JP2004069457A - 空燃比検出装置の劣化検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、触媒ストレージ能力の影響を受け難く、検出頻度を確保することのできる空燃比検出装置の故障検出装置を提供することにある。
【解決手段】固体電解質素子温度が低温で安定したときの低温制御時の変化速度積算値ｓｄｌｏｘｓｌを算出する。続いて今度は、固体電解質素子が高温で安定したときの高温制御時の変化速度積算値ｓｄｌｏｘｓｈを算出する。最後に低温制御時の変化速度積算値ｓｄｌｏｘｓｌと高温制御時の変化速度積算値ｓｄｌｏｘｓｈとの偏差である変化速度積算値偏差量ｄｅｌｘｈｌを求める。この偏差量ｄｅｌｘｈｌと所定の判定値と比較することにより劣化の有無を判別する。
【選択図】　　　　図１５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空燃比検出装置、特に触媒の下流に配設された下流空燃比センサの劣化を診断する空燃比検出装置の劣化検出装置に関し、詳しくは下流空燃比センサに対する劣化検出を早期に、且つ、正確に行い得る空燃比検出装置の劣化検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エンジンの排気系に介装された触媒の上流と下流とに酸素センサをそれぞれ配設する構成が知られている。また、このような構成において、触媒の上流に配設した上流酸素センサの出力値に基づいて空燃比フィードバック補正係数を設定し、触媒上流の空燃比が目標空燃比となるように空燃比を制御している。さらに、触媒の下流に配設した下流酸素センサの出力値に基づいて空燃比フィードバック補正係数を補正して空燃比の適正化を図る、いわゆる２Ｏ２空燃比制御が知られている。
【０００３】
ところで、このような２Ｏ２空燃比制御システムにおいて各酸素センサが劣化すると、酸素センサの応答性が悪化するため適正な空燃比制御が損なわれてしまう。
【０００４】
また、上記２Ｏ２空燃比制御システムにおいては、触媒上下流に設けられた両酸素センサの出力を比較することで触媒の劣化を診断している。よって、各酸素センサが劣化した場合、この酸素センサを用いた触媒の劣化診断の精度も低下するため、空燃比センサの劣化検出を行う必要がある。
【０００５】
このとき、上流酸素センサは触媒上流に配設されているのでエンジンから排出される排ガス中の酸素濃度を直接的に検出する。よって、空燃比変動が生じた場合、上流酸素センサはこの空燃比変動に直ちに反応する。そこで、上流酸素センサの劣化検出については、空燃比変動が生じたときの上流空燃比センサの出力をモニタすることにより、比較的容易に行うことができる。
【０００６】
これに対して、下流酸素センサは触媒の下流に設けられているため、触媒通過後の排気ガス中の空燃比を検出する。よって、空燃比変動が生じても、その空燃比変動が触媒の酸化、還元反応による酸素吸脱、触媒のストレージ効果によりなまされてしまい、下流酸素センサは、このなまされた空燃比を検出することになる。また、触媒のストレージ効果は劣化により変化してしまう。よって、エンジンの空燃比変動に対する下流酸素センサの反応状態から下流酸素センサ自体の劣化を検出することが困難となる。
【０００７】
この課題を解決するため、触媒の影響を受け難い下流空燃比センサの劣化検出手法が提案されている。例えば実開平０３−０３７９４９号公報では、触媒が活性する前に触媒上流の空燃比変動に対する触媒下流酸素センサの出力を検出するようにしている。また、特開昭６２−２５０３５１号公報では、燃料カット時のような触媒ストレージ能力以上の空燃比変化時に劣化検出を実施するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、実開平０３−０３７９４９号公報のように、触媒が活性する前に酸素センサの劣化を検出する手法では、劣化を検出することのできる条件が冷間始動時に限定されてしまう。同様に特開昭６２−２５０３５１号公報のように、燃料カット時に酸素センサの劣化を検出する手法では、劣化を検出することのできる条件が燃料カット時に限定されてしまう。特に自動変速機の車両では市街地走行においては燃料カットが殆ど作動しないため、劣化検出の実行頻度が少なくなってしまう。
【０００９】
このように、どちらの手法も実行条件が著しく限定されてしまうため、検出頻度が少なくなってしまう。さらに実行条件が成立しても過渡的な条件下であるため検出精度を確保することが困難という課題がある。
【００１０】
従って本発明の目的は、触媒ストレージ能力の影響を受け難く、また検出頻度を確保することのできる空燃比検出装置の故障検出装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明においては、温度調整手段により固体電解質素子の温度を少なくとも２つの異なる温度に調整したときの空燃比検出手段の出力を比較し、空燃比検出手段の劣化を検出する。
【００１２】
空燃比検出手段の固体電解質素子温度が変化すると、固体電解質素子温度すなわち電極部の活性度の違いにより排ガス成分に対して感度が変化する特性を利用し、空燃比検出手段の異常検出を実施するようにしたものである。
【００１３】
例えば、正常な空燃比検出手段であれば素子温の変化に伴い排ガスに対する感度が変化するため、異なる素子温で出力波形を比較すると差が生じる。これに対して劣化している空燃比検出手段は、電極部が劣化し活性度が低下しているため、固体電解質の素子温が変化しても出力波形の変化が小さくなる。ゆえに、異なる固体電解質素子温での空燃比検出手段の出力を比較することにより空燃比検出装置の劣化を検出することができる。
【００１４】
ここで、空燃比検出手段としては、上記特性を備えるものであれば良く、リニア空燃比センサ、酸素センサを含む。また、請求項１に係る発明は、請求項９に記載されているように特に触媒下流に設けられた空燃比検出手段に有効であるが、触媒上流に設けられた空燃比検出手段に用いることもできる。
【００１５】
また、請求項２に記載されているように、同一運転条件中に空燃比検出手段の出力を比較するとより検出精度を向上することができる。
【００１６】
また、空燃比検出手段の出力を比較する方法としては、請求項３に記載されているように、所定の空燃比変動に対する空燃比検出手段の出力を比較するようにすると良い。また、請求項４に記載されているように、所定の空燃比変動に対する空燃比検出手段の応答性もしくは排ガスに対する出力特性と関連するパラメータを比較するようにすると良い。さらに、前記応答性もしくは排ガスに対する出力特性と関連するパラメータとして、請求項５に記載されているように、空燃比検出手段の出力変動幅、出力積算値、出力微分値、出力微分値の積算値、出力周期、出力周波数の少なくとも１つを用いると良い。
【００１７】
このように空燃比検出手段の出力を比較することにより劣化検出の精度を向上することができる。
【００１８】
また、温度調整手段としては、請求項６に記載されているように、空燃比検出手段の内部抵抗を検出することにより固体電解質素子の温度を推定し、この推定温度に基づいて固体電解質素子の温度を調整するようにするとよい。
【００１９】
これにより、劣化検出を行うときの固体電解質素子の温度調整を精度良く行えるため、劣化検出の精度を向上することができる。
【００２０】
さらに、温度調整手段として、請求項７に記載されているように、運転条件に応じて固体電解質素子の温度を調整するための熱量を決定するようにすると良い。これにより、さらに固体電解質の温度調整の精度を向上することができる。
【００２１】
このとき、請求項８に記載されているように、温度調整手段を、所定運転条件で固体電解質素子の温度を調整するための熱量を供給または停止するようにすると良い。
【００２２】
また、請求項１０に記載されているように、温度調整手段の故障を検出する温度調整故障検出手段を設け、空燃比検出劣化検出手段が、温度調整故障検出手段により故障が検出されていない場合のみ、空燃比検出手段の劣化を検出するようにするとよい。
【００２３】
これにより、温度調整手段が故障しているときに、空燃比検出手段が劣化していないにもかかわらず、劣化していると誤判定することを防止することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施形態（１）
以下、本発明の実施形態（１）を図１乃至図１７に基づいて説明する。
【００２５】
以下、この発明を空燃比検出装置に具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。なお、本実施の形態における空燃比検出装置は、特に自動車に搭載される電子制御ガソリン噴射エンジンに適用されるものである。同エンジンの空燃比制御システムにおいては空燃比検出装置による検出結果に基づいてエンジンへの燃料噴射量を所望の空燃比に制御する。
【００２６】
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。エンジン（内燃機関）１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、スロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。
【００２７】
更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。
【００２８】
一方、エンジン１１の排気管２１（排ガス通路）の途中には、排ガス中の有害成分（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等）を低減させる上流側触媒２２と下流側触媒２３とが直列に設置されている。この場合、上流側触媒２２は、始動時に早期に暖機が完了して始動時の排気エミッションを低減するように比較的小容量に形成されている。これに対して、下流側触媒２３は、排ガス量が多くなる高負荷域でも、排ガスを十分に浄化できるように比較的大容量に形成されている。
【００２９】
更に、上流側触媒２２の上流側には、排ガスの空燃比に応じたリニアな空燃比信号を出力するリニア空燃比センサ２４が設けられ、上流側触媒２２の下流側と下流側触媒２３の下流側には、それぞれ理論空燃比近傍で比較的急激に出力が変化する、いわゆるＺ特性を備えた第１の酸素センサ２５、第２の酸素センサ２６が設けられている。以下、リニア空燃比センサ及び酸素センサを合わせて空燃比センサと記載する。また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２７や、エンジン回転数ＮＥを検出するクランク角センサ２８が取り付けられている。
【００３０】
これら各種のセンサ出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」という）２９に入力される。このＥＣＵ２９は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶されたプログラムを実行することで、例えば排ガスの空燃比をフィードバック制御する。
【００３１】
本実施の形態において、排ガスの空燃比は、例えば特開２００１−１９３５２１号公報に記載のフィードバック制御で制御される。
【００３２】
図２は、図１の構成において、触媒上流側の空燃比センサとしてリニア空燃比センサ２４を用い、触媒下流側の空燃比センサとして第１の酸素センサ２５および第２の酸素センサ２６のいずれか一方を切り換えて用いた時の空燃比フィードバック制御のフローチャートである。
【００３３】
また図３、図４は、図１のリニア空燃比センサ２４および第１の酸素センサ２５に加え、第２の酸素センサ２６を用いた場合の他の空燃比フィードバック制御のフローチャートである。
【００３４】
まず、図２の目標空燃比設定プログラムの処理内容を説明する。本プログラムが起動されると、ステップ７０１で、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側の酸素センサを第１の酸素センサ２５と第２の酸素センサ２６の中から選択する。
【００３５】
例えば、排ガス流量の少ない低負荷運転時等には、上流側触媒２２のみでも排ガスをかなり浄化できる。よって、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサとしては、第１の酸素センサ２５を用いた方が空燃比制御の応答性が良い。しかし、排ガス流量が多くなると、上流側触媒２２内で浄化されずに通り抜ける排ガス成分量が多くなるため、上流側触媒２２と下流側触媒２３の両方を有効に使用して排ガスを浄化する必要がある。この場合は、下流側触媒２３の状態も考慮した空燃比フィードバック制御を行うことが好ましいため、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサとしては、第２の酸素センサ２６を用いることが好ましい。
【００３６】
また、エンジン１１から排出される排ガスの空燃比の変化（上流側触媒２２上流側の空燃比センサ２４の出力変化）が第１の酸素センサ２５の出力変化に現れるまでの遅れ時間が短くなるほど、上流側触媒２２内で浄化されずに通り抜ける排ガス成分量が多くなっている（つまり浄化効率が低下している）ことを意味する。よって、第１の酸素センサ２５の出力変化の遅れ時間が短い場合は、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサとして、第２の酸素センサ２６の出力を用いることが好ましい。
【００３７】
そこで、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサとして第２の酸素センサ２６を選択する条件は、▲１▼エンジン１１から排出される排ガスの空燃比変化（リニア空燃比センサ２４の出力変化）が第１の酸素センサ２５の出力変化に現れるまでの遅れ時間（又は周期）が所定時間（又は所定周期）よりも短いこと、又は、▲２▼吸入空気量（排ガス流量）が所定値以上であることとしている。
【００３８】
これら２つの条件▲１▼、▲２▼のどちらか一方を満たしたときは、第２の酸素センサ２６を選択し、どちらも満たさない場合は、第１の酸素センサ２５を選択する。尚、▲１▼と▲２▼の両方の条件を満たしたときに第２の酸素センサ２６を選択するようにしても良い。
【００３９】
このようにして、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサを選択した後、ステップ７０２に進み、選択した酸素センサの出力電圧ＶＯＸ２が理論空燃比（λ＝１）に相当する目標出力電圧（例えば０．４５Ｖ）より高いか低いかによって、リッチかリーンかを判定する。ここで、リーンのときには、ステップ７０３に進み、前回もリーンであったか否かを判定する。前回も今回もリーンである場合には、ステップ７０４に進み、リッチ積分量λＩＲを、現在の吸入空気量ＱＡに応じてマップから求める。
【００４０】
このリッチ積分量λＩＲのマップとして、図５（ａ）の上欄に示される上流側触媒下流側センサ（第１の酸素センサ）用マップと図５（ｂ）の上欄に示される下流側触媒下流側センサ（第２の酸素センサ）用のマップとが記憶されており、使用するセンサに応じていずれか一方のマップが選択される。これらのリッチ積分量λＩＲのマップ特性は、吸入空気量ＱＡが大きくなるほど、リッチ積分量λＩＲが小さくなるように設定され、吸入空気量ＱＡが小さい領域では、下流側触媒下流側センサ用のマップの方が上流側触媒下流側センサ用マップよりもリッチ積分量λＩＲが少し大きくなるように設定されている。リッチ積分量λＩＲの算出後、ステップ７０５に進み、目標空燃比λＴＧをλＩＲだけリッチ側に補正し、そのときのリッチ／リーンを記憶して（ステップ７１３）、本プログラムを終了する。
【００４１】
また、前回リッチで今回リーンに反転した場合には、ステップ７０３からステップ７０６に進み、リッチ側へのスキップ量λＳＫＲを、触媒のリッチ成分ストレージ量ＯＳＴＲｉｃｈに応じて求める。なお、リッチ成分ストレージ量ＯＳＴＲｉｃｈ算出処理は、特開２００１−１９３５２１号公報記載の処理と同じであり、ここでは省略する。
【００４２】
図６のマップ特性は、リッチ成分ストレージ量ＯＳＴＲｉｃｈの絶対値が小さくなるほどリッチスキップ量λＳＫＲも小さくなるように設定されている。スキップ量λＳＫＲの算出後、ステップ７０７進み、目標空燃比λＴＧをλＩＲ＋λＳＫＲだけリッチ側に補正し、そのときのリッチ／リーンを記憶して（ステップ７１３）、本プログラムを終了する。
【００４３】
一方、スキップ７０２で、酸素センサの出力電圧ＶＯＸ２がリッチであるときには、ステップ７０８に進み、前回もリッチであったか否かを判定する。前回も今回もリッチである場合には、ステップ７０９に進み、リーン積分量λＩＬを現在の吸入空気量ＱＡに応じて図５に示すマップから求める。このリーン積分量λＩＬのマップとして、図５（ａ）の下欄に示される上流側触媒下流側センサ（第１の酸素センサ）用マップと図５（ｂ）の下欄に示される下流側触媒下流側センサ（第２の酸素センサ）用のマップが設定され、下流側のセンサとして選択されたセンサに応じていずれか一方のマップが選択される。
【００４４】
図５（ａ）、図５（ｂ）のリーン積分量λＩＬのマップ特性は、吸入空気量ＱＡが大きくなるほど、リーン積分量λＩＬが小さくなるように設定され、吸入空気量ＱＡが小さい領域では、下流側触媒下流側センサ用のマップの方が上流側触媒下流側センサ用マップよりもリーン積分量λＩＬが少し大きくなるように設定されている。リーン積分量λＩＬの算出後、ステップ７１０に進み、目標空燃比λＴＧをλＩＬだけリーン側に補正し、そのときのリッチ／リーンを記憶して（ステップ７１３）、本プログラムを終了する。
【００４５】
また、前回はリーン側で今回リッチに反転した場合には、ステップ７０８からステップ７１１に進み、リーン側へのスキップ量λＳＫＬを、触媒のリーン成分ストレージ量ＯＳＴＬｅａｎに応じて図６に示すマップから求める。なお、リーン成分ストレージ量ＯＳＴＬｅａｎ算出処理は、特開２００１−１９３５２１号公報記載の処理と同じであり、ここでは省略する。
【００４６】
図６のマップ特性は、リーン成分ストレージ量ＯＳＴＬｅａｎが小さくなるほどリーンスキップ量λＳＫＬも小さくなるように設定されている。この後、ステップ７１２で、目標空燃比λＴＧをλＩＬ＋λＳＫＬだけリーン側に補正し、そのときのリッチ／リーンを記憶して（ステップ７１３）、本プログラムを終了する。
【００４７】
図６のマップから明らかなように、触媒２２，２３の劣化によってリッチ成分ストレージ量ＯＳＴＲｉｃｈやリーン成分ストレージ量ＯＳＴＬｅａｎが低下してきたときには、リッチスキップ量λＳＫＲやリーンスキップ量λＳＫＬも次第に小さな値に設定されるため、触媒２２，２３の吸着限界を越えた過補正が行われて有害成分が排出されるのを未然に防止することができる。
【００４８】
次に目標空燃比設定処理の他の実施形態を図３および図４のフローチャートに沿って説明する。
【００４９】
ＥＣＵ２９は、図３の目標空燃比設定プログラム及び図４の目標出力電圧設定プログラムを実行して、空燃比フィードバック制御の目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサとして第１の酸素センサ２５を選択したときに、第２の酸素センサ２６の出力に応じて第１の酸素センサ２５の目標出力電圧ＴＧＯＸを変化させるようにしている。
【００５０】
なお、図３において、図２と同様の処理を実行するステップには図２と同じステップ番号を付している。以下では、主に図２との相違点について説明する。
【００５１】
図３の目標空燃比設定プログラムでは、まず、ステップ７０１で、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサを上流側触媒２２下流側の酸素センサ２５と下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６の中から選択した後、ステップ７１４に進み、後述する図４の目標出力電圧設定プログラムを実行して、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサの目標出力電圧ＴＧＯＸを設定する。
【００５２】
この後、ステップ７１５に進み、選択した酸素センサの出力電圧ＶＯＸ２が目標出力電圧ＴＧＯＸより高いか低いかによって、リッチかリーンかを判定し、その結果に応じてステップ７０３〜７１３で、前述した方法で、目標空燃比λＴＧを算出して、そのときのリッチ／リーンを記憶し、本プログラムを終了する。
【００５３】
次に、図３のステップ７１４で実行される図４の目標出力電圧設定プログラムの処理内容を説明する。本プログラムが起動されると、まず、ステップ９０１で、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサとして第１の酸素センサ２５が選択されているか否かを判定する。もし、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサとして第１の酸素センサ２５が選択されていれば、ステップ９０２に進み、第２の酸素センサ２６の出力電圧をパラメータとする目標出力電圧ＴＧＯＸのマップから、現在の第２の酸素センサ２６の出力電圧に応じた目標出力電圧ＴＧＯＸを算出する。
【００５４】
この場合、目標出力電圧ＴＧＯＸのマップは、第２の酸素センサ２６の出力電圧（下流側触媒２３の流出ガスの空燃比）が理論空燃比付近の所定範囲（β≦出力電圧≦α）では、第２の酸素センサ２６の出力が大きくなる（リッチになる）に従って目標出力電圧ＴＧＯＸが小さくなる（リーンになる）ように設定されている。更に、第２の酸素センサ２６の出力が所定値αよりも大きい領域では、目標出力電圧ＴＧＯＸが所定下限値（例えば０．４Ｖ）となり、第２の酸素センサ２６の出力が所定値βよりも小さい領域では、目標出力電圧ＴＧＯＸが上限値（例えば０．６５Ｖ）となるように設定されている。
【００５５】
これにより、第１の酸素センサ２５の目標出力電圧ＴＧＯＸは、下流側触媒２３の排ガス成分の吸着量が所定値以下となる範囲内又は下流側触媒２３を流れる排ガスの空燃比が所定の浄化ウインドの範囲内となるように設定される。
【００５６】
一方、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサとして第２の酸素センサ２６を選択している場合は、ステップ９０１からステップ９０３に進み、目標出力電圧ＴＧＯＸを所定値（例えば０．４５Ｖ）に設定する。以上説明した目標出力電圧設定プログラムがセカンドフィードバック制御手段に相当する役割を果たす。
【００５７】
図７は、本実施の形態における空燃比検出装置の概要を示す構成図である。図７において、ＥＣＵ２９は、その内部演算の中枢をなすマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１２０を備え、マイコン１２０は燃料噴射制御や点火制御等を実現するためのホストマイコン１１６に対して相互に通信可能に接続されている。リニア空燃比センサ２４は、エンジン１１のエンジン本体から延びる排気管２１に取り付けられており、マイコン１２０で出力を検出する。マイコン１２０は、図示しない各種演算処理を実行するための周知のＣＰＵ，ＲＯＭ、ＲＡＭ，バックアップＲＡＭ等により構成され、所定の制御プログラムに従いヒータ制御回路１２５及びバイアス制御回路１４０を制御する。
【００５８】
ここで、マイコン１２０から出力されるバイアス指令信号Ｖｒは、Ｄ／Ａ変換器１２１、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２２及びスイッチ１６０を介してバイアス制御回路１４０に入力される。また、その時々の空燃比（酸素濃度）に対応するリニア空燃比センサ２４の出力を検出し、その検出値はＡ／Ｄ変換器１２３を介してマイコン１２０に入力される。さらに、ヒータ電圧及びヒータ電流は、後述するヒータ制御回路１２５にて検出され、その検出値はＡ／Ｄ変換器１２４を介してマイコン１２０に入力される。
【００５９】
また、所定のバイアス指令信号Ｖｒを素子に印加し、図８に示す所定時間Ｔ１とＴ２間の変化、すなわち素子電圧変化ΔＶ、および素子電流ΔＩを検出し、下記式より素子インピーダンスを検出する。
【００６０】
インピーダンス＝ΔＶ／ΔＩ
検出された素子インピーダンス値はマイコン１２０に入力される。素子インピーダンスは図９に示すように素子温度と強い相関を有し、この素子インピーダンスが所定値になるように空燃比センサが備えるヒータをデューティ制御することで空燃比センサの素子温度を制御可能である。
【００６１】
また、第１の酸素センサ２５、第２の酸素センサ２６にも同様に素子インピーダンスを検出し、この素子インピーダンスが所定値になるように、第１、第２の酸素センサ２５、２６が各々備えるヒータをデューティ制御することで、酸素センサの素子温度を制御できる。
【００６２】
この手法として本実施の形態では、図１０に示すように、実際に検出される素子インピーダンスと目標素子温度より算出される目標インピーダンスとの偏差によりＰＩ制御（比例、積分）する手法を採用しており、この手法によりリニアＡ／Ｆセンサ２４（第１の酸素センサ２５、第２の酸素センサ２６）の素子温度を制御している。
【００６３】
この詳細について図１０のフローチャートを用い説明する。このフローチャートは所定タイミング（ステップ４００）においてプログラム処理が実行される。
【００６４】
まず、ステップ４０１において目標素子温度から算出された目標インピーダンスと素子インピーダンス検出回路により検出された素子インピーダンスの偏差（Δｉｍｐ）を算出する。ステップ４０２において積分制御を実施するためのインピーダンス偏差の積分値（ΣΔｉｍｐ）を算出する。ステップ４０３では、この偏差、積分値、比例係数Ｐ１および積分係数Ｉ２を用いて下記式からヒータデューティを算出する。
【００６５】
ヒータデューティ（％）＝Ｐ１×Δｉｍｐ＋Ｉ２×ΣΔｉｍｐ
ここで算出されたヒータデューティは図７の１２５で示すヒータ制御回路へ入力され、リニア空燃比センサ２４（第１の酸素センサ２５、第２の酸素センサ２６）のヒータ制御が実施される。
【００６６】
ここでヒータデューティとは酸素センサ素子の温度を制御する発熱量調整量であり、電力（Ｗ）に基づくものである。温度を一定に制御するためには電力を一定に制御することが望ましく、ヒータデューティで温度制御する場合には、供給される電圧が異なることで温度が変化することを防止するため、基準電圧（例えば１３．５ｖ）に対する補正、すなわち　電力×（１３．５／電圧）^２で補正を実施する。
【００６７】
図７において、リニア空燃比センサ２４は排気管２１の内部に向けて突設されており、同センサ２４は大別して、カバー、センサ本体及びヒータから構成されている。カバーは断面コ字状をなし、その周壁にはカバー内外を連通する多数の小孔が形成されている。センサ素子部としてのセンサ本体は、空燃比リーン領域における酸素濃度、若しくは空燃比リッチ領域における未燃ガス（ＣＯ，ＨＣ，Ｈ２等）濃度に対応する電圧を発生する。
【００６８】
ヒータは大気側電極層内に収容されており、その発熱エネルギによりセンサ本体（大気側電極層、固体電極質層、排気ガス側電極層）を加熱する。ヒータは、センサ本体を活性化するに十分な発熱容量を有している。
【００６９】
また、第１の酸素センサ２５、第２の酸素センサ２６の構成も上述した構成と同様である。
【００７０】
なお、近年、ヒータ性能向上のため素子とヒータを一体構造とする積層型空燃比センサが提案されているが、本案はそのようなセンサは勿論のこと、その種類によらず固体電解質素子に電極が配された空燃比センサであればいずれにも適用されるものである。
【００７１】
次に、図１１に示すシステムブロック図において本案の制御動作を説明する。特に図１の上流側触媒直下に配置される第１の酸素センサ２５に本案を適用した場合の実施例について記載する。
【００７２】
第１の酸素センサ（酸素センサ）２５がエンジンから排出される排気ガス成分（リッチガスおよびリーンガス）による出力をＥＣＵ２９の出力検出回路２０３にて検出し、空燃比制御量算出ブロック２０４で空燃比制御量を算出する。ここでは図示しない目標電圧と検出電圧の比較により、燃料噴射量の増減量を決定する。空燃比制御量として決定された燃料噴射量は燃料噴射弁２０に供給され、所望の燃料噴射量が噴射される。インピーダンス算出ブロック２０２では図７、図８で説明したように素子インピーダンスを算出し、ヒータ制御量算出ブロック２１４にて目標インピーダンス設定ブロック２１３で設定される目標インピーダンスとの偏差によりヒータ制御量が決定され、第１の酸素センサ２５のセンサ素子の温度が所望の温度となるようにヒータを制御する。
【００７３】
ここで目標インピーダンスは次の手順で算出される。エンジンの運転状態を示すクランク角センサ２８、エアフローメータ１４、スロットル開度センサ１６、冷却水温センサ２７などからの情報により運転状態判定ブロック２１０にて運転状態の判定を実施する。
【００７４】
この運転状態判定結果に基づいて特定ガス感度優先度決定ブロック２１１において、現在の運転条件において、または直後の運転状態においてエンジンから排出される排気ガス組成がリッチガス主体かまたはリーンガス主体かを判断する。特定ガス感度優先度決定ブロック２１１で高負荷、加速時などＮＯｘが発生しやすい状態ではリーンガスが主体と判断された場合、目標素子温度設定ブロック２１２において、リーンガス反応性が向上するように酸素センサ素子温度を高温化させるべく目標素子温度を、例えば７２０℃に設定する。
【００７５】
逆に、特定ガス感度優先度決定ブロック２１１で、低温、低負荷時、減速などでのＨＣ、ＣＯが発生しやすい状態であり、リッチガスが主体である（またはリッチガスが主体となる）と判断された場合、目標素子温度設定ブロック２１２において、リッチガス反応性が向上するように酸素センサ素子温度を低温化させるべく、目標素子温度を、例えば４２０℃に設定する。
【００７６】
また、ダイアグ実行判定ブロック２１５において、運転状態判定ブロック２１０の運転状態判定結果に基づいて第１酸素センサ２５または第２酸素センサ２６の劣化検出（ダイアグ）を実行すべき運転状態であるか否かを判定する。
【００７７】
ダイアグを実行すべき運転状態であると判定された場合、目標素子温度設定ブロック２１２において酸素センサ素子温度を所定期間低温状態（例えば４００℃）へ制御した後、酸素センサ素子温度を所定期間高温状態（例えば７００℃）へ制御する。
【００７８】
ここで、目標素子温度設定ブロック２１２は、特定ガス感度優先度決定ブロックの決定結果よりもダイアグ実行判定ブロック２１５の判定結果を優先して目標素子温を決定する。つまり、ダイアグ実行判定ブロック２１５にてダイアグを実行すべき運転状態であると判定された場合は、ダイアグを実行するための目標素子温度に設定する。そして、ダイアグ実行判定ブロック２１５にてダイアグを実行すべき運転状態でないと判定された場合は、特定ガス感度優先度決定ブロック２１１で決定された結果に基づいて目標素子温度を設定する。
【００７９】
次に酸素センサのリッチおよびリーンガスの反応性について図１２および図１３の特性図に基づいて説明する。
【００８０】
図１２は窒素（Ｎ２）中において一酸化炭素（ＣＯ）に対するＯ２センサの反応性を示したものである。図示するように低素子温度では微量なＣＯに反応するが、素子温度が上昇するにつれ低濃度ＣＯに対する反応性が低下することを示している。これはＯ２センサ電極でのＣＯの反応性に温度特性があるからであり、素子低温下では
ＣＯ（吸着）＋１／２　Ｏ^２−（吸着）　⇔　ＣＯ_２＋２ｅ⁻
の反応が促進されＯ_２が奪われるからである。
【００８１】
また、図１３は窒素（Ｎ_２）と一酸化炭素（ＣＯ）雰囲気中に一酸化窒素（ＮＯ）を導入した場合のＯ２センサの反応性を示したものである。図示するように素子高温状態においては、微量なＮＯに反応するが、素子温度が低下するにつれて低濃度ＮＯには反応しなくなる。これはＯ２センサ電極表面　及び　電極において、
ＣＯ　＋　ＮＯ　→　ＣＯ_２　＋Ｎ_２
２ＮＯ　＋　４ｅ　→　Ｎ_２＋　２Ｏ^２−
の反応が行われ、高温域は低温域に比べ、リッチガス（ＣＯ）との燃焼及び電極でのＮＯの分解がより促進されるため、低濃度側で起電力が低下するからである。
【００８２】
図１１の目標素子温度設定ブロック２１２で設定された目標温度に基づいて、目標インピーダンス設定ブロック２１３において、図１５に示す素子インピーダンスと素子温度の関係より目標インピーダンスを設定する。そしてヒータ制御量算出ブロック２１４にて前述した素子インピーダンス検出値との比較によりヒータ制御量を決定する。
【００８３】
次に、図１４のフローチャートにしたがって第１の酸素センサ２５のダイアグ処理を説明する。なお、第２の酸素センサ２６についても同様のダイアグ処理が実行されるが、ここではその説明を省略する。
【００８４】
本ルーチンは、時間または噴射回数などの所定タイミングにて起動され（ステップ５００）る。まず、ステップ５０１にてエンジン回転速度や吸入空気量などが所定の範囲内であるか否か、または、触媒温度が所定温度以上であるか否か等に基づいてダイアグの実行条件が判断される。ここで、劣化検出の精度を向上させるためにダイアグの実行条件は安定した定常走行状態であることが望ましい。
【００８５】
ステップ５０１でダイアグの実行条件が成立していると判定されると、ステップ５０２にて第１の酸素センサ２５の素子温度が低温（例えば４００℃）となるように目標素子インピーダンスを２０００Ωに設定し低素子温度制御を開始する。
【００８６】
ステップ５０３では素子温度が所望の温度であるかどうか検出するために素子インピーダンスが所定範囲内になったか否かを判断する。ここで、インピーダンスが所定範囲となるまでステップ５０２及びステップ５０３の処理が繰り返され、所定範囲内となったら、ステップ５０４に進む。
【００８７】
ステップ５０４では低素子温度状態での第１の酸素センサ２５出力電圧の所定タイミング間における変化量ΔＶを求めることで第１の酸素センサ２５の出力電圧変化速度を算出する。
【００８８】
ΔＶｌ＝｜Ｖｌｎ−Ｖｌｎ−１｜
ここで、Ｖｌｎは第１の酸素センサ２５出力の今回値、Ｖｌｎ−１は第１の酸素センサ２５出力の前回値である。
【００８９】
なお、本実施形態では変化速度はＯ２センサのリッチ方向（変化速度は正の値）とリーン方向（変化速度は負の値）を区別なく算出しているが、リッチまたはリーンの特定方向のみを算出してもよい。
【００９０】
続くステップ５０５では、劣化検出精度を高めるために、所定期間、変化速度を積算して変化速度積算値（ｓｄｌｏｘｓｌ）を以下の式に基づいて算出する。
【００９１】
ｓｄｌｏｘｓｌ＝ΔＶｌｎ−１＋ΔＶｌｎ
ここで、ΔＶｌｎは変化量ΔＶｌの今回値、ΔＶｌｎ−１は変化量ΔＶｌの前回値である。
【００９２】
次に、ステップ５０６で所定期間Ｔ３が経過したか否かが判断される。ここで所定期間経過したと判断されるまでは、ステップ５０４からステップ５０６の処理を繰り返す。ステップ５０６で所定期間経過したと判断された場合は、ステップ５０７に進む。
【００９３】
ステップ５０７では、素子温度制御を高素子温度制御に切り換える。本実施形態では素子が低温（例えば７００℃）となるように目標インピーダンスを２５Ωに設定する。
【００９４】
続くステップ５０８では、素子インピーダンスが所定範囲内（１５Ω≦素子インピーダンス≦２５Ω）となったか否かが判定される。ここで、素子インピーダンスが所定範囲となったと判定されるまではステップ５０７及びステップ５０８の処理を繰り返す。ステップ５０８にて素子インピーダンスが所定範囲になったと判定されると、低温時の処理と同様にステップ５０９にて高温時酸素センサ電圧変化速度ΔＶｈ（＝｜Ｖｈｎ−Ｖｈｎ−１｜）、５１０にて素子高温時におけるＯ２センサ電圧変化速度積算値ｓｄｌｏｘｓｈ（＝ΔＶｈｎ−１＋ΔＶｈｎ）を算出する。
【００９５】
次にステップ５１１にて所定時間Ｔ５が経過したか否かを判定する。ここで所定時間経過していないときは、所定時間が経過するまでステップ５０９からステップ５１１の処理を繰り返す。所定時間が経過した場合には、ステップ５１２に進む。
【００９６】
ステップ５１２では、低温時の変化速度積算値ｓｄｌｏｘｓｌと高温時の変化速度積算値ｓｄｌｏｘｓｈとの偏差量（ｄｅｌｘｈｌ）を次式より算出する。
【００９７】
ｄｅｌｏｘｈｌ＝ｓｄｌｏｘｓｌ−ｓｄｌｏｘｓｈ
次にステップ５１３にて、変化速度積算値偏差量ｄｅｌｘｈｌとあらかじめ設定された所定値とを比較する。ここで、変化速度積算値偏差量ｄｅｌｘｈｌがあらかじめ設定された所定値より小さい場合は、ステップ５１４に進み、第１の酸素センサが劣化していると判定する。また、変化速度積算値偏差量ｄｅｌｘｈｌがあらかじめ設定された所定値より大きい場合は、ステップ５１５に進み、第１の酸素センサが正常であると判断する。
【００９８】
次に図１５のタイムチャートに沿って本実施形態の作動を説明する。
【００９９】
ここで、図１５の（ａ）は、ダイアグ処理実行条件が成立しているか否かを示している。また、図１５（ｂ）は、素子温度制御要求がダイアグ処理非実行時の通常制御時か、ダイアグ処理実行時の低素子温度制御時または高素子温度制御時かを示している。また、図１５（ｃ）は、固体電解質素子温度を示している。図１５（ｄ）は劣化時の第１の酸素センサ出力を、図１５（ｅ）は正常時の第１の酸素センサ出力を示している。図１５（ｆ）は低素子温度制御時の変化速度積算値ｓｄｌｏｘｓｌを、図１５（ｇ）は高素子温度制御時の変化速度積算値Ｓｄｌｏｘｓｈを示している。図１５（ｈ）は変化速度積算値偏差量ｄｅｌｘｈｌを示している。そして、図１５（ｉ）は異常検出フラグを示している。
【０１００】
図１５において、ダイアグ処理実行条件が成立した時刻Ｔ１おいて、第１の酸素センサ素子温度の低素子温度制御（低温制御）が要求され、図示しない目標インピーダンスが大きく（例えば２０００Ω）設定される。これにより、固体電解質素子温度が４００℃になるようにヒータが制御される。
【０１０１】
次に固体電解質素子温度が低温で安定した（素子インピーダンスが所定範囲（１８００Ω≦素子インピーダンス≦２２００Ω）となった）時刻Ｔ２以降では、正常な酸素センサの電圧はリッチガス（ＣＯ）による反応性が増すため出力が大きく変動する。これに対して、劣化した酸素センサの出力は反応性が低下しているために変動量が小さい。このときの酸素センサの出力変動量を所定タイミング毎に算出することにより、変化速度を計算する。このように計算された変化速度を時刻Ｔ３になるまで積算し、低温制御時の変化速度積算値ｓｄｌｏｘｓｌを算出する。
【０１０２】
続いて時刻Ｔ３になると、今度は第１の酸素センサ素子温度の高素子温度制御（高温制御）が要求され、目標インピーダンスが小さく（例えば２５Ω）設定する。これにより、固体電解質素子温度が７００℃となるようにヒータが制御される。
固体電解質素子が高温で安定した（素子インピーダンスが所定範囲（１５Ω≦素子インピーダンス≦２５Ω）となった）時刻Ｔ４以降では正常な酸素センサの出力電圧は低温制御時と比較してリッチガス（ＣＯ）による反応性が低下するために変動量が小さくなる。また劣化しているセンサも同様に変動量が小さくなる。
【０１０３】
低温制御時と同様に時刻Ｔ５に到達するまでの間で、高温制御時の変化速度積算値ｓｄｌｏｘｓｈを算出する。
【０１０４】
そして、時刻Ｔ５の時点で低温制御時の変化速度積算値ｓｄｌｏｘｓｌと高温制御時の変化速度積算値ｓｄｌｏｘｓｈとの偏差である変化速度積算値偏差量ｄｅｌｘｈｌを求める。この偏差量ｄｅｌｘｈｌは上述した理由により、酸素センサの正常時は大きく、劣化時は小さい値となるため、所定の判定値と比較することにより劣化の有無を判別することができる。なお、本実施例では劣化か正常かを判定するようにしているが、判定値を複数設けることにより劣化度合を検出することもできる。もちろん、偏差量ｄｅｌｘｈｌをそのまま劣化度合の指標として用いることもできる。
【０１０５】
また、本実施形態においては第１の酸素センサ２５の劣化検出について説明したが、これに限られることはなく第２の酸素センサ２６の劣化検出にも用いることができる。またリニア空燃比センサ２４にも用いることができる。
【０１０６】
次に図１６、図１７を用いて本実施形態によるダイアグ処理が触媒ストレージ能力の影響を受け難いことを説明する。
【０１０７】
図１６に示されるように、酸素センサの変化速度は、素子温度が低いほどリッチガス（ＣＯ）成分の感受性が増すために大きくなる。よって、素子温度が高い時（例えば７００℃）と低い時（例えば４００℃）の変化速度偏差で酸素センサの劣化度合いを検出することができる。
【０１０８】
また、触媒が劣化して特にＯ２ストレージ能力が低下した状態においては、触媒が正常なときに比べて酸素センサ出力の変化速度は図１６に示すごとく大きくなる。ところが、本手法においては、素子の高温制御時と低温制御時との変化速度の偏差を演算し、この偏差に基づいて酸素センサの劣化を判定するため、触媒ストレージによる変化分はキャンセルされ、その影響を受けにくくなる。
【０１０９】
図１７に触媒の劣化度合いに応じたＯ２センサ変化速度偏差を示す。このように、本発明によれば触媒ストレージ能力の影響を受けにくいため、触媒の浄化能力や劣化度合いによらず、正常な酸素センサと劣化した酸素センサを区別することができる。
【０１１０】
《実施形態（２）》
以下、本発明の実施形態（２）を図１８乃至図２５に基づいて説明する。
【０１１１】
実施形態（１）において、ある特定運転条件下においてＯ２センサ素子温度を高温および低温時に制御した場合のセンサ出力変動を比較することで、Ｏ２センサの異常を検出する手法を述べた。実施形態（２）ではさらに検出性を向上させる手法を説明する。
【０１１２】
図１８に概略フローチャートを示す。まず、所定のタイミングでステップ１０００が起動される。次に、ステップ１００１においてエンジン回転速度や空気量等が所定運転条件であるかいなか、および／または、触媒温度が所定温度以上であるかいなか等のダイアグ実行条件が判断される。また、図示しないセンサ素子温度制御実施後の経過時間またはセンサ素子温度推定値（素子インピーダンス含む）によりセンサ素子温度が安定したかどうかもダイアグ実行条件として判断される。
【０１１３】
ステップ１００１にて、ダイアグ実行条件が成立していないとの判断がなされた場合、ステップ１００８に進み、このプログラムを終了する。ステップ１００１にて、ダイアグ実行条件が成立していると判断された場合には、ステップ１００２に進む。
【０１１４】
ステップ１００２では、低素子温度制御を実施するかいなかが判断される。ここで低素子温度制御を実施すると判断された場合、ダイアグの検出性をより向上するためステップ１００３に進み、第１の酸素センサ２５によるサブフィードバック制御の比例制御ゲイン（リッチ側比例ゲイン）を通常制御より大きくし、より大きなガス変化を与える。本実施形態では、通常時のゲイン０．１から０．２に変更する。
【０１１５】
センサ低素子温度制御時は、酸素センサのリッチガス（ＣＯ）に対する反応性が向上しているので、このように制御ゲインを大きくすることで、より大きな補正を得ることが可能となる。このため、センサがリッチ（出力大）を検出すると大きな減量補正を実施することで、即座にリーンガスを供給でき、酸素センサはリッチ／リーンに大きく反応することになる。そしてステップ１００４に進み、センサ出力変動の積算を実施する。
【０１１６】
また、ステップ１００２で低素子温度制御でないと判断された場合、ステップ１００５に進む。ステップ１００５では、高素子温度制御かどうかが判断される。高素子温度制御の場合には、ステップ１００６へ進み、ステップ１００３と同様にサブフィードバック制御の比例制御ゲイン（リーン側比例ゲイン）を通常より大きくする。本実施形態では、通常時のゲイン０．０５から０．１に変更する。そしてステップ１００７においてセンサ出力変動の積算を実施する。
【０１１７】
本実施形態では、センサ高素子温度制御に応じて、リッチ側またはリーン側の比例ゲインを大きく変更したが、それはそれぞれのガス反応特性をより顕著に引きだすためである。しかし検出性を向上するためには、必ずしもこのような各々のゲインを変更する必要は無く、ダイアグ実行時には温度制御によらずサブフィードバック制御の比例ゲインを大きくするだけでも良い。またはリッチ側の反応性のみあるいはリーン側の反応性のみを利用するようにサブフィードバック制御の比例ゲインを変更しても良い。
【０１１８】
次に図１９において、第１の酸素センサ２５の異常判定について説明する。なお、ここでは第１の酸素センサ２５について説明しているが、第２の酸素センサ２６にも同様に適用可能である。
【０１１９】
まず、所定のタイミングでステップ１１００が起動されると、続くステップ１１０１で第１酸素センサ２５の正常／異常を判定しても良いかどうかの判断が実施される。これは図１８で示すセンサ出力変動積算が所定時間実施されたかどうか、および、センサ高素子温度制御、低素子温度制御の各々が実施されたかどうかに基づいて判断される。
【０１２０】
ステップ１１０１にてダイアグ判定条件が成立していると判断された場合、ステップ１１０２に進む。ステップ１１０２では、センサ低素子温度制御時のセンサ出力変動積算（ｓｄｌｏｘｓｌ）と高素子温度制御時のセンサ出力変動積算（ｓｄｌｏｘｓｈ）との比ｐｄｌｏｘｓ（＝ｓｄｌｏｘｓｌ／ｓｄｌｏｘｓｈ）を算出する。これにより、触媒劣化などの経時変化を排除し、安定的にセンサの劣化を判断することが可能となる。
【０１２１】
次にステップ１１０３に進み、センサ出力変動積算比ｐｄｌｏｘｓが所定値以下かどうかを判断する。ここで、所定値以下であった場合、センサ素子低温時と高温時とのセンサ電極の反応性が損なわれていると判断し、ステップ１１０４へ進む。そして、ステップ１１０４にて第１の酸素センサ異常フラグを立てる。一方、ステップ１１０３でセンサ出力変動積算比ｐｄｌｏｘｓが所定値より大きいと判断された場合はステップ１１０５に進む。そして、第１の酸素センサ正常フラグを立てる。
【０１２２】
図１８では酸素センサのストイキ（０．４５ｖ）以上または以下でサブフィードバック制御の比例ゲインを変更するようになっているが、図２０の変形例ではストイキより弱リッチ（０．５５ｖ）以上または弱リーン（０．３５ｖ）以下で比例ゲインを変更するようにしている。これにより、通常よりもリッチまたはリーンに反応する場合の正常判定を容易に実施することができ、異常を誤判定することを防止できる。以下、図１８に対する変更部分について説明する。
【０１２３】
本変形例では、図２０のステップ１００２において低素子温度制御中であると判定されると、ステップ１０２０に進み、第１の酸素センサ出力が０．５５Ｖより大きいか否かが判定される。ここで、０．５５Ｖよりも大きいと判定されるとステップ１００３に進み、図１８と同様の処理を行う。一方、ステップ１０２０において、第１の酸素センサ出力が０．５５Ｖ以下であると判定されたときは、ステップ１０２１に進み、リッチの比例ゲインを０．１に、リーンの比例ゲインを０．０５に設定し、ステップ１００４に進む。
【０１２４】
ステップ１００５で高素子温度制御中と判定されたときも同様に、続くステップ１０２２にて、今度は第１の酸素センサ出力が０．３５Ｖ未満かいなかを判定する。ここで、０．３５Ｖ未満であると判定されたときには、ステップ１００６に進み、図１８と同様の処理を実施する。一方、第１の酸素センサ出力が０．３５Ｖ以上であったときには、ステップ１０２３に進み、リッチの比例ゲインを０．１に、リーンの比例ゲインを０．０５に設定するようにしている。
【０１２５】
次に、第２実施形態の作動を図２１のタイムチャートを用いて説明する。
【０１２６】
図２１において、図２１（ａ）は車速を示している。図２１（ｂ）は、ダイアグ実効条件を示している。図２１（ｃ）は素子温度制御要求を、図２１（ｄ）は素子温度を示している。また、図２１（ｅ）はサブフィードバックの比例ゲイン要求を示している。図２１（ｆ）は劣化時の第１の酸素センサ出力を、図２１（ｇ）は正常時の第１の酸素センサ出力を示している。また、図２１（ｈ）は低素子温度制御時の出力積算値ｓｄｌｏｘｓｌを、図２１（ｉ）は高素子温度制御時の出力積算値ｓｄｌｏｘｓｈを、図２１（ｊ）は出力積算比ｐｄｌｏｘｓを示している。そして、図２１（ｋ）は異常検出フラグを示している。
【０１２７】
図２１において、加速走行から定常走行に移行する時刻Ｔ１でダイアグ実行条件が成立し、ダイアグ実行許可フラグがＯＮされる。このときにセンサ低素子温度制御が要求され、第１の酸素センサの、図示しない目標インピーダンスを大きく設定することでセンサ素子温度を低温化する。その結果、素子温度は４００℃に低下する。
【０１２８】
次に素子温度が安定する時刻Ｔ２において、サブフィードバック制御の比例ゲインを大きく設定するため、サブフィードバックゲイン要求は、ハイゲインを要求する。このとき酸素センサ出力は、リッチガス（ＣＯ）により反応するため出力が大きくなるが、比例ゲインが大きいためリーン側への補正（噴射量の減量補正）が大きく働き、酸素センサ出力がリーン側へも大きく動作する。
【０１２９】
ここで、酸素センサの電極が劣化している場合は、反応性が低下しているため、図示する劣化時の酸素センサ出力のようになるが、酸素センサが正常の場合は図示する正常時の酸素センサ出力のようにさらに大きく変動することになる。このときの酸素センサ出力変動を積算し、低温時出力積算値を算出する。このようにして、時刻Ｔ２からＴ３の所定時間で素子低温時のＯ２センサ出力積算を終了し、次にセンサ高素子温度制御を実行する。
【０１３０】
しかしながら、時刻Ｔ４にてダイアグ実行条件が不成立となるため、センサ高素子温度制御は通常温度制御へと戻されてしまう。その後、時刻Ｔ５で再度ダイアグ実行条件が成立すると、高素子温度制御を開始し、センサ素子温度が高温で安定する時刻Ｔ６においてサブフィードバックゲインを大きくするよう要求が出され、比例ゲインが大きく設定される。
【０１３１】
そして、時刻Ｔ６からＴ７の所定時間にセンサ素子高温時の酸素センサ出力変動の積算値を算出する。時刻Ｔ７ではセンサ素子低温時及び高温時の酸素センサ出力変動の積算値がそれぞれ算出されているので、センサ素子低温時及び高温時の酸素センサ出力変動積算値の比を算出する。
【０１３２】
センサ電極が正常の場合、この出力変動積算比は所定値より大きくなるが、電極の劣化がある場合には出力変動積算比は小さくなる。このように予め記憶されている判定値と出力変動積算比とを比較することにより、センサ電極の劣化を検出することができる。
【０１３３】
前述の方法は触媒後の酸素センサ出力により、触媒前空燃比センサによる空燃比フィードバック制御（以下メインフィードバック制御と記載する）を補正するサブフィードバック制御を利用してダイアグ検出するものであるが、変形例としてメインフィードバック制御を利用した方法を図２２に従って説明する。
【０１３４】
図２２において、ステップ１００２およびステップ１００５のセンサ素子温度制御の判定は図１８で示すものと同様であるが、サブフィードバック制御の比例ゲインを大きくすることを、メインフィードバック制御の目標空燃比を変更することに置き換えている。つまり、ステップ１０３０、１０３１では、メインフィードバック制御の目標空燃比を弱リッチ（１４．５）に設定し、ステップ１０３２、１０３３では逆にメインフィードバック制御の目標空燃比を弱リーン（１４．７）に設定する。
【０１３５】
このようにセンサ素子温度が低温に制御されているときはリッチガス（ＣＯ）により反応性が向上するため、排ガスをリッチ側で制御することで効果が出る。対してセンサ素子温度が高温に制御されているときは排ガスをリーン側で制御することでその効果を向上させる。
【０１３６】
ここでは、ステップ１０３１で触媒後の空燃比を弱リッチに設定し、またステップ１０３３では触媒後の空燃比を弱リーンに設定しており、サブフィードバック制御によるＯ２センサの変動を検出することで、ダイアグを実施している。
【０１３７】
しかしながら、ここでサブフィードバック制御を停止し、メインフィードバック制御において所定時間毎に微小な空燃比変動を与えた場合でも、同様な効果を得ることができる。
【０１３８】
センサ出力変動の積算は、図２３に示すように、触媒前空燃比の変動に大きく影響を受ける。前述のように安定した運転状態のみでダイアグを実行する場合は触媒前の空燃比変動の影響を受けないが、検出頻度を向上させるためにはこの影響を排除しなければならない。
【０１３９】
この実施形態を、図２４を用いて説明する。基本構成は図１９と同じであるため、相違点を中心に説明する。ステップ１１０１にてダイアグ判定条件が成立していると判定されると、ステップ１１２０にて、触媒前空燃比変動の積算と触媒後空燃比変動（酸素センサ出力変動）の積算の比をセンサ素子低温制御時及び高温制御時についてそれぞれ算出する。これにより触媒前空燃比変動の影響を排除する。
【０１４０】
続くステップ１１２１ではステップ１１２０で算出したセンサ素子低温時の触媒前空燃比変動の積算値と触媒後空燃比変動の積算値の比ｋｄｌｏｘｓｌと、高温時の触媒前空燃比変動の積算値と触媒後空燃比変動の積算値の比ｋｄｌｏｘｓｈとの比ｐｄｌｏｘｓ（＝ｋｄｌｏｘｓｌ／ｋｄｌｏｘｓｈ）を算出する。次にステップ１１０３に進み、図１９で説明したように第１の酸素センサの正常または異常を判定する。
【０１４１】
本発明は酸素センサ出力変動の積算値を用いてダイアグを実行することを説明してきたが、Ｏ２センサの時間当たりの変化速度（ΔＶ）や振幅、周波数でもダイアグを実行することは可能である。しかしながら、時間当たりの変化速度（ΔＶ）では、図２５に示すように空気量が大きくなると、Ｏ２センサの反応速度が上昇する特性があり、空気量に応じて変化速度を補正する必要が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の概要構成図である。
【図２】第１実施形態の目標空燃比設定処理のフローチャートである。
【図３】第１実施形態における変形例の目標空燃比設定処理のフローチャートである。
【図４】第１実施形態における変形例の、第１酸素センサの目標出力電圧設定処理のフローチャートである。
【図５】第１実施形態におけるリッチ積分量、リーン積分量を設定するためのマップである。
【図６】第１実施形態のスキップ量を設定するためのマップである。
【図７】第１実施形態の空燃比およびインピーダンス検出装置の概略構成図である。
【図８】インピーダンス検出時のタイムチャートである。
【図９】酸素センサのインピーダンス特性図である。
【図１０】第１実施形態の酸素センサのヒータ制御のフローチャートである。
【図１１】酸素センサの素子温度を制御のブロック図である。
【図１２】酸素センサのＣＯ反応特性図である。
【図１３】酸素センサのＮＯ反応特性図である。
【図１４】酸素センサ劣化検出処理のフローチャートである。
【図１５】酸素センサ劣化検出時の作動を示すタイムチャートである。
【図１６】酸素センサ劣化検出原理を示す特性図である。
【図１７】酸素センサの劣化検出余裕度を示す特性図である。
【図１８】第２実施形態のＥＣＵにて実行されるフローチャートである。
【図１９】第２実施形態の酸素センサの劣化検出処理を示すフローチャートである。
【図２０】第２実施形態の変形例のＥＣＵにて実行されるフローチャートである。
【図２１】第２実施形態の作動を示すタイムチャートである。
【図２２】第２実施形態の変形例のＥＣＵにて実行されるフローチャートである。
【図２３】触媒前空燃比変動とセンサ出力変動積算値との関係を示す相関図である。
【図２４】第２実施形態の変形例のＥＣＵにて実行されるフローチャートである。
【図２５】吸入空気量とセンサ出力変動との関係を示す相関図である。
【符号の説明】
１１…エンジン、
１４…エアフローメータ、
１６…スロットル開度センサ、
１８…吸気管圧力センサ、
２２…上流側触媒、
２３…下流側触媒、
２４…リニア空燃比センサ（限界電流式空燃比センサ）、
２５…第１の酸素センサ（酸素センサ）、
２６…第２の酸素センサ（酸素センサ）、
２７…冷却水温センサ、
２８…クランク角センサ、
２９…エンジン制御回路（ＥＣＵ）。

Claims (10)

1. 固体電解質素子に電極が配されて成り、エンジンからの排ガス中における空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   前記空燃比検出手段における前記固体電解質素子の温度を所定の温度に調整する温度調整手段と、
   前記温度調整手段により前記固体電解質素子の温度を少なくとも２つの異なる温度に調整したときの前記空燃比検出手段の出力を比較し、前記空燃比検出手段の劣化を検出する空燃比検出劣化検出手段と
   を備えることを特徴とする空燃比検出装置の劣化検出装置。
2. 前記空燃比検出劣化検出手段は、同一運転条件中に、前記温度調整手段により前記固体電解質素子の温度を少なくとも２つの異なる温度に調整したときの前記空燃比検出手段の出力を比較することにより前記空燃比検出手段の劣化を検出することを特徴とする請求項１に記載の空燃比検出装置の劣化検出装置。
3. 前記空燃比検出劣化検出手段は、前記温度調整手段により前記固体電解質素子の温度を少なくとも２つの異なる温度に調整したときの、所定の空燃比変動に対する前記空燃比検出手段の出力を比較することにより前記空燃比検出手段の劣化を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の空燃比検出装置の劣化検出装置。
4. 前記空燃比検出劣化検出手段は、前記温度調整手段により前記固体電解質素子の温度を少なくとも２つの異なる温度に調整したときの、所定の空燃比変動に対する前記空燃比検出手段の応答性もしくは排ガスに対する出力特性と関連するパラメータを比較することにより前記空燃比検出手段の劣化を検出することを特徴とする請求項１に記載の空燃比検出装置の劣化検出装置。
5. 前記応答性もしくは排ガスに対する出力特性と関連するパラメータとは、前記空燃比検出手段の出力変動幅、出力積算値、出力微分値、出力微分値の積算値、出力周期、出力周波数の少なくとも１つであることを特徴とする請求項４に記載の空燃比検出装置の劣化検出装置。
6. 前記温度調整手段は、前記空燃比検出手段の内部抵抗を検出することにより前記固体電解質素子の温度を推定し、この推定温度に基づいて前記固体電解質素子の温度を調整することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の空燃比検出装置の劣化検出装置。
7. 前記温度調整手段は、運転条件に応じて前記固体電解質素子の温度を調整するための熱量を決定することを特徴とする請求項６に記載の空燃比検出装置の劣化検出装置。
8. 前記温度調整手段は、所定運転条件で前記固体電解質素子の温度を調整するための熱量を供給または停止することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の空燃比検出装置の劣化検出装置。
9. エンジンからの排ガスを処理する触媒を備え、
   前記空燃比検出手段は、前記触媒の下流に設置されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の空燃比検出装置の劣化検出装置。
10. 前記温度調整手段の故障を検出する温度調整故障検出手段を備え、
    前記空燃比検出劣化検出手段は、前記温度調整故障検出手段により故障が検出されていない場合のみ、前記空燃比検出手段の劣化を検出することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の空燃比検出装置の劣化検出装置。

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