JP4874894B2 - ガスセンサの異常診断方法、および、ガスセンサ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関から排出される排気ガスが流通する排気管に設置されたガスセンサが異常状態にあるか否かを診断するガスセンサの異常診断方法、および、ガスセンサ制御装置に関する。

従来、自動車等の内燃機関では、三元触媒を用い、排気ガス中に含まれるＣＯ，ＨＣおよびＮＯｘの浄化が行われている。そして浄化が効率よく行われるように、排気管に取り付けたガスセンサによって排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出値に基づいて燃料の噴射量を調整することで、燃料と空気の混合比（以下、単に「空燃比」と言う。）を理論値に近づける空燃比フィードバック制御が行われている。なお、近年では、より精密な空燃比フィードバック制御を行う等の目的から、排気ガス中の酸素濃度に応じてリニアにセンサ出力値が変化するガスセンサとしての全領域空燃比センサが、排気管に取り付けられるようになってきている。

ところで、ガスセンサを長期間使用した場合、ガスセンサのプロテクタ（詳細にはセンサ素子の周囲を覆って保護するプロテクタ）に形成されたガス流通孔や排気ガスをセンサ素子内部に導く多孔質部が目詰まりを起こす等の経時劣化を生ずることがある。ガスセンサにこのような劣化が生ずると、排気ガス中の特定ガス成分の濃度変化に応じてセンサ出力の応答が劣化していないガスセンサ（即ち、正常品）と比較して遅くなり、ひいては燃費の低下や排気ガスの浄化が十分に行われなくなる等の問題を招く虞がある。そこで、ガスセンサのセンサ出力値を用いて、ガスセンサの劣化診断を行うようにしたものが種々提案されている。

例えば、内燃機関に対する燃料供給の中断開始時又は燃料供給の中断後に燃料供給再開に対応するガスセンサの出力の変化を利用して、そのガスセンサが故障しているか否かを診断する空燃比制御方法や内燃機関の空燃比制御装置の自己診断装置が提案されている（特許文献１および特許文献２を参照）。
特開平４−３６６５１号公報 特開平８−１７７５７５号公報

ところで、近年では、ガスセンサの劣化診断の精度をより高めることが望まれており、例えば、ガスセンサが重度な劣化に至る前に、ガスセンサの劣化状態（異常状態）を検知することが望まれている。しかしながら、内燃機関に対する燃料供給の中断後、あるいは燃料供給再開後に現れるセンサ出力値の変化挙動は、正常時と軽度な劣化時においては大きな違いとして現れにくい傾向がある。そのため、上記従来のガスセンサの異常診断方法のように、内燃機関に対する燃料供給の中断後と燃料供給再開後とのいずれか一方のみに対応するガスセンサの出力の変化を利用していては、正常時と軽度な劣化時とを判定する閾値の設定が困難となり、精度良くガスセンサの異常を診断できない虞があった。特に、内燃機関が理論空燃比よりもリーンの領域に設定された目標空燃比にてフィードバック制御される場合には、燃料供給の中断後、燃料供給再開後に現れるセンサ出力値の変化自体が少なくなる。このため、ガスセンサの正常時と劣化時におけるセンサ出力値の変化量の違いがより現れにくく、従来のガスセンサの異常診断方法では、ガスセンサの異常を的確に把握しにくかった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、ガスセンサの異常を精度よく診断することができるガスセンサの異常診断方法、および、ガスセンサ制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明のガスセンサの異常診断方法は、内燃機関から排出される排気ガス中の特定ガス成分の濃度に応じたセンサ出力値を出力するガスセンサが、異常状態にあるか否かを診断するガスセンサの異常診断方法であって、前記内燃機関への燃料供給の中断、および、当該燃料供給の中断後に燃料供給再開を検出する燃料供給検出工程と、前記燃料供給検出工程において前記内燃機関への燃料供給の中断が検出された後の前記センサ出力値が第１閾値から第２閾値まで到達するのに要する第１時間と、前記燃料供給の中断後に燃料供給再開が検出された後の前記センサ出力値が第３閾値から第４閾値まで到達するのに要する第２時間とを積算して応答時間とする応答時間積算工程と、当該応答時間積算工程において積算された前記応答時間が所定時間より長い場合に、前記ガスセンサが異常状態にあると診断する異常診断工程とを備えている。

また請求項２に係る発明のガスセンサの異常診断方法は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記内燃機関の回転数を取得する回転数取得工程と、所定条件成立時に、前記異常診断工程を行わないように制御する異常診断実施制御工程とを備え、前記所定条件は、前記回転数取得工程において取得した前記内燃機関の回転数が、低回転判定閾値以下である条件を含んでいる。

また請求項３に係る発明のガスセンサの異常診断方法は、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記センサ出力値が安定して出力される状態にあるか否かを判定するセンサ出力値判定工程と、所定条件成立時に、前記異常診断工程を行わないように制御する異常診断実施制御工程とを備え、前記所定条件は、前記センサ出力値判定工程において、前記センサ出力値が安定して出力される状態にないと判定される条件を含んでいる。

また請求項４に係る発明のガスセンサの異常診断方法は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記第４閾値は、前記第１閾値よりも大きく、前記第３閾値は、前記第２閾値よりも大きいことを特徴とする。

また請求項５に係る発明のガスセンサ制御装置は、内燃機関から排出される排気ガス中の特定ガス成分の濃度に応じたセンサ出力値を出力するガスセンサが、異常状態にあるか否かを診断するガスセンサ制御装置であって、前記内燃機関への燃料供給の中断、および、当該燃料供給の中断後に燃料供給再開を検出する燃料供給検出手段と、前記燃料供給検出手段により前記内燃機関への燃料供給の中断が検出された後の前記センサ出力値が第１閾値から第２閾値まで到達するのに要する第１時間と、前記燃料供給の中断後に燃料供給再開が検出された後の前記センサ出力値が第３閾値から第４閾値まで到達するのに要する第２時間とを積算して応答時間とする応答時間積算手段と、当該応答時間積算手段により積算された前記応答時間が所定時間より長い場合に、前記ガスセンサが異常状態にあると診断する異常診断手段とを備えている。

また請求項６に係る発明のガスセンサ制御装置は、請求項５に記載の発明の構成に加え、前記内燃機関の回転数を取得する回転数取得手段と、所定条件成立時に、前記異常診断手段によるガスセンサの異常診断を行わないように制御する異常診断実施制御手段とを備え、前記所定条件は、前記回転数取得手段により取得された前記内燃機関の回転数が、低回転判定閾値以下である条件を含んでいる。

また請求項７に係る発明のガスセンサ制御装置は、請求項５又は６に記載の発明の構成に加え、前記センサ出力値が安定して出力される状態にあるか否かを判定するセンサ出力値判定手段と、所定条件成立時に、前記異常診断手段によるガスセンサの異常診断を行わないように制御する異常診断実施制御手段とを備え、前記所定条件は、前記センサ出力値判定手段により、前記センサ出力値が安定して出力される状態にないと判定される条件を含んでいる。

また請求項８に係る発明のガスセンサ制御装置は、請求項５乃至７のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記第４閾値は、前記第１閾値よりも大きく、前記第３閾値は、前記第２閾値よりも大きいことを特徴とする。

請求項１に係る発明のガスセンサの異常診断方法によれば、第１時間と第２時間とを積算した応答時間を用いて、ガスセンサの異常の有無を診断している。第１時間は、内燃機関に対する燃料供給の中断後のセンサ出力値が第１閾値から第２閾値まで到達するのに要する時間である。また第２時間は、第１時間を測定した燃料供給の中断後に燃料供給再開が検出された後のセンサ出力値が第３閾値から第４閾値に到達するのに要する時間である。そのため、第１時間および第２時間のいずれか一方のみを用いてガスセンサが異常状態にあるか否かを診断する場合に比べ、診断に用いる時間が長いので精度よくガスセンサの異常の有無を診断することができる。つまり、第１時間と第２時間の両情報を加味することで、正常時と異常時（劣化時）におけるセンサ出力値の変化挙動の違いを大きくすることができる。このため、ガスセンサが異常状態にあるか否かを診断するための閾値としての所定時間の設定が容易となり、その所定時間を用いてより精度よくガスセンサの異常診断が行える。

一般に、内燃機関の回転数が十分に大きくない場合には、内燃機関から排出される排気ガス中の特定ガス成分の濃度が安定せず、ガスセンサのセンサ出力値が安定しない。これに対し、請求項２に係る発明のガスセンサの異常診断方法によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、内燃機関の回転数が低回転判定閾値以下である場合には、異常判定工程を行わない。このため、内燃機関から排出される排気ガス中の特定ガス成分の濃度が安定した場合にセンサ出力値を用いてガスセンサの異常診断が実施することで、異常診断の精度を向上させることができる。

また、請求項３に係る発明のガスセンサの異常診断方法によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、センサ出力値が安定して出力される状態にないと判定される場合には、異常判定工程を行わない。このため、センサ出力値が安定して出力される状態にない期間のセンサ出力値を用いてガスセンサの異常診断が実施されることが回避されるので、異常診断の精度を向上させることができる。

ここで、内燃機関に対する燃料供給の中断後および再開後におけるセンサ出力値の変化パターン（単位時間当たりの変化量で定義される変化速度）について検討する。一般に、燃料供給を中断してからセンサ出力値が大気に対応した値を安定して示すことになるまでの仮想的な変化期間において、センサ出力値が大気に対応した値に近い期間ほど、センサ出力値の変化速度が緩慢となる。一方、燃料供給を再開してからセンサ出力値が燃料供給の中断開始前の値近くにまで復帰していくまでの仮想的な変化期間においても、燃料供給の中断開始前の値に近い期間ほど、センサ出力値の変化速度が緩慢となる。そして、内燃機関の運転条件等によっては、上述のようなセンサ出力値の変化速度の緩慢さの程度が大きくなる場合がある。このようなセンサ出力値が非常に緩慢に変化する範囲では、ガスセンサが正常であるときでも、センサ出力値のバラツキが大きい。このため、センサ出力値が非常に緩慢に変化する範囲を含む期間に基づき、ガスセンサの異常診断を行った場合には、ガスセンサが異常状態にあるか否かを適切に判断することができない虞がある。そこで、請求項４に係る発明のガスセンサの異常診断方法のように、第４閾値は、第１閾値よりも大きく、第３閾値は、第２閾値よりも大きく設定すると良い。このように各閾値を設定することにより、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の効果に加え、内燃機関の運転条件等の影響を受けずに、燃料供給の中断後および再開後のセンサ出力値を用いてガスセンサが異常状態にあるか否かを適切に判断することができる。

また請求項５に係る発明のガスセンサ制御装置によれば、第１時間と第２時間とを積算した応答時間を用いて、ガスセンサの異常の有無を診断している。第１時間は、内燃機関に対する燃料供給の中断後のセンサ出力値が第１閾値から第２閾値まで到達するのに要する時間である。また第２時間は、第１時間を測定した燃料供給の中断後に燃料供給再開が検出された後のセンサ出力値が第３閾値から第４閾値に到達するのに要する時間である。そのため、第１時間および第２時間のいずれか一方のみを用いてガスセンサが異常状態にあるか否かを診断する場合に比べ、診断に用いる時間が長いので精度よくガスセンサの異常の有無を診断することができる。つまり、第１時間と第２時間との両情報を加味することで、正常時と異常時（劣化時）におけるセンサ出力値の変化挙動の違いを大きくすることができる。このため、ガスセンサが異常状態にあるか否かを診断するための閾値としての所定時間の設定が容易となり、その所定時間を用いてより精度よくガスセンサの異常診断が行える。

また、請求項６に係る発明のガスセンサ制御装置によれば、請求項５に記載の発明の効果に加え、内燃機関の回転数が低回転判定閾値以下である場合には、異常判定工程を行わない。このため、内燃機関から排出される排気ガス中の特定ガス成分の濃度が安定した場合にセンサ出力値を用いてガスセンサの異常診断が実施することで、異常診断の精度を向上させることができる。

また、請求項７に係る発明のガスセンサ制御装置によれば、請求項５又は６に記載の発明の効果に加え、センサ出力値が安定して出力される状態にないと判定される場合には、異常判定工程を行わない。このため、センサ出力値が安定して出力される状態にない期間のセンサ出力値を用いてガスセンサの異常診断が実施されることが回避されるので、異常診断の精度を向上させることができる。

また、請求項８に係る発明のガスセンサ制御装置によれば、請求項５乃至７のいずれかに記載の発明の効果に加え、第４閾値を第１閾値よりも大きく、第３閾値を第２閾値よりも大きく設定する。これにより、内燃機関の運転条件等の影響を受けずに、燃料供給の中断後および再開後のセンサ出力値を用いてガスセンサが異常状態にあるか否かを適切に判断することができる。

以下、本発明を具体化したガスセンサの異常診断方法およびガスセンサ制御装置の一実施の形態として、第１および第２の実施形態について、図面を参照して説明する。一例として、理論空燃比点、および、リッチ領域からリーン領域までの全空燃比に対応した酸素濃度の検出が可能な全領域空燃比センサ素子１０（以下、単に「センサ素子１０」と言う。）を備えるガスセンサ制御装置１に本発明を適用した場合について説明する。このガスセンサ制御装置１は、ガスセンサユニット３により自動車等の内燃機関の排気ガス中に含まれる酸素の濃度を検出し、その酸素濃度の検出結果を内燃機関の空燃比を制御するために用いられる。

まず、図１を参照して、第１および第２の実施形態に共通するガスセンサ制御装置１およびガスセンサユニット３の構成について説明する。図１は、ガスセンサ制御装置１およびガスセンサユニット３の概略構成を表したシステム構成図である。ガスセンサユニット３は、内燃機関の排気ガス中に含まれる酸素濃度に応じたセンサ出力値を出力するものである。そしてガスセンサユニット３は、センサ素子１０およびセラミックヒータ４１を備えるガスセンサ２，並びに、センサ素子１０に接続されるセンサ制御回路３１およびセラミックヒータ４１に接続されるヒータ電圧供給回路４３を備えるセンサ駆動回路部４を備えている。また、ガスセンサユニット３は、センサ素子１０とセンサ制御回路３１とを電気的に接続するための３本のリード線（ポンプ側リード線５３，共通リード線５４，検出側リード線５５）を備えている。一方、ガスセンサ制御装置１は、ガスセンサ２が異常状態にかるか否かを診断するとともに、ガスセンサ２が備えるセンサ制御回路３１から別途出力されるセンサ抵抗値信号に基づきヒータ電圧供給回路４３の制御を行うＥＣＵ６０を備える。図示しないが、ガスセンサ制御装置１はさらに、本発明の異常診断処理の診断結果を報知するためのディスプレイ、警報器等の報知手段を必要に応じて備えている。

なお、ヒータ電圧供給回路４３，ＥＣＵ６０およびセンサ制御回路３１は、センサ素子１０の起動時に外部から入力されるセンサ起動信号に同期して、それぞれ動作を開始する。

以下、ガスセンサユニット３が備える各構成について詳述する。まず、ガスセンサ２が備えるセンサ素子１０について図１を参照して説明する。センサ素子１０は、図１に示すように、遮蔽層２３と、酸素濃度検出セル１５と、ガス検出室１９と、酸素ポンプセル１１とが、この順に下から上へ積層されて構成されている。以下、センサ素子１０が備える各構成について図１を参照して詳述する。

酸素ポンプセル１１は、板状の固体電解質体１２の両板面（表側板面、裏側板面）に多孔質電極１３，１４を備え、ガスセンサ２が検出する特定ガスである酸素（Ｏ_２）のポンピングを行うものである。酸素濃度検出セル１５は、板状の固体電解質体１６の両板面（表側板面、裏側板面）に多孔質電極１７，１８を備え、酸素濃度に応じて起電力を発生するものである。またガス検出室１９は、この酸素ポンプセル１１と酸素濃度検出セル１５との間に設けられ、被検出ガスが導入される空間である。そして、酸素ポンプセル１１の多孔質電極１４および酸素濃度検出セル１５の多孔質電極１７は、このガス検出室１９に面するように配置されている。また、被検出ガスをガス検出室１９に導入するための経路には、ガス検出室１９内に導入される被検出ガスの拡散律速を行うためのガス拡散多孔質層２１が配置されている。なお、固体電解質体１２，１６および遮蔽層２３は、イットリアを安定化剤として固溶させた部分安定化ジルコニアを主体に形成され、多孔質電極１３，１４，１７，１８は、白金を主体に形成されている。

また、酸素濃度検出セル１５のガス検出室１９側とは反対側の面には、多孔質電極１８を挟んで、遮蔽層２３が配設されている。この遮蔽層２３と酸素濃度検出セル１５との間に挟み込まれた多孔質電極１８の多孔質の隙間には、酸素が蓄積され、その蓄積された酸素は、酸素濃度検出セル１５において、排気ガス中の酸素濃度を検出する際の基準酸素となる。このため、多孔質電極１８は、酸素基準電極として機能する。

次に、ガスセンサ２が備えるセラミックヒータ４１について、図１を参照して説明する。セラミックヒータ４１は平板状に形成され、センサ素子１０の酸素ポンプセル１１に対向して配置されている。セラミックヒータ４１は、センサ素子１０を活性化させるためのものであり、ヒータ電圧供給回路４３から供給される電力により、センサ素子１０の温度が所定温度になるように制御される。一方、ヒータ電圧供給回路４３は、後述するＥＣＵ６０による制御に従い、ガスセンサ２が備えるセラミックヒータ４１に電力を供給する。

次に、センサ制御回路３１について、図１を参照して説明する。センサ制御回路３１は、前述の３本のリード線によりセンサ素子１０と電気的に接続され、ＥＣＵ６０にセンサ出力値を出力するものである。このセンサ制御回路３１は公知の回路である、ポンプ電流駆動回路３３と、電圧出力回路３５と、基準電圧比較回路３９と、微小電流供給回路４０とを備えている。

センサ制御回路３１が備える微小電流供給回路４０は、酸素濃度検出セル１５の多孔質電極１８側から多孔質電極１７側へと微小電流Ｉｃｐを通電するものである。この微小電流供給回路４０による微小電流Ｉｃｐの通電により、多孔質電極１８側に酸素が汲み込まれ、多孔質電極１８が酸素基準電極として機能する。電圧出力回路３５は、酸素濃度検出セル１５の多孔質電極１７，１８間に発生する起電力Ｖｓを検出するものである。また、基準電圧比較回路３９は、予め定められた基準電圧（本実施例では４５０［ｍＶ］）を内部に保持しており、電圧出力回路３５にて検出した起電力Ｖｓと基準電圧との比較を行い、比較結果をポンプ電流駆動回路３３にフィードバックするものである。そして、ポンプ電流駆動回路３３は、基準電圧比較回路３９から受け取った比較結果に基づいて、酸素ポンプセル１１に流すポンプ電流Ｉｐを制御するものである。

次に、ガスセンサ制御装置１が備えるＥＣＵ６０について図１を参照して説明する。ＥＣＵ６０は、セラミックヒータ４１の通電制御を行うヒータ電圧供給回路４３を制御する。そしてＥＣＵ６０は、ガスセンサ制御装置１の主制御を司るＣＰＵ６１，判定値ａ，ｂ並びにｃ等の各種設定値やプログラム等を記憶するＲＯＭ６２，および、任意に読み書き可能な記憶素子であるＲＡＭ６３を備えている。このＥＣＵ６０には、センサ駆動回路部４を介してガスセンサ２から出力されるセンサ出力値やセンサ抵抗値信号が入力される他、内燃機関への燃料供給状況に関する信号、イグニッションスイッチのＯＮ，ＯＦＦに関する信号等のその他の情報が入力される。なお、ガスセンサ制御装置１がセンサ制御回路３１およびヒータ電圧供給回路４３のいずれか一方、又は双方を備えるように構成してもよい。同様に、ガスセンサユニット３が、センサ制御回路３１およびヒータ電圧供給回路４３のいずれか一方、又は双方を備えないようにしてもよい。例えば、ガスセンサ制御装置１がセンサ制御回路３１およびヒータ電圧供給回路４３を備える場合には、センサ出力値が、直接ガスセンサ２からガスセンサ制御装置１に入力されることとなる。即ち、本発明では、ガスセンサ２から出力されるセンサ出力値は、直接ガスセンサ制御装置１に入力される場合の他、センサ制御回路３１等の各種インターフェースを介してガスセンサ制御装置１に入力されるようにしてもよい。本実施形態では、ガスセンサ２から出力されるセンサ出力値は、センサ制御回路３１を介してガスセンサ制御装置１に入力されるようになっているため、ガスセンサユニット３から出力されるセンサ出力値が、本発明のセンサ出力値に相当する。

このＥＣＵ６０が備えるＲＡＭ６３の記憶エリアを、図２を参照して説明する。図２は、ＲＡＭ６３の記憶エリアを説明するための概念図である。図２に示すように、ＲＡＭ６３は、ＲＯＭ６２から読み出された各種プログラムや設定値、ＣＰＵ６１が演算処理した演算結果を収容するワークエリア６３１と、異常診断処理において参照される初期化条件フラグ、応答遅れ診断処理を実施済みであるか否かを示す計測完了フラグ等の各種フラグを記憶するフラグ記憶エリア６３２とを備えている。またＲＡＭ６３は、図示外のタイマプログラムによって所定時間ごとに値が所定量ずつ加算されるカウント値が記憶されるタイマカウンタ記憶エリア６３３と、ガスセンサ制御装置１に入力される、内燃機関への燃料供給状況に関する信号、イグニッションスイッチのＯＮ，ＯＦＦに関する信号、内燃機関の運転状態を示す各種運転パラメータ条件が所定時間継続して全て成立しているか否かに関する信号等のその他の情報を記憶する入力情報記憶エリア６３４とを備えている。またＲＡＭ６３は、ガスセンサユニット３から出力されたセンサ出力値を記憶するセンサ出力値記憶エリア６３５と、本発明の第１時間に相当する応答時間Ｔ１，および、本発明の第２時間に相当する応答時間Ｔ２をそれぞれ記憶する応答時間記憶エリア６３６とを備えている。またＲＡＭ６３は、異常診断処理における診断結果を記憶する診断結果記憶エリア６３７を備え、さらに、図示外の各種記憶エリアを必要に応じて備えている。

次に、ガスセンサ制御装置１によるヒータ電圧供給回路４３の制御について簡単に説明する。ガスセンサ制御装置１は、図１に図示していないが、センサ制御回路３１内に公知のセンサ抵抗値検出回路を備えている。このセンサ抵抗値検出回路は、具体的に、微小電流供給回路４０とは別の電流供給回路から一定値の電流を酸素濃度検出セル１５に対して定期的に供給する。その際に、センサ抵抗値検出回路は、酸素濃度検出セル１５の多孔質電極１７，１８間に発生する電位差をセンサ抵抗値信号として検出し、この信号をＥＣＵ６０に出力している。そして、ＥＣＵ６０はガスセンサユニット３から出力されるセンサ抵抗値信号に基づいて、センサ素子１０の温度Ｔｃを検出し、検出した温度Ｔｃに基づいてセラミックヒータ４１への印加電圧を制御するための信号をヒータ電圧供給回路４３に出力している。より具体的には、センサ素子１０の温度Ｔｃが活性化温度（例えば、６００［℃］）以上の常用温度（例えば、８００［℃］）となるように、換言すれば、酸素濃度検出セル１５のセンサ抵抗値Ｒｐｖｓがこの常用温度に対応した目標抵抗値Ｒｔａとなるように、センサ制御回路３１からのセンサ抵抗値信号に基づきヒータへの印加電圧ＶＨの大きさを調整する温度制御処理が実行される。なお、センサ素子１０の酸素濃度検出セル１５における温度Ｔｃとセンサ抵抗値Ｒｐｖｓとの間には、相関関係があり、電気抵抗値Ｒｐｖｓに基づいてセンサ素子１０の温度Ｔｃを検出することが可能である。この結果、酸素ポンプセル１１および酸素濃度検出セル１５が活性化温度以上に加熱され、センサ素子１０は、酸素を検出可能な活性化状態となる。なお、ＥＣＵ６０にて実行される温度制御処理については、公知の手法を採用して実行すればよく、具体的には、特開２００３−１８５６２６号公報にて開示された手法等にて実行することができるため、これ以上の説明は省略する。

次に、ガスセンサ制御装置１が排気ガス中の酸素濃度を検出し、空燃比を検出する方法について簡単に説明する。センサ素子１０が備える酸素濃度検出セル１５の多孔質電極１７と多孔質電極１８との間には、ガス検出室１９の内部における酸素濃度に応じた起電力Ｖｓが発生する。この起電力Ｖｓが一定値（例えば、４５０［ｍＶ］）となる様に、センサ素子１０では、酸素ポンプセル１１を用いてガス検出室１９の内部に対する酸素（Ｏ_２）の汲み出し又は汲み入れが行われる。このとき、酸素ポンプセル１１に流れるポンプ電流Ｉｐの電流値および電流方向が、排気ガス中の酸素濃度に応じて変化することから、ポンプ電流Ｉｐの検出結果に基づいて排気ガス中の酸素濃度を検出できる。なお、本実施の形態では、このポンプ電流Ｉｐの量に比例した電圧をセンサ出力値としてセンサ制御回路３１からＥＣＵ６０を備えるガスセンサ制御装置１に出力している。そして、ＥＣＵ６０がこのセンサ出力値を用いて排気ガス中の酸素濃度を検出したり、ガスセンサ２の異常の有無を診断したりしている。さらにＥＣＵ６０は、排気ガス中の酸素濃度と空燃比とには相関関係があることから、検出した酸素濃度を用いることで、内燃機関の空燃比を検出している。

次に、ガスセンサユニット３から出力されるセンサ出力値に基づいて、ガスセンサ２の異常を診断する第１の実施形態の異常診断処理について、図３〜図５を参照して説明する。図３は、内燃機関への燃料供給の中断（以下、「Ｆ／Ｃ」と言う。）開始後およびそのＦ／Ｃ後に燃料供給が再開された後におけるガスセンサユニット３から出力されるセンサ出力値の経時変化を示すセンサ信号の一例を示すグラフである。また図４は、ガスセンサ２が異常状態にあるか否かを診断する異常診断処理におけるメイン処理の流れを示すフローチャートであり、図５は、図４に示すメイン処理において実行される応答遅れ診断処理の流れを示すフローチャートである。なお、図４および図５に示す各処理を実行させるプログラムは、ＲＯＭ６２に記憶されており、図１に示すＣＰＵ６１により実行される。

まず、ガスセンサ２が異常状態にあるか否かを診断する異常診断処理の概要を、センサ出力値の経時変化を示すセンサ信号１００を例に、図３を参照して簡単に説明する。図３に示すグラフのセンサ信号１００は、Ｆ／ＣのＯＮ／ＯＦＦが信号２００に示すタイミングで実行された場合の、センサ出力値の経時変化を示している。このセンサ信号１００に示すように、Ｆ／ＣがＯＦＦからＯＮされるＦ／Ｃ開始後、センサ出力値（図中、Ｉｐ出力［Ｖ］）は経時的に増加し、その後点線１０１で示す判定値ａよりも大きいほぼ一定の値を示すようになる。この判定値ａよりも大きいほぼ一定の値は、大気等の既知のガス濃度に応じたセンサ出力値である。また、Ｆ／ＣがＯＮからＯＦＦされるＦ／Ｃ開始後に燃料供給が再開し、通常の空燃比フィードバック制御に戻った後には、センサ出力値は経時的に減少し、その後、点線１０２で示す判定値ｂよりも小さいほぼ一定の値を示すようになる。この判定値ｂよりも小さいほぼ一定の値は、排気ガス中に含まれる酸素濃度に応じたセンサ出力値である。ガスセンサ２に劣化が生じてＦ／Ｃ開始、又は、燃料供給再開に対する応答性が悪化すると、正常な状態のガスセンサに比べ、Ｆ／Ｃ開始から判定値ａよりも大きいほぼ一定の値を示すのに要する時間が長くなる。このような応答性が悪化したガスセンサ２のセンサ出力値に基づき、内燃機関の空燃比制御を実行した場合には、有害排出ガス成分が増加する等の問題が生ずる。そこで、本実施形態では、矢印１１１で示す応答時間Ｔ１と、矢印１１２に示す応答時間Ｔ２とを積算した応答時間に基づき、ガスセンサ２が異常状態にあるか否かを診断している。ここで、矢印１１１で示す応答時間Ｔ１は、Ｆ／Ｃ開始後における、センサ出力値が、Ｆ／Ｃ開始前のセンサ出力値より大きい判定値ｂから、外気に応じたほぼ一定のセンサ出力値よりも小さい判定値ａまで到達するのに要する時間である。また矢印１１２に示す応答時間Ｔ２は、Ｆ／Ｃ開始後の燃料再開後における、判定値ａから判定値ｂまで到達するまでに要する時間である。

次に、ガスセンサ２が異常状態にあるか否かを診断する異常診断処理におけるメイン処理（以下、単に「メイン処理」と言う。）を図４に示すフローチャートを参照して説明する。図４のフローチャートに示すように、メイン処理ではまず、種々のデータやフラグ等の初期化が行われる（Ｓ５）。この処理において、例えば、応答遅れ診断処理の実施の有無を示す計測完了フラグに、未実施を示す０がセットされ、ＲＡＭ６３のフラグ記憶エリア６３２に記憶される。また、センサ出力値記憶エリア６３５に記憶されたセンサ出力値がクリアされる（Ｓ５）。続いて、センサ素子１０が活性化しているか否かが判断される（Ｓ１０）。この処理は、ガスセンサ２内の酸素イオンの移動度が高くなる温度に至るまでセンサ素子１０が加熱され、検出が可能な状態になっているか否か、即ち、センサ出力値が安定して出力される状態にあるか否かを判断するための処理である。前述のように、センサ素子１０の酸素濃度検出セル１５における温度Ｔｃとセンサ抵抗値Ｒｐｖｓとの間には、相関関係があるため、この処理において、酸素濃度検出セル１５のセンサ抵抗値Ｒｐｖｓに基づいて活性化しているか否かが判断される。

センサ素子１０が活性化していないと判断される場合には（Ｓ１０：Ｎｏ）、活性化したと判断されるまで待機する。一方、センサ素子１０が活性化したと判断される場合には（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、続いて、ガスセンサ２のセンサ出力値を所定間隔で取得するためのタイマがスタートされる（Ｓ１５）。この処理により、別途実行される他のプログラムにより、タイマカウンタ記憶エリア６３３に記憶されるカウント値は所定時間ごとに自動的に更新される。続いて、タイマのカウント値がリセットされ、タイマカウンタ記憶エリア６３３に記憶される（Ｓ２０）。この処理は、タイマリセット時から、後述するＳ６０の処理を実行する時までの経過時間が分かるようにタイマがリセットされればよい。なお、センサ素子１０が活性化したと判断されたときには、センサ制御回路３１を用いたセンサ素子１０の駆動制御も開始されることになる。

続いて、ＲＡＭ６３のフラグ記憶エリア６３２が参照され、初期化条件フラグが１であるか否かが確認される（Ｓ２５）。初期化条件フラグの値は、別途実行されるプログラムにより設定される。例えば、ガスセンサ２が内燃機関として自動車に取り付けられている場合、イグニッションスイッチ（ＩＧ ＳＷ）のＯＮ／ＯＦＦを監視して内燃機関の運転停止を検出したときに、初期化条件フラグに１がセットされる。この処理により、イグニッションスイッチがＯＮされるごとに１回だけ、ガスセンサ２が異常状態にあるか否かを診断する処理を行うことができる。初期化条件フラグが１である場合には（Ｓ２５：Ｙｅｓ）、続いて、応答時間Ｔ１および応答時間Ｔ２に０がセットされ、応答時間記憶エリア６３６に記憶される（Ｓ５５）。また、初期化条件フラグ、計測完了フラグ、応答時間Ｔ１計測完了フラグおよび応答時間Ｔ２計測完了フラグに０がセットされ、フラグ記憶エリア６３２に記憶される（Ｓ５５）。このＳ５５の処理は、ガスセンサ２が異常状態にあるか否かを診断する処理を実行させるための設定を行う処理である。続いて後述するＳ６０の処理が実行される。

一方、初期化条件フラグが０である場合には（Ｓ２５：Ｎｏ）、続いて、ＲＡＭ６３のフラグ記憶エリア６３２が参照され、計測完了フラグが１であるか否かが判断される（Ｓ３５）。計測完了フラグが応答遅れ診断処理が実行済みであることを示す１である場合には（Ｓ３５：Ｙｅｓ）、続いて、後述するＳ６０の処理が実行される。一方、Ｓ３５において、計測完了フラグが応答遅れ診断処理の未実施を示す０が記憶されている場合には（Ｓ３５：Ｎｏ）、続いて、ガスセンサユニット３から出力されるセンサ出力値が取得され、センサ出力値記憶エリア６３５に記憶される（Ｓ４０）。このセンサ出力値は、Ｓ４５において実行される応答遅れ診断処理において参照される。続いて、ガスセンサ２が異常状態にあるか否かを診断する応答遅れ診断処理が実施される（Ｓ４５）。この応答遅れ診断処理については、図５に示すフローチャートを参照して後述する。

続いて、タイマカウンタ記憶エリア６３３が参照され、Ｓ２０のタイマリセット後、２５［ｍｓｅｃ］経過したか否かが判断される（Ｓ６０）。この処理は、所定間隔（本実施形態では、２５［ｍｓｅｃ］）で、センサ出力値を取得するための処理である。なお、この所定間隔はガスセンサ２の特性や用途等に応じて適宜定めればよく、本実施形態の２５［ｍｓｅｃ］に限定されない。Ｓ６０において、２５［ｍｓｅｃ］経過していないと判断される場合には（Ｓ６０：Ｎｏ）、２５［ｍｓｅｃ］経過したと判断されるまで待機する。一方、２５［ｍｓｅｃ］経過したと判断される場合には（Ｓ６０：Ｙｅｓ）、Ｓ２０に戻り処理を繰り返す。

以上に詳述したように、ガスセンサ制御装置１の異常診断処理におけるメイン処理が実行される。次に、図４に示すメイン処理において実行される応答遅れ診断処理について、図５のフローチャートを参照して説明する。図５のフローチャートに示す応答遅れ診断処理ではまず、Ｆ／Ｃ中であるか否かを示すフラグが記憶されている入力情報記憶エリア６３４が参照され、Ｆ／Ｃ中であるか否かが判断される（Ｓ５０５）。この処理は、本発明の燃料供給検出工程に相当する処理であり、Ｆ／Ｃ開始、および、そのＦ／Ｃ後における燃料供給再開を検出するための処理である。Ｆ／Ｃ中ではないと判断される場合（Ｓ５０５：Ｎｏ）の処理は後述する。一方、Ｆ／Ｃ中であると判断される場合には（Ｓ５０５：Ｙｅｓ）、続いて、フラグ記憶エリア６３２が参照され、応答時間Ｔ１計測完了フラグが０であるか否かが判断される（Ｓ５１０）。この処理は、応答時間Ｔ１の計測が完了しているかを判断するための処理である。応答時間Ｔ１計測完了フラグが既に応答時間Ｔ１の計測が完了されていることを示す１である場合には（Ｓ５１０：Ｎｏ）、続いて、応答遅れ診断処理を終了し、図４に示すメイン処理に戻る。

一方、応答時間Ｔ１計測完了フラグが応答時間Ｔ１の計測が完了していないを示す０であると判断される場合には（Ｓ５１０：Ｙｅｓ）、続いて、センサ出力値記憶エリア６３５が参照され、図４に示すフローチャートのＳ４０において取得されたセンサ出力値が、判定値ｂよりも大きいか否かが判断される（Ｓ５２０）。Ｓ５２０における判定値ｂは、本発明の第１閾値に相当する値であり、この判定値ｂは、内燃機関の運転条件等に応じて任意に定められる値である。この判定値ｂは、例えば、２．５［Ｖ］と定められる。

Ｓ５２０において、センサ出力値が判定値ｂ以下であると判断される場合には（Ｓ５２０：Ｎｏ）、続いて、応答時間Ｔ１に０がセットされ、応答時間記憶エリア６３６に記憶される（Ｓ５４０）。このように、応答時間Ｔ１の計測に際して、継続してセンサ出力値が判定値ｂより大きい条件を満たさなければ（Ｓ５２０：Ｎｏ）、応答時間Ｔ１をリセットしている（Ｓ５４０）。このため、偶発的に取得されたノイズ等の特異なセンサ出力値により、応答時間Ｔ１が適切に求められない事態を回避することができる。続いて、応答時間Ｔ１計測完了フラグに０がセットされ、フラグ記憶エリア６３２に記憶される（Ｓ５４５）。続いて、応答遅れ診断処理を終了し、図４に示すメイン処理に戻る。

一方Ｓ５２０においてセンサ出力値が判定値ｂよりも大きいと判断される場合には（Ｓ５２０：Ｙｅｓ）、続いて、応答時間Ｔ１にセンサ出力値の取得間隔、本実施形態では０．０２５［ｓｅｃ］が加算され、応答時間記憶エリア６３６に記憶される（Ｓ５２５）。この処理は、Ｓ５６０およびＳ５７５とともに、本発明の応答時間積算工程に相当する処理であり、Ｆ／Ｃ開始が検出された後のセンサ出力値が判定値ｂから判定値ａまで到達するのに要する時間を、本発明の第１時間に相当する応答時間Ｔ１として積算するための処理である。

続いて、センサ出力値が判定値ａよりも大きいか否かが判断される（Ｓ５３０）。このＳ５３０における判定値ａは、本発明の第２閾値に相当する値であり、この判定値ａは、内燃機関の運転条件等に応じて、Ｓ５２０における判定値ｂよりも大きい任意の値が定められる。この判定値ａは、例えば、３．０［Ｖ］と定められる。センサ出力値が判定値ａ以下であると判断される場合には（Ｓ５３０：Ｎｏ）、続いて、応答遅れ診断処理を終了し、図４に示すメイン処理に戻る。一方、センサ出力値が判定値ａよりも大きいと判断される場合には（Ｓ５３０：Ｙｅｓ）、続いて、応答時間Ｔ１計測完了フラグに１がセットされ、フラグ記憶エリア６３２に記憶される（Ｓ５３５）。このような処理により、Ｆ／Ｃ開始が検出された後（Ｓ５０５：Ｙｅｓ）のセンサ出力値が、判定値ｂから（Ｓ５２０：Ｙｅｓ）、判定値ａまで到達する（Ｓ５３０：Ｙｅｓ）のに要する応答時間Ｔ１を求めることができる。図３に示すセンサ信号１００では、センサ出力値１２１からセンサ出力値１２２までのセンサ出力値が取得される矢印１１１で示す期間が応答時間Ｔ１とされる。

Ｓ５０５において、Ｆ／Ｃ中ではないと判断される場合には（Ｓ５０５：Ｎｏ）、続いて、フラグ記憶エリア６３２が参照され、応答時間Ｔ１計測完了フラグが１，かつ、応答時間Ｔ２計測完了フラグが０か否かが判断される（Ｓ５５０）。この処理は、応答時間Ｔ１の計測が完了し、かつ、応答時間Ｔ２の計測が完了していないと判断される場合を抽出して（Ｓ５５０：Ｙｅｓ）、応答時間Ｔ２を計測する処理を行うための処理である。応答時間Ｔ１計測完了フラグが１，かつ、応答時間Ｔ２計測完了フラグが０の条件を満たしていない場合には（Ｓ５５０：Ｎｏ）、続いて、応答遅れ診断処理が終了され、図４に示すメイン処理に戻る。一方、上記Ｓ５５０の条件を満たしていると判断される場合には（Ｓ５５０：Ｙｅｓ）、続いて、センサ出力値が判定値ａ以下であるか否かが判断される（Ｓ５５５）。このＳ５５５における判定値ａは、本発明の第３閾値に相当する値であり、この判定値ａは、内燃機関の運転条件等に応じて任意に定められる値である。なお、本実施形態では、第３閾値として用いる判定値ａとＳ５３０における判定値ａとを同じ値としたが、これに限定されず、Ｓ５３０における判定値と、Ｓ５５５における判定値とを別の値としてもよい。

Ｓ５５５において、センサ出力値が判定値ａより大きい場合には（Ｓ５５５：Ｎｏ）、応答時間Ｔ２に０がセットされ、応答時間記憶エリア６３６に記憶される（Ｓ５９５）。このように、応答時間Ｔ２の計測に際して、継続してセンサ出力値が判定値ａ以下の条件を満たさなければ（Ｓ５５５：Ｎｏ）、応答時間Ｔ２をリセットしている（Ｓ５９５）。よって、偶発的に取得されたノイズ等の特異なセンサ出力値により、応答時間Ｔ２が適切に求められない事態を回避することができる。続いて、応答時間Ｔ２計測完了フラグに０がセットされ、フラグ記憶エリア６３２に記憶される（Ｓ６００）。

一方Ｓ５５５において、センサ出力値が判定値ａ以下であると判断される場合には（Ｓ５５５：Ｙｅｓ）、続いて、応答時間Ｔ２にセンサ出力値の取得間隔である０．０２５［ｓｅｃ］が加算され、応答時間記憶エリア６３６に記憶される（Ｓ５６０）。この処理は、Ｓ５２５およびＳ５７５とともに、本発明の応答時間積算工程に相当する処理であり、Ｆ／Ｃ後の燃料供給再開が検出された後において、センサ出力値が判定値ａから判定値ｂまで到達するのに要する時間を、本発明の第２時間に相当する応答時間Ｔ２として積算するための処理である。続いて、センサ出力値が判定値ｂ以下か否かが判断される（Ｓ５６５）。このＳ５６５における判定値ｂは、本発明の第４閾値に相当する値であり、この判定値ｂは、内燃機関の運転条件等に応じて任意に定められる値である。なお、本実施形態では、第４閾値として用いる判定値ｂとＳ５２０における判定値ｂとを同じ値としたが、これに限定されず、Ｓ５２０における判定値と、Ｓ５６５における判定値とを別の値としてもよい。

センサ出力値が判定値ｂより大きいと判断される場合には（Ｓ５６５：Ｎｏ）、続いて、応答遅れ診断処理を終了し、図４に示すメイン処理に戻る。一方、センサ出力値が判定値ｂ以下であると判断される場合には（Ｓ５６５：Ｙｅｓ）、続いて、応答時間Ｔ２計測完了フラグに１がセットされ、フラグ記憶エリア６３２に記憶される（Ｓ５７０）。このような処理により、応答時間Ｔ１の計測が完了し、かつ、応答時間Ｔ２の計測が完了していない場合に（Ｓ５５０：Ｙｅｓ）、Ｆ／Ｃ後の燃料供給再開が検出された後のセンサ出力値が、判定値ａから判定値ｂまで到達するのに要する応答時間Ｔ２を求めることができる。図３に示すセンサ信号１００では、センサ出力値１２３からセンサ出力値１２４までのセンサ出力値が取得される矢印１１２で示す期間が応答時間Ｔ２として求められる。

Ｓ５７０に続いて、応答時間Ｔ１と応答時間Ｔ２とを積算した値が、判定値ｃよりも大きいか否かが判断される（Ｓ５７５）。応答時間Ｔ１と応答時間Ｔ２とを積算するこの処理は、Ｓ５２５およびＳ５６０とともに、本発明の応答時間積算工程に相当する処理である。また、判定値ｃは、ガスセンサ２の特性等に応じて任意に定められる値である。この判定値ｃは、例えば、４．０［ｓｅｃ］と定められる。応答時間Ｔ１と応答時間Ｔ２とを積算した値が、判定値ｃよりも大きいと判断される場合には（Ｓ５７５：Ｙｅｓ）、ガスセンサ２は異常な状態であると診断され、その診断結果が診断結果記憶エリア６３７に記憶される（Ｓ５８０）。上記Ｓ５７５およびＳ５８０の、応答時間Ｔ１と応答時間Ｔ２とを積算して求めた応答時間が、判定値ｃより長い場合に（Ｓ５７５：Ｙｅｓ）、ガスセンサ２が異常状態にあると診断する処理は、本発明の異常診断工程に相当する処理である。一方、応答時間Ｔ１と応答時間Ｔ２とを積算した値が、判定値ｃ以下であると判断される場合には（Ｓ５７５：Ｎｏ）、ガスセンサ２は正常な状態であると診断され、その診断結果が診断結果記憶エリア６３７に記憶される（Ｓ５８５）。Ｓ５８０又はＳ５８５に続いて、計測完了フラグに応答遅れ診断処理が実施済みであることを示す１がセットされ、フラグ記憶エリア６３２に記憶される（Ｓ５９０）。続いて、応答遅れ診断処理を終了し、図４に示すメイン処理に戻る。

以上の詳述したように第１の実施形態の応答遅れ診断処理が実行される。なお、上記応答遅れ診断処理における診断結果は、ＥＣＵ６０において別途実行されるプログラムにより、ガスセンサ制御装置１が備える図示しない表示ディスプレイ等の表示手段、警報器やスピーカ等の音声報知手段、警報ランプ等によりユーザに対して報知してもよい。また、専用の出力端子から外部機器に対して出力してもよいし、あるいは、シリアル通信により外部機器に対して出力してもよい。

なお、図５に示すフローチャートのＳ５０５において、Ｆ／Ｃ，および、そのＦ／Ｃ後に燃料供給の再開を検出する、図１に示すＣＰＵ６１は、本発明の燃料供給検出手段として機能する。また、Ｆ／Ｃ開始が検出された後のセンサ出力値が第１閾値である判定値ｂから（Ｓ５２０：Ｙｅｓ）第２閾値である判定値ａまで（Ｓ５３０：Ｙｅｓ）到達するのに要する応答時間Ｔ１と、そのＦ／Ｃ後の燃料供給再開が検出された後のセンサ出力値が第３閾値である判定値ａから（Ｓ５５５：Ｙｅｓ）第４閾値である判定値ｂまで（Ｓ５６５：Ｙｅｓ）到達するのに要する応答時間Ｔ２とを積算して応答時間とする（Ｓ５２５，Ｓ５６０，Ｓ５７５）、図１に示すＣＰＵ６１は応答時間積算手段として機能する。また、応答時間Ｔ１と応答時間Ｔ２とを積算した応答時間が判定値ｃより長い場合に（Ｓ５７５：Ｙｅｓ）、前記ガスセンサが異常状態にあると診断する（Ｓ５８０）、図１に示すＣＰＵ６１は、本発明の異常診断手段として機能する。

以上詳述した第１の実施形態のガスセンサ制御装置１によれば、Ｆ／Ｃ後において、センサ出力値が第１閾値である判定値ｂから第２閾値である判定値ａまで到達するのに要する応答時間Ｔ１と、応答時間Ｔ１を測定したＦ／Ｃ後に燃料供給再開が検出された後において、センサ出力値が第３閾値である判定値ａから第４閾値である判定値ｂに到達するのに要する応答時間Ｔ２とを積算した応答時間を用いて、ガスセンサ２が異常状態にあるか否かを診断している（Ｓ５７５，Ｓ５８０，Ｓ５８５）。このため、応答時間Ｔ１および応答時間Ｔ２のいずれか一方のみを用いてガスセンサが異常状態にあるか否かを診断する場合に比べ、精度よくガスセンサ２の異常を検出することができる。このガスセンサ制御装置１によれば、内燃機関がリーン側で制御されている場合にもガスセンサが異常状態にあるか否か精度よく診断することができる。また、第１時間と第２時間の両情報を加味することで、正常時と異常時（劣化時）におけるセンサ出力値の変化挙動の違いを大きくすることができる。このため、ガスセンサ２が異常状態にあるか否かを診断するための閾値としての判定値ｃの設定が容易となり、その判定値ｃを用いてより精度よくガスセンサの異常診断が行える。第１の実施形態のガスセンサ制御装置１によれば、ガスセンサ２のプロテクタに形成されたガス流通孔（図示せず）や、排気ガスをセンサ素子１０内部に導く多孔質部（例えば、ガス拡散多孔質層２１）が目詰まりを起こす等の経時劣化を、従来に比べ、良好に検出することができる。

次に、所定条件成立時には応答遅れ診断処理を実施しないようにする制御する第２の実施形態の異常診断方法について、図６および図７に示すフローチャートを参照して説明する。ガスセンサ制御装置１の構成は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。図６は、ガスセンサ２が異常状態にあるか否かを診断する異常診断処理におけるメイン処理の流れを示すフローチャートであり、また図７は、図６に示すメイン処理において実行される応答時間計測実施判定処理の流れを示すフローチャートである。図６および図７に示す各処理を実行させるプログラムは、ＲＯＭ６２に記憶されており、図１に示すＣＰＵ６１により実行される。なお、図６のフローチャートにおいて、図４のフローチャートに示す第１の実施形態のメイン処理と同様な処理を実行する場合には、同じステップ番号を付与している。

図６のフローチャートに示すように、第２の実施形態の異常診断処理のメイン処理は、Ｓ１０の処理を省略し、Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２６，およびＳ２７の処理を行う点で、図４のフローチャートに示す第１の実施形態の異常診断処理のメイン処理と異なる。第１の実施形態と同様な処理については説明を省略又は簡略化し、以下、第１の実施形態の異常診断処理とは異なる処理について詳述する。

第２の実施形態の異常診断処理のメイン処理では、初期化処理が実行された後（Ｓ５）、タイマがスタートされ（Ｓ１５）、続いて、タイマのカウント値がリセットされる（Ｓ２０）。続いて、センサ素子１０が活性化しているか否かが判断される（Ｓ２１）。この処理は、第１の実施形態の図４のフローチャートのＳ１０と同様の処理であり、本発明のセンサ出力値判定工程および異常診断実施制御工程に相当する処理である。センサ素子１０が活性化していないと判断される場合には（Ｓ２１：Ｎｏ）、応答遅れ診断処理（Ｓ４５）を実行せず、続いて、カウンタに０がセットされ、ＲＡＭ６３のワークエリア６３１に記憶される（Ｓ２３）。このカウンタは、酸素濃度検出セル１５の多孔質電極１７，１８間に発生する起電力Ｖｓが連続して所定範囲内に収まっていると判断される回数を記憶するための変数であり、後述する応答時間計測実施判定処理（Ｓ２２）において起電力Ｖｓに応じて設定される。Ｓ２３においてカウンタに０をセットするのは、起電力Ｖｓが連続して所定範囲内に収まっている回数をリセットするためである。また、このＳ２３では、応答時間Ｔ１および応答時間Ｔ２に０がセットされ、応答時間記憶エリア６３６に記憶される処理と、応答時間Ｔ１計測完了フラグおよび応答時間Ｔ２計測完了フラグに０がセットされ、フラグ記憶エリア６３２に記憶される処理とが実行される。

一方、センサ素子１０が活性化していると判断される場合には（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、続いて、応答遅れ診断処理（Ｓ４５）を実行させるための所定条件が成立しているか否かを判断する応答時間計測実施判定処理が実行される（Ｓ２２）。この応答時間計測実施判定処理を、図７のフローチャートを参照して説明する。図７に示すように、応答時間計測実施判定処理ではまず、電圧出力回路３５を介して検出され、ＥＣＵ６０に入力される起電力Ｖｓが検出される（Ｓ２２０）。続いて、ワークエリア６３１が参照され、Ｓ２２０において検出された起電力Ｖｓが、所定範囲内（例えば、２５０ｍＶ≦Ｖｓ≦７５０ｍＶ）に収まっているか否かが判断される（Ｓ２２５）。この所定範囲は、ガスセンサ２の特性や用途等に応じて適宜定められ、ＲＯＭ６２に記憶されている。起電力Ｖｓが所定範囲内に収まっていない場合には（Ｓ２２５：Ｎｏ）、カウンタに０がセットされ、ワークエリア６３１に記憶される（Ｓ２３５）。続いて、応答遅れ診断処理（Ｓ４５）を実施する準備が整っているか否かを示す応答時間計測実施フラグに、準備が整っていないことを示す０がセットされ、フラグ記憶エリア６３２に記憶される（Ｓ２６０）。続いて、図６の異常診断処理のメイン処理に戻る。

一方、起電力Ｖｓが所定範囲内に収まっている場合には（Ｓ２２５：Ｙｅｓ）、続いて、カウンタが１増加（インクリメント）され、ワークエリア６３１に記憶される（Ｓ２３０）。続いて、Ｓ２３０において設定したカウンタが所定値以上であるか否かが判断される（Ｓ２４０）。このＳ２４０の処理は、Ｓ２２５，Ｓ２３０，Ｓ２３５，および図６に示すフローチャートのＳ２３とともに、本発明のセンサ出力値判定工程に相当する処理である。第２の実施形態では、起電力Ｖｓが所定回数連続して所定範囲に収まる場合を、センサ出力値が安定して出力される状態としている。Ｓ２４０の処理に用いる所定値はメイン処理の実行間隔、ガスセンサ２の特性や用途等に応じて適宜定められ、ＲＯＭ６２に記憶される。第２の実施形態のガスセンサ２は、１ｓｅｃ連続で起電力Ｖｓが所定範囲内に収まっている場合に、センサ出力値が安定して出力される状態となる特性を有する。よって、メイン処理の実行間隔２５ｍｓｅｃを考慮し、所定値を４０に設定している。

カウンタが４０以上である場合には（Ｓ２４０：Ｙｅｓ）、続いて、入力情報記憶エリア６３４が参照され、内燃機関の回転数が検出される（Ｓ２４５）。この処理は、本発明の回転数取得工程に相当する処理である。第２の実施形態では、内燃機関の回転数が所定期間ごとにＥＣＵ６０に入力され、入力情報記憶エリア６３４に記憶されるようになっているため、入力情報記憶エリア６３４を参照して、内燃機関の回転数を検出する。続いて、ワークエリア６３１が参照され、Ｓ２４５において検出した内燃機関の回転数が低回転判定閾値より大きいか否かが判断される（Ｓ２５０）。この処理は、内燃機関の回転数が低回転判定閾値以下である条件が成立した場合、応答遅れ診断処理（図６のＳ４５）を実行させないように制御するための処理である。この低回転判定閾値は、内燃機関から排出される排気ガス中の特定ガス成分の濃度が安定する内燃機関の回転数、異常診断の精度等を考慮して適宜定められ、第２の実施形態では１５００ｒｐｍである。内燃機関の回転数が１５００ｒｐｍよりも多い場合には（Ｓ２５０：Ｙｅｓ）、続いて、応答遅れ診断処理（図６のＳ４５）を実施する準備が整っているか否かを示す応答時間計測実施フラグに、準備が整っていることを示す１がセットされ、フラグ記憶エリア６３２に記憶される（Ｓ２５５）。続いて、図６の異常診断処理のメイン処理に戻る。

一方、Ｓ２４０においてカウンタが４０以上ではない場合（Ｓ２４０：Ｎｏ）、又はＳ２５０において内燃機関が１５００ｒｐｍよりも多くはない場合（Ｓ２５０：Ｎｏ）には、続いて、応答時間計測実施フラグに、応答遅れ診断処理（図６のＳ４５）を実施する準備が整っていないことを示す０がセットされ、フラグ記憶エリア６３２に記憶される（Ｓ２６０）。続いて、図６の異常診断処理のメイン処理に戻る。

引き続き、図６のフローチャートを参照して、第２の実施形態の異常診断処理のメイン処理について説明する。Ｓ２２の応答時間計測実施判定処理に続いて、フラグ記憶エリア６３２が参照され、初期化条件フラグが１であるか否かが確認される（Ｓ２５）。初期化条件フラグが１である場合には（Ｓ２５：Ｙｅｓ）、続いて第１の実施形態と同様のＳ５５およびＳ６０の処理が実行される。

初期化条件フラグが１ではない場合には（Ｓ２５：Ｎｏ）、続いて、フラグ記憶エリア６３２が参照され、応答時間計測実施フラグが１であるか否かが確認される（Ｓ２６）。この処理は、本発明の異常診断実施制御工程に相当する処理であり、応答時間計測実施フラグが１ではない条件が成立した場合には（Ｓ２６：Ｎｏ）、応答遅れ診断処理（Ｓ４５）を行わないように制御するための処理である。換言すれば、第２の実施形態では、応答時間計測実施フラグが１である条件が成立した場合に（Ｓ２６：Ｙｅｓ）、応答遅れ診断処理（Ｓ４５）を実行するように制御される。図７のフローチャートのＳ２５５において、応答時間計測実施フラグに１がセットされた場合には（Ｓ２６：Ｙｅｓ）、続いて第１の実施形態と同様のＳ３５の処理が実行される。一方、図７のフローチャートのＳ２６０において、応答時間計測実施フラグに０がセットされた場合には（Ｓ２６：Ｎｏ）、応答遅れ診断処理（Ｓ４５）を実行せず、続いて応答時間Ｔ１および応答時間Ｔ２に０がセットされ、応答時間記憶エリア６３６に記憶される（Ｓ２７）。また、応答時間Ｔ１計測完了フラグ、および応答時間Ｔ２計測完了フラグに０がセットされ、フラグ記憶エリア６３２に記憶される（Ｓ２７）。続いて第１の実施形態と同様のＳ６０の処理が実行される。図６のフローチャートのＳ３５，Ｓ４０，Ｓ４５，Ｓ６０の処理については、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

以上の詳述したように第２の実施形態の異常診断処理が実行される。なお、図７に示すフローチャートのＳ２４５において、入力情報記憶エリア６３４を参照して、内燃機関の回転数を取得する、図１に示すＣＰＵ６１は、本発明の回転数取得手段として機能する。また図６のフローチャートのＳ２１において、センサ素子１０が活性化しているか否かを判断することにより、センサ出力値が安定して出力される状態にあるか否かを判定する、図１に示すＣＰＵ６１は、本発明のセンサ出力値判定手段として機能する。また図７のフローチャートのＳ２２５，Ｓ２３０，Ｓ２３５および図６のフローチャートのＳ２３において、起電力Ｖｓが連続して所定範囲内に収まる回数を、カウンタを用いて積算し、図７のフローチャートのＳ２４０においてそのカウンタが４０以上であるか否か、即ち、起電力Ｖｓが１ｓｅｃ間連続して所定範囲に収まるか否により、センサ出力値が安定して出力される状態にあるか否かを判定する、図１に示すＣＰＵ６１は、本発明のセンサ出力値判定手段として機能する。また、図７に示すフローチャートのＳ２２５において、起電力Ｖｓが所定範囲内に収まっていない場合（Ｓ２２５：Ｎｏ）、およびＳ２４０においてカウンタが４０未満である場合に（Ｓ２４０：Ｎｏ）、応答時間計測実施フラグに０をセットし（Ｓ２６０）、図６のフローチャートのＳ２６において応答遅れ診断処理（Ｓ４５）を行わないように制御する（Ｓ２６：Ｎｏ）、図１に示すＣＰＵ６１は、本発明の異常診断実施制御手段として機能する。また、図６に示すフローチャートのＳ２１においてセンサ素子１０が活性化されていないと判断された場合に（Ｓ２１：Ｎｏ）、応答遅れ診断処理（Ｓ４５）を行わないように制御する、図１に示すＣＰＵ６１は、本発明の異常診断実施制御手段として機能する。また、図７に示すフローチャートのＳ２４５において取得された内燃機関の回転数が、低回転判定閾値以下である場合に（Ｓ２５０：Ｎｏ）、応答時間計測実施フラグに０をセットし（Ｓ２６０）、図６のフローチャートのＳ２６において応答遅れ診断処理（Ｓ４５）を行わないように制御する（Ｓ２６：Ｎｏ）、図１に示すＣＰＵ６１は、本発明の異常診断実施制御手段として機能する。

以上詳述した第２の実施形態のガスセンサ制御装置１によれば、内燃機関の回転数が低回転判定閾値以下である場合には（図７のＳ２５０：Ｎｏ）、応答遅れ診断処理（図６のＳ４５）を実施しないように制御する（図６のＳ２６：Ｎｏ）。このため、内燃機関から排出される排気ガス中の特定ガス成分の濃度が安定した場合にセンサ出力値を用いてガスセンサ２の異常診断が実施することで、異常診断の精度を向上させることができる。また、センサが活性化していない場合（図６のＳ２１：Ｎｏ）、応答遅れ診断処理（図６のＳ４５）を実施しない。また、起電力Ｖｓが１ｓｅｃ間連続して所定範囲内に収まらず（図７のＳ２２５：Ｎｏ，Ｓ２４０：Ｎｏ）、センサ出力値が安定して出力される状態にないと判定される場合には、応答遅れ診断処理（図６のＳ４５）を実施しないように制御する（図６のＳ２６：Ｎｏ）。このため、センサ出力値が安定して出力される状態にない期間のセンサ出力値を用いてガスセンサ２の異常診断が実施されることが回避されるので、異常診断の精度を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。例えば、本実施形態では、排気ガス中の特定ガスとして酸素を検出するガスセンサ２の異常を診断する場合について説明したが、異常診断の対象となるガスセンサとしては、特定ガス成分としての酸素濃度を検出するガスセンサに限定されず、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等を特定ガス成分とし、それらの濃度を検出するガスセンサを適用することもできる。

また図５に示す応答遅れ診断処理においては、応答時間Ｔ１と応答時間Ｔ２との２つのパラメータを設け、Ｓ５２５において応答時間Ｔ１を積算する処理を行い、Ｓ５６０において応答時間Ｔ２を積算する処理を行い、応答時間Ｔ１と応答時間Ｔ２とを個々に積算していた。しかし、最終的に応答時間Ｔ１および応答時間Ｔ２を積算した値が本発明の応答時間として求められればよく、例えば、上記実施形態のように応答時間Ｔ１と応答時間Ｔ２とに分けずに、本発明の応答時間を求めるようにしてもよい。

さらに、上記実施形態では、イグニッションスイッチがＯＮされるごとに１回だけ、ガスセンサの異常診断処理を行うようにしたが、これに限定されず、イグニッションスイッチがＯＮされてＯＦＦされるまでの間に複数回、ガスセンサの異常診断処理を行うように適宜変更してもよい。なお、イグニッションスイッチがＯＮされてＯＦＦされるまでの間に複数回ガスセンサの異常診断処理を行うにあたっては、１回でも応答時間Ｔ１および応答時間Ｔ２を積算した値（応答時間）が判定値ｃより大きくなれば異常と判定してもよいし、上記応答時間が判定値ｃより大きくなる回数が２以上の予め設定した特定回数に達すれば異常と判定してもよい。

また第２の実施形態では、応答遅れ診断処理を実行させないように制御する際の所定条件として、センサ素子１０が活性化していないと判断される場合（Ｓ２１：Ｎｏ）、起電力Ｖｓが１ｓｅｃ間連続して所定範囲に収まらない場合（Ｓ２２５：Ｎｏ，Ｓ２４０：Ｎｏ）、および内燃機関の回転数が低回転判定閾値以下である場合（Ｓ２５０：Ｎｏ）の３つの条件を用いていたが、これに限定されない。例えば、上記３つの条件の中から選択された１又は複数の条件を採用してもよい。また、センサ出力値が安定して出力される状態にない場合に、応答遅れ診断処理を実行させないように制御する場合には、例えば、センサ素子１０が活性後（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、所定時間が経過しているか否かにより、所定条件が成立する場合を検出してもよい。

また、第２の実施形態では、所定条件成立時に図６に示すフローチャートの応答遅れ診断処理（Ｓ４５）を実行しないようにしていたが、所定条件成立時に異常診断工程が実行されないように制御すればよく、第２の実施形態の場合に限定されない。例えば、所定条件成立時に、図５に示すフローチャートのＳ５７５〜Ｓ５９０の処理が実行されないようにしてもよい。さらに、特定ガス成分の濃度が安定している条件でガスセンサが用いられる場合には、異常診断実施制御工程を省略してもよい。

ところで、一般に、燃料供給を中断してからセンサ出力値が大気に対応した値を安定して示すことになるまでの仮想的な変化期間において、センサ出力値が大気に対応した値に近い期間ほど、センサ出力値の変化速度が緩慢となる。一方、燃料供給を再開してからセンサ出力値が燃料供給の中断開始前の値近くにまで復帰していくまでの仮想的な変化期間においても、燃料供給の中断開始前の値に近い期間ほど、センサ出力値の変化速度が緩慢となる。そして、内燃機関の運転条件等によっては、上述のようなセンサ出力値の変化速度の緩慢さの程度が大きくなる場合がある。このようなセンサ出力値が非常に緩慢に変化する範囲では、ガスセンサが正常であるときでも、センサ出力値のバラツキが大きい。このような場合を、図８を参照して説明する。図８は、内燃機関への燃料供給の中断開始後およびそのＦ／Ｃ後に燃料供給が再開された後におけるガスセンサユニット３から出力されるセンサ出力値の経時変化を示すセンサ信号の一例を示すグラフである。図８は、図４に示すグラフと対応しており、センサ信号５００は、Ｆ／ＣのＯＮ／ＯＦＦが信号２０１に示すタイミングで実行された場合の、センサ出力値の経時変化を示している。燃料供給を再開してからセンサ出力値が燃料供給の中断開始前の値近くにまで復帰していくまでの仮想的な変化期間において、図８のセンサ信号５００は、燃料供給の中断開始前の値に近い期間において緩慢に変化している。そして図８のセンサ信号５００における、その緩慢さの程度は、図４のセンサ信号１００に比べ大きい。図８において、第１の実施形態と同様の第３閾値、第４閾値を設定した場合、センサ出力値１２３からセンサ出力値１２７までのセンサ出力値が取得される矢印１１３で示す期間が応答時間Ｔ２として求められる。この場合、第３閾値および第４閾値によって規定される応答時間Ｔ２を求めるための範囲には、内燃機関の運転条件等の影響を受けて、センサ出力値が非常に緩慢に変化する範囲、即ち、センサ出力値のバラツキが大きくなる範囲が入ってしまっている。

このような場合には、応答時間Ｔ１および応答時間Ｔ２を求めるための範囲に、センサ出力値が非常に緩慢に変化する範囲が含まれないように、第１〜第４閾値を適宜設定すればよい。なお、応答時間Ｔ１および応答時間Ｔ２を求めるための範囲から除外するセンサ出力値が緩慢に変化する範囲の緩慢さの程度は、ガスセンサの用途、特性、異常診断の精度等を考慮して適宜定めればよい。例えば、図５のフローチャートのＳ５６５において参照される第４閾値を、Ｓ５２０において参照される第１閾値ｂ（点線１０２で図示）よりも大きく、かつ、Ｓ５３０において参照される第２閾値ａ（点線１０１で図示）よりも小さい判定値ｘ（点線１０４で図示）に設定する。そして、Ｓ５５５において参照される第３閾値を、第２閾値ａよりも大きい判定値ｙ（点線１０３で図示）に設定する。そして、センサ出力値１２５からセンサ出力値１２６までのセンサ出力値が取得される矢印１１４で示す期間を応答時間Ｔ２とする。これにより、センサ出力値が非常に緩慢に変化する範囲を避けて第２時間を算出することができる。このため、内燃機関の運転条件等の影響を受けずに、燃料供給の中断後および再開後のセンサ出力値を用いて、ガスセンサ２が異常状態にあるか否かを適切に判断することができる。なお図８に例示する場合では、第４閾値を、第１閾値よりも大きく、かつ、第２閾値よりも小さく設定しても、応答時間Ｔ１および応答時間Ｔ２に、センサ出力値が非常に緩慢に変化する範囲が含まれない。このような場合には、第４閾値を、第１閾値よりも大きく、かつ、第２閾値よりも小さく設定することが好ましい。このように設定することで、応答時間Ｔ１および応答時間Ｔ２の期間を長く設定することができ、正常時と軽度な劣化時とを判定する閾値を設定しやすくなる。このため、精度良くガスセンサ２の異常を診断できる。

本発明は、ガスセンサの制御を司るガスセンサ制御装置に適用することができる。

ガスセンサ制御装置１およびガスセンサユニット３の概略構成を表したシステム構成図である。 ＲＡＭ６３の記憶エリアを説明するための概念図である。 内燃機関への燃料供給の中断開始後およびそのＦ／Ｃ後に燃料供給が再開された後におけるガスセンサユニット３から出力されるセンサ出力値の経時変化を示すセンサ信号の一例を示すグラフである。 ガスセンサ２が異常状態にあるか否かを診断する異常診断処理におけるメイン処理の流れを示すフローチャートである。 図４に示すメイン処理において実行される応答遅れ診断処理の流れを示すフローチャートである。 ガスセンサ２が異常状態にあるか否かを診断する異常診断処理におけるメイン処理の流れを示すフローチャートである。 図６に示すメイン処理において実行される応答時間計測実施判定処理の流れを示すフローチャートである。 内燃機関への燃料供給の中断開始後およびそのＦ／Ｃ後に燃料供給が再開された後におけるガスセンサユニット３から出力されるセンサ出力値の経時変化を示すセンサ信号の一例を示すグラフである。

符号の説明

１ ガスセンサ制御装置
２ ガスセンサ
３ ガスセンサユニット
３１ センサ制御回路
３３ ポンプ電流駆動回路
３５ 電圧出力回路
３９ 基準電圧比較回路
４０ 微小電流供給回路
４１ セラミックヒータ
４３ ヒータ電圧供給回路
６０ ＥＣＵ
６１ ＣＰＵ
６２ ＲＯＭ
６３ ＲＡＭ
１２１〜１２７ センサ出力値

Claims (8)

1. 内燃機関から排出される排気ガス中の特定ガス成分の濃度に応じたセンサ出力値を出力するガスセンサが、異常状態にあるか否かを診断するガスセンサの異常診断方法であって、
   前記内燃機関への燃料供給の中断、および、当該燃料供給の中断後に燃料供給再開を検出する燃料供給検出工程と、
   前記燃料供給検出工程において前記内燃機関への燃料供給の中断が検出された後の前記センサ出力値が第１閾値から第２閾値まで到達するのに要する第１時間と、前記燃料供給の中断後に燃料供給再開が検出された後の前記センサ出力値が第３閾値から第４閾値まで到達するのに要する第２時間とを積算して応答時間とする応答時間積算工程と、
   当該応答時間積算工程において積算された前記応答時間が所定時間より長い場合に、前記ガスセンサが異常状態にあると診断する異常診断工程と
   を備えることを特徴とするガスセンサの異常診断方法。
2. 前記内燃機関の回転数を取得する回転数取得工程と、
   所定条件成立時に、前記異常診断工程を行わないように制御する異常診断実施制御工程とを備え、
   前記所定条件は、前記回転数取得工程において取得した前記内燃機関の回転数が、低回転判定閾値以下である条件を含むことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサの異常診断方法。
3. 前記センサ出力値が安定して出力される状態にあるか否かを判定するセンサ出力値判定工程と、
   所定条件成立時に、前記異常診断工程を行わないように制御する異常診断実施制御工程とを備え、
   前記所定条件は、前記センサ出力値判定工程において、前記センサ出力値が安定して出力される状態にないと判定される条件を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサの異常診断方法。
4. 前記第４閾値は、前記第１閾値よりも大きく、
   前記第３閾値は、前記第２閾値よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のガスセンサの異常診断方法。
5. 内燃機関から排出される排気ガス中の特定ガス成分の濃度に応じたセンサ出力値を出力するガスセンサが、異常状態にあるか否かを診断するガスセンサ制御装置であって、
   前記内燃機関への燃料供給の中断、および、当該燃料供給の中断後に燃料供給再開を検出する燃料供給検出手段と、
   前記燃料供給検出手段により前記内燃機関への燃料供給の中断が検出された後の前記センサ出力値が第１閾値から第２閾値まで到達するのに要する第１時間と、前記燃料供給の中断後に燃料供給再開が検出された後の前記センサ出力値が第３閾値から第４閾値まで到達するのに要する第２時間とを積算して応答時間とする応答時間積算手段と、
   当該応答時間積算手段により積算された前記応答時間が所定時間より長い場合に、前記ガスセンサが異常状態にあると診断する異常診断手段と
   を備えることを特徴とするガスセンサ制御装置。
6. 前記内燃機関の回転数を取得する回転数取得手段と、
   所定条件成立時に、前記異常診断手段によるガスセンサの異常診断を行わないように制御する異常診断実施制御手段とを備え、
   前記所定条件は、前記回転数取得手段により取得された前記内燃機関の回転数が、低回転判定閾値以下である条件を含むことを特徴とする請求項５に記載のガスセンサ制御装置。
7. 前記センサ出力値が安定して出力される状態にあるか否かを判定するセンサ出力値判定手段と、
   所定条件成立時に、前記異常診断手段によるガスセンサの異常診断を行わないように制御する異常診断実施制御手段とを備え、
   前記所定条件は、前記センサ出力値判定手段により、前記センサ出力値が安定して出力される状態にないと判定される条件を含むことを特徴とする請求項５又は６に記載のガスセンサ制御装置。
8. 前記第４閾値は、前記第１閾値よりも大きく、
   前記第３閾値は、前記第２閾値よりも大きいことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のガスセンサ制御装置。

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