(57)【要約】【課題】より正確に異常を検出することができる新規な空燃比センサの異常検出装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気通路に設置される空燃比センサ１０であって、大気と排気との酸素濃度差によって生ずる起電力に基づいて空燃比を検出する空燃比センサ１０と、該空燃比センサ１０を活性化する空燃比センサ活性化手段２６と、を有する空燃比センサの異常検出装置において、内燃機関の停止後においても上記空燃比センサ１０の活性を維持し（ステップ１０１）、内燃機関の停止後、第１の所定時間ｔ１経過以降における上記空燃比センサの出力Ｉ（ｔ）に基づいて該空燃比センサ１０の異常を検出することを特徴とする、空燃比センサの異常検出装置を提供する。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設置される空燃比センサであって、大気と排気との酸素濃度差によって生ずる起電力に基づいて空燃比を検出する空燃比センサと、
該空燃比センサを活性化する空燃比センサ活性化手段と、を有する空燃比センサの異常検出装置において、
内燃機関の停止後においても上記空燃比センサの活性を維持し、内燃機関の停止後、第１の所定時間経過以降における上記空燃比センサの出力に基づいて該空燃比センサの異常を検出することを特徴とする、空燃比センサの異常検出装置。
【請求項２】
上記第１の所定時間経過時における上記空燃比センサの出力の大きさが所定の大きさよりも大きい場合には、上記空燃比センサの出力異常と判定する、請求項１に記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項３】
上記第１の所定時間経過後における上記空燃比センサの出力の振幅が所定振幅よりも大きい場合には、上記空燃比センサに割れが発生していると判定する、請求項１または２に記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項４】
上記第１の所定時間経過時における上記空燃比センサの出力の表す空燃比が所定空燃比よりもリーンである場合には、上記の空燃比センサの割れ判定を実施しないようにする、請求項３に記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項５】
内燃機関の停止から上記第１の所定時間よりも長い第２の所定時間経過した時の上記空燃比センサの出力が上記第１の所定時間経過時の上記空燃比センサの出力から所定変化量よりも多くリーン側に変化している場合には、上記排気通路を構成する排気管に漏れがあると判定する、請求項１から４の何れか一項に記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項６】
上記第１の所定時間経過時における上記空燃比センサの出力の表す空燃比が所定空燃比よりもリーンである場合には、上記の排気管の漏れ判定を実施しないようにする、請求項５に記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項７】
上記第１の所定時間経過時における上記空燃比センサの出力の表す空燃比が上記所定空燃比よりもリーンである場合には、内燃機関の停止から上記第１の所定時間よりも長い第３の所定時間経過以降における上記空燃比センサの出力に基づいて該空燃比センサの異常を検出する、請求項４または６に記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項８】
内燃機関の排気通路に設置される空燃比センサであって、大気と排気との酸素濃度差によって生ずる起電力に基づいて空燃比を検出する空燃比センサと、
該空燃比センサを活性化する空燃比センサ活性化手段と、を有する空燃比センサの異常検出装置において、
内燃機関の停止後においても上記空燃比センサの活性を維持し、内燃機関の停止後、第１の所定時間経過以降における上記空燃比センサの出力の変化速度に基づいて該空燃比センサの異常を検出することを特徴とする、空燃比センサの異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空燃比センサの異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、排気系に設けられた空燃比センサからの出力信号に基づいて燃料噴射量を決定して空燃比を制御するようにした内燃機関が知られている。このような内燃機関において、空燃比センサに異常が発生すると、空燃比制御を適切に実施することが困難になり、例えばエミッションの悪化等の様々な不都合が生じる。そのため、空燃比センサの異常については、何らかの方法によって正確に検出する必要がある。
【０００３】
これに関し、例えば特許文献１には、所定の活性化温度以上である場合に空燃比がリーンの時には低出力状態となり、リッチの時には高出力状態となる空燃比センサについて、同空燃比センサが活性化温度未満であることが検出されたにも拘わらず高出力状態であることが確認された場合に空燃比センサに故障が発生したと判断する故障診断装置が記載されている。
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の装置では、異常を検出することができるのが空燃比センサの温度が上記活性化温度未満である場合に制限される上、空燃比センサの出力がリーン側（すなわち、この場合には低出力側）になってしまう異常については検出することができない等の問題がある。また、従来提案されている他の空燃比センサの異常検出装置によっても充分正確な異常検出を実施することは困難であり、新規な空燃比センサの異常検出装置に対するニーズが存在する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−４５８０号公報
【特許文献２】
特公平６−３１５８号公報
【特許文献３】
特開平１１−１５３５６９号公報
【特許文献４】
特開昭６４−６９９４３号公報
【特許文献５】
特開平５−２３１２１６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のようなニーズに鑑みてなされたもので、その目的は、より正確に異常を検出することができる新規な空燃比センサの異常検出装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された空燃比センサの異常検出装置を提供する。
【０００８】
１番目の発明は、内燃機関の排気通路に設置される空燃比センサであって、大気と排気との酸素濃度差によって生ずる起電力に基づいて空燃比を検出する空燃比センサと、該空燃比センサを活性化する空燃比センサ活性化手段と、を有する空燃比センサの異常検出装置において、内燃機関の停止後においても上記空燃比センサの活性を維持し、内燃機関の停止後、第１の所定時間経過以降における上記空燃比センサの出力に基づいて該空燃比センサの異常を検出することを特徴とする、空燃比センサの異常検出装置を提供する。
【０００９】
一般に内燃機関の排気通路内の排気ガスの空燃比は、内燃機関を停止してからしばらくすると安定する。そして、上記のような空燃比センサが設置されその活性が維持されている場合には、その後、上記空燃比センサでの反応によって上記空燃比は徐々に理論空燃比へと変化していくことになる。１番目の発明よれば、内燃機関の停止から第１の所定時間経過以降における上記空燃比センサの出力に基づいて同空燃比センサの異常を検出するので、上記第１の所定時間を適切に設定することで、安定した空燃比センサ出力を利用して空燃比センサの異常を検出することができる。これにより、例えば空燃比制御中等、空燃比が変動している時に行う異常検出と比べてより正確に空燃比センサの異常を検出することができる。また、上記空燃比センサの出力に基づいて異常原因を判定することも可能である。
【００１０】
２番目の発明では１番目の発明において、上記第１の所定時間経過時における上記空燃比センサの出力の大きさが所定の大きさよりも大きい場合には、上記空燃比センサの出力異常と判定する。
空燃比センサが正常に作動している場合には、空燃比センサの出力は所定の範囲内（例えば、−１．０  ｍＡ  から  １．０  ｍＡ等）で変動する。したがって、２番目の発明によれば、上記所定の大きさを適切に設定することで、空燃比センサの異常を検出することができる。また、同時に空燃比センサの異常原因を空燃比センサの出力異常であると特定することができる。
【００１１】
３番目の発明では１番目または２番目の発明において、上記第１の所定時間経過後における上記空燃比センサの出力の振幅が所定振幅よりも大きい場合には、上記空燃比センサに割れが発生していると判定する。
上記空燃比センサに割れが発生すると、空燃比センサの出力が変動してその振幅が比較的大きくなることがわかっている。したがって、３番目の発明によれば、上記所定振幅を適切に設定することで、空燃比センサの異常を検出すると共にその異常原因が空燃比センサの割れであると特定することができる。
【００１２】
４番目の発明では３番目の発明において、上記第１の所定時間経過時における上記空燃比センサの出力の表す空燃比が所定空燃比よりもリーンである場合には、上記の空燃比センサの割れ判定を実施しないようにする。
上記排気ガスの空燃比のリーンの度合が高い場合には、空燃比センサの割れによる検出空燃比（空燃比センサ出力）への影響が小さくなるため、上記の空燃比センサの割れ判定の精度が低下する恐れがある。４番目の発明によれば、上記第１の所定時間経過時における上記空燃比センサの出力の表す空燃比が所定空燃比よりもリーンである場合には、上記の空燃比センサの割れ判定を実施しないようにするので、上記所定空燃比を適切に設定することで、上記の空燃比センサの割れに関する誤判定を未然に防止することができる。
【００１３】
５番目の発明では１番目から４番目の何れかの発明において、内燃機関の停止から上記第１の所定時間よりも長い第２の所定時間経過した時の上記空燃比センサの出力が上記第１の所定時間経過時の上記空燃比センサの出力から所定変化量よりも多くリーン側に変化している場合には、上記排気通路を構成する排気管に漏れがあると判定する。
【００１４】
上記排気通路を構成する排気管に漏れがあると、排気通路へ空気が侵入するため空燃比センサの出力がリーン側に変化することになる。したがって、５番目の発明によれば、上記所定変化量を適切に設定することで、空燃比センサの異常を検出すると共にその異常原因が排気管の漏れであると特定することができる。
【００１５】
６番目の発明では５番目の発明において、上記第１の所定時間経過時における上記空燃比センサの出力の表す空燃比が所定空燃比よりもリーンである場合には、上記の排気管の漏れ判定を実施しないようにする。
上記排気ガスの空燃比のリーンの度合が高い場合には、排気管の漏れによる検出空燃比（空燃比センサ出力）への影響が小さくなるため、上記の排気管の漏れ判定の精度が低下する恐れがある。６番目の発明によれば、上記第１の所定時間経過時における上記空燃比センサの出力の表す空燃比が所定空燃比よりもリーンである場合には、上記の排気管の漏れ判定を実施しないようにするので、上記所定空燃比を適切に設定することで、上記の排気管の漏れに関する誤判定を未然に防止することができる。
【００１６】
７番目の発明では４番目または６番目の発明において、上記第１の所定時間経過時における上記空燃比センサの出力の表す空燃比が上記所定空燃比よりもリーンである場合には、内燃機関の停止から上記第１の所定時間よりも長い第３の所定時間経過以降における上記空燃比センサの出力に基づいて該空燃比センサの異常を検出する。
【００１７】
上述したように上記排気ガスの空燃比のリーンの度合が高い場合には、上記の空燃比センサの割れ判定や排気管の漏れ判定等の異常判定の精度が低下する恐れがある。このため、より正確に空燃比センサの異常を検出するためには、上記排気ガスの空燃比のリーンの度合がある程度低い状態で異常検出するようにすることが望ましい。また、上記空燃比センサが正常に作動していれば、上述したように内燃機関の停止後、上記排気ガスの空燃比は上記空燃比センサでの反応によって徐々に理論空燃比へと変化していくはずである。このようなことから、７番目の発明のようにして、排気ガスの空燃比のリーンの度合がある程度低い状態になってから異常検出することによって、もしくは、比較的長い時間をかけて空燃比センサでの反応によって排気ガス空燃比を変化させ、その変化量に基づいて空燃比センサの異常を検出することによって、より正確に空燃比センサの異常を検出することが可能となる。
【００１８】
８番目の発明は、内燃機関の排気通路に設置される空燃比センサであって、大気と排気との酸素濃度差によって生ずる起電力に基づいて空燃比を検出する空燃比センサと、該空燃比センサを活性化する空燃比センサ活性化手段と、を有する空燃比センサの異常検出装置において、内燃機関の停止後においても上記空燃比センサの活性を維持し、内燃機関の停止後、第１の所定時間経過以降における上記空燃比センサの出力の変化速度に基づいて該空燃比センサの異常を検出することを特徴とする、空燃比センサの異常検出装置を提供する。
【００１９】
先にも述べたように、上記のような空燃比センサが設置されその活性が内燃機関の停止後も維持される場合には、内燃機関の排気通路内の排気ガスの空燃比は、内燃機関を停止してからしばらくすると安定し、その後、上記空燃比センサでの反応によって徐々に理論空燃比へと変化していくことになる。この空燃比の変化は上記空燃比センサでの反応によって生じるため、空燃比センサに異常が生じていれば空燃比センサの出力の変化速度に影響が現れる。例えば、空燃比センサの劣化によって反応速度が低下している場合には空燃比センサの出力の変化速度が小さくなる。更に、排気管の漏れの程度等も空燃比センサの出力の変化速度に影響を与える。したがって、８番目の発明によっても空燃比センサの異常を正確に検出することができ、また、空燃比センサの劣化の程度や排気管の漏れの程度等を推定することもできる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、同一または類似の構成要素には共通の参照番号を付す。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態の空燃比センサの異常検出装置を適用した内燃機関の全体構成を示す説明図である。図１において、２は機関（エンジン）本体、４は吸気通路を構成する吸気管、６は排気通路を構成する排気管をそれぞれ示す。図１に示されているように、排気管６によって構成される排気通路には、排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置１２が設けられている。そして、同排気ガス浄化装置１２の上流には排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ１０が設けられている。この空燃比センサ１０については、後により詳細に説明する。なお、この例では空燃比センサ１０が排気ガス浄化装置１２の上流に設けられているが、本発明はこれに限定されるものではなく、空燃比センサ１０が排気ガス浄化装置１２の下流に設けられていてもよい。
【００２２】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）８は、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなり、内燃機関の制御のために設けられている各種センサや作動装置と信号をやり取りして内燃機関を制御するようになっている。特に、本実施形態においては、上記空燃比センサ１０がＥＣＵ８に接続されており、空燃比センサ１０からの出力信号（すなわち、検出される空燃比）に基づいて燃料噴射量等を決定し、空燃比を制御するようになっている。
【００２３】
次に図２を参照して、空燃比センサ１０についてより詳細に説明する。図２は、空燃比センサ１０の構成を断面で示した説明図である。図２に示されているように、本空燃比センサ１０は、焼結体（例えばジルコニア等の焼結体）１４と、その両側に溶射により付着された電極（例えば白金電極）１６ａ、１６ｂと、拡散抵抗層１８と、支持体２２と、同支持体２２内に設けられたヒータ２６とを有して構成されている。ヒータ２６は、空燃比の検出が可能となる所定の活性化温度以上に空燃比センサ１０を昇温するためのものであり、空燃比センサ活性化手段を構成する。
【００２４】
また、図２に示されているように、上記支持体２２と焼結体１４とによって内部空間２４が画成されており、この内部空間２４は大気と連通するようにされている。そしてこれによって、焼結体１４に付着された電極のうちの一方１６ａが大気と接触するようにされている（以下、電極１６ａを大気側電極１６ａと言う）。一方、周囲にある排気ガスはもう一方の電極１６ｂを覆うように配設されている拡散抵抗層１８を通過して電極１６ｂまで達することが可能である。すなわち、電極１６ｂは排気ガスと接触するようにされている（以下、電極１６ｂを排気側電極１６ｂと言う）。そして、本空燃比センサ１０においては、電源２７を有する回路２８が構成され、両電極１６ａ、１６ｂに大気側電極１６ａがプラス電極となり、排気側電極１６ｂがマイナス電極となるように電圧が印加されている。
【００２５】
以上のような構成の空燃比センサ１０においては、以下で述べるような原理により、大気と排気との酸素濃度差によって生じる起電力、より詳細には上記回路２８を流れる電流（出力電流）に基づいて排気ガスの空燃比を検出することができる。
【００２６】
すなわち、排気ガスの空燃比がリーンである場合には、排気ガス中の余剰酸素（Ｏ２）が排気側電極１６ｂ上で電子を受け取ってイオン化し、上記焼結体１４中を大気側電極１６ａへと移動していく。そして大気側電極１６ａに到達すると、そこで電子が脱離されて酸素に戻るので、内部空間２４へ酸素が放出される。つまり、排気ガスの空燃比がリーンである場合には、排気側から大気側（内部空間２４）へと酸素が吸い出されることになる（図２）。そしてこれに伴って、上述したような電子の移動が生じ、その結果、図２に示した向きの出力電流Ｉが発生する。そしてこの向きの出力電流Ｉの大きさは、排気ガスの空燃比のリーンの度合が高い程大きくなる。
【００２７】
一方、排気ガスの空燃比がリッチである場合には、逆に大気側（内部空間２４）の酸素が排気側へ吸い込まれて、余剰となっている炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応することになる（図３）。この際、電子の移動は上述した排気ガスの空燃比がリーンである場合（図２）とは逆になるので、発生する出力電流Ｉの向きは図２の場合とは逆になる。そしてこの向きの出力電流Ｉの大きさは、排気ガスの空燃比のリッチの度合が高い程大きくなる。
【００２８】
以上のように、上記出力電流Ｉの値は排気ガスの空燃比に応じて変化するので、予め出力電流Ｉの値と排気ガス空燃比との関係を求めておけば、出力電流Ｉの値を求めることで排気ガスの空燃比を求めることができる。また、上述の説明から、空燃比センサ１０が正常に作動している場合には、内燃機関停止時の排気ガスの空燃比がリッチであるかリーンであるかに拘わらず、その空燃比は空燃比センサ１０での反応によって徐々に理論空燃比へと変化していくことがわかる。そして、その空燃比が理論空燃比となった場合には出力電流Ｉがゼロになると考えられる。
【００２９】
なお、以下の説明では、排気ガスの空燃比がリーンである場合に生じる出力電流Ｉの向きをプラス、排気ガスの空燃比がリッチである場合に生じる出力電流Ｉの向きをマイナスとする。すなわち、図４は横軸が印加電圧Ｖ、縦軸が出力電流Ｉで示された空燃比センサ１０の特性を示す図であるが、この図のように排気ガス空燃比（Ａ／Ｆ）が大きい程、出力電流Ｉの値が大きくなることになる。また、この図から、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）がほぼ理論空燃比の場合に、出力電流Ｉの値がほぼゼロになることが確認できる。
【００３０】
ところで、図１に示した内燃機関では、上述したようにＥＣＵ８によって空燃比センサ１０からの出力信号（出力電流）に基づいた空燃比制御が実施されている。したがって、空燃比センサ１０に異常が発生すると、空燃比制御を適切に実施することが困難になり、例えばエミッションの悪化等の様々な不都合が生じる。そこで、図１に示した内燃機関では、以下で述べるような制御を行うことで空燃比センサ１０の異常について正確に検出することができるようになっている。
【００３１】
図５及び図６は、図１に示した内燃機関において空燃比センサ１０等の異常について検出するために実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。また、図７及び図８はこの異常検出制御について説明するための図であって、内燃機関停止後における空燃比センサ１０の出力電流Ｉの経時変化等について示した図である。
【００３２】
図５（及び図６）に示された制御ルーチンは、内燃機関が停止すること（すなわち、例えばイグニッションスイッチがＯＦＦにされること、またはクランクシャフトの回転が停止すること等）によりスタートされる。本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ１０１においてヒータ２６への通電制御が実施される。この通電制御は内燃機関の停止後においても空燃比センサ１０の温度を所定の活性化温度以上に維持し、空燃比センサ１０の活性を維持するために行うものである。普通、内燃機関停止前にはヒータ２６は通電されているので、ここでは通常、ヒータ２６に通電を継続する制御が実施されるが、内燃機関停止前にヒータ２６が通電されていなかった場合には、通電を開始する制御が実施される。
【００３３】
ステップ１０１に続いてステップ１０３においては、空燃比センサ１０が活性化しているか否かについての判定が行われる。ここでは、例えば空燃比センサ１０の温度が所定の活性化温度以上であれば活性化していると判定し、所定の活性化温度未満であれば活性化していないと判定する。ステップ１０３において空燃比センサ１０が活性化していると判定された場合にはステップ１０５に進む。ステップ１０３において空燃比センサ１０が未だ活性化していないと判定された場合には、ステップ１０３における判定が繰り返され、空燃比センサ１０が活性化していると判定された時点（例えば、空燃比センサ１０の温度が所定の活性化温度以上になった時点）でステップ１０５へ進む。
【００３４】
ステップ１０５に進むと空燃比センサ１０の出力電流Ｉ（ｔ）のモニタが開始される（ここで、ｔは内燃機関停止後の経過時間を表す）。そして続くステップ１０７では、内燃機関停止後の経過時間ｔが第１の所定時間ｔ１に達したか否かが判定され、経過時間ｔが第１の所定時間ｔ１に達した時点でステップ１０９へ進むようにされる。
【００３５】
ここで、上記第１の所定時間ｔ１は、内燃機関停止後に排気通路内の排気ガスの空燃比が安定するまでの待ち時間であり、ステップ１０９以降で実施される異常検出が正確に実施されるようにするための待ち時間である。すなわち、内燃機関の排気通路内の排気ガスの空燃比は、内燃機関を停止してからしばらくすると安定することがわかっている。また、空燃比センサ１０の出力電流から異常を検出することを考えた場合、排気通路内の排気ガスの空燃比が安定している状態で異常検出を行った方が正確に異常を検出することができる。このようなことから、機関停止後、適切に設定された上記第１の所定時間ｔ１経過後にステップ１０９以降の異常検出を行うようにすることで、より正確な異常検出を実施することが可能になるのである。なお、上記第１の所定時間ｔ１は上述したような趣旨に基づいて事前に実験等によって求められる。
【００３６】
続くステップ１０９においては、機関停止後の経過時間がｔ１である時の出力電流Ｉ（ｔ１）が求められ、その値が所定値Ｋｄ以下であるか否かが判定される。ここで所定値Ｋｄは、センサ出力の異常を判定するための基準値である。すなわち、空燃比センサ１０が正常に作動している場合には、空燃比センサ１０の出力電流Ｉは所定の範囲内で変動する。したがって、この範囲を求め、それに応じた基準値を予め決定しておけば、それに基づいてセンサ出力の異常を検出することができる。上記所定値Ｋｄはセンサ出力が異常であると判定する高電流側（プラス側）の基準値であり、本実施形態では、空燃比センサ１０で大気を測定した時の出力電流Ｉに相当する値Ｋｘよりも僅かに大きな値とされている。なお、上記所定値Ｋｄと共にセンサ出力が異常であると判定する低電流側（マイナス側）の基準値Ｋｄ´も設けて、低電流側（マイナス側）のセンサ出力異常も検出するようにしてもよい。また、ステップ１０９において第１の所定時間ｔ１経過時の出力電流Ｉ（ｔ１）の大きさと、大きさで定義した基準値｜Ｋｄ｜とを比較するようにすれば、高電流側（プラス側）と低電流側（マイナス側）の両方におけるセンサ出力異常を検出することが可能となる。
【００３７】
ステップ１０９において、上記出力電流Ｉ（ｔ１）が上記所定値Ｋｄ以下であると判定された場合にはステップ１１１に進む。一方、上記出力電流Ｉ（ｔ１）が上記所定値Ｋｄより大きいと判定された場合にはステップ１１０に進み、異常判定（すなわち、センサ出力異常判定）がなされる。そしてこの場合、ステップ１１０に続いてステップ１２２へ進み、ヒータ２６への通電が停止されて本制御ルーチンが終了する。このステップ１１０へ進む場合（センサ出力異常の場合）の出力電流Ｉの経時変化は、例えば、図７の曲線Ａで示される。
【００３８】
ステップ１１１においては、機関停止後の経過時間がｔ１である時の出力電流Ｉ（ｔ１）が所定値Ｋａ以下であるか否かが判定される。ここで所定値Ｋａは、ステップ１１３以降で行われる異常判定（すなわち、排気管漏れ判定及びセンサ割れ判定）の実施可否を判定するための基準値である。すなわち、後述の排気管漏れ判定及びセンサ割れ判定においては、排気管６の漏れもしくはセンサ１０の割れの出力電流Ｉ（すなわち、検出される空燃比）に対する影響を検出して判定を行うが、このような漏れもしくは割れによる影響は排気ガス空燃比のリーンの度合が高い場合には小さくなってしまう。したがって、誤判定を防ぐためには、排気ガス空燃比のリーンの度合が高い場合（すなわち、基準とする所定空燃比よりもリーンの場合）には、排気管漏れ判定やセンサ割れ判定は実施しないようにすることが好ましい。ステップ１１０における判定は、このような趣旨で行われるものであり、上記所定値Ｋａはそのための基準として予め決定された所定空燃比に対応する出力電流Ｉの値である。
【００３９】
したがって、ステップ１１０において、上記出力電流Ｉ（ｔ１）が上記所定値Ｋａ以下であると判定された場合には、排気管漏れ判定やセンサ割れ判定が実施可能であるとしてステップ１１３に進む。一方、上記出力電流Ｉ（ｔ１）が上記所定値Ｋａより大きいと判定された場合には、その空燃比からは排気管漏れ判定やセンサ割れ判定を実施すべきではないとして図６のステップ１２３へと進み、別の異常判定プロセス（後述）が実施される。なお、このステップ１２３へ進む場合の出力電流Ｉの経時変化は、例えば、図７の曲線Ｂで示される。
【００４０】
ステップ１１３では、内燃機関停止後の経過時間ｔが第２の所定時間ｔ２に達したか否かが判定され、経過時間ｔが第２の所定時間ｔ２に達した時点でステップ１１５へ進むようにされる。ここで、上記第２の所定時間ｔ２は当然のことながら上記第１の所定時間ｔ１よりも長い時間である。そして続くステップ１１５においては、機関停止から第２の所定時間ｔ２経過した時の出力電流Ｉ（ｔ２）と機関停止から第１の所定時間ｔ１経過した時の出力電流Ｉ（ｔ１）との差（Ｉ（ｔ２）−Ｉ（ｔ１））が求められ、その値が所定変化量Ｋｂ以下であるか否かが判定される。
【００４１】
このステップ１１５における判定は、排気通路を構成する排気管６に漏れがあるか否かを判定するものである。すなわち、上述したように空燃比センサ１０が正常に作動している場合には、排気通路内の排気ガスの空燃比は空燃比センサ１０での反応によって徐々に理論空燃比へと変化していく。しかし、排気管６に割れがある等して漏れがあると、大気中の空気が排気管６内に侵入するため上記排気ガスの空燃比はリーン側へ変化することになる。したがって、予め基準となる空燃比変化量を適切に設定し、それに対応する出力電流Ｉの変化量Ｋｂを求めておけば、上記出力電流Ｉ（ｔ２）が上記出力電流Ｉ（ｔ１）から所定変化量Ｋｂよりも多くリーン側に変化している場合には、排気管６に漏れがあると判定することができる。
【００４２】
なお、第１の所定時間経過時の排気ガスの空燃比がリッチであった場合には、空燃比センサ１０での反応によっても排気ガス空燃比はリーン側へ変化するので、上記所定変化量Ｋｂを決定する際にはこの点を考慮する必要がある。すなわち、例えば、第１の所定時間経過時の排気ガスの空燃比がリッチである場合とリーンである場合とで、異なる所定変化量Ｋｂ１、Ｋｂ２を設定するようにしてもよい。
【００４３】
ステップ１１５において上記出力電流Ｉ（ｔ２）と上記出力電流Ｉ（ｔ１）との差が所定変化量Ｋｂより大きいと判定された場合には、ステップ１１６に進み、異常判定（すなわち、排気管漏れ判定）がなされる。そしてこの場合、ステップ１１６に続いてステップ１２２へ進み、ヒータ２６への通電が停止されて本制御ルーチンが終了する。このステップ１１６へ進む場合（排気管漏れの場合）の出力電流Ｉの経時変化は、例えば、図７の曲線Ｃで示される。一方、ステップ１１５において上記出力電流Ｉ（ｔ２）と上記出力電流Ｉ（ｔ１）との差が所定変化量Ｋｂ以下であると判定された場合には、排気管漏れはないとしてステップ１１７へ進む。
【００４４】
ステップ１１７においては、上記所定時間ｔ１からｔ２までの間の出力電流Ｉの上昇部分積算値Ｌ（ｔ１〜ｔ２）と下降部分積算値Ｒ（ｔ１〜ｔ２）が求められる。この上昇部分積算値Ｌ（ｔ１〜ｔ２）とは、上記所定時間ｔ１からｔ２までの間における出力電流Ｉの経時変化のうち上昇した部分の変化量を積算したものである。したがって、Ｌ（ｔ１〜ｔ２）はゼロ以上の値となる。一方、下降部分積算値Ｒ（ｔ１〜ｔ２）とは、上記所定時間ｔ１からｔ２までの間における出力電流Ｉの経時変化のうち下降した部分の変化量を積算したものであり、ゼロ以下の値となる。
【００４５】
そして続くステップ１１９においては、ステップ１１７で求めた積算値Ｌ（ｔ１〜ｔ２）、積算値Ｒ（ｔ１〜ｔ２）がそれぞれに対応する所定値Ｋｃ、Ｋｅと比較される。より詳細には、Ｌ（ｔ１〜ｔ２）≦Ｋｃ、且つＲ（ｔ１〜ｔ２）≧Ｋｅであるか否かが判定される。そして、このステップ１１９における判定は、空燃比センサ１０に割れがあるか否かを判定するものである。
【００４６】
すなわち、空燃比センサ１０に割れがあると出力電流Ｉが比較的大きく脈動することがわかっている。また、出力電流Ｉの脈動の程度、すなわち振幅の大きさが大きくなる程、上記積算値Ｌ（ｔ１〜ｔ２）はその値が大きくなり、上記積算値Ｒ（ｔ１〜ｔ２）はその値が小さくなる。つまり、上記積算値Ｌ（ｔ１〜ｔ２）、積算値Ｒ（ｔ１〜ｔ２）は出力電流Ｉの脈動の程度、すなわち振幅の大きさを表していると言える。このようなことから、基準となる上記所定値Ｋｃ、Ｋｅを適切に設定しておけば、上述したステップ１１９での判定を行うことによって空燃比センサ１０の割れを判定することができる。
【００４７】
なお、以上の説明から明らかなように、上記所定値Ｋｃは正の値であり、上記所定値Ｋｅは負の値であって、これらについては上記趣旨に沿って実験等によって事前に設定しておく。また、空燃比センサ１０に割れがあると出力電流Ｉが脈動することについては、排気ガスの空燃比がリーンである場合を例にとると、空燃比センサ１０による排気側から大気側（内部空間２４）への酸素の吸い出し作用と空燃比センサ１０の割れ２９からの酸素の漏れ出しとの関係によって生ずるものと考えられる（図９）。
【００４８】
ステップ１１９において、Ｌ（ｔ１〜ｔ２）≦Ｋｃ、且つＲ（ｔ１〜ｔ２）≧Ｋｅではないと判定された場合には、ステップ１２０に進み、異常判定（すなわち、センサ割れ判定）がなされる。そしてこの場合、ステップ１２０に続いてステップ１２２へ進み、ヒータ２６への通電が停止されて本制御ルーチンが終了する。このステップ１２０へ進む場合（センサ割れの場合）の出力電流Ｉの経時変化は、例えば、図７の曲線Ｄで示される。そしてこの場合の上記積算値Ｌ（ｔ１〜ｔ２）及びＲ（ｔ１〜ｔ２）と上記所定値Ｋｃ及びＫｅとの関係が図７の下段の図に示されている。
【００４９】
一方、ステップ１１９において、Ｌ（ｔ１〜ｔ２）≦Ｋｃ、且つＲ（ｔ１〜ｔ２）≧Ｋｅであると判定された場合には、ステップ１２１に進み、正常判定がなされる。そしてこの場合も、次いでステップ１２２へ進み、ヒータ２６への通電が停止されて制御ルーチンが終了する。このステップ１２１へ進む場合（正常判定の場合）の出力電流Ｉの経時変化は、例えば、図７の曲線Ｅで示される。
【００５０】
次にステップ１１１において、上記出力電流Ｉ（ｔ１）が上記所定値Ｋａより大きいと判定された場合について説明する。上述したようにこの場合には、その空燃比からは排気管漏れ判定やセンサ割れ判定を実施すべきではないとして図６のステップ１２３へと進み、別の異常判定プロセスが実施される。
【００５１】
まずステップ１２３では、内燃機関停止後の経過時間ｔが第３の所定時間ｔ３に達したか否かが判定され、経過時間ｔが第３の所定時間ｔ３に達した時点でステップ１２５へ進むようにされる。ここで、上記第３の所定時間ｔ３は上記第１の所定時間ｔ１よりも相当に長い時間であり、例えば２、３時間程度であり得る。
そして続くステップ１２５においては、機関停止から第１の所定時間ｔ１経過した時の出力電流Ｉ（ｔ１）と機関停止から第３の所定時間ｔ３経過した時の出力電流Ｉ（ｔ３）との差（Ｉ（ｔ１）−Ｉ（ｔ３））が求められ、その値が所定変化量Ｋｆ以上であるか否かが判定される。
【００５２】
このステップ１２５における判定は、排気管６の漏れや空燃比センサ１０の割れを含めた異常の有無を判定するものである。すなわち、上述したように空燃比センサ１０が正常に作動している場合には、排気通路内の排気ガスの空燃比は空燃比センサ１０での反応によって徐々に理論空燃比へと変化していく。しかし、排気管６の割れ等の異常があると、上記排気ガスの空燃比の理論空燃比へ向かう変化速度は鈍ることになる。したがって、予め基準となる空燃比変化量を適切に設定し、それに対応する出力電流Ｉの変化量Ｋｆを求めておけば、上記第１の所定時間ｔ１経過時の出力電流Ｉ（ｔ１）と上記第３の所定時間ｔ３経過時の出力電流Ｉ（ｔ３）との差を上記所定変化量Ｋｆと比較することで異常の有無を判定することができる。
【００５３】
ステップ１２５において上記出力電流Ｉ（ｔ１）と上記出力電流Ｉ（ｔ３）との差が所定変化量Ｋｆより小さいと判定された場合には、ステップ１２６に進み、異常判定がなされる（この場合には、排気管漏れかセンサ割れかの判定まではなされない）。そしてこの場合、ステップ１２６に続いてステップ１２２へ進み、ヒータ２６への通電が停止されて本制御ルーチンが終了する。このステップ１２６へ進む場合（異常判定の場合）の出力電流Ｉの経時変化は、例えば、図８の曲線Ｂ１で示される。一方、ステップ１２５において上記出力電流Ｉ（ｔ１）と上記出力電流Ｉ（ｔ３）との差が所定変化量Ｋｆより大きいと判定された場合には、ステップ１２７に進み、正常判定がなされる。そしてこの場合も、次いでステップ１２２へ進み、ヒータ２６への通電が停止されて制御ルーチンが終了する。このステップ１２７へ進む場合（正常判定の場合）の出力電流Ｉの経時変化は、例えば、図８の曲線Ｂ２で示される。
【００５４】
以上、説明したように、上述した実施形態の空燃比センサの異常検出装置によれば、空燃比センサ１０の異常をより正確に検出することができる。また、その異常原因の判定も行うことができる。
なお、上述の制御ルーチンにおいてステップ１１５で実施される排気管漏れ判定は、上述した方法の代わりに、例えば上述の上昇部分積算値Ｌ（ｔ１〜ｔ２）を求め、その値を予め設定した基準値と比較することによって行うようにしてもよい。また、ステップ１１７及びステップ１１９で実施されるセンサ割れ判定に関しても、これらのステップで実際に行われているのは、出力電流Ｉの脈動の程度、すなわち振幅の大きさを判定することであるので、他の方法で出力電流Ｉの脈動の程度、すなわち振幅の大きさを判定してもセンサ割れ判定を実施することが可能であり、そのような他の方法を用いてセンサ割れ判定を実施するようにしてもよい。
【００５５】
また、上述の制御ルーチンの図６に示した制御ルーチン部分による異常判定プロセスにおいては、上述したように発生した異常の原因が排気管漏れかセンサ割れかの判定まではなされないが、別の実施形態においては、図６に示した制御ルーチン部分を図１０に示したものに置き換えて、更に異常原因の判定を試みるようにしてもよい。
【００５６】
この図１０に示された制御ルーチン部分による異常判定プロセスは、基本的には上記第３の所定時間ｔ３経過後に上述したステップ１１１からステップ１２１までの制御を実施しようとするものであり、これによって上述したステップ１１１からステップ１２１と同様の異常原因判定を行おうとするものである。より詳細には、図５におけるステップ１１１からステップ１２１の各ステップが図１０におけるステップ２１１からステップ２２１の各ステップに対応している。各ステップでの制御の趣旨及び内容は先のステップ１１１からステップ１２１の説明から明らかであると思われるので、ここでは詳細な説明は省略する。なお、図１０に示された制御ルーチン部分におけるｔ４は、第４の所定時間であって上記第３の所定時間ｔ３よりも長い内燃機関停止後の経過時間である。また、図１０から明らかなように、この異常判定プロセスにおいても、異常原因を判定せずに制御が終了する場合がある。すなわち、ステップ２１１において第３の所定時間ｔ３経過時においても排気ガスの空燃比のリーンの度合が依然として高く、出力電流Ｉ（ｔ３）が所定値Ｋａより大きいと判定された場合には、ステップ２２３に進み、異常判定のみがなされる。
【００５７】
ところで、上述の実施形態においては、主として、内燃機関の停止後、第１の所定時間ｔ１経過以降における上記空燃比センサ１０の出力に基づいて空燃比センサ１０の異常を検出したが、同様に、上記空燃比センサ１０の出力の変化速度に基づいても空燃比センサ１０の異常を検出することが可能である。すなわち、先にも述べたように、上記空燃比センサ１０が設置されその活性が内燃機関の停止後も維持される場合には、内燃機関の排気通路内の排気ガスの空燃比は、内燃機関を停止してからしばらくすると安定し、その後、上記空燃比センサ１０での反応によって徐々に理論空燃比へと変化していくことになる。この空燃比の変化は上記空燃比センサ１０での反応によって生じるため、上記空燃比センサ１０に異常が生じていれば空燃比センサ１０の出力（すなわち、出力電流Ｉ）の変化速度に影響が現れる。例えば、空燃比センサ１０の劣化によって反応速度が低下している場合には空燃比センサ１０の出力の変化速度が小さくなる。更に、排気管６の漏れの程度等も空燃比センサ１０の出力の変化速度に影響を与える。
【００５８】
このようなことから、空燃比センサ１０の出力の変化速度を検出すれば、それに基づいて空燃比センサ１０の異常を正確に検出することができ、また、空燃比センサ１０の劣化の程度や排気管６の漏れの程度等を推定することもできる。なお、空燃比センサ１０の出力の変化速度の検出は、空燃比センサ１０の出力電流Ｉをモニタすることにより実施可能である。
【００５９】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、より正確に異常を検出することができる新規な空燃比センサの異常検出装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の空燃比センサの異常検出装置を適用した内燃機関の全体構成を示す説明図である。
【図２】図２は、空燃比センサの構成を断面で示した説明図であり、排気ガスの空燃比がリーンである場合を示している。
【図３】図３は、図２と同様の図であって排気ガスの空燃比がリッチである場合を示している。
【図４】図４は空燃比センサの特性を示す図である。
【図５】図５は、図１に示した内燃機関において空燃比センサの異常について検出するために実施される制御の制御ルーチン（一部）を示すフローチャートである。
【図６】図６は、図１に示した内燃機関において空燃比センサの異常について検出するために実施される制御の制御ルーチン（一部）を示すフローチャートである。
【図７】図７は、主に図５に示された制御ルーチン部分による異常検出制御について説明するための図であって、内燃機関停止後における空燃比センサの出力電流の経時変化等について示した図である。
【図８】図８は、主に図６に示された制御ルーチン部分による異常検出制御について説明するための図であって、内燃機関停止後、第１の所定時間ｔ１経過以降における空燃比センサの出力電流の経時変化について示した図である。
【図９】図９は、図２と同様の図であって空燃比センサに割れが発生している場合を示している。
【図１０】図１０は、図６に示された制御ルーチン部分と置換し得る、他の制御ルーチン部分である。
【符号の説明】
２…機関（エンジン）本体
４…吸気管
６…排気管
８…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１０…空燃比センサ
１２…排気ガス浄化装置
２６…ヒータ
【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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【図１０】
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