(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関の排気中に含まれる含酸素ガスを検出する限界電流式ガスセンサの異常診断システムを提供する。【解決手段】ガスセンサにおいて、水（Ｈ２Ｏ）の分解電流値を検出しＳ５３０、当該排気中に含まれる水の濃度に対応する水の基準分解電流値Ｓ５３５からの偏差Ｓ５４０，Ｓ５５０に基づき、当該限界電流式ガスセンサの出力特性の異常の有無を診断するＳ５４５，Ｓ５５５。これにより、出力特性の顕著な異常のみならず、微小な異常をも正確且つ容易に診断することができる。尚、水の基準分解電流値は、別個の湿度センサによって検出される水の濃度又は当該限界電流式ガスセンサによって検出される酸素の分解電流値に基づいて取得され得る。後者の場合、取得された水の基準分解電流値をフューエルカット時に検出される酸素の分解電流値に基づいて補正してもよい。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物イオン伝導性を有する固体電解質体と同固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第１電極及び第２電極とを含む第１電気化学セルと、緻密体と、拡散抵抗部と、を備え、前記固体電解質体と前記緻密体と前記拡散抵抗部とにより画定される内部空間に前記拡散抵抗部を介して被検ガスとしての内燃機関の排気が導入され、前記第１電極が前記内部空間に露呈し且つ前記第２電極が前記内部空間とは異なる空間である第１別空間に露呈するように構成された素子部と、
通電されたときに発熱して前記素子部を加熱するヒータと、
前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧である第１印加電圧を変化させる電圧制御部と、
前記ヒータへの通電量を制御することにより前記素子部の温度を変化させる温度調整部と、
前記電圧制御部を用いて前記第１印加電圧を制御し、前記温度調整部を用いて前記素子部の温度を制御し、前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流の値である第１電極電流値を取得する測定制御部と、
を備え、
前記第１電極は、前記素子部の温度が前記固体電解質体の酸化物イオン伝導性が発現する温度である活性化温度以上の第１所定温度となっており且つ前記第１印加電圧が所定の第１電圧帯に含まれる第１所定電圧となっている第１状態において前記被検ガス中に含まれる水（Ｈ２Ｏ）を分解することが可能であり、且つ、前記素子部の温度が前記第１所定温度となっており且つ前記第１印加電圧が所定の第２電圧帯に含まれる第２所定電圧となっている第２状態において前記被検ガス中に含まれる分子構造中に酸素原子を含む成分である被検成分を分解することが可能であるように構成され、
前記測定制御部は、前記第２状態において取得される前記第１電極電流値を前記被検ガス中に含まれる前記被検成分の濃度に関連を有する値である被検成分濃度関連値として取得するように構成された、
ガスセンサが異常であるか否かを診断する、
ガスセンサの異常診断システムにおいて、
前記測定制御部は、
前記被検ガス中に含まれる水の濃度に対応する値である水分関連値と、正常な前記ガスセンサの前記第１電気化学セルが前記第１状態にあるときに前記被検ガス中に含まれる水の分解に起因して前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流の値である基準水分解電流値との対応関係である第１対応関係を予め記憶しており、
前記内燃機関に燃料が供給されているときに、
現時点における前記水分関連値を取得し、
前記第１対応関係に基づいて、前記取得された水分関連値に対応する基準水分解電流値を特定し、
前記第１状態において取得される前記第１電極電流値に基づいて、前記被検ガス中に含まれる水の分解に起因して前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流の値である水分解電流値を取得し、
前記水分解電流値から前記特定された基準水分解電流値を減じた値の前記特定された基準水分解電流値に対する比である水分検出偏差が所定の第１上限値よりも大きい場合、又は、前記水分検出偏差が所定の第１下限値よりも小さい場合、前記ガスセンサが異常であると判定するように構成された、
ガスセンサの異常診断システム。
【請求項２】
請求項１に記載の異常診断システムにおいて、
前記第１電極は、前記第１印加電圧が前記第１電圧帯よりも低い前記第２電圧帯にある前記第２状態において前記被検ガス中に含まれる前記被検成分としての酸素を分解することが可能であるように構成され、
前記測定制御部は、前記第１印加電圧が前記第１電圧帯よりも低い前記第２電圧帯にある前記第２状態において取得された前記被検成分濃度関連値に基づいて、前記被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流の値である第１酸素分解電流値を取得するように構成された、
異常診断システム。
【請求項３】
請求項２に記載の異常診断システムであって、
前記測定制御部は、
前記被検ガス中に含まれる水の濃度を検出する湿度センサを更に備え、
前記検出された水の濃度を前記水分関連値として取得するように構成され、
前記湿度センサによって検出される水の濃度を前記水分関連値とする前記第１対応関係を予め記憶している、
異常診断システム。
【請求項４】
請求項２に記載の異常診断システムにおいて、
前記測定制御部は、
前記取得された第１酸素分解電流値を前記水分関連値として取得するように構成され、
正常な前記ガスセンサの前記第１電気化学セルが前記第２状態にあるときに取得される前記第１酸素分解電流値を前記水分関連値とする前記第１対応関係を予め記憶している、
異常診断システム。
【請求項５】
請求項４に記載の異常診断システムにおいて、
前記測定制御部は、
前記内燃機関に燃料が供給されておらず且つ正常な前記ガスセンサの前記第１電気化学セルが前記第２状態にあるときに前記被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流の値である第１基準大気分解電流値を予め記憶しており、
前記内燃機関に燃料が供給されていないときに前記第２状態において取得される前記第１電極電流値に基づいて、前記被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流の値である第１大気分解電流値を取得し、
前記取得された第１大気分解電流値の前記第１基準大気分解電流値に対する比に基づいて前記特定された基準水分解電流値を補正するように構成された、
異常診断システム。
【請求項６】
請求項５に記載の異常診断システムにおいて、
前記測定制御部は、前記取得された第１大気分解電流値から前記第１基準大気分解電流値を減じた値の前記第１基準大気分解電流値に対する比である第１大気検出偏差が所定の第２上限値よりも大きい場合、又は、前記第１大気検出偏差が所定の第２下限値よりも小さい場合、前記ガスセンサが異常であると判定するように構成された、
異常診断システム。
【請求項７】
請求項１に記載の異常診断システムであって、
前記素子部は、前記固体電解質体又は前記固体電解質体とは別個の固体電解質体と同固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第３電極及び第４電極とを含む第２電気化学セルを更に備え、前記第３電極が前記内部空間に露呈し且つ前記第４電極が前記内部空間とは異なる空間である第２別空間に露呈するように構成され、前記第３電極は前記第１電極よりも前記拡散抵抗部に近い位置に形成され、
前記電圧制御部は、前記第３電極と前記第４電極との間に第２印加電圧を印加するようにも構成され、
前記第３電極は、前記素子部の温度が前記第１所定温度となっており且つ前記第２印加電圧が印加されている第３状態において前記被検ガス中に含まれる酸素を分解して前記内部空間から排出することが可能であるように構成され、
前記第１電極は、前記第１印加電圧が前記第１電圧帯よりも低い前記第２電圧帯にある前記第２状態において前記被検ガス中に含まれる前記被検成分としての窒素酸化物を分解することが可能であるように構成され、
前記測定制御部は、
前記第１印加電圧が前記第１電圧帯よりも低い前記第２電圧帯にある前記第２状態において取得された前記被検成分濃度関連値に基づいて、前記被検ガス中に含まれる窒素酸化物の分解に起因して前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流の値であるＮＯｘ分解電流値を取得するように構成された、
異常診断システム。
【請求項８】
請求項１に記載の異常診断システムであって、
前記素子部は、前記固体電解質体又は前記固体電解質体とは別個の固体電解質体と同固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第３電極及び第４電極とを含む第２電気化学セルを更に備え、前記第３電極が前記内部空間に露呈し且つ前記第４電極が前記内部空間とは異なる空間である第２別空間に露呈するように構成され、前記第３電極は前記第１電極よりも前記拡散抵抗部に近い位置に形成され、
前記電圧制御部は、前記第３電極と前記第４電極との間に第２印加電圧を印加するようにも構成され、
前記第３電極は、前記素子部の温度が前記第１所定温度となっており且つ前記第２印加電圧が印加されている第３状態において前記被検ガス中に含まれる酸素を分解して前記内部空間から排出することが可能であるように構成され、
前記第１電極は、前記第２状態において前記被検ガス中に含まれる前記被検成分としての硫黄酸化物を分解することが可能であるように構成され、
前記測定制御部は、
前記第２状態において取得された前記被検成分濃度関連値に基づいて、前記被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の分解に起因して前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流の値であるＳＯｘ分解電流値を取得するように構成された、
異常診断システム。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の異常診断システムであって、
前記測定制御部は、
前記被検ガス中に含まれる水の濃度を検出する湿度センサを更に備え、
前記検出された水の濃度を前記水分関連値として取得するように構成され、
前記湿度センサによって検出される水の濃度を前記水分関連値とする前記第１対応関係を予め記憶している、
異常診断システム。
【請求項１０】
請求項７又は８に記載の異常診断システムにおいて、
前記測定制御部は、
前記第３状態において前記被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して前記第３電極と前記第４電極との間に流れる電流の値である第２酸素分解電流値を取得し、
前記取得された第２酸素分解電流値を前記水分関連値として取得するように構成され、
正常な前記ガスセンサの前記第２電気化学セルが前記第３状態にあるときに取得される前記第２酸素分解電流値を前記水分関連値とする前記第１対応関係を予め記憶している、
異常診断システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の異常診断システムにおいて、
前記測定制御部は、
前記内燃機関に燃料が供給されておらず且つ正常な前記ガスセンサの前記第２電気化学セルが前記第３状態にあるときに前記被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して前記第３電極と前記第４電極との間に流れる電流の値である第２基準大気分解電流値を予め記憶しており、
前記内燃機関に燃料が供給されていないときに前記第３状態において取得される前記第２酸素分解電流値に基づいて、前記被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して前記第３電極と前記第４電極との間に流れる電流の値である第２大気分解電流値を取得し、
前記取得された第２大気分解電流値の前記第２基準大気分解電流値に対する比に基づいて前記特定された基準水分解電流値を補正するように構成された、
異常診断システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の異常診断システムにおいて、
前記測定制御部は、前記取得された第２大気分解電流値から前記第２基準大気分解電流値を減じた値の前記第２基準大気分解電流値に対する比である第２大気検出偏差が所定の第３上限値よりも大きい場合、又は、前記第２大気検出偏差が所定の第３下限値よりも小さい場合、前記ガスセンサが異常であると判定するように構成された、
異常診断システム。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２の何れか１項に記載の異常診断システムにおいて、
前記測定制御部は、前記第１電極が前記第１状態において前記被検ガス中に含まれる硫黄酸化物を分解することが可能である場合、前記第１状態において水分解電流値を取得するときに、前記温度調整部を用いて、前記活性化温度以上であって且つ前記被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の分解生成物が前記第１電極に吸着する速度である吸着速度よりも同分解生成物が前記第１電極から脱離する速度である脱離速度の方が大きくなる温度である第２所定温度に前記素子部の温度を維持するように構成された、
異常診断システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気（被検ガス）中に含まれる含酸素ガスの濃度を検出するガスセンサの出力特性の異常の有無を診断する異常診断システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関を制御するために、排気中に含まれる酸素（Ｏ２）の濃度に基づいて燃焼室内の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を取得する空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）が広く使用されている。このような空燃比センサの１つのタイプとして、限界電流式ガスセンサを挙げることができる。
【０００３】
上記のような空燃比センサとして使用される限界電流式ガスセンサは、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質体と、固体電解質体の表面に固着された一対の多孔質電極と、を含む電気化学セルであるポンピングセルを備える。一対の電極の一方は、拡散抵抗部を介して導入される被検ガスとしての内燃機関の排気に曝され、他方は大気に曝されている。更に、空燃比を検出する際、上記固体電解質体は酸化物イオン伝導性を発現する温度（以降、「活性化温度」と称される場合がある。）以上の所定の温度にまで昇温される。
【０００４】
上記状態において、上記一方の電極を陰極とし、上記他方の電極を陽極として、これらの一対の電極の間に酸素の分解が始まる電圧（分解開始電圧）以上の電圧を印加すると、被検ガス中に含まれる酸素が陰極において還元分解されて酸化物イオン（Ｏ２−）となる。この酸化物イオンは上記固体電解質体を介して陽極へと伝導されて酸素となり、大気中へと排出される。このような陰極側から陽極側への固体電解質体を介する酸化物イオンの伝導による酸素の移動は「酸素ポンピング作用」と称される。
【０００５】
上記酸素ポンピング作用に伴う酸化物イオンの伝導により、上記一対の電極の間に電流が流れる。このように一対の電極間に流れる電流は「電極電流」と称される。この電極電流は一対の電極間に印加される電圧（以降、単に「印加電圧」と称される場合がある。）が上昇するほど大きくなる傾向を有する。しかしながら、上記一方の電極（陰極）に到達する被検ガスの流量が拡散抵抗部によって制限されるので、やがて酸素ポンピング作用に伴う酸素の消費速度が陰極への酸素の供給速度を超えるようになる。即ち、陰極における酸素の還元分解反応が拡散律速状態となる。
【０００６】
上記拡散律速状態においては、印加電圧を上昇させても電極電流が増大せず、略一定となる。このような特性は「限界電流特性」と称され、限界電流特性が発現する（観測される）印加電圧の範囲は「限界電流域」と称される。更に、限界電流域における電極電流は「限界電流」と称され、限界電流の大きさ（限界電流値）は陰極への酸素の供給速度に対応する。上記のように陰極に到達する被検ガスの流量が拡散抵抗部によって一定に維持されているので、陰極への酸素の供給速度は被検ガス中に含まれる酸素の濃度に対応する。
【０００７】
従って、空燃比センサとして使用される限界電流式ガスセンサにおいて「限界電流域内の所定の電圧」に印加電圧を設定したときの電極電流（限界電流）は被検ガス中に含まれる酸素の濃度に対応する。このように酸素の限界電流特性を利用して、空燃比センサは被検ガスとしての排気中に含まれる酸素の濃度を検出し、それに基づいて燃焼室内の混合気の空燃比を取得することができる。
【０００８】
ところで、上述したような限界電流式センサにおいては、例えば、拡散抵抗部の割れ及び詰まり、多孔質電極の詰まり並びに固体電解質の伝導度の変化等により、出力特性の異常（例えば、検出値の拡大及び検出値の縮小等）が生じ得る。限界電流式センサにおいて出力特性の異常が生ずると排気中に含まれる酸素の濃度を正確に検出することができなくなり、空燃比センサとして空燃比を正確に取得することができなくなる。
【０００９】
そこで、限界電流式ガスセンサを利用する空燃比センサにおいて、例えば、内燃機関における空燃比制御の範囲に対応する空燃比センサからの出力の正常な範囲から逸脱する出力が当該センサから得られたときに当該センサの出力特性が異常であると判定する診断方法が従来知られていた。
【００１０】
しかしながら、空燃比センサからの出力が上記正常な範囲内においてクランプする場合がある。このような場合、当該センサの出力特性が異常な状態に陥っていても、当該センサからの出力は上記正常な範囲に含まれるため、当該センサが正常であると誤って判定されてしまう問題があった。そこで、当該技術分野においては、内燃機関への燃料の供給を停止する所謂「フューエルカット（ＦＣ）」の実行中に空燃比センサからの出力が上記正常な範囲内に所定時間以上保持されたときに当該センサの出力特性が異常であると判定する診断方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。尚、当該診断方法は、以降、「ＦＣ診断」と称される場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−３２９９０４号公報
【発明の概要】
【００１２】
ところで、上述したような従来技術に係る限界電流式センサの出力特性の異常診断は、排気中に比較的大量に存在する酸素の分解電流の大きさに基づいて行われる。そのため、例えば拡散抵抗部の割れ及び詰まり等に起因する大幅な出力特性の変化については正確且つ容易に検出することができるものの、例えば多孔質電極の詰まり及び固体電解質の伝導度の変化等に起因する微小な出力特性の変化については正確且つ容易に検出することができない。
【００１３】
即ち、内燃機関における空燃比制御の範囲に対応する空燃比センサからの出力の正常な範囲から逸脱する出力が当該センサから得られたときに当該センサの出力特性が異常であると判定する診断方法において、たとえ上述したようなクランプ現象が起こらなくても、当該センサの微小な出力特性の変化については検出が困難である。更に、フューエルカット（ＦＣ）の実行中に空燃比センサからの出力が上記正常な範囲内に所定時間以上保持されたときに当該センサの出力特性が異常であると判定する診断方法によっても、当該センサの微小な出力特性の変化については検出が困難である。
【００１４】
一方、上述したような限界電流特性は酸素ガスのみに限定される特性ではない。具体的には、分子中に酸素原子を含むガス（以降、「含酸素ガス」と称される場合がある。）の中には、印加電圧及び陰極の構成を適切に選択することにより陰極において還元分解させて、限界電流特性を発現させることができるものがある。このような含酸素ガスの例としては、例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、水（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）等を挙げることができる。
【００１５】
上記のような含酸素ガスのうち、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）が内燃機関からの排気に含まれていると、例えば環境汚染、内燃機関の構成部材の劣化及び／又は故障、排気浄化触媒の被毒及び排気における白煙の発生等の問題に繋がる虞がある。そこで、当該技術分野においては、上述した酸素ポンピング作用を利用する限界電流式ガスセンサによって内燃機関の排気中に含まれる硫黄酸化物及び／又は窒素酸化物の濃度を取得して、例えば内燃機関の制御を変更したり、内燃機関の故障に関する警告を発したり、排気浄化触媒の自己故障診断（ＯＢＤ）の改善に役立てたりする試みがなされている。
【００１６】
ところで、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）の濃度は、空燃費センサによって検出される酸素（Ｏ２）の濃度と比較して著しく小さいため、窒素酸化物及び硫黄酸化物を検出するためには高い分解能（感度）が求められる。従って、上述したような出力特性の異常が生ずると、窒素酸化物及び硫黄酸化物の検出精度が大幅に低下するので、出力特性の異常の有無をより厳密に検知する必要がある。
【００１７】
しかしながら、排気中に少量（ｐｐｍレベル）しか存在しない窒素酸化物及び硫黄酸化物の限界電流式センサにおける分解電流の出力特性の変化は微小であり、このような微小な出力特性の変化を排気中に大量（％レベル）に存在する酸素の分解電流に基づいて正確に検出するのは困難である。即ち、排気中に少量（ｐｐｍレベル）しか存在しない窒素酸化物及び硫黄酸化物の濃度を検出するＮＯｘセンサ及びＳＯｘセンサの出力特性の異常の有無を、上述したような酸素の分解電流に基づく診断方法によって正確に診断することは困難である。
【００１８】
更に、上述したＦＣ診断はフューエルカット（ＦＣ）の実行を必須の要件とするため、例えば、以下に列挙するような問題点がある。
（ａ）異常診断の実施頻度が低い（ＦＣの実行中に限定される）。
（ｂ）ＦＣの実行中に排気中に含まれる酸素の濃度は高いことから、酸素の限界電流特性を発現させるにはセンサの温度を通常時（例えば、内燃機関に燃料を供給して空燃比をストイキ（理論空燃比）近傍に維持しようとしている場合における空燃比の検出時）におけるセンサの温度（例えば、６００℃）よりも高い温度（例えば、７５０℃）に上昇させる必要がある。このように異常診断のためにセンサの温度を高めることは、省エネルギーの観点からは望ましくない。
【００１９】
（ｃ）上記のように高いセンサ温度において流れる高濃度の酸素の限界電流は、通常時（上記参照）における酸素の限界電流よりも大きい。従って、ＦＣ診断を実行するセンサにおける通電部材（例えば、検出回路等）は、ＦＣ診断を実行しないセンサの通電部材よりも大きい電流に耐え得るように設計する必要がある。その結果、ＦＣ診断を実行するセンサの定格電流は、ＦＣ診断を実行しないセンサの定格電流よりも大きく設定する必要がある。このように異常診断のためにセンサの定格電流を高めることは、例えば、製造コスト削減の観点からは望ましくない。
【００２０】
上記のように、当該技術分野においては、空燃比センサのみならず、ＮＯｘセンサ及びＳＯｘセンサについても、出力特性の顕著な異常のみならず、微小な異常をも正確且つ容易に診断することができる技術に対する要求が存在する。
【００２１】
本発明は、上記のような課題に対処すべく為されたものである。即ち、本発明は、空燃比センサのみならず、ＮＯｘセンサ及びＳＯｘセンサについても、出力特性の顕著な異常のみならず、微小な異常をも正確且つ容易に診断することができる技術を提供することを１つの目的とする。
【００２２】
そこで、本発明者は、鋭意研究の結果、酸素よりも高い印加電圧において分解が始まる水（Ｈ２Ｏ）の分解電流が、空燃比センサの出力特性と良好な相関を有することを見出した。図１は、内燃機関に供給される混合気の空燃比がストイキに維持されている場合において正常な出力特性を有する空燃比センサ及び異常な出力特性を有する空燃比センサによって検出される電極電流と印加電圧との関係を示すグラフである。
【００２３】
図１において、実線は正常な出力特性を有する空燃比センサ、破線は検出値の拡大を伴う異常な出力特性を有する空燃比センサ、点線は検出値の縮小を伴う異常な出力特性を有する空燃比センサ、における電極電流を示している。上記「検出値の拡大」とは空燃比センサから出力される電極電流の検出値が出力特性の異常に起因して真の値よりも大きくなる現象を指し、上記「検出値の縮小」とは空燃比センサから出力される電極電流の検出値が出力特性の異常に起因して真の値よりも小さくなる現象を指す。
【００２４】
図１から明らかであるように、陰極における水の還元分解が起こる（約０．６Ｖ以上の）印加電圧においては、空燃比センサの出力特性に対応して、電極電流の検出値もまた、正常時（実線）と比べて、拡大したり（破線）、縮小したり（点線）している。即ち、空燃比センサにおける水の分解電流の大きさは、空燃比センサの出力特性と良好な相関を有する。尚、空燃比がストイキに維持されている場合、排気中に含まれる酸素の濃度がほぼ０（ゼロ）となる。従って、図１のグラフにおいて、陰極における水の還元分解が起こらない（約０．６Ｖ未満の）印加電圧においては電極電流がほぼ０（ゼロ）になっている。
【００２５】
更に、本発明者は、空燃比センサのみならず、ＮＯｘセンサ及びＳＯｘセンサにおいても、上記と同様に、水の分解電流の大きさが出力特性と良好な相関を有することを見出した。加えて、本発明者は、水の分解電流によれば、例えば拡散抵抗部の割れ及び詰まり等に起因する大幅な出力特性の変化のみならず、例えば多孔質電極の詰まり及び固体電解質の伝導度の変化等に起因する微小な出力特性の変化についても、正確に検出することができることを見出した。
【００２６】
即ち、本発明者は、水の分解電流に基づいて、空燃比センサのみならず、ＮＯｘセンサ及びＳＯｘセンサについても、出力特性の顕著な異常のみならず、微小な異常をも正確且つ容易に診断することができることを見出したのである。
【００２７】
より具体的には、内燃機関の排気中に含まれる含酸素ガスを検出する限界電流式ガスセンサにおいて、酸素（Ｏ２）よりも高い印加電圧において分解が始まる水（Ｈ２Ｏ）の分解電流を検出する。そして、検出された水の分解電流の当該排気中に含まれる水の濃度に対応する水の基準分解電流からの偏差に基づき、当該限界電流式ガスセンサの出力特性の異常の有無を診断する。これにより、空燃比センサのみならず、ＮＯｘセンサ及びＳＯｘセンサについても、出力特性の顕著な異常のみならず、微小な異常をも正確且つ容易に診断することができる。
【００２８】
本発明に係るガスセンサの異常診断システム（以降、「本発明システム」と称される場合がある。）について以下に説明する。本発明システムが適用されるガスセンサは、一般的な限界電流式ガスセンサと同様の構成を有する。具体的には、本発明システムが適用されるガスセンサは、素子部と、ヒータと、電圧制御部と、温度調整部と、測定制御部と、を備える。
【００２９】
素子部は、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質体と同固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第１電極及び第２電極とを含む第１電気化学セルと、緻密体と、拡散抵抗部と、を備える。更に、素子部は、前記固体電解質体と前記緻密体と前記拡散抵抗部とにより画定される内部空間に前記拡散抵抗部を介して被検ガスとしての内燃機関の排気が導入されるように構成されている。加えて、素子部は、前記第１電極が前記内部空間に露呈し且つ前記第２電極が前記内部空間とは異なる空間である第１別空間に露呈するように構成されている。
【００３０】
ヒータは、通電されたときに発熱して前記素子部を加熱する。
電圧制御部は、前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧である第１印加電圧を変化させる。
温度調整部は、前記ヒータへの通電量を制御することにより前記素子部の温度を変化させる。
【００３１】
測定制御部は、前記電圧制御部を用いて前記第１印加電圧を制御し、前記温度調整部を用いて前記素子部の温度を制御し、前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流の値である第１電極電流値を検出する。
【００３２】
前記第１電極は、第１状態において前記被検ガス中に含まれる水（Ｈ２Ｏ）を分解することが可能であり、且つ、第２状態において前記被検ガス中に含まれる分子構造中に酸素原子を含む成分である被検成分を分解することが可能であるように構成されている。詳しくは後述するように、このような第１電極は、分解しようとする成分に応じて、例えば当該電極の材料及び構造等を適宜選択することによって製造することができる。尚、被検成分とは、具体的には、酸素（Ｏ２）、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）の少なくとも何れか１種を指す。
【００３３】
第１状態とは、前記素子部の温度が前記固体電解質体の酸化物イオン伝導性が発現する温度である活性化温度以上の第１所定温度となっており且つ前記第１印加電圧が所定の第１電圧帯に含まれる第１所定電圧となっている状態である。即ち、第１電圧帯は、水の分解が始まる電圧（分解開始電圧）以上の電圧の範囲である。詳しくは後述するように、第１所定電圧の具体的な値は、素子部の温度が第１所定温度となっている状態において、被検ガス中に含まれる水が第１電極において分解され、水の分解に起因する電流が第１電極と第２電極との間に流れる電流の値を測定制御部によって検出することができる電圧として、適宜定めることができる。
【００３４】
第２状態とは、前記素子部の温度が前記第１所定温度となっており且つ前記第１印加電圧が所定の第２電圧帯に含まれる第２所定電圧となっている状態である。即ち、第２電圧帯は、被検成分の分解が始まる電圧（分解開始電圧）以上の電圧の範囲である。詳しくは後述するように、第２所定電圧の具体的な値は、素子部の温度が第１所定温度となっている状態において、被検ガス中に含まれる被検成分が第１電極において分解され、被検成分の分解に起因する電流が第１電極と第２電極との間に流れる電流の値を測定制御部によって検出することができる電圧として、被検成分の種類に応じて、適宜定めることができる。
【００３５】
更に、前記測定制御部は、前記第２状態において取得される前記第１電極電流値を前記被検ガス中に含まれる前記被検成分の濃度に関連を有する値である被検成分濃度関連値として取得するように構成されている。このようにして取得される被検成分濃度関連値に基づいて、分子構造中に酸素原子を含む含酸素ガス（特に、酸素（Ｏ２）、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）の少なくとも何れか１種）である被検成分の被検ガスにおける濃度を取得することができる。本発明システムは、このようなガスセンサの出力特性が異常であるか否かを診断する、ガスセンサの異常診断システムである。
【００３６】
尚、第２状態において検出される第１電極電流は、被検成分の分解に起因する電極電流を含む。しかしながら、この第１電極電流は、被検ガスにおける濃度を検出しようとする被検成分以外の含酸素ガスの分解に起因する電極電流をも含む可能性がある。この場合、被検成分濃度関連値に基づいて被検成分の被検ガスにおける濃度を取得するためには、例えば、被検成分以外の含酸素ガスの分解に起因する電極電流による影響を排除する等の処理が必要となる。
【００３７】
本発明システムにおいて、前記測定制御部は、水分関連値と基準水分解電流値との対応関係である第１対応関係を予め記憶している。水分関連値は、前記被検ガス中に含まれる水の濃度に対応する値である。具体的には、水分関連値は、例えば、被検ガス中に含まれる水の濃度、又は、水の濃度に対応して変化する物性値若しくは状態量等の値である。このような値の具体例としては、例えば、内燃機関の排気経路に配設された湿度センサによって検出される被検ガス中に含まれる水の濃度を挙げることができる。或いは、このような値の別の具体例としては、例えば、内燃機関に燃料が供給されており且つ電気化学セルの電極間に酸素を分解可能な電圧が印加されているときに、被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して、これらの電極間に流れる電流の値を挙げることができる。この電流の値は、内燃機関に供給された混合気の空燃比に対応して変化する。空燃比は、被検ガス中に含まれる水の濃度に影響を及ぼす。従って、この電流の値は、水分関連値として利用することができる。
【００３８】
基準水分解電流値は、正常な前記ガスセンサの前記第１電気化学セルが前記第１状態にあるときに前記被検ガス中に含まれる水の分解に起因して前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流の値である。従って、第１対応関係は、例えば、正常な状態にあるガスセンサの第１電気化学セルにおいて、被検ガス中に含まれる水の分解に起因して第１電極と第２電極との間に流れる電流の値を、様々な水分関連値において測定することによって取得することができる。
【００３９】
尚、取得された第１対応関係は、例えば、当該対応関係を表すデータテーブル（例えば、データマップ等）として、ＥＣＵ（電気制御ユニット）が備えるデータ記憶装置（例えば、ＲＯＭ等）に格納しておき、ガスセンサの出力特性の異常診断においてＣＰＵ（中央処理装置）に参照させることができる。
【００４０】
即ち、測定制御部は、上記第１対応関係に基づいて、ある時点において取得された水分関連値から、ガスセンサが正常である場合に第１電気化学セルが第１状態にあるときに被検ガス中に含まれる水の分解に起因して第１電極と第２電極との間に流れるであろう電流の値を特定することができる。従って、このようにして特定された電流の値と第１状態において被検ガス中に含まれる水の分解に起因して第１電極と第２電極との間に実際に流れる電流の値との乖離が大きい場合、当該ガスセンサの出力特性が異常であると判定することができる。
【００４１】
そこで、前記測定制御部は、前記内燃機関に燃料が供給されているときに、以下の処理を実行するように構成されている。
（１）現時点における前記水分関連値を取得する。
（２）前記第１対応関係に基づいて、前記取得された水分関連値に対応する基準水分解電流値を特定する。
（３）前記第１状態において検出される前記第１電極電流値に基づいて、前記被検ガス中に含まれる水の分解に起因して前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流の値である水分解電流値を取得する。
【００４２】
そして、前記測定制御部は、前記水分解電流値から前記特定された基準水分解電流値を減じた値の前記特定された基準水分解電流値に対する比である水分検出偏差が所定の第１上限値よりも大きい場合、又は、前記水分検出偏差が所定の第１下限値よりも小さい場合、前記ガスセンサの出力特性が異常であると判定するように構成されている。尚、上記第１上限値及び第１下限値の具体的な値は、例えば、本発明システムが適用されるガスセンサの用途において許容される被検成分の濃度の検出誤差の大きさ等に応じて適宜定めることができる。
【００４３】
本発明システムによれば、内燃機関の排気中に含まれる含酸素ガスを検出する限界電流式ガスセンサにおいて、酸素（Ｏ２）よりも高い印加電圧において分解が始まる水（Ｈ２Ｏ）の分解電流を検出する。そして、当該排気中に含まれる水の濃度に対応する水の基準分解電流からの上記検出された水の分解電流の偏差に基づいて、当該限界電流式ガスセンサの出力特性の異常の有無を診断する。これにより、排気中に大量（％レベル）に存在する酸素の分解電流を検出する空燃比センサのみならず、排気中に少量（ｐｐｍレベル）しか存在しない窒素酸化物及び硫黄酸化物を検出するＮＯｘセンサ及びＳＯｘセンサについても、出力特性の顕著な異常のみならず、微小な異常をも正確に診断することができる。
【００４４】
更に、本発明システムによるガスセンサの出力特性の異常診断は、内燃機関に燃料が供給されているときに実行される。従って、本発明システムによるガスセンサの出力特性の異常診断には、上述した（ａ）乃至（ｃ）のようなフューエルカット（ＦＣ）の実行に起因する問題点が伴わない。即ち、本発明システムによれば、異常診断のためにセンサの温度を高めたりセンサの定格電流を高めたりすること無く、且つ内燃機関の通常の運転状態（即ち、ＦＣ実行時ではない状態）において、ガスセンサの出力特性の異常診断を行うことができる。特に、内燃機関に供給される混合気の空燃比がストイキに維持されている場合は、図１を参照しながら前述したように、排気中に含まれる酸素の濃度がほぼ０（ゼロ）となるので、水の分解電流を容易に検出することができる。
【００４５】
本発明システムによれば、空燃比センサのみならず、ＮＯｘセンサ及びＳＯｘセンサについても、出力特性の顕著な異常のみならず、微小な異常をも正確且つ容易に診断することができる。
【００４６】
ところで、本発明システムは、限界電流式ガスセンサに適用することができる。限界電流式センサの具体例としては、例えば、空燃比センサ（Ｏ２センサ）、ＮＯｘセンサ及びＳＯｘセンサを挙げることができる。即ち、本発明システムは、空燃比センサ（Ｏ２センサ）に適用することができる。
【００４７】
本発明システムが空燃比センサに適用される場合、前記第１電極は、前記第１印加電圧が前記第１電圧帯よりも低い前記第２電圧帯にある前記第２状態において前記被検ガス中に含まれる前記被検成分としての酸素を分解することが可能であるように構成される。更に、前記測定制御部は、前記第１印加電圧が前記第１電圧帯よりも低い前記第２電圧帯にある前記第２状態において取得された前記被検成分濃度関連値に基づいて、前記被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流の値である第１酸素分解電流値を取得するように構成される。
【００４８】
換言すれば、この場合、本発明システムが適用されるガスセンサは、第２状態において検出される第１電極電流に基づいて、排気中に含まれる酸素の濃度及び／又は内燃機関に供給された混合気の空燃比を検出するＯ２センサ又は空燃比センサである。従って、第１電極の材料及び構造は、第２状態において被検ガス中に含まれる酸素を分解することが可能であるように選択される。更に、第２所定電圧は、素子部の温度が第１所定温度となっている状態において、上記のような第１電極が、被検ガス中に含まれる酸素を還元分解することが可能な電圧に設定される。
【００４９】
上記のように空燃比センサ（Ｏ２センサ）に本発明システムを適用する場合も、測定制御部は、上述した（１）乃至（３）の手順に従って、現時点における水分関連値を取得し、取得された水分関連値に対応する基準水分解電流値を第１対応関係に基づいて特定する。その一方で、測定制御部は、第１状態において検出される第１電極電流値に基づいて、被検ガス中に含まれる水の分解に起因して第１電極と第２電極との間に流れる電流の値である水分解電流値を取得する。そして、測定制御部は、取得された水分解電流値から上記特定された基準水分解電流値を減じた値の上記特定された基準水分解電流値に対する比である水分検出偏差に基づいて、当該ガスセンサの出力特性が異常であるか否かを判定する。
【００５０】
ところで、上述したように、内燃機関に燃料が供給されているときに、例えば内燃機関の排気経路に配設された湿度センサによって検出される被検ガス中に含まれる水の濃度を上記水分関連値として利用することができる。
【００５１】
従って、上記のように空燃比センサ（Ｏ２センサ）に本発明システムを適用する場合、前記測定制御部は、前記被検ガス中に含まれる水の濃度を検出する湿度センサを更に備える。加えて、前記測定制御部は、前記検出された水の濃度を前記水分関連値として取得するように構成される。この場合、前記測定制御部は、前記湿度センサによって検出される水の濃度を前記水分関連値とする前記第１対応関係を予め記憶している。これによれば、測定制御部は、第１対応関係に基づいて、検出された水の濃度から基準水分解電流値を特定することができる。
【００５２】
ところで、上述したように、内燃機関に燃料が供給されており且つ電気化学セルの電極間に酸素を分解可能な電圧が印加されているときに、被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して、これらの電極間に流れる電流の値を上記水分関連値として利用することができる。
【００５３】
従って、上記のように空燃比センサ（Ｏ２センサ）に本発明システムを適用する場合、前記測定制御部は、前記取得された第１酸素分解電流値を前記水分関連値として取得するように構成される。この場合、前記測定制御部は、正常な前記ガスセンサの前記第１電気化学セルが前記第２状態にあるときに取得される前記第１酸素分解電流値を前記水分関連値とする前記第１対応関係を予め記憶している。この第１対応関係に基づいて、測定制御部は、取得された第１酸素分解電流値から基準水分解電流値を特定することができる。
【００５４】
しかしながら、当該ガスセンサの出力特性が既に異常な状態にある場合、取得された第１酸素分解電流値が不正確であり、結果として特定される基準水分解電流値が不正確である可能性がある。このような不正確な基準水分解電流値に基づく異常判定によっては、当該ガスセンサの出力特性の異常診断を正確に行うことは困難である。
【００５５】
そこで、上記のように第１酸素分解電流値から基準水分解電流値を特定する場合は、何等かの指標を用いて当該ガスセンサの出力特性が異常な状態にあるか否かを診断し、当該ガスセンサの出力特性が異常な状態にあると判定された場合は、当該ガスセンサの出力特性の正常時からの変化に応じて、上述したようにして特定された基準水分解電流値を補正することが望ましい。
【００５６】
上記「指標」としては、例えば、内燃機関に燃料が供給されていないときに被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して第１電極と第２電極との間に流れる電流の値を利用することができる。換言すれば、前述したＦＣ診断と同様の手法を用いて、当該ガスセンサの出力特性の正常時からの変化を検出し、この変化に応じて、基準水分解電流値を補正することができる。
【００５７】
上記の場合、前記測定制御部は、前記内燃機関に燃料が供給されておらず且つ正常な前記ガスセンサの前記第１電気化学セルが前記第２状態にあるときに前記被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流の値である第１基準大気分解電流値を予め記憶している必要がある。
【００５８】
第１基準大気分解電流値は、例えば、正常な状態にあるガスセンサの第１電気化学セルにおいて、内燃機関に燃料が供給されていないときに被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して第１電極と第２電極との間に流れる電流の値を測定することによって取得することができる。尚、取得された第１基準大気分解電流値は、例えば、ＥＣＵが備えるデータ記憶装置（例えば、ＲＯＭ等）に格納しておき、ガスセンサの出力特性の異常診断においてＣＰＵに参照させることができる。
【００５９】
更に、前記測定制御部は、前記内燃機関に燃料が供給されていないときに前記第２状態において取得される前記第１電極電流値に基づいて、前記被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流の値である第１大気分解電流値を取得するように構成される。当該ガスセンサが正常な状態にある場合、このようにして取得された第１大気分解電流値と予め記憶されている第１基準大気分解電流値とが一致する筈である。一方、当該ガスセンサの出力特性が異常な状態にある場合、当該ガスセンサの出力特性の正常時からの変化に応じて、第１大気分解電流値が第１基準大気分解電流値から乖離する。
【００６０】
そこで、前記測定制御部は、前記取得された第１大気分解電流値の前記第１基準大気分解電流値に対する比に基づいて前記特定された基準水分解電流値を補正するように構成される。これにより、上記のように取得された第１酸素分解電流値から第１対応関係に基づいて基準水分解電流値を特定するときに当該ガスセンサの出力特性が既に異常な状態にあっても、別途取得される第１大気分解電流値に基づいて、基準水分解電流値を補正することができる。その結果、当該ガスセンサの出力特性が既に異常な状態にあっても、当該ガスセンサの出力特性の異常診断を正確に行うことができる。
【００６１】
但し、上記第１大気分解電流値の取得は、前述した従来技術に係る異常診断のようにフューエルカット（ＦＣ）の実行を必須の要件とする。従って、この場合、上述した（ａ）乃至（ｃ）のような問題点を排除することはできない。しかしながら、この場合においても、酸素よりも高い印加電圧において分解が始まる水の分解電流に基づいて当該ガスセンサの出力特性の異常の有無が診断される。従って、この場合もまた、当該ガスセンサの出力特性の異常を正確に診断することができる。
【００６２】
ところで、上記の場合、測定制御部は、前述したＦＣ診断と同様の手法によって取得された第１大気分解電流値の第１基準大気分解電流値に対する比に基づいて、特定された基準水分解電流値を補正することができる。しかしながら、当該ガスセンサの出力特性の正常時からの変化が過大であり、第１大気分解電流値が第１基準大気分解電流値から著しく乖離している場合、上記のように基準水分解電流値を補正してまで、第１大気分解電流値に基づいて当該ガスセンサの出力特性の異常の有無をより厳密に検知するまでも無く、当該ガスセンサの出力特性が異常であることは明らかである。
【００６３】
そこで、前記測定制御部は、前記取得された第１大気分解電流値から前記第１基準大気分解電流値を減じた値の前記第１基準大気分解電流値に対する比である第１大気検出偏差が所定の第２上限値よりも大きい場合、又は、前記第１大気検出偏差が所定の第２下限値よりも小さい場合、前記ガスセンサが異常であると判定するように構成され得る。尚、上記第２上限値及び第２下限値の具体的な値は、例えば、本発明システムが適用されるガスセンサの用途において許容される被検成分の濃度の検出誤差の大きさ等に応じて適宜定めることができる。
【００６４】
上記によれば、第１大気検出偏差が所定の第２上限値及び第２下限値によって定まる範囲から逸脱する場合は、直ちに当該ガスセンサの出力特性が異常であると判定することができる。即ち、上記の場合は、第１大気分解電流値の第１基準大気分解電流値に対する比に基づいて基準水分解電流値を補正してまで水分解電流値に基づく当該ガスセンサの出力特性の異常診断を実行する必要が無い。従って、当該ガスセンサの出力特性の異常の有無を迅速且つ簡便に判定することができる。
【００６５】
ところで、本発明システムは、限界電流式ガスセンサに適用することができる。限界電流式センサの具体例としては、例えば、空燃比センサ（Ｏ２センサ）、ＮＯｘセンサ及びＳＯｘセンサを挙げることができる。即ち、本発明システムは、ＮＯｘセンサ及びＳＯｘセンサにも適用することができる。
【００６６】
本発明システムがＮＯｘセンサに適用される場合、前記第１電極は、前記第１印加電圧が前記第１電圧帯よりも低い前記第２電圧帯にある前記第２状態において前記被検ガス中に含まれる前記被検成分としての窒素酸化物を分解することが可能であるように構成される。更に、前記測定制御部は、前記第１印加電圧が前記第１電圧帯よりも低い前記第２電圧帯にある前記第２状態において取得された前記被検成分濃度関連値に基づいて、前記被検ガス中に含まれる窒素酸化物の分解に起因して前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流の値であるＮＯｘ分解電流値を取得するように構成される。
【００６７】
この場合、本発明システムが適用されるガスセンサは、第２状態において検出される第１電極電流に基づいて、排気中に含まれる窒素酸化物の濃度を検出するＮＯｘセンサである。従って、第１電極の材料及び構造は、第１印加電圧が第１電圧帯よりも低い第２電圧帯にある第２状態において被検ガス中に含まれる窒素酸化物を分解することが可能であるように選択される。更に、第２所定電圧は、素子部の温度が第１所定温度となっている状態において、上記のような第１電極が、被検ガス中に含まれる窒素酸化物を還元分解することが可能な電圧に設定される。
【００６８】
ところで、上述したように、排気中に含まれる窒素酸化物の量は極僅か（ｐｐｍレベル）であるのに対し、排気中に含まれる酸素の量は多い（％レベル）。一方、酸素の分解開始電圧は窒素酸化物の分解開始電圧とほぼ等しい。従って、上記のように第２状態において被検ガス中に含まれる窒素酸化物を分解することが可能であるように構成された第１電極は、被検ガス中に含まれる酸素をも分解することができる。
【００６９】
従って、内燃機関からの排気をそのまま素子部の内部空間に導入して第１電気化学セルの陰極である第１電極に接触させると、第１電極と第２電極との間に流れる電流において酸素の還元分解に起因する電流が占める割合が、窒素酸化物の還元分解に起因する電流が占める割合に対して、著しく大きくなる。このような状況下では、窒素酸化物の還元分解に起因する電流を正確に検出して、排気中に含まれる窒素酸化物の濃度を正確に検出することは困難である。
【００７０】
そこで、当該技術分野においては、被検ガス中に含まれる窒素酸化物の濃度に対応する電極電流を検出するセンサセルの上流側に被検ガス中に含まれる酸素を還元分解して系外に排出するポンプセルを設けて、センサセルにおいて検出される電極電流への酸素の影響を排除する技術が知られている。本発明システムが適用されるＮＯｘセンサにも当該技術を適用することができる。
【００７１】
この場合、前記素子部は、前記固体電解質体又は前記固体電解質体とは別個の固体電解質体と同固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第３電極及び第４電極とを含む第２電気化学セルを更に備える。当該第２電気化学セルは、前記第３電極が前記内部空間に露呈し且つ前記第４電極が前記内部空間とは異なる空間である第２別空間に露呈するように構成される。更に、前記第３電極は前記第１電極よりも前記拡散抵抗部に近い位置に形成される。加えて、前記電圧制御部は、前記第３電極と前記第４電極との間に第２印加電圧を印加するようにも構成される。
【００７２】
前記第３電極は、第３状態において前記被検ガス中に含まれる酸素を分解して前記内部空間から排出することが可能であるように構成されている。詳しくは後述するように、このような第３電極は、例えば当該電極の材料及び構造等を適宜選択することによって製造することができる。
【００７３】
第３状態とは、前記素子部の温度が前記第１所定温度となっており且つ前記第２印加電圧が印加されている状態である。第２印加電圧の具体的な値は、素子部の温度が第１所定温度となっている状態において、被検ガス中に含まれる酸素が第３電極において分解され、酸素の限界電流特性が発現することができる電圧として、適宜定めることができる。
【００７４】
上記により、素子部の内部空間に導入された被検ガス中に含まれる酸素は、センサセルとしての第１電気化学セルよりも上流側に配設されたポンプセルとしての第２電気化学セルによって分解されて内部空間から排出される。その結果、第１電気化学セルの陰極である第１電極に到達した被検ガス中に含まれる酸素の濃度は実質的に０（ゼロ）であるか、或いは極めて低い。この故に、第１電極と第２電極との間に流れる電流において酸素の還元分解に起因する電流が占める割合もまた実質的に０（ゼロ）であるか或いは極めて低い。換言すれば、被検成分濃度関連値は窒素酸化物の還元分解に起因する電流の値に等しいか又はほぼ等しい。従って、被検成分濃度関連値をＮＯｘ分解電流値として取得してもよい。このようにして、排気中に極僅か（ｐｐｍレベル）含まれない窒素酸化物の還元分解に起因する電流を正確に検出して、排気中に含まれる窒素酸化物の濃度を正確に検出することができる。
【００７５】
一方、本発明システムがＳＯｘセンサに適用される場合、前記第１電極は、前記第２状態において前記被検ガス中に含まれる前記被検成分としての硫黄酸化物を分解することが可能であるように構成される。更に、前記測定制御部は、前記第２状態において取得された前記被検成分濃度関連値に基づいて、前記被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の分解に起因して前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流の値であるＳＯｘ分解電流値を取得するように構成される。
【００７６】
この場合、本発明システムが適用されるガスセンサは、第２状態において検出される第１電極電流に基づいて、排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度を検出するＳＯｘセンサである。従って、第１電極の材料及び構造は、第２状態において被検ガス中に含まれる硫黄酸化物を分解することが可能であるように選択される。更に、第２所定電圧は、素子部の温度が第１所定温度となっている状態において、上記のような第１電極が、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物を還元分解することが可能な電圧に設定される。
【００７７】
ところで、上述したように、排気中に含まれる硫黄酸化物の量は極僅か（ｐｐｍレベル）であるのに対し、排気中に含まれる酸素の量は多い（％レベル）。一方、酸素の分解開始電圧は硫黄酸化物の分解開始電圧よりも低い。従って、上記のように第２状態において被検ガス中に含まれる硫黄酸化物を分解することが可能であるように構成された第１電極は、被検ガス中に含まれる酸素をも分解することができる。
【００７８】
従って、内燃機関からの排気をそのまま素子部の内部空間に導入して第１電気化学セルの陰極である第１電極に接触させると、第１電極と第２電極との間に流れる電流において酸素の還元分解に起因する電流が占める割合が、硫黄酸化物の還元分解に起因する電流が占める割合に対して、著しく大きくなる。このような状況下では、硫黄酸化物の還元分解に起因する電流を正確に検出して、排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度を正確に検出することは困難である。
【００７９】
そこで、当該技術分野においては、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度に対応する電極電流を検出するセンサセルの上流側に被検ガス中に含まれる酸素を還元分解して系外に排出するポンプセルを設けて、センサセルにおいて検出される電極電流への酸素の影響を排除する技術が知られている。本発明システムが適用されるＳＯｘセンサにも当該技術を適用することができる。
【００８０】
この場合、前記素子部は、前記固体電解質体又は前記固体電解質体とは別個の固体電解質体と同固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第３電極及び第４電極とを含む第２電気化学セルを更に備える。当該第２電気化学セルは、前記第３電極が前記内部空間に露呈し且つ前記第４電極が前記内部空間とは異なる空間である第２別空間に露呈するように構成される。更に、前記第３電極は前記第１電極よりも前記拡散抵抗部に近い位置に形成される。加えて、前記電圧制御部は、前記第３電極と前記第４電極との間に第２印加電圧を印加するようにも構成される。
【００８１】
前記第３電極は、第３状態において前記被検ガス中に含まれる酸素を分解して前記内部空間から排出することが可能であるように構成されている。詳しくは後述するように、このような第３電極は、例えば当該電極の材料及び構造等を適宜選択することによって製造することができる。
【００８２】
第３状態とは、前記素子部の温度が前記第１所定温度となっており且つ前記第２印加電圧が印加されている状態である。第２印加電圧の具体的な値は、素子部の温度が第１所定温度となっている状態において、被検ガス中に含まれる酸素が第３電極において分解され、酸素の限界電流特性が発現することができる電圧として、適宜定めることができる。
【００８３】
上記により、素子部の内部空間に導入された被検ガス中に含まれる酸素は、センサセルとしての第１電気化学セルよりも上流側に配設されたポンプセルとしての第２電気化学セルによって分解されて内部空間から排出される。その結果、第１電気化学セルの陰極である第１電極に到達した被検ガス中に含まれる酸素の濃度は実質的に０（ゼロ）であるか、或いは極めて低い。この故に、第１電極と第２電極との間に流れる電流において酸素の還元分解に起因する電流が占める割合もまた実質的に０（ゼロ）であるか或いは極めて低い。換言すれば、被検成分濃度関連値は硫黄酸化物の還元分解に起因する電流の値に等しいか又はほぼ等しい。従って、被検成分濃度関連値をＳＯｘ分解電流値として取得してもよい。このようにして、排気中に極僅か（ｐｐｍレベル）含まれない硫黄酸化物の還元分解に起因する電流を正確に検出して、排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度を正確に検出することができる。
【００８４】
ところで、上記第２状態における第２所定電圧を被検ガス中に含まれる硫黄酸化物のみならず水をも分解することが可能な電圧とすることにより、当該センサにおける水の分解電流の変化に基づいて被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度に関連する検出値を取得することもできる。上記「水の分解電流の変化」は、例えば、水の還元分解が起こる所定の印加電圧における電極電流の大きさの所定の基準値からの偏差であってもよい。この場合、所定の基準値は、当該センサが硫黄酸化物の還元分解に伴う影響を受け無い場合における、その時点において被検ガス中に含まれる水の濃度に対応する電極電流である。
【００８５】
或いは、上記「水の分解電流の変化」は、例えば、上記第２状態における第２所定電圧を含む所定の電圧帯において、印加電圧を昇圧スイープ（徐々に上昇）させるときに検出される電極電流と印加電圧を降圧スイープ（徐々に下降）させるときに検出される電極電流との差異であってもよい。この場合、例えば、この差異と被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度との対応関係を予め求めておくことにより、この差異から硫黄酸化物の濃度を特定することができる。
【００８６】
上述した各種手法を始めとする様々な手法により被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度を取得することができるが、本発明システムによれば、何れの手法が採用される場合においても、ガスセンサの出力特性の異常を正確且つ容易に検出することができる。
【００８７】
ところで、上述したように、内燃機関に燃料が供給されているときに、例えば内燃機関の排気経路に配設された湿度センサによって検出される被検ガス中に含まれる水の濃度を上記水分関連値として利用することができる。
【００８８】
従って、上記のようにＮＯｘセンサ又はＳＯｘセンサに本発明システムを適用する場合、前記測定制御部は、前記被検ガス中に含まれる水の濃度を検出する湿度センサを更に備える。加えて、前記測定制御部は、前記検出された水の濃度を前記水分関連値として取得するように構成される。この場合、前記測定制御部は、前記湿度センサによって検出される水の濃度を前記水分関連値とする前記第１対応関係を予め記憶している。これによれば、測定制御部は、第１対応関係に基づいて、検出された水の濃度から基準水分解電流値を特定することができる。
【００８９】
ところで、上述したように、内燃機関に燃料が供給されており且つ電気化学セルの電極間に酸素を分解可能な電圧が印加されているときに、被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して、これらの電極間に流れる電流の値を上記水分関連値として利用することができる。特に、上記のようにポンプセルを備える２セル式のＮＯｘセンサ又はＳＯｘセンサに本発明システムを適用する場合、ポンプセルの電極間に流れる酸素の分解電流の値を上記水分関連値として利用することができる。
【００９０】
従って、上記のようにポンプセルを備える２セル式のＮＯｘセンサ又はＳＯｘセンサに本発明システムを適用する場合、前記測定制御部は、前記第３状態において前記被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して前記第３電極と前記第４電極との間に流れる電流の値である第２酸素分解電流値を取得し、前記取得された第２酸素分解電流値を前記水分関連値として取得するように構成される。この場合、前記測定制御部は、正常な前記ガスセンサの前記第２電気化学セルが前記第３状態にあるときに取得される前記第２酸素分解電流値を前記水分関連値とする前記第１対応関係を予め記憶している。これにより、測定制御部は、第１対応関係に基づいて、取得された第２酸素分解電流値から基準水分解電流値を特定することができる。
【００９１】
しかしながら、当該ガスセンサの出力特性が既に異常な状態にある場合、取得された第２酸素分解電流値が不正確であり、結果として特定される基準水分解電流値が不正確である可能性がある。このような不正確な基準水分解電流値に基づく異常判定によっては、当該ガスセンサの出力特性の異常診断を正確に行うことは困難である。
【００９２】
そこで、上記のように第２酸素分解電流値から基準水分解電流値を特定する場合は、何等かの指標を用いて当該ガスセンサの出力特性が異常な状態にあるか否かを診断し、当該ガスセンサの出力特性が異常な状態にあると判定された場合は、当該ガスセンサの出力特性の正常時からの変化に応じて、上述したようにして特定された基準水分解電流値を補正することが望ましい。
【００９３】
上記「指標」としては、例えば、内燃機関に燃料が供給されていないときに被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して第３電極と第４電極との間に流れる電流の値を利用することができる。換言すれば、前述したＦＣ診断と同様の手法を用いて、当該ガスセンサの出力特性の正常時からの変化を検出し、この変化に応じて、基準水分解電流値を補正することができる。
【００９４】
上記の場合、前記測定制御部は、前記内燃機関に燃料が供給されておらず且つ正常な前記ガスセンサの前記第２電気化学セルが前記第３状態にあるときに前記被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して前記第３電極と前記第４電極との間に流れる電流の値である第２基準大気分解電流値を予め記憶している必要がある。
【００９５】
第２基準大気分解電流値は、例えば、正常な状態にあるガスセンサの第２電気化学セルにおいて、内燃機関に燃料が供給されていないときに被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して第３電極と第４電極との間に流れる電流の値を測定することによって取得することができる。尚、取得された第２基準大気分解電流値は、例えば、ＥＣＵが備えるデータ記憶装置（例えば、ＲＯＭ等）に格納しておき、ガスセンサの出力特性の異常診断においてＣＰＵに参照させることができる。
【００９６】
更に、前記測定制御部は、前記内燃機関に燃料が供給されていないときに前記第３状態において取得される前記第２酸素分解電流値に基づいて、前記被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して前記第３電極と前記第４電極との間に流れる電流の値である第２大気分解電流値を取得するように構成される。当該ガスセンサが正常な状態にある場合、このようにして取得された第２大気分解電流値と予め記憶されている第２基準大気分解電流値とが一致する筈である。一方、当該ガスセンサの出力特性が異常な状態にある場合、当該ガスセンサの出力特性の正常時からの変化に応じて、第２大気分解電流値が第２基準大気分解電流値から乖離する。
【００９７】
そこで、前記測定制御部は、前記取得された第２大気分解電流値の前記第２基準大気分解電流値に対する比に基づいて前記特定された基準水分解電流値を補正するように構成される。これにより、上記のように取得された第２酸素分解電流値から第１対応関係に基づいて基準水分解電流値を特定するときに当該ガスセンサの出力特性が既に異常な状態にあっても、別途取得される第２大気分解電流値に基づいて、基準水分解電流値を補正することができる。その結果、当該ガスセンサの出力特性が既に異常な状態にあっても、当該ガスセンサの出力特性の異常診断を正確に行うことができる。
【００９８】
但し、上記第２大気分解電流値の取得は、前述した従来技術に係る異常診断のようにフューエルカット（ＦＣ）の実行を必須の要件とする。従って、この場合、上述した（ａ）乃至（ｃ）のような問題点を排除することはできない。しかしながら、この場合においても、酸素よりも高い印加電圧において分解が始まる水の分解電流に基づいて当該ガスセンサの出力特性の異常の有無が診断される。従って、この場合もまた、当該ガスセンサの出力特性の異常を正確に診断することができる。
【００９９】
ところで、上記の場合、測定制御部は、前述したＦＣ診断と同様の手法によって取得された第２大気分解電流値の第２基準大気分解電流値に対する比に基づいて、特定された基準水分解電流値を補正することができる。しかしながら、当該ガスセンサの出力特性の正常時からの変化が過大であり、第２大気分解電流値が第２基準大気分解電流値から著しく乖離している場合、上記のように基準水分解電流値を補正してまで、第１大気分解電流値に基づいて当該ガスセンサの出力特性の異常の有無をより厳密に検知するまでも無く、当該ガスセンサの出力特性が異常であることは明らかである。
【０１００】
そこで、前記測定制御部は、前記取得された第２大気分解電流値から前記第２基準大気分解電流値を減じた値の前記第２基準大気分解電流値に対する比である第２大気検出偏差が所定の第３上限値よりも大きい場合、又は、前記第２大気検出偏差が所定の第３下限値よりも小さい場合、前記ガスセンサが異常であると判定するように構成され得る。尚、上記第３上限値及び第３下限値の具体的な値は、例えば、本発明システムが適用されるガスセンサの用途において許容される被検成分の濃度の検出誤差の大きさ等に応じて適宜定めることができる。
【０１０１】
上記によれば、第２大気検出偏差が所定の第３上限値及び第３下限値によって定まる範囲から逸脱する場合は、直ちに当該ガスセンサの出力特性が異常であると判定することができる。即ち、上記の場合は、第２大気分解電流値の第２基準大気分解電流値に対する比に基づいて基準水分解電流値を補正してまで水分解電流値に基づく当該ガスセンサの出力特性の異常診断を実行する必要が無い。従って、当該ガスセンサの出力特性の異常の有無を迅速且つ簡便に判定することができる。
【０１０２】
ところで、本発明システムは、内燃機関の排気中に含まれる含酸素ガスを検出する限界電流式ガスセンサにおいて、酸素（Ｏ２）よりも高い印加電圧において分解が始まる水（Ｈ２Ｏ）の分解電流を検出する。そして、当該排気中に含まれる水の濃度に対応する水の基準分解電流からの上記検出された水の分解電流の偏差に基づき、当該限界電流式ガスセンサの出力特性の異常の有無を診断する。
【０１０３】
従って、例えば、第１電極を形成する材料及び／又は構造等によっては、当該ガスセンサがＳＯｘセンサではない場合であっても、上述した第１状態において排気中に含まれる水を還元分解するときに、排気中に含まれる硫黄酸化物をも還元分解する場合がある。硫黄酸化物が還元分解されると、その分解生成物が陰極である第１電極に吸着する。その結果、第１電極の活性な表面積が減少し、第１電極における水の分解に起因する電極電流の大きさも低下する。このように第１状態において第１電極が被検ガス中に含まれる硫黄酸化物を分解することが可能である場合は、少なくとも第１状態において水分解電流値を取得するときに、硫黄酸化物の分解生成物の第１電極への吸着を低減することが望ましい。
【０１０４】
そこで、本発明システムが備える前記測定制御部は、前記第１電極が前記第１状態において前記被検ガス中に含まれる硫黄酸化物を分解することが可能である場合に、前記温度調整部を用いて前記素子部の温度を所定の温度まで上昇させるように構成され得る。これにより、前記測定制御部は、前記被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の分解生成物が前記第１電極に吸着しないようにする。
【０１０５】
具体的には、前記測定制御部は、前記第１状態において水分解電流値を取得するときに、前記温度調整部を用いて、前記素子部の温度を第２所定温度に維持する。第２所定温度は、前記活性化温度以上であって且つ前記被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の分解生成物が前記第１電極に吸着する速度である吸着速度よりも同分解生成物が前記第１電極から脱離する速度である脱離速度の方が大きくなる温度である。
【０１０６】
上記のような第２所定温度は、例えば、以下のような事前実験によって特定することができる。先ず、所定の期間に亘って第１状態を維持して、硫黄酸化物の分解生成物を第１電極に吸着させておく。その後、様々な温度に素子部の温度を維持しつつ所定の期間に亘って硫黄酸化物を含む被検ガスを内部空間に供給して、硫黄酸化物の分解生成物の第１電極への吸着量の増減を測定する。そして、同分解生成物の第１電極への吸着量が減少した素子部の温度を第２所定温度として特定する。同分解生成物の第１電極への吸着量の増減は、例えば第１電極の質量の測定及び第１電極の表面分析等、当業者に周知の方法によって測定することができる。
【０１０７】
上記によれば、第１電極が第１状態において被検ガス中に含まれる硫黄酸化物を分解することが可能であっても、測定制御部が温度調整部を用いて素子部の温度を第２所定温度において維持する。これにより、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の分解生成物の第１電極への吸着が低減される。その結果、第１電極の活性な表面積が維持され、第１電極における水の分解に起因する電極電流の大きさの変動も低減される。即ち、第１状態において正確な水分解電流値を取得することができる。結果として、第１電極が第１状態において被検ガス中に含まれる硫黄酸化物を分解することが可能であっても、当該ガスセンサの出力特性の異常の有無を正確に診断することができる。
【０１０８】
本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】内燃機関に供給される混合気の空燃比がストイキに維持されている場合において正常な出力特性を有する空燃比センサ及び異常な出力特性を有する空燃比センサによって検出される電極電流と印加電圧との関係を示す模式的なグラフである。
【図２】本発明の第１実施形態に係るガスセンサの異常診断システム（第１システム）が適用されるガスセンサが備える素子部の構成の一例を示す模式的な断面図である。
【図３】１セル式の空燃比センサにおける印加電圧と電極電流との関係を、ストイキ近傍に空燃比を維持しながら内燃機関に燃料を供給している場合と、フューエルカット（ＦＣ）を実行している場合と、で比較する模式的なグラフである。
【図４】従来技術に係るＦＣ診断において検出される酸素の分解電流値（ＩＦＣ）と、本発明に係る異常診断において検出される水の分解電流値（ＩＨ２Ｏ）と、の相関関係を示す模式的なグラフである。
【図５】第１システムによって実行されるガスセンサの異常診断動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係るガスセンサの異常診断システム（第２システム）が適用されるガスセンサが備える素子部の構成の一例を示す模式的な断面図である。
【図７】２セル式のＮＯｘセンサにおける第１印加電圧と第１電極電流との関係を、被検ガス中に含まれる窒素酸化物の濃度が高い場合と同濃度が低い場合とで比較する模式的なグラフである。
【図８】ＮＯｘセンサによって検出される窒素酸化物の分解電流値（ＩＮＯＸ）と、第２システムによる異常診断において検出される水の分解電流値（ＩＨ２Ｏ）と、の相関関係を示す模式的なグラフである。
【図９】第２システムによって実行されるガスセンサのＦＣ診断動作の一例を示すフローチャートである。
【図１０】第２システムによって実行されるガスセンサの異常診断動作の一例を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るガスセンサの異常診断システム（第３システム）が適用されるＳＯｘセンサにおいて、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度が高くなるほど、第２状態における第１電極電流が小さくなる現象を説明する、模式的なグラフである。
【図１２】第３システムが適用されるＳＯｘセンサにおいて、第１印加電圧が第２所定電圧（Ｖ２）となっているときの第１電極電流を、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物（この場合は二酸化硫黄（ＳＯｘ））の濃度に対してプロットしたグラフである。
【図１３】ＳＯｘセンサからの出力値と、第２システムによる異常診断において検出される水の分解電流値（ＩＨ２Ｏ）と、の相関関係を示す模式的なグラフである。
【図１４】第３システムによって実行されるガスセンサの異常診断動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０１１０】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係るガスセンサの異常診断システム（以下、「第１システム」と称される場合がある。）について説明する。第１システムが適用されるガスセンサは、限界電流式酸素センサを利用する１セル式の空燃比センサ（酸素センサ）である。
【０１１１】
（構成）
上記ガスセンサが備える素子部１０は、図２に示すように、固体電解質体１１ｓ、第１アルミナ層２１ａ、第２アルミナ層２１ｂ、第３アルミナ層２１ｃ、第４アルミナ層２１ｄ、第５アルミナ層２１ｅ、拡散抵抗部（拡散律速層）３２及びヒータ４１を備える。
固体電解質体１１ｓは、ジルコニア等を含み、酸化物イオン伝導性を有する薄板体である。固体電解質体１１ｓを形成するジルコニアは、例えば、スカンジウム（Ｓｃ）及びイットリウム（Ｙ）等の元素を含んでいてもよい。
第１乃至第５アルミナ層２１ａ乃至２１ｅは、アルミナを含む緻密（ガス不透過性）の層（緻密体）である。
拡散抵抗部３２は、多孔質の拡散律速層であり、ガス透過性の層（薄板体）である。
ヒータ４１は、例えば、白金（Ｐｔ）とセラミックス（例えば、アルミナ等）とのサーメットの薄板体であり、通電によって発熱する発熱体である。
【０１１２】
素子部１０の各層は、下方から、第５アルミナ層２１ｅ、第４アルミナ層２１ｄ、第３アルミナ層２１ｃ、固体電解質体１１ｓ、拡散抵抗部３２及び第２アルミナ層２１ｂ、第１アルミナ層２１ａの順に積層されている。
【０１１３】
内部空間３１は、第１アルミナ層２１ａ、固体電解質体１１ｓ、拡散抵抗部３２及び第２アルミナ層２１ｂによって画定される空間であり、その中に拡散抵抗部３２を介して被検ガスとしての内燃機関の排気が導入されるようになっている。即ち、素子部１０において、内部空間３１は、拡散抵抗部３２を介して内燃機関の排気管（何れも図示せず）の内部と連通している。従って、排気管内の排気が、内部空間３１内に被検ガスとして導かれる。
【０１１４】
第１大気導入路５１は、固体電解質体１１ｓ、第３アルミナ層２１ｃ及び第４アルミナ層２１ｄによって画定され、排気管の外部の大気に開放されている。尚、第１大気導入路５１は、第１別空間に該当する。
【０１１５】
第１電極１１ａは陰極であり、第２電極１１ｂは陽極である。第１電極１１ａは、固体電解質体１１ｓの一方の側の表面（具体的には、内部空間３１を画定する固体電解質体１１ｓの表面）に固着されている。一方、第２電極１１ｂは、固体電解質体１１ｓの他方の側の表面（具体的には、第１大気導入路５１を画定する固体電解質体１１ｓの表面）に固着されている。第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂ並びに固体電解質体１１ｓは、酸素ポンピング作用による酸素排出能力を有する第１電気化学セル１１ｃを構成している。この第１電気化学セル１１ｃは、ヒータ４１により加熱されて所望の温度に維持される。
【０１１６】
固体電解質体１１ｓ及び第１乃至第５アルミナ層２１ａ乃至２１ｅの各層は、例えばドクターブレード法、押し出し成形法等により、シート状に成形されている。第１電極１１ａ、第２電極１１ｂ及びこれらの電極に通電するための配線等は、例えばスクリーン印刷法等によって形成されている。これらのシートを上述したように積層して焼成することにより、上記のような構造を有する素子部１０が一体的に製造されている。
【０１１７】
第１電極１１ａは、白金（Ｐｔ）を主成分として含む多孔質サーメット電極である。第２電極１１ｂもまた、白金（Ｐｔ）を主成分として含む多孔質サーメット電極である。但し、第１電極１１ａを構成する材料は、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に所定の電圧を印加したときに、拡散抵抗部３２を介して内部空間３１に導かれた被検ガス中に含まれる酸素（及び水）を還元分解させることができる限り、特に限定されない。第２電極１１ｂを構成する材料もまた上記に限定されない。これらの電極を構成する材料は、酸素ポンピング作用を利用する電気化学セルの電極材料として広く使用されている種々の材料から適宜選択することができる。
【０１１８】
当該ガスセンサは、更に、電源６１、電流計７１及び図示しないＥＣＵを備える。電源６１及び電流計７１はＥＣＵに接続されている。
電源６１は、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に第２電極１１ｂの電位が第１電極１１ａの電位よりも高くなるように所定の電圧を印加できるようになっている。電源６１の作動はＥＣＵにより制御される。
電流計７１は、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に流れる電流（従って、固体電解質体１１ｓを流れる電流）である電極電流の大きさを計測して、その計測値をＥＣＵに出力するようになっている。
【０１１９】
上述したように、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃはヒータ４１によって加熱される。その結果としての素子部１０の温度は、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に高周波電圧を印加したときのインピーダンスに基づいて検出する。ＥＣＵは検出された温度に基づいてヒータ４１への供給電力を制御して、素子部１０の温度を制御するようになっている。但し、素子部１０の温度は、別個の温度センサを設けて検出してもよい。
【０１２０】
ＥＣＵは、ＣＰＵ、ＣＰＵが実行するプログラム及びマップ（データテーブル）等を記憶するＲＯＭ並びにデータを一時的に記憶するＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータである（何れも図示せず）。ＥＣＵは、図示しない内燃機関のアクチュエータ（燃料噴射弁、スロットル弁及びＥＧＲ弁等）に接続されている。ＥＣＵは、これらのアクチュエータに駆動（指示）信号を送出し、内燃機関を制御するようになっている。
【０１２１】
ＥＣＵは、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に印加される第１印加電圧を制御することができる。即ち、電源６１及びＥＣＵは電圧制御部を構成している。具体的には、電圧制御部を構成しているＥＣＵの機能は、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に印加される電圧である第１印加電圧が目標印加電圧に一致するように、電源６１の作動を制御する。更に、ＥＣＵは、電流計７１から出力される第１電気化学セル（センサセル）１１ｃに流れる電極電流に対応する信号を受け取ることができる。即ち、電流計７１及びＥＣＵは測定制御部を構成している。加えて、ＥＣＵは、ヒータ４１への通電量を制御することにより素子部１０の温度を制御することができる。即ち、ヒータ４１及びＥＣＵは温度調整部を構成している。具体的には、何れかの測定制御部を構成しているＥＣＵの機能が目標素子温度を出力し、同目標素子温度に基づいて、温度調整部を構成しているＥＣＵの機能がヒータ４１への通電量を制御する。
【０１２２】
（ガス濃度検出動作）
上述したＥＣＵが備えるＣＰＵ（以降、単に「ＣＰＵ」と称呼される場合がある。）は、ヒータ４１によって素子部１０を活性化温度以上の第１所定温度に加熱する。活性化温度とは、固体電解質（第１固体電解質体１１ｓ）の酸化物イオン伝導性が発現する「素子部１０の温度」である。本例において、第１所定温度は６００℃である。
【０１２３】
この状態において、ＣＰＵは、第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂがそれぞれ陰極及び陽極となるように、これらの電極間に酸素の限界電流域に該当する電圧（例えば、０．４Ｖ）を印加する。これにより、被検ガス中に含まれる酸素が第１電極１１ａにおいて分解されて酸化物イオン（Ｏ２−）が生成され、生成された酸化物イオンは酸素ポンピング作用によって内部空間３１から第１大気導入路５１へと排出される。このときに第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に流れる電極電流の大きさ（第１電極電流値）は、被検ガス中に含まれる酸素の濃度に対応する。ＥＣＵは、電流計７１から出力される第１電極電流値に対応する信号を受け取る。このようにして、ＣＰＵは、第１電気化学セル１１ｃを使用して、内部空間３１内の被検ガス中に含まれる酸素の濃度を検出する。そして、検出された酸素の濃度に基づいて、内燃機関に供給された混合気の空燃比を算出する。
【０１２４】
（従来技術に係る空燃比センサの異常診断動作）
ところで、前述したように、限界電流式センサにおいては、例えば、拡散抵抗部の割れ及び詰まり、多孔質電極の詰まり並びに固体電解質の伝導度の変化等により、出力特性の異常（例えば、検出値の拡大及び検出値の縮小等）が生じ得る。限界電流式センサにおいて出力特性の異常が生ずると排気中に含まれる酸素の濃度を正確に検出することができなくなり、空燃比センサとして空燃比を正確に取得することができなくなる。
【０１２５】
そこで、当該技術分野においては、フューエルカット（ＦＣ）の実行中に空燃比センサからの出力（即ち、酸素の分解電流の大きさ）が上記正常な範囲内に所定時間以上保持されたときに当該センサの出力特性が異常であると判定する診断方法が提案されている。このような従来技術に係るＦＣ診断について、以下に説明する。
【０１２６】
ＦＣ実行中は、内燃機関に燃料が供給されず、燃焼室における混合気の燃焼が起こらないため、基本的には、約２１体積％の酸素を含む空気がその組成を維持したまま内燃機関から排出される。一方、内燃機関に燃料が供給され、燃焼室において混合気を燃焼させる場合、この燃焼の結果として混合気の空燃比に応じた濃度の酸素を含む混合気が内燃機関から排出される。例えば、空燃比がストイキ近傍に維持されている場合、排気中に酸素は殆ど存在しない。
【０１２７】
従って、図３に示すように、酸素の限界電流域に該当する印加電圧（ＶＯ２）においてＦＣ実行中に検出される電極電流の大きさ（実線）は非常に大きいのに対し、内燃機関に燃料が供給されている場合、空燃比がストイキ近傍又はストイキ近傍未満（リッチ）の状態に維持されているときに検出される電極電流の大きさ（破線）は殆ど０（ゼロ）となる。一方、空燃比がストイキよりも大きい状態（リーン）に維持されているときは排気中に酸素が残っているので、検出される電極電流の大きさは０（ゼロ）よりも大きい値となる。後者の場合、空燃比がリーン（混合気における燃料が希薄な状態）となるほど電極電流の大きさが増大する傾向を示すが、上記電極電流の大きさはＦＣ実行中の電極電流の大きさ（ＩＦＣ）に比べるとかなり小さい。従って、酸素の限界電流域に該当する印加電圧（ＶＯ２）において電極電流の大きさがＦＣ実行中であるにも拘わらず上記ＩＦＣよりも有意に小さい場合、当該空燃比センサの出力特性は異常であると判定することができる。
【０１２８】
しかしながら、前述したように、上記のように排気中に比較的大量に存在する酸素の分解電流の大きさに基づいて行われるガスセンサの出力特性の異常診断方法によっては、大幅な出力特性の変化については正確且つ容易に検出することができるものの、微小な出力特性の変化については正確且つ容易に検出することができない。
【０１２９】
（第１システムによる空燃比センサの異常診断動作）
一方、第１システムによる空燃比センサ（酸素センサ）の異常診断動作においては、上述したように、内燃機関に燃料が供給されているときに検出される、酸素よりも高い印加電圧において分解が始まる水の分解電流の大きさに基づいて、当該ガスセンサの出力特性の異常の有無を診断する。例えば、内燃機関に燃料が供給されていて空燃比がストイキ近傍又はストイキ近傍未満（リッチ）の状態に維持されている場合、上述したように酸素の分解電流の大きさは殆ど０（ゼロ）となる。従って、この場合、図３に示すように、水の還元分解が起こる印加電圧（ＶＨ２ｏ）において検出される電極電流の大きさは、水の分解電流の大きさ（水分解電流値ＩＨ２ｏ）に等しいということができる。
【０１３０】
一方、空燃比がストイキよりも大きい状態（リーン）に維持されている場合は、排気中に酸素が残っているので、検出される電極電流には水の分解電流のみならず酸素の分解電流もが含まれている。このような場合は、例えば、上述した酸素の限界電流域に該当する印加電圧（ＶＯ２）において検出される電極電流の大きさ（酸素の分解電流値（ＩＯ２）に相当）を、水の還元分解が起こる印加電圧（ＶＨ２ｏ）において検出される電極電流の大きさから差し引くことにより、水分解電流値（ＩＨ２ｏ）を算出することができる（詳しくは後述する。）。
【０１３１】
当該ガスセンサの出力特性が正常である場合は、当然のことながら、上記のようにして得られる水分解電流値（ＩＨ２ｏ）は、排気中に含まれる水の濃度に対応する。しかしながら、当該ガスセンサの出力特性が異常である場合は、上記のようにして得られる水分解電流値（ＩＨ２ｏ）は、排気中に含まれる水の濃度に対応する水分解電流値の正常値（基準水分解電流値ＩＨ２ｏＢＡＳＥ）から逸脱する。従って、当該ガスセンサについて、排気中に含まれる水の濃度と基準水分解電流値（ＩＨ２ｏＢＡＳＥ）との対応関係を予め用意しておき、実際に得られた水分解電流値（ＩＨ２ｏ）が、そのときの排気中に含まれる水の濃度に対応する基準水分解電流値（ＩＨ２ｏＢＡＳＥ）から逸脱しているか否かに基づいて、当該ガスセンサの出力特性が異常であるか否かを判定することができる。
【０１３２】
尚、本発明者は、出力特性が様々に変化した空燃比センサ（酸素センサ）において、従来技術に係るＦＣ診断において検出される酸素の分解電流値（ＩＦＣ）と、第１システムによって検出される水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）と、を測定し、これらの相関関係を調べた。従来技術に係るＦＣ診断においては、内燃機関に燃料を供給しない状態（ＦＣ）で、酸素の限界電流域に該当する印加電圧を電極間に印加した（ＶＯ２＝０．４Ｖ）。第１システムによる異常診断においては、空燃比をストイキに維持しながら内燃機関に燃料を供給している状態（Ａ／Ｆ＝１４．６）で、水の分解が起こる印加電圧を電極間に印加した（ＶＨ２Ｏ＝１．０Ｖ）。
【０１３３】
図４に示すように、上記実験によって得られた酸素の分解電流値（ＩＦＣ）と水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）とは非常に良好な相関を示した。このことは、水分解電流値に基づいてガスセンサの出力特性の異常を診断する第１システムが、酸素の分解電流値に基づいてガスセンサの出力特性の異常を診断する従来技術に係るＦＣ診断と同様に、空燃比センサの出力特性の異常の有無を診断することができることを示している。
【０１３４】
（具体的作動）
ここで、第１システムによって実行されるガスセンサ（空燃比センサ）の異常診断動作につき、より具体的に説明する。図５は、第１システムによって実行されるガスセンサ（空燃比センサ）の異常診断ルーチンの一例を示すフローチャートである。例えば、上述したＥＣＵが備えるＣＰＵ（以降、単に「ＣＰＵ」と称呼される場合がある。）は、所定のタイミングにてステップＳ５００から処理を開始し、ステップＳ５０５に進む。
【０１３５】
ステップＳ５０５において、ＣＰＵは、当該ガスセンサの出力特性が異常であるか否かについての診断（以降、単に「異常診断」と称される場合がある。）が未だ完了していないことを示すフラグ（異常診断未完了フラグ：Ｆｄ）が立っているか否か（「１」に設定されているか否か）を判定する。この異常診断未完了フラグは、例えば、一定の期間が経過する毎に、或いは、当該ガスセンサが使用される車輌の走行距離が一定の距離だけ増加する毎に「１」に設定される。一方、後述するように、この異常診断未完了フラグは、異常診断が完了する毎に「０（ゼロ）」に設定される。
【０１３６】
上記ステップＳ５０５において異常診断未完了フラグＦｄが「１」に設定されていると判定された場合（Ｓ５０５：Ｙｅｓ）、ＣＰＵは次のステップＳ５１０に進み、異常診断を実行するために満たされるべき条件（異常診断実行条件）が成立しているか否かを判定する。尚、本例における異常診断実行条件は、以下の（Ｃ１）乃至（Ｃ４）の総てが成立していることとした。但し、異常診断実行条件は以下に限定されず、例えば当該ガスセンサが適用される内燃機関の用途等に応じて適宜定めることができる。
【０１３７】
（Ｃ１）当該ガスセンサが適用される内燃機関の暖機が完了していること。
（Ｃ２）上記内燃機関がアイドル状態にあること。
（Ｃ３）上記内燃機関が搭載される車輌が停車していること（車速＝０（ゼロ））。
（Ｃ４）当該ガスセンサの素子部の温度が活性化温度以上となっていること。
【０１３８】
上記ステップＳ５１０において異常診断実行条件が成立していると判定された場合（Ｓ５１０：Ｙｅｓ）、ＣＰＵは次のステップＳ５１５に進み、上記内燃機関における当該ガスセンサ（空燃比センサ）を用いるフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御による空燃比制御を停止し、代わりに空燃比をストイキとするオープン制御に切り替える。これは、異常診断においては、例えば当該ガスセンサにおける印加電圧等が通常時とは異なる状態に変更されるので、当該ガスセンサによる空燃比の検出ができなくなるためである。
【０１３９】
次に、ＣＰＵはステップＳ５２０に進み、第１印加電圧が所定の第２電圧帯に含まれる第２所定電圧となっている第２状態において取得される第１電極電流値を被検ガス中に含まれる被検成分の濃度に関連を有する値である被検成分濃度関連値として取得する。本例においては、被検成分が酸素であるので、通常の酸素濃度の検出用の印加電圧（０．４Ｖ）が既に第２所定電圧（０．４Ｖ）となっている。従って、第２状態において取得される第１電極電流値（即ち、被検成分濃度関連値）もまた、被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して第１電極と第２電極との間に流れる電流の値である第１酸素分解電流値そのものである。このようにして、ＣＰＵは第１酸素分解電流値（ＩＯ２）を取得する。
【０１４０】
次に、ＣＰＵはステップＳ５２５に進み、第１印加電圧を第１所定電圧（１．０Ｖ）に切り替える。つまり、ＣＰＵは、第１電気化学セル１１ｃの状態を第２状態から第１状態へと切り替える。そして、所定の期間が経過して、当該ガスセンサの出力（第１電極電流値）が安定した後に、当該センサ出力（第１電極電流値）を取得する。酸素の分解開始電圧は水の分解開始電圧よりも低いので、第１状態においては被検ガス中の水のみならず酸素もまた還元分解される。従って、この取得された第１電極電流値は、水の分解に起因して流れる電極電流（水分解電流）のみならず酸素の分解に起因して流れる電極電流（酸素分解電流）をも含む。一方、第１所定電圧は酸素の分解電流域に含まれる電圧であるので、この酸素分解電流の大きさは上述したステップＳ５２０において取得された第１酸素分解電流値（ＩＯ２）に等しい。即ち、ステップＳ５２５において取得される第１電極電流値は、ステップＳ５２０において取得された第１酸素分解電流値（ＩＯ２）と水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）との和である（第１電極電流値：ＩＯ２＋Ｈ２Ｏ＝ＩＯ２＋ＩＨ２Ｏ）。
【０１４１】
そこで、ＣＰＵは次のステップＳ５３０に進み、第１電極電流値（ＩＯ２＋Ｈ２Ｏ）から上述したステップＳ５２０において取得された第１酸素分解電流値（ＩＯ２）を減ずることにより、第１状態における水の分解に起因して流れる電極電流の大きさである水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）を算出する。
【０１４２】
当該ガスセンサの出力特性が正常である場合、上記のようにして算出された水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）の、正常な出力特性を有する当該ガスセンサによって検出されるであろう、その時点において被検ガス中に含まれる水の濃度に対応する水分解電流の値である基準水分解電流値（ＩＨ２ＯＢＡＳＥ）からの乖離が所定の閾値以内に収まる筈である。逆に、水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）の基準水分解電流値（ＩＨ２ＯＢＡＳＥ）からの乖離が所定の閾値を超える場合は、当該ガスセンサの出力特性が異常であると判定することができる。
【０１４３】
そこで、ＣＰＵは次のステップＳ５３５に進み、上記第１電極電流値（ＩＯ２＋Ｈ２Ｏ）が取得された時点における基準水分解電流値（ＩＨ２ＯＢＡＳＥ）を特定する。具体的には、ＣＰＵは、上述したステップＳ５２０において取得された第１酸素分解電流値（ＩＯ２）から、対応する混合気の空燃比を算出し、この算出された空燃比から、予め記憶されたマップ（データテーブル）に基づいて基準水分解電流値（ＩＨ２ＯＢＡＳＥ）を特定する。
【０１４４】
上記マップは、内燃機関に供給される混合気の空燃比と、正常な出力特性を有する当該ガスセンサの第１電気化学セルが第１状態にあるときに被検ガス中に含まれる水の分解に起因して第１電極と第２電極との間に流れる電流の値である基準水分解電流値（ＩＨ２ＯＢＡＳＥ）と、の対応関係を表すデータテーブルである。即ち、本例においては、混合気の空燃比が水分関連値であり、混合気の空燃比と基準水分解電流値（ＩＨ２ＯＢＡＳＥ）との対応関係が第１対応関係である。
【０１４５】
但し、上記のようにステップＳ５２０において取得された第１酸素分解電流値（ＩＯ２）から対応する混合気の空燃比を算出することは必ずしも必要ではない。即ち、第１酸素分解電流値（ＩＯ２）を水分関連値とし、第１酸素分解電流値（ＩＯ２）と基準水分解電流値（ＩＨ２ＯＢＡＳＥ）との対応関係を第１対応関係としてもよい。
【０１４６】
次に、ＣＰＵはステップＳ５４０に進み、水分検出偏差（Ｄｗ）が所定の第１上限値よりも大きいか否かを判定する。ここで、水分検出偏差（Ｄｗ）は、水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）から上記のようにステップＳ５３５において特定された基準水分解電流値（ＩＨ２ＯＢＡＳＥ）を減じた値の当該基準水分解電流値（ＩＨ２ＯＢＡＳＥ）に対する比である（Ｄｗ＝（ＩＨ２Ｏ−ＩＨ２ＯＢＡＳＥ）／ＩＨ２ＯＢＡＳＥ）。
【０１４７】
上記ステップＳ５４０において水分検出偏差（Ｄｗ）が所定の第１上限値よりも大きいと判定された場合（Ｓ５４０：Ｙｅｓ）、当該ガスセンサは、その出力特性の異常によりセンサ出力が正常値よりも拡大されて過大に検出されている状態にある。従って、ＣＰＵは次のステップＳ５４５に進み、当該ガスセンサにおいて検出値の拡大を伴う出力特性の異常が生じているとの判定を下す。本例においてＣＰＵは、当該判定に応じた故障警告灯（ＭＩＬ）を点灯させる。
【０１４８】
その後、ＣＰＵは次のステップＳ５６０に進み、上述した異常診断未完了フラグＦｄを下ろす（「０（ゼロ）」に設定する）。即ち、ＣＰＵは、当該ガスセンサについての異常診断が完了したことを記録する。その後、ＣＰＵは次のステップＳ５６５に進み、第１印加電圧を通常の酸素濃度の検出用の印加電圧（０．４Ｖ）に戻す。その後、ＣＰＵは次のステップＳ５５０に進んで当該ガスセンサを用いる空燃比のＦ／Ｂ制御を再開し、ステップＳ５９５に進んで当該ルーチンを一旦終了する。
【０１４９】
一方、上記ステップＳ５４０において水分検出偏差（Ｄｗ）が所定の第１上限値よりも大くないと判定された場合（Ｓ５４０：Ｎｏ）、ＣＰＵはステップＳ５５０に進み、水分検出偏差（Ｄｗ）が所定の第１下限値よりも小さいか否かを判定する。
【０１５０】
上記ステップＳ５５０において水分検出偏差（Ｄｗ）が所定の第１上限値よりも小さいと判定された場合（Ｓ５５０：Ｙｅｓ）、当該ガスセンサは、その出力特性の異常によりセンサ出力が正常値よりも縮小されて過小に検出されている状態にある。従って、ＣＰＵは次のステップＳ５５５に進み、当該ガスセンサにおいて検出値の縮小を伴う出力特性の異常が生じているとの判定を下す。本例においてＣＰＵは、当該判定に応じた故障警告灯（ＭＩＬ）を点灯させる。
【０１５１】
その後、ＣＰＵは、ステップＳ５６０、ステップＳ５６５、ステップＳ５７０及びステップＳ５９５と進んで当該ルーチンを一旦終了する。
【０１５２】
尚、上述したステップＳ５０５において異常診断未完了フラグＦｄが「１」に設定されていないと判定された場合（Ｓ５０５：Ｎｏ）、及び、上述したステップＳ５１０において異常診断実行条件が成立していないと判定された場合（Ｓ５１０：Ｎｏ）、ＣＰＵは特段の処理を実行すること無くステップＳ５９５へと進んで当該ルーチンを一旦終了する。
【０１５３】
更に、上記ステップＳ５５０において水分検出偏差（Ｄｗ）が所定の第１上限値よりも小さくないと判定された場合（Ｓ５５０：Ｎｏ）、当該ガスセンサにおいては、その出力特性の異常による検出値の拡大も縮小も起こっていない。従って、ＣＰＵは特段の処理を実行すること無くステップＳ５９５へと進んで当該ルーチンを一旦終了する。
【０１５４】
以上説明したように、第１システムによれば、内燃機関の排気中に含まれる酸素の分解電流値を検出する限界電流式酸素センサ（空燃比センサ）において、水（Ｈ２Ｏ）の分解電流値（水分解電流）を検出し、当該排気中に含まれる水の濃度に対応する水の基準分解電流値（基準水分解電流）からの偏差に基づき、当該限界電流式ガスセンサの出力特性の異常の有無を診断する。これにより、当該ガスセンサの出力特性の顕著な異常のみならず、微小な異常をも正確且つ容易に診断することができる。
【０１５５】
尚、本例においては、内燃機関に供給される混合気の空燃比を当該ガスセンサによって検出し、当該空燃比から特定される基準水分解電流値をそのまま使用したが、前述したように、フューエルカット時に検出される酸素の分解電流値に基づいて基準水分解電流値を補正してもよい。或いは、前述したように、別途設けられた湿度センサ等によって検出される被検ガス中に含まれる水の濃度から基準水分解電流値を特定してもよい。更には、例えば、内燃機関への吸気の温度に基づいて被検ガス中に含まれる水の濃度を推定し、この推定された水の濃度から基準水分解電流値を特定してもよい。
【０１５６】
＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態に係るガスセンサの異常診断システム（以下、「第２システム」と称される場合がある。）について説明する。第２システムが適用されるガスセンサは、限界電流式酸素センサを利用する２セル式のＮＯｘセンサ（窒素酸化物センサ）である。当該ＮＯｘセンサにおいて、上流側の第２電気化学セル（ポンピングセル）は被検ガスとしての排気中の酸素を分解及び排出し、下流側の第１電気化学セル（センサセル）は被検ガス中の窒素酸化物を分解及び検出する。
【０１５７】
（構成）
上記ガスセンサが備える素子部１０は、図６に示すように、第１固体電解質体１１ｓ、第２固体電解質体１２ｓ、第１アルミナ層２１ａ、第２アルミナ層２１ｂ、第３アルミナ層２１ｃ、第４アルミナ層２１ｄ、第５アルミナ層２１ｅ、第６アルミナ層２１ｆ、拡散抵抗部（拡散律速層）３２及びヒータ（電気ヒータ）４１を備える。
固体電解質体１１ｓは、ジルコニア等を含み、酸化物イオン伝導性を有する薄板体である。固体電解質体１１ｓを形成するジルコニアは、例えば、スカンジウム（Ｓｃ）及びイットリウム（Ｙ）等の元素を含んでいてもよい。第２固体電解質体１２ｓも固体電解質体１１ｓと同様である。
第１乃至第６アルミナ層２１ａ乃至２１ｆは、アルミナを含む緻密（ガス不透過性）の層（緻密体）である。
拡散抵抗部３２は、多孔質の拡散律速層であり、ガス透過性の層（薄板体）である。
ヒータ４１は、例えば、白金（Ｐｔ）とセラミックス（例えば、アルミナ等）とを含むサーメットの薄板体であり、通電によって発熱する発熱体である。
【０１５８】
素子部１０の各層は、下方から、第５アルミナ層２１ｅ、第４アルミナ層２１ｄ、第３アルミナ層２１ｃ、第１固体電解質体１１ｓ、拡散抵抗部３２及び第２アルミナ層２１ｂ、第２固体電解質体１２ｓ、第６アルミナ層２１ｆ、第１アルミナ層２１ａの順に積層されている。
【０１５９】
内部空間３１は、第１固体電解質体１１ｓ、第２固体電解質体１２ｓ、拡散抵抗部３２及び第２アルミナ層２１ｂによって画定される空間であり、その中に拡散抵抗部３２を介して被検ガスとしての内燃機関の排気が導入されるようになっている。即ち、素子部１０においては、内部空間３１は拡散抵抗部３２を介して、内燃機関の排気管（何れも図示せず）の内部と連通している。従って、排気管内の排気が内部空間３１内に被検ガスとして導かれる。
【０１６０】
第１大気導入路５１は、第１固体電解質体１１ｓ、第３アルミナ層２１ｃ及び第４アルミナ層２１ｄによって画定され、排気管の外部の大気に開放されている。第１大気導入路５１は、第１別空間に該当する。第２大気導入路５２は、第２固体電解質体１２ｓ、第１アルミナ層２１ａ及び第６アルミナ層２１ｆによって画定され、排気管の外部の大気に開放されている。第２大気導入路５２は、第２別空間に該当する。
【０１６１】
第１電極１１ａは陰極であり、第２電極１１ｂは陽極である。第１電極１１ａは、第１固体電解質体１１ｓの一方の側の表面（具体的には、内部空間３１を画定する第１固体電解質体１１ｓの表面）に固着されている。一方、第２電極１１ｂは、第１固体電解質体１１ｓの他方の側の表面（具体的には、第１大気導入路５１を画定する第１固体電解質体１１ｓの表面）に固着されている。第１電極１１ａと第２電極１１ｂとは、固体電解質体１１ｓを挟んで互いに対向するように配置されている。第１電極１１ａ、第２電極１１ｂ及び第１固体電解質体１１ｓは、酸素ポンピング作用による酸素排出能力を有する第１電気化学セル１１ｃを構成している。
【０１６２】
第３電極１２ａは陰極であり、第４電極１２ｂは陽極である。第３電極１２ａは、第２固体電解質体１２ｓの一方の側の表面（具体的には、内部空間３１を画定する第２固体電解質体１２ｓの表面）に固着されている。一方、第４電極１２ｂは、第２固体電解質体１２ｓの他方の側の表面（具体的には、第２大気導入路５２を画定する第２固体電解質体１２ｓの表面）に固着されている。第３電極１２ａと第４電極１２ｂとは、固体電解質体１２ｓを挟んで互いに対向するように配置されている。第３電極１２ａ、第４電極１２ｂ及び第２固体電解質体１２ｓは、酸素ポンピング作用による酸素排出能力を有する第２電気化学セル１２ｃを構成している。これらの第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃは、ヒータ４１により加熱されて所望の温度に維持される。
【０１６３】
第１固体電解質体１１ｓ、第２固体電解質体１２ｓ及び第１乃至第６アルミナ層２１ａ乃至２１ｆの各層は、例えばドクターブレード法、押し出し成形法等により、シート状に成形されている。第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂ、第３電極１２ａ、第４電極１２ｂ、及びこれらの電極に通電するための配線等は、例えばスクリーン印刷法等によって形成されている。これらのシートを上述したように積層して焼成することにより、上記のような構造を有する素子部１０が一体的に製造されている。
【０１６４】
第１電極１１ａは、白金（Ｐｔ）とロジウム（Ｒｈ）との合金を主成分として含む多孔質サーメット電極であり、第２電極１１ｂは、白金（Ｐｔ）を主成分として含む多孔質サーメット電極である。但し、第１電極１１ａを構成する材料は、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に所定の電圧を印加したときに、拡散抵抗部３２を介して内部空間３１に導かれた被検ガス中に含まれる水及び硫黄酸化物を還元分解させることができる限り、特に限定されない。好ましくは、第１電極１１ａを構成する材料は、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）等の白金族元素又はそれらの合金等を主成分として含む。より好ましくは、第１電極１１ａは、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）及びパラジウム（Ｐｄ）からなる群より選ばれる少なくとも１種を主成分として含む多孔質サーメット電極である。更に、第２電極１１ｂを構成する材料もまた上記に限定されず、酸素ポンピング作用を利用する電気化学セルの陽極材料として広く使用されている種々の材料から適宜選択することができる。
【０１６５】
一方、第３電極１２ａ及び第４電極１２ｂは、白金（Ｐｔ）を主成分として含む多孔質サーメット電極である。但し、第１電極１２ａを構成する材料は、第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間に被検ガス中に含まれる酸素を分解可能な電圧（具体的には、約０．１Ｖ以上。典型的には、約０．４Ｖ）を印加したときに、拡散抵抗部３２を介して内部空間３１に導かれた被検ガス中に含まれる酸素を還元分解させることができる限り、特に限定されない。更に、第４電極１２ｂを構成する材料もまた上記に限定されず、酸素ポンピング作用を利用する電気化学セルの陽極材料として広く使用されている種々の材料から適宜選択することができる。
【０１６６】
図６に示した例において、第２電気化学セル１２ｃは、第１電気化学セル１１ｃを構成する第１固体電解質体１１ｓとは別個の第２固体電解質体１２ｓを含む。しかしながら、第２電気化学セル１２ｃは、第１固体電解質体１１ｓを第１電気化学セル１１ｃと共有していてもよい。この場合、第１大気導入路５１は、第１別空間及び第２別空間として機能する。
【０１６７】
当該ガスセンサは、更に、電源６１、電流計７１及び図示しないＥＣＵ（電気制御ユニット）を備える。電源６１及び電流計７１はＥＣＵに接続されている。
電源６１は、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に第２電極１１ｂの電位が第１電極１１ａの電位よりも高くなるように所定の電圧を印加できるようになっている。電源６１の作動はＥＣＵにより制御される。
電流計７１は、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に流れる電流（従って、第１固体電解質体１１ｓを流れる電流）である電極電流の大きさを計測して、その計測値をＥＣＵに出力するようになっている。
【０１６８】
加えて、当該ガスセンサは、電源６２及び電流計７２を更に備える。電源６２及び電流計７２はＥＣＵに接続されている。
電源６２は、第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間に第４電極１２ｂの電位が第３電極１２ａの電位よりも高くなるように所定の電圧を印加できるようになっている。電源６２の作動はＥＣＵにより制御される。
電流計７２は、第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間に流れる電流（従って、第２固体電解質体１２ｓを流れる電流）である電極電流の大きさを計測して、その計測値をＥＣＵに出力するようになっている。
【０１６９】
上述したように、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃはヒータ４１によって加熱される。その結果としての素子部１０の温度は、第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間に高周波電圧を印加したときのインピーダンスに基づいて検出する。ＥＣＵは検出された温度に基づいてヒータ４１への供給電力を制御して、素子部１０の温度を制御するようになっている。但し、素子部１０の温度は、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に高周波電圧を印加したときのインピーダンスに基づいて検出してもよく、或いは、別個の温度センサを設けて検出してもよい。
【０１７０】
ＥＣＵは、ＣＰＵ、ＣＰＵが実行するプログラム及びマップ等を記憶するＲＯＭ並びにデータを一時的に記憶するＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータである（何れも図示せず）。ＥＣＵは、図示しない内燃機関のアクチュエータ（燃料噴射弁、スロットル弁及びＥＧＲ弁等）に接続されている。ＥＣＵは、これらのアクチュエータに駆動（指示）信号を送出し、内燃機関を制御するようになっている。
【０１７１】
ＥＣＵは、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に印加される電圧である第１印加電圧を制御することができる。即ち、電源６１及びＥＣＵは第１の電圧制御部を構成している。具体的には、第１の電圧制御部を構成しているＥＣＵの機能は、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に印加される電圧である第１印加電圧が第１の目標印加電圧に一致するように、電源６１の作動を制御する。更に、ＥＣＵは、電流計７１から出力される第１電気化学セル１１ｃに流れる電極電流に対応する信号を受け取ることができる。即ち、電流計７１及びＥＣＵは第１の測定制御部を構成している。加えて、ＥＣＵは、第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間に印加される電圧を制御することができる。即ち、電源６２及びＥＣＵは第２の電圧制御部を構成している。具体的には、第２の電圧制御部を構成しているＥＣＵの機能は、第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間に印加される電圧が第２の目標印加電圧に一致するように、電源７１の作動を制御する。更に、ＥＣＵは、電流計７２から出力される第２電気化学セル１２ｃに流れる電極電流に対応する信号を受け取ることができる。即ち、電流計７２及びＥＣＵは第２の測定制御部を構成している。加えて、ＥＣＵは、ヒータ４１への通電量を制御することにより素子部１０の温度を制御することができる。即ち、ヒータ４１及びＥＣＵは温度調整部を構成している。具体的には、何れかの測定制御部を構成しているＥＣＵの機能が目標素子温度を出力し、同目標素子温度に基づいて、温度調整部を構成しているＥＣＵの機能がヒータ４１への通電量を制御する。
【０１７２】
図６に示した例においては、第１及び第２の電圧制御部を、別個の電圧制御部として含む。しかしながら、これらの電圧制御部は、所期の印加電圧を所期の電極間にそれぞれ印加することが可能である限り、１つの電圧制御部として構成されていてもよい。同様に、図１に示した例においては、第１及び第２の測定制御部を、別個の測定制御部として含む。しかしながら、これらの測定制御部は、所期の検出値を所期の電極間からそれぞれ取得することが可能である限り、１つの測定制御部として構成されていてもよい。
【０１７３】
（ガス濃度検出動作）
上述したＥＣＵが備えるＣＰＵは、ヒータ４１によって素子部１０を活性化温度以上の第１所定温度に加熱する。活性化温度とは、固体電解質（第１固体電解質体１１ｓ及び第２固体電解質体１２ｓ）の酸化物イオン伝導性が発現する「素子部１０の温度」である。本例において、第１所定温度は７５０℃である。
【０１７４】
この状態において、ＣＰＵは、第３電極１２ａ及び第４電極１２ｂがそれぞれ陰極及び陽極となるように、これらの電極間に酸素の限界電流域に該当する電圧（例えば、０．４Ｖ）を印加する。これにより、被検ガス中に含まれる酸素が第３電極１２ａにおいて分解されて酸化物イオン（Ｏ２−）が生成され、生成された酸化物イオンは酸素ポンピング作用によって内部空間３１から第２大気導入路５２へと排出される。このようにして、ＣＰＵは、第２電気化学セル１２ｃを使用して、内部空間３１内の被検ガス中に含まれる酸素を実質的に排除する。
【０１７５】
このときに第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間に流れる電極電流の大きさ（第２酸素分解電流値）は、被検ガス中に含まれる酸素の濃度に対応する。ＥＣＵは、電流計７１から出力される第２酸素分解電流値に対応する信号を受け取る。このようにして、ＣＰＵは、第２電気化学セル１２ｃを使用して、内部空間３１内の被検ガス中に含まれる酸素の濃度を検出する。そして、検出された酸素の濃度に基づいて、内燃機関に供給された混合気の空燃比を算出する。
【０１７６】
一方、ＣＰＵは、ヒータ４１によって素子部１０が第１所定温度に加熱された状態において、第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂがそれぞれ陰極及び陽極となるように、これらの電極間に窒素酸化物の限界電流域に該当する電圧（ＶＮＯＸ）（例えば、０．４Ｖ）を印加する。上述したように、内部空間３１内の被検ガス中に含まれる酸素は第２電気化学セル１２ｃによって実質的に排除されている。従って、第１電極１１ａにおいては、被検ガス中に含まれる窒素酸化物が分解され、これに伴う電極電流が第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に流れる。
【０１７７】
上記電極電流の大きさ（第１電極電流値）は、図７に示すように、被検ガス中に含まれる窒素酸化物の濃度が高い場合（実線）と同濃度が低い場合（破線）とで異なる。即ち、第１電極電流値は、被検ガス中に含まれる窒素酸化物の濃度に応じて変化する。このようにして、ＣＰＵは、被検ガス中に含まれる窒素酸化物の濃度を検出する。尚、例えば、本例におけるＮＯｘセンサのようにセンサセル（第１電気化学セル１１ｃ）の上流にポンプセル（第２電気化学セル１２ｃ）を設けない場合及び上流に設けられたポンプセルによって被検ガス中に含まれる総ての酸素を排出することができなかった場合等においては、センサセルに到達する被検ガス中に酸素が存在する。このような場合は、図７において括弧書きによって示したように、第１電極電流値は、窒素酸化物の分解電流値のみならず、酸素の分解電流値（限界電流値）をも含む。
【０１７８】
（従来技術に係るＮＯｘセンサの異常診断動作）
前述したように、従来技術に係るＦＣ診断においては、フューエルカット（ＦＣ）を実行中であるにも拘わらず酸素の分解電流値（ＩＦＣ）が、ＦＣを実行していない通常の空燃比制御の実行時に検出される酸素の分解電流値の範囲内に所定時間以上留まった場合、当該センサの出力特性が異常であると判定される。
【０１７９】
しかしながら、前述したように、上記のように比較的大量に存在する酸素の分解電流の大きさに基づいて行われるガスセンサの出力特性の異常診断方法によっては、排気中に僅かしか存在しない窒素酸化物の濃度を検出するＮＯｘセンサの微小な出力特性の変化については正確且つ容易に検出することができない。
【０１８０】
（第２システムによるＮＯｘセンサの異常診断動作）
一方、第２システムは、上述したように、内燃機関に燃料が供給されているときに検出される、酸素よりも高い印加電圧において分解が始まる水の分解電流の大きさ（水分解電流値）に基づいて、ＮＯｘセンサの出力特性の異常の有無を診断する。
【０１８１】
水分解電流値（ＩＨ２ｏ）は、第１印加電圧を第１所定電圧としたときに検出される第１電極電流値に基づいて取得される。上述した図７に示したように、第１印加電圧を第１所定電圧（ＶＨ２Ｏ）としたときに検出される第１電極電流値は、窒素酸化物の分解電流値（ＩＮＯＸ）と水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）とを含んでいる。従って、水分解電流値（ＩＨ２ｏ）は、例えば、上述した窒素酸化物の限界電流域に該当する印加電圧（ＶＮＯＸ）において検出される第１電極電流の大きさ（窒素酸化物の分解電流（ＩＮＯＸ）に相当）を、水の還元分解が起こる印加電圧（ＶＨ２ｏ）において検出される第１電極電流値から差し引くことにより算出することができる（詳しくは後述する。）。第１システムに関して前述したように、このようにして得られる水分解電流値（ＩＨ２ｏ）が、そのときの排気中に含まれる水の濃度に対応する基準水分解電流値（ＩＨ２ｏＢＡＳＥ）から逸脱しているか否かに基づき、当該ＮＯＸセンサの出力特性が異常であるか否かを判定することができる。
【０１８２】
本発明者は、出力特性が様々に変化したＮＯｘセンサを使用して、一定の空燃比（Ａ／Ｆ＝２０）の混合気を内燃機関に供給して一定濃度（１００ｐｐｍ）の窒素酸化物を含む排気中に含まれる窒素酸化物の分解電流値（ＩＮＯＸ）と、第２システムによって検出される水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）と、を測定し、これらの相関関係を調べた。第１電気化学セル１１ｃにおいて、窒素酸化物の分解電流（ＩＮＯＸ）は第１印加電圧を０．４Ｖに設定して検出し、水の分解電流（ＩＨ２Ｏ）は第１印加電圧を１．０Ｖに設定して検出した。
【０１８３】
尚、上述した構成を有する第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に水の還元分解が起こる印加電圧を印加すると、被検ガス中に含まれる水のみならず、硫黄酸化物までもが還元分解される。後述するように、素子部１０の温度によっては、硫黄酸化物の分解生成物が第１電極１１ａに吸着する場合がある。しかしながら、本例における第１所定温度は７５０℃であるので、硫黄酸化物の分解生成物は第１電極１１ａに吸着しない。
【０１８４】
図８に示すように、上記実験によって得られた窒素酸化物の分解電流値（ＩＮＯＸ）と水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）とは非常に良好な相関を示した。このことは、第２システムによるガスセンサの異常診断に用いられる水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）が、窒素酸化物の分解電流値（ＩＮＯＸ）の出力特性の異常を診断するための指標として好適であることを示している。
【０１８５】
（具体的作動）
ここで、第２システムによって実行されるガスセンサ（ＮＯｘセンサ）の異常診断動作につき、より具体的に説明する。尚、本例においては、内燃機関に供給される混合気の空燃比を当該ガスセンサによって検出し、当該空燃比から特定される基準水分解電流値をそのまま使用するのではなく、前述したように、フューエルカット（ＦＣ）実行時に検出された酸素の分解電流値に基づいて基準水分解電流値を補正する。更に、本例においては、ＦＣ実行時に検出された酸素の分解電流値が基準値から大幅に逸脱している場合には、当該ガスセンサが異常であると判定し、水分解電流値に基づく当該ガスセンサの異常診断を行わない。
【０１８６】
（ＦＣ診断）
そこで、先ず、ＦＣ実行時に検出された酸素の分解電流値（大気分解電流値）に基づく当該ガスセンサの異常診断（ＦＣ診断）について説明する。図９は、第２システムによって実行されるガスセンサ（ＮＯｘセンサ）のＦＣ診断ルーチンの一例を示すフローチャートである。例えば、上述したＥＣＵが備えるＣＰＵ（以降、単に「ＣＰＵ」と称呼される場合がある。）は、所定のタイミングにてステップＳ９００から処理を開始し、ステップＳ９０５に進む。
【０１８７】
ステップＳ９０５において、ＣＰＵは、当該ガスセンサの出力特性が異常であるか否かについての診断（以降、単に「異常診断」と称される場合がある。）が未だ完了していないことを示すフラグ（異常診断未完了フラグ：Ｆｄ）が立っているか否か（「１」に設定されているか否か）を判定する。この異常診断未完了フラグは、例えば、一定の期間が経過する毎に、或いは、当該ガスセンサが使用される車輌の走行距離が一定の距離だけ増加する毎に「１」に設定される。一方、後述するように、この異常診断未完了フラグは、異常診断が完了する毎に「０（ゼロ）」に設定される。
【０１８８】
上記ステップＳ９０５において異常診断未完了フラグＦｄが「１」に設定されていると判定された場合（Ｓ９０５：Ｙｅｓ）、ＣＰＵは次のステップＳ９１０に進み、ＦＣ診断を実行するために満たされるべき条件（ＦＣ診断実行条件）が成立しているか否かを判定する。尚、本例におけるＦＣ診断実行条件は、以下の（Ｆ１）乃至（Ｆ３）の総てが成立していることとした。但し、ＦＣ診断実行条件は以下に限定されず、例えば当該ガスセンサが適用される内燃機関の用途等に応じて適宜定めることができる。
【０１８９】
（Ｆ１）当該ガスセンサが適用される内燃機関の暖機が完了していること。
（Ｆ２）フューエルカット（ＦＣ）の実行が開始されてから所定時間が経過したこと。
（Ｆ３）当該ガスセンサの素子部の温度が活性化温度以上となっていること。
【０１９０】
上記ステップＳ９１０において異常診断実行条件が成立していると判定された場合（Ｓ５１０：Ｙｅｓ）、ＣＰＵは次のステップＳ９１５に進み、被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間に流れる電流の値である第２大気分解電流値（ＩＦＣ）を第３状態にある第２電気化学セル１２ｃ（ポンプセル）から取得する。
【０１９１】
次に、ＣＰＵはステップＳ９２０に進み、ＥＣＵが備えるデータ記憶装置（例えば、ＲＯＭ等）に予め格納されている第２基準大気分解電流値（ＩＦＣＢＡＳＥ）を読み出す。第２基準大気分解電流値（ＩＦＣＢＡＳＥ）は、前述したように、ＦＣ実行中に正常な当該ガスセンサの第２電気化学セル１２ｃが第３状態にあるときに被検ガス中に含まれる酸素の分解に起因して第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間に流れる電流の値である。そして、ＣＰＵは、ステップＳ９１５において取得された第２大気分解電流値（ＩＦＣ）から当該第２基準大気分解電流値（ＩＦＣＢＡＳＥ）を減じた値の当該第２基準大気分解電流値（ＩＦＣＢＡＳＥ）に対する比である第２大気検出偏差（ＤＦＣ）を算出する。
【０１９２】
当該ガスセンサの出力特性が正常である場合、上記のようにして取得された第２大気分解電流値（ＩＦＣ）の第２基準大気分解電流値（ＩＦＣＢＡＳＥ）からの乖離が所定の閾値以内に収まる筈である。逆に、第２大気分解電流値（ＩＦＣ）の第２基準大気分解電流値（ＩＦＣＢＡＳＥ）からの乖離が所定の閾値を超える場合は、当該ガスセンサの出力特性が異常であると判定することができる。そこで、ＣＰＵは、ステップＳ９２０において、上記第２大気検出偏差（ＤＦＣ）が所定の第３上限値よりも大きいか否かを判定する。
【０１９３】
上記ステップＳ９２０において第２大気検出偏差（ＤＦＣ）が所定の第３上限値よりも大きいと判定された場合（Ｓ９２０：Ｙｅｓ）、当該ガスセンサは、その出力特性の異常によりセンサ出力が正常値よりも拡大されて過大に検出されている状態にある。従って、ＣＰＵは次のステップＳ９２５に進み、当該ガスセンサにおいて検出値の拡大を伴う出力特性の異常が生じているとの判定を下す。本例においてＣＰＵは、当該判定に応じた故障警告灯（ＭＩＬ）を点灯させる。
【０１９４】
その後、ＣＰＵは次のステップＳ９４０に進み、上述した異常診断未完了フラグＦｄを下ろす（「０（ゼロ）」に設定する。）。即ち、ＣＰＵは、当該ガスセンサについての異常診断が完了したことを記録する。その後、ＣＰＵは次のステップＳ９４５に進み、後述する当該ＦＣ診断により当該ガスセンサの出力特性が正常であると判定されたことを示すＦＣ診断結果良好フラグ（Ｆｆ）を下ろす（「０（ゼロ）」に設定する。）。その後、ＣＰＵは次のステップＳ９９５に進んで当該ルーチンを一旦終了する。
【０１９５】
一方、上記ステップＳ９２０において第２大気検出偏差（ＤＦＣ）が所定の第３上限値よりも大きくないと判定された場合（Ｓ９２０：Ｎｏ）、ＣＰＵはステップＳ９３０に進み、第２大気検出偏差（ＤＦＣ）が所定の第３下限値よりも小さいか否かを判定する。
【０１９６】
上記ステップＳ９３０において第２大気検出偏差（ＤＦＣ）が所定の第３下限値よりも小さいと判定された場合（Ｓ９３０：Ｙｅｓ）、当該ガスセンサは、その出力特性の異常によりセンサ出力が正常値よりも縮小されて過小に検出されている状態にある。従って、ＣＰＵは次のステップＳ９３５に進み、当該ガスセンサにおいて検出値の縮小を伴う出力特性の異常が生じているとの判定を下す。本例においてＣＰＵは、当該判定に応じた故障警告灯（ＭＩＬ）を点灯させる。
【０１９７】
その後、ＣＰＵは、ステップＳ９４０、ステップＳ９４５及びステップＳ９９５へと進んで当該ルーチンを一旦終了する。
【０１９８】
尚、上述したステップＳ９０５において異常診断未完了フラグＦｄが「１」に設定されていないと判定された場合（Ｓ９０５：Ｎｏ）、及び、上述したステップＳ９１０においてＦＣ診断実行条件が成立していないと判定された場合（Ｓ９１０：Ｎｏ）、ＣＰＵは特段の処理を実行すること無くステップＳ９９５へと進んで当該ルーチンを一旦終了する。
【０１９９】
更に、上記ステップＳ９３０において第２大気検出偏差（ＤＦＣ）が所定の第３下限値よりも小さくないと判定された場合（Ｓ９３０：Ｎｏ）、当該ガスセンサにおいては、その出力特性の異常による検出値の拡大も縮小も起こっていない。従って、ＣＰＵは次のステップＳ９５０に進み、ＦＣ診断結果良好フラグ（Ｆｆ）を立てる（「１」に設定する。）。その後、ＣＰＵは次のステップＳ９９５に進んで当該ルーチンを一旦終了する。
【０２００】
以上説明したように、第２システムが実行するＦＣ診断によれば、従来技術に係るＦＣ診断と同様に、ＦＣ実行中に検出される酸素の分解電流に基づいて、当該ガスセンサの出力特性が異常であるか否かを判定する。これにより、当該ガスセンサの出力特性が異常であると判定された場合は、後述するように第２大気分解電流値の第２基準大気分解電流値に対する比に基づいて基準水分解電流値を補正してまで水分解電流値に基づく当該ガスセンサの出力特性の異常診断を実行する必要が無い。従って、当該ガスセンサの出力特性の異常の有無を迅速且つ簡便に判定することができる。
【０２０１】
（異常診断）
次に、第２システムによって実行される水分解電流値に基づく当該ガスセンサの異常診断について説明する。図１０は、第２システムによって実行されるガスセンサ（ＮＯｘセンサ）の異常診断ルーチンの一例を示すフローチャートである。例えば、上述したＥＣＵが備えるＣＰＵは、所定のタイミングにてステップＳ１０００から処理を開始し、ステップＳ１００５に進む。
【０２０２】
ステップＳ１００５において、ＣＰＵは、上述したＦＣ診断により当該ガスセンサの出力特性が正常であると判定されたことを示すＦＣ診断結果良好フラグ（Ｆｆ）が立っているか否か（「１」に設定されているか否か）を判定する。このＦＣ診断結果良好フラグＦｆは、上記のようにＦＣ診断により当該ガスセンサの出力特性が正常であると判定された場合に立てられる（「１」に設定される。）。一方、ＦＣ診断により当該ガスセンサの出力特性が異常であると判定された場合、及び、これから説明する異常診断が完了した場合に下ろされる（「０（ゼロ）」に設定される。）。
【０２０３】
上記ステップＳ１００５においてＦＣ診断結果良好フラグＦｆが「１」に設定されていると判定された場合（Ｓ１００５：Ｙｅｓ）、ＣＰＵは次のステップＳ１０１０に進み、異常診断を実行するために満たされるべき条件（異常診断実行条件）が成立しているか否かを判定する。尚、本例における異常診断実行条件は、第１システムについて上述した（Ｃ１）及び（Ｃ４）の両方が成立していることとした。但し、異常診断実行条件は上記に限定されず、例えば当該ガスセンサが適用される内燃機関の用途等に応じて適宜定めることができる。
【０２０４】
上記ステップＳ１０１０において異常診断実行条件が成立していると判定された場合（Ｓ１０１０：Ｙｅｓ）、ＣＰＵは次のステップＳ１０２０に進み、第１印加電圧が所定の第２電圧帯に含まれる第２所定電圧となっている第２状態において取得される第１電極電流値を被検ガス中に含まれる被検成分の濃度に関連を有する値である被検成分濃度関連値として取得する。本例においては、被検成分が窒素酸化物であるので、窒素酸化物の限界電流域に該当する電圧（０．４Ｖ）を第２所定電圧（０．４Ｖ）とした。
【０２０５】
更に、上述したように、本例においては素子部１０の内部空間３１に導入された被検ガス中に含まれる酸素は、センサセルとしての第１電気化学セル１１ｃよりも上流側に配設されたポンプセルとしての第２電気化学セル１２ｃによって分解されて内部空間３１から排出される。その結果、第１電気化学セル１１ｃの陰極である第１電極１１ａに到達した被検ガス中に含まれる酸素の濃度は実質的に０（ゼロ）であるか、或いは極めて低い。
【０２０６】
従って、第２状態において取得される第１電極電流値（即ち、被検成分濃度関連値）は、被検ガス中に含まれる窒素酸化物の分解に起因して第１電極と第２電極との間に流れる電流の値であるＮＯｘ分解電流値そのものである。このようにして、ＣＰＵはＮＯｘ分解電流値（ＩＮＯＸ）を取得する。
【０２０７】
次に、ＣＰＵはステップＳ１０２５に進み、第１印加電圧を第１所定電圧（１．０Ｖ）に切り替える。つまり、ＣＰＵは、第１電気化学セル１１ｃの状態を第２状態から第１状態へと切り替える。そして、所定の期間が経過して、当該ガスセンサの出力（第１電極電流値）が安定した後に、当該センサ出力（第１電極電流値）を取得する。窒素酸化物の分解開始電圧は水の分解開始電圧よりも低いので、第１状態においては被検ガス中の水のみならず窒素酸化物もまた還元分解される。従って、この取得された第１電極電流値は、水の分解に起因して流れる電極電流（水分解電流）のみならず窒素酸化物の分解に起因して流れる電極電流（ＮＯｘ分解電流）をも含む。一方、第１所定電圧は窒素酸化物の分解電流域に含まれる電圧であるので、このＮＯｘ分解電流の大きさは上述したステップＳ１０２０において取得されたＮＯｘ分解電流値（ＩＮＯＸ）に等しい。即ち、ステップＳ１０２５において取得される第１電極電流値は、ステップＳ１０２０において取得されたＮＯｘ分解電流値（ＩＮＯＸ）と水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）との和である（第１電極電流値：ＩＮＯＸ＋Ｈ２Ｏ＝ＩＮＯＸ＋ＩＨ２Ｏ）。
【０２０８】
そこで、ＣＰＵは次のステップＳ１０３０に進み、第１電極電流値（ＩＮＯＸ＋Ｈ２Ｏ）から上述したステップＳ１０２０において取得されたＮＯｘ分解電流値（ＩＮＯＸ）を減ずることにより、第１状態における水の分解に起因して流れる電極電流の大きさである水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）を算出する。
【０２０９】
当該ガスセンサの出力特性が正常である場合、上記のようにして算出された水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）の、正常な出力特性を有する当該ガスセンサによって検出されるであろう、その時点において被検ガス中に含まれる水の濃度に対応する水分解電流の値である基準水分解電流値（ＩＨ２ＯＢＡＳＥ）からの乖離が所定の閾値以内に収まる筈である。逆に、水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）の基準水分解電流値（ＩＨ２ＯＢＡＳＥ）からの乖離が所定の閾値を超える場合は、当該ガスセンサの出力特性が異常であると判定することができる。
【０２１０】
そこで、ＣＰＵは次のステップＳ１０３５に進み、上記第１電極電流値（ＩＮＯＸ＋Ｈ２Ｏ）が取得された時点における基準水分解電流値（ＩＨ２ＯＢＡＳＥ）を特定する。具体的には、ＣＰＵは、ポンプセルである第２電気化学セル１２ｃにおいて別途取得された第２酸素分解電流値（ＩＯ２）から、対応する混合気の空燃比を算出し、この算出された空燃比から、予め記憶されたマップ（データテーブル）に基づいて基準水分解電流値（ＩＨ２ＯＢＡＳＥ）を特定する。
【０２１１】
上記マップは、内燃機関に供給される混合気の空燃比と、正常な出力特性を有する当該ガスセンサの第２電気化学セルが第３状態にあるときに被検ガス中に含まれる水の分解に起因して第３電極と第４電極との間に流れる電流の値である基準水分解電流値（ＩＨ２ＯＢＡＳＥ）と、の対応関係を表すデータテーブルである。即ち、本例においては、混合気の空燃比が水分関連値であり、混合気の空燃比と基準水分解電流値（ＩＨ２ＯＢＡＳＥ）との対応関係が第１対応関係である。
【０２１２】
但し、上記のようにポンプセルにおいて別途取得された第２酸素分解電流値（ＩＯ２）から対応する混合気の空燃比を算出することは必ずしも必要ではない。即ち、第２酸素分解電流値（ＩＯ２）を水分関連値とし、第２酸素分解電流値（ＩＯ２）と基準水分解電流値（ＩＨ２ＯＢＡＳＥ）との対応関係を第１対応関係としてもよい。
【０２１３】
次に、ＣＰＵはステップＳ１０４０に進み、上述したＦＣ診断にいて取得された第２大気分解電流値（ＩＦＣ）及び第２基準大気分解電流値（ＩＦＣＢＡＳＥ）に基づいて、上記ステップＳ１０３５において特定された基準水分解電流値（ＩＨ２ＯＢＡＳＥ）を補正する。具体的には、ＣＰＵは、第２大気分解電流値（ＩＦＣ）の第２基準大気分解電流値（ＩＦＣＢＡＳＥ）に対する比を基準水分解電流値（ＩＨ２ＯＢＡＳＥ）に乗ずることにより、補正された基準水分解電流値（ＩＨ２ＯＪ）を算出する。
【０２１４】
次に、ＣＰＵはステップＳ１０５０に進み、水分検出偏差（Ｄｗ）が所定の第１上限値よりも大きいか否かを判定する。ここで、水分検出偏差（Ｄｗ）は、水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）から上記のようにステップＳ１０４０において補正された基準水分解電流値（ＩＨ２ＯＪ）を減じた値の当該基準水分解電流値（ＩＨ２ＯＪ）に対する比である（Ｄｗ＝（ＩＨ２Ｏ−ＩＨ２ＯＪ）／ＩＨ２ＯＪ）。
【０２１５】
上記ステップＳ１０５０において水分検出偏差（Ｄｗ）が所定の第１上限値よりも大きいと判定された場合（Ｓ１０５０：Ｙｅｓ）、当該ガスセンサは、その出力特性の異常によりセンサ出力が正常値よりも拡大されて過大に検出されている状態にある。従って、ＣＰＵは次のステップＳ１０５５に進み、当該ガスセンサにおいて検出値の拡大を伴う出力特性の異常が生じているとの判定を下す。本例においてＣＰＵは、当該判定に応じた故障警告灯（ＭＩＬ）を点灯させる。
【０２１６】
その後、ＣＰＵは次のステップＳ１０７０に進み、上述した異常診断未完了フラグＦｄ及びＦＣ診断結果良好フラグＦｆの両方を下ろす（「０（ゼロ）」に設定する）。即ち、ＣＰＵは、当該ガスセンサについての異常診断が完了したことを記録すると共に、ＦＣ診断の結果をリセットする。その後、ＣＰＵは次のステップＳ１０７５に進み、第１印加電圧を第２所定電圧（０．４Ｖ）に戻す。その後、ＣＰＵは次のステップＳ５９５に進んで当該ルーチンを一旦終了する。
【０２１７】
一方、上記ステップＳ１０５０において水分検出偏差（Ｄｗ）が所定の第１上限値よりも大くないと判定された場合（Ｓ１０５０：Ｎｏ）、ＣＰＵはステップＳ１０６０に進み、水分検出偏差（Ｄｗ）が所定の第１下限値よりも小さいか否かを判定する。
【０２１８】
上記ステップＳ１０６０において水分検出偏差（Ｄｗ）が所定の第１上限値よりも小さいと判定された場合（Ｓ１０６０：Ｙｅｓ）、当該ガスセンサは、その出力特性の異常によりセンサ出力が正常値よりも縮小されて過小に検出されている状態にある。従って、ＣＰＵは次のステップＳ１０６５に進み、当該ガスセンサにおいて検出値の縮小を伴う出力特性の異常が生じているとの判定を下す。本例においてＣＰＵは、当該判定に応じた故障警告灯（ＭＩＬ）を点灯させる。
【０２１９】
その後、ＣＰＵは、ステップＳ１０７０、ステップＳ１０７５及びステップＳ１０９５と進んで当該ルーチンを一旦終了する。
【０２２０】
尚、上述したステップＳ１００５においてＦＣ診断結果良好フラグＦｆが「１」に設定されていないと判定された場合（Ｓ１００５：Ｎｏ）、及び、上述したステップＳ１０１０において異常診断実行条件が成立していないと判定された場合（Ｓ１０１０：Ｎｏ）、ＣＰＵは特段の処理を実行すること無くステップＳ１０９５へと進んで当該ルーチンを一旦終了する。
【０２２１】
更に、上記ステップＳ１０６０において水分検出偏差（Ｄｗ）が所定の第１上限値よりも小さくないと判定された場合（Ｓ１０６０：Ｎｏ）、当該ガスセンサにおいては、その出力特性の異常による検出値の拡大も縮小も起こっていない。従って、ＣＰＵは特段の処理を実行すること無くステップＳ１０９５へと進んで当該ルーチンを一旦終了する。
【０２２２】
以上説明したように、第２システムによれば、内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物の分解電流値を検出する限界電流式酸素センサ（ＮＯｘセンサ）において、水（Ｈ２Ｏ）の分解電流値（水分解電流）を検出し、当該排気中に含まれる水の濃度に対応する水の基準分解電流値（基準水分解電流）からの偏差に基づき、当該限界電流式ガスセンサの出力特性の異常の有無を診断する。これにより、当該ガスセンサの出力特性の顕著な異常のみならず、微小な異常をも正確且つ容易に診断することができる。
【０２２３】
尚、本例においては、内燃機関に供給される混合気の空燃比を当該ガスセンサによって検出し、当該空燃比から特定される基準水分解電流値をフューエルカット時に検出される酸素の分解電流値に基づいて基準水分解電流値を補正したが、基準水分解電流値を補正すること無く、そのまま使用してもよい。或いは、前述したように、別途設けられた湿度センサ等によって検出される被検ガス中に含まれる水の濃度から基準水分解電流値を特定してもよい。更には、例えば、内燃機関への吸気の温度に基づいて被検ガス中に含まれる水の濃度を推定し、この推定された水の濃度から基準水分解電流値を特定してもよい。加えて、当該ガスセンサの出力特性が正常であると判定された場合は、上述したＦＣ診断において取得された第２大気分解電流値（ＩＦＣ）によって第２基準大気分解電流値（ＩＦＣＢＡＳＥ）を更新（学習）してもよい。
【０２２４】
ところで、本例においては、ステップＳ１０３０において、第１電極電流値（ＩＮＯＸ＋Ｈ２Ｏ）から上述したステップＳ１０２０において取得されたＮＯｘ分解電流値（ＩＮＯＸ）を減ずることにより、第１状態における水の分解に起因して流れる電極電流の大きさである水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）を算出した。しかしながら、被検ガス中に含まれる窒素酸化物の濃度（ｐｐｍオーダー）は、被検ガス中に含まれる水の濃度（％オーダー）と比較して、十分に小さい。従って、第１電極電流値（ＩＮＯＸ＋Ｈ２Ｏ）をそのまま水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）としてもよい。
【０２２５】
＜第３実施形態＞
以下、本発明の第３実施形態に係るガスセンサの異常診断システム（以下、「第３システム」と称される場合がある。）について説明する。第３システムが適用されるガスセンサは、限界電流式酸素センサを利用する２セル式のＳＯｘセンサ（硫黄酸化物センサ）である。当該ＳＯｘセンサにおいて、上流側の第２電気化学セル（ポンピングセル）は被検ガスとしての排気中の酸素を分解及び排出し、下流側の第１電気化学セル（センサセル）は被検ガス中の硫黄酸化物を分解及び検出する。但し、本例に示すＳＯｘセンサは、下流側の第１電気化学セル（センサセル）における水の分解電流の大きさが被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度に応じて変化する現象に基づいて同硫黄酸化物の濃度を検出する。
【０２２６】
（構成）
上記ガスセンサが備える素子部１０は、図６を参照しながら説明した第２システムが適用されるガスセンサが備える素子部１０と同様の構成を有するので、ここでは繰り返して説明しない。
【０２２７】
（ガス濃度検出動作）
上述したＥＣＵが備えるＣＰＵは、ヒータ４１によって素子部１０を活性化温度以上の第１所定温度に加熱する。活性化温度とは、固体電解質（第１固体電解質体１１ｓ及び第２固体電解質体１２ｓ）の酸化物イオン伝導性が発現する「素子部１０の温度」である。本例において、第１所定温度は６００℃である。
【０２２８】
この状態において、ＣＰＵは、第３電極１２ａ及び第４電極１２ｂがそれぞれ陰極及び陽極となるように、これらの電極間に酸素の限界電流域に該当する電圧（例えば、０．４Ｖ）を印加する。これにより、被検ガス中に含まれる酸素が第３電極１２ａにおいて分解されて酸化物イオン（Ｏ２−）が生成され、生成された酸化物イオンは酸素ポンピング作用によって内部空間３１から第２大気導入路５２へと排出される。このようにして、ＣＰＵは、第２電気化学セル１２ｃを使用して、内部空間３１内の被検ガス中に含まれる酸素を実質的に排除する。
【０２２９】
このときに第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間に流れる電極電流の大きさ（第２酸素分解電流値）は、被検ガス中に含まれる酸素の濃度に対応する。ＥＣＵは、電流計７１から出力される第２酸素分解電流値に対応する信号を受け取る。このようにして、ＣＰＵは、第２電気化学セル１２ｃを使用して、内部空間３１内の被検ガス中に含まれる酸素の濃度を検出する。そして、検出された酸素の濃度に基づいて、内燃機関に供給された混合気の空燃比を算出する。
【０２３０】
一方、ＣＰＵは、ヒータ４１によって素子部１０が第１所定温度に加熱された状態において、第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂがそれぞれ陰極及び陽極となるように、これらの電極間に窒素酸化物の分解電流が流れる電圧（ＶＳＯＸ）（例えば、１．１Ｖ）を第２所定電圧として印加する。上述したように、内部空間３１内の被検ガス中に含まれる酸素は第２電気化学セル１２ｃによって実質的に排除されている。従って、第１電極１１ａにおいては、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物が分解され、これに伴う電極電流が第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に流れる。
【０２３１】
但し、上述したように、本例に示すＳＯｘセンサは、下流側の第１電気化学セル（センサセル）における水の分解電流の大きさが被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度に応じて変化する現象に基づいて同硫黄酸化物の濃度を検出する。つまり、第２状態にある第１電気化学セル１１ｃにおいては、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物のみならず、被検ガス中に含まれる水もまた分解される。従って、第２状態にある第１電気化学セル１１ｃにおいて検出される第１電極電流は、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の分解電流（ＳＯｘ分解電流）と、被検ガス中に含まれる水の分解電流（水分解電流）と、を含む。
【０２３２】
図１１の白抜きの矢印によって示したように、第１印加電圧が第２所定電圧（Ｖ２）となっているときの第１電極電流は、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度が高いほど小さい。この現象は、第２状態にある第１電気化学セル１１ｃにおいて被検ガス中に含まれる硫黄酸化物及び水が還元分解され、硫黄酸化物の分解生成物が第１電気化学セル１１ｃの陰極である第１電極１１ａに吸着し、蓄積するためであると考えられる。
【０２３３】
図１２は、第１印加電圧が第２所定電圧（Ｖ２）となっているときの第１電極電流を、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物（この場合は二酸化硫黄（ＳＯｘ））の濃度に対してプロットしたグラフである。図１２から明らかであるように、第１印加電圧が第２所定電圧（Ｖ２）となっているときの第１電極電流は、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物（この場合は二酸化硫黄（ＳＯｘ））の濃度によって変化する。従って、第１印加電圧が第２所定電圧（Ｖ２）となっているときの第１電極電流に基づいて、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物（この場合は二酸化硫黄（ＳＯｘ））の濃度を検出することができる。本例においては、このような測定原理に基づいて被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度を検出するＳＯｘセンサに本発明に係るガスセンサの異常診断システムを適用する。
【０２３４】
（従来技術に係るＳＯｘセンサの異常診断動作）
第２システムについて前述したＮＯｘセンサと同様に、ＳＯｘセンサにおいても、被検ガス中に比較的大量に存在する酸素の分解電流の大きさに基づいて行われる従来技術に係るガスセンサの出力特性の異常診断方法によっては、排気中に僅かしか存在しない硫黄酸化物の濃度の微小な出力特性の変化については正確且つ容易に検出することができない。
【０２３５】
（第３システムによるＳＯｘセンサの異常診断動作）
一方、第３システムは、第２システムと同様に、内燃機関に燃料が供給されているときに検出される、酸素よりも高い印加電圧において分解が始まる水の分解電流の大きさ（水分解電流値）に基づいて、ＳＯｘセンサの出力特性の異常の有無を診断する。
【０２３６】
但し、上述した構成を有する第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に水の還元分解が起こる印加電圧を印加すると、被検ガス中に含まれる水のみならず、硫黄酸化物までもが還元分解される。本例における第１所定温度は６００℃であり、上述した測定原理に関する説明からも明らかであるように、本例においては、硫黄酸化物の分解生成物が第１電極１１ａに吸着する。従って、本例における異常診断を目的として水の分解電流を検出するときには、硫黄酸化物の分解生成物が第１電極１１ａに吸着しないように、素子部１０の温度を上昇させる必要がある。本例においては、異常診断を目的として水の分解電流を検出するときには、素子部１０の温度を７５０℃とする。
【０２３７】
本発明者は、出力特性が様々に変化したＳＯｘセンサを使用して、一定濃度（１００ｐｐｍ）の硫黄酸化物を含む被検ガスについて、当該ガスセンサの出力値（第２状態における第１電極電流値）と、第２システムによって検出される水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）と、を測定し、これらの相関関係を調べた。第１電気化学セル１１ｃにおいて、第２状態における第１電極電流値は素子部１０の温度を６００℃に設定し且つ第１印加電圧を１．１Ｖに設定して検出し、水の分解電流（ＩＨ２Ｏ）は素子部１０の温度を７５０℃に設定し且つ第１印加電圧を１．０Ｖに設定して検出した。
【０２３８】
図１３に示すように、上記実験によって得られたＳＯｘセンサの出力値（第２状態における第１電極電流値）と水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）とは非常に良好な相関を示した。このことは、第３システムによるガスセンサの異常診断に用いられる水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）が、ＳＯｘセンサの出力特性の異常を診断するための指標としてもまた好適であることを示している。
【０２３９】
（具体的作動）
ここで、第３システムによって実行されるガスセンサ（ＳＯｘセンサ）の異常診断動作につき、より具体的に説明する。尚、本例においては、第２システムについての例示と同様に、内燃機関に供給される混合気の空燃比を当該ガスセンサによって検出し、当該空燃比から特定される基準水分解電流値をそのまま使用するのではなく、フューエルカット（ＦＣ）実行時に検出された酸素の分解電流値に基づいて基準水分解電流値を補正する。更に、本例においては、ＦＣ実行時に検出された酸素の分解電流値が基準値から大幅に逸脱している場合には、当該ガスセンサが異常であると判定し、水分解電流値に基づく当該ガスセンサの異常診断を行わない。
【０２４０】
（ＦＣ診断）
ＦＣ実行時に検出された酸素の分解電流値（大気分解電流値）に基づく当該ガスセンサの異常診断（ＦＣ診断）については、図９を参照しながら説明した、第２システムによって実行されるガスセンサ（ＮＯｘセンサ）のＦＣ診断と同様である。従って、第３システムによって実行されるガスセンサ（ＳＯｘセンサ）のＦＣ診断についての説明は割愛する。
【０２４１】
（異常診断）
次に、第３システムによって実行される水分解電流値に基づく当該ガスセンサの異常診断について説明する。図１４は、第３システムによって実行されるガスセンサ（ＳＯｘセンサ）の異常診断ルーチンの一例を示すフローチャートである。図１４に示したフローチャートに含まれる各ステップは、図１０に示したフローチャートに含まれる各ステップに対応しており、それぞれの図における対応するステップの番号の下２桁は同じになっている。先ず、上述したＥＣＵが備えるＣＰＵは、所定のタイミングにてステップＳ１４００から処理を開始し、ステップＳ１４０５に進む。
【０２４２】
ステップＳ１４０５以降の処理の流れは、以下の２点を除き、図１０に示したフローチャートに含まれるステップＳ１００５以降の処理の流れと同様である。
（ｘ）検出対象となる被検ガス成分が、図１０では窒素酸化物であるのに対し、図１４では硫黄酸化物である点。
【０２４３】
（ｙ）図１０のステップＳ１０２０に対応する図１４のステップＳ１４２０において素子部温度をＳＯｘ検出用温度（６００℃）とし第１印加電圧を第２所定電圧（１．１Ｖ）としてセンサ出力を取得する点。及び
（ｚ）次のステップＳ１４２５（ステップＳ１０２５に対応）において水分解電流値を取得するために第１印加電圧のみならず素子部１０の温度をも変更する点。
【０２４４】
従って、第２システムについては、図１０を参照しながら各ステップにおいて実行される処理について詳しく説明したが、本例においては、図１０に示したフローチャートに含まれる各ステップの各々については、ここでは説明しない。
【０２４５】
以上説明したように、第２システムによれば、内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物の分解電流値を検出する限界電流式酸素センサ（ＮＯｘセンサ）において、水（Ｈ２Ｏ）の分解電流値（水分解電流）を検出し、当該排気中に含まれる水の濃度に対応する水の基準分解電流値（基準水分解電流）からの偏差に基づき、当該限界電流式ガスセンサの出力特性の異常の有無を診断する。これにより、当該ガスセンサの出力特性の顕著な異常のみならず、微小な異常をも正確且つ容易に診断することができる。
【０２４６】
尚、本例においても、内燃機関に供給される混合気の空燃比を当該ガスセンサによって検出し、当該空燃比から特定される基準水分解電流値をフューエルカット時に検出される酸素の分解電流値に基づいて基準水分解電流値を補正したが、基準水分解電流値を補正すること無く、そのまま使用してもよい。或いは、前述したように、別途設けられた湿度センサ等によって検出される被検ガス中に含まれる水の濃度から基準水分解電流値を特定してもよい。更には、例えば、内燃機関への吸気の温度に基づいて被検ガス中に含まれる水の濃度を推定し、この推定された水の濃度から基準水分解電流値を特定してもよい。加えて、当該ガスセンサの出力特性が正常であると判定された場合は、上述したＦＣ診断において取得された第２大気分解電流値（ＩＦＣ）によって第２基準大気分解電流値（ＩＦＣＢＡＳＥ）を更新（学習）してもよい。
【０２４７】
ところで、本例においては、ステップＳ１４３０において、第１電極電流値（ＩＳＯＸ＋Ｈ２Ｏ）からＳＯｘ分解電流値（ＩＳＯＸ）を減ずることにより、第１状態における水の分解に起因して流れる電極電流の大きさである水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）を算出した。しかしながら、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度（ｐｐｍオーダー）は、被検ガス中に含まれる水の濃度（％オーダー）と比較して、十分に小さい。従って、第１電極電流値（ＩＳＯＸ＋Ｈ２Ｏ）をそのまま水分解電流値（ＩＨ２Ｏ）としてもよい。
【０２４８】
以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態及び変形例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び変形例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。
【符号の説明】
【０２４９】
１０、２０及び３０…素子部、１１ａ、１２ａ及び１３ａ…電極（陰極）、１１ｂ、１２ｂ及び１３ｂ…電極（陽極）、１１ｓ及び１２ｓ…第１及び第２固体電解質体、１１ｃ、１２ｃ及び１３ｃ…ポンピングセル（第１乃至第３電気化学セル）、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ及び２１ｆ…第１乃至第６アルミナ層、３１…内部空間、３２…拡散抵抗体、４１…ヒータ、５１及び５２…第１及び第２大気導入路、６１、６２及び６３…電源、７１、７２及び７３…電流計、並びに８１…電流差検出回路。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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