(57)【要約】【課題】エンジンの排気通路に配置した酸素センサの素子電極がカーボンによって被毒されることを防止する。【解決手段】エンジン保護やエンジン性能保持のために、燃料噴射量（目標空燃比）がストイキに対して増量され、エンジンがリッチ側に制御される状況のときに、酸素センサ１の大気側電極１２と排気側電極１３との間に電圧を印加する。このように酸素センサ１の電極間に電圧を印加すると、大気側電極１２による酸素イオンの強制ポンピングが開始され、そのポンピングされた酸素イオンが排気側電極１３に向かって移動する。酸素イオンが排気側電極１３に移動すると、排気側電極（白金電極）１３の触媒作用により電極表面のカーボンが燃焼（酸化）する。これによって排気側電極１３のカーボンによる被毒を抑制することができる。【選択図】図３
2008249362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置された酸素センサの制御装置であって、
前記内燃機関の燃料噴射量がストイキに対して所定値以上増量されているか否かを判定する判定手段と、前記燃料噴射量がストイキに対して所定値以上増量されているときに、前記酸素センサの大気側電極と排気側電極との間に電圧を印加する電圧印加手段とを備えていることを特徴とする酸素センサの制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の酸素センサの制御装置において、
前記酸素センサの大気側電極と排気側電極との間に電圧を印加する際に、当該酸素センサの出力に基づく空燃比フィードバック制御を禁止する空燃比制御禁止手段を備えていることを特徴とする酸素センサの制御装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に配置された酸素センサの制御装置であって、
前記内燃機関の燃料噴射量がストイキに対して所定値以上増量されているか否かを判定する判定手段と、前記燃料噴射量がストイキに対して所定値以上増量されているときに、前記酸素センサの出力端子間を短絡する短絡手段とを備えていることを特徴とする酸素センサの制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の酸素センサの制御装置において、
前記酸素センサの出力端子間を短絡する際に、当該酸素センサの出力に基づく空燃比フィードバック制御を禁止する空燃比制御禁止手段を備えていることを特徴とする酸素センサの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に配置された酸素センサの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）においては、通常、エンジンの排気通路に配置した触媒によって、排気ガスに含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等）を浄化するようにしている。この触媒による浄化作用は、混合気が理論空燃比（ストイキ）で燃焼されるときに最も効率が高くなる。
【０００３】
そこで、エンジンの排気通路に配置した酸素センサによって排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出した酸素濃度から得られる実際の空燃比が目標空燃比（理論空燃比）に一致するように燃料噴射量をフィードバック制御している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
空燃比フィードバック制御に用いる酸素センサとしては、例えば、固体電解質層（例えば部分安定化ジルコニア製）に、大気側電極（白金電極）、排気側電極（白金電極）及び多孔質層を設けてセンサ素子を構成し、このセンサ素子の大気側電極を大気に開放するとともに、排気側電極を排気通路内の排気ガスに接触させる構造のものが知られている（例えば、特許文献２及び３参照）。
【０００５】
このような酸素センサでは、大気側と排気側との酸素分圧差に応じて大気側電極と排気側電極との電極間に起電力が発生し、この起電力の大きさに基づいて排気ガスの酸素濃度（空燃比）を検出することができる。
【０００６】
そして、上記した空燃比フィードバック制御では、酸素センサによって検出される空燃比がリッチであるときには燃料噴射量を減量補正し、空燃比がリーンであるときには燃料噴射量を増量補正することで、エンジンの空燃比を理論空燃比（ストイキ）に近づけている。このように空燃比フィードバック制御の実行中は、エンジンの空燃比を理論空燃比に近づけるべく燃料噴射量が増減されるため、排気ガス中の酸素濃度が周期的に変化して酸素センサからリッチ信号とリーン信号とが交互に出力されるようになる。
【０００７】
また、空燃比フィードバック制御等に用いる酸素センサでは、検出精度を維持するために、センサ素子を活性状態に保つ必要がある。そのため、センサ素子を加熱するヒータ（例えば電気ヒータ）を設け、素子温度が所定の活性化温度となるようにヒータへの通電を制御している（例えば、特許文献３参照）。このようなヒータの通電制御を行うには、センサ素子の温度を検出する必要があるが、一般には素子温度を直接検出するのではなく、センサ素子の素子インピーダンス（交流インピーダンス）と素子温度との間に相関関係があることを利用し、素子インピーダンスを検出し、その検出した素子インピーダンスに基づいて素子温度を間接的に検出している。
【特許文献１】特開２００６−２２００８５号公報
【特許文献２】特開２００１−３２３８３７号公報
【特許文献３】実開平６−６９８３４号公報
【特許文献４】特開２００４−２９３３５１号公報
【特許文献５】特開平８−７５６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、車両に搭載されるエンジンにおいては、高速運転時等のエンジン保護（例えばエンジン冷却）や、高負荷時（例えば登坂走行時）等におけるエンジン性能保持のために、燃料噴射量（目標空燃比）をストイキに対して増量して空燃比をリッチ側に制御する場合がある。
【０００９】
このような増量制御が実施されると、酸素センサがリッチ雰囲気、詳しくは、炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）などの未燃燃料成分を含む雰囲気に長時間さらされる場合がある。こうした状況になると、酸素センサの素子電極（排気側電極）にカーボンが付着・溶融して電極面積が小さくなってしまい、センサ出力の低下が生じる可能性がある。
【００１０】
なお、酸素センサには、排気ガスに含まれる被毒物をトラップする多孔質保護層（コーティング層）を素子電極に設けている。このようなコーティング層では、煤などのトラップは可能であるが、気体や液体の状態のカーボンはトラップすることができない。このため、カーボンが素子電極まで浸透してしまい、上記したカーボン溶融によるセンサ出力低下を防止することはできない。
【００１１】
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、素子電極のカーボンによる被毒を防止することが可能な酸素センサの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明は、内燃機関の排気通路に配置された酸素センサの制御装置において、前記内燃機関の燃料噴射量がストイキに対して所定値以上増量されているか否かを判定する判定手段と、前記燃料噴射量がストイキに対して所定値以上増量されているときに、前記酸素センサの大気側電極と排気側電極との間に電圧を印加する電圧印加手段とを備えていることを特徴としている。
【００１３】
この発明では、エンジン保護やエンジン性能保持のために、燃料噴射量をストイキに対して増量して空燃比をリッチ側に制御しているとき、つまり、酸素センサがリッチ雰囲気に長時間さらされる状況のときに、酸素センサの大気側電極と排気側電極との間に電圧を印加する。このようにして酸素センサの電極間に電圧を印加すると、大気側電極による酸素イオンの強制ポンピングが開始され、そのポンピングされた酸素イオンが排気側電極に向かって移動する。酸素イオンが排気側電極に移動すると、排気側電極の触媒作用（白金の触媒作用）により電極表面のカーボンが燃焼（酸化→ＣＯ2）する。これによって排気側電極がカーボンによって被毒されることを防止することができる。
【００１４】
なお、酸素センサの大気側電極と排気側電極との間に電圧を印加すると、酸素濃度（空燃比）を正確に検出できなくなる。この点を考慮して、酸素センサの電極間に電圧を印加する際には、当該酸素センサの出力信号に基づく空燃比フィードバック制御を禁止しておく。
【００１５】
また、同じ目的を達成するため、本発明は、内燃機関の排気通路に配置された酸素センサの制御装置において、前記内燃機関の燃料噴射量がストイキに対して所定値以上増量されているか否かを判定する判定手段と、前記燃料噴射量がストイキに対して所定値以上増量されているときに、前記酸素センサの出力端子間（大気側出力端子と排気側出力端子との間）を短絡する短絡手段とを備えていることを特徴としている。
【００１６】
この発明では、エンジン保護やエンジン性能保持のために、燃料噴射量をストイキに対して増量して空燃比をリッチ側に制御しているとき、つまり、酸素センサがリッチ雰囲気に長時間さらされる状況のときに、酸素センサの出力端子間を短絡させる。このようにして酸素センサの出力端子間を短絡させると、その短絡によって形成される閉回路内に、センサ素子で発生する起電力に応じた電流が流れ、この電流の流れによって大気側電極から酸素イオンが排気側電極に向かって移動する。酸素イオンが排気側電極に移動すると、排気側電極の触媒作用（白金の触媒作用）により電極表面のカーボンが燃焼（酸化→ＣＯ2）する。これにより排気側電極がカーボンによって被毒されることを防止することができる。
【００１７】
なお、酸素センサの出力端子間を短絡すると、酸素濃度（空燃比）を正確に検出できなくなる。この点を考慮して、酸素センサの出力端子間を短絡する際には、当該酸素センサの出力信号に基づく空燃比フィードバック制御を禁止しておく。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、エンジン保護やエンジン性能保持のために空燃比をリッチにする制御が実施され、酸素センサの素子電極がリッチ雰囲気に長時間さらされる状況となっても、素子電極のカーボンによる被毒を抑制することができるので、酸素センサの出力低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
まず、本発明を適用するエンジン（内燃機関）について説明する。
【００２１】
−エンジン−
図１は本発明を適用するエンジン１０１の一例を示す概略構成を示す図である。なお、図１にはエンジン１０１の１気筒の構成のみを示している。
【００２２】
この例のエンジン１０１は、例えば４気筒ガソリンエンジンであって、燃焼室１０１ａを形成するピストン１０１ｂ及び出力軸であるクランクシャフト１１５を備えている。ピストン１０１ｂはコネクティングロッド１１６を介してクランクシャフト１１５に連結されており、ピストン１０１ｂの往復運動がコネクティングロッド１１６によってクランクシャフト１１５の回転へと変換される。
【００２３】
クランクシャフト１１５には、外周面に複数の突起（歯）１１７ａを有するシグナルロータ１１７が取り付けられている。シグナルロータ１１７の側方近傍にはクランクポジションセンサ（エンジン回転数センサ）１２４が配置されている。クランクポジションセンサ１２４は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１１５が回転する際にシグナルロータ１１７の突起１１７ａに対応するパルス状の信号（出力パルス）を発生する。
【００２４】
エンジン１０１のシリンダブロック１０１ｃには、エンジン水温（冷却水温）を検出する水温センサ１２１が配置されている。エンジン１０１の燃焼室１０１ａには点火プラグ１０３が配置されている。点火プラグ１０３の点火タイミングはイグナイタ１０４によって調整される。イグナイタ１０４はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２００によって制御される。
【００２５】
エンジン１０１の燃焼室１０１ａには吸気通路１１１と排気通路１１２とが接続されている。吸気通路１１１と燃焼室１０１ａとの間に吸気バルブ１１３が設けられており、この吸気バルブ１１３を開閉駆動することにより、吸気通路１１１と燃焼室１０１ａとが連通または遮断される。また、排気通路１１２と燃焼室１０１ａとの間に排気バルブ１１４が設けられており、この排気バルブ１１４を開閉駆動することにより、排気通路１１２と燃焼室１０１ａとが連通または遮断される。これら吸気バルブ１１３及び排気バルブ１１４の開閉駆動は、クランクシャフト１１５の回転が伝達される吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの各回転によって行われる。
【００２６】
吸気通路１１１には、エアクリーナ１０７、熱線式のエアフロメータ１２２、吸気温センサ１２３（エアフロメータ１２２に内蔵）、及び、エンジン１０１の吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ１０５が配置されている。スロットルバルブ１０５はスロットルモータ１０６によって駆動される。スロットルバルブ１０５の開度はスロットル開度センサ１２５によって検出される。
【００２７】
エンジン１０１の排気通路１１２には三元触媒１０８が配置されている。三元触媒１０８の上流側の排気通路１１２に空燃比センサ１２６が配置されている。空燃比センサ１２６は、広い空燃比領域にわたって空燃比に対応した出力電圧を発生するセンサである。また、三元触媒１０８の下流側の排気通路１１２には酸素センサ１が配置されている。酸素センサ１は、その出力値が理論空燃比付近でステップ状に変化するセンサである。なお、酸素センサ１の詳細については後述する。
【００２８】
そして、吸気通路１１１には燃料噴射用のインジェクタ１０２が配置されている。インジェクタ１０２には、燃料タンクから燃料ポンプによって所定圧力の燃料が供給され、吸気通路１１１に燃料が噴射される。この噴射燃料は吸入空気と混合されて混合気となってエンジン１０１の燃焼室１０１ａに導入される。燃焼室１０１ａに導入された混合気（燃料＋空気）は点火プラグ１０３にて点火されて燃焼・爆発する。この混合気の燃焼室１０１ａ内での燃焼・爆発によりピストン１０１ｂが往復運動してクランクシャフト１１５が回転する。以上のエンジン１０１は運転状態はＥＣＵ２００によって制御される。
【００２９】
−酸素センサ−
次に、酸素センサ１の構造について説明する。
【００３０】
この例の酸素センサ１は、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する積層型の酸素センサであって、図２に示すように、センサ素子１０、通気性の内カバー１６及び外カバー１７などを備えている。また、酸素センサ１にはヒータ２が組み込まれている。ヒータ２は、車載のバッテリ電源ＶＢからの通電により発熱する線状の発熱体によって構成されており、その発熱体の発熱によってセンサ素子１０の全体を加熱する。
【００３１】
センサ素子１０は、板状の固体電解質層（例えば部分安定化ジルコニア製）１１、この固体電解質層１１の一方の面に形成された大気側電極（白金電極）１２、固体電解質層１１の他方の面に形成された排気側電極（白金電極）１３、及び、拡散抵抗層（例えば多孔質のセラミック）１４などによって構成されている。
【００３２】
センサ素子１０の大気側電極１２は大気ダクト１５内に配置されている。大気ダクト１５内は大気に開放されており、この大気ダクト１５内に流入した大気が大気側電極１２に接触する。
【００３３】
排気側電極１３の表面は拡散抵抗層１４にて覆われており、排気通路１１２を流れる排気ガスの一部が、拡散抵抗層１４によって拡散された状態で排気側電極１３に接触する。なお、排気ガスは、外カバー１７の小孔１７ａ及び内カバー１６の小孔１６ａを通過してセンサ素子１０（排気側電極１３）に達する。
【００３４】
以上の構造の酸素センサ１において、センサ素子１０の内側の大気と外側の排気ガスとの酸素分圧に差が生じると、酸素分圧の高い側（通常は大気側）の酸素がイオン化して固体電解質層１１を通過し、酸素分圧の低い側（通常は排気側）へと移動する。酸素分子はイオン化する過程で電子を大気側電極１２から受け取り、イオン化した状態から分子に戻る過程で電子を排気側電極１３に放出する。このような酸素分子の移動に伴って排気側電極１３から大気側電極１２に向かう電子の移動が生じ、その結果として、大気側電極１２と排気側電極１３との間に起電力が発生する。この起電力は酸素分圧比に比例するが、燃料の濃いリッチな混合気で燃焼したときの排気ガス中のＨＣやＣＯは、排気側電極１３の表面において白金の触媒作用により、酸素と化学平衡に達するまで反応する。その結果、理論空燃比を境に酸素分圧が急激に低下して起電力が大きく変化し、出力電圧の大小により空燃比がリッチかリーンかを判定することができる。
【００３５】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び、バックアップＲＡＭなどを備えている。ＲＯＭは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。
【００３６】
ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭはＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭはエンジン１０１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００３７】
ＥＣＵ２００には、図１に示すように、水温センサ１２１、エアフロメータ１２２、吸気温センサ１２３、クランクポジションセンサ１２４、スロットル開度センサ１２５、空燃比センサ１２６、及び、酸素センサ１などの各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ２００には、インジェクタ１０２、点火プラグ１０３のイグナイタ１０４、及び、スロットルバルブ１０５のスロットルモータ１０６などが接続されている。
【００３８】
そして、ＥＣＵ２００は、上記した各種センサの検出信号に基づいて、燃料噴射量のフィードバック制御及び点火プラグ１０３の点火時期制御などを含むエンジン１０１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ２００は、後述する酸素センサ１の電極被毒防止処理を実行する。
【００３９】
なお、この例において、ＥＣＵ２００は、高速運転時等のエンジン保護（例えばエンジン冷却）や、高負荷時（例えば登坂走行時）等におけるエンジン性能保持などを目的として、エンジン１０１の燃料噴射量（目標空燃比）をストイキに対して増量して空燃比をリッチ側に制御する場合もある。
【００４０】
−制御回路−
次に、酸素センサ１の制御回路２０の構成を図３を参照して説明する。なお、酸素センサ１の制御回路２０はＥＣＵ２００の内部に組み込まれており、このＥＣＵ２００によって酸素センサ１の制御装置が実現されている。
【００４１】
まず、この例では、図３に示すように、酸素センサ１の大気側出力端子（大気側電極１２側の端子）１ａと、排気側出力端子（排気側電極１３側の端子）１ｂとの間に、電圧安定用の抵抗２１が接続されている。この抵抗２１の抵抗値は、酸素センサ１の機能に影響がないように、非常に大きな値（例えば１．５ＭΩ）に設定されている。
【００４２】
また、酸素センサ１に組み込まれたヒータ２の一端はバッテリ電源ＶＢに接続されている。ヒータ２の他端にはトランジスタ２４が接続されている。トランジスタ２４のベースはＥＣＵ２００のＣＰＵ２０１に接続されている。
【００４３】
さらに、この例では、酸素センサ１の大気側電極１２（大気側出力端子１ａ）が電源ＶＣに抵抗２６及びトランジスタ２５を介して接続されている。トランジスタ２５のベースはＥＣＵ２００のＣＰＵ２０１に接続されており、そのＣＰＵ２０１からの電圧印加信号に応じてトランジスタ２５がＯＮとなることによって、酸素センサ１の大気側電極１２と排気側電極１３との間に所定の電圧（例えば１Ｖ）を印加することができる。
【００４４】
以上の回路構成において、酸素センサ１の大気側電極１２の電圧Ｖｐと排気側電極１３の電圧Ｖｍとは、それぞれ、オペアン２２のプラス側端子とマイナス側端子に導かれ、それら電圧ＶｐとＶｍとの電圧差［Ｖｐ−Ｖｍ］が演算・増幅される。オペアン２２の出力信号［Ｖｐ−Ｖｍ］はアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２３によってデジタル変換された後にＣＰＵ２０１に入力される。ＣＰＵ２０１では、オペアン２２の出力信号（デジタル変換後）に基づいて、排気ガス中の酸素濃度（空燃比）を算出する。
【００４５】
そして、ＥＣＵ２００は、以上の処理で算出した実際の空燃比が目標空燃比に一致するように、インジェクタ１０２から吸気通路１１１に噴射する燃料噴射量をフィードバック制御（空燃比フィードバック制御）する。
【００４６】
また、ＥＣＵ２００は、公知の手法で酸素センサ１の素子インピーダンスを算出し、この素子インピーダンスに基づいてセンサ素子１０の温度を推定し、その推定した素子温度が目標温度（センサ素子１０の活性温度：例えば５５０℃）に一致するように、ヒータ駆動用のトランジスタ２４へのヒータ制御信号のデューティ比を算出してヒータ２の通電制御を行う。
【００４７】
−電極被毒防止処理（１）−
次に、酸素センサ１の電極被毒防止処理について説明する。
【００４８】
図４は電極被毒防止処理の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。この制御ルーチンはＥＣＵ２００において所定時間毎に繰り返して実行される。
【００４９】
まず、ステップＳＴ１１において、酸素センサ１のヒータ２の通電制御を開始する。
【００５０】
次に、ステップＳＴ１２において、酸素センサ１のセンサ素子１０が活性しているか否かを判定する。具体的には、上記ヒータ２の通電制御により、酸素センサ１のセンサ素子１０の温度（素子インピーダンスに基づく推定温度）が制御温度の目標値（例えば５５０℃）に達しているか否かを判定し、その判定結果が否定判定である場合つまり酸素センサ１が活性していない場合は、このルーチンを一旦抜ける。
【００５１】
ステップＳＴ１２の判定結果が肯定判定である場合つまり酸素センサ１が活性中である場合はステップＳＴ１３に進む。
【００５２】
ステップＳＴ１３では、エンジン保護やエンジン性能保持などの制御の実行により、エンジン１０１の空燃比（燃料噴射量）がストイキに対してα％（例えば２０％）以上増量しているか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合つまりリッチ雰囲気が継続する場合は、ステップＳＴ１４において空燃比フィードバック制御を禁止するとともに、図３に示す電圧印加用のトランジスタ２５をＯＮとして、酸素センサ１の大気側電極１２と排気側電極１３との電極間に、所定の電圧（例えば１Ｖ）を印加する（ステップＳＴ１５）。
【００５３】
このようにして酸素センサ１の電極間に電圧を印加すると、大気側電極１２による酸素イオンの強制ポンピングが開始され、そのポンピングされた酸素イオンが排気側電極１３に向かって移動する。酸素イオンが排気側電極１３に移動すると、排気側電極１３の触媒作用（白金の触媒作用）により電極表面のカーボンが燃焼（酸化→ＣＯ2）する。これによって、酸素センサ１の排気側電極１３がリッチ雰囲気に長時間さらされる状況であっても、排気側電極１３がカーボンによって被毒されることを防止することができ、センサ出力の劣化を抑制することができる。なお、酸素センサ１への電圧印加は、ステップＳＴ１３の判定結果が否定判定になるまで継続される。
【００５４】
ステップＳＴ１３の判定結果が否定判定である場合、現在制御において酸素センサ１の電極間に電圧が印加されているときには、図３に示すトランジスタ２５をＯＦＦにして電圧印加を停止し（ステップＳＴ１６）、ステップＳＴ１７において電圧印加停止時から所定時間が経過したか否かを判定し、所定時間が経過している場合、ステップＳＴ１８において空燃比フィードバック制御を実行（再開）する。なお、ステップＳＴ１３の判定結果が否定判定であり、酸素センサ１への電圧印加が行われていない場合（通常制御の場合）には、空燃比フィードバック制御を実行（継続）する。
【００５５】
−電極被毒防止処理（２）−
この例では、図５に示すように、酸素センサ１の大気側出力端子１ａと排気側出力端子１ｂとの間に、短絡用のトランジスタ２７及び抵抗２８を電圧安定用の抵抗２１に対して並列に接続している。
【００５６】
トランジスタ２７のベースはＥＣＵ２００のＣＰＵ２０１に接続されており、そのＣＰＵ２０１からの短絡指令信号に応じてトランジスタ２７がＯＮとなることによって、酸素センサ１の大気側出力端子１ａと排気側出力端子１ｂとの間が短絡（ショート）される。なお、短絡回路を形成する抵抗２８の抵抗値は、後述する起電力による電流が流れるように、電圧安定用の抵抗２１に対して十分に小さい値とする。
【００５７】
図６は電極被毒防止処理の制御ルーチンの他の例を示すフローチャートである。この制御ルーチンはＥＣＵ２００において所定時間毎に繰り返して実行される。
【００５８】
まず、ステップＳＴ２１において、酸素センサ１のヒータ２の通電制御を開始する。
【００５９】
次に、ステップＳＴ２２において、酸素センサ１のセンサ素子１０が活性しているか否かを判定する。具体的には、上記ヒータ２の通電制御により、酸素センサ１のセンサ素子１０の温度（素子インピーダンスに基づく推定温度）が制御温度の目標値（例えば５５０℃）に達しているか否かを判定し、その判定結果が否定判定である場合つまり酸素センサ１が活性していない場合は、このルーチンを一旦抜ける。
【００６０】
ステップＳＴ２２の判定結果が肯定判定である場合つまり酸素センサ１が活性中である場合はステップＳＴ２３に進む。
【００６１】
ステップＳＴ２３では、エンジン保護やエンジン性能保持などの制御の実行により、エンジン１０１の空燃比（燃料噴射量）がストイキに対してα％（例えば２０％）以上増量しているか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合つまりリッチ雰囲気が継続する場合は、ステップＳＴ２４において空燃比フィードバック制御を禁止するとともに、図５に示す短絡用のトランジスタ２７をＯＮとして、酸素センサ１の大気側出力端子１ａと排気側出力端子１ｂとの間を短絡（ショート）させる（ステップＳＴ２５）。
【００６２】
このようにして酸素センサ１の出力端子間を短絡させると、その短絡によって形成される閉回路、つまり、［センサ素子１０→大気側出力端子１ａ→抵抗２８→トランジスタ２７→排気側出力端子１ｂ→センサ素子１０］の閉回路内に、センサ素子１０で発生する起電力に応じた電流が流れる。こうして電流が流れると、大気側電極１２から酸素イオンが排気側電極１３に向かって移動する。酸素イオンが排気側電極１３に移動すると、排気側電極１３の触媒作用（白金の触媒作用）により電極表面のカーボンが燃焼（酸化→ＣＯ2）する。これによって、酸素センサ１の排気側電極１３がリッチ雰囲気に長時間さらされる状況であっても、排気側電極１３がカーボンによって被毒されることを防止することができ、センサ出力の劣化を抑制することができる。なお、酸素センサ１の出力端子間の短絡は、ステップＳＴ２３の判定結果が否定判定となるまで継続される。
【００６３】
ステップＳＴ２３の判定結果が否定判定である場合、現在制御において酸素センサ１の出力端子間が短絡されているときには、図５に示すトランジスタ２７をＯＦＦにして短絡を解除し（ステップＳＴ２６）、ステップＳＴ２７において短絡解除時から所定時間が経過したか否かを判定し、所定時間が経過している場合、ステップＳＴ２８において空燃比フィードバック制御を実行（再開）する。なお、ステップＳＴ２３の判定結果が否定判定であり、酸素センサ１の出力端子間が短絡されていない場合（通常制御の場合）には、空燃比フィードバック制御を実行（継続）する。
【００６４】
−電極被毒防止処理の別の例−
次に、酸素センサ１の電極被毒防止処理の別の例について図７及び図８のフローチャートを参照して説明する。この図７及び図８の各制御ルーチンは、例えば図１に示すＥＣＵ２００等において所定時間毎に繰り返して実行される。
【００６５】
まず、図７の例では、ステップＳＴ３１において、酸素センサ１のヒータ２の通電制御を開始する。次に、ステップＳＴ３２において、酸素センサ１のセンサ素子１０が活性しているか否かを判定する。具体的には、上記ヒータ２の通電制御により、酸素センサ１のセンサ素子１０の温度（素子インピーダンスに基づく推定温度）が制御温度の目標値（例えば５５０℃）に達しているか否かを判定し、その判定結果が否定判定である場合（酸素センサ１が活性していない場合）、このルーチンを一旦抜ける。ステップＳＴ３２の判定結果が肯定判定である場合（酸素センサ１が活性中である場合）は、ステップＳＴ３３に進む。
【００６６】
ステップＳＴ３３では、エンジン保護やエンジン性能保持などの制御の実行により、エンジン１０１の空燃比（燃料噴射量）がストイキに対してα％（例えば２０％）以上増量しているか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合つまりリッチ雰囲気が継続する場合はステップＳＴ３４に進む。
【００６７】
ステップＳＴ３４では、酸素センサ１のヒータ２の制御温度の目標値を、通常制御時よりも高い温度、具体的には９００℃に設定し、その目標値９００℃に一致するように、図３に示すトランジスタ２４へのヒータ制御信号のデューティ比を算出してヒータ２の通電制御を行う。このように目標値９００℃としてヒータ２の通電制御を行うと、酸素センサ１の排気側電極１３の電極表面のカーボンの燃焼を促進することができ、酸素センサ１の劣化を抑制することができる。
【００６８】
一方、ステップＳＴ３３の判定結果が否定判定である場合は、酸素センサ１のヒータ２の制御温度の目標値を通常制御時の温度（５５０℃）として、その目標値５５０℃に一致するように、図３に示すトランジスタ２４へのヒータ制御信号のデューティ比を算出してヒータ２の通電制御を行う。
【００６９】
次に、図８の例について説明する。
【００７０】
この例においても、まずは、酸素センサ１のヒータ２の通電制御を開始する（ステップＳＴ４１）。次に、ステップＳＴ４２において、酸素センサ１のセンサ素子１０が活性しているか否かを判定する。具体的には、上記ヒータ２の通電制御により、酸素センサ１のセンサ素子１０の温度（素子インピーダンスに基づく推定温度）が制御温度の目標値（例えば５５０℃）に達しているか否かを判定し、その判定結果が否定判定である場合（酸素センサ１が活性していない場合）、このルーチンを一旦抜ける。ステップＳＴ４２の判定結果が肯定判定である場合（酸素センサ１が活性中である場合）はステップＳＴ４３に進む。
【００７１】
ステップＳＴ４３では、エンジン保護やエンジン性能保持などの制御の実行により、エンジン１０１の空燃比（燃料噴射量）がストイキに対してα％（例えば２０％）以上増量しているか否かを判定する。このステップＳＴ４３の判定結果が肯定判定である場合つまりリッチ雰囲気が継続する場合は、所定時間経過毎に燃料噴射カットを断続的に実行する（ステップＳＴ４４〜ＳＴ４６）。この断続的な燃料噴射カットにより、酸素センサ１の排気側電極１３の電極表面のカーボンを燃焼（酸化）させることができ、酸素センサ１の劣化を抑制することができる。
【００７２】
−他の実施形態−
以上の例では、積層型の酸素センサに本発明の制御装置を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、コップ型の酸素センサにも適用可能である。コップ型の酸素センサの一例を図９に示す。
【００７３】
この図９に示す酸素センサ３０１はセンサ素子３１０及びカバー３１６を備えている。カバー３１６には、その内部に排気ガスを導くための孔（図示せず）が設けられている。センサ素子３１０はカバー３１６の内部に配置されている。
【００７４】
センサ素子３１０は一端が閉じられた管状（コップ状）の構造を有している。センサ素子３１０は、固体電解質層（例えば部分安定化ジルコニア製）３１１、この固体電解質層３１１の内側の面に形成された大気側電極（白金電極）３１２、固体電解質層３１１の外側の面に形成された排気側電極（白金電極）３１３、及び、多孔質保護層（例えば多孔質のセラミック）３１４などによって構成されている。
【００７５】
センサ素子３１０の内側には、大気に開放された大気室３１５が形成されている。この大気室３１５に流入した大気が大気側電極３１２に接触する。大気室３１５には、センサ素子３１０を加熱するためのヒータ３０２が配置されている。また、排気側電極３１３の表面は多孔質保護層３１４にて覆われており、排気通路１１２を流れる排気ガスの一部が多孔質保護層３１４を通じて排気側電極３１３に接触する。
【００７６】
そして、この例の酸素センサ３０１においても、出力電圧（大気側電極３１２と排気側電極３１３との間の電圧差）の大小により空燃比がリッチかリーンかを判定することができる。
【００７７】
以上の例では、４気筒ガソリンエンジンに搭載される酸素センサに本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば筒６気筒ガソリンエンジンなど、他の任意の気筒数の多気筒ガソリンエンジンに搭載される酸素センサにも適用できる。
【００７８】
また、ポート噴射型ガソリンエンジンに限られることなく、筒内直噴型ガソリンエンジン搭載される酸素センサにも適用可能である。さらに、ガソリンエンジンに限られることなく、ディーゼルエンジンに搭載される酸素センサにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明を適用するエンジンの一例を示す概略構成図である。
【図２】酸素センサの一例を模式的に示す断面図である。
【図３】酸素センサの制御回路の一例を示す回路構成図である。
【図４】電極被毒防止処理の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図５】酸素センサの制御回路の他の例を示す回路構成図である。
【図６】電極被毒防止処理の制御ルーチンの他の例を示すフローチャートである。
【図７】電極被毒防止処理の制御ルーチンの別の例を示すフローチャートである。
【図８】電極被毒防止処理の制御ルーチンの別の例を示すフローチャートである。
【図９】酸素センサの他の例を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  酸素センサ
１ａ  大気側出力端子
１ｂ  排気側出力端子
１０  センサ素子
１１  固体電解質層
１２  大気側電極
１３  排気側電極
１４  拡散抵抗層
１５  大気ダクト
２  ヒータ
２０  制御回路
２１  抵抗（電圧安定用）
２２  オペアン
２３  アナログデジタル変換器
２４  トランジスタ（ヒータＯＮ／ＯＦＦ用）
２５  トランジスタ（電圧印加用）
２７  トランジスタ（短絡用）
１０１  エンジン
１０２  インジェクタ
１０８  三元触媒
１１１  吸気通路
１１２  排気通路
２００  ＥＣＵ
２０１  ＣＰＵ
【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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【図８】
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【図９】
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