JP4983698B2

JP4983698B2 - 酸素センサの異常検出装置及び異常検出方法

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Publication number: JP4983698B2
Application number: JP2008096512A
Authority: JP
Inventors: 憲璽田代
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2028-04-02
Also published as: JP2009250690A

Description

本発明は、酸素センサの異常検出装置及び異常検出方法に係り、特に、酸素濃度を検出すべき排気空間に晒される排気側電極と、大気に晒される大気側電極と、を有し、排気側電極と大気側電極との間で移動する酸素イオンの量に応じた信号を出力する酸素センサの異常検出装置及び異常検出方法に関する。

従来、例えば内燃機関の排気通路などの排気空間の酸素濃度に応じた信号を出力する酸素センサの異常を検出する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この酸素センサは、排気空間に晒される排気側電極と、大気に晒される大気側電極と、を有しており、両電極への電圧印加時にその電極間に流れる酸素イオンの量に応じた信号を出力する。また、上記した異常検出装置は、両電極間に大気側電極から排気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように逆電圧を印加して、その逆電圧の印加に伴って両電極間に流れる逆電流に基づいて酸素センサの異常（具体的には、センサの欠損）を検出する。
特開２００６−３００８２９号公報

しかし、酸素センサが正常状態にある際に排気側電極と大気側電極との間に上記の如き逆電圧が印加されると、大気側電極から排気側電極へ向けて酸素イオンが移動するので、その移動後に排気空間の酸素濃度を検出すべく、その逆電圧とは反対の、排気側電極から大気側電極へ向けて酸素イオンが移動するような正電圧が印加されると、その直後に、排気側電極へ移動した酸素イオンが大気側電極側へ戻ることとなる。このため、上記の手法では、排気空間の酸素濃度を検出するうえで、排気空間の酸素濃度に応じた酸素イオンの量に本来は大気側電極側に存在した酸素イオン分が重畳して、センサ出力に誤差が発生し、排気空間の酸素濃度を正確に検出することができない事態が生じ得る。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、酸素センサの通常利用に影響を及ぼすことなくそのセンサ異常を検出することが可能な酸素センサの異常検出装置及び異常検出方法を提供することを目的とする。

上記の目的は、酸素濃度を検出すべき排気空間に晒される排気側電極と、大気に晒される大気側電極と、を有し、前記排気側電極と前記大気側電極との間で移動する酸素イオンの量に応じた信号を出力する酸素センサの異常を検出する装置であって、前記排気側電極と前記大気側電極との間に、前記排気側電極から前記大気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧を印加する正電圧印加手段と、前記正電圧印加手段による電圧印加時に、前記排気側電極から前記大気側電極へ移動する酸素イオンの量を検出する第１の酸素イオン量検出手段と、前記排気側電極と前記大気側電極との間に、前記大気側電極から前記排気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧を印加する負電圧印加手段と、前記負電圧印加手段による電圧印加時に、前記大気側電極から前記排気側電極へ移動する酸素イオンの量を検出する第２の酸素イオン量検出手段と、前記第１の酸素イオン量検出手段の検出結果と前記第２の酸素イオン量検出手段の検出結果との比較結果に基づいて、前記酸素センサの異常を検出するセンサ異常検出手段と、を備える酸素センサの異常検出装置により達成される。

また、上記の目的は、酸素濃度を検出すべき排気空間に晒される排気側電極と、大気に晒される大気側電極と、を有し、前記排気側電極と前記大気側電極との間で移動する酸素イオンの量に応じた信号を出力する酸素センサの異常を検出する方法であって、前記排気側電極と前記大気側電極との間に、前記排気側電極から前記大気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧を印加する正電圧印加ステップと、前記正電圧印加ステップにおける電圧印加時に、前記排気側電極から前記大気側電極へ移動する酸素イオンの量を検出する第１の酸素イオン量検出ステップと、前記排気側電極と前記大気側電極との間に、前記大気側電極から前記排気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧を印加する負電圧印加ステップと、前記負電圧印加ステップにおける電圧印加時に、前記大気側電極から前記排気側電極へ移動する酸素イオンの量を検出する第２の酸素イオン量検出ステップと、前記第１の酸素イオン量検出ステップの検出結果と前記第２の酸素イオン量検出ステップの検出結果との比較結果に基づいて、前記酸素センサの異常を検出するセンサ異常検出ステップと、を備える酸素センサの異常検出方法により達成される。

これらの態様の発明においては、排気側電極と大気側電極との間に排気側電極から大気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧が印加されている時に検出されるその酸素イオンの量と、それらの電極間に大気側電極から排気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧が印加されている時に検出されるその酸素イオンの量との比較結果に基づいて、酸素センサの異常が検出される。酸素センサが正常状態にある場合は、両酸素イオンの量に差はあまり生じない一方、酸素センサが異常状態にある場合は、両酸素イオンの量に大きな差が生じる。従って、上記の比較結果に基づいて酸素センサの異常を検出することができる。また、かかる構成によれば、酸素センサが正常状態にあるとき、酸素センサの異常検出の過程で排気側電極側と大気側電極側との間を移動する酸素イオンの量を往時と復時とで略均一にすることができるので、その後の酸素センサの通常利用に影響が及ぶのを回避することができる。

尚、上記した酸素センサの異常検出装置において、前記正電圧印加手段及び前記負電圧印加手段は共に、前記排気空間が大気状態又は大気状態に近い状態にあるタイミングで電圧印加を行うこととするのがよい。

また、上記した酸素センサの異常検出方法において、前記正電圧印加ステップ及び前記負電圧印加ステップは共に、前記排気空間が大気状態又は大気状態に近い状態にあるタイミングで電圧印加を行うこととするのがよい。

これらの態様の発明においては、排気空間が大気状態又は大気状態に近い状態にあるタイミングで酸素センサの異常検出が行われる。このため、その酸素センサが正常状態にある場合において排気側電極から大気側電極へ向けて移動する酸素イオンの量と大気側電極から排気側電極へ向けて移動する酸素イオンの量とに差が生じるのを抑制することができる。

尚、上記した酸素センサの異常検出装置において、前記負電圧印加手段は、前記正電圧印加手段による電圧印加が行われた後に電圧印加を行うこととするのがよい。

また、上記した酸素センサの異常検出方法において、前記負電圧印加ステップは、前記正電圧印加ステップにおける電圧印加が行われた後に電圧印加を行うこととするのがよい。

これらの態様の発明においては、酸素センサの異常検出を行ううえで、まず、排気側電極から大気側電極へ向けて酸素イオンが移動され、その後に、大気側電極から排気側電極へ向けて酸素イオンが移動されることとなる。このため、大気側電極側に十分にある酸素イオンが排気側電極側に移動した後に大気側電極側に戻る事態は回避されるので、酸素センサが異常状態にあるにもかかわらず正常状態にあると誤検出されるのを防止することができる。

尚、上記した酸素センサの異常検出装置において、前記センサ異常検出手段は、前記第１の酸素イオン量検出手段による酸素イオンの量が前記第２の酸素イオン量検出手段による酸素イオンの量に比して所定以上少ない場合に、前記酸素センサに異常が生じていると検出することとすればよい。

また、上記した酸素センサの異常検出方法において、前記センサ異常検出ステップは、前記第１の酸素イオン量検出ステップにおける酸素イオンの量が前記第２の酸素イオン量検出ステップにおける酸素イオンの量に比して所定以上少ない場合に、前記酸素センサに異常が生じていると検出することとすればよい。

これらの態様の発明においては、排気側電極から大気側電極へ向けて移動する酸素イオンの量が、大気側電極から排気側電極へ向けて移動する酸素イオンの量に比して所定以上少ない場合に、酸素センサに異常が生じていると判定される。すなわち、排気側電極から大気側電極への酸素イオンの量が、大気側電極から排気側電極への酸素イオンの量に比して少なくても、その差が所定以上に至らない場合は、酸素センサに異常が生じていると判定されることはない。このため、排気空間の酸素濃度が大気の酸素濃度に比して相対的にある程度低い状況でも、酸素センサの異常検出処理を実行することができる。

本発明によれば、酸素センサの通常利用に影響を及ぼすことなくそのセンサ異常を検出することができる。

以下、図面を用いて、本発明の具体的な実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施例である酸素センサ１０の構成図を示す。尚、図１には、酸素センサ１０の断面図を示している。また、図２は、本実施例の酸素センサ１０の異常を検出する装置（異常検出装置）１２の構成図を示す。

酸素センサ１０は、例えば車両に搭載された内燃機関の排気通路１４における酸素濃度を検出するために設けられるセンサである。酸素センサ１０は、センサ本体１６と、そのセンサ本体１６を覆うカバー（図示せず）と、ヒータ１８と、を有している。酸素センサ１０は、センサ本体１６がカバーに覆われたうえで排気通路１４に晒されるようにその排気通路１４に組み付けられている。尚、上記のカバーには、排気通路１４内を流通するガスが酸素センサ１０に到達するように複数の通気孔が設けられている。

図１に示す如く、センサ本体１６は、大気層２０と、電解質層２２と、コーティング層２４と、を有している。大気層２０は、アルミナなどのセラミックで構成された大気層形成部材２６に形成された窪み２６ａに設けられている。電解質層２２は、ジルコニアなどの酸素イオン伝導性酸化物セラミックにより構成されており、大気層形成部材２６にその窪み２６ａを塞ぐように隣接して配置されている。大気層２０は、大気層形成部材２６と電解質層２２とにより囲まれている。大気層２０は、排気通路１４の内部空間から隔絶されており、大気孔（図示せず）により大気に連通している。

電解質層２２の大気層２０側の表面には、大気側電極３０が取り付けられている。大気側電極３０は、大気層２０すなわち大気に晒されている。また、電解質層２２の大気層２０とは反対側の表面には、排気側電極３２が取り付けられている。排気側電極３２は、排気通路１４に晒されており、具体的には、上記のコーティング層２４により覆われているので、そのコーティング層２４を介して排気通路１４に晒されている。コーティング層２４は、耐熱性のある多孔質性物質であり、排気通路１４を流れたガスが排気側電極３２に到達する過程で酸素分子以外の物質を取り除く機能を有している。

酸素センサ１０の大気側電極３０と排気側電極３２との間には、大気側電極３０が排気側電極３２に対して高電位となるような電圧（以下、正電圧と称す）、及び、排気側電極３２が大気側電極３０に対して高電位となるような電圧（以下、負電圧と称す）の何れかが選択的に印加される。

すなわち、図２に示す如く、酸素センサ１０の大気側電極３０及び排気側電極３２には、マイクロコンピュータを主体に構成された電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）３４が接続されている。ＥＣＵ３４は、酸素センサ１０から供給される信号に基づいて、後に詳述する如く、排気通路１４の酸素濃度を検出すると共に、その酸素センサ１０の異常を検出する。すなわち、ＥＣＵ３４は、酸素センサ１０の異常を検出する異常検出装置１２としても機能する。

ＥＣＵ３４は、大気側電極３０が接続する第１の外部端子３６と、排気側電極３２が接続する第２の外部端子３８と、を有している。第２の外部端子３８には、ＧＮＤ電位からオフセットされた所定電位（図２において２．５ボルト）Ｖ０が接続されている。このため、排気側電極３２（又は大気側電極３０）には、一定の所定電位Ｖ０が供給される。また、第１の外部端子３６には、抵抗Ｒｓ及び抵抗Ｒ１（抵抗値＝Ｒｘ）を介してスイッチ素子Ｔｒ１が接続されていると共に、抵抗Ｒｓ及び抵抗Ｒ２（抵抗Ｒ１と等しい抵抗値＝Ｒｘ）を介してスイッチ素子Ｔｒ２が接続されている。

スイッチ素子Ｔｒ１は、例えばｐｎｐバイポーラトランジスタであり、抵抗Ｒ１に接続するコレクタを有している。スイッチ素子Ｔｒ１のエミッタには、上記した所定電位Ｖ０に予め定められた所定電位Ｃ（例えば、０．５ボルト）を加算した電位（Ｖ０＋Ｃ）が接続されていると共に、そのベースには、第１の入力ポート４０が接続されている。また、スイッチ素子Ｔｒ２は、例えばｎｐｎバイポーラトランジスタであり、抵抗Ｒ２に接続するコレクタを有している。スイッチ素子Ｔｒ２のエミッタには、上記した所定電位Ｖ０に予め定められた所定電位Ｃ（例えば、０．５ボルト）を減算した電位（Ｖ０−Ｃ）が接続されていると共に、そのベースには、第２の入力ポート４２が接続されている。

第１及び第２の入力ポート４０，４２には、ＥＣＵ３４の有するＣＰＵから選択的にスイッチ素子Ｔｒ１，Ｔｒ２をオン／オフさせる信号が入力される。このため、大気側電極３０（又は排気側電極３２）には、（Ｖ０＋Ｃ）及び（Ｖ０−Ｃ）の何れかの電位が選択的に入力される。

抵抗Ｒｓの両端端子（すなわち端子３６，３７）には、電流検出回路４４が接続されている。電流検出回路４４は、酸素センサ１０の電極３０，３２間に流れる電流を検出する役割を有している。尚、以下では、大気側電極３０から排気側電極３２に向かう電流の向きを正の方向とし、その逆の方向を負の方向とする。ＥＣＵ３４は、酸素センサ１０の両電極３０，３２間に所定電圧を印加する際に電流検出回路４４で検出される酸素センサ１０に流れる電流値に基づいて、排気通路１４の酸素濃度を検出し、また、その酸素センサ１０の異常を検出する。

また、ヒータ１８は、センサ本体１６を活性温度にまで加熱する装置である。ヒータ１８は、センサ本体１６の大気層２０を形成する大気層形成部材２６に隣接して配置されたヒータ層５０に埋め込まれている。

以下、本実施例における酸素センサ１０を用いた処理の手法について説明する。

まず、通常の排気通路１４における酸素濃度の検出手法について説明する。ＥＣＵ３４は、排気通路１４の酸素濃度を検出すべきときは、酸素センサ１０の大気側電極３０と排気側電極３２との間に正電圧を印加する。具体的には、第１の入力ポート４０にスイッチ素子Ｔｒ１をオンさせる信号を入力すると共に、第２の入力ポート４２にスイッチ素子Ｔｒ２をオフさせる信号を入力する。この場合には、第１の外部端子３６の電位が第２の外部端子３８の電位よりも高くなり、酸素センサ１０の大気側電極３０が排気側電極３２に対して高電位になる。

このため、大気側電極３０と排気側電極３２との間に正電圧が印加されているときは、排気側電極３２の表面に付着する酸素がイオン化されて大気側電極３０に向けて移動する。この際、その移動する酸素イオンの量は、排気通路１４の排気ガス中の酸素濃度に応じたものとなる。酸素イオンの移動する方向と電流の流れる方向とは互いに逆方向の関係にある。従って、排気側電極３２と大気側電極３０との間に正電圧が印加されている場合は、大気側電極３０から排気側電極３２へ排気通路１４における酸素濃度に応じたセンサ電流が流れる。

ＥＣＵ３４は、酸素センサ１０の大気側電極３０と排気側電極３２との間に正電圧を印加している状況において、電流検出回路４４を用いて、抵抗Ｒｓの両端間に生じるセンサ出力（電圧）をＡＤ変換して酸素センサ１０の電極３０，３２間に流れるセンサ電流を検出し、そのセンサ電流値に基づいて排気通路１４における酸素濃度を検出する。そして、その検出した酸素濃度に基づいて内燃機関の制御を行う。

次に、図３及び図４を用いて、酸素センサ１０の異常の検出手法について説明する。図３は、本実施例の酸素センサ１０の異常を検出するための処理のタイムチャートを示す。尚、図３（Ａ）には酸素センサ１０の両電極３０，３２間に印加する電圧の変化を、また、図３（Ｂ）には酸素センサ１０の両電極３０，３２間に流れるセンサ電流の変化を、それぞれ示す。また、図４は、本実施例の異常検出装置１２においてＥＣＵ３４が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。

ＥＣＵ３４は、排気通路１４が大気状態又は大気状態に近い状態にあるタイミング（例えば、酸素センサ１０への正電圧印加時に電流検出回路４４を用いて検出されるセンサ電流が略ゼロであるとき、すなわち、抵抗Ｒｓの両端間に生じるセンサ出力（電圧）が略ゼロであるとき、或いは、内燃機関への燃料カット後、所定時間が経過したとき）において、酸素センサ１０の異常（具体的には、排気通路１４に面するコーティング層２４の目詰まり異常）の有無を検出する。

ＥＣＵ３４は、かかる異常有無の検出を行うべきとき（ステップ１００における肯定判定時）は、酸素センサ１０の大気側電極３０と排気側電極３２との間に正電圧と負電圧とを交互に印加する。具体的には、まず、酸素センサ１０の大気側電極３０と排気側電極３２との間に正電圧を印加する（ステップ１０２）。

酸素センサ１０に異常が生じていない状況においてかかる正電圧が印加されたときは、通常どおり、排気通路１４側の酸素イオンが排気側電極３２から大気側電極３０に向けて移動するので、排気通路１４の酸素濃度に応じた正のセンサ電流が流れる。一方、酸素センサ１０に異常が生じている状況においてかかる正電圧が印加されたときは、当初は排気側電極３２の表面に既に付着していた酸素がイオン化されて大気側電極３０に向けて移動する可能性はあるが、その後は排気通路１４内の酸素がコーティング層２４を通じて排気側電極３２側に吸引され難く、酸素イオンが排気側電極３２から大気側電極３０に向けて移動し難くなるので、通常時と同程度の正のセンサ電流が流れず、センサ電流が正常時よりも少なくなる。

ＥＣＵ３４は、酸素センサ１０の異常有無の検出を行うべく酸素センサ１０の大気側電極３０と排気側電極３２との間に正電圧を印加する状況において、その正電圧の印加を開始した後、所定時間（具体的には、少なくとも排気側電極３２の表面に既に付着していた酸素がイオン化されて大気側電極３０に向けて移動するのに必要な時間）Ｔ１が経過した時点で、電流検出回路４４を用いて、抵抗Ｒｓの両端間に生じるセンサ出力をＡＤ変換して酸素センサ１０の電極３０，３２間に流れるセンサ電流Ｉを検出する。尚、その検出されるセンサ電流Ｉを正電圧印加時のセンサ電流Ｉ＋とする（ステップ１０４）。

その後、ＥＣＵ３４は、酸素センサ１０の大気側電極３０と排気側電極３２との間に印加する電圧の方向を切り替えて、その電極３０，３２間に負電圧を印加する（ステップ１０６）。この負電圧の印加は、上記の正電圧の印加に対して同じ電位レベルでかつ同じ時間だけ行われる。かかる負電圧が印加されたときは、酸素センサ１０に異常が生じているか否かに関係なく、大気層２０側の酸素イオンが大気側電極３０から排気側電極３２に向けて移動するので、大気層２０の酸素濃度に応じた負のセンサ電流が流れる。このセンサ電流は、酸素センサ１０に異常が生じていても、正常時と同程度の大きさとなる。

ＥＣＵ３４は、酸素センサ１０の異常有無の検出を行うべく酸素センサ１０の大気側電極３０と排気側電極３２との間に負電圧を印加する状況において、その負電圧の印加を開始した後、上記の所定時間Ｔ１と同じ時間が経過した時点で、電流検出回路４４を用いて、抵抗Ｒｓの両端間に生じるセンサ出力をＡＤ変換して酸素センサ１０の電極３０，３２間に流れるセンサ電流Ｉを検出する。尚、その検出されるセンサ電流Ｉを負電圧印加時のセンサ電流Ｉ−とする（ステップ１０８）。

ＥＣＵ３４は、正電圧印加時のセンサ電流Ｉ＋と負電圧印加時のセンサ電流Ｉ−とを検出すると、その比の絶対値（＝｜Ｉ−｜／｜Ｉ＋｜）が所定値Ｘ０以上であるか否かを判別する（ステップ１１０）。尚、この所定値Ｘ０は、酸素センサ１０のコーティング層２４に目詰まり異常が生じていると判定できる最小の上記した比の絶対値であり、“１．０”を超える例えば“１．５”や“２．０”の値に設定されている。その結果、否定判定がなされた場合は、酸素センサ１０に異常は生じていないと判定する（ステップ１１２）。一方、肯定判定がなされた場合は、酸素センサ１０に異常が生じていると判定する（ステップ１１４）。

このように本実施例の異常検出装置１２においては、排気通路１４が大気状態又は大気状態に近い状態にある状況において、酸素センサ１０の大気側電極３０と排気側電極３２との間に正電圧と負電圧とを交互に印加してそれぞれの電圧印加時に得られるセンサ電流同士を比較することで、酸素センサ１０の異常有無を検出することができる。

排気通路１４が大気状態又は大気状態に近い状態にある状況では、その排気通路１４の酸素濃度が大気層２０の酸素濃度に対してあまり大きくなることはないので、酸素センサ１０への正電圧印加時に電極３０，３２間を移動する酸素イオンの量と負電圧印加時に電極３０，３２間を移動する酸素イオンの量とはあまり大きく乖離せず、両タイミングでのセンサ電流の絶対値にあまり大きな差は生じない。しかし、かかる状況にもかかわらず酸素センサ１０に異常が生じているときは、排気側電極３２から大気側電極３０に向けて酸素イオンが移動し難くなるので、酸素センサ１０への正電圧印加時の酸素イオンの量が負電圧印加時の酸素イオンの量に比して所定以上少なくなり、正電圧印加時のセンサ電流の絶対値が負電圧印加時のセンサ電流の絶対値に比して所定以上小さくなる。

本実施例においては、正電圧印加時のセンサ電流の絶対値と負電圧印加時のセンサ電流の絶対値とが比較され、その比較の結果として正電圧印加時のセンサ電流の絶対値が負電圧印加時のセンサ電流の絶対値に比して所定以上小さいか否かに基づいて酸素センサ１０に異常が生じているか否かが判定される。従って、本実施例の酸素センサ１０の異常検出装置１０によれば、酸素センサ１０に異常が生じているか否かを精度よく判定することが可能となっている。

尚、かかる構成においては、酸素センサ１０の異常有無検出が、排気通路１４が大気状態又は大気状態に近い状態にある状況において行われる。かかる状況にあれば、酸素センサ１０が正常状態にあるときに正電圧印加時に排気側電極３２から大気側電極３０へ向けて移動する酸素イオンの量と負電圧印加時に大気側電極３０から排気側電極３２へ向けて移動する酸素イオンの量とに差が生じるのを抑制することが可能となる。従って、本実施例によれば、酸素センサ１０に異常が生じているか否かの判定精度を向上させることが可能となっている。

また、かかる構成においては、酸素センサ１０への正電圧印加時における排気側電極３２から大気側電極３０への酸素イオンの量が負電圧印加時における大気側電極３０から排気側電極３２への酸素イオンの量に比して所定以上少ない場合に、酸素センサ１０に異常が生じていると判定される。すなわち、酸素センサ１０への正電圧印加時の酸素イオンの量が負電圧印加時の酸素イオンの量に比して少なくても、その差が所定以上に至らない場合は、酸素センサ１０に異常が生じていると判定されることはない。このため、本実施例によれば、排気通路１４の酸素濃度が大気層２０の酸素濃度に比して相対的にある程度低い状況でも、酸素センサ１０の異常有無検出を実行することが可能となっている。

また、本実施例においては、酸素センサ１０の異常有無を検出するのにその排気側電極３２と大気側電極３０との間に正電圧と負電圧とが交互に印加されるが、その際、正電圧の印加が先に行われ、負電圧の印加が後に行われる。

仮に負電圧の印加が先に行われ、正電圧の印加が後に行われる構成では、負電圧の印加によって大気側電極３０から排気側電極３２に向けて大気層２０の酸素がイオン化されて移動した直後に正電圧の印加が行われると、その排気側電極３２に移動した酸素イオンが大気側電極３０へ戻ることとなるため、酸素センサ１０への正電圧印加時に排気通路１４の酸素濃度を検出するのに、排気通路１４の酸素濃度に応じた酸素イオンの量に、本来は大気層２０側に存在した酸素イオン分が重畳して、センサ出力に誤差が発生し、排気通路１４の酸素濃度を正確に検出することができない事態が生じ得る。

これに対して、本実施例の構成においては、上記の如く、酸素センサ１０への正電圧の印加が先に行われ、負電圧の印加が後に行われる。この場合、大気層２０側（大気側電極３０側）に十分にある酸素イオンが排気通路１４側（排気側電極３２側）に移動した後に大気層２０側に戻る事態が生ずることは回避される。このため、本実施例によれば、酸素センサ１０が異常状態にある際に排気通路１４側から大気層２０側へ移動する酸素イオンの量が不当に多くなるのを防止することができ、酸素センサ１０の異常発生中にもかかわらず正常状態にあると誤検出されるのを防止することが可能となっている。

更に、本実施例の構成においては、酸素センサ１０への正電圧の印加と負電圧の印加とが同じ電位レベルでかつ同じ時間だけ行われる。この場合、酸素センサ１０が正常状態にあるときは、その酸素センサ１０の異常検出処理の過程で、正電圧印加によって排気側電極３２から大気側電極３０に向けて移動する酸素イオンの量と、負電圧印加によって大気側電極３０から排気側電極３２に向けて移動する酸素イオンの量とが略均一になり、正電圧印加によって一旦大気側電極３０に溜まった電荷が負電圧印加によって排気側電極３２側へ放電されることとなる。このため、本実施例によれば、酸素センサ１０の異常検出処理を行った後、その酸素センサ１０を用いて排気通路１４の酸素濃度を検出して例えば内燃機関の制御を行う際に、その正電圧印加によって大気側電極３０に溜まった電荷が酸素センサ１０の通常利用であるその酸素濃度検出に影響を与えるのを回避することが可能となっている。

従って、本実施例の酸素センサ１０の異常検出装置１２によれば、酸素センサ１０の通常利用に影響を及ぼすことなくそのセンサ異常の有無を正確に判定することが可能となっている。

尚、上記の実施例においては、ＥＣＵ３４が、図４に示すルーチン中ステップ１０２の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「正電圧印加手段」及び「正電圧印加ステップ」が、ステップ１０４の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「第１の酸素イオン量検出手段」及び「第１の酸素イオン量検出ステップ」が、ステップ１０６の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「負電圧印加手段」及び「負電圧印加ステップ」が、ステップ１０８の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「第２の酸素イオン量検出手段」及び「第２の酸素イオン量検出ステップ」が、ステップ１１０〜１１４の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「センサ異常検出手段」及び「センサ異常検出ステップ」が、それぞれ実現されている。

ところで、上記の実施例においては、酸素センサ１０の異常有無を検出するのに、その酸素センサ１０への正電圧印加時におけるセンサ電流と負電圧印加時におけるセンサ電流との絶対値の比を算出して、その比が“１．０”を超える所定値Ｘ０以上であるか否かを判別することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、それらの絶対値の差を算出して、その差が所定差以上であるか否かを判別することとしてもよい。

本発明の一実施例である酸素センサの構成図である。本実施例の酸素センサの異常検出装置の構成図である。本実施例の酸素センサの異常を検出するための処理のタイムチャートである。本実施例の異常検出装置において実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。

符号の説明

１０酸素センサ
１２異常検出装置
１４排気通路
２０大気層
２２電解質層
３０大気側電極
３２排気側電極
３４電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４４電流検出回路

Claims

酸素濃度を検出すべき排気空間に晒される排気側電極と、大気に晒される大気側電極と、を有し、前記排気側電極と前記大気側電極との間で移動する酸素イオンの量に応じた信号を出力する酸素センサの異常を検出する装置であって、
前記排気側電極と前記大気側電極との間に、前記排気側電極から前記大気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧を印加する正電圧印加手段と、
前記正電圧印加手段による電圧印加時に、前記排気側電極から前記大気側電極へ移動する酸素イオンの量を検出する第１の酸素イオン量検出手段と、
前記排気側電極と前記大気側電極との間に、前記大気側電極から前記排気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧を印加する負電圧印加手段と、
前記負電圧印加手段による電圧印加時に、前記大気側電極から前記排気側電極へ移動する酸素イオンの量を検出する第２の酸素イオン量検出手段と、
前記第１の酸素イオン量検出手段の検出結果と前記第２の酸素イオン量検出手段の検出結果との比較結果に基づいて、前記酸素センサの異常を検出するセンサ異常検出手段と、
を備えることを特徴とする酸素センサの異常検出装置。
前記正電圧印加手段及び前記負電圧印加手段は共に、前記排気空間が大気状態又は大気状態に近い状態にあるタイミングで電圧印加を行うことを特徴とする請求項１記載の酸素センサの異常検出装置。
前記負電圧印加手段は、前記正電圧印加手段による電圧印加が行われた後に電圧印加を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の酸素センサの異常検出装置。
前記センサ異常検出手段は、前記第１の酸素イオン量検出手段による酸素イオンの量が前記第２の酸素イオン量検出手段による酸素イオンの量に比して所定以上少ない場合に、前記酸素センサに異常が生じていると検出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の酸素センサの異常検出装置。
酸素濃度を検出すべき排気空間に晒される排気側電極と、大気に晒される大気側電極と、を有し、前記排気側電極と前記大気側電極との間で移動する酸素イオンの量に応じた信号を出力する酸素センサの異常を検出する方法であって、
前記排気側電極と前記大気側電極との間に、前記排気側電極から前記大気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧を印加する正電圧印加ステップと、
前記正電圧印加ステップにおける電圧印加時に、前記排気側電極から前記大気側電極へ移動する酸素イオンの量を検出する第１の酸素イオン量検出ステップと、
前記排気側電極と前記大気側電極との間に、前記大気側電極から前記排気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧を印加する負電圧印加ステップと、
前記負電圧印加ステップにおける電圧印加時に、前記大気側電極から前記排気側電極へ移動する酸素イオンの量を検出する第２の酸素イオン量検出ステップと、
前記第１の酸素イオン量検出ステップの検出結果と前記第２の酸素イオン量検出ステップの検出結果との比較結果に基づいて、前記酸素センサの異常を検出するセンサ異常検出ステップと、
を備えることを特徴とする酸素センサの異常検出方法。
前記正電圧印加ステップ及び前記負電圧印加ステップは共に、前記排気空間が大気状態又は大気状態に近い状態にあるタイミングで電圧印加を行うことを特徴とする請求項５記載の酸素センサの異常検出方法。
前記負電圧印加ステップは、前記正電圧印加ステップにおける電圧印加が行われた後に電圧印加を行うことを特徴とする請求項５又は６記載の酸素センサの異常検出方法。
前記センサ異常検出ステップは、前記第１の酸素イオン量検出ステップにおける酸素イオンの量が前記第２の酸素イオン量検出ステップにおける酸素イオンの量に比して所定以上少ない場合に、前記酸素センサに異常が生じていると検出することを特徴とする請求項５乃至７の何れか一項記載の酸素センサの異常検出方法。