(57)【要約】【課題】ＮＯXセンサの故障を診断する。【解決手段】ＮＯXセンサ１は、酸素ポンプセルによってＮＯXセンサ内に到来した排気ガスから酸素を排出して該排気ガス中の酸素濃度を所定の濃度にまで低下させ、その後、酸素生成セルによって排気ガス中のＮＯXを分解して新たに酸素を生成し、その後、酸素濃度検出セルによって排気ガス中の酸素濃度を検出することによって排気ガス中のＮＯX濃度を検出する。酸素濃度検出セルが排気ガス中の酸素濃度に応じた出力値を出力する。ＮＯXセンサに到来する排気ガス中の酸素濃度およびＮＯX濃度が既知であるときに酸素ポンプセルに特定の電圧を印加する。このときに酸素濃度検出セルから出力される出力値が該酸素濃度検出セルが正常であるときにとりうると予想される値からずれているときにＮＯXセンサが故障していると診断する。【選択図】図１
2006267126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧が印加されると印加された電圧に応じた量の酸素を排気ガスから排出する酸素ポンプセルと、該酸素ポンプセルによって酸素が排出された後の排気ガス中のＮＯXを分解して新たに酸素を生成する酸素生成セルと、該酸素生成セルによって新たに酸素が生成された後の排気ガス中の酸素濃度を検出することができる酸素濃度検出セルとを具備し、上記酸素ポンプセルによってＮＯXセンサ内に到来した排気ガスから酸素を排出して該排気ガス中の酸素濃度を所定の濃度にまで低下させ、その後、上記酸素生成セルによって排気ガス中のＮＯXを分解して新たに酸素を生成し、その後、上記酸素濃度検出セルによって排気ガス中の酸素濃度を検出することによって排気ガス中のＮＯX濃度を検出するＮＯXセンサの故障を診断するための故障診断装置において、上記酸素濃度検出セルが排気ガス中の酸素濃度に応じた出力値を出力するようになっており、ＮＯXセンサに到来する排気ガス中の酸素濃度およびＮＯX濃度が既知であるときに酸素ポンプセルに特定の電圧を印加し、このときに酸素濃度検出セルから出力される出力値が該酸素濃度検出セルが正常であるときにとりうると予想される値からずれているときにＮＯXセンサが故障していると診断することを特徴とする故障診断装置。
【請求項２】
電圧が印加されると印加された電圧に応じた量の酸素を排気ガスから排出する酸素ポンプセルと、該酸素ポンプセルによって酸素が排出された後の排気ガス中のＮＯXを分解して新たに酸素を生成する酸素生成セルと、該酸素生成セルによって新たに酸素が生成された後の排気ガス中の酸素濃度を検出することができる酸素濃度検出セルとを具備し、上記酸素ポンプセルによってＮＯXセンサ内に到来した排気ガスから酸素を排出して該排気ガス中の酸素濃度を所定の濃度にまで低下させ、その後、上記酸素生成セルによって排気ガス中のＮＯXを分解して新たに酸素を生成し、その後、上記酸素濃度検出セルによって排気ガス中の酸素濃度を検出することによって排気ガス中のＮＯX濃度を検出するＮＯXセンサの故障を診断するための故障診断装置において、上記酸素濃度検出セルが排気ガス中の酸素濃度に応じた出力値を出力するようになっており、ＮＯXセンサに到来する排気ガス中の酸素濃度は変化するが該排気ガス中のＮＯX濃度は一定であるときに酸素ポンプセルに一定の電圧を印加しておき、このときに酸素濃度検出セルから出力される出力値に関するパラメータ値が該酸素濃度検出セルが正常であるときにとりうると予想される値からずれているときにＮＯXセンサが故障していると診断することを特徴とする故障診断装置。
【請求項３】
電圧が印加されると印加された電圧に応じた量の酸素を排気ガスから排出する酸素ポンプセルと、該酸素ポンプセルによって酸素が排出された後の排気ガス中のＮＯXを分解して新たに酸素を生成する酸素生成セルと、該酸素生成セルによって新たに酸素が生成された後の排気ガス中の酸素濃度を検出することができる酸素濃度検出セルとを具備し、上記酸素ポンプセルによってＮＯXセンサ内に到来した排気ガスから酸素を排出して該排気ガス中の酸素濃度を所定の濃度にまで低下させ、その後、上記酸素生成セルによって排気ガス中のＮＯXを分解して新たに酸素を生成し、その後、上記酸素濃度検出セルによって排気ガス中の酸素濃度を検出することによって排気ガス中のＮＯX濃度を検出するＮＯXセンサの故障を診断するための故障診断装置において、上記酸素濃度検出セルが排気ガス中の酸素濃度に応じた出力値を出力するようになっており、ＮＯXセンサに到来する排気ガス中の酸素濃度およびＮＯX濃度が一定であるときに酸素ポンプセルに電圧を変化させつつ印加し、このときに酸素濃度検出セルから出力される出力値に関するパラメータ値が該酸素濃度検出セルが正常であるときにとりうると予想される値からずれているときにＮＯXセンサが故障していると診断することを特徴とする故障診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＮＯXセンサの故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯX）の濃度を検出することができるＮＯXセンサが、特許文献１に開示されている。こうしたＮＯXセンサは、それによって検出される排気ガス中のＮＯX濃度を利用して、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯX濃度が一定濃度よりも低くなるように、内燃機関の運転パラメータをフィードバック制御するために用いられる。すなわち、ＮＯXセンサは、内燃機関の排気エミッションを低いレベルに維持するために用いられる。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１１３４８４号公報
【特許文献２】特開平１１−１４８９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したＮＯXセンサが故障した場合、この故障しているＮＯXセンサによって検出された排気ガス中のＮＯX濃度に基づいて、内燃機関の運転パラメータをフィードバック制御してしまうと、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯX濃度が一定濃度よりも低くならない可能性がある。したがって、内燃機関の排気エミッションを低いレベルに維持するためには、ＮＯXセンサが故障しているか否かを診断することが重要である。そこで、本発明の目的は、ＮＯXセンサの故障を診断することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、１番目の発明では、電圧が印加されると印加された電圧に応じた量の酸素を排気ガスから排出する酸素ポンプセルと、該酸素ポンプセルによって酸素が排出された後の排気ガス中のＮＯXを分解して新たに酸素を生成する酸素生成セルと、該酸素生成セルによって新たに酸素が生成された後の排気ガス中の酸素濃度を検出することができる酸素濃度検出セルとを具備し、上記酸素ポンプセルによってＮＯXセンサ内に到来した排気ガスから酸素を排出して該排気ガス中の酸素濃度を所定の濃度にまで低下させ、その後、上記酸素生成セルによって排気ガス中のＮＯXを分解して新たに酸素を生成し、その後、上記酸素濃度検出セルによって排気ガス中の酸素濃度を検出することによって排気ガス中のＮＯX濃度を検出するＮＯXセンサの故障を診断するための故障診断装置において、上記酸素濃度検出セルが排気ガス中の酸素濃度に応じた出力値を出力するようになっており、ＮＯXセンサに到来する排気ガス中の酸素濃度およびＮＯX濃度が既知であるときに酸素ポンプセルに特定の電圧を印加し、このときに酸素濃度検出セルから出力される出力値が該酸素濃度検出セルが正常であるときにとりうると予想される値からずれているときにＮＯXセンサが故障していると診断する。
【０００６】
上記課題を解決するために、２番目の発明では、電圧が印加されると印加された電圧に応じた量の酸素を排気ガスから排出する酸素ポンプセルと、該酸素ポンプセルによって酸素が排出された後の排気ガス中のＮＯXを分解して新たに酸素を生成する酸素生成セルと、該酸素生成セルによって新たに酸素が生成された後の排気ガス中の酸素濃度を検出することができる酸素濃度検出セルとを具備し、上記酸素ポンプセルによってＮＯXセンサ内に到来した排気ガスから酸素を排出して該排気ガス中の酸素濃度を所定の濃度にまで低下させ、その後、上記酸素生成セルによって排気ガス中のＮＯXを分解して新たに酸素を生成し、その後、上記酸素濃度検出セルによって排気ガス中の酸素濃度を検出することによって排気ガス中のＮＯX濃度を検出するＮＯXセンサの故障を診断するための故障診断装置において、上記酸素濃度検出セルが排気ガス中の酸素濃度に応じた出力値を出力するようになっており、ＮＯXセンサに到来する排気ガス中の酸素濃度は変化するが該排気ガス中のＮＯX濃度は一定であるときに酸素ポンプセルに一定の電圧を印加しておき、このときに酸素濃度検出セルから出力される出力値に関するパラメータ値が該酸素濃度検出セルが正常であるときにとりうると予想される値からずれているときにＮＯXセンサが故障していると診断する。なお、後述する実施形態において、パラメータ値は、変化率、または、軌跡長、または、軌跡面積に相当する。
【０００７】
上記課題を解決するために、３番目の発明では、電圧が印加されると印加された電圧に応じた量の酸素を排気ガスから排出する酸素ポンプセルと、該酸素ポンプセルによって酸素が排出された後の排気ガス中のＮＯXを分解して新たに酸素を生成する酸素生成セルと、該酸素生成セルによって新たに酸素が生成された後の排気ガス中の酸素濃度を検出することができる酸素濃度検出セルとを具備し、上記酸素ポンプセルによってＮＯXセンサ内に到来した排気ガスから酸素を排出して該排気ガス中の酸素濃度を所定の濃度にまで低下させ、その後、上記酸素生成セルによって排気ガス中のＮＯXを分解して新たに酸素を生成し、その後、上記酸素濃度検出セルによって排気ガス中の酸素濃度を検出することによって排気ガス中のＮＯX濃度を検出するＮＯXセンサの故障を診断するための故障診断装置において、上記酸素濃度検出セルが排気ガス中の酸素濃度に応じた出力値を出力するようになっており、ＮＯXセンサに到来する排気ガス中の酸素濃度およびＮＯX濃度が一定であるときに酸素ポンプセルに電圧を変化させつつ印加し、このときに酸素濃度検出セルから出力される出力値に関するパラメータ値が該酸素濃度検出セルが正常であるときにとりうると予想される値からずれているときにＮＯXセンサが故障していると診断する。なお、後述する実施形態において、パラメータ値は、変化率、または、軌跡長、または、軌跡面積に相当する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＮＯXセンサの故障が診断される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、ＮＯXセンサの故障を診断するための本発明の故障診断装置について説明する。ＮＯXセンサは図２において、参照番号１で示されており、このＮＯXセンサ１は内燃機関５０に接続された排気通路５１に取り付けられ、内燃機関５０から排出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯX）の濃度を検出することができる。ＮＯXセンサ１からは排気ガス中のＮＯX濃度に対応する出力が図示していない電子制御装置（ＥＣＵ）に送られる。ＥＣＵは、ＮＯXセンサ１から受信したＮＯX濃度に対応する出力値に基づいて、内燃機関の運転状態が所望の運転状態になるように、内燃機関の運転条件を変更する。
【００１０】
ＮＯXセンサ１が適用される内燃機関は、大部分の機関運転領域において、燃焼室内における空燃比が理論空燃比よりも大きいリーンであるような圧縮点火式の内燃機関である。この圧縮点火式の内燃機関では、燃焼室において酸素過剰状態で燃料が燃焼するので、燃焼室内にてＮＯXが生成されやすく、燃焼室から排出される排気ガスにはＮＯXが含まれている。
【００１１】
さて、ＮＯXセンサ１のセンサ部の構造を示した図１を参照すると、ＮＯXセンサ１のセンサ部は互いに積層された６つの酸化ジルコニウム等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなり、これら６つの固体電解質層を以下、上から順に第１層Ｌ1、第２層Ｌ2、第３層Ｌ3、第４層Ｌ4、第５層Ｌ5、第６層Ｌ6と称する。
【００１２】
第１層Ｌ1と第３層Ｌ3との間には、例えば、多孔質材料または細孔を形成されている材料からなる第１の拡散律速部材２と第２の拡散律速部材３とが配置されている。これら拡散律速部材２，３間には、第１室４が形成される。第２の拡散律速部材３と第２層Ｌ2との間には、第２室５が形成されている。また、第３層Ｌ3と第５層Ｌ5との間には、外気に連通している大気室６が形成されている。一方、第１の拡散律速部材２の外端面は排気ガスと接触している。したがって、排気ガスは第１の拡散律速部材２を介して第１室４内に流入し、斯くして、第１室４内は排気ガスで満たされている。
【００１３】
一方、第１室４に面する第１層Ｌ1の内周面上には、陰極側第１ポンプ電極７が形成されている。第１層Ｌ1の外周面上には、陽極側第１ポンプ電極８が形成されている。これら第１ポンプ電極７，８間には第１ポンプ電圧源９により電圧が印加される。第１ポンプ電極７，８間に電圧が印加されると、第１室４内の排気ガス中に含まれる酸素が陰極側第１ポンプ電極７と接触して酸素イオンとなる。この酸素イオンは、第１層Ｌ1内を陽極側第１ポンプ電極８に向けて流れる。したがって、第１室４内の排気ガス中に含まれる酸素は第１層Ｌ1内を移動して外部に汲み出されることになる。このとき外部に汲み出される酸素量は第１ポンプ電圧源９の電圧が高くなるほど多くなる。
【００１４】
すなわち、本実施形態では、陰極側第１ポンプ電極７および陽極側第１ポンプ電極８が、それぞれ、排気ガスから酸素を排出するための第１の酸素ポンプセルの対面する２つの電極板を構成する。
【００１５】
一方、大気室６に面する第３層Ｌ3の内周面上には、基準電極１０が形成されている。ところで、酸素イオン伝導性のある固体電解質からなる層（以下、固体電解質層と称す）では、固体電解質層の両側において酸素濃度に差があると、酸素濃度の高い側から酸素濃度の低い側に向けて固体電解質層内を酸素イオンが移動する。図１に示されている例では、大気室６内の酸素濃度の方が第１室４内の酸素濃度よりも高いので、大気室６内の酸素は基準電極１０と接触することによって電荷を受け取って酸素イオンとなる。この酸素イオンは第３層Ｌ3、第２層Ｌ2および第１層Ｌ1内を移動し、陰極側第１ポンプ電極７において電荷を放出する。その結果、基準電極１０と陰極側第１ポンプ電極７との間に符号１１で示した電圧Ｖ0が発生する。この電圧Ｖ0は大気室６内と第１室４内との酸素濃度差に比例する。
【００１６】
図１に示されている例では、排気ガス中のＮＯX濃度を検出するときには、この電圧Ｖ0が第１室４内の酸素濃度が１p.p.m.のときに生ずる電圧に一致するように、第１ポンプ電圧源９の電圧がフィードバック制御される。すなわち、第１室４内の酸素は第１室４内の酸素濃度が１p.p.m.となるように第１層Ｌ1を通って汲み出され、それによって、第１室４内の酸素濃度が１p.p.m.に維持される。
【００１７】
すなわち、本実施形態では、基準電極１０および陰極側第１ポンプ電極７が、それぞれ、第１室４内の排気ガス中の酸素濃度を監視するための第１の酸素濃度監視セルの対面する２つの電極板を構成する。
【００１８】
なお、陰極側第１ポンプ電極７は、ＮＯXに対しては還元性の低い材料、例えば、金（Ａｕ）と白金（Ｐｔ）との合金から形成されており、したがって、排気ガス中に含まれるＮＯXは第１室４内ではほとんど還元されない。したがって、このＮＯXは第２の拡散律速部材３を通って第２室５内に流入する。
【００１９】
一方、第２室５に面する第１層Ｌ1の内周面上には、陰極側第２ポンプ電極１２が形成されている。陰極側第２ポンプ電極１２と陽極側第１ポンプ電極８との間には、第２ポンプ電圧源１３によって電圧が印加される。これらポンプ電極１２，８間に電圧が印加されると、第２室５内の排気ガス中に含まれる酸素が陰極側第２ポンプ電極１２と接触して酸素イオンとなる。この酸素イオンは第１層Ｌ1内を陽極側第１ポンプ電極８に向けて流れる。したがって、第２室５内の排気ガス中に含まれる酸素は第１層Ｌ1内を移動して外部に汲み出されることになる。このときに外部に汲み出される酸素量は第２ポンプ電圧源１３の電圧が高くなるほど多くなる。
【００２０】
すなわち、本実施形態では、陰極側第２ポンプ電極１２および陽極側第１ポンプ電極８も、それぞれ、排気ガスから酸素を排出するための第２の酸素ポンプセルの対面する２つの電極板を構成する。
【００２１】
一方、上述したように、固体電解質層の両側において酸素濃度に差があると、酸素濃度の高い側から酸素濃度の低い側に向けて固体電解質層内を酸素イオンが移動する。図１に示されている例では、第２室５内の酸素濃度よりも大気室６内の酸素濃度のほうが高いので、大気室６内の酸素は基準電極１０と接触することによって電荷を受け取って酸素イオンとなる。この酸素イオンは第３層Ｌ3、第２層Ｌ2および第１層Ｌ1内を移動し、陰極側第２ポンプ電極１２において電荷を放出する。その結果、基準電極１０と陰極側第２ポンプ電極１２との間に符号１４で示した電圧Ｖ1が発生する。この電圧Ｖ1は大気室６内と第２室５内との酸素濃度差に比例する。
【００２２】
図１に示されている例では、排気ガス中のＮＯX濃度を検出するときには、この電圧Ｖ1が第２室５内の酸素濃度が０．０１p.p.m.のときに生ずる電圧に一致するように、第２ポンプ電圧源１３の電圧がフィードバック制御される。すなわち、第２室５内の酸素は第２室５内の酸素濃度が０．０１p.p.m.となるように第１層Ｌ1を通って汲み出され、それによって第２室５内の酸素濃度が０．０１p.p.m.に維持される。
【００２３】
すなわち、本実施形態では、基準電極１０および陰極側第２ポンプ電極１２が、それぞれ、第２室５内の排気ガス中の酸素濃度を監視するための第２の酸素濃度監視セルの対面する２つの電極板を構成する。
【００２４】
なお、陰極側第２ポンプ電極１２もＮＯXに対しては還元性の低い材料、例えば、金（Ａｕ）と白金（Ｐｔ）との合金から形成されており、したがって、排気ガス中に含まれるＮＯXは陰極側第２ポンプ電極１２と接触してもほとんど還元されない。
【００２５】
一方、第２室５に面する第３層Ｌ3の内周面上には、ＮＯX検出用の陰極側ポンプ電極１５が形成されている。陰極側ポンプ電極１５はＮＯXに対して強い還元性を有する材料、例えば、ロジウム（Ｒｈ）や白金（Ｐｔ）から形成されている。したがって、第２室５内のＮＯX、実際には大部分を占めるＮＯが陰極側ポンプ電極１５上においてＮ2とＯ2とに分解される。図１に示されているように、陰極側ポンプ電極１５と基準電極１０との間には、一定電圧１６が印加されており、したがって、陰極側ポンプ電極１５上において分解生成されたＯ2は酸素イオンとなって第３層Ｌ3内を基準電極１０に向けて移動する。このとき、陰極側ポンプ電極１５と基準電極１０との間には、この酸素イオン量に比例した符号１７で示した電流Ｉ1が流れる。
【００２６】
すなわち、本実施形態では、陰極側ポンプ電極１５および基準電極１０が、それぞれ、排気ガス中のＮＯXを分解して新たに酸素を生成するための酸素生成セルの対面する２つの電極板を構成する。さらに、これら陰極側ポンプ電極１５および基準電極１０は、それぞれ、酸素生成セルによって生成された酸素濃度を検出するための酸素濃度検出セルの対面する２つの電極板をも構成する。
【００２７】
上述したように、第１室４内ではＮＯXはほとんど還元されず、また、第２室５内には酸素はほとんど存在しない。したがって電流Ｉ1は排気ガス中に含まれるＮＯX濃度に比例することになり、斯くして電流Ｉ1から排気ガス中のＮＯX濃度を検出できることになる。
【００２８】
なお、第５層Ｌ5と第６層Ｌ6との間には、ＮＯXセンサ１のセンサ部を加熱するための電気ヒータ１９が配置されている。この電気ヒータ１９によってＮＯXセンサ１のセンサ部は７００℃から８００℃に加熱される。
【００２９】
次に、ＮＯXセンサの故障を診断するための本発明の故障診断装置について図３を参照して説明する。陰極側第１ポンプ電極７と陽極側第１ポンプ電極８との間、すなわち、第１の酸素ポンプセルの電極板７，８間に電圧が印加され、第１室４から外部へと酸素が排出されると、電極板７，８間に符号１８で示した電流Ｉ2が流れる。電流Ｉ2は第１室４から外部へと排出される酸素の量に比例する。電極板７，８間に印加される電圧が高くなるほど、第１室４から外部へと排出される酸素の量は多くなり、したがって、このとき、電流Ｉ2も大きくなる。
【００３０】
また、図３は、第１室４内の排気ガスの空燃比（すなわち、酸素濃度）と第１の酸素ポンプセルの電極板７，８間に印加される電圧Ｅとそのときに電極板７，８間に流れる電流Ｉ2との関係を示している。図３において、線Ｌａｉｒは排気ガス中の酸素濃度が空気中の酸素濃度に等しいときの印加電圧Ｅと電流Ｉ2との関係を示し、線Ｌ１８は排気ガスの空燃比が１８であるときの印加電圧Ｅと電流Ｉ2との関係を示し、線Ｌ１６は排気ガスの空燃比が１６であるときの印加電圧Ｅと電流Ｉ2との関係を示している。ここで排気ガスの空燃比とは、内燃機関の燃焼室内に供給された空気と燃料との比を意味する。
【００３１】
排気ガス中の酸素濃度が空気中の酸素濃度に等しい場合を例にとって説明すると、このときには、印加電圧Ｅが零から大きくなるほど、電流Ｉ2も線Ｌａｉｒに沿って大きくなる。そして、印加電圧Ｅが或る特定の値に達すると印加電圧Ｅが大きくなったとしても電流Ｉ2はそれほど大きくならず、印加電圧Ｅに関係なく略一定の値で推移する。しかしながら、印加電圧Ｅがさらに大きくなって或る特定の値を超えると、印加電圧Ｅが大きくなるほど、電流Ｉ2も線Ｌａｉｒに沿って大きくなる。
【００３２】
排気ガス中の酸素濃度が空気中の酸素濃度ではない場合であっても、印加電圧Ｅに関係なく電流Ｉ2が略一定の値で推移するときのその電流Ｉ2の値が異なることを除けば、印加電圧Ｅと電流Ｉ2との関係は、排気ガス中の酸素濃度が空気中の酸素濃度に等しい場合の関係に概ね類似している。なお、排気ガスの空燃比が小さくなるほど、印加電圧Ｅに関係なく電流Ｉ2が略一定の値で推移するときのその電流Ｉ2の値は小さくなる。
【００３３】
このように、第１の酸素ポンプセルに印加される印加電圧Ｅと電流Ｉ2との間の関係は予め判っているので、排気ガス中の酸素濃度が既知であれば、第１の酸素ポンプセルが正常である場合に、第１の酸素ポンプセルに一定の電圧が印加されたときの電流Ｉ2の値は計算によって予想可能である。
【００３４】
そこで、第１の実施形態の故障診断装置では、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が既知であるという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、第１の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ2を検出し、この電流Ｉ2が第１の酸素ポンプセルが正常であるときにとりうると予想される値（以下、予想値と称す）にあれば、第１の酸素ポンプセルは正常であり、したがって、ＮＯXセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ2が上記予想値からずれていれば、第１の酸素ポンプセルは故障しており、したがって、ＮＯXセンサ１は故障していると診断する。
【００３５】
なお、印加電圧Ｅに関係なく電流Ｉ2が略一定の値で推移するときのその印加電圧Ｅを所定電圧と称すると、第１の酸素ポンプセルにこの所定電圧が印加された場合、第１の酸素ポンプセルが正常であれば、第１の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ2は略一定の値で推移する。ここで、第１の酸素ポンプセルが正常であると診断するときに用いる上記予想値をこの略一定の値近傍の範囲とすれば、第１の酸素ポンプセルの故障以外の原因によって電流Ｉ2が予想値から僅かにずれた場合に、第１の酸素ポンプセルが故障しているとは診断されず、第１の酸素ポンプセルの故障によって電流Ｉ2が予想値から比較的大きくずれた場合にのみ、第１の酸素ポンプセルが故障していると診断されるようになるので、ＮＯXセンサ１の故障を精度高く診断することができる。
【００３６】
また、排気ガス中の酸素濃度が既知であるときとは、例えば、機関減速時に燃料噴射弁からの燃料が停止されるようになっている場合には、内燃機関の運転状態がこの燃料噴射弁から燃料が停止される運転状態（以下、フューエルカット運転状態と称す）にあるときである。このときの排気ガス中の酸素濃度は大気中の酸素濃度に等しい。
【００３７】
或いは、排気ガス中の酸素濃度が既知であるときとは、例えば、通常は排気ガスの空燃比は理論空燃比よりも大きくリーンとなっており、排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯXを吸収によって保持し且つ排気ガスの空燃比が理論空燃比または理論空燃比よりも大きいリッチとなると保持しているＮＯXを還元浄化することができるＮＯX触媒がＮＯXセンサ下流の排気通路内に配置されている場合において、内燃機関の運転状態が、ＮＯX触媒にてＮＯXを還元浄化するために排気ガスの空燃比が理論空燃比とされている運転状態（以下、リッチスパイク運転状態と称す）にあるときである。
【００３８】
或いは、排気ガス中の酸素濃度が既知であるときとは、例えば、内燃機関の運転状態がアイドリング状態などの低負荷低回転の運転状態にあるときである。
【００３９】
次に、第２の実施形態の故障診断装置について説明する。基準電極１０と陰極側第１ポンプ電極７との間、すなわち、第１の酸素濃度監視セルの電極板１０，７間に発生する電圧Ｖ0は、大気室６内と第１室４内との酸素濃度差に比例する。ここで、第１の酸素ポンプセルによって第１室４から外部に排出される酸素の量は、第１の酸素ポンプセルに印加される電圧に基づいて、計算によって予想可能であるので、排気ガス中の酸素濃度が既知であれば、大気室６内と第１室４内との酸素濃度差も計算によって予想可能である。したがって、このとき、第１の酸素濃度監視セルが正常である場合に、第１の酸素濃度監視セルの電極板１０，７間に発生する電圧Ｖ0の値も計算によって予想可能である。
【００４０】
そこで、第２の実施形態の故障診断装置では、第１の実施形態と同様に排気ガス中の酸素濃度が既知であるという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、第１の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ0を検出し、この電圧Ｖ0が第１の酸素濃度監視セルが正常であるときにとりうると予想される値（以下、予想値と称す）にあれば、第１の酸素濃度監視セルは正常であり、したがって、ＮＯXセンサ１は正常であると診断し、一方、電圧Ｖ0が上記予想値からずれていれば、第１の酸素濃度監視セルは故障しており、したがって、ＮＯXセンサ１は故障していると診断する。
【００４１】
なお、第２の実施形態において、第１の酸素ポンプセルに印加する電圧を上述した所定電圧とすれば、第１の酸素ポンプセルに印加される電圧が所定電圧から若干ずれたとしても、第１の酸素ポンプセルによって排気ガスから排出される酸素の量は略一定量で安定しているので、第１の酸素濃度監視セルの故障を確実に診断することができ、したがって、ＮＯXセンサ１の故障を確実に診断することができるようになる。
【００４２】
次に、第３の実施形態の故障診断装置について説明する。陰極側第２ポンプ電極１２と陽極側第１ポンプ電極８との間、すなわち、第２の酸素ポンプセルの電極板１２，８間に電圧が印加され、第２室５から外部へと酸素が排出されると、電極板１２，８間に符号１９で示した電流Ｉ3が流れる。電流Ｉ3は第１室５から外部へと排出される酸素の量に比例する。電極板１２，８間に印加される電圧が高くなるほど、第２室５から外部へと排出される酸素の量は多くなり、したがって、このとき、電流Ｉ3も大きくなる。
【００４３】
さて、ここで、第２室５内の排気ガスの空燃比（すなわち、酸素濃度）と第２の酸素ポンプセルに印加される印加電圧と電流Ｉ3との関係は、図３に示されている第１の酸素ポンプセルに印加される印加電圧Ｅと電流Ｉ2との関係と同様である。すなわち、第２の酸素ポンプセルに到来する排気ガス中の酸素濃度が或る特定の濃度であるときに、第２の酸素ポンプセルの電極板１２，８間に或る特定の電圧が印加されると、電流Ｉ3は或る特定の値となる。
【００４４】
ここで、上述したように、第１の酸素ポンプセルに印加される印加電圧Ｅと電流Ｉ2との間の関係は予め判っているので、排気ガス中の酸素濃度が既知であれば、第１の酸素ポンプセルに印加される電圧に基づいて第１の酸素ポンプセルによって第１室４から外部に排出される酸素の量は計算によって予想可能であるので、第２室５に流入する排気ガス中の酸素濃度も計算によって予想可能である。そして、第２の酸素ポンプセルに印加される印加電圧と電流Ｉ3との間の関係も予め判っているので、第２室５内の排気ガス中の酸素濃度が既知であれば、第２の酸素ポンプセルが正常である場合に、第２の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加したときの電流Ｉ3の値も計算によって予想可能である。
【００４５】
そこで、第３の実施形態の故障診断装置では、第１の実施形態と同様に排気ガス中の酸素濃度が既知であるという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加すると共に、第２の酸素ポンプセルにも或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、第２の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ3を検出し、この電流Ｉ3が第２の酸素ポンプセルが正常であるときにとりうると予想される値（以下、予想値と称す）にあれば、第２の酸素ポンプセルは正常であり、したがって、ＮＯXセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ3が上記予想値からずれていれば、第２の酸素ポンプセルは故障しており、したがって、ＮＯXセンサ１は故障していると診断する。
【００４６】
なお、第３の実施形態において、第１の酸素ポンプセルに印加する電圧を上述した所定電圧とし、第２の酸素ポンプセルに印加する電圧も上述した所定電圧とすれば、第２の実施形態に関連して説明した理由と同様の理由で、第２の酸素ポンプセルの故障を確実に診断することができ、したがって、ＮＯXセンサ１の故障を確実に診断することができるようになる。
【００４７】
次に、第４の実施形態の故障診断装置について説明する。基準電極１０と陰極側第２ポンプ電極１２との間、すなわち、第２の酸素濃度監視セルの電極板１０，１２間に発生する電圧Ｖ1は、大気室６内と第２室５内との酸素濃度差に比例する。ここで、上述したように、第１の酸素ポンプセルによって第１室４から外部に排出される酸素の量は、第１の酸素ポンプセルに印加される電圧に基づいて、計算によって予想可能であり、第２の酸素ポンプセルによって第２室５から外部に汲み出される酸素の量は、第２の酸素ポンプセルに印加される電圧に基づいて、計算によって予想可能である。
【００４８】
したがって、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が既知であれば、大気室６内と第２室５内との酸素濃度差も計算によって予想可能である。したがって、このとき、第２の酸素濃度監視セルが正常である場合に、第２の酸素濃度監視セルの電極板１０，１２間に発生する電圧Ｖ1の値も計算によって予想可能である。
【００４９】
そこで、第４の実施形態の故障診断装置では、第１の実施形態と同様に排気ガス中の酸素濃度が既知であるという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加すると共に、第２の酸素ポンプセルにも或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、第２の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ1を検出し、この電圧Ｖ1が第２の酸素濃度監視セルが正常であるときにとりうると予想される値（以下、予想値と称す）にあれば、第２の酸素濃度監視セルは正常であり、したがって、ＮＯXセンサ１は正常であると診断し、一方、電圧Ｖ1が上記予想値からずれていれば、第２の酸素濃度監視セルは故障しており、したがって、ＮＯXセンサ１は故障していると診断する。
【００５０】
なお、第４の実施形態において、第１の酸素ポンプセルに印加する電圧を上述した所定電圧とし、第２の酸素ポンプセルに印加する電圧も上述した所定電圧とすれば、第２の実施形態に関連して説明した理由と同様の理由で、第２の酸素濃度監視セルの故障を確実に診断することができ、したがって、ＮＯXセンサ１の故障を確実に診断することができるようになる。
【００５１】
次に、第５の実施形態の故障診断装置について説明する。陰極側ポンプ電極１５と基準電極１０との間、すなわち、酸素濃度検出セルの電極板１５，１０間に流れる電流Ｉ1は、第２室５内の酸素濃度およびＮＯX濃度に比例する。
【００５２】
ここで、上述したように、第１の酸素ポンプセルによって第１室４から外部に排出される酸素の量は、第１の酸素ポンプセルに印加される電圧に基づいて、計算によって予想可能であり、第２の酸素ポンプセルによって第２室５から外部に排出される酸素の量は、第２の酸素ポンプセルに印加される電圧に基づいて、計算によって予想可能である。
【００５３】
したがって、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が既知であれば、第２室５内の酸素濃度も計算によって算出可能である。したがって、このとき、第２室５内のＮＯX濃度、すなわち、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中のＮＯX濃度が既知であれば、酸素濃度検出セルが正常である場合に、酸素濃度検出セルの電極板１５，１０間に流れる電流Ｉ1の値も計算によって予想可能である。
【００５４】
そこで、第５の実施形態の故障診断装置では、第１の実施形態と同様にＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が既知であるという故障診断条件が成立し、且つ、この排気ガス中のＮＯX濃度も既知であるという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加すると共に、第２の酸素ポンプセルにも或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、酸素濃度検出セルに流れる電流Ｉ1を検出し、この電流Ｉ1が酸素濃度検出セルが正常であるときにとりうると予想される値（以下、予想値と称す）にあれば、酸素濃度検出セルは正常であり、したがって、ＮＯXセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ1が上記予想値からずれていれば、酸素濃度検出セルは故障しており、したがって、ＮＯXセンサ１は故障していると診断する。
【００５５】
なお、第５の実施形態において、第１の酸素ポンプセルに印加する電圧を上述した所定電圧とし、第２の酸素ポンプセルに印加する電圧も上述した所定電圧とすれば、第２の実施形態に関連して説明した理由と同様の理由で、酸素濃度検出セルの故障を確実に診断することができ、したがって、ＮＯXセンサ１の故障を確実に診断することができるようになる。
【００５６】
また、排気ガス中の酸素濃度およびＮＯX濃度が既知であるときとは、例えば、内燃機関の運転状態が上述したフューエルカット運転状態にあるとき、または、内燃機関の運転状態が上述したリッチスパイク運転状態にあるとき、または、内燃機関の運転状態がアイドリング状態などの低負荷低回転の状態にあるときである。
【００５７】
次に、第６の実施形態の故障診断装置について図４を参照して説明する。図４（Ａ）はＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度の推移を示す。図４（Ａ）に示した例では、排気ガス中の酸素濃度Ｃｏは、時刻ｔ１において比較的低い濃度（以下、低濃度と称す）Ｃｏｌから上昇し始め、時刻ｔ３において比較的高い濃度（以下、高濃度と称す）Ｃｏｈに達し、その後、高濃度Ｃｏｈで推移する。
【００５８】
ところで、上述したように、第１の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ2は第１室４から外部へと排出される酸素の量に比例する。したがって、第１室４に流入する排気ガス中の酸素濃度Ｃｏが図４（Ａ）に示されているように変化するときに、第１室４内の酸素濃度が一定の濃度となるように第１の酸素ポンプセルに電圧が印加されていると、第１の酸素ポンプによって第１室４から外部へと排出される酸素の量は第１室４内に流入する排気ガス中の酸素濃度の変化に追従して変化し、したがって、第１の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ2も第１室４に流入する排気ガス中の酸素濃度の変化に追従して変化する。
【００５９】
したがって、第１の酸素ポンプセルが正常である場合に、第１室４内の酸素濃度が一定の濃度となるように第１の酸素ポンプセルに電圧を印加している間に、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図４（Ａ）に示されているように推移すると、第１の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ2は、図４（Ｂ）に示されているように推移する。
【００６０】
すなわち、電流Ｉ2は、時刻ｔ２までは比較的低い電流値（以下、低電流値と称す）Ｉ2ｌで推移しているが、時刻ｔ２において低電流値Ｉ2ｌから上昇し始める。電流Ｉ2が上昇し始める時刻が酸素濃度Ｃｏが上昇し始める時刻よりも遅れるのは、排気ガスが内燃機関から排出されてからＮＯXセンサ１に到達するまでに時間を要するからである。そして、電流Ｉ2は、その後、上昇し続けるが、時刻ｔ４において比較的高い電流値（以下、高電流値と称す）Ｉ2ｈに達した後、高電流値Ｉ2ｈで推移する。
【００６１】
一方、第１の酸素ポンプセルが故障している場合には、電流Ｉ2は、図５（Ｃ）に示されているように推移する。すなわち、電流Ｉ2は、時刻ｔ２までは低電流値Ｉ2ｌで推移し、時刻ｔ２において低電流値Ｉ2ｌから上昇し始め、時刻ｔ５において高電流値Ｉ2ｈに達した後、高電流値Ｉ2ｈで推移する。
【００６２】
さて、ここで、図４（Ｂ）と図４（Ｃ）とを比較すると、上述したように第１の酸素ポンプセルに電圧を印加している間に、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図４（Ａ）に示されているように推移したときに、電流Ｉ2が低電流値Ｉ2ｌから高電流値Ｉ2ｈまで上昇するのにかかる時間は、第１の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第１の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが長いことが判る。すなわち、第１の酸素ポンプセル内に流れる電流Ｉ2の上昇率は、第１の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第１の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが小さい。
【００６３】
このように、電流Ｉ2の上昇率が第１の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第１の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが短くなるのは、酸素濃度の変化に応答する第１の酸素ポンプセルの応答速度が遅くなったり、第１の酸素ポンプセルの出力自体が小さくなったりするからである。
【００６４】
このように、電流Ｉ2の上昇率が第１の酸素ポンプセルが正常である場合と第１の酸素ポンプセルが故障している場合とで異なることを利用して、第６の実施形態の故障診断装置では、排気ガス中の酸素濃度が所定の増大幅よりも大きく増大するという故障診断条件が成立したときに、第１室４内の酸素濃度が一定の濃度（例えば１p.p.m.）となるように第１の酸素ポンプセルに電圧を印加する。そして、このときに電流Ｉ2が変化し始めてから一定の値で推移するまでの間の電流Ｉ2の上昇率を算出し、この電流Ｉ2の上昇率が所定の上昇率よりも大きければ、第１の酸素ポンプセルは正常であり、したがって、ＮＯXセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ2の上昇率が上記所定の上昇率よりも小さければ、第１の酸素ポンプセルは故障しており、したがって、ＮＯXセンサ１は故障していると診断する。
【００６５】
次に、第７の実施形態の故障診断装置について説明する。第１の酸素ポンプセルに一定の電圧が印加されていると、第１の酸素ポンプセルによって第１室４から外部へと排出される酸素の量は一定である。したがって、第１の酸素ポンプセルに一定の電圧が印加されている間に、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が変化すると、第１室４内の酸素濃度は、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度の変化に追従して変化する。また、第１の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ0は大気室６内と第１室４内との酸素濃度差に比例する。したがって、第１室４内の酸素濃度が変化すると、第１の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ0も、第１室４内の酸素濃度の変化に追従して変化する。
【００６６】
したがって、第１の酸素ポンプセルに一定電圧が印加されている間に、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図４（Ａ）に示されているように推移すると、第１の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ0も、第６の実施形態における電流Ｉ2と同様に上昇する。
【００６７】
そして、このときに電圧Ｖ0が変化し始めてから一定の値で推移するまでの間の電圧Ｖ0の上昇率は、第１の酸素濃度監視セルが正常である場合よりも、第１の酸素濃度監視セルが故障している場合のほうが小さい。このように、電圧Ｖ0の上昇率が小さくなる理由は、第２の実施形態に関する説明と第６の実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。
【００６８】
このように、電圧Ｖ0の上昇率が、第１の酸素濃度監視セルが正常である場合と第１の酸素濃度監視セルが故障している場合とで異なることを利用して、第７の実施形態の故障診断装置では、第６の実施形態と同様に排気ガス中の酸素濃度が所定の増大幅よりも大きく増大するという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、第１の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ0を検出し、この電圧Ｖ0の上昇率を算出し、この電圧Ｖ0の上昇率が所定の上昇率よりも大きければ、第１の酸素濃度監視セルは正常であり、したがって、ＮＯXセンサ１は正常であると診断し、一方、電圧Ｖ0の上昇率が上記所定の値よりも小さければ、第１の酸素濃度監視セルは故障しており、したがって、ＮＯXセンサ１は故障していると診断する。
【００６９】
次に、第８の実施形態の故障診断装置について説明する。第１の酸素ポンプセルに一定の電圧が印加されていると、第１の酸素ポンプセルによって第１室４から外部へと排出される酸素の量は一定である。したがって、第１の酸素ポンプセルに一定の電圧が印加されている間に、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が変化すると、第２室５内に流入する排気ガス中の酸素濃度は、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度の変化に追従して変化する。
【００７０】
また、第２室５内の酸素濃度が一定の濃度になるように第２の酸素ポンプセルに電圧が印加されていると、第２の酸素ポンプセルによって第２室５から外部へと排出される酸素の量は第２室５内に流入する排気ガス中の酸素濃度に比例する。したがって、第２室５内の酸素濃度が一定の濃度になるように第２の酸素ポンプセルに電圧が印加されている間に、第２室５内に流入する排気ガス中の酸素濃度が変化すると、第２の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ3も、第２室５に流入する排気ガス中の酸素濃度の変化に追従して変化する。
【００７１】
したがって、第１の酸素ポンプセルに一定電圧が印加され、且つ、第２室５内の酸素濃度が一定の濃度となるように第２の酸素ポンプセルに電圧が印加されている間に、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図４（Ａ）に示されているように推移すると、第２の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ3も、第６の実施形態における電流Ｉ2と同様に上昇する。
【００７２】
そして、このときに電流Ｉ3が変化し始めてから一定の値で推移するまでの間の電流Ｉ3の上昇率は、第２の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第２の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが小さい。このように、電流Ｉ3の上昇率が小さくなる理由は、第３の実施形態に関する説明と第６の実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。
【００７３】
このように、電流Ｉ3の上昇率が、第２の酸素ポンプセルが正常である場合と第２の酸素ポンプセルが故障している場合とで異なることを利用して、第８の実施形態の故障診断装置では、第６の実施形態と同様に排気ガス中の酸素濃度が所定の増大幅よりも大きく増大するという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加すると共に、第２室５内の酸素濃度が一定の濃度（例えば、０．０１p.p.m.）となるように第２の酸素ポンプセルに電圧を印加する。そして、このときに、第２の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ3を検出し、この電流Ｉ3の上昇率を算出し、この電流Ｉ3の上昇率が所定の上昇率よりも大きければ、第２の酸素ポンプセルは正常であり、したがって、ＮＯXセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ3の上昇率が上記所定の上昇率よりも小さければ、第２の酸素ポンプセルは故障しており、したがって、ＮＯXセンサ１は故障していると診断する。
【００７４】
次に、第９の実施形態の故障診断装置について説明する。第８の実施形態に関連して説明したように、第１の酸素ポンプセルに一定の電圧が印加されている間に、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が変化すると、第２室５内に流入する排気ガス中の酸素濃度は、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度の変化に追従して変化する。
【００７５】
また、第２の酸素ポンプセルに一定の電圧が印加されていると、第２の酸素ポンプセルによって第２室５から外部へと排出される酸素の量は一定である。したがって、第２の酸素ポンプセルに一定の電圧が印加されている間に、第２室５内に流入する排気ガス中の酸素濃度が変化すると、第２室５内の酸素濃度は、第２室５内に流入する排気ガス中の酸素濃度の変化に追従して変化する。
【００７６】
さらに、第２の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ1は大気室６内と第２室５内との酸素濃度差に比例する。したがって、第２室５内の酸素濃度が変化すると、第２の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ1も、第２室５内の酸素濃度の変化に追従して変化する。
【００７７】
したがって、第１の酸素ポンプセルに一定電圧が印加され、且つ、第２の酸素ポンプセルにも一定電圧が印加されている間に、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図４（Ａ）に示されているように推移すると、第２の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ1も、第６の実施形態における電流Ｉ2と同様に上昇する。
【００７８】
そして、このときに電圧Ｖ1が変化し始めてから一定の値で推移するまでの間の電圧Ｖ1の上昇率は、第２の酸素濃度監視セルが正常である場合よりも、第２の酸素濃度監視セルが故障している場合のほうが小さい。このように、電圧Ｖ1の上昇率が小さくなる理由は、第４の実施形態に関する説明と第６の実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。
【００７９】
このように、電圧Ｖ1の上昇率が、第２の酸素濃度監視セルが正常である場合と第２の酸素濃度監視セルが故障している場合とで異なることを利用して、第９の実施形態の故障診断装置では、第６の実施形態と同様に排気ガス中の酸素濃度が所定の増大幅よりも大きく増大するという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加すると共に、第２の酸素ポンプセルにも或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、第２の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ1を検出し、この電圧Ｖ1の上昇率を算出し、この電圧Ｖ1の上昇率が所定の上昇率よりも大きければ、第２の酸素濃度監視セルは正常であり、したがって、ＮＯXセンサ１は正常であると診断し、一方、電圧Ｖ1の上昇率が上記所定の上昇率よりも小さければ、第２の酸素濃度監視セルは故障しており、したがって、ＮＯXセンサ１は故障していると診断する。
【００８０】
次に、第１０の実施形態の故障診断装置について説明する。第９の実施形態に関連して説明したように、第１の酸素ポンプセルに一定の電圧が印加されており、且つ、第２の酸素ポンプセルにも一定の電圧が印加されている間に、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が変化すると、第２室５内の酸素濃度は、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度の変化に追従して変化する。
【００８１】
また、第５の実施形態に関連して説明したように、酸素濃度検出セルに流れる電流Ｉ1は、第２室５内のＮＯX濃度および酸素濃度に比例する。したがって、第２室５内のＮＯX濃度が一定であれば、電流Ｉ1は第２室内の酸素濃度の変化に追従して変化する。
【００８２】
したがって、第１の酸素ポンプセルに一定の電圧が印加されており、且つ、第２の酸素ポンプセルにも一定の電圧が印加されている間に、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図４（Ａ）に示されているように推移し、しかも、このときの排気ガス中のＮＯX濃度が一定であると、酸素濃度検出セルに流れる電流Ｉ1も、第６の実施形態における電流Ｉ2と同様に上昇する。
【００８３】
そして、このときに電流Ｉ1が変化し始めてから一定の値で推移するまでの間の電流Ｉ1の上昇率は、酸素濃度検出セルが正常である場合よりも、酸素濃度検出セルが故障している場合のほうが小さい。このように、電流Ｉ1の上昇率が小さくなる理由は、第５の実施形態に関する説明と第６の実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。
【００８４】
このように、電流Ｉ1の上昇率が、酸素濃度検出セルが正常である場合と酸素濃度検出セルが故障している場合とで異なることを利用して、第１０の実施形態の故障診断装置では、第６の実施形態と同様に排気ガス中の酸素濃度が所定の増大幅よりも大きく増大するという故障診断条件が成立し、且つ、排気ガス中のＮＯX濃度が一定であるという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加すると共に、第２の酸素ポンプセルにも或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、酸素濃度検出セルに流れる電流Ｉ1を検出し、この電流Ｉ1の上昇率を算出し、この電流Ｉ1の上昇率が所定の上昇率よりも大きければ、酸素濃度検出セルは正常であり、したがって、ＮＯXセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ1の上昇率が上記所定の上昇率よりも小さければ、酸素濃度検出セルは故障しており、したがって、ＮＯXセンサ１は故障していると診断する。
【００８５】
なお、上述した第６〜第１０の実施形態において、排気ガス中の酸素濃度が所定の増大幅よりも大きく増大するときとは、例えば、内燃機関の運転状態が通常の運転状態から上述したフューエルカット運転状態へと移行するとき、或いは、その逆に移行するとき、或いは、通常の運転状態から上述したリッチスパイク運転状態へと移行するとき、或いは、その逆に移行するときである。もちろん、第６〜第１０の実施形態において、ＮＯXセンサ１の故障を診断するために、内燃機関の運転状態を強制的に変更することによって、排気ガス中の酸素濃度を強制的に所定の増大幅よりも大きく増大するようにしてもよい。また、第６〜第１０の実施形態において、上昇率の代わりに、電流Ｉ2、電圧Ｖ0、電流Ｉ3、電圧Ｖ1、または電流Ｉ1が或る値から別の或る値にまで上昇するまでにかかる時間を用いて、ＮＯXセンサ１に故障を診断してもよい。
【００８６】
また、上述した第６〜第１０の実施形態において、排気ガス中の酸素濃度が所定の増大幅よりも大きく増大するという条件を、排気ガス中の酸素濃度が所定の減少幅よりも大きく減少するという条件に代えてもよい。
【００８７】
次に、第１１の実施形態の故障診断装置について図５を参照して説明する。図５（Ａ）はＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度の推移を示す。図５（Ａ）に示した例では、排気ガス中の酸素濃度Ｃｏは、時刻ｔ１において比較的低い濃度（低濃度）Ｃｏｌから上昇し始め、時刻ｔ２において比較的高い濃度（高濃度）Ｃｏｈに達し、その後、下降し、時刻ｔ３において低濃度Ｃｏｌに達し、その後、低濃度Ｃｏｌと高濃度Ｃｏｈとの間で上昇と下降とを繰り返す。
【００８８】
ところで、第６の実施形態に関連して説明したように、第１室４内に流入する排気ガス中の酸素濃度Ｃｏが図５（Ａ）に示されているように変化するときに、第１室４内の酸素濃度が一定の濃度となるように第１の酸素ポンプセルに電圧が印加されていると、第１の酸素ポンプセルの電極板７，８間に流れる電流Ｉ2は第１室４に流入する排気ガス中の酸素濃度の変化に追従して変化する。
【００８９】
したがって、第１の酸素ポンプセルが正常である場合に、第１室４内の酸素濃度が一定の濃度となるように第１の酸素ポンプセルに電圧を印加している間に、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図５（Ａ）に示されているように推移すると、第１の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ2は、図５（Ｂ）に示されているように推移する。
【００９０】
すなわち、電流Ｉ2は、時刻ｔ２までは比較的低い電流値（低電流値）Ｉ2で推移しているが、時刻ｔ３において低電流値Ｉ2ｌから上昇し始める。電流Ｉ2が上昇し始める時刻ｔ２が酸素濃度Ｃｏが上昇し始める時刻ｔ１よりも遅れる理由は、第６の実施形態に関連して説明した理由と同じである。そして、電流Ｉ2は、その後、上昇し続けるが、時刻ｔ４において比較的高い電流値（高電流値）Ｉ2ｈに達した後、下降し、時刻ｔ５において低電流値Ｉ2ｌに達する。そして、その後、電流Ｉ2は、低電流値Ｉ2ｌと高電流値Ｉ2ｈとの間で上昇と下降とを繰り返す。
【００９１】
一方、第１の酸素ポンプセルが故障している場合には、電流Ｉ2は、図５（Ｃ）に示されているように推移する。すなわち、電流Ｉ2は、時刻ｔ２までは低電流値Ｉ2ｌで推移しているが、時刻ｔ３において低電流値Ｉ2ｌから上昇し始める。そして、電流Ｉ2は、その後、上昇し続けるが、時刻ｔ４において高電流値Ｉ2ｈより低いが低電流値Ｉ2ｌよりも高い電流値（以下、中電流値と称す）Ｉ2ｍに達した後、下降し、時刻ｔ５において低電流値Ｉ2ｌに達する。そして、その後、電流Ｉ2は、低電流値Ｉ2ｌと中電流値Ｉ2ｍとの間で上昇と下降とを繰り返す。
【００９２】
さて、ここで、図５（Ｂ）と図５（Ｃ）とを比較すると、上述したように第１の酸素ポンプセルに電圧を印加している間に、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図５（Ａ）に示されているように推移したときに、電流Ｉ2を時間の関数でプロットしてこれらプロット点を結んで形成される曲線（以下、電流Ｉ2の軌跡線と称す）の単位時間当たりの長さ（以下、電流Ｉ2の軌跡長と称す）は、第１の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第１の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが短いことが判る。
【００９３】
このように、電流Ｉ2の軌跡長が第１の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第１の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが短くなるのは、第１の酸素ポンプセルが故障すると、酸素濃度の変化に応答する第１の酸素ポンプセルの応答速度が遅くなったり、第１の酸素ポンプセルの出力自体が小さくなったりするからである。
【００９４】
このように、電流Ｉ2の軌跡長が第１の酸素ポンプセルが正常である場合と第１の酸素ポンプセルが故障している場合とで異なることを利用して、第１１の実施形態の故障診断装置では、排気ガス中の酸素濃度が所定の変化幅で上昇と下降とを繰り返しているという故障診断条件が成立したときに、第１室４内の酸素濃度が一定の濃度（例えば、１p.p.m.）となるように第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに電流Ｉ2の軌跡長を算出し、この電流Ｉ2の軌跡長が所定の長さよりも長ければ、第１の酸素ポンプセルは正常であり、したがって、ＮＯXセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ2の軌跡長が上記所定の長さよりも短ければ、第１の酸素ポンプセルは故障しており、したがって、ＮＯXセンサ１は故障していると診断する。
【００９５】
次に、第１１の実施形態の変更実施形態について図６を参照して説明する。図６（Ａ）〜（Ｃ）は図５（Ａ）〜（Ｃ）と同様の図である。すなわち、図６（Ａ）はＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度の推移を示す。また、図６（Ｂ）は、第１の酸素ポンプセルが正常である場合に、第１１の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルに電圧を印加している間に、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図６（Ａ）に示されているように推移したときに、第１の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ2の推移を示す。一方、図６（Ｃ）は、第１の酸素ポンプセルが故障している場合における図６（Ｂ）と同様の図である。
【００９６】
さて、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）とを比較すると、第１の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ2に対して基準となる一定の電流値（以下、基準電流値と称す）Ｉｒを定めておき、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図６（Ａ）に示されているように推移し、且つ、第１１の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルに電圧を印加している間に、基準電流値Ｉｒを時間の関数でプロットしてこれらプロット点を結んで形成される直線（以下、基準線と称す）と電流Ｉ2の軌跡線とによって囲まれる領域の面積（以下、電流Ｉ2の軌跡面積と称す）は、第１の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第１の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが狭いことが判る。
【００９７】
このように、電流Ｉ2の軌跡面積が第１の酸素ポンプセルが正常である場合と第１の酸素ポンプセルが故障している場合とで異なることを利用して、第１１の実施形態の変更実施形態では、第１１の実施形態と同様の故障診断条件が成立したときに、第１１の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルに電圧を印加する。そして、このときに電流Ｉ2の軌跡面積を算出し、この電流Ｉ2の軌跡面積が所定の面積よりも広ければ、第１の酸素ポンプセルは正常であり、したがって、ＮＯXセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ2の軌跡面積が上記所定の面積よりも狭ければ、第１の酸素ポンプセルは故障しており、したがって、ＮＯXセンサ１は故障していると診断する。
【００９８】
次に、第１２の実施形態の故障診断装置について説明する。ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図５（Ａ）に示されているように推移している間に、第１の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加したときに、第１の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ0を時間の関数でプロットしてこれらプロット点を結んで形成される曲線（以下、電圧Ｖ0の軌跡線と称す）の単位時間当たりの長さ（以下、電圧Ｖ0の軌跡長と称す）は、第１の酸素濃度監視セルが正常である場合よりも、第１の酸素濃度監視セルが故障している場合のほうが短い。
【００９９】
このように、電圧Ｖ0の軌跡長が、第１の酸素濃度監視セルが正常である場合よりも、第１の酸素濃度監視セルが故障している場合のほうが短くなる理由は、第２の実施形態に関する説明と第１１の実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。
【０１００】
このように、電圧Ｖ0の軌跡長が、第１の酸素濃度監視セルが正常である場合と第１の酸素濃度監視セルが故障している場合とで異なることを利用して、第１２の実施形態の故障診断装置では、第１１の実施形態と同様に排気ガス中の酸素濃度が所定の変化幅で上昇と下降とを繰り返しているという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、第１の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ0を検出し、電圧Ｖ0の軌跡長を算出し、この電圧Ｖ0の軌跡長が所定の長さよりも長ければ、第１の酸素濃度監視セルは正常であり、したがって、ＮＯXセンサ１は正常であると診断し、一方、電圧Ｖ0の軌跡長が上記所定の長さよりも短ければ、第１の酸素濃度監視セルは故障しており、したがって、ＮＯXセンサ１は故障していると診断する。
【０１０１】
次に、第１２の実施形態の変更実施形態について説明する。第１１の実施形態の変更実施形態に関する説明を参照すると判るように、第１の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ0に対して基準となる一定の電圧値（以下、基準電圧値と称す）を定めておき、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図６（Ａ）に示されているように推移し、且つ、第１２の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加している間に、上記基準電圧値を時間の関数でプロットしてこれらプロット点を結んで形成される直線（以下、基準線と称す）と電圧Ｖ0の軌跡線とによって囲まれる領域の面積（以下、電圧Ｖ0の軌跡面積と称す）は、第１の酸素濃度監視セルが正常である場合よりも、第１の酸素濃度監視セルが故障している場合のほうが狭い。
【０１０２】
このように、電圧Ｖ0の軌跡面積が第１の酸素濃度監視セルが正常である場合よりも、第１の酸素濃度監視セルが故障している場合のほうが狭い理由は、第７の実施形態に関する説明と第１１の実施形態の変更実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。
【０１０３】
このように、電圧Ｖ0の軌跡面積が第１の酸素濃度監視セルが正常である場合と第１の酸素濃度監視セルが故障している場合とで異なることを利用して、第１２の実施形態の変更実施形態では、第１２の実施形態と同様の故障診断条件が成立したときに、第１２の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加する。そして、このときに電圧Ｖ0の軌跡面積を算出し、この電圧Ｖ0の軌跡面積が所定の面積よりも広ければ、第１の酸素濃度監視セルは正常であり、したがって、ＮＯXセンサ１は正常であると診断し、一方、電圧Ｖ0の軌跡面積が上記所定の面積よりも狭ければ、第１の酸素濃度監視セルは故障しており、したがって、ＮＯXセンサ１は故障していると診断する。
【０１０４】
次に、第１３の実施形態の故障診断装置について説明する。ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図５（Ａ）に示されているように推移している間に、第１の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加すると共に、第２室５内の酸素濃度が一定の濃度となるように第２の酸素ポンプセルに電圧を印加したときに、第２の酸素ポンプセル内を流れる電流Ｉ3を時間の関数でプロットしてこれらプロット点を結んで形成される曲線（以下、電流Ｉ3の軌跡線と称す）の単位時間当たりの長さ（以下、電流Ｉ3の軌跡長と称す）は、第２の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第２の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが短い。
【０１０５】
このように、電流Ｉ3の軌跡長が第２の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第２の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが短くなる理由は、第８の実施形態に関する説明と第１１の実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。
【０１０６】
このように、電流Ｉ3の軌跡長が第２の酸素ポンプセルが正常である場合と第２の酸素ポンプセルが故障している場合とで異なることを利用して、第１３の実施形態の故障診断装置では、第１１の実施形態と同様に排気ガス中の酸素濃度が所定の変化幅で上昇と下降とを繰り返しているという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加すると共に、第２室５内の酸素濃度が一定の濃度（例えば、０．０１p.p.m.）となるように第２の酸素ポンプセルに電圧を印加する。そして、このときに、第２の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ3を検出し、この電流Ｉ3の軌跡長を算出し、この電流Ｉ3の軌跡長が所定の長さよりも長ければ、第２の酸素ポンプセルは正常であり、したがって、ＮＯXセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ3の軌跡長が上記所定の長さよりも短ければ、第２の酸素ポンプセルは故障しており、したがって、ＮＯXセンサ１は故障していると診断する。
【０１０７】
次に、第１３の実施形態の変更実施形態について説明する。第１１の実施形態の変更実施形態に関する説明を参照すると判るように、第２の酸素ポンプセル内を流れる電流Ｉ3に対して基準となる一定の電流値（以下、基準電流値と称す）を定めておき、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図６（Ａ）に示されているように推移し、且つ、第１３の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルおよび第２の酸素ポンプセルに電圧を印加している間に、上記基準電流値を時間の関数でプロットしてこれらプロット点を結んで形成される直線（以下、基準線と称す）と上記電流Ｉ3の軌跡線とによって囲まれる領域の面積（以下、電流Ｉ3の軌跡面積と称す）は、第２の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第２の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが狭い。
【０１０８】
このように、電流Ｉ3の軌跡面積が第２の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第２の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが狭い理由は、第８の実施形態に関する説明と第１１の実施形態の変更実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。
【０１０９】
このように、電流Ｉ3の軌跡面積が第２の酸素ポンプセルが正常である場合と第２の酸素ポンプセルが故障している場合とで異なることを利用して、第１３の実施形態の変更実施形態では、第１３の実施形態と同様の故障診断条件が成立したときに、第１３の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルおよび第２の酸素ポンプセルに電圧を印加する。そして、このときに電流Ｉ3の軌跡面積を算出し、この電流Ｉ3の軌跡面積が所定の面積よりも広ければ、第２の酸素ポンプセルは正常であり、したがって、ＮＯXセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ3の軌跡面積が上記所定の面積よりも狭ければ、第２の酸素ポンプセルは故障しており、したがって、ＮＯXセンサ１は故障していると診断する。
【０１１０】
次に、第１４の実施形態の故障診断装置について説明する。ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図５（Ａ）に示されているように推移している間に、第１の酸素ポンプセルおよび第２の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加したときに、第２の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ1を時間の関数でプロットしてこれらプロット点を結んで形成される曲線（以下、電圧Ｖ1の軌跡線と称す）の単位時間当たりの長さ（以下、電圧Ｖ1の軌跡長と称す）は、第２の酸素濃度監視セルが正常である場合よりも、第２の酸素濃度監視セルが故障している場合のほうが短い。
【０１１１】
このように、電圧Ｖ1の軌跡長が第２の酸素濃度監視セルが正常である場合よりも、第２の酸素濃度監視セルが故障している場合のほうが短くなる理由は、第９の実施形態に関する説明と第１１の実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。
【０１１２】
このように、電圧Ｖ1の軌跡長が第２の酸素濃度監視セルが正常である場合と第２の酸素濃度監視セルが故障している場合とで異なることを利用して、第１４の実施形態の故障診断装置では、第１１の実施形態と同様にＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が所定の変化幅で上昇と下降とを繰り返しているという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルおよび第２の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、第２の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ1を検出し、この電圧Ｖ1の軌跡長を算出し、この電圧Ｖ1の軌跡長が所定の長さよりも長ければ、第２の酸素濃度監視セルは正常であり、したがって、ＮＯXセンサ１は正常であると診断し、一方、電圧Ｖ1の軌跡長が上記所定の長さよりも短ければ、第２の酸素濃度監視セルは故障しており、したがって、ＮＯXセンサ１は故障していると診断する。
【０１１３】
次に、第１４の実施形態の変更実施形態について説明する。第１１の実施形態の変更実施形態に関する説明を参照すると判るように、第２の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ1に対して基準となる一定の電圧値（以下、基準電圧値と称す）を定めておき、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図６（Ａ）に示されているように推移し、且つ、第１４の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルおよび第２の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加している間に、上記基準電圧値を時間の関数でプロットしてこれらプロット点を結んで形成される直線（以下、基準線と称す）と上記電圧Ｖ1の軌跡線とによって囲まれる領域の面積（以下、電圧Ｖ1の軌跡面積と称す）は、第２の酸素濃度監視セルが正常である場合よりも、第２の酸素濃度監視セルが故障している場合のほうが狭い。
【０１１４】
このように、電圧Ｖ1の軌跡面積が第２の酸素濃度監視セルが正常である場合よりも、第２の酸素濃度監視セルが故障している場合のほうが狭い理由は、第９の実施形態に関する説明と第１１の実施形態の変更実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。
【０１１５】
このように、電圧Ｖ1の軌跡面積が第２の酸素濃度監視セルが正常である場合と第２の酸素濃度監視セルが故障している場合とで異なることを利用して、第１４の実施形態の変更実施形態では、第１４の実施形態と同様の故障診断条件が成立したときに、第１４の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルおよび第２の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに電圧Ｖ1の軌跡面積を算出し、この電圧Ｖ1の軌跡面積が所定の面積よりも広ければ、第２の酸素濃度監視セルが正常であり、したがって、ＮＯXセンサ１が正常であると診断し、一方、電圧Ｖ1の軌跡面積が上記所定の面積よりも狭ければ、第２の酸素濃度監視セルは故障しており、したがって、ＮＯXセンサ１は故障していると診断する。
【０１１６】
次に、第１５の実施形態の故障診断装置について説明する。ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図５（Ａ）に示されているように推移しており、且つ、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中のＮＯX濃度が一定である間に、第１の酸素ポンプセルおよび第２の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加したときに、酸素濃度検出セル内を流れる電流Ｉ1を時間の関数でプロットしてこれらプロットを結んで形成される曲線（以下、電流Ｉ1の軌跡線と称す）の単位時間当たりの長さ（以下、電流Ｉ1の軌跡長と称す）は、酸素濃度検出セルが正常である場合よりも、酸素濃度検出セルが故障している場合のほうが短い。
【０１１７】
このように、電流Ｉ1の軌跡長が酸素濃度検出セルが正常である場合よりも、酸素濃度検出セルが故障している場合のほうが短くなる理由は、第１０の実施形態に関する説明と第１１の実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。
【０１１８】
このように、電流Ｉ1の軌跡長が酸素濃度検出セルが正常である場合と酸素濃度検出セルが故障している場合とで異なることを利用して、第１５の実施形態の故障診断装置では、第１１の実施形態と同様にＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が所定の変化幅で上昇と下降とを繰り返しており且つＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中のＮＯX濃度が一定であるという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルおよび第２の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、酸素濃度検出セル内を流れる電流Ｉ1を検出し、この電流Ｉ1の軌跡長を算出し、この電流Ｉ1の軌跡長が所定の長さよりも長ければ、酸素濃度検出セルは正常であり、したがって、ＮＯXセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ1の軌跡長が上記所定の長さよりも短ければ、酸素濃度検出セルは故障しており、したがって、ＮＯXセンサ１は故障していると診断する。
【０１１９】
次に、第１５の実施形態の変更実施形態について説明する。第１１の実施形態の変更実施形態に関する説明を参照すると判るように、酸素濃度検出セル内を流れる電流Ｉ1に対して基準となる一定の電流値（以下、基準電流値と称す）を定めておき、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図６（Ａ）に示されているように推移し、且つ、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中のＮＯX濃度が一定であり、且つ、第１５の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルおよび第２の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加している間に、上記基準電流値を時間の関数でプロットしてこれらプロット点を結んで形成される直線（以下、基準線と称す）と上記電流Ｉ1の軌跡線とによって囲まれる領域の面積（以下、電流Ｉ1の軌跡面積と称す）は、酸素濃度検出セルが正常である場合よりも、酸素濃度検出セルが故障している場合のほうが狭い。
【０１２０】
このように、電流Ｉ1の軌跡面積が酸素濃度検出セルが正常である場合よりも、酸素濃度検出セルが故障している場合のほうが狭い理由は、第１０の実施形態に関する説明と第１１の実施形態の変更実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。
【０１２１】
このように、電流Ｉ1の軌跡面積が酸素濃度検出セルが正常である場合と酸素濃度検出セルが故障している場合とで異なることを利用して、第１５の実施形態の変更実施形態では、第１５の実施形態と同様の故障診断条件が成立したときに、第１５の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルおよび第２の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに電流Ｉ1の軌跡面積を算出し、この電流Ｉ1の軌跡面積が所定の面積よりも広ければ、酸素濃度検出セルが正常であると診断し、一方、電流Ｉ1の軌跡面積が上記所定の面積よりも狭ければ、酸素濃度検出セルは故障しており、したがって、ＮＯXセンサ１は故障していると診断する。なお、第１１〜第１５の実施形態またはその変更実施形態において、排気ガス中の酸素濃度を所定の変化幅で強制的に上昇させたり下降させ、このときに故障診断条件が成立したとしてもよい。
【０１２２】
また、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が一定であるときに、第１の酸素ポンプセルに所定の幅で増減する電圧を印加すれば、図５（Ｂ）や図６（Ｂ）に示されているように、第１の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ2や第１の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ0も増減する。そこで、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が一定であるという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに所定の幅で増減する電圧を印加し、第１１あるいは第１２の実施形態またはその変更実施形態と同様に、このときの電流Ｉ2または電圧Ｖ0の上昇率、または、電流Ｉ2または電圧Ｖ0の軌跡長、または、電流Ｉ2または電圧Ｖ0の軌跡面積に基づいて、ＮＯXセンサ１の故障を診断することもできる。
【０１２３】
また、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が一定であるときに、第１の酸素ポンプセルに所定の幅で増減する電圧を印加し、第２の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加すれば、第２の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ3や第２の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ1も増減する。そこで、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が一定であるという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに所定の幅で増減する電圧を印加すると共に、第２の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加し、第１３あるいは第１４の実施形態またはその変更実施形態と同様に、このときの電流Ｉ3または電圧Ｖ1の上昇率、または、電流Ｉ3または電圧Ｖ1の軌跡長、または、電流Ｉ3または電圧Ｖ1の軌跡面積に基づいて、ＮＯXセンサ１の故障を診断することもできる。
【０１２４】
さらに、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度およびＮＯX濃度が一定であるときに、第１の酸素ポンプセルに所定の幅で増減する電圧を印加し、第２の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加すれば、酸素濃度検出セルに流れる電流Ｉ1も増減する。そこで、ＮＯXセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度およびＮＯX濃度が一定であるという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに所定の幅で増減する電圧を印加すると共に、第２の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加し、第１５の実施形態またはその変更実施形態と同様に、このときの電流Ｉ1の上昇率、または、電流Ｉ1の軌跡長、または、電流Ｉ1の軌跡面積に基づいて、ＮＯXセンサ１の故障を診断することもできる。また、第１１〜第１５の実施形態またはその変更実施形態において、軌跡長または軌跡面積の代わりに、軌跡長と軌跡面積との比を用いて、ＮＯXセンサ１の故障を診断してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】ＮＯXセンサのセンサ部を示した図である。
【図２】ＮＯXセンサを備えた内燃機関を示す図である。
【図３】第１の酸素ポンプセルに印加される印加電圧Ｅと第１の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ2との関係を示す図である。
【図４】排気ガス中の酸素濃度Ｃｏの変化と、ＮＯXセンサが正常であるときの電流Ｉ2変化と、ＮＯXセンサが故障しているときの電流Ｉ2の変化とを示す図である。
【図５】図４と同様な図である。
【図６】図４と同様な図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１    ＮＯXセンサ
２    第１の拡散律速部材
３    第２の拡散律速部材
７    陰極側第１ポンプ電極
８    陽極側第１ポンプ電極
１０    基準電極
１２    陰極側第２ポンプ電極
１５    陰極側ポンプ電極
【図１】
2006267126.tif 000003
【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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