(57)【要約】【課題】  ラックが発生しても大気の流れにより正常時と出力パターンが異ならない場合や検素子部が活性状態でない場合でも検出素子部の異常を検出できるセンサの異常検出装置を提供する。【解決手段】  第１のガスと第２のガスとの間に配置され、第１のガスと第２のガスとの酸素分圧に応じた信号を出力する検出素子部２１と、該検出素子部を加熱するためのヒータ２２とを備えているセンサの異常を検出する装置であって、検出素子部２１の温度を検出する温度検出手段１０と、前記温度検出手段による温度検出に関連して得られる温度検出データと、正常な前記検出素子部を加熱したときに得られる基準温度データとを用いて、前記検出素子部の異常の有無を判断する判断手段３とを備えたセンサの異常検出装置１である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のガスと第２のガスとの間に配置され、前記第１のガスと前記第２のガスとの酸素分圧に応じた信号を出力する検出素子部と、該検出素子部を加熱するためのヒータとを備えているセンサの異常を検出する装置であって、
前記検出素子部の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段による温度検出に関連して得られる温度検出データと、正常な前記検出素子部を加熱したときに得られる基準温度データとを用いて、前記検出素子部の異常の有無を判断する判断手段とを備えたことを特徴とするセンサの異常検出装置。
【請求項２】
前記検出温度データ及び基準温度データは、前記温度検出手段によって検出する前記検出素子部の温度を含み、
前記判断手段は、前記ヒータ加熱後の所定時における前記検出素子部の温度を前記検出温度データと前記基準温度データとで比較して、前記検出温度データによる前記温度の方が低い場合に、前記検出素子部に異常ありとの判断を行うことを特徴とする請求項１に記載のセンサの異常検出装置。
【請求項３】
前記検出温度データ及び基準温度データは、前記温度検出手段によって検出する前記検出素子部の温度と該温度の検出時間とを含み、
前記判断手段は、前記検出温度データ及び前記基準温度データのそれぞれから時間当りの温度上昇率を求めて比較して、前記検出温度データによる前記温度上昇率の方が小さい場合に、前記検出素子部に異常ありとの判断を行うことを特徴とする請求項１に記載のセンサの異常検出装置。
【請求項４】
前記検出温度データ及び基準温度データは、前記検出素子部が所定温度となるまでの所要時間に関するデータを含み、
前記判断手段は、前記所要時間を前記検出温度データと前記基準温度データとで比較し、前記検出温度データによる前記所要時間の方が長い場合に、前記検出素子部に異常ありとの判断を行うことを特徴とする請求項１に記載のセンサの異常検出装置。
【請求項５】
前記検出温度データ及び基準温度データは、前記ヒータへの通電度合いに関するデータを含み、
前記判断手段は、所定条件における前記通電度合いを前記検出温度データおよび基準温度データとで比較して、前記検出温度データによる前記通電度合いの方が大きい場合に、前記検出素子部に異常ありとの判断を行うことを特徴とする請求項１に記載のセンサの異常検出装置。
【請求項６】
前記温度検出手段は、前記検出素子部に接続されて該検出素子部のインピーダンス値を算出するインピーダンス算出回路を含み、
前記判断手段は、前記インピーダンス算出回路が算出するインピーダンス値を用いて前記判断を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のセンサの異常検出装置。
【請求項７】
第１のガスと第２のガスとの間に配置され、前記第１のガスと前記第２のガスとの酸素分圧に応じた信号を出力する検出素子部と、該検出素子部を加熱するためのヒータとを備えているセンサの異常を検出する方法であって、
前記検出素子部の温度を検出して、正常な前記検出素子部を加熱したときに得られる基準温度データと比較し、前記温度の上昇度合いが前記基準温度データによる温度の上昇度合いよりも遅い場合に前記検出素子部に異常ありとの判断を行うことを特徴とするセンサの異常検出方法。
【請求項８】
前記温度検出手段の温度の検出を前記検出素子部のインピーダンス値を用いて行うことを特徴とする請求項７に記載のセンサの異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセンサの異常を検出するための異常検出装置に関し、特に空燃比を検出するときに使用されるセンサの異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、単にエンジンと称す）には、排気ガス中に含まれる有害成分を除去するため排気ガス浄化システムが配備されている。この排気ガス浄化システムを有効に機能させるためには、エンジンで燃焼される大気（空気）と燃料との混合割合、すなわち空燃比を厳密にコントロールすることが重要である。そこで、エンジンの排気通路中に排気ガスの酸素分圧を検出するため、例えば酸素センサを設置して理想的な空燃比（ストイキ）が得られるようにフィードバック制御を行っている。
【０００３】
図７（Ａ）は、一般的な酸素センサにおける検出素子部を示した図である。酸素センサ１００は、排気通路１２０内に突出するように配設された筒型の検出素子部１０１を備えている。検出素子部１０１は内面側に大気（空気）Airが導入され、外面側にはセンサカバー１０２を通過した排気ガスＥＧが接触するように形成されている。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）中ＣＲ内の検出素子部１０１の断面構造を示した図である。図７（Ｂ）で示すように、検出素子部１０１は固体電解質１０７を間にして内側に大気電極１０５、外側に排気電極１０６を被覆した構造を有している。固体電解質１０７は酸素（Ｏ２）がイオン化（Ｏ2-）した状態でその内部を移動可能な物質、例えばジルコニアなどによって形成されている。一般に固体電解質１０７は５００℃を越えるような高い温度にまで加熱しないと活性化しない。そこで、図７（Ａ）で示すように検出素子部１０１には加熱用のヒータ１１０が設置されている。
【０００４】
大気と排気ガスとには酸素分圧差があり、一般に大気側の酸素分圧が高い。その結果、酸素センサ１００内では内側の大気と外側の排気ガスとの酸素分圧差が小さくなるように、酸素がイオン化し固体電解質１０７を介して大気側から排気ガス側へと移動する。図７（Ｂ）で図示するように、酸素分子はイオン化する過程で４価の電子（ｅ−）を受け取り、イオン化した状態から分子に戻る過程で４価の電子を放出する。このような酸素の移動に応じて検出素子部１０１の内外表面の電極１０５、１０６で電子の移動が生じて検出素子部１０１に起電力が発生する。このように酸素センサ１００は、大気と排気ガスとの酸素分圧に応じた電圧を出力するので、従来から空燃比制御用のセンサとして使用されている。
【０００５】
ところが、図７（Ａ）で示すように、酸素センサ１００の検出素子部１０１に大気側と排気側とを連通するようなクラック等の異常（以下、単にクラックＣＫという）が発生する場合がある。検出素子部１０１にクラックＣＫがあると酸素センサ１００が正常に機能しなくなってしまう。
【０００６】
そこで、特許文献１では酸素センサの検出子欠損（検出素子部のクラック）の有無を判定する異常診断装置を提案している。この診断装置は、酸素センサの検出信号の出力分布に基づき検出素子部のクラック有無を判定して酸素センサの異常を診断する。特許文献１が提案する技術は、検出素子部にクラックが生じたときの酸素センサの出力パターンが正常時とは異なることに着目し、検出信号の出力分布を比較することで検出素子部のクラックの有無を判定している。ただし、この異常診断装置は正確な検出信号を用いて判定するため、検出素子部が一定温度に昇温して活性化するまで診断を禁止している。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１４６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１の異常診断装置は、酸素センサの検出素子部が活性化するまで待たなければ診断を行うことができない。また、排気通路内を流れる排気ガスの状態によっては、クラックのある検出素子部を冷す大気の流れが発生する場合がある。この場合には、酸素センサからの出力パターンは正常時と近い状態となるので正確に異常を診断できない場合がある。また、酸素センサが活性していない状態では出力が得られないので、従来の出力パターン判定を行うことができない。さらに、特許文献１の異常診断装置では、エンジンの運転状態によってリーン雰囲気が継続するようなときには正確に診断を行うことができない。
【０００９】
検出素子部を冷す大気の流れが発生する場合について、再度、図７（Ａ）を参照して説明する。排気通路１２０内を流れる排気ガスのガス圧はエンジンの状態により変化する。例えばエンジンがアイドル時であるときには排気ガスのガス圧が低くなる。ガス圧が低くいときには、検出素子部１０１内側の大気ＡｉｒにクラックＣＫを介して排気通路１２０側へ吸い出すような吸引力が作用する。吸引力を受けた大気Ａｉｒは、図示のように外に吸い出されるので内部に大気の流れが生じる。このような状態になると検出素子部１０１内の温度が低下すると共にヒータ１１０による加熱作用も低下してしまう。その結果、検出素子部の昇温に長時間を要することになるので、検出素子部が活性化しなければ診断を行えない特許文献１の異常診断装置は待機時間が長くなってしまう。
【００１０】
したがって、本発明の目的はクラックが発生しても大気の流れにより正常時と出力パターンが異ならない場合や検素子部が活性状態でない場合でも検出素子部の異常を検出できるセンサの異常検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、第１のガスと第２のガスとの間に配置され、前記第１のガスと前記第２のガスとの酸素分圧に応じた信号を出力する検出素子部と、該検出素子部を加熱するためのヒータとを備えているセンサの異常を検出する装置であって、前記検出素子部の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段による温度検出に関連して得られる温度検出データと、正常な前記検出素子部を加熱したときに得られる基準温度データとを用いて、前記検出素子部の異常の有無を判断する判断手段とを備えたセンサの異常検出装置によって達成できる。
【００１２】
本発明によると、前記検出素子部の温度検出に関連して得られる温度検出データと、正常な前記検出素子部を加熱したときに得られる基準温度データとを用いて、判断手段が検出素子部の異常の有無を判断するので、クラックが発生しても出力パターンが異ならない場合や検出素子部が活性状態でなくても異常を検出できる。
【００１３】
そして、前記検出温度データ及び基準温度データは、前記温度検出手段によって検出する前記検出素子部の温度を含み、前記判断手段は、前記ヒータ加熱後の所定時における前記検出素子部の温度を前記検出温度データと前記基準温度データとで比較して、前記検出温度データによる前記温度の方が低い場合に、前記検出素子部に異常ありとの判断を行うことができる。
【００１４】
また、前記検出温度データ及び基準温度データは、前記温度検出手段によって検出する前記検出素子部の温度と該温度の検出時間とを含み、前記判断手段は、前記検出温度データ及び前記基準温度データのそれぞれから時間当りの温度上昇率を求めて比較して、前記検出温度データによる前記温度上昇率の方が小さい場合に、前記検出素子部に異常ありとの判断を行うこともできる。
【００１５】
さらに、前記検出温度データ及び基準温度データは、前記検出素子部が所定温度となるまでの所要時間に関するデータを含み、前記判断手段は、前記所要時間を前記検出温度データと前記基準温度データとで比較し、前記検出温度データによる前記所要時間の方が長い場合に、前記検出素子部に異常ありとの判断を行うようにしてもよい。
【００１６】
また、前記検出温度データ及び基準温度データは、前記ヒータへの通電度合いに関するデータを含み、前記判断手段は、所定条件における前記通電度合いを前記検出温度データおよび基準温度データとで比較して、前記検出温度データによる前記通電度合いの方が大きい場合に、前記検出素子部に異常ありとの判断を行うようにしてもよい。
【００１７】
また、前記温度検出手段は、前記検出素子部に接続されて該検出素子部のインピーダンス値を算出するインピーダンス算出回路を含み、前記判断手段は、前記インピーダンス算出回路が算出するインピーダンス値を用いて前記判断を行うことができる。
【００１８】
また、上記目的は、第１のガスと第２のガスとの間に配置され、前記第１のガスと前記第２のガスとの酸素分圧に応じた信号を出力する検出素子部と、該検出素子部を加熱するためのヒータとを備えているセンサの異常を検出する方法であって、前記検出素子部の温度を検出して、正常な前記検出素子部を加熱したときに得られる基準温度データと比較し、前記温度の上昇度合いが前記基準温度データによる温度の上昇度合いよりも遅い場合に前記検出素子部に異常ありとの判断を行うセンサの異常検出方法によっても達成できる。前記温度検出手段の温度の検出を前記検出素子部のインピーダンス値を用いて行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、検出素子部の温度に関するデータを用いて異常有無を判断するので、検出素子部にクラックが発生しても大気の流れにより正常時と出力パターンが異ならない場合や検出素子部が活性状態ではない場合でも異常検出できる異常検出装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態に係るセンサの異常検出装置（以下、単に異常検出装置と称す）を図を参照して説明する。図１は、検出対象となる酸素センサに接続された状態での異常検出装置１を示したブロック図である。また、図２は図１に対応する電気的な構成例を示した図である。
【００２１】
図１に示すように、異常検出装置１は酸素センサ２の検出素子部２１に接続されるインピーダンス算出回路１０と、このインピーダンス算出回路１０によって算出されるインピーダンス値を用いて検出素子部２１のクラック（異常）の有無を判断する判断手段としてのＣＰＵ（central processing unit）３とを含んでいる。
【００２２】
酸素センサ２は、検出素子部２１及びこの検出素子部２１を加熱するためのヒータ２２を含んでいる。検出素子部２１は従来と同様の構造を有したものでよく、内側では大気（第１のガス）、外側では排気ガス（第２のガス）と接触するようにして排気通路に設置され酸素分圧に応じてグランドに対する起電力（図２の電池記号で表わす）を発生させる。なお、図１で示す例ではＣＰＵ３が酸素センサ２の制御も行うように構成されている。酸素センサ２で発生した起電力（信号）は起電力検出回路２５を介してＣＰＵ３へ供給される。
【００２３】
図２は、図１で示す２種類の回路、すなわちインピーダンス算出回路１０及び起電力検出回路２５をより詳細に示している。酸素センサ２の起電力をモニタする起電力検出回路２５は抵抗Ｒ１を含み、端子ＴＥ１及びＴＥ２を介して酸素センサ２に接続されている。酸素センサ２の一端はグランド（ＧＮＤ）に接続されており基準電圧が０（ゼロ）に設定されている。よって、正常に機能した酸素センサ２は酸素分圧に応じた起電力を発生させるので正の電圧がＣＰＵ３へ供給される。
【００２４】
ＣＰＵ３は、双方向バス４によってＲＯＭ５、ＲＡＭ６と接続されている。ＲＯＭ５にはインピーダンス値に基づいて検出素子部２１のクラック有無を判断するためのプログラム等、ＣＰＵ３が実行する種々のプログラムやデータが格納されている。ＲＡＭ６はＣＰＵ３がプログラムを実行するための処理領域を提供する。
【００２５】
また、図１で示したように酸素センサ２はヒータ２２を備えている。このヒータ２２は、５００℃を越える程度にまで検出素子部２１を加熱して活性化させるために配置されている。検出素子部２１の周囲温度が上昇するとインピーダンス値Impが低下し、これとは逆に検出素子部２１の周囲温度が低下するとインピーダンス値Impが上昇する。このような温度とインピーダンスとの相関関係に基づいて、インピーダンス値から検出素子部２１の温度を確認できる。そこで、ＣＰＵ３はインピーダンス算出回路１０から算出されるインピーダンス値から検出素子部２１の温度を確認してクラックの有無判断に使用する。よって、異常検出装置１ではインピーダンス算出回路１０が温度検出手段として機能する。
【００２６】
インピーダンス算出回路１０は酸素センサ２の検出素子部２１に接続されてインピーダンス値を算出する。このインピーダンス算出回路１０は、２つのスイッチング素子（トランジスタ）Ｔｒ１、Ｔｒ２、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ１を含むと共に、電流測定用のシャント抵抗Ｒｓを含んでいる。検出素子部２１の内部インピーダンスImpが小さいと大きな電流が流れ、これとは逆に内部インピーダンスImpが大きいと小さな電流が流れる。内部インピーダンスImpは、シャント抵抗Ｒｓの両端（Ｎ１とＮ２）で検出される電圧に基づいて算出できる。具体的には、インピーダンス測定をする時に、ＣＰＵ３がバッテリ２６からバッテリ電圧Ｖｐを印加すると共に、スイッチング素子Ｔｒ１をオン（ＯＮ）、スイッチング素子Ｔｒ２をオフ（ＯＦＦ）とし、この後にスイッチング素子Ｔｒ１をオフ（ＯＦＦ）、スイッチング素子Ｔｒ２をオン（ＯＮ）させる操作を行う。この操作前後での電圧変化に基づいて内部インピーダンスImpを算出する。
【００２７】
なお、図２において、上記インピーダンス算出回路１０、起電力検出回路２５、ＣＰＵ３、ＲＯＭ５、ＲＡＭ６等を含んで酸素センサ２用のＥＣＵ（electronic control unit:電子制御装置）７を形成した場合には、異常検出装置１はこのＥＣＵ７の一部によって実現できることになる。この場合にはＣＰＵ３に接続されているＲＯＭ５に酸素センサ２の異常検出用のプログラムを格納すればよい。そして、インピーダンス算出回路１０から算出されるインピーダンス値は検出素子部２１の活性を維持するために温度制御に使用される。すなわち、この場合にはインピーダンス算出回路１０から算出されるインピーダンス値が、検出素子部２１の温度制御及び検出素子部２１のクラックの有無判断で使用される。
【００２８】
図３はエンジンがアイドル状態等の低負荷状態で安定駆動されているときの排気通路に、正常なセンサと検出素子部にクラックの有るセンサのそれぞれを設置したときに得られるデータを比較して示した図である。ただし、低負荷状態の排気通路のガス圧は低いのでクラックの有る（異常のある）センサに関しては、大気が排気側に吸い出されている状態にある。図３の上段には酸素センサの出力、下段にはこのときの検出素子部のインピーダンス値Impを示している。また、横軸で時間（経過時間）を示している。
【００２９】
図３から確認できるように、大気が排気側に吸い出される状態では排気ガスが検出素子部に侵入しないので、クラックがあるにも拘わらず正常なセンサに近い出力波形が得られている。ところが下段で示すインピーダンス値を見ると、正常なセンサのインピーダンス値の出力波形（以下、基準インピーダンス波形）よりも、クラックの有るセンサのインピーダンス値の出力波形が上側となる。なお、基準インピーダンス波形は正常なセンサの温度変化を反映するものであるから基準温度データとみることができる。また、基準インピーダンス波形からインピーダンス値とそのインピーダンス値が出力された時間を確認できるので、基準インピーダンス波形は検出素子部２１の温度とその検出時間に関する情報を含む基準温度データとなる。
【００３０】
前述した説明から明らかなようにインピーダンス値が高くなることは、検出素子部の温度が低いことを表している。また、クラックがある（異常がある）センサでは大気極側の大気が排気側に吸い出されて冷却されると温度上昇度合いが遅くなる。これをインピーダンス値から見るとインピーダンスの下降度合いが遅いということである。よって、検出素子部の温度を反映するインピーダンス値を、基準インピーダンス波形と比較してクラック発生の有無を判断に利用できることになる。異常検出装置１はこのような観点に基づいて検出素子部のクラック有無判断を行うものである。
【００３１】
この異常検出装置１のＣＰＵ３は、検出素子部温度のインピーダンス値を算出（温度検出）したときに関連して得られる温度検出データと、上記基準インピーダンス波形（基準温度データ）とを用いてクラックの有無を判断する。温度検出データとして、例えば検出素子部２１のインピーダンス値（温度）に関するデータ、その算出（検出）時間に関するデータ、前記検出素子部が所定インピーダンス（温度）となるまでの所要時間に関するデータを用いることができる。なお、ＣＰＵ３がインピーダンス算出回路１０から出力信号を受けたときに、内部クロック等を活用してインピーダンス値とその算出時間とを確認して取得できるようなデータは、ここでの温度検出データに含めてもよい。次にＣＰＵ３が行う具体的な判断手法を図３を参照して説明する。
【００３２】
ＣＰＵ３による第１の手法は、ヒータ加熱後の所定時Ｔ１においてインピーダンス算出回路１０が算出するインピーダンス値Impと前記基準インピーダンス波形での同時Ｔ１における基準インピーダンス値ＳImpとの比較を行う。そして、ＣＰＵ３はインピーダンス値Impが基準インピーダンス値ＳImp以下とならない場合にクラック有りとの判断を行う。この所定時Ｔは複数設定してクラック有無の判断をより確実に行うようにしてもよい。例えば１０個の所定時Ｔ１〜Ｔ１０を設定して、これら全の時刻でインピーダンス値Impが基準インピーダンス値ＳImp以下とならない場合にクラック有りとの判断を行うようにしてもよい。ここでの所定時Ｔは、インピーダンスの算出時間と関連付けすることなく予め定めた一定時（例えばヒータ加熱から所定時間）としてもよいし、算出時間に関するデータを用いて例えばＮ回目の算出時等としてもよい。
【００３３】
また、クラックのある検出素子部は温度上昇の度合いが遅くなる傾向があるので温度上昇率が低い。これはインピーダンス値から見ると、クラックのある検出素子部は所定時間内でのインピーダンス値の変化が小さいということである。そこで、第２の手法は、インピーダンス値に関するデータ及びその算出時間に関するデータを用いて、図３で示すように所定時ｔ１と所定時ｔ２との間でのインピーダンス値の下降率（すなわち、温度上昇率）からＣＰＵ３がクラック有無の判断を行う。ＣＰＵ３は基準インピーダンス波形についての所定時ｔ１と所定時ｔ２間でインピーダンス値の差ΔＳImpと、インピーダンス算出回路１０が算出（出力）するインピーダンス値Impから求められるインピーダンス値の差ΔImpとを比較して、インピーダンス値の差ΔImpがインピーダンス値の差ΔＳImpより小さい場合にはクラック有りとの判断を行う。
【００３４】
第３の手法では所定温度となるまでの所要時間の長短に基づいて、ＣＰＵ３がクラック有無を判断する。第３の手法ではヒータ加熱後に所定のインピーダンス値ＰImp（すなわち所定温度）に達するまでの所要時間を、インピーダンス算出回路１０が算出するインピーダンス値Impと、基準インピーダンス波形から求められる基準インピーダンス値ＳImpとで比較する。ＣＰＵ３は基準インピーダンス値ＳImpの基準所要時間Ｔｓよりも、インピーダンス値Impの所要時間Ｔｉが長い場合にはクラック有りとの判断を行う。前述したようにクラックのあるセンサは温度上昇の度合いが遅くなる傾向があるのでこのような手法でも判断を行える。異常検出装置１は、上記いずれの手法を用いても検出素子部のクラック有無判断を行うことができる。上記基準インピーダンス波形に関する一連のデータはＲＯＭ５に格納されており、ＣＰＵ３がクラック有無の判断を行う際に読出して使用する。
【００３５】
図４は、異常検出装置１のＣＰＵ３が検出素子部２１のクラック有無判断を行うときのルーチン例を示したフローチャートである。検出素子部２１の温度上昇（すなわちインピーダンス値の低下）は、内部に配置したヒータ２２や酸素センサが接触する排気ガスの温度変化等の影響を受け易い。そこで、ここでは前提条件として「エンジン暖機終了」「酸素センサ暖機終了」及び「ヒータの性能確認終了」後であり、更に検出素子部にクラックがある場合に大気が吸い出される状態が形成され易いエンジンアイドル中であることを前提にして、ＣＰＵ３が検出素子部２１のクラック有無判断を行う例を示す。
【００３６】
このルーチンは例えばエンジンがスタートしたときに起動され、ＣＰＵ３は前提条件が成立しているか否かを確認すると共に（Ｓ１０１）、エンジンがアイドル状態となってから所定時間Ｘ１（ｓｅｃ）以上経過したかを確認する（Ｓ１０２）。その後、ヒータ２２への通電を強制的にＯＮとして（Ｓ１０３）、所定時間Ｘ２（ｓｅｃ）維持する（Ｓ１０４）。ＣＰＵ３は、このステップ１０４までを確認することでクラック有無判断を行う条件が揃ったことを確認する。
【００３７】
次のステップ１０５（Ｓ１０５）でインピーダンス算出回路１０から算出されるインピーダンス値ImpとＲＯＭ５から読み出した基準インピーダンス値ＳImpとを比較する。算出されたインピーダンス値Impが基準インピーダンス値ＳImpより大きい場合には、正常状態よりも検出素子部の温度が低いことになるのでクラック有りと判断できる。よって、ＣＰＵ３はこの場合には酸素センサ２に異常ありと判断して（Ｓ１０６）、本ルーチンよる処理を終了する。これとは逆に算出されたインピーダンス値Impが基準インピーダンス値ＳImp以下の場合には検出素子部が十分昇温していると推定できる。よって、ＣＰＵ３はこの場合には酸素センサ２は正常であるとして（Ｓ１０７）、本フローチャートによる処理を繰り返す。
【００３８】
上記のように実行される異常検出装置１のＣＰＵ３によるクラック有無の判断は、検出素子部２１の温度を反映するインピーダンス値に基づくので、クラックがあっても正常と同様に出力する酸素センサや検出素子部が活性状態となっていない酸素センサであってもクラックの有無判断を行える。なお、図４で示すフローチャートは、所定時におけるインピーダンス値に基づいてクラック有無を判断する手法（第１の手法）を採用した例である。上記第２の手法或いは第３の手法を採用しても同様に酸素センサ２の異常を検出できる。また、上記した３個の手法を組合せてクラックの有無判断をより精度良く行うようにしてもよい。
【００３９】
さらに、インピーダンスを用いてクラック有無を判断する第４の手法について説明する。この手法はＣＰＵ３がインピーダンスを用いて検出素子部２１の活性を維持するために酸素センサ２の温度制御も行っている場合に効率的な手法である。前述したように酸素センサ２を機能させるためには検出素子部２１を所定温以上に維持することが必要である。ＣＰＵ３は検出素子部２１の温度維持のため、検出素子部２１の温度が低下したときにはヒータ２２に通電を行って昇温させる制御を行う。例えば検出素子部２１の最適温度（活性に必要な温度）に対応した目標インピーダンス値ＭImpをＲＯＭ５に予め記憶しておき、ＣＰＵ３がインピーダンス算出回路１０によって検出したインピーダンス値と目標インピーダンス値ＭImpとを比較してヒータ２２への通電を制御して検出素子部２１を温度維持する。
【００４０】
具体的に説明すると、ＣＰＵ３はインピーダンス算出回路１０で検出したインピーダンス値が目標インピーダンス値ＭImpより大きい場合には検出素子部２１の温度が低いものとしてヒータ２２への通電を行う。これとは逆にＣＰＵ３は検出したインピーダンス値が目標インピーダンス値ＭImpより小さい場合には検出素子部２１が十分に昇温しているとしてヒータ２２への通電を遮断する。よって、ヒータ２２への通電度合いを確認することで検出素子部２１の状態を知ることができる。
【００４１】
図５は、検出素子部にクラックのない正常な酸素センサと検出素子部にクラックのある異常な酸素センサとについてＣＰＵ３による温度制御の様子を比較して示した図である。（Ａ）は検出素子部２１にクラックの無い正常な酸素センサ２について示し、（Ｂ）は検出素子部２１にクラックが発生している異常な酸素センサ２について示している。各図では上側にインピーダンス値の変化、下側にヒータのオン／オフのタイミングを示している。
【００４２】
図５から確認できるように、クラックが発生した酸素センサ２ではインピーダンスの波形が上下動する頻度が高く不安定である。そして、特にヒータ２２へ通電をオンとしている時間が長くなっている。すなわち、図５はクラックが発生している検出素子部は温度が低下し易く、更にヒータに通電しても昇温し難いので、正常な酸素センサと比較してヒータへの電力供給量が多くなる（通電度合いが高くなる）ことを示している。検出素子部２１にクラックが発生している場合には温度が低下し易くなるので、ＣＰＵ３は酸素センサの活性化を維持するためヒータへの通電度合いを高くする。よって、検出素子部２１にクラックが発生している場合には、正常な検出素子部と比較して一定時間内におけるヒータ２２への通電量（電力供給量）が増加する。
【００４３】
したがって、例えば所定時間（モニタ時間）内においてヒータ２２への通電率が所定値以上の場合に、通電度合いが高いことを示すので検出素子部２１にクラックが発生していると判断できることになる。そして、インピーダンスを用いてヒータ制御を行っている場合には、検出しているインピーダンス値が目標インピーダンス値ＭImpより小さくなる割合が通電率と対応することになる。よって、第４の手法では所定時間内において検出しているインピーダンス値が目標インピーダンス値ＭImp未満となる積算時間が基準時間を越えたときに検出素子部２１にクラックが発生していると判断できることになる。
【００４４】
具体的には、ＣＰＵ３がインピーダンス算出回路１０で検出したインピーダンス値が目標インピーダンス値ＭImpより小さくなる時間を確認して積算する。積算時間が予め設定した所定時間を越えた場合に検出素子部２１にクラックがあるとの判断を行う。この手法の場合には、前述した温度検出データ及び基準温度データとして検出素子部２１を加熱するヒータ２２へ通電率や通電時間などが含まれることになる。なお、クラック判断に用いる基準時間は通電率に基づいて予め設定してＲＯＭ５に記憶しておけばよい。
【００４５】
さらに、図６を参照して第４の手法に関する条件等について説明する。図６は検出素子部２１に形成されたクラックの大きさ（ここでは穴径で規定）と通電率との関係及び負荷条件の異なるエンジンの排気通路に酸素センサ２を配置したときの影響について示している。図６からクラックが大きくなると通電率が上昇することが分かる。また、白抜きの菱形で示す低負荷での定常走行（例えば４０ｋｍ/ｈ）継続時の方が、黒塗り正方形で示す中負荷での定常走行（例えば６０ｋｍ/ｈ）継続時よりも通電率が相対的に高くなっている。エンジンの負荷が大きくなるに従って排気ガス温が高くなるので、検出素子部も加熱される。そのためクラック発生による検出素子部の冷却効果を確認し難くなるためである。すなわち、低負荷走行時の方がクラック発生による冷却による影響を受け易いので検出素子部２１のクラック有無判断を正確に行える。よって、第４の手法によるクラック判断はセンサ暖機及びエンジン暖機が完了した後であり、エンジンが比較的低負荷の運転状態にある時に実行することが望ましい。例えば図６から、低負荷走行の場合には、通電率が７０％を超えたときにクラック有りとの判断を行うようにすると、約0.1ｍｍ径の小さなクラックでも検出できることになる。なお、エンジンが中負荷以上の運転状態についての通電率のデータを試験等により予め取得しておけば、中或いは高負荷状態についてもクラック判断を行うことができる。なお、上記では通電度合いを通電率で確認する場合を一例として説明しているが、ヒータ２２への通電量により通電度合いを確認するようにしてもよいし、またヒータ２２への積算通電量や積算通電時間を用いてもよい。
【００４６】
本発明の異常検出装置は、検出素子部の温度を検出し、正常な前記検出素子部を加熱したときに得られる基準温度データと比較して検出素子部のクラック有無を判断するので、クラックがあっても正常と同様に出力するセンサや検出素子部が活性状態となっていないセンサでも異常検出を行なえる。また、本発明の異常検出装置は検出素子部の温度変化に基づいてクラック有無を判断するので、リーン状態が継続するようなエンジンの運転状況でも判断を行える。なお、上記実施形態はインピーダンス値を用いて温度検出を行うと共に温度検出手段としてはインピーダンス算出回路を用いているが、検出素子部の温度を直接測定するセンサを用いて検出素子部のクラック有無を判断するようにしてもよい。また、上記実施形態は酸素分圧に応じて起電力を発生させる酸素センサを例に説明したが、これに限らず検出素子部にバイアス電圧を印加して限界電流から酸素濃度を知るように構成した空燃比センサ（全域空燃比センサ或いはリニア空燃比センサ等とも称される）にも本発明を適用できる。
【００４７】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】検出対象となる酸素センサに接続された状態での異常検出装置を示したブロック図である。
【図２】図１に対応する電気的な構成例を示した図である。
【図３】エンジンがアイドル状態等の低負荷状態で安定駆動されているときの排気通路に、正常なセンサと検出素子部にクラックの有るセンサのそれぞれを設置したときに得られたデータを比較して示した図である。
【図４】異常検出装置のＣＰＵが検出素子部のクラック有無判断を行うときのルーチン例を示したフローチャートである。
【図５】検出素子部にクラックのない正常な酸素センサと検出素子部にクラックのある異常な酸素センサとについてＣＰＵによる温度制御の様子を比較して示した図である。
【図６】検出素子部に形成されたクラックの大きさと通電率との関係及び負荷条件の異なるエンジンの排気通路に酸素センサを配置したときの影響について示した図である。
【図７】一般的な酸素センサにおける検出素子部を示した図、（Ｂ）は図（Ａ）中ＣＲ内の検出素子部の断面構造を示した図である。
【符号の説明】
【００４９】
１                異常検出装置
２                酸素センサ
３                ＣＰＵ（判断手段）
１０              インピーダンス算出回路
２１              検出素子部
２２              ヒータ
２５              起電力検出回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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