JP4424284B2 - Exhaust gas sensor failure detection device - Google Patents

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Description

この発明は、排気ガスセンサの故障検出装置に関し、特に、排気ガスセンサの割れを検出する装置として好適な排気ガスセンサの故障検出装置に関する。   The present invention relates to an exhaust gas sensor failure detection device, and more particularly, to an exhaust gas sensor failure detection device suitable as a device for detecting cracks in an exhaust gas sensor.

従来、例えば特開2000−55861号公報に開示されるように、内燃機関の排気通路に配置される排気ガスセンサの異常を検出する装置が知られている。上記従来の装置は、より具体的には、排気空燃比に応じた出力を発する空燃比センサの異常を検出するための装置である。   2. Description of the Related Art Conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-55861, an apparatus that detects an abnormality of an exhaust gas sensor disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine is known. More specifically, the conventional apparatus is an apparatus for detecting an abnormality of an air-fuel ratio sensor that generates an output corresponding to an exhaust air-fuel ratio.

空燃比センサの応答性は、経時劣化により徐々に低下する。このため、空燃比センサの応答性を見れば、そのセンサの劣化の程度を検知することができる。また、空燃比センサは、電極に到達する排気ガスの量を抑えるための拡散抵抗層を備えている。この拡散抵抗層に割れが生ずると、電極に到達する排気ガス量が抑えられなくなり、正常な空燃比検出が不可能となる。拡散抵抗層に割れが生じている状況下では、空燃比センサの出力が、排気空燃比の変化に敏感に反応する。このため、空燃比センサの応答性を見れば、拡散抵抗層に割れが生じているか否かを判断することも可能である。   The responsiveness of the air-fuel ratio sensor gradually decreases due to deterioration with time. For this reason, if the responsiveness of an air-fuel ratio sensor is seen, the degree of deterioration of the sensor can be detected. The air-fuel ratio sensor includes a diffusion resistance layer for suppressing the amount of exhaust gas reaching the electrode. If the diffusion resistance layer is cracked, the amount of exhaust gas reaching the electrode cannot be suppressed, and normal air-fuel ratio detection becomes impossible. Under a situation where the diffusion resistance layer is cracked, the output of the air-fuel ratio sensor reacts sensitively to changes in the exhaust air-fuel ratio. Therefore, it is possible to determine whether or not the diffusion resistance layer is cracked by looking at the responsiveness of the air-fuel ratio sensor.

空燃比センサは、排気通路を流通するガスの空燃比に応じた出力を発する。そして、排気通路を流通するガスの空燃比は、フューエルカットの実行前後において急激に変化する。このため、フューエルカットの開始直後に、空燃比センサの出力が如何なる挙動を示すかを見れば、空燃比センサがどのような応答性を有しているかを検知することができる。   The air-fuel ratio sensor emits an output corresponding to the air-fuel ratio of the gas flowing through the exhaust passage. The air-fuel ratio of the gas flowing through the exhaust passage changes abruptly before and after the fuel cut is performed. For this reason, it is possible to detect what responsiveness the air-fuel ratio sensor has by looking at the behavior of the output of the air-fuel ratio sensor immediately after the start of fuel cut.

そこで、上記従来の装置は、フューエルカットの開始直後におけるセンサ電流と、その後ある程度の時間が経過した時点におけるセンサ電流とに基づき、空燃比センサの応答性を検知する。そして、その応答性が正常であるか否かに基づき、空燃比センサに異常が生じているか否かを判断する。このような異常検出の手法によれば、経時劣化による応答性の低下や、拡散抵抗層の割れといった異常を精度良く検出することが可能である。   Therefore, the conventional apparatus detects the responsiveness of the air-fuel ratio sensor based on the sensor current immediately after the start of the fuel cut and the sensor current when a certain amount of time has passed thereafter. Then, based on whether or not the responsiveness is normal, it is determined whether or not an abnormality has occurred in the air-fuel ratio sensor. According to such an abnormality detection method, it is possible to accurately detect anomalies such as a decrease in responsiveness due to deterioration with time and cracks in the diffusion resistance layer.

特開2000−55861号公報JP 2000-55861 A 特開平8−327586号公報JP-A-8-327586

空燃比センサや酸素センサなどの排気ガスセンサは、拡散抵抗層を介して排気ガス中に晒される排気側電極と、大気層に晒される大気側電極を有している。大気層は、アルミナ等で構成された大気層形成部材により排気通路の内部空間から隔絶されている。換言すると、大気層形成部材に割れが生ずると、大気層は、排気通路の内部空間と導通する状態となる。   An exhaust gas sensor such as an air-fuel ratio sensor or an oxygen sensor has an exhaust side electrode that is exposed to the exhaust gas through a diffusion resistance layer and an atmosphere side electrode that is exposed to the atmospheric layer. The atmospheric layer is isolated from the internal space of the exhaust passage by an atmospheric layer forming member made of alumina or the like. In other words, when a crack is generated in the air layer forming member, the air layer is in a state of conducting with the internal space of the exhaust passage.

大気層が排気通路の内部空間と導通し、大気層中に排気ガスが混入する状況下では、空燃比センサは、排気空燃比に応じた正しい出力を発生することができない。このため、大気層形成部材の割れなど、大気層中に排気ガスを混入させるような故障は、異常として検出することが望まれる。   In a situation where the atmospheric layer is connected to the internal space of the exhaust passage and exhaust gas is mixed into the atmospheric layer, the air-fuel ratio sensor cannot generate a correct output corresponding to the exhaust air-fuel ratio. For this reason, it is desirable to detect a failure such as cracking of the atmospheric layer forming member that mixes exhaust gas into the atmospheric layer as an abnormality.

しかしながら、上記従来の装置は、フューエルカットの開始後におけるセンサ電流の挙動に着目して異常検出を行うものである。フューエルカットの開始後は、排気通路の内部における空燃比が大きく変化し、その影響が多大にセンサ電流に反映される。一方、大気層に排気ガスが混入することによる影響は、センサ電流にはさほど大きく表れない。このため、上記従来の装置によっては、大気層中に排気ガスを混入させるような故障を検出することはできない。   However, the conventional apparatus performs abnormality detection by paying attention to the behavior of the sensor current after the start of fuel cut. After the start of the fuel cut, the air-fuel ratio inside the exhaust passage changes greatly, and the influence is greatly reflected in the sensor current. On the other hand, the influence of the exhaust gas mixed in the atmosphere layer does not appear so much in the sensor current. For this reason, it is not possible to detect a failure that causes exhaust gas to be mixed into the atmospheric layer with the above-described conventional apparatus.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気ガスセンサの大気層中に排気ガスを混入させるような故障を検出することのできる排気ガスセンサの故障検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a failure detection device for an exhaust gas sensor capable of detecting a failure in which exhaust gas is mixed into the atmospheric layer of the exhaust gas sensor. With the goal.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、排気ガスセンサの故障検出装置であって、
前記排気ガスセンサは、
内燃機関の排気通路内に晒された排気側電極と、
前記排気通路の内部に大気層を形成する大気層形成部材と、
前記大気層に晒された大気側電極と、
前記排気側電極と前記大気側電極との間に介在して、両者間での酸素イオンの移動を可能とする電解質層と、を備え、
前記大気側電極の電位より前記排気側電極の電位が高くなるように両者間に逆電圧を印加する逆電圧印加手段と、
前記逆電圧の印加に伴って前記大気側電極と前記排気側電極との間を流れる逆電流を検出する逆電流検出手段と、
前記大気層形成部材に割れが存在する場合に、前記大気層が排気ガスに汚染された状態となる汚染環境と、前記汚染が緩和された状態となる非汚染環境とを切り換える環境切り換え手段と、
前記汚染環境と前記非汚染環境との切り換えに起因する前記逆電流の変動に基づいて、前記排気ガスセンサの故障を検出する故障検出手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a failure detection device for an exhaust gas sensor,
The exhaust gas sensor
An exhaust-side electrode exposed in the exhaust passage of the internal combustion engine;
An air layer forming member for forming an air layer in the exhaust passage;
An atmospheric electrode exposed to the atmospheric layer;
An electrolyte layer interposed between the exhaust-side electrode and the atmosphere-side electrode and enabling movement of oxygen ions between the two,
Reverse voltage applying means for applying a reverse voltage between the two so that the potential of the exhaust side electrode is higher than the potential of the atmosphere side electrode;
Reverse current detection means for detecting a reverse current flowing between the atmosphere side electrode and the exhaust side electrode in accordance with the application of the reverse voltage;
An environment switching means for switching between a polluted environment in which the air layer is contaminated with exhaust gas and a non-polluted environment in which the pollution is mitigated when cracks are present in the air layer forming member;
A failure detection means for detecting a failure of the exhaust gas sensor based on fluctuations in the reverse current caused by switching between the contaminated environment and the non-contaminated environment;
It is characterized by providing.

また、第2の発明は、第1の発明において、
前記故障検出手段は、
前記汚染環境下で検出された逆電流を第1逆電流として取得する第1逆電流取得手段と、
前記非汚染環境下で検出された逆電流を第2逆電流として取得する第2逆電流取得手段と、
前記第1逆電流の絶対値に比して前記第2逆電流の絶対値が大きい場合に前記排気ガスセンサ故障として判定する故障判定手段と、
を備えることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The failure detection means includes
First reverse current acquisition means for acquiring a reverse current detected in the contaminated environment as a first reverse current;
Second reverse current acquisition means for acquiring a reverse current detected in the non-polluted environment as a second reverse current;
Failure determination means for determining the exhaust gas sensor as a failure when the absolute value of the second reverse current is larger than the absolute value of the first reverse current;
It is characterized by providing.

また、第3の発明は、第2の発明において、前記故障判定手段は、前記第1逆電流に対する前記第2逆電流の比(第2逆電流/第1逆電流)が、1.0より大きな判定値以上である場合に前記排気ガスセンサ故障として判定することを特徴とする。 In a third aspect based on the second aspect, the failure determination means has a ratio of the second reverse current to the first reverse current (second reverse current / first reverse current) from 1.0. and judging as a failure of the exhaust gas sensor when it is large determination value or more.

また、第4の発明は、第2の発明において、前記故障判定手段は、前記第1逆電流に対する前記第2逆電流の比(第2逆電流/第1逆電流)が、1.0より大きな判定値以上である場合に前記排気ガスセンサ故障として判定することを特徴とする。 In a fourth aspect based on the second aspect, the failure determination means has a ratio of the second reverse current to the first reverse current (second reverse current / first reverse current) from 1.0. and judging as a failure of the exhaust gas sensor when it is large determination value or more.

また、第5の発明は、第1乃至第4の発明の何れかにおいて、
前記環境切り換え手段は、内燃機関に対する燃料噴射を停止するフューエルカット手段を備え、
前記汚染環境は、燃料噴射が停止された直後の環境であり、
前記非汚染環境は、燃料噴射が所定時間継続して停止された時点の環境であることを特徴とする。
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions,
The environment switching means includes fuel cut means for stopping fuel injection to the internal combustion engine,
The contaminated environment is an environment immediately after the fuel injection is stopped,
The non-polluting environment is an environment at a time when fuel injection is continuously stopped for a predetermined time.

また、第6の発明は、第5の発明において、
排気圧力が圧力判定値を超えているか否かを判定する排気圧力判定手段と、
排気圧力が前記圧力判定値を超えている期間が判定期間を超えている場合に、排ガス充填条件成立したと判定する充填条件判定手段と、
排気圧力が前記圧力判定値を下回った後、充填維持時間が経過するまでの間に限り、前記排ガス充填条件の成立を維持する充填条件維持手段と、
フューエルカットの開始時点で前記排ガス充填条件の成立が認められる場合に限り、前記故障の検出を許可する実行条件判定手段と、を備え
前記排ガス充填条件は、センサ割れが生じている場合に、前記大気層に、当該センサ割れの検知に十分な量の排気ガスが混入したと判断できる条件であることを特徴とする。
The sixth invention is the fifth invention, wherein
Exhaust pressure determination means for determining whether or not the exhaust pressure exceeds a pressure determination value;
If the period in which the exhaust gas pressure exceeds the pressure determination value exceeds the determination period, and determines the fill condition determining means and the exhaust gas-filled condition is satisfied,
Filling condition maintaining means for maintaining the establishment of the exhaust gas filling condition only until the filling maintenance time elapses after the exhaust pressure falls below the pressure determination value;
An execution condition determination unit that permits detection of the failure only when the exhaust gas filling condition is recognized at the start of fuel cut .
The exhaust gas-filled condition, when the sensor crack occurs, the air layer, a sufficient amount of exhaust gas to the detection of the sensor crack is characterized in terms der Rukoto which can determine that mixed.

また、第7の発明は、排気ガスセンサの故障検出装置であって、
前記排気ガスセンサは、
内燃機関の排気通路内に晒された排気側電極と、
前記排気通路の内部に大気層を形成する大気層形成部材と、
前記大気層に晒された大気側電極と、
前記排気側電極と前記大気側電極との間に介在して、両者間での酸素イオンの移動を可能とする電解質層と、を備え、
前記大気側電極の電位より前記排気側電極の電位が高くなるように両者間に逆電圧を印加する逆電圧印加手段と、
前記逆電圧の印加に伴って前記大気側電極と前記排気側電極との間を流れる逆電流を検出する逆電流検出手段と、
前記大気層形成部材に割れが存在する場合に、前記大気層が排気ガスに汚染された状態となる汚染環境を作り出す汚染環境形成手段と、
前記汚染環境下で検出された逆電流が、正常時に生ずる逆電流と異常時に発生する逆電流との間に位置する判定値と0との間の値である場合に、前記排気ガスセンサ故障として判定する故障判定手段と、
を備えることを特徴とする。
The seventh invention is an exhaust gas sensor failure detection apparatus,
The exhaust gas sensor
An exhaust-side electrode exposed in the exhaust passage of the internal combustion engine;
An air layer forming member for forming an air layer in the exhaust passage;
An atmospheric electrode exposed to the atmospheric layer;
An electrolyte layer interposed between the exhaust-side electrode and the atmosphere-side electrode and enabling movement of oxygen ions between the two,
Reverse voltage applying means for applying a reverse voltage between the two so that the potential of the exhaust side electrode is higher than the potential of the atmosphere side electrode;
Reverse current detection means for detecting a reverse current flowing between the atmosphere side electrode and the exhaust side electrode in accordance with the application of the reverse voltage;
A contaminated environment forming means for creating a contaminated environment in which the air layer is contaminated with exhaust gas when cracks are present in the air layer forming member;
If the contaminated environment under reverse current detected by is a value between the judged value and 0 positioned between the reverse current generated in the reverse current and abnormal occurring normal, as a failure of the exhaust gas sensor Failure determination means for determining;
It is characterized by providing.

第1の発明によれば、大気層の内部が排気ガスにより汚染される可能性のある汚染環境と、その汚染が緩和される非汚染環境との切り換えに伴って、逆電流がどのような挙動を示すかにより、排気ガスセンサの故障を検出することができる。大気層に排気ガスが混入するような故障が生じていない場合は、環境の切り換えに関わらず、逆電流は、正常な大気に含まれる酸素濃度を表す値となる。一方、大気層に排気ガスが混入するような故障が生じている場合は、汚染環境と非汚染環境との切り換えに伴い、大気層中の酸素濃度が変化し、その結果、逆電流にも変化が生ずる。このため、本発明によれば、大気層に排気ガスを混入させるような故障の発生を正確に検出することができる。   According to the first aspect of the invention, the behavior of the reverse current caused by switching between a polluted environment in which the inside of the atmospheric layer may be polluted by exhaust gas and a non-polluted environment in which the pollution is mitigated. It is possible to detect a failure of the exhaust gas sensor depending on whether or not. When there is no failure in which exhaust gas is mixed into the atmospheric layer, the reverse current is a value representing the concentration of oxygen contained in normal air regardless of the environmental switching. On the other hand, when there is a failure that causes exhaust gas to enter the atmosphere layer, the oxygen concentration in the atmosphere layer changes as a result of switching between the contaminated environment and the non-contaminated environment, and as a result, the reverse current also changes. Will occur. Therefore, according to the present invention, it is possible to accurately detect the occurrence of a failure that causes exhaust gas to be mixed into the atmospheric layer.

第2の発明によれば、汚染環境下で検出される第1逆電流と、非汚染環境下で検出される第2逆電流とを比較することができる。大気層に排気ガスを混入させるような故障が生じている場合は、第1逆電流の絶対値が、第2電流の絶対値に比して小さな値となる。本発明によれば、そのような状況が生じているか否かを見ることで、上記の故障の発生を正確に検知することができる。   According to the second invention, it is possible to compare the first reverse current detected in a contaminated environment with the second reverse current detected in a non-contaminated environment. When a failure that causes exhaust gas to enter the atmosphere layer has occurred, the absolute value of the first reverse current is smaller than the absolute value of the second current. According to the present invention, it is possible to accurately detect the occurrence of the above failure by checking whether such a situation has occurred.

第3の発明によれば、第1逆電流に対する第2逆電流の比(第2逆電流/第1逆電流)が、1.0より大きな判定値以上であるか否かを見ることで、排気ガスセンサに故障が生じているか否かを正確に判定することができる。   According to the third invention, by looking at whether or not the ratio of the second reverse current to the first reverse current (second reverse current / first reverse current) is not less than a determination value greater than 1.0, It is possible to accurately determine whether or not a failure has occurred in the exhaust gas sensor.

第4の発明によれば、第2逆電流と第1逆電流との差(│第2逆電流−第1逆電流│)が、判定値以上であるか否かを見ることで、排気ガスセンサに故障が生じているか否かを正確に判定することができる。   According to the fourth invention, the exhaust gas sensor is obtained by checking whether or not the difference between the second reverse current and the first reverse current (| second reverse current−first reverse current |) is equal to or greater than a determination value. It is possible to accurately determine whether or not a failure has occurred.

第5の発明によれば、燃料噴射を停止することにより、短い時間の中で汚染環境と非汚染環境とを連続的に作り出すことができる。汚染環境と非汚染環境が短時間で連続的に作り出せると、逆電流に重畳する種々の外乱の影響を小さくすることができる。このため、本発明によれば、逆電流の変化を見ることで、大気層の状態が変化しているか否かを、つまり、大気層に排気ガスを混入させる故障が生じているか否かを、極めて正確に判定することができる。   According to the fifth aspect, by stopping the fuel injection, it is possible to continuously create a polluted environment and a non-polluted environment in a short time. If a polluted environment and a non-polluted environment can be created continuously in a short time, the influence of various disturbances superimposed on the reverse current can be reduced. Therefore, according to the present invention, whether or not the state of the atmospheric layer has changed by looking at the change in the reverse current, that is, whether or not a failure that mixed exhaust gas into the atmospheric layer has occurred, It can be determined very accurately.

第6の発明によれば、燃料噴射の停止直後の逆電流と、燃料噴射の開始後所定時間が経過下時点の逆電流との比較に基づいて故障検出が行われる。センサ割れが生じている場合は、フューエルカットの開始前に、排気ガスが大気層に侵入する。そして、フューエルカットが開始され、排気通路に空気が流通し始めると、大気層の内部が掃気され、その中の排気ガスが排出される。逆電流は、大気層中の酸素濃度と相関を有しているため、大気層中の排気ガスが掃気されるに従って、その値は増大する。このため、フューエルカットの開始時に、大気層中に排気ガスが十分に侵入していれば、その後の逆電流の挙動に基づいて割れの有無を判断することができる。排ガス充填条件が成立し、その成立が維持されている間は、大気層中に排気ガスが十分に侵入していることを保証することができる。そして、本発明では、その保証が得られている場合に限り、故障検出の実行を許可することができる。このため、本発明によれば、排気ガスセンサの故障診断を正確に行うことができる。   According to the sixth aspect of the invention, failure detection is performed based on a comparison between the reverse current immediately after stopping fuel injection and the reverse current when a predetermined time has elapsed after the start of fuel injection. When sensor cracking occurs, the exhaust gas enters the atmosphere before the start of fuel cut. When the fuel cut is started and air begins to flow through the exhaust passage, the inside of the atmosphere layer is scavenged and the exhaust gas therein is discharged. Since the reverse current has a correlation with the oxygen concentration in the atmospheric layer, its value increases as the exhaust gas in the atmospheric layer is scavenged. For this reason, if the exhaust gas has sufficiently penetrated into the atmosphere layer at the start of the fuel cut, the presence or absence of cracks can be determined based on the behavior of the subsequent reverse current. While the exhaust gas filling condition is established and maintained, it can be ensured that the exhaust gas has sufficiently entered the atmospheric layer. In the present invention, execution of failure detection can be permitted only when the guarantee is obtained. For this reason, according to the present invention, failure diagnosis of the exhaust gas sensor can be performed accurately.

第7の発明によれば、大気層の内部が排気ガスにより汚染される可能性のある汚染環境下で、逆電流が負の判定値と0との間の値となるかに基づいて、排気ガスセンサの故障を検出することができる。大気層に排気ガスを混入させる故障が生じていない場合は、汚染環境下でも、大気層には純粋な大気が導かれる。この場合は、十分に大きな逆電流、つまり、負の判定値より更に負側に偏った逆電流が流通する。一方、大気層に排気ガスを混入させる故障が生じている場合は、汚染環境下での大気層の酸素濃度が低くなる。この場合、逆電流は絶対値の小さなものとなり、負の判定値と0との間に位置する値となる。このため、本発明によれば、汚染環境下での逆電流を見るだけで、排気ガスセンサの故障を精度良く検知することができる。   According to the seventh aspect of the present invention, the exhaust gas is exhausted based on whether the reverse current becomes a value between the negative judgment value and 0 in a polluted environment where the inside of the atmospheric layer may be polluted by the exhaust gas. A failure of the gas sensor can be detected. If there is no failure that mixes exhaust gas into the atmosphere, pure atmosphere is introduced to the atmosphere even in a polluted environment. In this case, a sufficiently large reverse current, that is, a reverse current biased further to the negative side than the negative determination value flows. On the other hand, when there is a failure in which exhaust gas is mixed into the atmospheric layer, the oxygen concentration in the atmospheric layer in a polluted environment becomes low. In this case, the reverse current has a small absolute value and is a value located between the negative determination value and 0. For this reason, according to the present invention, it is possible to accurately detect a failure of the exhaust gas sensor only by looking at the reverse current in a contaminated environment.

実施の形態1.
[空燃比センサの構成]
図1は、本発明の実施の形態1において用いられる空燃比センサ10の構成を説明するための図である。より具体的には、図1は、空燃比センサ10の、センサ素子部分の断面図を示す。空燃比センサ10は、図1に示す断面構造を有するセンサ素子と、そのセンサ素子を保護するためのカバーとを備えている。空燃比センサ10は、そのカバーに覆われたセンサ素子が排気ガスに晒されるように、内燃機関の排気通路に組み付けられる。
Embodiment 1 FIG.
[Configuration of air-fuel ratio sensor]
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of an air-fuel ratio sensor 10 used in Embodiment 1 of the present invention. More specifically, FIG. 1 shows a cross-sectional view of the sensor element portion of the air-fuel ratio sensor 10. The air-fuel ratio sensor 10 includes a sensor element having the cross-sectional structure shown in FIG. 1 and a cover for protecting the sensor element. The air-fuel ratio sensor 10 is assembled in the exhaust passage of the internal combustion engine so that the sensor element covered by the cover is exposed to the exhaust gas.

空燃比センサ10のカバーには、排気通路の内部を流通するガスがセンサ素子に到達するように、複数の通気孔が設けられている。このため、図1に示す空燃比センサ10(センサ素子)は、周囲が排気ガスに晒された状態に置かれることになる。   The cover of the air-fuel ratio sensor 10 is provided with a plurality of vent holes so that the gas flowing through the exhaust passage reaches the sensor element. Therefore, the air-fuel ratio sensor 10 (sensor element) shown in FIG. 1 is placed in a state where the surroundings are exposed to the exhaust gas.

空燃比センサ10は、ヒータ層12を有している。ヒータ層12の内部には、センサ素子を活性温度に加熱するためのヒータ14が埋め込まれている。図1において、ヒータ層12の上には大気層形成部材16が配置されている。大気層形成部材16は、アルミナなどのセラミックスで構成されている。   The air-fuel ratio sensor 10 has a heater layer 12. A heater 14 for heating the sensor element to the activation temperature is embedded in the heater layer 12. In FIG. 1, an air layer forming member 16 is disposed on the heater layer 12. The air layer forming member 16 is made of ceramics such as alumina.

大気層形成部材16の上部には、ジルコニア等で構成された電解質層20が配置されている。大気層形成部材16の中央上部には、大気層18を形成するための窪みが設けられている。大気層18は、大気層形成部材16および電解質層20により排気通路の内部空間から隔絶されており、かつ、図示しない大気孔により大気に開放されている。   An electrolyte layer 20 made of zirconia or the like is disposed on the air layer forming member 16. A recess for forming the air layer 18 is provided at the upper center of the air layer forming member 16. The atmospheric layer 18 is isolated from the internal space of the exhaust passage by the atmospheric layer forming member 16 and the electrolyte layer 20, and is opened to the atmosphere by an atmospheric hole (not shown).

電解質層20の下面には、大気層18に晒されるように大気側電極22が配置されている。一方、電解質層20の上面には排気側電極24が配置されている。排気側電極24は、拡散抵抗層26により覆われている。拡散抵抗層26は、多孔質性の物質であり、排気通路を流れるガスが、排気側電極24に到達する速度を適度に規制する働きを有している。   An atmosphere side electrode 22 is disposed on the lower surface of the electrolyte layer 20 so as to be exposed to the atmosphere layer 18. On the other hand, an exhaust side electrode 24 is disposed on the upper surface of the electrolyte layer 20. The exhaust side electrode 24 is covered with a diffusion resistance layer 26. The diffusion resistance layer 26 is a porous substance and has a function of appropriately regulating the speed at which the gas flowing through the exhaust passage reaches the exhaust side electrode 24.

空燃比センサ10には、図1中に符号(i)を付して示すような正電圧と、符号(ii)を付して示すような逆電圧とが選択的に印加される。正電圧は、具体的には、大気側電極22が排気側電極24に比して高電位となるように印加される。この場合、大気側電極22と排気側電極24との間には、排気ガス中の酸素過不足量に応じたセンサ電流、つまり、排気ガスの空燃比に応じたセンサ電流が流通する。このため、そのセンサ電流を検出すれば、排気空燃比を検知することができる。   The air-fuel ratio sensor 10 is selectively applied with a positive voltage indicated by a symbol (i) in FIG. 1 and a reverse voltage indicated by a symbol (ii). Specifically, the positive voltage is applied so that the atmosphere-side electrode 22 has a higher potential than the exhaust-side electrode 24. In this case, a sensor current corresponding to the oxygen excess / deficiency in the exhaust gas, that is, a sensor current corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust gas flows between the atmosphere side electrode 22 and the exhaust side electrode 24. Therefore, the exhaust air / fuel ratio can be detected by detecting the sensor current.

逆電圧は、具体的には、排気側電極24が大気側電極22に比して高電位となるように印加される。この場合、大気側電極22の表面に接している酸素がイオン化されて排気側電極24に向けてポンピングされる。その結果、排気側電極24と大気側電極22との間には、大気層中の酸素濃度と相関を有する負の電流、つまり、逆電流が流通する。尚、ここでは、大気側電極22から排気側電極24に向かう電流の向きを正の方向とし、その逆方向を負の方向とする。   Specifically, the reverse voltage is applied so that the exhaust side electrode 24 has a higher potential than the atmosphere side electrode 22. In this case, oxygen in contact with the surface of the atmosphere side electrode 22 is ionized and pumped toward the exhaust side electrode 24. As a result, a negative current having a correlation with the oxygen concentration in the atmosphere layer, that is, a reverse current flows between the exhaust side electrode 24 and the atmosphere side electrode 22. Here, the direction of current from the atmosphere side electrode 22 to the exhaust side electrode 24 is defined as a positive direction, and the opposite direction is defined as a negative direction.

[空燃比センサの駆動回路]
図2は、空燃比センサ10を駆動するためのエンジンコンピュータ30の構成を説明するための回路図である。図2に示す回路は、空燃比センサ10の大気側電極22に接続される正極端子32と、空燃比センサ10の排気側電極24に接続される負極端子34を備えている。
[Air-fuel ratio sensor drive circuit]
FIG. 2 is a circuit diagram for explaining the configuration of the engine computer 30 for driving the air-fuel ratio sensor 10. The circuit shown in FIG. 2 includes a positive terminal 32 connected to the atmosphere-side electrode 22 of the air-fuel ratio sensor 10 and a negative terminal 34 connected to the exhaust-side electrode 24 of the air-fuel ratio sensor 10.

正極端子32の電位は、オペアンプ36によるフィードバックにより、常に正側基準電圧(3.3V)に制御されている。負極端子34には、オペアンプ38を用いたフィードバック回路と、トランジスタ40を用いたスイッチ回路が接続されている。トランジスタ40は、ポート3の状態に応じてON状態とOFF状態を切り換える。負極端子34の電位は、トランジスタ40がOFF状態の場合は、オペアンプ38の機能により負側基準電圧(2.9V)に制御される。一方、トランジスタ40がONとなると、オペアンプ38に対する入力電位が高まり、負極端子34の電位が、正側基準電圧より高い逆電圧電位(3.7V程度)に上昇する。   The potential of the positive terminal 32 is always controlled to the positive reference voltage (3.3 V) by feedback from the operational amplifier 36. A feedback circuit using an operational amplifier 38 and a switch circuit using a transistor 40 are connected to the negative terminal 34. The transistor 40 switches between an ON state and an OFF state according to the state of the port 3. The potential of the negative terminal 34 is controlled to the negative reference voltage (2.9 V) by the function of the operational amplifier 38 when the transistor 40 is in the OFF state. On the other hand, when the transistor 40 is turned on, the input potential to the operational amplifier 38 increases, and the potential of the negative terminal 34 rises to a reverse voltage potential (about 3.7 V) higher than the positive reference voltage.

エンジンコンピュータ30は、以上の通り構成されているため、ポート3をOFF状態とすることで、空燃比センサ10に対して0.4V程度の正電圧を印加することができる。また、ポート3をON状態とすることで、空燃比センサ10に対して0.4V程度の逆電圧を印加することができる。   Since the engine computer 30 is configured as described above, a positive voltage of about 0.4 V can be applied to the air-fuel ratio sensor 10 by setting the port 3 to the OFF state. Further, by setting the port 3 to the ON state, a reverse voltage of about 0.4 V can be applied to the air-fuel ratio sensor 10.

エンジンコンピュータ30は、更に、ADC2ポートおよびADC4ポートを有している。ADC2ポートには、空燃比センサ10を流れるセンサ電流に応じた電位が表れる。また、ADC4ポートには、負極端子34の電位が導かれる。このため、エンジンコンピュータ30は、ADC2ポートの電位を取り込むことにより、センサ電流を検知することができる。また、ADC4ポートの電位を取り込むことにより、空燃比センサ10の排気側端子24にどのような電位が供給されているのかを検知することができる。   The engine computer 30 further has an ADC2 port and an ADC4 port. A potential corresponding to the sensor current flowing through the air-fuel ratio sensor 10 appears at the ADC2 port. Further, the potential of the negative terminal 34 is led to the ADC4 port. Therefore, the engine computer 30 can detect the sensor current by taking in the potential of the ADC2 port. Further, by taking in the potential of the ADC4 port, it is possible to detect what potential is being supplied to the exhaust-side terminal 24 of the air-fuel ratio sensor 10.

[センサ割れの判定原理]
図2に示すエンジンコンピュータ30によれば、空燃比センサ10に対して0.4V程度の正電圧を印加しつつ、センサ電流を検知することができる。この場合、そのセンサ電流に基づいて、排気空燃比を検知することが可能である。また、エンジンコンピュータ30によれば、空燃比センサ10に対して0.4V程度の逆電圧を印加しつつ、センサ電流(逆電流)を検知することができる。この場合、その逆電流は、大気層18内部の酸素濃度と相関を有する値となる。
[Sensor crack judgment principle]
The engine computer 30 shown in FIG. 2 can detect the sensor current while applying a positive voltage of about 0.4 V to the air-fuel ratio sensor 10. In this case, the exhaust air / fuel ratio can be detected based on the sensor current. Further, the engine computer 30 can detect the sensor current (reverse current) while applying a reverse voltage of about 0.4 V to the air-fuel ratio sensor 10. In this case, the reverse current is a value having a correlation with the oxygen concentration inside the atmospheric layer 18.

大気層18の内部は、空燃比センサ10が正常である場合には、排気通路の内部空間から隔絶された状態に維持される。しかしながら、空燃比センサ10には、大気層18に通じる割れなどが生ずることがある。図1は、ヒータ層12と大気層形成部材16に、上記割れが生じた状態を示している。   When the air-fuel ratio sensor 10 is normal, the atmosphere layer 18 is maintained in a state isolated from the internal space of the exhaust passage. However, the air-fuel ratio sensor 10 may be cracked to the atmosphere layer 18 or the like. FIG. 1 shows a state in which the crack is generated in the heater layer 12 and the atmospheric layer forming member 16.

内燃機関の運転中は、排気ガスの圧力により、排気通路の内圧が大気層18の圧力より高くなる。このため、空燃比センサ10に上記の割れが生じていると、排気通路内を流通するガスが、割れを伝って大気層18内部に進入する事態が生ずる。この場合、大気層18内部の酸素濃度は、排気ガスが混入することにより、上記の割れが存在しない場合に比して低下する。   During operation of the internal combustion engine, the internal pressure of the exhaust passage becomes higher than the pressure of the atmospheric layer 18 due to the pressure of the exhaust gas. For this reason, if the above-mentioned crack is generated in the air-fuel ratio sensor 10, a situation occurs in which the gas flowing in the exhaust passage enters the atmosphere layer 18 through the crack. In this case, the oxygen concentration in the atmosphere layer 18 is reduced by mixing exhaust gas as compared with the case where the above-described crack does not exist.

空燃比センサ10を流れる逆電流は、上述した通り、大気層18内部の酸素濃度に応じた値となる。このため、大気層18に割れが存在する場合は、その逆電流が、正常時に比して小さな値となる。従って、エンジンコンピュータ30は、既燃ガスを含む排気ガスが排気通路を流通している環境下で、空燃比センサ10に対して逆電圧を印加し、その結果逆電流が正常に発生するか否かを見ることにより、空燃比センサ10に割れが生じているか否かを判定することができる。   As described above, the reverse current flowing through the air-fuel ratio sensor 10 has a value corresponding to the oxygen concentration inside the atmospheric layer 18. For this reason, when the crack exists in the atmospheric layer 18, the reverse current becomes a small value compared with the normal time. Therefore, the engine computer 30 applies a reverse voltage to the air-fuel ratio sensor 10 in an environment where exhaust gas including burned gas is flowing through the exhaust passage, and as a result, whether or not the reverse current is normally generated. By looking at the above, it can be determined whether or not the air-fuel ratio sensor 10 is cracked.

[逆電流のバラツキ要因]
ところで、空燃比センサ10を流れる逆電流の値は、様々な要因の影響を受けて変動する。以下、逆電流の値に影響を与える幾つかの要因を説明する。
[Reverse current variation factors]
Incidentally, the value of the reverse current flowing through the air-fuel ratio sensor 10 varies under the influence of various factors. Hereinafter, some factors affecting the value of the reverse current will be described.

1.拡散抵抗層のばらつき
逆電圧の印加時は、大気側電極22の表面で酸素がイオン化され、イオン化された酸素が排気側電極24の表面で酸素に戻されて排気通路中に放出される。この際、大気側電極22の表面は、大気層18に直接露出しているため、酸素のイオン化は迅速に進めることが可能である。しかしながら、排気側電極24の表面は拡散抵抗層26により覆われている。このため、排気側電極24での反応は、酸素が拡散抵抗層26を通過する速度に律せられることになる。結局、逆電流の値は、後者の速度に律せられることとなり、拡散抵抗層のバラツキの影響を受けることになる(但し、その影響はさほど大きくはない)。
1. Variation of diffusion resistance layer When a reverse voltage is applied, oxygen is ionized on the surface of the atmosphere-side electrode 22, and the ionized oxygen is returned to oxygen on the surface of the exhaust-side electrode 24 and released into the exhaust passage. At this time, since the surface of the atmosphere side electrode 22 is directly exposed to the atmosphere layer 18, oxygen ionization can be rapidly advanced. However, the surface of the exhaust side electrode 24 is covered with the diffusion resistance layer 26. For this reason, the reaction at the exhaust side electrode 24 is limited by the speed at which oxygen passes through the diffusion resistance layer 26. Eventually, the value of the reverse current is governed by the latter speed and is affected by the dispersion of the diffusion resistance layer (however, the effect is not so great).

2.空燃比センサの内部抵抗のばらつき
空燃比センサ10に対して正方向の電圧が印加される場合は、その正電圧を増やしても排気側電極24に到達する酸素の数は、拡散抵抗層26により律せられる。このため、適当な正電圧が印加されれば、センサ電流は、印加電圧の変動に関わらず、排気空燃比に応じた限界電流に維持される。つまり、この場合は、空燃比センサ10の内部抵抗が、センサ電流値に対して殆ど影響しない状況が作り出される。
2. Variation in internal resistance of air-fuel ratio sensor When a positive voltage is applied to the air-fuel ratio sensor 10, the number of oxygen reaching the exhaust-side electrode 24 is increased by the diffusion resistance layer 26 even if the positive voltage is increased. Be ruled. For this reason, if an appropriate positive voltage is applied, the sensor current is maintained at a limit current corresponding to the exhaust air-fuel ratio regardless of fluctuations in the applied voltage. That is, in this case, a situation is created in which the internal resistance of the air-fuel ratio sensor 10 hardly affects the sensor current value.

これに対して、逆電圧の印加時は、大気側電極22の表面に次々と酸素が供給されているため、センサ電流は、印加電圧に応じた値となる。この場合、より具体的には、センサ電流は、センサの内部抵抗に反比例する値となる。このため、空燃比センサ10を流れる逆電流の値は、センサの内部抵抗のバラツキに影響を受けることになる。   On the other hand, when a reverse voltage is applied, oxygen is successively supplied to the surface of the atmosphere-side electrode 22, so that the sensor current has a value corresponding to the applied voltage. In this case, more specifically, the sensor current has a value inversely proportional to the internal resistance of the sensor. For this reason, the value of the reverse current flowing through the air-fuel ratio sensor 10 is affected by variations in the internal resistance of the sensor.

3.印加電圧のばらつき
空燃比センサ10に印加される逆電圧の値には、回路部品の公差に起因して、ある程度のバラツキが生ずる。既述した通り、逆電流の値は、拡散抵抗層の不存在に起因して、印加される逆電圧の値に応じた値となる。このため、逆電流には、印加電圧のバラツキに起因するバラツキが重畳する。
3. Variation in applied voltage The value of the reverse voltage applied to the air-fuel ratio sensor 10 varies to some extent due to tolerances of circuit components. As described above, the value of the reverse current is a value corresponding to the value of the applied reverse voltage due to the absence of the diffusion resistance layer. For this reason, variations due to variations in applied voltage are superimposed on the reverse current.

4.大気圧のばらつき
内燃機関を取り巻く大気圧は、必ずしも一定ではない。また、大気圧が異なると、大気中の酸素濃度は変動する(例えば、標高2400m地点の酸素濃度は、標高0m地点の酸素濃度の75%程度となる)。そして、大気中の酸素濃度が変動すれば、その影響は必然的に逆電流の値に反映される。このため、図3に示すように、空燃比センサ10を流れる逆電流の値は、大気圧に対して比例的な関係を示す。従って、逆電流の値は、大気圧のバラツキの影響を受けることになる。
4). Variation in atmospheric pressure The atmospheric pressure surrounding an internal combustion engine is not necessarily constant. Further, when the atmospheric pressure is different, the oxygen concentration in the atmosphere varies (for example, the oxygen concentration at an altitude of 2400 m is about 75% of the oxygen concentration at an altitude of 0 m). If the oxygen concentration in the atmosphere fluctuates, the influence is inevitably reflected in the value of the reverse current. Therefore, as shown in FIG. 3, the value of the reverse current flowing through the air-fuel ratio sensor 10 has a proportional relationship with the atmospheric pressure. Therefore, the value of the reverse current is affected by variations in atmospheric pressure.

[逆電流を基礎とする異常検出の困難性]
以上説明した通り、空燃比センサ10に逆電圧を印加した際に流通する逆電流の値は、大気層18への既燃ガスの混入度合い以外の様々な要因に起因して変動する。
図4は、正常なセンサを流れる逆電流と、割れの生じたセンサを流れる逆電流とが、それぞれセンサの内部抵抗に起因して変動する様子、つまり、センサの温度変化に起因して変動する様子を対比して表した図である(上記要因2参照)。
[Difficulty in detecting abnormalities based on reverse current]
As described above, the value of the reverse current that flows when a reverse voltage is applied to the air-fuel ratio sensor 10 varies due to various factors other than the degree of mixing of burned gas into the atmospheric layer 18.
FIG. 4 shows that a reverse current flowing through a normal sensor and a reverse current flowing through a cracked sensor fluctuate due to the internal resistance of the sensor, that is, fluctuate due to a temperature change of the sensor. It is the figure which expressed the situation contrasted (refer the said factor 2).

図4は、より具体的には、以下の2点を明示している。
1.大気層に通じる割れが生じているセンサを流れる逆電流は、大気層18に既燃ガスが混入することに起因して、正常時に生ずる逆電流より、絶対値の小さなものとなる。
2.正常なセンサを流れる逆電流も、割れの生じたセンサを流れる逆電流も、センサの内部抵抗に対して、つまり、センサの温度に対して有意な相関を示す。
More specifically, FIG. 4 clearly shows the following two points.
1. The reverse current flowing through the sensor that has cracks leading to the atmospheric layer has a smaller absolute value than the reverse current that occurs during normal operation due to the presence of burned gas in the atmospheric layer 18.
2. Both the reverse current flowing through a normal sensor and the reverse current flowing through a cracked sensor show a significant correlation with the internal resistance of the sensor, that is, with the temperature of the sensor.

逆電流がセンサ割れの影響でどの程度低下するかは、センサ割れの影響で、どの程度の既燃ガスが大気層18に混入するかにより決せられる。このため、発生した割れが微少であり、大気層18に混入する既燃ガスが微量であるような場合は、割れの生じたセンサを流れる逆電流と、正常なセンサを流れる逆電流との間にさほど大きな差が生じない。そして、このような場合には、低温時に正常なセンサを流れる逆電流と、高温時に異常なセンサを流れる逆電流との間にオーバーラップが発生する。   How much the reverse current decreases due to the effect of sensor cracking is determined by how much burned gas is mixed into the atmosphere layer 18 due to the effect of sensor cracking. For this reason, when the crack which generate | occur | produced is very small and the burned gas mixed in the atmospheric layer 18 is a trace amount, it is between the reverse current which flows through the sensor which the crack generate | occur | produced, and the reverse current which flows through a normal sensor. There is no big difference. In such a case, an overlap occurs between a reverse current flowing through a normal sensor at a low temperature and a reverse current flowing through an abnormal sensor at a high temperature.

更に、逆電流には、既述した通り様々な要因に起因するバラツキが重畳している。このため、逆電流そのものに基づいて、センサ割れの有無を判断することは、必ずしも容易ではない。つまり、逆電流の正常値と異常値とを区別する判定値を設定して、逆電流の絶対値とその判定値とを比較することによりセンサ割れの有無を判断することは、必ずしも容易ではない。   Furthermore, as described above, variations due to various factors are superimposed on the reverse current. For this reason, it is not always easy to determine the presence or absence of sensor cracks based on the reverse current itself. That is, it is not always easy to determine the presence or absence of a sensor crack by setting a determination value that distinguishes between a normal value and an abnormal value of a reverse current and comparing the absolute value of the reverse current with the determination value. .

[逆電流を用いた異常検出の好適化]
ところで、大気層18に通じる割れが生じている場合、大気層18における既燃ガスの濃度は、排気通路を流れるガス中の既燃ガス濃度に応じて変化する。具体的には、排気空燃比がリッチである場合は、排気空燃比がリーンである場合に比して、大気層18の既燃ガス濃度が高くなる。一方、そのようなセンサ割れが生じていない場合は、排気空燃比が如何なる値であっても、大気層18内の既燃ガス濃度は0のまま変動しない。このため、排気空燃比の変動に伴って、逆電流に変化が生ずるか否かを見れば、空燃比センサ10に大気層18に通じる割れが生じているか否かを精度良く判定することが可能である。
[Optimization of abnormality detection using reverse current]
By the way, when the crack which leads to the atmospheric layer 18 has arisen, the concentration of the burned gas in the atmospheric layer 18 changes according to the burned gas concentration in the gas flowing through the exhaust passage. Specifically, when the exhaust air-fuel ratio is rich, the burned gas concentration in the atmosphere layer 18 is higher than when the exhaust air-fuel ratio is lean. On the other hand, if such sensor cracking does not occur, the burned gas concentration in the atmospheric layer 18 remains zero, regardless of the exhaust air / fuel ratio. For this reason, it is possible to accurately determine whether or not the air-fuel ratio sensor 10 has cracks leading to the atmospheric layer 18 by checking whether or not the reverse current changes with the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio. It is.

内燃機関においては、燃費特性改善のために、減速時に燃料噴射を停止する処理、つまり、フューエルカットが実行される。排気空燃比は、フューエルカットの開始前後で大幅に変化する。このため、本実施形態では、フューエルカットの開始後に逆電流を検出し、その検出値がどのような挙動を示すかに基づいて、大気層18に通じる割れが生じているか否かを判断することとした。   In an internal combustion engine, processing for stopping fuel injection at the time of deceleration, that is, fuel cut, is executed in order to improve fuel consumption characteristics. The exhaust air-fuel ratio changes significantly before and after the start of fuel cut. For this reason, in the present embodiment, a reverse current is detected after the start of fuel cut, and it is determined whether or not a crack leading to the atmospheric layer 18 has occurred based on the behavior of the detected value. It was.

図5は、本実施形態の装置が空燃比センサ10の故障を検出するために実行する処理の内容を説明するためのタイミングチャートである。より具体的には、図5(A)は、フューエルカットの実行状態を示す波形を示す。図5(B)は、空燃比センサ10に対する印加電圧の変化を示す波形である。また、図5(C)は、空燃比センサ10を流れるセンサ電流の波形である。   FIG. 5 is a timing chart for explaining the contents of processing executed by the apparatus of the present embodiment to detect a failure of the air-fuel ratio sensor 10. More specifically, FIG. 5A shows a waveform indicating the execution state of fuel cut. FIG. 5B is a waveform showing a change in applied voltage to the air-fuel ratio sensor 10. FIG. 5C shows a waveform of the sensor current flowing through the air-fuel ratio sensor 10.

本実施形態の装置は、フューエルカットが開始される以前は、空燃比センサ10に対して正電圧を印加する(図5(B)参照)。このため、エンジンコンピュータ30は、この間は、センサ電流に基づいて排気空燃比を検知することができる。   The apparatus of the present embodiment applies a positive voltage to the air-fuel ratio sensor 10 before the fuel cut is started (see FIG. 5B). Therefore, during this period, the engine computer 30 can detect the exhaust air-fuel ratio based on the sensor current.

フューエルカットが開始されると、その時点で印加電圧が逆電圧に変更される(図5(B)参照)と共に、逆電圧の印加に伴って生ずる逆電流が第1逆電流i1として取得される(図5(C)参照)。   When the fuel cut is started, the applied voltage is changed to the reverse voltage at that time (see FIG. 5B), and the reverse current generated by the application of the reverse voltage is acquired as the first reverse current i1. (See FIG. 5C).

フューエルカットが開始される以前は、排気通路の空燃比が理論空燃比の近傍に維持されている。このため、大気層18に通じる割れが生じている場合は、フューエルカットの開始時点において、大気層18に既燃ガスが混入している。この場合、第1逆電流i1は、図5(C)中に実線で示すように、絶対値の小さなものとなる。   Before the fuel cut is started, the air-fuel ratio of the exhaust passage is maintained near the stoichiometric air-fuel ratio. For this reason, when the crack which leads to the atmospheric layer 18 has arisen, the burned gas is mixed in the atmospheric layer 18 at the time of a fuel cut start. In this case, the first reverse current i1 has a small absolute value as indicated by a solid line in FIG.

一方、大気層18に通じる割れが生じていない場合は、フューエルカットの開始時点において、大気層18の内部が純粋な大気雰囲気に維持されている。この場合は、大気層18中の酸素濃度が十分に高い値となるため、第1逆電流i1は、図5(C)中に破線で示すように、絶対値の大きな値となる。   On the other hand, when there is no crack leading to the air layer 18, the inside of the air layer 18 is maintained in a pure air atmosphere at the start of fuel cut. In this case, since the oxygen concentration in the atmospheric layer 18 has a sufficiently high value, the first reverse current i1 has a large absolute value as indicated by a broken line in FIG.

フューエルカットの開始後、所定の逆電圧印加時間t(例えば50〜100msec)が経過すると、その時点で印加電圧が正電圧に戻される。その後、フューエルカットの開始時点からの経過時間が逆電圧印加周期T(例えば1sec)に達すると、再び、逆電圧印加時間tだけ、印加電圧が逆電圧とされる。エンジンコンピュータ30は、その時点で生ずる逆電流を第2逆電流i2として取得する(図5(C)参照)。   When a predetermined reverse voltage application time t (for example, 50 to 100 msec) elapses after the start of fuel cut, the applied voltage is returned to a positive voltage at that time. Thereafter, when the elapsed time from the fuel cut start time reaches a reverse voltage application period T (for example, 1 sec), the applied voltage is again set to the reverse voltage for the reverse voltage application time t. The engine computer 30 acquires the reverse current generated at that time as the second reverse current i2 (see FIG. 5C).

フューエルカットの実行中は、空燃比センサ10の周囲を、燃料を含まない空気が流通する。このため、大気層18に通じる割れが生じている場合でも、逆電圧印加周期Tが経過した時点では、大気層18に既燃ガスが殆ど含まれない状態が形成される。従って、第2逆電流i2は、上記の割れが生じていてもいなくても、ほぼ純粋な大気中の酸素濃度に対応した値となる。   During the fuel cut, air that does not contain fuel flows around the air-fuel ratio sensor 10. For this reason, even when the crack which leads to the atmospheric layer 18 has arisen, when the reverse voltage application period T has passed, a state in which almost no burned gas is contained in the atmospheric layer 18 is formed. Therefore, the second reverse current i2 has a value corresponding to a substantially pure oxygen concentration in the atmosphere, regardless of whether or not the above-described cracking occurs.

エンジンコンピュータ30は、以後、第1逆電流i1の絶対値に比して、第2逆電流i2の絶対値が有意に大きいか否かを判断する。その結果、両者がさほど変わらないと判断された場合は、空燃比センサ10が正常であると判断する。一方、第2逆電流i2の絶対値が第1逆電流i1の絶対値に比して十分に大きいと判断された場合は、空燃比センサ10に、大気層18に通じる割れが生じていると判断する。   Thereafter, the engine computer 30 determines whether or not the absolute value of the second reverse current i2 is significantly larger than the absolute value of the first reverse current i1. As a result, when it is determined that both do not change so much, it is determined that the air-fuel ratio sensor 10 is normal. On the other hand, if it is determined that the absolute value of the second reverse current i2 is sufficiently larger than the absolute value of the first reverse current i1, the air-fuel ratio sensor 10 is cracked leading to the atmospheric layer 18. to decide.

上記の処理によれば、フューエルカットの開始後、短い期間の間で、大気層18が既燃ガスにより汚染される可能性のある環境(汚染環境)と、その汚染が緩和される環境(非汚染環境)とを作り出し、それぞれの環境下で第1逆電流と第2逆電流を取得することができる。このような短い期間中には、逆電流に影響を与える種々の要因に大きな変化は生じ難い。従って、第1逆電流と、第2逆電流との差は、大気層18における既燃ガスの濃度変化を精度良く表したものとなる。このため、本実施形態の装置によれば、フューエルカットの実行に伴って大気層18中の既燃ガス濃度が変化したか、すなわち、大気層18に通じる割れが生じているかを正確に判定することが可能である。   According to the above processing, the atmosphere layer 18 may be contaminated by burned gas (contaminated environment) and the environment in which the contamination is mitigated (non-contaminated) in a short period after the start of fuel cut. Pollution environment), and the first reverse current and the second reverse current can be obtained in each environment. During such a short period, it is difficult for a large change to occur in various factors affecting the reverse current. Therefore, the difference between the first reverse current and the second reverse current accurately represents the concentration change of the burned gas in the atmospheric layer 18. For this reason, according to the apparatus of the present embodiment, it is accurately determined whether the burned gas concentration in the atmospheric layer 18 has changed with the execution of the fuel cut, that is, whether a crack leading to the atmospheric layer 18 has occurred. It is possible.

[実施の形態1における具体的処理]
図6は、上記の機能を実現するために、エンジンコンピュータ30が実行するルーチンのフローチャートである。図6に示すルーチンによれば、先ず、フューエルカットが実行されているか否かが判別される(ステップ100)。
[Specific Processing in Embodiment 1]
FIG. 6 is a flowchart of a routine executed by the engine computer 30 to realize the above function. According to the routine shown in FIG. 6, it is first determined whether or not a fuel cut is being executed (step 100).

その結果、フューエルカットが実行されていないと判別された場合は、速やかにこのルーチンが終了され、他の演算処理(センサ電流に基づく空燃比制御等の処理)が開始される。一方、フューエルカットの実行が認められた場合は、次に、フューエルカットの開始時点からの経過時間が、逆電圧印加時間t以下であるかが判別される(ステップ102)。   As a result, if it is determined that the fuel cut is not being executed, this routine is immediately terminated, and other arithmetic processing (processing such as air-fuel ratio control based on sensor current) is started. On the other hand, if the execution of the fuel cut is confirmed, it is next determined whether or not the elapsed time from the fuel cut start time is equal to or less than the reverse voltage application time t (step 102).

フューエルカットの開始直後は、ステップ102の条件が成立する。その場合、次に、空燃比センサ10に逆電圧を印加するための処理、具体的には、図2に示す回路において、ポート3にON信号を供給する処理が実行される(ステップ104)。次いで、検知された逆電流のピーク値を第1逆電流として取得する処理が実行される(ステップ106)。   Immediately after the start of the fuel cut, the condition of step 102 is satisfied. In this case, next, a process for applying a reverse voltage to the air-fuel ratio sensor 10, specifically, a process for supplying an ON signal to the port 3 in the circuit shown in FIG. 2 is executed (step 104). Next, a process of acquiring the detected reverse current peak value as the first reverse current is executed (step 106).

フューエルカットが開始された後、逆電圧印加時間tが経過するまでの間は、上記ステップ100〜106の処理が繰り返し実行される。その結果、最終的には、フューエルカットの開始後、逆電圧印加時間tが経過する以前に生じた逆電流のピーク値が、第1逆電流i1として記憶される。   After the fuel cut is started, the processes of steps 100 to 106 are repeatedly executed until the reverse voltage application time t elapses. As a result, finally, the peak value of the reverse current generated before the reverse voltage application time t elapses after the start of the fuel cut is stored as the first reverse current i1.

逆電圧印加時間tが経過した後に図6に示すルーチンが起動された場合は、ステップ102の条件が成立しないと判断される。この場合は、次に、フューエルカットの開始後の経過時間が、逆電圧印加周期Tより大きく、かつ、T+t以下であるかが判別される(ステップ108)。   If the routine shown in FIG. 6 is started after the reverse voltage application time t has elapsed, it is determined that the condition of step 102 is not satisfied. In this case, it is next determined whether the elapsed time after the start of the fuel cut is longer than the reverse voltage application period T and equal to or shorter than T + t (step 108).

フューエルカットの開始後の経過時間が逆電圧印加周期Tに達するまでは、上記の判定が否定される。この場合、次に、空燃比センサ10に正電圧を印加するための処理、つまり、ポート3(図2参照)に対する供給電位をOFF電位とする処理が実行される(ステップ110)。   The above determination is denied until the elapsed time after the start of the fuel cut reaches the reverse voltage application period T. In this case, next, a process for applying a positive voltage to the air-fuel ratio sensor 10, that is, a process for setting the supply potential to the port 3 (see FIG. 2) to the OFF potential is executed (step 110).

一方、フューエルカットの開始後の経過時間が逆電圧印加周期Tに達した後、その経過時間がT+tを超えるまでは、上記ステップ108において、条件成立が判定される。この場合、先ず、逆電圧印加のための処理が実行され(ステップ112)、次いで、逆電流のピーク値を第2逆電流として取得する処理が実行される(ステップ114)。   On the other hand, after the elapsed time after the start of the fuel cut reaches the reverse voltage application cycle T, until the elapsed time exceeds T + t, it is determined in step 108 that the condition is satisfied. In this case, first, processing for applying a reverse voltage is executed (step 112), and then processing for acquiring the peak value of the reverse current as the second reverse current is executed (step 114).

フューエルカット開始後の経過時間がT+tを超えるまでは、図6に示すルーチンが起動される毎に上記ステップ112および114の処理が繰り返し実行される。その結果、最終的には、上記経過時間がT+tに達するまでに生じた逆電流のピーク値が、第2逆電流i2として記憶される。   Until the elapsed time after the start of the fuel cut exceeds T + t, the processes of steps 112 and 114 are repeatedly executed every time the routine shown in FIG. 6 is started. As a result, finally, the peak value of the reverse current generated until the elapsed time reaches T + t is stored as the second reverse current i2.

図6に示すルーチンでは、ステップ114の処理に続いて、第1逆電流i1に対する第2逆電流i2の比(i2/i1)が、判定値R以上であるかが判別される(ステップ116)。判定値Rは、i2の絶対値がi1の絶対値に比して有意に大きいかを判断するために設定された1.0より大きな値である。このため、上記の条件が成立する場合は、第2逆電流i2の絶対値が、第1逆電流i1の絶対値に比して有意に大きいと判断できる。エンジンコンピュータ30は、この場合、大気層18に通じる割れの存在を認め、異常判定を行う(ステップ118)。   In the routine shown in FIG. 6, following the process of step 114, it is determined whether the ratio (i2 / i1) of the second reverse current i2 to the first reverse current i1 is greater than or equal to the determination value R (step 116). . The determination value R is a value larger than 1.0 set to determine whether the absolute value of i2 is significantly larger than the absolute value of i1. Therefore, when the above condition is satisfied, it can be determined that the absolute value of the second reverse current i2 is significantly larger than the absolute value of the first reverse current i1. In this case, the engine computer 30 recognizes the presence of cracks leading to the atmospheric layer 18 and makes an abnormality determination (step 118).

一方、上記ステップ116において、i2/i1≧Rの不成立が認められた場合は、第2逆電流i2と第1逆電流i1とが大きく異ならないと判断できる。この場合は、大気層18に通じる割れの存在が否定され、正常判定がなされる(ステップ120)。   On the other hand, if it is determined in step 116 that i2 / i1 ≧ R is not established, it can be determined that the second reverse current i2 and the first reverse current i1 are not significantly different. In this case, the presence of cracks leading to the atmospheric layer 18 is denied, and a normal determination is made (step 120).

フューエルカット開始後の経過時間がT+tを超えた後は、図6に示すルーチンが起動される毎に、ステップ108において条件不成立が判定され、ステップ110の処理、すなわち、空燃比センサ10に正電圧を印加する処理が繰り返し実行される。   After the elapsed time after the start of the fuel cut exceeds T + t, it is determined in step 108 that the condition is not satisfied each time the routine shown in FIG. 6 is started, and the processing of step 110, that is, the positive voltage is applied to the air-fuel ratio sensor 10. Is repeatedly executed.

上述した処理によれば、図5を参照して説明した動作を実現することができる。このため、本実施形態の装置によれば、種々の外乱の影響を受けることなく、空燃比センサ10に、大気層18に通じる割れが生じているか否かを、極めて正確に判断することができる。   According to the processing described above, the operation described with reference to FIG. 5 can be realized. Therefore, according to the apparatus of the present embodiment, it is possible to determine very accurately whether or not the air-fuel ratio sensor 10 is cracked leading to the atmospheric layer 18 without being affected by various disturbances. .

ところで、上述した実施の形態1においては、空燃比センサ10を流れる逆電流にバラツキを生じさせる様々な要因の影響を排除するために、汚染環境下で第1逆電流i1を計測し、非汚染環境下で第2逆電流i2を計測し、更に、それらの比(i2/i1)に基づいて故障の有無を判断することとしているが、その判断の手法はこれに限定されるものではない。すなわち、逆電流のバラツキを十分に小さく抑えることができ、正常時に生ずる逆電流と、故障時に生ずる逆電流とのオーバーラップを避けることができる場合には、単一の逆電流そのものの値に基づいて、故障の有無を判断することとしてもよい。   By the way, in the first embodiment described above, in order to eliminate the influence of various factors that cause variations in the reverse current flowing through the air-fuel ratio sensor 10, the first reverse current i1 is measured in a contaminated environment, and non-polluted. The second reverse current i2 is measured under the environment, and the presence / absence of a failure is determined based on the ratio (i2 / i1). However, the determination method is not limited to this. In other words, when the reverse current variation can be suppressed to a sufficiently small level and the overlap between the reverse current that occurs during normal operation and the reverse current that occurs during a failure can be avoided, it is based on the value of the single reverse current itself. Thus, the presence or absence of a failure may be determined.

この変形例は、具体的には、以下のような手法で実現することができる。すなわち、ここでは、先ず、正常時に生ずる逆電流と異常時に発生する逆電流との間に位置する判定値(負の判定値)を適合作業により設定する。汚染環境下で逆電流を検出し、その逆電流が、上記の判定値と0との間に位置するものであるかを判別する。その結果、逆電流が判定値と0との間に位置する場合は、大気層18の酸素濃度が低い、つまり、大気層18に通じる割れが生じていると判断することができる。一方、逆電流が判定値と0との間に位置しない場合、すなわち、判定値より更に負側に偏っている場合は、空燃比センサ10が正常であると判断できる。   Specifically, this modification can be realized by the following method. That is, here, first, a determination value (negative determination value) positioned between the reverse current generated in the normal state and the reverse current generated in the abnormal state is set by the adaptation operation. A reverse current is detected in a contaminated environment, and it is determined whether the reverse current is located between the determination value and 0. As a result, when the reverse current is located between the determination value and 0, it can be determined that the oxygen concentration in the atmospheric layer 18 is low, that is, that a crack leading to the atmospheric layer 18 has occurred. On the other hand, when the reverse current is not positioned between the determination value and 0, that is, when the reverse current is more negative than the determination value, it can be determined that the air-fuel ratio sensor 10 is normal.

上記の変形例を用いる場合は、逆電流に影響を与える種々の要因を規格化することとしてもよい。具体的には、逆電流の検出条件として、センサ温度、大気圧、印加電圧などが、それぞれ所定の値に一致していることなどを要求することとしてもよい。このような条件を課すと、故障検出の頻度は下がるものの、単一の逆電流を基礎とする故障検出の精度を高めることが可能である。   When the above modification is used, various factors that affect the reverse current may be normalized. Specifically, as a reverse current detection condition, it may be requested that the sensor temperature, the atmospheric pressure, the applied voltage, and the like each match a predetermined value. When such a condition is imposed, although the frequency of failure detection decreases, it is possible to improve the accuracy of failure detection based on a single reverse current.

また、上述した実施の形態1では、フューエルカットの開始直後を「汚染環境」、つまり、第1逆電流を計測する環境と定義しているが、第1逆電流を測定する環境はこれに限定されるものではない。すなわち、第1逆電流は、大気層18が既燃ガスで汚染されている可能性のある環境下で測定すればよく、例えば、フューエルカットの実行とは無関係に、通常の運転環境を汚染環境と定義して、通常の運転環境下で第1逆電流を計測することとしてもよい。   In the first embodiment described above, the “contaminated environment” is defined immediately after the start of the fuel cut, that is, the environment in which the first reverse current is measured. However, the environment in which the first reverse current is measured is limited to this. Is not to be done. That is, the first reverse current may be measured in an environment in which the atmosphere layer 18 may be contaminated with burned gas. For example, the normal operating environment is changed to a polluted environment regardless of the execution of fuel cut. And the first reverse current may be measured under a normal driving environment.

また、上述した実施の形態1では、フューエルカットの開始後に、所定の間隔を空けて第1逆電流i1と第2逆電流i2とを計測し、それらを比較することにより逆電流の挙動を判断することとしているが、その挙動の判断手法はこれに限定されるものではない。例えば、フューエルカットの開始後に、逆電流の変化を連続的に監視して、その監視の結果に基づいてセンサ割れの有無を判断することとしてもよい。   In the first embodiment described above, after the fuel cut is started, the first reverse current i1 and the second reverse current i2 are measured at a predetermined interval, and the behavior of the reverse current is determined by comparing them. However, the method for determining the behavior is not limited to this. For example, after the start of the fuel cut, the change in the reverse current may be continuously monitored, and the presence or absence of a sensor crack may be determined based on the monitoring result.

また、上述した実施の形態1では、第2逆電流i2の絶対値が、第1逆電流i1の絶対値に比して有意に大きいか否かを判断するために、両者の比(i2/i1)が判定値R以上であるかを判断することとしているが、その判断の手法はこれに限定されるものではない。例えば、第2逆電流i2と第1逆電流i1との差(│i2−i1│)が判定値より大きいか否かを見ることで同様の判断を実現することとしてもよい。   In the first embodiment described above, in order to determine whether or not the absolute value of the second reverse current i2 is significantly larger than the absolute value of the first reverse current i1, the ratio (i2 / It is determined whether i1) is equal to or greater than the determination value R, but the determination method is not limited to this. For example, the same determination may be realized by checking whether or not the difference (| i2−i1 |) between the second reverse current i2 and the first reverse current i1 is larger than the determination value.

また、上述した実施の形態1では、故障検出の対象を空燃比センサとしているが、その対象は、これに限定されるものではない。すなわち、実施の形態1の故障検出の手法は、酸素センサに対して適用することも可能である。   In the first embodiment described above, the target of failure detection is the air-fuel ratio sensor, but the target is not limited to this. That is, the failure detection method of the first embodiment can also be applied to an oxygen sensor.

尚、上述した実施の形態1においては、エンジンコンピュータ30が、上記ステップ104および112の処理を実行して負極端子34の電位を上昇させることにより前記第1の発明における「逆電圧印加手段」が、上記ステップ106および114の処理においてADC2ポートの電位を読み取ることにより前記第1の発明における「逆電流検出手段」が、フューエルカットを実行することにより前記第1の発明における「環境切り換え手段」および前記第5の発明における「フューエルカット手段」が、上記ステップ116〜120の処理を実行することにより前記第1の発明における「故障検出手段」が、それぞれ実現されている。   In the first embodiment described above, the engine computer 30 executes the processes of steps 104 and 112 to increase the potential of the negative terminal 34, whereby the “reverse voltage applying means” in the first invention is provided. By reading the potential of the ADC2 port in the processing of steps 106 and 114, the “reverse current detecting means” in the first invention performs the fuel cut, and the “environment switching means” in the first invention and The “failure detection means” according to the first aspect of the present invention is realized by the “fuel cut means” according to the fifth aspect of the invention executing the processes of steps 116 to 120 described above.

また、上述した実施の形態1においては、エンジンコンピュータ30が、上記ステップ106の処理を実行することにより前記第2の発明における「第1逆電流取得手段」が、上記ステップ114の処理を実行することにより前記第2の発明における「第2逆電流取得手段」が、上記ステップ116および118の処理を実行することにより前記第2の発明における「故障判定手段」が、それぞれ実現されている。   In the first embodiment described above, the engine computer 30 executes the process of step 106, so that the “first reverse current acquisition means” in the second invention executes the process of step 114. As a result, the “second reverse current acquisition means” in the second invention realizes the “failure determination means” in the second invention by executing the processing of steps 116 and 118 described above.

また、上述した実施の形態1の構成によれば、エンジンコンピュータ30に、ポート3をON電位とさせることにより前記第7の発明における「逆電圧印加手段」を、ポート3にON電位が供給されている状況下でADC2ポートの電位を読み取らせることにより前記第7の発明における「逆電流検出手段」を、内燃機関を通常運転させることにより前記第7の発明における「汚染環境形成手段」を、ADC2ポートの電位から検知した逆電流が、負の判定値と0との間の値であるか否かを判断させることにより前記第7の発明における「故障判定手段を、それぞれ実現することができる。   Further, according to the configuration of the first embodiment described above, the engine computer 30 causes the port 3 to be set to the ON potential, whereby the “reverse voltage applying means” according to the seventh aspect of the present invention is supplied to the port 3. The "reverse current detecting means" in the seventh invention is caused by reading the potential of the ADC2 port under the circumstances, and the "contaminated environment forming means" in the seventh invention is caused by operating the internal combustion engine normally. By determining whether the reverse current detected from the potential of the ADC2 port is a value between a negative determination value and 0, the “failure determination means in the seventh invention can be realized respectively. .

実施の形態2.
[実施の形態2の特徴]
次に、図7乃至図11を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。本実施形態のシステムは、実施の形態1のハードウェア構成において、エンジンコンピュータ30に、後述する図10に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
Embodiment 2. FIG.
[Features of Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The system of the present embodiment can be realized by causing the engine computer 30 to execute a routine shown in FIG. 10 described later in the hardware configuration of the first embodiment.

本実施形態のシステムは、実施の形態1のシステムと同様に、フューエルカットの開始直後に検出される第1逆電流i1と、逆電圧印加周期Tの後に検出される第2逆電流i2との比較に基づいてセンサ割れの有無を判断する。フューエルカットの開始時に大気層18に十分に排気ガスが混入していれば、フューエルカットの開始後に大気層18の酸素濃度が有意に増加することから、上記の手法によってセンサ割れを精度良く検知することができる。   As in the system of the first embodiment, the system of the present embodiment includes a first reverse current i1 detected immediately after the start of fuel cut and a second reverse current i2 detected after the reverse voltage application period T. Based on the comparison, the presence or absence of a sensor crack is determined. If the exhaust gas is sufficiently mixed in the atmospheric layer 18 at the start of the fuel cut, the oxygen concentration in the atmospheric layer 18 increases significantly after the start of the fuel cut. be able to.

しかしながら、フューエルカットの開始時に大気層18に十分な排気ガスが混入しているとの前提は、必ずしも、センサ割れの発生時に常に成立するものではない。そして、この前提が成立しない状況下では、上記の手法によってセンサ割れを正確に検知することは困難である。   However, the assumption that sufficient exhaust gas is mixed in the atmosphere layer 18 at the start of fuel cut does not always hold when a sensor crack occurs. And in the situation where this premise is not materialized, it is difficult to detect a sensor crack correctly by the above-mentioned method.

図7は、上記の前提が成立する場合のタイミングチャートである。一方、図8は、その前提が成立しない場合のタイミングチャートである。これらの図において、図7(A)及び図8(A)は吸入空気量Gaの変化を示している。また、これらの図に示されているGは、十分な排気圧力が発生しているか否かを判断するための判定値である。   FIG. 7 is a timing chart in the case where the above assumption is established. On the other hand, FIG. 8 is a timing chart when the premise is not satisfied. In these drawings, FIGS. 7A and 8A show changes in the intake air amount Ga. Further, G shown in these drawings is a determination value for determining whether or not sufficient exhaust pressure is generated.

空燃比センサ10にセンサ割れが発生していても、排気圧力が大気圧近傍の値であれば、大気層18に排気ガスは侵入しない。換言すると、センサ割れの発生時に、大気層18中に排気ガスが侵入するためには、その侵入を生じさせる程度に排気圧力が上昇していることが必要である。上記の判定値Gは、その必要な排気圧力の発生を保証するための値である。従って、Ga>Gの条件が成立している場合は、大気層18中に排気ガスが侵入するための条件が整っていると判断できる。   Even if sensor cracking occurs in the air-fuel ratio sensor 10, the exhaust gas does not enter the atmosphere layer 18 if the exhaust pressure is a value close to atmospheric pressure. In other words, in order for the exhaust gas to enter the atmosphere layer 18 when the sensor crack occurs, the exhaust pressure needs to be increased to such an extent that the exhaust gas enters. The determination value G is a value for guaranteeing the generation of the necessary exhaust pressure. Therefore, when the condition of Ga> G is satisfied, it can be determined that the condition for the exhaust gas to enter the atmosphere layer 18 is satisfied.

図7(B)及び図8(B)は積算空気量GVOLの変化を示している。積算空気量GVOLは、Ga>Gの関係が成立している状況下で発生した吸入空気量Gaの積算値である。従って、その値は、吸入空気量Gaが判定値Gを下回ることにより0にリセットされる(時刻t3参照)。   FIGS. 7B and 8B show changes in the integrated air amount GVOL. The integrated air amount GVOL is an integrated value of the intake air amount Ga generated under the condition that Ga> G is established. Therefore, the value is reset to 0 when the intake air amount Ga falls below the determination value G (see time t3).

上述した通り、センサ割れの箇所から大気層18に排気ガスが侵入するためには、ある程度の排気圧力が必要である。そして、特に、センサ割れが小さなものである場合には、その排気圧力がある程度の時間継続して維持されなければ、十分量の排気ガスの侵入は生じない。積算空気量GVOLは、十分な排気圧力が継続的に発生している期間、つまり、Ga>Gの関係が成立している期間を表す特性値である。また、図7(B)及び図8(B)に示すVは、その期間が十分であるか否かを判断するための判定量である。従って、GVOL>Vの成立が認められた時点では、センサ割れが生じていることを条件に、大気層18に十分量の排気ガスが混入したことを保証することができる。   As described above, a certain amount of exhaust pressure is required for the exhaust gas to enter the atmosphere layer 18 from the location of the sensor crack. In particular, when the sensor crack is small, a sufficient amount of exhaust gas does not enter unless the exhaust pressure is maintained for a certain period of time. The integrated air amount GVOL is a characteristic value representing a period in which sufficient exhaust pressure is continuously generated, that is, a period in which the relationship of Ga> G is established. Further, V shown in FIGS. 7B and 8B is a determination amount for determining whether or not the period is sufficient. Therefore, when the establishment of GVOL> V is recognized, it can be ensured that a sufficient amount of exhaust gas is mixed in the atmospheric layer 18 on the condition that a sensor crack has occurred.

図7(C)及び図8(C)は、フューエルカットの状態を表している。図7に示す例では、時刻t1に吸入空気量Gaが判定値Gを超え、時刻t2に積算空気量GVOLが判定量Vを超えている。その後、スロットル弁が急激に閉じられ、時刻t3にはGaがGを下回ることによりGVOLがゼロにリセットされている。そして、短い遅れ時間Tfの後、時刻t4において、フューエルカットが開始されている。   FIG. 7C and FIG. 8C show a fuel cut state. In the example shown in FIG. 7, the intake air amount Ga exceeds the determination value G at time t1, and the integrated air amount GVOL exceeds the determination amount V at time t2. Thereafter, the throttle valve is suddenly closed, and GVOL is reset to zero at time t3 because Ga falls below G. Then, after a short delay time Tf, fuel cut is started at time t4.

図7に示す例によれば、時刻t3までは、十分に高い排気圧力が確保されている。つまり、この例の場合、時刻t3までは、センサ割れの箇所から大気層18へ排気ガスが侵入する環境が整っている。時刻t3の後、GaがGを下回ると、排気圧力が急激に低下し、今度は、大気層18内のガスが掃気される環境が成立する。しかしながら、時刻t3の後、フューエルカットが開始される時刻t4までの遅れ時間Tfが十分に短い場合は、時刻t4の時点で、大気層18中に有意な量の排気ガスが残存している。このため、図7に示す場合は、フューエルカットの開始と同時に逆電圧の印加が開始されれば、上記の前提が成立し、センサ割れを検出することが可能である。   According to the example shown in FIG. 7, a sufficiently high exhaust pressure is secured until time t3. In other words, in this example, until time t3, an environment in which exhaust gas enters the atmosphere layer 18 from the location of the sensor crack is prepared. When Ga falls below G after time t3, the exhaust pressure drops rapidly, and this time, an environment in which the gas in the atmospheric layer 18 is scavenged is established. However, if the delay time Tf from time t3 to time t4 when fuel cut is started is sufficiently short, a significant amount of exhaust gas remains in the atmosphere layer 18 at time t4. For this reason, in the case shown in FIG. 7, if the application of the reverse voltage is started simultaneously with the start of the fuel cut, the above assumption is established and the sensor crack can be detected.

図8は、時刻t2を過ぎた後、スロットル弁が緩やかに閉じられた例を示している。そして、この例では、時刻t3において吸入空気量Gaが判定値Gを下回った後、長い遅れ時間Tfが経過した時点(時刻t4)で、フューエルカットが開始されている。図8に示すような場合は、時刻t3以降、フューエルカットの開始時までに、大気層18の掃気環境が長期に渡って成立し、大気層18の掃気が十分に進められてしまう。この場合、フューエルカットの開始時点において上記の前提が崩れているため、センサ割れが適切に検出できない事態が生じ得る。   FIG. 8 shows an example in which the throttle valve is gently closed after the time t2. In this example, the fuel cut is started when a long delay time Tf has elapsed (time t4) after the intake air amount Ga falls below the determination value G at time t3. In the case shown in FIG. 8, the scavenging environment of the atmosphere layer 18 is established over a long period of time after the time t3 and before the start of the fuel cut, and the scavenging of the atmosphere layer 18 is sufficiently advanced. In this case, since the above assumption is broken at the start of fuel cut, a situation in which sensor cracks cannot be detected properly may occur.

更に、フューエルカットに先立って、そもそもGVOL>Vが成立しなかった場合も、フューエルカットの開始時点において上記の前提が成立していない。従って、この場合も、第1逆電流i1と第2逆電流i2との比較に基づいて、センサ割れの発生を正確に検知することはできない。   Further, even if GVOL> V is not satisfied in the first place prior to the fuel cut, the above assumption is not satisfied at the start of the fuel cut. Accordingly, in this case as well, the occurrence of sensor cracks cannot be accurately detected based on the comparison between the first reverse current i1 and the second reverse current i2.

そこで、本実施形態では、フューエルカットに先立って、積算空気量GVOLが判定量Gを超えていたこと、及び、吸入空気量Gaが判定値Gを下回った後、十分に短い時間の後にフューエルカットが開始されたこと、の双方が成立する場合にのみ、センサ割れの検出を許可することとした。   Therefore, in the present embodiment, prior to the fuel cut, the fuel cut is performed after a sufficiently short time after the cumulative air amount GVOL exceeds the determination amount G, and after the intake air amount Ga falls below the determination value G. The sensor crack detection is permitted only when both of the above are established.

図9は、上記の規則に従ってセンサ割れの検出が行われる場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。具体的には、図9(A)は吸入空気量Gaの変化を示す。図9(B)は積算空気量GVOLの変化を示す。図9(C)は、後述するガス置換フラグの状態を示す。図9(D)は、遅れ時間Tfの変化を示す。また、図9(E)はフューエルカットの状態を表している。   FIG. 9 is a timing chart for explaining the operation in the case where sensor crack detection is performed according to the above rules. Specifically, FIG. 9A shows changes in the intake air amount Ga. FIG. 9B shows a change in the integrated air amount GVOL. FIG. 9C shows a state of a gas replacement flag described later. FIG. 9D shows a change in the delay time Tf. FIG. 9E shows a fuel cut state.

図9は、吸入空気量Gaが図7に示す場合と同様に変化した例を示している。センサ割れが生じている場合は、積算空気量GVOLが判定量Vを超えた時点(時刻t2)で、大気層18に排気ガスが十分に侵入したと判断できる。ガス置換フラグは、図9(C)に示すように、その時点でONとされるフラグである。従って、本実施形態のシステムでは、ガス置換フラグがONであれば、大気層18に排気ガスが十分に侵入した履歴があると認めることができる。   FIG. 9 shows an example in which the intake air amount Ga changes in the same manner as in the case shown in FIG. When the sensor crack has occurred, it can be determined that the exhaust gas has sufficiently entered the atmosphere layer 18 when the integrated air amount GVOL exceeds the determination amount V (time t2). As shown in FIG. 9C, the gas replacement flag is a flag that is turned ON at that time. Therefore, in the system of the present embodiment, if the gas replacement flag is ON, it can be recognized that there is a history of exhaust gas sufficiently entering the atmosphere layer 18.

遅れ時間Tfは、排気圧力が下がって、大気層18が掃気される環境が整った後、フューエルカットが開始されるまでの経過時間である。このため、図9(D)に示すように、遅れ時間Tfは、吸入空気量Gaが判定値Gを下回る時刻t3から、フューエルカットが開始される時刻t4までインクリメントされる。   The delay time Tf is an elapsed time from when the exhaust pressure is lowered and the environment in which the atmosphere layer 18 is scavenged is prepared until the fuel cut is started. For this reason, as shown in FIG. 9D, the delay time Tf is incremented from time t3 when the intake air amount Ga falls below the determination value G to time t4 when the fuel cut is started.

本実施形態において、エンジンコンピュータ30は、フューエルカットの開始時点において、ガス置換フラグがONであり、かつ、遅れ時間Tfが判定許可待ち時間(以下、単に「判定時間」とする)Ts以下であるかを判定する。判定時間Tsは、掃気環境が整っている状況下で、大気層18内に有意な量の排気ガスが滞留する時間である。従って、上記2つの条件が共に成立している場合は、大気層18内に排気ガスが十分に混入していると判断できる。   In this embodiment, the engine computer 30 has the gas replacement flag ON at the start of fuel cut, and the delay time Tf is equal to or shorter than the determination permission waiting time (hereinafter simply referred to as “determination time”) Ts. Determine whether. The determination time Ts is a time during which a significant amount of exhaust gas stays in the atmosphere layer 18 in a situation where the scavenging environment is in place. Therefore, when both of the above two conditions are satisfied, it can be determined that the exhaust gas is sufficiently mixed in the atmospheric layer 18.

図9は、フューエルカットの開始時点において、それらの条件が共に成立している例を示している。本実施形態のシステムは、このような場合にのみ、センサ割れの検出を許可する。このため、本実施形態のシステムによれば、大気層18内に十分に排気ガスが存在しない環境下で、誤った判断がなされるのを有効に防ぐことができる。   FIG. 9 shows an example in which these conditions are both established at the start of fuel cut. The system of the present embodiment permits detection of sensor cracks only in such a case. For this reason, according to the system of the present embodiment, it is possible to effectively prevent erroneous determination in an environment where exhaust gas is not sufficiently present in the atmospheric layer 18.

[実施の形態2における具体的処理]
図10は、本実施形態において、エンジンコンピュータ30が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図10において、ステップ220〜238の処理は、実質的に上記図6に示すステップ102〜120と同じである。
[Specific Processing in Second Embodiment]
FIG. 10 is a flowchart of a routine executed by the engine computer 30 in the present embodiment. In FIG. 10, steps 220 to 238 are substantially the same as steps 102 to 120 shown in FIG.

図10に示すルーチンでは、先ず、吸入空気量Gaが判定値Gを超えているか否かが判別される(ステップ190)。内燃機関の始動後、Gaが小さな値に維持されているような状況下では、この条件が不成立と判断される。   In the routine shown in FIG. 10, first, it is determined whether or not the intake air amount Ga exceeds the determination value G (step 190). It is determined that this condition is not satisfied under a situation where Ga is maintained at a small value after the internal combustion engine is started.

Ga>Gが不成立であると認められると、積算空気量GVOLが0とされる(ステップ192)。次いで、条件成立フラグがONであるかが判別される(ステップ194)。条件成立フラグは、フューエルカットの開始時に、センサ割れの検出条件が成立していた場合にセットされるフラグである。内燃機関の始動直後は、イニシャル処理によりこのフラグはOFFとされている。この場合、ステップ194において、条件不成立との判別がなされ、次に、ガス置換フラグがONであるかが判別される(ステップ196)。   If it is recognized that Ga> G is not established, the integrated air amount GVOL is set to 0 (step 192). Next, it is determined whether or not the condition satisfaction flag is ON (step 194). The condition satisfaction flag is a flag that is set when a sensor crack detection condition is satisfied at the start of fuel cut. Immediately after starting the internal combustion engine, this flag is turned OFF by the initial process. In this case, it is determined in step 194 that the condition is not satisfied, and then it is determined whether the gas replacement flag is ON (step 196).

ガス置換フラグも、内燃機関の始動直後は、イニシャル処理によりOFFとされている。従って、この場合は、ステップ196においても条件不成立の判別がなされる。上記の判別がなされると、次に、遅れ時間Tfが最大値にセットされる(ステップ198)。以後、今回の処理サイクルは、速やかに終了される。   The gas replacement flag is also turned off by the initial process immediately after starting the internal combustion engine. Therefore, in this case, it is determined in step 196 that the condition is not satisfied. When the above determination is made, the delay time Tf is then set to the maximum value (step 198). Thereafter, the current processing cycle is promptly terminated.

吸入空気量Gaが十分に大きな値になると、ステップ190において、Ga>Gが成立すると判断される。この場合、次に、積算空気量GVOLがインクリメントされる(ステップ200)。以上説明した処理によれば、積算空気量GVOLには、Ga>Gが継続的に成立している間に生じた吸入空気量Gaの積算量を記憶させることができる。   If the intake air amount Ga has a sufficiently large value, it is determined in step 190 that Ga> G is satisfied. In this case, next, the integrated air amount GVOL is incremented (step 200). According to the processing described above, the integrated air amount GVOL can store the integrated amount of the intake air amount Ga generated while Ga> G is continuously established.

次に、積算空気量GVOLが判定量Vを超えたか否かが判別される(ステップ202)。Ga>Gが成立した直後は、GVOL>Vの関係が成立せず、ステップ202において条件不成立の判断がなされる。この場合、ガス置換フラグがOFFとされた後、今回の処理サイクルが終了される。   Next, it is determined whether or not the integrated air amount GVOL exceeds the determination amount V (step 202). Immediately after Ga> G is established, the relationship of GVOL> V is not established, and it is determined in step 202 that the condition is not established. In this case, after the gas replacement flag is turned off, the current processing cycle is terminated.

Ga>Gの成立が維持されている間は、図10に示すルーチンが起動される毎に、ステップ202の処理が実行される。そして、GVOL>Vが成立する前にGaがGを下回ると、ステップ192〜198が実行されることにより、全ての設定が再び初期状態に戻される。一方、GVOL>Vが成立するまでGa>Gの関係が維持されると、ステップ202において条件成立が判断される。この場合、ガス置換フラグがONとされ(ステップ206)、更に、遅れ時間Tfが0とされる(ステップ208)。   While the establishment of Ga> G is maintained, the process of step 202 is executed every time the routine shown in FIG. 10 is started. If Ga falls below G before GVOL> V is established, steps 192 to 198 are executed, whereby all settings are returned to the initial state again. On the other hand, if the relationship of Ga> G is maintained until GVOL> V is satisfied, it is determined in step 202 that the condition is satisfied. In this case, the gas replacement flag is turned on (step 206), and the delay time Tf is further set to 0 (step 208).

上記の処理の後に吸入空気量Gaが判定値Gを下回ると、ステップ192及び194の処理に続き、ステップ196において、ガス置換フラグがONであると判断される。この場合、遅れ時間Tfがインクリメントされ(ステップ210)、次に、遅れ時間Tfが判定時間Tsより短いかが判別される(ステップ212)。   If the intake air amount Ga falls below the determination value G after the above processing, it is determined in step 196 that the gas replacement flag is ON, following the processing in steps 192 and 194. In this case, the delay time Tf is incremented (step 210), and then it is determined whether the delay time Tf is shorter than the determination time Ts (step 212).

遅れ時間Tfは、ガス置換フラグがONとされると同時に0とされている(上記ステップ208参照)。このため、ステップ212の処理が始めて実行される時点では、Tf<Tsが成立する。この場合、次に、フューエルカットが開始されているか否かが判断される(ステップ214)。   The delay time Tf is set to 0 at the same time when the gas replacement flag is turned ON (see step 208 above). For this reason, Tf <Ts is satisfied when the process of step 212 is executed for the first time. In this case, it is next determined whether or not a fuel cut has been started (step 214).

フューエルカットの開始が認められるまでは、ステップ214において、フューエルカットがOFFであるとの判断がなされる。この場合は、以後、条件成立フラグがOFFとされた後(ステップ216)、今回の処理サイクルが終了される。   Until the start of the fuel cut is recognized, it is determined in step 214 that the fuel cut is OFF. In this case, after this, the condition satisfaction flag is turned off (step 216), and the current processing cycle is terminated.

吸入空気量Gaが判定値Gを超えない限りは、遅れ時間Tfが判定時間Tsに達するまで、図10に示すルーチンが起動される毎にステップ214の処理が繰り返される。遅れ時間Tfが判定時間Tsに達する前にフューエルカットが開始されると、ステップ214の条件が成立し、条件成立フラグがONとされる(ステップ218)。   As long as the intake air amount Ga does not exceed the determination value G, the process of step 214 is repeated each time the routine shown in FIG. 10 is started until the delay time Tf reaches the determination time Ts. If the fuel cut is started before the delay time Tf reaches the determination time Ts, the condition of step 214 is satisfied, and the condition satisfaction flag is turned ON (step 218).

以下、実質的に図6に示すステップ102〜120と同様の処理が実行される。すなわち、個々では、先ず、フューエルカットの開始時点からの経過時間が、逆電圧印加時間t以下であるかが判別される(ステップ220)。   Thereafter, substantially the same processing as steps 102 to 120 shown in FIG. 6 is executed. That is, individually, it is first determined whether the elapsed time from the fuel cut start time is equal to or less than the reverse voltage application time t (step 220).

フューエルカットの開始直後は、ステップ220の条件が成立する。その場合、次に、空燃比センサ10に逆電圧を印加するため処理が実行される(ステップ222)。次いで、逆電流のピーク値を第1逆電流i1として取得するための処理が実行される(ステップ224)。   Immediately after the start of the fuel cut, the condition of step 220 is satisfied. In that case, next, a process is executed to apply a reverse voltage to the air-fuel ratio sensor 10 (step 222). Next, a process for acquiring the peak value of the reverse current as the first reverse current i1 is executed (step 224).

吸入空気量Gaが判定値Gを下回ったまま再び図10に示すルーチンが起動されると、今度は、ステップ194において、条件成立フラグがONであると判断される。その結果、無条件でステップ214以降の処理が実行される。そして、フューエルカットの開始後、逆電圧印加時間tが経過するまでの間は、上記ステップ220〜224の処理が繰り返される。   When the routine shown in FIG. 10 is started again while the intake air amount Ga is below the determination value G, it is determined in step 194 that the condition satisfaction flag is ON. As a result, the processing after step 214 is executed unconditionally. Then, after the fuel cut is started, the processes of steps 220 to 224 are repeated until the reverse voltage application time t elapses.

燃料カットが実行されたまま逆電圧印加時間tが経過すると、ステップ220の条件が不成立となる。この場合は、次に、フューエルカットの開始後の経過時間が、逆電圧印加周期Tより大きく、かつ、T+t以下であるかが判別される(ステップ226)。   If the reverse voltage application time t elapses with the fuel cut being executed, the condition of step 220 is not satisfied. In this case, it is next determined whether the elapsed time after the start of the fuel cut is longer than the reverse voltage application period T and equal to or shorter than T + t (step 226).

フューエルカットの開始後の経過時間が逆電圧印加周期Tに達するまでは、上記の判定が否定される。この場合、次に、空燃比センサ10に正電圧を印加するための処理が実行される(ステップ228)。   The above determination is denied until the elapsed time after the start of the fuel cut reaches the reverse voltage application period T. In this case, next, a process for applying a positive voltage to the air-fuel ratio sensor 10 is executed (step 228).

一方、上記の経過時間が逆電圧印加周期Tに達した後、T+tを超えるまでは、上記ステップ226において、条件成立が判定される。この場合、先ず、逆電圧印加のための処理が実行され(ステップ230)、次いで、逆電流のピーク値を第2逆電流i2として取得する処理が実行される(ステップ232)。   On the other hand, after the elapsed time reaches the reverse voltage application period T and until T + t is exceeded, in step 226, the satisfaction of the condition is determined. In this case, first, a process for applying a reverse voltage is executed (step 230), and then a process for acquiring the peak value of the reverse current as the second reverse current i2 is executed (step 232).

フューエルカット開始後の経過時間がT+tを超えるまでは、図10に示すルーチンが起動される毎に上記ステップ230および232の処理が繰り返される。その結果、最終的には、上記経過時間がT+tに達するまでに生じた逆電流のピーク値が、第2逆電流i2として記憶される。   Until the elapsed time after the start of fuel cut exceeds T + t, the processing of steps 230 and 232 is repeated each time the routine shown in FIG. 10 is started. As a result, finally, the peak value of the reverse current generated until the elapsed time reaches T + t is stored as the second reverse current i2.

図10に示すルーチンでは、ステップ232の処理に続いて、第1逆電流i1に対する第2逆電流i2の比(i2/i1)が、判定値R以上であるかが判別される(ステップ234)。判定値Rは、i2の絶対値がi1の絶対値に比して有意に大きいかを判断するために設定された1.0より大きな値である。このため、上記の条件が成立する場合は、第2逆電流i2の絶対値が、第1逆電流i1の絶対値に比して有意に大きいと判断できる。エンジンコンピュータ30は、この場合、センサ割れの存在を認め、異常判定を行う(ステップ236)。   In the routine shown in FIG. 10, following the process of step 232, it is determined whether the ratio (i2 / i1) of the second reverse current i2 to the first reverse current i1 is greater than or equal to the determination value R (step 234). . The determination value R is a value larger than 1.0 set to determine whether the absolute value of i2 is significantly larger than the absolute value of i1. Therefore, when the above condition is satisfied, it can be determined that the absolute value of the second reverse current i2 is significantly larger than the absolute value of the first reverse current i1. In this case, the engine computer 30 recognizes the presence of a sensor crack and makes an abnormality determination (step 236).

一方、上記ステップ234において、i2/i1≧Rの不成立が認められた場合は、第2逆電流i2と第1逆電流i1とが大きく異ならないと判断できる。この場合は、センサ割れの存在が否定され、正常判定がなされる(ステップ238)。   On the other hand, if it is determined in step 234 that i2 / i1 ≧ R is not established, it can be determined that the second reverse current i2 and the first reverse current i1 are not significantly different. In this case, the presence of a sensor crack is denied and a normal determination is made (step 238).

フューエルカット開始後、経過時間がT+tを超えた後は、図12に示すルーチンが起動される毎に、ステップ226において条件不成立が判定され、ステップ228の処理、すなわち、空燃比センサ10に正電圧を印加する処理が実行される。その後、フューエルカットが終了すると、ステップ214の条件が不成立となり、ステップ216において条件成立フラグがOFFにリセットされる。   After the fuel cut starts, after the elapsed time exceeds T + t, every time the routine shown in FIG. Is applied. Thereafter, when the fuel cut is completed, the condition in step 214 is not satisfied, and in step 216, the condition satisfaction flag is reset to OFF.

以後、Ga>Gの関係が維持されれば、図10に示すルーチンが起動される毎に、ステップ210の処理(Tfのインクリメント)が繰り返される。その結果、遅れ時間Tfが判定時間Tsに達すると、ステップ212の条件が不成立となりガス置換フラグがOFFとされる(ステップ240)。以上の処理により初期の状態が復元される。   Thereafter, if the relationship of Ga> G is maintained, the process of step 210 (increment of Tf) is repeated every time the routine shown in FIG. 10 is started. As a result, when the delay time Tf reaches the determination time Ts, the condition of step 212 is not satisfied and the gas replacement flag is turned OFF (step 240). The initial state is restored by the above processing.

図10に示すルーチンによれば、上記の通り、ガス置換フラグがON(ステップ206参照)とされた後、吸入空気量Gaが判定量Gを下回ると、フューエルカットが開始されるまでステップ194→196→210〜216の処理が繰り返される。そして、遅れ時間Tfが判定時間Tsに達する前にフューエルカットが開始されれば、ステップ218以降の処理によりセンサ割れの検出処理が行われる。   According to the routine shown in FIG. 10, as described above, after the gas replacement flag is turned ON (see step 206), if the intake air amount Ga falls below the determination amount G, step 194 → until fuel cut is started. The process from 196 to 210 to 216 is repeated. If the fuel cut is started before the delay time Tf reaches the determination time Ts, sensor crack detection processing is performed by the processing from step 218 onward.

これに対して、遅れ時間Tfが判定時間Tsに達するまでにフューエルカットが開始されなかった場合は、センサ割れの検出処理が実行されることなくステップ240の処理が実行され、その結果、初期状態が復元される。つまり、図10に示す処理によれば、フューエルカットの開始時に、大気層18に十分に排気ガスが残存しているべき環境が整っている場合にのみセンサ割れの検出を許可し、そうでない場合にはその検出を禁止することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、スロットル弁が緩やかに閉じられた場合に、センサ割れが見逃されるという不都合を確実に回避することができる。   On the other hand, if the fuel cut is not started before the delay time Tf reaches the determination time Ts, the process of step 240 is executed without executing the sensor crack detection process. Is restored. That is, according to the process shown in FIG. 10, the detection of the sensor crack is permitted only when the environment where exhaust gas should sufficiently remain in the atmospheric layer 18 is prepared at the start of the fuel cut. The detection can be prohibited. For this reason, according to the system of the present embodiment, it is possible to reliably avoid the inconvenience that the sensor crack is overlooked when the throttle valve is gently closed.

ところで、上記の説明においては、判定時間Tsを固定値として取り扱うこととしているが、その時間は、内燃機関の運転状態に応じて変化させることとしてもよい。すなわち、吸入空気量Gaが判定値Gを下回った後(スロットル弁が閉じられた後)、大気層18内の掃気は、排気圧力が低いほど急速に進行する。そして、スロットル弁が閉じられた状況下では、機関回転数NEが高いほど、排気圧力は低圧(負圧)化し易い。このため、大気層18内に十分な排気ガスが残存している時間は、機関回転数NEが高いほど短時間となる。   In the above description, the determination time Ts is handled as a fixed value, but the time may be changed according to the operating state of the internal combustion engine. That is, after the intake air amount Ga falls below the determination value G (after the throttle valve is closed), scavenging in the atmospheric layer 18 progresses more rapidly as the exhaust pressure is lower. In a situation where the throttle valve is closed, the exhaust pressure is likely to be lowered (negative pressure) as the engine speed NE is higher. For this reason, the time during which sufficient exhaust gas remains in the atmospheric layer 18 becomes shorter as the engine speed NE is higher.

図11は、上記の傾向に基づいて、機関回転数NEとの関係で判定時間Tsを定めたマップの一例である。このマップを用いる場合、エンジンコンピュータ30には、例えば、ガス置換フラグがONとされた後、始めてステップ190の条件が不成立となった時点で、判定時間Tsを設定させる。この場合、機関回転数NEが高いほど、センサ割れの検出が許される遅れ時間Tfを短くすることができ、センサ割れの有無に関する判定精度を更に高めることができる。   FIG. 11 is an example of a map in which the determination time Ts is determined in relation to the engine speed NE based on the above tendency. When this map is used, the engine computer 30 is caused to set the determination time Ts when, for example, the condition of step 190 is not satisfied for the first time after the gas replacement flag is turned ON. In this case, the higher the engine speed NE, the shorter the delay time Tf in which detection of sensor cracks is allowed, and the determination accuracy regarding the presence or absence of sensor cracks can be further increased.

また、上述した実施の形態2においては、大気層18に排気ガスが侵入する環境が整っているか、及び、大気層18が掃気される環境にあるかを、吸入空気量Gaに基づいて判断することとしているが、その判断の手法はこれに限定されるものではない。すなわち、それらの判断は、排気圧力に基づいて行うこととしてもよい。   In the second embodiment described above, it is determined based on the intake air amount Ga whether the environment in which the exhaust gas enters the atmosphere layer 18 is prepared and whether the atmosphere layer 18 is in an environment in which the atmosphere layer 18 is scavenged. However, the determination method is not limited to this. That is, these determinations may be made based on the exhaust pressure.

更に、上述した実施の形態2においては、十分な排気圧力が発生している期間を、GVOLに基づいて判断することとしているが、その判断の手法はこれに限定されるものではない。すなわち、排気圧力が所定値以上となる環境が、所定時間継続したか否かに基づいて、その判断を行うこととしてもよい。   Furthermore, in Embodiment 2 described above, the period during which sufficient exhaust pressure is generated is determined based on GVOL, but the determination method is not limited to this. That is, the determination may be made based on whether or not the environment in which the exhaust pressure is equal to or higher than a predetermined value has continued for a predetermined time.

尚、上述した実施の形態2においては、エンジンコンピュータ30が、ステップ218〜238の処理を実行することにより前記第1の発明における「故障検出手段」が、ステップ190の処理を実行することにより前記第6の発明における「排気圧力判定手段」が、ステップ202の処理を実行することにより前記第6の発明における「充填条件判定手段」が、ステップ212の処理を実行することにより前記第6の発明における「充填条件維持手段」及び「実行条件判定手段」が、それぞれ実現されている。   In the second embodiment described above, the engine computer 30 executes the processing of steps 218 to 238, so that the “failure detection means” in the first invention executes the processing of step 190. The “exhaust pressure determining means” in the sixth invention executes the process of step 202, and the “filling condition determining means” in the sixth invention executes the process of step 212, whereby the sixth invention. The “filling condition maintaining means” and the “execution condition determining means” in FIG.

本発明の実施の形態1において用いられる空燃比センサの構成を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the structure of the air fuel ratio sensor used in Embodiment 1 of this invention. 図1に示す空燃比センサを駆動するためのエンジンコンピュータ30の構成を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the structure of the engine computer 30 for driving the air fuel ratio sensor shown in FIG. 大気圧と逆電流(絶対値)との相関を示す図である。It is a figure which shows the correlation with atmospheric pressure and a reverse current (absolute value). 空燃比センサの内部抵抗(またはセンサ温度)と逆電流の相関を示す図である。It is a figure which shows the correlation of the internal resistance (or sensor temperature) and reverse current of an air fuel ratio sensor. 本発明の実施の形態1における故障検出の手法を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating the technique of the failure detection in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention. センサ割れが生じていれば、フューエルカットの開始時に大気層中に排気ガスが残存する動作を説明するためのタイミングチャートである。FIG. 5 is a timing chart for explaining an operation in which exhaust gas remains in the atmosphere when a sensor crack occurs, at the start of fuel cut. センサ割れが生じていても、フューエルカットの開始時に大気層中に排気ガスが残存しない動作を説明するためのタイミングチャートである。6 is a timing chart for explaining an operation in which exhaust gas does not remain in the atmosphere layer at the start of fuel cut even when sensor cracking occurs. 本発明の実施の形態2において、センサ割れの検出が許可される場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。In Embodiment 2 of this invention, it is a timing chart for demonstrating operation | movement when the detection of a sensor crack is permitted. 本発明の実施の形態2において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2の変形例において用いられる判定時間Tsのマップである。It is a map of determination time Ts used in the modification of Embodiment 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 空燃比センサ
16 大気層形成部材
18 大気層
20 電解質層
22 大気側電極
24 排気側電極
26 拡散抵抗層
30 エンジンコンピュータ
32 正極端子
34 負極端子
i1 第1逆電流
i2 第2逆電流
t 逆電圧印加時間
T 逆電圧印加周期
R 判定値
Ga 吸入空気量
G 判定値
GVOL 積算空気量
V 判定量
Tf 待ち時間
Ts 判定許可待ち時間(判定時間)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Air-fuel ratio sensor 16 Atmosphere layer formation member 18 Atmosphere layer 20 Electrolyte layer 22 Atmosphere side electrode 24 Exhaust side electrode 26 Diffusion resistance layer 30 Engine computer 32 Positive electrode terminal 34 Negative electrode terminal
i1 1st reverse current
i2 Second reverse current
t Reverse voltage application time
T Reverse voltage application cycle
R judgment value
Ga intake air volume
G judgment value
GVOL Integrated air volume
V judgment amount
Tf waiting time
Ts judgment waiting time (judgment time)

Claims (7)

排気ガスセンサの故障検出装置であって、
前記排気ガスセンサは、
内燃機関の排気通路内に晒された排気側電極と、
前記排気通路の内部に大気層を形成する大気層形成部材と、
前記大気層に晒された大気側電極と、
前記排気側電極と前記大気側電極との間に介在して、両者間での酸素イオンの移動を可能とする電解質層と、を備え、
前記大気側電極の電位より前記排気側電極の電位が高くなるように両者間に逆電圧を印加する逆電圧印加手段と、
前記逆電圧の印加に伴って前記大気側電極と前記排気側電極との間を流れる逆電流を検出する逆電流検出手段と、
前記大気層形成部材に割れが存在する場合に、前記大気層が排気ガスに汚染された状態となる汚染環境と、前記汚染が緩和された状態となる非汚染環境とを切り換える環境切り換え手段と、
前記汚染環境と前記非汚染環境との切り換えに起因する前記逆電流の変動に基づいて、前記排気ガスセンサの故障を検出する故障検出手段と、
を備えることを特徴とする排気ガスセンサの故障検出装置。
A failure detection device for an exhaust gas sensor,
The exhaust gas sensor
An exhaust-side electrode exposed in the exhaust passage of the internal combustion engine;
An air layer forming member for forming an air layer in the exhaust passage;
An atmospheric electrode exposed to the atmospheric layer;
An electrolyte layer interposed between the exhaust-side electrode and the atmosphere-side electrode and enabling movement of oxygen ions between the two,
Reverse voltage applying means for applying a reverse voltage between the two so that the potential of the exhaust side electrode is higher than the potential of the atmosphere side electrode;
Reverse current detection means for detecting a reverse current flowing between the atmosphere side electrode and the exhaust side electrode in accordance with the application of the reverse voltage;
An environment switching means for switching between a polluted environment in which the air layer is contaminated with exhaust gas and a non-polluted environment in which the pollution is mitigated when cracks are present in the air layer forming member;
A failure detection means for detecting a failure of the exhaust gas sensor based on fluctuations in the reverse current caused by switching between the contaminated environment and the non-contaminated environment;
An exhaust gas sensor failure detection apparatus comprising:
前記故障検出手段は、
前記汚染環境下で検出された逆電流を第1逆電流として取得する第1逆電流取得手段と、
前記非汚染環境下で検出された逆電流を第2逆電流として取得する第2逆電流取得手段と、
前記第1逆電流の絶対値に比して前記第2逆電流の絶対値が大きい場合に前記排気ガスセンサ故障として判定する故障判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項1記載の排気ガスセンサの故障検出装置。
The failure detection means includes
First reverse current acquisition means for acquiring a reverse current detected in the contaminated environment as a first reverse current;
Second reverse current acquisition means for acquiring a reverse current detected in the non-polluted environment as a second reverse current;
Failure determination means for determining the exhaust gas sensor as a failure when the absolute value of the second reverse current is larger than the absolute value of the first reverse current;
The failure detection device for an exhaust gas sensor according to claim 1, comprising:
前記故障判定手段は、前記第1逆電流に対する前記第2逆電流の比(第2逆電流/第1逆電流)が、1.0より大きな判定値以上である場合に前記排気ガスセンサ故障として判定することを特徴とする請求項2記載の排気ガスセンサの故障検出装置。 Said failure determining means, the ratio of the second reverse current to the first reverse current (second reverse current / first reverse current), as a failure of the exhaust gas sensor when it is large determination value or more than 1.0 3. The exhaust gas sensor failure detection apparatus according to claim 2, wherein the determination is performed. 前記故障判定手段は、前記第2逆電流と前記第1逆電流との差が、判定値以上である場合に前記排気ガスセンサ故障として判定することを特徴とする請求項2記載の排気ガスセンサの故障検出装置。 Said failure determining means, the difference between the second reverse current and the first reverse current, according to claim 2, wherein the determining as a failure of the exhaust gas sensor if the determination value or more exhaust gas sensors Fault detection device. 前記環境切り換え手段は、内燃機関に対する燃料噴射を停止するフューエルカット手段を備え、
前記汚染環境は、燃料噴射が停止された直後の環境であり、
前記非汚染環境は、燃料噴射が所定時間継続して停止された時点の環境であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の排気ガスセンサの故障検出装置。
The environment switching means includes fuel cut means for stopping fuel injection to the internal combustion engine,
The contaminated environment is an environment immediately after the fuel injection is stopped,
The exhaust gas sensor failure detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the non-polluting environment is an environment when fuel injection is stopped for a predetermined time.
排気圧力が圧力判定値を超えているか否かを判定する排気圧力判定手段と、
排気圧力が前記圧力判定値を超えている期間が判定期間を超えている場合に、排ガス充填条件成立したと判定する充填条件判定手段と、
排気圧力が前記圧力判定値を下回った後、充填維持時間が経過するまでの間に限り、前記排ガス充填条件の成立を維持する充填条件維持手段と、
フューエルカットの開始時点で前記排ガス充填条件の成立が認められる場合に限り、前記故障の検出を許可する実行条件判定手段と、を備え
前記排ガス充填条件は、センサ割れが生じている場合に、前記大気層に、当該センサ割れの検知に十分な量の排気ガスが混入したと判断できる条件であることを特徴とする請求項5記載の排気ガスセンサの故障検出装置。
Exhaust pressure determination means for determining whether or not the exhaust pressure exceeds a pressure determination value;
If the period in which the exhaust gas pressure exceeds the pressure determination value exceeds the determination period, and determines the fill condition determining means and the exhaust gas-filled condition is satisfied,
Filling condition maintaining means for maintaining the establishment of the exhaust gas filling condition only until the filling maintenance time elapses after the exhaust pressure falls below the pressure determination value;
An execution condition determination unit that permits detection of the failure only when the exhaust gas filling condition is recognized at the start of fuel cut .
The exhaust gas-filled condition, when the sensor crack has occurred, the atmospheric layer, claim exhaust gas in an amount sufficient for detection of the sensor crack is characterized in terms der Rukoto it can be determined that the mixed 5 The failure detection device for an exhaust gas sensor as described.
排気ガスセンサの故障検出装置であって、
前記排気ガスセンサは、
内燃機関の排気通路内に晒された排気側電極と、
前記排気通路の内部に大気層を形成する大気層形成部材と、
前記大気層に晒された大気側電極と、
前記排気側電極と前記大気側電極との間に介在して、両者間での酸素イオンの移動を可能とする電解質層と、を備え、
前記大気側電極の電位より前記排気側電極の電位が高くなるように両者間に逆電圧を印加する逆電圧印加手段と、
前記逆電圧の印加に伴って前記大気側電極と前記排気側電極との間を流れる逆電流を検出する逆電流検出手段と、
前記大気層形成部材に割れが存在する場合に、前記大気層が排気ガスに汚染された状態となる汚染環境を作り出す汚染環境形成手段と、
前記汚染環境下で検出された逆電流が、正常時に生ずる逆電流と異常時に発生する逆電流との間に位置する判定値と0との間の値である場合に、前記排気ガスセンサ故障として判定する故障判定手段と、
を備えることを特徴とする排気ガスセンサの故障検出装置。
A failure detection device for an exhaust gas sensor,
The exhaust gas sensor
An exhaust-side electrode exposed in the exhaust passage of the internal combustion engine;
An air layer forming member for forming an air layer in the exhaust passage;
An atmospheric electrode exposed to the atmospheric layer;
An electrolyte layer interposed between the exhaust-side electrode and the atmosphere-side electrode and enabling movement of oxygen ions between the two,
Reverse voltage applying means for applying a reverse voltage between the two so that the potential of the exhaust side electrode is higher than the potential of the atmosphere side electrode;
Reverse current detection means for detecting a reverse current flowing between the atmosphere side electrode and the exhaust side electrode in accordance with the application of the reverse voltage;
A contaminated environment forming means for creating a contaminated environment in which the air layer is contaminated with exhaust gas when cracks are present in the air layer forming member;
If the contaminated environment under reverse current detected by is a value between the judged value and 0 positioned between the reverse current generated in the reverse current and abnormal occurring normal, as a failure of the exhaust gas sensor Failure determination means for determining;
An exhaust gas sensor failure detection apparatus comprising:
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