(57)【要約】【課題】酸素センサが有する検出素子の素子割れ異常の有無の判定を、より好適に行うことのできる酸素センサの異常判定装置を提供する。【解決手段】内燃機関１２の排気通路１３の途中に設けられる排気浄化触媒１８の上流側に、第１のフロント酸素センサ１９ａと第２のフロント酸素センサ１９ｂとを配設する。電子制御装置２２は、第１のフロント酸素センサ１９ａ及び第２のフロント酸素センサ１９ｂの出力を比較し、互いの出力に有意な差があると認められたときに、第１のフロント酸素センサ１９ａ及び第２のフロント酸素センサ１９ｂのいずれかに素子割れ異常が有ると判定する。【選択図】        図１
2004170309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気中の酸素分圧に応じた信号を出力する検出素子を有する酸素センサの前記検出素子の素子割れ異常の有無を判定する装置であって、
機関排気系の略同位置に前記検出素子を２つ配設し、それら２つの検出素子の出力の比較に基づいて前記異常の有無の判定を行う
ことを特徴とする酸素センサの異常判定装置。
【請求項２】
排気中の酸素分圧に応じた信号を出力する検出素子を有する酸素センサの前記検出素子の素子割れ異常の有無を判定する装置であって、
機関排気系の排気浄化触媒の上流側に前記検出素子を２つ配設し、それら２つの検出素子の出力の比較に基づいて前記異常の有無の判定を行う
ことを特徴とする酸素センサの異常判定装置。
【請求項３】
排気中の酸素分圧に応じた信号を出力する検出素子を有する酸素センサの前記検出素子の素子割れ異常の有無を判定する装置であって、
機関排気系の排気浄化触媒の下流側に前記検出素子を２つ配設し、それら２つの検出素子の出力の比較に基づいて前記異常の有無の判定を行う
ことを特徴とする酸素センサの異常判定装置。
【請求項４】
前記比較によって前記２つの検出素子の出力に有意な差があると認められたときに、該２つの検出素子のいずれかに素子割れ異常有りと判定する
請求項１〜３のいずれかに記載の酸素センサの異常判定装置。
【請求項５】
前記２つの検出素子が単一のセンサケースに収容されてなる
請求項１〜４のいずれかに記載の酸素センサの異常判定装置。
【請求項６】
前記２つの検出素子に、それぞれ個別の保護カバーを設けた
請求項５に記載の酸素センサの異常判定装置。
【請求項７】
前記２つの検出素子を単一の基板上に形成した
請求項５に記載の酸素センサの異常判定装置。
【請求項８】
前記２つの検出素子を前記基板の同一面に形成した
請求項７に記載の酸素センサの異常判定装置。
【請求項９】
前記２つの検出素子を前記基板の表裏面にそれぞれ形成した
請求項７に記載の酸素センサの異常判定装置。
【請求項１０】
前記出力の比較は、前記２つの検出素子の出力波形の軌跡長を用いて行われる
請求項１〜９のいずれかに記載の酸素センサの異常判定装置。
【請求項１１】
前記出力の比較は、前記２つの検出素子の出力値の積分値を用いて行われる
請求項１〜９のいずれかに記載の酸素センサの異常判定装置。
【請求項１２】
前記出力の比較は、前記２つの検出素子の出力値を用いて行われる
請求項１〜９のいずれかに記載の酸素センサの異常判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、酸素センサの検出素子の素子割れによる異常の有無を判定する酸素センサの異常判定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
触媒を利用した排気浄化システムを備える内燃機関では、触媒による排気有害成分の浄化を有効に行うための空燃比制御が行われている。この空燃比制御では、排気系に設けられた酸素センサによって排気中の酸素分圧が検出され、その検出結果から求められる空燃比が触媒の排気浄化機能を発揮できる空燃比となるように燃料噴射量がフィードバック制御される。
【０００３】
現在、上記酸素センサは様々なものが開発されており、例えば濃淡電池式の酸素センサは次のように構成されている。すなわち、酸素分圧を検出する検出素子は、固体電解質とこの固体電解質を挟む一対の白金電極等から構成されており、一方の電極は大気が導入される大気室に面している。また、他方の電極は排気側に面している。このような濃淡電池式の酸素センサでは、大気中の酸素分圧と排気中の酸素分圧との間に差が生じると、各電極間に起電力が発生するようになっている。この起電力は酸素分圧比の対数に比例するが、燃料の濃いリッチな混合気で燃焼したときの排気中のＨＣやＣＯは、排気側の電極表面において白金の触媒作用により、酸素と化学平衡に達するまで反応する。この結果、理論空燃比を境に酸素分圧が急激に低下して起電力が大きく変化し、出力電圧の大小により空燃比がリッチかリーンかを判定できるようになる。また、排気中の酸素分圧に応じたリニアな値を出力する酸素センサの一種である、いわゆる空燃比センサも知られているが、この空燃比センサによる酸素分圧の検出も、基本的には上記酸素センサと同様に、大気と排気との酸素分圧差に基づいている。
【０００４】
ここで、被水等に起因して検出素子に素子割れが発生することがあり、この場合には正常な検出信号が得られなくなる。
そこで従来、例えばセンサ出力の反転周期や出力分布などの検出素子の出力パターンが、予め想定された正常な検出素子の出力パターンとは異なるパターンとなるときに素子割れ異常有りと判定することで、そうした素子割れ異常の発生を検出するようにしている（特許文献１など）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２１２８２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、素子割れの生じた検出素子は、正常な検出信号を出力することができなくなるが、状況によって正常な検出素子に類似した出力パターンを示すことがある。例えば、一般に、酸素センサには検出素子の活性化を促すためのヒータ線が埋設されているが、検出素子にこのヒータ線が断線しない程度の素子割れが発生した場合には、検出素子のインピーダンスは大きく変化しない。そのため、このような場合には、たとえ素子割れの生じた検出素子であっても、正常な検出素子に類似した出力パターンを示すことがある。そのような状況では、上記のような検出素子の出力パターンに有意な差が認められず、正確な異常判定を行うことができなくなる。従って、上記従来のような異常判定では、素子割れ異常の検出精度に自ずと限界があった。
【０００７】
この発明はこうした事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、酸素センサが有する検出素子の素子割れ異常の有無の判定を、より好適に行うことのできる酸素センサの異常判定装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
請求項１に記載の発明は、排気中の酸素分圧に応じた信号を出力する検出素子を有する酸素センサの前記検出素子の素子割れ異常の有無を判定する装置であって、機関排気系の略同位置に前記検出素子を２つ配設し、それら２つの検出素子の出力の比較に基づいて前記異常の有無の判定を行うことをその要旨とする。
【０００９】
上記構成では、略同位置に２つの検出素子が配設されている。すなわち、排気成分がほぼ同一となるような位置に、２つの検出素子が配設されている。これら２つの検出素子は、双方共に正常に機能していれば、ほぼ同様の出力パターンを示すようになる。
【００１０】
一方、２つの検出素子のいずれかに素子割れ異常が発生すれば、その検出素子は、正常な検出素子とは異なる出力パターンを示すようになる。このとき、素子割れ異常を起こした検出素子が、たとえ出力反転を周期的に繰り返す正常な検出素子に類似した出力パターンを示したとしても、出力反転のタイミング等のような細部まで正常な検出素子の出力パターンに一致することはない。そのため、いずれかの検出素子に素子割れ異常が発生していれば、上記２つの検出素子の出力の比較により、それを的確に検出することができる。従って、上記構成によれば、素子割れ異常の生じた検出素子が正常な検出素子に類似した出力パターンを示すような場合にも、その異常の有無の判定を好適に行うことができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、排気中の酸素分圧に応じた信号を出力する検出素子を有する酸素センサの前記検出素子の素子割れ異常の有無を判定する装置であって、機関排気系の排気浄化触媒の上流側に前記検出素子を２つ配設し、それら２つの検出素子の出力の比較に基づいて前記異常の有無の判定を行うことをその要旨とする。
【００１２】
機関排気系の排気浄化触媒の上流側では排気成分がほぼ一様であり、そうした排気浄化触媒の上流側に共に配設された２つの検出素子の出力を比較すれば、上記の如く検出素子の素子割れ異常の発生の有無を的確に判定することができる。従って、上記構成によれば、素子割れ異常の生じた検出素子が正常な検出素子に類似した出力パターンを示すような場合にも、その異常の有無の判定を好適に行うことができる。
【００１３】
請求項３に記載に発明は、排気中の酸素分圧に応じた信号を出力する検出素子を有する酸素センサの前記検出素子の素子割れ異常の有無を判定する装置であって、機関排気系の排気浄化触媒の下流側に前記検出素子を２つ配設し、それら２つの検出素子の出力の比較に基づいて前記異常の有無の判定を行うことをその要旨とする。
【００１４】
機関排気系の排気浄化触媒の下流側では排気成分がほぼ一様であり、そうした排気浄化触媒の下流側に共に配設された２つの検出素子の出力を比較すれば、上記の如く検出素子の素子割れ異常の発生の有無を的確に判定することができる。従って、上記構成によれば、素子割れ異常の生じた検出素子が正常な検出素子に類似した出力パターンを示すような場合にも、その異常の有無の判定を好適に行うことができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の酸素センサの異常判定装置において、前記比較によって前記２つの検出素子の出力に有意な差があると認められたときに、該２つの検出素子のいずれかに素子割れ異常有りと判定することをその要旨とする。
【００１６】
同構成によれば、同じような出力の得られる位置に２つの検出素子が配設されているにもかかわらず、互いの出力に有意な差が認められるときには、２つの検出素子のいずれかに素子割れが生じていると判定される。従って、素子割れ異常の有無の判定を確実に行うことができるようになる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の酸素センサの異常判定装置において、前記２つの検出素子が単一のセンサケースに収容されてなることをその要旨とする。
【００１８】
同構成によれば、２つの検出素子の配設位置を近接させることができるため、２つの検出素子の出力比較における取付位置の影響を極力抑えることができるようになる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の酸素センサの異常判定装置において、前記２つの検出素子に、それぞれ個別の保護カバーを設けたことをその要旨とする。
【００２０】
上述したように、検出素子の素子割れは同検出素子の被水等に起因して発生する。この検出素子に付着する水分は、検出素子を保護するカバーに設けられた穴から同カバーの内部に侵入して検出素子に付着することが多い。この点、上記請求項６に記載の構成では、２つの検出素子にそれぞれ個別の保護カバーを設けるようにしている。そのため、２つの検出素子を１つの保護カバーで覆う場合と比較して、２つの検出素子が同時に被水する機会を少なくすることができ、もって、２つの検出素子に同時に素子割れが発生することを抑えることができるようになる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の酸素センサの異常判定装置において、前記２つの検出素子を単一の基板上に形成したことをその要旨とする。
同構成によれば、２つの検出素子が単一の基板上に形成されるため、２つの検出素子を個別の基板上に形成する場合と比較して、製造コストの低減を図ることができるようになる。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の酸素センサの異常判定装置において、前記２つの検出素子を前記基板の同一面に形成したことをその要旨とする。同構成では、２つの検出素子が基板の同一面に形成されているため、両検出素子に対する排気の当たり方がほぼ同じとなる。これにより、検出素子への排気の当たり方の違いによる２つの検出素子の出力のばらつき、すなわち素子の指向性に起因する両検出素子の出力のばらつきを好適に抑制し、より的確な異常判定を行うことができるようになる。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の酸素センサの異常判定装置において、前記２つの検出素子を前記基板の表裏面にそれぞれ形成したことをその要旨とする。
【００２４】
上記構成では、２つの検出素子が同一基板の表裏面にそれぞれ形成されるため、素子１つ分の基板面積で２つの検出素子を形成することができる。従って、２つの検出素子を備えながらも、基板面積の拡大を回避して酸素センサの大型化を抑制することができる。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載の酸素センサの異常判定装置において、前記出力の比較は、前記２つの検出素子の出力波形の軌跡長を用いて行われることをその要旨とする。
【００２６】
同構成によれば、各検出素子の出力値の変化態様を好適に数値化でき、もって２つの検出素子の出力比較を精度よく行うことができるようになる。
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載の酸素センサの異常判定装置において、前記出力の比較は、前記２つの検出素子の出力値の積分値を用いて行われることをその要旨とする。
【００２７】
同構成によれば、各検出素子の出力値の相違が明確になり、もって２つの検出素子の出力比較をより容易に行うことができるようになる。
請求項１２に記載の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載の酸素センサの異常判定装置において、前記出力の比較は、前記２つの検出素子の出力値を用いて行われることをその要旨とする。
【００２８】
同構成では、前記２つの検出素子の出力値を用いて２つの検出素子の出力比較が行われる。すなわち、２つの検出素子の出力値の大きさを直接比較して、検出素子の素子割れ異常の有無の判定が行われる。そのため、上記請求項１１に記載の構成と比較して、２つの検出素子の出力比較をさらに容易に行うことができるようになる。
【００２９】
なお、上記請求項１０〜１２に記載の構成の他にも、２つの検出素子の出力反転時期の比較、または２つの検出素子の振幅の比較等によっても上記異常の判定を行うことができる。さらに、所定時間内における２つの検出素子の出力反転に要する時間差の積分値からも、同様に上記異常の判定を行うことができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態について、図１、図２を参照して詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明にかかる酸素センサの異常判定装置が適用された車載用内燃機関と、その周辺構成の概略構成を示している。
同図１に示すように、内燃機関１０の吸気通路１１には、その通路面積を可変とするスロットルバルブ１５が設けられ、その開度制御によりエアクリーナ１４を通じて吸入される空気の量が調整されている。ここで吸入された空気の量（吸入空気量）は、エアフローメータ１６により検出されている。そして吸気通路１１に吸入された空気は、スロットルバルブ１５下流に設けられたインジェクタ１７より噴射された燃料と混合された後、燃焼室１２に送られて、そこで燃焼される。
【００３２】
一方、燃焼室１２での燃焼により生じた排気が送られる排気通路１３には、排気中の有害成分を浄化する排気浄化触媒１８が設けられている。
そして、同排気浄化触媒１８の上流側には第１のフロント酸素センサ１９ａと第２のフロント酸素センサ１９ｂとが設けられている。また、排気浄化触媒１８の下流側には第１のリア酸素センサ２０ａと第２のリア酸素センサ２０ｂとが設けられている。このように、第１のフロント酸素センサ１９ａと第２のフロント酸素センサ１９ｂとは略同位置、すなわち機関排気系にあって排気成分がほぼ同一となる位置に設けられている。同様に、第１のリア酸素センサ２０ａと第２のリア酸素センサ２０ｂも、略同位置、すなわち機関排気系にあって排気成分がほぼ同一となる位置に設けられている。
【００３３】
なお、以下では説明の便宜上、排気浄化触媒１８の上流側に配設される酸素センサをフロント酸素センサ群１９（第１のフロント酸素センサ１９ａと第２のフロント酸素センサ１９ｂとを指す）という。また、排気浄化触媒１８の下流側に配設される酸素センサをリア酸素センサ群２０（第１のリア酸素センサ２０ａと第２のリア酸素センサ２０ｂとを指す）という。
【００３４】
上記排気浄化触媒１８は、燃焼される混合気の空燃比が理論空燃比近傍の狭い範囲（ウインドウ）でのみ、排気中の主要有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）のすべてを酸化還元反応により効率的に浄化する。そうした排気浄化触媒１８を有効に機能させるには、混合気の空燃比を上記ウインドウの中心に合わせこむ、厳密な空燃比制御が必要となる。
【００３５】
そうした空燃比の制御は、電子制御装置２２により行われる。電子制御装置２２には、上記エアフローメータ１６や上記フロント酸素センサ群１９、リア酸素センサ群２０、あるいはアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ２１、機関回転速度を検出する回転速度センサを始めとする各種センサ類の検出信号が入力されている。そしてそれらセンサ類の検出信号より把握される内燃機関１０や車両の運転状況に応じて、上記スロットルバルブ１５やインジェクタ１７等を駆動制御して、上記のような空燃比の制御を行っている。そうした電子制御装置２２による空燃比制御の概要は次の通りである。
【００３６】
まず電子制御装置２２は、上記アクセルペダルの踏み込み量や機関回転速度の検出結果に応じて把握される吸入空気量の要求量を求め、それに応じた吸入空気量が得られるようにスロットルバルブ１５の開度を調整する。その一方、エアフローメータ１６により検出される吸入空気量の実測値に対して、理論空燃比が得られるだけの燃料量を求め、それによりインジェクタ１７からの燃料噴射量を調整する。これにより、燃焼室１２で燃焼される混合気の空燃比を、ある程度に理論空燃比に近づけることはできる。ただし、それだけでは上記要求される高精度の空燃比制御には不十分である。
【００３７】
そこで電子制御装置２２は、上記フロント酸素センサ群１９を構成する酸素センサのうちの少なくともいずれかの検出結果より空燃比の実測値を把握し、この実測値に基づいて算出される補正量に基づいて、インジェクタ１７の燃料噴射量をフィードバック補正している。この空燃比フィードバック制御により、要求される空燃比制御の精度が確保される。
【００３８】
また、電子制御装置２２は、上記リア酸素センサ群２０を構成する酸素センサのうちの少なくともいずれかの検出結果より、排気浄化触媒１８の酸素消費状態、あるいは酸素放出状態を推定し、この推定に基づいて上記補正量に対する修正を行う。このサブフィードバック制御により、排気浄化触媒１８の上記浄化作用が有効に活用される。こうした空燃比制御に用いられる上記フロント酸素センサ群１９、及びリア酸素センサ群２０を構成する各酸素センサは、いずれも濃淡電池式のセンサが用いられており、排気中の酸素分圧に応じた信号を出力する検出素子２３を各備えて構成されている。
【００３９】
ここで、酸素センサの検出素子に素子割れ異常が生じると、その出力信号は実際の空燃比を反映しなくなり、上記空燃比制御を正確に行うことができなくなる。そこで、本実施の形態では、上記フロント酸素センサ群１９、及びリア酸素センサ群２０で、それぞれ個別に素子割れ異常の有無を判定するようにしている。なお、フロント酸素センサ群１９、及びリア酸素センサ群２０の異常判定の態様は、ほぼ同一の態様で行われている。そこで以下では、そうした異常判定の詳細をフロント酸素センサ群１９での異常判定を例にして説明する。
【００４０】
上記のように本実施形態では、排気通路１３の排気浄化触媒１８の排気上流側に配置されるフロント酸素センサとして２つの酸素センサを、すなわち第１のフロント酸素センサ１９ａ及び第２のフロント酸素センサ１９ｂを配置するようにしている。こうした排気通路１３の排気浄化触媒１８の上流側では、排気成分がほぼ一様となっており、第１のフロント酸素センサ１９ａ及び第２のフロント酸素センサ１９ｂがそれぞれ備える各検出素子２３は、ほぼ同様の出力パターンを示す。
【００４１】
ここで、第１のフロント酸素センサ１９ａ及び第２のフロント酸素センサ１９ｂのいずれかの検出素子２３に素子割れ異常が生じると、その異常の発生した検出素子２３は、正常時とは異なる出力を示すこととなる。このとき、そうした異常の発生した検出素子２３は、出力反転を周期的に繰り返す正常時に類似した出力パターンを示すことがあり、そうした場合には、単独の検出素子２３の出力パターンを見ただけでは、その素子割れ異常の有無の判定が困難なことがある。
【００４２】
その点、本実施形態では、排気浄化触媒１８の上流側に２つの酸素センサ、すなわち第１のフロント酸素センサ１９ａ及び第２のフロント酸素センサ１９ｂが配設されており、それらのいずれかの検出素子２３に素子割れ異常が生じても、もう一方の酸素センサの検出素子２３は正常な出力パターンを示す。このとき、素子割れ異常を生じた検出素子２３がたとえ正常時に類似した出力パターンを示したとしても、その出力パターンが正常な検出素子２３のものと一致することはまず有り得ない。よって、２つの酸素センサの各検出素子２３の出力を比較し、それらの出力に有意な差違が認められれば、たとえ異常の生じた検出素子２３が正常時に類似した出力パターンを示しているとしても、いずれかの検出素子２３に素子割れ異常が発生していると判断することができる。
【００４３】
そこで本実施形態では、第１のフロント酸素センサ１９ａ及び第２のフロント酸素センサ１９ｂの各検出素子２３の出力を比較することで、素子割れ異常の有無の判定を行うようにしている。以下、こうした本実施形態における異常判定処理の詳細を、図２を併せ参照して説明する。
【００４４】
図２は、そうした異常判定処理における電子制御装置２２の処理手順を示したものである。
この処理が開始されると、まずカウンタｃｎｔの値に初期値Ｔ０が設定され（Ｓ１１０）、これとともに第１センサ出力値軌跡長ｉｎｔＬａ、及び第２センサ出力値軌跡長ｉｎｔＬｂの値が、共に「０」に設定される（Ｓ１２０）。これら第１センサ出力値軌跡長ｉｎｔＬａ、及び第２センサ出力値軌跡長ｉｎｔＬｂについては後述する。
【００４５】
次に、この異常判定処理を行う前提条件が成立しているか否かが判定される（Ｓ１３０）。ここでは、下記条件（ｃ１）〜（ｃ５）が全て満たされているときに前提条件が成立していると判定される。
（ｃ１）車速が所定速度以上である。
（ｃ２）上述したサブフィードバック制御の実行中であり、かつサブフィードバック制御の実行時間が所定時間以上である。
（ｃ３）アイドル運転中でない。
（ｃ４）吸入空気量が所定値以上である。
（ｃ５）燃料カット中でなく、かつ燃料カット復帰後の経過時間が所定時間以上である。
【００４６】
こうした前提条件（ｃ１）〜（ｃ４）の設定により、ある程度に燃焼される混合気量が多く、混合気の空燃比が、排気の酸素分圧に十分反映されて第１のフロント酸素センサ１９ａ及び第２のフロント酸素センサ１９ｂに検出可能な状態において、異常判定が実施されるようになる。また、前提条件（ｃ５）の設定により、燃料カット復帰直後において排気浄化触媒１８から放出される酸素による、異常判定処理への影響を抑制することができるようになる。
【００４７】
前提条件が成立していないときには（Ｓ１３０でＮＯ）、この前提条件が成立するまで、以降の処理の実施を一時保留する。一方、前提条件が成立しているときには（Ｓ１３０でＹＥＳ）、カウンタｃｎｔの値がインクリメントされるとともに（Ｓ１４０）、以下の各処理が実施される。
【００４８】
まず、次式（１）及び式（２）に基づき、第１センサ出力値軌跡長ｉｎｔＬａと第２センサ出力値軌跡長ｉｎｔＬｂとが算出される（Ｓ１５０）。
ｉｎｔＬａ＝ｉｎｔＬａ＋｜Ｖａ―Ｖ０ａ｜  …  （１）
ｉｎｔＬｂ＝ｉｎｔＬｂ＋｜Ｖｂ―Ｖ０ｂ｜  …  （２）
ここで、「Ｖａ」は、今回サンプリングされた第１のフロント酸素センサ１９ａの検出素子２３の出力値を、「Ｖ０ａ」は、前回、本Ｓ１５０の処理が実施されたときにサンプリングされた同検出素子２３の出力値、すなわち前回出力値をそれぞれ示している。また同様に、「Ｖｂ」は、第２のフロント酸素センサ１９ｂの検出素子２３についての今回の出力値、「Ｖ０ｂ」は、前回出力値をそれぞれ示している。
【００４９】
次に、カウンタｃｎｔの値が所定値Ｔを越えているか否かが判定される（Ｓ１６０）。そして、カウンタｃｎｔの値が所定値Ｔ以下である場合には（Ｓ１６０でＮＯ）、前記Ｓ１３０からＳ１６０までの処理が繰り返し実行される。すなわち、カウンタｃｎｔの値が所定値Ｔを越えるまでの期間、上記第１センサ出力値軌跡長ｉｎｔＬａ、及び第２センサ出力値軌跡長ｉｎｔＬｂの算出が継続される。これらの処理が繰り返し行われることにより、第１のフロント酸素センサ１９ａ及び第２のフロント酸素センサ１９ｂが備える各検出素子２３のそれぞれについて、カウンタｃｎｔの値が所定値Ｔに達するまでの期間における出力波形の軌跡長が各算出される。そして、上記フロント酸素センサ群１９を構成する２つの検出素子２３の出力値の変化態様が数値化される。なお、上記所定値Ｔは、いずれかの検出素子２３に素子割れ異常が発生したときに、それら検出素子２３の上記出力値軌跡長の間に有意な差が生じるだけの十分なサンプリング期間が得られるように設定されている。
【００５０】
ここで、カウンタｃｎｔの値が所定値Ｔを越えた場合には（Ｓ１６０でＹＥＳ）、すなわち十分な出力値軌跡長のサンプリングが完了した場合には、次式（３）に基づき、上記算出された第１センサ出力値軌跡長ｉｎｔＬａと第２センサ出力値軌跡長ｉｎｔＬｂとの軌跡長差ΔＬが算出される（Ｓ１７０）。
【００５１】
ΔＬ＝｜ｉｎｔＬａ−ｉｎｔＬｂ｜  …  （３）
次に、この軌跡長差ΔＬが異常判定値ＤＬＴＬＮＧを越えている否かが判定される（Ｓ１８０）。そして、軌跡長差ΔＬが異常判定値ＤＬＴＬＮＧを越えている場合には（Ｓ１８０でＹＥＳ）、第１のフロント酸素センサ１９ａ、及び第２のフロント酸素センサ１９ｂのいずれかの検出素子２３に素子割れ異常が有ると判定される（Ｓ１９０）。なお、異常判定値ＤＬＴＬＮＧは、検出素子２３の出力特性の固体差等による誤判定を回避可能な適切な値が、実験等の結果に基づいて予め設定されている。
【００５２】
一方、軌跡長差ΔＬが異常判定値ＤＬＴＬＮＧ以下である場合には（Ｓ１８０でＮＯ）、軌跡長差ΔＬが正常判定値ＤＬＴＬＯＫ未満であるか否かが判定される（Ｓ２００）。そして、軌跡長差ΔＬが正常判定値ＤＬＴＬＯＫ未満である場合には（Ｓ２００でＹＥＳ）、以下のように判定される。すなわち、第１のフロント酸素センサ１９ａ及び第２のフロント酸素センサ１９ｂの間での検出素子２３の有意な出力差が認められず、各検出素子２３のいずれも素子割れ異常が無いと、すなわち２つの検出素子は正常であると判定される（Ｓ２１０）。なお、上記正常判定値ＤＬＴＬＯＫは、上述した異常判定値ＤＬＴＬＮＧよりも小さい値であって、２つの検出素子に素子割れが無いことを確実に判定することのできる値となっている。
【００５３】
他方、軌跡長差ΔＬが正常判定値ＤＬＴＬＯＫ以上である場合には（Ｓ２００でＮＯ）、前記Ｓ１１０以下の処理が再び行われる。すなわち、Ｓ２００で否定判定されるときには、今回の処理で算出された軌跡長差ΔＬでは、素子割れ異常の有無を明確に判定し難いと判断される。そこで、新たに軌跡長差ΔＬを算出し直し、再度、異常判定値ＤＬＴＬＮＧや正常判定値ＤＬＴＬＯＫとの比較判定が行われる。
【００５４】
なお、前述したようにこうした態様での異常判定は、排気浄化触媒１８の下流側に設けられた第１及び第２のリア酸素センサ２０ａ、２０ｂの検出素子２３を対象としても行われている。
【００５５】
このように、第１の実施形態における酸素センサの異常判定装置によれば、次のような効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、機関排気系の排気浄化触媒１８の上流側に、すなわち機関排気系にあって排気成分がほぼ同一となる略同位置に、酸素分圧を検出する検出素子２３を２つ配設し、互いの出力を比較するようにしている。従って、上流側の上記フロント酸素センサ群１９において、たとえ素子割れの生じた検出素子が正常な検出素子に類似した出力パターンを示す場合であっても、好適に素子割れ異常の有無の判定を行うことができるようになる。
【００５６】
また、機関排気系の排気浄化触媒１８の下流側にも同様に、酸素分圧を検出する検出素子２３を２つ配設し、互いの出力を比較するようにしている。従って、下流側の上記リア酸素センサ群２０においても同様に、たとえ素子割れの生じた検出素子が正常な検出素子に類似した出力パターンを示す場合であっても、好適に素子割れ異常の有無の判定を行うことができるようになる。
【００５７】
（２）本実施の形態では、２つの検出素子２３の出力の比較を、それらの出力波形の軌跡長に基づいて行うようにしている。従って、素子割れ異常の発生による両検出素子２３の出力パターンの差違の発生を的確に検出することができ、高精度の異常判定を行うことができる。
【００５８】
（第２の実施形態）
以下、本発明を具体化した第２の実施形態を、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、本実施形態以降の各実施形態では、第１の実施形態のものと機能の共通する構成については同一の符合を付してその詳細な説明は省略する。
【００５９】
本実施形態では、排気系の略同位置に配設された２つの検出素子２３の出力差の時間積分値に基づいて素子割れ異常の有無の判定を行うことで、より簡易な処理で比較的高精度の異常判定を行うことができるようにしている。
【００６０】
図３は、こうした本実施形態における異常判定処理の処理手順を示している。なお、ここではフロント酸素センサ群１９を構成する２つの酸素センサの検出素子の素子割れ異常の有無の判定を例として説明するが、これと同様の判定はリア酸素センサ群２０にも適用されている。
【００６１】
この処理が開始されると、まずカウンタｃｎｔの値に初期値Ｔ０が設定されるとともに（Ｓ３１０）、センサ出力差積算値ｉｎｔＶの値が「０」に設定される（Ｓ３２０）。このセンサ出力差積算値ｉｎｔＶについては後述する。
【００６２】
次に、この異常判定処理を行う前提条件が成立しているか否かが判定される（Ｓ３３０）。ここでの前提条件は、第１の実施形態のものと同一の条件が設定されている。
【００６３】
前提条件が成立していないときには（Ｓ３３０でＮＯ）、この前提条件が成立するまで、以降の処理の実施を一時保留する。一方、前提条件が成立しているときには（Ｓ３３０でＹＥＳ）、カウンタｃｎｔの値がインクリメントされるとともに（Ｓ３４０）、以下の処理が実施される。
【００６４】
まず第１のフロント酸素センサ１９ａの出力値Ｖａと、第２のフロント酸素センサ１９ｂの出力値Ｖｂと、現在のセンサ出力差積算値ｉｎｔＶとに基づき次式（４）から今回のセンサ出力差積算値ｉｎｔＶが算出される（Ｓ３５０）。
【００６５】
ｉｎｔＶ＝ｉｎｔＶ＋｜Ｖａ―Ｖｂ｜  …  （４）
次に、カウンタｃｎｔの値が所定値Ｔを越えているか否かが判定される（Ｓ３６０）。そして、カウンタｃｎｔの値が所定値Ｔ以下である場合には（Ｓ３６０でＮＯ）、前記Ｓ３３０からＳ３６０までの処理が繰り返し実行される。これにより、カウンタｃｎｔの値が所定値Ｔに達するまでの期間における第１のフロント酸素センサ１９ａ及び第２のフロント酸素センサ１９ｂの各出力値の差の時間積分値が算出される。上記所定値Ｔは、第１のフロント酸素センサ１９ａ及び第２のフロント酸素センサ１９ｂのいずれかの検出素子２３に素子割れ異常が発生したときに明確な上記センサ出力差積算値ｉｎｔＶの増大が生じるような十分な出力値の積分期間が確保されるように適切な値が設定されている。
【００６６】
そして、カウンタｃｎｔが所定値Ｔを越えた場合には（Ｓ３６０でＹＥＳ）、上記算出されたセンサ出力差積算値ｉｎｔＶが異常判定値ＩＮＴＶＮＧを越えているか否かが判定される（Ｓ３７０）。そして、センサ出力差積算値ｉｎｔＶが異常判定値ＩＮＴＶＮＧを越えている場合には（Ｓ３７０でＹＥＳ）、第１のフロント酸素センサ１９ａ及び第２のフロント酸素センサ１９ｂのいずれかの検出素子２３に素子割れ異常が有ると判定される（Ｓ３８０）。なお、上記異常判定値ＩＮＴＶＮＧは、検出素子２３の出力特性の固体差等による誤判定を回避可能なように、実験の結果等により求められた適切な値が設定されている。
【００６７】
一方、センサ出力差積算値ｉｎｔＶが異常判定値ＩＮＴＶＮＧ以下である場合には（Ｓ３７０でＮＯ）、センサ出力差積算値ｉｎｔＶが正常判定値ＩＮＴＶＯＫ未満であるか否かが判定される（Ｓ３９０）。そして、センサ出力差積算値ｉｎｔＶが正常判定値ＩＮＴＶＯＫ未満である場合には（Ｓ３９０でＹＥＳ）、第１のフロント酸素センサ１９ａ及び第２のフロント酸素センサ１９ｂが備える各検出素子２３の間に有意な出力差が認められず、両検出素子２３は共に正常であると判定される（Ｓ４００）。なお、上記正常判定値ＩＮＴＶＯＫは、上述した異常判定値ＩＮＴＶＮＧよりも小さい値であって、２つの検出素子に素子割れが無いことを確実に判定することのできる値が設定されている。
【００６８】
他方、センサ出力差積算値ｉｎｔＶが正常判定値ＩＮＴＶＯＫ以上である場合には（Ｓ３９０でＮＯ）、今回算出されたセンサ出力差積算値ｉｎｔＶでは、素子割れ異常の有無を明確に判定し難いと判断される。そこで、新たにセンサ出力差積算値ｉｎｔＶを算出し直し、再度、異常判定値ＩＮＴＶＮＧや正常判定値ＩＮＴＶＯＫとの比較判定が行われる。
【００６９】
こうした第２の実施形態における酸素センサの異常判定装置によれば、上記（１）に記載の効果に加え、更に次の効果が得られるようになる。
（３）本実施の形態では、機関排気系の略同位置に配設された２つの検出素子２３の出力の比較を、それらの出力値差の時間積分値を用いて行うようにしている。これにより、素子割れ異常の発生に伴う両検出素子２３の出力差の発生を明確に検出することができ、より簡易な判定処理にて比較的高精度の異常判定を行うことができる。
【００７０】
（第３の実施形態）
以下、本発明を具体化した第３の実施形態を、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７１】
本実施形態では、２つの検出素子２３の出力の瞬時値、換言すれば出力値の大きさを直接比較することで、素子割れ異常の有無の判定を行っており、異常判定処理の大幅な簡易化が図られている。このような簡易な判定態様によっても、個体差による応答性の差違やノイズの影響による出力誤差が十分に小さく、正常な検出素子２３の出力値が常にほぼ一律となることが保証されていれば、素子割れ異常の有無の判定を的確に行うことは十分可能である。
【００７２】
図４はこうした本実施形態における異常判定処理の処理手順が示されている。なお、ここではフロント酸素センサ群１９を構成する２つの酸素センサの検出素子の素子割れ異常の有無の判定を例として説明するが、これと同様の判定はリア酸素センサ群２０についても適用されている。
【００７３】
この処理が開始されるとまず、異常判定処理を行う前提条件が成立しているか否かが判定される（Ｓ５１０）。ここでの前提条件は、第１の実施形態のものと同一の条件が設定されている。
【００７４】
ここで前提条件が成立していないと判定されたときには（Ｓ５１０でＮＯ）、この前提条件が成立するまで、以降の処理の実施を一時保留する。一方、前提条件が成立しているときには（Ｓ５１０でＹＥＳ）、次式（５）に従い、第１のフロント酸素センサ１９ａの出力値Ｖａと第２のフロント酸素センサ１９ｂの出力値Ｖｂとのセンサ出力差ΔＶが算出される（Ｓ５２０）。
【００７５】
ΔＶ＝｜Ｖａ―Ｖｂ｜  …  （５）
次に、上記算出されたセンサ出力差ΔＶが異常判定値ＤＬＴＶＮＧを越えているか否かが判定される（Ｓ５３０）。そして、センサ出力差ΔＶが異常判定値ＤＬＴＶＮＧを越えている場合には（Ｓ５３０でＹＥＳ）、第１のフロント酸素センサ１９ａ及び第２のフロント酸素センサ１９ｂのいずれかの検出素子２３に素子割れ異常が有ると判定される（Ｓ５４０）。なお、上記異常判定値ＤＬＴＶＮＧは、検出素子２３の出力特性の固体差等による誤判定を回避可能なように、実験結果等から予め求められた適切な値が設定されている。
【００７６】
一方、センサ出力差ΔＶが異常判定値ＤＬＴＶＮＧ以下である場合には（Ｓ５３０でＮＯ）、センサ出力差ΔＶが正常判定値ＤＬＴＶＯＫ未満であるか否かが判定される（Ｓ５５０）。そして、センサ出力差ΔＶが正常判定値ＤＬＴＶＯＫ未満である場合には（Ｓ５５０でＹＥＳ）、両検出素子２３の間に有意な出力差は認められず、検出素子２３は共に正常であると判定される（Ｓ５６０）。なお、上記正常判定値ＤＬＴＶＯＫは、上述した異常判定値ＩＮＴＶＮＧよりも小さな値であって、２つの検出素子２３に素子割れが無いことを確実に判定することのできる値が設定されている。
【００７７】
他方、センサ出力差ΔＶが正常判定値ＤＬＴＶＯＫ以上である場合には（Ｓ５５０でＮＯ）、前記Ｓ５１０以下の処理が再び行われる。すなわち、Ｓ５５０で否定判定されるときには、今回算出されたセンサ出力差ΔＶの値では、異常の有無を明確に判別し難いと判断され、新たにセンサ出力差ΔＶを算出し直して、再度、異常判定値ＤＬＴＶＮＧや正常判定値ＤＬＴＶＯＫとの比較判定が行われる。
【００７８】
こうした第３の実施形態における酸素センサの異常判定装置によれば、上記（１）に記載の効果に加え、更に次の効果が得られるようになる。
（４）本実施の形態では、２つの検出素子２３の出力値の大きさを直接比較することで、素子割れ異常の有無の判定を行っている。従って、短期間で、しかも非常に簡易な処理で異常判定を行うことができるようになる。
【００７９】
（第４の実施形態）
上記各実施形態では、検出素子２３の出力比較による素子割れ異常の判定を行うべく、機関排気系の略同位置に２つの酸素センサを配置するようにしているが、図５に示すような検出素子を２つ備える酸素センサ２９を用いれば、単一の酸素センサのみで同様の異常判定を行うことができるようになる。
【００８０】
図５の［ａ］は、こうした本実施形態の酸素センサ２９の斜視図を、同図［ｂ］は、同酸素センサ２９の検出部近傍の断面構造をそれぞれ示している。酸素センサ２９は、センサケース３０の上端部に装着されたカバー３０ｃ内に、排気中の酸素分圧を検出する検出素子が２つ、すなわち第１の検出素子３０ａと第２の検出素子３０ｂとが設けられている。これら第１の検出素子３０ａ及び第２の検出素子３０ｂは互いに独立した検出素子であり、個別に排気中の酸素分圧を検出することができるようになっている。また、これら第１の検出素子３０ａ及び第２の検出素子３０ｂは、板状の基板に固体電解質、電極、及びヒータ等が層状に設けられた、いわゆる積層型の検出素子としてそれぞれ構成されている。そしてこれら第１の検出素子３０ａ及び第２の検出素子３０ｂの出力は、各々個別に電子制御装置２２に入力されるようになっている。
【００８１】
こうした酸素センサ２９を、上記各実施形態のフロント酸素センサ群１９やリア酸素センサ群２０を構成する２つの酸素センサに代えて、機関排気系の排気浄化触媒１８の上流側や下流側に配設する。そして、同酸素センサ２９の第１の検出素子３０ａ及び第２の検出素子３０ｂの出力を用いることにより、上記各実施形態と同様の異常判定を行うことができる。しかも、こうした酸素センサ２９によれば、２つの検出素子、すなわち第１の検出素子３０ａ及び第２の検出素子３０ｂを極近い位置に配設することができるため、出力を比較する２つの検出素子の取付位置による排気成分の濃度差が異常判定に及ぼす影響を極力抑えることができる。更に、第１の検出素子３０ａ及び第２の検出素子３０ｂが単一のセンサケース３０内に収容されているため、上記各実施形態のように機関排気系の略同位置に２つの酸素センサを設置する場合に比して、酸素センサの取付空間を小さくすることができる。また排気通路１３内に突出して配設される酸素センサが、その排気通路１３内での排気の流れに与える影響を抑えることができるようにもなっている。
【００８２】
以上説明した酸素センサ２９を採用することで、上記各実施形態の効果に加え、更に次の効果を得ることができる。
（５）第１の検出素子３０ａ及び第２の検出素子３０ｂを極近傍に配置することができるため、排気通路１３内の排気成分濃度の分布のばらつきが異常判定精度に与える影響を好適に抑制することができる。
【００８３】
（６）機関排気系の略同位置に２つの酸素センサを設置する場合に比して、酸素センサの取付空間を低減でき、機関排気系に関連する設計の自由度を向上させることができるようになる。
【００８４】
（７）機関排気系の略同位置に２つの酸素センサを設置する場合に比して、排気通路１３内に突出して配置される酸素センサが同排気通路１３内の排気の流れに与える影響を抑えることができる。
【００８５】
（第５の実施形態）
第４の実施形態では、単一のセンサケース３０にそれぞれ独立した２つの検出素子（第１の検出素子３０ａ及び第２の検出素子３０ｂ）を収容するようにしていたが、２つの検出素子を単一の基板上に形成するようにしても良い。
【００８６】
図６はそうした単一の基板上に２つ検出素子の形成された酸素センサの検出部６０の断面構造を示している。この図６に示される検出部６０は、図５における第１の検出素子３０ａ及び第２の検出素子３０ｂの代わりに、センサケース３０のカバー３０ｃ内に収容されるようになっている。同図６に示すように、この酸素センサの検出部６０は、アルミナ等の絶縁材料からなる板状の基板６１を備えている。そして、その基板６１の同一面上に、２つの検出素子、すなわち第１の検出素子６０ａ及び第２の検出素子６０ｂを形成するようにしている。なお、以下の説明において、第１の検出素子６０ａ及び第２の検出素子６０ｂに共通する構成要素については、部材番号として同一の数字を付すとともに、第１の検出素子６０ａの構成要素にはその部材番号の末尾に「ａ」を、第２の検出素子６０ｂの構成要素にはその部材番号の末尾に「ｂ」を付して区別する。
【００８７】
詳しくは、第１の検出素子６０ａ及び第２の検出素子６０ｂは、大気室６３ａ、６３ｂ、固体電解質層６４ａ、６４ｂ、拡散抵抗層６６ａ、６６ｂ、遮蔽層６７ａ、６７ｂ、排気側電極６８ａ、６８ｂ、大気側電極６９ａ、６９ｂをそれぞれ備えて構成された積層型の検出素子となっている。
【００８８】
第１の検出素子６０ａ及び第２の検出素子６０ｂの固体電解質層６４ａ、６４ｂは、ジルコニア等の固体電解質によって構成されており、基板６１の同一面上にそれぞれ並設されている。基板６１と各固体電解質層６４ａ、６４ｂの間には、排気中の酸素濃度の検出に際して基準気体として用いられる大気が導入される大気室６３ａ、６３ｂがそれぞれ形成されている。
【００８９】
各固体電解質層６４ａ、６４ｂの大気室６３ａ、６３ｂに面した側の表面には、大気側電極６９ａ、６９ｂが形成されている。また、各固体電解質層６４ａ、６４ｂの大気室６３ａ、６３ｂに面した側の表面の裏面には、固体電解質層６４ａ、６４ｂを挟んで大気側電極６９ａ、６９ｂと対向するように排気側電極６８ａ、６８ｂが形成されている。これら大気側電極６９ａ、６９ｂ、及び排気側電極６８ａ、６８ｂはいずれも、白金等の触媒貴金属からなる多孔質材によって形成されており、リード線がそれぞれ接続されている。そしてそれらのリード線を通じて、各検出素子（第１の検出素子６０ａ及び第２の検出素子６０ｂ）の大気側電極６９ａ、６９ｂと排気側電極６８ａ、６８ｂの間に生じた起電力がセンサ外部に取り出されるようになっている。
【００９０】
各排気側電極６８ａ、６８ｂの上部には、略台形の断面形状を有する拡散抵抗層６６ａ、６６ｂが形成されている。これら拡散抵抗層６６ａ、６６ｂは、アルミナとマグネシアの混合体であるスピネルや多孔質アルミナ等によって形成され、排気中の被毒物質や熱から排気側の電極を保護するとともに、排気を保持してセンサ特性を安定化させている。
【００９１】
更に拡散抵抗層６６ａ、６６ｂの排気側上面には、緻密なアルミナ等によって形成されて、排気の通過を阻止する遮蔽層６７ａ、６７ｂが形成されている。また、基板６１内には、ヒータ線６２が埋設されており、そのヒータ線６２への通電による発熱により、第１の検出素子６０ａ及び第２の検出素子６０ｂが加熱され、その活性化が促されるようになっている。
【００９２】
このように２つの検出素子（第１の検出素子６０ａ及び第２の検出素子６０ｂ）を単一の基板６１上に形成することで、２つの検出素子を個別の基板上に形成する場合と比較して、製造コストの低減を図ることができる。また、カバー３０ｃ内での検出素子の取付空間を低減し、酸素センサの小型化を図ることが可能にもなる。
【００９３】
更に上記のように２つの検出素子を基板６１の同一面に形成することで、両検出素子に対する排気の当たり方がほぼ同じとなる。そのため、検出素子の指向性に起因する両検出素子の出力のばらつきを好適に抑制し、より的確な異常判定を行うことができるようになる。
【００９４】
（第６の実施形態）
更に図７に示されるような態様によっても、単一の基板上に２つの検出素子を形成することができる。同図７に示される酸素センサの検出部７０は、アルミナ等の絶縁体により板状に形成された基板７１の表面及び裏面に、第１の検出素子７０ａ及び第２の検出素子７０ｂがそれぞれ形成されている。この検出部７０は、図５における第１の検出素子３０ａ及び第２の検出素子３０ｂの代わりに、センサケース３０のカバー３０ｃ内に収容されるようになっている。
【００９５】
各検出素子（第１の検出素子７０ａ及び第２の検出素子７０ｂ）は、第５の実施形態のものと同様に、大気室７３ａ、７３ｂ、固体電解質層７４ａ、７４ｂ、拡散抵抗層７６ａ、７６ｂ、遮蔽層７７ａ、７７ｂ、排気側電極７８ａ、７８ｂ、大気側電極７９ａ、７９ｂをそれぞれ備えた積層型の素子となっている。ちなみに、基板７１内には、第１の検出素子７０ａ及び第２の検出素子７０ｂに挟まれるようにヒータ線７２が埋設されており、そのヒータ線７２への通電による発熱により、第１の検出素子７０ａ及び第２の検出素子７０ｂが加熱され、その活性化が促されるようになっている。
【００９６】
このように酸素センサの検出部７０を構成しても、２つの検出素子（第１の検出素子７０ａ及び第２の検出素子７０ｂ）が単一の基板７１上に形成されるため、２つの検出素子を個別の基板上に形成する場合と比較して、製造コストの低減を図ることができる。またカバー３０ｃ内での検出素子の取付空間を低減し、酸素センサの小型化を図ることが可能にもなる。
【００９７】
更に上記のように２つの検出素子を基板７１の異なる面に形成することで、両検出素子の形成に必要な基板７１の面積を低減することができる。すなわち、検出素子１つ分の表面面積しか有していない基板７１上に、２つの検出素子を形成することが可能となる。これにより、基板面積の拡大を回避して酸素センサの更なる小型化が許容されるようになる。また、こうしてヒータ線７２の埋設された基板７１の表裏面に第１の検出素子７０ａ及び第２の検出素子７０ｂを形成することで基板７１の放熱面積が低減されるため、第１の検出素子７０ａ及び第２の検出素子７０ｂをより効率的に加熱することも可能となる。
【００９８】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施の形態は以下のように変更して実施することもできる。
・前述したように、検出素子の素子割れは同検出素子の被水等に起因して発生するが、この検出素子に付着する水分は、検出素子を保護するカバーに設けられた穴から同カバーの内部に侵入して検出素子に付着することが多い。そこで、第４の実施形態では、１つのカバー３０ｃの内部に２つの検出素子を設けるようにしたが、第１の検出素子３０ａ及び第２の検出素子３０ｂに対してそれぞれ個別のカバーを設けるようにしてもよい。図８の［ａ］〜［ｃ］は、第１の検出素子３０ａ及び第２の検出素子３０ｂに個別のカバーが設けられた酸素センサの例をそれぞれ示している。図８の［ａ］に示される変形例では、横断面が略半月形状に形成されたカバー５０ｃによって、第１の検出素子３０ａ及び第２の検出素子３０ｂがそれぞれ覆われる構成となっている。また図８の［ｂ］に示される変形例では、円柱状に形成されたカバー５１ｃによって、第１の検出素子３０ａ及び第２の検出素子３０ｂがそれぞれ覆われる構成となっている。更に図８の［ｃ］に示される変形例では、角柱状に形成されたカバー５２ｃによって、第１の検出素子３０ａ及び第２の検出素子３０ｂがそれぞれ覆われる構成となっている。このように２つの検出素子（第１の検出素子３０ａ及び第２の検出素子３０ｂ）にそれぞれ個別のカバー５０ｃ、５１ｃ、５２ｃを設けるようにすると、２つの検出素子を１つのカバー３０ｃで覆う場合と比較して、２つの検出素子が同時に被水する機会を少なくすることができる。その結果、２つの検出素子に同時に素子割れが発生することを抑えることができるようになる。
【００９９】
・２つの検出素子の出力の比較として、上記第１〜第３の実施形態で説明した出力比較の他にも、例えば、２つの検出素子の出力反転時期の比較、または２つの検出素子の振幅の比較等によっても上述した異常判定を行うことができる。さらに、所定時間内における２つの検出素子の出力反転に要する時間差の積分値からも、同様に上記の異常判定を行うことができる。
【０１００】
・一般に、検出素子には出力特性の個体差があり、上記各実施形態の異常判定において出力が比較される２つの検出素子の出力特性、あるいはそれら２つの検出素子の出力特性差は、機関運転中の各検出素子の出力をモニタすることで学習することができる。そして、その学習の結果を異常判定に反映するようにすれば、素子割れ異常の有無の判定精度を更に向上させることができるようになる。そうした学習結果の反映は、例えば異常判定にかかる各判定値（異常判定値、正常判定値など）を、その学習の結果に応じて補正することで行うことができる。
【０１０１】
・酸素センサの検出素子は、経時劣化等により酸素分圧の変化に対する応答性が低下してしまうようになる。ここで、上記のような機関排気系の略同位置に配設された２つの検出素子のいずれかに、そうした経時劣化等による応答性の低下が生じた場合には、それら両検出素子の出力態様に差違が生じるようになる。よって、それら２つの検出素子の出力の比較により、検出素子の応答性の低下の有無を判定してこれを検出するようにすることもできる。例えば応答性の低下が生じた検出素子は、単位時間当たりの出力値の変化量が小さくなるため、機関排気系の略同位置に配設された２つの検出素子の出力値の変化量に有意な差が認められることを条件に応答性低下有りと判定して、検出素子の応答性低下の有無を判定することができる。
【０１０２】
・上記各実施の形態では、積層型の検出素子を備える酸素センサへの本発明の適用例を説明したが、積層型以外のタイプの検出素子を備える酸素センサについても本発明を同様に適用することができる。また、上記各実施形態での異常判定の態様、あるいはセンサ構成等は、排気中の酸素分圧に応じた信号を出力する検出素子を有する酸素センサであれば、同様に適用することができる。もちろん、上記各実施形態で説明した酸素センサのみならず、空燃比に応じたリニアな値を出力する空燃比センサにも本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した第１の実施形態について異常判定装置の全体構成を示す模式図。
【図２】同実施形態における異常判定処理のフローチャート。
【図３】第２の実施形態における異常判定処理のフローチャート。
【図４】第３の実施形態における異常判定処理のフローチャート。
【図５】第４の実施形態における酸素センサの斜視構造及び部分断面構造を併せ示す図。
【図６】第５の実施形態における酸素センサの検出部の断面構造を示す断面図。
【図７】第６の実施形態における酸素センサの検出部の断面構造を示す断面図。
【図８】第４の実施形態における酸素センサの変形例を示す断面図。
【符号の説明】
１０…内燃機関、１１…吸気通路、１２…燃焼室、１３…排気通路、１４…エアクリーナ、１５…スロットルバルブ、１６…エアフロメータ、１７…インジェクタ、１８…排気浄化触媒、１９…フロント酸素センサ群、１９ａ…第１のフロント酸素センサ、１９ｂ…第２のフロント酸素センサ、２０…リア酸素センサ群、２０ａ…第１のリア酸素センサ、２０ｂ…第２のリア酸素センサ、２１…アクセルセンサ、２２…電子制御装置、２３…検出素子、２９…酸素センサ、３０…センサケース、３０ａ…第１の検出素子、３０ｂ…第２の検出素子、３０ｃ、５０ｃ、５１ｃ、５２ｃ…カバー、６０、７０…検出部、６０ａ、７０ａ…第１の検出素子、６０ｂ、７０ｂ…第２の検出素子、６１、７１…基板、６２、７２…ヒータ線、６３ａ、６３ｂ、７３ａ、７３ｂ…大気室、６４ａ、６４ｂ、７４ａ、７４ｂ…固体電解質層、６６ａ、６６ｂ、７６ａ、７６ｂ…拡散抵抗層、６７ａ、６７ｂ、７７ａ、７７ｂ…遮蔽層、６８ａ、６８ｂ、７８ａ、７８ｂ…排気側電極、６９ａ、６９ｂ、７９ａ、７９ｂ…大気側電極。
【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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