(57)【要約】      （修正有）【課題】空燃比センサのセンサ素子割れ異常を、早期に精度良く判定する。【解決手段】空燃比センサの異常判定装置は、大気室の状態が、大気室に大気が導入される大気開放状態と、大気室への大気の導入が遮断される密閉状態と、の何れか一方の状態となるように、大気導入部を開閉するバルブと、大気室内の圧力を検出する圧力センサと、バルブにより大気導入部を閉じて大気室の状態を密閉状態とし且つヒータによりセンサ素子を加熱した状態において圧力センサにより検出された圧力Ｐｓが所定の閾値圧力Ｐｔｈよりも低いか否かを判定し、検出された圧力Ｐｓが閾値圧力Ｐｔｈよりも低いと判定されたときに空燃比センサが素子割れ異常状態であると判定する。【選択図】図４
2017210874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質体を含み内燃機関の排ガスが到達する空間内に一方の面が晒され且つ大気が大気導入部を通して導入される大気室に他方の面が晒された素子部と、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、を有する空燃比センサ、の異常検出装置であって、
前記大気室の状態が、前記大気室に大気が導入される大気開放状態と、前記大気室への大気の導入が遮断される密閉状態と、の何れか一方の状態になるように、前記大気導入部を開閉する開閉手段と、
前記大気室内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記開閉手段により前記大気導入部を閉じて前記大気室の状態を前記密閉状態とし且つ前記ヒータにより前記素子部を加熱した状態において前記圧力検出手段により検出された圧力が所定の閾値圧力よりも低いか否かを判定し、前記検出された圧力が前記閾値圧力よりも低いと判定されたときに前記空燃比センサが素子割れ異常状態であると判定する、異常判定手段と、
を備えた空燃比センサの異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排ガスの空燃比に応じた出力を発生する空燃比センサの素子割れ異常状態を検出する空燃比センサの異常判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排ガスに含まれる水分が空燃比センサのセンサ素子に付着することにより、熱応力がセンサ素子に加わり、その結果、センサ素子が割れる場合がある。以下、センサ素子が割れることを「空燃比センサの素子割れ」又は単に「素子割れ」と称呼する。
【０００３】
空燃比センサのセンサ素子は、一方の面が排ガスが到達する空間内に晒され、他方の面が大気が導入される大気室に晒される。従って、素子割れが発生すると、排ガスがその割れた部分を通って大気室内に流入する。素子割れを検出する従来の異常判定装置の一つ（以下、「従来装置」とも称呼する。）は、この現象を利用して素子割れが発生しているか否かを判定する。
【０００４】
より具体的に述べると、例えば、吸入空気流量が高い状態が継続すると、排ガス流量も高いので、排気通路内の排ガスの圧力が高くなる。よって、素子割れが発生している場合には大気室に十分な量の排ガスが流入する。その後、例えば、フューエルカット運転が実行されると、排気通路内は大気で満たされる。この状態においては、通常時において排ガスが接するセンサ素子の一側に大気が多量に存在し、通常は大気が多量に存在しているセンサ素子の他側に大気が僅かに存在することになる。よって、空燃比センサの出力の極性は、通常時と逆になる（負の起電力を発生する。）。従来装置は、この現象を利用して素子割れが発生しているか否か判定する（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１４６７０号公報
【発明の概要】
【０００６】
しかしながら、従来装置は、吸入空気流量が高い状態が継続し且つその後にフューエルカット運転が行われるという特殊な運転状態が発生するまで、素子割れが発生しているか否かを判定することができない。換言すると、従来装置は、内燃機関の始動時に素子割れが発生しているか否かを判定することができないばかりか、始動後においても上述の運転状態が発生しない場合には素子割れが発生しているか否かを判定することができない。その結果、素子割れが万一発生している場合には、エミッションが良好でない状態のまま内燃機関が運転され続けるという問題が生じる。
【０００７】
本発明は上記問題に対処するために為されたものである。即ち、本発明の目的の一つは、空燃比センサの素子割れが発生しているか否かを早期に判定することが可能な、空燃比センサの異常判定装置を提供することにある。
【０００８】
そこで、本発明の空燃比センサの異常判定装置（以下、「本発明装置」とも称呼する。）は、空燃比センサ（５２）が異常であるか否かを判定する。この空燃比センサは、固体電解質体（６１）を含み内燃機関（１０）の排ガスが到達する空間内に一方の面（６０ａ）が晒され且つ大気が大気導入部（７７）を通して導入される大気室（ＡＲ）に他方の面（６０ｂ）が晒された素子部（６０）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（７２）と、を有する。
【０００９】
本発明装置は、更に、
前記大気室の状態が、前記大気室に大気が導入される「大気開放状態」と、前記大気室への大気の導入が遮断される「密閉状態」と、の何れか一方の状態になるように、前記大気導入部を開閉する開閉手段（７８）と、
前記大気室内の圧力を検出する圧力検出手段（５２ａ）と、
前記開閉手段により前記大気導入部を閉じて前記大気室の状態を前記密閉状態とし且つ前記ヒータにより前記素子部を加熱した状態において前記圧力検出手段により検出された圧力が所定の閾値圧力よりも低いか否かを判定し（ステップ４１５、ステップ４３５）、前記検出された圧力が前記閾値圧力よりも低いと判定されたときに前記空燃比センサが素子割れ異常状態であると判定する（ステップ４３５：Ｎｏ、ステップ４４５）、異常判定手段（５０、図４のルーチン）と、
を備える。
【００１０】
これによれば、判定時において大気室の状態を密閉状態とし、ヒータにより素子部を加熱して大気室の温度を上昇させることにより、素子割れがない場合には大気室内の圧力が上昇する。一方、素子割れがある場合には大気室の圧力と排気通路の圧力とが等しくなるように大気室から排気通路に向けて気体（大気）が漏出してしまう。即ち、開閉手段により大気室を密閉状態とし素子部を加熱したとき、素子割れがない場合と素子割れがある場合とで大気室の圧力が異なる。
【００１１】
このように、本発明装置は、前述した特殊な運転状態の発生を待つことなく早期に空燃比センサの素子割れが発生しているか否かを判定することができる。
【００１２】
上記説明においては、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態に対応する発明の構成に対し、その実施形態で用いた名称及び／又は符号を括弧書きで添えている。しかしながら、本発明の各構成要素は、前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。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】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る空燃比センサの異常判定装置が適用される内燃機関の概略構成図である。
【図２】図２は、空燃比と図１に示した下流側空燃比センサ（Ｏ2センサ） の出力値との関係を示したグラフ（テーブル）である。
【図３】図３は、図１に示した下流側空燃比センサ（Ｏ2センサ） の概略断面図である。
【図４】図４は、図１に示した空燃比センサの異常判定装置のＣＰＵが実行する「素子割れ異常判定ルーチン」を示したフローチャートである。
【図５】図５は、図１に示した空燃比センサの異常判定装置の動作を示したタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る「空燃比センサの異常判定装置（以下、「本判定装置」と称呼する。）」について説明する。
【００１５】
（構成）
本判定装置は、図１に示した内燃機関（機関）１０に配設された空燃比センサ５２にセンサ素子割れの異常が発生したか否かを判定する装置である。機関１０は、火花点火式の４サイクル・直列４気筒ガソリンエンジンである。機関１０は、機関本体部２０、吸気系統３０及び排気系統４０を含んでいる。
【００１６】
機関本体部２０は、本体２１（シリンダブロック２１ａ、シリンダヘッド２１ｂ及びクランクケース）を備え、本体２１には、燃料噴射弁２２、点火装置２３、吸気弁２４、排気弁２５、ピストン２６及びクランクシャフト２７が配設されている。機関本体部２０には燃焼室ＣＣが形成される。
【００１７】
吸気弁２４は、吸気カムシャフト２４ａと吸気カムとにより駆動される。
排気弁２５は、排気カムシャフト２５ａと排気カムとにより駆動される。
シリンダヘッド２１ｂには燃焼室ＣＣにそれぞれ連通する吸気ポートＩＰ及び排気ポートＥＰが形成されている。
【００１８】
吸気系統３０は、インテークマニホールド３１、吸気管３２及びスロットルバルブ３３を含んでいる。
インテークマニホールド３１の一端は吸気ポートＩＰ（本体２１）に接続されている。吸気管３２の一端は、インテークマニホールド３１の他端と接続されている。
スロットルバルブ３３は、吸気管３２に接続され、機関１０へ供給される吸気の量を調整するようになっている。
【００１９】
排気系統４０は、エキゾーストマニホールド４１、排気管４２、上流側触媒（三元触媒）４３及び下流側触媒（三元触媒）４４を含んでいる。エキゾーストマニホールド４１の一端は排気ポートＥＰ（本体２１）に接続されている。排気管４２の一端は、エキゾーストマニホールド４１の他端に接続されている。
【００２０】
電子制御装置（ＥＣＵ）５０は、周知のマイクロコンピュータを含む電子回路であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ及びインタフェース等を含む。電子制御装置５０は、ＣＰＵからの指示に応じて、各種アクチュエータに指示（駆動）信号を送出するようになっている。更に、電子制御装置５０は、上流側空燃比センサ５１、下流側空燃比センサ５２及び圧力センサ５２ａ等と接続されていて、これらのセンサからの信号を受信（入力）するようになっている。更に、ＣＰＵは、メモリ（ＲＯＭ）に格納されたインストラクション（ルーチン）を実行することにより各種機能を実現する。
【００２１】
上流側空燃比センサ５１は、排気通路であってエキゾーストマニホールド４１の枝部の集合部又はその集合部よりも下流側であり且つ上流側触媒４３の上流側に配設されている。上流側空燃比センサ５１は、限界電流式の酸素濃度センサである。上流側空燃比センサ５１は、排ガス（被検出ガス）の空燃比が大きくなるほど大きくなる出力値Ｖabyfs を出力するようになっている。
【００２２】
下流側空燃比センサ５２は、排気通路であって上流側触媒４３よりも下流側であり且つ下流側触媒４４よりも上流側（即ち、上流側触媒４３と下流側触媒４４との間の排気通路）に配設されている。下流側空燃比センサ５２は、起電力式の酸素濃度センサ（安定化ジルコニアを用いた周知の濃淡電池型の酸素濃度センサ）である。以下、下流側空燃比センサ５２は、「Ｏ2センサ５２」 とも称呼する。Ｏ2センサ５２ は、その配設部位を流れる排ガス（被検出ガス）の空燃比に応じた出力値Ｖoxs を発生するようになっている。
【００２３】
この出力値Ｖoxs は、図２に示したように、排ガス（被検出ガス）の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比へと変化する際、又は、逆方向に変化する際、最小出力値Ｖmin から最大出力値Ｖmax へ、又は、その逆へ急変する。
【００２４】
Ｏ2センサ５２は、 図３に示したように、センサ素子（素子部）６０、出力端子７１、ヒータ７２、ハウジング７３、ホルダ７４、プロテクタ７５、外筒７６、大気導入部７７、バルブ７８、リード線８１、端子８２及び圧力センサ５２ａを備える。
【００２５】
センサ素子６０は、一端（図３において紙面下方向の一端）が閉じられた筒状の構造を有している。センサ素子６０は固体電解質層（固体電解質体）６１、大気側電極６２及び排気側電極６３を備えている。
【００２６】
固体電解質層６１は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2） 等を含む焼結体であり、酸素イオンを伝導させる特性を有している。固体電解質層６１の内面には大気側電極６２が設けられ、固体電解質層６１の外面には排気側電極６３が設けられる。大気側電極６２及び排気側電極６３は触媒作用の高い貴金属（例えば、プラチナ）により構成されている。
【００２７】
大気側電極６２及び排気側電極６３はそれぞれ出力端子７１ａ及び７１ｂに電気的に接続されている。
【００２８】
ヒータ７２は略円柱状の構造を有している。ヒータ７２は電子制御装置５０と電気的に接続されており、通電状態とすることによりセンサ素子６０を適当な温度に加熱・維持することができる。ヒータ７２の温度は予め実験により定められた、ヒータ温度とヒータ内部抵抗との関係を規定したルックアップテーブルに、検出されたヒータ内部抵抗を適用することにより決定される。
【００２９】
ハウジング７３にはホルダ７４を介してセンサ素子６０が配設される。センサ素子６０の先端部（センサ素子６０の閉じられた一端を含む部分）６０ｓは、ハウジング７３にプロテクタ７５が装着されることにより排ガス中の浮遊物等から保護される。なお、プロテクタ７５には、排ガスを流通させるための複数の流通孔７５ａが形成されている。
【００３０】
外筒７６はハウジング７３のプロテクタ７５が装着された側とは反対側に取り付けられる。外筒７６には外筒７６の外部と内部とを連通する連通孔７７ａが形成された大気導入部７７が設けられる。即ち、連通孔７７ａは、Ｏ2センサ５２の内部とＯ2センサ５２の外部とを連通する。以下、Ｏ2センサ５２ 内部の空間は「大気室ＡＲ」とも称呼される。
【００３１】
従って、図３に示したように、センサ素子６０の一方の面（排気側電極６３側の面）６０ａは排ガスが到達する空間内に晒されており、センサ素子６０の他方の面（大気側電極６２側の面）６０ｂは大気室ＡＲに晒されている。
【００３２】
バルブ７８は連通孔７７ａが形成されている大気導入部７７に介装される。バルブ７８は周知の電磁弁であって、電子制御装置５０と電気的に接続されている。バルブ７８は非通電状態であるとき、大気室ＡＲと Ｏ2センサ５２の外部との間を連通孔７７ａを通じて連通状態とする。一方、バルブ７８が通電状態であるとき、大気室ＡＲと Ｏ2センサ５２の外部との間を遮断状態とする。換言すると、バルブ７８は、大気室ＡＲの状態が、大気室ＡＲに大気が導入される「大気開放状態」と、大気室ＡＲへの大気の導入が遮断される「密閉状態」と、の何れか一方の状態となるように大気導入部７７を開閉する。
【００３３】
リード線８１は出力端子７１に取り付けられる。端子８２はヒータ７２に取り付けられる。リード線８１及び端子８２は電子制御装置５０と電気的に接続されている。大気室ＡＲの雰囲気温度はヒータ７２を通電状態とすることにより上昇させられる。
【００３４】
圧力センサ５２ａは、 Ｏ2センサ５２の大気室ＡＲ内に配設され、電子制御装置５０と電気的に接続されている。圧力センサ５２ａは、検出した圧力に応じた出力値Ｐｓを発生するようになっている。即ち、圧力センサ５２ａは、大気室ＡＲ内の圧力を検出することができるようになっている。更に、バルブ７８が閉弁状態にあるとき（即ち、バルブ７８ｃが通電状態であるとき）、圧力センサ５２ａは密閉空間としての大気室ＡＲの圧力を検出することができる。
【００３５】
ところで、センサ素子６０の素子割れの主な原因は、センサ素子６０の被水（センサ素子６０への水分の付着）である。センサ素子６０に付着する水分の殆どは、プロテクタ７５に設けられた流通孔７５ａから排ガスとともに侵入する水分である。従って、素子割れの多くは流通孔７５ａに近いセンサ素子先端部６０ｓにおいて発生する。
【００３６】
（作動）
次に、本判定装置の実際の作動について、図４を参照しながら説明する。
【００３７】
＜素子割れ異常判定＞
電子制御装置５０のＣＰＵは、一定時間（例えば、１００ｍｓ）が経過する毎に図４にフローチャートにより示した「素子割れ異常判定ルーチン」を実行するようになっている。従って、ＣＰＵは所定のタイミングにてステップ４００から処理を開始してステップ４０５に進み、素子割れ異常判定のための前提条件が成立しているか否かを判定する。
【００３８】
素子割れ異常判定のための前提条件は、 Ｏ2センサ５２の温度（実際にはヒータ７２の温度であってヒータ７２の内部抵抗により定まる値）が冷間時の温度（例えば、１００［℃］以下）であること、である。本例においては、ヒータの温度Ｔｓの値が１００［℃］以下である場合に、ＣＰＵは素子割れ異常判定のための前提条件が成立したと判定する。
【００３９】
このように、異常判定のための前提条件として、 Ｏ2センサ５２の温度を規定しているのは、本ルーチン開始時のＯ2センサ５２の温度と素子割れ異常判定実行時のＯ2センサ５２の温度との差を所定値以上に確保することにより、精度の良い素子割れ異常判定を行うことができるためである。
【００４０】
前提条件が成立している場合、ＣＰＵはステップ４０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４１０に進み、カウンタｃの値が「０」であるか否かを判定する。現時点においてｃの値は初期値である「０」に設定されている。従って、ＣＰＵはステップ４１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４１５に進み、バルブ７８を閉弁する（大気室ＡＲを密閉状態とする。）とともに、ヒータ７２への通電を開始する（ヒータ７２を加熱する。）。
【００４１】
次いで、ＣＰＵはステップ４２０に進み、カウンタｃの値を「１」だけインクリメントしてステップ４２５に進み、カウンタｃの値が２以上の所定値であるｃｍａｘ以上であるか否かを判定する。
【００４２】
現時点において、カウンタｃの値は「１」である。従って、ＣＰＵはステップ４２５にて「Ｎｏ」と判定してステップ４９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００４３】
一定時間が経過すると、ＣＰＵは再びステップ４００から処理を開始してステップ４０５に進み、「Ｙｅｓ」と判定してステップ４１０に進む。現時点において、カウンタｃの値は「１」である。従って、ＣＰＵはステップ４１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ４２０に直接進み、カウンタｃの値を「１」だけインクリメントする。
【００４４】
次いで、ＣＰＵはステップ４２５に進み、「Ｎｏ」と判定してステップ４９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００４５】
さらにこのルーチンを一定時間が経過する毎に繰り返し実行し、カウンタｃの値がｃｍａｘ以上となったとき、ＣＰＵはステップ４２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４３０に進み、 Ｏ2センサ５２内に設けられた圧力センサ５２ａの出力値Ｐｓを取得する。即ち、カウンタｃの値が０からｃｍａｘとなるまでの時間が「所定時間の経過」に相当する。次いで、ＣＰＵはステップ４３５に進み、圧力センサ５２ａの出力値Ｐｓが所定の閾値圧力Ｐｔｈ以上であるか否かを判定する。「所定の閾値圧力Ｐｔｈ」は、予め実験等により決定され、１［ａｔｍ］よりも大きい値に設定される。
【００４６】
圧力センサ５２ａの出力値Ｐｓが所定の閾値圧力Ｐｔｈ以上である場合、ＣＰＵはステップ４３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４４０に進み、 Ｏ2センサ５２が正常である（センサの素子割れがない）と判定してステップ４５０に進む。
【００４７】
これに対し、圧力センサ５２ａの出力値Ｐｓが所定の閾値圧力Ｐｔｈ未満である場合、ＣＰＵはステップ４３５にて「Ｎｏ」と判定してステップ４４５に進み、 Ｏ2センサ５２が異常である（センサ素子割れがある）と判定してステップ４５０に進む。
【００４８】
ＣＰＵはステップ４５０に進むと、バルブ７８を開弁する（大気室ＡＲを大気開放状態とする。）とともにヒータ７２への通電を終了し、更にカウンタｃの値を「０」に設定してステップ４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００４９】
なお、前提条件が成立しない場合、ＣＰＵはステップ４０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ４５０に直接進む。
【００５０】
次に、本判定装置の作動について図５を参照しながら説明する。図５には、センサ温度Ｔｓ（ヒータ温度）と大気室ＡＲの圧力Ｐｓのタイミングチャートが示される。
【００５１】
図５に示したように、時刻ｔ１以前において、 Ｏ2センサ温度Ｔｓ［℃］は常温（この場合、２５［℃］）である。このように、本判定装置による判定制御は、 Ｏ2センサ５２が冷間状態にあるときに実行されるのが好ましい。
【００５２】
時刻ｔ１においてバルブ７８が閉弁して連通孔７７ａと大気室ＡＲとの間が遮断される（大気室ＡＲが密閉状態とされる。）とともにヒータ７２への通電が開始される。即ち、時刻ｔ１からヒータ駆動信号（パルス駆動信号）がヒータ７２に入力される。従って、 Ｏ2センサ温度Ｔｓ［℃］は時刻ｔ１から上昇を開始し、時刻ｔ２において設定温度である６００℃に到達する。時刻ｔ２以降は、例えば、ヒータ駆動信号のデューティ比を小さくすることにより、 Ｏ2センサ温度Ｔｓが一定値（６００℃）に維持される。
【００５３】
大気室ＡＲの圧力（圧力センサ５２ａの検出する圧力）Ｐｓ［ａｔｍ］は時刻ｔ１以前において１［ａｔｍ］（大気圧）である。図中、実線Ｌ０によりその大気室圧力Ｐｓの変化が示された正常品（素子割れのないＯ2センサ５２） の場合、大気室圧力Ｐｓは時刻ｔ１から徐々に上昇し、時刻ｔ２において約３［ａｔｍ］に到達し、以後その値を維持する。
【００５４】
ところで、素子割れの程度の大きいＯ2センサ５２ （以下、「第１異常品」とも称呼する。）は、素子割れにより生じた貫通孔ＴＨの開口が大きい。即ち、第１異常品の貫通孔ＴＨは気体を流通させ易い。これに対し、素子割れの程度の小さいＯ2センサ５２ （以下、「第２異常品」とも称呼する。）は、素子割れにより生じた貫通孔ＴＨの開口が小さい。即ち、第２異常品の貫通孔ＴＨは気体を流通させ難い。
【００５５】
図５に示したように、一点鎖線Ｌ１によりその大気室圧力Ｐｓの変化が示された第１異常品が Ｏ2センサ５２として用いられた場合、ヒータ７２への通電を開始した時刻ｔ１以降も大気室圧力Ｐｓは変化せず１［ａｔｍ］を維持している。この第１異常品においては、貫通孔ＴＨを通して気体が自由に行き来できるようになっているため、大気室圧力Ｐｓは上昇しない。
【００５６】
これに対し、破線Ｌ２によりその大気室圧力Ｐｓの変化が示された第２異常品が Ｏ2センサ５２として用いられた場合、ヒータ７２への通電を開始した時刻ｔ１から大気室圧力Ｐｓは徐々に上昇するが、貫通孔ＴＨから僅かに空気が漏れているので、正常品の大気室圧力Ｐｓの変化と比べて圧力上昇が緩慢となる。更に、第２異常品はセンサ温度Ｔｓが設定値に達した時刻ｔ２以降も貫通孔ＴＨから僅かに空気が漏れ続けるので、大気室圧力Ｐｓは徐々に低下していく。
【００５７】
時刻ｔ３を時刻ｔ１から十分に時間が経過した時刻として設定すれば、大気室圧力Ｐｓは、時刻ｔ３が到来する前に当初の圧力（ヒータ７２への通電開始前の圧力＝１［ａｔｍ］）となる。従って、ヒータ７２への通電を開始した時刻ｔ１から「所定時間」後の時刻ｔ３において、大気室圧力Ｐｓと所定の圧力閾値Ｐｔｈ［ａｔｍ］とを比較することにより、正常品と異常品との判別が可能となる。なお、この「所定時間」は、予め実験等により定められる。
【００５８】
ところで、従来の装置は、第１異常品のように素子割れの程度が大きく、貫通孔ＴＨを通って排ガスが流通し易い Ｏ2センサ５２の異常については容易に検出可能である。しかし、従来の装置は、第２異常品のように素子割れの程度が小さく、貫通孔ＴＨを通って排ガスが流通し難い Ｏ2センサ５２の異常については検出が困難であり、素子割れが発生しているにもかかわらず、正常であると誤判定する虞がある。つまり、本判定装置は、従来の装置が誤判定する虞のあるＯ2センサ５２ についても、精度良く素子割れ異常を判定することができる。
【００５９】
以上、説明したように、本判定装置は、大気室ＡＲの状態が、大気室ＡＲに大気が導入される「大気開放状態」と、大気室への大気の導入が遮断される「密閉状態」と、の何れか一方の状態となるように、大気導入部７７を開閉するバルブ７８と、大気室ＡＲ内の圧力Ｐｓを検出する圧力センサ５２ａと、バルブ７８により大気導入部７７を閉じて大気室ＡＲの状態を密閉状態とし且つヒータ７２によりセンサ素子６０を加熱した状態において圧力センサ５２ａにより検出された圧力が所定の閾値圧力Ｐｔｈよりも低いか否かを判定し、検出された圧力が閾値圧力Ｐｔｈよりも低いと判定されたときに空燃比センサ（Ｏ2センサ）５２が素子割れ異常状態であると判定する異常判定手段と、を備える。
【００６０】
これによれば、内燃機関の吸入空気流量が高い状態が継続し且つその後にフューエルカット運転が行われるという特殊な運転状態が発生するのを待つことなく、空燃比センサの素子割れが発生しているか否かを判定することができる。更に、素子割れの程度によらず、空燃比センサの素子割れ異常を精度良く判定することができる。
【００６１】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態は下流側空燃比センサ （Ｏ2センサ）５２に適用された実施形態であるが、本発明は、限界電流式の広域空燃比センサである上流側空燃比センサ５１にも適用可能である。
【００６２】
上流側空燃比センサ５１は、例えば、Ｏ2センサ５２ における電極６２を陽極、電極６３を陰極として、電極６２と電極６３との間に直流電圧を印加するように構成される。更に、上流側空燃比センサ５１はセンサ素子６０の表面付近における排ガスの拡散速度を律するための拡散抵抗層を電極６３の表面に備える。従って、上流側空燃比センサ５１は拡散抵抗層を除きＯ2センサ５２ と同様の機械的構造を有しており、上流側空燃比センサ５１に対して上述した「素子割れ」の異常判定を適用することができる。
【００６３】
大気室ＡＲの状態を大気開放状態と密閉状態との何れか一方に切替えるバルブ７８は、空燃比センサ５２の外筒７６の内部に大気室ＡＲを密閉可能な構造とともに設けられてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１０…内燃機関、２０…機関本体、３２…吸気管、４２…排気管、５０…電子制御装置（ＥＣＵ）、５１…上流側空燃比センサ、５２…下流側空燃比センサ（Ｏ2センサ）、 ５２ａ…圧力センサ、６０…センサ素子、６１…固体電解質層、６２…大気側電極、６３…排気側電極、７２…ヒータ、７５…プロテクタ、７５ａ…排ガス流通孔、７６…外筒、７７…大気導入口、７７ａ…連通孔、７８…バルブ、ＡＲ…大気室。
【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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