，由于大气侧的氧分压Pa与排气侧的氧分压Pd之比极大，所以在电极52、53间产生0.9V左右的大的电动势E，因此氧离子在固体电解质层51内接连不断地移动到排气侧电极52上。此时，产生在图1OA中由虚线的箭头表示的负的输出电流I。然而，在该情况下，在扩散律速层54内扩散而到达排气侧电极52的表面上的未燃烧气体的量，也与排气中的分压Pe和排气侧电极52的表面上的未燃烧气体的分压Pd之差成比例。因而，向排气侧电极52的表面上仅供给与排气中的未燃烧气体的分压Pe和排气侧电极52的表面上的未燃烧气体的分压Pd之差对应的量的未燃烧气体。S卩，向排气侧电极52的表面上供给的未燃烧气体的量被扩散律速层54律速。
[0089]但是，在这样地产生了 0.9V左右的电动势E时，若施加0.9V左右的施加电压V，则电动势E和施加电压V的极性相反，因此从图1OB的实线(A/F)r可知，空燃比传感器40、41的输出电流I变为零。若从该状态使施加电压V下降下去，则氧离子朝着排气侧电极52开始移动。然而，此时，如上述那样，向排气侧电极52的表面上供给的未燃烧气体的量被扩散律速层54律速。因此，即使使施加电压V下降，到达排气侧电极52的氧离子的量也被限制为一定量，因此，如在图1OB中由(A/F)r所示，即使施加电压V变化，输出电流I也维持为一定，即产生临界电流。另一方面，这样产生了 0.9V左右的电动势E时，在排气侧电极52的表面上不存在氧。因此，此时即使施加比0.9V高的施加电压V，氧离子也不会朝着大气侧电极53移动，在该情况下，即施加了比0.9V高的施加电压V的情况下，在排气侧电极52和固体电解质层51的边界面上发生水分的分解，由此如在图1OB中由(A/F) I所示那样，输出电流I随着施加电压V急剧地上升。
[0090]那么，当空燃比传感器40、41发生元件开裂时，排气如图6所示那样进入基准气体室55内。S卩，在图1OA中，排气向大气侧侵入。此时在排气的空燃比为稀空燃比的情况下，稀空燃比的排气就向基准气体室55内侵入。当稀空燃比的排气向基准气体室55内侵入时，基准气体室55内的氧浓度下降少许。但是，在该情况下，大气侧的氧分压Pa仍然比排气侧的氧分压Pd高，而且此时大气侧的氧分压Pa与排气侧的氧分压Pd之比没有那么大，因此产生0.1V左右的电动势E。在该情况下，即使增大施加电压V，也由于供给到排气侧电极52的表面上的氧的量被律速，通过栗作用被输送的氧离子的量被限制为一定量。因此，如在图1OB中由(A/F) I所示那样，即使施加电压V变化，输出电流I也维持为一定，即会产生临界电流。因此，即使空燃比传感器40、41发生元件开裂，相对于施加电压V的变化，输出电流I也会与正常时同样地变化。
[0091]图1lA示出了在空燃比传感器40、41为正常的情况下排气的空燃比为稀空燃比时的输出电流I的变化，图1lB示出了在空燃比传感器40、41发生了元件开裂的情况下排气的空燃比为稀空燃比时的输出电流I的变化。比较图1lA和图1lB可知，在排气的空燃比为稀空燃比的情况下，不管空燃比传感器40、41为正常，还是空燃比传感器40、41发生了元件开裂，与施加电压V的变化相对的输出电流I的变化图形大致相同。因此，如图7所示，在排气的空燃比A/F为稀空燃比的情况下，不管空燃比传感器40、41为正常，还是空燃比传感器40、41发生了元件开裂，当空燃比A/F变高时，空燃比传感器40、41的输出电流I都以大致相同的值而增大。因此，不能够从排气的空燃比为稀时的输出电流I的变化来判别空燃比传感器40、41是否发生了元件开裂。
[0092]与此相对，在空燃比传感器40、41发生了元件开裂时，若排气的空燃比成为浓空燃比，则输出电流I与正常时相比较大地变化。即，在空燃比传感器40、41发生了元件开裂时，若排气的空燃比成为浓空燃比，则大量的未燃烧气体进入基准气体室55内。S卩，在图1OA中，大量的未燃烧气体向大气侧侵入。若大量的未燃烧气体向基准气体室55内进入，则这些未燃烧气体在大气侧电极53的表面上与氧进行反应，因此大气侧电极53的表面上成为缺氧状态。此时，大气侧电极53的表面上的氧分压Pa与排气侧电极52的表面上的氧分压Pd之比变小，因此此时产生的电动势E成为0.1V左右。在这样地产生了 0.1V左右的电动势E时，若施加0.1V左右的施加电压V，则电动势E和施加电压V的极性反向，因此如在图1lC中由实线所示那样，空燃比传感器40、41的输出电流I变为零。若从该状态使施加电压V下降下去，则氧离子朝向排气侧电极52开始移动。然而，此时，如上述那样，向排气侧电极52的表面上供给的未燃烧气体的量被扩散律速层54律速。因此，即使使施加电压V下降，到达排气侧电极52的氧离子的量也被限制为一定量，因此如在图1lC中由实线所示那样，即使施加电压V变化，输出电流I也会维持为一定，即会产生临界电流。
[0093]另一方面，在这样地产生了 0.1V左右的电动势E时，在排气侧电极52的表面上不存在氧。因此，此时，即使施加比0.1V高的施加电压V，氧离子也不会朝向大气侧电极53移动。在该情况下，即施加了比0.1V高的施加电压V的情况下，在排气侧电极52和固体电解质层51的边界面发生水分的分解，由此，如在图1lC中由实线所示那样，输出电流I会随着施加电压V急剧地上升。S卩，在空燃比传感器40、41发生了元件开裂时，若排气的空燃比成为浓空燃比，则如在图1lC中由实线所示那样，输出电流I的变化图形，相对于在图1lC中由虚线所示的正常的输出电流I的变化图形，如箭头所示那样成为向施加电压V的下降方向移动了电动势E下降的量(0.8V)的形状。因此，在空燃比传感器40、41发生了元件开裂时，若排气的空燃比成为浓空燃比，则如图7和图8A、8B所示，空燃比传感器40、41的输出电流I成为正的电流值，即空燃比传感器40、41的输出空燃比显示出稀空燃比，而且，此时，如图8A、8B所示，若使对空燃比传感器40、41的施加电压V增大，则空燃比传感器40、41的输出电流I会急速地增大。
[0094]在图12中，用X表示图1lB中所示的输出电流I的变化，用Y表示在图1lC中由实线所示的输出电流I的变化。即，在图12中，X表示在空燃比传感器40、41为正常的情况、或者空燃比传感器40、41发生了元件开裂的情况下，排气的空燃比A/F被设为稀空燃比时的输出电流I相对于施加电压V的变化。另一方面，Y表示在空燃比传感器40、41发生了元件开裂的情况下排气的空燃比A/F被设为浓空燃比时的输出电流I相对于施加电压V的变化。那么，在空燃比传感器40、41、例如下游侧空燃比传感器41发生了元件开裂的情况下，在排气的空燃比被设为浓空燃比时，如图12中的Y所示那样，下游侧空燃比传感器41的输出电流I成为正的电流值。即，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比显示出稀空燃比。因此，在排气的空燃比A/F被设为浓空燃比时，下游侧空燃比传感器41的输出电流I成为正的电流值的情况下，即下游侧空燃比传感器41的输出空燃比显示出稀空燃比的情况下，可以看出能够判断为下游侧空燃比传感器41发生了元件开裂。
[0095]但是，实际上，即使下游侧空燃比传感器41为正常，也有在排气的空燃比A/F被设为浓空燃比时下游侧空燃比传感器41的输出电流I成为正的电流值的情况、即下游侧空燃比传感器41的输出空燃比显示出稀空燃比的情况。例如，有以下情况:气缸间的空燃比存在偏差，特定的气缸的空燃比相对于其他气缸向浓侧偏移得较大，由于排气通路的形状等，上游侧空燃比传感器没有与从各气缸流出的排气均匀地接触，而主要与从向浓侧偏移了的气缸中流出的排气接触。若在这样的情况下，基于上游侧空燃比传感器的输出信号将空燃比反馈控制为理论空燃比，则向各气缸的燃料喷射量被减量，平均空燃比变为稀，即使在这样的状态下为了使空燃比成为浓空燃比而将向各气缸的燃料喷射量增量，也有时平均空燃比成为稀空燃比。在该情况下，即使下游侧空燃比传感器41为正常，在目标空燃比被设为浓空燃比时，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比也会显示出稀空燃比。
[0096]另外，有时下游侧空燃比传感器41不与从各气缸流出的排气均匀地接触，而主要与从向稀侧偏移了的气缸中流出的排气接触。在这样的状态下，有时即使为使空燃比成为浓空燃比而将向各气缸的燃料喷射量增量，与下游侧空燃比传感器接触的排气的空燃比也依然变为稀。在该情况下，即使下游侧空燃比传感器41为正常，在目标空燃比被设为浓空燃比时，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比也会显示出稀空燃比。因此，在目标空燃比被设为浓空燃比时，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比显示出稀空燃比的情况下，会误判断为判断为下游侧空燃比传感器41发生了元件开裂。
[0097]这样，即使下游侧空燃比传感器41为正常，在目标空燃比被设为浓空燃比时，也存在下游侧空燃比传感器41的输出电流I成为正的电流值的情况，即下游侧空燃比传感器41的输出空燃比显示出稀空燃比的情况。
[0098]但是，若如上述那样施加比产生临界电流的电压高的电压，则在排气侧电极52和固体电解质层51的边界面上发生水分的分解，由此输出电流I随着施加电压V的上升而上升。此时，输出电流I上升的程度根据下游侧空燃比传感器41的温度而变化。
[0099]图13示出排气的空燃比为浓空燃比时的施加电压V和输出电流I的关系。图中的X1示出下游侧空燃比传感器41为正常且其温度为高温(例如700°C)的情况下的关系，图中的X2示出下游侧空燃比传感器41为正常且其温度为低温(例如650°C )的情况下的关系。另一方面，图中的Y1示出下游侧空燃比传感器41发生了元件开裂且其温度为高温的情况下的关系，图中的Y2示出下游侧空燃比传感器41发生了元件开裂且其温度为低温的情况下的关系。
[0100]如图13所示，在下游侧空燃比传感器41为正常的情况下，无论下游侧空燃比传感器41的温度为高温的情况还是为低温的情况，在下游侧空燃比传感器41中，在大致同一施加电压V的范围内都产生同一输出电流I。然而，在施加电压比产生临界电流的电压高的区域中，下游侧空燃比传感器41的温度为高温的情况下，与其为低温的情况相比，与施加电压V的上升相伴的输出电流I的上升量大。可以认为这是因为，在施加电压比产生临界电流的电压高的区域中，在排气侧电极52和固体电解质层51的边界面发生水分的分解，但下游侧空燃比传感器41的温度越是高温，分解反应越进行。
[0101]另一方面，在下游侧空燃比传感器41发生了元件开裂的情况下，在如上述那样排气的空燃比为浓空燃比时，下游侧空燃比传感器41的输出电流I成为正的电流值。此时，在下游侧空燃比传感器41的温度为高温的情况下，与为低温的情况相比，与施加电压V的上升相伴的输出电流I的上升量大。
[0102]这样，在下游侧空燃比传感器41为正常的情况下，即使下游侧空燃比传感器41的温度变化，输出电流I也不变化。与此相对，在下游侧空燃比传感器41发生了元件开裂的情况下，若排气的空燃比A/F为浓空燃比，则输出电流I随着下游侧空燃比传感器41的温度上升而增大。因此，在使排气的空燃比A/F为浓空燃比的状态下，从使下游侧空燃比传感器41变化时的输出电流I的变化，就能够正确地判别下游侧空燃比传感器41是否发生了元件开裂。
[0103]<异常诊断>
[0104]因此，本实施方式涉及一种被设置在内燃机的排气通路中且产生与空燃比对应的临界电流的临界电流式的空燃比传感器的异常诊断装置，其具备检测空燃比传感器40、41的输出电流I的电流检测部61、和控制空燃比传感器40、41的温度的传感器温度控制装置，在通过传感器温度控制装置将空燃比传感器40、41的温度控制为第一温度，且在空燃比传感器40、41的温度被设为第一温度的状态下内燃机以使得在空燃比传感器40、41周围流通的排气的空燃比成为浓空燃比的方式对空燃比进行控制的期间，通过电流检测部61检测空燃比传感器40、41的输出电流I，并且，通过传感器温度控制装置将空燃比传感器40、41的温度控制为比第一温度高的第二温度，且在空燃比传感器40、41的温度被设为第二温度的状态下内燃机以使得在空燃比传感器40、41周围流通的排气的空燃比成为浓空燃比的方式对空燃比进行控制的期间，通过电流检测部检测空燃比传感器40、41的输出电流I，在将空燃比传感器40、41的温度控制为第一温度时的输出电流I比将空燃比传感器40、41的温度控制为第二温度时的输出电流大预先确定的值以上的情况下，判定为空燃比传感器40、41产生了异常。
[0105]接着，一边参照图14和图15所示的时间图，一边以检测下游侧空燃比传感器41的元件开裂的情况为例，对本实施方式中的空燃比传感器的异常诊断进行说明。在本实施方式中，如参照图5已说明的那样，通常，目标空燃比被交替地变更为浓设定空燃比AFTrich和稀设定空燃比AFTlean。当这样将目标空燃比交替地变更为浓设定空燃比AFTrich和稀设定空燃比AFTlean的控制称为通常控制时，在进行下游侧空燃比传感器41的异常诊断时可执行使目标空燃比比该通常控制时的浓设定空燃比AFTrich浓的主动控制。因此，可以说该主动控制通过以使得向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比成为浓空燃比的方式控制燃料喷射阀11的燃料喷射量来进行。
[0106]图14和图15是表示该主动控制的有无、目标空燃比、上游侧空燃比传感器40的输出空燃比、下游侧空燃比传感器41的输出空燃比、和下游侧空燃比传感器41的温度的变化的时间图。再者，图14示出了虽然下游侧空燃比传感器41没有发生元件开裂却在使目标空燃比为浓空燃比时下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为稀空燃比的情况。图15示出了由于下游侧空燃比传感器41发生了元件开裂而在使目标空燃比为浓空燃比时下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为稀空燃比的情况。再者，比较图14和图15可知，在图14和图15中，主动控制的有无、目标空燃比、上游侧空燃比传感器40的输出空燃比、和下游侧空燃比传感器41的温度显示出同一变化，因此首先对主动控制的有无、目标空燃比、上游侧空燃比传感器的输出空燃比、和下游侧空燃比传感器41的温度进行说明。
[0107]在图14和图15所示的例子中，在时刻L，开始执行主动控制。在这些例子中，示出了在时刻^开始执行主动控制之前，将目标空燃比交替地变更为浓空燃比和稀空燃比的通常控制时，目标空