(57)【要約】【課題】内燃機関の空燃比がリッチかリーンかに関ることなく、内燃機関の失火を検出することができる技術を提供する。【解決手段】内燃機関の排気通路に配置されたセンサ素子４８ａにより空燃比を検出する空燃比センサ４８に、排気中の未燃燃料を酸化させる触媒層４８ｃを、センサ素子４８ａに近接して設ける。そして、失火発生時に、排気中で増加する未燃燃料が触媒層４８ｃで酸化する際に発生する熱を、センサ素子４８ａを介して検出することにより失火を判定する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路内に配置されたセンサ素子を有し、排気中の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記センサ素子に近接して設けられ排気中の未燃燃料を酸化させる未燃燃料酸化手段と、
前記センサ素子の温度を検出する温度検出手段と、
該温度検出手段が検出した前記センサ素子の温度が所定温度を超えた場合に失火と判定する失火判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の失火検出装置。
【請求項２】
前記温度検出手段は、前記センサ素子のインピーダンスの値を検出することにより前記センサ素子の温度を検出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路内に配置されたセンサ素子を有し、排気中の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
該センサ素子に近接して設けられ排気中の未燃燃料を酸化させる未燃燃料酸化手段と、
前記センサ素子の温度変化を検出する温度変化検出手段と、
該温度変化検出手段が検出した前記センサ素子の温度変化が所定値を超えた場合に失火と判定する失火判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の失火検出装置。
【請求項４】
前記温度変化検出手段は、前記センサ素子のインピーダンスの変化を検出することにより前記センサ素子の温度変化を検出することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の失火検出装置。
【請求項５】
内燃機関の排気通路内に配置された第１のセンサ素子を有し、排気中の空燃比を検出する第１の空燃比検出手段と、
内燃機関の排気通路内に配置された第２のセンサ素子を有し、排気中の空燃比を検出する第２の空燃比検出手段と、
前記第１のセンサ素子に近接して設けられ排気中の未燃燃料を酸化させる未燃燃料酸化手段と、
前記第１及び第２のセンサ素子の出力信号の差が所定値よりも大きくなった場合に失火と判定する失火判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の失火検出装置。
【請求項６】
前記未燃燃料酸化手段は、センサ素子に設けられた触媒層であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の失火検出装置。
【請求項７】
内燃機関の排気通路内に配置された第１のセンサ素子を有し、排気中の空燃比を検出する第１の空燃比検出手段と、
内燃機関の排気通路内に配置された第２のセンサ素子を有し、排気中の空燃比を検出する第２の空燃比検出手段と、
前記第１及び第２のセンサ素子まわりの温度が相違するように前記第１及び第２のセンサ素子まわりの温度を制御する温度制御手段と、
前記第１及び第２のセンサ素子の出力信号の差が所定値よりも大きくなった場合に失火と判定する失火判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の失火検出装置。
【請求項８】
内燃機関の排気通路内に配置された第１のセンサ素子を有し、排気中の空燃比を検出する第１の空燃比検出手段と、
内燃機関の排気通路内に配置された第２のセンサ素子を有し、排気中の空燃比を検出する第２の空燃比検出手段と、
前記第１及び第２のセンサ素子への印加電圧を制御する印加電圧制御手段と、
を備え、
前記第１及び第２のセンサ素子による水の電気分解電圧を所定電圧とするとき、前記印加電圧制御手段により、前記第１のセンサ素子への印加電圧を前記所定電圧より高くするとともに、前記第２のセンサ素子への印加電圧を所定電圧より低くし、
かつ、この時の、前記第１及び第２のセンサ素子の出力信号の差が所定値よりも小さくなった場合に、失火と判定する失火判定手段を備えることを特徴とする内燃機関の失火検出装置。
【請求項９】
前記センサ素子を加熱する加熱手段を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の内燃機関の失火検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に失火が発生したことを検出する失火検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関においては、混合気の混合比が適切でなかったり、供給された燃料の着火性が適切でないなどの理由により、混合気が燃焼室内で完全燃焼しない「失火」が発生することがある。この失火が発生すると機関回転速度が低下するばかりでなく、燃焼室から大気中に不完全燃焼ガスが放出される。また、排気ガス浄化用の触媒に未燃の燃料が直接供給されることにより、これを劣化させる原因にもなる。
【０００３】
そのため、内燃機関を稼動させる際には、失火が発生しないように燃焼室内の混合気の混合比や圧縮比、点火タイミングなどを電子制御装置（ＥＣＵ）により制御することが一般的に行われている。それに加えて、内燃機関の稼動中に失火発生の有無を監視し、その発生が一定の基準値を超えた場合に失火検出を運転者に報知することが行われている。
【０００４】
この報知によりその車両の運転者に、内燃機関の燃焼状態が正常ではないことを認識させ、必要に応じて点検や修理等のサービスを早期に受けてもらうように促す。
【０００５】
失火発生の有無を監視する方法としては、空燃比センサが検出した機関の空燃比が、リーン側に設定した失火判定値より更にリーンであれば、失火が発生したと判定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
しかし、上記従来技術においては、失火判定時の空燃比がリッチの場合に、失火によるリーンずれが生じても失火判定値を超えず、失火判定が不能となる場合がある。また、このような装置では空燃比センサを加熱するためのセンサヒータを備えることが多いが、このセンサヒータでの加熱で未燃燃料が酸化すると、未燃燃料がそこで消費されるため、リーンずれが発生せず失火判定が不能となる場合がある。
【０００７】
さらに、内燃機関において空燃比センサの出力に基づく空燃比フィードバック制御を行っている場合、上記従来技術では、失火によって空燃比センサにリーンずれが生じるため、その空燃比センサの出力を用いて空燃比フィードバック制御を正しく行えなくなる場合がある。
【０００８】
なお、上記以外の従来技術として、以下の特許文献２から６に示すものが例示できる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−２８９１１１号公報
【特許文献２】
特開平４−９８１５５号公報
【特許文献３】
実開昭６３−２２３５８号公報
【特許文献４】
特開平３−１８２６７０号公報
【特許文献５】
特開平９−１８９６７９号公報
【特許文献６】
特開平４−２２８５８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的とするところは、内燃機関の空燃比がリッチかリーンかに関ることなく、内燃機関の失火を検出することができる技術を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、内燃機関の排気通路に配置されたセンサ素子により空燃比を検出する空燃比検出手段に、排気中の未燃燃料を酸化させる未燃燃料酸化手段を、センサ素子に近接して設けることに特徴がある。そして、失火発生時に、排気中で増加する未燃燃料が未燃燃料酸化手段で酸化する際に発生する熱を、センサ素子を介して検出することにより失火を判定するものである。
【００１２】
より詳しくは、本発明は、内燃機関の排気通路内にセンサ素子を有する空燃比検出手段と、前記センサ素子に近接して未燃燃料を酸化させる未燃燃料酸化手段と、前記センサ素子の温度を検出する温度検出手段と、前記センサ素子の温度が所定温度を超えると失火と判定する失火判定手段と、を備える。
【００１３】
すなわち、失火発生時には、内燃機関で燃焼されずに排気通路を通過する未燃燃料が増加する。この未燃燃料が、空燃比検出手段のセンサ素子に近接した未燃燃料酸化手段で酸化されると、これにより熱が発生するので、この熱で加熱されたセンサ素子の温度を温度検出手段で検出する。そして、この温度が所定温度を超える場合に失火と判定する。
【００１４】
これによれば、失火発生時に、排気中で増加した未燃燃料の酸化による発熱を、センサ素子を介して検出することで失火を検出するので、そのときの内燃機関の空燃比がリッチかリーンかに関ることなく、失火検出をすることができる。
【００１５】
また、これによれば、未燃燃料が未燃燃料酸化手段で酸化されることにより消費されるので、失火発生時にセンサ素子のリーンずれを防止することができる。よって従来のように、失火発生時に、空燃比フィードバック制御に悪影響を与えることがない。
【００１６】
なお、本発明においては、失火の発生とセンサ素子の温度との関係を予め実験的に調査しておき、失火が発生したと判断されるセンサ素子の温度を、所定温度として特定している。
【００１７】
また、本発明においては、温度検出手段は、センサ素子のインピーダンスの値を検出し、その値からセンサ素子の温度を検出するようにしてもよい。
【００１８】
すなわち、センサ素子の温度が上昇すると、センサ素子のインピーダンスが減少するという知見に基づいて、温度検出手段は、センサ素子のインピーダンスを検出することによりセンサ素子の温度を検出する。これにより、簡易な構成によってセンサ素子の温度を検出することができる。
【００１９】
また、本発明において、温度自体を検出するのではなく、温度変化検出手段により前記センサ素子の温度変化を検出し、前記センサ素子の温度変化が所定値を超えると、失火判定手段により失火と判定されるようにしてもよい。これは、失火発生時に増加した未燃燃料を、未燃燃料酸化手段で酸化させるときに発生する熱により、センサ素子は急激に加熱されるので、失火発生時には、センサ素子の温度変化が急激に大きくなることを利用したものである。
【００２０】
これによれば、センサ素子の温度自体を検出する場合のように、センサ素子の温度を正確に検出するため、センサ素子や、未燃燃料酸化手段のばらつきを考慮した零点調整をする必要もない。よって、より簡単に失火の検出を行うことができる。
【００２１】
なお、センサ素子の温度変化は、センサ素子のインピーダンスの変化として検出するようにしてもよい。これにより、簡易な構成により、センサ素子の温度変化を検出することができる。
【００２２】
また、本発明において、内燃機関の失火の発生によりその出力が影響を受ける空燃比検出手段と、内燃機関の失火の発生によってもその出力が影響を受けない空燃比検出手段とを備えると、両方の出力に差が現れたことをもって失火を検出することができる。
【００２３】
より詳しくは、第１のセンサ素子を有する第１の空燃比検出手段には、第１のセンサ素子に近接して未燃燃料酸化手段を設け、第２のセンサ素子を有する第２の空燃比検出手段には、このような未燃燃料酸化手段は設けない。これにより、上記した内燃機関の失火の発生によりその出力が影響を受ける空燃比検出手段と内燃機関の失火の発生によってもその出力が影響を受けない空燃比検出手段とが構成される。
【００２４】
ここで、第１の空燃比検出手段には、未燃燃料酸化手段が設けられているため、失火発生時に排気中の未燃燃料が増加しても、未燃燃料酸化手段で未燃燃料が酸化して消費されるために、第１のセンサ素子においては、いわゆるリーンずれが発生しない。一方、第２のセンサ素子においては、失火発生時には、いわゆるリーンずれが発生する。
【００２５】
よって、失火発生時には、第１のセンサ素子と、第２のセンサ素子の出力には差が生じるので、第１及び第２のセンサ素子の出力信号の差が所定値を超えたことをもって失火判定手段は失火と判定する。
【００２６】
これによれば、失火発生時に、２つのセンサ素子の出力信号のリーンずれの有無による差を検出するので、そのときの内燃機関の空燃比がリッチかリーンかに関ることなく、失火検出をすることができる。
【００２７】
また、これによれば、第１及び第２のセンサ素子の出力信号は、失火によるリーンずれが発生するかどうか以外は、等しい条件による出力信号であるので、第１及び第２のセンサ素子の出力信号の差をとることにより、その他の誤差要因を相殺することができ、精度よく失火の検出を行うことができる。
【００２８】
また、本発明においては、未燃燃料酸化手段として、センサ素子に設けられた触媒層を用いるようにするとよい。これによれば、もともと小さな体積を有する空燃比検出手段のセンサ素子に対して厚みの薄い触媒層を設けるので、事実上、未燃燃料酸化手段の体積は充分小さいものになる。
【００２９】
よって、同じ量の未燃燃料が排気通路を通過した場合でも、内燃機関の排気通路に備えられた排気浄化触媒など、大きな体積を有する触媒で未燃燃料を酸化する場合に比較して、未燃燃料を感度よく酸化させることができる。従って、センサ素子の温度も感度よく上昇させることができ、感度よく失火を検出することができる。
【００３０】
また、本発明における別の形態として、第１のセンサ素子を有する第１の空燃比検出手段と、第２のセンサ素子を有する第２の空燃比検出手段が設けられ、温度制御手段によってそれぞれのセンサ素子まわりの温度を相違するように制御するものを挙げることができる。
【００３１】
ここで、失火発生時に排気中で増加する未燃燃料は、センサ素子まわりの温度が高温であるほど酸化され易い。よって、センサ素子まわりの温度が高いほど、そのセンサ素子で発生するいわゆるリーンずれの程度も軽減される。すなわち、より高温に制御されたセンサ素子と、そうでないセンサ素子では、リーンずれの程度が異なるため、それらの出力には差が生じる。そして、その差は、排気中に存在する未燃燃料が多いほど大きくなる。
【００３２】
従って、第１及び第２の空燃比検出手段のセンサ素子まわりの温度が相違するように制御した場合、第１及び第２の空燃比検出手段のセンサ素子の出力信号差が大きいほど、排気中の未燃燃料及び酸素が多いと判断することができる。これを利用して、失火判定手段が、それぞれのセンサ素子の出力信号差が所定値を超えることをもって失火と判断するのである。
【００３３】
これによれば、失火発生時に、２つのセンサ素子で生じるリーンずれの程度の差による双方の空燃比センサの出力信号の差を検出するので、そのときの内燃機関の空燃比がリッチかリーンかに関ることなく、失火検出をすることができる。また、これによれば、第１及び第２のセンサ素子の出力信号の差をとるので、種々の誤差要因を相殺することができ、精度よく失火の検出を行うことができる。
【００３４】
なお、ここで、双方のセンサ素子を良好に活性化させることができ、良好に空燃比検出を行うことが可能であるという条件を満たし、かつ、失火検出のための温度差を充分にとるために、一方のセンサ素子の温度を約７５０℃、他方のセンサ素子の温度を約９５０℃と設定するとよい。
【００３５】
また、本発明においては、失火判定のための前提として、第１のセンサ素子を有する第１の空燃比検出手段と、第２のセンサ素子を有する第２の空燃比検出手段と、第１及び第２のセンサ素子への印加電圧を制御する印加電圧制御手段と、を備える形態をとることもできる。
【００３６】
ここで、印加電圧制御手段は、第１のセンサ素子へは、センサ素子において水が電気分解される電圧より高い電圧を印加し、第２のセンサ素子へは、センサ素子において水が電気分解される電圧より低い電圧を印加する。そして、失火判定手段は、この時の、前記第１及び第２のセンサ素子の出力信号の差が所定値以下になった場合に失火と判定する。
【００３７】
すなわち、内燃機関において燃料が正常に燃焼すると、水が発生し、排気中には所定量の水分が存在する。しかし、失火が発生した場合には、燃料が正常に燃焼しないために排気中に存在する水分の量が減少する。一方、センサ素子への印加電圧を所定値以上とすることにより、そのセンサ素子では、水の電気分解が起こり、センサ素子の出力信号に、水を電気分解することによる出力信号も加えられることが分かっている。
【００３８】
よって、失火が発生していないときには、水が電気分解される電圧より高い電圧を印加した第１のセンサ素子と、水が電気分解される電圧より低い電圧を印加した第２のセンサ素子との出力信号の差には、排気中の水分を第１のセンサ素子で電気分解したことによる出力信号が含まれている。
【００３９】
一方、失火発生時には、排気中の水分が減少するため、双方のセンサ素子の出力信号の差のうち、排気中の水分を電気分解したことによる差が減少する。従って、双方のセンサ素子の出力信号の差が所定値以下となったときには、失火が発生したと判断できる。本発明は、以上の原理を利用して失火を検出するものである。
【００４０】
これによれば、失火発生時に、２つのセンサ素子における水の電気分解の有無による出力信号の差を検出するので、そのときの内燃機関の空燃比がリッチかリーンかに関ることなく、失火検出をすることができる。また、第１及び第２のセンサ素子の出力信号の差をとっているので、種々の誤差要因の相殺により、精度よく内燃機関の失火を検出することができる。
【００４１】
また、本発明においては、センサ素子を加熱する加熱手段を有するようにするとよい。これにより、内燃機関の始動時など冷間時でも、センサ素子を早期に活性化させ、失火検出を早期に開始することができる。また、空燃比検出手段が未燃燃料酸化手段を備える場合には、未燃燃料酸化手段を早期に活性化させることができ、失火検出を早期に開始することができる。
【００４２】
なお、上記で説明した課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００４４】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２１を備えた４ストローク・サイクルの水冷式ガソリンエンジンである。各気筒２１の吸気ポート２６に吸気枝管３３が接続され、各気筒２１の排気ポート２７に排気枝管４５が接続されている。
【００４５】
この排気枝管４５は、１本の集合管に合流した後、排気通路４７に接続される。この排気通路４７には、排気通路４７内を流れる排気の酸素量に対応した電気信号を出力する空燃比センサ４８が取り付けられている。そして、排気通路４７は、さらに下流側において排気浄化触媒４６に接続されており、排気浄化触媒４６のさらに下流側において図示しないマフラーと接続されている。
【００４６】
また、内燃機関１には、機関制御用の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２０が併設されている。ＥＣＵ２０は、双方向性バスによって相互に接続された、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力インタフェース回路、出力インタフェース回路等から構成されている。
【００４７】
前記ＥＣＵ２０には、空燃比センサ４８が信号検出回路５１を介して接続されている他、機関の制御に関る各種のセンサが電気配線によって接続され、各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。また、ＥＣＵ２０には、空燃比センサ４８を制御するためのコントロール回路５０が電気配線によって接続され、ＥＣＵ２０の指令によって空燃比センサ４８が制御されるようになっている。
【００４８】
図２は、本実施の形態における空燃比センサ４８及びその制御系の概略構成を示す断面図である。図２においては、空燃比センサ４８と、そのコントロール回路５０、信号検出回路５１及びＥＣＵ２０を含んで空燃比検出手段が構成されている。
【００４９】
空燃比センサ４８には、排気中の酸素量に対応した信号を出力するセンサ素子４８ａが備えられており、そのセンサ素子４８ａには、センサ素子４８ａを加熱する加熱手段であるセンサヒータ４８ｂが隣接している。センサ素子４８ａは、このセンサヒータ４８ｂによって約７５０℃まで加熱されることにより活性化し、排気の酸素量検出が可能な状態になる。
【００５０】
また、センサ素子４８ａの、センサヒータ４８ｂが隣接している面と反対側の面には未燃燃料酸化手段としての触媒層４８ｃが形成されている。さらに、センサ素子４８ａ、センサヒータ４８ｂ、触媒層４８ｃの外側には、排気ガスが流入するための小孔が設けられた内カバー４８ｄ及び外カバー４８ｅが設けられている。
【００５１】
これらの内カバー４８ｄ及び外カバー４８ｅは、二重構造をとることによりセンサ素子４８ａなどの保護を強化している。そして、この空燃比センサ４８は、排気通路４７に、直接排気に触れるように取り付けられており、排気が、外カバー４８ｅ及び内カバー４８ｄの小孔を通過してセンサ素子４８ａに達するようになっている。
【００５２】
次に、コントロール回路５０は、センサ素子４８ａ及びセンサヒータ４８ｂと電気的に接続されており、センサ素子４８ａに対して、空燃比を検出するための電圧を印加するとともに、センサヒータ４８ｂに対しては、センサ素子４８ａを約７５０℃にまで加熱するための電流を供給している。
【００５３】
また、信号検出回路５１は、センサ素子４８ａからの出力電流を検出して電圧に変換し、空燃比信号としてＥＣＵ２０に入力する。なお、信号検出回路５１は、センサ素子４８ａのインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路を含んでいる。この検出回路としては、特開２０００−２８５７５号公報に記載の技術などを利用することができる。
【００５４】
ここで、コントロール回路５０によってセンサ素子４８ａの電極間に印加されている電圧は約０．４Ｖである。この場合には、センサ素子４８ａからは、センサ素子４８ａに達した排気の酸素量にほぼ比例した出力電流が得られる。
【００５５】
次に、内燃機関１において発生した失火を検出する時の空燃比センサ４８の作用について説明する。内燃機関１において失火が発生した場合には、内燃機関１の気筒２１で燃料が燃焼されずに排出されるため、排気中の未燃燃料が増加する。その未燃燃料は、図２の矢印に示すように、空燃比センサ４８の触媒層４８ｃに到達する。ここで、未燃燃料は酸化され、消費されるとともに、その反応熱によって触媒層４８ｃの温度を上昇させる。
【００５６】
そして、上記の触媒層４８ｃの温度が上昇すると、触媒層４８ｃに隣接したセンサ素子４８ａの温度も上昇する。ここで、センサ素子４８ａの温度が上昇すると、そのインピーダンスが低下することが理論的に分かっている。従って、センサ素子４８ａのインピーダンスを信号検出回路５１内のインピーダンス検出回路によって検出することにより、失火によって排気中の未燃燃料が増加したことを検出することができる。
【００５７】
ここで、触媒層４８ｃは、その温度上昇による熱を効率よくセンサ素子４８ａに伝えるため、センサ素子４８ａにできるだけ接近させるのがよい。本実施の形態では、センサ素子４８ａに直接触媒層４８ｃを設けることによって、触媒層４８ｃの温度上昇をセンサ素子４８ａに伝え易くしている。
【００５８】
図３には、本実施の形態における失火検出ルーチンについてのフローチャートを示す。本ルーチンはＥＣＵ２０内のＲＯＭに記憶されたもので、内燃機関１の運転中、少なくとも内燃機関１の気筒２１における点火間隔よりも充分に短い所定時間毎に実行される。
【００５９】
本ルーチンに入ると、まず、Ｓ３０１において、信号検出回路５１内のインピーダンス検出回路の信号をＥＣＵ２０内のＲＡＭに読み込むことによって、空燃比センサ４８のセンサ素子４８ａのインピーダンスＲが検出される。ここで得られたインピーダンスＲの値は、ＥＣＵ２０内のＲＡＭにＲとして記憶される。また、このとき既にＲＡＭにＲとして記憶されていた値は、本ルーチンの前回の実行時のインピーダンスＲ’として記憶され直す。
【００６０】
そして、Ｓ３０２において、Ｓ３０１で検出されたインピーダンスＲが所定値Ｋｒより大きいかどうかが判断される。ここでインピーダンスＲが所定値Ｋｒより大きいと判断された場合には、触媒層４８ｃの温度は未燃燃料の酸化により上昇していない、すなわち失火は発生していないと判断されるのでＳ３０５に進む。Ｓ３０５における処理については後述する。
【００６１】
一方、Ｓ３０２において、インピーダンスＲが所定値Ｋｒ以下と判断された場合には失火が発生したと判断されるので、Ｓ３０３に進む。
【００６２】
なお、Ｓ３０２において、センサ素子４８ａのインピーダンスＲと比較される所定値Ｋｒは、失火が発生したときに排気中で増大する未燃燃料が、触媒層４８ｃで酸化された際の、センサ素子４８ａの温度上昇及び、センサ素子４８ａの温度とインピーダンスＲの関係とから、失火が発生したと判断されるセンサ素子４８ａのインピーダンスＲの閾値として、予め実験的に求めた値である。
【００６３】
次に、Ｓ３０３においては、前回に本ルーチンを実行したときのセンサ素子４８ａのインピーダンスＲ’の値がＫｒより大きかったかどうかを判断する。ここにおいて、Ｒ’の値はＥＣＵ２０内のＲＡＭに記憶されたＲ’の値を読み出すことによって得られる。
【００６４】
ここで、前回の実行時のＲ’がＫｒ以下であったと判断された場合は、今回センサ素子４８ａのインピーダンスＲが所定値Ｋｒ以下であるのは、前回の本ルーチン実行時の失火が原因であり、新たに発生した失火が原因ではないと判断されるので、そのままＳ３０５に進む。Ｓ３０５における処理については後述する。
【００６５】
一方、Ｓ３０３において前回の実行時のＲ’がＫｒより大きかったと判断された場合には、今回の実行においてセンサ素子４８ａのインピーダンスＲが所定値Ｋｒ以下であるのは、新たに発生した失火が原因であると判断され、Ｓ３０４に進む。
【００６６】
次に、Ｓ３０４において、失火回数をカウントする。すなわち、ＥＣＵ２０に設けられたＲＡＭ内の失火カウンタに記憶された、所定期間に発生した失火の回数の値に１を加える処理を行うことにより、失火回数を増加させて記憶する。ここで、上記の所定期間が経過すると、失火カウンタの値をリセットして、再度０から失火回数がカウントされるフローとなっているが、詳細な説明は省略する。
【００６７】
次に、Ｓ３０５に進み、Ｓ３０４でカウントされた所定期間における失火回数を当該所定期間中の内燃機関１の気筒２１における点火回数で除すことにより、当該期間中の失火率を算出する。Ｓ３０５での処理が終了すると、次にＳ３０６に進む。
【００６８】
そして、Ｓ３０６において、Ｓ３０５で算出された失火率が所定値より大きいかどうかが判断される。ここで、失火率が所定値より大きいと判断された場合には、内燃機関１に異常が発生したと判断され、Ｓ３０７に進み、アラームをセットし、運転者に報知した後、本ルーチンを終了する。一方、Ｓ３０５において失火率が所定の値以下であると判断された場合にはＳ３０７に進み、アラームをリセットしたのち本ルーチンを終了する。
【００６９】
なお、本実施の形態においては、信号検出回路５１に設けられたインピーダンス検出回路及びＥＣＵ２０を含めて、温度検出手段を構成する。また、失火検出ルーチンを記憶したＲＯＭを有するＥＣＵ２０を含めて失火判定手段を構成する。
【００７０】
上記したような本実施の形態によれば、空燃比検出手段を構成する空燃比センサ４８は、内燃機関１で失火が生じたときに、失火によって発生する未燃燃料を酸化させる未燃燃料酸化手段である触媒層４８ｃ備えている。そして、触媒層４８ｃにおける未燃燃料の酸化によって熱が発生し、その熱によりセンサ素子４８ａの温度が上昇したことを検出することにより、失火検出を行っている。従って、そのときの内燃機関１の空燃比がリッチかリーンかに関わることなく、失火の検出を行うことができる。
【００７１】
また、本発明においては、失火によって排気中の未燃燃料が増加したときにも、未燃燃料が、触媒層４８ｃで酸化されることにより消費される。従って、失火によってセンサ素子４８ａのリーンずれを起こすことがなく、失火が発生しても空燃比フィードバック制御に悪影響を与えることがない。
【００７２】
さらに、本実施の形態によれば、センサ素子４８ａの温度上昇をセンサ素子４８ａのインピーダンスＲによって検出しているので、簡易な構成により、失火判定が可能となる。
【００７３】
また、本実施の形態によれば、未燃燃料酸化手段として、センサ素子４８ａに設けられた触媒層４８ｃを用いている。従って、未燃燃料が触媒層４８ｃで酸化されることによる熱を、センサ素子４８ｃに効率よく伝えることができる。従って、センサ素子４８ａの温度を感度よく上昇させることができ、感度よく失火を検出することができる。
【００７４】
また、センサ素子４８ａは、もともと小さな体積を有しているので、これに対して厚みの薄い触媒層４８ｃを設けた場合、事実上、未燃燃料酸化手段としての触媒層４８ｃの体積は、排気通路４７に備えられた排気浄化触媒４６に用いられている触媒の体積に比較すると、充分小さいものになる。
【００７５】
よって、同じ量の未燃燃料が排気通路４７を通過した場合でも、排気浄化触媒４６など、大きな体積を有する触媒で未燃燃料を酸化する場合に比較して、未燃燃料を感度よく酸化させることができる。このことによっても、センサ素子４８ａの温度も感度よく上昇させることができ、感度よく失火を検出することができる。
【００７６】
また、本実施の形態においては、空燃比センサ４８には、センサ素子４８ａを加熱する加熱手段であるセンサヒータ４８ｂを設けているので、内燃機関１の始動時など冷間時でも、センサ素子４８ａを早期に活性化させ、失火検出を早期に開始することができると同時に、触媒層４８ｃを早期に活性化させることができる。よって、失火検出を早期に開始することができる。
【００７７】
なお、本実施の形態においては、未燃燃料酸化手段として、センサ素子４８ａに設けられた触媒層４８ｃを用いたが、例えば、センサ素子４８ａの上流側近傍に設けた塊状の触媒を用いるなど、触媒層４８ｃ以外の未燃燃料酸化手段を用いてもよい。
【００７８】
また、本実施の形態においては、センサ素子４８ａの温度を、そのインピーダンスＲにより検出したが、別途温度センサを備えてセンサ素子４８ａの温度自体を直接検出するなど、他の方法により検出してもよい。
【００７９】
さらに、本実施の形態においては、センサ素子４８ａを加熱する加熱手段としてのセンサヒータ４８ｂを備えた例について説明したが、センサ素子４８ａの特性によっては、加熱手段を備えない構成としてもよい。
【００８０】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。ここでは、前述の第１の実施の形態と異なる構成について説明する。その他の構成および作用については第１の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００８１】
本実施の形態においては、失火によるセンサ素子４８ａの温度上昇を検出するときに、センサ素子４８ａのインピーダンスＲを検出してセンサ素子４８ａの温度自体を検出するのではなく、センサ素子４８ａのインピーダンス変化量ΔＲを検出してセンサ素子４８ａ温度変化を検出する例について説明する。
【００８２】
なお、本実施の形態における信号検出回路５１には、センサ素子４８ａのインピーダンス検出回路及び、微分回路が備えられている。
【００８３】
図４には、本実施の形態における失火の発生と、インピーダンスＲ及びインピーダンス変化量ΔＲとの関係及びそれに伴う失火回数カウンタの状況を示すグラフを示す。図４において、内燃機関１で失火が発生した場合には、気筒２１内での燃焼が完全に行われないので、排気中の未燃燃料が増加する。その未燃燃料が空燃比センサ４８に到達して触媒層４８ｃで酸化することにより、センサ素子４８ａの温度が上昇し、同時にそのインピーダンスＲが減少する。
【００８４】
すなわち、図４のグラフ▲１▼においては、失火の影響は、失火から若干の遅れをもって、センサ素子４８ａのインピーダンスＲが減少することに現れる。そして、触媒層４８ｃにおける未燃燃料の酸化が終了すると、センサ素子４８ａの温度は下がり、それに伴ってインピーダンスも増加する。
【００８５】
図４の▲２▼には失火にともなうセンサ素子４８ａのインピーダンス変化量ΔＲを表したグラフを示す。グラフ▲１▼に表したインピーダンスＲを信号検出回路５１の微分回路によって電気回路的に微分することによってグラフ▲２▼を得ることができる。そして、このセンサ素子４８ａのインピーダンス変化量ΔＲが所定値Ｋｄｒより大きくなったときに、失火が発生したと判断し、グラフ▲３▼に示すように失火回数カウンタを加算することとしている。
【００８６】
上記のように、本実施の形態は、失火発生時には、排気中で増加した未燃燃料が、触媒層４８ｃで酸化されるときに発生する熱により、センサ素子４８ａが急激に加熱され、その温度変化が急激に大きくなることを利用したものである。これによれば、センサ素子４８ａの温度自体は検出せず、センサ素子４８ａの温度が急激に変化したことのみを検出するので、センサ素子４８ａや、触媒層４８ｃのばらつきを考慮した零点調整なども必要としない。
【００８７】
図５は、本実施の形態における失火検出ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ２０内のＲＯＭに記憶されたもので、内燃機関１の運転中、少なくとも内燃機関１の気筒２１における点火間隔より充分に短い所定時間毎に実施される。
【００８８】
本ルーチンが実施されると、まずＳ５０１において、空燃比センサ４８の信号検出回路５１内のインピーダンス検出回路によって、センサ素子４８ａのインピーダンスＲが検出される。
【００８９】
そして、Ｓ５０２において、センサ素子４８ａのインピーダンスＲの値を微分回路により電気回路的に微分してインピーダンス変化量ΔＲの値を検出する。ここで得られたインピーダンス変化量ΔＲの値は、ＥＣＵ２０内のＲＡＭにΔＲとして記憶される。また、このとき既にＲＡＭにΔＲとして記憶されていた値は、本ルーチンの前回の実行時のインピーダンス変化量ΔＲ’として記憶され直す。
【００９０】
なお、本実施の形態においては、前述のように、センサ素子４８ａのインピーダンスＲの値を電気回路的に微分してインピーダンス変化量ΔＲを検出しているが、ＥＣＵ２０内部において、センサ素子４８ａの信号検出回路５１のインピーダンス検出回路の出力を演算することによって、インピーダンス変化量ΔＲに変換する方法をとってもよい。
【００９１】
Ｓ５０２の処理が終わると、次にＳ５０３に進み、Ｓ５０２で検出したインピーダンス変化量ΔＲの値が所定値Ｋｄｒの値より大きいかどうかが判断される。ここで、インピーダンス変化量ΔＲの値がＫｄｒ以下であれば、失火は発生していないと判断され、そのままＳ５０６に進む。また、インピーダンス変化量ΔＲの値がＫｄｒより大きい場合には、失火が発生していると判断され、Ｓ５０４に進む。
【００９２】
ここで、Ｋｄｒの値は、予め、失火の発生と、センサ素子４８ａのインピーダンス変化量ΔＲとの関係を調査することにより、失火が発生したと判断できる閾値として実験的に求めた値である。
【００９３】
そして、Ｓ５０４においては、前回の本ルーチンの実行時のインピーダンス変化量ΔＲ’の値が、Ｋｄｒより大きかったかどうかが判断される。ここにおいて、ΔＲ’の値は、ＥＣＵ２０のＲＡＭに記憶されたΔＲ’を読み出すことによって得られる。
【００９４】
ここで、前回の本ルーチンの実行時のインピーダンス変化量ΔＲ’の値が、Ｋｄｒより大きかった場合には、今回の実行において、インピーダンス変化量ΔＲがＫｄｒより大きいのは、前回の本ルーチン実行時の失火が原因であり、新たに発生した失火が原因ではないと判断できるので、そのままＳ５０６に進む。
【００９５】
一方、Ｓ５０４において前回の本ルーチン実行時のΔＲ’がＫｄｒ以下であった場合には、今回のインピーダンス変化量ΔＲがＫｄｒより大きいのは、新たな失火発生が原因であると判断されるので、Ｓ５０５に進む。以下、本ルーチンにおけるＳ５０５からＳ５０９までの処理は、失火数カウント、失火率の算出の後、運転者に報知する処理であるが、図３に示す、第１の実施の形態における失火検出ルーチンのＳ３０４からＳ３０８の処理と同じであるので、詳細な説明は省略する。
【００９６】
なお、本実施の形態においては、信号検出回路５１のインピーダンス検出回路、微分回路、及びＥＣＵ２０を含めて温度変化検出手段を構成している。
【００９７】
本実施の形態によれば、センサ素子４８ａの温度自体を検出する場合のように、センサ素子４８ａの温度を正確に検出するために、予めセンサ素子４８ａや、触媒層４８ｃのばらつきを考慮した零点調整などをする必要がない。よって、より簡単に失火の検出を行うことができる。
【００９８】
また、本実施の形態によれば、センサ素子４８ａのインピーダンス変化量ΔＲを検出することによりセンサ素子４８ａの温度変化を検出しているので、簡易な構成により、センサ素子４８ａの温度変化ΔＲを検出することができる。
【００９９】
なお、本実施の形態においては、未燃燃料酸化手段として、センサ素子４８ａに設けられた触媒層４８ｃを用いたが、例えば、センサ素子４８ａの上流側近傍に設けた塊状の触媒を用いるなど、触媒層４８ｃ以外の未燃燃料酸化手段を用いてもよい。
【０１００】
また、本実施の形態においては、センサ素子４８ａの温度変化を、そのインピーダンス変化量ΔＲにより検出したが、別途温度センサを備えてセンサ素子４８ａの温度自体を直接検出することにより、センサ素子４８ａの温度変化を検出するなど、他の方法により検出してもよい。
【０１０１】
さらに、本実施の形態においては、センサ素子４８ａを加熱する加熱手段としてのセンサヒータ４８ｂを備えた例について説明したが、センサ素子４８ａの特性により、加熱手段を備えない構成としてもよい。
【０１０２】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について説明する。ここでは、前述の第１の実施の形態と異なる構成について説明する。その他の構成および作用については第１の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【０１０３】
本実施の形態においては、触媒層４８ｃを備えた第１の空燃比センサ４８と、触媒層を備えない第２の空燃比センサ４９との出力の差によって失火を検出する例について説明する。
【０１０４】
図６は、本実施の形態における第１及び第２の空燃比センサ４８及び４９と、その制御系の概略構成を示す断面図である。本実施の形態においては、前述のように２つの空燃比センサ４８及び４９を備えている。第１の空燃比センサ４８は、図２に示したものと同様の構成をとっており、センサ素子４８ａ、センサヒータ４８ｂ、触媒層４８ｃ、内カバー４８ｄ、外カバー４８ｅを有している。なお、本実施の形態における第１の空燃比検出手段は、上記第１の空燃比センサ４８及びコントロール回路５０、信号検出回路５１、ＥＣＵ２０を含んで構成されている。
【０１０５】
一方、第２の空燃比センサ４９は、センサ素子４９ａ、センサヒータ４９ｂ、内カバー４９ｄ、外カバー４９ｅを有するが、触媒層は有していない。なお、本実施の形態における第２の空燃比検出手段は、第２の空燃比センサ４９及び第１の空燃比センサ４８と共通のコントロール回路５０、信号検出回路５１、ＥＣＵ２０を含んで構成されている。
【０１０６】
ここで、コントロール回路５０は、センサ素子４８ａ及び４９ａに約０．４Ｖの電圧を印加するとともに、センサ素子４８ａ及び４９ａの温度をそれぞれ約７５０℃に制御するため、センサヒータ４８ｂ及び４９ｂに電流を供給している。また、信号検出回路５１は、センサ素子４８ａ及びセンサ素子４９ａの出力電流を検知して電圧に変換後、ＥＣＵ２０に入力している。なお、本実施の形態においては、信号検出回路５１は、センサ素子４８ａまたは４９ａのインピーダンス検出回路は備えていない。
【０１０７】
本実施の形態においては、内燃機関１において失火が発生したときに、排気中で増加する未燃燃料は、第１の空燃比センサ４８においては、触媒層４８ｃで酸化されて消費され、センサ素子４８ａに達しないが、第２の空燃比センサ４９においては、触媒層を備えないので、未燃燃料がセンサ素子４９ａに達する。
【０１０８】
その結果、第２の空燃比センサ４９のセンサ素子４９ａにおいては、いわゆるリーンずれが発生する。すなわち、内燃機関１において失火が発生したときには、第１の空燃比センサ４８のセンサ素子４８ａではリーンずれが生じず、第２の空燃比センサ４９のセンサ素子４９ａではリーンずれが生じるので、両者の出力に差が生じる。本実施の形態においては、この出力差を検出することにより失火を検出する。
【０１０９】
図７には、本実施の形態における失火検出ルーチンについてのフローチャートを示す。本ルーチンはＥＣＵ２０内のＲＯＭに記憶されたもので、内燃機関１の運転中、少なくとも内燃機関１の気筒２１における点火間隔よりも充分に短い所定時間毎に実行される。
【０１１０】
本ルーチンが実行されるとまずＳ７０１において、第１の空燃比センサ４８の出力信号を検出する。具体的には、第１の空燃比センサ４８のセンサ素子４８ａの出力電流を信号検出回路５１で電圧に変換してＥＣＵ２０に入力し、それをＣＰＵが読み出すことによって行われる。
【０１１１】
続いてＳ７０２において、第２の空燃比センサ４９の出力信号を同様に検出する。そして、Ｓ７０３においては、Ｓ７０１及びＳ７０２において検出された第１及び第２の空燃比センサ４８及び４９の出力信号の差Ｄが、所定値Ｋｓより大きいかどうかを判断する。
【０１１２】
ここで、Ｓ７０３において、Ｋｓと比較する第１及び第２の空燃比センサ４８及び４９の出力信号の差Ｄは、Ｓ７０２及びＳ７０３で検出した検出信号をＥＣＵ２０内のＣＰＵで演算することによって得られる。なお、この演算は、信号検出回路５１内で、電気回路的に第１および第２の空燃比センサ４８及び４９の出力信号の差分をとる方法によって行ってもよい。
【０１１３】
なお、ここで得られた、第１及び第２の空燃比センサ４８及び４９の出力信号の差Ｄは、ＥＣＵ２０内のＲＡＭにＤとして記憶される。また、このとき既にＲＡＭにＤとして記憶されていた値は、前回の本ルーチン実行時の第１及び第２の空燃比センサ４８及び４９の出力信号の差Ｄ’として、ＲＡＭに記憶され直す。また、Ｋｓは、第１及び第２の空燃比センサ４８及び４９検出手段の出力差Ｄと、排気中の未燃燃料量の関係から失火と判定するための閾値として、予め実験的に求めた値を用いる。
【０１１４】
Ｓ７０３において、出力信号の差ＤがＫｓ以下と判断された場合には、失火は発生していないと判断されるので、そのままＳ７０６に進む。また、Ｓ７０３において、出力信号の差ＤがＫｓより大きいと判断された場合には、失火が発生していると判断されるので、Ｓ７０４に進み、前回の本ルーチン実行時の第１及び第２の空燃比センサ４８及び４９の出力信号の差がＤ’がＫｓより大きかったかどうかが判断される。ここで、Ｄ’の値は、ＥＣＵ２０のＲＡＭに記憶されている値を読み出すことによって得られる。
【０１１５】
Ｓ７０４において、前回実行時の第１及び第２の空燃比センサ４８及び４９の出力信号の差Ｄ’がＫｓより大きかった場合には、今回、第１及び第２の空燃比センサ４８及び４９の出力差ＤがＫｓより大きいのは、前回の本ルーチン実行時の失火が原因であり、新たに発生した失火が原因ではないと判断できるので、そのままＳ７０６に進む。
【０１１６】
一方、Ｓ７０４において、前回の本ルーチン実行時の第１及び第２の空燃比センサ４８及び４９の出力信号の差Ｄ’がＫｓ以下であったときには、今回検出された失火は新たに発生した失火であると判断されるので、Ｓ７０５に進む。以下、本ルーチンにおけるＳ７０５からＳ７０９までの処理は、失火数カウント、失火率の算出の後、運転者に報知する処理であるが、図３に示す、第１の実施の形態における失火検出ルーチンのＳ３０４からＳ３０８の処理と同じであるので、詳細な説明は省略する。
【０１１７】
本実施の形態によれば、触媒層４８ｃを有する第１の空燃比センサ４８と、触媒層を有さない第２の空燃比センサ４９を備え、失火発生時に、２つの空燃比センサ４８及び４９のセンサ素子４８ａ及び４９ａにおけるリーンずれの有無による出力信号の差を検出するので、そのときの内燃機関１の空燃比がリッチかリーンかに関ることなく、失火検出をすることができる。
【０１１８】
また、本発明によれば、２つの空燃比センサ４８及び４９の出力信号は、それぞれのセンサ素子４８ａ及び４９ａにおいて失火によるリーンずれが発生するかどうか以外は、等しい条件による出力信号であるので、第１及び第２の空燃比センサ４８及び４９の出力信号の差をとることにより、その他の誤差要因を相殺することができ、精度よく失火の検出を行うことができる。
【０１１９】
なお、本実施の形態においては、未燃燃料酸化手段として、センサ素子４８ａに設けられた触媒層４８ｃを用いたが、例えば、センサ素子４８ａの上流側近傍に設けた塊状の触媒を用いるなど、触媒層４８ｃ以外の未燃燃料酸化手段を用いてもよい。
【０１２０】
また、本実施の形態においては、センサ素子４８ａを加熱する加熱手段としてのセンサヒータ４８ｂを備えた例について説明したが、センサ素子４８ａの特性により、加熱手段を備えない構成としてもよい。
【０１２１】
（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態について説明する。ここでは、前述の第３の実施の形態と異なる構成について説明する。その他の構成および作用については第３の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【０１２２】
本実施の形態においては、第１及び第２の空燃比センサ４８及び４９を備えており、第１の空燃比センサ４８と、第２の空燃比センサ４９のセンサ素子４８ａ及び４９ａの制御温度を相違させるようにセンサヒータ４８ｂ及び４９ｂへの供給電流を制御し、第１及び第２の空燃比センサ４８及び４９の出力信号の差で、失火を検出する例について説明する。
【０１２３】
図８は、本実施の形態における第１及び第２の空燃比センサ４８及び４９と、その制御系の概略構成を示した断面図である。ここにおいて、第１の空燃比センサ４８及び、第２の空燃比センサ４９はともに、センサ素子４８ａ及び４９ａ、センサヒータ４８ｂ及び４９ｂ、内カバー４８ｄ及び４９ｄ、外カバー４８ｅ及び４９ｅ、を有し、共通のコントロール回路５０、信号検出回路５１に接続され、さらにＥＣＵ２０に接続されている。
【０１２４】
本実施の形態にいて、第１の空燃比検出手段とは、上記第１の空燃比センサ４８及びコントロール回路５０、信号検出回路５１、ＥＣＵ２０を含んで構成され、第２の空燃比検出手段とは、上記第２の空燃比センサ４９及びコントロール回路５０、信号検出回路５１、ＥＣＵ２０を含んで構成される。
【０１２５】
ここで、コントロール回路５０は、第１の空燃比センサ４８のセンサヒータ４８ｂ及び、第２の空燃比センサ４９のセンサヒータ４９ｂのそれぞれに供給する電流を制御することにより、第１の空燃比センサ４８のセンサ素子４８ａ及び、第２の空燃比センサ４９のセンサ素子４９ａの温度を相違させるように制御する。従って、本実施の形態における温度制御手段は、コントロール回路５０を含んで構成される。
【０１２６】
本実施の形態においては、第１の空燃比センサ４８のセンサ素子４８ａを約９５０℃に、第２の空燃比センサ４９のセンサ素子４９ａを約７５０℃に制御する。内燃機関１において、失火が発生した場合には、前述のように、排気中の未燃燃料の量が増加する。この未燃燃料は、センサ素子４８ａ及び４９ａと、センサヒータ４８ｂ及び４９ｂが高温である場合は、これらの熱によって酸化され消費される。従って、この場合はセンサ素子４８ａ及び４９ａでリーンずれの原因となる未燃燃料の量は減少する。
【０１２７】
また、センサ素子４８ａ及び４９ａの制御温度が高いほど、その熱で酸化され消費される未燃燃料の量が増えるので、上記のセンサ素子４８ａ及び４９ａでリーンずれの原因となる未燃燃料の量はセンサ素子４８ａ及び４９ａの制御温度が高いほど少なくなる。
【０１２８】
よって、内燃機関１に失火が発生したときに、第１の空燃比センサ４８と、第２の空燃比センサ４９のセンサ素子４８ａ及び４９ａの制御温度を異ならせたうえで、両方の空燃比センサ４８及び４９の出力の差をとると、双方のセンサ素子４８ａ及び４９ａにおけるリーンずれの程度の差が、出力の差として現れる。さらに、この出力の差は、排気中の未燃燃料が多いほど大きくなる。本実施の形態においては、このことによる出力の差によって、失火を検出する。
【０１２９】
本実施の形態においては、図７に示す失火検出ルーチンと同様のルーチンによって、内燃機関１の失火を検出することが可能である。
【０１３０】
本実施の形態によれば、センサ素子４８ａの温度を９５０℃に制御された第１の空燃比センサ４８と、センサ素子４９ａの温度を７５０℃に制御された第２の空燃比センサ４９を備え、失火発生時に、２つの空燃比センサ４８及び４９のセンサ素子４８ａ及び４９ａにおいて生じるリーンずれの程度の差による出力信号の差を検出するので、そのときの内燃機関１の空燃比がリッチかリーンかに関ることなく、失火検出をすることができる。
【０１３１】
また、本発明によれば、第１及び第２の空燃比センサ４８及び４９の出力信号の差をとることにより、その他の誤差要因を相殺することができ、精度よく失火の検出を行うことができる。
【０１３２】
（第５の実施の形態）
次に、第５の実施の形態について説明する。ここでは、前述の第３の実施の形態と異なる構成について説明する。その他の構成および作用については第３の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【０１３３】
本実施の形態においては、第１及び第２の空燃比センサ４８及び４９を備えており、第１の空燃比センサ４８のセンサ素子４８ａへの印加電圧は、センサ素子４８ａにおいて水が電気分解される電圧より高く、第２の空燃比センサ４９のセンサ素子４９ａへの印加電圧は、センサ素子４９ａにおいて水が電気分解される電圧より低くなるよう制御し、双方の空燃比センサ４８及び４９の出力信号の差で、失火を判定する例について説明する。
【０１３４】
本実施の形態における第１及び第２の空燃比センサ４８及び４９及びその制御系については、図８に示したものと同一の構成をとることができる。ここで、コントロール回路５０では、センサ素子４８ａ及び４９ａの温度が７５０℃に制御されるように、空燃比センサ４８のセンサヒータ４８ｃ及び、空燃比センサ４９のセンサヒータ４９ｃに電流を供給している。
【０１３５】
また、コントロール回路５０はセンサ素子４８ａについては、１．０Ｖ、センサ素子４９ａについては０．４Ｖの電圧を印加している。ここにおいて、センサ素子４８ａに対して、１．０Ｖの電圧を印加した場合にはセンサ素子４８ａにおいて、水が電気分解され、センサ素子４８ａの出力には、水の電気分解による信号が加えられることが分かっている。
【０１３６】
一方、センサ素子４９ａには、０．４Ｖの電圧しか印加していないのでセンサ素子４９ａにおいては水の電気分解は生じない。
【０１３７】
ここで、内燃機関１において燃料が正常に燃焼すると、水が発生し、排気中には所定量の水分が存在する。しかし、失火が発生した場合には、燃料が正常に燃焼しないために排気中に存在する水分の量は減少する。
【０１３８】
よって、センサ素子４８ａに１．０Ｖの電圧を印加した第１の空燃比センサ４８と、センサ素子４９ａに０．４Ｖの電圧を印加した第２の空燃比センサ４９との出力信号の差には、排気中の水分を第１のセンサ素子で電気分解したことによる出力信号が含まれている。
【０１３９】
そして、失火が発生していないときは、排気中の水分の量が多いため、双方の空燃比センサ４８及び４９の出力信号の差は大きくなる。一方、失火発生時には、排気中の水分が減少するため、双方の空燃比センサ４８及び４９の出力信号の差のうち、第１の空燃比センサ４８のセンサ素子４８ａにおいて、排気中の水分を電気分解したことによる差が減少する。従って、双方の空燃比センサ４８及び４９の出力信号の差が所定値より小さくなったときには、失火が発生したと判断できる。
【０１４０】
なお、本実施の形態においては、コンロトール回路５０を含めて、印加電圧制御手段を構成する。
【０１４１】
図９には、本実施の形態における失火検出ルーチンについてのフローチャートを示す。本ルーチンはＥＣＵ２０内のＲＯＭに記憶されたもので、内燃機関１の運転中、少なくとも内燃機関１の気筒２１における点火間隔よりも充分に短い所定時間毎に実行される。なお、本ルーチンは図７に示した第３の実施の形態についての失火検出ルーチンと類似のルーチンであるため、主に両者の相違点について説明をする。
【０１４２】
本ルーチンが実行されるとまずＳ９０１において、第１の空燃比センサ４８の出力信号を検出する。続いてＳ９０２において、第２の空燃比センサ４９の出力信号を同様に検出する。そして、Ｓ９０３においては、Ｓ９０１及びＳ９０２において検出された第１及び第２の空燃比センサ４８及び４９の出力信号の差Ｄが、所定値Ｋｓより小さいかどうかを判断する。
【０１４３】
Ｓ９０３において、出力信号の差ＤがＫｓ以上と判断された場合には、失火は発生していないと判断されるので、そのままＳ９０６に進む。また、Ｓ９０３において、出力信号の差ＤがＫｓより小さいと判断された場合には、失火が発生していると判断されるので、Ｓ９０４に進み、前回の本ルーチン実行時の出力信号の差Ｄ’がＫｓより小さかったかどうかが判断される。
【０１４４】
Ｓ９０４において、前回の本ルーチン実行時の出力信号の差Ｄ’がＫｓより小さかったと判断された場合には、今回、第１及び第２の空燃比検出手段の出力差ＤがＫｓより小さいのは、前回の本ルーチン実行時の失火が原因であり、新たに発生した失火が原因ではないと判断できるので、そのままＳ９０６に進む。
【０１４５】
一方、Ｓ９０４において、前回の本ルーチン実行時の出力信号の差Ｄ’がＫｓ以上であったときには、今回検出された失火は新たに発生した失火であると判断されるので、Ｓ９０５に進む。以下、本ルーチンにおけるＳ９０５からＳ９０９までの処理は、失火数カウント、失火率の算出の後、運転者に報知する処理であるが、図３に示す、第１の実施の形態における失火検出ルーチンのＳ３０４からＳ３０８の処理と同じであるので、詳細な説明は省略する。
【０１４６】
本実施の形態によれば、２つの空燃比センサ４８及び４９を備え、第１の空燃比センサ４８のセンサ素子４８ａには、センサ素子４８ａにおける水の電気分解電圧より高い１．０Ｖの電圧が印加され、第２の空燃比センサ４９のセンサ素子４９ａには、センサ素子４９ａにおける水の電気分解電圧より低い０．４Ｖの電圧が印加され、失火発生時に、それぞれのセンサ素子４８ａ及び４９ａにおける水の電気分解の有無による出力信号の差を検出するので、そのときの内燃機関の空燃比がリッチかリーンかに関ることなく、失火検出をすることができる。
【０１４７】
また、第１及び第２の空燃比センサ４８及び４９の出力信号の差をとっているので、種々の誤差要因が相殺されることにより、精度よく内燃機関の失火を検出することができる。
【０１４８】
なお、本実施の形態においては、センサ素子４８ａを加熱する加熱手段としてのセンサヒータ４８ｂを備えた例について説明したが、センサ素子４８ａの特性により、加熱手段を備えない構成としてもよい。
【０１４９】
【発明の効果】
上述のように本発明にあっては、内燃機関の空燃比がリッチかリーンかに関ることなく、失火検出をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明における第１の実施の形態に係る空燃比センサ及びその制御系の概略構成を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明における第１の実施の形態に係る失火検出ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明における第２の実施の形態に係る失火発生時におけるセンサ素子のインピーダンス、インピーダンス変化量及びそれに伴う失火回数カウンタの状況を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明における第２の実施の形態に係る失火検出ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明における第３の実施の形態に係る第１及び第２の空燃比センサ及びその制御系の概略構成を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明における第３の実施の形態に係る失火検出ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明における第４の実施の形態に係る第１及び第２の空燃比センサ及びその制御系の概略構成を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明における第５の実施の形態に係る失火検出ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…内燃機関
２０…ＥＣＵ
２１…気筒
２６…吸気ポート
２７…排気ポート
４６…排気浄化触媒
４７…排気通路
４８…空燃比センサ
４８ａ…センサ素子
４８ｂ…センサヒータ
４８ｃ…触媒層
４８ｄ…内カバー
４８ｅ…外カバー
４９…空燃比センサ
４９ａ…センサ素子
４９ｂ…センサヒータ
４９ｄ…内カバー
４９ｅ…外カバー
５０…コントロール回路
５１…信号検出回路
【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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