(57)【要約】【課題】  固体電解質を用いた起電力式酸素濃度センサの異常をより正確且つ迅速に判定することができる酸素濃度センサの異常判定装置を提供すること。【解決手段】  この異常判定装置は、異常判定実施条件が成立すると（ステップ９１０）、酸素濃度センサの検出側電極及びコーティング層に付着しているガス分子が酸素分子であるか未燃成分分子であるかを判別し（ステップ９１５）、その判別結果に応じた所定の電圧を基準側電極と検出側電極との間に印加し（ステップ９２０、９２５）、同付着しているガス分子を除去する。同時に、本装置は、この酸素濃度センサによる空燃比のフィードバック制御を停止するとともに、酸素濃度センサに理論空燃比の排ガスが到達するように制御する。その後、前記付着しているガス分子が除去されると、本装置は、その時点の酸素濃度センサの出力に基いて酸素濃度センサに異常が生じているか否かを判定する。【選択図】  図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質、前記固体電解質の一側に形成された検出側電極、前記検出側電極を被覆するコーティング層、及び、前記検出側電極との間に前記固体電解質を挟むように同固体電解質の他側に形成された基準側電極を備えてなり同コーティング層に内燃機関の排ガスが接触し且つ同基準側電極に大気が接触するように同機関の排気通路に配設され、前記排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比へと変化する際に出力が急減するとともに同排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比へと変化する際に出力が急増する酸素濃度センサと、
前記酸素濃度センサの出力に基いて前記機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
所定の異常判定実施条件が成立したときに前記フィードバック制御を停止するとともに前記機関に供給される混合気の空燃比が理論空燃比となるように同混合気の空燃比をフィードフォワード制御する空燃比フィードフォワード制御手段と、
前記所定の異常判定実施条件が成立したときに前記検出側電極及び前記コーティング層に付着しているガス分子を除去するガス分子除去手段と、
前記ガス分子除去手段により前記ガス分子が除去された後に前記酸素濃度センサの出力を取得するとともに同取得された出力に基いて同酸素濃度センサが異常であるか否かを判定する異常判定手段と、
を備えた内燃機関の空燃比制御に使用される酸素濃度センサの異常判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の酸素濃度センサの異常判定装置において、
前記ガス分子除去手段は、
前記所定の異常判定実施条件が成立したときに前記検出側電極及び前記コーティング層に付着しているガス分子が酸素分子及び未燃成分分子のうちの何れであるかを判定し、同付着しているガス分子が酸素分子であると判定されたとき前記検出側電極の電位が前記基準側電極の電位よりも低くなるように前記検出側電極と前記基準側電極との間に電圧を印加し、同付着しているガス分子が未燃成分分子であると判定されたとき前記検出側電極の電位が前記基準側電極の電位よりも高くなるように前記検出側電極と前記基準側電極との間に電圧を印加することにより、前記ガス分子を除去するように構成された酸素濃度センサの異常判定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の酸素濃度センサの異常判定装置において、
前記ガス分子除去手段は、
前記検出側電極と前記基準側電極との間に前記電圧を印加しているときに同検出側電極と同基準側電極との間を流れる電流を検出するとともに同検出された電流に基いて同電圧の印加を停止することにより前記ガス分子の除去を終了するように構成された酸素濃度センサの異常判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の空燃比制御に使用されるように同機関の排気通路に配設された酸素濃度センサの異常判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に配設された酸素濃度センサの出力に基いて同機関に供給される混合気の空燃比（本明細書において「機関の空燃比」とも称呼する。）をフィードバック制御する装置（空燃比フィードバック制御装置）は広く採用されている。
【０００３】
このような空燃比制御に使用される酸素濃度センサの一つは、固体電解質と、基準側電極と、検出側電極と、検出側電極を被覆するコーティング層と、を備えている。この酸素濃度センサは、基準側電極に基準ガスとなる大気が導かれ、検出側電極及びコーティング層に検出対象ガスである排ガスが導かれるように、内燃機関の排気通路に配設されている。かかる酸素濃度センサは、基準側電極と検出側電極との間の酸素分圧に応じた大きさの起電力を発生する。この起電力が酸素濃度センサの出力として用いられる。従って、この酸素濃度センサは、起電力式酸素濃度センサ又は濃淡電池型酸素濃度センサと称呼される。
【０００４】
より具体的に述べると、この酸素濃度センサは、検出対象ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであって酸素を含んでいないとき略一定の高い電圧（高電圧、例えば、約０．９Ｖ）を出力し、検出対象ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであって酸素を含んでいるとき略一定の低い電圧（低電圧、例えば、約０．１Ｖ）を出力する。更に、検出対象ガスの空燃比が理論空燃比であるとき前記高電圧と前記低電圧との中間の電圧（中間電圧、例えば、約０．５Ｖ）を出力する。
【０００５】
このような空燃比フィードバック装置において、酸素濃度センサが異常となることによってその出力が予定されている出力から乖離すると、機関に供給される混合気の空燃比は目標とする空燃比から乖離してしまう。従って、酸素濃度センサに異常が生じたか否かを判定し、異常であると判定された場合に空燃比フィードバック制御を停止する等の必要な処置を行うことが必要である。このため、従来から、様々な酸素濃度センサ異常判定装置が提案されている。
【０００６】
このような酸素濃度センサ異常判定装置の一つは、酸素濃度センサの出力に基いて機関に供給される混合気の空燃比を理論空燃比にフィードバック制御している期間において、基準側電極と検出側電極との間の酸素分圧の差が所定値以下であることを示している割合が所定値割合以上となる出力分布の確認に基き、酸素濃度センサに異常が発生したか否かを判定するようになっている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００３−１４６８３号公報
【発明の開示】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載された装置によれば、出力分布を確認するために酸素濃度センサの出力をある程度の長い期間に亘って検出することが必要であるから、酸素濃度センサに異常が発生しているか否かを判定するのに比較的長い時間を要するという問題がある。
【０００８】
これに対し、酸素濃度センサ（検出側電極及びコーティング層）に空燃比が理論空燃比である排ガスを供給し、そのときの酸素濃度センサの出力値が前述した中間電圧近傍でないとき、酸素濃度センサが異常であると判定することが考えられる。しかしながら、図５の実線及び破線により示したように、酸素濃度センサの出力はヒステリシスを有する。即ち、検出対象の排ガスの空燃比が理論空燃比となった時点において、その時点よりも前の時点の排ガスの空燃比がリッチであれば、酸素濃度センサの出力は前記中間電圧（ＶＲ）よりも高い高側電圧（ＶＨ）を出力する（実線を参照）。これは、検出側電極及びコーティング層に未燃成分分子（例えば、ＣＯ及びＨＣ）が付着しているためと考えられる。更に、検出対象の排ガスの空燃比が理論空燃比となった時点において、その時点よりも前の時点の排ガスの空燃比がリーンであれば、酸素濃度センサの出力は前記中間電圧（ＶＲ）よりも低い低側電圧（ＶＬ）を出力する（破線を参照）。これは、検出側電極及びコーティング層に酸素分子が付着しているためと考えられる。従って、検出対象の排ガスの空燃比を理論空燃比としたときの酸素濃度センサの出力と前記中間電圧（ＶＲ）との比較に基いて同酸素濃度センサに異常が発生したか否かを判定すると、その判定を誤る可能性がある。
【０００９】
本発明は、上述した酸素濃度センサの特性を考慮することによりなされたものであって、酸素濃度センサの異常をより正確且つ迅速に判定することができる酸素濃度センサの異常判定装置を提供することを目的としている。この目的を達成するため、本発明による酸素濃度センサの異常判定装置は、検出側電極及びコーティング層に付着しているガス分子を除去した後に酸素濃度センサの出力を取得し、その出力に基いて酸素濃度センサに異常が発生しているか否かを判定する。
【００１０】
具体的に述べると、本発明による酸素濃度センサの異常判定装置は、前述した起電力式（濃淡電池型）の酸素濃度センサが異常となったか否かの判定を行う。即ち、この酸素濃度センサは、固体電解質と、基準側電極と、検出側電極と、検出側電極を被覆するコーティング層と、を備える。
【００１１】
検出側電極は固体電解質の一側に形成されている。基準側電極は前記検出側電極との間に前記固体電解質を挟むように同固体電解質の他側に形成されている。この酸素濃度センサは、検出側電極及びコーティング層に内燃機関の排ガスが接触し、且つ、基準側電極に大気が接触するように同機関の排気通路に配設されている。従って、この酸素濃度センサは、前記排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比へと変化する際に出力が急減し、前記排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比へと変化する際に出力が急増する。
【００１２】
更に、この酸素濃度センサの異常判定装置は、空燃比フィードバック制御手段と、空燃比フィードフォワード制御手段と、ガス分子除去手段と、異常判定手段と、を備えている。
【００１３】
空燃比フィードバック制御手段は、前記酸素濃度センサの出力に基いて前記機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する。
【００１４】
空燃比フィードフォワード制御手段は、所定の異常判定実施条件が成立したときに前記フィードバック制御を停止するとともに前記機関に供給される混合気の空燃比が理論空燃比となるように同機関の空燃比をフィードフォワード制御する。
【００１５】
ガス分子除去手段は、前記所定の異常判定実施条件が成立したときに前記検出側電極及び前記コーティング層に付着しているガス分子を除去する。ガス分子の除去には、後述するように、例えば、酸素濃度センサの固体電解質が有する酸素ポンピング機能（電位の低い電極から電位の高い電極へと酸素を酸素イオンとして移動させる機能）が利用され得る。
【００１６】
異常判定手段は、前記ガス分子除去手段により前記ガス分子が除去された後に前記酸素濃度センサの出力値を取得する。このとき、検出側電極及びコーティング層に到達している排ガスの空燃比は、前記空燃比フィードフォワード制御手段によって理論空燃比となるように調整されている。そして、異常判定手段は、取得された酸素濃度センサの出力に基いてその酸素濃度センサが異常であるか否かを判定する。
【００１７】
これによれば、酸素濃度センサが異常であるか否かを判定する際に使用される同酸素濃度センサの出力（異常判定用出力）が取得される前までに、検出側電極及びコーティング層に付着しているガス分子が除去される。従って、異常判定用出力は、異常判定を行う時点までに酸素濃度センサに到達していた排ガスの空燃比に依存せず、理論空燃比に対する出力となっている。この結果、このような異常判定用出力に基いて酸素濃度センサの異常（特性ずれを含む）の有無についての判定がなされるので、酸素濃度センサの異常を精度良く判定することができる。また、この異常判定装置は、酸素濃度センサの出力分布が得られるまで酸素濃度センサの出力をサンプリングする必要がないので、酸素濃度センサに異常が発生しているか否かを迅速に判定することができる。
【００１８】
この場合、前記ガス分子除去手段は、前記検出側電極と前記基準側電極との間に所定の電圧を印加することにより同検出側電極及び前記コーティング層に付着しているガス分子を除去するように構成されることが好適である。
【００１９】
即ち、前記ガス分子除去手段は、前記所定の異常判定実施条件が成立したときに前記検出側電極及び前記コーティング層に付着しているガス分子が酸素分子及び未燃成分分子（ＨＣ，ＣＯ等）のうちの何れであるかを判定し、同付着しているガス分子が酸素分子であると判定されたとき前記検出側電極の電位が前記基準側電極の電位よりも低くなるように前記検出側電極と前記基準側電極との間に電圧を印加し、同付着しているガス分子が未燃成分分子であると判定されたとき前記検出側電極の電位が前記基準側電極の電位よりも高くなるように前記検出側電極と前記基準側電極との間に電圧を印加することにより、前記ガス分子を除去するように構成されることが好適である。
【００２０】
例えば、前記所定の異常判定実施条件が成立した直前において酸素濃度センサに到達していた排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであれば、検出側電極及びコーティング層には酸素分子が付着している。従って、ガス分子除去手段は、検出側電極の電位が基準側電極の電位よりも低くなるように検出側電極と基準側電極との間に電圧を印加することにより、固体電解質の酸素ポンピング機能を利用して、検出側電極及びコーティング層に付着している酸素分子を検出側電極及びコーティング層から基準側電極に向けて汲み出し、検出側電極及びコーティング層に付着している酸素分子を除去する。
【００２１】
一方、前記所定の異常判定実施条件が成立した直前において酸素濃度センサに到達していた排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであれば、検出側電極及びコーティング層には未燃成分分子が付着している。従って、ガス分子除去手段は、検出側電極の電位が基準側電極の電位よりも高くなるように検出側電極と基準側電極との間に電圧を印加することにより、固体電解質の酸素ポンピング機能を利用して、基準側電極から検出側電極に向けて酸素分子を汲み出し、汲み出した酸素分子と検出側電極及びコーティング層に付着している未燃成分分子とを反応させてその未燃成分分子を除去する。
【００２２】
これによれば、検出側電極及びコーティング層に付着しているガス分子を除去するのに適切な電圧が検出側電極及び基準側電極の間に付与されるので、同付着しているガス分子を確実に除去することができる。
【００２３】
更に、前記ガス分子除去手段は、
前記検出側電極と前記基準側電極との間に前記電圧を印加しているときに前記検出側電極と前記基準側電極との間を流れる電流を検出するとともに同検出された電流に基いて同電圧の印加を停止することにより前記ガス分子の除去を終了するように構成されることが好適である。
【００２４】
前記検出側電極及び前記コーティング層に付着しているガス分子が酸素分子であれば、その酸素分子の総てを検出側電極から固体電解質を通して基準側電極に移動させた（汲み出した）時点（便宜上、「第１時点」という。）にて前記電圧の印加を停止することが好ましい。この第１時点は、検出側電極と基準側電極との間に流れる電流が０となったか否かを監視することにより検出することができる。
【００２５】
一方、前記検出側電極及び前記コーティング層に付着しているガス分子が未燃成分分子であれば、その未燃成分分子の総てを基準側電極から固体電解質を通して検出側電極に移動させた（汲み出した）酸素分子と反応させた時点（便宜上、「第２時点」という。）にて前記電圧の印加を停止することが好ましい。この第２時点までは検出側電極の近傍の未燃成分分子が次第に減少するので、検出側電極の近傍で消費される酸素も減少する。この結果、固体電解質中を移動する酸素イオンの量が次第に減少するから、検出側電極と基準側電極との間に流れる電流は次第に減少する。また、第２時点以降においては、固体電解質中を移動する酸素イオンの量が酸素イオンのイオン化ポテンシャルに応じた一定量になるから、検出側電極と基準側電極との間に流れる電流も一定になる。従って、第２時点は、検出側電極と基準側電極との間に流れる電流が次第に減少した後に一定になったか否かを監視すること、または、その電流が酸素イオンのイオン化ポテンシャルに応じた一定の電流となったか否かを監視することにより検出することができる。
【００２６】
これにより、電圧印加を終了する時点が適切となるから、検出側電極と基準側電極との間に電圧を不必要に印加することを回避することができるとともに、酸素濃度センサの異常判定を早い時点で行うことができる。
【００２７】
なお、
前記空燃比フィードバック制御手段は、
前記機関に供給される混合気の空燃比が理論空燃比となるように同混合気の空燃比をフィードバック制御するように構成され、
前記空燃比フィードフォワード制御手段は、
前記空燃比フィードバック制御手段が前記空燃比のフィードバック制御を実行している期間において得られるフィードバック量に基いて学習された学習値に基いて前記混合気の空燃比を制御するように構成されることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明による酸素濃度センサの異常判定装置の各実施形態について図面を参照しながら説明する。この異常判定装置は、内燃機関の空燃比制御装置（燃料噴射量制御装置）の一部である。
【００２９】
（第１実施形態）
＜構成＞
図１は、この異常判定装置を含む空燃比制御装置を４サイクル火花点火式多気筒（４気筒）内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図１は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
【００３０】
この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。
【００３１】
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これによりクランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。
【００３２】
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角及びリフト量を連続的に変更する可変吸気タイミング装置３３、可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）３９を備えている。
【００３３】
吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通し同吸気ポート３１とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２及び吸気管４１内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットルバルブ４３を備えている。スロットルバルブ４３は、ＤＣモータからなるスロットルバルブアクチュエータ４３ａにより吸気管４１内で回転駆動されるようになっている。
【００３４】
排気系統５０は、排気ポート３４に連通したエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１に接続されたエキゾーストパイプ５２、エキゾーストパイプ５２に配設された上流側触媒５３、及び、上流側触媒５３よりも下流のエキゾーストパイプ５２に配設された下流側触媒５４を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。
【００３５】
上流側触媒５３及び下流側触媒５４のそれぞれは、所謂、白金等の貴金属からなる活性成分を担持する三元触媒装置である。各触媒は、触媒流入ガスがほぼ理論空燃比であるとき、ＨＣ，ＣＯなどの未燃成分を酸化するとともに、窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する機能を有する。更に、各触媒は、酸素を吸蔵（貯蔵）する酸素吸蔵機能を有し、この酸素吸蔵機能により空燃比が理論空燃比から偏移したとしても未燃成分及び窒素酸化物を浄化することができる。この酸素吸蔵機能は、触媒に担持されているセリア(CeO2)によってもたらされる。
【００３６】
一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、スロットルポジションセンサ６２、カムポジションセンサ６３、クランクポジションセンサ６４、水温センサ６５、空燃比センサ６６、酸素濃度センサ６７及びアクセル開度センサ６８を備えている。
【００３７】
エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の質量流量Gaに応じた信号を出力するようになっている。
スロットルポジションセンサ６２は、スロットルバルブ４３の開度（スロットルバルブ開度）を検出し、スロットルバルブ開度TAを表す信号を出力するようになっている。
【００３８】
カムポジションセンサ６３は、インテークカムシャフトが９０°回転する毎に（即ち、クランク軸２４が１８０°回転する毎に）一つのパルスを有する信号（Ｇ２信号）を発生するようになっている。
クランクポジションセンサ６４は、クランク軸２４が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸２４が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、エンジン回転速度NEを表す。
水温センサ６５は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。
【００３９】
空燃比センサ６６は、排気通路であって上流側触媒５３よりも上流側に配設されている。空燃比センサ６６は、所謂「限界電流式酸素濃度センサ」であって、上流側触媒５３に流入する排ガス中の空燃比を検出し、図２に示したように、検出した空燃比に応じた信号Vabyfsを出力するようになっている。
【００４０】
酸素濃度センサ６７は、排気通路であって上流側触媒５３よりも下流側であり下流側触媒５４よりも上流側に配設されている。酸素濃度センサ６７は、前述した周知の起電力式の酸素濃度センサ（安定化ジルコニアを用いた周知の濃淡電池型の酸素濃度センサ）である。酸素濃度センサ６７は、本異常判定装置によって異常があるか否かの判定がなされる対象となるセンサである。酸素濃度センサ６７には、電圧印加装置７０が接続されている。
【００４１】
より具体的に述べると、酸素濃度センサ６７は、図３に示したように、有底円筒状の固体電解質（素子部）６７ａと、基準側電極６７ｂと、検出側電極６７ｃと、カバー６７ｄと、を備えている。固体電解質６７ａは、安定化ジルコニアからなっている。基準側電極６７ｂ及び検出側電極６７ｃは白金からなっている。検出側電極６７ｃは、固体電解質６７ａの一側に形成されている。基準側電極６７ｂは、検出側電極６７ｃとの間に固体電解質６７ａを挟むように固体電解質６７ａの他側に形成されている。更に、検出側電極６７ｃは、図３のＡ部を拡大した図である図４に示したように、コーティング層６７ｅにより被覆されている。コーティング層６７ｅは、多孔質セラミックからなっている。
【００４２】
基準側電極６７ｂには酸素濃度（酸素分圧）の基準ガスとなる大気が導かれている。検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅは、カバー６７ｄに設けられた通気孔を通過する排ガス（上流側触媒５３から流出した排ガス）中に曝されている。
【００４３】
かかる酸素濃度センサ６７は、基準側電極６７ｂと検出側電極６７ｃとの間の酸素分圧の差に応じた大きさの起電力を発生する。この起電力が酸素濃度センサの出力Ｖoxsとして取り出される。この出力Ｖoxsの静的な特性は、図５において一点鎖線により示したように、検出対象のガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチのとき最大出力値max（例えば、約０．９Ｖ）を出力するとともに、検出対象のガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンのとき最小出力値min（例えば、約０．１Ｖ）を出力し、検出対象のガスの空燃比が理論空燃比であるとき最大出力値maxと最小出力値minの略中間の電圧（中間電圧、例えば、約０．５Ｖ）ＶＲを出力するようになっている。
【００４４】
即ち、酸素濃度センサ６７は、コーティング層６７ｅ（及び検出側電極６７ｃ）に内燃機関１０の排ガスが接触し且つ基準側電極６７ｂに大気が接触するように機関１０の排気通路に配設され、前記排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比へと変化する際に出力が急減するとともに同排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比へと変化する際に出力が急増するようになっている。
【００４５】
一方、酸素濃度センサ６７の出力Ｖoxsは、過去においてコーティング層６７ｅ及び検出側電極６７ｃに到達していた排ガスの空燃比の影響を受ける。即ち、検出対象の排ガスの空燃比が理論空燃比となった時点において、その時点よりも前の時点の排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであれば、図５の実線により示したように、出力Ｖoxsは前記中間電圧（ＶＲ）よりも高い高側電圧（ＶＨ）となる。これは、検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに未燃成分分子（例えば、ＣＯ及びＨＣ）が付着しているためと考えられる。
【００４６】
他方、検出対象の排ガスの空燃比が理論空燃比となった時点において、その時点よりも前の時点の排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであれば、図５の破線により示したように、出力Ｖoxsは前記中間電圧（ＶＲ）よりも低い低側電圧（ＶＬ）となる。これは、検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに酸素分子が付着しているためと考えられる。従って、検出対象の排ガスの空燃比を理論空燃比としたときの酸素濃度センサの出力Ｖoxsと前記中間電圧ＶＲとの単純な比較に基いて酸素濃度センサ６７に異常が発生したか否かを判定すると、その判定を誤る可能性がある。
【００４７】
再び、図１を参照すると、アクセル開度センサ６８は、運転者によって操作されるアクセルペダルＡＰの操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
電圧印加装置７０は、酸素濃度センサ６７の基準側電極６７ｂと検出側電極６７ｃとの間に後述する所定の電圧（酸素ポンピング用電圧）を印加するようになっている（図１０及び図１１を参照。）。
【００４８】
電気制御装置８０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ８１、ＣＰＵ８１が実行するプログラム、テーブル（マップ、関数）及び定数等を予め記憶したＲＯＭ８２、ＣＰＵ８１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ８３、電源が投入された状態でデータを格納するとともにその格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ８４並びにＡＤコンバータを含むインターフェース８５等からなるマイクロコンピュータである。
【００４９】
インターフェース８５は、前記センサ６１〜６８と接続され、ＣＰＵ８１にセンサ６１〜６８からの信号を供給するようになっている。更に、インターフェース８５は、ＣＰＵ８１の指示に応じて可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、イグナイタ３８、インジェクタ３９、スロットルバルブアクチュエータ４３ａ及び電圧印加装置７０に駆動・指示信号を送出するようになっている。
【００５０】
＜作動＞
次に、上記のように構成された酸素濃度センサの異常判定装置を含む空燃比制御装置の実際の作動について説明する。
【００５１】
（空燃比制御）
ＣＰＵ８１は、図６に示した最終燃料噴射量Ｆｉの計算及び燃料噴射の指示を行うルーチンを、所定の気筒のクランク角が吸気上死点前の所定クランク角度（例えば、ＢＴＤＣ９０°ＣＡ）となる毎に、その気筒に対して繰り返し実行するようになっている。従って、所定の気筒のクランク角度が前記所定クランク角度になると、ＣＰＵ８１はステップ６００から処理を開始してステップ６０５に進み、フューエルカット条件が成立しているか否かを判定する。
【００５２】
フューエルカット条件は、スロットルバルブ開度TAが０（スロットル弁全閉）であり、且つ、エンジン回転速度NEがフューエルカット回転速度NEFC以上であるときに成立する。現時点において、このフューエルカット条件が成立していると、ＣＰＵ８１はステップ６０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。これにより、燃料噴射が実行されないので、フューエルカット運転が行われる。
【００５３】
いま、フューエルカット条件が成立していないと仮定して説明を続けると、ＣＰＵ８１はステップ６０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ６１０に進み、エアフローメータ６１により計測された吸入空気量Gaとエンジン回転速度NEとマップｆとに基いて機関の空燃比を理論空燃比とするための基本燃料噴射量Ｆbaseを求める。
【００５４】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ６１５に進み、基本燃料噴射量Ｆbaseに空燃比補正係数Ｋを乗じた値に後述する空燃比フィードバック補正量ＤＦｉを加えた値（Ｋ・Ｆbase＋ＤＦｉ）を最終燃料噴射量Ｆｉとして設定する。空燃比補正係数Ｋは、目標空燃比に応じて定められる係数であって、目標空燃比が理論空燃比であるときに１．０、目標空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比であるとき、１．０より大きい値（例えば、１．２）に設定される。
【００５５】
その後、ＣＰＵ８１はステップ６２０に進んで最終燃料噴射量Ｆｉの燃料を噴射するための指示を前記所定の気筒に対応するインジェクタ３９に対して行い、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以上により、フィードバック補正された最終燃料噴射量Ｆｉの燃料が吸気行程を迎える気筒に対して噴射される。なお、このルーチンは、他の気筒に対しても上記と同様に実行される。
【００５６】
次に、上記空燃比フィードバック補正量ＤＦｉの算出について説明する。ＣＰＵ８１は図７に示したルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ８１はステップ７００から処理を開始し、ステップ７０５に進んでメインフィードバック制御条件（空燃比フィードバック制御条件）が成立しているか否かを判定する。メインフィードバック制御条件は、例えば、フューエルカット中でなく、機関の冷却水温THWが第１所定温度以上であり、機関の一回転当りの吸入空気量（負荷）が所定値以下であり、目標空燃比が理論空燃比であり、且つ、空燃比センサ６６が正常であるときに成立する。
【００５７】
いま、メインフィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、ＣＰＵ８１はステップ７０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７１０に進み、現時点の空燃比センサ６６の出力vabyfsと後述するサブフィードバック制御量vafsfbとの和（vabyfs＋vafsfb）及び図２に示したマップに基いて現時点における上流側触媒５３の上流のガスの空燃比を求める。この空燃比は、上流側触媒５３の上流における排ガスの空燃比をサブフィードバック制御量vafsfbによって補正した空燃比であり、以下、「上流側制御用空燃比abyfs」と称呼される。
【００５８】
次に、ＣＰＵ８１はステップ７１５に進み、現時点からＮストローク前に吸気行程を迎えた気筒の吸入空気量である筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）を前記求めた上流側制御用空燃比abyfsで除することにより、現時点からＮストローク前の筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を求める。値Ｎは、内燃機関の排気量及び燃焼室２５から空燃比センサ６６までの距離等により異なる値である。
【００５９】
このように、現時点からＮストローク前の筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を求めるために、現時点からＮストローク前の筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）を上流側制御用空燃比abyfsで除するのは、燃焼室２５内で燃焼された混合気が空燃比センサ６６に到達するまでには、Ｎストロークに相当する時間を要しているからである。なお、筒内吸入空気量Ｍｃは、各気筒の吸気行程毎に、その時点のエアフローメータ６１の出力Gaとエンジン回転速度NEとに基いて求められ（例えば、エアフローメータ６１の出力Gaに対して一次遅れ処理を施した値をエンジン回転速度NEで除することにより求められ）、各吸気行程に対応してＲＡＭ７３内に記憶されている。
【００６０】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ７２０に進み、現時点からＮストローク前の筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）を現時点からＮストローク前の時点における目標空燃比abyfr（ｋ−Ｎ）（この例では、理論空燃比）で除することにより、現時点からＮストローク前の目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）を求める。
【００６１】
そして、ＣＰＵ８１はステップ７２５に進んで目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）から筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を減じた値を筒内燃料供給量偏差ＤＦｃとして設定する。つまり、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは、Ｎストローク前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分を表す量となる。次に、ＣＰＵ８１はステップ７３０に進み、（１）式に基いて空燃比フィードバック補正量ＤＦｉを求める。
ＤＦｉ＝（Ｇｐ・ＤＦｃ＋Ｇｉ・ＳＤＦｃ）・ＫＦＢ  …  （１）
【００６２】
上記（１）式において、Ｇｐは予め設定された比例ゲイン、Ｇｉは予め設定された積分ゲインである。なお、（１）式の係数ＫＦＢはエンジン回転速度NE及び筒内吸入空気量Ｍｃ等により可変とすることが好適であるが、ここでは「１」としている。また、値ＳＤＦｃは筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの積分値であり、次のステップ７３５にて更新される。即ち、ＣＰＵ８１は、ステップ７３５にてその時点における筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの積分値ＳＤＦｃに上記ステップ７２５にて求めた筒内燃料供給量偏差ＤＦｃを加えて、新たな筒内燃料供給量偏差の積分値ＳＤＦｃを求め、ステップ７９５にて本ルーチンを一旦終了する。
【００６３】
以上により、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが比例積分制御により求められ、この空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが前述した図６のステップ６１５及びステップ６２０により最終燃料噴射量Ｆｉに反映される。この結果、現時点からＮストローク前の燃料供給量の過不足が補償されるので、機関の空燃比（従って、上流側触媒５３に流入するガスの空燃比）の平均値が目標空燃比abyfrである理論空燃比と略一致せしめられる。
【００６４】
一方、ステップ７０５の判定時において、メインフィードバック制御条件が不成立であると、ＣＰＵ８１は同ステップ７０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７４０に進み、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉの値を「０」に設定する。次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、メインフィードバック制御条件が不成立であるときは、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉを「０」として基本燃料噴射量Ｆbaseの補正を行わない。
【００６５】
次に、酸素濃度センサ６７の出力Ｖoxsに基く空燃比フィードバック制御について説明する。なお、この空燃比フィードバック制御は、サブフィードバック制御とも呼ばれる。このサブフィードバック制御により、上述したサブフィードバック制御量vafsfbが算出される。
【００６６】
ＣＰＵ８１は、サブフィードバック制御量vafsfbを求めるために、図８に示したルーチンを所定時間の経過毎に実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ８１はステップ８００から処理を開始し、ステップ８０５に進んでサブフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。サブフィードバック制御条件は、例えば、前述したステップ７０５でのメインフィードバック制御条件が成立し、且つ、機関の冷却水温THWが前記第１所定温度よりも高い第２所定温度以上であるときに成立する。第２所定温度は、冷却水温THWが第２所定温度以上であれば、酸素濃度センサ６７が活性化しているであろうと考えられる温度に設定されている。
【００６７】
いま、サブフィードバック制御条件が成立し、且つ、酸素濃度センサ６７が異常であるとは判定されておらず（後述の異常判定フラグＸＦＡＩＬ＝０）、且つ、酸素濃度センサの異常判定処理が実行中でない（後述の異常判定処理実行中フラグＸＤＧ＝０）であると仮定して説明を続ける。
【００６８】
この場合、ＣＰＵ８１はステップ８０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８１０に進み、異常判定フラグＸＦＡＩＬの値が「０」であるか否かを判定する。異常判定フラグＸＦＡＩＬは図示しないイグニッション・キーがオンされたときに起動される図示しないイニシャルルーチンにより「０」に設定されるとともに後述する異常判定ルーチン（図１３）によって酸素濃度センサ６７が正常であると判定されたときに「０」に設定される。更に、異常判定フラグＸＦＡＩＬは酸素濃度センサ６７が後述する異常判定ルーチン（図１３）によって異常であると判定されたときに「１」に設定される。なお、異常判定フラグＸＦＡＩＬの値は、バックアップＲＡＭ８４内に格納され、一旦「１」に設定されると、酸素濃度センサ６７が交換されて電気制御装置８０の所定のリセットスイッチ（図示省略）が押されるか、又は、再び酸素濃度センサ６７が正常であると判定されるまで「１」に維持される。
【００６９】
前述した仮定によれば、酸素濃度センサ６７は異常と判定されていないので、異常判定フラグＸＦＡＩＬの値は「０」である。従って、ＣＰＵ８１はステップ８１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８１５に進み、異常判定処理実行中フラグＸＤＧの値が「０」であるか否かを判定する。
【００７０】
異常判定処理実行中フラグＸＤＧの値は、異常判定処理の開始後から異常判定終了時の間「１」に設定される（図９のステップ９３０及び図１１のステップ１１４０を参照。）。即ち、異常判定処理実行中フラグＸＤＧの値は、酸素濃度センサ６７の異常判定処理実行中にのみ「１」に設定され、その他の場合に「０」に設定されている。
【００７１】
前述した仮定によれば、異常判定処理実行中ではないので、異常判定処理実行中フラグＸＤＧの値は「０」である。従って、ＣＰＵ８１はステップ８１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８２０に進み、目標値Ｖoxsrefから現時点の酸素濃度センサ６７の出力Ｖoxsを減じることにより、出力偏差量ＤＶoxsを求める。目標値Ｖoxsrefは、上流側触媒５３の浄化効率が良好（最良）となるように定められ、ここでは、酸素濃度センサ６７に理論空燃比のガスが定常的に到達している場合に同酸素濃度センサ６７が出力するであろう値（理論空燃比相当値であって、後述する図１１のステップ１１３５にて設定されるストイキ対応値Ｖst）に設定される。その後、ＣＰＵ８１はステップ８２５に進み、下記（２）式に基いてサブフィードバック制御量vafsfbを求める。
vafsfb＝Ｋｐ・ＤＶoxs＋Ｋｉ・ＳＤＶoxs  …（２）
【００７２】
上記（２）式において、Ｋｐは予め設定された比例ゲイン、Ｋｉは予め設定された積分ゲインである。また、ＳＤＶoxsは、出力偏差量ＤＶoxsの積分値であって、次のステップ８３０にて更新される値である。即ち、ＣＰＵ８１は、ステップ８３０に進むと、その時点における出力偏差量の積分値ＳＤＶoxsに上記ステップ８２０にて求めた出力偏差量ＤＶoxsを加えて、新たな出力偏差量の積分値ＳＤＶoxsを求める。
【００７３】
次に、ＣＰＵ８１はステップ８３５に進み、下記（３）式に基いてサブフィードバック学習値vsbgを更新する。（３）式におけるαは、０より大きく１より小さい所定値である。このサブフィードバック学習値vsbgの値は、バックアップＲＡＭ８４内に格納され、電気制御装置８０の所定のリセットスイッチ（図示省略）が押されるまで維持される。
vsbg＝α・vsbg＋（１−α）・vafsfb  …（３）
その後、ＣＰＵ８１はステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００７４】
このようにして、サブフィードバック制御量vafsfbが求められ、この値は前述した図７のステップ７１０にて空燃比センサ６６の実際の出力に加えられ、その和（vabyfs + vafsfb）が図２に示したマップに基いて前記上流側制御用空燃比abyfsに変換される。換言すると、上流側制御用空燃比abyfsは、空燃比センサ６６が実際に検出している空燃比に対して、酸素濃度センサ６７の出力Ｖoxsに基づいて求められるサブフィードバック制御量vafsfbに相当する分だけ異なる空燃比として求められる。
【００７５】
この結果、前述した図７のステップ７１５にて計算される筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）が酸素濃度センサ６７の出力Ｖoxsに応じて変化するので、ステップ７２５及びステップ７３０によって空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが酸素濃度センサ６７の出力Ｖoxsに応じて変更せしめられることになる。これにより、酸素濃度センサ６７の出力Ｖoxsが目標値Ｖoxsrefに一致するように、機関の空燃比が制御せしめられる。
【００７６】
一方、ＣＰＵ８１がステップ８０５に進んだとき、サブフィードバック制御条件が成立していなければ、ＣＰＵ８１はステップ８０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ８４０に進む。更に、ＣＰＵ８１がステップ８１０に進んだとき、異常判定フラグＸＦＡＩＬの値が「１」であると、ＣＰＵ８１はステップ８１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８４０に進む。加えて、ＣＰＵ８１がステップ８１５に進んだとき、異常判定処理実行中フラグＸＤＧの値が「１」であると、ＣＰＵ８１はステップ８１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ８４０に進む。
【００７７】
ＣＰＵ８１は、ステップ８４０に進むと、同ステップ８４０にてサブフィードバック制御量vafsfbにサブフィードバック学習値vsbgを代入する。これにより、サブフィードバック停止中において、それまでに学習しておいた学習値vsbgに基いてメインフィードバックが実行される。
【００７８】
このように、サブフィードバック停止中（即ち、サブフィードバック条件が不成立である場合、異常判定フラグＸＦＡＩＬの値が「１」である場合及び異常判定処理実行中フラグＸＤＧの値が「１」である場合のうちの少なくとも一の場合）、酸素濃度センサ６７の実際の（リアルタイムの）出力Ｖoxsに基く機関の空燃比フィードバック制御は停止される。従って、この場合、メインフィードバック制御が行われているか否かに関わらず、酸素濃度センサ６７に関しては空燃比のフィードフォワード制御が行われることになる。また、この場合、メインフィードバック制御が行われていれば、酸素濃度センサ６７に関して機関の空燃比を理論空燃比に一致させるためのフィードフォワード制御が行われることになる。
【００７９】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ８４５に進み、出力偏差量の積分値ＳＤＶoxsの値を「０」に設定し、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００８０】
（酸素濃度センサ６７の異常判定）
本装置は、後述する酸素濃度センサ６７の異常判定実施条件が成立すると、検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに付着しているガス分子が酸素分子であるか未燃成分分子であるかを判別し、その判別結果に応じた所定の電圧を電圧印加装置７０を介して基準側電極６７ｂと検出側電極６７ｃとの間に印加する。同時に、酸素濃度センサ６７による空燃比のフィードバック制御（サブフィードバック制御）を停止するとともに、酸素濃度センサ６７に理論空燃比の排ガスが到達するように機関の空燃比を制御する。その後、所定の期間が経過して検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに付着しているガス分子が除去されると、その時点の酸素濃度センサ６７の出力Ｖoxsに基いて酸素濃度センサ６７に異常が生じているか否かを判定する。以下、この異常判定処理について、異常判定実施条件が成立していない場合から説明する。
【００８１】
ＣＰＵ８１は、図９にフローチャートにより示した異常判定開始ルーチンを所定時間の経過毎に実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ８１はステップ９００から処理を開始し、ステップ９０５に進んで電圧印加フラグＸＤＥＮの値が「０」であるか否かを判定する。
【００８２】
電圧印加フラグＸＤＥＮの値は、後述するように、異常判定実施条件が成立したことに伴って、基準側電極６７ｂと検出側電極６７ｃとの間に所定の電圧を印加することにより検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに付着しているガス分子を除去している場合に「１」に設定され、その他の場合（電圧が印加されていない場合）に「０」に設定される。また、電圧印加フラグＸＤＥＮの値は、前述のイニシャルルーチンによって「０」に設定される。
【００８３】
前述の仮定に従えば、異常判定実施条件は成立していないので、基準側電極６７ｂと検出側電極６７ｃとの間には電圧が印加されていない。従って、電圧印加フラグＸＤＥＮの値は「０」であるから、ＣＰＵ８１はステップ９０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９１０に進み、酸素濃度センサ６７の異常判定実施条件が成立しているか否かを判定する。
【００８４】
異常判定実施条件は、前回の酸素濃度センサ６７に異常が発生しているか否かの判定（図１１のステップ１１２５）を実施してから車両の走行距離又は機関１０の運転時間が所定値を超え、且つ、メインフィードバック制御条件及びサブフィードバック制御条件が成立しており、且つ、酸素濃度センサ６７の素子部（固体電解質６７ａ）の温度（素子温度）が所定閾値素子温度（例えば、４００℃）以上であるときに成立する。
【００８５】
この所定閾値素子温度は、固体電解質６７ａの温度が同所定閾値素子温度以上であるとき、基準側電極６７ｂと検出側電極６７ｃとの間に所定の電圧を印加すれば酸素イオンが固体電解質６７ａ中を移動する（即ち、酸素ポンピング機能が発現する）温度に設定されている。ＣＰＵ８１は、以下のステップを有する図示しないルーチンを実行することにより、素子温度を推定している。その推定された素子温度がステップ９１０において前記所定閾値素子温度と比較される。
【００８６】
・素子温度の推定ステップ
ステップ１：ＣＰＵ８１は、実際の最終燃料噴射量Ｆｉ、実際の吸入空気量Ga及び実際のエンジン回転速度NEを取得する。
ステップ２：ＣＰＵ８１は、ステップ１において取得された最終燃料噴射量Ｆｉ、取得された吸入空気量Ga及び取得されたエンジン回転速度NEとマップｇとを用いて酸素濃度センサ６７の近傍の温度Ｔkinboを求める。マップｇは、最終燃料噴射量Ｆｉ、吸入空気量Ga及びエンジン回転速度NEと、温度Ｔkinboと、の関係を実験により求め、その結果をルックアップテーブルの形式にてＲＯＭ８２内に格納したものである。
【００８７】
ステップ３：ＣＰＵ８１は、以下の（４）式に基いて素子温度Ｔsosiを推定する。（４）式におけるβは、０より大きく１より小さい所定値である。なお、ＣＰＵ８１は、前記イニシャルルーチンにおいて、素子温度Ｔsosiに水温センサ６５が検出した冷却水温THW、又は、図示しない吸気温度センサが検出した吸気温度（大気温度）を代入する。Ｔsosi＝β・Ｔsosi＋（１−β）・Ｔkinbo  …（４）
【００８８】
また、このような素子温度Ｔsosiの推定に代え、素子温度センサを酸素濃度センサ６７内に設けておき、その素子温度センサにより検出された素子温度Ｔsosiをステップ９１０の判定に使用してもよい。
【００８９】
前述の仮定によれば、異常判定実施条件は成立していない。従って、ＣＰＵ８１はステップ９１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００９０】
更に、ＣＰＵ８１は図１０にフローチャートにより示した電圧印加停止フラグ操作ルーチンを所定時間の経過毎に実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ８１はステップ１０００から本ルーチンの処理を開始し、ステップ１００５に進んで電圧印加フラグＸＤＥＮの値が「１」であるか否かを判定する。
【００９１】
前述の仮定に従えば、異常判定実施条件は成立していないので、基準側電極６７ｂと検出側電極６７ｃとの間には電圧が印加されていない。従って、電圧印加フラグＸＤＥＮの値は「０」であるから、ＣＰＵ８１はステップ１００５にて「Ｎｏ」と判定して直接ステップ１０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００９２】
更に、ＣＰＵ８１は図１１にフローチャートにより示した酸素濃度センサ６７の異常判定ルーチンを所定時間の経過毎に実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ８１はステップ１１００から処理を開始し、ステップ１１０５に進んで電圧印加フラグＸＤＥＮの値が「１」であるか否かを判定する。
【００９３】
前述の仮定に従えば、異常判定実施条件は成立していないので、基準側電極６７ｂと検出側電極６７ｃとの間には電圧が印加されていない。従って、電圧印加フラグＸＤＥＮの値は「０」であるから、ＣＰＵ８１はステップ１１０５にて「Ｎｏ」と判定して直接ステップ１１９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００９４】
このような処理が繰り返されると、例えば、前回の酸素濃度センサ６７に異常が発生しているか否かの判定（図１１のステップ１１２５）を実施してからの走行距離又は時間が所定値を超える。そのとき、メインフィードバック制御条件及びサブフィードバック制御条件が成立しており、素子温度Ｔsosiが前記所定閾値素子温度以上であると、異常判定実施条件が成立する。この場合、ＣＰＵ８１は、図９のステップ９００、ステップ９０５に続くステップ９１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ９１５に進んで酸素濃度センサ６７の出力Ｖoxsが前回ストイキ対応値Ｖstoldより小さいか否かを判定する。
【００９５】
前回ストイキ対応値Ｖstoldは、後述するように、酸素濃度センサ６７の異常判定を前回行った際に使用した酸素濃度センサ６７の理論空燃比に対する出力Ｖoxsであって、その異常判定において正常であると判定された酸素濃度センサ６７の出力Ｖoxsである。換言すると、前回ストイキ対応値Ｖstoldは、酸素濃度センサ６７に到達していたガスの空燃比（ガスの履歴）に依存せず、且つ、理論空燃比に対する正常な酸素濃度センサ６７の出力値である。
【００９６】
このステップ９１５は、異常判定実施条件が成立したときに（ステップ９１０を参照。）、検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに付着しているガス分子が酸素分子及び未燃成分分子の何れかであるかを判定するステップである。
【００９７】
酸素濃度センサ６７は、基準側電極６７ｂと検出側電極６７ｃとの間の酸素分圧の差が小さいととき、その酸素濃度センサ６７に理論空燃比のガスが定常的に到達している場合の電圧よりも小さい電圧を出力する。従って、酸素濃度センサ６７の出力Ｖoxsが前回ストイキ対応値Ｖstoldより小さいとき、酸素濃度センサ６７に到着しているガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであって検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに酸素分子が付着しているか、又は、酸素濃度センサ６７に到着しているガスの空燃比は理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチであるが検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅにそれまでに到達していた酸素分子が付着していると考えられる。
【００９８】
そこで、ＣＰＵ８１は、ステップ９１５において、酸素濃度センサ６７の出力Ｖoxsが前回ストイキ対応値Ｖstoldより小さいか否かを判定し、酸素濃度センサ６７の出力Ｖoxsが前回ストイキ対応値Ｖstoldより小さいとき、検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに付着しているガス分子は酸素分子であると判定する。
【００９９】
この場合、ＣＰＵ８１は、ステップ９１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９２０に進み、図１２に示したように、酸素濃度センサ６７の検出側電極６７ｃに負電圧を印加するとともに基準側電極６７ｂに正電圧を印加する。即ち、ＣＰＵ８１は、検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに付着しているガス分子が酸素分子であると判定したとき、検出側電極６７ｃの電位が基準側電極６７ｂの電位よりも低くなるように検出側電極６７ｃと基準側電極６７ｂとの間に所定の一定電圧を印加する。
【０１００】
この結果、固体電解質６７ａの酸素ポンピング機能が発現し、検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに付着している酸素分子は、下記（５）式に従って酸素イオンとなり、固体電解質６７ａ中を通過して基準側電極６７ｂに移動させられる（汲み出される）。これにより、検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに付着している酸素分子が除去されて行く。次いで、ＣＰＵ８１はステップ９３０に進み、電圧印加フラグＸＤＥＮの値を「１」に設定するとともに異常判定処理実行中フラグＸＤＧの値を「１」に設定し、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【数１】
2008008216.tif 000003
【０１０１】
一方、酸素濃度センサ６７は、基準側電極６７ｂと検出側電極６７ｃとの間の酸素分圧の差が大きいとき、その酸素濃度センサ６７に理論空燃比のガスが定常的に到達している場合の電圧よりも大きい電圧を出力する。従って、酸素濃度センサ６７の出力Ｖoxsが前回ストイキ対応値Ｖstoldより大きいとき、酸素濃度センサ６７に到着しているガスの空燃比が理論空燃比リッチであって検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに未燃成分分子が付着しているか、又は、酸素濃度センサ６７に到着しているガスの空燃比は理論空燃比又はリーンであるが検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅにそれまでに到達していた未燃成分分子が付着していると考えられる。
【０１０２】
そこで、ＣＰＵ８１は、ステップ９１５において、酸素濃度センサ６７の出力Ｖoxsが前回ストイキ対応値Ｖstoldより小さいか否かを判定し、酸素濃度センサ６７の出力Ｖoxsが前回ストイキ対応値Ｖstoldより大きいとき、検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに付着しているガス分子は未燃成分分子であると判定する。
【０１０３】
この場合、ＣＰＵ８１は、ステップ９１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ９２５に進み、図１３に示したように、酸素濃度センサ６７の検出側電極６７ｃに正電圧を印加するとともに基準側電極６７ｂに負電圧を印加する。即ち、ＣＰＵ８１は、検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに付着しているガス分子が未燃成分分子であると判定したとき検出側電極６７ｃの電位が基準側電極６７ｂの電位よりも高くなるように検出側電極６７ｃと基準側電極６７ｂとの間に電圧を印加する。
【０１０４】
この結果、固体電解質６７ａの酸素ポンピング機能が発現し、酸素分子が上記（５）式に示したように基準側電極６７ｂにて酸素イオンとなり、固体電解質６７ａ中を通って検出側電極６７ｃに移動させられる（汲み出される）。その移動させられた酸素分子は、検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに付着している未燃成分分子と反応する。これにより、その未燃成分分子は除去されて行く。次いで、ＣＰＵ８１はステップ９３０に進み、電圧印加フラグＸＤＥＮの値を「１」に設定するとともに異常判定処理実行中フラグＸＤＧの値を「１」に設定し、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１０５】
この段階において、ＣＰＵ８１が図８に示したルーチンの処理をステップ８００から開始すると、異常判定処理実行中フラグＸＤＧの値が「１」に設定されているから、ＣＰＵ８１はステップ８０５及びステップ８１０に続くステップ８１５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ８４０及びステップ８４５へと進む。この結果、サブフィードバック制御は停止され、メインフィードバック制御により機関の空燃比を理論空燃比に一致させるための制御（酸素濃度センサ６７についての空燃比フィードフォワード制御）が行われることになる。
【０１０６】
また、この段階において、ＣＰＵ８１が図１０に示したルーチンの処理をステップ１０００から開始すると、電圧印加フラグＸＤＥＮの値が「１」に設定されているから、ＣＰＵ８１はステップ１００５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１０１０に進む。次いで、ＣＰＵはステップ１０１０にて、電圧印加フラグＸＤＥＮの値が「０」から「１」へと変化した直後であるか否かを判定する。この時点は、電圧印加フラグＸＤＥＮの値が「０」から「１」へと変化した直後である。従って、ＣＰＵ８１はステップ１０１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０１５に進み、カウンタＣＤＥＮの値を「０」に設定する。カウンタＣＤＥＮは基準側電極６７ｂと検出側電極６７ｃとの間に電圧が印加されてからの時間を示すカウンタである。その後、ＣＰＵ８１は、ステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１０７】
更に、この段階において、ＣＰＵ８１が図１１に示したルーチンの処理をステップ１１００から開始すると、電圧印加フラグＸＤＥＮの値が「１」に設定されているから、ＣＰＵ８１はステップ１１０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１１０に進み、電圧印加終了フラグＸＥＮＤの値が「１」であるか否かを判定する。このとき、電圧印加終了フラグＸＥＮＤの値は図示しないイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されたままである。従って、ＣＰＵ８１はステップ１１１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。このように、以降、ＣＰＵ８１は電圧印加終了フラグＸＥＮＤの値が「１」に設定されるまで、ステップ１１００、ステップ１１０５及びステップ１１１０の処理を繰り返し実行するようになる。
【０１０８】
次に、ＣＰＵ８１が図９に示したルーチンの処理をステップ９００から開始すると、電圧印加フラグＸＤＥＮの値が「１」に設定されているから、ＣＰＵ８１はステップ９０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。このように、以降、ＣＰＵ８１は電圧印加フラグＸＤＥＮの値が「０」に設定されるまで、ステップ９００、ステップ９０５及びステップ９９５の処理を繰り返し実行するようになる。
【０１０９】
また、ＣＰＵ８１が図１０に示したルーチンの処理をステップ１０００から開始すると、電圧印加フラグＸＤＥＮの値が「１」に設定されているから、ＣＰＵ８１はステップ１００５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１０１０に進む。この段階は、電圧印加フラグＸＤＥＮの値が「０」から「１」へと変化した直後ではない。従って、ＣＰＵ８１はステップ１０１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０２０に進み、カウンタＣＤＥＮの値を「１」だけ増大する。
【０１１０】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ１０２５に進み、カウンタＣＤＥＮの値が所定カウンタ閾値ＣＤＥＮｔｈ以上であるか否かを判定する。所定カウンタ閾値ＣＤＥＮｔｈは、電圧印加継続閾値時間に対応するように設定されている。電圧印加継続閾値時間は、検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに付着しているガス分子を除去するのに必要な時間のうちの最長と考えられる時間に設定されている。従って、カウンタ閾値ＣＤＥＮｔｈの値は「１」より大きい所定値に設定されている。
【０１１１】
現時点は、カウンタＣＤＥＮの値が「０」から「１」だけ増大された時点である。従って、ＣＰＵ８１はステップ１０２５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１１２】
このような状態が継続すると、ステップ１０２０の処理が繰り返し行われるので、カウンタＣＤＥＮの値は次第に増大し、所定カウンタ閾値ＣＤＥＮｔｈに到達する。この場合、ＣＰＵ８１はステップ１０２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０３０に進み、電圧印加終了フラグＸＥＮＤの値を「１」に設定し、ステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１１３】
この段階において、ＣＰＵ８１が図１１に示したルーチンの処理をステップ１１００から開始すると、電圧印加フラグＸＤＥＮ及び電圧印加終了フラグＸＥＮＤの値が何れも「１」に設定されているから、ＣＰＵ８１はステップ１１０５及びステップ１１１０の両ステップにて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１１５に進む。そして、ＣＰＵ８１は、ステップ１１１５にて基準側電極６７ｂと検出側電極６７ｃとの間への電圧印加を停止する。
【０１１４】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ１１２０に進み、その時点の酸素濃度センサ６７の出力Ｖoxsをストイキ対応値Ｖstに格納する。現時点においてストイキ対応値Ｖstとして取得された酸素濃度センサ６７の出力Ｖoxsは、検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに付着しているガス分子が除去され、且つ、メインフィードバック制御（酸素濃度センサ６７に関する空燃比フィードフォワード制御）によって検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに略理論空燃比のガスが到達している際の酸素濃度センサ６７の出力である。
【０１１５】
そして、ＣＰＵ８１はステップ１１２５に進み、ストイキ対応値Ｖstが、前回の異常判定実行時に取得しておいた前回のストイキ対応値Ｖstold（後述するステップ１１３５を参照。）よりも微小電圧β（β＞０）だけ小さい値より大きく、且つ、前回のストイキ対応値Ｖstoldよりも微小電圧βだけ大きい値より小さいか否かを判定する。微小電圧βは、０と前述した中間電圧ＶＲとの間の電圧であり、例えば、中間電圧ＶＲの１／５の大きさの電圧である。即ち、ＣＰＵ８１は、前回のストイキ対応値Ｖstoldと今回得られたストイキ対応値Ｖstとの差の絶対値が所定値以内であるか否かを判定する。
【０１１６】
このステップ１１２５は、酸素濃度センサ６７が異常であるか否かを判定するためのステップである。このように判定を行う理由は、正常な酸素濃度センサ６７は、検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに酸素分子や未燃成分分子が付着おらず、且つ、酸素濃度センサ６７に略理論空燃比のガスが到達している際には、前回において同じ条件にて出力した値と略等しい値を出力するからである。
【０１１７】
そして、ストイキ対応値Ｖstが、前回の異常判定実行時に取得しておいた前回のストイキ対応値Ｖstoldよりも微小電圧βだけ小さい値より大きく、且つ、前回のストイキ対応値Ｖstoldよりも微小電圧βだけ大きい値より小さいと、ＣＰＵ８１はステップ１１２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１３０に進み、酸素濃度センサ６７は正常であることを示すために異常判定フラグＸＦＡＩＬの値を「０」に設定する。
【０１１８】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ１１３５に進み、サブフィードバックの目標値Ｖoxsref（図８のステップ８２０を参照。）にストイキ対応値Ｖstを格納するとともに、前回のストイキ対応値Ｖstoldにストイキ対応値Ｖstを格納する。その後、ＣＰＵはステップ１１４０にて電圧印加フラグＸＤＥＮ、電圧印加終了フラグＸＥＮＤ及び異常判定処理実行中フラグＸＤＧの各値をそれぞれ「０」に設定し、ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１１９】
この結果、ＣＰＵ８１は図８のステップ８１５において「Ｙｅｓ」と判定するようになるので、ステップ８２０〜ステップ８３５を実行する。即ち、サブフィードバック制御が再開される。更に、ＣＰＵ８１は図９のステップ９０５において「Ｙｅｓ」と判定するようになるから、再び、異常判定実施条件が成立したか否かをステップ９１０にて監視するようになる。加えて、ＣＰＵ８１は図１０のステップ１００５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０９５に直接進むようになり、図１１のステップ１１０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１９５に直接進むようになる。
【０１２０】
一方、ＣＰＵ８１が図１１のステップ１１２５の処理を行ったとき、ストイキ対応値Ｖstが、前回のストイキ対応値Ｖstoldよりも微小電圧βだけ小さい値以下であるか、又は、前回のストイキ対応値Ｖstoldよりも微小電圧βだけ大きい値以上であると、ＣＰＵ８１はステップ１１２５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１４５に進み、酸素濃度センサ６７は異常であることを示すために異常判定フラグＸＦＡＩＬの値を「１」に設定する。
【０１２１】
その後、ＣＰＵはステップ１１４０にて電圧印加フラグＸＤＥＮ、電圧印加終了フラグＸＥＮＤ及び異常判定処理実行中フラグＸＤＧの各値をそれぞれ「０」に設定し、ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１２２】
この結果、ＣＰＵ８１は図８のステップ８１０において「Ｎｏ」と判定するようになるので、サブフィードバック制御は停止されたままとなる。更に、ＣＰＵ８１は図９のステップ９０５において「Ｙｅｓ」と判定するようになるから、再び、異常判定実施条件が成立したか否かをステップ９１０にて監視するようになる。加えて、ＣＰＵ８１は図１０のステップ１００５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０９５に直接進むようになり、図１１のステップ１１０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１９５に直接進むようになる。
【０１２３】
以上、説明したように、本装置は、酸素濃度センサ６７の異常判定実施条件が成立すると、検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに付着しているガス分子が酸素分子であるか未燃成分分子であるかを判別する。本装置は、その判別結果に応じた所定の電圧を基準側電極６７ｂと検出側電極６７ｃとの間に印加することにより、検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに付着しているガス分子を除去し始める。同時に、酸素濃度センサ６７による空燃比のフィードバック制御（サブフィードバック制御）を停止するとともに、酸素濃度センサ６７に理論空燃比の排ガスが到達するように機関の空燃比を制御する。その後、所定の期間が経過して検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに付着しているガス分子が完全に除去されると、その時点の酸素濃度センサ６７の出力Ｖoxsに基いて酸素濃度センサ６７に異常が生じているか否かを判定する。
【０１２４】
従って、異常有無の判定に使用される酸素濃度センサ６７の出力は、異常有無の判定を行う前までに到達していたガスの空燃比に依存することがなく、理論空燃比のガスに応じた値となる。この結果、酸素濃度センサ６７の出力に基いて酸素濃度センサ６７が異常であるか否かを精度良く判定することができる。
【０１２５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る異常判定装置を含む空燃比制御装置について説明する。この空燃比制御装置は、基準側電極６７ｂと検出側電極６７ｃとの間を流れる電流Ｉを検出する電流検出手段を備えるとともに、基準側電極６７ｂと検出側電極６７ｃとの間にガス分子除去のための電圧を印加している際、電流検出手段によって検出された電流に基いてその電圧の印加を停止する（ガス分子の除去を終了する）点においてのみ、第１実施形態に係る空燃比制御装置と相違している。従って、以下、かかる相違点を中心として説明する。
【０１２６】
図１４及び図１５に示したように、前記電流検出手段９０は、基準側電極６７ｂと検出側電極６７ｃとの間にガス分子除去のための電圧を印加する回路に挿入されている。電流検出手段９０が検出した基準側電極６７ｂと検出側電極６７ｃとの間を流れる電流値Ｉは、電気制御装置８０に送出されるようになっている。
【０１２７】
更に、ＣＰＵ８１は、図１０に代えて、図１６に示した電圧印加停止フラグ操作ルーチンを所定時間が経過する毎に実行するようになっている。以下、このルーチンについて説明する。
【０１２８】
ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにてステップ１６００から処理を開始し、ステップ１６０５に進んで電圧印加フラグＸＤＥＮの値が「１」であるか否かを判定する。このとき、基準側電極６７ｂと検出側電極６７ｃとの間にガス分子除去のための電圧が印加されていなければ、電圧印加フラグＸＤＥＮの値は「０」である。従って、ＣＰＵ８１はステップ１６０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１６９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１２９】
これに対し、先に説明した図９のステップ９３０にて電圧印加フラグＸＤＥＮの値が「１」に設定されていると、ＣＰＵ８１はステップ１６０５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１６１０に進んで検出側電極６７ｃに負電圧が印加されているか否かを判定する。即ち、ＣＰＵ８１はステップ１６１０において、酸素イオンが、図１４に示したように検出側電極６７ｃから基準側電極６７ｂに向けて移動させられているのか、図１５に示したように基準側電極６７ｂから検出側電極６７ｃに向けて移動させられているのかを判定する。
【０１３０】
このとき、検出側電極６７ｃに負電圧が印加されていると（図１４を参照。）、ＣＰＵ８１はステップ１６１５に進み、電流検出手段９０により検出された電流Ｉの絶対値（電流Ｉでも良い。）が「０」であるか否かを判定する。
【０１３１】
この場合、検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに付着しているガス分子は酸素分子であるから、その酸素分子の総てを検出側電極６７ｃから固体電解質６７ａを通して基準側電極６７ｂに移動させた（汲み出した）第１時点以降において、検出側電極６７ｃと基準側電極６７ｂとの間に流れる電流Ｉは０となる。
【０１３２】
従って、ＣＰＵ８１は、ステップ１６１５にて電流Ｉの絶対値（電流Ｉでも良い。）が「０」でないと判定すると、ステップ１６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。一方、ＣＰＵ８１は、ステップ１６１５にて電流Ｉの絶対値（電流Ｉでも良い。）が「０」であると判定すると、第１時点が到来したと判定し、ステップ１６２０に進んで電圧印加終了フラグＸＥＮＤの値を「１」に設定する。これにより、図１１のルーチンが実施されることによって、基準側電極６７ｂと検出側電極６７ｃとの間に対する電圧印加が停止するとともに、酸素濃度センサ６７の異常判定が行われる。
【０１３３】
また、ＣＰＵ８１は、ステップ１６１０において検出側電極６７ｃに負電圧が印加されていない、即ち、検出側電極６７ｃに正電圧が印加されている（図１５を参照。）と判定すると、ステップ１６２５に進み、電流検出手段９０により検出された電流Ｉの絶対値（そのときに流れる電流方向を正とした場合の電流Ｉでもよい。）が０でない所定の閾値電流値Ｉth（Ｉth＞０）以下となったか否かを判定する。
【０１３４】
この場合、検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに付着しているガス分子は未燃成分分子である。従って、その未燃成分分子の総てが、基準側電極６７ｂから固体電解質６７ａを通して検出側電極６７ｃに移動させた（汲み出した）酸素分子と反応し終わる第２時点までは、検出側電極６７ｃの近傍の未燃成分分子の数が次第に減少する。従って、検出側電極６７ｃの近傍で消費される酸素分子の数も減少する。この結果、固体電解質６７ａ中を移動する酸素イオンの量が次第に減少するから、検出側電極６７ｃと基準側電極６７ｂとの間に流れる電流Ｉの絶対値は次第に減少する。また、第２時点以降においては、固体電解質６７ａ中を移動する酸素イオンの量が酸素イオンのイオン化ポテンシャルに応じた一定量になるから、検出側電極６７ｃと基準側電極６７ｂとの間に流れる電流Ｉの絶対値も一定値（閾値電流値Ｉth）になる。
【０１３５】
従って、ＣＰＵ８１は、ステップ１６２５にて電流Ｉの絶対値が閾値電流値Ｉth以下でないと判定すると、ステップ１６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。一方、ＣＰＵ８１は、ステップ１６２５にて電流Ｉの絶対値が閾値電流値Ｉth以下であると判定すると、第２時点が到来したものと判定し、ステップ１６２０に進んで電圧印加終了フラグＸＥＮＤの値を「１」に設定する。これにより、図１１のルーチンが実施されることによって、基準側電極６７ｂと検出側電極６７ｃとの間に対する電圧印加が停止するとともに、酸素濃度センサ６７の異常判定が行われる。
【０１３６】
以上、説明したように、第２実施形態に係る空燃比制御装置によれば、検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに付着しているガス分子が除去された時点（第１時点及び第２時点）が精度良く検出される。従って、検出側電極６７ｃと基準側電極６７ｂとの間の電圧印加を終了する時点が適切となるから、検出側電極６７ｃと基準側電極６７ｂとの間に電圧を不必要に印加することを回避することができるとともに、酸素濃度センサ６７の異常判定を早い時点で行うことができる。
【０１３７】
以上、本発明による酸素濃度センサの異常判定装置の実施形態について説明した。これらの実施形態によれば、酸素濃度センサに異常（特性ズレを含む）が発生しているか否かをより的確に判定することができる。
【０１３８】
なお、これらの実施形態において、図７に示したルーチン及び図８に示したルーチンは、酸素濃度センサ６７の出力に基いて機関１０に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段に対応している。
【０１３９】
また、上記実施形態において、図９のステップ９１０及びステップ９３０、図８のステップ８１５、ステップ８４０及びステップ８４５、並びに、図７のステップ７０５〜ステップ７３５は、所定の異常判定実施条件が成立したときに、前記フィードバック制御（サブフィードバック制御）を停止するとともに機関１０に供給される混合気の空燃比が理論空燃比となるように同混合気の空燃比をフィードフォワード制御する空燃比フィードフォワード制御手段に対応している。
【０１４０】
更に、電圧印加装置７０、図９のルーチン、図１０又は図１６のルーチン、は、検出側電極６７ｃと基準側電極６７ｂとの間に電圧を印加することにより、検出側電極６７ｃ及びコーティング層６７ｅに付着したガス分子を除去するガス分子除去手段に対応している。
【０１４１】
本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、図１１のステップ１１２５を、「ストイキ対応値Ｖstが、前回の異常判定実行時に取得しておいた前回のストイキ対応値Ｖstoldと等しいか否かを判定するステップ」に置換してもよい。
【０１４２】
また、上記実施形態は、排気通路に空燃比センサ６６及び酸素濃度センサ６７を有し、これらのセンサの出力に基いて空燃比フィードバック制御を行う機関に適用されていたが、排気通路に酸素濃度センサ６７のみを有して、酸素濃度センサ６７の出力に基いて空燃比のフィードバック制御を行う機関に適用されてもよい。
【０１４３】
更に、図１６のステップ１６２５を、電流Ｉの絶対値が減少を続けた後に一定値（閾値電流値Ｉth）になり、その後、その値が継続されたか否かを判定するステップに置換してもよい。また、図９のステップ９１５の処理を、現時点に到るまでの過去の酸素濃度センサの出力Ｖoxsが増大してきていたか否かを判定する処理に変更することもできる。また、図９のステップ９１５の処理を、現時点に到るまでの過去の酸素濃度センサの出力Ｖoxsが減少してきていたか否かを判定するとともに、過去の酸素濃度センサの出力Ｖoxsが減少してきていた場合にステップ９２５に進み、そうでない場合にステップ９２０に進む処理に変更することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る酸素濃度センサの異常判定装置が適用された内燃機関を含むシステムの概略を示した図である。
【図２】空燃比と図１に示した空燃比センサの出力値の関係を示したグラフである。
【図３】図１に示した酸素濃度センサの部分拡大断面図である。
【図４】図３の一部を更に拡大した図である。
【図５】空燃比と図１に示した酸素濃度センサの出力値の関係を示したグラフである。
【図６】図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図７】図１に示したＣＰＵが空燃比フィードバック補正量を算出するために実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図８】図１に示したＣＰＵがサブフィードバック制御量を算出するために実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図９】図１に示したＣＰＵが酸素濃度センサの異常判定処理を開始するために実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１０】図１に示したＣＰＵが酸素濃度センサへの電圧印加を停止するフラグを操作するために実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１１】図１に示したＣＰＵが酸素濃度センサの異常判定を行うために実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１２】図１に示した酸素濃度センサに所定の電圧を印加した状態を示した図である。
【図１３】図１に示した酸素濃度センサに別の所定の電圧を印加した状態を示した図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る酸素濃度センサの異常判定装置が酸素濃度センサに所定の電圧を印加した状態を示した図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る酸素濃度センサの異常判定装置が酸素濃度センサに別の電圧を印加した状態を示した図である。
【図１６】本発明の第２実施形態に係る酸素濃度センサの異常判定装置のＣＰＵが酸素濃度センサへの電圧印加を停止するフラグを操作するために実行するルーチンを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【０１４５】
１０…内燃機関、２５…燃焼室、５０…排気系統、５１…エキゾーストマニホールド、５２…エキゾーストパイプ、５３…上流側触媒、５４…下流側触媒、６６…空燃比センサ、６７…酸素濃度センサ、６７ａ…固体電解質、６７ｂ…基準側電極、６７ｃ…検出側電極、６７ｄ…カバー、６７ｅ…コーティング層、７０…電圧印加装置、８０…電気制御装置。
【図１】
2008008216.tif 000004
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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