JP4878523B2 - 空燃比センサの制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、空燃比センサの制御装置に関する。更に具体的には、空燃比センサの電極間に印加する電圧を切り替える機能を有する空燃比センサの制御装置に関するものである。

特許第３５６２０３０号には、酸素センサの劣化を検出する酸素センサの診断装置が開示されている。この装置において、酸素センサの劣化を検出する際には、逆電圧を印加して酸素センサの電流を検出する。酸素センサが正常である場合、逆電圧の印加により酸素センサには大気の酸素濃度に応じた逆電流が流れる。一方、酸素センサに例えば素子割れやコネクタの異常等の故障が発生している場合には、酸素センサには殆ど電流が流れず、検出される逆電流はゼロに近い値となる。また、酸素センサの大気側電極への大気の導入孔が塞がれている等、酸素が欠乏するような異常が発生している場合には、逆電圧印加時に酸素センサに流れる逆電流は減少し、正常な酸素センサに比べて、検出される逆電流の絶対値は小さなものとなる。

従って、上記従来技術の装置では、異常判定値Incを設定し、逆電圧を印加して逆電流を検出する。その後、検出された逆電流が異常判定値Inc以上であるか否かを判定し、その結果、逆電流が異常判定値Inc以上である場合（すなわち、逆電流の絶対値が異常判定値より小さい場合）に、酸素センサに異常が発生しているものと判定することとしている。

特許第３５６２０３０号 特開２００５−１４０６４２号公報 実公平５−３９７６号公報

上記従来技術の装置によれば、素子割れ等によってセンサ出力電流がゼロとなる場合を含めて、酸素センサの異常を検出することができる。しかし、センサ素子への電圧印加回路に異常が発生し、逆電圧の印加に切り替えることができない状態となっている場合、センサ素子への逆電圧印加ができないこととなる。このように逆電圧を印加できない状態では、正確に異常検出を行うことができず、異常又は正常の判断に誤りが発生することが考えられる。

従って、この発明は、上記課題を解決することを目的として、空燃比センサへの電圧印加状態の異常を検出することができるように改良した空燃比センサの制御装置を提供する。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、空燃比センサの制御装置であって、
空燃比センサの大気側電極に接続する正極端子と、
空燃比センサの排気側電極に接続する負極端子と、
前記負極端子の電位が前記正極端子の電位より低くなるように、前記両端子間に正電圧が印加された正電圧印加状態と、前記負極端子の電位が前記正極端子の電位より高くなるように、前記両端子間に逆電圧が印加された逆電圧印加状態と、を切り替える切替手段と、
前記両端子間の端子間電圧を検出する電圧検出手段と、
前記正電圧印加状態における端子間電圧と、前記逆電圧印加状態における端子間電圧とに基づいて、切替手段の故障を検出する切替故障検出手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記切替故障検出手段は、
前記正電圧印加状態における前記端子間電圧が、判定電圧より高く、かつ、前記逆電圧印加状態における端子間電圧の、前記正電圧印加状態における前記端子間電圧に対する変化量が、判定変化量以下である、第１判別条件が成立するか否かを判別する第１判別手段と、
前記第１判別条件が成立すると判別された場合に、前記切替手段が、逆電圧印加状態で故障したオン故障の判定を行うオン故障判定手段と、
を備えることを特徴とする。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記切替故障検出手段は、
前記正電圧印加状態における前記端子間電圧が、判定電圧より低く、かつ、前記逆電圧印加状態における前記端子間電圧の、前記正電圧印加状態における前記端子間電圧に対する変化量が、判定変化量以下である、第２判別条件が成立するか否かを判別する第２判別手段と、
前記切替故障検出手段は、前記第２判別条件が成立すると判別された場合に、前記切替手段が、正電圧印加状態で故障したオフ故障の判定を行うオフ故障判定手段と、
を備えることを特徴とする。

第４の発明は、第１から第３に記載のいずれかの発明において、
前記切替手段の故障が検出されなかった場合に、前記逆電圧印加状態において、前記排気側電極と前記大気側電極との間に流れる逆電流を検出する逆電流検出手段と、
前記逆電流の変化に基づいて、前記空燃比センサの故障を検出するセンサ故障検出手段と、
を、更に備えることを特徴とする。

第５の発明は、
前記切替手段は、
前記負極端子に接続し、前記負極端子への印加電圧を切り替えるスイッチ回路と、
前記スイッチ回路をＯＮ状態とすることで逆電圧印加状態とし、前記スイッチ回路をＯＦＦ状態とすることで正電圧印加状態とする切替制御手段と、
を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、正極端子と負極端子の両端子間に正電圧が印加された状態と逆電圧が印加された状態とを切り替える切り替え手段の故障を、正電圧印加状態における端子間電圧と、逆電圧印加状態における端子間電圧とに基づいて検出することができる。従って空燃比センサに印加する電圧の切り替えが必要な場合に、切り替えが行われていない状態で空燃比センサが用いられるのを避けることができる。

第２の発明によれば、正電圧印加状態における端子間電圧が判定電圧より高く、かつ、逆電圧印加状態における端子間電圧の、正電圧印加状態における端子間電圧に対する変化量が、判定変化量以下である場合に、切替手段が逆電圧印加状態で故障したオン故障の判定が行われる。従って、逆電圧印加状態のまま切り替えが行われない状態を特定して、切替手段の故障を確実に検出することができる。

第３の発明によれば、正電圧印加状態における端子間電圧が判定電圧より低く、かつ、逆電圧印加状態における端子間電圧の、正電圧印加状態における端子間電圧に対する変化量が、判定変化量以下である場合に、切替手段が、正電圧印加状態で故障したオフ故障の判定が行われる。従って、正電圧印加状態のまま逆電圧印加状態に切り替えることができない状況を特定して、切替手段の故障を確実に検出することができる。

第４の発明によれば、切替手段の故障が検出されなかった場合に、逆電圧印加状態における排気側電極と大気側電極との間に流れる逆電流を検出し、この逆電流に基づいて空燃比センサの故障を判定する故障判定を行う。従って、逆電圧が印加不能な状態で空燃比センサの故障の判定が行われることにより誤った故障判定が成される事態を避けることができる。

第５の発明によれば、切替手段は、負極端子に接続して負極端子への印加電圧を切り替えるスイッチ回路と、スイッチ回路をＯＮ状態とすることで逆電圧印加状態とし、スイッチ回路をＯＦＦ状態とすることで正電圧印加状態とする制御手段を備える。これにより、容易に正電圧と逆電圧との切り替えを行うことができると共に、逆電圧と正電圧との切替手段の故障を、電圧の変化に基づいて容易に検出することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態．
［空燃比センサの構成］
図１は、本発明の実施の形態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のカバーには、複数の通気孔が設けられている。空燃比センサ１０は、排気通路の内部を流通する排気ガスが、そのカバーに覆われたセンサ素子に到達するように、内燃機関の排気通路に組み付けられる。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。

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。

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、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する拡散抵抗層２６により覆われている。

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、後述する駆動回路を介して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。

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１８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。

［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（制御装置）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とを備えている。

正極端子３２は、オペアンプ４０、４２のそれぞれを用いたフィードバック回路と、トランジスタ４４、４６のそれぞれを用いたスイッチング回路とに接続されている。トランジスタ４４はポート１からの信号によりＯＮ状態あるいはＯＦＦ状態に切り替えられる。また、トランジスタ４６はポート２の信号に応じてＯＮ状態あるいはＯＦＦ状態に切り替えられる。トランジスタ４４、４６が共にＯＦＦ状態の時には、正極端子３２は、正側基準電圧（3.3V）に接続され、オペアンプ４０、４２を含むフィードバック回路やその両フィードバック回路間の抵抗やコンデンサの機能により、常に一定の正側基準電位（3.3V）に制御されている。トランジスタ４４のみがＯＮ状態の場合、正極端子３２は正側基準電圧より高い電位に制御される。一方、トランジスタ４６のみがＯＮ状態の場合、正極端子３２は正側基準電圧より低い電位に制御される。

一方、負極端子３４には、オペアンプ５０、５２をそれぞれ用いたフィードバック回路と、トランジスタ５４を用いたスイッチ回路とが接続されている。トランジスタ５４は、ポート３（切替制御手段）の信号によりＯＮ状態あるいはＯＦＦ状態に切り替えられる。負極端子３４は、トランジスタ５４がＯＦＦ状態の時には、負側基準電圧（2.9V）に接続され、オペアンプ５０、５２を含むフィードバック回路やその両フィードバック回路間に接続する抵抗、コンデンサ等の機能により、常に一定の負側基準電位（2.9V）に制御されている。一方、トランジスタ５４がＯＮ状態となると、オペアンプ５２に対する入力電位が高まり、負極端子３４の電位が、正側基準電位（3.3V）より高い逆電圧電位（3.7V程度）に上昇する。

エンジンコンピュータ３０は、ポート３からの信号によりトランジスタ５４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、トランジスタ５４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。

エンジンコンピュータ３０は、更に、ＡＤＣ１（逆電流検出手段）、ＡＤＣ２、ＡＤＣ３、及びＡＤＣ４（電圧検出手段）を有している。ＡＤＣ１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現れる。ＡＤＣ２には、インピーダンス検出用の電圧を印加した場合に、空燃比センサ１０に流れるセンサ電流に応じた電位が現れる。ＡＤＣ３には正極端子３２の電位が導かれる。更に、ＡＤＣ４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、ＡＤＣ１の電位を取り込むことにより、センサ素子に流れる電流を検知することができる。インピーダンス検出用の電圧を印加してＡＤＣ２の電位を取り込むことで、センサ素子のインピーダンスを検知することができる。また、ＡＤＣ３、ＡＤＣ４の電位を取り込むことにより、それぞれ、空燃比センサ１０の、大気側電極２２、排気側電極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。

［空燃比センサの空燃比検出と素子割れの検出について］
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。逆電圧印加中の逆電流は、大気層１８内部の酸素濃度と相関を有する値となる。

ここで、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ため、大気層１８内部の酸素濃度は大気の酸素濃度となる。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（以下「クラック」とする）などが生じると、既燃ガスを含む排気ガスがクラックを伝って大気層１８内部に浸入する事態が生ずる。その結果、大気層１８内部の酸素濃度は、クラックが存在しない場合（大気の酸素濃度）に比して低下することとなる。

空燃比センサ１０を流れる逆電流は、上記の通り、大気層１８内部の酸素濃度に応じた値となる。このため、クラックが存在し大気層１８内に排気ガスが混入している場合は、その逆電流の絶対値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、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にクラックが生じているか否かを判定することができる。

[逆電圧印加前の駆動回路の故障検出]
ところで、空燃比センサ１０の出力により排気ガスの空燃比を検出する場合には、トランジスタ５４がＯＦＦ状態とされて正電圧が印加される。一方、空燃比センサ１０のクラックを検出する場合にはトランジスタ５４がＯＮ状態とされて、空燃比センサ１０に逆電圧が印加される。空燃比センサ１０のクラック検出の制御は、排気ガス空燃比検出中の所定の時間ごとに繰り返し行われる。つまり、空燃比の検出中に定期的にクラックの検出が行われるため、空燃比センサ１０への正電圧印加と逆電圧印加とが繰り返し切り替えられることとなる。従って、エンジンコンピュータ３０のトランジスタ５４のＯＦＦ状態とＯＮ状態とが繰り返し切り替えられることとなる。

しかし、このようにトランジスタ５４のＯＮ/ＯＦＦを切り替えて用いる場合、トランジスタ５４がＯＮ状態のまま、あるいはＯＦＦ状態のままで故障して、切り替え不能となる場合がある。トランジスタ５４がＯＦＦ状態のままで故障（以下「ＯＦＦ故障」）すると、空燃比センサ１０に逆電圧を印加できない状態となり、空燃比センサ１０のクラック検出を正しく行うことができない状態となる。このような状態のまま空燃比センサが用いられると、正常なセンサが異常センサと誤判定されたり、あるいは、クラックが発生したセンサを正常としてそのまま用いられたりする事態が生じ得る。

また、トランジスタがＯＮ状態のままで故障（以下「ＯＮ故障」）すると、空燃比センサは常に逆電圧が印加された状態となり、正しく空燃比を検出することができないない状態となる。このような状態のまま空燃比センサ１０の使用が継続されると、正しい空燃比に基づいた空燃比制御を行うことができなくなる。従って、トランジスタ５４のＯＮ故障、ＯＦＦ故障は、確実に早い段階で検出する必要がある。

従って、エンジンコンピュータ３０は、逆電圧印加によるクラック検出を行う前に、トランジスタ５４をＯＮ状態、ＯＦＦ状態とした場合の負極端子３４の電位を検出して、その電位及びＯＮ状態からＯＦＦ状態へ切り替えた場合の電位の変化量から、回路に発生したＯＮ故障、ＯＦＦ故障を検出する。

具体的には、まず、クラック検出を行う逆電圧印加前の負極端子３４の電位である印加前電位eafvPを検出し、逆電圧印加開始後に負極端子３４の電位である印加後電位eafvNを検出する。また、検出された逆電圧印加前後における電位変化量eafvDを次式（１）に従って求める。
電位変化量eafvD＝印加後電位eafvN−印加前電位eafvP ・・・・（１）

[ＯＮ故障の検出]
トランジスタ５４が正常に機能し、負極端子３４の電位が正常であれば、負極端子３４の電位は、負側基準電位（ここでは2.9V）に制御されている。つまり、印加前電位eafvP＝負側基準電位（2.9V）となる。しかし、トランジスタ５４がＯＮ故障を起こしている場合、逆電圧印加前であっても、負極端子３４の電位は、正極端子３２よりも電位が高くなる逆電圧電位(ここでは3.7V)に制御された状態となっている。つまり、逆電圧印加前に検出される印加前電位eafvPも、負側基準電位よりも高い逆電圧電位となる。また、逆電圧印加開始によりポート３からトランジスタ５４をＯＮ状態とする信号が発信されても、トランジスタ５４のＯＮ/ＯＦＦは切り替わることなく、ＯＮ状態が継続される。従って、逆電圧印加前後における電位変化量eafvDが、ゼロ若しくはゼロに近い小さな値となる。

従って、以下のＯＮ故障条件（第１判別条件）が成立する場合に、トランジスタ５４がＯＮ故障していると判断される。
（ＯＮ故障条件)
印加前電位eafvP＞判定電位（ここでは、3.1V）
電位変化量eafvD＜判定変化量（ここでは、0.4V）

[ＯＦＦ故障の検出]
トランジスタがＯＦＦ故障を起こしている場合、正電圧印加時の負側基準電位（2.9V）に固定された状態となる。従って、逆電圧印加開始によりポート３からＯＮ状態とする信号が発信されても、トランジスタ５４はＯＦＦ状態で固定されたまま、ＯＮ状態に切り替えられない。つまり、印加前電位eafvPも印加後電位eafvNも、共に負側基準電位を示し、逆電圧印加前後における電位変化量eafvDが、ゼロ若しくはゼロに近い小さな値となる。

従って、以下のＯＦＦ故障条件（第２判別条件）が成立する場合に、トランジスタ５４がＯＦＦ故障していると判断される。
（ＯＦＦ故障条件）
印加前電位eafvN≦判定電位（3.1V）
電位変化量eafvD＜判定変化量（0.4V）

なお、上記ＯＮ故障条件、ＯＦＦ故障条件において、判定電位（判定電圧）は、駆動回路が正常な場合（つまりトランジスタ５４がＯＦＦ状態）に発せられる負極端子３４の負側基準電位（2.9V）に、ある程度の余裕度を加味した値であって、かつ、逆電圧印加時（つまりトランジスタ５４がＯＮ状態）の逆電圧電位（3.7V）よりも小さな値に設定される。また、判定変化量は、正常時の電位変化量が逆電圧電位（3.7V）から負側基準電位（2.9V）を引いた値となるため、この値（0.8V）に余裕度を加味して、この値よりも小さくゼロに近い値（0.4V）に設定される。

[実施の形態１の具体的な制御について]
エンジンコンピュータ３０は、上記のようなトランジスタ５４の故障の判定を、クラック検出を実行する前に毎回行うこととする。図３は、この発明の実施の形態においてコンピュータ３０が実行する制御のルーチンである。図３のルーチンは、所定の時間ごとに繰り返し実行されるルーチンである。

図３のルーチンでは、まず、ステップＳ１０２において、クラック検出条件（例えば、加速運転中）が成立し、更に、後述するステップＳ１１８、ステップＳ１２２、ステップＳ１２４において、トランジスタ故障あるいはハーネス異常と判断されていないかが判定される。ステップＳ１０２において条件の成立が認められない場合には、今回の処理が終了する。一方、ステップＳ１０２において条件の成立が認められると、逆電圧印加前の逆電圧印加前電位eafvPが検出される（Ｓ１０４）。印加前電位eafvPは、現在の状態におけるADC4の出力を取り込むことで検出することができる。

次に、逆電圧の印加が開始される（Ｓ１０６）。ここでは、ポート３からトランジスタ５４をＯＮ状態とする信号が発信される。その結果、トランジスタ５４が正常であれば、トランジスタ５４がＯＮ状態に制御される。次に、逆電圧印加後の印加後電圧eafvNが検出される（Ｓ１０８）。印加後電圧eafvNは、現在の状態におけるADC4の出力を取り込むことで検出することができる。

次に、電位変化量eafvDが演算される（Ｓ１１０）。具体的には上記式（１）に従って、ステップＳ１０４及びステップＳ１０８で検出された逆電圧印加前後の電位eafvPとeafvNの差（eafvN-eafvP）が求められる。

次に、印加前電位eafvPが、判定電位（3.1V）より小さいか否かが判別される（Ｓ１１２）。つまりここでは、逆電圧印加前の状態において、負極端子３４が正電圧印加時の負側基準電位を示しているか否かが判別される。

ステップＳ１１２において、印加前電位eafvP＜判定電位であることが認められると、次に、電位変化量eafvDが判定変化量(0.4V)以上か否かが判別される（Ｓ１１４）。つまり、逆電圧印加前後において、負極端子３４の電位が正常に変化したか否かが判断される。ステップＳ１１４において、電位変化量eafvD≧判定変化量であることが認められた場合、逆電圧と正電圧の印加が正常に切り替えられ、逆電圧印加状態となっていることが認められる。つまり、トランジスタ５４による電位の切り替えが正常に機能していると判断できるため、次に、空燃比センサ１０のクラック検出の制御が実行される（ステップＳ１１６）。具体的には、逆電圧印加状態において、空燃比センサ１０に流れる逆電流がＡＤＣ１から検出され、この検出された逆電流に基づいて、空燃比センサ１０にクラックが発生しているか否かが判別される。

一方、ステップＳ１１４において、電位変化量eafvD≧判定変化量であることが認められない場合、トランジスタ５４がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えられていないと考えられる。ステップＳ１１２において、印加前電位eafvP＜判定電位であることが認められているので、ここでは負極端子３４の電位が、逆電圧印加前の負側基準電位に固定されていると考えられる。つまり、上記のＯＦＦ故障条件が成立するため、トランジスタ５４がＯＦＦ故障していると判断され（Ｓ１１８）、この処理が終了する。その後、例えば、このトランジスタの故障の検出を含むクラック検出等が禁止され、ＯＦＦ故障を知らせる表示が示される等、必要な処理が行われる。

また、ステップＳ１１２において、印加前電位eafvP＜判定電位であることが認められない場合、すなわち、印加前電位eafvPが判定電位以上である場合、逆電圧印加前において、正常に負側基準電位が示されていないことが判断される。次に、電位変化量eafvDが、判定変化量以上であるか否かが判別される（Ｓ１２０）。電位変化量eafvDが判定変化量以上であることが認められない場合、逆電圧印加前後のトランジスタ５４のＯＮ/ＯＦＦを切り替える制御が行われても、電位が変化していないこととなる。また、ステップＳ１１２の判別により、印加前電位eafvPは判定電位以上であることが認められている。従って、上記のＯＮ故障条件が成立するため、トランジスタ５４がＯＮ故障していると判断される（ステップＳ１２２）。その後、この処理が終了し、例えば、このトランジスタの故障の検出を含むクラック検出が禁止され、ＯＮ故障を知らせる表示が示されるなど、必要な処理が採られる。

一方、ステップＳ１２０において、電位変化量eafvDが判定変化量以上であることが認められた場合、トランジスタのＯＮ、ＯＦＦが正常に機能しているにも関わらず、印加前電位eafvPが判定電位以上の高い電位となっていることがわかる。従って、トランジスタ５４以外の部分にハーネス異常等の何かしらの異常が発生しているものと判断される（Ｓ１２４）。その後、今回の処理が終了し、その後、例えば、空燃比センサによる空燃比検出やこのトランジスタの故障の検出を含むクラック検出が禁止され、異常が知らされる表示が示される等、必要な処理が採られる。

以上説明したように、実施の形態によれば、エンジンコンピュータ３０が、クラック検出前に正電圧印加と逆電圧の印加の切り替えを正常に行い、要求される電圧を空燃比センサ１０に正常に印加できる状態であるか否かを検知することができる。これにより、空燃比センサ１０に必要な電圧が正常に印加されない状態を検出することができる。従って、正常に逆電圧が印加されない状態で誤ったクラック検出が行われるのを防ぐと共に、異常な空燃比センサ１０の出力に基づく空燃比制御が行われるのを防ぐことができる。

なお、実施の形態においては、逆電圧の印加と正電圧の印加とを切り替えるトランジスタ５４の異常を検出する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば同様に、インピーダンス検出用の電圧を印加と、正電圧の印加とを切り替えるトランジスタ４４、４６の異常の検出に適用することができる。この場合にも、切り替え前の正電圧印加時の正極端子３２の電位と、切り替え前後における正極端子３２の電位の変化を検出することで、同様の手法により異常の検出を行うことができる。

また、実施の形態においては、トランジスタ５４の異常の検出を、クラック検出前に行う場合について説明した。しかし、この発明においてはこれに限るものではなく、例えば正電圧印加による空燃比検出の合間の適当なタイミングに行うこととしてもよい。また、逆電圧印加のクラック検出モードの後で、このようなルーチンを実行してもよい。この場合、逆電圧印加時の電圧を検出した後で、正電圧に切り替えて電位を検出すればよい。

また、実施の形態では、印加前電位eafvPが判定電位より小さいか否かと、電位変化量eafvDが判定変化量より小さいか否かとにより故障を検出する場合について説明した。しかし、この発明では、例えば逆電圧印加時の電位と、逆電圧印加前後の電位の変化量とに基づいて故障を検出するものであってもよい。この場合、例えば印加後電位eafvNが設定された判定電位より小さく、変化量eafvDが判定変化量以下である場合には、ＯＦＦ故障と判断され、印加後電位eafvNが設定された判定電位以上であり、電位変化量eafvDが判定変化量以下である場合には、ＯＮ故障と判断される。また、印加後電位eafvNが判定電位より小さく、変化量eafvDが判定変化量以上である場合には、他のハーネス等の異常と判別される。逆電圧印加時電圧eafvNが判定電位以上であり、変化量が判定変化量以上であれば、センサは正常であると判断され、クラック検出が行われる。

また、実施の形態１では、負極端子３４の電位を検出して、逆電圧印加前後の電位に基づいて故障を検出する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではない。上記の正電圧印加と逆電圧印加における陽極端子３２の電位は、常に一定の正側基準電圧となる。従って、正電圧印加時と逆電圧印加時における正極端子３２と負極端子３４との間の電圧を検出し、その各電圧と、逆電圧印加前後の電圧の変化量によって、上記と同様に、トランジスタ５４の故障を検出することができる。

また、以上の実施の形態において、各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、本発明に必ずしも必須のものではない。

なお、例えば、この実施の形態において、ステップＳ１１２、Ｓ１１４、及びＳ１１８〜Ｓ１２２が実行されることにより、この発明の「切替故障手段」が実現し、ステップＳ１１２及びＳ１１４が実行されることにより「第２判別手段」が実現し、ステップＳ１１８が実行されることにより「ＯＦＦ故障判定手段」が実現し、ステップＳ１１２及びＳ１２０が実行されることにより「第１判別手段」が実現し、ステップＳ１２２が実行されることにより「ＯＮ故障判定手段」が実現し、ステップＳ１１６が実行されることにより「故障検出手段」が実現する。

本発明の実施の形態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図である。 本発明の実施の形態において用いられる空燃比センサを駆動するためのエンジンコンピュータの構成を説明するための回路図である。 本発明の実施の形態においてコンピュータが実行する制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０ 空燃比センサ
１２ ヒータ層
１４ ヒータ
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
４０、４２、５０、５２ オペアンプ
４４、４６、５４ トランジスタ

Claims (4)

1. 空燃比センサの制御装置であって、
   空燃比センサの大気側電極に接続する正極端子と、
   空燃比センサの排気側電極に接続する負極端子と、
   前記負極端子の電位が前記正極端子の電位より低くなるように、前記両端子間に正電圧が印加された正電圧印加状態と、前記負極端子の電位が前記正極端子の電位より高くなるように、前記両端子間に逆電圧が印加された逆電圧印加状態と、を切り替える切替手段と、
   前記両端子間の端子間電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記正電圧印加状態における端子間電圧と、前記逆電圧印加状態における端子間電圧とに基づいて、切替手段の故障を検出する切替故障検出手段と、を備え、
   前記切替故障検出手段は、
   前記正電圧印加状態における前記端子間電圧が、判定電圧より高く、かつ、前記逆電圧印加状態における端子間電圧の、前記正電圧印加状態における前記端子間電圧に対する変化量が、判定変化量以下である、第１判別条件が成立するか否かを判別する第１判別手段と、
   前記第１判別条件が成立すると判別された場合に、前記切替手段が、逆電圧印加状態で故障したオン故障の判定を行うオン故障判定手段と、
   を備えることを特徴とする空燃比センサの制御装置。
2. 空燃比センサの制御装置であって、
   空燃比センサの大気側電極に接続する正極端子と、
   空燃比センサの排気側電極に接続する負極端子と、
   前記負極端子の電位が前記正極端子の電位より低くなるように、前記両端子間に正電圧が印加された正電圧印加状態と、前記負極端子の電位が前記正極端子の電位より高くなるように、前記両端子間に逆電圧が印加された逆電圧印加状態と、を切り替える切替手段と、
   前記両端子間の端子間電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記正電圧印加状態における端子間電圧と、前記逆電圧印加状態における端子間電圧とに基づいて、切替手段の故障を検出する切替故障検出手段と、を備え、
   前記切替故障検出手段は、
   前記正電圧印加状態における前記端子間電圧が、判定電圧より低く、かつ、前記逆電圧印加状態における前記端子間電圧の、前記正電圧印加状態における前記端子間電圧に対する変化量が、判定変化量以下である、第２判別条件が成立するか否かを判別する第２判別手段と、
   前記第２判別条件が成立すると判別された場合に、前記切替手段が、正電圧印加状態で故障したオフ故障の判定を行うオフ故障判定手段と、
   を備えることを特徴とする空燃比センサの制御装置。
3. 前記切替手段の故障が検出されなかった場合に、前記逆電圧印加状態において、前記排気側電極と前記大気側電極との間に流れる逆電流を検出する逆電流検出手段と、
   前記逆電流に基づいて、前記空燃比センサの故障を検出するセンサ故障検出手段と、
   を、更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の空燃比センサの制御装置。
4. 前記切替手段は、
   前記負極端子に接続し、前記負極端子への印加電圧を切り替えるスイッチ回路と、
   前記スイッチ回路をON状態とすることで逆電圧印加状態とし、前記スイッチ回路をOFF状態とすることで正電圧印加状態とする切替制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の空燃比センサの制御装置。

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