JP2002257772A

JP2002257772A - 空燃比センサの異常検出方法およびセンサ制御回路の保護方法

Info

Publication number: JP2002257772A
Application number: JP2001052309A
Authority: JP
Inventors: Norikazu Ieda; 典和家田; Yuji Oi; 雄二大井
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2002-09-11
Anticipated expiration: 2021-02-27
Also published as: JP4520652B2

Abstract

(57)【要約】【課題】いかなるガス雰囲気でもセンサ異常を検出し
得る空燃比センサの異常検出方法を提供する。【解決手段】起電力セル２４に設けられた多孔質電極
にそれぞれ接続される配線４１の電位と配線４２の電位
とを測定する。これにより、起電力セル２４の一方また
は他方の多孔質電極の電圧が変動しても、このような電
圧変動をも含めて配線４１、４２の異常を検出すること
ができる。また配線４２は、ポンプセル１４の一方の多
孔質電極にも接続されているので、配線４２の電位の測
定により、ポンプセル１４を介してポンプセル１４の他
方の多孔質電極に接続された配線４３の異常を検出する
ことができる。したがって、センサ素子１０周囲のガス
雰囲気に影響されるポンプセル１４の電流Ｉｐを測定す
ることなく、配線４１、４２、４３の異常をそれぞれ検
出することができるので、いかなるガス雰囲気でもセン
サ異常を検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空燃比センサの異
常検出方法およびセンサ制御回路の保護方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】エンジンに供給する混合気の空燃比を目
標値に制御し、排気ガス中のＣＯ、ＮＯx 、ＨＣを軽減
するために、排気系に酸素センサを設け、空燃比と相関
関係を持つ排気中の酸素濃度に応じて、燃料供給量をフ
ィードバック制御することが知られている。

【０００３】このようなフィードバック制御に用いられ
る酸素センサとしては、特定の酸素濃度（特に理論空燃
比雰囲気）で出力がステップ状に変化するλセンサと、
リーン領域からリッチ領域まで連続的に出力が変化する
全領域空燃比センサとが主に用いられている。全領域空
燃比センサは、上述したように排気ガス中の酸素濃度を
連続的に測定でき、フィードバック制御の速度及び精度
を向上させ得るため、より高速で高精度な制御が要求さ
れる際に用いられている。

【０００４】全領域空燃比センサは、酸素イオン伝導性
固体電解質体の２つのセルを間隔を介して対向配設し、
一方のセルを間隔内の酸素を周囲に汲み出すもしくは周
囲から酸素を汲み込むポンプセルとして用い、また、他
方のセルを酸素基準室と間隔との酸素濃度差によって電
圧を生じる起電力セルとして用い、起電力セルの出力が
一定になるようにポンプセルを動作させ、その時に該ポ
ンプセルに流す電流を、測定酸素濃度比例値として測定
する。この全領域空燃比センサの動作原理は、本出願人
の出願に係る特開昭６２−１４８８４９号公報中に詳述
されている。

【０００５】一方、このような空燃比センサが正常に作
動しているか否かを検出する空燃比センサの異常検出方
法としては、本出願人の出願に係る特開平３−２７２４
５２号公報の「空燃比センサの異常診断方法」等、様々
なものが開示されている。そして、これらの多くは、ポ
ンプセルの動作による起電力セルの起電圧Ｖｓが一定に
なることや、起電力セルの起電圧Ｖｓの変動によってポ
ンプセルの電流Ｉｐが変化することを利用するものであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな起電力セルの起電圧Ｖｓを利用した異常診断方法に
よると、「ポンプセルの動作によって起電力セルの起電
圧Ｖｓが一定になること」を利用したものでは、起電力
セルの一方の端子電圧あるいは起電力セルの両端子間の
電圧を測定している。そのため、起電力セルの他方の端
子電圧が変動しても、その影響が測定している端子に直
接現れなければ電圧が変動している他方の端子について
センサの異常を検出することができないという問題があ
る。

【０００７】また、「起電力セルの起電圧Ｖｓの変動に
よってポンプセルの電流Ｉｐが変化すること」を利用し
たものでは、センサ周囲のガス雰囲気によってはポンプ
セルの電流Ｉｐが変動することから、特定のガス雰囲気
（例えばフューエルカット時のガス雰囲気）に固定した
上でポンプセルの電流Ｉｐを測定する必要がある。その
ため、このような特定のガス雰囲気以外では空燃比セン
サの異常を検出することができないという問題がある。

【０００８】一方、空燃比センサに異常がある場合に
は、このような端子電圧が予定範囲を超えて変動するこ
とや、あるいはこのような端子に接続された配線が電源
ラインやそのグランドに短絡していることがある。その
ため、このような空燃比センサの異常は、空燃比センサ
を制御するセンサ制御回路にも悪影響を及ぼすおそれが
あり、場合によってはセンサ制御回路の破損をも招くお
それがある。

【０００９】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、いかな
るガス雰囲気でもセンサ異常を検出し得る空燃比センサ
の異常検出方法を提供することにある。

【００１０】また、本発明の別の目的は、特定のセンサ
異常を検出した場合には、センサ制御回路の破損を回避
し得るセンサ制御回路の保護方法を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の空燃比センサの異常検出方法では、固体
電解質体に一対の多孔質電極が設けられた２つのセルか
らなり、一方のセルを酸素をポンピングするポンプセル
とし、他方のセルを酸素濃度測定セルとしてそれぞれ使
用し、測定ガス中の空燃比を測定する空燃比センサの異
常検出方法であって、前記酸素濃度測定セルの一方の多
孔質電極に接続された第１配線の電位と、前記酸素濃度
測定セルの他方の多孔質電極と前記ポンプセルの一方の
多孔質電極とに接続された第２配線の電位と、を測定す
ることにより、前記空燃比センサの異常を検出すること
を技術的特徴とする。

【００１２】また、請求項２の空燃比センサの異常検出
方法では、請求項１において、前記第１配線の電位また
は前記第２配線の電位が、所定範囲を超えた場合に異常
を検出することを技術的特徴とする。

【００１３】さらに、請求項３のセンサ制御回路の保護
方法では、請求項１または２記載の空燃比センサの異常
検出方法を用いたセンサ制御回路の保護方法であって、
前記空燃比センサの異常検出方法により検出した異常
が、前記第１配線、第２配線または第３配線と、電源ラ
インとの短絡である場合には、前記空燃比センサを制御
するセンサ制御回路の作動電圧を前記電源ラインの電圧
と同電位にすることを技術的特徴とする。

【００１４】請求項１の発明では、第１配線の電位と第
２配線の電位とを測定する。即ち、酸素濃度測定セルの
両面に設けられた多孔質体電極にそれぞれ接続される第
１配線の電位と第２配線の電位とを測定する。これによ
り、酸素濃度測定セルの一方または他方の多孔質電極の
電圧が変動しても、このような電圧変動をも含めて第
１、第２配線の異常を検出することができる。

【００１５】請求項２の発明では、第１配線の電位また
は第２配線の電位が、所定範囲を超えた場合に異常を検
出する。これにより、異常であるか否かを検出する電圧
範囲を設定することができるので、一定電圧を基準とし
た一義的に異常検出をする場合に比べ、所定の幅を持た
せた柔軟な検出をすることができる。

【００１６】請求項３の発明では、空燃比センサの異常
検出方法により検出した異常が、第１配線、第２配線ま
たは第３配線と、電源ラインとの短絡である場合には、
空燃比センサを制御するセンサ制御回路の作動電圧を電
源ラインの電圧と同電位にする。これにより、第１配
線、第２配線または第３配線と電源ラインとが短絡して
第１配線、第２配線または第３配線に電源ラインの電圧
が印加されても、第１配線、第２配線または第３配線の
電圧とセンサ制御回路の作動電圧とは同電位であるの
で、両者間に接続される回路等に電流が流れない。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の空燃比センサの異
常検出方法およびセンサ制御回路の保護方法の実施形態
について図を参照して説明する。まず、本発明の一実施
態様に係る空燃比センサの構成と作動を図１に基づいて
説明する。

【００１８】図１に示すように、排気ガス系に配設され
るセンサ素子１０は、２つのセルを接合して構成されて
おり、３本の配線４１、４２、４３を介してセンサ制御
回路５０に接続されている。このため、このセンサ制御
回路５０では、通常、排気ガス中の酸素濃度測定とセン
サ素子１０の温度測定とを主に行うが、その他にセンサ
素子１０の２つのセルに接続された３本の配線４１、４
２、４３の異常検出を行う機能も備えている。

【００１９】このセンサ素子１０には、ヒータ制御回路
６０にて制御されるヒータ７０が、セラミック系接合剤
を介して取り付けられている。ヒータ７０は、絶縁材料
としてアルミナ等のセラミックからなり、その内部には
ヒータ配線７２が配設されている。ヒータ制御回路６０
は、センサ制御回路５０により測定されるセンサ素子１
０の温度を目標値に保つように、ヒータ７０へ電力を供
給し、センサ素子１０の温度を目標値に維持するように
機能する。

【００２０】センサ素子１０は、ポンプセル１４、多孔
質拡散層１８、起電力セル２４および補強板３０を積層
することにより構成されている。ポンプセル１４は、酸
素イオン伝導性固体電解質材料である安定化または部分
安定化ジルコニア（ＺｒＯ₂ ）により形成され、その表
面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された多孔質
電極１２、１６を有している。測定ガスに晒される表面
側の多孔質電極１２は、Ｉｐ電流を流すためにＩｐ＋電
圧が印加されるのでＩｐ＋電極として参照する。また裏
面側の多孔質電極１６は、Ｉｐ電流を流すためにＩｐ−
電圧が印加されるのでＩｐ−電極として参照する。な
お、Ｉｐ＋電極には配線４３、Ｉｐ−電極には配線４２
がそれぞれ接続されている。

【００２１】起電力セル２４も同様に安定化または部分
安定化ジルコニア（ＺｒＯ₂）により形成され、その表
面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された多孔質
電極２２、２８を有している。ポンプセル１４と起電力
セル２４との間には、多孔質拡散層１８により包囲され
た間隙２０が形成されている。

【００２２】即ち、この間隙２０は、多孔質拡散層１８
を介して測定ガス雰囲気と連通されている。間隙２０側
に配設された多孔質電極２２は、起電力セル２４の起電
力のマイナス電圧が生じるためＶｓ−電極として参照
し、また基準酸素室２６側に配設された多孔質電極２８
は、起電力セル２４の起電力のプラス電圧が生じるため
Ｖｓ＋電極として参照する。基準酸素室２６の基準酸素
は多孔質電極２２から一定量の酸素を多孔質電極２８に
ポンピングすることにより生成する。なお、Ｖｓ＋電極
には配線４１、Ｖｓ−電極には配線４２がそれぞれ接続
されている。

【００２３】ここで、測定ガスの酸素濃度と間隙２０の
酸素濃度との差に応じた酸素が、間隙２０側に多孔質拡
散層１８を介して拡散して行く。間隙２０内の雰囲気が
理論空燃比に保たれるとき、ほぼ酸素濃度が一定に保た
れている基準酸素室２６との間の酸素濃度差により、起
電力セル２４のＶｓ＋電極２８とＶｓ−電極２２との間
には、約４５０ｍＶの電位差が生じる。このため、セン
サ制御回路５０は、ポンプセル１４に流す電流Ｉｐを、
上記起電力セル２４の起電圧Ｖｓが４５０ｍＶとなるよ
うに調整することで、間隙２０内の雰囲気を理論空燃比
に保ち、この理論空燃比に保つためのポンプセル電流量
Ｉｐに基づき、測定ガス中の酸素濃度を測定する。

【００２４】このようにセンサ素子１０は、センサ制御
回路５０により、通常、起電力セル電位２４の起電圧Ｖ
ｓが４５０ｍＶとなるようにポンプセル１４に流す電流
Ｉｐを調整している。そのため、このようなセンサ制御
回路５０によるセンサ素子１０のＩｐ電流の電流制御の
特徴を利用することによって、以下に説明するようなセ
ンサ素子１０の配線４１、４２、４３の異常検出を行う
ことができる。

【００２５】次に、本発明の一実施態様に係る空燃比セ
ンサの異常検出方法を適用したセンサ制御回路５０の構
成を図２に基づいて説明する。図２に示すように、セン
サ制御回路５０は、主に、Ｉｐドライバ５１、ＰＩＤ制
御回路５２、オペアンプ５３、Ｒpvs 測定回路５４、Ｖ
ｐリミッタ５５、自己診断回路５８等から構成されてお
り、例えば本実施形態では特定用途向集積回路（ＡＳＩ
Ｃ； Application Specific IC）として実現されてい
る。

【００２６】Ｉｐドライバ５１は、センサ素子１０にＩ
ｐ電流を流すためのオペアンプで、反転入力端子にはＡ
ＳＩＣのＶcent端子、非反転入力端子には基準電圧３．
６Ｖがそれぞれ接続されており、また出力端子にはＡＳ
ＩＣのＩｐ＋端子が接続されている。そして、このよう
なＡＳＩＣのＶcent端子とＩｐ＋端子との間にセンサ素
子１０のポンプセル１４が接続されている。これによ
り、Ｉｐドライバ５１は負帰還回路を構成するため、Ｖ
cent端子の電位が基準電圧（３．６Ｖ）を常に維持する
ように、Ｉｐ電流が制御される。このようにＶcent端子
の電圧を基準電圧の３．６Ｖに保つように制御する必要
があるのは、３．６Ｖを基準電位（疑似ＧＮＤ）にして
ＡＳＩＣ内の各回路を動作させているためである。

【００２７】なお、このＡＳＩＣは、ＶＢ端子に接続さ
れるバッテリからの供給電力によって駆動されている
が、バッテリにより印加される直流電圧（１２Ｖ〜１６
Ｖ）により直接駆動されているのではなく、ＡＳＩＣに
内蔵される定電圧回路から供給されるバッテリよりも低
い電圧、例えば８Ｖにより駆動されている。この電圧は
ＶＣＣ８端子にも出力されている。

【００２８】ＰＩＤ制御回路５２は、ＡＳＩＣのＰ１端
子、Ｐ２端子およびＰ３端子に接続される抵抗やコンデ
ンサとともに、ＡＳＩＣ内蔵のオペアンプ等からＰＩＤ
演算回路を構成するものである。このＰＩＤ制御回路５
２は、Ｖｓ制御目標値の４５０ｍＶに対する起電力セル
２４の起電圧Ｖｓの偏差量ΔＶｓをＰＩＤ演算した電圧
をＰout 端子に出力するもので、これによりＩｐドライ
バ５１によるＩｐ電流が制御される。

【００２９】即ち、起電力セル２４の起電圧Ｖｓが４５
０ｍＶよりも高い場合には、間隙２０の酸素濃度が酸素
基準室２６の酸素濃度よりも低い状態、つまり理論空燃
比に対して燃料供給過剰（リッチ）側の状態にあるの
で、その不足分の酸素をポンプセル１４により汲み込む
ためのＩｐ電流が流れるように偏差量ΔＶｓをＰＩＤ演
算した電圧をＰout 端子に出力する。一方、起電力セル
２４の起電圧Ｖｓが４５０ｍＶよりも低い場合には、間
隙２０の酸素濃度が酸素基準室２６の酸素濃度よりも高
い状態、つまり理論空燃比に対して燃料供給不足（リー
ン）側の状態にあるので、その過剰分の酸素をポンプセ
ル１４により汲み出すためのＩｐ電流が流れるように偏
差量ΔＶｓをＰＩＤ演算した電圧をＰout 端子に出力す
る。

【００３０】なお、配線４２が接続されるＣＯＭ端子
に、−１５μＡの定電流源が接続されているが、これは
Ｉcp電流によるＰＩＤ演算の誤差を防止するためであ
る。即ち、ＶＳ＋端子には＋１５μＡの定電流源が接続
されており、これにより起電力セル２４にＩcp電流を供
給して酸素基準を作り出している。このため、ＣＯＭ端
子に−１５μＡの定電流源を接続することにより、ＰＩ
Ｄ演算回路に流れ込む電流からこの１５μＡ分を差し引
くことによって、Ｉcp電流による演算誤差を防止してい
る。

【００３１】また、ＶＳ＋端子とＰＩＤ制御回路５２と
の間に接続されるオペアンプ５３は、ボルテージフォロ
ア回路を構成している。これにより、ＶＳ＋端子からは
ＰＩＤ制御回路５２側が高インピーダンスに見えるた
め、＋１５μＡの定電流源による供給電流がＰＩＤ制御
回路５２に流れ込むことを抑制している。

【００３２】Ｒpvs 測定回路５４は、センサ素子１０の
内部抵抗Ｒpvs からセンサ素子１０の温度を測定するも
ので、オペアンプ、抵抗、コンデンサ等により構成され
ている。このＲpvs 測定回路５３では、所定時間毎に起
電力セル２４に所定の測定電流を流すことにより起電力
セル２４の起電圧Ｖｓを変化させ、これにより得られた
起電圧Ｖｓの変化量を定数倍に演算増幅してＶＲpvs電
圧としてＡＳＩＣのＶRPVS端子から出力する。

【００３３】なお、Ｒpvs 測定回路５３による測定電流
を起電力セル２４に流す際には、測定電流がＰＩＤ制御
回路５２に流れ込まないようにＰＩＤ制御回路５２とオ
ペアンプ５３との間に介在するＳＷにより両者間の接続
を切断している。したがって、このＳＷによって、ＰＩ
Ｄ制御回路５２とオペアンプ５３との間が切断されてい
る時間にＲpvs 測定回路５４による測定が行われる。

【００３４】Ｖｐリミッタ５５は、ポンプセル１４のい
わゆるブラックニングを防止するための回路で、ポンプ
セル１４の両端電圧Ｖｐが一定の範囲を超える場合に作
動してＶｓ目標値をシフトさせるものである。なお、
「ブラックニング」とは、酸素イオンの喪失によるポン
プセルの表面黒化現象のことをいう。

【００３５】自己診断回路５８は、主に、ウインドウコ
ンパレータ５８ａ、５８ｂ、コンパレータ５８ｃおよび
ＯＲ回路５８ｄから構成されており、センサ素子１０の
２つのセルに接続された３本の配線４１、４２、４３の
異常検出等を行う。

【００３６】即ち、ＡＳＩＣのＶＳ＋端子の電位が所定
の範囲内にあるか否かをウインドウコンパレータ５８ａ
により判断し、ＡＳＩＣのＣＯＭ端子の電位が所定の範
囲内にあるか否かをウインドウコンパレータ５８ｂによ
り判断する。またＡＳＩＣのＶＳ＋端子、ＩＰ＋端子、
Ｖcent端子、ＣＯＭ端子またはＰout 端子のうちのいず
れか一つの端子の電位が所定値（所定電圧）を超えたか
否かをコンパレータ５８ｃにより判断する。そして、こ
れら３つのコンパレータによる判断結果の論理和をＯＲ
回路５８ｄによりP/START情報として出力する。なお、
このP/START情報は、ＡＳＩＣの出力信号端子であるＶ
Ｒpvs端子を介して外部に出力される。

【００３７】例えばＶＳ＋端子では、その電位は、通
常、ＣＯＭ端子の基準電圧３．６Ｖに起電力セル２４の
起電圧Ｖｓ４５０ｍＶを加えた値である４．０５Ｖに保
たれている。そのため、ウインドウコンパレータ５８ａ
の上限値を６．３５Ｖ、下限値を２．５Ｖに設定するこ
とにより、ＶＳ＋端子の電位が上限値の６．３５Ｖを超
えて上昇したときには、ＶＳ＋端子あるいは配線４１が
バッテリの電源ラインＢＡＴＴと短絡したものと判断
し、ＶＳ＋端子の電位が下限値の２．５Ｖを超えて下降
したときには、ＶＳ＋端子あるいは配線４１がバッテリ
のグランドＧＮＤと短絡したものと判断することができ
る。

【００３８】また、ＣＯＭ端子では、その電位は、Ｉｐ
ドライバ５１により常に基準電圧３．６Ｖになるように
制御されている。そのため、ウインドウコンパレータ５
８ｂの上限値を５．５Ｖ、下限値を２．５Ｖに設定する
ことにより、ＣＯＭ端子の電位が上限値の５．５Ｖを超
えて上昇したときには、ＣＯＭ端子あるいは配線４２が
バッテリの電源ラインＢＡＴＴと短絡したものと判断
し、ＣＯＭ端子の電位が下限値の２．５Ｖを超えて下降
したときには、ＣＯＭ端子あるいは配線４２がバッテリ
のグランドＧＮＤと短絡したものと判断することができ
る。

【００３９】これにより、いずれのウインドウコンパレ
ータ５８ａ、５８ｂも、設定された所定の範囲内であれ
ば論理値０に相当する信号を出力し、所定の範囲外であ
れば論理値１に相当する信号を出力する。そして、これ
らの２信号を入力するＯＲ回路５８ｄでは、論理和の結
果をP/START情報として出力するので、ＶＳ＋端子ある
いはＣＯＭ端子の電位、つまり配線４１、４２が電源ラ
インＢＡＴＴまたはグランドＧＮＤと短絡しているか否
かをこのP/START情報により検出することができる。

【００４０】なお、ウインドウコンパレータ５８ａの上
限値および下限値は、ＡＳＩＣの製造ばらつきや５Ｖ電
圧の変動などでＶｓ＋端子電圧やＣＯＭ電圧端子がばら
つくことを考慮して、それぞれ設定されている。

【００４１】このように本実施形態では、２つのウイン
ドウコンパレータ５８ａ、５８ｂによって、それぞれＶ
Ｓ＋端子の電位、ＣＯＭ端子の電位を監視しているが、
ＩＰ＋端子の電位も、この２つのウインドウコンパレー
タ５８ａ、５８ｂで監視することができる。即ち、図２
に示すように、センサ素子１０のポンプセル１４に接続
されるＩＰ＋端子は、ポンプセル１４を介してＣＯＭ端
子に、あるいはポンプセル１４と起電力セル２４を介し
てＶＳ＋端子に、接続されている。そのため、ＩＰ＋端
子の電位をＣＯＭ端子またはＶＳ＋端子から検出するこ
とができるので、ＣＯＭ端子またはＶＳ＋端子の電位を
監視しているウインドウコンパレータ５８ａ、５８ｂに
より、ＶＳ＋端子の電位、ＣＯＭ端子の電位と同様にＩ
Ｐ＋端子の電位も監視することができる。

【００４２】したがって、ＩＰ＋端子の電位を直接検出
することなく、先に説明したウインドウコンパレータ５
８ａ、５８ｂの上限値、下限値の範囲を超える電位の監
視により、ＩＰ＋端子あるいは配線４３が電源ラインＢ
ＡＴＴまたはグランドＧＮＤと短絡しているか否かを検
出することができる。

【００４３】一方、コンパレータ５８ｃでは、ＡＳＩＣ
のＶＳ＋端子、ＩＰ＋端子、Ｖcent端子、ＣＯＭ端子ま
たはＰout 端子の各電位が、ＡＳＩＣ内の回路の駆動電
圧である８Ｖを超えているか否かを判断している。その
ため、これらの各端子は、駆動電源の電圧変動等を見込
んだ値の９Ｖを上限値に設定したコンパレータ５８ｃに
よって監視されており、いずれかの端子の電位が９Ｖを
超えて上昇したときには、その端子がバッテリの電源ラ
インＢＡＴＴに短絡しているものと判断して、論理値１
に相当する信号をコンパレータ５８ｃから出力する。ま
た９Ｖを超えていなければ論理値０に相当する信号をコ
ンパレータ５８ｃより出力する。

【００４４】そして、これらの各端子が、バッテリの電
源ラインＢＡＴＴに短絡している場合には、つまりコン
パレータ５８ｃにより論理値１に相当する信号が出力さ
れた場合には、ＡＳＩＣのＣＯＮＴ端子にＶＣＣ８端子
を制御するための制御信号が出力される。これにより、
次に説明する保護回路が作動するため、ＡＳＩＣ内の各
回路素子等を保護することができる。

【００４５】図３には、上述したセンサ制御回路５０に
適用される、本発明の一実施態様に係るセンサ制御回路
の保護方法を具現化した保護回路が示されている。ＡＳ
ＩＣのＶＢ端子には、前述したようにバッテリの電源ラ
インＢＡＴＴが接続されており、これにより電力供給が
なされている。なおダイオードＤ１は、逆流防止目的の
ダイオードである。ＶＢ端子とＶＣＣ８端子の間には、
トランジスタＱ１が接続されており、そのベース端子は
ＡＳＩＣのＣＯＮＴ端子に接続されている。即ちこのＣ
ＯＮＴ端子から出力されるＶＣＣ８端子の制御信号によ
り、トランジスタＱ１のベース端子にターンオン電圧が
印加されると、エミッタ−コレクタ間の導通が確保され
るため、導通状態のトランジスタＱ１を介してＶＢ端子
とＶＣＣ８端子との間を通電させ得るように構成されて
いる。

【００４６】このように保護回路を構成することによっ
て、ＡＳＩＣのＶＳ＋端子、ＩＰ＋端子、Ｖcent端子、
ＣＯＭ端子またはＰout 端子のいずれかの端子がバッテ
リの電源ラインＢＡＴＴに短絡すると、コンパレータ５
８ｃからはＶＣＣ８端子の制御信号が出力されるので、
トランジスタＱ１のベース端子にターンオン電圧が印加
される。これにより、トランジスタＱ１は、遮断状態か
ら導通状態に移行するため、エミッタに接続されるＶＢ
端子とコレクタに接続されるＶＣＣ８端子とが通電状態
になり、その結果、ＶＢ端子に印加されていた電源ライ
ンＢＡＴＴによるバッテリ電圧がＶＣＣ８端子にも印加
される。

【００４７】したがって、ＡＳＩＣ、つまりセンサ制御
回路５０の作動電圧ＶＣＣ８が電源ラインＢＡＴＴのバ
ッテリ電圧と同電位になるので、電源ラインＢＡＴＴに
短絡した端子からＶＣＣ８端子に向かってバッテリ電圧
による電流が流れ込むことがない。よって両端子（電源
ラインＢＡＴＴに短絡した端子とＶＣＣ８端子）間に介
在する回路素子等の破損を回避することができる。

【００４８】以上説明したように本実施形態に係る空燃
比センサの異常検出方法によると、起電力セル２４に設
けられた多孔質電極２２、２８にそれぞれ接続される配
線４１の電位と配線４２の電位とを測定する。これによ
り、起電力セル２４の一方または他方の多孔質電極２
２、２８の電圧が変動しても、このような電圧変動をも
含めて配線４１、４２の異常を検出することができる。
また配線４２は、ポンプセル１４の一方の多孔質電極１
６にも接続されているので、配線４２の電位の測定によ
り、ポンプセル１４を介してポンプセル１４の他方の多
孔質電極１２に接続された配線４３の異常を検出するこ
とができる。したがって、センサ素子１０周囲のガス雰
囲気に影響されるポンプセル１４の電流Ｉｐを測定する
ことなく、配線４１、４２、４３の異常をそれぞれ検出
することができるので、いかなるガス雰囲気でもセンサ
異常を検出し得る効果がある。

【００４９】また、本実施形態に係るに係るセンサ制御
回路の保護方法によると、配線４１、４２、４３と、電
源ラインＢＡＴＴとの短絡である場合には、センサ素子
１０を制御するセンサ制御回路５０の作動電圧ＶＣＣ８
を電源ラインＢＡＴＴの電圧と同電位にする。これによ
り、配線４１、配線４２または配線４３と電源ラインＢ
ＡＴＴとが短絡して配線４１、配線４２または配線４３
に電源ラインＢＡＴＴの電圧が印加されても、配線４
１、配線４２または配線４３の電圧とセンサ制御回路５
０の作動電圧ＶＣＣ８とは同電位であるので、両者間に
接続される回路等に電流が流れない。したがって、この
ような特定のセンサ異常を検出した場合には、センサ制
御回路５０の破損を回避し得る効果がある。

【００５０】

【発明の効果】請求項１の発明では、第１配線の電位と
第２配線の電位とを測定する。即ち、酸素濃度測定セル
の両面に設けられた多孔質体電極にそれぞれ接続される
第１配線の電位と第２配線の電位とを測定する。これに
より、酸素濃度測定セルの一方または他方の多孔質電極
の電圧が変動しても、このような電圧変動をも含めて第
１、第２配線の異常を検出することができる。したがっ
て、センサ周囲のガス雰囲気に影響されるポンプセルの
電流Ｉｐを測定することなく、第１配線および第２配線
の異常をそれぞれ検出することができるので、いかなる
ガス雰囲気でもセンサ異常を検出し得る効果がある。

【００５１】請求項２の発明では、第１配線の電位また
は第２配線の電位が、所定範囲を超えた場合に異常を検
出する。これにより、異常であるか否かを検出する電圧
範囲を設定することができるので、一定電圧を基準とし
た一義的に異常検出をする場合に比べ、所定の幅を持た
せた柔軟な検出をすることができる。したがって、第１
配線および第２配線の異常検出に余裕を持たせる効果も
ある。

【００５２】請求項３の発明では、空燃比センサの異常
検出方法により検出した異常が、第１配線、第２配線ま
たは第３配線と、電源ラインとの短絡である場合には、
空燃比センサを制御するセンサ制御回路の作動電圧を電
源ラインの電圧と同電位にする。これにより、第１配
線、第２配線または第３配線と電源ラインとが短絡して
第１配線、第２配線または第３配線に電源ラインの電圧
が印加されても、第１配線、第２配線または第３配線の
電圧とセンサ制御回路の作動電圧とは同電位であるの
で、両者間に接続される回路等に電流が流れない。した
がって、このような特定のセンサ異常を検出した場合に
は、センサ制御回路の破損を回避し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る空燃比センサの異常
検出方法を適用した空燃比センサ、センサ制御回路等を
示す説明図である。

【図２】本実施形態に係る空燃比センサとセンサ制御回
路との接続およびセンサ制御回路の構成概要を示す説明
図である。

【図３】本発明の一実施形態に係るセンサ制御回路の保
護方法を適用したセンサ制御回路の構成概要を示す説明
図である。

【符号の説明】

１０センサ素子１２、１６、２２、２８多孔質電極１４ポンプセル１８多孔質拡散層２０間隙２４起電力セル（酸素濃度測定セル）２６酸素基準室４１配線（第１配線）４２配線（第２配線）４３配線（第３配線）５０センサ制御回路５８自己診断回路５８ａ、５８ｂウインドウコンパレータ５８ｃコンパレータ７０ヒータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体電解質体に一対の多孔質電極が設け
られた２つのセルからなり、一方のセルを酸素をポンピ
ングするポンプセルとし、他方のセルを酸素濃度測定セ
ルとしてそれぞれ使用し、測定ガス中の空燃比を測定す
る空燃比センサの異常検出方法であって、前記酸素濃度測定セルの一方の多孔質電極に接続された
第１配線の電位と、前記酸素濃度測定セルの他方の多孔
質電極と前記ポンプセルの一方の多孔質電極とに接続さ
れた第２配線の電位と、を測定することにより、前記空
燃比センサの異常を検出することを特徴とする空燃比セ
ンサの異常検出方法。
【請求項２】前記第１配線の電位または前記第２配線
の電位が、所定範囲を超えた場合に異常を検出すること
を特徴とする請求項１記載の空燃比センサの異常検出方
法。
【請求項３】請求項１または２記載の空燃比センサの
異常検出方法を用いたセンサ制御回路の保護方法であっ
て、前記空燃比センサの異常検出方法により検出した異常
が、前記第１配線、第２配線または第３配線と、電源ラ
インとの短絡である場合には、前記空燃比センサを制御
するセンサ制御回路の作動電圧を前記電源ラインの電圧
と同電位にすることを特徴とするセンサ制御回路の保護
方法。