JP2006267126A - Ｎｏｘセンサの故障診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯ_Xセンサの故障を診断する。
【解決手段】ＮＯ_Xセンサ１は、酸素ポンプセルによってＮＯ_Xセンサ内に到来した排気ガスから酸素を排出して該排気ガス中の酸素濃度を所定の濃度にまで低下させ、その後、酸素生成セルによって排気ガス中のＮＯ_Xを分解して新たに酸素を生成し、その後、酸素濃度検出セルによって排気ガス中の酸素濃度を検出することによって排気ガス中のＮＯ_X濃度を検出する。酸素濃度検出セルが排気ガス中の酸素濃度に応じた出力値を出力する。ＮＯ_Xセンサに到来する排気ガス中の酸素濃度およびＮＯ_X濃度が既知であるときに酸素ポンプセルに特定の電圧を印加する。このときに酸素濃度検出セルから出力される出力値が該酸素濃度検出セルが正常であるときにとりうると予想される値からずれているときにＮＯ_Xセンサが故障していると診断する。
【選択図】図１

Description

本発明はＮＯ_Xセンサの故障診断装置に関する。

内燃機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_X）の濃度を検出することができるＮＯ_Xセンサが、特許文献１に開示されている。こうしたＮＯ_Xセンサは、それによって検出される排気ガス中のＮＯ_X濃度を利用して、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯ_X濃度が一定濃度よりも低くなるように、内燃機関の運転パラメータをフィードバック制御するために用いられる。すなわち、ＮＯ_Xセンサは、内燃機関の排気エミッションを低いレベルに維持するために用いられる。

特開平９−１１３４８４号公報 特開平１１−１４８９１０号公報

ところで、上述したＮＯ_Xセンサが故障した場合、この故障しているＮＯ_Xセンサによって検出された排気ガス中のＮＯ_X濃度に基づいて、内燃機関の運転パラメータをフィードバック制御してしまうと、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯ_X濃度が一定濃度よりも低くならない可能性がある。したがって、内燃機関の排気エミッションを低いレベルに維持するためには、ＮＯ_Xセンサが故障しているか否かを診断することが重要である。そこで、本発明の目的は、ＮＯ_Xセンサの故障を診断することにある。

上記課題を解決するために、１番目の発明では、電圧が印加されると印加された電圧に応じた量の酸素を排気ガスから排出する酸素ポンプセルと、該酸素ポンプセルによって酸素が排出された後の排気ガス中のＮＯ_Xを分解して新たに酸素を生成する酸素生成セルと、該酸素生成セルによって新たに酸素が生成された後の排気ガス中の酸素濃度を検出することができる酸素濃度検出セルとを具備し、上記酸素ポンプセルによってＮＯ_Xセンサ内に到来した排気ガスから酸素を排出して該排気ガス中の酸素濃度を所定の濃度にまで低下させ、その後、上記酸素生成セルによって排気ガス中のＮＯ_Xを分解して新たに酸素を生成し、その後、上記酸素濃度検出セルによって排気ガス中の酸素濃度を検出することによって排気ガス中のＮＯ_X濃度を検出するＮＯ_Xセンサの故障を診断するための故障診断装置において、上記酸素濃度検出セルが排気ガス中の酸素濃度に応じた出力値を出力するようになっており、ＮＯ_Xセンサに到来する排気ガス中の酸素濃度およびＮＯ_X濃度が既知であるときに酸素ポンプセルに特定の電圧を印加し、このときに酸素濃度検出セルから出力される出力値が該酸素濃度検出セルが正常であるときにとりうると予想される値からずれているときにＮＯ_Xセンサが故障していると診断する。

上記課題を解決するために、２番目の発明では、電圧が印加されると印加された電圧に応じた量の酸素を排気ガスから排出する酸素ポンプセルと、該酸素ポンプセルによって酸素が排出された後の排気ガス中のＮＯ_Xを分解して新たに酸素を生成する酸素生成セルと、該酸素生成セルによって新たに酸素が生成された後の排気ガス中の酸素濃度を検出することができる酸素濃度検出セルとを具備し、上記酸素ポンプセルによってＮＯ_Xセンサ内に到来した排気ガスから酸素を排出して該排気ガス中の酸素濃度を所定の濃度にまで低下させ、その後、上記酸素生成セルによって排気ガス中のＮＯ_Xを分解して新たに酸素を生成し、その後、上記酸素濃度検出セルによって排気ガス中の酸素濃度を検出することによって排気ガス中のＮＯ_X濃度を検出するＮＯ_Xセンサの故障を診断するための故障診断装置において、上記酸素濃度検出セルが排気ガス中の酸素濃度に応じた出力値を出力するようになっており、ＮＯ_Xセンサに到来する排気ガス中の酸素濃度は変化するが該排気ガス中のＮＯ_X濃度は一定であるときに酸素ポンプセルに一定の電圧を印加しておき、このときに酸素濃度検出セルから出力される出力値に関するパラメータ値が該酸素濃度検出セルが正常であるときにとりうると予想される値からずれているときにＮＯ_Xセンサが故障していると診断する。なお、後述する実施形態において、パラメータ値は、変化率、または、軌跡長、または、軌跡面積に相当する。

上記課題を解決するために、３番目の発明では、電圧が印加されると印加された電圧に応じた量の酸素を排気ガスから排出する酸素ポンプセルと、該酸素ポンプセルによって酸素が排出された後の排気ガス中のＮＯ_Xを分解して新たに酸素を生成する酸素生成セルと、該酸素生成セルによって新たに酸素が生成された後の排気ガス中の酸素濃度を検出することができる酸素濃度検出セルとを具備し、上記酸素ポンプセルによってＮＯ_Xセンサ内に到来した排気ガスから酸素を排出して該排気ガス中の酸素濃度を所定の濃度にまで低下させ、その後、上記酸素生成セルによって排気ガス中のＮＯ_Xを分解して新たに酸素を生成し、その後、上記酸素濃度検出セルによって排気ガス中の酸素濃度を検出することによって排気ガス中のＮＯ_X濃度を検出するＮＯ_Xセンサの故障を診断するための故障診断装置において、上記酸素濃度検出セルが排気ガス中の酸素濃度に応じた出力値を出力するようになっており、ＮＯ_Xセンサに到来する排気ガス中の酸素濃度およびＮＯ_X濃度が一定であるときに酸素ポンプセルに電圧を変化させつつ印加し、このときに酸素濃度検出セルから出力される出力値に関するパラメータ値が該酸素濃度検出セルが正常であるときにとりうると予想される値からずれているときにＮＯ_Xセンサが故障していると診断する。なお、後述する実施形態において、パラメータ値は、変化率、または、軌跡長、または、軌跡面積に相当する。

本発明によれば、ＮＯ_Xセンサの故障が診断される。

以下、図面を参照して、ＮＯ_Xセンサの故障を診断するための本発明の故障診断装置について説明する。ＮＯ_Xセンサは図２において、参照番号１で示されており、このＮＯ_Xセンサ１は内燃機関５０に接続された排気通路５１に取り付けられ、内燃機関５０から排出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_X）の濃度を検出することができる。ＮＯ_Xセンサ１からは排気ガス中のＮＯ_X濃度に対応する出力が図示していない電子制御装置（ＥＣＵ）に送られる。ＥＣＵは、ＮＯ_Xセンサ１から受信したＮＯ_X濃度に対応する出力値に基づいて、内燃機関の運転状態が所望の運転状態になるように、内燃機関の運転条件を変更する。

ＮＯ_Xセンサ１が適用される内燃機関は、大部分の機関運転領域において、燃焼室内における空燃比が理論空燃比よりも大きいリーンであるような圧縮点火式の内燃機関である。この圧縮点火式の内燃機関では、燃焼室において酸素過剰状態で燃料が燃焼するので、燃焼室内にてＮＯ_Xが生成されやすく、燃焼室から排出される排気ガスにはＮＯ_Xが含まれている。

さて、ＮＯ_Xセンサ１のセンサ部の構造を示した図１を参照すると、ＮＯ_Xセンサ１のセンサ部は互いに積層された６つの酸化ジルコニウム等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなり、これら６つの固体電解質層を以下、上から順に第１層Ｌ₁、第２層Ｌ₂、第３層Ｌ₃、第４層Ｌ₄、第５層Ｌ₅、第６層Ｌ₆と称する。

第１層Ｌ₁と第３層Ｌ₃との間には、例えば、多孔質材料または細孔を形成されている材料からなる第１の拡散律速部材２と第２の拡散律速部材３とが配置されている。これら拡散律速部材２，３間には、第１室４が形成される。第２の拡散律速部材３と第２層Ｌ₂との間には、第２室５が形成されている。また、第３層Ｌ₃と第５層Ｌ₅との間には、外気に連通している大気室６が形成されている。一方、第１の拡散律速部材２の外端面は排気ガスと接触している。したがって、排気ガスは第１の拡散律速部材２を介して第１室４内に流入し、斯くして、第１室４内は排気ガスで満たされている。

一方、第１室４に面する第１層Ｌ₁の内周面上には、陰極側第１ポンプ電極７が形成されている。第１層Ｌ₁の外周面上には、陽極側第１ポンプ電極８が形成されている。これら第１ポンプ電極７，８間には第１ポンプ電圧源９により電圧が印加される。第１ポンプ電極７，８間に電圧が印加されると、第１室４内の排気ガス中に含まれる酸素が陰極側第１ポンプ電極７と接触して酸素イオンとなる。この酸素イオンは、第１層Ｌ₁内を陽極側第１ポンプ電極８に向けて流れる。したがって、第１室４内の排気ガス中に含まれる酸素は第１層Ｌ₁内を移動して外部に汲み出されることになる。このとき外部に汲み出される酸素量は第１ポンプ電圧源９の電圧が高くなるほど多くなる。

すなわち、本実施形態では、陰極側第１ポンプ電極７および陽極側第１ポンプ電極８が、それぞれ、排気ガスから酸素を排出するための第１の酸素ポンプセルの対面する２つの電極板を構成する。

一方、大気室６に面する第３層Ｌ₃の内周面上には、基準電極１０が形成されている。ところで、酸素イオン伝導性のある固体電解質からなる層（以下、固体電解質層と称す）では、固体電解質層の両側において酸素濃度に差があると、酸素濃度の高い側から酸素濃度の低い側に向けて固体電解質層内を酸素イオンが移動する。図１に示されている例では、大気室６内の酸素濃度の方が第１室４内の酸素濃度よりも高いので、大気室６内の酸素は基準電極１０と接触することによって電荷を受け取って酸素イオンとなる。この酸素イオンは第３層Ｌ₃、第２層Ｌ₂および第１層Ｌ₁内を移動し、陰極側第１ポンプ電極７において電荷を放出する。その結果、基準電極１０と陰極側第１ポンプ電極７との間に符号１１で示した電圧Ｖ₀が発生する。この電圧Ｖ₀は大気室６内と第１室４内との酸素濃度差に比例する。

図１に示されている例では、排気ガス中のＮＯ_X濃度を検出するときには、この電圧Ｖ₀が第１室４内の酸素濃度が１p.p.m.のときに生ずる電圧に一致するように、第１ポンプ電圧源９の電圧がフィードバック制御される。すなわち、第１室４内の酸素は第１室４内の酸素濃度が１p.p.m.となるように第１層Ｌ₁を通って汲み出され、それによって、第１室４内の酸素濃度が１p.p.m.に維持される。

すなわち、本実施形態では、基準電極１０および陰極側第１ポンプ電極７が、それぞれ、第１室４内の排気ガス中の酸素濃度を監視するための第１の酸素濃度監視セルの対面する２つの電極板を構成する。

なお、陰極側第１ポンプ電極７は、ＮＯ_Xに対しては還元性の低い材料、例えば、金（Ａｕ）と白金（Ｐｔ）との合金から形成されており、したがって、排気ガス中に含まれるＮＯ_Xは第１室４内ではほとんど還元されない。したがって、このＮＯ_Xは第２の拡散律速部材３を通って第２室５内に流入する。

一方、第２室５に面する第１層Ｌ₁の内周面上には、陰極側第２ポンプ電極１２が形成されている。陰極側第２ポンプ電極１２と陽極側第１ポンプ電極８との間には、第２ポンプ電圧源１３によって電圧が印加される。これらポンプ電極１２，８間に電圧が印加されると、第２室５内の排気ガス中に含まれる酸素が陰極側第２ポンプ電極１２と接触して酸素イオンとなる。この酸素イオンは第１層Ｌ₁内を陽極側第１ポンプ電極８に向けて流れる。したがって、第２室５内の排気ガス中に含まれる酸素は第１層Ｌ₁内を移動して外部に汲み出されることになる。このときに外部に汲み出される酸素量は第２ポンプ電圧源１３の電圧が高くなるほど多くなる。

すなわち、本実施形態では、陰極側第２ポンプ電極１２および陽極側第１ポンプ電極８も、それぞれ、排気ガスから酸素を排出するための第２の酸素ポンプセルの対面する２つの電極板を構成する。

一方、上述したように、固体電解質層の両側において酸素濃度に差があると、酸素濃度の高い側から酸素濃度の低い側に向けて固体電解質層内を酸素イオンが移動する。図１に示されている例では、第２室５内の酸素濃度よりも大気室６内の酸素濃度のほうが高いので、大気室６内の酸素は基準電極１０と接触することによって電荷を受け取って酸素イオンとなる。この酸素イオンは第３層Ｌ₃、第２層Ｌ₂および第１層Ｌ₁内を移動し、陰極側第２ポンプ電極１２において電荷を放出する。その結果、基準電極１０と陰極側第２ポンプ電極１２との間に符号１４で示した電圧Ｖ₁が発生する。この電圧Ｖ₁は大気室６内と第２室５内との酸素濃度差に比例する。

図１に示されている例では、排気ガス中のＮＯ_X濃度を検出するときには、この電圧Ｖ₁が第２室５内の酸素濃度が０．０１p.p.m.のときに生ずる電圧に一致するように、第２ポンプ電圧源１３の電圧がフィードバック制御される。すなわち、第２室５内の酸素は第２室５内の酸素濃度が０．０１p.p.m.となるように第１層Ｌ₁を通って汲み出され、それによって第２室５内の酸素濃度が０．０１p.p.m.に維持される。

すなわち、本実施形態では、基準電極１０および陰極側第２ポンプ電極１２が、それぞれ、第２室５内の排気ガス中の酸素濃度を監視するための第２の酸素濃度監視セルの対面する２つの電極板を構成する。

なお、陰極側第２ポンプ電極１２もＮＯ_Xに対しては還元性の低い材料、例えば、金（Ａｕ）と白金（Ｐｔ）との合金から形成されており、したがって、排気ガス中に含まれるＮＯ_Xは陰極側第２ポンプ電極１２と接触してもほとんど還元されない。

一方、第２室５に面する第３層Ｌ₃の内周面上には、ＮＯ_X検出用の陰極側ポンプ電極１５が形成されている。陰極側ポンプ電極１５はＮＯ_Xに対して強い還元性を有する材料、例えば、ロジウム（Ｒｈ）や白金（Ｐｔ）から形成されている。したがって、第２室５内のＮＯ_X、実際には大部分を占めるＮＯが陰極側ポンプ電極１５上においてＮ₂とＯ₂とに分解される。図１に示されているように、陰極側ポンプ電極１５と基準電極１０との間には、一定電圧１６が印加されており、したがって、陰極側ポンプ電極１５上において分解生成されたＯ₂は酸素イオンとなって第３層Ｌ₃内を基準電極１０に向けて移動する。このとき、陰極側ポンプ電極１５と基準電極１０との間には、この酸素イオン量に比例した符号１７で示した電流Ｉ₁が流れる。

すなわち、本実施形態では、陰極側ポンプ電極１５および基準電極１０が、それぞれ、排気ガス中のＮＯ_Xを分解して新たに酸素を生成するための酸素生成セルの対面する２つの電極板を構成する。さらに、これら陰極側ポンプ電極１５および基準電極１０は、それぞれ、酸素生成セルによって生成された酸素濃度を検出するための酸素濃度検出セルの対面する２つの電極板をも構成する。

上述したように、第１室４内ではＮＯ_Xはほとんど還元されず、また、第２室５内には酸素はほとんど存在しない。したがって電流Ｉ₁は排気ガス中に含まれるＮＯ_X濃度に比例することになり、斯くして電流Ｉ₁から排気ガス中のＮＯ_X濃度を検出できることになる。

なお、第５層Ｌ₅と第６層Ｌ₆との間には、ＮＯ_Xセンサ１のセンサ部を加熱するための電気ヒータ１９が配置されている。この電気ヒータ１９によってＮＯ_Xセンサ１のセンサ部は７００℃から８００℃に加熱される。

次に、ＮＯ_Xセンサの故障を診断するための本発明の故障診断装置について図３を参照して説明する。陰極側第１ポンプ電極７と陽極側第１ポンプ電極８との間、すなわち、第１の酸素ポンプセルの電極板７，８間に電圧が印加され、第１室４から外部へと酸素が排出されると、電極板７，８間に符号１８で示した電流Ｉ₂が流れる。電流Ｉ₂は第１室４から外部へと排出される酸素の量に比例する。電極板７，８間に印加される電圧が高くなるほど、第１室４から外部へと排出される酸素の量は多くなり、したがって、このとき、電流Ｉ₂も大きくなる。

また、図３は、第１室４内の排気ガスの空燃比（すなわち、酸素濃度）と第１の酸素ポンプセルの電極板７，８間に印加される電圧Ｅとそのときに電極板７，８間に流れる電流Ｉ₂との関係を示している。図３において、線Ｌａｉｒは排気ガス中の酸素濃度が空気中の酸素濃度に等しいときの印加電圧Ｅと電流Ｉ₂との関係を示し、線Ｌ１８は排気ガスの空燃比が１８であるときの印加電圧Ｅと電流Ｉ₂との関係を示し、線Ｌ１６は排気ガスの空燃比が１６であるときの印加電圧Ｅと電流Ｉ₂との関係を示している。ここで排気ガスの空燃比とは、内燃機関の燃焼室内に供給された空気と燃料との比を意味する。

排気ガス中の酸素濃度が空気中の酸素濃度に等しい場合を例にとって説明すると、このときには、印加電圧Ｅが零から大きくなるほど、電流Ｉ₂も線Ｌａｉｒに沿って大きくなる。そして、印加電圧Ｅが或る特定の値に達すると印加電圧Ｅが大きくなったとしても電流Ｉ₂はそれほど大きくならず、印加電圧Ｅに関係なく略一定の値で推移する。しかしながら、印加電圧Ｅがさらに大きくなって或る特定の値を超えると、印加電圧Ｅが大きくなるほど、電流Ｉ₂も線Ｌａｉｒに沿って大きくなる。

排気ガス中の酸素濃度が空気中の酸素濃度ではない場合であっても、印加電圧Ｅに関係なく電流Ｉ₂が略一定の値で推移するときのその電流Ｉ₂の値が異なることを除けば、印加電圧Ｅと電流Ｉ₂との関係は、排気ガス中の酸素濃度が空気中の酸素濃度に等しい場合の関係に概ね類似している。なお、排気ガスの空燃比が小さくなるほど、印加電圧Ｅに関係なく電流Ｉ₂が略一定の値で推移するときのその電流Ｉ₂の値は小さくなる。

このように、第１の酸素ポンプセルに印加される印加電圧Ｅと電流Ｉ₂との間の関係は予め判っているので、排気ガス中の酸素濃度が既知であれば、第１の酸素ポンプセルが正常である場合に、第１の酸素ポンプセルに一定の電圧が印加されたときの電流Ｉ₂の値は計算によって予想可能である。

そこで、第１の実施形態の故障診断装置では、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が既知であるという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、第１の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ₂を検出し、この電流Ｉ₂が第１の酸素ポンプセルが正常であるときにとりうると予想される値（以下、予想値と称す）にあれば、第１の酸素ポンプセルは正常であり、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ₂が上記予想値からずれていれば、第１の酸素ポンプセルは故障しており、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は故障していると診断する。

なお、印加電圧Ｅに関係なく電流Ｉ₂が略一定の値で推移するときのその印加電圧Ｅを所定電圧と称すると、第１の酸素ポンプセルにこの所定電圧が印加された場合、第１の酸素ポンプセルが正常であれば、第１の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ₂は略一定の値で推移する。ここで、第１の酸素ポンプセルが正常であると診断するときに用いる上記予想値をこの略一定の値近傍の範囲とすれば、第１の酸素ポンプセルの故障以外の原因によって電流Ｉ₂が予想値から僅かにずれた場合に、第１の酸素ポンプセルが故障しているとは診断されず、第１の酸素ポンプセルの故障によって電流Ｉ₂が予想値から比較的大きくずれた場合にのみ、第１の酸素ポンプセルが故障していると診断されるようになるので、ＮＯ_Xセンサ１の故障を精度高く診断することができる。

また、排気ガス中の酸素濃度が既知であるときとは、例えば、機関減速時に燃料噴射弁からの燃料が停止されるようになっている場合には、内燃機関の運転状態がこの燃料噴射弁から燃料が停止される運転状態（以下、フューエルカット運転状態と称す）にあるときである。このときの排気ガス中の酸素濃度は大気中の酸素濃度に等しい。

或いは、排気ガス中の酸素濃度が既知であるときとは、例えば、通常は排気ガスの空燃比は理論空燃比よりも大きくリーンとなっており、排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯ_Xを吸収によって保持し且つ排気ガスの空燃比が理論空燃比または理論空燃比よりも大きいリッチとなると保持しているＮＯ_Xを還元浄化することができるＮＯ_X触媒がＮＯ_Xセンサ下流の排気通路内に配置されている場合において、内燃機関の運転状態が、ＮＯ_X触媒にてＮＯ_Xを還元浄化するために排気ガスの空燃比が理論空燃比とされている運転状態（以下、リッチスパイク運転状態と称す）にあるときである。

或いは、排気ガス中の酸素濃度が既知であるときとは、例えば、内燃機関の運転状態がアイドリング状態などの低負荷低回転の運転状態にあるときである。

次に、第２の実施形態の故障診断装置について説明する。基準電極１０と陰極側第１ポンプ電極７との間、すなわち、第１の酸素濃度監視セルの電極板１０，７間に発生する電圧Ｖ₀は、大気室６内と第１室４内との酸素濃度差に比例する。ここで、第１の酸素ポンプセルによって第１室４から外部に排出される酸素の量は、第１の酸素ポンプセルに印加される電圧に基づいて、計算によって予想可能であるので、排気ガス中の酸素濃度が既知であれば、大気室６内と第１室４内との酸素濃度差も計算によって予想可能である。したがって、このとき、第１の酸素濃度監視セルが正常である場合に、第１の酸素濃度監視セルの電極板１０，７間に発生する電圧Ｖ₀の値も計算によって予想可能である。

そこで、第２の実施形態の故障診断装置では、第１の実施形態と同様に排気ガス中の酸素濃度が既知であるという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、第１の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ₀を検出し、この電圧Ｖ₀が第１の酸素濃度監視セルが正常であるときにとりうると予想される値（以下、予想値と称す）にあれば、第１の酸素濃度監視セルは正常であり、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は正常であると診断し、一方、電圧Ｖ₀が上記予想値からずれていれば、第１の酸素濃度監視セルは故障しており、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は故障していると診断する。

なお、第２の実施形態において、第１の酸素ポンプセルに印加する電圧を上述した所定電圧とすれば、第１の酸素ポンプセルに印加される電圧が所定電圧から若干ずれたとしても、第１の酸素ポンプセルによって排気ガスから排出される酸素の量は略一定量で安定しているので、第１の酸素濃度監視セルの故障を確実に診断することができ、したがって、ＮＯ_Xセンサ１の故障を確実に診断することができるようになる。

次に、第３の実施形態の故障診断装置について説明する。陰極側第２ポンプ電極１２と陽極側第１ポンプ電極８との間、すなわち、第２の酸素ポンプセルの電極板１２，８間に電圧が印加され、第２室５から外部へと酸素が排出されると、電極板１２，８間に符号１９で示した電流Ｉ₃が流れる。電流Ｉ₃は第１室５から外部へと排出される酸素の量に比例する。電極板１２，８間に印加される電圧が高くなるほど、第２室５から外部へと排出される酸素の量は多くなり、したがって、このとき、電流Ｉ₃も大きくなる。

さて、ここで、第２室５内の排気ガスの空燃比（すなわち、酸素濃度）と第２の酸素ポンプセルに印加される印加電圧と電流Ｉ₃との関係は、図３に示されている第１の酸素ポンプセルに印加される印加電圧Ｅと電流Ｉ₂との関係と同様である。すなわち、第２の酸素ポンプセルに到来する排気ガス中の酸素濃度が或る特定の濃度であるときに、第２の酸素ポンプセルの電極板１２，８間に或る特定の電圧が印加されると、電流Ｉ₃は或る特定の値となる。

ここで、上述したように、第１の酸素ポンプセルに印加される印加電圧Ｅと電流Ｉ₂との間の関係は予め判っているので、排気ガス中の酸素濃度が既知であれば、第１の酸素ポンプセルに印加される電圧に基づいて第１の酸素ポンプセルによって第１室４から外部に排出される酸素の量は計算によって予想可能であるので、第２室５に流入する排気ガス中の酸素濃度も計算によって予想可能である。そして、第２の酸素ポンプセルに印加される印加電圧と電流Ｉ₃との間の関係も予め判っているので、第２室５内の排気ガス中の酸素濃度が既知であれば、第２の酸素ポンプセルが正常である場合に、第２の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加したときの電流Ｉ₃の値も計算によって予想可能である。

そこで、第３の実施形態の故障診断装置では、第１の実施形態と同様に排気ガス中の酸素濃度が既知であるという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加すると共に、第２の酸素ポンプセルにも或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、第２の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ₃を検出し、この電流Ｉ₃が第２の酸素ポンプセルが正常であるときにとりうると予想される値（以下、予想値と称す）にあれば、第２の酸素ポンプセルは正常であり、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ₃が上記予想値からずれていれば、第２の酸素ポンプセルは故障しており、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は故障していると診断する。

なお、第３の実施形態において、第１の酸素ポンプセルに印加する電圧を上述した所定電圧とし、第２の酸素ポンプセルに印加する電圧も上述した所定電圧とすれば、第２の実施形態に関連して説明した理由と同様の理由で、第２の酸素ポンプセルの故障を確実に診断することができ、したがって、ＮＯ_Xセンサ１の故障を確実に診断することができるようになる。

次に、第４の実施形態の故障診断装置について説明する。基準電極１０と陰極側第２ポンプ電極１２との間、すなわち、第２の酸素濃度監視セルの電極板１０，１２間に発生する電圧Ｖ₁は、大気室６内と第２室５内との酸素濃度差に比例する。ここで、上述したように、第１の酸素ポンプセルによって第１室４から外部に排出される酸素の量は、第１の酸素ポンプセルに印加される電圧に基づいて、計算によって予想可能であり、第２の酸素ポンプセルによって第２室５から外部に汲み出される酸素の量は、第２の酸素ポンプセルに印加される電圧に基づいて、計算によって予想可能である。

したがって、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が既知であれば、大気室６内と第２室５内との酸素濃度差も計算によって予想可能である。したがって、このとき、第２の酸素濃度監視セルが正常である場合に、第２の酸素濃度監視セルの電極板１０，１２間に発生する電圧Ｖ₁の値も計算によって予想可能である。

そこで、第４の実施形態の故障診断装置では、第１の実施形態と同様に排気ガス中の酸素濃度が既知であるという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加すると共に、第２の酸素ポンプセルにも或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、第２の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ₁を検出し、この電圧Ｖ₁が第２の酸素濃度監視セルが正常であるときにとりうると予想される値（以下、予想値と称す）にあれば、第２の酸素濃度監視セルは正常であり、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は正常であると診断し、一方、電圧Ｖ₁が上記予想値からずれていれば、第２の酸素濃度監視セルは故障しており、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は故障していると診断する。

なお、第４の実施形態において、第１の酸素ポンプセルに印加する電圧を上述した所定電圧とし、第２の酸素ポンプセルに印加する電圧も上述した所定電圧とすれば、第２の実施形態に関連して説明した理由と同様の理由で、第２の酸素濃度監視セルの故障を確実に診断することができ、したがって、ＮＯ_Xセンサ１の故障を確実に診断することができるようになる。

次に、第５の実施形態の故障診断装置について説明する。陰極側ポンプ電極１５と基準電極１０との間、すなわち、酸素濃度検出セルの電極板１５，１０間に流れる電流Ｉ₁は、第２室５内の酸素濃度およびＮＯ_X濃度に比例する。

ここで、上述したように、第１の酸素ポンプセルによって第１室４から外部に排出される酸素の量は、第１の酸素ポンプセルに印加される電圧に基づいて、計算によって予想可能であり、第２の酸素ポンプセルによって第２室５から外部に排出される酸素の量は、第２の酸素ポンプセルに印加される電圧に基づいて、計算によって予想可能である。

したがって、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が既知であれば、第２室５内の酸素濃度も計算によって算出可能である。したがって、このとき、第２室５内のＮＯ_X濃度、すなわち、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中のＮＯ_X濃度が既知であれば、酸素濃度検出セルが正常である場合に、酸素濃度検出セルの電極板１５，１０間に流れる電流Ｉ₁の値も計算によって予想可能である。

そこで、第５の実施形態の故障診断装置では、第１の実施形態と同様にＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が既知であるという故障診断条件が成立し、且つ、この排気ガス中のＮＯ_X濃度も既知であるという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加すると共に、第２の酸素ポンプセルにも或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、酸素濃度検出セルに流れる電流Ｉ₁を検出し、この電流Ｉ₁が酸素濃度検出セルが正常であるときにとりうると予想される値（以下、予想値と称す）にあれば、酸素濃度検出セルは正常であり、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ₁が上記予想値からずれていれば、酸素濃度検出セルは故障しており、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は故障していると診断する。

なお、第５の実施形態において、第１の酸素ポンプセルに印加する電圧を上述した所定電圧とし、第２の酸素ポンプセルに印加する電圧も上述した所定電圧とすれば、第２の実施形態に関連して説明した理由と同様の理由で、酸素濃度検出セルの故障を確実に診断することができ、したがって、ＮＯ_Xセンサ１の故障を確実に診断することができるようになる。

また、排気ガス中の酸素濃度およびＮＯ_X濃度が既知であるときとは、例えば、内燃機関の運転状態が上述したフューエルカット運転状態にあるとき、または、内燃機関の運転状態が上述したリッチスパイク運転状態にあるとき、または、内燃機関の運転状態がアイドリング状態などの低負荷低回転の状態にあるときである。

次に、第６の実施形態の故障診断装置について図４を参照して説明する。図４（Ａ）はＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度の推移を示す。図４（Ａ）に示した例では、排気ガス中の酸素濃度Ｃｏは、時刻ｔ１において比較的低い濃度（以下、低濃度と称す）Ｃｏｌから上昇し始め、時刻ｔ３において比較的高い濃度（以下、高濃度と称す）Ｃｏｈに達し、その後、高濃度Ｃｏｈで推移する。

ところで、上述したように、第１の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ₂は第１室４から外部へと排出される酸素の量に比例する。したがって、第１室４に流入する排気ガス中の酸素濃度Ｃｏが図４（Ａ）に示されているように変化するときに、第１室４内の酸素濃度が一定の濃度となるように第１の酸素ポンプセルに電圧が印加されていると、第１の酸素ポンプによって第１室４から外部へと排出される酸素の量は第１室４内に流入する排気ガス中の酸素濃度の変化に追従して変化し、したがって、第１の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ₂も第１室４に流入する排気ガス中の酸素濃度の変化に追従して変化する。

したがって、第１の酸素ポンプセルが正常である場合に、第１室４内の酸素濃度が一定の濃度となるように第１の酸素ポンプセルに電圧を印加している間に、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図４（Ａ）に示されているように推移すると、第１の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ₂は、図４（Ｂ）に示されているように推移する。

すなわち、電流Ｉ₂は、時刻ｔ２までは比較的低い電流値（以下、低電流値と称す）Ｉ₂ｌで推移しているが、時刻ｔ２において低電流値Ｉ₂ｌから上昇し始める。電流Ｉ₂が上昇し始める時刻が酸素濃度Ｃｏが上昇し始める時刻よりも遅れるのは、排気ガスが内燃機関から排出されてからＮＯ_Xセンサ１に到達するまでに時間を要するからである。そして、電流Ｉ₂は、その後、上昇し続けるが、時刻ｔ４において比較的高い電流値（以下、高電流値と称す）Ｉ₂ｈに達した後、高電流値Ｉ₂ｈで推移する。

一方、第１の酸素ポンプセルが故障している場合には、電流Ｉ₂は、図５（Ｃ）に示されているように推移する。すなわち、電流Ｉ₂は、時刻ｔ２までは低電流値Ｉ₂ｌで推移し、時刻ｔ２において低電流値Ｉ₂ｌから上昇し始め、時刻ｔ５において高電流値Ｉ₂ｈに達した後、高電流値Ｉ₂ｈで推移する。

さて、ここで、図４（Ｂ）と図４（Ｃ）とを比較すると、上述したように第１の酸素ポンプセルに電圧を印加している間に、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図４（Ａ）に示されているように推移したときに、電流Ｉ₂が低電流値Ｉ₂ｌから高電流値Ｉ₂ｈまで上昇するのにかかる時間は、第１の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第１の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが長いことが判る。すなわち、第１の酸素ポンプセル内に流れる電流Ｉ₂の上昇率は、第１の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第１の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが小さい。

このように、電流Ｉ₂の上昇率が第１の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第１の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが短くなるのは、酸素濃度の変化に応答する第１の酸素ポンプセルの応答速度が遅くなったり、第１の酸素ポンプセルの出力自体が小さくなったりするからである。

このように、電流Ｉ₂の上昇率が第１の酸素ポンプセルが正常である場合と第１の酸素ポンプセルが故障している場合とで異なることを利用して、第６の実施形態の故障診断装置では、排気ガス中の酸素濃度が所定の増大幅よりも大きく増大するという故障診断条件が成立したときに、第１室４内の酸素濃度が一定の濃度（例えば１p.p.m.）となるように第１の酸素ポンプセルに電圧を印加する。そして、このときに電流Ｉ₂が変化し始めてから一定の値で推移するまでの間の電流Ｉ₂の上昇率を算出し、この電流Ｉ₂の上昇率が所定の上昇率よりも大きければ、第１の酸素ポンプセルは正常であり、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ₂の上昇率が上記所定の上昇率よりも小さければ、第１の酸素ポンプセルは故障しており、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は故障していると診断する。

次に、第７の実施形態の故障診断装置について説明する。第１の酸素ポンプセルに一定の電圧が印加されていると、第１の酸素ポンプセルによって第１室４から外部へと排出される酸素の量は一定である。したがって、第１の酸素ポンプセルに一定の電圧が印加されている間に、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が変化すると、第１室４内の酸素濃度は、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度の変化に追従して変化する。また、第１の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ₀は大気室６内と第１室４内との酸素濃度差に比例する。したがって、第１室４内の酸素濃度が変化すると、第１の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ₀も、第１室４内の酸素濃度の変化に追従して変化する。

したがって、第１の酸素ポンプセルに一定電圧が印加されている間に、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図４（Ａ）に示されているように推移すると、第１の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ₀も、第６の実施形態における電流Ｉ₂と同様に上昇する。

そして、このときに電圧Ｖ₀が変化し始めてから一定の値で推移するまでの間の電圧Ｖ₀の上昇率は、第１の酸素濃度監視セルが正常である場合よりも、第１の酸素濃度監視セルが故障している場合のほうが小さい。このように、電圧Ｖ₀の上昇率が小さくなる理由は、第２の実施形態に関する説明と第６の実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。

このように、電圧Ｖ₀の上昇率が、第１の酸素濃度監視セルが正常である場合と第１の酸素濃度監視セルが故障している場合とで異なることを利用して、第７の実施形態の故障診断装置では、第６の実施形態と同様に排気ガス中の酸素濃度が所定の増大幅よりも大きく増大するという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、第１の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ₀を検出し、この電圧Ｖ₀の上昇率を算出し、この電圧Ｖ₀の上昇率が所定の上昇率よりも大きければ、第１の酸素濃度監視セルは正常であり、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は正常であると診断し、一方、電圧Ｖ₀の上昇率が上記所定の値よりも小さければ、第１の酸素濃度監視セルは故障しており、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は故障していると診断する。

次に、第８の実施形態の故障診断装置について説明する。第１の酸素ポンプセルに一定の電圧が印加されていると、第１の酸素ポンプセルによって第１室４から外部へと排出される酸素の量は一定である。したがって、第１の酸素ポンプセルに一定の電圧が印加されている間に、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が変化すると、第２室５内に流入する排気ガス中の酸素濃度は、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度の変化に追従して変化する。

また、第２室５内の酸素濃度が一定の濃度になるように第２の酸素ポンプセルに電圧が印加されていると、第２の酸素ポンプセルによって第２室５から外部へと排出される酸素の量は第２室５内に流入する排気ガス中の酸素濃度に比例する。したがって、第２室５内の酸素濃度が一定の濃度になるように第２の酸素ポンプセルに電圧が印加されている間に、第２室５内に流入する排気ガス中の酸素濃度が変化すると、第２の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ₃も、第２室５に流入する排気ガス中の酸素濃度の変化に追従して変化する。

したがって、第１の酸素ポンプセルに一定電圧が印加され、且つ、第２室５内の酸素濃度が一定の濃度となるように第２の酸素ポンプセルに電圧が印加されている間に、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図４（Ａ）に示されているように推移すると、第２の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ₃も、第６の実施形態における電流Ｉ₂と同様に上昇する。

そして、このときに電流Ｉ₃が変化し始めてから一定の値で推移するまでの間の電流Ｉ₃の上昇率は、第２の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第２の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが小さい。このように、電流Ｉ₃の上昇率が小さくなる理由は、第３の実施形態に関する説明と第６の実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。

このように、電流Ｉ₃の上昇率が、第２の酸素ポンプセルが正常である場合と第２の酸素ポンプセルが故障している場合とで異なることを利用して、第８の実施形態の故障診断装置では、第６の実施形態と同様に排気ガス中の酸素濃度が所定の増大幅よりも大きく増大するという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加すると共に、第２室５内の酸素濃度が一定の濃度（例えば、０．０１p.p.m.）となるように第２の酸素ポンプセルに電圧を印加する。そして、このときに、第２の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ₃を検出し、この電流Ｉ₃の上昇率を算出し、この電流Ｉ₃の上昇率が所定の上昇率よりも大きければ、第２の酸素ポンプセルは正常であり、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ₃の上昇率が上記所定の上昇率よりも小さければ、第２の酸素ポンプセルは故障しており、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は故障していると診断する。

次に、第９の実施形態の故障診断装置について説明する。第８の実施形態に関連して説明したように、第１の酸素ポンプセルに一定の電圧が印加されている間に、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が変化すると、第２室５内に流入する排気ガス中の酸素濃度は、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度の変化に追従して変化する。

また、第２の酸素ポンプセルに一定の電圧が印加されていると、第２の酸素ポンプセルによって第２室５から外部へと排出される酸素の量は一定である。したがって、第２の酸素ポンプセルに一定の電圧が印加されている間に、第２室５内に流入する排気ガス中の酸素濃度が変化すると、第２室５内の酸素濃度は、第２室５内に流入する排気ガス中の酸素濃度の変化に追従して変化する。

さらに、第２の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ₁は大気室６内と第２室５内との酸素濃度差に比例する。したがって、第２室５内の酸素濃度が変化すると、第２の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ₁も、第２室５内の酸素濃度の変化に追従して変化する。

したがって、第１の酸素ポンプセルに一定電圧が印加され、且つ、第２の酸素ポンプセルにも一定電圧が印加されている間に、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図４（Ａ）に示されているように推移すると、第２の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ₁も、第６の実施形態における電流Ｉ₂と同様に上昇する。

そして、このときに電圧Ｖ₁が変化し始めてから一定の値で推移するまでの間の電圧Ｖ₁の上昇率は、第２の酸素濃度監視セルが正常である場合よりも、第２の酸素濃度監視セルが故障している場合のほうが小さい。このように、電圧Ｖ₁の上昇率が小さくなる理由は、第４の実施形態に関する説明と第６の実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。

このように、電圧Ｖ₁の上昇率が、第２の酸素濃度監視セルが正常である場合と第２の酸素濃度監視セルが故障している場合とで異なることを利用して、第９の実施形態の故障診断装置では、第６の実施形態と同様に排気ガス中の酸素濃度が所定の増大幅よりも大きく増大するという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加すると共に、第２の酸素ポンプセルにも或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、第２の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ₁を検出し、この電圧Ｖ₁の上昇率を算出し、この電圧Ｖ₁の上昇率が所定の上昇率よりも大きければ、第２の酸素濃度監視セルは正常であり、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は正常であると診断し、一方、電圧Ｖ₁の上昇率が上記所定の上昇率よりも小さければ、第２の酸素濃度監視セルは故障しており、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は故障していると診断する。

次に、第１０の実施形態の故障診断装置について説明する。第９の実施形態に関連して説明したように、第１の酸素ポンプセルに一定の電圧が印加されており、且つ、第２の酸素ポンプセルにも一定の電圧が印加されている間に、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が変化すると、第２室５内の酸素濃度は、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度の変化に追従して変化する。

また、第５の実施形態に関連して説明したように、酸素濃度検出セルに流れる電流Ｉ₁は、第２室５内のＮＯ_X濃度および酸素濃度に比例する。したがって、第２室５内のＮＯ_X濃度が一定であれば、電流Ｉ₁は第２室内の酸素濃度の変化に追従して変化する。

したがって、第１の酸素ポンプセルに一定の電圧が印加されており、且つ、第２の酸素ポンプセルにも一定の電圧が印加されている間に、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図４（Ａ）に示されているように推移し、しかも、このときの排気ガス中のＮＯ_X濃度が一定であると、酸素濃度検出セルに流れる電流Ｉ₁も、第６の実施形態における電流Ｉ₂と同様に上昇する。

そして、このときに電流Ｉ₁が変化し始めてから一定の値で推移するまでの間の電流Ｉ₁の上昇率は、酸素濃度検出セルが正常である場合よりも、酸素濃度検出セルが故障している場合のほうが小さい。このように、電流Ｉ₁の上昇率が小さくなる理由は、第５の実施形態に関する説明と第６の実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。

このように、電流Ｉ₁の上昇率が、酸素濃度検出セルが正常である場合と酸素濃度検出セルが故障している場合とで異なることを利用して、第１０の実施形態の故障診断装置では、第６の実施形態と同様に排気ガス中の酸素濃度が所定の増大幅よりも大きく増大するという故障診断条件が成立し、且つ、排気ガス中のＮＯ_X濃度が一定であるという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加すると共に、第２の酸素ポンプセルにも或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、酸素濃度検出セルに流れる電流Ｉ₁を検出し、この電流Ｉ₁の上昇率を算出し、この電流Ｉ₁の上昇率が所定の上昇率よりも大きければ、酸素濃度検出セルは正常であり、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ₁の上昇率が上記所定の上昇率よりも小さければ、酸素濃度検出セルは故障しており、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は故障していると診断する。

なお、上述した第６〜第１０の実施形態において、排気ガス中の酸素濃度が所定の増大幅よりも大きく増大するときとは、例えば、内燃機関の運転状態が通常の運転状態から上述したフューエルカット運転状態へと移行するとき、或いは、その逆に移行するとき、或いは、通常の運転状態から上述したリッチスパイク運転状態へと移行するとき、或いは、その逆に移行するときである。もちろん、第６〜第１０の実施形態において、ＮＯ_Xセンサ１の故障を診断するために、内燃機関の運転状態を強制的に変更することによって、排気ガス中の酸素濃度を強制的に所定の増大幅よりも大きく増大するようにしてもよい。また、第６〜第１０の実施形態において、上昇率の代わりに、電流Ｉ₂、電圧Ｖ₀、電流Ｉ₃、電圧Ｖ₁、または電流Ｉ₁が或る値から別の或る値にまで上昇するまでにかかる時間を用いて、ＮＯ_Xセンサ１に故障を診断してもよい。

また、上述した第６〜第１０の実施形態において、排気ガス中の酸素濃度が所定の増大幅よりも大きく増大するという条件を、排気ガス中の酸素濃度が所定の減少幅よりも大きく減少するという条件に代えてもよい。

次に、第１１の実施形態の故障診断装置について図５を参照して説明する。図５（Ａ）はＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度の推移を示す。図５（Ａ）に示した例では、排気ガス中の酸素濃度Ｃｏは、時刻ｔ１において比較的低い濃度（低濃度）Ｃｏｌから上昇し始め、時刻ｔ２において比較的高い濃度（高濃度）Ｃｏｈに達し、その後、下降し、時刻ｔ３において低濃度Ｃｏｌに達し、その後、低濃度Ｃｏｌと高濃度Ｃｏｈとの間で上昇と下降とを繰り返す。

ところで、第６の実施形態に関連して説明したように、第１室４内に流入する排気ガス中の酸素濃度Ｃｏが図５（Ａ）に示されているように変化するときに、第１室４内の酸素濃度が一定の濃度となるように第１の酸素ポンプセルに電圧が印加されていると、第１の酸素ポンプセルの電極板７，８間に流れる電流Ｉ₂は第１室４に流入する排気ガス中の酸素濃度の変化に追従して変化する。

したがって、第１の酸素ポンプセルが正常である場合に、第１室４内の酸素濃度が一定の濃度となるように第１の酸素ポンプセルに電圧を印加している間に、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図５（Ａ）に示されているように推移すると、第１の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ₂は、図５（Ｂ）に示されているように推移する。

すなわち、電流Ｉ₂は、時刻ｔ２までは比較的低い電流値（低電流値）Ｉ₂で推移しているが、時刻ｔ３において低電流値Ｉ₂ｌから上昇し始める。電流Ｉ₂が上昇し始める時刻ｔ２が酸素濃度Ｃｏが上昇し始める時刻ｔ１よりも遅れる理由は、第６の実施形態に関連して説明した理由と同じである。そして、電流Ｉ₂は、その後、上昇し続けるが、時刻ｔ４において比較的高い電流値（高電流値）Ｉ₂ｈに達した後、下降し、時刻ｔ５において低電流値Ｉ₂ｌに達する。そして、その後、電流Ｉ₂は、低電流値Ｉ₂ｌと高電流値Ｉ₂ｈとの間で上昇と下降とを繰り返す。

一方、第１の酸素ポンプセルが故障している場合には、電流Ｉ₂は、図５（Ｃ）に示されているように推移する。すなわち、電流Ｉ₂は、時刻ｔ２までは低電流値Ｉ₂ｌで推移しているが、時刻ｔ３において低電流値Ｉ₂ｌから上昇し始める。そして、電流Ｉ₂は、その後、上昇し続けるが、時刻ｔ４において高電流値Ｉ₂ｈより低いが低電流値Ｉ₂ｌよりも高い電流値（以下、中電流値と称す）Ｉ₂ｍに達した後、下降し、時刻ｔ５において低電流値Ｉ₂ｌに達する。そして、その後、電流Ｉ₂は、低電流値Ｉ₂ｌと中電流値Ｉ₂ｍとの間で上昇と下降とを繰り返す。

さて、ここで、図５（Ｂ）と図５（Ｃ）とを比較すると、上述したように第１の酸素ポンプセルに電圧を印加している間に、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図５（Ａ）に示されているように推移したときに、電流Ｉ₂を時間の関数でプロットしてこれらプロット点を結んで形成される曲線（以下、電流Ｉ₂の軌跡線と称す）の単位時間当たりの長さ（以下、電流Ｉ₂の軌跡長と称す）は、第１の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第１の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが短いことが判る。

このように、電流Ｉ₂の軌跡長が第１の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第１の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが短くなるのは、第１の酸素ポンプセルが故障すると、酸素濃度の変化に応答する第１の酸素ポンプセルの応答速度が遅くなったり、第１の酸素ポンプセルの出力自体が小さくなったりするからである。

このように、電流Ｉ₂の軌跡長が第１の酸素ポンプセルが正常である場合と第１の酸素ポンプセルが故障している場合とで異なることを利用して、第１１の実施形態の故障診断装置では、排気ガス中の酸素濃度が所定の変化幅で上昇と下降とを繰り返しているという故障診断条件が成立したときに、第１室４内の酸素濃度が一定の濃度（例えば、１p.p.m.）となるように第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに電流Ｉ₂の軌跡長を算出し、この電流Ｉ₂の軌跡長が所定の長さよりも長ければ、第１の酸素ポンプセルは正常であり、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ₂の軌跡長が上記所定の長さよりも短ければ、第１の酸素ポンプセルは故障しており、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は故障していると診断する。

次に、第１１の実施形態の変更実施形態について図６を参照して説明する。図６（Ａ）〜（Ｃ）は図５（Ａ）〜（Ｃ）と同様の図である。すなわち、図６（Ａ）はＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度の推移を示す。また、図６（Ｂ）は、第１の酸素ポンプセルが正常である場合に、第１１の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルに電圧を印加している間に、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図６（Ａ）に示されているように推移したときに、第１の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ₂の推移を示す。一方、図６（Ｃ）は、第１の酸素ポンプセルが故障している場合における図６（Ｂ）と同様の図である。

さて、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）とを比較すると、第１の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ₂に対して基準となる一定の電流値（以下、基準電流値と称す）Ｉｒを定めておき、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図６（Ａ）に示されているように推移し、且つ、第１１の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルに電圧を印加している間に、基準電流値Ｉｒを時間の関数でプロットしてこれらプロット点を結んで形成される直線（以下、基準線と称す）と電流Ｉ₂の軌跡線とによって囲まれる領域の面積（以下、電流Ｉ₂の軌跡面積と称す）は、第１の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第１の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが狭いことが判る。

このように、電流Ｉ₂の軌跡面積が第１の酸素ポンプセルが正常である場合と第１の酸素ポンプセルが故障している場合とで異なることを利用して、第１１の実施形態の変更実施形態では、第１１の実施形態と同様の故障診断条件が成立したときに、第１１の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルに電圧を印加する。そして、このときに電流Ｉ₂の軌跡面積を算出し、この電流Ｉ₂の軌跡面積が所定の面積よりも広ければ、第１の酸素ポンプセルは正常であり、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ₂の軌跡面積が上記所定の面積よりも狭ければ、第１の酸素ポンプセルは故障しており、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は故障していると診断する。

次に、第１２の実施形態の故障診断装置について説明する。ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図５（Ａ）に示されているように推移している間に、第１の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加したときに、第１の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ₀を時間の関数でプロットしてこれらプロット点を結んで形成される曲線（以下、電圧Ｖ₀の軌跡線と称す）の単位時間当たりの長さ（以下、電圧Ｖ₀の軌跡長と称す）は、第１の酸素濃度監視セルが正常である場合よりも、第１の酸素濃度監視セルが故障している場合のほうが短い。

このように、電圧Ｖ₀の軌跡長が、第１の酸素濃度監視セルが正常である場合よりも、第１の酸素濃度監視セルが故障している場合のほうが短くなる理由は、第２の実施形態に関する説明と第１１の実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。

このように、電圧Ｖ₀の軌跡長が、第１の酸素濃度監視セルが正常である場合と第１の酸素濃度監視セルが故障している場合とで異なることを利用して、第１２の実施形態の故障診断装置では、第１１の実施形態と同様に排気ガス中の酸素濃度が所定の変化幅で上昇と下降とを繰り返しているという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、第１の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ₀を検出し、電圧Ｖ₀の軌跡長を算出し、この電圧Ｖ₀の軌跡長が所定の長さよりも長ければ、第１の酸素濃度監視セルは正常であり、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は正常であると診断し、一方、電圧Ｖ₀の軌跡長が上記所定の長さよりも短ければ、第１の酸素濃度監視セルは故障しており、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は故障していると診断する。

次に、第１２の実施形態の変更実施形態について説明する。第１１の実施形態の変更実施形態に関する説明を参照すると判るように、第１の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ₀に対して基準となる一定の電圧値（以下、基準電圧値と称す）を定めておき、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図６（Ａ）に示されているように推移し、且つ、第１２の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加している間に、上記基準電圧値を時間の関数でプロットしてこれらプロット点を結んで形成される直線（以下、基準線と称す）と電圧Ｖ₀の軌跡線とによって囲まれる領域の面積（以下、電圧Ｖ₀の軌跡面積と称す）は、第１の酸素濃度監視セルが正常である場合よりも、第１の酸素濃度監視セルが故障している場合のほうが狭い。

このように、電圧Ｖ₀の軌跡面積が第１の酸素濃度監視セルが正常である場合よりも、第１の酸素濃度監視セルが故障している場合のほうが狭い理由は、第７の実施形態に関する説明と第１１の実施形態の変更実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。

このように、電圧Ｖ₀の軌跡面積が第１の酸素濃度監視セルが正常である場合と第１の酸素濃度監視セルが故障している場合とで異なることを利用して、第１２の実施形態の変更実施形態では、第１２の実施形態と同様の故障診断条件が成立したときに、第１２の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加する。そして、このときに電圧Ｖ₀の軌跡面積を算出し、この電圧Ｖ₀の軌跡面積が所定の面積よりも広ければ、第１の酸素濃度監視セルは正常であり、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は正常であると診断し、一方、電圧Ｖ₀の軌跡面積が上記所定の面積よりも狭ければ、第１の酸素濃度監視セルは故障しており、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は故障していると診断する。

次に、第１３の実施形態の故障診断装置について説明する。ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図５（Ａ）に示されているように推移している間に、第１の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加すると共に、第２室５内の酸素濃度が一定の濃度となるように第２の酸素ポンプセルに電圧を印加したときに、第２の酸素ポンプセル内を流れる電流Ｉ₃を時間の関数でプロットしてこれらプロット点を結んで形成される曲線（以下、電流Ｉ₃の軌跡線と称す）の単位時間当たりの長さ（以下、電流Ｉ₃の軌跡長と称す）は、第２の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第２の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが短い。

このように、電流Ｉ₃の軌跡長が第２の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第２の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが短くなる理由は、第８の実施形態に関する説明と第１１の実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。

このように、電流Ｉ₃の軌跡長が第２の酸素ポンプセルが正常である場合と第２の酸素ポンプセルが故障している場合とで異なることを利用して、第１３の実施形態の故障診断装置では、第１１の実施形態と同様に排気ガス中の酸素濃度が所定の変化幅で上昇と下降とを繰り返しているという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加すると共に、第２室５内の酸素濃度が一定の濃度（例えば、０．０１p.p.m.）となるように第２の酸素ポンプセルに電圧を印加する。そして、このときに、第２の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ₃を検出し、この電流Ｉ₃の軌跡長を算出し、この電流Ｉ₃の軌跡長が所定の長さよりも長ければ、第２の酸素ポンプセルは正常であり、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ₃の軌跡長が上記所定の長さよりも短ければ、第２の酸素ポンプセルは故障しており、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は故障していると診断する。

次に、第１３の実施形態の変更実施形態について説明する。第１１の実施形態の変更実施形態に関する説明を参照すると判るように、第２の酸素ポンプセル内を流れる電流Ｉ₃に対して基準となる一定の電流値（以下、基準電流値と称す）を定めておき、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図６（Ａ）に示されているように推移し、且つ、第１３の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルおよび第２の酸素ポンプセルに電圧を印加している間に、上記基準電流値を時間の関数でプロットしてこれらプロット点を結んで形成される直線（以下、基準線と称す）と上記電流Ｉ₃の軌跡線とによって囲まれる領域の面積（以下、電流Ｉ₃の軌跡面積と称す）は、第２の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第２の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが狭い。

このように、電流Ｉ₃の軌跡面積が第２の酸素ポンプセルが正常である場合よりも、第２の酸素ポンプセルが故障している場合のほうが狭い理由は、第８の実施形態に関する説明と第１１の実施形態の変更実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。

このように、電流Ｉ₃の軌跡面積が第２の酸素ポンプセルが正常である場合と第２の酸素ポンプセルが故障している場合とで異なることを利用して、第１３の実施形態の変更実施形態では、第１３の実施形態と同様の故障診断条件が成立したときに、第１３の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルおよび第２の酸素ポンプセルに電圧を印加する。そして、このときに電流Ｉ₃の軌跡面積を算出し、この電流Ｉ₃の軌跡面積が所定の面積よりも広ければ、第２の酸素ポンプセルは正常であり、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ₃の軌跡面積が上記所定の面積よりも狭ければ、第２の酸素ポンプセルは故障しており、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は故障していると診断する。

次に、第１４の実施形態の故障診断装置について説明する。ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図５（Ａ）に示されているように推移している間に、第１の酸素ポンプセルおよび第２の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加したときに、第２の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ₁を時間の関数でプロットしてこれらプロット点を結んで形成される曲線（以下、電圧Ｖ₁の軌跡線と称す）の単位時間当たりの長さ（以下、電圧Ｖ₁の軌跡長と称す）は、第２の酸素濃度監視セルが正常である場合よりも、第２の酸素濃度監視セルが故障している場合のほうが短い。

このように、電圧Ｖ₁の軌跡長が第２の酸素濃度監視セルが正常である場合よりも、第２の酸素濃度監視セルが故障している場合のほうが短くなる理由は、第９の実施形態に関する説明と第１１の実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。

このように、電圧Ｖ₁の軌跡長が第２の酸素濃度監視セルが正常である場合と第２の酸素濃度監視セルが故障している場合とで異なることを利用して、第１４の実施形態の故障診断装置では、第１１の実施形態と同様にＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が所定の変化幅で上昇と下降とを繰り返しているという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルおよび第２の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、第２の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ₁を検出し、この電圧Ｖ₁の軌跡長を算出し、この電圧Ｖ₁の軌跡長が所定の長さよりも長ければ、第２の酸素濃度監視セルは正常であり、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は正常であると診断し、一方、電圧Ｖ₁の軌跡長が上記所定の長さよりも短ければ、第２の酸素濃度監視セルは故障しており、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は故障していると診断する。

次に、第１４の実施形態の変更実施形態について説明する。第１１の実施形態の変更実施形態に関する説明を参照すると判るように、第２の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ₁に対して基準となる一定の電圧値（以下、基準電圧値と称す）を定めておき、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図６（Ａ）に示されているように推移し、且つ、第１４の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルおよび第２の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加している間に、上記基準電圧値を時間の関数でプロットしてこれらプロット点を結んで形成される直線（以下、基準線と称す）と上記電圧Ｖ₁の軌跡線とによって囲まれる領域の面積（以下、電圧Ｖ₁の軌跡面積と称す）は、第２の酸素濃度監視セルが正常である場合よりも、第２の酸素濃度監視セルが故障している場合のほうが狭い。

このように、電圧Ｖ₁の軌跡面積が第２の酸素濃度監視セルが正常である場合よりも、第２の酸素濃度監視セルが故障している場合のほうが狭い理由は、第９の実施形態に関する説明と第１１の実施形態の変更実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。

このように、電圧Ｖ₁の軌跡面積が第２の酸素濃度監視セルが正常である場合と第２の酸素濃度監視セルが故障している場合とで異なることを利用して、第１４の実施形態の変更実施形態では、第１４の実施形態と同様の故障診断条件が成立したときに、第１４の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルおよび第２の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに電圧Ｖ₁の軌跡面積を算出し、この電圧Ｖ₁の軌跡面積が所定の面積よりも広ければ、第２の酸素濃度監視セルが正常であり、したがって、ＮＯ_Xセンサ１が正常であると診断し、一方、電圧Ｖ₁の軌跡面積が上記所定の面積よりも狭ければ、第２の酸素濃度監視セルは故障しており、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は故障していると診断する。

次に、第１５の実施形態の故障診断装置について説明する。ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図５（Ａ）に示されているように推移しており、且つ、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中のＮＯ_X濃度が一定である間に、第１の酸素ポンプセルおよび第２の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加したときに、酸素濃度検出セル内を流れる電流Ｉ₁を時間の関数でプロットしてこれらプロットを結んで形成される曲線（以下、電流Ｉ₁の軌跡線と称す）の単位時間当たりの長さ（以下、電流Ｉ₁の軌跡長と称す）は、酸素濃度検出セルが正常である場合よりも、酸素濃度検出セルが故障している場合のほうが短い。

このように、電流Ｉ₁の軌跡長が酸素濃度検出セルが正常である場合よりも、酸素濃度検出セルが故障している場合のほうが短くなる理由は、第１０の実施形態に関する説明と第１１の実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。

このように、電流Ｉ₁の軌跡長が酸素濃度検出セルが正常である場合と酸素濃度検出セルが故障している場合とで異なることを利用して、第１５の実施形態の故障診断装置では、第１１の実施形態と同様にＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が所定の変化幅で上昇と下降とを繰り返しており且つＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中のＮＯ_X濃度が一定であるという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルおよび第２の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに、酸素濃度検出セル内を流れる電流Ｉ₁を検出し、この電流Ｉ₁の軌跡長を算出し、この電流Ｉ₁の軌跡長が所定の長さよりも長ければ、酸素濃度検出セルは正常であり、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は正常であると診断し、一方、電流Ｉ₁の軌跡長が上記所定の長さよりも短ければ、酸素濃度検出セルは故障しており、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は故障していると診断する。

次に、第１５の実施形態の変更実施形態について説明する。第１１の実施形態の変更実施形態に関する説明を参照すると判るように、酸素濃度検出セル内を流れる電流Ｉ₁に対して基準となる一定の電流値（以下、基準電流値と称す）を定めておき、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が図６（Ａ）に示されているように推移し、且つ、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中のＮＯ_X濃度が一定であり、且つ、第１５の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルおよび第２の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加している間に、上記基準電流値を時間の関数でプロットしてこれらプロット点を結んで形成される直線（以下、基準線と称す）と上記電流Ｉ₁の軌跡線とによって囲まれる領域の面積（以下、電流Ｉ₁の軌跡面積と称す）は、酸素濃度検出セルが正常である場合よりも、酸素濃度検出セルが故障している場合のほうが狭い。

このように、電流Ｉ₁の軌跡面積が酸素濃度検出セルが正常である場合よりも、酸素濃度検出セルが故障している場合のほうが狭い理由は、第１０の実施形態に関する説明と第１１の実施形態の変更実施形態に関する説明とを参照すれば明らかとなろう。

このように、電流Ｉ₁の軌跡面積が酸素濃度検出セルが正常である場合と酸素濃度検出セルが故障している場合とで異なることを利用して、第１５の実施形態の変更実施形態では、第１５の実施形態と同様の故障診断条件が成立したときに、第１５の実施形態と同様に第１の酸素ポンプセルおよび第２の酸素ポンプセルに或る特定の一定電圧を印加する。そして、このときに電流Ｉ₁の軌跡面積を算出し、この電流Ｉ₁の軌跡面積が所定の面積よりも広ければ、酸素濃度検出セルが正常であると診断し、一方、電流Ｉ₁の軌跡面積が上記所定の面積よりも狭ければ、酸素濃度検出セルは故障しており、したがって、ＮＯ_Xセンサ１は故障していると診断する。なお、第１１〜第１５の実施形態またはその変更実施形態において、排気ガス中の酸素濃度を所定の変化幅で強制的に上昇させたり下降させ、このときに故障診断条件が成立したとしてもよい。

また、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が一定であるときに、第１の酸素ポンプセルに所定の幅で増減する電圧を印加すれば、図５（Ｂ）や図６（Ｂ）に示されているように、第１の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ₂や第１の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ₀も増減する。そこで、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が一定であるという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに所定の幅で増減する電圧を印加し、第１１あるいは第１２の実施形態またはその変更実施形態と同様に、このときの電流Ｉ₂または電圧Ｖ₀の上昇率、または、電流Ｉ₂または電圧Ｖ₀の軌跡長、または、電流Ｉ₂または電圧Ｖ₀の軌跡面積に基づいて、ＮＯ_Xセンサ１の故障を診断することもできる。

また、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が一定であるときに、第１の酸素ポンプセルに所定の幅で増減する電圧を印加し、第２の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加すれば、第２の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ₃や第２の酸素濃度監視セルに発生する電圧Ｖ₁も増減する。そこで、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度が一定であるという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに所定の幅で増減する電圧を印加すると共に、第２の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加し、第１３あるいは第１４の実施形態またはその変更実施形態と同様に、このときの電流Ｉ₃または電圧Ｖ₁の上昇率、または、電流Ｉ₃または電圧Ｖ₁の軌跡長、または、電流Ｉ₃または電圧Ｖ₁の軌跡面積に基づいて、ＮＯ_Xセンサ１の故障を診断することもできる。

さらに、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度およびＮＯ_X濃度が一定であるときに、第１の酸素ポンプセルに所定の幅で増減する電圧を印加し、第２の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加すれば、酸素濃度検出セルに流れる電流Ｉ₁も増減する。そこで、ＮＯ_Xセンサ１に到来する排気ガス中の酸素濃度およびＮＯ_X濃度が一定であるという故障診断条件が成立したときに、第１の酸素ポンプセルに所定の幅で増減する電圧を印加すると共に、第２の酸素ポンプセルに一定の電圧を印加し、第１５の実施形態またはその変更実施形態と同様に、このときの電流Ｉ₁の上昇率、または、電流Ｉ₁の軌跡長、または、電流Ｉ₁の軌跡面積に基づいて、ＮＯ_Xセンサ１の故障を診断することもできる。また、第１１〜第１５の実施形態またはその変更実施形態において、軌跡長または軌跡面積の代わりに、軌跡長と軌跡面積との比を用いて、ＮＯ_Xセンサ１の故障を診断してもよい。

ＮＯ_Xセンサのセンサ部を示した図である。 ＮＯ_Xセンサを備えた内燃機関を示す図である。 第１の酸素ポンプセルに印加される印加電圧Ｅと第１の酸素ポンプセルに流れる電流Ｉ₂との関係を示す図である。 排気ガス中の酸素濃度Ｃｏの変化と、ＮＯ_Xセンサが正常であるときの電流Ｉ₂変化と、ＮＯ_Xセンサが故障しているときの電流Ｉ₂の変化とを示す図である。 図４と同様な図である。 図４と同様な図である。

符号の説明

１ ＮＯ_Xセンサ
２ 第１の拡散律速部材
３ 第２の拡散律速部材
７ 陰極側第１ポンプ電極
８ 陽極側第１ポンプ電極
１０ 基準電極
１２ 陰極側第２ポンプ電極
１５ 陰極側ポンプ電極

Claims (3)

1. 電圧が印加されると印加された電圧に応じた量の酸素を排気ガスから排出する酸素ポンプセルと、該酸素ポンプセルによって酸素が排出された後の排気ガス中のＮＯ_Xを分解して新たに酸素を生成する酸素生成セルと、該酸素生成セルによって新たに酸素が生成された後の排気ガス中の酸素濃度を検出することができる酸素濃度検出セルとを具備し、上記酸素ポンプセルによってＮＯ_Xセンサ内に到来した排気ガスから酸素を排出して該排気ガス中の酸素濃度を所定の濃度にまで低下させ、その後、上記酸素生成セルによって排気ガス中のＮＯ_Xを分解して新たに酸素を生成し、その後、上記酸素濃度検出セルによって排気ガス中の酸素濃度を検出することによって排気ガス中のＮＯ_X濃度を検出するＮＯ_Xセンサの故障を診断するための故障診断装置において、上記酸素濃度検出セルが排気ガス中の酸素濃度に応じた出力値を出力するようになっており、ＮＯ_Xセンサに到来する排気ガス中の酸素濃度およびＮＯ_X濃度が既知であるときに酸素ポンプセルに特定の電圧を印加し、このときに酸素濃度検出セルから出力される出力値が該酸素濃度検出セルが正常であるときにとりうると予想される値からずれているときにＮＯ_Xセンサが故障していると診断することを特徴とする故障診断装置。
2. 電圧が印加されると印加された電圧に応じた量の酸素を排気ガスから排出する酸素ポンプセルと、該酸素ポンプセルによって酸素が排出された後の排気ガス中のＮＯ_Xを分解して新たに酸素を生成する酸素生成セルと、該酸素生成セルによって新たに酸素が生成された後の排気ガス中の酸素濃度を検出することができる酸素濃度検出セルとを具備し、上記酸素ポンプセルによってＮＯ_Xセンサ内に到来した排気ガスから酸素を排出して該排気ガス中の酸素濃度を所定の濃度にまで低下させ、その後、上記酸素生成セルによって排気ガス中のＮＯ_Xを分解して新たに酸素を生成し、その後、上記酸素濃度検出セルによって排気ガス中の酸素濃度を検出することによって排気ガス中のＮＯ_X濃度を検出するＮＯ_Xセンサの故障を診断するための故障診断装置において、上記酸素濃度検出セルが排気ガス中の酸素濃度に応じた出力値を出力するようになっており、ＮＯ_Xセンサに到来する排気ガス中の酸素濃度は変化するが該排気ガス中のＮＯ_X濃度は一定であるときに酸素ポンプセルに一定の電圧を印加しておき、このときに酸素濃度検出セルから出力される出力値に関するパラメータ値が該酸素濃度検出セルが正常であるときにとりうると予想される値からずれているときにＮＯ_Xセンサが故障していると診断することを特徴とする故障診断装置。
3. 電圧が印加されると印加された電圧に応じた量の酸素を排気ガスから排出する酸素ポンプセルと、該酸素ポンプセルによって酸素が排出された後の排気ガス中のＮＯ_Xを分解して新たに酸素を生成する酸素生成セルと、該酸素生成セルによって新たに酸素が生成された後の排気ガス中の酸素濃度を検出することができる酸素濃度検出セルとを具備し、上記酸素ポンプセルによってＮＯ_Xセンサ内に到来した排気ガスから酸素を排出して該排気ガス中の酸素濃度を所定の濃度にまで低下させ、その後、上記酸素生成セルによって排気ガス中のＮＯ_Xを分解して新たに酸素を生成し、その後、上記酸素濃度検出セルによって排気ガス中の酸素濃度を検出することによって排気ガス中のＮＯ_X濃度を検出するＮＯ_Xセンサの故障を診断するための故障診断装置において、上記酸素濃度検出セルが排気ガス中の酸素濃度に応じた出力値を出力するようになっており、ＮＯ_Xセンサに到来する排気ガス中の酸素濃度およびＮＯ_X濃度が一定であるときに酸素ポンプセルに電圧を変化させつつ印加し、このときに酸素濃度検出セルから出力される出力値に関するパラメータ値が該酸素濃度検出セルが正常であるときにとりうると予想される値からずれているときにＮＯ_Xセンサが故障していると診断することを特徴とする故障診断装置。

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