(57)【要約】【課題】本発明は排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するためのガス濃度検出装置の故障診断装置に関し、ガス濃度検出装置に含まれるセルの断線を速やかに検出することを目的とする。【解決手段】被検出ガス室１８中の酸素をポンピングして、その中の酸素濃度に応じたセンサ電流を生成するセル２８，３８，４０を備えるガス濃度検出装置を設ける。それらのセル２８，３８，４０を活性温度に加熱するためのヒータ５８を設ける。ヒータ５８による加熱が開始された後、それらのセル２８，３８，４０に所定電流が流通すべき時期を検知する。その時期に、それらのセル２８，３８，４０を流通するセンサ電流Ａ１、Ａ２、Ａ３が適正でるか否かに基づいて、それらのセル２８，３８，４０の断線を判断する。【選択図】        図２
2004219116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出ガス中の酸素をポンピングして、前記被検出ガス中の酸素濃度に応じたセンサ電流を生成するセルを備えるガス濃度検出装置の故障診断装置であって、
前記セルを活性温度に加熱するためのヒータと、
前記ヒータによる加熱が開始された後、前記セルに所定電流が流通すべき時期を検知する所定電流流通時期検知手段と、
前記所定電流が流通すべき時期に、前記セルを流通するセンサ電流が当該所定電流に比して少量である場合に、前記セルの断線を判断するセル断線判断手段と、
を備えることを特徴とするガス濃度検出装置の故障診断装置。
【請求項２】
前記ガス濃度検出装置は、
被検出空間に流入してくる被検出ガスに含まれる酸素を、当該被検出空間からポンピングするためのポンプセルと、
前記ポンプセルにより処理された後の被検出ガスを対象として、その中に含まれているＮＯｘを窒素と酸素に分解し、更に、その中に含まれている酸素をポンピングするためのセンサセルとを備え、
前記セルは前記センサセルであり、
前記所定電流は、前記センサセルの暖機に伴って発生する初期電流であることを特徴とする請求項１記載のガス濃度検出装置の故障診断装置。
【請求項３】
前記ガス濃度検出装置は、
被検出空間に流入してくる被検出ガスに含まれる酸素を、当該被検出空間からポンピングするためのポンプセルと、
前記ポンプセルにより処理された後の被検出ガスを対象として、その中に含まれているＮＯｘを窒素と酸素に分解し、更に、その中に含まれている酸素をポンピングするためのセンサセルと、
前記ポンプセルにより処理された後の被検出ガスを対象として、その中に含まれている酸素をポンピングするためのモニタセルとを備え、
前記セルは前記モニタセルであり、
前記所定電流は、前記モニタセルの暖機に伴って発生する初期電流であることを特徴とする請求項１記載のガス濃度検出装置の故障診断装置。
【請求項４】
前記所定電流流通時期検知手段は、前記ヒータによる加熱が開始された後、前記初期電流が流通すべき時期が到達するまでの所定時間を計数するカウンタ手段を含むことを特徴とする請求項２または３記載のガス濃度検出装置の故障診断装置。
【請求項５】
前記所定電流流通時期検知手段は、
何れかのセルの交流抵抗を検出する交流抵抗検出手段と、
前記交流抵抗が、前記初期電流が流通すべき値に低下したことを検知する交流抵抗低下検出手段と、を含むことを特徴とする請求項２または３記載のガス濃度検出装置の故障診断装置。
【請求項６】
前記ヒータによる加熱が開始された時点で、前記セルが既に高温であると予測される場合には、前記セルの断線判断を禁止する断線判断禁止手段を備えることを特徴とする請求項２乃至５の何れか１項記載のガス濃度検出装置の故障診断装置。
【請求項７】
前記セルは、前記被検出ガスに接するガス側電極と、大気に接する大気側電極とを備え、
前記セル断線判断手段は、前記ガス側電極および前記大気側電極が、電源或いはグランドに短絡していないかを検出する短絡検出手段を備え、それらの短絡が生じていない場合にのみ前記セルの断線を判断することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載のガス濃度検出装置の故障診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス濃度検出装置の故障診断装置に係り、特に、内燃機関の排気ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を検出するためのガス濃度検出装置の断線検出に適した故障診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開２００２−２０２２８５号公報に開示されるように、内燃機関の排気ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を検出するためのガス濃度検出装置が知られている。この装置は、被検出ガス室に流入してくる排気ガス中から酸素を排出するためのポンプセル、およびポンプセルの下流に配置されたモニタセル並びにセンサセルを備えている。
【０００３】
モニタセルは、ポンプセルにより処理された後に、被検出ガス室内になお残存している酸素を排出することで、その酸素濃度に応じたセンサ電流を発生するためのセルである。一方、センサセルは、ポンプセルにより処理された後の排気ガスに含まれているＮＯｘを窒素と酸素に分解し、かつ、その結果生じた酸素と、排気ガス中にもともと残存していた酸素とを排出することでセンサ電流を生成するセルである。
【０００４】
上記の構成によれば、モニタセルには、ポンプセルにより除去しきれなかった酸素の濃度に応じたセンサ電流が流通する。そして、センサセルには、ポンプセルにより除去しきれなかった酸素の濃度と、ＮＯｘの分解により生じた酸素の濃度との和に対応するセンサ電流が流通する。このため、センサセルに流通するセンサ電流から、モニタセルに流通するセンサ電流を減ずると、ＮＯｘの分解により生じた酸素の濃度を検知することができる。このようにして検知される酸素濃度は、排気ガス中に存在していたＮＯｘの濃度に対応している。従って、上記従来のガス濃度検出装置によれば、排気ガス中のＮＯｘ濃度を制度良く検出することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２０２２８５号公報
【特許文献２】
実開昭５８−１５４４５９号公報
【特許文献３】
特開平１−２７２９５６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のガス濃度検出装置は、内燃機関のエミッション制御等に利用される。ガス濃度検出装置の出力がエミッション制御に利用されている場合などは、所望のエミッション特性を維持するために、ガス濃度検出装置の異常が速やかに検出できることが望ましい。しかしながら、従来、この種のガス濃度検出装置の断線を早期に検出するための手法は確立されていなかった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、上記従来のガス濃度検出装置に含まれるセルの断線を速やかに検出し得る故障診断装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、被検出ガス中の酸素をポンピングして、前記被検出ガス中の酸素濃度に応じたセンサ電流を生成するセルを備えるガス濃度検出装置の故障診断装置であって、
前記セルを活性温度に加熱するためのヒータと、
前記ヒータによる加熱が開始された後、前記セルに所定電流が流通すべき時期を検知する所定電流流通時期検知手段と、
前記所定電流が流通すべき時期に、前記セルを流通するセンサ電流が当該所定電流に比して少量である場合に、前記セルの断線を判断するセル断線判断手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記ガス濃度検出装置は、
被検出空間に流入してくる被検出ガスに含まれる酸素を、当該被検出空間からポンピングするためのポンプセルと、
前記ポンプセルにより処理された後の被検出ガスを対象として、その中に含まれているＮＯｘを窒素と酸素に分解し、更に、その中に含まれている酸素をポンピングするためのセンサセルとを備え、
前記セルは前記センサセルであり、
前記所定電流は、前記センサセルの暖機に伴って発生する初期電流であることを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第１の発明において、
前記ガス濃度検出装置は、
被検出空間に流入してくる被検出ガスに含まれる酸素を、当該被検出空間からポンピングするためのポンプセルと、
前記ポンプセルにより処理された後の被検出ガスを対象として、その中に含まれているＮＯｘを窒素と酸素に分解し、更に、その中に含まれている酸素をポンピングするためのセンサセルと、
前記ポンプセルにより処理された後の被検出ガスを対象として、その中に含まれている酸素をポンピングするためのモニタセルとを備え、
前記セルは前記モニタセルであり、
前記所定電流は、前記モニタセルの暖機に伴って発生する初期電流であることを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第２または第３の発明において、前記所定電流流通時期検知手段は、前記ヒータによる加熱が開始された後、前記初期電流が流通すべき時期が到達するまでの所定時間を計数するカウンタ手段を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明は、第２または第３の発明において、
前記所定電流流通時期検知手段は、
何れかのセルの交流抵抗を検出する交流抵抗検出手段と、
前記交流抵抗が、前記初期電流が流通すべき値に低下したことを検知する交流抵抗低下検出手段と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明は、第２乃至第５の発明の何れかにおいて、前記ヒータによる加熱が開始された時点で、前記セルが既に高温であると予測される場合には、前記セルの断線判断を禁止する断線判断禁止手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、前記セルは、前記被検出ガスに接するガス側電極と、大気に接する大気側電極とを備え、
前記セル断線判断手段は、前記ガス側電極および前記大気側電極が、電源或いはグランドに短絡していないかを検出する短絡検出手段を備え、それらの短絡が生じていない場合にのみ前記セルの断線を判断することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。図１に示すように、本発明の実施の形態１は、ガス濃度検出装置１０を備えている。ガス濃度検出装置１０は、内燃機関の排気通路に、特に、ＮＯｘ吸蔵触媒を備える排気通路に配置され、排気ガス中のＮＯｘ濃度に応じたセンサ出力を発生するセンサである。
【００１７】
図２は、ガス濃度検出装置１０の構成を説明するための斜視断面図である。図２に示すように、ガス濃度検出装置１０は、ジルコニア層１２，１４および絶縁層１６を備えている。２つのジルコニア層１２および１４の間には、被検出ガス室１８が設けられている。また、ジルコニア層１２および１４に隣接する位置には、それらの層により被検出ガス室１８から隔絶された大気室２０，２２が形成されている。
【００１８】
ガス濃度検出装置１０は、被検出ガス室１８に通じる拡散孔２４を備えている。拡散孔２４は、内燃機関の排気通路から被検出ガス室１８に排気ガスを導くための通路であり、拡散抵抗層２６を介して排気通路に連通している。拡散抵抗層２６は、排気ガスの拡散速度を律するための多孔質物質である。上記の構成によれば、排気通路内を流通する排気ガスは、拡散抵抗層２６により律せられた速度で拡散抵抗層２６とジルコニア層１４との境界まで拡散し、その後更に、拡散孔２４の絞り効果により律せられた速度で、被検出ガス室１８の内部に向かって拡散する。
【００１９】
拡散孔２４から流入した排気ガスは、所定の流通経路に沿って被検出ガス室１８の内部を進行する。この流通経路には、ポンプセル２８が設けられている。ポンプセル２８は、ジルコニア層１２と、その両側に配置されたガス側電極３０および大気側電極３２とで構成されている。ガス側電極３０は、ＮＯｘに対する活性の低い電極（例えば、Ｐｔ−Ａｕ合金電極）であり、被検出ガス室１８に露出するように設けられている。また、大気側電極３２は、Ｐｔで構成された電極であり、大気室２０に露出するように設けられている。
【００２０】
ガス側電極３０と大気側電極３２との間には、大気側電極３２からガス側電極３０へ向かう電圧を印加するための可変電源３４が接続されている。また、これらの電極３０，３２には、ポンプセル２８を流通するセンサ電流Ａ１を検知するための電流検出器３６が接続されている。尚、可変電源３４や、電流検出器３６は、後述するセンサ制御回路に内蔵されている。
【００２１】
ポンプセル２８の下流には、モニタセル３８とセンサセル４０が並んで配置されている。図２においては、便宜上、モニタセル３８がセンサセル４０の上流に位置するように表されているが、現実には、それらは、排気ガスの流れ方向に対して垂直な方向に２つ並んで設けられている。
【００２２】
モニタセル３８およびセンサセル４０は、それぞれ、ジルコニア層１４と、被検出ガス室１８に露出したガス側電極４２，４４と、大気室２２に露出した大気側電極４６，４８とで構成されている。モニタセル３８のガス側電極４２は、ＮＯｘに対する活性の低い電極であり、例えば、Ｐｔ−Ａｕ合金により構成されている。一方、センサセルのガス側電極４４は、ＮＯｘに対する活性の高い電極であり、例えば、Ｐｔ−Ｒｈ合金で構成されている。大気側電極４６，４８は、ポンプセル２８の場合と同様にＰｔで構成されている。
【００２３】
モニタセル３８およびセンサセル４０には、それぞれ、大気側電極４６，４８からガス側電極４２，４４へ向かう電圧を印加するための定電圧電源５０，５２と、それらを流通するセンサ電流Ａ２，Ａ３を検知するための電流検出器５４，５６が接続されている。尚、定電圧電源５０，５２や、電流検出器５４，５６は、後述するセンサ制御回路に内蔵されている。
【００２４】
絶縁層１６の内部には、ヒータ５８が配置されている。ポンプセル２８、モニタセル３８およびセンサセル４０は、ヒータ５８で加熱することにより、それぞれ適正な活性温度に昇温させることができる。
【００２５】
ポンプセル２８は、活性温度に達した状態で適当な電圧印加を受けると、排気ガス中のＮＯｘに含まれるＮＯ２をＮＯと酸素に分解することでＮＯｘをＮＯに単ガス化すると共に、排気ガス中に存在するほぼ全ての酸素を排出することができる。この場合、ポンプセル２８を流通するセンサ電流Ａ１は、ほぼ被検出ガス室１８に流入してくる排気ガス中の酸素濃度に応じた値、つまり、その排気ガス中の空燃比Ａ／Ｆにほぼ応じた値となる。従って、本実施形態のシステムによれば、電流検出器３６の出力に基づいて、排気ガス中の空燃比Ａ／Ｆを検知することができる。
【００２６】
ガス濃度検出装置１０の内部において、ポンプセル２８の下流には、酸素を殆ど含まず、かつ、ＮＯｘがＮＯに単ガス化された排気ガスが流通することになる。モニタセル３８は、活性温度に達した状態では、その排気ガス中に残存している酸素をポンピングすることにより、ポンプセル２８の下流における酸素濃度に応じたセンサ電流Ａ２を生成する。従って、本実施形態のシステムによれば、電流検出器５４の出力に基づいて、ポンプセル２８の下流において排気ガス中に残存している酸素の濃度を検知することができる。
【００２７】
センサセル４０は、活性温度に達した状態では、排気ガス中のＮＯを窒素と酸素に分解すると共に、被検出ガス室１８に残存している全ての酸素をポンピングすることによりセンサ電流Ａ３を生成する。従って、センサ電流Ａ３は、ポンプセル２８の下流にもともと残存していた酸素の濃度と、ＮＯが分解されることにより生じた酸素の濃度との和に対応した値となる。このため、電流検出器５６の出力によれば、ポンプセル２８の下流に残存している酸素の濃度と、ＮＯの分解に伴って生じた酸素の濃度との和を検知することができる。
【００２８】
更に、電流検出器５６によって検出されるセンサ電流Ａ３から、電流検出器５４によって検出されるセンサ電流Ａ２を減じた値は、ポンプセル２８の下流において排気ガス中に存在しているＮＯの濃度に対応した値、つまり、被検出ガス室１８に流入してきた排気ガス中のＮＯｘ濃度に対応した値となる。このため、本実施形態のシステムによれば、それら２つの電流検出器５４、５６の出力を検出することにより、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検知することができる。
【００２９】
再び図１を参照して、本実施形態の全体構成を説明する。図１に示すように、ガス濃度検出装置１０には、センサ制御回路６０が接続されている。また、センサ制御回路６０には、エンジン制御ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）７０が接続されている。
【００３０】
センサ制御回路６０とＥＣＵ７０との間では、所定のプロトコルによる通信がなされている。例えば、ＥＣＵ７０は、内燃機関が始動した後、所定の暖機開始条件が成立した時点で、センサ制御回路６０に向けてセンサ暖機開始要求を出力する。一方、センサ制御回路６０は、ＮＯｘ濃度、空燃比Ａ／Ｆ、酸素濃度を表す出力等をＥＣＵ７０に供給する。尚、図１においては、センサ制御回路６０を、ＥＣＵ７０と別に設けることとしているが、これらは、必ずしも別体とする必要はなく、センサ制御回路６０をＥＣＵ７０に内蔵させることとしてもよい。
【００３１】
センサ制御回路６０は、モニタセル３８やセンサセル４０を流れるセンサ電流Ａ２，Ａ３を検出するための低電流出力検出部を備えている。上述した定電圧電源５０，５２および電流検出器５４，５６は、この低電流出力検出部に含まれている。すなわち、センサ制御回路６０は、ガス濃度検出装置１０の作動が求められる状況下では、定電圧電源５０，５２によりモニタセル３８およびセンサセル４０に対してそれぞれ適当な電圧を印加すると共に、それらのセルに発生する微小な電流（センサ電流Ａ２，Ａ３）を電流検出器５４，５６により検出する。
【００３２】
センサ制御回路６０は、また、センサ内酸素濃度制御部を備えている。上述した可変電源３４および電流検出器３６は、このセンサ内酸素濃度制御部に含まれている。既述した通り、ガス濃度検出装置１０のポンプセル２８は、被検出ガス室１８に流入してくる排気ガス中の酸素をポンピングする機能を有している。ここで、ガス濃度検出装置１０により、排気ガス中のＮＯｘ濃度を精度良く検出するためには、ポンプセル２８により、排気ガス中のＮＯを分解することなく、可能な限り多量の酸素を排出し得ることが望ましい。
【００３３】
ポンプセル２８により排出される酸素の量は、被検出ガス室１８に酸素が残存している間は、ポンプセル２８に対する印加電圧と相関を有する。従って、全ての酸素をポンプセル２８により排出するためには、少なくとも排出すべき酸素量に見合った電圧をポンプセル２８に印加する必要がある。一方、その印加電圧が過剰になると、排気ガス中のＮＯが分解されてしまうため、その値は不必要に高圧とすることはできない。このため、ポンプセル２８に対する印加電圧は、結局のところ排気ガス中の酸素濃度に応じた適切な値に決定することが必要である。
【００３４】
センサ内酸素濃度制御部は、ポンプセル２８に対する印加電圧を、上記の適切な値に制御するための部分である。ここでは、具体的には、センサ電圧Ａ１と印加電圧との関係が適正な関係になるように可変電源３４が制御される。つまり、印加電圧に対してセンサ電流Ａ１が過大であると判断できる場合は、印加電圧を高めるように可変電源３４が制御され、一方、印加電圧に対してセンサ電流Ａ１が過小であると判断できる場合は、印加電圧を下げるように可変電源３４が制御される。このような制御によれば、ポンプセル２８に対する印加電圧は適正な値に収束し、その結果、排気ガス中のＮＯが分解されることなく、その中に含まれるほぼ全ての酸素が被検出ガス室１８から排出されることになる。そして、この場合、電流検出器３６により検出されるセンサ電流Ａ１は、排気ガス中の酸素濃度、つまり、排気ガスの空燃比Ａ／Ｆに対応した値となる。
【００３５】
センサ制御回路６０は、また、ヒータ制御部を備えている。既述した通り、ＥＣＵ７０は、内燃機関が始動した後、所定の暖機開始条件が成立した時点で、センサ制御回路６０に対してセンサ暖機開始要求を発する。ヒータ制御部は、その要求を受けて、ガス濃度検出装置１０に内蔵されるヒータ５８に対する電力供給を開始する。その結果、ヒータ５８が発熱し、ポンプセル２８、モニタセル３８およびセンサセル４０が活性温度に昇温される。
【００３６】
また、センサ制御回路６０には、センサダイアグ部が内蔵されている。センサダイアグ部は、本実施形態のシステムの特徴部であり、モニタセル３８、或いはセンサセル４０に断線が生じているか否かを診断する部分である。
モニタセル３８やセンサセル４０に断線が生ずると、残存酸素濃度やＮＯｘ濃度に関わりなく、それらのセルに対応するセンサ電流Ａ２、Ａ３はゼロとなる。しかしながら、センサ電流Ａ２、Ａ３は、それらのセルが断線していなくてもゼロとなることがあると共に、それらのセルが断線していたとしてもノイズの影響で瞬間的にはゼロでない値となることがある。このため、単純にセンサ電流Ａ２、Ａ３を監視するだけでは、それらの断線を検出することはできない。
【００３７】
図３は、本実施形態において、センサセル３８およびポンプセル４０の断線を検出するための原理を説明するためのタイミングチャートである。具体的には、図３（Ａ）は、ヒータ５８による加熱が開始された後のガス濃度検出装置１０の素子温度、つまり、ポンプセル２８、モニタセル３８、センサセル４０等の温度変化を示す。また、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）および図３（Ｄ）は、それぞれ、ポンプセル２８、モニタセル３８、およびセンサセル４０を流れるセンサ電流Ａ１、Ａ２、Ａ３の変化を示す。
【００３８】
ポンプセル２８、モニタセル３８、およびセンサセル４０は、何れも、素子温度が活性温度まで上昇することにより、既述した通常の機能を発揮する状態となる。図３（Ｂ）に示すセンサ電流Ａ１の波形は、ヒータ５８により加熱が開始された時点で、排気ガスがリーンであった場合に得られたものである。この図に示すように、ポンプセル２８を流れるセンサ電流Ａ１は、排気ガスがリーンである場合は、素子温度の上昇に伴って増加する傾向を示す。但し、センサ電流Ａ１がこのような波形を示すのは、排気ガスがリーンである場合に限られ、排気ガスがストイキである場合には、センサ電流Ａ１は、素子温度の上昇に関わらずほぼゼロ近傍の値を維持する。また、排気ガスがリッチである場合は、センサ電流Ａ１は、素子温度の上昇に伴って負の値に変化する。
【００３９】
図３（Ｃ）および図３（Ｄ）に示すように、モニタセル３８およびセンサセル４０には、排気ガスが如何なる空燃比であるかを問わず、素子温度の上昇過程において、ある期間だけ３〜４μＡ程度の初期電流が流通する。この初期電流は、モニタセル３８やセンサセル４０の周辺に残留していた酸素、或いは、それらのセルのガス側電極４２，４４に吸着されていた酸素が、素子温度の上昇に伴いそれらのセル３８，４０にポンピングされることにより発生するものと考えられる。
【００４０】
ポンプセル２８においても、同様の現象は生じていると考えられる。しかしながら、ポンプセル２８には、常用域において十分に大きなセンサ電流Ａ１が流通する。このため、ポンプセル２８については、素子温度の上昇に伴って初期電流が流通したか否かを判断することは必ずしも容易ではない。これに対して、モニタセル３８やセンサセル４０を流通するセンサ電流Ａ２、Ａ３は、常用域では数十ｎＡと十分に小さな値である。このため、これらのセル３８，４０においては、上記の初期電流（３〜４μＡ）は十分に大きな値であり、素子温度の上昇過程でその初期電流が流通したか否かは容易に判断することができる。
【００４１】
モニタセル３８やポンプセル４０に断線が生じている場合は、素子温度が上昇する過程で上記の初期電流は生じない。また、それらのセル３８，４０に断線が生じていない場合は、ノイズの影響による場合とは明らかに異なり、素子温度の上昇過程においてある程度の期間継続して初期電流が流通する。従って、本実施形態のシステムにおいては、ヒータ５８による加熱が開始された後、ある程度の期間継続して初期電流と評価できるセンサ電流Ａ２、Ａ３がモニタセル３８やセンサセル４０に流通するか否かにより、それらのセル３８，４０に断線が生じているか否かを判断することが可能である。
【００４２】
図４は、上記の原理に従ってモニタセル３８（センサセル４０）の断線を検出すべくセンサ制御回路６０が実行する処理ルーチンのフローチャートである。
図４に示すルーチンでは、先ず、ＥＣＵ７０からセンサ暖機開始要求が発せられたか否かが判別される。より具体的には、その要求の有無を表すセンサ暖機指示フラグがＯＮであるか否かが判別される（ステップ１００）。
【００４３】
ＥＣＵ７０は、既述した通り、内燃機関が始動された後、所定の暖機開始条件が成立することによりセンサ暖機開始要求を発生する。ここで、暖機開始条件は、具体的には、内燃機関の排気通路内の結露が解消される条件が整うことでその成立が認められる。内燃機関の冷間始動時など、排気通路内部で結露が生ずる状況下では、結露により生じた水滴がガス濃度検出装置１０に付着することがある。本実施形態のシステムでは、そのような水滴の付着可能性のある状況下ではヒータ５８による加熱を行わないこととするため、上記暖機開始条件の成立を待ってその加熱を開始することとしている。
【００４４】
図４に示すルーチン中、上記ステップ１００において、センサ暖機指示フラグがＯＮでないと判別された場合は、ヒータ５８によるガス濃度検出装置１０の暖機が禁止される（ステップ１０２）。
次に、ガス濃度検出装置１０の暖機が開始された後の経過時間を計数するためのカウンタがリセットされる（ステップ１０４）。
次いで、内燃機関が始動された後、つまり、センサ制御回路６０の電源が投入された後、ヒータ５８による暖機が行われた履歴が存在しないか、また、その履歴が存在する場合には、一旦開始された暖機が中止された後の経過時間が既定の一定時間に達しているかが判断される（ステップ１０６）。
【００４５】
その結果、センサ制御回路６０の電源が投入された後、ヒータ５８による暖機が一度も行われていないと判断された場合、或いは、暖機が中止された後、十分な時間が経過していると判別された場合は、現時点でモニタセル３８およびセンサセル４０が十分に冷却されていると判断することができる。この場合、以後、断線検出の実行を許可すべく、断検実施フラグがＯＦＦとされる（ステップ１０８）。
【００４６】
一方、それらの条件が何れも成立しない場合、つまり、センサ制御回路６０の電源が投入された後、ヒータ５８による暖機が実行された履歴があり、かつ、その暖機が中止された後一定時間が経過していないと判別された場合は、何ら処理が行われることなく今回の処理が終了される。この場合、断検実施フラグは、前回の処理サイクル時における状態のまま維持されることになる。断検実施フラグは、後述の如く、モニタセル３８（またはセンサセル４０）の断線検出が終了することでＯＮとされるフラグである。上記の処理によれば、前回の処理サイクル以前に断線検出が終了していない場合は、ステップ１０６の条件が成立する場合と同様に、今回の処理サイクルは断検フラグがＯＦＦとされたまま終了される。一方、前回の処理サイクル以前に断線検出が終了している場合は、断検フラグがＯＮとされたままで今回の処理サイクルが終了される。
【００４７】
図４に示すルーチン中、上記ステップ１００において、センサ暖機指示フラグがＯＮであると判断された場合は、次に、モニタセル３８（またはセンサセル４０）の断線フラグがＯＦＦであるか、および、断検実施フラグがＯＦＦであるかが判別される（ステップ１１０）。
【００４８】
断線フラグは、後述の如く、モニタセル３８（またはセンサセル４０）の断線が検出された場合にＯＮとされるフラグである。従って、断線フラグがＯＮである場合は、モニタセル３８（またはセンサセル４０）に断線が生じていると判断することができる。ここでは、断線フラグがＯＮであると判別されるか、或いは、断検実施フラグがＯＮであると判別されると、断線検出を実行する必要がない、或いは実行すべきでないとの判断のもと、以後速やかに今回の処理サイクルが終了される。
【００４９】
一方、上記ステップ１１０において、断線フラグがＯＦＦであり、かつ、断検実施フラグもＯＦＦであると判別された場合は、以後、断線検出の処理を進めるべく、モニタセル３８（またはセンサセル４０）の２つの電極４２，４６（または４４，４８）が、電源にもグランドにも短絡していないかが判別される（ステップ１１２）。
【００５０】
センサ制御回路６０のセンサダイアグ部には、モニタセル３８およびセンサセル４０のガス側電極４２，４４および大気側電極４６，４８の電位を検知する電位センサが設けられている。上記ステップ１１２では、その電位センサにより、個々の電極の電位が計測され、その計測値により、それらの電極に短絡が生じているか否かが判別される。そして、２つの電極のうち何れか一方にでも短絡が認められた場合は、以後、断線検出を実行する必要がないと判断され、速やかに今回の処理サイクルが終了される。
【００５１】
これに対して、上記ステップ１１２において、ガス側電極４２（または４４）にも、大気側電極４６（または４８）にも短絡が生じていないと判断された場合は、次に、ヒータ５８によるガス濃度検出装置１０の暖機が開始されると共に、その暖機後の時間を計数するためのカウンタのインクリメントが開始される（ステップ１１４）。
【００５２】
次いで、そのカウンタの計数値が、所定の判定値以上に達しているか否かが判別される（ステップ１１６）。
ここで、上記の判定値は、ヒータ５８による暖機が開始された後、モニタセル３８およびセンサセル４０に、図３（Ｃ）または図３（Ｄ）に示すような初期電流が流通し始めるまでの時間に対応するものとして予め定められた値である。従って、カウンタの計数値がその判定値に達していないと判別された場合は、モニタセル３８やセンサセル４０に、未だ初期電流が流通していないと判断することができる。一方、その計数値が判定値に達していると判別された場合は、モニタセル３８およびセンサセル４０に、それぞれ初期電流が流通し始めていると判断できる。
【００５３】
図４に示すルーチンでは、上記ステップ１１６において、カウンタの計数値が判定値に達していないと判別された場合は、未だ断線検出の実行時期が到来していないと判断され、以後速やかに今回の処理サイクルが終了される。一方、カウンタの計数値が判定値に達していると判断された場合は、次に、断線検出の処理が実行される（ステップ１１８）。
【００５４】
図５は、上記ステップ１１８において実行される断線検出の具体的な内容を説明するためのフローチャートである。
ここでは、先ず、モニタセル３８（またはセンサセル４０）の出力が、所定範囲内に収まっているか否かが判別される。具体的には、モニタセル３８を流通するセンサ電流Ａ２（またはセンサセル４０を流通するセンサ電流Ａ３）が、初期電流として流れるべき電流に比して十分に小さな判定値ＸｎＡより少ないか否かが判別される（ステップ１３０）。
【００５５】
センサ電流Ａ２（またはセンサ電流Ａ３）が、判定値ＸｎＡより大きな値である場合は、モニタセル３８（またはセンサセル４０）に適正に初期電流が流れている可能性が高いと判断できる。図５に示すルーチンでは、この場合、モニタセル３８（またはセンサセル４０）の正常カウンタがインクリメントされると共に、そのセルの異常カウンタがリセットされる（ステップ１３２）。
【００５６】
次に、モニタセル３８（またはセンサセル４０）の正常カウンタの計数値が、所定値以上であるかが判別される（ステップ１３４）。
正常カウンタの計数値が所定値以上でない場合は、センサ電流Ａ２（またはセンサ電流Ａ３）が、ノイズ等の影響で一時的に大きな値になった可能性を否定することができない。このため、このような場合には、断線検出に関する判断が保留されたまま、今回の処理サイクルが終了される。
【００５７】
一方、上記ステップ１３４において、正常カウンタの計数値が所定値以上であると判断された場合は、所定回数に渡り、センサ電流Ａ２（またはセンサ電流Ａ３）が、初期電流と評価できる大きな値を維持したと判断できる。図５に示すルーチンでは、この場合、モニタセル３８（またはセンサセル４０）に初期電流が流通したと判断され、モニタセル３８（またはセンサセル４０）に断線が生じていないことを表すべく、断セルフラグがＯＦＦとされる（ステップ１３６）。
【００５８】
図５に示すルーチン中、上記ステップ１３０において、モニタセル３８（またはセンサセル４０）の出力が所定範囲内にあると判断された場合、つまり、センサ電流Ａ２（またはセンサ電流Ａ３）が、判定値ＸｎＡ以下であると判断された場合は、モニタセル３８（またはセンサセル４０）に初期電流が流れていないと判断することができる。この場合、次に、モニタセル３８（またはセンサセル４０）の異常カウンタがインクリメントされると共に、そのセルの正常カウンタがリセットされる（ステップ１３８）。
【００５９】
次に、モニタセル３８（またはセンサセル４０）の異常カウンタの計数値が、所定値以上であるかが判別される（ステップ１４０）。
異常カウンタの計数値が所定値以上でない場合は、センサ電流Ａ２（またはセンサ電流Ａ３）が、ノイズ等の影響で一時的に小さな値になった可能性を否定することができない。このため、このような場合には、断線検出に関する判断が保留されたまま、今回の処理サイクルが終了される。
【００６０】
一方、上記ステップ１４０において、異常カウンタの計数値が所定値以上であると判断された場合は、所定回数に渡り、センサ電流Ａ２（またはセンサ電流Ａ３）が、初期電流に満たない小さな値を維持したと判断できる。図５に示すルーチンでは、この場合、モニタセル３８（またはセンサセル４０）に初期電流が流通していないと判断され、モニタセル３８（またはセンサセル４０）に断線が生じていることを表すべく、モニタセル（またはセンサセル）断線フラグがＯＮとされる（ステップ１４２）。
【００６１】
図４に示す上記ステップ１１８では、以上の手順に従ってモニタセル３８（またはセンサセル４０）の断線検出が実行される。図４に示すルーチンによれば、その処理が終了すると、次に、断線検出の判定が完了したか否かが判別される（ステップ１２０）。
【００６２】
そして、断線検出の判定が完了していないと判別される間は、繰り返し上記ステップ１１８の処理が実行される。一方、断線検出の判定が完了したと判別されると、断検実施フラグがＯＮとされた後、今回の処理サイクルが終了される（ステップ１２２）。
【００６３】
以上説明した通り、図４および図５に示すルーチンによれば、モニタセル３８またはセンサセル４０に、それぞれ初期電流が流通すべき時期に、適正に初期電流と評価できる電流が流通しているか否かに基づき、それらのセルに断線が生じているか否かを正確に判断することができる。従って、本実施形態のシステムによれば、ガス濃度検出装置１０が備えるモニタセル３８およびセンサセル４０の断線を、精度良く速やかに検出することができる。
【００６４】
ところで、上述した実施の形態１においては、断線検出の実行時期を、ヒータ５８による暖機が開始された後の経過時間に基づいて判断することとしているが、その実行時期の判断手法はこれに限定されるものではない。すなわち、断線検出は、モニタセル３８およびセンサセル４０にそれぞれ初期電流が流れる時期に於いて実行できればよく、例えば、素子温度が、その初期電流の発生する温度にまで上昇した時点を検出して、断線検出を実行することとしてもよい。そして、素子温度がその温度に上昇したか否かは、例えば、ポンプセル２８、モニタセル３８、或いはセンサセル４０の交流抵抗を検出し、その交流抵抗に基づいて判断することとしてもよい。
【００６５】
また、上述した実施の形態１では、初期電流が流通すべき時期に、モニタセル３８およびセンサセル４０に適正な電流が流通しているか否かを見ることでそれらのセルの断線検出を行うこととしているが、断線の有無は、個々のセルに所定の電流が流通すべき時期に適正な電流が流通しているか否かを見ることで判断すれば足り、その手法は上記の手法に限定されるものではない。
【００６６】
すなわち、モニタセル３８およびセンサセル４０の断線は、それらのセルに所定電流が流通すべき状況を形成したうえで（例えば、排気空燃比をリーンにしてポンプセル２８の作動を停止する）、適正なセンサ電流Ａ２、Ａ３が発生するか否かに基づいて判断することとしてもよい。また、断線検出の対象は、ポンプセル２８であってもよい。つまり、ポンプセル２８に所定電流が流通すべき状況を形成したうえで（例えば、排気空燃比をリーンに固定する）、適正なセンサ電流Ａ１が生ずるか否かに基づいてポンプセル２８の断線有無を判断することとしても良い。
【００６７】
尚、上述した実施の形態１においては、センサ制御回路６０が、上記ステップ１１６の処理を実行することにより前記第１の発明における「所定電流流通時期検知手段」が、上記ステップ１３８〜１４２の処理を実行することにより前記第１の発明における「セル断線判断手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、センサ制御回路６０が、上記ステップ１１４の後、ヒータ５８による暖機開始後の時間を計数することにより前記第４の発明における「カウンタ手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、センサ制御回路に、ポンプセル２８、モニタセル３８およびセンサセル４０の何れか１つの交流抵抗を検出させることにより、前記第５の発明における「交流抵抗検出手段」を、また、その交流抵抗に基づいて上記ステップ１１６と同等の処理を実行させることにより前記第５の発明における「交流抵抗低下検出手段」を、それぞれ実現することができる。また、上述した実施の形態１においては、センサ制御回路６０が、上記ステップ１０６および１０９の処理を実行することにより、前記第６の発明における「断線判断禁止手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、センサ制御回路６０が、上記ステップ１１２の処理を実行することにより、前記第７の発明における「短絡検出手段」が実現されている。
【００６８】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第１の発明によれば、ヒータによるセルの加熱が開始された後、そのセルに適正に所定電流が流通するか否かにより、セルの断線の有無を判断することができる。
【００６９】
第２の発明によれば、ポンプセルとセンサセルとを備えるガス濃度検出装置を対象として、センサセルに初期電流が流れるか否かに応じて断線の有無を判断することができる。
【００７０】
第３の発明によれば、ポンプセルとセンサセルとモニタセルとを備えるガス濃度検出装置を対象として、モニタセルに初期電流が流れるか否かに応じて断線の有無を判断することができる。
モニタセルに断線が生じているか否かを正確に判断することができる。
【００７１】
第４の発明によれば、ヒータによる加熱が開始された後、カウンタ手段によって所定時間が計数された時点で、初期電流の流通すべき時期の到達を検知することができる。
【００７２】
第５の発明によれば、ヒータによる加熱が開始された後、何れかのセルの交流抵抗が所定値まで低下した時点で、断線検出の対象であるセルが、初期電流の流通すべき温度に達したことを検知することができる。
【００７３】
第６の発明によれば、ヒータによる加熱が開始された時点で、セルが既に高温であると予測される場合には、断線判断を禁止することができる。このため、本発明によれば、セルが既に高温となっていることに起因して初期電流が流通しないような場合に、セルの断線を誤診するのを避けることができる。
【００７４】
第７の発明によれば、セルが備えるガス側電極および大気側電極が、何れも電源或いはグランドに短絡していない場合にのみ、そのセルの断線を判断することができる。このため、本発明によれば、セルの断線を、その短絡と区別して検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための概念図である。
【図２】図１に示すガス濃度検出装置の構成を説明するための斜視断面図である。
【図３】図１に示すガス濃度検出装置のモニタセルおよびセンサセルに初期電流が流通する様子を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】図１に示すシステムにおいて実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図５】図４に示すステップ１１８において実行される断線検出処理の内容を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０  ガス濃度検出装置
２８  ポンプセル
３０，４２，４４  ガス側電極
３２，４６，４６  大気側電極
３４  可変電源
３６，５４，５６  電流検出器
３８  モニタセル
４０  センサセル
５０，５２  定電圧電源
６０  センサ制御回路
７０  エンジン制御ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）
【図１】
2004219116.tif 000003
【図２】
2004219116.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004219116.tif 000006
【図５】
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