JPH08271475A - 酸素濃度検出装置 - Google Patents

酸素濃度検出装置

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JPH08271475A
JPH08271475A JP7076338A JP7633895A JPH08271475A JP H08271475 A JPH08271475 A JP H08271475A JP 7076338 A JP7076338 A JP 7076338A JP 7633895 A JP7633895 A JP 7633895A JP H08271475 A JPH08271475 A JP H08271475A
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匂坂　　康夫
Yukihiro Yamashita
山下　　幸宏
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Abstract

(57)【要約】 【目的】限界電流式酸素センサの異常を精度良く且つ容
易に診断する。 【構成】限界電流式酸素センサは、酸素濃度に比例した
限界電流を出力する酸素濃度検出素子と前記検出素子を
加熱するヒータとを有している。マイクロコンピュータ
内のＣＰＵは、酸素センサを活性化すべくヒータの通電
を制御する。また、ＣＰＵは酸素センサの印加電圧及び
検出電流から素子抵抗を算出する。センサ異常診断ルー
チンにおいて、ＣＰＵは、ステップ３０１〜３０７で異
常診断の前提条件を判別し、全ての前提条件が成立する
と、ステップ３０８〜３１１の異常診断を実施する。つ
まり、素子抵抗が所定範囲にあるか否かを判別し、所定
範囲の下限を下回れば、素子高温異常である旨を判断す
る。また、素子抵抗が所定範囲の上限を越えれば、素子
低温異常である旨を判断する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、酸素濃度に比例した
限界電流を出力する酸素濃度検出素子と、前記検出素子
を加熱するヒータとからなる限界電流式酸素センサを備
えた酸素濃度検出装置に係り、特に前記限界電流式酸素
センサの異常を診断することができる酸素濃度検出装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年の空燃比制御システムにおいては、
排気ガス中の酸素濃度に比例した限界電流を出力する限
界電流式酸素センサ（酸素濃度検出装置）が用いられて
おり、マイクロコンピュータは前記センサによる検出結
果を取り込んで空燃比を算出すると共に、当該空燃比に
基づき空燃比フィードバック制御を実施する。これによ
り、内燃機関での最適な燃焼が実現され、排気ガス中の
有害成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯX 等）が低減される。
【０００３】一方で、上記空燃比制御システムでは、酸
素センサによる検出信号の信頼性が低下すると制御精度
が著しく悪化するため、従来より同酸素センサの異常診
断を精度良く実施するための技術が要望されている。そ
こで、従来技術として例えば特開平１−２３２１４３号
公報の「内燃機関の空燃比制御装置」では、酸素センサ
（酸素濃度検出素子）の温度を検出する温度センサを設
け、該センサによる検出温度が所定温度まで上昇しない
場合にヒータ異常を検出する旨が記載されている。ま
た、特開平３−１８９３５０号公報の「酸素センサのヒ
ータ制御装置」では、ヒータ抵抗値が目標抵抗値になる
ようヒータの供給電力を制御する装置において、ヒータ
の供給電力が所定範囲外になる場合に前記目標抵抗値の
異常を検出する旨が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術では、以下に示す問題を生ずる。上述した前者の技術
（特開平１−２３２１４３号公報）では、センサ温度を
検出するセンサが要件となっており、コスト高となる問
題を含んでいる。また、後者の技術（特開平３−１８９
３５０号公報）では、目標抵抗値が適正に設定されてい
るか否かが判断されるだけで、この異常診断処理で異常
と判定されるのはバッテリ交換時やセンサ交換時に限定
される。従って、実際に酸素センサの信頼性を判断する
ことはできなかった。
【０００５】本発明は、上記従来の問題点に着目してな
されたものであってその目的は、新規な構成からなる異
常診断技術を提案し、それにより限界電流式酸素センサ
の異常を精度良く且つ容易に診断することができる酸素
濃度検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、酸素濃度に比例した限界
電流を出力する酸素濃度検出素子と該検出素子を加熱す
るヒータとを有する限界電流式酸素センサと、前記酸素
センサを活性化させるべく、前記ヒータの通電を制御す
るヒータ制御手段と、前記酸素センサの素子抵抗を検出
する素子抵抗検出手段と、前記素子抵抗検出手段により
検出された酸素センサの素子抵抗が所定範囲内にあるか
否かに応じて、前記酸素センサの異常を診断するセンサ
異常診断手段とを備えることを要旨としている。
【０００７】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記センサ異常診断手段は、前記素
子抵抗が許容範囲よりも大きいか又は小さいかに応じて
素子低温異常又は素子高温異常を判別する。
【０００８】請求項３に記載の発明は、内燃機関の排気
系に設けられ、酸素濃度に比例した限界電流を出力する
酸素濃度検出素子と該検出素子を加熱するヒータとを有
する限界電流式酸素センサと、前記酸素センサを活性化
させるべく、前記ヒータの通電を制御するヒータ制御手
段と、内燃機関への燃料供給量を増量又は減量させる燃
料量増減手段と、前記燃料量増減手段による燃料供給量
の増量又は減量時において、前記酸素センサの出力値が
所定範囲内で変化したか否かに応じて前記酸素センサの
異常を診断するセンサ異常診断手段とを備えることを要
旨としている。
【０００９】請求項４に記載の発明では、請求項１〜３
のいずれかに記載の発明において、ヒータ通電の開始か
らのヒータ供給電力の積算値を推定するヒータ供給電力
推定手段を備え、前記センサ異常診断手段は、前記ヒー
タ供給電力推定手段により推定されたヒータ供給電力の
積算値が所定量以上であると判断された時に、前記酸素
センサの異常診断を実施する。
【００１０】請求項５に記載の発明は、酸素濃度に比例
した限界電流を出力する酸素濃度検出素子と該検出素子
を加熱するヒータとを有する限界電流式酸素センサと、
前記酸素センサの素子抵抗を検出する素子抵抗検出手段
と、前記素子抵抗検出手段により検出された素子抵抗と
前記酸素センサの目標素子抵抗との偏差をなくすべく、
前記ヒータへの供給電力をフィードバック制御するヒー
タ供給電力制御手段と、前記ヒータ供給電力制御手段に
よるヒータ供給電力が所定の異常判定値を越えるか否か
により前記酸素センサの異常を診断するセンサ異常診断
手段とを備えることを要旨としている。
【００１１】請求項６に記載の発明では、請求項５に記
載の発明において、前記センサ異常診断手段は、内燃機
関の運転状態に応じて前記異常判定値を設定する手段を
備える。
【００１２】請求項７に記載の発明では、請求項５又は
６に記載の発明において、ヒータ通電の開始当初からの
ヒータ供給電力の積算値を算出する電力積算値算出手段
を備え、前記センサ異常診断手段は、前記電力積算値算
出手段により算出されたヒータ供給電力の積算値が所定
の異常判定値を越えるか否かにより前記酸素センサの異
常を診断する。
【００１３】請求項８に記載の発明では、請求項５〜７
のいずれかに記載の発明において、ヒータ通電の開始当
初において前記ヒータの初期抵抗値を検出するヒータ初
期抵抗値検出手段と、前記ヒータ初期抵抗値検出手段に
より検出されたヒータの初期抵抗値が、前記酸素センサ
の冷間状態を判定する所定域にある場合のみ、前記セン
サ異常診断手段による異常診断を許可する診断許可手段
とを備える。
【００１４】
【作用】請求項１に記載の発明によれば、ヒータ制御手
段は、酸素センサ（限界電流式酸素センサ）を活性化さ
せるべくヒータの通電を制御する。そして、ヒータ通電
により酸素センサが正常に活性した状態では、酸素セン
サの素子抵抗（酸素濃度検出素子の抵抗）が活性化温度
に相当する値に保持され、酸素センサは酸素濃度に比例
した限界電流を出力する。また、素子抵抗検出手段は酸
素センサの素子抵抗を検出し、センサ異常診断手段は、
酸素センサの素子抵抗が所定範囲内にあるか否かに応じ
て酸素センサの異常を診断する。つまり、限界電流式酸
素センサでは、その出力特性が抵抗支配域における傾き
（図３において、電圧軸Ｖに平行な直線部分よりも小さ
い電圧域の傾き）、即ち素子抵抗の大きさにより特定さ
れる。この場合、酸素センサが異常であれば素子抵抗が
過小又は過大になり、その異常が精度良く且つ容易に診
断される。なお、酸素センサの異常としては、酸素濃度
検出素子の劣化やヒータ故障（断線や短絡等）を含む。
【００１５】請求項２に記載の発明によれば、センサ異
常診断手段は、前記素子抵抗が許容範囲よりも大きいか
又は小さいかに応じて素子低温異常又は素子高温異常を
判別する。つまり、酸素センサの素子抵抗が過大である
ことは素子温が低過ぎることを意味し、素子低温異常が
判定される。また、酸素センサの素子抵抗が過小である
ことは素子温が高過ぎることを意味し、素子高温異常が
判定される。
【００１６】請求項３に記載の発明によれば、ヒータ制
御手段は、酸素センサを活性化させるべくヒータの通電
を制御する。そして、ヒータ通電により酸素センサが正
常に活性した状態では、酸素センサは酸素濃度に比例し
た限界電流を出力する。また、燃料量増減手段は、内燃
機関への燃料供給量を増量又は減量させる。センサ異常
診断手段は、燃料量増減手段による燃料供給量の増量又
は減量時において、酸素センサの出力値が所定範囲内で
変化したか否かに応じて酸素センサの異常を診断する。
【００１７】要するに、例えば内燃機関への燃料供給量
を増量させると空燃比がリッチ化し（酸素濃度が低下
し）、酸素センサから出力される限界電流が減少する。
このとき、酸素センサが正常であれば、限界電流の変化
量は実際の空燃比の変化相当量にて規定される所定範囲
内となるが、酸素センサが異常であれば、限界電流の変
化量は所定範囲から外れる。このことから、センサ異常
が精度良く且つ容易に診断される。
【００１８】請求項４に記載の発明によれば、ヒータ供
給電力推定手段は、ヒータ通電の開始からのヒータ供給
電力の積算値を推定する。センサ異常診断手段は、ヒー
タ供給電力推定手段により推定されたヒータ供給電力の
積算値が所定量以上であると判断された時に、酸素セン
サの異常診断を実施する。つまり、酸素センサの異常を
より正確に診断するには、同異常診断をセンサの活性状
態（又は、当然活性化しているはずの状態）で実施する
のがよい。そこで、本構成では、上記したヒータ供給電
力の積算値からセンサ活性状態を推定し、当該活性状態
で異常診断を許可している。
【００１９】請求項５に記載の発明によれば、ヒータ供
給電力制御手段は、素子抵抗検出手段により検出された
素子抵抗と酸素センサの目標素子抵抗との偏差をなくす
べく、ヒータへの供給電力をフィードバック制御する。
センサ異常診断手段は、ヒータ供給電力制御手段による
ヒータ供給電力が所定の異常判定値を越えるか否かによ
り酸素センサの異常を診断する。
【００２０】上記のように酸素センサの素子抵抗により
ヒータ供給電力がフィードバック制御される場合、劣化
等のセンサ異常時であっても素子抵抗（素子温）は所望
の活性領域に制御される。この場合、センサ異常が発生
すると、素子抵抗（素子温）を活性領域に保持するに
は、過多量のヒータ供給電力が必要となり、このことか
ら、センサ異常が精度良く且つ容易に診断される。
【００２１】請求項６に記載の発明によれば、センサ異
常診断手段は、内燃機関の運転状態に応じて前記異常判
定値を設定する。この場合、機関運転状態に応じた最適
な異常診断が可能となる。
【００２２】請求項７に記載の発明によれば、電力積算
値算出手段は、ヒータ通電の開始当初からのヒータ供給
電力の積算値を算出する。センサ異常診断手段は、電力
積算値算出手段により算出されたヒータ供給電力の積算
値が所定の異常判定値を越えるか否かにより酸素センサ
の異常を診断する。つまり、ヒータ供給電力の積算値に
より異常診断を行うことによって、その診断データの精
度が増し、正確な異常診断が可能となる。
【００２３】請求項８に記載の発明によれば、ヒータ初
期抵抗値検出手段は、ヒータ通電の開始当初においてヒ
ータの初期抵抗値を検出する。診断許可手段は、ヒータ
初期抵抗値検出手段により検出されたヒータの初期抵抗
値が、酸素センサの冷間状態を判定する所定域にある場
合のみ、センサ異常診断手段による異常診断を許可す
る。つまり、例えば機関の暖機再始動時においてヒータ
通電が開始される場合には、ヒータ供給電力の積算値が
比較的小さく、当該積算値によりセンサ異常を診断する
ことは診断精度上、望ましくない。そこで、異常診断を
センサの冷間時に限定し、常に良好な異常診断が実施で
きるようにしている。
【００２４】
【実施例】
（第１実施例）以下、この発明の酸素濃度検出装置を自
動車用内燃機関の空燃比制御装置にて具体化した第１実
施例を図面に従って説明する。
【００２５】図１は、本実施例における内燃機関の空燃
比制御装置の概要を示す構成図である。図１において、
４気筒火花点火式ガソリン内燃機関（以下、エンジンと
いう）１には吸気管２と排気管３とが接続されている。
吸気管２の最上流部にはエアクリーナ４が設けられ、吸
気管２の途中にはサージタンク５が設けられている。サ
ージタンク５の上流側には、図示しないアクセルペダル
の踏み込み操作に連動するスロットルバルブ１７が配設
されている。スロットルバルブ１７をバイパスするバイ
パス通路１８には、ＩＳＣ弁（アイドル回転数制御弁）
１９が設けられている。
【００２６】また、エンジン１における各気筒毎の吸気
管（吸気ポート）２にはインジェクタ６が配設されてい
る。燃料タンク７内の燃料は燃料ポンプ８により吸い上
げられ、燃料フィルタ９を通してプレッシャレギュレー
タ１０に供給される。プレッシャレギュレータ１０は、
一定圧力に調圧した燃料をインジェクタ６に供給すると
共に、余剰燃料を燃料タンク７にリターンさせる。イン
ジェクタ６はバッテリ１５からの電力供給により開弁し
て燃料を噴射する。そして、インジェクタ６による噴射
燃料が吸入空気と混合されて混合気となり、吸気弁１１
を介して各気筒の燃焼室１２に供給される。
【００２７】エアクリーナ４の近傍には吸気温センサ２
０が設けられ、同センサ２０により吸気温が検出され
る。また、サージタンク５には吸気管内圧力センサ２２
が設けられ、同センサ２２により吸気管内圧力（吸気負
圧）が検出される。エンジン１のシリンダブロックには
エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサ２３
が設けられている。
【００２８】各気筒の燃焼室１２には点火プラグ１３が
配設されている。イグナイタ１４ではバッテリ１５の電
圧から高電圧が生成され、その高電圧がディストリビュ
ータ１６により各点火プラグ１３に分配される。ディス
トリビュータ１６内には気筒判別センサ２４とクランク
角センサ２５が配設されている。クランク角センサ２５
は、エンジン１のクランク軸の回転に伴う所定のクラン
ク角毎（例えば、３０°ＣＡ毎）にクランク角信号を発
生する。また、気筒判別センサ２４は、エンジン１のク
ランク軸の回転に伴う特定気筒の特定位置（例えば、第
１気筒の圧縮ＴＤＣ）で気筒判別信号を発生する。
【００２９】また、エンジン１の排気管３には限界電流
式の酸素センサ２６が設けられており、この酸素センサ
２６は排気ガス中の酸素濃度に比例してリニアな検出信
号を出力する。なお、酸素センサ２６下流には図示しな
い触媒コンバータが配設されており、同コンバータにて
排気ガスが浄化されるようになっている。
【００３０】上記各センサの検出信号は電子制御装置
（以下、ＥＣＵという）４０に入力される。ＥＣＵ４０
は、バッテリ１５を電源として動作し、イグニションス
イッチ２８のオン信号によりエンジン１を始動させると
共に、エンジン運転中は酸素センサ２６の出力信号に基
づいて空燃比補正係数を増減補正することで空燃比を目
標空燃比（例えば、理論空燃比）近傍にフィードバック
制御する。また、ＥＣＵ４０は後述するセンサ異常診断
処理を実行して酸素センサ２６の異常の有無を診断し、
異常時には警告灯２９を点灯して運転者に異常発生の旨
を警告する。
【００３１】図２は、酸素センサ２６の概略断面、及び
酸素センサ２６に接続されたＥＣＵ４０の電気的構成を
示す図である。図２において、酸素センサ２６は排気管
３の内部に向けて突設されており、同センサ２６はカバ
ー３１、センサ本体３２及びヒータ３３に大別される。
カバー３１は断面コ字状をなし、その周壁にはカバー内
外を連通する多数の小孔３１ａが形成されている。セン
サ本体３２は空燃比リーン領域における酸素濃度、若し
くは空燃比リッチ領域における一酸化炭素（ＣＯ）濃度
に対応する限界電流を発生する。
【００３２】センサ本体３２の構成について詳述する。
センサ本体３２において、断面カップ状に形成された固
体電解質層３４の外表面には、排気ガス側電極層３６が
固着され、内表面には大気側電極層３７が固着されてい
る。また、排気ガス側電極層３６の外側には、プラズマ
溶射法等により拡散抵抗層３５が形成されている。固体
電解質層３４は、ＺｒＯ2 、ＨｆＯ2 、ＴｈＯ2 、Ｂｉ
2 Ｏ3 等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 等を
安定剤として固溶させた酸素イオン伝導性酸化物焼結体
からなり、拡散抵抗層３５は、アルミナ、マグネシャ、
ケイ石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質から
なる。排気ガス側電極層３６及び大気側電極層３７は共
に、白金等の触媒活性の高い貴金属からなりその表面に
は多孔質の化学メッキ等が施されている。なお、排気ガ
ス側電極層３６の面積及び厚さは、１０〜１００ｍｍ2
及び０．５〜２．０μｍ程度となっており、一方、大気
側電極層３７の面積及び厚さは、１０ｍｍ2 以上及び
０．５〜２．０μｍ程度となっている。固体電解質層３
４は酸素濃度検出素子に相当する。
【００３３】ヒータ３３は大気側電極層３７内に収容さ
れており、その発熱エネルギーによりセンサ本体３２
（大気側電極層３７、固体電極質層３４、排気ガス側電
極層３６及び拡散抵抗層３５）を加熱する。ヒータ３３
は、センサ本体３２を活性化するに十分な発熱容量を有
している。
【００３４】上記構成の酸素センサ２６において、セン
サ本体３２は理論空燃比点にて濃淡起電力を発生し、理
論空燃比点よりリーン領域の酸素濃度に応じた限界電流
を発生する。この場合、酸素濃度に対応する限界電流
は、排気ガス側電極層３６の面積、拡散抵抗層３５の厚
さ、気孔率及び平均孔径により決定される。また、セン
サ本体３２は酸素濃度を直線的特性にて検出し得るもの
であるが、このセンサ本体３２を活性化するのに約６５
０℃以上の高温が必要とされると共に、同センサ本体３
２の活性温度範囲が狭いため、エンジン１の排気ガスの
みによる加熱では活性領域を制御できない。そのため、
本実施例では、後述するヒータ３３の加熱制御によりセ
ンサ本体３２の温度制御が実施される。なお、理論空燃
比よりもリッチ側の領域では、未燃ガスである一酸化炭
素（ＣＯ）の濃度が空燃比に対してほぼリニアに変化
し、センサ本体３２はＣＯ濃度に応じた限界電流を発生
する。
【００３５】センサ本体３２の電圧−電流特性について
図３を用いて説明する。図３に示すように電流−電圧特
性は、酸素センサ２６の検出酸素濃度（空燃比）に比例
するセンサ本体３２の固体電解質層３４への流入電流
と、同固体電解質層３４への印加電圧との関係が直線的
であることを示す。そして、センサ本体３２が温度Ｔ＝
Ｔ１にて活性状態にあるとき、図３の実線で示すように
特性線Ｌ１でもって安定した状態を示す。かかる場合、
特性線Ｌ１の電圧軸Ｖに平行な直線部分がセンサ本体３
２の限界電流を特定する。この限界電流の増減は空燃比
の増減（即ち、リーン・リッチ）に対応しており、空燃
比がリーン側になるほど限界電流は増大し、空燃比がリ
ッチ側になるほど限界電流は減少する。
【００３６】また、この電圧−電流特性において電圧軸
Ｖに平行な直線部分よりも小さい電圧域は抵抗支配域と
なっており、その抵抗支配域における特性線Ｌ１の傾き
は、センサ本体３２における固体電解質層３４の内部抵
抗（以下、これを素子抵抗という）により特定される。
この素子抵抗は温度変化に伴い変化するため、センサ本
体３２の温度が低下すると素子抵抗の増大により上記傾
きが小さくなる。つまり、センサ本体３２の温度ＴがＴ
１よりも低いＴ２にあるとき、電流−電圧特性は図３の
破線で示すように特性線Ｌ２でもって特定される。かか
る場合、特性線Ｌ２の電圧軸Ｖに平行な直線部分がＴ＝
Ｔ２におけるセンサ本体３２の限界電流を特定するもの
で、この限界電流は特性線Ｌ１による限界電流とほぼ一
致している。
【００３７】そして、特性線Ｌ１において、センサ本体
３２の固体電解質層３４に正の印加電圧Ｖpos を印加す
れば、センサ本体３２に流れる電流が限界電流Ｉpos と
なる（図３の点Ｐａ参照）。また、センサ本体３２の固
体電解質層３４に負の印加電圧Ｖneg を印加すれば、セ
ンサ本体３２に流れる電流が酸素濃度に依存せず、温度
のみに比例する負の温度電流Ｉneg となる（図３の点Ｐ
ｂ参照）。
【００３８】また、図２において、センサ本体３２の排
気ガス側電極層３６には、バイアス制御回路４１が接続
され、同バイアス制御回路４１にはセンサ電流検出回路
４５を介してセンサ本体３２の大気側電極層３７が接続
されている。バイアス制御回路４１は正バイアス用直流
電源４２、負バイアス用直流電源４３及び切り換えスイ
ッチ回路４４によって構成されている。正バイアス用直
流電源４２の負側電極及び負バイアス用直流電源４３の
正側電極は共に排気ガス側電極層３６に接続されてい
る。
【００３９】切り換えスイッチ回路４４は、第１切り換
え状態にて正バイアス用直流電源４２の正側電極のみを
センサ電流検出回路４５に接続すると共に、第２切り換
え状態にて負バイアス用直流電源４３の負側電極のみを
センサ電流検出回路４５に接続する。つまり、切り換え
スイッチ回路４４が第１切り換え状態にある場合、正バ
イアス用直流電源４２がセンサ本体３２の固体電解質層
３４を正バイアスし、同固体電解質層３４には正方向の
電流が流れる。一方、切り換えスイッチ回路４４が第２
切り換え状態にある場合、負バイアス用直流電源４３が
固体電解質層３４を負バイアスし、同固体電解質層３４
には負方向の電流が流れる。かかる場合、各直流電源４
２，４３の端子電圧は上述の印加電圧Ｖpos ，Ｖneg に
それぞれ相当する。
【００４０】センサ電流検出回路４５は、センサ本体３
２の大気側電極層３７から切り換えスイッチ回路４４へ
流れる電流又はその逆方向へ流れる電流、つまり、固体
電解質層３４を流れる電流を検出する。また、ヒータ制
御回路４６は、酸素センサ２６の素子温やヒータ温度に
応じてバッテリ電源ＶＢからヒータ３３に供給される電
力をデューティ制御し、ヒータ３３の加熱制御を行う。
ヒータ３３に流れる電流（以下、ヒータ電流Ｉｈとい
う）は電流検出抵抗５０により検出される。
【００４１】Ａ／Ｄ変換器４７は、センサ電流検出回路
４５による検出電流（図３のＩpos，Ｉneg ）、ヒータ
電流Ｉｈ、及びヒータ３３の印加電圧（以下、ヒータ電
圧Ｖｈという）をデジタル信号に変換してマイクロコン
ピュータ４８に出力する。マイクロコンピュータ４８
は、各種演算処理を実行するＣＰＵ４８ａやＲＯＭ，Ｒ
ＡＭからなるメモリ４８ｂ等により構成され、所定のコ
ンピュータプログラムに従いバイアス制御回路４１、ヒ
ータ制御回路４６及び燃料噴射制御装置（以下、ＥＦＩ
という）４９を制御する。ＥＦＩ４９は、エンジン情報
としての前記各種センサ信号を入力し、吸気温Ｔａｍ、
吸気負圧Ｐｍ、冷却水温Ｔｈｗ、エンジン回転数ＮＥ、
車速Ｖｓ等を検知する。そして、これらのエンジン情報
に基づきインジェクタ６による燃料噴射を制御する。な
お、本実施例では、マイクロコンピュータ４８内のＣＰ
Ｕ４８ａによりヒータ制御手段、素子抵抗検出手段、セ
ンサ異常診断手段及びヒータ供給電力推定手段が構成さ
れている。
【００４２】次いで、本実施例の作用についてマイクロ
コンピュータ４８内のＣＰＵ４８ａにより実行される各
種制御プログラムに沿って説明する。以下、ヒータ通電
制御、空燃比検出処理、センサ異常診断処理の順に説明
する。
【００４３】図４のフローチャートは、イグニションス
イッチ２８のオン操作に従い起動され、ＣＰＵ４８ａに
より所定時間周期で実行されるヒータ通電制御ルーチン
を示す。図４において、ＣＰＵ４８ａは、ステップ１０
１でヒータ３３の制御状態を示すヒータ制御フラグＦ
１，Ｆ２を判定する。即ち本第１実施例では、イグニシ
ョンスイッチ２８のオン操作に従い、デューティ１００
％制御→第１のヒータ通電制御→第２のヒータ通電制御
の順にヒータ制御が移行するようになっており、ヒータ
制御フラグＦ１＝１は第１のヒータ通電制御が実行中で
あることを表し、ヒータ制御フラグＦ２＝１は第２のヒ
ータ通電制御が実行中であることを表す。
【００４４】この場合、ヒータ通電制御の開始当初であ
れば、ヒータ制御フラグＦ１，Ｆ２が共に「０」（初期
値）にクリアされており、ＣＰＵ４８ａはステップ１０
２に進んでデューティ１００％制御を実施する。つま
り、図２のヒータ制御回路４６を１００％デューティで
制御してヒータ３３への供給電力を最大値に固定し、ヒ
ータ３３を急速加熱する。また、ＣＰＵ４８ａは、ステ
ップ１０３でヒータ電圧Ｖｈ及びヒータ電流Ｉｈにより
算出されたヒータ抵抗ＲＨを読み込み（ＲＨ＝Ｖｈ／Ｉ
ｈ）、続くステップ１０４でヒータ抵抗ＲＨが２Ω以上
であるか否か（ＲＨ≧２Ωか否か）を判別する。ＲＨ＜
２Ωであれば、ＣＰＵ４８ａはそのまま本ルーチンを終
了する。この場合、デューティ１００％制御が継続され
る。
【００４５】また、前記ステップ１０４でヒータ抵抗Ｒ
Ｈ≧２Ωになると、ＣＰＵ４８ａはステップ１０５に進
んでヒータ制御フラグＦ１に「１」をセットし、続くス
テップ１０６で第１のヒータ通電制御を実施する。ここ
で、第１のヒータ通電制御では、エンジン負荷（例え
ば、吸気負圧Ｐｍ）とエンジン回転数ＮＥとからなる第
１のマップにてヒータ３３の制御デューティが求められ
る。ここで、前記マップは酸素センサ２６の素子温が所
定の活性化温度になるよう設定されるものであって、例
えば低負荷又は低回転域では排気ガスの熱量が少ないた
めに大きなデューティが設定されるようになっている。
フラグＦ１のセット後は、ＣＰＵ４８ａはステップ１０
１から直接ステップ１０６へ進み、第１のヒータ通電制
御を実施する。
【００４６】そして、ステップ１０６からステップ１０
７に進むと、ＣＰＵ４８ａは、酸素センサ２６の素子抵
抗（固体電解質層３４の内部抵抗）Ｚｄｃを読み込む。
素子抵抗Ｚｄｃは素子印加電圧Ｖneg （負の印加電圧）
及びセンサ電流検出回路４５にて検出された負の電流Ｉ
neg から算出できる（Ｚｄｃ＝Ｖneg ／Ｉneg ）。ま
た、ＣＰＵ４８ａは、ステップ１０８で素子抵抗Ｚｄｃ
が９０Ω以下になったか否か（Ｚｄｃ≦９０Ωか否か）
を判別し、Ｚｄｃ＞９０Ωであればそのまま本ルーチン
を終了する。この場合、第１のヒータ通電制御が継続さ
れる。なお、図５は素子温と素子抵抗Ｚｄｃとの関係を
示す。
【００４７】また、前記ステップ１０８でＺｄｃ≦９０
Ωになると、ＣＰＵ４８ａはステップ１０９に進んでヒ
ータ制御フラグＦ１を「０」に、ヒータ制御フラグＦ２
を「１」に操作し、続くステップ１１０で第２のヒータ
通電制御を実施する。ここで、第２のヒータ通電制御で
は、前記第１のマップとは異なる第２のマップを用い、
エンジン負荷（例えば、吸気負圧Ｐｍ）とエンジン回転
数ＮＥとに応じてヒータ３３の制御デューティが算出さ
れる（但し、特性はほぼ同じ）。そして、フラグＦ２＝
１のセット後は、ＣＰＵ４８ａはステップ１０１から直
接ステップ１１０へ進み、第２のヒータ通電制御を実施
する。このように本実施例では、制御開始当初の１００
％デューティと、その後の第１，第２のヒータ通電制御
とによりヒータ３３の通電がオープン制御される。
【００４８】一方、図６のフローチャートは、イグニシ
ョンスイッチ２８のオン操作に従い起動され、ＣＰＵ４
８ａにより例えば８ｍｓｅｃ毎に実行される空燃比検出
ルーチンを示す。
【００４９】図６において、ＣＰＵ４８ａは、先ずステ
ップ２０１〜２０４でセンサ活性判定処理を実行する。
即ちＣＰＵ４８ａは、ステップ２０１で図７の素子抵抗
検出域における所定電圧Ｖｍを印加し（例えば、Ｖｍ＝
−１ボルト）、続くステップ２０２で図２のセンサ電流
検出回路４５にて検出された電流Ｉｍを読み込む（図７
参照）。また、ＣＰＵ４８ａは、ステップ２０３で上記
印加電圧Ｖｍと検出電流Ｉｍとから素子抵抗Ｚｄｃを算
出する（Ｚｄｃ＝Ｖｍ／Ｉｍ）。
【００５０】さらに、ＣＰＵ４８ａは、ステップ２０４
で上記素子抵抗Ｚｄｃが所定の活性判定域（ＫＲＥＬ〜
ＫＲＥＨ）にあるか否かにより酸素センサ２６の活性判
定を行う（例えば、ＫＲＥＬ＝１０Ω，ＫＲＥＨ＝９０
Ω）。つまり、ＫＲＥＬ≦Ｚｄｃ≦ＫＲＥＨでありステ
ップ２０４が肯定判別されれば、ＣＰＵ４８ａはセンサ
活性化が完了したとみなし、続くステップ２０５に進
む。一方、ステップ２０４が否定判別されれば、ＣＰＵ
４８ａは活性化判定がなされるまでステップ２０１〜２
０４を繰り返し実行する。
【００５１】ステップ２０５に進むと、ＣＰＵ４８ａは
図７のＡ／Ｆ検出域における印加電圧Ｖｐの初期値とし
て「０．４ボルト」を酸素センサ２６に印加する。さら
に、ＣＰＵ４８ａは、ステップ２０６で図２のセンサ電
流検出回路４５にて検出された限界電流Ｉｐ（ｎ）を読
み込み、続くステップ２０７で限界電流Ｉｐ（ｎ）を空
燃比（Ａ／Ｆ）に換算する。また、ＣＰＵ４８ａは、ス
テップ２０８で次の空燃比検出のための印加電圧Ｖｐ
（ｎ＋１）を算出すると共に｛Ｖｐ（ｎ＋１）＝ｆ（Ｉ
ｐ）｝、その印加電圧Ｖｐ（ｎ＋１）を酸素センサ２６
に印加する。つまり図７において、（ｎ）時の空燃比
（Ａ／Ｆ）が「１６」、（ｎ＋１）時の空燃比（Ａ／
Ｆ）が「１５」の場合、Ｖｐ（ｎ）の印加によりＩｐ
（ｎ）が検出され、Ｖｐ（ｎ＋１）の印加によりＩｐ
（ｎ＋１）が検出される。
【００５２】その後、ＣＰＵ４８ａは、ステップ２０９
で空燃比検出を開始してから所定時間が経過したか否か
を判別する。この場合、所定時間が経過していなけれ
ば、ＣＰＵ４８ａは前述のステップ２０６〜２０９を繰
り返し実行し、所定時間が経過しておればステップ２１
０に進む。ＣＰＵ４８ａは、ステップ２１０〜２１３で
上記ステップ２０１〜２０４と同様のセンサ活性判定処
理を行う。
【００５３】つまり、ＣＰＵ４８ａは、ステップ２１０
〜２１２で算出した素子抵抗Ｚｄｃが所定の活性判定域
（ＫＲＥＬ〜ＫＲＥＨ）にあるか否かを判別する。そし
て、ＫＲＥＬ≦Ｚｄｃ＜ＫＲＥＨであれば、ＣＰＵ４８
ａはセンサ活性化しているとみなして前記ステップ２０
６に進み、上述の空燃比検出処理を実施する。また、ス
テップ２１３が否定判別されれば、ＣＰＵ４８ａはステ
ップ２１０〜２１３を繰り返し実行する。
【００５４】次に、図８に従いセンサ異常診断ルーチン
を説明する。図８のフローチャートは、ＣＰＵ４８ａに
より所定時間毎（例えば、３２ｍｓｅｃ毎）に実行され
る。図８において、ＣＰＵ４８ａは、先ずステップ３０
１〜３０７でセンサ異常診断の前提条件を判別する。詳
しくは、ステップ３０１では吸気温Ｔａｍが所定の判定
値ＫＴＡ（例えば、５℃）以上であるか否かを判別し、
ステップ３０２では冷却水温Ｔｈｗが所定の判定値ＫＴ
Ｗ（例えば、５℃）以上であるか否かを判別する。ま
た、ステップ３０３ではエンジン回転数ＮＥが所定の判
定値ＫＮＥ（例えば、５００ｒｐｍ）以上であるか否か
を判別し、ステップ３０４では車速Ｖｓが所定の判定値
ＫＳＰＤ（例えば、１００ｋｍ／ｈ）未満であるか否か
を判別する。さらに、ステップ３０５ではエンジン始動
後の経過時間ＣＡＳＴが所定の判定値ＫＣＡＳＴ（例え
ば、２０秒）以上であるか否かを判別し、ステップ３０
６ではバッテリ電圧ＶＢが所定の判定値ＫＶＢ（例え
ば、１３Ｖ）以上であるか否かを判別する。ステップ３
０７では燃料カット実行中を表す燃料カットフラグＸＦ
Ｃが「０」にクリアされているか否か、即ち燃料カット
が実施されていないか否かを判別する。
【００５５】なお本実施例では、上記前提条件のうち、
エンジン始動後の経過時間ＣＡＳＴとバッテリ電圧ＶＢ
とによりヒータ供給電力の積算値が推定され、これらの
値が所定値以上の時に、ヒータ供給電力の積算値が所定
値以上に達したものと判断する。つまり、これらの条件
が成立すれば、センサ活性状態であるか又は当然活性化
しているはずの状態であるとみなし、異常診断が許可さ
れる。この条件設定により異常診断がより正確に実施で
きる。
【００５６】上記ステップ３０１〜３０７のいずれかが
否定判別されれば、ＣＰＵ４８ａはそのまま本ルーチン
を終了し、ステップ３０１〜３０７が全て肯定判別され
れば、続くステップ３０８に進んで酸素センサ２６の素
子抵抗Ｚｄｃに基づきセンサ異常診断を実施する。ここ
で、酸素センサ２６の素子抵抗Ｚｄｃは、前述した図６
のステップ２０１〜２０３の如く算出される。
【００５７】ステップ３０８に進むと、ＣＰＵ４８ａ
は、素子抵抗Ｚｄｃが第１の抵抗判定値ＫＲＥＬ（本実
施例では、１０Ω）よりも小さいか否かを判別し、Ｚｄ
ｃ＜ＫＲＥＬであればステップ３０９に進む。素子抵抗
Ｚｄｃが第１の抵抗判定値ＫＲＥＬよりも小さいこと
は、素子温が上昇し過ぎていることを意味し、ＣＰＵ４
８ａは、ステップ３０９で酸素センサ２６が素子高温異
常であると判断する。なお、この素子高温異常には以下
のモードをも含む。即ち、酸素センサ２６のヒータ抵抗
が小さい方にばらつき、電流が流れ過ぎるモードや、ヒ
ータ３３のグランド側のワイヤハーネスが常時グランド
ショートして電流制御ができず電流が流れ過ぎるモード
をも含む。
【００５８】また、Ｚｄｃ≧ＫＲＥＬの場合、ＣＰＵ４
８ａは、ステップ３１０で素子抵抗Ｚｄｃが第２の抵抗
判定値ＫＲＥＨ（本実施例では、９０Ω）以上であるか
否かを判別し、Ｚｄｃ≧ＫＲＥＨであればステップ３１
１に進む。素子抵抗Ｚｄｃが第２の抵抗判定値ＫＲＥＨ
以上であることは、素子温が上昇せずに低いままである
ことを意味し、ＣＰＵ４８ａは、ステップ３１１で酸素
センサ２６が素子低温異常であると判断する。なお、こ
の素子低温異常には以下のモードをも含む。即ち、酸素
センサ２６のヒータ抵抗が大きい方にばらつき、電流が
少なくなるモードや、ヒータ３３が劣化して抵抗が大き
くなり、電流が小さくなるモードや、ヒータ３３のワイ
ヤハーネスの断線のために電流が流れなくなるモードを
も含む。
【００５９】そして、上記の如く酸素センサ２６の素子
異常が判断された場合には、図９に示すフェイルセーフ
ルーチンが実行される（例えば３２ｍｓｅｃ周期）。図
９において、ＣＰＵ４８ａは、先ずステップ４０１で素
子異常であるか否かを判別する。ここで、上記図８によ
り素子異常（高温異常或いは低温異常）が判定されてい
れば、ＣＰＵ４８ａはステップ４０２に進んで空燃比フ
ィードバックを停止する。また、ＣＰＵ４８ａは、ステ
ップ４０３でヒータ通電を停止すると共に続くステップ
４０４で素子異常を表す警告灯２９を点灯させる。この
とき、高温異常と低温異常とを分けて表示するようにし
てもよい。
【００６０】以上の第１実施例では、酸素センサ２６の
素子抵抗が所定範囲内にあるか否かに応じて同センサ２
６の異常を診断するようにした（図８のステップ３０８
〜３１１）。つまり、限界電流式の酸素センサ２６で
は、その出力特性が抵抗支配域における傾き（図３にお
いて、電圧軸Ｖに平行な直線部分よりも小さい電圧域の
傾き）、即ち素子抵抗の大きさにより特定される。この
場合、酸素センサ２６が異常であれば素子抵抗が過小又
は過大になり、その異常を精度良く且つ容易に診断する
ことができる。
【００６１】また、本実施例では、素子抵抗が許容範囲
よりも大きいか又は小さいかに応じて、酸素センサ２６
の素子低温異常又は素子高温異常を判別するよにした。
つまり、酸素センサ２６の素子抵抗が過大であることは
素子温が低過ぎることを意味し、素子低温異常が判定さ
れる。また、酸素センサ２６の素子抵抗が過小であるこ
とは素子温が高過ぎることを意味し、素子高温異常が判
定される。
【００６２】さらに、本実施例では、従来技術のように
温度センサを要件としないため、コスト高を招くことは
ない。また、従来技術では主にバッテリやセンサ交換時
に異常の旨が診断される構成であったが、本実施例では
車両の通常走行時において常に異常の旨を診断すること
ができ、センサ出力の信頼性を向上させると共に、それ
により高精度な空燃比制御システムを実現することがで
きる。なお、本実施例は、請求項１，２，４に記載した
発明に相当する。
【００６３】なお、ヒータ通電制御方法は本実施例の方
法に限定されるものではない。即ち上記実施例では、１
００％デューティ制御、第１及び第２のヒータ通電制御
を順次実施したが、例えば第１又は第２のヒータ通電制
御のみを常に実施する構成にしたり、エンジン始動後の
所定時間のみ１００％デューティ制御を行い、その後は
常に第１又は第２のヒータ通電制御を実施する構成にし
たりすることもできる。
【００６４】（第２実施例）次に、請求項３に記載した
発明に相当する第２実施例について、上記第１実施例と
の相違点を中心に説明する。なお、本実施例では、マイ
クロコンピュータ４８内のＣＰＵ４８ａによりヒータ制
御手段、燃料増減手段及びセンサ異常診断手段が構成さ
れている。図１０は第２実施例におけるセンサ異常診断
ルーチンを示す。
【００６５】図１０において、ＣＰＵ４８ａは、ステッ
プ５０１でセンサ異常診断の前提条件が成立しているか
否かを判別する。この前提条件は図８のステップ３０１
〜３０７に相当する。また、ＣＰＵ４８ａは、ステップ
５０２で空燃比フィードバック中であるか否かを判別す
る。この場合、ステップ５０１，５０２のいずれかが否
定判別されれば、ＣＰＵ４８ａは本ルーチンを終了し、
ステップ５０１，５０２が共に肯定判別されれば、ステ
ップ５０３に進む。
【００６６】ステップ５０３に進むと、ＣＰＵ４８ａ
は、その時点で図２のセンサ電流検出回路４５により検
出された限界電流Ｉｐを「Ｉｐｏ」として記憶する。ま
た、ＣＰＵ４８ａは、続くステップ５０４で現在の運転
条件（吸気負圧Ｐｍ，エンジン回転数ＮＥ）を「Ｐｍ
ｏ」，「ＮＥｏ」として記憶する。
【００６７】その後、ＣＰＵ４８ａは、ステップ５０５
でインジェクタ６による燃料噴射量をα％（例えば、１
０％）増量し（減量でも可）、続くステップ５０６で燃
料増量後に所定時間が経過したか否かを判別する。ここ
で、燃料増量は空燃比を強制的にリッチ側に移行させる
ことを意味する。そして、燃料増量後に所定時間が経過
すると、ＣＰＵ４８ａはステップ５０７に進む。ＣＰＵ
４８ａは、ステップ５０７でその時点での吸気負圧Ｐ
ｍ，エンジン回転数ＮＥが燃料増量前の数値「Ｐｍ
ｏ」，「ＮＥｏ」（ステップ５０４での記憶値）にほぼ
一致するか否かを判別する。この場合、運転条件が変化
していれば、ＣＰＵ４８ａは以降の異常診断を実施せず
にそのまま本ルーチンを終了する。また、運転条件が変
化していなければ、ＣＰＵ４８ａは以降の異常診断を実
施すべくステップ５０８に進む。
【００６８】ステップ５０８に進むと、ＣＰＵ４８ａは
その時点でセンサ電流検出回路４５により検出された限
界電流Ｉｐを読み込み、続くステップ５０９で燃料増量
前後の電流値変化から電流変化量ΔＩｐを算出する（Δ
Ｉｐ＝Ｉｐ−Ｉｐｏ）。その後、ＣＰＵ４８ａは、ステ
ップ５１０で電流変化量ΔＩｐ（絶対値）が第１の電流
判定値ＫＤＩＬを越えるか否か（ΔＩｐ＞ＫＤＩＬか否
か）を判別すると共に、ステップ５１１で電流変化値Δ
Ｉｐが第２の電流判定値ＫＤＩＨ以下であるか否か（Δ
Ｉｐ≦ＫＤＩＨか否か）を判別する（但し、ＫＤＩＬ＜
ＫＤＩＨ）。ここで、「ＫＤＩＬ〜ＫＤＩＨ」で規定さ
れる変化許容範囲は、燃料増量による実際の空燃比の変
化相当量にて設定されている。
【００６９】この場合、電流変化値ΔＩｐが「ＫＤＩＬ
〜ＫＤＩＨ」の範囲内にあれば、ＣＰＵ４８ａは、ステ
ップ５１０，５１１を共に肯定判別する。また、ΔＩｐ
≦ＫＤＩＬであれば、ＣＰＵ４８ａはステップ５１０を
否定判別し、ステップ５１２で素子低温異常である旨を
判定する。ΔＩｐ＞ＫＤＩＨであれば、ＣＰＵ４８ａは
ステップ５１１を否定判別し、ステップ５１３で素子高
温異常である旨を判定する。
【００７０】図１１（ａ）〜（ｃ）は、正常時、素子低
温異常時、素子高温異常時における酸素センサ２６の出
力信号を示す図である。図中、電流変化量ΔＩp1，ΔＩ
p2，ΔＩp3は、酸素センサ２６への印加電圧が「Ｖｐ
１」から「Ｖｐ２」に変化した時の限界電流の差を示
す。つまり、図１１（ｂ）に示す素子低温異常時には素
子抵抗が大きく、抵抗支配域における特性線の傾きが小
さい。従って、「ΔＩp2」は正常時における「ΔＩp1」
よりも小さくなる（ΔＩp2＜ΔＩp1）。このような場
合、前記図１０のステップ５１０が否定判別され、素子
低温異常である旨が判定される。また、図１１（ｃ）に
示す素子高温異常時には素子抵抗が小さく、抵抗支配域
における特性線の傾きが大きい。従って、「ΔＩp3」は
正常時における「ΔＩp1」よりも大きくなる（ΔＩp3＞
ΔＩp1）。このような場合、前記図１０のステップ５１
１が否定判別され、素子高温異常である旨が判定され
る。
【００７１】以上第２実施例によれば、エンジン１への
燃料供給量を増量させ（図１０のステップ５０５）、そ
の燃料増量時において、酸素センサ２６の出力値（限界
電流）が所定範囲内で変化したか否かに応じて同センサ
２６の異常を診断するようにした（図１０のステップ５
１０〜５１３）。これにより、燃料増量による空燃比の
リッチ化（酸素濃度の低下）がセンサ出力に正常に反映
されたか否かが判定され、センサ異常を精度良く且つ容
易に診断することができる。また、本実施例では、異常
診断時の異常判定値に範囲を設けたため、素子低温異常
と素子高温異常とを判別することができる。
【００７２】（第３実施例）次に、請求項５に記載した
発明を具体化した第３実施例を説明する。上記第１及び
第２実施例では、ヒータ３３をオープン制御していた
が、本第３実施例では、酸素センサ２６のヒータ３３を
素子温フィードバック制御する。なお、本実施例では、
マイクロコンピュータ４８のＣＰＵ４８ａにより素子抵
抗検出手段、ヒータ供給電力制御手段及びセンサ異常診
断手段が構成されている。
【００７３】図１２は本実施例におけるヒータ制御のタ
イムチャートであり、同図には、エンジン始動に伴うヒ
ータ３３への通電開始後、酸素センサ２６が十分に活性
するまでの動作を示している。本実施例では、ヒータ制
御がその目的及び制御方法の違いから図１２の〜の
制御に分けられており、それぞれを順に説明する。な
お、〜の制御は、酸素センサ２６の活性前のヒータ
制御を示し、の制御は酸素センサ２６の活性後のヒー
タ制御を示す。
【００７４】先ずエンジン始動直後におけるの制御で
は、１００％デューティのヒータ電圧がヒータ３３に印
加される（以下、これを全導通制御と呼ぶ）。つまり、
ヒータ３３及びセンサ素子（センサ本体３２）の冷間時
には短時間でヒータ３３を加熱すべく、最大電力がヒー
タ３３に供給される。
【００７５】、の制御では、ヒータ温を所定の目標
ヒータ温（例えば、ヒータ上限温度である１２００℃）
に保持するよう、ヒータ３３への供給電力が制御される
（以下、これを電力制御と呼ぶ）。つまり、素子温が活
性化温度（７００℃）にあればヒータ温は供給電力から
一義的に決まるため、ヒータ３３を一定の温度に保持す
るには所定電力を供給し続ければよい。しかしながら素
子温が低い時には、ヒータ温を一定に保持するために必
要な供給電力は素子温に応じて変動する。一般に、素子
温が低いほど大きな供給電力が必要になる。そこで、上
記電力制御では、素子抵抗（素子温と素子抵抗とは図５
に示す関係にある）に応じて供給電力が制御される。
【００７６】但し、電力制御の開始当初は、素子抵抗が
非常に大きく検出可能な最大値（例えば、６００Ω）を
越える。そのため、素子抵抗の検出不可域ではヒータ３
３への供給電力は一定電力（例えば、６０Ｗ）に保持さ
れる（の制御）。そして、素子温が上昇し素子抵抗が
６００Ω以下になると、以降、素子抵抗に応じた電力が
ヒータ３３に供給される（の制御）。
【００７７】また、の制御では、素子の活性状態を維
持すべく、素子抵抗３０Ω（素子温７００℃相当）にな
るように、ヒータ３３への供給電力がフィードバック制
御される（以下、素子温フィードバック制御と呼ぶ）。
【００７８】図１３に従いヒータ制御ルーチンを説明す
る。図１３において、ＣＰＵ４８ａは、ステップ６０１
で素子温フィードバック制御の実行条件が成立したか否
かを判別する。この実行条件は、酸素センサ２６の素子
抵抗が３０Ω以下であれば成立する。また、ＣＰＵ４８
ａは、ステップ６０２で電力制御実行条件が成立したか
否かを判別する。この電力制御実行条件としては、酸素
センサ２６（センサ本体３２及びヒータ３３）が冷間状
態にあるか否かに応じて２通りの条件が設定されてお
り、酸素センサ２６が冷間状態であれば全導通制御（図
１２のの制御）を開始してから所定時間が経過した時
に条件が成立し、冷間状態でなければヒータ抵抗値が目
標ヒータ抵抗値以上になった時に成立する。このように
酸素センサ２６の冷間状態に応じて全導通制御を実行す
ることによりエンジン再始動時においてヒータ温の過上
昇が防止される。
【００７９】従って、ヒータ制御の開始当初においてス
テップ６０１，６０２が共に否定判別されれば、ＣＰＵ
４８ａはステップ６０３に進み、ヒータ３３の全導通制
御を実行する（の制御）。即ち１００％デューティの
ヒータ電圧をヒータ３３に印加する。
【００８０】また、ステップ６０２の電力制御実行条件
が成立すると、ＣＰＵ４８ａはステップ６０４に進み、
電力制御を実行する（，の制御）。この場合、前述
したように素子抵抗が検出不可域（素子抵抗＞６００
Ω）にあれば供給電力が固定値にて制御され（の制
御）、素子抵抗が検出可能になるとヒータ温を目標ヒー
タ温に保持するよう、素子抵抗に応じてヒータ３３への
供給電力が制御される（の制御）。
【００８１】その後、ステップ６０１の素子温フィード
バック制御実行条件が成立すると、ＣＰＵ４８ａは、ス
テップ６０５で素子温フィードバック制御を実行する
（の制御）。このとき、ＣＰＵ４８ａは、次の（１）
〜（３）式に基づきヒータ電圧の制御デューティＤＵＴ
Ｙを演算する。
【００８２】 ＤＵＴＹ＝ＤＵＴＹ．Ｉ＋ＧＰ＋ＧＩ ・・・（１） ＧＰ＝ＫＰ・（Ｚｄｃ−ＺｄｃＴ） ・・・（２） ＧＩ＝ＧＩ＋ＫＩ・（Ｚｄｃ−ＺｄｃＴ） ・・・（３） 但し、「ＤＵＴＹ．Ｉ」は制御デューティＤＵＴＹの初
期値、「ＺｄｃＴ」は制御目標値である（本実施例で
は、ＤＵＴＹ．Ｉ＝２０％、ＺｄｃＴ＝３０Ω）。ま
た、「ＧＰ」は比例項、「ＧＩ」は積分項、「ＫＰ」は
比例定数、「ＫＩ」は積分定数を表す（本実施例では、
ＫＰ＝４．２％、ＫＩ＝０．２％）。なお、これらの数
値は実験的に求められるものであり、酸素センサ２６の
仕様に応じて変更される。
【００８３】図１４は、ＣＰＵ４８ａにより例えば１２
８ｍｓ毎に実行される処理データ演算ルーチンを示す。
図１４において、ＣＰＵ４８ａは、ステップ７０１で図
２の電流検出抵抗５０により検出されたヒータ電流Ｉｈ
を読み込み、続くステップ７０２でヒータ電圧Ｖｈを読
み込む。また、ＣＰＵ４８ａは、ステップ７０３でヒー
タ電圧Ｖｈをヒータ電流Ｉｈで除算してヒータ抵抗ＲＨ
を算出し（ＲＨ＝Ｖｈ／Ｉｈ）、続くステップ７０４で
ヒータ電圧Ｖｈとヒータ電流Ｉｈとを乗算してヒータ供
給電力ＷＨを算出する（ＷＨ＝Ｖｈ・Ｉｈ）。さらに、
ＣＰＵ４８ａは、ステップ７０５で１／６４なまし演算
によりヒータ供給電力ＷＨのなまし値（以下、電力平均
値ＷＨＡＶという）を算出する｛ＷＨＡＶ＝（６３・Ｗ
ＨＡＶi-1 ＋ＷＨ）／６４｝。
【００８４】図１５のフローチャートは、ＣＰＵ４８ａ
により例えば１秒周期で実行されるセンサ異常診断ルー
チンを示す。この異常診断ルーチンでは、素子温フィー
ドバック制御の実行時において必要とされたヒータ供給
電力ＷＨに応じてセンサ異常が判定される。つまり、セ
ンサ異常時（例えばセンサの経時劣化）には、素子温を
目標値（例えば、７００℃）に保持するために必要とな
るヒータ供給電力ＷＨが増大し、正常時のそれと容易に
比較判定することができる。以下、図１５に従って異常
診断手順を説明する。
【００８５】図１５において、ＣＰＵ４８ａは、ステッ
プ８０１で素子温フィードバック開始後に所定時間ＫＳ
ＴＦＢ（例えば、１０秒）が経過したか否かを判別し、
続くステップ８０２で前回の異常診断後に所定時間ＫＡ
ＦＳＴ（例えば、１００秒）が経過したか否かを判別す
る。さらに、ＣＰＵ４８ａは、ステップ８０３で定常運
転状態（例えば、アイドル状態であること）が所定時間
ＫＳＭＳＴ（例えば、５秒）以上継続されたか否かを判
別する。そして、ステップ８０１〜８０３のいずれかが
否定判別されれば、ＣＰＵ４８ａはそのまま処理を終了
し、ステップ８０１〜８０３が全て肯定判別されればス
テップ８０４に進む。
【００８６】ＣＰＵ４８ａは、ステップ８０４で電力平
均値ＷＨＡＶが所定のヒータ電力判定値ＫＷＨＡＶ以上
であるか否か（ＷＨＡＶ≧ＫＷＨＡＶか否か）を判別す
る。このとき、ＷＨＡＶ＜ＫＷＨＡＶであれば、ＣＰＵ
４８ａはセンサ異常無しとみなしてステップ８０５に進
み、異常判定フラグＸＥＬＥＲを「０」にクリアして処
理を終了する。
【００８７】また、ＷＨＡＶ≧ＫＷＨＡＶであれば、Ｃ
ＰＵ４８ａはステップ８０６に進み、センサ以外の異常
が検出されているか否かを判別し、他の異常が無ければ
ステップ８０７に進む。そして、ＣＰＵ４８ａは、ステ
ップ８０７で異常判定フラグＸＥＬＥＲが既に「１」に
セットされているか否かを判別し、ＸＥＬＥＲ＝０であ
れば、ステップ８０８で異常判定フラグＸＥＬＥＲに
「１」をセットする。また、ＸＥＬＥＲ＝１であれば、
ＣＰＵ４８ａはステップ８０９に進み、ダイアグ処理と
して異常発生を表す警告灯２９を点灯する。つまり、ス
テップ８０４〜８０９では、異常発生（ＷＨＡＶ≧ＫＷ
ＨＡＶ）の旨が２回続けて判別された場合に、ダイアグ
処理が実施される。
【００８８】以上第３実施例では、酸素センサ２６の素
子抵抗（素子温）が目標素子抵抗３０Ω（素子温７００
℃相当）になるようヒータ３３への供給電力をフィード
バック制御し（図１３の素子温フィードバック制御）、
その際にヒータ供給電力が所定の異常判定値を越えるか
否かにより酸素センサ２６の異常を診断するようにした
（図１５のステップ８０４〜８０９）。要するに、素子
温フィードバック制御が実行される場合、劣化等のセン
サ異常時であっても素子抵抗（素子温）は所望の活性領
域に制御され、センサ異常時には過多量のヒータ供給電
力が必要となる。このことから、センサ異常を精度良く
且つ容易に診断することができる。また、本実施例で
は、異常診断を定常運転時に限定したため（図１５のス
テップ８０３）、排気温によるヒータ供給電力への影響
を排除し、適正な診断結果を得ることができる。
【００８９】（第４実施例）次に、請求項６に記載した
発明を具体化した第４実施例を説明する。第４実施例
は、第３実施例の一部を変更して異常診断処理を実行す
るものであり、図１６は第４実施例におけるセンサ異常
診断ルーチンを示す。
【００９０】図１６のルーチンでは、前述の図１５のス
テップ８０３に代えてステップ８２０の処理を実行す
る。つまり、ステップ８２０では、エンジン運転状態に
応じたヒータ電力判定値ＫＷＨＡＶが設定される。ここ
で、ヒータ電力判定値ＫＷＨＡＶは図１７に示すマップ
にて設定されるものであり、その時のエンジン回転数Ｎ
Ｅ及びエンジン負荷（吸気負圧Ｐｍ又は吸入空気量Ｇ
Ｎ）に応じて設定される（例えば、図のＫＷＨＡＶ１，
ＫＷＨＡＶ２）。この場合、ヒータ電力判定値ＫＷＨＡ
Ｖは高回転域であるほど又は高負荷域であるほど低く、
低回転域であるほど又は低負荷域であるほど高くなるよ
うに設定される。以上第４実施例によれば、エンジン運
転状態に応じた最適な異常診断を実施することができ
る。
【００９１】（第５実施例）次に、請求項７，８に記載
した発明を具体化した第５実施例を説明する。なお、本
実施例では、マイクロコンピュータ４８のＣＰＵ４８ａ
により電力積算値算出手段、ヒータ初期抵抗値検出手段
及びセンサ異常診断手段が構成されている。
【００９２】図１８は第５実施例におけるヒータ制御の
タイムチャートであり、同図には、エンジン始動に伴う
ヒータ３３への通電開始後、酸素センサ２６が十分に活
性するまでの動作を示す。なお、本実施例では、ヒータ
制御がその目的及び制御方法の違いから図１８の〜
の制御に分けられており（は全導通制御、は電力制
御、は素子温フィードバック制御）、それぞれを順に
説明する。
【００９３】先ずエンジン始動直後における全導通制御
（の制御）では、１００％デューティのヒータ電圧が
ヒータ３３に印加される。つまり、ヒータ３３及びセン
サ素子の冷間時には短時間でヒータ３３を加熱すべく、
最大電力がヒータ３３に供給される。電力制御（の制
御）では、ヒータ温を所定の目標ヒータ温（例えば、ヒ
ータ上限温度である１２００℃）に保持するよう、素子
抵抗Ｚｄｃに応じてヒータ３３への供給電力が制御され
る。また、素子温フィードバック制御（の制御）で
は、素子の活性状態を維持すべく、素子抵抗３０Ω（素
子温７００℃相当）になるように、ヒータ３３への供給
電力がフィードバック制御される。なお、素子温フィー
ドバック制御時には、ヒータ２６への供給電力が上限値
を越えると、ヒータ３３への供給電力が制限されるよう
になっている。
【００９４】図１９及び図２０のフローチャートは、Ｃ
ＰＵ４８ａにより例えば１２８ｍｓ毎に実行されるヒー
タ制御ルーチンを示す。以下、フローチャートに従いヒ
ータ制御及び異常診断処理を説明する。
【００９５】図１９において、ＣＰＵ４８ａは、ステッ
プ９０１でイグニションスイッチ２８がオン操作されて
いるか否か（電源ＯＮか否か）を判別し、電源ＯＦＦで
あればそのまま本ルーチンを終了し、電源ＯＮであれば
ステップ９０２に進む。また、ＣＰＵ４８ａは、ステッ
プ９０２でイニシャル終了済フラグＸＩＮＩＴが「０」
か否かを判断し（このイニシャル終了済フラグＸＩＮＩ
Ｔは電源ＯＮの際に「０」に初期化される）、ＸＩＮＩ
Ｔ＝０であればステップ９０３に進み、ＸＩＮＩＴ＝１
であればステップ９０８に進む。
【００９６】ステップ９０３では、ＣＰＵ４８ａは、ヒ
ータ電流Ｉｈとヒータ電圧Ｖｈとから求められたヒータ
抵抗ＲＨ（＝Ｖｈ／Ｉｈ）を初期ヒータ抵抗ＲＨＩＮＴ
として記憶する。また、ＣＰＵ４８ａは、ステップ９０
４で図２１に示す関係に従い、初期ヒータ抵抗ＲＨＩＮ
Ｔに基づき目標電力積算値ＷＡＤＴＧを設定する。さら
に、ＣＰＵ４８ａは、ステップ９０５で初期ヒータ抵抗
ＲＨＩＮＴが酸素センサ２６の半活性状態を判定するた
めの判定値ＫＲＨＩＮＴ以下か否かを判別し、ＲＨＩＮ
Ｔ≦ＫＲＨＩＮＴであれば、異常診断許可フラグＸＷＡ
ＤＥＲに「１」をセットする。
【００９７】次に、ＣＰＵ４８ａはステップ９０７に進
み、イニシャル終了済フラグＸＩＮＩＴを「１」にセッ
トしてからステップ９０８に進む。つまり、電源ＯＮ後
に一度目標電力積算値ＷＡＤＴＧが求められると、それ
以降はステップ９０２で「ＮＯ」と判別され、直接ステ
ップ９０８に進むことになる。
【００９８】その後、ＣＰＵ４８ａは、ステップ９０８
で素子温フィードバック実施フラグＸＥＦＢが「１」か
否かを判別する。ヒータ制御開始当初（図１８の時間ｔ
１以前）はＸＥＦＢ＝０のためステップ９０８が否定判
別され、ＣＰＵ４８ａはステップ９０９に進む。ステッ
プ９０９では、ＣＰＵ４８ａは、酸素センサ２６の素子
抵抗Ｚｄｃが素子温フィードバック実施温度に対応する
値３０Ω（素子温７００℃相当）以下か否かを判別す
る。そして、ＣＰＵ４８ａは、素子抵抗Ｚｄｃが３０Ω
以下の場合はステップ９１５に進み、素子抵抗Ｚｄｃが
３０Ω以下でない場合はステップ９１０に進む。
【００９９】ＣＰＵ４８ａは、ステップ９１０でその時
のヒータ抵抗ＲＨがヒータ抵抗学習値ＲＨＡＤＰ以上で
あるか否かを判別する。ヒータ抵抗学習値ＲＨＡＤＰと
は、電力制御時の目標ヒータ温（１２００℃）でのヒー
タ抵抗値を製品毎や経時変化によるバラツキを解消でき
るよう学習した値である。また、ステップ９１１では、
ＣＰＵ４８ａは、電力積算値ＷＡＤＤが目標電力積算値
ＷＡＤＴＧ（ステップ９０４の数値）以上であるか否か
を判別する。電力積算値ＷＡＤＤとは、図示しない演算
ルーチンで求められるものであって、例えば１２８ｍｓ
毎に検出されるヒータ供給電力ＷＨ（＝Ｖｈ・Ｉｈ）を
逐次積算した数値である（ＷＡＤＤ＝ＷＡＤＤi-1 ＋Ｗ
Ｈ）。
【０１００】この場合、ステップ９１０，９１１のいず
れかが否定判別されると（ＲＨ＜ＲＨＡＤＰ、又はＷＡ
ＤＤ＜ＷＡＤＴＧ）、ＣＰＵ４８ａはステップ９１２に
進んで全導通制御を実行する（の制御）。即ち図１８
の時間ｔ１以前では、ＣＰＵ４８ａは、図２０のステッ
プ９０８→９０９→９１０（→９１１）→９１２の順に
進み、１００％デューティのヒータ電圧をヒータ３３に
印加する。
【０１０１】また、ステップ９１０，９１１が共に肯定
判別されると（ＲＨ≧ＲＨＡＤＰ、且つＷＡＤＤ≧ＷＡ
ＤＴＧ）、ＣＰＵ４８ａはステップ９２０に進み、電力
制御を実行する（の制御）。即ち図１８の時間ｔ１〜
ｔ２では、ＣＰＵ４８ａは、図２０のステップ９０８→
９０９→９１０→９１１→９２０の順に進み、ヒータ温
を目標ヒータ温に保持するよう、素子抵抗に応じてヒー
タ３３への供給電力を制御する。このステップ９２０で
は、電力制御実行フラグＸＥＷＡＴに「１」がセットさ
れる。
【０１０２】また、図１８の時間ｔ２になると、前記ス
テップ９０９が肯定判別され、ＣＰＵ４８ａはステップ
９１５に進んで電力制御実施フラグＸＥＷＡＴが「１」
であるか否かを判別する。そして、ＸＥＷＡＴ＝１であ
れば、ＣＰＵ４８ａはステップ９３０に進んでヒータ抵
抗の学習処理を実行し、その後、ステップ９５０に進
む。また、ＸＥＷＡＴ＝０であれば、ＣＰＵ４８ａはそ
のままステップ９５０に進む。なお、ステップ９３０の
ヒータ抵抗学習処理では、その時点でのヒータ抵抗ＲＨ
がヒータ抵抗学習値ＲＨＡＤＰ＋α％（例えば、α＝２
％）を越える数値であるか否かが判別され、越える数値
であればヒータ抵抗学習値ＲＨＡＤＰがその時のヒータ
抵抗ＲＨに更新される。
【０１０３】その後、ＣＰＵ４８ａは、ステップ９４０
で後述するヒータ異常判定ルーチンを実行し、さらにス
テップ９５０で素子温フィードバック制御を実行する。
この場合、ＣＰＵ４８ａは、電力制御実施フラグＸＥＷ
ＡＴを「０」にリセットすると共に素子温フィードバッ
ク実施フラグＸＥＦＢに「１」をセットする。また、Ｃ
ＰＵ４８ａは、次の（イ）〜（ハ）の３態様に分けてヒ
ータ制御回路４６の制御デューティＤＵＴＹを設定す
る。
【０１０４】（イ）電源ＯＮからの経過時間が所定時間
（例えば、２４．５秒）以上の場合、次の（４）〜
（７）式により制御デューティＤＵＴＹを計算する。但
し、「ＺｄｃＴ」は制御目標値、「ＧＰ」は比例項、
「ＧＩ」は積分項、「ＧＤ」は微分項ＧＤを表し、「Ｋ
Ｐ」は比例定数、「ＫＩ」は積分定数、「ＫＤ」は微分
定数を表す。
【０１０５】 ＤＵＴＹ＝ＧＰ＋ＧＩ／１６＋ＧＤ ・・・（４） ＧＰ＝ＫＰ・（Ｚｄｃ−ＺｄｃＴ） ・・・（５） ＧＩ＝ＧＩi-1 ＋ＫＩ・（Ｚｄｃ−ＺｄｃＴ） ・・・（６） ＧＤ＝ＫＤ・（Ｚｄｃi −Ｚｄｃi-1 ） ・・・（７） （ロ）電源ＯＮからの経過時間が所定時間（例えば、２
４．５秒）未満であり、且つ空燃比＞１２の場合、比例
項ＧＰと積分項ＧＩとを用いて、次の（８）式により制
御デューティＤＵＴＹを計算する。
【０１０６】 ＤＵＴＹ＝ＧＰ＋ＧＩ／１６＋ＧＤ ・・・（８） （ハ）電源ＯＮからの経過時間が所定時間（例えば、２
４．５秒）未満であり、且つ空燃比≦１２の場合、次の
（９）式により制御デューティＤＵＴＹを計算する。即
ち、この場合（空燃比≦１２の場合）には、ＰＩＤによ
る素子温フィードバック制御が困難であり、素子温フィ
ードバック制御ではなくヒータ抵抗フィードバック制御
が実行される。但し、「ＫＰＡ」は定数、「ＲＨＧ」は
目標ヒータ抵抗（２．１Ω＝１０２０℃相当）である。
【０１０７】 ＤＵＴＹ＝ＨＤＵＴＹi-1 ＋ＫＰＡ・（ＲＨＧ−ＲＨ） ・・・（９） 次に、前記図２０のステップ９４０におけるヒータ異常
診断ルーチンを図２２に従い説明する。
【０１０８】図２２において、ＣＰＵ４８ａは、ステッ
プ９４１で異常診断許可フラグＸＷＡＤＥＲが「１」で
あるか否かを判別し、ＸＷＡＤＥＲ＝０であれば、その
まま本ルーチンを終了する。また、ＸＷＡＤＥＲ＝１で
あれば、ＣＰＵ４８ａはステップ９４２に進み、電力積
算値ＷＡＤＤが所定の異常判定値ＫＷＡＤＥＲ以上であ
るか否か（ＷＡＤＤ≧ＫＷＡＤＥＲか否か）を判別す
る。ＷＡＤＤ＜ＫＷＡＤＥＲであれば、ＣＰＵ４８ａは
ステップ９４３に進み、異常判定フラグＸＥＬＥＲを
「０」にクリアする。
【０１０９】また、ＷＡＤＤ≧ＫＷＡＤＥＲであれば、
ＣＰＵ４８ａはステップ９４４に進み、異常判定フラグ
ＸＥＬＥＲが既に「１」であるか否かを判別する。この
場合、ステップ９４４〜９４６では、２回続けて異常判
定がなされるとダイアグ処理が実施される（警告灯２９
が点灯する）。
【０１１０】本第５実施例によれば、ヒータ通電の開始
当初からのヒータ供給電力の積算値（電力積算値ＷＡＤ
Ｄ）を算出し、該電力積算値ＷＡＤＤが所定の異常判定
値ＫＷＡＤＥＲを越えるか否かにより酸素センサ２６の
異常を診断するようにした（図２２のステップ９４２〜
９４６）。この場合、ヒータ供給電力の積算値により異
常診断を行うことによって、その診断データの精度が増
し、正確な異常診断が可能となる。
【０１１１】また、本実施例では、ヒータ通電の開始当
初におけるヒータの初期抵抗値を検出し（図１９のステ
ップ９０３）、ヒータの初期抵抗値が、酸素センサ２６
の冷間状態を判定する所定域にある場合のみ（図１９の
ステップ９０５がＹＥＳの場合のみ）、センサ異常診断
を許可するようにした（図１９の９０６のフラグ操
作）。つまり、例えば機関の暖機再始動時においてヒー
タ通電が開始される場合には、ヒータ供給電力の積算値
が比較的小さく、当該積算値によりセンサ異常を診断す
ることは診断精度上、望ましくない。そこで、異常診断
をセンサの冷間時に限定し、常に良好な異常診断が実施
できるようにしている。
【０１１２】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、酸素セ
ンサの素子抵抗が所定範囲内にあるか否かに応じて酸素
センサの異常を診断することにより、センサ異常を精度
良く且つ容易に診断することができるという優れた効果
を発揮する。
【０１１３】請求項２に記載の発明によれば、センサ異
常を素子低温異常又は素子高温異常のいずれであるかを
判別することができる。請求項３に記載の発明によれ
ば、燃料供給量の増量又は減量時において、酸素センサ
の出力値が所定範囲内で変化したか否かに応じて酸素セ
ンサの異常を診断することにより、センサ異常を精度良
く且つ容易に診断することができる。
【０１１４】請求項４に記載の発明によれば、酸素セン
サの活性状態、又は当然活性化しているはずの状態でセ
ンサ異常が診断され、より正確な異常診断が可能とな
る。請求項５に記載の発明によれば、酸素センサの素子
抵抗が目標素子抵抗になるようにヒータ供給電力をフィ
ードバック制御するシステムにおいて、ヒータ供給電力
が所定の異常判定値を越えるか否かに応じて酸素センサ
の異常を診断することにより、センサ異常を精度良く且
つ容易に診断することができる。
【０１１５】請求項６に記載の発明によれば、機関運転
状態に応じた最適な異常診断が可能となる。請求項７に
記載の発明によれば、ヒータ供給電力の積算値が所定の
異常判定値を越えるか否かに応じて酸素センサの異常を
診断するため、その診断データの精度が増し、正確な異
常診断が可能となる。
【０１１６】請求項８に記載の発明によれば、ヒータの
初期抵抗値が酸素センサの冷間状態を示す所定値以下の
場合のみ、センサ異常診を許可するため、例えば機関の
暖機再始動時のヒータ供給電力の積算値が比較的小さい
時にはセンサ異常が禁止され、センサ異常の診断精度が
維持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における空燃比制御装置の全体構成を示
す概略図。
【図２】酸素センサの断面構成、及びＥＣＵ内の電気的
構成を示す図。
【図３】酸素センサの電圧−電流特性を示す図。
【図４】ヒータ通電制御ルーチンを示すフローチャー
ト。
【図５】素子温と素子抵抗との関係を示す図。
【図６】空燃比検出ルーチンを示すフローチャート。
【図７】酸素センサの電流−電圧特性を示す図。
【図８】センサ異常診断ルーチンを示すフローチャー
ト。
【図９】フェイルセーフルーチンを示すフローチャー
ト。
【図１０】第２実施例のセンサ異常診断ルーチンを示す
フローチャート。
【図１１】酸素センサの電流−電圧特性を正常、素子低
温異常、素子高温異常に分けて示す図。
【図１２】第３実施例のヒータ制御動作を示すタイムチ
ャート。
【図１３】第３実施例のヒータ制御ルーチンを示すフロ
ーチャート。
【図１４】処理データ演算ルーチンを示すフローチャー
ト。
【図１５】第３実施例のセンサ異常診断ルーチンを示す
フローチャート。
【図１６】第４実施例のセンサ異常診断ルーチンを示す
フローチャート。
【図１７】ヒータ電力判定値を検索するためのマップ。
【図１８】第５実施例のヒータ制御動作を示すタイムチ
ャート。
【図１９】第５実施例のヒータ制御ルーチンを示すフロ
ーチャート。
【図２０】図１９に続くフローチャート。
【図２１】初期ヒータ抵抗と目標電力積算値との関係を
示す図。
【図２２】第５実施例のヒータ異常診断ルーチンを示す
フローチャート。
【符号の説明】
２６…酸素センサ（限界電流式酸素センサ）、３３…ヒ
ータ、３４…酸素濃度検出素子としての固体電解質層、
４８ａ…ヒータ制御手段，素子抵抗検出手段，センサ異
常診断手段，ヒータ供給電力推定手段，燃料増減手段，
ヒータ供給電力制御手段，電力積算値算出手段，ヒータ
初期抵抗値検出手段としてのＣＰＵ。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】酸素濃度に比例した限界電流を出力する酸
    素濃度検出素子と該検出素子を加熱するヒータとを有す
    る限界電流式酸素センサと、 前記酸素センサを活性化させるべく、前記ヒータの通電
    を制御するヒータ制御手段と、 前記酸素センサの素子抵抗を検出する素子抵抗検出手段
    と、 前記素子抵抗検出手段により検出された酸素センサの素
    子抵抗が所定範囲内にあるか否かに応じて、前記酸素セ
    ンサの異常を診断するセンサ異常診断手段とを備えるこ
    とを特徴とする酸素濃度検出装置。
  2. 【請求項２】前記センサ異常診断手段は、前記素子抵抗
    が許容範囲よりも大きいか又は小さいかに応じて素子低
    温異常又は素子高温異常を判別する請求項１に記載の酸
    素濃度検出装置。
  3. 【請求項３】内燃機関の排気系に設けられ、酸素濃度に
    比例した限界電流を出力する酸素濃度検出素子と該検出
    素子を加熱するヒータとを有する限界電流式酸素センサ
    と、 前記酸素センサを活性化させるべく、前記ヒータの通電
    を制御するヒータ制御手段と、 内燃機関への燃料供給量を増量又は減量させる燃料量増
    減手段と、 前記燃料量増減手段による燃料供給量の増量又は減量時
    において、前記酸素センサの出力値が所定範囲内で変化
    したか否かに応じて前記酸素センサの異常を診断するセ
    ンサ異常診断手段とを備えることを特徴とする酸素濃度
    検出装置。
  4. 【請求項４】ヒータ通電の開始からのヒータ供給電力の
    積算値を推定するヒータ供給電力推定手段を備え、 前記センサ異常診断手段は、前記ヒータ供給電力推定手
    段により推定されたヒータ供給電力の積算値が所定量以
    上であると判断された時に、前記酸素センサの異常診断
    を実施する請求項１〜３のいずれかに記載の酸素濃度検
    出装置。
  5. 【請求項５】酸素濃度に比例した限界電流を出力する酸
    素濃度検出素子と該検出素子を加熱するヒータとを有す
    る限界電流式酸素センサと、 前記酸素センサの素子抵抗を検出する素子抵抗検出手段
    と、 前記素子抵抗検出手段により検出された素子抵抗と前記
    酸素センサの目標素子抵抗との偏差をなくすべく、前記
    ヒータへの供給電力をフィードバック制御するヒータ供
    給電力制御手段と、 前記ヒータ供給電力制御手段によるヒータ供給電力が所
    定の異常判定値を越えるか否かにより前記酸素センサの
    異常を診断するセンサ異常診断手段とを備えることを特
    徴とする酸素濃度検出装置。
  6. 【請求項６】前記センサ異常診断手段は、内燃機関の運
    転状態に応じて前記異常判定値を設定する手段を備える
    請求項５に記載の酸素濃度検出装置。
  7. 【請求項７】ヒータ通電の開始当初からのヒータ供給電
    力の積算値を算出する電力積算値算出手段を備え、 前記センサ異常診断手段は、前記電力積算値算出手段に
    より算出されたヒータ供給電力の積算値が所定の異常判
    定値を越えるか否かにより前記酸素センサの異常を診断
    する請求項５又は６に記載の酸素濃度検出装置。
  8. 【請求項８】ヒータ通電の開始当初において前記ヒータ
    の初期抵抗値を検出するヒータ初期抵抗値検出手段と、 前記ヒータ初期抵抗値検出手段により検出されたヒータ
    の初期抵抗値が、前記酸素センサの冷間状態を判定する
    所定域にある場合のみ、前記センサ異常診断手段による
    異常診断を許可する診断許可手段とを備える請求項５〜
    ７のいずれかに記載の酸素濃度検出装置。
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