、定電流回路２８の異常が発生した場合に、その異常を早期に検出することができる。しかも、異常診断の際にセンサ電極間３３，３４に流す定電流Ｉｃｓを切り換える必要がないため、電流値の切り換え前後における酸素センサの出力に基づいて異常診断を行う場合に比べて、異常診断に要する時間を短縮化することができる。このため、異常診断実行条件の成立期間内に異常診断を完了できる頻度を高くすることができると共に、他の制御（例えば燃料カット終了直後に触媒１８，１９を中立化するために行うリッチ噴射制御等）に悪影響を及ぼすことも防止できる。
【００６１】
また、本実施例では、酸素センサ２１の活性前に定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７を制御するシステムにおいて、酸素センサ２１の活性前は、定電流回路２７が正常であれば、酸素センサ２１の出力が基準値（例えば０Ｖ）付近で安定した状態になることに着目して、酸素センサ２１の活性前に酸素センサ２１の出力に基づいて定電流回路２７の異常診断を行うようにしたので、酸素センサ２１の活性前に定電流回路２７の異常診断を精度良く行うことができる。しかも、酸素センサ２１の活性前で酸素センサ２１の出力に基づいた制御が開始される前に定電流回路２７の異常診断を行うことができる。
【００６２】
更に、本実施例では、燃料カット中に定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７を制御するシステムにおいて、燃料カット中は、定電流回路２７が正常であれば、酸素センサ２１の出力がリーン側（例えば０Ｖ付近）で安定した状態になることに着目して、燃料カット中に酸素センサ２１の出力に基づいて定電流回路２７の異常診断を行うようにしたので、燃料カット中に定電流回路２７の異常診断を精度良く行うことができる。
【００６３】
また、本実施例では、エンジン停止後に定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７を制御するシステムにおいて、エンジン停止後は、定電流回路２７が正常であれば、酸素センサ２１の出力がリーン側（例えば０Ｖ付近）で安定した状態になることに着目して、エンジン停止後に酸素センサ２１の出力に基づいて定電流回路２７の異常診断を行うようにしたので、エンジン停止後に定電流回路２７の異常診断を精度良く行うことができる。
【００６４】
尚、上記実施例では、燃料カット中に定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７を制御するシステムに本発明を適用したが、これに限定されず、燃料カット中に定電流Ｉｃｓを所定値に維持するように定電流回路２７を制御するシステムに本発明を適用して、燃料カット中に酸素センサ２１の出力に基づいて定電流回路２７の異常診断を行うようにしても良い。このようにすれば、燃料カット中で、定電流Ｉｃｓを所定値に維持するように定電流回路２７が制御されているときに、定電流回路２７の異常診断を実行することができる。この場合でも、燃料カット中は、定電流回路２７が正常であれば、酸素センサ２１の出力がリーン側で安定した状態になるため、酸素センサ２１の出力に基づいた定電流回路２７の異常診断を精度良く行うことができる。
【００６５】
また、上記実施例では、酸素センサ２１の活性前と燃料カット中とエンジン停止後の三つの期間に異常診断を実行するようにしたが、これに限定されず、例えば、酸素センサ２１の活性前と燃料カット中とエンジン停止後のうちの一つの期間又は二つの期間に異常診断を実行するようにしても良い。更に、上記の三つの期間に限定されず、定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７が制御されているときや、定電流Ｉｃｓを所定値に維持するように定電流回路２７が制御されているときに、酸素センサ２１の出力に基づいて定電流回路２７の異常診断を実行するようにしても良い。
【００６６】
また、上記実施例では、酸素センサ２１（センサ素子３１）の大気側電極層３４に定電流回路２７を接続する構成としたが、これに限定されず、例えば、酸素センサ２１（センサ素子３１）の排気側電極層３３に定電流回路２７を接続する構成としたり、或は、排気側電極層３３と大気側電極層３４の両方に定電流回路２７を接続する構成としても良い。
【００６７】
また、上記実施例では、コップ型構造のセンサ素子３１を有する酸素センサ２１を用いたシステムに本発明を適用したが、これに限定されず、例えば、積層構造型のセンサ素子を有する酸素センサを用いたシステムに本発明を適用しても良い。
【００６８】
更に、酸素センサに限定されず、例えば、空燃比に応じたリニアな空燃比信号を出力する空燃比センサ、ＨＣ濃度を検出するＨＣセンサ、ＮＯX 濃度を検出するＮＯX センサ等の酸素センサ以外のガスセンサに本発明を適用しても良い。また、エンジン用以外のガスセンサに本発明を適用しても良い。
【符号の説明】
【００６９】
１１…エンジン（内燃機関）、２１…酸素センサ（ガスセンサ）、２５…ＥＣＵ（定電流制御手段，異常診断手段）、２７…定電流回路（定電流供給手段）、３１…センサ素子、３２…固体電解質層（固体電解質体）、３３…排気側電極層（センサ電極）、３４…大気側電極層（センサ電極）
【図１】
2014235104.tif 000003
【図２】
2014235104.tif 000004
【図３】
2014235104.tif 000005
【図４】
2014235104.tif 000006
【図５】
2014235104.tif 000007
【図６】
2014235104.tif 000008
【図７】
2014235104.tif 000009
【図８】
2014235104.tif 000010
【図９】
2014235104.tif 000011
【図１０】
2014235104.tif 000012
【図１１】
2014235104.tif 000013
【図１２】
2014235104.tif 000014