WO2014196131A1 - ガスセンサ制御装置 - Google Patents

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WO2014196131A1
WO2014196131A1 PCT/JP2014/002596 JP2014002596W WO2014196131A1 WO 2014196131 A1 WO2014196131 A1 WO 2014196131A1 JP 2014002596 W JP2014002596 W JP 2014002596W WO 2014196131 A1 WO2014196131 A1 WO 2014196131A1
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constant current
sensor
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output
gas sensor
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幹泰 松岡
真吾 中田
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株式会社デンソー
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    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/007—Arrangements to check the analyser

Definitions

  • the present disclosure relates to a gas sensor control device including a gas sensor that detects a concentration of a predetermined component contained in a gas to be detected.
  • an exhaust gas purification catalyst is installed in an exhaust pipe, and an exhaust gas air-fuel ratio or rich / reactive ratio is provided upstream of the catalyst or both upstream and downstream of the catalyst.
  • An exhaust gas sensor that detects lean is installed, and the air-fuel ratio is feedback controlled based on the output of the exhaust gas sensor to increase the exhaust gas purification rate of the catalyst.
  • the exhaust gas sensor corresponds to an air-fuel ratio sensor or an oxygen sensor.
  • a gas sensor has a sensor element in which a solid electrolyte layer is disposed between sensor electrodes.
  • the gas sensor corresponds to an oxygen sensor
  • the sensor electrode has a reference electrode and an oxygen electrode. The output characteristic of the gas sensor is changed by flowing a current from the reference electrode toward the oxygen electrode by the current supply unit.
  • This disclosure is intended to provide a gas sensor control device that can detect an abnormality of a constant current supply unit that changes the output characteristics of a gas sensor and can reduce the time required for abnormality diagnosis.
  • the gas sensor control device includes a gas sensor that detects a concentration of a predetermined component contained in a gas to be detected by a sensor element in which a solid electrolyte body is disposed between a pair of sensor electrodes, and the sensor electrode.
  • a constant current supply unit that changes the output characteristics of the gas sensor by supplying a constant current and a constant current supply unit that is controlled to stop or maintain the constant current at a predetermined value based on the output of the gas sensor.
  • an abnormality diagnosis unit that performs abnormality diagnosis for determining whether or not there is an abnormality in the current supply unit.
  • the output of the gas sensor is normal when the constant current supply unit is controlled so that the constant current is stopped (set to 0) or maintained at a predetermined value. Is different. Therefore, as in the present disclosure, when the constant current supply unit is controlled to stop or maintain the constant current at a predetermined value, it is determined whether there is an abnormality in the constant current supply unit based on the output of the gas sensor. By performing the abnormality diagnosis, it is possible to accurately determine whether there is an abnormality in the constant current supply unit. For this reason, when abnormality of a constant current supply part generate
  • the present disclosure does not require switching of the constant current flowing between the sensor electrodes at the time of abnormality diagnosis, so that it is necessary for abnormality diagnosis compared to the case of performing abnormality diagnosis based on the output of the gas sensor before and after the current value is switched. Time can be shortened. For this reason, it is possible to increase the frequency at which the abnormality diagnosis can be completed within the establishment period of the abnormality diagnosis execution condition, and it is possible to prevent other controls from being adversely affected.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an engine control system according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the sensor element.
  • FIG. 3 is an electromotive force characteristic diagram showing the relationship between the air-fuel ratio of the exhaust gas and the electromotive force of the sensor element.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the state of gas components around the sensor element,
  • FIG. 5 is a time chart for explaining the behavior of the sensor output.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the state of gas components around the sensor element through which a constant current flows.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an engine control system according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the sensor element.
  • FIG. 3 is an electromotive force characteristic diagram showing the relationship between the air-fuel ratio of the exhaust gas and the electromotive force of the sensor element.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the state of
  • FIG. 7 is an output characteristic diagram of the oxygen sensor when increasing the lean sensitivity or the rich sensitivity.
  • FIG. 8 is a time chart showing abnormality diagnosis before oxygen sensor activation
  • FIG. 9 is a time chart showing abnormality diagnosis during fuel cut.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a constant current control routine.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an abnormality diagnosis permission determination routine.
  • FIG. 12 is a flowchart showing an abnormality diagnosis routine.
  • An intake pipe 12 of an engine 11 that is an internal combustion engine is provided with a throttle valve 13 whose opening is adjusted by a motor or the like, and a throttle opening sensor 14 that detects the opening (throttle opening) of the throttle valve 13. ing. Further, a fuel injection valve 15 that performs in-cylinder injection or intake port injection is attached to each cylinder of the engine 11, and a spark plug 16 is attached to the cylinder head of the engine 11 for each cylinder. The air-fuel mixture in the cylinder is ignited by the spark discharge of each spark plug 16.
  • the exhaust pipe 17 of the engine 11 is provided with a first catalyst 18 and a second catalyst 19 such as a three-way catalyst for purifying CO, HC, NO x and the like in the exhaust gas. Further, on the upstream side of the first catalyst 18, an air-fuel ratio sensor 20 (linear A / F sensor) that outputs a linear air-fuel ratio signal corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust gas is provided as a first gas sensor. In this case, the air-fuel ratio of the exhaust gas is also called the excess air ratio ⁇ .
  • the output voltage depends on whether the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich or lean with respect to the stoichiometric air-fuel ratio.
  • An inverting oxygen sensor 21 (O 2 sensor) is provided as the second gas sensor.
  • the stoichiometric air-fuel ratio is also called stoichiometry.
  • the engine control system includes a crank angle sensor 22 that outputs a pulse signal each time a crankshaft (not shown) of the engine 11 rotates a predetermined crank angle, and an air amount sensor that detects an intake air amount of the engine 11. 23 and various sensors such as a coolant temperature sensor 24 for detecting the coolant temperature of the engine 11 are provided. Based on the output signal of the crank angle sensor 22, the crank angle and the engine speed are detected.
  • the outputs of these various sensors are input to an electronic control unit (ECU) 25.
  • the ECU 25 is mainly composed of a micro 26, and executes various engine control programs stored in a storage medium such as a built-in ROM, so that the fuel injection amount and the ignition timing are changed according to the engine operating state.
  • the throttle opening (intake air amount) and the like are controlled.
  • the ECU 25 sets the air-fuel ratio of the exhaust gas upstream of the first catalyst 18 to the target air-fuel ratio based on the output of the air-fuel ratio sensor 20 when a predetermined air-fuel ratio F / B control execution condition is satisfied.
  • the main F / B control for F / B correction of the air-fuel ratio (fuel injection amount) is performed.
  • the target air-fuel ratio upstream of the first catalyst 18 is set so that the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the first catalyst 18 becomes a control target value (for example, the theoretical air-fuel ratio).
  • Sub F / B control for correcting or correcting the F / B correction amount or fuel injection amount of the main F / B control is performed.
  • “F / B” corresponds to “feedback”.
  • the oxygen sensor 21 has a cup-shaped sensor element 31.
  • the sensor element 31 is configured to be housed in a housing or an element cover (not shown), and the exhaust of the engine 11 is exhausted. Arranged in the tube 17.
  • a solid electrolyte layer 32 corresponding to a solid electrolyte body is formed in a U-shaped cross section, an exhaust side electrode layer 33 is provided on the outer surface, and an air side electrode layer 34 is provided on the inner surface. Is provided.
  • the solid electrolyte layer 32 is made of an oxygen ion conductive oxide that is formed by dissolving CaO, MgO, Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 or the like as a stabilizer in ZrO 2 , HfO 2 , ThO 2 , Bi 2 O 3 or the like. Consists of union.
  • both the exhaust side electrode layer 33 and the atmosphere side electrode layer 34 are made of a noble metal having high catalytic activity such as platinum, and the surface is subjected to porous chemical plating or the like.
  • the exhaust side electrode layer 33 and the atmosphere side electrode layer 34 form a pair of opposing sensor electrodes.
  • An internal space surrounded by the solid electrolyte layer 32 is an atmospheric chamber 35, and a heater 36 is accommodated in the atmospheric chamber 35.
  • the heater 36 has a heat generation capacity sufficient to activate the sensor element 31, and the entire sensor element 31 is heated by the heat generation energy.
  • the activation temperature of the oxygen sensor 21 is, for example, about 350 to 400 ° C.
  • the atmosphere chamber 35 is maintained at a predetermined oxygen concentration by introducing the atmosphere.
  • the outer side of the solid electrolyte layer 32 near the exhaust side electrode layer 33 is an exhaust atmosphere
  • the inner side of the solid electrolyte layer 32 near the atmosphere side electrode layer 34 is an air atmosphere.
  • An electromotive force is generated between the electrode layers 33 and 34 in accordance with (difference in oxygen partial pressure). That is, the sensor element 31 generates different electromotive force depending on whether the air-fuel ratio is rich or lean.
  • the oxygen sensor 21 outputs an electromotive force signal corresponding to the oxygen concentration (that is, the air-fuel ratio) of the exhaust gas.
  • the exhaust-side electrode layer 33 of the sensor element 31 is grounded, and the microcomputer 26 is connected to the atmosphere-side electrode layer 34.
  • a sensor detection signal corresponding to the electromotive force is output to the microcomputer 26.
  • the sensor detection signal (voltage) input to the microcomputer 26 with respect to the electromotive force of the sensor element 31 is offset in the positive direction so that the microcomputer 26 can be used even when a constant current is supplied (when the output characteristics of the oxygen sensor 21 are changed).
  • the sensor detection signal input to may be changed within a positive value region.
  • the microcomputer 26 is provided in the ECU 25, for example, and calculates the air-fuel ratio based on the sensor detection signal.
  • the microcomputer 26 may calculate the engine rotation speed and the intake air amount based on the detection results of the various sensors described above.
  • the actual air-fuel ratio of the exhaust gas changes sequentially, and may change repeatedly, for example, between rich and lean.
  • the actual air-fuel ratio changes, if the detection response of the oxygen sensor 21 is low, the engine performance may be affected. For example, when the engine 11 is operating at a high load, the amount of NO x in the exhaust gas increases more than intended.
  • the detection responsiveness of the oxygen sensor 21 when the actual air-fuel ratio changes between rich and lean will be described.
  • the actual air-fuel ratio the actual air-fuel ratio downstream of the first catalyst 18
  • the component composition of the exhaust gas changes.
  • the output change of the oxygen sensor 21 with respect to the air-fuel ratio after the change that is, the response of the sensor output
  • the actual air-fuel ratio changes from rich to lean as shown in FIG. 4A, immediately after the lean change, HC or the like, which is a rich component, remains in the vicinity of the exhaust-side electrode layer 33.
  • the component prevents the reaction of the lean component (NO X or the like) at the sensor electrode. As a result, the responsiveness of the lean output as the oxygen sensor 21 is lowered. Further, when the actual air-fuel ratio changes from lean to rich, as shown in FIG. 4B, immediately after the rich change, NO x or the like, which is a lean component, remains in the vicinity of the exhaust-side electrode layer 33, and due to this lean component The reaction of rich components (HC, etc.) at the sensor electrode is hindered. As a result, the responsiveness of the rich output as the oxygen sensor 21 decreases.
  • the output change of the oxygen sensor 21 will be described with reference to the time chart of FIG.
  • the sensor output corresponding to the output of the oxygen sensor 21 in accordance with the change in the actual air-fuel ratio becomes a rich gas detection value (for example, 0.9 V) and a lean gas detection value (for example, , 0V).
  • the sensor output changes with a delay with respect to the change in the actual air-fuel ratio.
  • the sensor output changes with a delay of TD1 with respect to the change in the actual air-fuel ratio
  • the actual air-fuel ratio changes from lean to rich
  • the sensor output changes with a delay of TD2 with respect to the change.
  • a constant current circuit 27 as a constant current supply unit is connected to the atmosphere side electrode layer 34.
  • the ECU 25 controls the supply of the constant current Ics by the constant current circuit 27 and causes the current to flow between the pair of sensor electrodes 33 and 34 in a predetermined direction, thereby changing the output characteristics of the oxygen sensor 21. Change the detection response.
  • the microcomputer 26 sets the direction and amount of the constant current Ics flowing between the pair of sensor electrodes 33 and 34, and controls the constant current circuit 27 so that the set constant current Ics flows.
  • the constant current circuit 27 supplies the constant current Ics to the atmosphere-side electrode layer 34 in either the forward or reverse direction, and the constant current amount can be variably adjusted. That is, the microcomputer 26 variably controls the constant current Ics by PWM control or the like. In this case, in the constant current circuit 27, the constant current Ics is adjusted according to the duty signal output from the microcomputer 26, and the constant current Ics whose current amount is adjusted flows between the sensor electrodes 33 and 34.
  • the constant current Ics flowing in the direction from the exhaust side electrode layer 33 to the atmosphere side electrode layer 34 is a negative constant current ( ⁇ Ics), and the direction from the atmosphere side electrode layer 34 to the exhaust side electrode layer 33 is
  • the constant current Ics flowing through the positive current is defined as a positive constant current (+ Ics).
  • the exhaust-side electrode layer 33 passes through the solid electrolyte layer 32 as shown in FIG.
  • a constant current Ics positive constant current Ics
  • the reduction reaction is promoted with respect to the lean component (NO x ) existing (residual) around the exhaust side electrode layer 33, and accordingly, the lean component is reduced. It can be removed quickly.
  • the rich component (HC) easily reacts in the exhaust-side electrode layer 33, and as a result, the response of the rich output of the oxygen sensor 21 is improved.
  • FIG. 7 shows a case where the lean sensitivity corresponding to the detection response when the actual air-fuel ratio changes from rich to lean is increased, and the rich sensitivity corresponding to the detection response when the actual air-fuel ratio changes from lean to rich. It is a figure which shows the electromotive force characteristic corresponded to the output characteristic of the oxygen sensor 21 in the case of raising.
  • the exhaust gas is exhausted from the atmosphere-side electrode layer 34 through the solid electrolyte layer 32 as described above.
  • a negative constant current Ics is supplied so that oxygen is supplied to the side electrode layer 33
  • the output characteristic line shifts to the rich side as shown by a one-dot chain line ⁇ in FIG. And shift to the electromotive force decreasing side).
  • the sensor output becomes a lean output even if the actual air-fuel ratio is in the rich region near the stoichiometric range.
  • the lean sensitivity corresponding to the detection responsiveness when the actual air-fuel ratio changes from rich to lean is enhanced.
  • the exhaust-side electrode layer 33 passes through the solid electrolyte layer 32 as described above.
  • a positive constant current Ics is supplied so that oxygen is supplied from the gas to the atmosphere-side electrode layer 34
  • the output characteristic line shifts to the lean side as shown by a one-dot chain line ⁇ in FIG. 7 (more specifically, Shift to lean side and electromotive force increase side).
  • the sensor output becomes a rich output even if the actual air-fuel ratio is in the lean region near the stoichiometric range.
  • rich sensitivity corresponding to detection responsiveness when the actual air-fuel ratio changes from lean to rich is enhanced.
  • the constant current control routine shown in FIG. 10 is executed by the ECU 25 (microcomputer 26) to control the constant current Ics flowing between the sensor electrodes 33 and 34 of the oxygen sensor 21 as follows.
  • the ECU 25 controls the constant current Ics that flows between the sensor electrodes 33 and 34 of the oxygen sensor 21 in accordance with the engine operating state and the like.
  • the ECU 25 controls the constant current circuit 27 so that the constant current Ics flows in a direction in which the rich sensitivity of the oxygen sensor 21 is increased.
  • the microcomputer 26 controls the constant current circuit 27 so that the constant current Ics flows in a direction in which the lean sensitivity of the oxygen sensor 21 is increased.
  • the oxygen sensor The constant current circuit 27 is controlled so that the constant current Ics flows in a direction in which the rich sensitivity of 21 is lowered (a direction in which the lean sensitivity is increased).
  • the ECU 25 (microcomputer 26) executes the routines for abnormality diagnosis in FIGS. 11 and 12 to stop the constant current Ics flowing between the sensor electrodes 33 and 34 of the oxygen sensor 21 (
  • the ECU 25 detects the output of the oxygen sensor 21, and performs an abnormality diagnosis for determining whether or not the constant current circuit 27 is abnormal depending on whether or not the output of the oxygen sensor 21 exceeds a predetermined normal range. In this way, when the constant current circuit 27 is controlled so that the ECU 25 (the microcomputer 26) stops the constant current Ics before the oxygen sensor 21 is activated, an abnormality diagnosis of the constant current circuit 27 is executed. be able to.
  • the ECU 25 microcomputer 26
  • the ECU 25 detects the output of the oxygen sensor 21 during the fuel cut (for example, within the period from the time t3 when the fuel cut is started to the time t4 when the fuel cut is finished). Then, abnormality diagnosis is performed to determine whether or not the constant current circuit 27 is abnormal depending on whether or not the output of the oxygen sensor 21 exceeds a predetermined normal range. In this way, when the constant current circuit 27 is controlled so that the ECU 25 (the microcomputer 26) stops the constant current Ics during fuel cut, the abnormality diagnosis of the constant current circuit 27 can be executed. .
  • the constant current circuit 27 During the fuel cut, if the constant current circuit 27 is normal, the output of the oxygen sensor 21 becomes stable on the lean side (for example, around 0 V), so the ECU 25 (microcomputer 26) is based on the output of the oxygen sensor 21. An abnormality diagnosis of the constant current circuit 27 can be performed with high accuracy.
  • the ECU 25 detects the output of the oxygen sensor 21, and an abnormality that determines whether or not the constant current circuit 27 is abnormal depending on whether or not the output of the oxygen sensor 21 exceeds a predetermined normal range. Make a diagnosis.
  • the abnormality diagnosis of the constant current circuit 27 can be performed when the constant current circuit 27 is controlled so that the ECU 25 (the microcomputer 26) stops the constant current Ics. .
  • the ECU 25 the microcomputer 26
  • the ECU 25 microcomputer 26
  • An abnormality diagnosis of the constant current circuit 27 can be performed with high accuracy.
  • the constant current control routine shown in FIG. 10 is repeatedly executed at a predetermined period during the power-on period of the ECU 25, and serves as a constant current control unit.
  • this routine is started, first, at 101, whether or not the ECU 25 is before activation of the oxygen sensor 21 (before the sensor element 31 of the oxygen sensor 21 is activated), for example, the element of the sensor element 31 is determined. The determination is made based on whether the impedance is equal to or greater than a predetermined value, whether the energization time of the heater 36 is equal to or less than a predetermined time, and the like.
  • the process proceeds to 104.
  • the process proceeds to 102.
  • the ECU 25 determines whether or not the fuel is being cut.
  • the process proceeds to 104.
  • the ECU 25 controls the constant current circuit 27 so as to stop the constant current Ics flowing between the sensor electrodes 33 and 34 of the oxygen sensor 21.
  • the process proceeds to 103.
  • 103 it is determined whether the ECU 25 is operating the engine.
  • the process proceeds to 105.
  • the ECU 25 controls the constant current Ics that flows between the sensor electrodes 33 and 34 of the oxygen sensor 21 in accordance with the engine operating state or the like.
  • the ECU 25 controls the constant current circuit 27 so that the constant current Ics flows in a direction in which the rich sensitivity of the oxygen sensor 21 is increased.
  • the ECU 25 controls the constant current circuit 27 so that the constant current Ics flows in a direction to increase the lean sensitivity of the oxygen sensor 21.
  • the constant current circuit 27 is controlled so that the constant current Ics flows in a direction in which the rich sensitivity of the oxygen sensor 21 is lowered (in a direction in which the lean sensitivity is increased).
  • the process proceeds to 104.
  • the ECU 25 controls the constant current circuit 27 so as to stop the constant current Ics flowing between the sensor electrodes 33 and 34 of the oxygen sensor 21.
  • the ECU 25 determines whether or not the oxygen sensor 21 is active.
  • the ECU 25 determines that the oxygen sensor 21 is not activated in 201, it is determined that the abnormality diagnosis execution condition is satisfied, and the process proceeds to 204.
  • the ECU 25 sets the abnormality diagnosis permission flag (ADAF) to ON (permission state) meaning permission of abnormality diagnosis.
  • ADAF abnormality diagnosis permission flag
  • the process proceeds to 202.
  • the ECU 25 determines in 202 that the fuel is being cut, it is determined that the abnormality diagnosis execution condition is satisfied, and the routine proceeds to 204.
  • the ECU 25 sets the abnormality diagnosis permission flag to ON (permission state) meaning permission of abnormality diagnosis.
  • the ECU 25 may turn on the abnormality diagnosis permission flag after a predetermined time has elapsed from the start of fuel cut. In this case, the predetermined time corresponds to a time sufficient for the output of the oxygen sensor 21 to be stable on the lean side.
  • the process proceeds to 203. In 203, it is determined whether the ECU 25 is operating the engine.
  • the routine proceeds to 205.
  • the ECU 25 resets the abnormality diagnosis permission flag to OFF (prohibited state) meaning that abnormality diagnosis is prohibited.
  • the ECU 25 sets the abnormality diagnosis permission flag to ON (permission state) meaning permission of abnormality diagnosis.
  • the ECU 25 may turn on the abnormality diagnosis permission flag after a predetermined time has elapsed since the engine stopped. In this case, the predetermined time corresponds to a time sufficient for the output of the oxygen sensor 21 to be stable on the lean side.
  • the abnormality diagnosis routine shown in FIG. 12 is repeatedly executed at a predetermined cycle during the power-on period of the ECU 25, and serves as an abnormality diagnosis unit.
  • this routine is started, first, at 301, the ECU 25 determines whether or not an abnormality diagnosis execution condition is satisfied depending on whether or not the abnormality diagnosis permission flag is on (permitted state).
  • the ECU 25 determines in 301 that the abnormality diagnosis permission flag is off (prohibited state), it is determined that the abnormality diagnosis execution condition is not satisfied, and the processing related to abnormality diagnosis after 302 is not executed. This routine ends.
  • the ECU 25 detects the current output of the oxygen sensor 21 as a diagnostic sensor output Vs. At this time, the ECU 25 may detect the output of the oxygen sensor 21 a plurality of times and use the average value as the diagnostic sensor output Vs.
  • the ECU 25 determines whether or not the diagnostic sensor output Vs is within a predetermined normal range.
  • This normal range is set with reference to the output V0 of the oxygen sensor 21 when the constant current circuit 27 is normal when the abnormality diagnosis execution condition is satisfied.
  • the normal range is within a predetermined value ⁇ from the output V0 of the oxygen sensor 21 when normal. [[V0 ⁇ ) to (V0 + ⁇ )].
  • the normal range may be set individually for an abnormality diagnosis performed before the oxygen sensor 21 is activated, an abnormality diagnosis performed during fuel cut, and an abnormality diagnosis performed after the engine is stopped.
  • the process proceeds to 304.
  • the ECU 25 determines that the constant current circuit 27 is not abnormal (normal).
  • the process proceeds to 305.
  • the ECU 25 determines that there is an abnormality in the constant current circuit 27 (for example, the current is fixed to the constant current circuit 27).
  • the ECU 25 sets the abnormality flag to ON and lights or blinks a warning lamp (not shown) provided on the driver's seat instrument panel, or warns the driver's seat instrument panel. A warning is displayed on a display unit (not shown) to warn the driver.
  • the ECU 25 stores the abnormality information (abnormality code or the like) in a rewritable nonvolatile memory such as a backup RAM (not shown) of the ECU 25.
  • the nonvolatile memory corresponds to a rewritable memory that holds stored data even when the ECU 25 is powered off.
  • the oxygen sensor 21 when the constant current circuit 27 is controlled to stop the constant current Ics flowing between the sensor electrodes 33 and 34 of the oxygen sensor 21.
  • the output will be different from normal.
  • the constant current circuit 27 is controlled so as to stop the constant current Ics, whether there is an abnormality in the constant current circuit 27 is determined depending on whether the output of the oxygen sensor 21 exceeds a predetermined normal range. Since the abnormality diagnosis to be determined is performed, it is possible to accurately determine whether the constant current circuit 27 is abnormal. For this reason, when an abnormality occurs in the constant current circuit 28, the abnormality can be detected early.
  • the abnormality diagnosis is performed compared to the case where the abnormality diagnosis is performed based on the output of the oxygen sensor before and after the switching of the current value.
  • the time required can be shortened. For this reason, it is possible to increase the frequency at which the abnormality diagnosis can be completed within the establishment period of the abnormality diagnosis execution condition, and to perform other control (for example, to neutralize the first catalyst 18 and the second catalyst 19 immediately after the end of the fuel cut). It is possible to prevent adverse effects on the rich injection control, etc.
  • the abnormality diagnosis of the constant current circuit 27 is performed based on the output of the oxygen sensor 21 before the activation of the oxygen sensor 21, the abnormality diagnosis of the constant current circuit 27 is accurately performed before the activation of the oxygen sensor 21. be able to.
  • the abnormality diagnosis of the constant current circuit 27 can be performed before the control based on the output of the oxygen sensor 21 is started before the oxygen sensor 21 is activated.
  • the abnormality diagnosis of the constant current circuit 27 is performed based on the output of the oxygen sensor 21 during the fuel cut, the abnormality diagnosis of the constant current circuit 27 can be accurately performed during the fuel cut.
  • the output of the oxygen sensor 21 is lean if the constant current circuit 27 is normal after the engine is stopped. It becomes a stable state on the side (for example, around 0V).
  • the abnormality diagnosis of the constant current circuit 27 is performed based on the output of the oxygen sensor 21 after the engine is stopped, the abnormality diagnosis of the constant current circuit 27 can be accurately performed after the engine is stopped.
  • the present disclosure is applied to a system that controls the constant current circuit 27 so as to stop the constant current Ics during the fuel cut.
  • the present disclosure is not limited to this, and the constant current Ics is predetermined during the fuel cut.
  • the present disclosure may be applied to a system that controls the constant current circuit 27 so as to maintain the value, and abnormality diagnosis of the constant current circuit 27 may be performed based on the output of the oxygen sensor 21 during fuel cut. In this way, the abnormality diagnosis of the constant current circuit 27 can be executed when the constant current circuit 27 is controlled so as to maintain the constant current Ics at a predetermined value during fuel cut.
  • the abnormality diagnosis is executed in three periods before the oxygen sensor 21 is activated, during fuel cut, and after the engine is stopped.
  • the abnormality diagnosis may be executed in one period or two periods during the fuel cut and after the engine is stopped.
  • the present invention is not limited to the above three periods, and when the constant current circuit 27 is controlled to stop the constant current Ics, or the constant current circuit 27 is controlled to maintain the constant current Ics at a predetermined value.
  • the abnormality diagnosis of the constant current circuit 27 may be executed based on the output of the oxygen sensor 21.
  • the constant current circuit 27 is connected to the atmosphere-side electrode layer 34 of the oxygen sensor 21 (sensor element 31).
  • the present invention is not limited to this.
  • the constant current circuit 27 may be connected to the exhaust side electrode layer 33, or the constant current circuit 27 may be connected to both the exhaust side electrode layer 33 and the atmosphere side electrode layer 34.
  • the present disclosure is applied to a system using the oxygen sensor 21 having the sensor element 31 having a cup-type structure.
  • the present disclosure is not limited to this.
  • an oxygen sensor having a sensor element having a stacked structure type is used.
  • the present disclosure may be applied to the system used.
  • the present invention is not limited to an oxygen sensor.
  • an oxygen sensor such as an air-fuel ratio sensor that outputs a linear air-fuel ratio signal corresponding to an air-fuel ratio, an HC sensor that detects HC concentration, or an NO X sensor that detects NO X concentration.
  • the present disclosure may be applied to this gas sensor. Further, the present disclosure may be applied to gas sensors other than those for engines.

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Abstract

　酸素センサ（２１）の活性前とエンジンの燃料カット中とエンジン停止後に、酸素センサ（２１）のセンサ電極（３３，３４）間に流す定電流Ｉｃｓを停止する（Ｉｃｓ＝０にする）ように定電流回路（２７）を制御する。そして、定電流回路（２７）の異常（例えば故障等）が発生すると、定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路（２７）が制御されているときの酸素センサ（２１）の出力が正常時とは異なってくる。その上、酸素センサ（２１）の活性前と燃料カット中とエンジン停止後（つまり定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路（２７）が制御されているとき）に、酸素センサ（２１）の出力が所定の正常範囲を越えたか否かによって定電流回路（２７）の異常の有無を判定する異常診断を行う。

Description

ガスセンサ制御装置 関連出願の相互参照
　本開示は、２０１３年６月４日に出願された日本出願番号２０１３－１１７４８１号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、被検出ガスに含まれる所定成分の濃度を検出するガスセンサを備えたガスセンサ制御装置に関する。
　従来、内燃機関を搭載した車両では、排気管に排出ガス浄化用の触媒を設置すると共に、この触媒の上流側に又は触媒の上流側と下流側の両方に、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する排出ガスセンサを設置し、排出ガスセンサの出力に基づいて空燃比をフィードバック制御して触媒の排出ガス浄化率を高める。この場合、排出ガスセンサは空燃比センサ又は酸素センサに相当する。
　ところで、酸素センサ等の排出ガスセンサは、排出ガスの空燃比がリッチ／リーンで変化する際に、実際の空燃比の変化に対してセンサ出力の変化に遅れが生じることがある。
　そこで、例えば、特許文献１（特開昭６０－９８１４１号公報）に記載されているように、ガスセンサはセンサ電極間に固体電解質層を配置したセンサ素子を有する。この場合、ガスセンサは酸素センサに相当し、センサ電極は基準電極と酸素電極とを有する。電流供給部により基準電極から酸素電極に向けて電流を流すことで、ガスセンサの出力特性を変化させる。
特開昭６０－９８１４１号公報　ところで、センサ電極間に電流を流す電流供給部の異常（例えば故障等）が発生すると、ガスセンサの出力特性を適正に変更することができず、ガスセンサの出力に基づいた制御（例えば空燃比フィードバック制御）を適正に行うことができなくなる。そのため、電流供給部の異常が発生した場合には、その異常を早期に検出する必要がある。
　そこで、発明者の見解によると、センサ電極間に定電流を流してガスセンサの出力特性を変更する定電流供給部を備えたものにおいて、所定の異常診断実行条件が成立したとき（例えば燃料カットが発生する中）にセンサ電極間に流れる電流値を切り換え、その切り換え前後におけるガスセンサの出力に基づいて定電流供給部の異常の有無を判定する異常診断を行うシステムが考えられる。
　しかし、上述した異常診断を行う場合には、まず、電流値の切り換え前のガスセンサの出力を検出し、その後、センサ電極間に流れる電流値を切り換えて、電流値の切り換え後のガスセンサの出力を検出する必要がある。そのため、異常診断に要する時間が長くなる傾向がある。さらに、異常診断実行条件の成立期間内に異常診断を完了できない頻度が高くなる可能性があると共に、他の制御（例えば燃料カット終了直後に触媒を中立化するために行うリッチ噴射制御等）に悪影響を及ぼす可能性もある。
　本開示は、ガスセンサの出力特性を変更する定電流供給部の異常を検出することができると共に、異常診断に要する時間を短縮化することができるガスセンサ制御装置を提供することを目的とする。
　本開示の第一の態様において、ガスセンサ制御装置は、一対のセンサ電極間に固体電解質体が配置されたセンサ素子により被検出ガスに含まれる所定成分の濃度を検出するガスセンサと、センサ電極間に定電流を流してガスセンサの出力特性を変更する定電流供給部と、定電流を停止する又は所定値に維持するように定電流供給部が制御されているときに、ガスセンサの出力に基づいて定電流供給部の異常の有無を判定する異常診断を行う異常診断部とを備える。
　定電流供給部の異常（例えば故障等）が発生すると、定電流を停止する（０にする）又は所定値に維持するように定電流供給部が制御されているときのガスセンサの出力が正常時とは異なってくる。従って、本開示のように、定電流を停止する又は所定値に維持するように定電流供給部が制御されているときに、ガスセンサの出力に基づいて定電流供給部の異常の有無を判定する異常診断を行うことで、定電流供給部の異常の有無を精度良く判定することができる。このため、定電流供給部の異常が発生した場合に、その異常を早期に検出することができる。しかも、本開示は、異常診断の際にセンサ電極間に流す定電流を切り換える必要がないため、電流値の切り換え前後におけるガスセンサの出力に基づいて異常診断を行う場合に比べて、異常診断に要する時間を短縮化することができる。このため、異常診断実行条件の成立期間内に異常診断を完了できる頻度を高くすることができると共に、他の制御に悪影響を及ぼすことも防止できる。
　以下、本開示の実施例について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施例相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
図１は本開示の一実施例におけるエンジン制御システムの構成を示す概略図であり、 図２はセンサ素子の構成を示す断面図であり、 図３は排出ガスの空燃比とセンサ素子の起電力との関係を示す起電力特性図であり、 図４はセンサ素子周辺のガス成分の状態を示す概略図であり、 図５はセンサ出力の挙動を説明するタイムチャートであり、 図６は定電流が流れるセンサ素子周辺のガス成分の状態を示す概略図であり、 図７はリーン感度またはリッチ感度を高める場合における酸素センサの出力特性図であり、 図８は酸素センサ活性前の異常診断を示すタイムチャートであり、 図９は燃料カット中の異常診断を示すタイムチャートであり、 図１０は定電流制御ルーチンを示すフローチャートであり、 図１１は異常診断許可判定ルーチンを示すフローチャートであり、 図１２は異常診断ルーチンを示すフローチャートである。
　以下、本開示を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
　まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
　内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２には、モータ等によって開度調節されるスロットルバルブ１３と、このスロットルバルブ１３の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１４とが設けられている。また、エンジン１１の各気筒毎に、それぞれ筒内噴射又は吸気ポート噴射を行う燃料噴射弁１５が取り付けられ、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ１６が取り付けられている。各点火プラグ１６の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
　エンジン１１の排気管１７には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯX等を浄化する三元触媒等の第１触媒１８と第２触媒１９が設けられている。また、第１触媒１８の上流側には、排出ガスの空燃比に応じたリニアな空燃比信号を出力する空燃比センサ２０（リニアＡ／Ｆセンサ）が第１ガスセンサとして設けられている。この場合、排出ガスの空燃比は空気過剰率λとも呼ぶ。更に、第１触媒１８の下流側（具体的に、第１触媒１８と第２触媒１９との間）には、排出ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチかリーンかによって出力電圧が反転する酸素センサ２１（Ｏ2センサ）が第２ガスセンサとして設けられている。この場合、理論空燃比はストイキとも言う。
　また、本エンジン制御システムには、エンジン１１のクランク軸（図示せず）が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２２や、エンジン１１の吸入空気量を検出する空気量センサ２３や、エンジン１１の冷却水温を検出する冷却水温センサ２４等の各種のセンサが設けられている。クランク角センサ２２の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
　これら各種センサの出力は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２５に入力される。このＥＣＵ２５は、マイクロ２６を主体として構成され、内蔵されたＲＯＭなどの記憶媒体に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。
　その際、ＥＣＵ２５は、所定の空燃比Ｆ／Ｂ制御実行条件が成立したときに、空燃比センサ２０の出力に基づいて第１触媒１８の上流側の排出ガスの空燃比が目標空燃比になるように空燃比（燃料噴射量）をＦ／Ｂ補正するメインＦ／Ｂ制御を行う。更に、酸素センサ２１の出力に基づいて第１触媒１８の下流側の排出ガスの空燃比が制御目標値（例えば理論空燃比）になるように、第１触媒１８の上流側の目標空燃比を補正したり、或は、メインＦ／Ｂ制御のＦ／Ｂ補正量又は燃料噴射量を修正するサブＦ／Ｂ制御を行う。その上、「Ｆ／Ｂ」は「フィードバック」に相当する。
　次に、図２に基づいて酸素センサ２１の構成を説明する。
　酸素センサ２１は、コップ型構造のセンサ素子３１を有しており、実際には当該センサ素子３１は素子全体が図示しないハウジングや素子カバー内に収容される構成となっており、エンジン１１の排気管１７内に配設されている。
　センサ素子３１において、固体電解質体に相当する固体電解質層３２は、断面Ｕ字状に形成されており、その外表面には排気側電極層３３が設けられ、内表面には大気側電極層３４が設けられている。固体電解質層３２は、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＴｈＯ2、Ｂｉ2Ｏ3等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3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る。また、排気側電極層３３と大気側電極層３４は共に白金等の触媒活性の高い貴金属からなり、表面には多孔質の化学メッキ等が施されている。これらの排気側電極層３３と大気側電極層３４が一対の対向するセンサ電極となっている。固体電解質層３２にて囲まれる内部空間は大気室３５となっており、その大気室３５内にはヒータ３６が収容されている。このヒータ３６は、センサ素子３１を活性化するのに十分な発熱容量を有しており、その発熱エネルギによりセンサ素子３１全体が加熱される。酸素センサ２１の活性温度は、例えば３５０～４００℃程度である。尚、大気室３５は、大気が導入されることでその内部が所定酸素濃度に保持されている。
　センサ素子３１では、固体電解質層３２の排気側電極層３３に近い外側が排気雰囲気、固体電解質層３２の大気側電極層３４に近い内側が大気雰囲気となっており、これら双方の酸素濃度の差（酸素分圧の差）に応じて電極層３３，３４間で起電力が発生する。つまり、センサ素子３１では、空燃比がリッチかリーンかで異なる起電力が発生する。これにより、酸素センサ２１は、排出ガスの酸素濃度（すなわち空燃比）に応じた起電力信号を出力する。
　図３に示すように、センサ素子３１は、空燃比が理論空燃比（空気過剰率λ＝１）に対してリッチかリーンかで異なる起電力を発生し、理論空燃比付近で起電力が急変する特性を有する。具体的には、燃料リッチ時のセンサ素子３１の起電力は約０．９Ｖであり、燃料リーン時のセンサ素子３１の起電力は約０Ｖである。
　図２に示すように、センサ素子３１の排気側電極層３３は接地され、大気側電極層３４にはマイコン２６が接続されている。排出ガスの空燃比（酸素濃度）に応じてセンサ素子３１にて起電力が発生すると、その起電力に相当するセンサ検出信号がマイコン２６に対して出力される。尚、センサ素子３１の起電力に対してマイコン２６に入力されるセンサ検出信号（電圧）をプラス方向にオフセットさせて、定電流供給時（酸素センサ２１の出力特性の変更時）でも、マイコン２６に入力されるセンサ検出信号がプラス値の領域内で変化するようにしても良い。
　マイコン２６は、例えばＥＣＵ２５内に設けられており、センサ検出信号に基づいて空燃比を算出する。尚、マイコン２６は、上述した各種センサの検出結果に基づいてエンジン回転速度や吸入空気量を算出するようにしても良い。
　ところで、エンジン１１の運転時には、排出ガスの実空燃比が逐次変化し、例えばリッチとリーンとで繰り返し変化することがある。こうした実空燃比の変化に際し、酸素センサ２１の検出応答性が低いと、それに起因してエンジン性能に影響が及ぶおそれがある。例えば、エンジン１１の高負荷運転時において排出ガス中のＮＯX量が意図よりも増えてしまう等が生じる。
　実空燃比がリッチとリーンとで変化する際の酸素センサ２１の検出応答性について説明する。エンジン１１から排出される排出ガスにおいて実空燃比（第１触媒１８の下流側の実空燃比）がリッチ／リーンで変化する際には排出ガスの成分組成が変わる。このとき、その変化の直前における排出ガス成分の残留により、変化後の空燃比に対する酸素センサ２１の出力変化（すなわちセンサ出力の応答性）が遅くなる。具体的には、実空燃比がリッチからリーンへの変化時には、図４（ａ）に示すように、リーン変化直後にリッチ成分であるＨＣ等が排気側電極層３３付近に残留し、このリッチ成分により、センサ電極でのリーン成分（ＮＯX等）の反応が妨げられる。その結果、酸素センサ２１としてリーン出力の応答性が低下する。また、実空燃比がリーンからリッチへの変化時には、図４（ｂ）に示すように、リッチ変化直後にリーン成分であるＮＯX等が排気側電極層３３付近に残留し、このリーン成分により、センサ電極でのリッチ成分（ＨＣ等）の反応が妨げられる。その結果、酸素センサ２１としてリッチ出力の応答性が低下する。
　酸素センサ２１の出力変化を図５のタイムチャートで説明する。図５において、実空燃比がリッチ及びリーンで変化すると、その実空燃比の変化に応じて酸素センサ２１の出力に相当するセンサ出力がリッチガス検出値（例えば、０．９Ｖ）とリーンガス検出値（例えば、０Ｖ）とで変化する。但し、この場合、実空燃比の変化に対してセンサ出力は遅れを伴い変化する。図５では、実空燃比がリッチからリーンへの変化時には、実空燃比の変化に対してセンサ出力がＴＤ１の遅れで変化し、実空燃比がリーンからリッチへの変化時には、実空燃比の変化に対してセンサ出力がＴＤ２の遅れで変化する。
　そこで、本実施例では、図２に示すように、大気側電極層３４に定電流供給部としての定電流回路２７を接続する。ＥＣＵ２５（マイコン２６）が、定電流回路２７による定電流Ｉｃｓの供給を制御して、一対のセンサ電極３３，３４間に所定方向で電流を流すことで、酸素センサ２１の出力特性を変更して検出応答性を変化させる。この場合、マイコン２６は、一対のセンサ電極３３，３４間に流れる定電流Ｉｃｓの向きと量とを設定し、その設定した定電流Ｉｃｓが流れるように定電流回路２７を制御する。
　詳しくは、定電流回路２７は、大気側電極層３４に対して、正逆両方向いずれかの向きで定電流Ｉｃｓを供給するものであり、更にその定電流量を可変に調整できるものである。つまり、マイコン２６は、ＰＷＭ制御等により定電流Ｉｃｓを可変に制御する。この場合、定電流回路２７では、マイコン２６から出力されるデューティ信号に応じて定電流Ｉｃｓが調整され、その電流量調整された定電流Ｉｃｓがセンサ電極３３，３４間に流れることとなる。
　尚、本実施例では、排気側電極層３３から大気側電極層３４への向きに流れる定電流Ｉｃｓを負の定電流（－Ｉｃｓ）、大気側電極層３４から排気側電極層３３への向きに流れる定電流Ｉｃｓを正の定電流（＋Ｉｃｓ）としている。
　例えば、実空燃比がリッチからリーンへの変化時の検出応答性に相当するリーン感度を高める場合には、図６（ａ）に示すように、固体電解質層３２内を通じて大気側電極層３４から排気側電極層３３に酸素が供給されるように定電流Ｉｃｓ（負の定電流Ｉｃｓ）が流される。この場合、大気側から排気側に酸素が供給されることにより、排気側電極層３３の周囲に存在（残留）しているリッチ成分（ＨＣ）について酸化反応が促進され、それに伴いリッチ成分をいち早く除去できる。これにより、排気側電極層３３においてリーン成分（ＮＯX）が反応しやすくなり、結果として酸素センサ２１のリーン出力の応答性が向上する。
　また、実空燃比がリーンからリッチへの変化時の検出応答性に相当するリッチ感度を高める場合には、図６（ｂ）に示すように、固体電解質層３２内を通じて排気側電極層３３から大気側電極層３４に酸素が供給されるように定電流Ｉｃｓ（正の定電流Ｉｃｓ）が流される。この場合、排気側から大気側に酸素が供給されることにより、排気側電極層３３の周囲に存在（残留）しているリーン成分（ＮＯX）について還元反応が促進され、それに伴いリーン成分をいち早く除去できる。これにより、排気側電極層３３においてリッチ成分（ＨＣ）が反応しやすくなり、結果として酸素センサ２１のリッチ出力の応答性が向上する。
　図７は、実空燃比がリッチからリーンへの変化時の検出応答性に相当するリーン感度を高める場合、及び実空燃比がリーンからリッチへの変化時の検出応答性に相当するリッチ感度を高める場合における酸素センサ２１の出力特性に相当する起電力特性を示す図である。
　図６（ａ）のように、実空燃比がリッチからリーンへの変化時の検出応答性に相当するリーン感度を高める場合において、上記のとおり固体電解質層３２内を通じて大気側電極層３４から排気側電極層３３に酸素が供給されるように負の定電流Ｉｃｓが流されると、図７の一点鎖線αに示すように、出力特性線がリッチ側にシフトする（より詳細には、リッチ側かつ起電力減少側にシフトする）。この場合、実際の空燃比がストイキ近傍のリッチ域にあってもセンサ出力がリーン出力となる。これは、酸素センサ２１の出力特性として、実空燃比がリッチからリーンへの変化時の検出応答性に相当するリーン感度が高められている。
　また、図６（ｂ）のように、実空燃比がリーンからリッチへの変化時の検出応答性に相当するリッチ感度を高める場合において、上記のとおり固体電解質層３２内を通じて排気側電極層３３から大気側電極層３４に酸素が供給されるように正の定電流Ｉｃｓが流されると、図７の一点鎖線βに示すように、出力特性線がリーン側にシフトする（より詳細には、リーン側かつ起電力増加側にシフトする）。この場合、実際の空燃比がストイキ近傍のリーン域にあってもセンサ出力がリッチ出力となる。これは、酸素センサ２１の出力特性として、実空燃比がリーンからリッチへの変化時の検出応答性に相当するリッチ感度が高められている。
　また、本実施例では、ＥＣＵ２５（マイコン２６）により図１０の定電流制御ルーチンを実行することで、酸素センサ２１のセンサ電極３３，３４間に流す定電流Ｉｃｓを次のように制御する。
　酸素センサ２１のセンサ素子３１が活性状態になるまでの期間と、エンジン１１の燃料噴射を停止する燃料カット中と、エンジン停止後（エンジン１１の停止後）には、マイコン２６が酸素センサ２１のセンサ電極３３，３４間に流す定電流Ｉｃｓを停止する（Ｉｃｓ＝０にする）ように定電流回路２７を制御する。
　エンジン運転中（エンジン１１の運転中）は、ＥＣＵ２５（マイコン２６）がエンジン運転状態等に応じて、酸素センサ２１のセンサ電極３３，３４間に流す定電流Ｉｃｓを制御する。この場合、例えば、エンジン１１が冷間状態のときには、ＥＣＵ２５（マイコン２６）が酸素センサ２１のリッチ感度を高める方向に定電流Ｉｃｓを流すように定電流回路２７を制御する。また、エンジン１１が高負荷運転状態のときには、マイコン２６が酸素センサ２１のリーン感度を高める方向に定電流Ｉｃｓを流すように定電流回路２７を制御する。また、燃料カットの終了直後（つまり燃料噴射の復帰直後）に第１触媒１８，第２触媒１９を中立化（酸素過多状態を解消）するために行うリッチ噴射制御の実行中には、酸素センサ２１のリッチ感度を低める方向（リーン感度を高める方向）に定電流Ｉｃｓを流すように定電流回路２７を制御する。
　ところで、酸素センサ２１のセンサ電極３３，３４間に定電流Ｉｃｓを流す定電流回路２７の異常（例えば故障等）が発生すると、酸素センサ２１の出力特性を適正に変更することができず、酸素センサ２１の出力に基づいた制御（例えばサブＦ／Ｂ制御等）を適正に行うことができなくなって、排気エミッションが悪化する可能性がある。このため、定電流回路２７の異常が発生した場合には、その異常を早期に検出する必要がある。
　そこで、本実施例では、ＥＣＵ２５（マイコン２６）により図１１及び図１２の異常診断用の各ルーチンを実行することで、酸素センサ２１のセンサ電極３３，３４間に流す定電流Ｉｃｓを停止する（Ｉｃｓ＝０にする）ように定電流回路２７が制御されているときに、酸素センサ２１の出力が所定の正常範囲を越えたか否かによって定電流回路２７の異常（例えば故障等）の有無を判定する異常診断を行う。
　図８及び図９のように、定電流回路２７の異常（例えば故障等）が発生すると、定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７が制御されているときの酸素センサ２１の出力に相当するセンサ出力が正常時とは異なってくる。従って、定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７が制御されているときに、ＥＣＵ２５（マイコン２６）が酸素センサ２１の出力が所定の正常範囲を越えたか否かによって定電流回路２７の異常の有無を判定する異常診断を行うことで、定電流回路２７の異常の有無を精度良く判定することができる。
　具体的には、図８に示すように、酸素センサ２１の活性前（例えば、センサ素子３１のヒータ３６の通電を開始した時点ｔ１からセンサ素子３１が活性状態になる時点ｔ２までの期間内）に、ＥＣＵ２５（マイコン２６）が酸素センサ２１の出力を検出し、この酸素センサ２１の出力が所定の正常範囲を越えたか否かによって定電流回路２７の異常の有無を判定する異常診断を行う。このようにすれば、酸素センサ２１の活性前で、ＥＣＵ２５（マイコン２６）が定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７が制御されているときに、定電流回路２７の異常診断を実行することができる。酸素センサ２１の活性前は、定電流回路２７が正常であれば、酸素センサ２１の出力が基準値（例えば０Ｖ）付近で安定した状態になるため、ＥＣＵ２５（マイコン２６）が酸素センサ２１の出力に基づいた定電流回路２７の異常診断を精度良く行うことができる。
　また、図９に示すように、燃料カット中（例えば、燃料カットを開始した時点ｔ３から燃料カットを終了した時点ｔ４までの期間内）に、ＥＣＵ２５（マイコン２６）が酸素センサ２１の出力を検出し、この酸素センサ２１の出力が所定の正常範囲を越えたか否かによって定電流回路２７の異常の有無を判定する異常診断を行う。このようにすれば、燃料カット中で、ＥＣＵ２５（マイコン２６）が定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７が制御されているときに、定電流回路２７の異常診断を実行することができる。燃料カット中は、定電流回路２７が正常であれば、酸素センサ２１の出力がリーン側（例えば０Ｖ付近）で安定した状態になるため、ＥＣＵ２５（マイコン２６）が酸素センサ２１の出力に基づいた定電流回路２７の異常診断を精度良く行うことができる。
　更に、エンジン停止後に、ＥＣＵ２５（マイコン２６）が酸素センサ２１の出力を検出し、この酸素センサ２１の出力が所定の正常範囲を越えたか否かによって定電流回路２７の異常の有無を判定する異常診断を行う。このようにすれば、エンジン停止後で、ＥＣＵ２５（マイコン２６）が定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７が制御されているときに、定電流回路２７の異常診断を実行することができる。エンジン停止後は、定電流回路２７が正常であれば、酸素センサ２１の出力がリーン側（例えば０Ｖ付近）で安定した状態になるため、ＥＣＵ２５（マイコン２６）が酸素センサ２１の出力に基づいた定電流回路２７の異常診断を精度良く行うことができる。
　以下、本実施例でＥＣＵ２５が実行する図１０乃至図１２の各ルーチンの処理内容を説明する。
　図１０に示す定電流制御ルーチンは、ＥＣＵ２５の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、定電流制御部としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、１０１で、ＥＣＵ２５が酸素センサ２１の活性前（酸素センサ２１のセンサ素子３１が活性状態になる前）であるか否かを、例えば、センサ素子３１の素子インピーダンスが所定値以上であるか否かや、ヒータ３６の通電時間が所定時間以下であるか否か等によって判定する。
　１０１で、ＥＣＵ２５が酸素センサ２１の活性前であると判定した場合には、１０４に進む。１０４で、ＥＣＵ２５が酸素センサ２１のセンサ電極３３，３４間に流す定電流Ｉｃｓを停止する（Ｉｃｓ＝０にする）ように定電流回路２７を制御する。
　１０１で、ＥＣＵ２５が酸素センサ２１の活性後であると判定した場合には、１０２に進む。１０２で、ＥＣＵ２５が燃料カット中であるか否かを判定する。
　１０２で、ＥＣＵ２５が燃料カット中であると判定した場合には、１０４に進む。１０４で、ＥＣＵ２５が酸素センサ２１のセンサ電極３３，３４間に流す定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７を制御する。
　１０２で、ＥＣＵ２５が燃料カット中ではないと判定した場合には、１０３に進む。１０３で、ＥＣＵ２５がエンジン運転中であるか否かを判定する。
　１０３で、ＥＣＵ２５がエンジン運転中であると判定した場合には、１０５に進む。１０５で、ＥＣＵ２５がエンジン運転状態等に応じて、酸素センサ２１のセンサ電極３３，３４間に流す定電流Ｉｃｓを制御する。この場合、例えば、エンジン１１が冷間状態のときには、ＥＣＵ２５が酸素センサ２１のリッチ感度を高める方向に定電流Ｉｃｓを流すように定電流回路２７を制御する。また、エンジン１１が高負荷運転状態のときには、ＥＣＵ２５が酸素センサ２１のリーン感度を高める方向に定電流Ｉｃｓを流すように定電流回路２７を制御する。また、燃料カットの終了直後（つまり燃料噴射の復帰直後）に、ＥＣＵ２５が第１触媒１８，第２触媒１９を中立化（酸素過多状態を解消）するために行うリッチ噴射制御の実行中には、酸素センサ２１のリッチ感度を低める方向（リーン感度を高める方向）に定電流Ｉｃｓを流すように定電流回路２７を制御する。
　１０３で、ＥＣＵ２５がエンジン運転中ではない（エンジン停止後である）と判定した場合には、１０４に進む。１０４で、ＥＣＵ２５が酸素センサ２１のセンサ電極３３，３４間に流す定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７を制御する。
　図１１に示す異常診断許可判定ルーチンは、ＥＣＵ２５の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まず、２０１で、ＥＣＵ２５が酸素センサ２１の活性前であるか否かを判定する。
　２０１で、ＥＣＵ２５が酸素センサ２１の活性前であると判定した場合には、異常診断実行条件が成立していると判断して、２０４に進む。２０４で、ＥＣＵ２５が異常診断許可フラグ（ＡＤＡＦ）を異常診断の許可を意味するオン（許可状態）にセットする。
　２０１で、ＥＣＵ２５が酸素センサ２１の活性後であると判定した場合には、２０２に進む。２０２で、ＥＣＵ２５が燃料カット中であるか否かを判定する。
　２０２で、ＥＣＵ２５が燃料カット中であると判定した場合には、異常診断実行条件が成立していると判断して、２０４に進む。２０４で、ＥＣＵ２５が異常診断許可フラグを異常診断の許可を意味するオン（許可状態）にセットする。この際、燃料カット開始から所定時間が経過してからＥＣＵ２５が異常診断許可フラグをオンにするようにしても良い。この場合、所定時間は酸素センサ２１の出力がリーン側で安定した状態になるのに十分な時間に相当する。
　２０２で、ＥＣＵ２５が燃料カット中ではないと判定した場合には、２０３に進む。２０３で、ＥＣＵ２５がエンジン運転中であるか否かを判定する。
　２０３で、ＥＣＵ２５がエンジン運転中であると判定した場合には、異常診断実行条件が不成立であると判断して、２０５に進む。２０５で、ＥＣＵ２５が異常診断許可フラグを異常診断の禁止を意味するオフ（禁止状態）にリセットする。
　２０３で、ＥＣＵ２５がエンジン運転中ではない（エンジン停止後である）と判定した場合には、異常診断実行条件が成立していると判断して、２０４に進む。２０４で、ＥＣＵ２５が異常診断許可フラグを異常診断の許可を意味するオン（許可状態）にセットする。この際、エンジン停止から所定時間が経過してからＥＣＵ２５が異常診断許可フラグをオンにするようにしても良い。この場合、所定時間は酸素センサ２１の出力がリーン側で安定した状態になるのに十分な時間に相当する。
　図１２に示す異常診断ルーチンは、ＥＣＵ２５の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、異常診断部としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、３０１で、ＥＣＵ２５が異常診断許可フラグがオン（許可状態）であるか否かによって、異常診断実行条件が成立しているか否かを判定する。
　３０１で、ＥＣＵ２５が異常診断許可フラグがオフ（禁止状態）であると判定した場合には、異常診断実行条件が不成立であると判断して、３０２以降の異常診断に関する処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。
　３０１で、ＥＣＵ２５が異常診断許可フラグがオン（許可状態）であると判定した場合には、異常診断実行条件が成立していると判断して、３０２以降の異常診断に関する処理を次のようにして実行する。
　まず、３０２で、ＥＣＵ２５が現在の酸素センサ２１の出力を診断用センサ出力Ｖsとして検出する。この際、ＥＣＵ２５が酸素センサ２１の出力を複数回検出して、その平均値を診断用センサ出力Ｖsとしても良い。
　この後、３０３で、ＥＣＵ２５が診断用センサ出力Ｖsが所定の正常範囲内であるか否かを判定する。この正常範囲は、異常診断実行条件の成立時における定電流回路２７の正常時の酸素センサ２１の出力Ｖ０を基準にして設定され、例えば、正常時の酸素センサ２１の出力Ｖ０から所定値γ以内の範囲［（Ｖ０－γ）から（Ｖ０＋γ）までの範囲］に設定されている。尚、正常範囲は、酸素センサ２１の活性前に行う異常診断と、燃料カット中に行う異常診断と、エンジン停止後に行う異常診断とで、それぞれ個別に設定するようにしても良い。
　３０３で、ＥＣＵ２５が診断用センサ出力Ｖsが正常範囲内であると判定した場合には、３０４に進む。３０４で、ＥＣＵ２５が定電流回路２７の異常無し（正常）と判定する。
　これに対して、３０３で、ＥＣＵ２５が診断用センサ出力Ｖsが正常範囲内ではない（正常範囲を越えている）と判定した場合には、３０５に進む。３０５で、ＥＣＵ２５が定電流回路２７の異常（例えば定電流回路２７の電流オン固着）有りと判定する。この場合、例えば、ＥＣＵ２５が異常フラグをオンにセットし、運転席のインストルメントパネルに設けられた警告ランプ（図示せず）を点灯又は点滅したり、或は、運転席のインストルメントパネルの警告表示部（図示せず）に警告表示して、運転者に警告する。更に、ＥＣＵ２５がその異常情報（異常コード等）をＥＣＵ２５のバックアップＲＡＭ（図示せず）等の書き換え可能な不揮発性メモリに記憶する。この場合、不揮発性メモリはＥＣＵ２５の電源オフ中でも記憶データを保持する書き換え可能なメモリに相当する。
　定電流回路２７の異常（例えば故障等）が発生すると、酸素センサ２１のセンサ電極３３，３４間に流す定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７が制御されているときの酸素センサ２１の出力が正常時とは異なってくる。本実施例では、定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７が制御されているときに、酸素センサ２１の出力が所定の正常範囲を越えたか否かによって定電流回路２７の異常の有無を判定する異常診断を行うようにしたので、定電流回路２７の異常の有無を精度良く判定することができる。このため、定電流回路２８の異常が発生した場合に、その異常を早期に検出することができる。しかも、異常診断の際にセンサ電極３３，３４間に流す定電流Ｉｃｓを切り換える必要がないため、電流値の切り換え前後における酸素センサの出力に基づいて異常診断を行う場合に比べて、異常診断に要する時間を短縮化することができる。このため、異常診断実行条件の成立期間内に異常診断を完了できる頻度を高くすることができると共に、他の制御（例えば燃料カット終了直後に第１触媒１８，第２触媒１９を中立化するために行うリッチ噴射制御等）に悪影響を及ぼすことも防止できる。
　また、本実施例では、酸素センサ２１の活性前に定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７を制御するシステムにおいて、酸素センサ２１の活性前は、定電流回路２７が正常であれば、酸素センサ２１の出力が基準値（例えば０Ｖ）付近で安定した状態になる。その上、酸素センサ２１の活性前に酸素センサ２１の出力に基づいて定電流回路２７の異常診断を行うようにしたので、酸素センサ２１の活性前に定電流回路２７の異常診断を精度良く行うことができる。しかも、酸素センサ２１の活性前で酸素センサ２１の出力に基づいた制御が開始される前に定電流回路２７の異常診断を行うことができる。
　更に、本実施例では、燃料カット中に定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７を制御するシステムにおいて、燃料カット中は、定電流回路２７が正常であれば、酸素センサ２１の出力がリーン側（例えば０Ｖ付近）で安定した状態になる。その上、燃料カット中に酸素センサ２１の出力に基づいて定電流回路２７の異常診断を行うようにしたので、燃料カット中に定電流回路２７の異常診断を精度良く行うことができる。
　また、本実施例では、エンジン停止後に定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７を制御するシステムにおいて、エンジン停止後は、定電流回路２７が正常であれば、酸素センサ２１の出力がリーン側（例えば０Ｖ付近）で安定した状態になる。その上、エンジン停止後に酸素センサ２１の出力に基づいて定電流回路２７の異常診断を行うようにしたので、エンジン停止後に定電流回路２７の異常診断を精度良く行うことができる。
　尚、上記実施例では、燃料カット中に定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７を制御するシステムに本開示を適用したが、これに限定されず、燃料カット中に定電流Ｉｃｓを所定値に維持するように定電流回路２７を制御するシステムに本開示を適用して、燃料カット中に酸素センサ２１の出力に基づいて定電流回路２７の異常診断を行うようにしても良い。このようにすれば、燃料カット中で、定電流Ｉｃｓを所定値に維持するように定電流回路２７が制御されているときに、定電流回路２７の異常診断を実行することができる。この場合でも、燃料カット中は、定電流回路２７が正常であれば、酸素センサ２１の出力がリーン側で安定した状態になるため、酸素センサ２１の出力に基づいた定電流回路２７の異常診断を精度良く行うことができる。
　また、上記実施例では、酸素センサ２１の活性前と燃料カット中とエンジン停止後の三つの期間に異常診断を実行するようにしたが、これに限定されず、例えば、酸素センサ２１の活性前と燃料カット中とエンジン停止後のうちの一つの期間又は二つの期間に異常診断を実行するようにしても良い。更に、上記の三つの期間に限定されず、定電流Ｉｃｓを停止するように定電流回路２７が制御されているときや、定電流Ｉｃｓを所定値に維持するように定電流回路２７が制御されているときに、酸素センサ２１の出力に基づいて定電流回路２７の異常診断を実行するようにしても良い。
　また、上記実施例では、酸素センサ２１（センサ素子３１）の大気側電極層３４に定電流回路２７を接続する構成としたが、これに限定されず、例えば、酸素センサ２１（センサ素子３１）の排気側電極層３３に定電流回路２７を接続する構成としたり、或は、排気側電極層３３と大気側電極層３４の両方に定電流回路２７を接続する構成としても良い。
　また、上記実施例では、コップ型構造のセンサ素子３１を有する酸素センサ２１を用いたシステムに本開示を適用したが、これに限定されず、例えば、積層構造型のセンサ素子を有する酸素センサを用いたシステムに本開示を適用しても良い。
　更に、酸素センサに限定されず、例えば、空燃比に応じたリニアな空燃比信号を出力する空燃比センサ、ＨＣ濃度を検出するＨＣセンサ、ＮＯX濃度を検出するＮＯXセンサ等の酸素センサ以外のガスセンサに本開示を適用しても良い。また、エンジン用以外のガスセンサに本開示を適用しても良い。
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (6)

  1. 　一対のセンサ電極（３３，３４）間に固体電解質体（３２）が配置されたセンサ素子（３１）により被検出ガスに含まれる所定成分の濃度を検出するガスセンサ（２１）と、
    　前記センサ電極（３３，３４）間に定電流を流して前記ガスセンサ（２１）の出力特性を変更する定電流供給部（２７）と、
    　前記定電流を停止する又は所定値に維持するように前記定電流供給部（２７）が制御されているときに、前記ガスセンサ（２１）の出力に基づいて前記定電流供給部（２７）の異常の有無を判定する異常診断を行う異常診断部（２５）と
    　を備えているガスセンサ制御装置。
  2. 　前記異常診断部（２５）は、前記ガスセンサ（２１）の出力が所定の正常範囲を越えたか否かによって前記定電流供給部（２７）の異常の有無を判定する請求項１に記載のガスセンサ制御装置。
  3. 　前記ガスセンサ（２１）が活性状態になるまで前記定電流を停止するように前記定電流供給部（２７）を制御する定電流制御部（２５、１０１）を備え、
    　前記異常診断部（２５）は、前記ガスセンサ（２１）が活性状態になる前に前記異常診断を実行する請求項１又は２に記載のガスセンサ制御装置。
  4. 　前記ガスセンサ（２１）は、内燃機関（１１）の排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサである請求項１乃至３のいずれかに記載のガスセンサ制御装置。
  5. 　前記内燃機関（１１）の燃料噴射を停止する燃料カット中に前記定電流を停止する又は前記所定値に維持するように前記定電流供給部（２７）を制御する定電流制御部（２５、１０２）を備え、
    　前記異常診断部（２５）は、前記燃料カット中に前記異常診断を実行する請求項４に記載のガスセンサ制御装置。
  6. 　前記内燃機関（１１）の停止後に前記定電流を停止するように前記定電流供給部（２７）を制御する定電流制御部（２５、１０３）を備え、
    　前記異常診断部（２５）は、前記内燃機関（１１）の停止後に前記異常診断を実行する請求項４又は５に記載のガスセンサ制御装置。
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