JPH08338823A - 酸素センサの劣化判定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】新規な方法で且つ精度良く酸素センサの劣化判
定を行う。 【構成】酸素センサ５は、電圧印加に伴い酸素濃度（空
燃比）に対応したほぼ一定の限界電流を出力する検出素
子部６と、同検出素子部６を加熱するヒータ７とを有し
ている。マイクロコンピュータ２のＣＰＵ２ａは、酸素
センサ５の内部抵抗を検出し、その内部抵抗が目標値に
一致するようにヒータ７の通電をフィードバック制御す
る。また、センサ劣化判定時において、ＣＰＵ２ａは、
酸素センサ５の印加電圧を正の電圧から負の電圧に切り
換え、その電圧切り換え直後に発生するピーク電流を検
出する。さらに、ＣＰＵ２ａは、ピーク電流の変化量
が、所定の劣化判定値を越えた時に当該センサ５が劣化
している旨を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、限界電流方式の酸素
センサに適用される劣化判定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば自動車用エンジンにおいて
は、排気ガス中の酸素濃度に応じて空燃比をリニアに検
出する限界電流方式の酸素センサが採用されている。こ
の限界電流方式の酸素センサは、電圧印加に伴い酸素濃
度に対応したほぼ一定の限界電流を出力し、前記自動車
用エンジンの空燃比制御システムに起用された場合に
は、その時のセンサ出力（限界電流値）に応じて空燃比
が求められる。

【０００３】また、上記酸素センサでは、経時的な劣化
を精度良く検出する技術が要望されており、この種の従
来技術として例えば特開平４−２３３４４７号公報の
「排気濃度センサの劣化検出方法」が開示されている。
この公報では、酸素センサに電圧を印加した時の酸素セ
ンサの出力電流から、当該酸素センサの内部抵抗を算出
し、その内部抵抗値が大きくなると酸素センサが劣化し
たと判定するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来公
報の場合、以下に示す問題を生ずる。つまり、上述の酸
素センサの場合、限界電流を精度良く検出するにはセン
サ本体（固体電解質層等）を所定の活性温度（例えば、
６５０℃）に保持する必要があり、酸素センサにヒータ
を内蔵して同ヒータの通電を制御する場合がある。この
場合、酸素センサが劣化していたとしてもヒータの通電
量が増やされることで、結果的に内部抵抗がほぼ一定値
に維持される。従って、本来劣化の状態であってもその
旨を行うことができないという問題を招く。

【０００５】この発明は、上記問題に着目してなされた
ものであって、その目的とするところは、新規な方法で
且つ精度良く酸素センサの劣化判定を行うことができる
酸素センサの劣化判定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、電圧印加に伴い酸素濃度
に対応したほぼ一定の限界電流を出力する酸素センサに
適用される劣化判定装置であって、前記酸素センサの印
加電圧を所定電圧に切り換える電圧切換手段と、前記電
圧切換手段による電圧切り換え直後から前記酸素センサ
による電流が収束するまでの間において前記電圧切り換
えに伴う電流変化を検出する電流変化検出手段と、前記
電流変化検出手段により検出された電流変化に基づいて
前記酸素センサが劣化している旨を判定する劣化判定手
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、前記酸素センサの内部抵抗を検出す
る内部抵抗検出手段と、前記酸素センサに付設されたヒ
ータと、前記内部抵抗検出手段による検出されたセンサ
内部抵抗と所定の目標値との偏差をなくすべく前記ヒー
タへの通電をフィードバック制御するヒータ制御手段と
を備え、前記劣化判定手段は、前記電流変化検出手段に
より検出された電圧切り換え直後の電流変化が、前記電
圧切換手段による電圧変化に対応する劣化判定域を越え
た時に当該センサが劣化している旨を判定する。

【０００８】請求項３に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記電圧切換手段による電圧切り換
え後においてセンサ電流が収束した時の当該電流値を検
出する収束電流検出手段を備え、前記劣化判定手段は、
前記電流変化検出手段により検出された電圧切り換え直
後の電流変化が、前記収束電流検出手段により検出され
た収束電流に対応する劣化判定域を越えた時に当該セン
サが劣化している旨を判定する。

【０００９】請求項４に記載の発明では、請求項３に記
載の発明において、前記劣化判定手段は、前記収束電流
の絶対値が大きい場合ほど、前記電流変化が大きくなる
方向に前記劣化判定域を設定する。

【００１０】請求項５に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記酸素センサの内部抵抗を検出す
る内部抵抗検出手段を備え、前記劣化判定手段は、前記
電流変化検出手段により検出された電圧切り換え直後の
電流変化が、前記内部抵抗検出手段により検出されたセ
ンサ内部抵抗に対応する劣化判定域を越えた時に当該セ
ンサが劣化している旨を判定する。

【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、前記劣化判定手段は、前記センサ内
部抵抗が大きい場合ほど、前記電流変化が小さくなる方
向に前記劣化判定域を設定する。

【００１２】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、電圧切換手段
は、酸素センサの印加電圧を所定電圧に切り換える。電
流変化検出手段は、電圧切換手段による電圧切り換え直
後から前記酸素センサによる電流が収束するまでの間に
おいて前記電圧切り換えに伴う電流変化を検出する。劣
化検出手段は、電流変化検出手段により検出された電流
変化に基づいて前記酸素センサが劣化している旨を判定
する。

【００１３】要するに、限界電流式酸素センサにおいて
は、例えば印加電圧を正の電圧から負の電圧に切り換え
た際には負の方向に急峻な電流（以下、これをピーク電
流という）が発生し、逆に印加電圧を負の電圧から正の
電圧に切り換えた際には正の方向に急峻な電流（ピーク
電流）が発生することが知られている。かかる場合、ピ
ーク電流の大きさは、酸素センサの劣化状況に対応する
ため、上記構成により酸素センサの劣化が精度良く検出
される。

【００１４】請求項２に記載の発明によれば、内部抵抗
検出手段は、酸素センサの内部抵抗を検出する。ヒータ
制御手段は、内部抵抗検出手段による検出されたセンサ
内部抵抗と所定の目標値との偏差をなくすべく前記ヒー
タへの通電をフィードバック制御する。劣化判定手段
は、電流変化検出手段により検出された電圧切り換え直
後の電流変化が、前記電圧切換手段による電圧変化に対
応する劣化判定域を越えた時に当該センサが劣化してい
る旨を判定する。

【００１５】即ち、限界電流式酸素センサは、例えば図
１２（ａ）の等価回路で表すことができる。但し、「Ｒ
ｂ」は電解質の内部抵抗、「Ｒｄ」は電解質と電極との
界面の抵抗、「Ｃｄ」は界面の静電容量である。かかる
場合、センサ劣化に伴い酸素センサのポーラス状の電極
が目詰まり等を生ずると、図１２（ａ）の抵抗Ｒｄが増
大する。しかし、酸素センサの内部抵抗を目標値にフィ
ードバック制御していれば、結果的に抵抗Ｒｂが減少す
ることになる。従って、印加電圧を切り換えた直後にお
ける電流経路（図のの経路）において、ピーク電流の
変化が大きくなる。それにより、ピーク電流の変化が劣
化判定域を越え、劣化の旨が判定される。

【００１６】このとき、例えば印加電圧が正の電圧Ｖｐ
から負の電圧Ｖｎに切り換えられた際には、ピーク電流
値Ｉｏが次の式で求められる。 Ｉｏ＝Ｉｐ−（Ｖｐ−Ｖｎ）／Ｒｂ 従って、このピーク電流値Ｉｏを判定するには、電圧切
換手段による電圧変化量に対応する劣化判定域に基づき
行うのが望ましい。なお、図１２（ｂ）は電圧切り換え
に伴う電流変化を示しており、センサ電流の実線は正常
時（劣化前）の波形を示し、同センサ電流の破線は劣化
後の波形を示す。

【００１７】請求項３に記載の発明によれば、収束電流
検出手段は、電圧切換手段による電圧切換後においてセ
ンサ電流が収束した時の当該電流値を検出する。劣化判
定手段は、電流変化検出手段により検出された電圧切り
換え直後の電流変化が、前記収束電流検出手段により検
出された収束電流に対応する劣化判定域を越えた時に当
該センサが劣化している旨を判定する。

【００１８】つまり、酸素センサが劣化すると、当該セ
ンサの内部抵抗（前述した図１２のＲｂ，Ｒｄを含む全
抵抗値）は増大する傾向にあるため、電圧切り換え後の
収束電流（の絶対値）は小さくなる。従って、ピーク電
流の変化と収束電流（の絶対値）との比は、劣化が進む
ほど大きくなり、その旨が劣化判定手段により判定され
る。特に、請求項４に記載したように劣化判定域を設定
することで、より正確な劣化判定が実現できる。

【００１９】請求項５に記載の発明によれば、内部抵抗
検出手段は、酸素センサの内部抵抗を検出する。劣化判
定手段は、電流変化検出手段により検出された電圧切り
換え直後の電流変化が、前記内部抵抗検出手段により検
出されたセンサ内部抵抗に対応する劣化判定域を越えた
時に当該センサが劣化している旨を判定する。

【００２０】つまり、酸素センサが劣化すると、当該セ
ンサのセンサ内部抵抗は増大の傾向にある。従って、ピ
ーク電流の変化とセンサ内部抵抗との比は、劣化が進む
ほど大きくなり、その旨が劣化判定手段により判定され
る。特に、請求項６に記載したように劣化判定域を設定
することで、より正確な劣化判定が実現できる。

【００２１】なお、上記請求項２の構成では、電圧切り
換え時におけるピーク電流の変化だけでセンサの劣化判
定を行うために、センサ内部抵抗を目標値に一致させる
べくヒータの通電をフィードバック制御したが、請求項
３〜６の構成では、収束電圧又はセンサ内部抵抗との相
対比較により劣化判定を行うため、上記フィードバック
制御を要件としない。そのため、単にヒータの通電をオ
ープン制御で行う装置にも具体化が可能となる（勿論、
請求項３〜６の構成は、フィードバック制御の装置でも
具体化が可能）。

【００２２】

【実施例】

（第１実施例）以下、この発明を自動車用内燃機関の空
燃比検出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。

【００２３】図１は本実施例における空燃比検出装置の
概要を示す回路図である。図１において、電子制御装置
（以下、ＥＣＵという）１は、ＣＰＵ（中央処理装置）
２ａ，ＲＯＭ（リードオンリメモリ）２ｂ，ＲＡＭ（ラ
ンダムアクセスメモリ）２ｃを備えたマイクロコンピュ
ータ２を中心に構成されている。このマイクロコンピュ
ータ２は、後述する限界電流方式の酸素センサ５の電流
測定値を入力し、所定の演算プログラムに従い空燃比を
求め出力する。また、マイクロコンピュータ２にはエン
ジン制御用ＥＣＵ２１が接続されており、前記マイクロ
コンピュータで求められた空燃比はエンジン制御用ＥＣ
Ｕ２１に出力される。エンジン制御用ＥＣＵ２１は、上
記空燃比やその他内燃機関情報、車両運転情報に基づき
空燃比フィードバック制御を実施する。

【００２４】一方で、マイクロコンピュータ２は、酸素
センサ５の劣化を判定し、その劣化判定信号をエンジン
制御用ＥＣＵ２１に出力する。エンジン制御用ＥＣＵ２
１は劣化判定信号に従い警告灯２２を点灯表示させて、
酸素センサ５の劣化の旨をドライバ等に告知する。

【００２５】酸素センサ５は図示しない内燃機関の排気
管に設けられており、検出素子部６とヒータ７とを有し
ている。検出素子部６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し、ヒータ７は
検出素子部６を活性温度（例えば、約６５０℃以上）に
加熱する。この場合、マイクロコンピュータ２に設けら
れたヒータ通電制御回路３がヒータ７への通電電流を制
御し、これにより検出素子部６の温度が活性温度範囲に
保持される。具体的には、ヒータ通電制御回路３はスイ
ッチング素子としてのトランジスタ３ａを有し、同トラ
ンジスタ３ａのコレクタ端子にヒータ７の一端が接続さ
れている。トランジスタ３ａは、マイクロコンピュータ
２からの通電信号に伴いオン・オフ動作し、ヒータ７の
通電をデューティ制御させる。また、ヒータ７の他端に
はバッテリ電源＋Ｂが接続されている。

【００２６】マイクロコンピュータ２と検出素子部６と
の間には、電圧印加部８，電流測定部１２が接続されて
いる。そして、マイクロコンピュータ２にて制御される
限界電流検出用の印加電圧は、電圧印加部８のＤ／Ａ変
換器９，オペアンプ１０，抵抗１１を介して検出素子部
６に印加される。また、検出素子部６にて発生する限界
電流の測定値は、電流測定部１２の抵抗１１，オペアン
プ１３，Ａ／Ｄ変換器１４を介してマイクロコンピュー
タ２に入力される。

【００２７】図２は酸素センサ５の構造を概略的に示す
断面図である。検出素子部６において、断面カップ状に
形成された固体電解質層１６の外表面には、排気ガス側
電極層１８が固着され、内表面には大気側電極層１９が
固着されている。また、排気ガス側電極層１８の外側に
は、プラズマ溶射法等により拡散抵抗層１７が形成され
ている。固体電解質層１６は、ＺｒＯ₂ 、ＨｆＯ₂ 、Ｔ
ｈＯ₂ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃ 等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｙ
ｂ₂ 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１７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１８及び大気側電
極層１９は共に、白金等の触媒活性の高い貴金属からな
り、多孔質の化学メッキとして固体電解質層１６の両表
面に形成されている。なお、排気ガス側電極層１８の面
積及び厚さは、１０〜１００ｍｍ² 及び０．５〜２．０
μｍ程度となっており、一方、大気側電極層１９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。

【００２８】ヒータ７は大気側電極層１９内に収容され
ており、その発熱エネルギーにより大気側電極層１９、
固体電極質層１６、排気ガス側電極層１８及び拡散抵抗
層１７を加熱する。ヒータ７は、検出素子部６を活性化
するに十分な発熱容量を有している。

【００２９】そして、上記構成の酸素センサ５におい
て、検出素子部６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１８の面積、拡散抵抗層１７
の厚さ、気孔率及び平均孔径により決定される。また、
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、酸素センサ５の検出素子部６はＣＯ濃度に応
じた限界電流を発生する。

【００３０】ここで、酸素センサ５の電圧−電流特性に
ついて図３を用いて説明する。つまり、図３に示すよう
に特性線Ｌ１は、検出素子部６の固体電解質層１６に印
加される電圧が変化しても同固体電解質層１６に流れる
電流の変化が微小な部分（図の電圧軸に平行な直線部
分）、いわゆる”限界電流発生域”を有している（な
お、この領域を過電圧支配領域とも言う）。そして、こ
の直線部分の限界電流発生域にて限界電流が特定される
ようになっている。酸素センサ５の限界電流値は空燃比
に比例し、空燃比がリーン側になるほど増大し、逆に空
燃比がリッチ側になるほど減少する。

【００３１】また、この電圧−電流特性において限界電
流発生域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、検出
素子部６における固体電解質層１６の内部抵抗により特
定される。ここで、固体電解質層１６の内部抵抗は温度
変化に伴い変化するため、検出素子部６の温度が低下す
ると抵抗の増大により上記傾きが小さくなる。この場
合、温度が低下すると、電圧−電流特性は図３に破線で
示す特性線Ｌ２で特定される。特性線Ｌ２による限界電
流は特性線Ｌ１による限界電流とほぼ一致する。

【００３２】なお、本実施例は、請求項１又は２に記載
した発明に相当するものであって、マイクロコンピュー
タ２内のＣＰＵ２ａにより電圧切換手段、電流変化検出
手段、劣化判定手段、内部抵抗検出手段及びヒータ制御
手段が構成されている。

【００３３】次に、上記の如く構成される空燃比検出装
置の作用を説明する。図４のフローチャートは、マイク
ロコンピュータ２内のＣＰＵ２ａにより実行されるメイ
ンルーチンを示しており、ＣＰＵ２ａは数ｍｓ間隔でこ
のルーチンを繰り返し実行する。

【００３４】さて、図４のルーチンがスタートすると、
ＣＰＵ２ａは、先ずステップ１１０で空燃比検出ルーチ
ン（Ａ／Ｆ検出ルーチン）を実行する。通常は、この空
燃比検出ルーチンのみが数ｍｓ間隔で繰り返し実行さ
れ、後述するステップ１２０，１４０，１６０のいずれ
かの条件が成立した場合には、ステップ１３０の内部抵
抗検出ルーチン（Ｚｄｃ検出ルーチン）、ステップ１５
０のヒータ制御ルーチン、又はステップ１７０のセンサ
劣化判定ルーチンが実行される。

【００３５】各ステップの内容を詳述する。なお、図５
はステップ１１０の空燃比検出ルーチンを、図６はステ
ップ１３０の内部抵抗検出ルーチンを、図７はステップ
１５０のヒータ制御ルーチンを、図８はステップ１７０
のセンサ劣化判定ルーチンを、それぞれ示す。

【００３６】さて、図５の空燃比検出ルーチンにおい
て、ＣＰＵ２ａは、先ずステップ１１１で酸素センサ５
の検出素子部６に電圧Ｖｐ（正の電圧）を印加する。電
圧Ｖｐの値は、図３に示すように検出したい空燃比（限
界電流値Ｉｐ）の範囲を全て検出可能な値とする。例え
ば、内部抵抗Ｚｄｃが３０Ωで、空燃比＝１２〜１８を
検出したいとすれば、Ｖｐ＝０．３〜０．５〔ボルト〕
でよい。

【００３７】その後、ＣＰＵ２ａは、ステップ１１２で
電圧Ｖｐを印加した時に検出素子部６に流れる電流値、
即ち限界電流値Ｉｐを検出する。さらに、ＣＰＵ２ａ
は、ステップ１１３で図９に示す限界電流値−空燃比マ
ップを用いてその時の限界電流値Ｉｐを空燃比（Ａ／
Ｆ）に変換する。また、ＣＰＵ２ａは、続くステップ１
１４で上記の如く得られた空燃比をエンジン制御用ＥＣ
Ｕ２１に出力した後、本ルーチンを終了する。

【００３８】一方、空燃比検出後において、図４のステ
ップ１２０では、ＣＰＵ２ａは酸素センサ５の内部抵抗
Ｚｄｃを検出するか否かを判別する。このとき、内部抵
抗Ｚｄｃの検出条件としては排気ガスの温度変化に従う
のがよく、具体的には、機関回転数，吸気管圧力，吸入
空気量，排気ガス量等が急変した場合に内部抵抗Ｚｄｃ
の検出要と判定する。なお、この判定を単一時間毎に行
い、周期的（例えば１秒毎）に内部抵抗Ｚｄｃを検出す
るようにしてもよい。この場合、エンジン制御用ＥＣＵ
２１を介してマイクロコンピュータ２へ内燃機関情報を
入力する必要はない。

【００３９】そして、上記ステップ１２０が肯定判別さ
れた場合には、ＣＰＵ２ａはステップ１３０に進み、図
６の内部抵抗検出ルーチンを実行する。即ち、図６にお
いて、ＣＰＵ２ａは、ステップ１３１で酸素センサ５の
検出素子部６に電圧Ｖｎ（負の電圧）を印加する。この
電圧Ｖｎの値は、図３に示すように限界電流発生域にか
からない抵抗支配域の電圧であり、具体的にはＶｎ＝−
０．３〜−１〔ボルト〕でよい。

【００４０】その後、ＣＰＵ２ａは、ステップ１３２で
時間ｔ１だけ待機する。つまり、酸素センサ５の印加電
圧を正の電圧Ｖｐから負の電圧Ｖｎに切り換えると、図
１０に示す如く電圧切り換え直後に急峻な電流変化（ピ
ーク電流）が発生し、その後、静特性上の電流値Ｉｎに
収束する（以下、「Ｉｎ」を収束電流値という）。そこ
で、電圧切り換え後、電流が完全に収束するのに必要な
時間ｔ１（数１０ｍｓ〜数１００ｍｓ）だけ待ち、時間
ｔ１経過後に、ＣＰＵ２ａは、ステップ１３３で収束電
流値Ｉｎを検出すると共に、当該電流値ＩｎをＲＡＭ２
ｃに記憶させる。

【００４１】さらに、ＣＰＵ２ａは、ステップ１３４で
検出素子部６の印加電圧を負の電圧Ｖｎから元の正の電
圧Ｖｐに戻すと共に、ステップ１３５で時間ｔ２だけ待
機する。この時間ｔ２も、図１０に示すように電圧切り
換え時におけるピーク電流を完全に収束させるための待
機時間（数１０ｍｓ〜数１００ｍｓ）である。

【００４２】その後、ＣＰＵ２ａは、ステップ１３６で
ステップ１３１の負の電圧Ｖｎとステップ１３３の収束
電流値Ｉｎ（負の電流値）とからその時の検出素子部６
（固体電解質層１６）の内部抵抗Ｚｄｃ（＝Ｖｎ／Ｉ
ｎ）を算出する。かかる図６では、上記の如く時間ｔ
１，ｔ２だけ待機した後に電流値（Ｉｎ、又は図５のＩ
ｐ）が検出されることにより、精度の高い検出結果が得
られる。

【００４３】上記図６の処理を図１０のタイムチャート
を用いてより具体的に説明する。つまり図１０では、Ｔ
１のタイミングで電圧が「Ｖｐ」から「Ｖｎ」に切り換
えられ、時間ｔ１（数１０ｍｓ〜数１００ｍｓ）が経過
したＴ２のタイミングで収束電流値Ｉｎが検出されると
共に、電圧が元の電圧Ｖｐに戻される。さらに時間ｔ２
（数１０ｍｓ〜数１００ｍｓ）が経過したＴ３のタイミ
ングで内部抵抗Ｚｄｃが算出される。

【００４４】また、図４のメインルーチンのステップ１
４０では、ＣＰＵ２ａはヒータ７の通電制御を行うか否
かを判別する。このとき、ヒータ制御の実行条件として
は、前記ステップ１２０と同様に、機関回転数，吸気管
圧力，吸入空気量，排気ガス量等が急変した場合に成立
する。なお、前回のヒータ制御から所定時間が経過した
かに応じてヒータ制御の要否を判定してもよく、この場
合、ヒータ制御は単に周期的（例えば１秒毎）に行われ
る。

【００４５】そして、上記ステップ１４０が肯定判別さ
れた場合には、ＣＰＵ２ａはステップ１５０に進み、図
７のヒータ制御ルーチンを実行する。即ち本実施例で
は、ＰＷＭ（パルス幅変調）によるデューティ比制御に
てヒータ制御が行われる。このとき、ヒータ７の制御デ
ューティＤｕｔｙは以下の（１），（２），（３）式で
算出される。

【００４６】 ＧＰ＝ＫＰ・（Ｚｄｃ−ＺｄｃＴ） ・・・（１） ＧＩ＝ＧＩi-1 ＋ＫＩ・（Ｚｄｃ−ＺｄｃＴ） ・・・（２） Ｄｕｔｙ＝ＧＰ＋ＧＩ ・・・（３） 但し、上式において、「ＧＰ」は比例項、「ＧＩ」は積
分項、「ＫＰ」は比例定数、「ＫＩ」は積分定数、「Ｚ
ｄｃＴ」は目標抵抗値を表している。

【００４７】つまり、図７において、ＣＰＵ２ａは、ス
テップ１５１で上記（１）式を用いて内部抵抗Ｚｄｃの
偏差に応じた比例項ＧＰを算出し、続くステップ１５２
で上記（２）式を用いて内部抵抗Ｚｄｃの偏差に応じた
積分項ＧＩを算出する。そして、ＣＰＵ２ａは、ステッ
プ１５３で上記（３）式を用いてヒータ７の制御デュー
ティＤｕｔｙを算出し、その後本ルーチンを終了する。
ヒータ７は、上記制御デューティＤｕｔｙに基づき、図
１のヒータ通電制御回路３により通電制御される。な
お、本実施例では、いわゆるＰＩ制御を行っているが、
ＰＩＤ制御若しくはＩ制御のみを行うように変更するこ
とも可能である。

【００４８】また、図４のメインルーチンのステップ１
６０では、ＣＰＵ２ａは酸素センサ５の劣化判定を行う
か否かを判別する。このとき、劣化判定の実行条件とし
ては、車両の走行距離等の運転情報により判定してもよ
いし、前回の劣化判定から所定時間が経過したかに応じ
て劣化判定の要否を判定してもよい。

【００４９】そして、上記ステップ１６０が肯定判別さ
れた場合には、ＣＰＵ２ａはステップ１７０に進み、図
８のセンサ劣化判定ルーチンを実行する。即ち、図８に
おいて、ＣＰＵ２ａは、ステップ１７１で酸素センサ５
の検出素子部６に負の電圧Ｖｎを印加する（印加電圧を
正の電圧Ｖｐから負の電圧Ｖｎに切り換える）。この電
圧Ｖｎの値は、図３に示すように限界電流発生域にかか
らない抵抗支配域の電圧であり、前述した図６（内部抵
抗検出ルーチン）のステップ１３１の電圧Ｖｎと同じで
よい。

【００５０】その後、ＣＰＵ２ａは、ステップ１７２で
時間ｔ３だけ待機する。かかる場合、時間ｔ３は、前記
図６のステップ１３２における時間ｔ１（電圧切り換え
時のピーク電流の収束時間）よりも短い時間であって
（ｔ３≪ｔ１）、具体的には０〜数１０ｍｓでよい。そ
して、ＣＰＵ２ａは、時間ｔ３（０〜数１０ｍｓ）だけ
待った後に、ステップ１７３でその時の電流値（以下、
ピーク電流値Ｉｏという）を検出すると共に、当該電流
値ＩｏをＲＡＭ２ｃに記憶させる。

【００５１】さらに、ＣＰＵ２ａは、ステップ１７４で
検出素子部６に元の正の電圧Ｖｐを印加すると共に、ス
テップ１７５で時間ｔ４だけ待機する。この時間ｔ４
は、電圧切り換え時におけるピーク電流を収束させるた
めの待機時間（数１０ｍｓ〜数１００ｍｓ）であって、
前述した図６の時間ｔ２と同じ時間である（ｔ４＝ｔ
２）。

【００５２】その後、ＣＰＵ２ａは、ステップ１７６で
ステップ１７３にて検出されたピーク電流値Ｉｏが所定
の劣化判定値Ｉｏｓよりも小さいか否かを判別する。こ
こで、劣化判定値Ｉｏｓは、システム毎の劣化判定基準
に応じて異なるが、本実施例では、通常時（センサ正常
時）のピーク電流値Ｉｏよりも数ｍＡ小さい値に設定し
ている。この場合、Ｉｏ≧Ｉｏｓであれば、ＣＰＵ２ａ
はセンサ正常であるとみなしてステップ１７６を否定判
別し、そのまま本ルーチンを終了する。一方、Ｉｏ＜Ｉ
ｏｓであれば、ＣＰＵ２ａはセンサ劣化であるとみなし
てステップ１７７に進む。ＣＰＵ２ａは、ステップ１７
７で劣化判定信号をエンジン制御用ＥＣＵ２１に出力し
た後、本ルーチンを終了する。かかる場合、エンジン制
御用ＥＣＵ２１は警告灯２２を点灯表示させると共に、
空燃比フィードバック制御を中断する。

【００５３】上記図８の処理を図１１のタイムチャート
を用いてより具体的に説明する。なお、センサ電流の波
形において、実線は劣化前（正常時）を示し、破線は劣
化後を示す。つまり図１１では、Ｔ１１のタイミングで
印加電圧が正の電圧Ｖｐから負の電圧Ｖｎに切り換えら
れる。また、時間ｔ３（０〜数１０ｍｓ）が経過したＴ
１２のタイミングでピーク電流値Ｉｏが検出されると共
に、電圧が正の電圧Ｖｐに戻される。

【００５４】さらに時間ｔ４（数１０ｍｓ〜数１００ｍ
ｓ）が経過したＴ１３のタイミングでは、ピーク電流値
Ｉｏにより劣化判定が行われる。このとき、実線で示す
ようにＩｏ≧Ｉｏｓであれば、正常判定がなされる（図
８のステップ１７６がＮＯ）。一方、破線で示すように
Ｉｏ＜Ｉｏｓであれば、劣化判定がなされる（図８のス
テップ１７６のＹＥＳ）。

【００５５】ここで、電圧切換時におけるピーク電流値
Ｉｏの変化量が酸素センサ５の劣化に伴い大きくなる理
由について説明する。図１２は酸素センサ６の検出素子
部６における等価回路を示す。図１２において、「Ｒ
ｂ」は抵抗支配域での内部抵抗に対応し、「Ｒｄ」は限
界電流発生域（過電圧支配領域）における固体電解質層
１６と電極（排気ガス側電極層１８，大気側電極層１
９）との界面に存在する抵抗に対応する。「Ｃｄ」は同
様に界面の静電容量である。但し、Ｚｄｃ＝Ｒｂ＋Ｒｄ
である。この場合、印加電圧を切り換えた直後は、電流
は抵抗Ｒｂから抵抗Ｒｄに至る経路（図のの経路）を
通るため、ピーク電流値Ｉｏは抵抗Ｒｂによって決定さ
れる（次の（４）式）。

【００５６】 Ｉｏ＝Ｉｐ−（Ｖｐ−Ｖｎ）／Ｒｂ ・・・（４） また、酸素センサ５が劣化した場合、センサ内部は以下
に示す現象を呈する。即ち、酸素センサ５の電極（排気
ガス側電極層１８及び大気側電極層１９）は白金でポー
ラス状に形成されているが、劣化することにより凝集さ
れ、固体電解質層１６への酸素の通過が妨げられる。こ
の場合、抵抗Ｒｄ（界面抵抗）が大きくなる。そして、
上記の劣化状態で内部抵抗Ｚｄｃを一定にすべくヒータ
制御を行うと、劣化前よりもヒータ７が高温に制御さ
れ、抵抗Ｒｂを小さくする必要が生じる。従って、劣化
後には、劣化前に比べ内部抵抗Ｚｄｃ（＝Ｒｂ＋Ｒｄ）
が同じであっても、抵抗Ｒｂは小さくなる。よって、ピ
ーク電流値Ｉｏが負の方向に大きくなる。

【００５７】以上詳述した本第１実施例によれば、電圧
切換時のピーク電流値Ｉｏの変化を監視することによ
り、容易に且つ精度良く酸素センサ５の劣化判定を行う
ことができる。また、近年の空燃比制御システムでは、
エミッションをできる限り低減させることが望まれるこ
とから、上述の如く内部抵抗Ｚｄｃを一定値に保持する
ヒータの通電制御（図７のフィードバック制御）の採用
が提唱されているが、本実施例では特に上記ヒータ制御
を用いたシステムに好適に用いることができる。

【００５８】さらに、印加電圧を「Ｖｐ」→「Ｖｎ」→
「Ｖｐ」と切り換える際には、各電圧切り換え時に収束
を待つための待機時間（通常は数１０ｍｓ〜数１００ｍ
ｓ）を要するが、本実施例の劣化判定時においては劣化
判定要素としてのピーク電流値Ｉｏを検出する際に僅か
な時間（０〜数１０ｍｓ）しか必要としない。そのた
め、劣化判定の所要時間の短縮化を図ることができる。

【００５９】（第２実施例）次に、請求項３及び４に記
載の発明を具体化した第２実施例について、第１実施例
との相違点を中心に説明する。なお、上記第１実施例で
は、酸素センサ５の内部抵抗Ｚｄｃを目標値に一致させ
るべくヒータ通電をフィードバック制御していたが、本
第２実施例では、そのヒータ通電をオープン制御に変更
している。図１３のフローチャートは第２実施例におけ
るメインルーチンを示し、これは第１実施例の図４のフ
ローチャートに相当する。また、図１４のフローチャー
トは第２実施例におけるセンサ劣化判定ルーチンを示
し、これは第１実施例の図８のフローチャートに相当す
る。

【００６０】図１３のメインルーチンでは、前記図４と
比べて内部抵抗検出に関する処理（図４のステップ１２
０，１３０）と、ヒータ制御に関する処理（図４のステ
ップ１４０，１５０）とが省略されており、ヒータ制御
に関しては、図示しない制御回路にて制御デューティ一
定のオープン制御が行われている。

【００６１】さて、図１３のメインルーチンが開始され
ると、ＣＰＵ２ａは先ずステップ２１０で空燃比検出ル
ーチン（Ａ／Ｆ検出ルーチン）を実行する。この空燃比
検出ルーチンは、図４のステップ１１０（図５）と全く
同じでよいため、ここでは説明を割愛する。

【００６２】その後、ＣＰＵ２ａは、ステップ２２０で
酸素センサ５の劣化を検出するか否かを判別し、劣化判
別するとなれば、ステップ２３０に進む。以下、図１４
を用いてセンサ劣化判定ルーチンを説明する。

【００６３】図１４において、ステップ２３１〜２３３
は図８のステップ１７１〜１７３と同じ処理であり、Ｃ
ＰＵ２ａは、ステップ２３１で負の電圧Ｖｎを印加し、
ステップ１３２で所定時間ｔ３（０〜数１０ｍｓ）だけ
待機し、ステップ２３３でピーク電流値Ｉｏの検出及び
当該検出値のＲＡＭ２ｃへの記憶を行う。そして、ピー
ク電流値Ｉｏの検出後、ＣＰＵ２ａは、ステップ２３４
で時間ｔ５（数１０ｍｓ〜数１００ｍｓ）だけ待機した
後に、ステップ２３５で収束電流値Ｉｎを検出しＲＡＭ
２ｃに記憶させる。ここで、時間ｔ５は電圧切り換え後
に電流が完全に収束するのに必要な時間である。その
後、ＣＰＵ２ａは、ステップ２３６で検出素子部６に元
の電圧Ｖｐを印加する。

【００６４】その後、ＣＰＵ２ａは、ステップ２３７で
図１６に示すＩｏ−Ｉｎマップを用い、ＲＡＭ２ｃ内の
最新の電流値Ｉｏ，Ｉｎ（ステップ２３３，２３５の検
出値）に基づき酸素センサ５の劣化判定を行う。つま
り、図１６のマップはＲＯＭ２ｂ内に予め設定されてい
るものであり、劣化判定線Ｌ３を境にして劣化領域（図
の領域Ａ）と正常領域（図の領域Ｂ）とに区分されてい
る。劣化判定線Ｌ３は、収束電流値Ｉｎが負側に大きく
なるほど上昇線を描くように設定されている。この場
合、その時の収束電流値Ｉｎとピーク電流値Ｉｏとを結
ぶ点が領域Ｂにあれば、ＣＰＵ２ａはセンサ正常である
とみなしてステップ２３７を否定判別する。

【００６５】また、その時の収束電流値Ｉｎとピーク電
流値Ｉｏとを結ぶ点が領域Ａにあれば、ＣＰＵ２ａは劣
化しているとみなしてステップ２３７を肯定判別する。
そして、ＣＰＵ２ａは、ステップ２３８に進んで劣化判
定信号をエンジン制御用ＥＣＵ２１に出力する。ステッ
プ２３７，２３８の処理後、ＣＰＵ２ａは、ステップ２
３９で次の空燃比検出が精度良く実施できるように時間
ｔ６（数１０ｍｓ〜数１００ｍｓ）だけ待機し、その
後、本ルーチンを終了する。

【００６６】上記図１４の処理を図１５のタイムチャー
トを用いてより具体的に説明する。つまり図１５では、
Ｔ２１のタイミングで印加電圧が正の電圧Ｖｐから負の
電圧Ｖｎに切り換えられ、時間ｔ３（０〜数１０ｍｓ）
が経過したＴ２２のタイミングでピーク電流値Ｉｏが検
出される。

【００６７】さらに時間ｔ５（数１０ｍｓ〜数１００ｍ
ｓ）が経過したＴ２３のタイミングでは、印加電圧が元
の電圧Ｖｐに戻される。またこのとき、ピーク電流値Ｉ
ｏと収束電流値Ｉｎとに基づき劣化判定が行われる。そ
の後、時間ｔ６が経過したＴ２４のタイミングで図１４
のルーチンが終了する。

【００６８】ここで、前記図１６のマップにおいては、
劣化判定線Ｌ３を以下の如く設定している。つまり、予
め酸素センサ５の初期特性（図に破線で示す）を計測し
ておき、それからピーク電流値Ｉｏを数％だけ負側に増
加させたラインを劣化判定線Ｌ３としている。増加させ
る割合は、判定したい度合で変更され、比較的初期の劣
化を判定したい場合には、初期特性に近づければよい。
また、電流値ＩｏとＩｎとの関係は、限界電流値Ｉｐ等
にも多少相関があるため、より厳密に劣化判定を行う場
合には、上記図１６の２次元マップに限界電流値Ｉｐ等
の要素を加え、３次元以上のマップとしてもよい。

【００６９】以上詳述した本第２実施例によれば、ピー
ク電流値Ｉｏの変化量が、収束電流値Ｉｎに対応する劣
化判定域を越えた時に当該センサが劣化している旨を判
定するようにした。つまり、ヒータ通電をオープン制御
する場合、酸素センサ５が劣化すると、当該センサ５の
内部抵抗Ｚｄｃは増大する傾向にあるため、電圧切換後
の収束電流（の絶対値）は小さくなる。この場合、ピー
ク電流の変化は劣化前と同等若しくはそれ以上となる。
従って、ピーク電流の変化量と収束電流（の絶対値）と
の比は、劣化が進むほど大きくなる。その結果、酸素セ
ンサ５の劣化の旨を容易に判定することができる。

【００７０】なお、本第２実施例では、ヒータ制御をオ
ープン制御としたが、上記第１実施例と同様にフィード
バック制御としてもよい。この場合、内部抵抗Ｚｄｃが
変化しないために収束電流値Ｉｎは変化しないが、抵抗
Ｒｂ（図１２参照）の変化によりピーク電流値Ｉｏが劣
化状況に応じて変動する。従って、前述の図１６の関係
を用いて酸素センサ５の劣化判定が可能となる。

【００７１】（第３実施例）以下、請求項５及び６に記
載の発明を具体化した第３実施例について、上記第１，
第２実施例との相違点を中心に説明する。なお、本第３
実施例では、電圧切り換え時おけるピーク電流値Ｉｏと
内部抵抗Ｚｄｃとの関係に応じて酸素センサ５の劣化判
定を行うものである。

【００７２】つまり、酸素センサ５の内部抵抗Ｚｄｃと
収束電流値Ｉｎとは「Ｚｄｃ＝Ｖｎ／Ｉｎ」という関係
を有する。そこで、図１４の収束電流値Ｉｎを用いた劣
化判定に代えて、内部抵抗Ｚｄｃを用いた劣化判定を行
う。図１７のフローチャートは第３実施例におけるメイ
ンルーチンを示し、これは第１実施例の図４のフローチ
ャートに相当する。また、図１８のフローチャートは第
３実施例におけるセンサ劣化判定ルーチンを示し、これ
は第１実施例の図８のフローチャートに相当する。

【００７３】図１７のメインルーチンでは、前記図４と
比較してヒータ制御に関する処理（図４のステップ１４
０，１５０）が省略されており、ヒータ制御に関しては
図示しない制御回路により制御デューティ一定のオープ
ン制御が行われている。但し、ヒータ制御を第１実施例
と同様にＰＩ制御にて実施してもよいし、酸素センサ５
の素子温を目標温度に保持すべく素子温フィードバック
制御を実施してもよい。

【００７４】さて、図１７のメインルーチンが開始され
ると、ＣＰＵ２ａは先ずステップ３１０で空燃比検出ル
ーチンを実行する。また、ＣＰＵ２ａは、ステップ３２
０で内部抵抗Ｚｄｃを検出するか否かを判別し、検出す
るのであれば、ステップ３３０で内部抵抗検出ルーチン
を実行する。なお、ステップ３１０〜３３０の処理は、
図４のステップ１１０（図５），１２０，１３０（図
６）と全く同じでよいため、ここでは説明を割愛する。

【００７５】その後、ＣＰＵ２ａは、ステップ３４０で
酸素センサ５の劣化を検出するか否かを判別し、劣化判
別するとなれば、ステップ３５０に進む。以下、図１８
を用いてセンサ劣化判定ルーチンを説明する。

【００７６】なお、図１８において、ステップ３５１〜
３５５は図８のステップ１７１〜１７５と同じ処理であ
る。即ち、ＣＰＵ２ａは、ステップ３５１で負の電圧Ｖ
ｎを印加し、ステップ３５２で所定時間ｔ３（０〜数１
０ｍｓ）だけ待機する。また、ステップ３５３ではピー
ク電流値Ｉｏを検出すると共に当該検出値をＲＡＭ２ｃ
に記憶する。ステップ３５４では電圧を負の電圧Ｖｎか
ら正の電圧Ｖｐへ切り換え、ステップ３５５では所定時
間ｔ５（数１０〜数１００ｍｓ）だけ待機する。その
後、ＣＰＵ２ａは、ステップ３５６で図２０に示すＩｏ
−Ｚｄｃマップを用い、ＲＡＭ２ｃ内の最新の電流値Ｉ
ｏ，内部抵抗Ｚｄｃ（ステップ３５３で検出したＩｏ、
図１７のステップ３３０で検出したＺｄｃ）に基づき酸
素センサ５の劣化判定を行う。つまり、図２０のマップ
はＲＯＭ２ｂ内に予め設定されているものであり、劣化
判定線Ｌ４を境にして劣化領域（図の領域Ｃ）と正常領
域（図の領域Ｄ）とに区分されている。劣化判定線Ｌ４
は、内部抵抗Ｚｄｃが小さくなるほど上昇線を描くよう
に設定されている。この場合、その時の内部抵抗Ｚｄｃ
とピーク電流値Ｉｏとを結ぶ点が領域Ｄにあれば、ＣＰ
Ｕ２ａはセンサ正常であるとみなしてステップ３５６を
否定判別する。

【００７７】また、その時の内部抵抗Ｚｄｃとピーク電
流値Ｉｏとを結ぶ点が領域Ｃにあれば、ＣＰＵ２ａは酸
素センサ５が劣化しているとみなしてステップ３５６を
肯定判別する。そして、ＣＰＵ２ａは、ステップ３５７
に進んで劣化判定信号をエンジン制御用ＥＣＵ２１に出
力する。ステップ３５６，３５７の処理後、ＣＰＵ２ａ
は、本ルーチンを終了する。

【００７８】上記図１８の処理を図１９のタイムチャー
トを用いてより具体的に説明する。つまり図１９では、
Ｔ３１のタイミングで電圧が正の電圧Ｖｐから負の電圧
Ｖｎに切り換えられ、時間ｔ３（０〜数１０ｍｓ）が経
過したＴ３２のタイミングでピーク電流値Ｉｏが検出さ
れると共に印加電圧が正の電圧Ｖｐに戻される。その
後、時間ｔ４が経過したＴ３３のタイミングでピーク電
流値Ｉｏと内部抵抗Ｚｄｃとに基づき劣化判定が行われ
る。

【００７９】ここで、前記図２０のマップにおいては、
劣化判定線Ｌ４を以下の如く設定している。つまり、上
記図１６と同様に、予め酸素センサ５の初期特性（図に
破線で示す）を計測しておき、それからピーク電流値Ｉ
ｏを数％だけ負側に増加させたラインを劣化判定線Ｌ４
としている。増加させる割合は、判定したい度合で変更
され、比較的初期の劣化を判定したい場合には、初期特
性に近づければよい。

【００８０】以上、本第３実施例によれば、ピーク電流
値Ｉｏの変化量が、内部抵抗Ｚｄｃに対応する劣化判定
域を越えた時に当該センサが劣化している旨を判定する
ようにした。この場合、上記第１，第２実施例と同様
に、精度良く酸素センサ５の劣化判定を行うことができ
る。

【００８１】なお、本発明は上記実施例の他に、次の様
態にて具体化することができる。 （１）上記実施例では、内部抵抗Ｚｄｃを検出するため
に酸素センサ５への印加電圧を一旦、ＶｐからＶｎに切
り換え、電圧Ｖｎにより電流値Ｉｎを検出したが、特公
平４−２４６５７号公報のように交流インピーダンスに
よって求めてもよい。この場合、酸素センサ５に交流電
圧を印加し、その電圧振幅とそれによる電流振幅とから
内部抵抗Ｚｄｃを測定する。また、特公平７−１８８３
７号公報のように測定してもよい。

【００８２】（２）上記実施例では、酸素センサ５の印
加電圧を正の電圧Ｖｐから負の電圧Ｖｎに切り換えた際
に生じるピーク電流の変化に基づき同センサ５の劣化判
定を行ったが、負の電圧Ｖｎから正の電圧Ｖｐに切り換
えた際に生じるピーク電流の変化（例えば、図１０のＴ
２のタイミングで生じるピーク電流の変化）に基づき同
センサ５の劣化判定を行うようにしてもよい。この場合
にも、上記実施例と同等の効果が得られる。

【００８３】（３）上記実施例では、空燃比検出時にお
いて電圧Ｖｐを検出したい空燃比範囲に応じて固定値と
したが、これを可変に設定してもよい。つまり、図２１
に示す印加電圧設定線Ｌ５を用い、その設定線Ｌ５上で
その時の限界電流値Ｉｐ（空燃比）に応じた電圧Ｖｐを
設定する（Ｖｐ＝Ｚ・Ｉｐ＋Ｖｅ）。但し、設定線Ｌ５
の傾きＺは素子の内部抵抗にほぼ一致し、Ｖ軸との切片
Ｖｅは理想空燃比（Ｉｐ＝０ｍＡ）での限界電流域のほ
ぼ中間点に相当する。

【００８４】（４）酸素センサ５の検出素子部６の温度
（素子温度）を検出し、その素子温度と内部抵抗Ｚｄｃ
との対応関係により内部抵抗Ｚｄｃを測定するようにし
てもよい。

【００８５】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、酸素セ
ンサの印加電圧を切り換えた直後において電流が所定値
に収束するまでの電流変化（ピーク電流値の変化）を検
出し、その検出結果から劣化判定を行うことにより、新
規な方法で且つ精度良く酸素センサの劣化判定を行うこ
とができるという優れた効果を発揮する。

【００８６】請求項２に記載の発明によれば、酸素セン
サの内部抵抗を目標値に一致させるべくヒータの通電を
フィードバック制御する装置について、内部抵抗が一定
値に維持される状態であっても当該センサの劣化判定を
精度良く行うことができる。

【００８７】請求項３，４に記載の発明によれば、電圧
切り換え直後のピーク電流値と、収束後の収束電流値と
の関係を用いることにより、酸素センサの劣化判定を精
度良く行うことができる。

【００８８】請求項５，６に記載の発明によれば、電圧
切り換え直後のピーク電流値と、センサの内部抵抗との
関係を用いることにより、酸素センサの劣化判定を精度
良く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における空燃比検出装置の電気的構成を
示す概略図。

【図２】酸素センサの構成を示す断面図。

【図３】酸素センサの電圧−電流特性を示す図。

【図４】メインルーチンを示すフローチャート。

【図５】空燃比検出ルーチンを示すフローチャート。

【図６】内部抵抗検出ルーチンを示すフローチャート。

【図７】ヒータ制御ルーチンを示すフローチャート。

【図８】センサ劣化判定ルーチンを示すフローチャー
ト。

【図９】限界電流値−空燃比マップ。

【図１０】図６の内部抵抗検出ルーチンの作用をより具
体的に説明するためのタイムチャート。

【図１１】図８のセンサ劣化判定ルーチンの作用をより
具体的に説明するためのタイムチャート。

【図１２】酸素センサの等価回路と、印加電圧及びセン
サ電流の波形とを示す図。

【図１３】第２実施例におけるメインルーチンを示すフ
ローチャート。

【図１４】第２実施例におけるセンサ劣化判定ルーチン
を示すフローチャート。

【図１５】図１４のセンサ劣化判定ルーチンの作用をよ
り具体的に説明するためのタイムチャート。

【図１６】ピーク電流値と収束電流値との関係に基づく
劣化領域を示す図。

【図１７】第３実施例におけるメインルーチンを示すフ
ローチャート。

【図１８】第３実施例におけるセンサ劣化判定ルーチン
を示すフローチャート。

【図１９】図１８のセンサ劣化判定ルーチンの作用をよ
り具体的に説明するためのタイムチャート。

【図２０】ピーク電流値と内部抵抗との関係に基づく劣
化領域を示す図。

【図２１】酸素センサの電圧−電流特性に印加電圧設定
線を付記した図。

【符号の説明】

２ａ…電圧切換手段，電流変化検出手段，劣化判定手
段，内部抵抗検出手段，ヒータ制御手段，収束電流検出
手段としてのＣＰＵ、５…酸素センサ、７…ヒータ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電圧印加に伴い酸素濃度に対応したほぼ一
   定の限界電流を出力する酸素センサに適用される劣化判
   定装置であって、 前記酸素センサの印加電圧を所定電圧に切り換える電圧
   切換手段と、 前記電圧切換手段による電圧切り換え直後から前記酸素
   センサによる電流が収束するまでの間において前記電圧
   切り換えに伴う電流変化を検出する電流変化検出手段
   と、 前記電流変化検出手段により検出された電流変化に基づ
   いて前記酸素センサが劣化している旨を判定する劣化判
   定手段とを備えることを特徴とする酸素センサの劣化判
   定装置。
2. 【請求項２】前記酸素センサの内部抵抗を検出する内部
   抵抗検出手段と、 前記酸素センサに付設されたヒータと、 前記内部抵抗検出手段による検出されたセンサ内部抵抗
   と所定の目標値との偏差をなくすべく前記ヒータへの通
   電をフィードバック制御するヒータ制御手段とを備え、 前記劣化判定手段は、前記電流変化検出手段により検出
   された電圧切り換え直後の電流変化が、前記電圧切換手
   段による電圧変化に対応する劣化判定域を越えた時に当
   該センサが劣化している旨を判定する請求項１に記載の
   酸素センサの劣化判定装置。
3. 【請求項３】前記電圧切換手段による電圧切り換え後に
   おいてセンサ電流が収束した時の当該電流値を検出する
   収束電流検出手段を備え、 前記劣化判定手段は、前記電流変化検出手段により検出
   された電圧切り換え直後の電流変化が、前記収束電流検
   出手段により検出された収束電流に対応する劣化判定域
   を越えた時に当該センサが劣化している旨を判定する請
   求項１に記載の酸素センサの劣化判定装置。
4. 【請求項４】前記劣化判定手段は、前記収束電流の絶対
   値が大きい場合ほど、前記電流変化が大きくなる方向に
   前記劣化判定域を設定する請求項３に記載の酸素センサ
   の劣化判定装置。
5. 【請求項５】前記酸素センサの内部抵抗を検出する内部
   抵抗検出手段を備え、 前記劣化判定手段は、前記電流変化検出手段により検出
   された電圧切り換え直後の電流変化が、前記内部抵抗検
   出手段により検出されたセンサ内部抵抗に対応する劣化
   判定域を越えた時に当該センサが劣化している旨を判定
   する請求項１に記載の酸素センサの劣化判定装置。
6. 【請求項６】前記劣化判定手段は、前記センサ内部抵抗
   が大きい場合ほど、前記電流変化が小さくなる方向に前
   記劣化判定域を設定する請求項５に記載の酸素センサの
   劣化判定装置。