酸素センサの故障診断装置
【課題】酸素センサの故障と回路故障とを区別して判定する。
【解決手段】排気ガスの酸素濃度に応じた起電力を発生する酸素センサの故障診断装置において、酸素センサの正極及び負極における電圧をそれぞれ検出するための正極電圧検出回路及び負極電圧検出回路と、負極電圧検出回路及び負極間に所定の基準電圧を印加するための基準電圧印加回路と、酸素センサにリーン空燃比の排気ガスを供給するよう空燃比を制御する空燃比制御手段と、酸素センサにリーン空燃比の排気ガスが供給されているときの正極電圧検出回路及び負極電圧検出回路間の電圧差Ｖｄの変化パターンＱ，Ｒに応じて酸素センサの故障と回路故障とを区別して判定する故障判定手段とを備える。
【解決手段】排気ガスの酸素濃度に応じた起電力を発生する酸素センサの故障診断装置において、酸素センサの正極及び負極における電圧をそれぞれ検出するための正極電圧検出回路及び負極電圧検出回路と、負極電圧検出回路及び負極間に所定の基準電圧を印加するための基準電圧印加回路と、酸素センサにリーン空燃比の排気ガスを供給するよう空燃比を制御する空燃比制御手段と、酸素センサにリーン空燃比の排気ガスが供給されているときの正極電圧検出回路及び負極電圧検出回路間の電圧差Ｖｄの変化パターンＱ，Ｒに応じて酸素センサの故障と回路故障とを区別して判定する故障判定手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸素センサの故障診断装置に係り、特に、内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスの酸素濃度に応じた起電力を発生する酸素センサの故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒を利用した排気ガス浄化システムを備える内燃機関では、触媒による排気ガスの有害成分の浄化を有効に行うため、内燃機関で燃焼される混合気の空気と燃料との混合割合、すなわち空燃比のコントロールが欠かせない。こうした空燃比の制御を行うため、内燃機関の排気通路に、排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサを設け、その検出結果より空燃比を求めて、検出された空燃比を所定の目標空燃比に近づけるフィードバック制御を実施している。
【０００３】
酸素センサは、排気通路内に突出するように配設された筒型の検出素子を備えている。検出素子は、その内面を大気（空気）に露呈するとともに、その外面は、センサカバーを通して流過する排気ガスに曝される。また検出素子は、内外の表面に電極が被覆された固体電解質により形成されている。固体電解質は、酸素がイオン化した状態でその内部を移動可能な固形物質を指し、酸素センサ用としては例えばジルコニアなどが利用されている。検出素子の内側の大気と外側の排気ガスとの酸素分圧に差が生じると、その分圧の差を縮小すべく、酸素分圧の高い側（通常は大気側）の酸素がイオン化して固体電解質を通り、酸素分圧の低い側（通常は排気ガス側）へと移動する。酸素分子はイオン化する過程で４価の電子を受け取り、イオン化した状態から分子に戻る過程で４価の電子を放出する。そのため、上記の酸素の移動に応じて検出素子の内外表面の電極で電子の移動が生じ、その結果、検出素子に起電力が発生する。こうして酸素センサは、大気と排気ガスとの酸素分圧の差に応じて起電力を発生し、より具体的には、排気ガスの酸素濃度が少なくなるほど（つまり排気ガスの空燃比がリッチであるほど）大きな起電力を発生する。
【０００４】
こうした酸素センサにおいて、検出素子の欠損が生じて検出素子の内外が連通すると、検出素子外部の排気ガスがその内部に侵入し、その内外の酸素分圧の差が無くなってセンサは起電力を発生しなくなる。そしてさらに、検出素子内部に排気ガスが侵入した状態で検出素子外部により酸素濃度の高い（空燃比リーンの）排気ガスが存在すると、酸素センサにおいて逆方向の起電力が発生する。従ってこの逆起電力の発生を検出することで酸素センサの検出素子の欠損、即ち酸素センサの故障を検出することができる（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
なお、従来のこの種の故障診断装置としては、他にも、酸素センサの出力が所定のしきい値より低い状態が所定期間継続した場合に、燃焼空燃比を故意にリッチ側に変動させて酸素センサの出力を監視するものがある（特許文献２参照）。また、空燃比センサがリッチ側またはリーン側のいずれか一方の空燃比状態を所定時間以上続けて検出したとき、検出した空燃比状態とは逆の空燃比状態になるように目標空燃比を変更し、その後所定時間以内に逆の空燃比状態を空燃比センサが検出しなかったとき空燃比センサを異常と判定するものがある（特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１４６８３号公報
【特許文献２】特開２００５−４２６７６号公報
【特許文献３】特開平１１−３２６１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、酸素センサの出力は電子制御ユニットに送られ、電子制御ユニットにおいて逆起電力の検出ひいては酸素センサの故障判定がなされる訳だが、酸素センサ以外の回路部分で故障が発生した場合にも、酸素センサの故障時と同様な入力が電子制御ユニットで得られる場合がある。この場合、電子制御ユニットにおいて、酸素センサの故障なのか回路の故障なのかを判別することができず、故障部位を正確に特定できないという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、酸素センサの故障と回路故障とを区別して判定することができる酸素センサの故障診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、第１の発明は、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスの酸素濃度に応じた起電力を発生する酸素センサの故障診断装置において、
前記酸素センサの正極における電圧を検出するための正極電圧検出回路と、
前記酸素センサの負極における電圧を検出するための負極電圧検出回路と、
前記負極電圧検出回路及び前記負極間に所定の基準電圧を印加するための基準電圧印加回路と、
前記酸素センサに少なくともリーン空燃比の排気ガスを供給するよう空燃比を制御する空燃比制御手段と、
前記酸素センサにリーン空燃比の排気ガスが供給されているときの、前記正極電圧検出回路及び前記負極電圧検出回路間の負の電圧差の変化パターンに応じて、前記酸素センサの故障と、前記基準電圧印加回路及び前記負極間の回路故障とを区別して判定する故障判定手段と
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
酸素センサの故障の場合と回路故障の場合とでは、検出される負の電圧差の変化パターンに違いが見られる。よってこの特性を利用して、第１の発明では、負の電圧差の変化パターンに応じて酸素センサの故障と回路故障とを区別して判定することとしている。これにより、故障部位の特定が可能となり、精度の高い故障診断が可能となる。
【００１１】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記故障判定手段は、前記電圧差が負のピークに達しその後徐々にゼロに復帰するような変化を検出したとき前記酸素センサの故障と判定し、他方、前記電圧差が負の一定値になっていることを検出したとき前記回路故障と判定する
ことを特徴とする。
【００１２】
また、第３の発明は、第１の発明において、
前記故障判定手段は、前記電圧差が所定の負の値である第１しきい値より低い値となっており、且つこの状態が所定時間継続していることを検出したとき、前記回路故障と判定する
ことを特徴とする。
【００１３】
また、第４の発明は、第１の発明において、
前記故障判定手段は、前記電圧差が、所定の負の値である第１しきい値以上の値であって、且つ前記第１しきい値より高い所定の負の値である第２しきい値より低い値となっていることを検出したとき、前記酸素センサの故障と判定する
ことを特徴とする。
【００１４】
また、第５の発明は、第１の発明において、
前記故障判定手段は、前記電圧差が、所定の負の値である第１しきい値より低い値となっており、且つこの状態が所定時間継続しないとき、前記酸素センサの故障と判定する
ことを特徴とする。
【００１５】
また、第６の発明は、第１乃至第５いずれかの発明において、
前記空燃比制御手段は、故障診断時に空燃比を強制的にリーン空燃比とリッチ空燃比とに交互に変化させるものであり、
前記故障判定手段は、前記空燃比制御手段により空燃比がリーン空燃比に制御されているとき前記故障判定を実行する
ことを特徴とする。
【００１６】
また、第７の発明は、第１乃至第５いずれかの発明において、
前記空燃比制御手段は、前記酸素センサにリーン空燃比の排気ガスを供給するようフューエルカットを実行するものであり、
前記故障判定手段は、前記空燃比制御手段によりフューエルカットが実行されているとき前記故障判定を実行する
ことを特徴とする。
【００１７】
また、第８の発明は、第１乃至第７いずれかの発明において、
前記回路故障は、前記基準電圧印加回路及び前記負極間の配線の断線且つグランドショートである
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、酸素センサの故障と回路故障とを区別して判定し、故障部位の特定及び高精度な故障診断が可能になるという、優れた効果が発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
本発明の適用される車載用内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を、図１を参照して説明する。内燃機関１０の吸気通路１１には、その通路面積を可変とするスロットルバルブ１５（本実施形態では電子制御式）が設けられ、その開度制御によりエアクリーナ１４を通じて吸入される空気の量が調整される。ここで吸入された空気の量（吸入空気量）は、エアフローメータ１６により検出されている。そして吸気通路１１に吸入された空気は、スロットルバルブ１５下流に設けられたインジェクタ１７より噴射された燃料と混合された後、燃焼室１２に送られて、そこで燃焼される。
【００２１】
一方、燃焼室１２での燃焼により生じた排気ガスが送られる排気通路１３には、排気ガス中の有害成分を浄化する三元触媒１８が設けられ、その上流側には触媒前酸素センサ１９、その下流側には触媒後酸素センサ２０がそれぞれ設けられている。
【００２２】
三元触媒１８は、燃焼される混合気の空燃比が理論空燃比近傍の狭い範囲（ウインドウ）でのみ、排気ガス中の主要有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）のすべてを効率的に浄化する。そうした三元触媒１８を有効に機能させるには、混合気の空燃比を上記ウインドウの中心に合わせこむ、厳密なコントロールが必要となる。
【００２３】
こうした空燃比の制御は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２２により行われる。ＥＣＵ２２には、上記エアフローメータ１６や酸素センサ１９，２０、あるいはアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ２１、機関回転速度を検出するＮＥセンサ２３を始めとする各種センサ類の検出信号が入力されている。そしてそれらセンサ類の検出信号より把握される内燃機関１０や車両の運転状況に応じて、上記スロットルバルブ１５やインジェクタ１７等を駆動制御して、上記のような空燃比の制御を行っている。そうした電子制御ユニット２２による空燃比制御の概要は次の通りである。
【００２４】
まず電子制御ユニット２２は、上記アクセルペダルの踏み込み量や機関回転速度の検出結果に応じて把握される吸入空気量の要求量を求め、それに応じた吸入空気量が得られるようにスロットルバルブ１５の開度を調整する。その一方、エアフローメータ１６により検出される吸入空気量の実測値に対して、理論空燃比が得られるだけの燃料量を求め、それによりインジェクタ１７からの燃料噴射量を調整する。これにより、燃焼室１２で燃焼される混合気の空燃比を、ある程度に理論空燃比に近づけることはできる。ただし、それだけでは上記要求される高精度の空燃比制御には不十分である。
【００２５】
そこで電子制御ユニット２２は、上記各酸素センサ１９，２０の検出結果より把握される空燃比の実測値に基づいて、インジェクタ１７からの燃料噴射量をフィードバック補正し、要求される空燃比制御の精度を確保している。
【００２６】
以上のように、この排気ガス浄化システムでは、酸素センサ１９，２０の検出結果に応じて燃料噴射量をフィードバック補正する、いわゆる空燃比フィードバック制御を実施することで、混合気の空燃比を理論空燃比近傍に保持し、高い排気ガス浄化率を確保している。なお、この排気ガス浄化システムでは、上述のように２つの酸素センサ１９，２０によって、三元触媒１８の上下流における排気ガスの酸素分圧をそれぞれ検出することで、上記空燃比フィードバック制御の更なる高精度化を図っている。
【００２７】
こうした排気浄化システムに採用される２つの酸素センサ１９，２０は互いに同様の構成であり、また故障診断の方法も同様である。そこで以下、触媒前酸素センサ１９を例にとって説明し、触媒後酸素センサ２０については説明を省略する。図２及び図３に示すように、酸素センサ１９は、排気通路１３内に突出するように配設された筒型の検出素子３１を備えている。検出素子３１は、その内面を大気（空気）に露呈するとともに、その外面は、センサカバー３２を通して流過する排気ガスに曝される。また検出素子３１は、内外の表面に電極３３Ａ，３３Ｂが被覆された固体電解質により形成されている。固体電解質は、酸素がイオン化した状態でその内部を移動可能な固形物質を指し、酸素センサ用としては例えばジルコニアなどが利用されている。検出素子３１の内部の大気室３４は、センサ内に設けられた図示しない大気通路と、センサボディに形成された大気穴３５とを通じて外部に連通され、且つ大気が導入されるようになっている。大気室３４には、検出素子３１を加熱して早期に活性させるためのヒータ３６が設けられ、ヒータ３６はＥＣＵ２２によって通電制御される。
【００２８】
検出素子３１を介して隔てられたその内側の大気と外側の排気ガスとの酸素分圧に差が生じると、その分圧の差を縮小すべく、酸素分圧の高い側（通常は大気側）の酸素がイオン化して固体電解質を通り、酸素分圧の低い側（通常は排気ガス側）へと移動する。酸素分子はイオン化する過程で４価の電子を受け取り、イオン化した状態から分子に戻る過程で４価の電子を放出する。そのため、上記の酸素の移動に応じて検出素子３１の内外表面の電極で電子の移動が生じ、その結果、検出素子３１に起電力が発生する。こうして酸素センサ１９は、大気と排気ガスとの酸素分圧の差に応じて起電力を発生し、より具体的には、排気ガスの酸素濃度が少なくなるほど（つまり検出素子３１外部の排気ガスの空燃比がリッチであるほど）大きな起電力を発生する。ここで酸素イオンが内表面側の電極３３Ａから検出素子３１を通って外表面側の電極３３Ｂに向かうことから、電流の向きは逆となり、両電極に接続された外部装置に対しては内表面側の電極３３Ａが正極、外表面側の電極３３Ｂが負極となる。
【００２９】
ちなみに、酸素センサには他にも、板形状の検出素子を用いたものや、検出素子にジルコニア以外の素材を用いたものなど、様々なタイプの酸素センサがある。そしてその多くでは、上記例示したセンサと同様の検出原理により排気ガスの酸素分圧を検出する構成、すなわち基準ガス（大気）と排気ガスとを隔離するよう配設された検出素子が、基準ガスに対する排気ガスの酸素分圧の差に応じて起電力を発生する構成となっている。
【００３０】
酸素センサ１９の出力特性を図４に例示する。示されるように、酸素センサ１９の出力電圧は理論空燃比Ａ／Ｆｓ（例えば１４．６）を境に過渡的に変化し、酸素センサ１９に供給される排気ガス（雰囲気ガス）の空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比Ａ／Ｆｓよりもリーンな領域（Ａ／Ｆ＞Ａ／Ｆｓ、以下リーン空燃比ともいう）では０．１Ｖ程度の小さい電圧を示し、理論空燃比Ａ／Ｆｓよりもリッチな領域（Ａ／Ｆ＜Ａ／Ｆｓ、以下リッチ空燃比ともいう）では０．９Ｖ程度の比較的高い電圧を示す。ここでは、０．４５Ｖのセンサ出力をリッチ・リーン判定閾値として、センサ１９の検出結果が、理論空燃比よりもリッチかリーンかを判断している。なお、酸素センサ１９の上記各領域でのセンサ出力電圧の大きさは、検出素子３１の温度状態に応じて変化することがある。
【００３１】
なお、本実施形態のように、理論空燃比での燃焼（ストイキ燃焼）のみを目的とした空燃比制御を行う内燃機関では、理論空燃比を境に出力電圧が大きく変化する特性の酸素センサが用いられることが多い。こうしたセンサは、理論空燃比よりもリッチ、及び理論空燃比よりもリーンのいずれかといった低い分解能しか持たないものの、上記ストイキ燃焼のみを行うには、それで十分なことが多い。一方、希薄空燃比での燃焼を行うなど、より広範囲の空燃比での燃焼を行う内燃機関では、排気ガスの空燃比に応じてその出力電圧が線形的に変化する特性の、より分解能の高い酸素センサが用いられることもある。本発明はこのような酸素センサに対しても適用可能である。
【００３２】
ところで、長期使用による経年劣化等により、酸素センサ１９の検出素子３１にクラックが入ったり、検出素子３１が割れたりするといった検出素子３１の欠損が発生し、酸素センサ１９が故障する場合がある。この欠損によるセンサ故障の場合、図５に示すように、検出素子３１の欠損部３７を通じて検出素子３１の内外が連通し、検出素子３１外部の排気ガスがその内部に侵入する。そして検出素子３１内部に排気ガスが侵入した状態で、検出素子３１外部により酸素濃度の高い（空燃比リーンの）排気ガスが存在すると、酸素センサ１９において逆方向の起電力が発生する。このことは例えば、センサ故障状態で空燃比をリッチからリーンに切り替えた場合や、フューエルカットが行われた場合などに起こり得る。この場合、正極３３Ａの電位よりも負極３３Ｂの電位の方が高くなり、負（マイナス）の起電力が発生する。
【００３３】
図６はかかる故障時の酸素センサ出力電圧の変化の一例を示す。円で囲った領域に示されるように、酸素センサ１９からはしばしば負の電圧が出力される。従ってこのような負の出力電圧をＥＣＵ２２により検知することで、酸素センサの故障を一応は推定することができる。
【００３４】
しかしながら、前述したように、酸素センサ１９以外の回路部分で故障が発生した場合にも、同様に負の電圧が検知される場合があることが確認された。従ってこのような場合には、ＥＣＵ２２において、たとえ負の電圧を検出したとしても、それが酸素センサの故障に起因するのか、回路の故障に起因するのかを判別することができず、故障部位を正確に特定することができない。故障部位の特定ができなければ必然的にどの部品を交換すればよいかも分からないことになり、故障時の対応を迅速に行えないという不都合も生じる。
【００３５】
そこで、本実施形態では以下のようにして酸素センサの故障と回路故障とを区別して判定することとしている。なお、かかる故障判定の方法はいずれの酸素センサ１９，２０についても同様であるので、ここでは例示的に触媒前酸素センサ１９の一方のみについて説明を行う。
【００３６】
まず、酸素センサ１９とこれが接続されるＥＣＵ２２とからなる回路構成を説明する。図７は、回路故障が無いときの正常時の回路構成を示す。図示されるように、酸素センサ１９は、その正極３３Ａが正極線４１Ａにより、その負極３３Ｂが負極線４１Ｂにより、それぞれＥＣＵ２２に接続されている。具体的には、正極線４１Ａ及び負極線４１ＢがそれぞれＥＣＵ２２のケーシング（太実線で示す）に設けられた正極端子４２Ａ及び負極端子４２Ｂに接続されている。酸素センサ１９は、インピーダンス成分Ｒｓと起電力成分とを含むものとして等価的に示されている。ＥＣＵ２２は内部に中央処理ユニット（以下ＣＰＵという）４３を備え、ＣＰＵ４３は以下の回路を通じて正極端子４２Ａ及び負極端子４２Ｂに接続される。
【００３７】
ＥＣＵ２２は、酸素センサ１９が発生する電圧（正極３３Ａ及び負極３３Ｂ間の電圧）に基づいて排気空燃比に関する情報を取得する機能、酸素センサ１９の素子インピーダンスＲｓを検出する機能、さらには負電圧を検出することによりセンサ又は回路のいずれかの故障を判定する機能を併せ持つ。このうち、酸素センサ１９の素子インピーダンスＲｓを検出する機能を発揮する部分、即ち素子インピーダンス検出部Ｂ（図中一点鎖線で囲まれる部分）は、本発明と直接関係ないため、ここでは説明を省略する。素子インピーダンス検出部Ｂは、ＣＰＵ４３の入出力部である第１ポート４４、第１ＡＤ変換器４５、第２ポート４６及び第２ＡＤ変換器４７を含む。
【００３８】
ＥＣＵ２２において、正極端子４２Ａ及び負極端子４２Ｂは、それぞれ、ＣＰＵ４３の入出力部である第３ＡＤ変換器４８及び第４ＡＤ変換器４９に接続されている。正極端子４２Ａ及び第３ＡＤ変換器４８の間には、抵抗５０及びコンデンサ５１からなるフィルタ回路が介設されている。このフィルタ回路は、十分に大きな時定数を有しており、正極端子４２Ａにおける電圧の低周波成分だけを通過させる。このため、第３ＡＤ変換器４８は、ノイズなどの影響を受けることなく、正極端子４２Ａの定常的な電圧値に相当するディジタル信号を精度良く生成することができる。以下、当該回路を「正極電圧検出回路」と称す。
【００３９】
同様に、負極端子４２Ｂ及び第４ＡＤ変換器４９の間には、抵抗５２及びコンデンサ５３からなるフィルタ回路が介設されている。このフィルタ回路は、十分に大きな時定数を有しており、負極端子４２Ｂにおける電圧の低周波成分だけを通過させる。このため、第４ＡＤ変換器４９は、ノイズなどの影響を受けることなく、負極端子４２Ｂの定常的な電圧値に相当するディジタル信号を精度良く生成することができる。以下、当該回路を「負極電圧検出回路」と称す。
【００４０】
また、ＥＣＵ２２において、第４ＡＤ変換器４９の前段に設けられたフィルタ回路と、負極端子４２Ｂとの間の所定位置即ちサンプリング点５４には、抵抗５５を介して、所定の大きさを有する定電圧Ｖｅが印加されている。本実施形態において、定電圧Ｖｅは５Ｖの大きさを有し、これはＥＣＵ２２の電源電圧でもある。またサンプリング点５４には、一端が接地されたダイオード５６が接続されている。この回路によれば、サンプリング点５４の電位がダイオード５６の閾値電圧（シリコンダイオードの場合約０．７Ｖ）に維持されることから、サンプリング点５４に電源電圧より低い常に一定の電圧を印加することができる。このサンプリング点５４に印加される定電圧を基準電圧Ｖ０と称し、本実施形態ではＶ０＝０．７Ｖである。以下、当該回路を「基準電圧印加回路」と称す。この基準電圧印加回路は、酸素センサ１９の負極３３Ｂの電位を持ち上げるために設けられている。
【００４１】
ＥＣＵ２２において、出力検出用抵抗５７が酸素センサ１９と並列に設けられている。この出力検出用抵抗５７は、一端が、第３ＡＤ変換器４８の前段のフィルタ回路及び正極端子４２Ａを結ぶ配線に接続され、他端が、サンプリング点５４及び負極端子４２Ｂを結ぶ配線に接続されている。出力検出用抵抗５７は、酸素センサ１９のインピーダンスＲｓに比して十分に大きなインピーダンスを有している。
【００４２】
以上の回路構成による空燃比の検出処理を説明する。なお、図４を参照して説明したように、本実施形態の酸素センサはリーン空燃比のとき０．１Ｖ程度という０Ｖに近い電圧を発生し、リッチ空燃比のとき０．９Ｖ程度という１Ｖに近い電圧を発生する。そこでここでは、理解を容易にするため、リーン空燃比のとき０Ｖ、リッチ空燃比のとき１Ｖの電圧を発生するものとする。
【００４３】
まず、サンプリング点５４に基準電圧Ｖ０が常時印加されているので、第４ＡＤ変換器４９からＣＰＵ４３に出力される電圧Ｖ４は常に基準電圧Ｖ０と等しい０．７Ｖとなり、また、負極３３Ｂにおける電圧値も常に基準電圧Ｖ０と等しい０．７Ｖとなる。
【００４４】
そして、酸素センサ１９にリッチ空燃比の排気ガスが供給されているとき、酸素センサ１９においては１Ｖの電圧が発生され、即ち、負極３３Ｂに対する正極３３Ａの電位が１Ｖ高くなる。よって正極３３Ａの対地電圧は基準電圧Ｖ０＝０．７Ｖにセンサ発生電圧Ｖｓ＝１Ｖを加えた値、即ち１．７Ｖとなる。そしてこの電圧１．７Ｖが第３ＡＤ変換器４８からＣＰＵ４３に出力される電圧Ｖ３となる。
【００４５】
ＣＰＵ４３は、第３ＡＤ変換器４８からの入力電圧Ｖ３と第４ＡＤ変換器４９からの入力電圧Ｖ４との電圧差を次式（１）に従って算出し、その結果である検出電圧Ｖｄなる値を求める。この検出電圧Ｖｄが、前記正極電圧検出回路と前記負極電圧検出回路との間の電圧差となる。
Ｖｄ＝Ｖ３−Ｖ４ ・・・（１）
【００４６】
そしてＣＰＵ４３は、この検出電圧Ｖｄをリッチ・リーン判定閾値Ｖｓ（＝０．４５Ｖ）と比較して、排気ガスの空燃比がリッチであるかリーンであるかを判定する。酸素センサ１９にリッチ空燃比の排気ガスが供給されているときには、Ｖｄ＝１．７−０．７＝１Ｖとなり、排気ガスの空燃比はリッチと判定される。
【００４７】
他方、酸素センサ１９にリーン空燃比の排気ガスが供給されているとき、酸素センサ１９の発生電圧は０Ｖとなる。よって正極３３Ａの電圧は、負極３３Ｂの電圧０．７Ｖにセンサ発生電圧Ｖｓ＝０Ｖを加えた値、即ち０．７Ｖとなる。この場合、Ｖ３＝０．７Ｖ、Ｖ４＝０．７Ｖとなり、（１）式によりＶｄ＝０Ｖとなり、排気ガスの空燃比はリーンと判定される。
【００４８】
これから分かるように、第３ＡＤ変換器４８からの入力電圧Ｖ３と第４ＡＤ変換器４９からの入力電圧Ｖ４とは双方等しく基準電圧Ｖ０によって持ち上げられているだけであり、結果的にそれらの差である検出電圧Ｖｄは、酸素センサ１９の正極３３Ａ及び負極３３Ｂ間の電圧差と実質的に何等変わりはない。
【００４９】
ところで、かかる電気回路が正常で、酸素センサ１９のみに欠損故障が生じた場合（以下、この場合を単に「センサ故障」と称す）、前述したように酸素センサ１９の正極３３Ａ及び負極３３Ｂ間で負電圧が発生し、これに伴いＣＰＵ４３でも負の検出電圧Ｖｄが検出される。従ってこの負電圧の検出を以てセンサ故障を一応は推定することができる。
【００５０】
一方、これとは別に、酸素センサ１９が正常で電気回路にのみ故障が生じた場合（以下、この場合を単に「回路故障」と称す）でも、センサ故障の場合と同様に負電圧が検出される場合がある。この場合とは、例えば、図８に示されるように、基準電圧Ｖ０が印加されるサンプリング点５４と、酸素センサ１９の負極３３Ｂとの間で断線が生じ、且つその負極３３Ｂにつながっている配線がグランドショート（接地ショート）するという、所謂オープンショートの場合である。ここでＥＣＵ２２においては全ての部品が頑丈なケーシングに収納取付され、部品が基板に取り付けられて適宜絶縁被覆されていることから、オープンショートはＥＣＵ２２側では起こりづらい。最も典型的に起こり得るのは、図示されるように、酸素センサ１９とＥＣＵ２２とを接続する外部露出配線（負極線４１Ｂ）が断線し、近隣のエンジン部品と接触してグランドショートするケースである。
【００５１】
酸素センサ１９自体は正常でありながら、このようなオープンショートの回路故障が発生すると、ＣＰＵ４３で検出される電圧は次のようになる。まず、酸素センサ１９にリッチ空燃比の排気ガスが供給されている場合、第４ＡＤ変換器４９では相変わらず基準電圧Ｖ０に等しい０．７Ｖが検出される一方、酸素センサ１９の発生電圧は１Ｖであり、酸素センサ１９の負極３３Ｂが接地されて基準電圧Ｖ０の印加が無いことから、正極３３Ａの対地電圧は１Ｖとなり、これが第３ＡＤ変換器４８に入力される。よって検出電圧Ｖｄ＝１−０．７＝０．３Ｖとなる。なおこれはリッチ・リーン判定閾値Ｖｓ＝０．４５Ｖより低い値であり、従ってＣＰＵ４３では排気空燃比がリーンであると誤判定することになる。
【００５２】
他方、酸素センサ１９にリーン空燃比の排気ガスが供給されている場合、第４ＡＤ変換器４９では相変わらず基準電圧Ｖ０に等しい０．７Ｖが検出される一方、酸素センサ１９の発生電圧は０Ｖであり、酸素センサ１９の負極３３Ｂが接地されて基準電圧Ｖ０の印加が無いことから、正極３３Ａの対地電圧は０Ｖとなり、これが第３ＡＤ変換器４８に入力される。よって検出電圧Ｖｄ＝０−０．７＝−０．７Ｖとなり、ＣＰＵ４３で負電圧が検出されることになる。
【００５３】
このように、センサ故障と回路故障のいずれの場合であっても、同じように負電圧が検出されてしまい、よって負電圧が検出されたことのみによってはいずれの故障が発生したのかを特定することができない。
【００５４】
なお、回路故障の態様が断線のみ或いはグランドショートのみの場合はその回路故障は比較的容易に特定できる。即ち、酸素センサ１９とＥＣＵ２２とを接続する配線、即ち正極線４１Ａ及び負極線４１Ｂのいずれかが断線した場合は、酸素センサ１９のインピーダンスが常に極大になるのと同じ状況なので、このことを素子インピーダンス検出部Ｂで検出すればよい。また、負極線４１Ｂの被覆が摩損して内部の心線が近隣のエンジン部品に接触するなどして、グランドショートした場合、サンプリング点５４における基準電圧Ｖ０が常時０Ｖとなるので、このことを第４ＡＤ変換器４９を通じて検出すればよい。しかしながら、これら両方の故障態様が同時に発生すると、インピーダンス及び基準電圧が正常と検出されるので、同様の手法で回路故障を検出することはできない。
【００５５】
そこで、本実施形態では、センサ故障の場合と回路故障の場合とで検出電圧Ｖｄの変化パターンが相違することに着目し、これら変化パターンに応じてセンサ故障と回路故障とを区別して判定することとしている。
【００５６】
図９は、故障診断を行うに際しての排気空燃比Ａ／Ｆ及び検出電圧Ｖｄの変化を示す。実線Ｐは、酸素センサに供給される排気ガスの空燃比Ａ／Ｆの変化を示す。見られるように、故障診断時には、ＥＣＵ２２により排気空燃比Ａ／Ｆが強制的にリーン空燃比とリッチ空燃比とに交互に変化させられる。より詳しくは、排気空燃比Ａ／Ｆは、理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．６）を中心として、通常運転時の振幅よりも大きな振幅で、所定周期Δｔでリーン空燃比とリッチ空燃比とに交互に変化させられる。リーン空燃比及びリッチ空燃比の理論空燃比に対する振幅は等しい。図示例ではリーン空燃比＝１５．１、リッチ空燃比＝１４．１とされ、それぞれの振幅は０．５とされているが、この値は適宜変更可能である。このような強制的な空燃比制御をアクティブ空燃比制御と称す。
【００５７】
また、実線Ｑは、センサ故障が発生した場合の検出電圧Ｖｄの変化を示し、実線Ｒは、回路故障が発生した場合の検出電圧Ｖｄの変化を示す。見られるように、いずれの場合も、排気空燃比Ａ／Ｆがリーンのとき検出電圧Ｖｄが負の値となっている。しかしながら検出電圧Ｖｄの変化パターンは異なる。実線Ｑのセンサ故障の場合だと、検出電圧Ｖｄは、排気空燃比Ａ／Ｆがリーンに切り替えられた後、最初はマイナス側に大きく振れて負のピークｑ１に達し、その後徐々にゼロに復帰するような変化を示す。これは次の理由による。リーンへの切り替え前に排気空燃比Ａ／Ｆがリッチにあるとき、酸素センサ１９の検出素子３１の外部にはリッチガスが存在し、また、このリッチガスが検出素子３１の欠損部３７から内部に侵入しているので、検出素子１９の内部にもリッチガスが存在し、酸素センサ１９の発生電圧はゼロに近いとなる。この状態で、排気空燃比Ａ／Ｆがリーンに切り替えられると、初期においては、検出素子３１の内部にリッチガスが存在した状態で検出素子３１の外部にリーンガスが存在する。よって酸素センサ１９からは負のピーク電圧が出力される。しかしながら、検出素子３１の欠損部３７を通じて内部のリッチガスと外部のリーンガスとが徐々に交換されていくので、これに伴って検出素子３１の内外の酸素分圧の差が少なくなっていき、酸素センサ１９の出力電圧がゼロに近づいていく。このように検出素子３１の内外でガスの交換が生じるのでこれに伴って検出電圧Ｖｄが変化する。なお図示例では、排気空燃比Ａ／Ｆをリーンに切り替えた時点から遅れて検出電圧Ｖｄがマイナスのピークに達しているが、排気空燃比Ａ／Ｆをリーンに切り替えたのとほぼ同時にマイナスのピークに達することもある。
【００５８】
他方、実線Ｒの回路故障の場合だと、前述のような酸素センサ検出素子内外でのガスの交換が無いので、検出電圧Ｖｄは、排気空燃比Ａ／Ｆがリーンに切り替えられたのとほぼ同時にマイナスの一定値に達し、その後その電圧を継続的に出力するようになる。これは、排気空燃比Ａ／Ｆのリーン化に伴って酸素センサ自体の出力電圧がゼロになる一方、酸素センサ１９の負極３３Ｂが基準電圧Ｖ０の印加無しに接地されるので、その分、検出電圧Ｖｄがマイナス側にシフトするためである。
【００５９】
実線Ｑのセンサ故障の場合のマイナスピーク値と、実線Ｒの回路故障の場合のマイナス一定値とを比較すると、後者が前者より大きなマイナス値となる。これは、後者の場合、ほぼ基準電圧０．７Ｖがリーン時出力電圧０Ｖから差し引かれるのに対し、前者の場合、酸素センサ検出素子の外部のガスが大気ではなくリーンガスであり、酸素センサ検出素子の内部のガスが完全なリッチガスとは言えないほどのリッチガスであることから、酸素センサ検出素子内外の酸素分圧差が少ないからである。図示例では、実線Ｒの回路故障の場合のマイナス一定値は約−０．７Ｖ、実線Ｑのセンサ故障の場合のマイナスピーク値は約−０．５Ｖとなっている。
【００６０】
さて、本実施形態ではこのような検出電圧Ｖｄの変化パターンの相違を検出して、次のようにセンサ故障と回路故障とを区別して判定する。即ち、アクティブ空燃比制御の実行中であって且つ排気空燃比Ａ／Ｆをリーン空燃比に制御しているとき、検出電圧Ｖｄが最初にマイナスピークに達し、その後徐々にゼロに復帰するような変化を検出したときはセンサ故障と判定し、他方、検出電圧Ｖｄが、基準電圧程度の大きさを有する一定のマイナス値に変化したときは回路故障と判定する。
【００６１】
ここで、本実施形態では、同様の判定方法を内燃機関のフューエルカット時にも実行するようにしている。即ち、フューエルカット時には酸素センサに空気が供給され、排気空燃比Ａ／Ｆは最大のリーン値に変化するので、検出電圧Ｖｄも前記同様に変化するからである。
【００６２】
次に、図１０を参照して、本実施形態の故障診断処理の具体的内容を説明する。図１０は当該故障診断処理を実行するルーチンのフローチャートである。このルーチンはＥＣＵ２２により所定の微小時間（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００６３】
先ず、ステップＳ１０１において、故障診断処理の前提条件が成立しているかどうかが判断される。この前提条件が成立している場合とは、例えば、１）エンジンが始動されていること、２）機関水温が所定温度（例えば７０℃）を超えていること、３）酸素センサ１９の検出素子３１の素子インピーダンスＲｓが所定値（例えば５００Ω）を下回っていること、の全てが満たされている場合である。機関水温は図示しない水温センサで検出される。また、検出素子３１の素子インピーダンスＲｓはＥＣＵ２２の素子インピーダンス検出部Ｂで検出される。検出素子３１のインピーダンスＲｓは検出素子３１の温度が高くなるほど低くなる。従って３）は、実質的には、検出素子３１が空燃比を検出可能なほどに高温になっていることと等価である。
【００６４】
故障診断処理の前提条件が成立していない場合は本処理が終了される。他方、故障診断処理の前提条件が成立している場合はステップＳ１０２に進み、フューエルカット（ＦＣ）実行中であるか否かが判断される。フューエルカットは、１）アクセル開度センサ２１により検出されたアクセル開度がほぼゼロ（全閉）である、２）ＮＥセンサ２３により検出された機関回転速度ＮＥが所定のアイドル速度より高い所定速度以上である、の二条件を満たしたとき実行される制御であり、インジェクタ１７からの燃料噴射を停止する制御である。従ってここではこれら二条件の成立の有無が判断されている。
【００６５】
フューエルカット実行中であるときはステップＳ１０３に進み、フューエルカット実行中でないときはステップＳ１１２に進む。ここで、ステップＳ１０３〜Ｓ１１１の処理と、ステップＳ１１２〜Ｓ１２３の処理とは類似するので、便宜上、まずステップＳ１１２〜Ｓ１２３の処理を説明する。
【００６６】
ステップＳ１１２では、アクティブ空燃比制御の実行条件が成立しているかどうかが判断される。この実行条件が成立している場合とは、例えば、検出された機関回転速度ＮＥ及び吸入空気量ＧＡの変動幅が所定範囲内に入っている場合、具体的には内燃機関が定常運転している場合である。アクティブ空燃比制御の実行条件が成立していない場合は本処理が終了される。他方、アクティブ空燃比制御の実行条件が成立している場合はステップＳ１１３に進み、図９を参照して説明したようなアクティブ空燃比制御が実行される。
【００６７】
次に、ステップＳ１１４において、アクティブ空燃比制御のうち、排気空燃比をリーン空燃比に制御するリーン制御が実行中か否かが判断される。リーン制御が実行中でなければ本処理が終了される。
【００６８】
他方、リーン制御が実行中である場合はステップＳ１１５に進み、ＥＣＵ２２に設けられたリーン制御カウンタがカウントアップされる。そしてステップＳ１１６において、リーン制御カウンタが所定時間ｔｌｋｓ（例えば１ｓｅｃ）を超えたか否かが判断される。超えてなければ本処理が終了され、超えていればステップＳ１１７に進む。なお、この所定時間ｔｌｋｓの経過を待つ理由は、燃焼室１２の混合気の空燃比をリーンに変更してから、そのリーン空燃比の排気ガスが実際に酸素センサ１９に到達するまでに時間遅れがあるからである。
【００６９】
ステップＳ１１７においては、検出電圧Ｖｄが取得される。そして次にステップＳ１１８において、検出電圧Ｖｄが所定の負の値である第１しきい値Ｖｄｓ１と比較される。この第１しきい値Ｖｄｓ１は、所定のオフセット電圧Ｖｏｆから基準電圧Ｖ０を減じた値として表される（Ｖｄｓ１＝Ｖｏｆ−Ｖ０）。オフセット電圧Ｖｏｆは、図４に示すように、排気空燃比がリーンの場合における酸素センサ出力電圧の０Ｖからのズレ量に相当し、例えば０．１Ｖとされる。そして、前述したように本実施形態では基準電圧Ｖ０は０．７Ｖなので、第１しきい値Ｖｄｓ１＝０．１−０．７＝−０．６Ｖとなる。つまり、第１しきい値Ｖｄｓ１は、回路故障のみが生じた場合に得られるであろう検出電圧Ｖｄ（約−０．７Ｖ）より僅かに高い値として設定され、回路故障を判定するのに適切な値として設定されている。
【００７０】
検出電圧Ｖｄが第１しきい値Ｖｄｓ１より低い値であるときは、ステップＳ１１９において、ＥＣＵ２２に設けられた回路故障カウンタがカウントアップされる。そしてステップＳ１２０において、回路故障カウンタが所定時間ｔｋｓ１（例えば１ｓｅｃ）を超えたか否かが判断される。超えていればステップＳ１２１に進み、回路故障であると判定される。即ち、回路故障時に検出されるような一定の大きな負の検出電圧Ｖｄが継続的に検出されたとみなして、回路故障と判定される。
【００７１】
他方、ステップＳ１１８において検出電圧Ｖｄが第１しきい値Ｖｄｓ１以上であるときは、ステップＳ１２２に進んで、検出電圧Ｖｄが所定の負の値である第２しきい値Ｖｄｓ２と比較される。この第２しきい値Ｖｄｓ２は、前記第１しきい値Ｖｄｓ１より大きい値であり、且つ、センサ故障が生じた場合に得られるであろうマイナスピークの検出電圧Ｖｄ（約−０．５Ｖ）より僅かに高い値として設定され、センサ故障を判定するのに適切な値として設定されている。本実施形態では−０．４Ｖに設定されている。
【００７２】
検出電圧Ｖｄが第２しきい値Ｖｄｓ２より低い値であるときは、ステップＳ１２３において、酸素センサ１９が故障であるとの判定がなされる。つまりこの場合、検出電圧Ｖｄは第１しきい値Ｖｄｓ１以上で且つ第２しきい値Ｖｄｓ２未満であり、検出電圧Ｖｄが、センサ故障の場合に見られるようなマイナスピーク値に達したものとみなすことができる。よって回路故障の場合のように所定時間ｔｋｓ１の経過を待つことなくセンサ故障を直ちに判定する。他方、検出電圧Ｖｄが第２しきい値Ｖｄｓ２以上であるときは、本処理が終了される。
【００７３】
また、ステップＳ１２０において、回路故障カウンタが所定時間ｔｋｓ１を超えていない場合は、ステップＳ１２３に進み、酸素センサ１９が故障であるとの判定がなされる。即ち、検出電圧Ｖｄが第１しきい値Ｖｄｓ１を下回るような大きなマイナス値となったが、その状態が所定時間ｔｋｓ１より長く継続せず、一時的なものである場合は、センサ故障と判定される。これは、センサ故障の場合に、検出電圧Ｖｄが、図９の線図Ｑよりも大きなマイナスピーク値に一瞬達することがあることに対応するものである。そしてこの場合、検出電圧Ｖｄは、第１しきい値Ｖｄｓ１を下回る大きなマイナスピーク値に達した後、所定時間ｔｋｓ１経過前に第１しきい値Ｖｄｓ１以上となり、つまりゼロに向かって復帰しているとみなされる。よってセンサ故障と判定される。
【００７４】
次に、フューエルカット実行中である場合のステップＳ１０３〜Ｓ１１１の処理を説明する。ステップＳ１０３では、ＥＣＵ２２に設けられたフューエルカット実行カウンタがカウントアップされ、そしてステップＳ１０４において、フューエルカット実行カウンタが所定時間ｔｆｋｓを超えたか否かが判断される。超えてなければ本処理が終了され、超えていればステップＳ１０５に進む。この所定時間ｔｆｋｓの経過を待つ理由は、ステップＳ１１６同様、フューエルカットを開始してから最大リーンの排気ガスが実際に酸素センサ１９に到達するまでに時間遅れがあるからである。ここで、ステップＳ１０４における所定時間ｔｆｋｓは、ステップＳ１１６における所定時間ｔｌｋｓより短くされ、例えば０．５ｓｅｃとされる。その理由は、フューエルカット時には最大リーンの排気ガス（空気）が酸素センサ１９に供給され、そのリーンガスの影響が出やすいからである。
【００７５】
ステップＳ１０５からステップＳ１１１までの処理は、前述したステップＳ１１７からステップＳ１２３までの処理と同じである。但し、ステップＳ１０８において、所定時間ｔｋｓ２はステップＳ１２０の所定時間ｔｋｓ１より長くされる（例えば２ｓｅｃ）。その理由は、仮にセンサ故障が生じていると仮定すると、フューエルカットの場合、リーン制御時と比べ、酸素センサ１９の検出素子内外でのガス交換が行われ難く、負電圧の検出時間が長くなるからである。こうして、フューエルカット時にもリーン制御時と同様にセンサ故障と回路故障とを区別して判定することができる。
【００７６】
このように本実施形態によれば、ＥＣＵ２２において負電圧が検出された場合に、センサ故障と回路故障とを区別して判定することができ、これによって故障部位の特定が可能となり、故障診断の精度を向上することができる。
【００７７】
なお、本実施形態においては、ＥＣＵ２２により空燃比制御手段及び故障判定手段が構成される。
【００７８】
本発明は他の実施形態を採ることも可能で、例えば前記実施形態で用いられた数値等は任意に変更が可能である。また、内燃機関は車載用に限定されず、酸素センサの配置方法や設置位置も任意に変更が可能である。
【００７９】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本実施形態に係る車載用内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。
【図２】酸素センサの取付状態を示す断面図である。
【図３】酸素センサの検出素子周辺の拡大断面図である。
【図４】酸素センサの出力特性を示すグラフである。
【図５】酸素センサの検出素子に欠損部が生じた場合の拡大断面図である。
【図６】酸素センサの故障時における出力電圧の変化を示すグラフである。
【図７】酸素センサ及びＥＣＵを含む電気回路の構成を示し、回路故障が無い場合である。
【図８】図７と同様の電気回路の構成を示し、回路故障が有る場合である。
【図９】故障判定時の排気空燃比及び検出電圧の変化を示すグラフである。
【図１０】故障診断処理を実行するルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００８１】
１０ 内燃機関
１３ 排気通路
１９，２０ 酸素センサ
２２ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３１ 検出素子
３３Ａ 正極
３３Ｂ 負極
４１Ｂ 負極線
４３ 中央処理ユニット（ＣＰＵ）
４８ 第３ＡＤ変換器
４９ 第４ＡＤ変換器
５０ 抵抗
５１ コンデンサ
５２ 抵抗
５３ コンデンサ
５４ サンプリング点
５５ 抵抗
５６ ダイオード
Ｖ０ 基準電圧
Ｖｄ 検出電圧
Ａ／Ｆ 排気空燃比
Ｖｄｓ１ 第１しきい値
Ｖｄｓ２ 第２しきい値
ｔｋｓ１，ｔｋｓ２ 所定時間
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸素センサの故障診断装置に係り、特に、内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスの酸素濃度に応じた起電力を発生する酸素センサの故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒を利用した排気ガス浄化システムを備える内燃機関では、触媒による排気ガスの有害成分の浄化を有効に行うため、内燃機関で燃焼される混合気の空気と燃料との混合割合、すなわち空燃比のコントロールが欠かせない。こうした空燃比の制御を行うため、内燃機関の排気通路に、排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサを設け、その検出結果より空燃比を求めて、検出された空燃比を所定の目標空燃比に近づけるフィードバック制御を実施している。
【０００３】
酸素センサは、排気通路内に突出するように配設された筒型の検出素子を備えている。検出素子は、その内面を大気（空気）に露呈するとともに、その外面は、センサカバーを通して流過する排気ガスに曝される。また検出素子は、内外の表面に電極が被覆された固体電解質により形成されている。固体電解質は、酸素がイオン化した状態でその内部を移動可能な固形物質を指し、酸素センサ用としては例えばジルコニアなどが利用されている。検出素子の内側の大気と外側の排気ガスとの酸素分圧に差が生じると、その分圧の差を縮小すべく、酸素分圧の高い側（通常は大気側）の酸素がイオン化して固体電解質を通り、酸素分圧の低い側（通常は排気ガス側）へと移動する。酸素分子はイオン化する過程で４価の電子を受け取り、イオン化した状態から分子に戻る過程で４価の電子を放出する。そのため、上記の酸素の移動に応じて検出素子の内外表面の電極で電子の移動が生じ、その結果、検出素子に起電力が発生する。こうして酸素センサは、大気と排気ガスとの酸素分圧の差に応じて起電力を発生し、より具体的には、排気ガスの酸素濃度が少なくなるほど（つまり排気ガスの空燃比がリッチであるほど）大きな起電力を発生する。
【０００４】
こうした酸素センサにおいて、検出素子の欠損が生じて検出素子の内外が連通すると、検出素子外部の排気ガスがその内部に侵入し、その内外の酸素分圧の差が無くなってセンサは起電力を発生しなくなる。そしてさらに、検出素子内部に排気ガスが侵入した状態で検出素子外部により酸素濃度の高い（空燃比リーンの）排気ガスが存在すると、酸素センサにおいて逆方向の起電力が発生する。従ってこの逆起電力の発生を検出することで酸素センサの検出素子の欠損、即ち酸素センサの故障を検出することができる（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
なお、従来のこの種の故障診断装置としては、他にも、酸素センサの出力が所定のしきい値より低い状態が所定期間継続した場合に、燃焼空燃比を故意にリッチ側に変動させて酸素センサの出力を監視するものがある（特許文献２参照）。また、空燃比センサがリッチ側またはリーン側のいずれか一方の空燃比状態を所定時間以上続けて検出したとき、検出した空燃比状態とは逆の空燃比状態になるように目標空燃比を変更し、その後所定時間以内に逆の空燃比状態を空燃比センサが検出しなかったとき空燃比センサを異常と判定するものがある（特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１４６８３号公報
【特許文献２】特開２００５−４２６７６号公報
【特許文献３】特開平１１−３２６１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、酸素センサの出力は電子制御ユニットに送られ、電子制御ユニットにおいて逆起電力の検出ひいては酸素センサの故障判定がなされる訳だが、酸素センサ以外の回路部分で故障が発生した場合にも、酸素センサの故障時と同様な入力が電子制御ユニットで得られる場合がある。この場合、電子制御ユニットにおいて、酸素センサの故障なのか回路の故障なのかを判別することができず、故障部位を正確に特定できないという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、酸素センサの故障と回路故障とを区別して判定することができる酸素センサの故障診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、第１の発明は、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスの酸素濃度に応じた起電力を発生する酸素センサの故障診断装置において、
前記酸素センサの正極における電圧を検出するための正極電圧検出回路と、
前記酸素センサの負極における電圧を検出するための負極電圧検出回路と、
前記負極電圧検出回路及び前記負極間に所定の基準電圧を印加するための基準電圧印加回路と、
前記酸素センサに少なくともリーン空燃比の排気ガスを供給するよう空燃比を制御する空燃比制御手段と、
前記酸素センサにリーン空燃比の排気ガスが供給されているときの、前記正極電圧検出回路及び前記負極電圧検出回路間の負の電圧差の変化パターンに応じて、前記酸素センサの故障と、前記基準電圧印加回路及び前記負極間の回路故障とを区別して判定する故障判定手段と
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
酸素センサの故障の場合と回路故障の場合とでは、検出される負の電圧差の変化パターンに違いが見られる。よってこの特性を利用して、第１の発明では、負の電圧差の変化パターンに応じて酸素センサの故障と回路故障とを区別して判定することとしている。これにより、故障部位の特定が可能となり、精度の高い故障診断が可能となる。
【００１１】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記故障判定手段は、前記電圧差が負のピークに達しその後徐々にゼロに復帰するような変化を検出したとき前記酸素センサの故障と判定し、他方、前記電圧差が負の一定値になっていることを検出したとき前記回路故障と判定する
ことを特徴とする。
【００１２】
また、第３の発明は、第１の発明において、
前記故障判定手段は、前記電圧差が所定の負の値である第１しきい値より低い値となっており、且つこの状態が所定時間継続していることを検出したとき、前記回路故障と判定する
ことを特徴とする。
【００１３】
また、第４の発明は、第１の発明において、
前記故障判定手段は、前記電圧差が、所定の負の値である第１しきい値以上の値であって、且つ前記第１しきい値より高い所定の負の値である第２しきい値より低い値となっていることを検出したとき、前記酸素センサの故障と判定する
ことを特徴とする。
【００１４】
また、第５の発明は、第１の発明において、
前記故障判定手段は、前記電圧差が、所定の負の値である第１しきい値より低い値となっており、且つこの状態が所定時間継続しないとき、前記酸素センサの故障と判定する
ことを特徴とする。
【００１５】
また、第６の発明は、第１乃至第５いずれかの発明において、
前記空燃比制御手段は、故障診断時に空燃比を強制的にリーン空燃比とリッチ空燃比とに交互に変化させるものであり、
前記故障判定手段は、前記空燃比制御手段により空燃比がリーン空燃比に制御されているとき前記故障判定を実行する
ことを特徴とする。
【００１６】
また、第７の発明は、第１乃至第５いずれかの発明において、
前記空燃比制御手段は、前記酸素センサにリーン空燃比の排気ガスを供給するようフューエルカットを実行するものであり、
前記故障判定手段は、前記空燃比制御手段によりフューエルカットが実行されているとき前記故障判定を実行する
ことを特徴とする。
【００１７】
また、第８の発明は、第１乃至第７いずれかの発明において、
前記回路故障は、前記基準電圧印加回路及び前記負極間の配線の断線且つグランドショートである
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、酸素センサの故障と回路故障とを区別して判定し、故障部位の特定及び高精度な故障診断が可能になるという、優れた効果が発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
本発明の適用される車載用内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を、図１を参照して説明する。内燃機関１０の吸気通路１１には、その通路面積を可変とするスロットルバルブ１５（本実施形態では電子制御式）が設けられ、その開度制御によりエアクリーナ１４を通じて吸入される空気の量が調整される。ここで吸入された空気の量（吸入空気量）は、エアフローメータ１６により検出されている。そして吸気通路１１に吸入された空気は、スロットルバルブ１５下流に設けられたインジェクタ１７より噴射された燃料と混合された後、燃焼室１２に送られて、そこで燃焼される。
【００２１】
一方、燃焼室１２での燃焼により生じた排気ガスが送られる排気通路１３には、排気ガス中の有害成分を浄化する三元触媒１８が設けられ、その上流側には触媒前酸素センサ１９、その下流側には触媒後酸素センサ２０がそれぞれ設けられている。
【００２２】
三元触媒１８は、燃焼される混合気の空燃比が理論空燃比近傍の狭い範囲（ウインドウ）でのみ、排気ガス中の主要有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）のすべてを効率的に浄化する。そうした三元触媒１８を有効に機能させるには、混合気の空燃比を上記ウインドウの中心に合わせこむ、厳密なコントロールが必要となる。
【００２３】
こうした空燃比の制御は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２２により行われる。ＥＣＵ２２には、上記エアフローメータ１６や酸素センサ１９，２０、あるいはアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ２１、機関回転速度を検出するＮＥセンサ２３を始めとする各種センサ類の検出信号が入力されている。そしてそれらセンサ類の検出信号より把握される内燃機関１０や車両の運転状況に応じて、上記スロットルバルブ１５やインジェクタ１７等を駆動制御して、上記のような空燃比の制御を行っている。そうした電子制御ユニット２２による空燃比制御の概要は次の通りである。
【００２４】
まず電子制御ユニット２２は、上記アクセルペダルの踏み込み量や機関回転速度の検出結果に応じて把握される吸入空気量の要求量を求め、それに応じた吸入空気量が得られるようにスロットルバルブ１５の開度を調整する。その一方、エアフローメータ１６により検出される吸入空気量の実測値に対して、理論空燃比が得られるだけの燃料量を求め、それによりインジェクタ１７からの燃料噴射量を調整する。これにより、燃焼室１２で燃焼される混合気の空燃比を、ある程度に理論空燃比に近づけることはできる。ただし、それだけでは上記要求される高精度の空燃比制御には不十分である。
【００２５】
そこで電子制御ユニット２２は、上記各酸素センサ１９，２０の検出結果より把握される空燃比の実測値に基づいて、インジェクタ１７からの燃料噴射量をフィードバック補正し、要求される空燃比制御の精度を確保している。
【００２６】
以上のように、この排気ガス浄化システムでは、酸素センサ１９，２０の検出結果に応じて燃料噴射量をフィードバック補正する、いわゆる空燃比フィードバック制御を実施することで、混合気の空燃比を理論空燃比近傍に保持し、高い排気ガス浄化率を確保している。なお、この排気ガス浄化システムでは、上述のように２つの酸素センサ１９，２０によって、三元触媒１８の上下流における排気ガスの酸素分圧をそれぞれ検出することで、上記空燃比フィードバック制御の更なる高精度化を図っている。
【００２７】
こうした排気浄化システムに採用される２つの酸素センサ１９，２０は互いに同様の構成であり、また故障診断の方法も同様である。そこで以下、触媒前酸素センサ１９を例にとって説明し、触媒後酸素センサ２０については説明を省略する。図２及び図３に示すように、酸素センサ１９は、排気通路１３内に突出するように配設された筒型の検出素子３１を備えている。検出素子３１は、その内面を大気（空気）に露呈するとともに、その外面は、センサカバー３２を通して流過する排気ガスに曝される。また検出素子３１は、内外の表面に電極３３Ａ，３３Ｂが被覆された固体電解質により形成されている。固体電解質は、酸素がイオン化した状態でその内部を移動可能な固形物質を指し、酸素センサ用としては例えばジルコニアなどが利用されている。検出素子３１の内部の大気室３４は、センサ内に設けられた図示しない大気通路と、センサボディに形成された大気穴３５とを通じて外部に連通され、且つ大気が導入されるようになっている。大気室３４には、検出素子３１を加熱して早期に活性させるためのヒータ３６が設けられ、ヒータ３６はＥＣＵ２２によって通電制御される。
【００２８】
検出素子３１を介して隔てられたその内側の大気と外側の排気ガスとの酸素分圧に差が生じると、その分圧の差を縮小すべく、酸素分圧の高い側（通常は大気側）の酸素がイオン化して固体電解質を通り、酸素分圧の低い側（通常は排気ガス側）へと移動する。酸素分子はイオン化する過程で４価の電子を受け取り、イオン化した状態から分子に戻る過程で４価の電子を放出する。そのため、上記の酸素の移動に応じて検出素子３１の内外表面の電極で電子の移動が生じ、その結果、検出素子３１に起電力が発生する。こうして酸素センサ１９は、大気と排気ガスとの酸素分圧の差に応じて起電力を発生し、より具体的には、排気ガスの酸素濃度が少なくなるほど（つまり検出素子３１外部の排気ガスの空燃比がリッチであるほど）大きな起電力を発生する。ここで酸素イオンが内表面側の電極３３Ａから検出素子３１を通って外表面側の電極３３Ｂに向かうことから、電流の向きは逆となり、両電極に接続された外部装置に対しては内表面側の電極３３Ａが正極、外表面側の電極３３Ｂが負極となる。
【００２９】
ちなみに、酸素センサには他にも、板形状の検出素子を用いたものや、検出素子にジルコニア以外の素材を用いたものなど、様々なタイプの酸素センサがある。そしてその多くでは、上記例示したセンサと同様の検出原理により排気ガスの酸素分圧を検出する構成、すなわち基準ガス（大気）と排気ガスとを隔離するよう配設された検出素子が、基準ガスに対する排気ガスの酸素分圧の差に応じて起電力を発生する構成となっている。
【００３０】
酸素センサ１９の出力特性を図４に例示する。示されるように、酸素センサ１９の出力電圧は理論空燃比Ａ／Ｆｓ（例えば１４．６）を境に過渡的に変化し、酸素センサ１９に供給される排気ガス（雰囲気ガス）の空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比Ａ／Ｆｓよりもリーンな領域（Ａ／Ｆ＞Ａ／Ｆｓ、以下リーン空燃比ともいう）では０．１Ｖ程度の小さい電圧を示し、理論空燃比Ａ／Ｆｓよりもリッチな領域（Ａ／Ｆ＜Ａ／Ｆｓ、以下リッチ空燃比ともいう）では０．９Ｖ程度の比較的高い電圧を示す。ここでは、０．４５Ｖのセンサ出力をリッチ・リーン判定閾値として、センサ１９の検出結果が、理論空燃比よりもリッチかリーンかを判断している。なお、酸素センサ１９の上記各領域でのセンサ出力電圧の大きさは、検出素子３１の温度状態に応じて変化することがある。
【００３１】
なお、本実施形態のように、理論空燃比での燃焼（ストイキ燃焼）のみを目的とした空燃比制御を行う内燃機関では、理論空燃比を境に出力電圧が大きく変化する特性の酸素センサが用いられることが多い。こうしたセンサは、理論空燃比よりもリッチ、及び理論空燃比よりもリーンのいずれかといった低い分解能しか持たないものの、上記ストイキ燃焼のみを行うには、それで十分なことが多い。一方、希薄空燃比での燃焼を行うなど、より広範囲の空燃比での燃焼を行う内燃機関では、排気ガスの空燃比に応じてその出力電圧が線形的に変化する特性の、より分解能の高い酸素センサが用いられることもある。本発明はこのような酸素センサに対しても適用可能である。
【００３２】
ところで、長期使用による経年劣化等により、酸素センサ１９の検出素子３１にクラックが入ったり、検出素子３１が割れたりするといった検出素子３１の欠損が発生し、酸素センサ１９が故障する場合がある。この欠損によるセンサ故障の場合、図５に示すように、検出素子３１の欠損部３７を通じて検出素子３１の内外が連通し、検出素子３１外部の排気ガスがその内部に侵入する。そして検出素子３１内部に排気ガスが侵入した状態で、検出素子３１外部により酸素濃度の高い（空燃比リーンの）排気ガスが存在すると、酸素センサ１９において逆方向の起電力が発生する。このことは例えば、センサ故障状態で空燃比をリッチからリーンに切り替えた場合や、フューエルカットが行われた場合などに起こり得る。この場合、正極３３Ａの電位よりも負極３３Ｂの電位の方が高くなり、負（マイナス）の起電力が発生する。
【００３３】
図６はかかる故障時の酸素センサ出力電圧の変化の一例を示す。円で囲った領域に示されるように、酸素センサ１９からはしばしば負の電圧が出力される。従ってこのような負の出力電圧をＥＣＵ２２により検知することで、酸素センサの故障を一応は推定することができる。
【００３４】
しかしながら、前述したように、酸素センサ１９以外の回路部分で故障が発生した場合にも、同様に負の電圧が検知される場合があることが確認された。従ってこのような場合には、ＥＣＵ２２において、たとえ負の電圧を検出したとしても、それが酸素センサの故障に起因するのか、回路の故障に起因するのかを判別することができず、故障部位を正確に特定することができない。故障部位の特定ができなければ必然的にどの部品を交換すればよいかも分からないことになり、故障時の対応を迅速に行えないという不都合も生じる。
【００３５】
そこで、本実施形態では以下のようにして酸素センサの故障と回路故障とを区別して判定することとしている。なお、かかる故障判定の方法はいずれの酸素センサ１９，２０についても同様であるので、ここでは例示的に触媒前酸素センサ１９の一方のみについて説明を行う。
【００３６】
まず、酸素センサ１９とこれが接続されるＥＣＵ２２とからなる回路構成を説明する。図７は、回路故障が無いときの正常時の回路構成を示す。図示されるように、酸素センサ１９は、その正極３３Ａが正極線４１Ａにより、その負極３３Ｂが負極線４１Ｂにより、それぞれＥＣＵ２２に接続されている。具体的には、正極線４１Ａ及び負極線４１ＢがそれぞれＥＣＵ２２のケーシング（太実線で示す）に設けられた正極端子４２Ａ及び負極端子４２Ｂに接続されている。酸素センサ１９は、インピーダンス成分Ｒｓと起電力成分とを含むものとして等価的に示されている。ＥＣＵ２２は内部に中央処理ユニット（以下ＣＰＵという）４３を備え、ＣＰＵ４３は以下の回路を通じて正極端子４２Ａ及び負極端子４２Ｂに接続される。
【００３７】
ＥＣＵ２２は、酸素センサ１９が発生する電圧（正極３３Ａ及び負極３３Ｂ間の電圧）に基づいて排気空燃比に関する情報を取得する機能、酸素センサ１９の素子インピーダンスＲｓを検出する機能、さらには負電圧を検出することによりセンサ又は回路のいずれかの故障を判定する機能を併せ持つ。このうち、酸素センサ１９の素子インピーダンスＲｓを検出する機能を発揮する部分、即ち素子インピーダンス検出部Ｂ（図中一点鎖線で囲まれる部分）は、本発明と直接関係ないため、ここでは説明を省略する。素子インピーダンス検出部Ｂは、ＣＰＵ４３の入出力部である第１ポート４４、第１ＡＤ変換器４５、第２ポート４６及び第２ＡＤ変換器４７を含む。
【００３８】
ＥＣＵ２２において、正極端子４２Ａ及び負極端子４２Ｂは、それぞれ、ＣＰＵ４３の入出力部である第３ＡＤ変換器４８及び第４ＡＤ変換器４９に接続されている。正極端子４２Ａ及び第３ＡＤ変換器４８の間には、抵抗５０及びコンデンサ５１からなるフィルタ回路が介設されている。このフィルタ回路は、十分に大きな時定数を有しており、正極端子４２Ａにおける電圧の低周波成分だけを通過させる。このため、第３ＡＤ変換器４８は、ノイズなどの影響を受けることなく、正極端子４２Ａの定常的な電圧値に相当するディジタル信号を精度良く生成することができる。以下、当該回路を「正極電圧検出回路」と称す。
【００３９】
同様に、負極端子４２Ｂ及び第４ＡＤ変換器４９の間には、抵抗５２及びコンデンサ５３からなるフィルタ回路が介設されている。このフィルタ回路は、十分に大きな時定数を有しており、負極端子４２Ｂにおける電圧の低周波成分だけを通過させる。このため、第４ＡＤ変換器４９は、ノイズなどの影響を受けることなく、負極端子４２Ｂの定常的な電圧値に相当するディジタル信号を精度良く生成することができる。以下、当該回路を「負極電圧検出回路」と称す。
【００４０】
また、ＥＣＵ２２において、第４ＡＤ変換器４９の前段に設けられたフィルタ回路と、負極端子４２Ｂとの間の所定位置即ちサンプリング点５４には、抵抗５５を介して、所定の大きさを有する定電圧Ｖｅが印加されている。本実施形態において、定電圧Ｖｅは５Ｖの大きさを有し、これはＥＣＵ２２の電源電圧でもある。またサンプリング点５４には、一端が接地されたダイオード５６が接続されている。この回路によれば、サンプリング点５４の電位がダイオード５６の閾値電圧（シリコンダイオードの場合約０．７Ｖ）に維持されることから、サンプリング点５４に電源電圧より低い常に一定の電圧を印加することができる。このサンプリング点５４に印加される定電圧を基準電圧Ｖ０と称し、本実施形態ではＶ０＝０．７Ｖである。以下、当該回路を「基準電圧印加回路」と称す。この基準電圧印加回路は、酸素センサ１９の負極３３Ｂの電位を持ち上げるために設けられている。
【００４１】
ＥＣＵ２２において、出力検出用抵抗５７が酸素センサ１９と並列に設けられている。この出力検出用抵抗５７は、一端が、第３ＡＤ変換器４８の前段のフィルタ回路及び正極端子４２Ａを結ぶ配線に接続され、他端が、サンプリング点５４及び負極端子４２Ｂを結ぶ配線に接続されている。出力検出用抵抗５７は、酸素センサ１９のインピーダンスＲｓに比して十分に大きなインピーダンスを有している。
【００４２】
以上の回路構成による空燃比の検出処理を説明する。なお、図４を参照して説明したように、本実施形態の酸素センサはリーン空燃比のとき０．１Ｖ程度という０Ｖに近い電圧を発生し、リッチ空燃比のとき０．９Ｖ程度という１Ｖに近い電圧を発生する。そこでここでは、理解を容易にするため、リーン空燃比のとき０Ｖ、リッチ空燃比のとき１Ｖの電圧を発生するものとする。
【００４３】
まず、サンプリング点５４に基準電圧Ｖ０が常時印加されているので、第４ＡＤ変換器４９からＣＰＵ４３に出力される電圧Ｖ４は常に基準電圧Ｖ０と等しい０．７Ｖとなり、また、負極３３Ｂにおける電圧値も常に基準電圧Ｖ０と等しい０．７Ｖとなる。
【００４４】
そして、酸素センサ１９にリッチ空燃比の排気ガスが供給されているとき、酸素センサ１９においては１Ｖの電圧が発生され、即ち、負極３３Ｂに対する正極３３Ａの電位が１Ｖ高くなる。よって正極３３Ａの対地電圧は基準電圧Ｖ０＝０．７Ｖにセンサ発生電圧Ｖｓ＝１Ｖを加えた値、即ち１．７Ｖとなる。そしてこの電圧１．７Ｖが第３ＡＤ変換器４８からＣＰＵ４３に出力される電圧Ｖ３となる。
【００４５】
ＣＰＵ４３は、第３ＡＤ変換器４８からの入力電圧Ｖ３と第４ＡＤ変換器４９からの入力電圧Ｖ４との電圧差を次式（１）に従って算出し、その結果である検出電圧Ｖｄなる値を求める。この検出電圧Ｖｄが、前記正極電圧検出回路と前記負極電圧検出回路との間の電圧差となる。
Ｖｄ＝Ｖ３−Ｖ４ ・・・（１）
【００４６】
そしてＣＰＵ４３は、この検出電圧Ｖｄをリッチ・リーン判定閾値Ｖｓ（＝０．４５Ｖ）と比較して、排気ガスの空燃比がリッチであるかリーンであるかを判定する。酸素センサ１９にリッチ空燃比の排気ガスが供給されているときには、Ｖｄ＝１．７−０．７＝１Ｖとなり、排気ガスの空燃比はリッチと判定される。
【００４７】
他方、酸素センサ１９にリーン空燃比の排気ガスが供給されているとき、酸素センサ１９の発生電圧は０Ｖとなる。よって正極３３Ａの電圧は、負極３３Ｂの電圧０．７Ｖにセンサ発生電圧Ｖｓ＝０Ｖを加えた値、即ち０．７Ｖとなる。この場合、Ｖ３＝０．７Ｖ、Ｖ４＝０．７Ｖとなり、（１）式によりＶｄ＝０Ｖとなり、排気ガスの空燃比はリーンと判定される。
【００４８】
これから分かるように、第３ＡＤ変換器４８からの入力電圧Ｖ３と第４ＡＤ変換器４９からの入力電圧Ｖ４とは双方等しく基準電圧Ｖ０によって持ち上げられているだけであり、結果的にそれらの差である検出電圧Ｖｄは、酸素センサ１９の正極３３Ａ及び負極３３Ｂ間の電圧差と実質的に何等変わりはない。
【００４９】
ところで、かかる電気回路が正常で、酸素センサ１９のみに欠損故障が生じた場合（以下、この場合を単に「センサ故障」と称す）、前述したように酸素センサ１９の正極３３Ａ及び負極３３Ｂ間で負電圧が発生し、これに伴いＣＰＵ４３でも負の検出電圧Ｖｄが検出される。従ってこの負電圧の検出を以てセンサ故障を一応は推定することができる。
【００５０】
一方、これとは別に、酸素センサ１９が正常で電気回路にのみ故障が生じた場合（以下、この場合を単に「回路故障」と称す）でも、センサ故障の場合と同様に負電圧が検出される場合がある。この場合とは、例えば、図８に示されるように、基準電圧Ｖ０が印加されるサンプリング点５４と、酸素センサ１９の負極３３Ｂとの間で断線が生じ、且つその負極３３Ｂにつながっている配線がグランドショート（接地ショート）するという、所謂オープンショートの場合である。ここでＥＣＵ２２においては全ての部品が頑丈なケーシングに収納取付され、部品が基板に取り付けられて適宜絶縁被覆されていることから、オープンショートはＥＣＵ２２側では起こりづらい。最も典型的に起こり得るのは、図示されるように、酸素センサ１９とＥＣＵ２２とを接続する外部露出配線（負極線４１Ｂ）が断線し、近隣のエンジン部品と接触してグランドショートするケースである。
【００５１】
酸素センサ１９自体は正常でありながら、このようなオープンショートの回路故障が発生すると、ＣＰＵ４３で検出される電圧は次のようになる。まず、酸素センサ１９にリッチ空燃比の排気ガスが供給されている場合、第４ＡＤ変換器４９では相変わらず基準電圧Ｖ０に等しい０．７Ｖが検出される一方、酸素センサ１９の発生電圧は１Ｖであり、酸素センサ１９の負極３３Ｂが接地されて基準電圧Ｖ０の印加が無いことから、正極３３Ａの対地電圧は１Ｖとなり、これが第３ＡＤ変換器４８に入力される。よって検出電圧Ｖｄ＝１−０．７＝０．３Ｖとなる。なおこれはリッチ・リーン判定閾値Ｖｓ＝０．４５Ｖより低い値であり、従ってＣＰＵ４３では排気空燃比がリーンであると誤判定することになる。
【００５２】
他方、酸素センサ１９にリーン空燃比の排気ガスが供給されている場合、第４ＡＤ変換器４９では相変わらず基準電圧Ｖ０に等しい０．７Ｖが検出される一方、酸素センサ１９の発生電圧は０Ｖであり、酸素センサ１９の負極３３Ｂが接地されて基準電圧Ｖ０の印加が無いことから、正極３３Ａの対地電圧は０Ｖとなり、これが第３ＡＤ変換器４８に入力される。よって検出電圧Ｖｄ＝０−０．７＝−０．７Ｖとなり、ＣＰＵ４３で負電圧が検出されることになる。
【００５３】
このように、センサ故障と回路故障のいずれの場合であっても、同じように負電圧が検出されてしまい、よって負電圧が検出されたことのみによってはいずれの故障が発生したのかを特定することができない。
【００５４】
なお、回路故障の態様が断線のみ或いはグランドショートのみの場合はその回路故障は比較的容易に特定できる。即ち、酸素センサ１９とＥＣＵ２２とを接続する配線、即ち正極線４１Ａ及び負極線４１Ｂのいずれかが断線した場合は、酸素センサ１９のインピーダンスが常に極大になるのと同じ状況なので、このことを素子インピーダンス検出部Ｂで検出すればよい。また、負極線４１Ｂの被覆が摩損して内部の心線が近隣のエンジン部品に接触するなどして、グランドショートした場合、サンプリング点５４における基準電圧Ｖ０が常時０Ｖとなるので、このことを第４ＡＤ変換器４９を通じて検出すればよい。しかしながら、これら両方の故障態様が同時に発生すると、インピーダンス及び基準電圧が正常と検出されるので、同様の手法で回路故障を検出することはできない。
【００５５】
そこで、本実施形態では、センサ故障の場合と回路故障の場合とで検出電圧Ｖｄの変化パターンが相違することに着目し、これら変化パターンに応じてセンサ故障と回路故障とを区別して判定することとしている。
【００５６】
図９は、故障診断を行うに際しての排気空燃比Ａ／Ｆ及び検出電圧Ｖｄの変化を示す。実線Ｐは、酸素センサに供給される排気ガスの空燃比Ａ／Ｆの変化を示す。見られるように、故障診断時には、ＥＣＵ２２により排気空燃比Ａ／Ｆが強制的にリーン空燃比とリッチ空燃比とに交互に変化させられる。より詳しくは、排気空燃比Ａ／Ｆは、理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．６）を中心として、通常運転時の振幅よりも大きな振幅で、所定周期Δｔでリーン空燃比とリッチ空燃比とに交互に変化させられる。リーン空燃比及びリッチ空燃比の理論空燃比に対する振幅は等しい。図示例ではリーン空燃比＝１５．１、リッチ空燃比＝１４．１とされ、それぞれの振幅は０．５とされているが、この値は適宜変更可能である。このような強制的な空燃比制御をアクティブ空燃比制御と称す。
【００５７】
また、実線Ｑは、センサ故障が発生した場合の検出電圧Ｖｄの変化を示し、実線Ｒは、回路故障が発生した場合の検出電圧Ｖｄの変化を示す。見られるように、いずれの場合も、排気空燃比Ａ／Ｆがリーンのとき検出電圧Ｖｄが負の値となっている。しかしながら検出電圧Ｖｄの変化パターンは異なる。実線Ｑのセンサ故障の場合だと、検出電圧Ｖｄは、排気空燃比Ａ／Ｆがリーンに切り替えられた後、最初はマイナス側に大きく振れて負のピークｑ１に達し、その後徐々にゼロに復帰するような変化を示す。これは次の理由による。リーンへの切り替え前に排気空燃比Ａ／Ｆがリッチにあるとき、酸素センサ１９の検出素子３１の外部にはリッチガスが存在し、また、このリッチガスが検出素子３１の欠損部３７から内部に侵入しているので、検出素子１９の内部にもリッチガスが存在し、酸素センサ１９の発生電圧はゼロに近いとなる。この状態で、排気空燃比Ａ／Ｆがリーンに切り替えられると、初期においては、検出素子３１の内部にリッチガスが存在した状態で検出素子３１の外部にリーンガスが存在する。よって酸素センサ１９からは負のピーク電圧が出力される。しかしながら、検出素子３１の欠損部３７を通じて内部のリッチガスと外部のリーンガスとが徐々に交換されていくので、これに伴って検出素子３１の内外の酸素分圧の差が少なくなっていき、酸素センサ１９の出力電圧がゼロに近づいていく。このように検出素子３１の内外でガスの交換が生じるのでこれに伴って検出電圧Ｖｄが変化する。なお図示例では、排気空燃比Ａ／Ｆをリーンに切り替えた時点から遅れて検出電圧Ｖｄがマイナスのピークに達しているが、排気空燃比Ａ／Ｆをリーンに切り替えたのとほぼ同時にマイナスのピークに達することもある。
【００５８】
他方、実線Ｒの回路故障の場合だと、前述のような酸素センサ検出素子内外でのガスの交換が無いので、検出電圧Ｖｄは、排気空燃比Ａ／Ｆがリーンに切り替えられたのとほぼ同時にマイナスの一定値に達し、その後その電圧を継続的に出力するようになる。これは、排気空燃比Ａ／Ｆのリーン化に伴って酸素センサ自体の出力電圧がゼロになる一方、酸素センサ１９の負極３３Ｂが基準電圧Ｖ０の印加無しに接地されるので、その分、検出電圧Ｖｄがマイナス側にシフトするためである。
【００５９】
実線Ｑのセンサ故障の場合のマイナスピーク値と、実線Ｒの回路故障の場合のマイナス一定値とを比較すると、後者が前者より大きなマイナス値となる。これは、後者の場合、ほぼ基準電圧０．７Ｖがリーン時出力電圧０Ｖから差し引かれるのに対し、前者の場合、酸素センサ検出素子の外部のガスが大気ではなくリーンガスであり、酸素センサ検出素子の内部のガスが完全なリッチガスとは言えないほどのリッチガスであることから、酸素センサ検出素子内外の酸素分圧差が少ないからである。図示例では、実線Ｒの回路故障の場合のマイナス一定値は約−０．７Ｖ、実線Ｑのセンサ故障の場合のマイナスピーク値は約−０．５Ｖとなっている。
【００６０】
さて、本実施形態ではこのような検出電圧Ｖｄの変化パターンの相違を検出して、次のようにセンサ故障と回路故障とを区別して判定する。即ち、アクティブ空燃比制御の実行中であって且つ排気空燃比Ａ／Ｆをリーン空燃比に制御しているとき、検出電圧Ｖｄが最初にマイナスピークに達し、その後徐々にゼロに復帰するような変化を検出したときはセンサ故障と判定し、他方、検出電圧Ｖｄが、基準電圧程度の大きさを有する一定のマイナス値に変化したときは回路故障と判定する。
【００６１】
ここで、本実施形態では、同様の判定方法を内燃機関のフューエルカット時にも実行するようにしている。即ち、フューエルカット時には酸素センサに空気が供給され、排気空燃比Ａ／Ｆは最大のリーン値に変化するので、検出電圧Ｖｄも前記同様に変化するからである。
【００６２】
次に、図１０を参照して、本実施形態の故障診断処理の具体的内容を説明する。図１０は当該故障診断処理を実行するルーチンのフローチャートである。このルーチンはＥＣＵ２２により所定の微小時間（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００６３】
先ず、ステップＳ１０１において、故障診断処理の前提条件が成立しているかどうかが判断される。この前提条件が成立している場合とは、例えば、１）エンジンが始動されていること、２）機関水温が所定温度（例えば７０℃）を超えていること、３）酸素センサ１９の検出素子３１の素子インピーダンスＲｓが所定値（例えば５００Ω）を下回っていること、の全てが満たされている場合である。機関水温は図示しない水温センサで検出される。また、検出素子３１の素子インピーダンスＲｓはＥＣＵ２２の素子インピーダンス検出部Ｂで検出される。検出素子３１のインピーダンスＲｓは検出素子３１の温度が高くなるほど低くなる。従って３）は、実質的には、検出素子３１が空燃比を検出可能なほどに高温になっていることと等価である。
【００６４】
故障診断処理の前提条件が成立していない場合は本処理が終了される。他方、故障診断処理の前提条件が成立している場合はステップＳ１０２に進み、フューエルカット（ＦＣ）実行中であるか否かが判断される。フューエルカットは、１）アクセル開度センサ２１により検出されたアクセル開度がほぼゼロ（全閉）である、２）ＮＥセンサ２３により検出された機関回転速度ＮＥが所定のアイドル速度より高い所定速度以上である、の二条件を満たしたとき実行される制御であり、インジェクタ１７からの燃料噴射を停止する制御である。従ってここではこれら二条件の成立の有無が判断されている。
【００６５】
フューエルカット実行中であるときはステップＳ１０３に進み、フューエルカット実行中でないときはステップＳ１１２に進む。ここで、ステップＳ１０３〜Ｓ１１１の処理と、ステップＳ１１２〜Ｓ１２３の処理とは類似するので、便宜上、まずステップＳ１１２〜Ｓ１２３の処理を説明する。
【００６６】
ステップＳ１１２では、アクティブ空燃比制御の実行条件が成立しているかどうかが判断される。この実行条件が成立している場合とは、例えば、検出された機関回転速度ＮＥ及び吸入空気量ＧＡの変動幅が所定範囲内に入っている場合、具体的には内燃機関が定常運転している場合である。アクティブ空燃比制御の実行条件が成立していない場合は本処理が終了される。他方、アクティブ空燃比制御の実行条件が成立している場合はステップＳ１１３に進み、図９を参照して説明したようなアクティブ空燃比制御が実行される。
【００６７】
次に、ステップＳ１１４において、アクティブ空燃比制御のうち、排気空燃比をリーン空燃比に制御するリーン制御が実行中か否かが判断される。リーン制御が実行中でなければ本処理が終了される。
【００６８】
他方、リーン制御が実行中である場合はステップＳ１１５に進み、ＥＣＵ２２に設けられたリーン制御カウンタがカウントアップされる。そしてステップＳ１１６において、リーン制御カウンタが所定時間ｔｌｋｓ（例えば１ｓｅｃ）を超えたか否かが判断される。超えてなければ本処理が終了され、超えていればステップＳ１１７に進む。なお、この所定時間ｔｌｋｓの経過を待つ理由は、燃焼室１２の混合気の空燃比をリーンに変更してから、そのリーン空燃比の排気ガスが実際に酸素センサ１９に到達するまでに時間遅れがあるからである。
【００６９】
ステップＳ１１７においては、検出電圧Ｖｄが取得される。そして次にステップＳ１１８において、検出電圧Ｖｄが所定の負の値である第１しきい値Ｖｄｓ１と比較される。この第１しきい値Ｖｄｓ１は、所定のオフセット電圧Ｖｏｆから基準電圧Ｖ０を減じた値として表される（Ｖｄｓ１＝Ｖｏｆ−Ｖ０）。オフセット電圧Ｖｏｆは、図４に示すように、排気空燃比がリーンの場合における酸素センサ出力電圧の０Ｖからのズレ量に相当し、例えば０．１Ｖとされる。そして、前述したように本実施形態では基準電圧Ｖ０は０．７Ｖなので、第１しきい値Ｖｄｓ１＝０．１−０．７＝−０．６Ｖとなる。つまり、第１しきい値Ｖｄｓ１は、回路故障のみが生じた場合に得られるであろう検出電圧Ｖｄ（約−０．７Ｖ）より僅かに高い値として設定され、回路故障を判定するのに適切な値として設定されている。
【００７０】
検出電圧Ｖｄが第１しきい値Ｖｄｓ１より低い値であるときは、ステップＳ１１９において、ＥＣＵ２２に設けられた回路故障カウンタがカウントアップされる。そしてステップＳ１２０において、回路故障カウンタが所定時間ｔｋｓ１（例えば１ｓｅｃ）を超えたか否かが判断される。超えていればステップＳ１２１に進み、回路故障であると判定される。即ち、回路故障時に検出されるような一定の大きな負の検出電圧Ｖｄが継続的に検出されたとみなして、回路故障と判定される。
【００７１】
他方、ステップＳ１１８において検出電圧Ｖｄが第１しきい値Ｖｄｓ１以上であるときは、ステップＳ１２２に進んで、検出電圧Ｖｄが所定の負の値である第２しきい値Ｖｄｓ２と比較される。この第２しきい値Ｖｄｓ２は、前記第１しきい値Ｖｄｓ１より大きい値であり、且つ、センサ故障が生じた場合に得られるであろうマイナスピークの検出電圧Ｖｄ（約−０．５Ｖ）より僅かに高い値として設定され、センサ故障を判定するのに適切な値として設定されている。本実施形態では−０．４Ｖに設定されている。
【００７２】
検出電圧Ｖｄが第２しきい値Ｖｄｓ２より低い値であるときは、ステップＳ１２３において、酸素センサ１９が故障であるとの判定がなされる。つまりこの場合、検出電圧Ｖｄは第１しきい値Ｖｄｓ１以上で且つ第２しきい値Ｖｄｓ２未満であり、検出電圧Ｖｄが、センサ故障の場合に見られるようなマイナスピーク値に達したものとみなすことができる。よって回路故障の場合のように所定時間ｔｋｓ１の経過を待つことなくセンサ故障を直ちに判定する。他方、検出電圧Ｖｄが第２しきい値Ｖｄｓ２以上であるときは、本処理が終了される。
【００７３】
また、ステップＳ１２０において、回路故障カウンタが所定時間ｔｋｓ１を超えていない場合は、ステップＳ１２３に進み、酸素センサ１９が故障であるとの判定がなされる。即ち、検出電圧Ｖｄが第１しきい値Ｖｄｓ１を下回るような大きなマイナス値となったが、その状態が所定時間ｔｋｓ１より長く継続せず、一時的なものである場合は、センサ故障と判定される。これは、センサ故障の場合に、検出電圧Ｖｄが、図９の線図Ｑよりも大きなマイナスピーク値に一瞬達することがあることに対応するものである。そしてこの場合、検出電圧Ｖｄは、第１しきい値Ｖｄｓ１を下回る大きなマイナスピーク値に達した後、所定時間ｔｋｓ１経過前に第１しきい値Ｖｄｓ１以上となり、つまりゼロに向かって復帰しているとみなされる。よってセンサ故障と判定される。
【００７４】
次に、フューエルカット実行中である場合のステップＳ１０３〜Ｓ１１１の処理を説明する。ステップＳ１０３では、ＥＣＵ２２に設けられたフューエルカット実行カウンタがカウントアップされ、そしてステップＳ１０４において、フューエルカット実行カウンタが所定時間ｔｆｋｓを超えたか否かが判断される。超えてなければ本処理が終了され、超えていればステップＳ１０５に進む。この所定時間ｔｆｋｓの経過を待つ理由は、ステップＳ１１６同様、フューエルカットを開始してから最大リーンの排気ガスが実際に酸素センサ１９に到達するまでに時間遅れがあるからである。ここで、ステップＳ１０４における所定時間ｔｆｋｓは、ステップＳ１１６における所定時間ｔｌｋｓより短くされ、例えば０．５ｓｅｃとされる。その理由は、フューエルカット時には最大リーンの排気ガス（空気）が酸素センサ１９に供給され、そのリーンガスの影響が出やすいからである。
【００７５】
ステップＳ１０５からステップＳ１１１までの処理は、前述したステップＳ１１７からステップＳ１２３までの処理と同じである。但し、ステップＳ１０８において、所定時間ｔｋｓ２はステップＳ１２０の所定時間ｔｋｓ１より長くされる（例えば２ｓｅｃ）。その理由は、仮にセンサ故障が生じていると仮定すると、フューエルカットの場合、リーン制御時と比べ、酸素センサ１９の検出素子内外でのガス交換が行われ難く、負電圧の検出時間が長くなるからである。こうして、フューエルカット時にもリーン制御時と同様にセンサ故障と回路故障とを区別して判定することができる。
【００７６】
このように本実施形態によれば、ＥＣＵ２２において負電圧が検出された場合に、センサ故障と回路故障とを区別して判定することができ、これによって故障部位の特定が可能となり、故障診断の精度を向上することができる。
【００７７】
なお、本実施形態においては、ＥＣＵ２２により空燃比制御手段及び故障判定手段が構成される。
【００７８】
本発明は他の実施形態を採ることも可能で、例えば前記実施形態で用いられた数値等は任意に変更が可能である。また、内燃機関は車載用に限定されず、酸素センサの配置方法や設置位置も任意に変更が可能である。
【００７９】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本実施形態に係る車載用内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。
【図２】酸素センサの取付状態を示す断面図である。
【図３】酸素センサの検出素子周辺の拡大断面図である。
【図４】酸素センサの出力特性を示すグラフである。
【図５】酸素センサの検出素子に欠損部が生じた場合の拡大断面図である。
【図６】酸素センサの故障時における出力電圧の変化を示すグラフである。
【図７】酸素センサ及びＥＣＵを含む電気回路の構成を示し、回路故障が無い場合である。
【図８】図７と同様の電気回路の構成を示し、回路故障が有る場合である。
【図９】故障判定時の排気空燃比及び検出電圧の変化を示すグラフである。
【図１０】故障診断処理を実行するルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００８１】
１０ 内燃機関
１３ 排気通路
１９，２０ 酸素センサ
２２ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３１ 検出素子
３３Ａ 正極
３３Ｂ 負極
４１Ｂ 負極線
４３ 中央処理ユニット（ＣＰＵ）
４８ 第３ＡＤ変換器
４９ 第４ＡＤ変換器
５０ 抵抗
５１ コンデンサ
５２ 抵抗
５３ コンデンサ
５４ サンプリング点
５５ 抵抗
５６ ダイオード
Ｖ０ 基準電圧
Ｖｄ 検出電圧
Ａ／Ｆ 排気空燃比
Ｖｄｓ１ 第１しきい値
Ｖｄｓ２ 第２しきい値
ｔｋｓ１，ｔｋｓ２ 所定時間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスの酸素濃度に応じた起電力を発生する酸素センサの故障診断装置において、
前記酸素センサの正極における電圧を検出するための正極電圧検出回路と、
前記酸素センサの負極における電圧を検出するための負極電圧検出回路と、
前記負極電圧検出回路及び前記負極間に所定の基準電圧を印加するための基準電圧印加回路と、
前記酸素センサに少なくともリーン空燃比の排気ガスを供給するよう空燃比を制御する空燃比制御手段と、
前記酸素センサにリーン空燃比の排気ガスが供給されているときの、前記正極電圧検出回路及び前記負極電圧検出回路間の負の電圧差の変化パターンに応じて、前記酸素センサの故障と、前記基準電圧印加回路及び前記負極間の回路故障とを区別して判定する故障判定手段と
を備えたことを特徴とする酸素センサの故障診断装置。
【請求項２】
前記故障判定手段は、前記電圧差が負のピークに達しその後徐々にゼロに復帰するような変化を検出したとき前記酸素センサの故障と判定し、他方、前記電圧差が負の一定値になっていることを検出したとき前記回路故障と判定する
ことを特徴とする請求項１記載の酸素センサの故障診断装置。
【請求項３】
前記故障判定手段は、前記電圧差が所定の負の値である第１しきい値より低い値となっており、且つこの状態が所定時間継続していることを検出したとき、前記回路故障と判定する
ことを特徴とする請求項１記載の酸素センサの故障診断装置。
【請求項４】
前記故障判定手段は、前記電圧差が、所定の負の値である第１しきい値以上の値であって、且つ前記第１しきい値より高い所定の負の値である第２しきい値より低い値となっていることを検出したとき、前記酸素センサの故障と判定する
ことを特徴とする請求項１記載の酸素センサの故障診断装置。
【請求項５】
前記故障判定手段は、前記電圧差が、所定の負の値である第１しきい値より低い値となっており、且つこの状態が所定時間継続しないとき、前記酸素センサの故障と判定する
ことを特徴とする請求項１記載の酸素センサの故障診断装置。
【請求項６】
前記空燃比制御手段は、故障診断時に空燃比を強制的にリーン空燃比とリッチ空燃比とに交互に変化させるものであり、
前記故障判定手段は、前記空燃比制御手段により空燃比がリーン空燃比に制御されているとき前記故障判定を実行する
ことを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の酸素センサの故障診断装置。
【請求項７】
前記空燃比制御手段は、前記酸素センサにリーン空燃比の排気ガスを供給するようフューエルカットを実行するものであり、
前記故障判定手段は、前記空燃比制御手段によりフューエルカットが実行されているとき前記故障判定を実行する
ことを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の酸素センサの故障診断装置。
【請求項８】
前記回路故障は、前記基準電圧印加回路及び前記負極間の配線の断線且つグランドショートである
ことを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の酸素センサの故障診断装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスの酸素濃度に応じた起電力を発生する酸素センサの故障診断装置において、
前記酸素センサの正極における電圧を検出するための正極電圧検出回路と、
前記酸素センサの負極における電圧を検出するための負極電圧検出回路と、
前記負極電圧検出回路及び前記負極間に所定の基準電圧を印加するための基準電圧印加回路と、
前記酸素センサに少なくともリーン空燃比の排気ガスを供給するよう空燃比を制御する空燃比制御手段と、
前記酸素センサにリーン空燃比の排気ガスが供給されているときの、前記正極電圧検出回路及び前記負極電圧検出回路間の負の電圧差の変化パターンに応じて、前記酸素センサの故障と、前記基準電圧印加回路及び前記負極間の回路故障とを区別して判定する故障判定手段と
を備えたことを特徴とする酸素センサの故障診断装置。
【請求項２】
前記故障判定手段は、前記電圧差が負のピークに達しその後徐々にゼロに復帰するような変化を検出したとき前記酸素センサの故障と判定し、他方、前記電圧差が負の一定値になっていることを検出したとき前記回路故障と判定する
ことを特徴とする請求項１記載の酸素センサの故障診断装置。
【請求項３】
前記故障判定手段は、前記電圧差が所定の負の値である第１しきい値より低い値となっており、且つこの状態が所定時間継続していることを検出したとき、前記回路故障と判定する
ことを特徴とする請求項１記載の酸素センサの故障診断装置。
【請求項４】
前記故障判定手段は、前記電圧差が、所定の負の値である第１しきい値以上の値であって、且つ前記第１しきい値より高い所定の負の値である第２しきい値より低い値となっていることを検出したとき、前記酸素センサの故障と判定する
ことを特徴とする請求項１記載の酸素センサの故障診断装置。
【請求項５】
前記故障判定手段は、前記電圧差が、所定の負の値である第１しきい値より低い値となっており、且つこの状態が所定時間継続しないとき、前記酸素センサの故障と判定する
ことを特徴とする請求項１記載の酸素センサの故障診断装置。
【請求項６】
前記空燃比制御手段は、故障診断時に空燃比を強制的にリーン空燃比とリッチ空燃比とに交互に変化させるものであり、
前記故障判定手段は、前記空燃比制御手段により空燃比がリーン空燃比に制御されているとき前記故障判定を実行する
ことを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の酸素センサの故障診断装置。
【請求項７】
前記空燃比制御手段は、前記酸素センサにリーン空燃比の排気ガスを供給するようフューエルカットを実行するものであり、
前記故障判定手段は、前記空燃比制御手段によりフューエルカットが実行されているとき前記故障判定を実行する
ことを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の酸素センサの故障診断装置。
【請求項８】
前記回路故障は、前記基準電圧印加回路及び前記負極間の配線の断線且つグランドショートである
ことを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の酸素センサの故障診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−７６１９０（Ｐ２００８−７６１９０Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５４８４２（Ｐ２００６−２５４８４２）
【出願日】平成１８年９月２０日（２００６．９．２０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２０日（２００６．９．２０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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