(57)【要約】【課題】空燃比センサに逆電圧を印加した際に検出される逆電流に、その検出時の条件によりバラツキが生じている場合にも、確実に空燃比センサの異常を検出する。【解決手段】排気ガスセンサの異常診断装置は、排気ガスセンサの大気側電極の電位より排気側電極の電位が高くなるように両電極間に逆電圧を印加する逆電圧印加手段と、逆電圧の印加に伴って両電極間を流れる逆電流を検出する逆電流検出手段とを備える。この異常診断装置は、逆電圧印加中における逆電流と、大気圧に応じて排気ガスセンサの異常を検出する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスセンサの大気側電極の電位より排気側電極の電位が高くなるように両電極間に逆電圧を印加する逆電圧印加手段と、
前記逆電圧の印加に伴って前記両電極間を流れる逆電流を検出する逆電流検出手段と、
前記大気側電極に供給される大気圧を検出する大気圧検出手段と、
前記逆電流と、前記大気圧とに応じて、前記排気ガスセンサの異常を検出する異常検出手段と、
を備えることを特徴とする排気ガスセンサの異常診断装置。
【請求項２】
前記逆電流を、前記大気圧に応じて補正した補正逆電流を演算する補正逆電流演算手段を、更に備え、
前記異常検出手段は、前記補正逆電流に応じて、前記排気ガスの異常を検出することを特徴とする請求項１に記載の排気ガスセンサの異常診断装置。
【請求項３】
前記補正逆電流演算手段は、前記大気圧が低い場合ほど、前記逆電流の大きさが大きくなるように補正することを特徴とする請求項２に記載の排気ガスセンサの異常診断装置。
【請求項４】
前記逆電圧印加中における前記逆電流の変化量を、前記大気圧に応じて補正した補正変化量を演算する補正変化量演算手段を、更に備え、
前記異常検出手段は、前記補正変化量に基づいて、前記排気ガスセンサの異常を検出することを特徴とする請求項１に記載の排気ガスセンサの異常診断装置。
【請求項５】
前記補正変化量演算手段は、前記大気圧が低い場合ほど、前記変化量が小さな値となるように補正することを特徴とする請求項４に記載の排気ガスセンサの異常診断装置。
【請求項６】
前記逆電気印加中の、第１時刻における第１逆電流の、前記第１時刻より後の第２時刻における第２逆電流に対する割合である逆電流比を、前記変化量として演算する逆電流比演算手段を、更に備えることを特徴とする請求項４または５に記載の排気ガスセンサの異常診断装置。
【請求項７】
前記大気圧に応じて、前記排気ガスセンサの異常の有無の判定に用いる判定値を設定する判定値設定手段を、更に備え、
前記異常検出手段は、前記逆電流の大きさと、前記判定値とを比較して、前記排気ガスセンサの異常を検出することを特徴とする請求項１に記載の排気ガスセンサの異常診断装置。
【請求項８】
前記判定値設定手段は、前記大気圧が低い場合ほど、前記判定値が小さな値となるように、前記判定値を設定することを特徴とする請求項７に記載の排気ガスセンサの異常診断装置。
【請求項９】
前記大気圧に応じて、前記排気ガスセンサの異常の有無の判定に用いる判定値を設定する判定値設定手段を、更に備え、
前記異常検出手段は、前記逆電圧印加中の前記逆電流の変化量と、前記判定値とを比較して、前記排気ガスセンサの異常を検出することを特徴とする請求項１に記載の排気ガスセンサの異常診断装置。
【請求項１０】
前記判定値設定手段は、前記大気圧が低い場合ほど、前記判定値が大きな値となるように、前記判定値を設定することを特徴とする請求項９に記載の排気ガスセンサの異常診断装置。
【請求項１１】
前記逆電気印加中の、第１時刻における第１逆電流の、前記第１時刻より後の第２時刻における第２逆電流に対する割合である逆電流比を、前記変化量として演算する逆電流比演算手段を、更に備えることを特徴とする請求項９または１０に記載の排気ガスセンサの異常診断装置。
【請求項１２】
前記大気圧が、基準気圧以上であるか否かを判定する大気圧判定手段と、
前記大気圧が、前記基準気圧以上であることが認められない場合に、前記逆電圧の印加を禁止する逆電圧印加禁止手段と、
を、更に備えることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の排気ガスセンサの異常診断装置。
【請求項１３】
逆電圧印加開始からの経過時間を印加時間として検出する印加時間検出手段と、
前記印加時間が、基準時間以上となったか否かを判定する印加時間判定手段と、
前記印加時間が、前記基準時間以上となったことが認められた場合に、前記逆電流の検出を許可する逆電流検出許可手段と、
を、更に備えることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の排気ガスセンサの異常診断装置。
【請求項１４】
内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記吸入空気量が、基準吸入空気量以上であるか否かを判定する吸入空気量判定手段と、
前記吸入空気量が、前記基準吸入空気量以上であると判定された場合に、前記逆電圧の印加を許可する逆電圧印加許可手段と、
を、更に備えることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の排気ガスセンサの異常診断装置。
【請求項１５】
内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記吸入空気量が、基準吸入空気量以上であるか否かを判定する吸入空気量判定手段と、
前記吸入空気量が、前記基準吸入空気量以上であると判定されてからの、吸入空気の積算量の演算を行う積算量演算手段と、
前記積算量が、基準積算量以上であるか否かを判定する積算量判定手段と、
前記積算量が、前記基準積算量以上であると判定された場合に、前記逆電圧の印加を許可する逆電圧印加許可手段と、
を、更に備えることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の排気ガスセンサの異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気ガスセンサの異常診断装置に関する。更に具体的には、排気ガスセンサに生じる素子割れを検出する異常診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００４−３５３４９４号公報には、排気空燃比に応じた出力を発する空燃比センサの制御装置が開示されている。この装置における空燃比センサは、排気通路とは隔離された大気層内で大気に接する大気側電極と、排気通路内に晒されて排気ガスに接する排気側電極と、これらの電極の間に配置された酸素イオン導電性固体電解質層とを備えている。大気側電極と排気側電極とにはそれぞれ電極ラインが接続され、空燃比検出時には、大気側電極の電位が高くなるように両電極間に正電圧が印加される。その結果、空燃比センサの排気側電極と大気側電極との間に、排気ガスと大気との酸素濃度の差に応じたセンサ電流が流れる。従って、センサ電流を検出することにより、排気ガスの空燃比が求められる。
【０００３】
また、上記従来技術の装置は空燃比センサの大気層内に通じる素子割れ（クラック）の発生を検出する手段を有する。具体的に、この装置では、空燃比センサのクラック検出の際、正電圧とは逆に排気側電極の電位が高くなるように両電極間に逆電圧を印加する。その結果、空燃比センサには、大気側電極が接する大気層中の酸素濃度に応じたセンサ電流（逆電流）が流れる。ここで、空燃比センサに、大気層に通じるクラックが発生している場合には、そのクラックから排気ガスが大気層内に浸入しているため、大気層内の酸素濃度が大気よりも低くなっているものと考えられる。従って逆電圧の印加時にクラックが発生している空燃比センサに流れる逆電流は、正常な空燃比センサに流れる逆電流、すなわち大気の酸素濃度に応じた逆電流よりも小さなものとなる。従って、上記従来技術においては、大気中の酸素濃度に応じて正常な空燃比センサに流れる逆電流の範囲を基準範囲として、空燃比センサに逆電圧を印加した際に検出される逆電流が、この基準範囲の最低値よりも小さい場合に、空燃比センサにクラックが発生しているものと判断している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３５３４９４号公報
【特許文献２】特開２００３−１４６８３号公報
【特許文献３】特許第３５６２０３０号
【特許文献４】特許第３６５６５０１号
【特許文献５】特開２００５−５５２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように従来技術においては、逆電圧を印加して逆電流を検出し、予め設定された基準範囲の値と比較することで、空燃比センサの異常の有無を判断している。ここで異常の判定の基準となる基準範囲は、逆電圧を印加した場合に正常な空燃比センサに流れる逆電流の出力として予想される範囲の値であり、予め装置に記憶されたものである。しかしながら、空燃比センサの逆電流には、その検出時の大気圧の違いによるばらつきが生じることが考えられる。
【０００６】
従って、空燃比センサの逆電流の範囲が上記の基準範囲から外れた場合に、その基準範囲からのズレが、大気層への排気ガスの混入に起因するものではなく、大気圧の違いによるバラツキの影響によるものである場合がある。このような場合、上記従来技術のように、予め想定された基準範囲を一定の判定値として用いて異常判定を行うこととすると大気圧のバラツキの影響により、クラックの有無について誤判定がなされる事態が生じ得る。しかし、その基準範囲からのズレが、クラックによる大気層への排気ガスの混入に起因するものであるか、大気圧のバラツキに起因するものであるかを判別することは困難である。
【０００７】
従って、本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、検出時の大気圧の違いにより生じる排気ガスセンサの出力バラツキによる誤判定を防ぎ、より正確に排気ガスセンサの異常を検出できるように改良した排気ガスセンサの異常診断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】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、排気ガスセンサの異常診断装置であって、
排気ガスセンサの大気側電極の電位より排気側電極の電位が高くなるように両電極間に逆電圧を印加する逆電圧印加手段と、
前記逆電圧の印加に伴って前記両電極間を流れる逆電流を検出する逆電流検出手段と、
前記大気側電極に供給される大気圧を検出する大気圧検出手段と、
前記逆電流と、前記大気圧とに応じて、前記排気ガスセンサの異常を検出する異常検出手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記逆電流を、前記大気圧に応じて補正した補正逆電流を演算する補正逆電流演算手段を、更に備え、
前記異常検出手段は、前記補正逆電流に応じて、前記排気ガスの異常を検出することを特徴とする。
【００１０】
第３の発明は、第２の発明において、前記補正逆電流演算手段は、前記大気圧が低い場合ほど、前記逆電流の大きさが大きな値となるように補正することを特徴とする。
【００１１】
第４の発明は、第１の発明において、前記逆電圧印加中における前記逆電流の変化量を、前記大気圧に応じて補正した補正変化量を演算する補正変化量演算手段を、更に備え、
前記異常検出手段は、前記補正変化量に基づいて、前記排気ガスセンサの異常を検出することを特徴とする。
【００１２】
第５の発明は、第４の発明において、前記補正変化量演算手段は、前記大気圧が低い場合ほど、前記変化量が小さな値となるように補正することを特徴とする。
【００１３】
第６の発明は、第４または第５の発明において、前記逆電気印加中の、第１時刻における第１逆電流の、前記第１時刻より後の第２時刻における第２逆電流に対する割合である逆電流比を、前記変化量として演算する逆電流比演算手段を、更に備えることを特徴とする。
【００１４】
第７の発明は、第１の発明において、前記大気圧に応じて、前記排気ガスセンサの異常の有無の判定に用いる判定値を設定する判定値設定手段を、更に備え、
前記異常検出手段は、前記逆電流の大きさと、前記判定値とを比較して、前記排気ガスセンサの異常を検出することを特徴とする。
【００１５】
第８の発明は、第７の発明において、前記判定値設定手段は、前記大気圧が低い場合ほど、前記判定値が小さな値となるように、前記判定値を設定することを特徴とする。
【００１６】
第９の発明は、第１の発明において、前記大気圧に応じて、前記排気ガスセンサの異常の有無の判定に用いる判定値を設定する判定値設定手段を、更に備え、
前記異常検出手段は、前記逆電圧印加中の前記逆電流の変化量と、前記判定値とを比較して、前記排気ガスセンサの異常を検出することを特徴とする。
【００１７】
第１０の発明は、第９の発明において、前記判定値設定手段は、前記大気圧が低い場合ほど、前記判定値が大きな値となるように、前記判定値を設定することを特徴とする。
【００１８】
第１１の発明は、第９または１０の発明において、前記逆電気印加中の、第１時刻における第１逆電流の、前記第１時刻より後の第２時刻における第２逆電流に対する割合である逆電流比を、前記変化量として演算する逆電流比演算手段を、更に備えることを特徴とする。
【００１９】
第１２の発明は、第１から第１１のいずれかの発明において、
前記大気圧が、基準気圧以上であるか否かを判定する大気圧判定手段と、
前記大気圧が、前記基準気圧以上であることが認められない場合に、前記逆電圧の印加を禁止する逆電圧印加禁止手段と、
を、更に備えることを特徴とする。
【００２０】
第１３の発明は、第１から第１２のいずれかの発明において、
逆電圧印加開始からの経過時間を印加時間として検出する印加時間検出手段と、
前記印加時間が、基準時間以上となったか否かを判定する印加時間判定手段と、
前記印加時間が、前記基準時間以上となったことが認められた場合に、前記逆電流の検出を許可する逆電流検出許可手段と、
を、更に備えることを特徴とする。
【００２１】
第１４の発明は、第１から第１３のいずれかの発明において、
内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記吸入空気量が、基準吸入空気量以上であるか否かを判定する吸入空気量判定手段と、
前記吸入空気量が、前記基準吸入空気量以上であると判定された場合に、前記逆電圧の印加を許可する逆電圧印加許可手段と、
を、更に備えることを特徴とする。
【００２２】
第１５の発明は、第１から第１３のいずれかの発明において、
内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記吸入空気量が、基準吸入空気量以上であるか否かを判定する吸入空気量判定手段と、
前記吸入空気量が、前記基準吸入空気量以上であると判定されてからの、吸入空気の積算量の演算を行う積算量演算手段と、
前記積算量が、基準積算量以上であるか否かを判定する積算量判定手段と、
前記積算量が、前記基準積算量以上であると判定された場合に、前記逆電圧の印加を許可する逆電圧印加許可手段と、
を、更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
第１の発明によれば、排気ガスセンサの異常診断の際、排気ガスセンサの電極間に逆電圧を印加する。そして、逆電圧中に流れる逆電流と、逆電流検出の際に検出される大気圧とに応じて、排気ガスセンサの異常が検出される。ここで、逆電圧印加中の逆電流には、排気ガスセンサの大気側電極に供給される大気圧に応じた違いが現れる。従って、異常判定において、逆電流と大気圧とが考慮されることで、大気圧の影響を排除して、排気ガスセンサの異常に起因して逆電流に表れる異常を、明確に区別することができる。従って、排気ガスセンサの異常の有無に関する誤判定を減少させて、正確に排気ガスセンサの異常を検出することができる。
【００２４】
第２の発明によれば、検出された逆電流の値が、大気圧に応じて補正される。従って、より確実に、逆電流に対する大気圧の影響を排除して、排気ガスセンサの異常に起因して逆電流に表れる異常を検知することができる。従って、より正確に排気ガスセンサの異常を検出することができる。
【００２５】
ところで、大気圧が低い場合、排気ガスセンサの大気層内の酸素分子数は少ない状態となっている。従って、大気圧が低い場合には、正常な排気ガスセンサであっても、逆電圧印加中に大気層内の酸素が不足し、逆電流の大きさが小さくなることが考えられる。この点、第３の発明によれば、大気圧が低い場合ほど、逆電流の大きさは大きくなるように補正される。従って、大気圧の差による影響を抑えて、より正確に排気ガスセンサの異常を検出することができる。
【００２６】
第４の発明によれば、逆電圧印加中に排気ガスセンサの電極間に流れる逆電流の変化量を、大気圧に応じて補正した補正変化量が求められ、この補正変化量に基づいて、排気ガスセンサの異常を検出される。従って、上記のように、逆電流の変化量に対する大気圧の影響を排除することができると共に、他の検出条件の違いに起因する排気ガスセンサの出力バラツキによる影響を排除して、排気ガスセンサの異常に起因する逆電流の変化を明確に区別することができる。
【００２７】
上記のように、大気圧が低い場合、排気ガスセンサの大気層内の酸素分子数は少ない状態となっている。従って、大気圧が低い場合には、正常な排気ガスセンサであっても、逆電圧印加中に大気層内の酸素が不足し、逆電流の変化量が大きくなることが考えられる。この点、第５の発明によれば、大気圧が低い場合ほど、逆電流の変化量は小さな値となるように補正される。従って、大気圧の差による影響を抑えて、より正確に排気ガスセンサの異常を検出することができる。
【００２８】
第６の発明によれば、逆電気印加中の、第１時刻における第１逆電流の、第１時刻より後の第２時刻における第２逆電流に対する割合である逆電流比を変化量として用いて、排気ガスセンサの異常の有無を検出することができる。従って、逆電圧印加中の逆電流の変化をより正確に把握して、正確に排気ガスセンサのクラック検出を行うことができる。
【００２９】
第７の発明よれば、大気圧に応じて、排気ガスセンサの異常の有無の判定に用いる判定値が設定され、逆電圧印加中の逆電流の大きさと判定値とを比較することにより、排気ガスセンサの異常が検出される。ここで、逆電圧印加中の逆電流は、排気ガスセンサの大気側電極に供給される大気圧に応じた違いが現れる。従って、逆電流から異常を検出する場合において基準となる判定値を大気圧に応じたものとすることで、大気圧による影響を排除して、排気ガスセンサの異常によるものを明確に区別して検出することができる。従って、排気ガスセンサの異常の有無に関する誤判定を減少させて、正確に排気ガスセンサの異常を検出することができる。
【００３０】
大気圧が低い場合、排気ガスセンサの大気層内の酸素分子数は少ない状態となっている。従って、正常な排気ガスセンサであっても、逆電圧印加中に大気層内の酸素が不足し、逆電流の大きさが小さくなることが考えられる。この点、第８の発明によれば、大気圧が低い場合ほど、判定値は小さな値となるように設定される。これにより、大気圧による影響を排除して、正確に排気ガスセンサの異常を検出することができる。
【００３１】
第９の発明よれば、大気圧に応じて、排気ガスセンサの異常の有無の判定に用いる判定値が設定され、逆電圧印加中の逆電流の変化量と判定値とを比較することにより、排気ガスセンサの異常が検出される。ここで、逆電圧印加中の逆電流の変化量には、排気ガスセンサの大気側電極に供給される大気圧に応じた違いが現れる。従って、逆電流の変化量から異常を検出する場合において基準となる判定値を大気圧に応じたものとすることで、大気圧による影響を排除して、排気ガスセンサの異常によるものを明確に区別して検出することができる。従って、排気ガスセンサの異常の有無に関する誤判定を減少させて、正確に排気ガスセンサの異常を検出することができる。
【００３２】
大気圧が低い場合、排気ガスセンサの大気層内の酸素分子数は少ない状態となっている。従って、正常な排気ガスセンサであっても、逆電圧印加中に大気層内の酸素が不足し、逆電流の変化量が大きくなることが考えられる。この点、第１０の発明によれば、大気圧が低い場合ほど、判定値は大きな値となるように設定される。これにより、大気圧による影響を排除して、正確に排気ガスセンサの異常を検出することができる。
【００３３】
第１１の発明によれば、逆電気印加中の、第１時刻における第１逆電流の、第１時刻より後の第２時刻における第２逆電流に対する割合である逆電流比を変化量として用いて、排気ガスセンサの異常の有無を検出することができる。従って、逆電圧印加中の逆電流の変化をより正確に把握して、正確に排気ガスセンサのクラック検出を行うことができる。
【００３４】
大気圧が低い場合、排気ガスセンサの大気層内の酸素分子数は少ない状態となるため、正常な排気ガスセンサであっても、異常を有する排気ガスセンサと同様に、逆電圧印加中の逆電流が変化する。このため、大気圧が低い場合には、逆電流又は逆電流の変化に基づいて、排気ガスセンサの異常の有無を判断することは困難となる。この点、第１２の発明によれば、大気圧が基準気圧以上であることが認められない場合には逆電圧の印加が禁止される。これにより、排気ガスセンサの異常の有無について正確な判断がされ難い状態で、排気ガスセンサの異常の診断がなされるのを回避することができ、誤判定がなされるのを防ぐことができる。
【００３５】
排気ガスセンサに逆電圧印加を開始した直後は、そのセンサ素子の内部抵抗に起因して大きな逆電流（負の大電流）が流れる場合がある。また、この場合、排気ガスセンサの正常/異常に関わらず、負の大電流に対するその後の逆電流の変化は大きなものとなる。このため、排気ガスセンサの異常を、逆電流又は逆電流の変化量に基づいて判断しようとしても正確な判断を行うことができない場合がある。この点、第１３の発明によれば逆電圧印加開始から基準時間経過後に、逆電流の検出が許可される。従って、逆電流印加直後の負の大電流に対する逆電流又はその変化量に基づいて誤判定がなされるのを防ぎ、より正確な異常診断を行うことができる。
【００３６】
第１４又は第１５の発明によれば、吸入空気量あるいは吸入空気積算量が基準量以上となる場合にのみ逆電圧の印加が許可される。従って、吸入空気量が小さく排気ガスセンサに素子割れが生じていても、その素子割れ部分から大気層内に排気ガスが浸入しないほどに吸入空気量が小さい状態で、異常検出がなされるのを防ぐことができる。
【００３７】
第９の発明によれば、逆電気印加中の、第１時刻における第１逆電流の、第１時刻より後の第２時刻における第２逆電流に対する割合である逆電流比を変化量として用いて、排気ガスセンサの異常の有無を検出することができる。従って、逆電圧印加中の逆電流の変化をより正確に把握して、正確に排気ガスセンサのクラック検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００３９】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１において用いられる空燃比センサ１０とその周辺のシステム構成を説明するための図である。図１の空燃比センサ１０については、センサ素子部分の断面が示されている。空燃比センサ１０は、図１に示す断面構造を有するセンサ素子と、そのセンサ素子を保護するためのカバーとを備えている。空燃比センサ１０は、そのカバーに覆われたセンサ素子が排気ガスに晒されるように、内燃機関の排気通路に組み付けられる。空燃比センサ１０のカバーには、排気通路の内部を流通する排気ガスがセンサ素子に到達するように複数の通気孔が設けられている。このため、図１に示す空燃比センサ１０のセンサ素子は、周囲が排気ガスに晒された状態に置かれることになる。
【００４０】
空燃比センサ１０はヒータ層１２を有している。ヒータ層１２の内部には、センサ素子を活性温度に加熱するためのヒータ１４が埋め込まれている。図１において、ヒータ層１２の上には大気層形成部材１６が配置されている。大気層形成部材１６は、アルミナなどのセラミックスで構成されている。
【００４１】
大気層形成部材１６の中央上部には、大気層１８を形成するための窪みが設けられている。大気層形成部材１６の上部には、ジルコニア等で構成された電解質層２０が配置されている。大気層１８は、大気層形成部材１６および電解質層２０により排気通路の内部空間から隔絶されており、かつ、図示しない大気孔により大気に開放されている。
【００４２】
電解質層２０の下面には、大気層１８に晒されるように大気側電極２２が配置されている。一方、電解質層２０の上面には排気側電極２４が配置されている。排気側電極２４は、拡散抵抗層２６により覆われている。拡散抵抗層２６は多孔質性の物質であり、排気通路を流れるガスが排気側電極２４に到達する速度を、適度に規制する働きを有している。
【００４３】
空燃比センサ１０には、後述する空燃比センサ１０の異常診断装置としてのエンジンコンピュータ３０が接続されている。エンジンコンピュータ３０は後述する駆動回路を有し、この回路において空燃比センサ１０に接続されている。またエンジンコンピュータ３０には、水温センサ３２、大気圧センサ３４、エアフロメータ３６（吸入空気量検出手段）等が接続されている。エンジンコンピュータ３０は水温センサ３２の出力に基づいて内燃機関（図示せず）の冷却水の温度を検知し、大気圧センサ３４の出力に基づいて大気圧を検知し、エアフロメータ３６の出力に基づいて吸入空気量を検知することができる。
【００４４】
空燃比センサ１０には、エンジンコンピュータ３０の駆動回路により、図１中に符号(i)を付して示すような正電圧と、符号(ii)を付して示すような逆電圧とが選択的に印加される。正電圧は、具体的には、大気側電極２２が排気側電極２４に比して高電位となるように印加される。この場合、大気側電極２２と排気側電極２４との間には、排気ガス中の酸素過不足量に応じたセンサ電流、つまり、排気ガスの空燃比に応じたセンサ電流が流通する。このため、そのセンサ電流を検出すれば、排気空燃比を検知することができる。
【００４５】
逆電圧は、具体的には、排気側電極２４が大気側電極２２に比して高電位となるように印加される。この場合、大気側電極２２の表面に接している酸素がイオン化されて排気側電極２４に向けてポンピングされる。その結果、排気側電極２４と大気側電極２２との間には、大気層１８中の酸素濃度と相関を有する負の電流、つまり、逆電流が流通する。尚、ここでは、大気側電極２２から排気側電極２４に向かう電流の向きを正の方向とし、その逆方向を負の方向とする。また、実施の形態のなかで、逆電流の大きさの大小を述べる時には、特に記載しない限り、その逆電流の量自体の大小、すなわち逆電流の絶対値の大小について述べているものとする。
【００４６】
［空燃比センサの駆動回路］
図２は、エンジンコンピュータ３０内の駆動回路を表す回路図である。図２に示すように、エンジンコンピュータ３０は、空燃比センサ１０を駆動する駆動回路を備えている。この駆動回路は、空燃比センサ１０の大気側電極２２に接続される正極端子４２と、空燃比センサ１０の排気側電極２４に接続される負極端子４４を備えている。
【００４７】
正極端子４２の電位は、オペアンプによるフィードバック回路により制御され、実施の形態１においては、常に正側基準電圧（3.3V）に保たれている。負極端子４４には、オペアンプを用いたフィードバック回路と、トランジスタ４６を用いたスイッチ回路とが接続されている。トランジスタ４６は、ポート３の状態に応じてON状態とOFF状態とを切り換える。負極端子４４の電位は、トランジスタ４６がOFF状態の場合は、オペアンプの機能により負側基準電圧（2.9V）に制御される。一方、トランジスタ４６がONとなると、オペアンプに対する入力電位が高まり、負極端子４４の電位が、正側基準電圧より高い逆電圧電位（3.7V程度）に上昇する。
【００４８】
エンジンコンピュータ３０は、以上の通り構成されているため、ポート３をOFF状態とすることで、空燃比センサ１０に対して0.4V程度の正電圧を印加することができる。また、ポート３をON状態とすることで、空燃比センサ１０に対して0.4V程度の逆電圧を印加することができる。
【００４９】
エンジンコンピュータ３０は、更に、ADC1、ADC2、ADC3、ADC4を有している。ADC1（逆電流検出手段）には、空燃比センサ１０を流れるセンサ電流に応じた電位が表れる。また、ADC4には、負極端子４４の電位が導かれる。このため、エンジンコンピュータ３０は、ADC1の電位を取り込むことにより、センサ素子に流れる電流を検知することができる。また、ADC4の電位を取り込むことにより、空燃比センサ１０の排気側電極２４にどのような電位が供給されているのかを検知することができる。
【００５０】
［センサ割れの判定原理］
図２に示すエンジンコンピュータ３０によれば、空燃比センサ１０に対して0.4V程度の正電圧を印加しつつ、センサ電流を検知することができる。この場合、そのセンサ電流に基づいて、排気空燃比を検知することが可能である。また、エンジンコンピュータ３０によれば、空燃比センサ１０に対して0.4V程度の逆電圧を印加しつつ、センサ電流（逆電流）を検知することができる。逆電圧印加中の逆電流は、大気層１８内部の酸素濃度と相関を有する値となる。
【００５１】
ここで、大気層１８の内部は、空燃比センサ１０が正常である場合には、排気通路の内部空間から隔絶された状態に維持される。しかしながら、空燃比センサ１０には、大気層１８に通じる割れ（以下「クラック」とする）などが生ずることがある。空燃比センサ１０にクラックが生じていると、排気通路内を流通する既燃ガスを含む排気ガスが、クラックを伝って大気層１８内部に浸入する事態が生ずる。その結果、大気層１８内部の酸素濃度は、クラックが存在しない場合に比べて低下することとなる。
【００５２】
空燃比センサ１０を流れる逆電流は、上記の通り、大気層１８内部の酸素濃度に応じた値となる。このため、大気層１８にクラックが存在し大気層１８内に排気ガスが混入している場合は、逆電流は、正常時に比して小さくなる。従って、エンジンコンピュータ３０は、排気ガスが排気通路を流通している環境下で、空燃比センサ１０に対して逆電圧を印加し、その結果、逆電流が正常に発生するか否かを見ることにより、空燃比センサ１０にクラックが生じているか否かを判定することができる。
【００５３】
ここで、空燃比センサ１０を流れる逆電流の値は、様々な要因の影響を受けて変動する。例えば、逆電圧の印加時は、大気側電極２２の表面でイオン化された酸素が排気側電極２４の表面で酸素に戻されて排気通路中に放出される。ここで排気側電極２４の表面は拡散抵抗層２６により覆われているため、排気側電極２４での反応は、酸素が拡散抵抗層２６を通過する速度に律せられることになる。結局、逆電流の値は、この速度に律せられることとなり、拡散抵抗層２６の経時劣化等による影響を受け、バラツキを生じることになる。
【００５４】
また、逆電圧の印加時は、大気側電極２２の表面に次々と酸素が供給されるため、逆電流は印加電圧に応じた値となる。より具体的には、逆電流は、空燃比センサ１０の内部抵抗に反比例する値となる。このため、空燃比センサ１０を流れる逆電流の値は、空燃比センサ１０の内部抵抗によりバラツキを生じることになる。また、センサの内部抵抗は、空燃比センサ１０の素子温度の変化に伴って変化するため、言い換えると、逆電流は素子温度によりバラツキを生じることとなる。
【００５５】
ところで、クラックの影響による逆電流の低下量がどの程度であるかは、排気ガス中の既燃ガスがどの程度大気層１８に混入するかにより決せられる。従って、発生したクラックが微小であり、大気層１８に混入する既燃ガスが微量であるような場合は、クラックの生じた空燃比センサ（以下「異常センサ」とする）を流れる逆電流と、正常な空燃比センサ（以下「正常センサ」とする）を流れる逆電流との間にさほど大きな差が生じない。このような場合には、例えば、内部抵抗が大きい場合（低温時）の正常センサを流れる逆電流と、空燃比センサの内部抵抗が小さい場合（高温時）に異常センサを流れる逆電流との間にオーバーラップが発生する。従って、逆電流のみに基づいてクラックの発生の有無を検出することは必ずしも容易ではない。
【００５６】
そこで、以下のように同一の空燃比センサに流れる逆電流を２度検出して、この逆電流の変化量に基づいて、クラック発生の有無を判断することする。図３は、逆電圧を印加した場合の、正常センサと異常センサのそれぞれに流れる逆電流を表す図である。図３において実線(a)は正常センサの出力、点線(b)は異常センサの出力を表している。
【００５７】
大気層１８にクラックが発生していない場合、大気層１８内には、常に安定して大気の酸素濃度に応じた酸素が供給される。従って、逆電圧印加開始からある程度時間が経過しても、大気側電極２２に酸素が次々に供給されるため、図３の実線(a)に示すように、逆電流の逆電圧印加中における変化は、さほど大きなものではない。
【００５８】
一方、大気層１８に通じるクラックが発生している場合、大気層１８内へ排気ガスが流入するため、大気層１８内は、大気に比べて酸素濃度が小さい状態となっている。この状態で空燃比センサ１０に逆電圧が印加され、大気側電極２２から排気側電極２４への酸素のポンピングが続けられると、大気側電極２２に供給される酸素が不足した状態となり、空燃比センサ１０に流れる逆電流は次第に小さくなる。従って、空燃比センサ１０にクラックが発生している場合、図３の点線(b)に示すように、逆電圧印加開始からある程度時間が経過すると、流れる逆電流が顕著に小さくなる現象が起きると考えられる。
【００５９】
従って、逆電圧印加開始直後の時刻T1（第１時刻）における逆電流I1（第１逆電流）と、逆電流印加開始からある程度の経過時間（基準経過時間）が経過した時刻T2（第２時刻）における逆電流I2（第２逆電流）とを検出した場合、正常センサでは、逆電流I1とI2との間に大きな差が見られないのに対して、異常センサでは逆電流I1とI2との間に大きな差がみられる。そこで、クラック検出に際しては、時刻T1における逆電流I1と時刻T2における逆電流I2とから、逆電流比I1/I2を求める。この逆電流比I1/I2は、正常センサである場合には、１に近い値となり、異常センサでは、正常センサの逆電流比より大きな値となる。従って、これを利用して、逆電流比I1/I2に基づいてクラックの発生の有無を検出することができる。
【００６０】
このように、２度の検出値（I1、I2）の比をとることで、その空燃比センサに固有の経時劣化等によるバラツキやクラック検出時の素子温等の条件によるバラツキによる影響を取り除くことができる。つまり、空燃比センサ１０に経時劣化や検出時の条件による出力バラツキが重畳していても、その空燃比センサに逆電圧を印加している間の逆電流の変化は、そのセンサが正常であるかクラックが発生しているかによって、異なるものとなる。従って、逆電流の変化状態に基づいて、クラックの有無を判断することにより、経時劣化等による出力バラツキの影響を排除して、正確な判定を行うことができる。
【００６１】
[実施の形態１の特徴的な処理]
しかし、上記のように経時劣化等による出力ズレの影響を排除して、クラック検出を行う場合であっても、大気層１８内の大気圧の影響により、正常センサと異常センサとの逆電流比が同じ範囲内に混在する場合がある。
【００６２】
図４は、逆電圧を印加した場合に、正常センサと異常センサが発する逆電流を表した図である。図４において、実線(a)は大気圧が比較的高圧の場合の正常センサの出力であり、一点鎖線(b)は大気圧が比較的低圧の場合の正常センサの出力であり、点線(c)は異常センサの出力である。
【００６３】
空燃比センサ１０にクラックが発生しておらず、大気圧が比較的高圧な状態に維持されていれば、大気層１８内には供給される大気には十分な酸素が含まれた状態となる。従って、逆電圧印加中、大気側電極２２側には酸素が次々に供給されるため、図４の実線(a)に示されるように、時刻T1における逆電流I1と時刻T2における逆電流I2とはほぼ同じ程度となり、両者に大きな差は発生しない。
【００６４】
しかし、大気層１８内に供給される大気圧が低い場合、大気層１８中の酸素分子の量が少ない状態となる。このため、図４の一点鎖線(b)に示すように、逆電流印加を開始してある程度時間が経過すると、大気側電極２２への酸素の供給が不足し始め、逆電流が小さくなる。従って、時刻T1における逆電流I1と時刻T2における逆電流I2との間に、ある程度大きな差が発生する。つまり、大気圧が低い場合に検出された逆電流に基づいて逆電流比I1/I2を算出すると、正常センサであっても、逆電流比I1/I2はある程度大きな値となる。
【００６５】
異常センサにおいては、大気層１８内に排気ガスが浸入しているため、酸素濃度が低下している。つまり、大気圧の高低に関わらず、大気層１８内の酸素量は少ない状態となっている。従って、図４の点線(c)のように、異常センサに逆電圧を印加すると、逆電流は顕著に小さくなる。従って、逆電流比I1/I2は大きな値となる。
【００６６】
ここで、図４の一点鎖線(b)に示す大気圧が低い場合の正常センサの逆電流の変化と、点線(c)に示す異常センサの逆電流の変化とは、比較的近いものとなる。つまり、大気圧が低い時の正常センサの逆電流比I1/I2と異常センサの逆電流比I1/I2とは、比較的近い値となる場合がある。
【００６７】
図５は、正常センサが発する逆電流に基づいて算出される逆電流比I1/I2と、大気層１８内の気圧との関係を説明するための図である。図５に示すように、大気圧がある程度高い場合、大気層１８内に酸素を次々に供給されるため逆電圧印加中の逆電流の変動は小さく、逆電流比I1/I2は、1に近い一定値に安定する。一方、大気圧が低い場合、逆電圧印加中に、大気側電極２２側で酸素不足が発生して逆電流が小さくなる。従って、このとき、逆電流比I1/I2は判定値を超えて大きな値となる。従って、逆電流比I1/I2と判定値とを比較することで、クラックの有無を判定すると、大気圧が低い場合には、正常センサであっても、クラック有りと判断される場合がある。
【００６８】
つまり、図５に示す、気圧がある程度低く、逆電流比I1/I2が判定値以上となる領域（図５においては斜線部で表示）には、異常センサと正常センサと混在して存在することとなる。従って、大気層１８に供給される大気が低圧である場合、逆電流比と判定値を単に比較するだけでは、正確にクラック発生の有無の判定を行うことが困難となる。
【００６９】
そこで、実施の形態１では求められた逆電流比I1/I2に対して、大気圧に応じた補正を行う。図６は、逆電流比に対する補正係数と気圧との関係を表す図である。図６において、横軸は大気圧を表し、縦軸は補正係数を表している。
【００７０】
逆電流比I1/I2は、大気層１８内の気圧が低くなると大きくなり、気圧がある程度高くなるとほぼ一定となる傾向がある。逆電流比I1/I2に対する補正係数は、大気層１８の気圧が低い場合の逆電流比を、気圧がある程度高く確保されている場合の値に近づけるように補正する値である。従って、補正係数は、気圧が低いほど小さな値となり、気圧がある程度大きくなるとほぼ一定となる。このような補正係数と気圧との関係は、予め実験等によって求められ、コンピュータ３０に大気圧と補正係数との関係を定めたマップとして記憶される。
【００７１】
具体的な制御の際には、大気圧に応じた補正係数が求められ、検出された逆電流比I1/I2に補正係数が乗算される。その結果算出された補正逆電流比*I1/I2（補正変化量）を用いて判定値と比較し、補正逆電流比*I1/I2が判定値より大きい場合に、空燃比センサにクラックが発生しているものと判断して異常判定を行う。
【００７２】
［クラック検出の前提条件について］
ところで、空燃比センサ１０に大気層１８に通じるクラックが発生した場合、クラックを通過して大気層１８内に排気ガスが浸入するためには、排気通路内の圧力が低すぎない状態であることが必要となる。従って、実施の形態１では、異常センサのクラックから大気層１８内に確実に排気ガスが浸入した状態とするため、空燃比センサ１０が配置される排気通路内に、排気ガスがある程度の流量で流れた状態でクラックの検出を行うようにする。ここで、排気ガスの流量は、吸入空気量と相関を有するものである。従って、具体的に実施の形態１では、吸入空気量GAとその積算量ΣGAとが基準量に達したことを条件にクラックを検出することとする。
【００７３】
図７は、空燃比センサのクラック検出開始時の条件を説明するためのタイミングチャートである。実施の形態１では、図７に示すように、吸入空気量GAが基準吸入空気量(30[g/sec])に達した時刻Tsにおいて吸入空気量GAの積算を開始する。その後、吸入空気積算量ΣGAが基準積算量(45[g])に達したことが確認された時刻Teにおいて逆電圧の印加を開始する。その後、逆電圧印加中の時刻T1、T2のそれぞれにおいて、逆電流を検出する。
【００７４】
図８は、実施の形態１においてエンジンコンピュータ３０がクラック検出条件の成立を判定するために行う制御のルーチンである。図８のルーチンは、後に説明するクラック検出判定のルーチンのなかで実行されるルーチンである。図８のルーチンでは、まず、検出前提条件が成立しているか否かが判定される（Ｓ１０）。ここでは、例えば、水温センサ３２により内燃機関の水温が検出され、この水温が内燃機関の暖機が認められる温度に達しているか否かが判定され、また、空燃比センサ１０の素子温が活性温度に達しているか否かがが判定される等により、クラック検出における前提条件が整っているか否かが判定される。
【００７５】
ステップＳ１０に前提条件の成立が認められない場合には、クラックの有無を正確に判定できる条件が成立していないと考えられるため、この処理が終了する。一方、ステップＳ１０において検出前提条件の成立が認められた場合、現在の吸入空気量GAが、判定値30[g/sec]以上であるか否かが判定される（Ｓ１２）。ここでは、エアフロメータ３６の出力に応じて現在の吸入空気量GAが検出され、吸入空気量GAが基準吸入空気量(30[g/sec])以上であるか否かが判別される。吸入空気量GA≧30[g/sec]の成立が認められない場合には、この条件の成立が認められるまでの間、ステップＳ１２の判定の処理が繰り返し行われる。
【００７６】
一方、吸入空気量GA≧30[g/sec]の成立が認められた場合、吸入空気積算量ΣGAの積算が開始される（ステップＳ１４）。つまり、エアフロメータから求められる吸入空気量GAが積算されて、吸入空気量GA≧30[g/sec]となってからの吸入空気積算量ΣGAが算出される。
【００７７】
次に、現在の吸入空気積算量ΣGAが、基準積算量(45[g])以上であるか否が判別される（Ｓ１６）。ステップＳ１６において、積算量ΣGA≧45[g]の成立が認められない場合、積算量ΣGAが45[g]以上となることが認められるまで、吸入空気量GAの積算が続けられ、ステップＳ１６の判別の処理が繰り返される。
【００７８】
一方、ステップＳ１６において、積算量ΣGA≧45[g]であることが認められた場合、クラックが発生していれば、大気層１８に排気ガスが十分浸入した状態となった判断することができる。従って、続くステップＳ１８において、クラック検出条件成立が判定され、この処理が終了する。
【００７９】
[実施の形態１の具体的な制御のルーチンについて]
図９は、この発明の実施の形態１においてシステムが実行する具体的な制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図９に示すように、まず、検出条件判定ルーチンが実行される（Ｓ１００）。検出条件判定ルーチンは、図８のルーチンが実行されることにより実行される。次に、検出条件が成立したか否かが判定される（Ｓ１１０）。すなわち、図８のルーチンの結果、ステップＳ１８において検出条件成立の判定が行われたか否かが判定される。ステップＳ１１０において、検出条件の成立が認められない場合には、今回の処理が終了する。
【００８０】
一方、ステップＳ１１０において検出条件の成立が認められた場合、次に、現在の大気圧Pが検出される（Ｓ１１２）。具体的には空燃比センサ１０付近に設置された大気圧センサ３４の出力を検出し、この出力に応じて気圧が求められる。
【００８１】
次に、逆電圧の印加が開始される（Ｓ１１４）。ここでは、コンピュータ３０からの制御信号によりポート３がON状態とされ、これに従ってトランジスタ３６がONとされる。その結果負極端子４４の電位が、正極端子４２の電位より高くなり、空燃比センサ１０の電極間に逆電圧が印加される。また、逆電圧の印加開始からの経過時間（印加時間）のカウントが開始される（Ｓ１１５）。
【００８２】
次に、逆電圧印加開始後の時刻T1において逆電流I1が検出される（Ｓ１１６）。逆電流I1はADC1への出力を取り込んでこれに基づいて求めることができる。次に、逆電圧印加開始後、基準経過時間が経過したか否かが判定される（Ｓ１１８）。すなわち、逆電圧の印加開始後、正常センサである場合と異常センサである場合とで、出力に大きな差が出る程度に十分な基準経過時間が経過したか否かが判断される。なお、このような基準経過時間は、予め実験等により定められ、コンピュータ３０に記憶されている。基準経過時間の経過が認められない場合には、その経過が認められるまで、ステップＳ１１８の判定が繰り返し実行される。
【００８３】
一方、ステップＳ１１８において、基準経過時間の経過が認められると、その時点で逆電流I2が検出される（Ｓ１２０）。両電極間に流れる電流は、ADC1の出力に基づいて求められる。その後、逆電圧の印加が止められる（Ｓ１２２）。つまり、コンピュータ３０からの制御信号によりポート３がOFF状態とされて、トランジスタ４６がOFFとされる。その結果、負極端子４４の電位が、正電圧印加時の電位にまで低下して、両電極間に印加される電圧は正電圧に切り替えられることとなる。
【００８４】
次に、逆電流比I1/I2が演算される（Ｓ１２４）。逆電流比I1/I2は、ステップＳ１１６及びＳ１２０において検出された逆電流に基づいて、逆電流I1の値を逆電流I2の値で除算することにより求められる。
【００８５】
次に、逆電流比I1/I2に対する補正係数が演算される（Ｓ１２６）。補正係数は、ステップＳ１１２において検出された大気圧Pに応じて、予めコンピュータ３０に記憶された気圧と補正係数との関係を定めたマップに従って求められる。その後、補正逆電流比*I1/I2が演算される（Ｓ１２８）。補正逆電流比*I1/I2は、ステップＳ１２４で演算された逆電流比I1/I2に、ステップＳ１２６で求められた補正係数を乗算することで求められる。
【００８６】
次に、補正逆電流比*I1/I2が、判定値より大きいか否かが判定される（Ｓ１３０）。判定値は、予めコンピュータ３０に記憶された値であり、センサが正常の場合の逆電流比(≒1)に誤差等を含めるある程度の余裕度を含んだ値となるように設定されている。ステップＳ１３０において補正逆電流比*I1/I2＞判定値の成立が認められた場合、空燃比センサ１０の大気層１８内に排気ガスが浸入し酸素濃度が低下しているものと考えられる。従って、空燃比センサ１０のクラック発生の判定がなされて（Ｓ１３２）、この処理が終了する。この場合には、その後、空燃比センサ１０による空燃比の検出を禁止し、空燃比センサ１０の異常を表示するなど、必要な処理が行われる。
【００８７】
一方、ステップＳ１３０において、補正逆電流比*I1/I2＞判定値の成立が認められない場合、空燃比センサ１０の逆電圧印加中の出力は正常センサの範囲内であると考えられる。従って、空燃比センサ１０は、正常と判定されて（Ｓ１３４）、この処理が終了する。
【００８８】
以上説明したように、実施の形態１によれば、空燃比センサ１０のクラックの検出を逆電流比I1/I2に応じて行う場合に、その逆電流比I1/I2に対して大気圧に応じた補正を行う。これにより、大気圧が低いために、逆電圧印加中の正常センサの出力が異常センサのように変化する場合にも、正常センサに対してクラック有りの判定がなされることを防ぐことができる。従って、より正確に空燃比センサのクラック発生を検出することができる。
【００８９】
以上の実施の形態１において、駆動回路のトランジスタ３６がONとされることで、この発明の「逆電圧印加手段」が実現し、この状態においてADC1において出力を検出することで「逆電流検出手段」が実現する。また、図９のステップＳ１２６及びＳ１２８が実行されることにより、この発明の「補正変化量演算手段」が実現し、ステップＳ１３０〜Ｓ１３４が実行されることにより「異常検出手段」が実現する。また、図８のステップＳ１２が実行されることにより、この発明の「吸入空気量判定手段」が実現し、ステップＳ１４が実行されることにより「積算量演算手段」が実現し、ステップＳ１６が実行されることにより「積算量判定手段」が実現する。また図８のステップＳ１８及び図９のステップＳ１１０が実行されることにより「逆電圧印加許可手段」が実現する。
【００９０】
なお、実施の形態１では、大気圧に応じた補正係数を求め、この補正係数を逆電流比I1/I2に乗算した補正逆電流比*I1/I2を求めて、これに従って、クラック有無の判定を行う場合について説明した。しかし、この発明において、空燃比センサ１０のクラック有無の判定において、大気層１８内の気圧を考慮して判定を行う方法は、これに限るものではない。例えば、逆電流の変化量として逆電流I1とI2との差を求めて、この差に対して気圧に応じた補正を行った後、この補正値と所定の判定値をと比較することで、クラック有無の判定を行うこととすることもできる。これは、以下の実施の形態についても同様である。
【００９１】
また、逆電流の検出値あるいはそれに応じて求められた値に対して補正を行うものではなく、例えば、判定値を気圧に応じて設定するものであってもよい。このような場合について、以下に実施の形態１の他の例として説明する。
【００９２】
この他の例では、検出された逆電流I1、I2から算出された逆電流比I1/I2を補正せずに用い、判定値を気圧に応じて設定する点おいて上記の実施の形態１の場合と異なっている。図１０は、実施の形態１の他の例における、判定値と気圧との関係を説明するための図である。図１０において、横軸は気圧を表し、縦軸は逆電流比を表している。また、図１０の実線(a)は判定値を表し、点線(b)は正常センサの逆電流比I1/I2を表している。
【００９３】
図１０の点線(b)に示すように、大気層の気圧が低い場合には、正常センサであっても逆電流比I1/I2は大きくなる。従って、判定値は、図１０の実線(a)に示すように、気圧が低い場合に大きな値となるように設定され、気圧がある程度高くなると、ほぼ一定の値となるように設定されている。このような判定値は、実験等によって、正常センサの発する出力に基づいて決定され、予めコンピュータ３０に記憶される。
【００９４】
この他の例における制御の具体的なルーチンでは、図９のステップＳ１２６〜Ｓ１２８の、補正係数を求めて補正逆電流比を算出する処理に替えて、大気圧Pに応じた判定値が設定される。そして、ステップＳ１３０の、補正逆電流比*I1/I2と判定値との比較する処理に替えて、ステップＳ１２４で求められた逆電流比I1/I2が、設定された判定値より大きくなるか否かが判別される。その結果、逆電流比I1/I2＞判定値となる場合にはクラック発生と判定され、逆電流比I1/I2≦判定値となる場合にはセンサは正常と判定される。
【００９５】
図１０に示す他の例において、大気圧に応じた判定値が設定されることで、この発明における「判定値設定手段」が実現し、逆電流比と判定値が比較されてクラックの発生が判断されることで「異常検出手段」が実現する。
【００９６】
また、実施の形態１では、空燃比センサの経時劣化や検出時の条件の違いによる空燃比センサの出力のバラツキを排除するため、逆電流比を演算し、この逆電流比を用いてセンサの異常判定を行う場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではない。図３等に示すように、逆電流そのものを比較することによっても、ある程度、センサの異常を検出することができる。従って、異常検出においては逆電流を検出に用いるものであってもよく、例えば、逆電流に対して、他の手法により、クラック以外の要因に起因する出力を排除する補正を行ったものを、異常検出に用いてもよい。
【００９７】
なお、空燃比センサが正常であれば、逆電流の大きさは、逆電流比とは逆に、大気圧が低い場合に低くなり、大気圧が高い場合に大きなものとなる。従って、逆電流の大きさに対して、大気圧に応じた補正を行う場合には、大気圧がより低い場合に、逆電流の大きさがより大きくなるように補正する。このような処理により、この発明の「補正逆電流演算手段」が実現する。また、異常判定に用いる判定値を大気圧により補正する場合には、大気圧がより低い場合に、判定値がより小さな値となるように補正される。この処理によりこの発明の「判定値設定手段」が実現する。
【００９８】
また、実施の形態１では、吸入空気量GAが基準吸入空気量30[g/sec]以上となり、更に、吸入空気積算量ΣGAが基準積算量45[g]以上となった場合に、逆電圧の印加を開始する場合について説明した。しかし、この発明において、積算量を開始する基準となる基準吸入空気量は30[g/sec]に限らず、また吸入空気積算量に対する基準積算量も45[g]に限るものではない。これらの基準量は、検出するクラックの大きさ等に応じて適宜設定することができる。
【００９９】
また、実施の形態１では、吸入空気量GAが基準吸入空気量(30[g/sec])以上である場合に、更に吸入空気積算量が基準積算量以上となることで、逆電圧の印加を許可する場合について説明した。しかし、この発明において、クラック検出の開始条件はこれに限るものではなく、例えば、吸入空気量GAあるいは吸入空気積算量ΣGAのいずれか一方が、設定された基準量以上である場合に、逆電圧の印加を開始するようにしてもよい。具体的に、例えば、図８のステップＳ１２において吸入空気量が基準吸入空気量以上であることが認められた場合、ステップＳ１４、Ｓ１６を行わず、直ちに検出条件成立（Ｓ１８）とすることにより、このような制御が実現される。なお、このような吸入空気量に関する条件については、以下の実施の形態についても同様である。
【０１００】
なお、このような場合も、吸入空気量が基準吸入空気量以上であるか否か判定することで「吸入空気量判定手段」が実現し、その後検出条件の成立を判定し（Ｓ１８）、図９のステップＳ１１０で検出条件が成立しているか否かを判別することにより「逆電圧印加許可手段」が実現する。
【０１０１】
また、実施の形態１では、空燃比センサ１０のクラックの有無を判定する場合について説明したが、クラック検出の対象は、空燃比センサに限るものではなく、例えば、酸素センサ等の他の排気ガスセンサに発生したクラックについても、上記の手法を適用することにより検出することができる。これについては、以下の実施の形態についても同様である。
【０１０２】
また、実施の形態１では、空燃比センサ１０付近の大気圧を測定する場合について説明した。しかしこの発明はこれに限るものではなく、大気層１８内に供給される大気の圧力が推定できるものであればよい。これは、下記の実施の形態においても同様である。また、その他の部分の構成についても、特記した場合を除いて実施の形態に限るものではなく、他の構成のものであってもよい。これについては、以下の実施の形態についても同様である。
【０１０３】
実施の形態２．
実施の形態２のシステムは、実施の形態１のシステムと同様の構成を有している。実施の形態１では、逆電流比I1/I2に対して気圧に応じた補正を行い、あるいは、判定値を気圧に応じて設定することで、気圧を考慮してクラック有無の判定を行う場合について説明した。これに対して、実施の形態２では、気圧が低い場合には、気圧に応じた検出値に対する補正や判定値の設定を行わず、クラック発生の検出を禁止する。
【０１０４】
具体的に、実施の形態２では、図５に示す斜線の領域、すなわち、大気圧が低く正常センサの逆電流比が判定値以上となる領域での判定が禁止される。つまり、検出された大気圧Pが、基準気圧P0より小さい場合に、クラック検出を禁止するように制御する。
【０１０５】
図１１は、この発明の実施の形態２においてシステムが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図１１に示すルーチンは、図９のステップＳ１１２の後に、ステップＳ２０２の処理を有する点を除いて、図９のルーチンと同じである。
【０１０６】
具体的に、クラック検出条件の成立が認められ、ステップＳ１１２において現在の大気圧Pが検出された後、検出された大気圧Pが、基準気圧PO以上であるか否かが判定される（ステップＳ２０２）。基準気圧P0は、正常センサであっても検出される逆電流比I1/I2が判定値以上となると推定される範囲の最大の気圧であり、予め実験等により定められてコンピュータ３０に記憶されている。ステップＳ２０２において、大気圧P＜基準気圧POと判断された場合には、正確なクラック有無の検出ができない場合が考えられるため、今回のクラック検出は禁止され、この処理が終了する。
【０１０７】
一方、ステップＳ２０２において、大気圧P≧基準気圧P0であることが認められると、続くステップＳ１１４〜Ｓ１２４において、逆電圧が印加され、検出された逆電流I1、I2に基づいて逆電流比が算出される。その後、大気圧に応じて逆電流比I1/I2が補正されて補正逆電流比*I1/I2が求められ（Ｓ１２６）、ステップＳ１２８において補正逆電流比*I1/I2＞判定値であることが認められると、クラックが発生しているものと判定される（Ｓ１３２）。一方、逆電流比I1/I2≦判定値であると判定されると空燃比センサ１０は正常であると判定される（Ｓ１３４）。その後、この処理が終了する。
【０１０８】
以上説明したように、実施の形態２において、気圧が低く正常センサの逆電流比が判定値を超えて大きくなるような領域での、クラックの検出を禁止する。これにより、確実に空燃比センサのクラック判定を行うことができる領域においてのみ、クラック検出を行うことができるため、より正確に空燃比センサのクラックの有無を判定することができる。
【０１０９】
なお、例えば実施の形態３において、図１１のステップＳ２０２が実行されることで、この発明の「大気圧判定手段」及び「逆電圧印加禁止手段」が実現する。
【０１１０】
なお、実施の形態２では、基準気圧よりも高い領域と判断され、クラックの検出を行う場合にも、逆電流比に対して気圧に応じた補正を行う場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、実施の形態１の他の例に説明したように、判定値を気圧に応じて設定するものであってよい。このように、低気圧の領域においても、更に気圧に応じた補正を行うことで、より正確にクラックの有無を判定することができる。また、例えば、基準気圧POを低く設定することで、空燃比センサの正常/異常を判断することが特に困難となる極低圧の領域でのクラック検出のみを禁止して、ある程度正確に判定できる場合には、気圧を考慮した判定を行うようにすることもできる。
【０１１１】
しかし、実施の形態２では、正常センサと異常センサとの逆電流比が混在するようになる低圧の領域でのクラック検出を禁止することができる。従って、気圧に応じた補正や判定値の設定を行わずに、通常通りにクラックの判定を行うようにするものであってもよい。具体的にこの場合には、ステップＳ２０２において、大気圧P≧基準気圧POであることが認められると、この範囲においては、正常センサであれば、逆電流比は判定値以上となると考えられるため、図１１のステップＳ１２６、Ｓ１２８は行わずに、演算された逆電流比I1/I2をそのまま用いて、ステップＳ１３０において逆電流比I1/I2と判定値とが比較され、クラック有無の判定が行われる。
【０１１２】
実施の形態３．
実施の形態３のシステムは、図１、図２に示すシステムと同様の構成を有している。また、図１２のシステムは、逆電圧印加開始直後の短時間の間、逆電流の検出を行わない点を除いて、実施の形態１のシステムと同様の制御を行う。
【０１１３】
図１２は、この発明の実施の形態３が実行する制御について説明するための図である。図１２に示すように、空燃比センサ１０の正常/異常に関わらず、逆電圧を印加した直後の短時間、電極間には急激に大きな逆電流（負の大電流）が流れる場合がある。この負の大電流は、大気層１８内の酸素濃度に応じたものではなく、印加される電圧を正電圧から逆電圧に切り替えたときの、センサ素子の内部抵抗による影響を強く反映したものである。
【０１１４】
このような負の大電流が短時間流れた後、空燃比センサ１０の出力は大気層１８内の酸素濃度に対応した逆電流値に安定する。しかし、負の大電流が収束した後で検出される逆電流が大気層１８内の酸素濃度に応じたものとなっていても、この負の大電流と比較した場合の逆電流の変動量は、空燃比センサ１０の正常/異常に関わらず大きなものとなる。つまり、負の大電流が第1回目の検出値（逆電流I1）として用いられると、２回目の検出値である逆電流I2は、負の大電流（逆電流I1）に対して大きく変動したこととなる。このため、空燃比センサ１０の正常/異常に関わらず、逆電流比I1/I2は大きな値となり、正常センサと異常センサとの間の逆電流比の差が小さなものとなる。
【０１１５】
しかし、より正確に空燃比センサ１０のクラック有無の判定を行うためには、クラックの有無による大気層１８内の酸素濃度の差を、より強く逆電流比に反映させた状態とすることが好ましい。そこで、実施の形態３では、負の大電流が流れる間、逆電流の検出を禁止し、負の大電流が逆電流比の算出に用いられないようにする。このため、逆電圧印加開始から負の大電流が流れると予想される期間が経過までをマスク期間（基準時間）として設定し、マスク期間の経過までは逆電流の検出を禁止するように制御する。より具体的には、逆電圧印加開始後、第１回目の逆電流I1を検出する時刻T1を、マスク期間経過時とし、第２回目の逆電流I2を検出する時刻T2は、時刻T1より更に後の、逆電圧印加開始後から基準経過時間が経過した後とする。
【０１１６】
ここで、マスク期間は、１．負の大電流が十分に収束していること、２．クラック時の電流が既に減少しすぎない範囲であること、等の条件を満たすような期間とし、空燃比センサ１０ごとに実験等により決定される。決定されたマスク期間は、予めコンピュータ３０に記憶される。
【０１１７】
図１３は、この発明の実施の形態３においてシステムが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図１３のルーチンは、ステップＳ１１５の後に、ステップＳ３０２の処理を有する点を除き、図９のルーチンと同じである。具体的に、図１３のルーチンでは、ステップＳ１１４において逆電圧の印加が開始された後、ステップＳ１１５において、逆電圧印加開始からの経過時間（印加時間）のカウントが開始される。その後、ステップＳ３０２において、逆電圧印加開始から、マスク期間が経過したか否かが判定される。ステップＳ３０２においてマスク期間の経過が認められない場合には、マスク期間の経過が認められるまで、繰り返しステップＳ３０２の判定が行われる。
【０１１８】
ステップＳ３０２においてマスク期間の経過が認められると、次に逆電流I1が検出される（Ｓ１１６）、その後、逆電圧印加開始後、基準経過時間が経過したことが認められると、逆電流I2が検出される。その後、ステップＳ１２２〜Ｓ１３４に従って、検出された逆電流I1、I2から逆電流比が算出され、気圧に応じてこの逆電流比が補正され、空燃比センサのクラック有無の判定が行われる。
【０１１９】
以上説明したように、実施の形態３においては、逆電圧印加開始直後の短時間、クラック検出に用いる逆電流の検出を禁止する。これにより逆電圧印加直後の負の大電流に基づいて、誤判定がなされることを防ぐことができる。これにより、高精度に空燃比センサのクラックの有無を判定することができる。
【０１２０】
なお、実施の形態３では、実施の形態１と同様に、逆電流比I1/I2を気圧に応じて補正した補正逆電流比*I1/I2を用いて、クラック有無を判断する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば、実施の形態１の他の例において説明したように逆電流比を補正せず、気圧に応じて判定値を設定するものに適用して用いることもできる。また、実施の形態２において説明したように、検出された気圧が基準気圧以上である場合にのみクラックの検出を行う制御に適用することもできる。このようにしても、同様の効果が得られ、正確に空燃比センサ１０のクラック有無の判定を行うことができる。
【０１２１】
なお、実施の形態３において、ステップＳ１１５が実行されることにより、この発明の「印加時間検出手段」が実現し、ステップＳ３０２が実行されることにより「印加時間判定手段」及び「逆電流検出許可手段」が実現する。
【０１２２】
また、以上の実施の形態において、各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、本発明に必ずしも必須のものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の実施の形態１において用いられる空燃比センサの構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１において用いられる空燃比センサを駆動するためのエンジンコンピュータの構成を説明するための回路図である。
【図３】空燃比センサに逆電圧を印加した場合の正常センサと異常センサのそれぞれの出力について説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、空燃比センサに逆電圧を印加した場合の正常センサと異常センサのそれぞれの出力について説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１における、逆電流比と判定値と、気圧との関係を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１における、逆電流比に対する補正係数と気圧との関係を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態１におけるクラック検出実行における吸入空気量の条件について説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態１において、クラック検出開始の条件判定のため、システムが実行する制御のルーチンである。
【図９】本発明の実施の形態１においてシステムが実行する制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態１の他の例における、逆電流比に対する判定値と気圧との関係を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態２においてシステムが実行する制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態３において、空燃比センサに逆電圧を印加した場合の常センサと異常センサのそれぞれの出力について説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態３においてシステムが実行する制御のルーチンを説明するための図である。
【符号の説明】
【０１２４】
１０  空燃比センサ
１２  ヒータ層
１４  ヒータ
１６  大気層形成部材
１８  大気層
２０  電解質層
２２  大気側電極
２４  排気側電極
２６  拡散抵抗層
３０  エンジンコンピュータ
３２  水温センサ
３４  大気圧センサ
３６  エアフロメータ
４２  正極端子
４４  負極端子
４６  トランジスタ
【図１】
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【図２】
2008082295.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008082295.tif 000008
【図７】
2008082295.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008082295.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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