JP2007024581A - 酸素センサの素子割れ検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 濃淡電池式酸素センサの素子割れ異常を早期に精度良く検出する。
【解決手段】 酸素センサの素子割れ検出装置は、エンジンの運転中に燃料カットが開始された後の異常検出期間において（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、酸素センサの排気側電極の電位に対する大気側電極の電位の差を出力電圧として検出し、その出力電圧が判定値Ｖｔｈ１以下ならば、負電圧であると判定して（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、異常カウンタをカウントアップする（Ｓ１６０）。そして、異常カウンタの値が判定値Ｎｔｈ１以上になると（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、素子割れが発生していると判断するが、本装置では、異常検出期間をエンジン回転数、吸入空気量、及び燃料カット直前の混合気状態に応じて可変設定し、判定値Ｖｔｈ１を酸素センサ温度と燃料カット直前の混合気状態に応じて可変設定し、更に判定値Ｎｔｈ１も酸素センサからの負電圧の大きさに応じて可変設定する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、エンジンの排気系に設けられた濃淡電池式酸素センサの素子割れ異常を検出する技術に関するものである。

従来より、自動車においては、エンジンの排気系に設けられた空燃比センサの出力信号に基づいて、空燃比が目標値となるようにエンジンへの燃料噴射量を決定する、といった空燃比フィードバック制御を行うエンジン制御装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。

また、空燃比センサの一つとして、濃淡電池式の酸素センサが知られている。
濃淡電池式酸素センサは、図１１に例示するように、コップ状に成型されたジルコニア等からなる固体電解質１０１の外面と内面とに白金等からなる電極１０３，１０５がそれぞれ設けられた構成を有しており、そのコップ状の外側が排気ガスにさらされ、そのコップ状の内側に大気が導入される。よって、固体電解質１０１の外面に設けられた電極１０３が、排気ガスに面する排気側電極となり、固体電解質１０１の内面に設けられた電極１０５が、大気に面する大気側電極となる。

そして、このような濃淡電池式酸素センサでは、排気側電極１０３の酸素濃度と大気側電極１０５の酸素濃度との濃度差により起電力が発生し両電極間の電位差が、この酸素センサの出力電圧として検出され、その出力電圧は、ストイキ（理想空燃比）近傍で急変し、ストイキよりもリッチの領域では例えば１Ｖ、リーンの領域では約０Ｖとなる（例えば、特許文献１参照）。この場合、排気側電極１０３から大気側電極１０５に電子が流れ起電力が発生することになるため、排気側電極１０３を基準とした電位差として出力電圧を得ることができる。

尚、固体電解質１０１は、一定の活性化温度（例えば３００℃）以上で酸素イオン導電体として働く活性状態となり、内面（大気側の面）と外面（排気側の面）の酸素濃度差に応じた濃淡電池として起電力を発生するため、ヒータにより活性化温度に加熱される。

ここで、この種の濃淡電池式酸素センサにおいて、排気側電極１０３の方の空間を排気側と言い、大気側電極１０５の側の方の空間を大気側と言うことにすると、図１１に示すように、素子割れ（詳しくは、固体電解質１０１及び電極１０３，１０５からなる素子部分の割れ）が発生した場合には、その割れた部分から排気ガスが大気側へと流入するため、その大気側の酸素濃度が正常時よりも低下することとなる。

このため、エンジンに対する燃料カットが実施されて、大気と同程度の排気ガスが酸素センサに到達し、酸素センサの排気側の酸素濃度が大気と同程度になると、排気側の方が大気側よりも酸素濃度が高いという逆転現象が発生し、その結果、酸素センサの出力電圧が負電圧になる（つまり、排気側電極１０３の電位が大気側電極１０５よりも高くなり、排気側電極１０３を基準とした場合に負電圧がセンサ出力として出力される）。

そこで、従来より、酸素センサの素子割れ異常を検出する技術として、エンジンの運転中に燃料カットが開始されると、予め定められたタイミングで酸素センサの出力電圧を検出して、その出力電圧が負電圧になったか否を判定し、その判定結果に基づいて素子割れ異常が発生しているか否かを判定する、といったものがある。
特開２０００−２４１３８１号公報

しかしながら、上記従来技術では、エンジンに対する燃料カットが開始された後の固定のタイミングで酸素センサの出力電圧を検出すると共に、その検出した出力電圧を固定の判定値と大小比較することで負電圧か否かを判定していたため、素子割れ異常を早期に精度良く検出することができなかった。

つまり、素子割れ異常が発生した場合の負電圧の発生状態（例えば、燃料カットが開始されてから酸素センサの出力電圧が負電圧になるまでの遅れ時間や、その負電圧のレベル等）は、常に同じではなく、エンジンの運転状態によって変わると考えられるからである。

そこで、本発明は、酸素センサの素子割れ異常を早期に精度良く検出できるようにすることを目的としている。

本発明の素子割れ検出装置は、エンジンの排気系に設けられた濃淡電池式酸素センサ（以下単に、酸素センサともいう）の排気側電極と大気側電極との間に生ずる電位差を、その酸素センサの出力電圧として検出し、その検出値に基づいてエンジンへの燃料噴射量を決定するエンジン制御装置において、酸素センサの素子割れを検出するために用いられるものである。

そして、請求項１の素子割れ検出装置では、負電圧検出手段が、エンジンの運転中に該エンジンに対する燃料カットが開始された後の異常検出期間において、酸素センサの出力電圧が負電圧になったか否かを判定し、異常判定手段が、その負電圧検出手段の判定結果に基づいて、酸素センサに素子割れ異常が発生しているか否かを判定する。

そして更に、請求項１の素子割れ検出装置では、異常検出条件可変手段が、前記異常検出期間を、エンジンの運転状態に応じて可変設定する。
このような請求項１の素子割れ検出装置によれば、素子割れ異常が発生している場合に酸素センサの出力電圧が負電圧になる期間（以下、負電圧発生期間という）が、エンジンの運転状態によって変わっても、異常検出期間を、その実際の負電圧発生期間に精度良く合わせることができる。よって、負電圧検出手段を必要以上に作動させることなく、酸素センサの素子割れ異常を早期に精度良く検出することができるようになる。

ところで、請求項１の素子割れ検出装置において、異常検出条件可変手段は、請求項２に記載のように、異常検出期間をエンジンの回転数に応じて可変設定するように構成することができる。

具体的には、請求項３に記載のように、異常検出期間が、燃料カットが開始されてから第１時間が経過した時点から、燃料カットが終了してから第２時間が経過した時点までの期間であるならば、異常検出条件可変手段は、その第１時間と第２時間との一方又は両方を、エンジンの回転数に応じて可変設定するように構成することができる。

更に、第１時間と第２時間との一方又は両方は、エンジン回転数が大きいほど、小さい値に設定するように構成すると良い。エンジン回転数が大きいほど、エンジンから単位時間あたりに排出される排気ガスの量が多くなるため、燃料カットの開始時から大気と同程度の排気ガスが酸素センサの排気側に到達するまでの時間が短くなると共に、燃料カットの終了時から通常の燃焼後の排気ガスが酸素センサの排気側に到達するまでの時間も短くなり、延いては、酸素センサの素子割れ異常が発生している場合において、燃料カットの開始時から前述の酸素濃度逆転現象により酸素センサの出力に負電圧が発生するまでの時間と、燃料カットの終了時から前述の酸素濃度逆転現象が完全になくなって酸素センサの出力に負電圧が発生し得なくなるまでの時間とが、短くなると考えられるからである。

そして特に、このような請求項２，３の素子割れ検出装置によれば、負電圧発生期間がエンジン回転数によって変わっても、異常検出期間を、その実際の負電圧発生期間に精度良く合わせることができ、このため、負電圧検出手段を必要以上に作動させることなく、酸素センサの素子割れ異常を早期に精度良く検出することができるようになる。

尚、第１時間と第２時間は、それぞれ０以上の時間であり、換言すれば０であっても良い。そして、このことは、他の請求項に係る発明についても同様である。
また、請求項１の素子割れ検出装置において、異常検出条件可変手段は、請求項４に記載のように、異常検出期間を、燃料カットが開始される直前の混合気の状態に応じて可変設定するように構成することができる。

具体的には、請求項５に記載のように、異常検出期間が、燃料カットが開始されてから第１時間が経過した時点から、燃料カットが終了してから第２時間が経過した時点までの期間であるならば、異常検出条件可変手段は、その第１時間を、燃料カットが開始される直前の混合気の状態に応じて可変設定するように構成することができる。

更に、第１時間は、燃料カット直前の混合気の状態がリッチの場合よりもリーンの場合の方が（換言すれば、燃料カット直前の空燃比が大きい場合ほど）、小さい値に設定するように構成すると良い。燃料カット直前の混合気の状態がリッチであった場合よりもリーンであった場合の方が、燃料カットの開始時から酸素センサの排気側の酸素濃度が大気と同程度になるまでの時間が短くなり、酸素センサの素子割れ異常が発生している場合においては、燃料カットの開始時から酸素センサの出力に負電圧が発生するまでの時間が短くなると考えられるからである。

このような請求項４，５の素子割れ検出装置によれば、負電圧発生期間が、燃料カット前の混合気の状態によって変わっても、異常検出期間を、その実際の負電圧発生期間に精度良く合わせることができ、このため、負電圧検出手段を必要以上に作動させることなく、酸素センサの素子割れ異常を早期に精度良く検出することができるようになる。

また、請求項１の素子割れ検出装置において、異常検出条件可変手段は、請求項６に記載のように、異常検出期間を、エンジンのスロットル開度に応じて可変設定するように構成することができる。

具体的には、請求項７に記載のように、異常検出期間が、燃料カットが開始されてから第１時間が経過した時点から、燃料カットが終了してから第２時間が経過した時点までの期間であるならば、異常検出条件可変手段は、その第１時間と第２時間との一方又は両方を、エンジンのスロットル開度に応じて可変設定するように構成することができる。

更に、第１時間と第２時間との一方又は両方は、スロットル開度が大きいほど、小さい値に設定するように構成すると良い。エンジン回転数について述べたのと同様に、スロットル開度が大きいほど、エンジンから単位時間あたりに排出される排気ガスの量が多くなり、酸素センサの素子割れ異常が発生している場合において、燃料カットの開始時から酸素センサの出力に負電圧が発生するまでの時間と、燃料カットの終了時から酸素センサの出力に負電圧が発生し得なくなるまでの時間とが、短くなると考えられるからである。

このような請求項６，７の素子割れ検出装置によれば、負電圧発生期間が、エンジンのスロットル開度によって変わっても、異常検出期間を、その実際の負電圧発生期間に精度良く合わせることができ、このため、負電圧検出手段を必要以上に作動させることなく、酸素センサの素子割れ異常を早期に精度良く検出することができるようになる。

また、請求項１の素子割れ検出装置において、異常検出条件可変手段は、請求項８に記載のように、異常検出期間を、エンジンの吸入空気量に応じて可変設定するように構成することができる。

具体的には、請求項９に記載のように、異常検出期間が、燃料カットが開始されてから第１時間が経過した時点から、燃料カットが終了してから第２時間が経過した時点までの期間であるならば、異常検出条件可変手段は、その第１時間と第２時間との一方又は両方を、エンジンの吸入空気量に応じて可変設定するように構成することができる。

更に、第１時間と第２時間との一方又は両方は、吸入空気量が大きいほど、小さい値に設定するように構成すると良い。エンジン回転数について述べたのと同様に、吸入空気量が大きいほど、エンジンから単位時間あたりに排出される排気ガスの量が多くなり、酸素センサの素子割れ異常が発生している場合において、燃料カットの開始時から酸素センサの出力に負電圧が発生するまでの時間と、燃料カットの終了時から酸素センサの出力に負電圧が発生し得なくなるまでの時間とが、短くなると考えられるからである。

このような請求項８，９の素子割れ検出装置によれば、負電圧発生期間が、エンジンの吸入空気量によって変わっても、異常検出期間を、その実際の負電圧発生期間に精度良く合わせることができ、このため、負電圧検出手段を必要以上に作動させることなく、酸素センサの素子割れ異常を早期に精度良く検出することができるようになる。

次に、請求項１０の素子割れ検出装置では、負電圧検出手段が、エンジンの運転中に該エンジンに対する燃料カットが開始された後に、酸素センサの出力電圧が負電圧になったか否かを判定し、異常判定手段が、その負電圧検出手段の判定結果に基づいて、酸素センサに素子割れ異常が発生しているか否かを判定する。

そして更に、請求項１０の素子割れ検出装置では、異常検出条件可変手段が、負電圧検出手段にて酸素センサの出力電圧が負電圧になったと判定する負電圧判定値（即ち、酸素センサの出力電圧がその判定値以下となったら負電圧であると判定される値）を、エンジンの運転状態に応じて可変設定する。

このような請求項１０の素子割れ検出装置によれば、素子割れ異常が発生した酸素センサから出力される負電圧の値が、エンジンの運転状態によって変わっても、負電圧判定値を適切な値（即ち、負電圧か否かを正しく判定可能な値）に設定することができる。よって、負電圧検出手段の判定精度を高めることができ、延いては、酸素センサの素子割れ異常を早期に精度良く検出することができるようになる。

ところで、請求項１０の素子割れ検出装置において、異常検出条件可変手段は、請求項１１に記載のように、負電圧判定値を酸素センサの温度に応じて可変設定するように構成することができる。

具体的には、酸素センサでの酸素濃度差に応じた発生電圧の絶対値は、その酸素センサの温度が小さい（低い）ほど、小さくなるため、異常検出条件可変手段は、酸素センサの温度が小さいほど、負電圧判定値を大きい値（即ち、負電圧であると判定し易い値）に設定するように構成すると良い。

そして、このような請求項１１の素子割れ検出装置によれば、素子割れ異常が発生した酸素センサから出力される負電圧の値が、その酸素センサの温度によって変わっても、負電圧判定値を適切な値（即ち、負電圧か否かを正しく判定可能な値）に設定することができる。よって、負電圧検出手段の判定精度を高めることができ、延いては、酸素センサの素子割れ異常を早期に精度良く検出することができるようになる。

また、請求項１０の素子割れ検出装置において、異常検出条件可変手段は、請求項１２に記載のように、負電圧判定値を、燃料カットが開始される直前の混合気の状態に応じて可変設定するように構成することができる。

具体的には、素子割れ異常が発生している場合に酸素センサから出力される負電圧の絶対値は、燃料カット直前の混合気の状態がリッチであった場合よりもリーンであった場合の方が、小さくなると考えられる。燃料カット前の空燃比が大きければ、素子割れにより酸素センサの大気側に漏れた排気ガスの酸素濃度が比較的大きいため、燃料カット後に大気と同等の排気ガスが酸素センサの排気側に到達しても、酸素センサの排気側と大気側とに大きな酸素濃度差が発生しないからである。このため、異常検出条件可変手段は、燃料カット直前の混合気の状態がリッチであった場合よりもリーンであった場合の方が（換言すれば、燃料カット直前の空燃比が大きい場合ほど）、負電圧判定値を大きい値（即ち、負電圧であると判定し易い値）に設定するように構成すると良い。

そして、このような請求項１２の素子割れ検出装置によれば、素子割れ異常が発生した酸素センサから出力される負電圧の値が、燃料カット直前の混合気の状態によって変わっても、負電圧判定値を適切な値（即ち、負電圧か否かを正しく判定可能な値）に設定することができる。よって、負電圧検出手段の判定精度を高めることができ、延いては、酸素センサの素子割れ異常を早期に精度良く検出することができるようになる。

次に、請求項１３の素子割れ検出装置も、請求項１の素子割れ検出装置と同様の、負電圧検出手段と異常判定手段を備えているが、特に、異常判定手段は、負電圧検出手段により酸素センサの出力電圧が負電圧になったと判定された累積時間を計測すると共に、その累積時間が累積時間判定値に達したか否かを判定して、累積時間が累積時間判定値に達したと判定したならば、酸素センサに素子割れ異常が発生していると判定するように構成されている。

そして更に、この請求項１３の素子割れ検出装置では、異常検出条件可変手段が、異常判定手段における累積時間判定値を、酸素センサから出力された負電圧の大きさに応じて可変設定する。

具体的に説明すると、まず、酸素センサの素子割れ部が大きい場合には、燃料カットが実施される前に酸素センサの大気側へ排気ガスが多く漏れるので、燃料カットが開始された後に酸素センサから出力される負電圧の絶対値は大きくなるが、燃料カットに伴う大気と同等の排気ガスも、酸素センサの大気側へ漏れ易くなるため、負電圧が発生する継続時間は短くなると考えられる。また、酸素センサの素子割れ部が小さい場合には、逆の理由により、酸素センサから出力される負電圧の絶対値は小さいものの、その負電圧が発生する継続時間は長くなると考えられる。このため、異常検出条件可変手段は、酸素センサから出力された負電圧の絶対値が大きいほど、累積時間判定値を小さい値に設定するように構成すると良い。

そして、このような請求項１３の素子割れ検出装置によれば、素子割れ異常が発生している場合に酸素センサから出力される負電圧の継続時間が、素子割れの度合いによって変わっても、累積時間判定値を適切な値に設定することができ、延いては、素子割れ異常を早期に精度良く検出することができるようになる。

次に、請求項１４の素子割れ検出装置も、請求項１３の素子割れ検出装置と同様の、負電圧検出手段と異常判定手段を備えている。
そして更に、請求項１４の素子割れ検出装置には、燃料カット条件緩和手段が備えられており、その燃料カット条件緩和手段は、異常判定手段により計測された累積時間が累積時間判定値よりも小さい規定値以上になった場合に、燃料カットの実施条件を緩和して、燃料カットが実施され易くする。

つまり、この素子割れ検出装置では、燃料カットが実施されて、負電圧検出手段により酸素センサの出力電圧が負電圧になったと判定され、更に、その判定された累積時間が規定値以上になると、燃料カットの実施条件を緩和して、その後、燃料カットが実施され易くなるようにしている。

このような請求項１４の素子割れ検出装置によれば、酸素センサに素子割れ異常が発生している可能性がある場合に、燃料カットが実施され易くなり、その結果、酸素センサの出力電圧が負電圧になったか否かを負電圧検出手段が判定する機会（つまり、素子割れ異常が発生しているか否かを確認する機会）が増えることとなるため、酸素センサの素子割れ異常を早期に精度良く検出することができるようになる。

次に、請求項１５の素子割れ検出装置も、請求項１３の素子割れ検出装置と同様の、負電圧検出手段と異常判定手段を備えている。
そして更に、請求項１５の素子割れ検出装置には、燃料噴射量補正手段が備えられており、その燃料噴射量補正手段は、異常判定手段により計測された累積時間が累積時間判定値よりも小さい規定値以上になった場合に、エンジン制御装置がエンジンへ供給する燃料の噴射量を増量させる。

つまり、請求項１５の素子割れ検出装置では、請求項１４の素子割れ検出装置と比較すると、燃料カットの実施条件を緩和する代わりに、エンジンへの燃料噴射量を増量補正するようにしている。

このような請求項１５の素子割れ検出装置によれば、負電圧検出手段により酸素センサの出力電圧が負電圧になったと判定された累積時間が規定値以上になって、酸素センサに素子割れ異常が発生している可能性があると考えられる場合に、エンジンへの燃料噴射量が増量補正されることとなる。このため、本当に素子割れ異常が発生していれば、次回の燃料カット時には、酸素センサから負電圧が出力され易くなる。つまり、酸素センサから出力される負電圧の絶対値が大きくなると共に、その負電圧の出力継続時間も長くなる。よって、酸素センサの素子割れ異常を早期に精度良く検出することができるようになる。

次に、請求項１６の素子割れ検出装置も、請求項１３の素子割れ検出装置と同様の、負電圧検出手段と異常判定手段を備えている。
そして更に、請求項１６の素子割れ検出装置には、燃料カット復帰条件強化手段が備えられており、その燃料カット復帰条件強化手段は、燃料カットの実施中に負電圧検出手段により酸素センサの出力電圧が負電圧になったと判定されると、燃料カットの状態からエンジンに燃料を噴射する状態へと復帰する復帰条件を強化して、今回の燃料カットが継続し易くする。

このような請求項１６の素子割れ検出装置によれば、燃料カットの実施中に負電圧検出手段により酸素センサの出力電圧が負電圧になったと判定されて、素子割れ異常が発生している可能性があると考えられる場合には、燃料カットからの復帰条件が強化されて、その回の燃料カットが継続し易くなる。よって、酸素センサの出力電圧が負電圧になったか否かを負電圧検出手段が判定する時間（つまり、素子割れ異常が発生しているか否かを確認する時間）が増えることとなり、その結果、素子割れ異常を早期に精度良く検出することができるようになる。

次に、請求項１７の素子割れ検出装置は、請求項１０の素子割れ検出装置と同様の、負電圧検出手段と異常判定手段を備えている。
そして更に、請求項１７の素子割れ検出装置では、強制燃料噴射手段が、車両のイグニッションスイッチがオフされてからエンジンが停止するまでの間に、エンジンへ燃料を噴射し、第２の負電圧検出手段が、その強制燃料噴射手段による燃料噴射が終了した後に、酸素センサの出力電圧が負電圧になったか否かを判定する。そして、異常判定手段は、負電圧検出手段の判定結果と第２の負電圧検出手段の判定結果とに基づいて、酸素センサに素子割れ異常が発生しているか否かを判定するようになっている。

つまり、この素子割れ検出装置では、イグニッションスイッチがオフされてからエンジンが停止するまでの停止猶予期間においても、エンジンの運転中における燃料カット時と同様の状態を発生させて、酸素センサの出力電圧が負電圧になるか否かを監視するようにしている。

このような請求項１７の素子割れ検出装置によれば、エンジンの運転中において燃料カットが実施された場合だけでなく、イグニッションスイッチがオフされた際にも、酸素センサに素子割れ異常が発生しているか否かを確認することができるようになり、延いては、酸素センサの素子割れ異常を早期に精度良く検出することができるようになる。

次に、請求項１８の素子割れ検出装置では、請求項１〜１７の素子割れ検出装置において、活性判定手段が、酸素センサが活性状態になったか否かを判定し、基準電圧切換手段が、その活性判定手段により酸素センサが活性状態になったと判定されるまでは、酸素センサの排気側電極の電位をグランドレベルにし、活性判定手段により酸素センサが活性状態になったと判定されたならば、排気側電極の電位をグランドレベルよりも高い電位に上昇させる。

このような請求項１８の素子割れ検出装置によれば、酸素センサが活性状態になったか否かを判定するための活性判定ロジックとして、従来からのロジックをそのまま流用できるようになる。

つまり、従来より、この種の酸素センサが活性状態になったか否かは、エンジン制御装置に電源が投入されて酸素センサのヒータへの通電が開始されてから、その酸素センサの出力電圧が正の所定値になったか否かによって判定される。つまり、酸素センサの出力電圧が所定値に達したならば、活性状態になったと判定される。

更に、従来より、酸素センサの出力電圧の基準である排気側電極の電位は、装置のグランドレベルに設定されていた。尚、酸素センサの出力電圧としては、排気側電極の電位に対する大気側電極の電位の差を出力電圧として検出する。

一方、本発明の素子割れ検出装置では、酸素センサの出力電圧が負電圧になったことを検知するようにしているため、酸素センサの出力電圧の基準である排気側電極の電位は、グランドレベルよりも高い電位に上昇させておく必要がある。そのようにしないと、負電圧の出力時に大気側電極の電圧Ｖｐがグランドレベルよりも低い電位となってしまい、一般的に装置のグランドレベルを基準として動作する電子回路（特にＡ／Ｄ変換器）では、その大気側電極の電圧Ｖｐを検出することができなくなってしまうからである。

しかし、排気側電極の電圧Ｖｍをグランドレベルよりも高い電位に上昇させると、酸素センサが非活性状態から活性状態になる過程において、その酸素センサの出力電圧（＝Ｖｐ−Ｖｍ）が、「Ｖｍ＝グランドレベル」の場合とは異なる変化をする可能性があり、そうなると、従来からの活性判定ロジックでは、活性判定を適切に行うことができなくなってしまう。具体的な事象としては、酸素センサの出力電圧（＝Ｖｐ−Ｖｍ）が上記所定値になるまでの時間が長くなり、活性状態になったと判定されるまでの時間が長くなってしまう可能性がある。

そこで、請求項１８の素子割れ検出装置では、酸素センサが活性状態になったと判定されるまでは、酸素センサの排気側電極の電位をグランドレベルにすることで、従来からの活性判定ロジックをそのまま使用できるようにしているのである。

以下に、本発明の素子割れ検出装置が適用された実施形態のエンジン制御装置について説明する。
まず図１は、本実施形態のエンジン制御装置（以下、ＥＣＵという）１が制御するエンジン３及びその周辺機器を表す概略構成図である。

図１に示すように、エンジン３の吸気経路５には、スロットル弁７と、そのスロットル弁７の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ８とが設けられており、更に、スロットル弁７の上流には、エンジン３への吸入空気量を検出するセンサであるエアフロメータ９が設けられている。

また、エンジン３の排気経路１１には、排気ガス浄化用の触媒コンバータ１３が設けられている。そして、その排気経路１１において、触媒コンバータ１３の上流側と下流側には、空燃比センサとしての酸素センサ１５，１７がそれぞれ設けられている。

更に、エンジン３には、エンジン回転数を検出するための回転センサ１９や、冷却水温を検出する水温センサ２１等も取り付けられている。
ＥＣＵ１には、上記各センサ８，９，１５，１７，１９，２１を始めとする各種センサからの信号や、イグニッションスイッチ（図示省略）を始めとする各種スイッチからの信号が入力される。そして、ＥＣＵ１は、それらの信号に基づいてエンジン３の運転状態を検出し、その検出結果に応じて燃料噴射用のインジェクタ２３や点火装置２５等の各種アクチュエータを駆動することにより、エンジン３を最適な状態で動作させる。

ここで、触媒コンバータ１３よりも上流側の酸素センサ１５は、空燃比に応じた限界電流を発生する限界電流式酸素センサであり、触媒コンバータ１３よりも下流側の酸素センサ１７は、図１１を用いて説明した濃淡電池式酸素センサである。

そして、ＥＣＵ１は、上流側の酸素センサ１５に基づく空燃比の検出結果を基本として空燃比フィードバック制御を行い、下流側の酸素センサ１７に基づく空燃比の検出結果（リッチ又はリーン）を用いて燃料噴射量（延いては空燃比）を補正するようにしている。つまり、下流側の酸素センサ１７は、いわゆるサブセンサである。

そして更に、ＥＣＵ１は、その下流側の酸素センサ１７について、素子割れ異常を検出するようになっている。
そこで次に、ＥＣＵ１の構成のうち、酸素センサ１７に関連する部分を中心に説明する。

図２に示すように、ＥＣＵ１は、エンジン３の制御と共に酸素センサ１７の素子割れ検出を行うための処理を実行するマイコン（マイクロコンピュータ）３１と、酸素センサ１７に関わる検出対象のアナログ信号をマイコン３１に入力させるＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）３３と、酸素センサ１７の白金製の排気側電極１０３と白金製の大気側電極１０５との間に接続された電圧安定化用の抵抗３５とを備えている。尚、マイコン３１には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等が内蔵されている。また、抵抗３５の抵抗値は、酸素センサ１７の機能に影響がないように、例えば数ＭΩ（メガオーム）といった非常に大きい値に設定されている。

そして、Ａ／Ｄ変換器３３には、Ａ／Ｄ変換対象として、酸素センサ１７の大気側電極１０５の電圧Ｖｐと排気側電極１０３の電圧Ｖｍとが入力されている。
また、ＥＣＵ１には、酸素センサ１７の排気側電極１０３の電位を、本ＥＣＵ１のグランドレベル（即ち、グランドラインの電位であり０Ｖ）よりも高い電位に上昇させるために、その排気側電極１０３と一定電圧ＶＣ（本実施形態では５Ｖ）との間に接続されたプルアップ用の抵抗３７と、アノードが排気側電極１０３に接続され、カソードがグランドラインに接続されたダイオード３９とが設けられている。更に、ＥＣＵ１には、ダイオード３９のアノードとカソードをマイコン３１からの指令に応じて短絡させるスイッチ４１も設けられている。

このため、排気側電極１０３の電位は、スイッチ４１がオフされていれば、グランドレベルからダイオード３９の順方向電圧（約０．７Ｖ）だけ上昇し、スイッチ４１がオンされていれば、グランドレベルと同じ０Ｖとなる。

一方、本発明と直接関係はないが、ＥＣＵ１には、酸素センサ１７の素子インピーダンス（詳しくは、固体電解質１０１のインピーダンス）を測定するための回路として、大気側電極１０５に一端が接続されたシャント抵抗４３と、エミッタが一定電圧ＶＣに接続されたＰＮＰ形のトランジスタ４５と、一端がトランジスタ４５のコレクタに接続され、他端がシャント抵抗４３の大気側電極１０５とは反対側（以下、上流側という）に接続された抵抗４７と、エミッタがグランドラインに接続されたＮＰＮ形のトランジスタ４９と、一端がトランジスタ４９のコレクタに接続され、他端がシャント抵抗４３の上流側に接続された抵抗５１と、シャント抵抗４３の上流側とグランドラインとの間に接続されて、抵抗４７，５１と共に積分回路を成すコンデンサ５３とが備えられている。そして、シャント抵抗４３の両端の電圧Ｖｉ，Ｖｏも、Ａ／Ｄ変換器３３を介して、マイコン３１に読み込まれるようになっている。また、トランジスタ４５，４９は、マイコン３１によってオン／オフされる。

尚、こうした回路による素子インピーダンスの測定手順は、例えば特開平１１−２０１９３５号公報等に詳細に記載されているため、ここでは概略を述べる。即ち、マイコン３１は、トランジスタ４５をオンして、酸素センサ１７への印加電圧を急変させると共に、印加電圧を変化させる前のセンサ電流（酸素センサ１７に流れる電流）と、印加電圧を変化させてから所定時間が経過した時のセンサ電流との差を、シャント抵抗４３の両端の電圧Ｖｉ，Ｖｏから検出し、その差に基づいて素子インピーダンスを算出する。また、トランジスタ４９は、素子インピーダンスの測定が終わった後、コンデンサ５３に蓄積された電荷を放電させるためにオンされる。

また、酸素センサ１７には、その酸素センサ１７を活性状態にするためのヒータ１８が付設されており、ＥＣＵ１には、そのヒータ１８のバッテリ電圧ＶＢ（通常１２Ｖ）側とは反対側の端部にドレインが接続されたソース接地のＭＯＳＦＥＴ５５が備えられている。そして、マイコン３１は、上記の手順で測定した酸素センサ１７の素子インピーダンスが、その酸素センサ１７が活性状態であると見なされる値となるように、ＭＯＳＦＥＴ５５をデューティ制御してヒータ１８への通電電流を調節する、周知のヒータ制御を行う。

また更に、ＥＣＵ１には、前述した各種センサからの信号のうち、酸素センサ１７に関わる信号以外のアナログ信号をマイコン３１に入力させるＡ／Ｄ変換器５７と、前述した各種センサからの信号のうちの非アナログ信号及び前述した各種スイッチからの信号をマイコン３１に入力させる入力回路５９と、マイコン３１からの指令に従って各種アクチュエータへ駆動信号を出力する出力回路６１とが備えられている。

以上のように構成されたＥＣＵ１においては、マイコン３１が、酸素センサ１７の大気側電極の電圧Ｖｐと排気側電極の電圧ＶｍとをＡ／Ｄ変換器３３により検出し、更に、その両電圧Ｖｐ，Ｖｍの差（＝Ｖｐ−Ｖｍ）を酸素センサ１７の出力電圧として検出する。実際には両電極間における酸素濃度差に応じた排気側電極１０３の電位に対する大気側電極１０５の電位が酸素センサ１７の出力電圧として検出される。そして、マイコン３１は、このように検出した酸素センサ１７の出力電圧から、混合気の状態がリッチかリーンかを判別し、その判別結果に応じて燃料噴射量を補正する。正常時であれば大気側電極１０５から排気側電極１０３に酸素イオンの移動が生じ、排気側電極１０３を基準とした正の値が出力電圧として検出される。このとき、理論空燃比を境にリッチであれば酸素イオンの移動量が高く、出力電圧としては高い値が出力され、リーンであれば酸素イオンの移動量が低く、出力電圧としてはゼロに近い値が出力される。

そして更に、マイコン３１は、エンジン３の運転中に特定の燃料カット条件が成立すると、エンジン３への燃料噴射を強制的に停止する燃料カットを実施するが、その燃料カットが開始された後の異常検出期間（図４参照）において、酸素センサ１７の出力電圧が負電圧になったか否かを判定し、その判定結果から酸素センサ１７に素子割れ異常が発生しているか否かを判定する。

尚、本実施形態において、燃料カット条件は２種類あり、その１つは、「運転者によるアクセルペダルの操作量が０で、且つ、エンジン回転数が所定の燃料カット回転数ＮＣ１以上である」という省燃費用の燃料カット条件である。そして、この条件が成立して省燃費用の燃料カットが実施された場合、その燃料カットを止めてエンジン３に燃料を噴射する状態へと復帰する条件（燃料カット復帰条件）は、「運転者によるアクセルペダルの操作量が０ではなくなるか、或いは、エンジン回転数が燃料カット回転数ＮＣ１よりも小さい燃料カット復帰回転数ＮＲ１以下になった」という条件である。

また、もう１つの燃料カット条件は、「エンジン回転数がレブリミット付近の燃料カット回転数ＮＣ２以上である」というエンジン保護用（レブリミット用）の燃料カット条件である。そして、この条件が成立してエンジン保護用の燃料カットが実施された場合、燃料カット復帰条件は、「エンジン回転数が燃料カット回転数ＮＣ２よりも小さい燃料カット復帰回転数ＮＲ２以下になった」という条件である。

そこで次に、マイコン３１が、酸素センサ１７の素子割れ異常を検出するために実行する処理の内容について説明する。
まず図３は、マイコン３１が一定時間毎に実行する異常検出処理を表すフローチャートである。

マイコン３１が異常検出処理の実行を開始すると、まずＳ１１０にて、酸素センサ１７が活性状態になっているか否かを判定し、活性状態になっていないと判定したならば、当該異常検出処理をそのまま終了するが、活性状態になっていると判定したならば、Ｓ１２０に進んで、それまでオンさせていたスイッチ４１をオフ状態に維持させる。

つまり、スイッチ４１は、Ｓ１１０で酸素センサ１７が活性状態になっていると判定されるまではオンされており、Ｓ１１０で酸素センサ１７が活性状態になっていると判定されるとオフされる。そして、スイッチ４１がオフされると、ダイオード３９が有効となり、酸素センサ１７の排気側電極１０３の電位がダイオード３９の順方向電圧だけグランドレベルから上昇することとなる。

尚、酸素センサ１７が活性状態になったか否かは、図３とは別の活性判定処理（図示省略）で判定されている。そして、その活性判定処理の手順としては、イグニッションスイッチのオンに伴い本ＥＣＵ１に電源が投入されると、ヒータ１８への通電を開始すると共に、酸素センサ１７の出力電圧を検出して、その出力電圧が正の所定値になったか否かを判定し、出力電圧が所定値に達したならば、活性状態になったと判定する。そして、上記Ｓ１１０では、このような活性判定処理での判定結果を参照して、酸素センサ１７が活性状態になっているか否かを判定している。また、本実施形態では、上記活性判定処理によって酸素センサ１７が活性状態になったと判定されるまでは、酸素センサ１７の排気側電極１０３の電位をグランドレベルにし（Ｓ１１０：ＮＯ）、酸素センサ１７が活性状態になったと判定されたならば、排気側電極１０３の電位をグランドレベルよりもダイオード３９の順方向電圧だけ高い電位に上昇させるようにしているが（Ｓ１１０：ＹＥＳ→Ｓ１２０）、その理由は、請求項１８の素子割れ検出装置について説明した通りである。

そして、上記Ｓ１２０でスイッチ４１をオフさせた後、次のＳ１３０にて、後述する時間Ｔ１，Ｔ２と判定値Ｖｔｈ１，Ｎｔｈ１を可変設定する異常検出条件可変処理を実行する。尚、この異常検出条件可変処理の内容については、後で詳しく述べる。

次に、Ｓ１４０にて、現在が異常検出期間内であるか否かを判定し、異常検出期間内でなければ、当該異常検出処理をそのまま終了するが、異常検出期間内であれば、Ｓ１５０に進む。尚、異常検出期間は、図４に示すように、燃料カットを開始してから第１時間Ｔ１が経過した時点から、その燃料カットが終了してから第２時間Ｔ２が経過した時点までの期間である。

Ｓ１５０では、酸素センサ１７の出力電圧（Ｖｐ−Ｖｍ）を検出すると共に、その出力電圧が負電圧判定値Ｖｔｈ１以下であるか否かを判定する。そして、出力電圧が負電圧判定値Ｖｔｈ１以下でなければ、当該異常検出処理をそのまま終了するが、出力電圧が負電圧判定値Ｖｔｈ１以下であれば、その出力電圧は負電圧であると判定して、Ｓ１６０に進む。

Ｓ１６０では、酸素センサ１７の出力電圧が負電圧になったと判定した累積時間を表す異常カウンタをカウントアップし、続くＳ１７０にて、その異常カウンタの値が累積時間判定値Ｎｔｈ１以上であるか否かを判定する。そして、異常カウンタの値が累積時間判定値Ｎｔｈ１以上でなければ、当該異常検出処理をそのまま終了するが、異常カウンタの値が累積時間判定値Ｎｔｈ１以上であれば、酸素センサ１７に素子割れ異常が発生していると判断してＳ１８０に進む。

そして、Ｓ１８０では、素子割れ異常が発生していることを示す異常情報をデータ書き換え可能な不揮発性メモリや電源バックアップされたバックアップＲＡＭに書き込むと共に、異常の発生を示す警告表示を行うといった、フェイルセーフ処理を行い、その後、当該異常検出処理を終了する。

つまり、この異常検出処理では、図４に示すように、燃料カットが開始された後の異常検出期間において、一定時間毎に酸素センサ１７の出力電圧を検出すると共に、その検出した出力電圧が負電圧判定値Ｖｔｈ１以下であるか否かを判定し、出力電圧が負電圧判定値Ｖｔｈ１以下であって負電圧であると判定する毎に、異常カウンタをカウントアップさせることで、負電圧と判定した累積時間を計測するようになっている。そして、その異常カウンタの値が累積時間判定値Ｎｔｈ１に達したならば、酸素センサ１７に素子割れ異常が発生していると判定している。尚、本実施形態において、異常カウンタは、クリアされず、異常検出期間から抜けてもカウント値が累積されていくようになっているが、異常検出期間から抜ける毎にクリアされるようにしても良い。

次に、図３のＳ１３０で実行される異常検出条件可変処理の内容について説明する。
異常検出条件可変処理では、下記［１］〜［４］のような処理を行う。
［１］異常検出期間を決める前述の第１時間Ｔ１を、燃料カットが開始される直前のエンジン回転数と、吸入空気量と、混合気の状態とのそれぞれ応じて、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように可変設定する。

具体的には、まず、第１時間Ｔ１の基本値に乗ずる補正係数として、エンジン回転数に応じた補正係数Ｈａ１と、吸入空気量に応じた補正係数Ｈｂ１と、混合気の状態に応じた補正係数Ｈｃとがある。

そして、補正係数Ｈａ１は、図５（ａ）に示すように、エンジン回転数が大きいほど小さい値となるように、マイコン３１に備えられたＲＯＭ（図示省略）内にてデータマップ化されている。

同様に、補正係数Ｈｂ１も、図５（ｂ）に示すように、吸入空気量が大きいほど小さい値となるように、マイコン３１に備えられたＲＯＭ内にてデータマップ化されている。
また、補正係数Ｈｃは、図５（ｃ）に示すように、混合気の状態がリッチの場合よりもリーンの場合の方が小さい値となるように、マイコン３１に備えられたＲＯＭ内にてデータマップ化されている。

そこで、マイコン３１は、燃料カットの開始直前に検出していたエンジン回転数と、吸入空気量と、混合気の状態とを、ＲＡＭ（図示省略）から読み出す共に、それらに対応する補正係数Ｈａ１，Ｈｂ１，Ｈｃを、図５（ａ）〜（ｃ）のような特性の上記各データマップから補間演算などによって算出し、その算出した補正係数Ｈａ１，Ｈｂ１，Ｈｃを、第１時間Ｔ１の基本値に乗ずることにより、次のＳ１４０での判定に用いる第１時間Ｔ１を設定する。

このため、第１時間Ｔ１は、エンジン回転数が大きいほど小さく、また、吸入空気量が大きいほど小さく、また、混合気の状態がリッチであった場合よりもリーンであった場合の方が、小さい値に設定されることとなる。

尚、このように設定されるようにしている理由は、請求項２，３，４，５，８，９の素子割れ検出装置について説明した通りである。また、図５（ｂ）における横軸の（）内に示すように、吸入空気量の代わりに、スロットル開度に応じて補正係数Ｈｂ１を決定するように構成しても良い。一方、補正係数Ｈａ１，Ｈｂ１を決定するためのエンジン回転数と吸入空気量又はスロットル開度としては、燃料カット開始時の検出値を用いても良い。

［２］異常検出期間を決める前述の第２時間Ｔ２を、燃料カットが終了される直前のエンジン回転数と、吸入空気量とのそれぞれ応じて、図５（ａ），（ｂ）に示すように可変設定する。

具体的には、まず、第２時間Ｔ２の基本値に乗ずる補正係数として、エンジン回転数に応じた補正係数Ｈａ２と、吸入空気量に応じた補正係数Ｈｂ２とがある。
そして、補正係数Ｈａ２は、図５（ａ）に示すように、エンジン回転数が大きいほど小さい値となるように、マイコン３１に備えられたＲＯＭ内にてデータマップ化されている。

同様に、補正係数Ｈｂ２も、図５（ｂ）に示すように、吸入空気量が大きいほど小さい値となるように、マイコン３１に備えられたＲＯＭ内にてデータマップ化されている。
そこで、マイコン３１は、燃料カットの終了直前に検出していたエンジン回転数と、吸入空気量とを、ＲＡＭから読み出す共に、それらに対応する補正係数Ｈａ２，Ｈｂ２を、図５（ａ），（ｂ）のような特性の上記各データマップから補間演算などによって算出し、その算出した補正係数Ｈａ２，Ｈｂ２を、第２時間Ｔ２の基本値に乗ずることにより、次のＳ１４０での判定に用いる第２時間Ｔ２を設定する。

このため、第２時間Ｔ２は、エンジン回転数が大きいほど小さく、また、吸入空気量が大きいほど小さい値に設定されることとなる。
尚、このように設定されるようにしている理由は、請求項２，３，８，９の素子割れ検出装置について説明した通りである。また、図５（ｂ）における横軸の（）内に示すように、吸入空気量の代わりに、スロットル開度に応じて補正係数Ｈｂ２を決定するように構成しても良い。一方、補正係数Ｈａ２，Ｈｂ２を決定するためのエンジン回転数と吸入空気量又はスロットル開度としては、燃料カット終了時の検出値を用いても良い。

［３］Ｓ１５０の判定で用いる負電圧判定値Ｖｔｈ１を、燃料カットが開始される直前の酸素センサ１７の温度（以下、センサ温度という）と、混合気の状態とのそれぞれ応じて、図６（ａ），（ｂ）に示すように可変設定する。

具体的には、まず、負電圧判定値Ｖｔｈ１の基本値に乗ずる補正係数として、センサ温度に応じた補正係数Ｈｄと、混合気の状態に応じた補正係数Ｈｅとがある。
そして、補正係数Ｈｄは、図６（ａ）に示すように、センサ温度が小さい（低い）ほど大きい値となるように、マイコン３１に備えられたＲＯＭ内にてデータマップ化されている。

また、補正係数Ｈｅは、図６（ｂ）に示すように、混合気の状態がリッチの場合よりもリーンの場合の方が大きい値となるように、マイコン３１に備えられたＲＯＭ内にてデータマップ化されている。

そこで、マイコン３１は、燃料カットの開始直前に検出していたセンサ温度と、混合気の状態とを、ＲＡＭから読み出す共に、それらに対応する補正係数Ｈｄ，Ｈｅを、図６（ａ），（ｂ）のような特性の上記各データマップから補間演算などによって算出し、その算出した補正係数Ｈｄ，Ｈｅを、負電圧判定値Ｖｔｈ１の基本値に乗ずることにより、Ｓ１５０での判定に用いる負電圧判定値Ｖｔｈ１を設定する。尚、センサ温度は、酸素センサ１７の素子インピーダンスの測定値から算出される。

このため、負電圧判定値Ｖｔｈ１は、センサ温度が小さい（低い）ほど大きく、また、混合気の状態がリッチであった場合よりもリーンであった場合の方が、大きい値に設定されることとなる。

尚、このように設定されるようにしている理由は、請求項１１，１２の素子割れ検出装置について説明した通りである。また、補正係数Ｈｄを決定するためのセンサ温度としては、燃料カット開始時の検出値を用いても良い。一方、異常検出期間中においても、センサ温度に応じてリアルタイムに負電圧判定値Ｖｔｈ１を可変設定するように構成しても良い。

［４］Ｓ１５０で酸素センサ１７の出力電圧が負電圧判定値Ｖｔｈ１以下であると判定した時の、その酸素センサ１７の出力電圧の大きさ（即ち、酸素センサ１７から出力された負電圧の大きさであり、以下、負電圧出力という）に応じて、Ｓ１７０の判定で用いる累積時間判定値Ｎｔｈ１を、図７に示すように可変設定する。

具体的には、まず、累積時間判定値Ｎｔｈ１の基本値に乗ずる補正係数として、酸素センサ１７の負電圧出力に応じた補正係数Ｈｆがある。
そして、その補正係数Ｈｆは、図７に示すように、負電圧出力の絶対値が大きいほど小さい値となるように、マイコン３１に備えられたＲＯＭ内にてデータマップ化されている。

そこで、マイコン３１は、Ｓ１５０で酸素センサ１７の出力電圧が負電圧判定値Ｖｔｈ１以下であると最初に判定すると、その時の酸素センサ１７の出力電圧を、最初の負電圧出力としてＲＡＭに記憶しておく。そして、次回のＳ１３０にて、上記記憶しておいた最初の負電圧出力をＲＡＭから読み出すと共に、その読み出した負電圧出力に対応する補正係数Ｈｆを、図７のような特性のデータマップから補間演算などによって算出し、その算出した補正係数Ｈｆを、累積時間判定値Ｎｔｈ１の基本値に乗ずることにより、Ｓ１７０での判定に用いる累積時間判定値Ｎｔｈ１を設定する。

このため、累積時間判定値Ｎｔｈ１は、酸素センサ１７からの負電圧出力の絶対値が大きいほど、小さい値に設定されることとなる。尚、このように設定されるようにしている理由は、請求項１３の素子割れ検出装置について説明した通りである。また、累積時間判定値Ｎｔｈ１の初期値（即ち、Ｓ１３０の処理により、酸素センサ１７の負電圧出力に応じた値に設定されるまでの値）は、可変範囲における最大値である。

以上のような本実施形態のＥＣＵ１によれば、酸素センサ１７に素子割れ異常が発生して該酸素センサ１７の出力電圧が負電圧になる期間（負電圧発生期間）が、エンジン回転数と、吸入空気量又はスロットル開度と、燃料カット前の混合気の状態とのそれぞれによって変わっても、図３のＳ１３０で実行される異常検出条件可変処理のうちの上記［１］及び［２］の処理により、異常検出期間を、その実際の負電圧発生期間に精度良く合わせることができる。よって、Ｓ１５０の判定処理を必要以上に実施することなく、酸素センサ１７の素子割れ異常を早期に精度良く検出することができるようになる。

特に、本実施形態では、異常検出期間が燃料カットの終了時に必ず終わる構成ではなく、燃料カット終了時から異常検出期間が終了するまでの第２時間Ｔ２も可変設定されるため、異常検出期間を効果的に拡大して、素子割れ異常の検出精度を高めることができる。燃料カットから復帰しても、ある程度の期間は、酸素センサ１７付近は極リーン状態になっており、負電圧が発生する可能性があるからであり、その期間（第２時間Ｔ２の期間）においても、酸素センサ１７からの負電圧をモニタすることができるからである。

更に、本実施形態のＥＣＵ１によれば、素子割れ異常が発生している場合に酸素センサ１７から出力される負電圧の値（負電圧出力）が、センサ温度と燃料カット前の混合気の状態とのそれぞれによって変わっても、図３のＳ１３０で実行される異常検出条件可変処理のうちの上記［３］の処理により、負電圧判定値Ｖｔｈ１を、酸素センサ１７の出力電圧が負電圧であるか否かを正しく判定可能な適切な値に設定することができる。よって、Ｓ１５０による負電圧か否かの判定精度を高めることができ、延いては、酸素センサ１７の素子割れ異常を早期に精度良く検出することができるようになる。

そして更に、本実施形態のＥＣＵ１によれば、酸素センサ１７から出力される負電圧の大きさと継続時間が、素子割れの度合いによって変わっても、図３のＳ１３０で実行される異常検出条件可変処理のうちの上記［４］の処理により、累積時間判定値Ｎｔｈ１を負電圧の大きさに応じて適切な値に設定することができる。よって、素子割れの度合いが違っても、その素子割れ異常を早期に精度良く検出することができるようになる。

次に、本実施形態のＥＣＵ１において、酸素センサ１７の素子割れ異常を早期に精度良く検出するためにマイコン３１が実行する他の処理について、図８〜図１０を用いて説明する。

まず図８は、燃料カット制御処理を表すフローチャートである。尚、この燃料カット制御処理は、燃料カットが実施されていない場合に一定時間毎に実行される。
図８に示すように、マイコン３１が燃料カット制御処理の実行を開始すると、まずＳ２１０にて、図３のＳ１６０でカウントアップされる異常カウンタの値が、累積時間判定値Ｎｔｈ１よりも小さい規定値Ｎｔｈ２以上で、且つ、累積時間判定値Ｎｔｈ１よりは小さい（即ち、Ｎｔｈ２≦異常カウンタ＜Ｎｔｈ１）か否かを判定する。

そして、このＳ２１０にて、「Ｎｔｈ２≦異常カウンタ＜Ｎｔｈ１」ではないと判定した場合には、そのままＳ２４０へ移行するが、「Ｎｔｈ２≦異常カウンタ＜Ｎｔｈ１」であると判定した場合には、次のＳ２２０へ進んで、前述した燃料カット条件（燃料カットの実施条件）を緩和して、燃料カットが実施され易くする。具体的には、省燃費用の燃料カット条件における燃料カット回転数ＮＣ１と、エンジン保護用の燃料カット条件における燃料カット回転数ＮＣ２とを、それらの初期設定値よりも小さい値に変更する。

そして更に、次のＳ２３０にて、エンジン３へ供給する燃料の噴射量を増量補正する設定を行う。具体的には、エンジン３の運転状態に応じて算出される燃料噴射量に対して、一定値或いは一定割合の補正量が加算されるようにする。そして、その後、Ｓ２４０へ進む。

Ｓ２４０では、燃料カット条件が成立しているか否かを判定し、燃料カット条件が成立していなければ、そのまま当該燃料カット制御処理を終了する。
また、Ｓ２４０で燃料カット条件が成立していると判定した場合には、Ｓ２５０に進んで、燃料カットを実施し、その後、当該燃料カット制御処理を終了する。尚、上記Ｓ２５０で燃料カットが実施されると、その燃料カット状態は、燃料カット復帰条件が成立するまで継続される。

このような燃料カット制御処理によれば、異常カウンタの値が累積時間判定値Ｎｔｈ１未満であるものの規定値Ｎｔｈ２以上になって、酸素センサ１７に素子割れ異常が発生している可能性があると考えられる場合には（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、燃料カット条件が緩和されて、その後、燃料カットが実施され易くなる（Ｓ２２０）。このため、酸素センサ１７の出力電圧が負電圧になったか否かを判定する機会（つまり、図３におけるＳ１５０の処理が実施される機会）が増えることとなり、異常検出能力を高めることができる。

更に、酸素センサ１７に素子割れ異常が発生している可能性があると考えられる場合には（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、エンジン３への燃料噴射量が増量補正されることとなる（Ｓ２３０）。このため、本当に素子割れ異常が発生していれば、次回の燃料カット時には、酸素センサ１７から負電圧が出力され易くなる。つまり、酸素センサ１７から出力される負電圧の絶対値が大きくなると共に、その負電圧の出力継続時間も長くなる。よって、図３の処理による異常検出能力を更に高めることができる。

尚、Ｓ２２０及びＳ２３０の処理は、車両の運転性（ドライバビリティ）とエミッションに影響を与えることとなるため、上記規定値Ｎｔｈ２は、異常検出能力向上との兼ね合いを考慮して設定すれば良い。つまり、異常検出能力向上の方に重点を置くのであれば、規定値Ｎｔｈ２は、極力小さい値（例えば１）に設定すれば良く、車両の運転性とエミッションに影響を与えないことの方に重点を置くのであれば、規定値Ｎｔｈ２は、累積時間判定値Ｎｔｈ１に極力近い値に設定すれば良い。

次に図９は、燃料カット復帰制御処理を表すフローチャートである。尚、この燃料カット復帰制御処理は、燃料カットが実施されている場合に一定時間毎に実行される。
図９に示すように、マイコン３１が燃料カット復帰制御処理の実行を開始すると、まずＳ３１０にて、今回の燃料カット中に図３のＳ１５０で「酸素センサ１７の出力電圧≦Ｖｔｈ１」と肯定判定された（即ち、酸素センサ１７の出力電圧が負電圧であると判定された）か否かを判定し、Ｓ１５０で肯定判定されていなければ、そのままＳ３３０へ移行する。

また、今回の燃料カット中に図３のＳ１５０で肯定判定された場合には（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、Ｓ３２０へ進み、前述した燃料カット復帰条件を強化して、今回の燃料カットが継続し易くする。具体的には、省燃費用の燃料カット復帰条件における燃料カット復帰回転数ＮＲ１と、エンジン保護用の燃料カット条件における燃料カット復帰回転数ＮＲ２とを、それらの初期設定値よりも小さい値に変更する。そして、その後、Ｓ３３０へ進む。

Ｓ３３０では、現在の燃料カットに該当する燃料カット復帰条件が成立しているか否かを判定し、燃料カット復帰条件が成立していなければ、そのまま当該燃料カット復帰制御処理を終了する。

また、Ｓ３３０で燃料カット復帰条件が成立していると判定した場合には、Ｓ３４０に進んで、燃料カットを停止する（即ち、エンジン３に燃料を噴射する状態へと復帰する）ための燃料カット復帰処理を実施し、その後、当該燃料カット復帰制御処理を終了する。

このような燃料カット復帰制御処理によれば、燃料カットの実施中に図３のＳ１５０により酸素センサ１７の出力電圧が負電圧になったと判定されて、素子割れ異常が発生している可能性があると考えられる場合には（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、燃料カット復帰条件が強化されて、その回の燃料カットが継続し易くなる（Ｓ３２０）。このため、酸素センサ１７の出力電圧が負電圧になったか否かを図３のＳ１５０で判定する時間（つまり、素子割れ異常が発生しているか否かを確認する時間）が増えることとなり、異常検出能力を高めることができる。

次に図１０は、異常検出第２処理を表すフローチャートである。尚、この異常検出第２処理も一定時間毎に実行される。
図１０に示すように、マイコン３１が異常検出第２処理の実行を開始すると、まずＳ４１０にて、イグニッションスイッチがオフされているか否かを判定し、オフされていない（オンされている）場合には、そのまま当該異常検出第２処理を終了する。

また、上記Ｓ４１０にて、イグニッションスイッチがオフされていると判定した場合には、Ｓ４１５に進んで、今回の処理が、イグニッションスイッチがオンからオフに変化した後の１回目であるか否かを判定する。

そして、このＳ４１５で否定判定した場合には、そのままＳ４３０へ移行するが、Ｓ４１５で肯定判定した場合には（即ち、イグニッションスイッチがオンからオフされた直後であれば）、次のＳ４２０にて、エンジン３へ燃料を一定時間だけ噴射する一瞬強制燃料噴射を実施し、その後、Ｓ４３０へ進む。

Ｓ４３０では、図３のＳ１５０と同様に、酸素センサ１７の出力電圧を検出すると共に、その出力電圧が負電圧判定値Ｖｔｈ２以下であるか否かを判定する。そして、出力電圧が負電圧判定値Ｖｔｈ２以下でなければ、当該異常検出第２処理をそのまま終了するが、出力電圧が負電圧判定値Ｖｔｈ２以下であれば、その出力電圧は負電圧であると判定して、Ｓ４４０に進む。

Ｓ４４０では、異常カウンタをカウントアップし、続くＳ４５０にて、その異常カウンタの値が累積時間判定値Ｎｔｈ３以上であるか否かを判定する。そして、異常カウンタの値が累積時間判定値Ｎｔｈ３以上でなければ、当該異常検出第２処理をそのまま終了するが、異常カウンタの値が累積時間判定値Ｎｔｈ３以上であれば、酸素センサ１７に素子割れ異常が発生していると判断してＳ４６０に進む。

そして、Ｓ４６０では、図３のＳ１８０と同様のフェイルセーフ理を行い、その後、当該異常検出第２処理を終了する。
尚、イグニッションスイッチがオフされてからエンジンが停止するまでには多少の時間があるため、Ｓ４３０以降の処理は、その時間内に複数回実行される。また、Ｓ４３０での負電圧判定値Ｖｔｈ２と、Ｓ４５０での累積時間判定値Ｎｔｈ３は、図３の異常検出処理における負電圧判定値Ｖｔｈ１と累積時間判定値Ｎｔｈ１との各々とは別に設定された判定値である。また更に、本実施形態において、Ｓ４４０及びＳ４５０でカウントアップと大小判定が行われる異常カウンタは、図３のＳ１６０でカウントアップされる異常カウンタとは別のカウンタであるが、同じカウンタであっても良い。

つまり、図１０の異常検出第２処理では、イグニッションスイッチがオフされてからエンジン３が停止するまでに、エンジン３へ一度だけ燃料を噴射することで（Ｓ４２０）、その後、エンジンが停止するまでの停止猶予期間においても、エンジン３の運転中における燃料カット時と同様の状態を発生させて、酸素センサ１７の出力電圧が負電圧になるか否かを監視するようにしている（Ｓ４３０）。そして、負電圧になったと判定した累積時間の計測値に相当する異常カウンタの値が累積時間判定値Ｎｔｈ３以上になったならば、酸素センサ１７に素子割れ異常が発生していると判定するようにしている（Ｓ４５０：ＹＥＳ→Ｓ４６０）。

そして、このような異常検出第２処理を実行することにより、エンジン３の運転中に燃料カットが実施された場合だけでなく、イグニッションスイッチがオフされた際にも、酸素センサ１７に素子割れ異常が発生しているか否かを確認することができるようになり、延いては、酸素センサ１７の素子割れ異常を早期に精度良く検出することができるようになる。

尚、上記実施形態では、図３におけるＳ１５０の処理が、負電圧検出手段に相当し、図３におけるＳ１６０及びＳ１７０の処理と、図１０におけるＳ４４０及びＳ４５０の処理とが、異常判定手段に相当し、図３におけるＳ１３０の処理が、異常検出条件可変手段に相当している。

また、図８におけるＳ２１０とＳ２２０の処理が、燃料カット条件緩和手段に相当し、図８におけるＳ２１０とＳ２３０の処理が、燃料噴射量補正手段に相当し、図９におけるＳ３１０とＳ３２０の処理が、燃料カット復帰条件強化手段に相当している。

また、図１０における各ステップのうち、Ｓ４２０の処理が、強制燃料噴射手段に相当し、Ｓ４３０の処理が、第２の負電圧検出手段に相当している。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

例えば、図５（ｃ）と図６（ｂ）に示した補正係数Ｈｃ，Ｈｅの各々は、大小２通りの値だけではなく、混合気の状態に応じて連続的に値が変わるように構成しても良い。

実施形態のＥＣＵ（エンジン制御装置）が制御するエンジン及びその周辺機器を表す概略構成図である。 ＥＣＵの構成を表す構成図である。 異常検出処理を表すフローチャートである。 異常検出処理の作用を表すタイムチャートである。 異常検出期間の可変設定を説明する説明図である。 負電圧判定値の可変設定を説明する説明図である。 累積時間判定値の可変設定を説明する説明図である。 燃料カット制御処理を表すフローチャートである。 燃料カット復帰制御処理を表すフローチャートである。 異常検出第２処理を表すフローチャートである。 従来技術の説明図である。

符号の説明

１…ＥＣＵ（エンジン制御装置）、３…エンジン、５…吸気経路、７…スロットル弁、８…スロットル開度センサ、９…エアフロメータ、１１…排気経路、１３…触媒コンバータ、１５…限界電流式酸素センサ、１７…濃淡電池式酸素センサ、１８…ヒータ、１９…回転センサ、２１…水温センサ、２３…インジェクタ、２５…点火装置、３１…マイコン、３３，５７…Ａ／Ｄ変換器、３７…抵抗、３９…ダイオード、４１…スイッチ、５９…入力回路、６１…出力回路、１０１…固体電解質、１０３…排気側電極、１０５…大気側電極

Claims (18)

1. エンジンの排気系に設けられた濃淡電池式酸素センサの排気側電極と大気側電極との間に生ずる電位差を、前記酸素センサの出力電圧として検出し、その検出値に基づいて前記エンジンへの燃料噴射量を決定するエンジン制御装置に用いられ、
   前記エンジンの運転中に該エンジンに対する燃料カットが開始された後の異常検出期間において、前記酸素センサの出力電圧が負電圧になったか否かを判定する負電圧検出手段と、
   該負電圧検出手段の判定結果に基づいて、前記酸素センサに素子割れ異常が発生しているか否かを判定する異常判定手段と、
   を備えた酸素センサの素子割れ検出装置であって、
   前記異常検出期間を、前記エンジンの運転状態に応じて可変設定する異常検出条件可変手段を備えていること、
   を特徴とする酸素センサの素子割れ検出装置。
2. 請求項１に記載の酸素センサの素子割れ検出装置において、
   前記異常検出条件可変手段は、前記異常検出期間を、前記エンジンの回転数に応じて可変設定すること、
   を特徴とする酸素センサの素子割れ検出装置。
3. 請求項２に記載の酸素センサの素子割れ検出装置において、
   前記異常検出期間は、前記燃料カットが開始されてから第１時間が経過した時点から、前記燃料カットが終了してから第２時間が経過した時点までの期間であり、
   前記異常検出条件可変手段は、前記第１時間と前記第２時間との一方又は両方を前記エンジンの回転数に応じて可変設定すること、
   を特徴とする酸素センサの素子割れ検出装置。
4. 請求項１に記載の酸素センサの素子割れ検出装置において、
   前記異常検出条件可変手段は、前記異常検出期間を、前記燃料カットが開始される直前の混合気の状態に応じて可変設定すること、
   を特徴とする酸素センサの素子割れ検出装置。
5. 請求項４に記載の酸素センサの素子割れ検出装置において、
   前記異常検出期間は、前記燃料カットが開始されてから第１時間が経過した時点から、前記燃料カットが終了してから第２時間が経過した時点までの期間であり、
   前記異常検出条件可変手段は、前記第１時間を前記燃料カットが開始される直前の混合気の状態に応じて可変設定すること、
   を特徴とする酸素センサの素子割れ検出装置。
6. 請求項１に記載の酸素センサの素子割れ検出装置において、
   前記異常検出条件可変手段は、前記異常検出期間を、前記エンジンのスロットル開度に応じて可変設定すること、
   を特徴とする酸素センサの素子割れ検出装置。
7. 請求項６に記載の酸素センサの素子割れ検出装置において、
   前記異常検出期間は、前記燃料カットが開始されてから第１時間が経過した時点から、前記燃料カットが終了してから第２時間が経過した時点までの期間であり、
   前記異常検出条件可変手段は、前記第１時間と前記第２時間との一方又は両方を前記エンジンのスロットル開度に応じて可変設定すること、
   を特徴とする酸素センサの素子割れ検出装置。
8. 請求項１に記載の酸素センサの素子割れ検出装置において、
   前記異常検出条件可変手段は、前記異常検出期間を、前記エンジンの吸入空気量に応じて可変設定すること、
   を特徴とする酸素センサの素子割れ検出装置。
9. 請求項８に記載の酸素センサの素子割れ検出装置において、
   前記異常検出期間は、前記燃料カットが開始されてから第１時間が経過した時点から、前記燃料カットが終了してから第２時間が経過した時点までの期間であり、
   前記異常検出条件可変手段は、前記第１時間と前記第２時間との一方又は両方を前記エンジンの吸入空気量に応じて可変設定すること、
   を特徴とする酸素センサの素子割れ検出装置。
10. エンジンの排気系に設けられた濃淡電池式酸素センサの排気側電極と大気側電極との間に生ずる電位差を、前記酸素センサの出力電圧として検出し、その検出値に基づいて前記エンジンへの燃料噴射量を決定するエンジン制御装置に用いられ、
    前記エンジンの運転中に該エンジンに対する燃料カットが開始された後に、前記酸素センサの出力電圧が負電圧になったか否かを判定する負電圧検出手段と、
    該負電圧検出手段の判定結果に基づいて、前記酸素センサに素子割れ異常が発生しているか否かを判定する異常判定手段と、
    を備えた酸素センサの素子割れ検出装置であって、
    前記負電圧検出手段にて前記酸素センサの出力電圧が負電圧になったと判定する負電圧判定値を、前記エンジンの運転状態に応じて可変設定する異常検出条件可変手段を備えていること、
    を特徴とする酸素センサの素子割れ検出装置。
11. 請求項１０に記載の酸素センサの素子割れ検出装置において、
    前記異常検出条件可変手段は、前記負電圧判定値を、前記酸素センサの温度に応じて可変設定すること、
    を特徴とする酸素センサの素子割れ検出装置。
12. 請求項１０に記載の酸素センサの素子割れ検出装置において、
    前記異常検出条件可変手段は、前記負電圧判定値を、前記燃料カットが開始される直前の混合気の状態に応じて可変設定すること、
    を特徴とする酸素センサの素子割れ検出装置。
13. エンジンの排気系に設けられた濃淡電池式酸素センサの排気側電極と大気側電極との間に生ずる電位差を、前記酸素センサの出力電圧として検出し、その検出値に基づいて前記エンジンへの燃料噴射量を決定するエンジン制御装置に用いられ、
    前記エンジンの運転中に該エンジンに対する燃料カットが開始された後の異常検出期間において、前記酸素センサの出力電圧が負電圧になったか否かを判定する負電圧検出手段と、
    該負電圧検出手段の判定結果に基づいて、前記酸素センサに素子割れ異常が発生しているか否かを判定する異常判定手段と、
    を備えた酸素センサの素子割れ検出装置であって、
    前記異常判定手段は、前記負電圧検出手段により前記酸素センサの出力電圧が負電圧になったと判定された累積時間を計測すると共に、その累積時間が累積時間判定値に達したか否かを判定して、前記累積時間が前記累積時間判定値に達したと判定したならば、前記酸素センサに素子割れ異常が発生していると判定するように構成されており、
    更に、前記累積時間判定値を、前記酸素センサから出力された前記負電圧の大きさに応じて可変設定する異常検出条件可変手段が備えられていること、
    を特徴とする酸素センサの素子割れ検出装置。
14. エンジンの排気系に設けられた濃淡電池式酸素センサの排気側電極と大気側電極との間に生ずる電位差を、前記酸素センサの出力電圧として検出し、その検出値に基づいて前記エンジンへの燃料噴射量を決定するエンジン制御装置に用いられ、
    前記エンジンの運転中に該エンジンに対する燃料カットが開始された後の異常検出期間において、前記酸素センサの出力電圧が負電圧になったか否かを判定する負電圧検出手段と、
    該負電圧検出手段の判定結果に基づいて、前記酸素センサに素子割れ異常が発生しているか否かを判定する異常判定手段と、
    を備えた酸素センサの素子割れ検出装置であって、
    前記異常判定手段は、前記負電圧検出手段により前記酸素センサの出力電圧が負電圧になったと判定された累積時間を計測すると共に、その累積時間が累積時間判定値に達したか否かを判定して、前記累積時間が前記累積時間判定値に達したと判定したならば、前記酸素センサに素子割れ異常が発生していると判定するように構成されており、
    更に、前記累積時間が前記累積時間判定値よりも小さい規定値以上になった場合に、前記燃料カットの実施条件を緩和して、該燃料カットが実施され易くする燃料カット条件緩和手段が備えられていること、
    を特徴とする酸素センサの素子割れ検出装置。
15. エンジンの排気系に設けられた濃淡電池式酸素センサの排気側電極と大気側電極との間に生ずる電位差を、前記酸素センサの出力電圧として検出し、その検出値に基づいて前記エンジンへの燃料噴射量を決定するエンジン制御装置に用いられ、
    前記エンジンの運転中に該エンジンに対する燃料カットが開始された後の異常検出期間において、前記酸素センサの出力電圧が負電圧になったか否かを判定する負電圧検出手段と、
    該負電圧検出手段の判定結果に基づいて、前記酸素センサに素子割れ異常が発生しているか否かを判定する異常判定手段と、
    を備えた酸素センサの素子割れ検出装置であって、
    前記異常判定手段は、前記負電圧検出手段により前記酸素センサの出力電圧が負電圧になったと判定された累積時間を計測すると共に、その累積時間が累積時間判定値に達したか否かを判定して、前記累積時間が前記累積時間判定値に達したと判定したならば、前記酸素センサに素子割れ異常が発生していると判定するように構成されており、
    更に、前記累積時間が前記累積時間判定値よりも小さい規定値以上になった場合に、前記エンジン制御装置が前記エンジンへ供給する燃料の噴射量を増量させる燃料噴射量補正手段が備えられていること、
    を特徴とする酸素センサの素子割れ検出装置。
16. エンジンの排気系に設けられた濃淡電池式酸素センサの排気側電極と大気側電極との間に生ずる電位差を、前記酸素センサの出力電圧として検出し、その検出値に基づいて前記エンジンへの燃料噴射量を決定するエンジン制御装置に用いられ、
    前記エンジンの運転中に該エンジンに対する燃料カットが開始された後の異常検出期間において、前記酸素センサの出力電圧が負電圧になったか否かを判定する負電圧検出手段と、
    該負電圧検出手段の判定結果に基づいて、前記酸素センサに素子割れ異常が発生しているか否かを判定する異常判定手段と、
    を備えた酸素センサの素子割れ検出装置であって、
    前記異常判定手段は、前記負電圧検出手段により前記酸素センサの出力電圧が負電圧になったと判定された累積時間を計測すると共に、その累積時間が累積時間判定値に達したか否かを判定して、前記累積時間が前記累積時間判定値に達したと判定したならば、前記酸素センサに素子割れ異常が発生していると判定するように構成されており、
    更に、前記燃料カットの実施中に前記負電圧検出手段により前記酸素センサの出力電圧が負電圧になったと判定されると、前記燃料カットの状態から前記エンジンに燃料を噴射する状態へと復帰する復帰条件を強化して、今回の燃料カットが継続し易くする燃料カット復帰条件強化手段が備えられていること、
    を特徴とする酸素センサの素子割れ検出装置。
17. エンジンの排気系に設けられた濃淡電池式酸素センサの排気側電極と大気側電極との間に生ずる電位差を、前記酸素センサの出力電圧として検出し、その検出値に基づいて前記エンジンへの燃料噴射量を決定するエンジン制御装置に用いられ、
    前記エンジンの運転中に該エンジンに対する燃料カットが開始された後に、前記酸素センサの出力電圧が負電圧になったか否かを判定する負電圧検出手段と、
    該負電圧検出手段の判定結果に基づいて、前記酸素センサに素子割れ異常が発生しているか否かを判定する異常判定手段と、
    を備えた酸素センサの素子割れ検出装置であって、
    前記エンジンが搭載された車両のイグニッションスイッチがオフされてから前記エンジンが停止するまでの間に、前記エンジンへ燃料を噴射する強制燃料噴射手段と、
    前記強制燃料噴射手段による燃料噴射が終了した後に、前記酸素センサの出力電圧が負電圧になったか否かを判定する第２の負電圧検出手段とを備え、
    更に、前記異常判定手段は、前記負電圧検出手段の判定結果と前記第２の負電圧検出手段の判定結果とに基づいて、前記酸素センサに素子割れ異常が発生しているか否かを判定すること、
    を特徴とする酸素センサの素子割れ検出装置。
18. 請求項１ないし請求項１７の何れか１項に記載の酸素センサの素子割れ検出装置において、
    前記酸素センサが活性状態になったか否かを判定する活性判定手段と、
    前記活性判定手段により前記酸素センサが活性状態になったと判定されるまでは、前記酸素センサの排気側電極の電位をグランドレベルにし、前記活性判定手段により前記酸素センサが活性状態になったと判定されたならば、前記排気側電極の電位をグランドレベルよりも高い電位に上昇させる基準電圧切換手段と、
    を備えていることを特徴とする酸素センサの素子割れ検出装置。

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