JP2004125738A - 酸素センサの異常検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】酸素センサの断線と低電圧ショートを区別して、酸素センサの異常を的確に把握できる酸素センサの異常検出装置を提供すること。
【解決手段】ステップ１００では、ＡＤＣ１５に入力した電圧が、高電圧ショート判定値である４．０Ｖを上回るか否かを判定する。ステップ１４０では、高電圧ショートのダイアグコードを不揮発性メモリに記憶する。ステップ１７０では、異常が発生したことを報知するために、ＭＩＬ点灯要求を出力する。ステップ１１０では、入力電圧が２．０Ｖと１．０Ｖとの間の断線の判定範囲であるか否かを判定する。ステップ１５０では、断線のダイアグコードを不揮発性メモリに記憶する。ステップ１２０では、入力電圧が、低電圧ショート判定値である１．０Ｖを下回るか否かを判定する。ステップ１６０では、低電圧ショートのダイアグコードを不揮発性メモリに記憶する。
【選択図】 図６
【解決手段】ステップ１００では、ＡＤＣ１５に入力した電圧が、高電圧ショート判定値である４．０Ｖを上回るか否かを判定する。ステップ１４０では、高電圧ショートのダイアグコードを不揮発性メモリに記憶する。ステップ１７０では、異常が発生したことを報知するために、ＭＩＬ点灯要求を出力する。ステップ１１０では、入力電圧が２．０Ｖと１．０Ｖとの間の断線の判定範囲であるか否かを判定する。ステップ１５０では、断線のダイアグコードを不揮発性メモリに記憶する。ステップ１２０では、入力電圧が、低電圧ショート判定値である１．０Ｖを下回るか否かを判定する。ステップ１６０では、低電圧ショートのダイアグコードを不揮発性メモリに記憶する。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両のエンジンから排出される排ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサに対し、その異常を検出することができる酸素センサの異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両のエンジンから排出される排ガスを浄化するために、例えば三元触媒等の触媒装置を用いるとともに、排ガス中の酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度に応じて燃料や空気の供給状態等を調節する制御が行われている。
【０００３】
また、排ガス中の酸素濃度を検出するために、例えばネルンストタイプのλセンサ等の様に、酸素濃度に応じて起電力を生じる周知の酸素センサ（Ｏ２センサ）が使用されている。
この種の酸素センサを用いる場合には、酸素センサにショート等の異常が発生すると、酸素濃度を検出できなくなるので、酸素センサの異常を検出する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
上述した技術では、図１２に示す様に、酸素センサＰ１からＡＤＣ（ＡＤコンバータ）Ｐ２に至る出力線Ｐ３に、プルダウン抵抗Ｐ４、入力抵抗Ｐ５、コンデンサＰ６等の素子を接続するとともに、アース線Ｐ７にオフセット電圧回路Ｐ８を接続してオフセット電圧を印加している。
【０００５】
そして、図１３（ａ）に示す様に、酸素センサＰ１の作動時に、酸素センサＰ１の出力電圧がオフセット電圧よりも低下した場合には、低電圧ショート（グランドショート）が発生したと判定し、一方、出力電圧が通常のセンサ出力の範囲よりも過度に上昇した場合には、高電圧ショートが発生したと判定している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−１０７２９９号公報 （第４頁、図４）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術においては、下記の問題があり、必ずしも十分ではない。
つまり、前記図１２に示す様に、例えば酸素センサＰ１の出力の取り出し部分である出力線Ｐ３において、断線又は低電圧ショートが発生した場合には、どちらの場合でも、酸素センサＰ１の出力電圧がオフセット電圧よりも低下して０Ｖとなってしまうので、断線であるか低電圧ショートであるかの判別ができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、酸素センサの断線と低電圧ショートを区別して、酸素センサの異常を的確に把握できる酸素センサの異常検出装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
（１）請求項１の発明は、アース線及び出力線に接続された酸素センサから、前記出力線を介して入力される電圧に基づいて、前記酸素センサの異常を検出する酸素センサの異常検出装置に関するものであり、特に本発明では、前記アース線に、第１オフセット電圧を印加する第１オフセット電圧印加手段（例えば第１オフセット電圧回路）と、前記出力線に、所定の抵抗を介して、前記酸素センサの正常時の出力範囲から外れるような第２オフセット電圧を印加する第２オフセット電圧印加手段（例えば第２オフセット電圧回路）と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
これにより、本発明では、出力線に低電圧ショートが発生した場合には、酸素センサの出力電圧（従って異常検出装置側である例えばマイコン側に入力する電圧：入力電圧）は０Ｖとなるので、この電圧から、出力線の低電圧ショートを検出することができる。
【００１１】
一方、出力線に断線が発生した場合には、酸素センサからの電圧は得られないが、本発明では、出力線（但し断線箇所より異常検出装置側）に抵抗を介して第２オフセット電圧を印加しているので、断線時には、第２オフセット電圧が異常検出装置側に印加される。この第２オフセット電圧は、酸素センサの正常時の出力電圧の範囲とは異なる値に設定されているので、第２オフセット電圧が検出された場合には、断線が発生したと判定することができる。
【００１２】
この様に、本発明では、断線発生時と低電圧ショート発生時とでは、異なる電圧が異常検出装置（例えばマイコンのＡＤＣ）に印加されるように構成されているので、異常検出装置に印加される電圧に基づいて、出力線に断線が発生したか或いは低電圧ショートが発生したかを的確に判別することができる。
【００１３】
しかも、第２オフセット電圧は、酸素センサの正常時の出力電圧の範囲とは異なる値に設定されているので、酸素センサの通常の出力電圧と誤判定することなく、精度良く断線の検出ができる。
つまり、本発明により、酸素センサの通常動作に影響を与えることなく、正確に酸素センサの異常検出を行うことができる。
【００１４】
尚、アース線には第１オフセット電圧が印加されているので、酸素センサの正常時の出力電圧には、第１オフセット電圧が加味されている。また、当然ながら、第１オフセット電圧と第２オフセット電圧とを区別可能な様に、各オフセット電圧は異なる値に設定される（以下同様）。
【００１５】
（２）請求項２の発明では、前記第１オフセット電圧を、酸素センサの出力電圧幅を上回るように設定することを特徴とする。
これにより、本発明では、アース線の低電圧ショート時には、酸素センサの出力電圧は、第１オフセット電圧よりも低い値で変動するので、アース線における低電圧ショートも検出することができる。よって、センサ出力に応じた例えばエンジン制御等において、誤った動作に陥ることを防止できる。
【００１６】
（３）請求項２の発明では、前記所定の抵抗は、プルダウン抵抗であることを特徴とする。
本発明は、第２オフセット電圧印加手段に接続される抵抗を例示したものであり、ここでは、抵抗値の大きな周知のプルダウン抵抗が用いられる。
【００１７】
このプルダウン抵抗を用いることにより、酸素センサの活性時の電圧変動の影響を受けにくくなるため、抵抗分割のみでも第２オフセット電圧の設定が可能であり、構成を簡易化することができる。
（４）請求項４の発明では、前記プルダウン抵抗の値を、前記酸素センサの不活性時の内部抵抗の値に応じて設定することを特徴とする。
【００１８】
図１３（ｂ）に示す様に、従来では、プルダウン抵抗値をいくら大きくしても、酸素センサの不活性時（極低温時）には、センサ出力はどうしてもオフセット電圧よりも低い電圧となり、故障の誤検出してしまうため、判定禁止時間を設定する必要があったが、本発明では、その判定禁止時間を短縮又は無くすことができる。
【００１９】
つまり、例えば酸素センサの不活性時における酸素センサの内部抵抗よりも大きな（又は以上の）プルダウン抵抗値を選んで、断線検出電圧に入らないようにすることにより、始動直後等の判定禁止時間（故障判定禁止時間）を無くすことができる。例えば内部抵抗が１ＭΩの場合には、プルダウン抵抗として１ＭΩ以上の抵抗値を選択することができる。
【００２０】
尚、他の手法として、内部抵抗に応じてプルダウン抵抗値を選択することにより、故障判定時間を短縮することも可能である。
（５）請求項５の発明では、前記第２オフセット電圧を、前記第１オフセット電圧よりも低く設定することを特徴とする。
【００２１】
本発明では、第２オフセット電圧の設定状態を例示したものである。
ここでは、第２オフセット電圧を第１オフセット電圧よりも低く設定しているので、そのような低い値の第２オフセット電圧が検出された場合には、断線が発生したと判定することができる。
【００２２】
（６）請求項６の発明では、前記第２オフセット電圧を、低電圧ショートを判定するための低電圧ショート判定値より高く設定することを特徴とする。
本発明では、第２オフセット電圧の設定状態を例示したものである。
ここでは、第２オフセット電圧を低電圧ショート判定値より高く設定しているので、即ち、第２オフセット電圧を第１オフセット電圧と低電圧ショート判定値との間に設定しているので、第２オフセット電圧が検出された場合には、低電圧ショートと誤判定することなく、断線の発生を的確に検出することができる。
【００２３】
（７）請求項７の発明では、前記第２オフセット電圧を、前記酸素センサの正常時の出力範囲より高く設定することを特徴とする。
本発明では、第２オフセット電圧の設定状態を例示したものである。
ここでは、第２オフセット電圧を酸素センサの正常時の出力範囲より高く設定しているので、その出力範囲より高い第２オフセット電圧が検出された場合には、断線が発生したと判定することができる。
【００２４】
尚、第２オフセット電圧を第１オフセット電圧より高く設定する場合には、第２オフセット電圧を第１オフセット電圧基準とすることができる（例えば第１オフセット電圧と電源電圧とを抵抗分割して第２オフセット電圧を設定する）。
（８）請求項８の発明では、前記第２オフセット電圧を、高電圧ショートを判定するための高電圧ショート判定値より低く設定することを特徴とする。
【００２５】
本発明では、第２オフセット電圧の設定状態を例示したものである。
ここでは、第２オフセット電圧を高電圧ショート判定値より低く設定しているので、即ち、第２オフセット電圧を酸素センサの正常時の出力範囲の上限と高電圧ショート判定値との間に設定しているので、このような第２オフセット電圧が検出された場合には、高電圧ショートと誤判定することなく、断線の発生を的確に検出することができる。
【００２６】
（９）請求項９の発明では、前記第１オフセット電圧及び／又は前記第２オフセット電圧を、抵抗分割を用いて設定することを特徴とする。
本発明では、第１オフセット電圧や第２オフセット電圧の設定方法を例示したものである。
【００２７】
つまり、例えば５Ｖの電源電圧を抵抗分割を用いて低下させることにより、所望の電圧値の第１オフセット電圧や第２オフセット電圧を、容易に得ることができる。
（１０）請求項１０の発明では、前記第１オフセット電圧を、オペアンプを介して出力することを特徴とする。
【００２８】
本発明では、第１オフセット電圧をオペアンプを介して出力するので、酸素センサの活性時の電圧変動の影響を低減でき、安定した第１オフセット電圧を得ることができる。
尚、第２オフセット電圧に関しては、例えば抵抗値の大きなプルダウン抵抗を接続することにより、電圧の安定化が可能であるので、オペアンプを省略することもできる。
【００２９】
（１１）請求項１１の発明では、前記酸素センサの出力電圧と前記第１オフセット電圧とを、前記酸素センサの異常を検出する処理装置側（例えばマイコン側）に入力し、その電圧差に基づいて、前記酸素センサの異常を検出することを特徴とする。
【００３０】
酸素センサの異常検出を行う手法として、酸素センサの正味の出力電圧を得るために、例えば前記処理装置側に入力した酸素センサの出力電圧から第１オフセット電圧に相当する固定値の電圧を引く演算処理が行われるが、第１オフセット電圧は変動することがあるので、その演算手法では、正確な正味の出力電圧が得られないことがある。
【００３１】
それに対して、本発明では、酸素センサの出力電圧と第１オフセット電圧とを前記処理装置側に取り入れるので、その両電圧の差を取ることにより、一層正確に正味の出力電圧を得ることができる。よって、酸素センサの異常検出を精度良く行うことができる。更に、酸素濃度を精度良く検出することもできる。
【００３２】
また、本発明では、酸素センサの出力電圧と第１オフセット電圧との差をとるので、第１オフセット電圧を安定させるための例えばオペアンプが不要となり、構成を簡易化できるという利点もある。
更に、本発明では、アース線が低電圧ショートしても、両電圧の入力状態から、通常の動作（酸素濃度の測定）が可能であるという効果もある。
【００３３】
（１２）請求項１２の発明では、前記異常検出は、前記酸素センサの作動中に常時行うことを特徴とする。
本発明では、酸素センサが通常の作動温度に上昇した後（活性時）だけでなく、活性前の電源オンの直後から常時異常検出を行うので、断線やショートの発生を速やかに検出することができる。つまり、動作条件によらず、即時に異常検出が可能である。
【００３４】
これにより、誤った酸素センサの出力電圧に関する情報に基づいた誤った（例えば空燃比制御等の）制御を行うことが無いので、排ガスの浄化等を効果的に行うことができる。
尚、上述した異常検出の結果は、不揮発性メモリ等の記憶手段に、いわゆるダイアグデータ等として記憶することにより、後の整備の際などに読み出して用いることができる。また、ランプ等の報知手段により、即時に異常検出の結果を報知することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の酸素センサの異常検出装置の実施の形態の例（実施例）について、図面に基づいて説明する。
（実施例１）
ａ）まず、本実施例の酸素センサの異常検出装置のシステム構成について説明する。
【００３６】
図１に示す様に、本実施例に用いられる酸素センサ（Ｏ２センサ）１は、例えば排気管等に取り付けられて、排ガス中の酸素濃度に応じてその起電力（従って出力電圧）が変化するネルンストタイプのλセンサである。
前記酸素センサ１は、酸素濃度を測定する電子制御装置（ＥＣＵ）３に、アース線５及び出力線７を介して接続されており、このＥＣＵ３が酸素センサ１の異常を検出する異常検出装置として機能する。
【００３７】
前記アース線５には、第１オフセット電圧（Ｖ１）を印加する第１オフセット電圧回路９が接続されている。
一方、出力線７には、（例えば１．５ＭΩの）プルダウン抵抗１１を介して、第２オフセット電圧（Ｖ２）を印加する第２オフセット電圧回路１３が接続されている。更に、出力線７には、ＡＤＣ（ＡＤコンバータ）１５に入力する電圧を適正な値にする等のために、周知の（例えば１０ＫΩの）入力抵抗１７及び（例えば０．１μＦの）入力用コンデンサ１９が接続されている。
【００３８】
尚、プルダウン抵抗１１としては、酸素センサ１の不活性時（極低温時）の内部抵抗を上回る抵抗値のものを選択する。
また、ＡＤＣ１５には、ＡＤＣ１５からのデジタル信号を入力して、酸素センサ１の異常検出のための演算処理等を行うマイクロコンピュータ（マイコン）２１が接続されている。尚、このマイコン２１には、異常検出の結果を記憶する図示しない不揮発性メモリ（例えばＥＥＰＲＯＭ）や、異常検出の結果を報知するランプ（例えばマルチファンクション インジケータランプ：ＭＩＬ）２３が接続されている。
【００３９】
特に本実施例では、後に詳述するが、図２に示す様に、第２オフセット電圧は、第１オフセット電圧よりも低く設定されている。また、低電圧ショートの検出範囲は、第２オフセット電圧（詳しくは断線検出の範囲）よりも低く設定されている。更に、高電圧ショートの検出範囲は、酸素センサ１の正常時の出力電圧の範囲、即ち、酸素センサ１の正味の出力の変動範囲（約１Ｖ）に第１オフセット電圧を加えた範囲より高く設定されている。
【００４０】
また、図３に示す様に、前記第１オフセット電圧回路９は、同じ抵抗値を有する第１、第２分割抵抗２５、２７とオペアンプ２９とを組み合わせたものである。つまり、例えば５Ｖの電源電圧が、分割抵抗である（１０ＫΩの）第１分割抵抗２５と（１０ＫΩの）第２分割抵抗２７に印加され、それにより、両分割抵抗２５、２７の間から得られる（２．５Ｖの）電圧が、オペアンプ２９に入力する。従って、オペアンプ２９からは、同じ２．５Ｖの安定した（電圧変動の少ない）第１オフセット電圧が得られることになる。
【００４１】
一方、図４（ａ）に示す様に、第２オフセット電圧回路１３は、異なる抵抗値を有する第１、第２分割抵抗３１、３３とオペアンプ３５とを組み合わせたものである。つまり、例えば５Ｖの電源電圧が、分割抵抗である（１１ＫΩの）第１分割抵抗３１と（４．７ＫΩの）第２分割抵抗３３に印加され、それにより、両分割抵抗３１、３３の間から得られる（１．５Ｖの）電圧が、オペアンプ３５に入力する。従って、オペアンプ３５からは、同じ１．５Ｖの安定した第２オフセット電圧が得られる。
【００４２】
尚、本実施例では、第２オフセット電圧回路１３には、抵抗値の大きなプルダウン抵抗１１が接続されており、それにより電圧変動の影響が少ないので、図４（ｂ）に示す様に、単に前記と同様な接続及び抵抗値の第１分割抵抗３７及び第２分割抵抗３９のみを用いて、第２オフセット電圧を得るようにしてもよい。
【００４３】
ｂ）次に、本実施例における酸素センサ１の異常検出の手順について説明する。
▲１▼まず、異常検出の前提となる正常時における基本的な（酸素濃度の検出等の）動作について説明する。
【００４４】
前記図２に示す様に、酸素センサ１の正常時における出力電圧の変動幅は約１Ｖであるが、アース線５には、第１オフセット電圧回路９により、２．５Ｖの第１オフセット電圧が印加されているので、酸素センサ１の実際の出力電圧（即ちＥＣＵ３に入力される電圧）は、第１オフセット電圧が印加されない場合の出力電圧よりも高い範囲で変化する。例えば２．５Ｖ〜３．５Ｖの約１Ｖの範囲内で変動する。
【００４５】
従って、ＥＣＵ３では、この出力電圧をＡＤＣ１５でデジタル信号を変換してマイコン２１に入力し、マイコン２１では、この出力電圧からオフセット電圧（固定値）を引いて真の（正味の）出力電圧を求める。この真の出力電圧は、酸素濃度に対応したものであるので、例えばマップ等を用いて、真の出力電圧から酸素濃度を求めることができる。
【００４６】
▲２▼次に、本実施例における酸素センサ１の異常判定の原理について、詳細に説明する。
本実施例では、図５（ａ）に示す様に、断線、低電圧ショート、高電圧ショートの各異常判定を行うために、それぞれ判定値を設定している。
【００４７】
具体的には、低電圧ショートを判定するための低電圧ショート判定値を１Ｖに設定し、酸素センサ１の出力電圧が低電圧ショート判定値を下回る場合には、低電圧ショートが発生したと判定する。
つまり、出力線７に低電圧ショートが発生した場合には、酸素センサ１の出力電圧は０Ｖの低電圧に落ちてしまうので、出力電圧が低電圧ショート判定値の１Ｖより低下した場合には、低電圧ショートが発生したと判定するのである。
【００４８】
また、第２のオフセット電圧は１．５Ｖであるので、酸素センサ１の出力電圧が、第２のオフセット電圧を挟む１．０〜２．０Ｖの間、即ち、低電圧ショート判定値である１．０Ｖと第１、第２オフセット電圧を区別するための判定値である２．０Ｖとの範囲内である場合には、断線が発生したと判定する。
【００４９】
つまり、出力線７に断線が発生した場合には、酸素センサ１の出力電圧はＡＤＣ１５に入力されないが、そのときには、第２オフセット電圧がＡＤＣ１５に印加されるので、マイコン２１では、その第２オフセット電圧が検出される。よって、１．５Ｖを含む１．０Ｖ〜２．０Ｖの範囲内の電圧が検出された場合には、断線が発生したと判定するのである。
【００５０】
更に、高電圧ショートを判定するための高電圧ショート判定値を、（正常時における出力電圧を上回る）４．０Ｖに設定し、酸素センサ１の出力電圧が高電圧ショート判定値を上回る場合には、高電圧ショートが発生したと判定する。
つまり、出力線７に高電圧ショートが発生した場合には、その高電圧が出力線７に乗るので、マイコン２１では、出力電圧として５Ｖ近傍の高い電圧が検出される。よって、出力電圧が高電圧ショート判定値の４Ｖより上昇した場合には、高電圧ショートと判定するのである。
【００５１】
尚、異常検出の際には、ＡＤＣ１５に入力した電圧から固定値の第１オフセット電圧を引いて、酸素センサ１の正味の出力電圧を求め、この正味の出力電圧に基づいて酸素濃度の検出や酸素センサ１の異常検出を行うことができるが、ここでは説明の簡易化のために、ＡＤＣ１５に入力した電圧（正常時には第１オフセット電圧を含む電圧）を用いて説明する（以下同様）。
【００５２】
▲３▼次に、異常検出の処理について説明する。
尚、本処理は、マイコン２１にて、酸素センサ１への電源オン（従ってイグニッションスイッチのオン）後、即時に、定期的に常時実施される処理である。
本実施例では、図６のフローチャートに示す様に、ステップ（Ｓ）１００にて、ＡＤＣ１５に入力した電圧が、高電圧ショート判定値である４．０Ｖを上回るか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ１４０に進み、一方否定判断されるとステップ１１０に進む。
【００５３】
ステップ１４０では、入力電圧が高電圧ショート判定値を上回るので、高電圧ショートが発生したと判定して、高電圧ショートのダイアグコードを不揮発性メモリに記憶する。
続くステップ１７０では、異常が発生したことを報知するために、ＭＩＬ点灯要求を出力して、ＭＩＬ２３を点灯させて、一旦本処理を終了する。
【００５４】
一方、ステップ１１０では、入力電圧が、（第１オフセット電圧と第２オフセット電圧とを区別する）オフセット電圧差の判定値である２．０Ｖと低電圧ショート判定値である１．０Ｖとの間の値であるか否かを判定する。ここで、肯定判断されるとステップ１５０に進み、一方否定判断されるとステップ１２０に進む。
【００５５】
ステップ１５０では、出力線７に断線が発生したと判定して、断線のダイアグコードを不揮発性メモリに記憶し、前記ステップ１７０に進んで、同様に、ＭＩＬ２３の点灯のための処理を行い、一旦本処理を終了する。
一方、ステップ１２０では、入力電圧が、低電圧ショート判定値である１．０Ｖを下回るか否かを判定する。ここで、肯定判断されるとステップ１６０に進み、一方否定判断されるとステップ１３０に進む。
【００５６】
ステップ１６０では、入力電圧が低電圧ショート判定値を下回るので、低電圧ショートが発生したと判定して、低電圧ショートのダイアグコードを不揮発性メモリに記憶し、前記ステップ１７０に進んで、同様にＭＩＬ２３の点灯のための処理を行い、一旦本処理を終了する。
【００５７】
上述した処理により、高電圧ショート、断線、低電圧ショートの発生を検出し、その検出結果のダイアグコートを記憶し、ＭＩＬ２３の点灯により、酸素センサ１の異常報知を行うことができる。
ｃ）次に、本実施例の効果を説明する。
【００５８】
本実施例では、アース線５に第１オフセット電圧を印加するとともに、出力線７にプルダウン抵抗１１を介して第２オフセット電圧を印加し、上述した図６の異常検出処理を行うので、高電圧ショート、断線、低電圧ショートの発生をそれぞれ的確に判定することができる。
【００５９】
このうち、断線時と低電圧ショート時には、従来の様に０Ｖとなるのではなく、それぞれ異なる電圧となるので、断線と低電圧ショートとを明瞭に判別することができる。しかも、特に断線時には、酸素センサ１の正常時の出力範囲とは異なる第２オフセット電圧がＡＤＣ１５に入力するので、酸素センサ１の作動状況によらず、断線の判定を確実に行うことができる。
【００６０】
また、異常検出の結果を、ダイアグデータとして記憶するので、修理等が容易になるとともに、異常検出の結果を、ＭＩＬ２３により報知するので、運転者等は即時に異常の発生を把握することができる。
更に、本実施例では、第１オフセット電圧回路９には、オペアンプ２９が用いられているので、酸素センサ１の活性時の電圧変動の影響を低減して、第１オフセット電圧を安定化することができる。
【００６１】
その上、第２オフセット電圧回路１３にも、オペアンプ３５が用いられているので、同様に第２オフセット電圧を安定化することができる。
また、本実施例では、図５（ｂ）に示す様に、酸素センサ１の不活性時の内部抵抗より大きなプルダウン抵抗値を選択することで、センサ出力が断線検出電圧に入らないようにしており、それにより、始動時等における故障判定禁止時間を無くすことができる。よって、速やかな故障判定が可能となる。
【００６２】
更に、本実施例では、第１オフセット電圧を、酸素センサ１の出力電圧幅を上回るように設定しているので、アース線５の低電圧ショートも検出でき、よって、誤った動作に陥ることを防止できる。
尚、第２オフセット電圧回路１３には抵抗値の大きなプルダウン抵抗１１が接続されているので、電圧変動の影響を受けにくく、よって、オペアンプ３５を省略することが可能である。この場合には抵抗分割のみで電圧設定が可能であるので、構成を簡易化することができる。
（実施例２）
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。尚、同じ構成には同じ番号を用いる。
【００６３】
本実施例では、第１及び第２オフセット電圧や異常検出処理に特徴があるので、これらの特徴的な内容について説明する。
▲１▼本実施例では、図７（ａ）に示す様に、第１オフセット電圧を１．５Ｖとし第２オフセット電圧を３．５Ｖとしている。つまり、第２オフセット電圧は、第１オフセット電圧が加味された酸素センサ１の出力電圧（約１．５〜２．５Ｖ）より高く設定されている。
【００６４】
また、前記第１オフセット電圧を与える第１オフセット電圧回路９は、前記実施例１とほぼ同様な構成であるが、各電圧を与えるための抵抗分割の抵抗値が異なる。
具体的には、１．５Ｖの第１オフセット電圧を得るために、第１オフセット電圧回路９の第１分割抵抗２５として１１ＫΩの抵抗を用いるとともに、第２分割抵抗２７として４．７ＫΩの抵抗を用いる。また、３．５Ｖの第２オフセット電圧を得るために、第２オフセット電圧回路１３の第１分割抵抗３１として４．７ＫΩの抵抗を用いるとともに、第２分割抵抗３３として１１ＫΩの抵抗を用いる。
【００６５】
▲２▼また、本実施例では、前記図７に示す様に、各異常判定を行うために判定値を設定している。
具体的には、低電圧ショートを判定するための低電圧ショート判定値を、第１オフセット電圧の１．５Ｖを下回る１．０Ｖに設定し、酸素センサ１の出力電圧が低電圧ショート判定値を下回る場合には、低電圧ショートが発生したと判定する。
【００６６】
また、高電圧ショートを判定するための高電圧ショート判定値を、第２オフセット電圧の３．５Ｖを上回る４．０Ｖに設定し、酸素センサ１の出力電圧が高電圧ショート判定値を上回る場合には、高電圧ショートが発生したと判定する。
更に、第１オフセット電圧を加味した酸素センサ１の出力電圧（変動幅は約１．０Ｖ）は、３Ｖを下回る範囲であるので、酸素センサ１の出力電圧が（出力電圧の上限値である）３．０Ｖと（高電圧ショート判定値である）４．０Ｖとの範囲内である場合には、断線が発生したと判定する。
【００６７】
つまり、本実施例では、前記実施例１の様に、第２オフセット電圧が第１オフセット電圧より低く設定されるのではなく、酸素センサ１の出力電圧より高く設定されているので、断線が発生した場合には、約３．５Ｖの高い第２オフセット電圧がＡＤＣ１５に印加される。従って、この酸素センサ１の出力電圧より高い第２オフセット電圧を検出した場合には、断線が発生したと判定することができる。
【００６８】
▲３▼次に、本実施例における酸素センサ１の異常判定の処理について説明する。本実施例では、図８のフローチャートに示す様に、ステップ２００にて、ＡＤＣ１５に入力した電圧が、高電圧ショート判定値である４．０Ｖを上回るか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ２４０に進み、一方否定判断されるとステップ２１０に進む。
【００６９】
ステップ２４０では、入力電圧が高電圧ショート判定値を上回るので、高電圧ショートが発生したと判定して、高電圧ショートのダイアグコードを不揮発性メモリに記憶する。
続くステップ２７０では、異常が発生したことを報知するために、ＭＩＬ点灯要求を出力して、ＭＩＬ２３を点灯させて、一旦本処理を終了する。
【００７０】
一方、ステップ２１０では、入力電圧が、断線を示す４．０Ｖと３．０Ｖとの間の値であるか否かを判定する。ここで、肯定判断されるとステップ２５０に進み、一方否定判断されるとステップ２２０に進む。
ステップ２５０では、出力線７に断線が発生したと判定して、断線のダイアグコードを不揮発性メモリに記憶し、前記ステップ２７０に進んで、同様に、ＭＩＬ２３の点灯のための処理を行い、一旦本処理を終了する。
【００７１】
一方、ステップ２２０では、入力電圧が低電圧ショート判定値である１．０Ｖを下回るか否かを判定する。ここで、肯定判断されるとステップ２６０に進み、一方否定判断されるとステップ２３０に進む。
ステップ２６０では、入力電圧が低電圧ショート判定値を下回るので、低電圧ショートが発生したと判定して、低電圧ショートのダイアグコードを不揮発性メモリに記憶し、前記ステップ２７０に進んで、同様にＭＩＬ２３の点灯のための処理を行い、一旦本処理を終了する。
【００７２】
上述した処理により、高電圧ショート、断線、低電圧ショートの発生を検出し、その検出結果のダイアグコートを記憶し、ＭＩＬ２３の点灯により、異常報知を行うことができる。
▲４▼本実施例では、前記実施例１とは、第１オフセット電圧及び第２オフセット電圧の値が異なるものの、前記実施例１と同様に、アース線５に第１オフセット電圧を印加するとともに、出力線７にプルダウン抵抗１１を介して第２オフセット電圧を印加し、上述した図８の異常検出処理を行うので、高電圧ショート、断線、低電圧ショートを的確に判定することができる。
【００７３】
また、図７（ｂ）に示す様に、本実施例においても、酸素センサ１の不活性時の内部抵抗より大きなプルダウン抵抗値を選択することで、センサ出力が断線検出電圧に入らないようにしており、それにより、始動時等における故障判定禁止時間を無くすことができる。
【００７４】
その他、前記実施例１と同様な効果を奏する。
（実施例３）
次に、実施例３について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００７５】
図９に示す様に、本実施例では、前記実施例１、２と同様に、第１オフセット電圧回路４１、第２オフセット電圧回路４３、入力抵抗４５、入力用コンデンサ４７、ＡＤＣ４９、マイコン５１等を備えるとともに、第１オフセット電圧を、入力抵抗５５及び入力用コンデンサ５６が接続された回路を介して、ＡＤＣ４９に入力している。
【００７６】
そして、マイコン５１にて異常検出の処理を行う際には、酸素センサ５３の出力電圧から固定値の第１オフセット電圧を引くのではなく、酸素センサ５３の出力電圧から（異なる入力抵抗５５を介して直接にＡＤＣ４９に入力された）実際の第１オフセット電圧を引いて、正味の酸素センサ５３の出力電圧を求め、この出力電圧に基づいて異常判定の処理を行っている。
【００７７】
これにより、本実施例では、前記実施例１、２と同様な効果を奏するとともに、第１オフセット電圧の変動の影響を排除することができるので、より精度よく異常検出や酸素濃度の検出を行うことができるという利点がある。
また、本実施例では、アース線５９が低電圧ショートしても、両電圧の入力状態から、通常の動作（酸素濃度の測定）が可能であるという効果もある。
【００７８】
更に、本実施例では、第１オフセット電圧の変動の影響を排除できるので、第１オフセット電圧を安定させるためのオペアンプが不要であり、例えば図１０に示す様に、第１オフセット電圧回路４１及び第２オフセット電圧回路４３の構成として、第１分割抵抗５７及び第２分割抵抗５９を用いた抵抗分割の手法により、第１オフセット電圧及び第２オフセット電圧を設定することができる。
【００７９】
尚、各分割抵抗５７、５９の値は、前記実施例１と同様である。
（実施例４）
次に、実施例４について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００８０】
本実施例では、オフセット電圧を印加する電圧回路に特徴がある。
まず、図１１（ａ）に示す様に、同一の電圧回路を用いて、第１オフセット電圧及び第２オフセット電圧を設定する。
つまり、５Ｖの電源電圧を印加する電圧回路に、第１分割抵抗６１（１１ＫΩ）、第２分割抵抗６３（４．７ＫΩ）、第３分割抵抗６５（６．２ＫΩ）を直列に接続し、第１分割抵抗６１と第２分割抵抗６３との間から、オペアンプ６７を介して、第１オフセット電圧（２．５Ｖ）を取り出す。
【００８１】
また、第２分割抵抗６３と第３分割抵抗６５との間から、第２オフセット電圧（１．５Ｖ）を取り出すことができる。
この場合にも、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、合計で３個の抵抗を用いれば良いので、構成を簡易化できるという利点がある。
【００８２】
また、図１１（ｂ）に示す様に、５Ｖの電源電圧を印加する電圧回路に、第１分割抵抗７１（１０ＫΩ）及び第２分割抵抗７３（１０ＫΩ）を直列に接続し、この第１分割抵抗７１と第２分割抵抗７３との間から、オペアンプ７５を介して第１オフセット電圧（２．５Ｖ）を取り出す。
【００８３】
また、第１オフセット電圧とアースとの間に、第３分割抵抗７７（４．７ＫΩ）及び第４分割抵抗７９（６．２Ω）を直列に接続し、この第３分割抵抗７７と第４分割抵抗７９との間から第２オフセット電圧（１．５Ｖ）を取り出す。
この場合にも、前記実施例１と同様な効果を奏する。
【００８４】
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の酸素センサの異常検出装置を行う装置のシステム構成を示す説明図である。
【図２】実施例１の酸素センサの異常検出の原理を示す説明図である。
【図３】実施例１の第１オフセット電圧回路を示す回路図である。
【図４】（ａ）は実施例１の第２オフセット電圧回路を示す回路図、（ｂ）は他の第２オフセット電圧回路を示す回路図である。
【図５】（ａ）は実施例１の酸素センサの異常検出における各判定値等を示す説明図、（ｂ）は始動直後のセンサ出力を示す説明図である。
【図６】実施例１の酸素センサの異常検出処理を示すフローチャートである。
【図７】（ａ）は実施例２の酸素センサの異常検出における各判定値等を示す説明図、（ｂ）は始動直後のセンサ出力を示す説明図である。
【図８】実施例２の酸素センサの異常検出処理を示すフローチャートである。
【図９】実施例３の酸素センサの異常検出装置を行う装置のシステム構成を示す説明図である。
【図１０】実施例３の第１、第２オフセット電圧回路の回路図である。
【図１１】（ａ）実施例４のオフセット電圧回路の回路図、（ｂ）他のオフセット電圧回路の回路図である。
【図１２】従来技術の説明図である。
【図１３】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１、５３…酸素センサ（Ｏ２センサ）
３…異常検出装置（ＥＣＵ）
５…アース線
７…出力線
９、４１…第１オフセット電圧回路
１１…プルダウン抵抗
１３、４３…第２オフセット電圧回路
１５、４９…ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）
２１、５１…マイクロコンピュータ（マイコン）
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両のエンジンから排出される排ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサに対し、その異常を検出することができる酸素センサの異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両のエンジンから排出される排ガスを浄化するために、例えば三元触媒等の触媒装置を用いるとともに、排ガス中の酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度に応じて燃料や空気の供給状態等を調節する制御が行われている。
【０００３】
また、排ガス中の酸素濃度を検出するために、例えばネルンストタイプのλセンサ等の様に、酸素濃度に応じて起電力を生じる周知の酸素センサ（Ｏ２センサ）が使用されている。
この種の酸素センサを用いる場合には、酸素センサにショート等の異常が発生すると、酸素濃度を検出できなくなるので、酸素センサの異常を検出する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
上述した技術では、図１２に示す様に、酸素センサＰ１からＡＤＣ（ＡＤコンバータ）Ｐ２に至る出力線Ｐ３に、プルダウン抵抗Ｐ４、入力抵抗Ｐ５、コンデンサＰ６等の素子を接続するとともに、アース線Ｐ７にオフセット電圧回路Ｐ８を接続してオフセット電圧を印加している。
【０００５】
そして、図１３（ａ）に示す様に、酸素センサＰ１の作動時に、酸素センサＰ１の出力電圧がオフセット電圧よりも低下した場合には、低電圧ショート（グランドショート）が発生したと判定し、一方、出力電圧が通常のセンサ出力の範囲よりも過度に上昇した場合には、高電圧ショートが発生したと判定している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−１０７２９９号公報 （第４頁、図４）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術においては、下記の問題があり、必ずしも十分ではない。
つまり、前記図１２に示す様に、例えば酸素センサＰ１の出力の取り出し部分である出力線Ｐ３において、断線又は低電圧ショートが発生した場合には、どちらの場合でも、酸素センサＰ１の出力電圧がオフセット電圧よりも低下して０Ｖとなってしまうので、断線であるか低電圧ショートであるかの判別ができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、酸素センサの断線と低電圧ショートを区別して、酸素センサの異常を的確に把握できる酸素センサの異常検出装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
（１）請求項１の発明は、アース線及び出力線に接続された酸素センサから、前記出力線を介して入力される電圧に基づいて、前記酸素センサの異常を検出する酸素センサの異常検出装置に関するものであり、特に本発明では、前記アース線に、第１オフセット電圧を印加する第１オフセット電圧印加手段（例えば第１オフセット電圧回路）と、前記出力線に、所定の抵抗を介して、前記酸素センサの正常時の出力範囲から外れるような第２オフセット電圧を印加する第２オフセット電圧印加手段（例えば第２オフセット電圧回路）と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
これにより、本発明では、出力線に低電圧ショートが発生した場合には、酸素センサの出力電圧（従って異常検出装置側である例えばマイコン側に入力する電圧：入力電圧）は０Ｖとなるので、この電圧から、出力線の低電圧ショートを検出することができる。
【００１１】
一方、出力線に断線が発生した場合には、酸素センサからの電圧は得られないが、本発明では、出力線（但し断線箇所より異常検出装置側）に抵抗を介して第２オフセット電圧を印加しているので、断線時には、第２オフセット電圧が異常検出装置側に印加される。この第２オフセット電圧は、酸素センサの正常時の出力電圧の範囲とは異なる値に設定されているので、第２オフセット電圧が検出された場合には、断線が発生したと判定することができる。
【００１２】
この様に、本発明では、断線発生時と低電圧ショート発生時とでは、異なる電圧が異常検出装置（例えばマイコンのＡＤＣ）に印加されるように構成されているので、異常検出装置に印加される電圧に基づいて、出力線に断線が発生したか或いは低電圧ショートが発生したかを的確に判別することができる。
【００１３】
しかも、第２オフセット電圧は、酸素センサの正常時の出力電圧の範囲とは異なる値に設定されているので、酸素センサの通常の出力電圧と誤判定することなく、精度良く断線の検出ができる。
つまり、本発明により、酸素センサの通常動作に影響を与えることなく、正確に酸素センサの異常検出を行うことができる。
【００１４】
尚、アース線には第１オフセット電圧が印加されているので、酸素センサの正常時の出力電圧には、第１オフセット電圧が加味されている。また、当然ながら、第１オフセット電圧と第２オフセット電圧とを区別可能な様に、各オフセット電圧は異なる値に設定される（以下同様）。
【００１５】
（２）請求項２の発明では、前記第１オフセット電圧を、酸素センサの出力電圧幅を上回るように設定することを特徴とする。
これにより、本発明では、アース線の低電圧ショート時には、酸素センサの出力電圧は、第１オフセット電圧よりも低い値で変動するので、アース線における低電圧ショートも検出することができる。よって、センサ出力に応じた例えばエンジン制御等において、誤った動作に陥ることを防止できる。
【００１６】
（３）請求項２の発明では、前記所定の抵抗は、プルダウン抵抗であることを特徴とする。
本発明は、第２オフセット電圧印加手段に接続される抵抗を例示したものであり、ここでは、抵抗値の大きな周知のプルダウン抵抗が用いられる。
【００１７】
このプルダウン抵抗を用いることにより、酸素センサの活性時の電圧変動の影響を受けにくくなるため、抵抗分割のみでも第２オフセット電圧の設定が可能であり、構成を簡易化することができる。
（４）請求項４の発明では、前記プルダウン抵抗の値を、前記酸素センサの不活性時の内部抵抗の値に応じて設定することを特徴とする。
【００１８】
図１３（ｂ）に示す様に、従来では、プルダウン抵抗値をいくら大きくしても、酸素センサの不活性時（極低温時）には、センサ出力はどうしてもオフセット電圧よりも低い電圧となり、故障の誤検出してしまうため、判定禁止時間を設定する必要があったが、本発明では、その判定禁止時間を短縮又は無くすことができる。
【００１９】
つまり、例えば酸素センサの不活性時における酸素センサの内部抵抗よりも大きな（又は以上の）プルダウン抵抗値を選んで、断線検出電圧に入らないようにすることにより、始動直後等の判定禁止時間（故障判定禁止時間）を無くすことができる。例えば内部抵抗が１ＭΩの場合には、プルダウン抵抗として１ＭΩ以上の抵抗値を選択することができる。
【００２０】
尚、他の手法として、内部抵抗に応じてプルダウン抵抗値を選択することにより、故障判定時間を短縮することも可能である。
（５）請求項５の発明では、前記第２オフセット電圧を、前記第１オフセット電圧よりも低く設定することを特徴とする。
【００２１】
本発明では、第２オフセット電圧の設定状態を例示したものである。
ここでは、第２オフセット電圧を第１オフセット電圧よりも低く設定しているので、そのような低い値の第２オフセット電圧が検出された場合には、断線が発生したと判定することができる。
【００２２】
（６）請求項６の発明では、前記第２オフセット電圧を、低電圧ショートを判定するための低電圧ショート判定値より高く設定することを特徴とする。
本発明では、第２オフセット電圧の設定状態を例示したものである。
ここでは、第２オフセット電圧を低電圧ショート判定値より高く設定しているので、即ち、第２オフセット電圧を第１オフセット電圧と低電圧ショート判定値との間に設定しているので、第２オフセット電圧が検出された場合には、低電圧ショートと誤判定することなく、断線の発生を的確に検出することができる。
【００２３】
（７）請求項７の発明では、前記第２オフセット電圧を、前記酸素センサの正常時の出力範囲より高く設定することを特徴とする。
本発明では、第２オフセット電圧の設定状態を例示したものである。
ここでは、第２オフセット電圧を酸素センサの正常時の出力範囲より高く設定しているので、その出力範囲より高い第２オフセット電圧が検出された場合には、断線が発生したと判定することができる。
【００２４】
尚、第２オフセット電圧を第１オフセット電圧より高く設定する場合には、第２オフセット電圧を第１オフセット電圧基準とすることができる（例えば第１オフセット電圧と電源電圧とを抵抗分割して第２オフセット電圧を設定する）。
（８）請求項８の発明では、前記第２オフセット電圧を、高電圧ショートを判定するための高電圧ショート判定値より低く設定することを特徴とする。
【００２５】
本発明では、第２オフセット電圧の設定状態を例示したものである。
ここでは、第２オフセット電圧を高電圧ショート判定値より低く設定しているので、即ち、第２オフセット電圧を酸素センサの正常時の出力範囲の上限と高電圧ショート判定値との間に設定しているので、このような第２オフセット電圧が検出された場合には、高電圧ショートと誤判定することなく、断線の発生を的確に検出することができる。
【００２６】
（９）請求項９の発明では、前記第１オフセット電圧及び／又は前記第２オフセット電圧を、抵抗分割を用いて設定することを特徴とする。
本発明では、第１オフセット電圧や第２オフセット電圧の設定方法を例示したものである。
【００２７】
つまり、例えば５Ｖの電源電圧を抵抗分割を用いて低下させることにより、所望の電圧値の第１オフセット電圧や第２オフセット電圧を、容易に得ることができる。
（１０）請求項１０の発明では、前記第１オフセット電圧を、オペアンプを介して出力することを特徴とする。
【００２８】
本発明では、第１オフセット電圧をオペアンプを介して出力するので、酸素センサの活性時の電圧変動の影響を低減でき、安定した第１オフセット電圧を得ることができる。
尚、第２オフセット電圧に関しては、例えば抵抗値の大きなプルダウン抵抗を接続することにより、電圧の安定化が可能であるので、オペアンプを省略することもできる。
【００２９】
（１１）請求項１１の発明では、前記酸素センサの出力電圧と前記第１オフセット電圧とを、前記酸素センサの異常を検出する処理装置側（例えばマイコン側）に入力し、その電圧差に基づいて、前記酸素センサの異常を検出することを特徴とする。
【００３０】
酸素センサの異常検出を行う手法として、酸素センサの正味の出力電圧を得るために、例えば前記処理装置側に入力した酸素センサの出力電圧から第１オフセット電圧に相当する固定値の電圧を引く演算処理が行われるが、第１オフセット電圧は変動することがあるので、その演算手法では、正確な正味の出力電圧が得られないことがある。
【００３１】
それに対して、本発明では、酸素センサの出力電圧と第１オフセット電圧とを前記処理装置側に取り入れるので、その両電圧の差を取ることにより、一層正確に正味の出力電圧を得ることができる。よって、酸素センサの異常検出を精度良く行うことができる。更に、酸素濃度を精度良く検出することもできる。
【００３２】
また、本発明では、酸素センサの出力電圧と第１オフセット電圧との差をとるので、第１オフセット電圧を安定させるための例えばオペアンプが不要となり、構成を簡易化できるという利点もある。
更に、本発明では、アース線が低電圧ショートしても、両電圧の入力状態から、通常の動作（酸素濃度の測定）が可能であるという効果もある。
【００３３】
（１２）請求項１２の発明では、前記異常検出は、前記酸素センサの作動中に常時行うことを特徴とする。
本発明では、酸素センサが通常の作動温度に上昇した後（活性時）だけでなく、活性前の電源オンの直後から常時異常検出を行うので、断線やショートの発生を速やかに検出することができる。つまり、動作条件によらず、即時に異常検出が可能である。
【００３４】
これにより、誤った酸素センサの出力電圧に関する情報に基づいた誤った（例えば空燃比制御等の）制御を行うことが無いので、排ガスの浄化等を効果的に行うことができる。
尚、上述した異常検出の結果は、不揮発性メモリ等の記憶手段に、いわゆるダイアグデータ等として記憶することにより、後の整備の際などに読み出して用いることができる。また、ランプ等の報知手段により、即時に異常検出の結果を報知することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の酸素センサの異常検出装置の実施の形態の例（実施例）について、図面に基づいて説明する。
（実施例１）
ａ）まず、本実施例の酸素センサの異常検出装置のシステム構成について説明する。
【００３６】
図１に示す様に、本実施例に用いられる酸素センサ（Ｏ２センサ）１は、例えば排気管等に取り付けられて、排ガス中の酸素濃度に応じてその起電力（従って出力電圧）が変化するネルンストタイプのλセンサである。
前記酸素センサ１は、酸素濃度を測定する電子制御装置（ＥＣＵ）３に、アース線５及び出力線７を介して接続されており、このＥＣＵ３が酸素センサ１の異常を検出する異常検出装置として機能する。
【００３７】
前記アース線５には、第１オフセット電圧（Ｖ１）を印加する第１オフセット電圧回路９が接続されている。
一方、出力線７には、（例えば１．５ＭΩの）プルダウン抵抗１１を介して、第２オフセット電圧（Ｖ２）を印加する第２オフセット電圧回路１３が接続されている。更に、出力線７には、ＡＤＣ（ＡＤコンバータ）１５に入力する電圧を適正な値にする等のために、周知の（例えば１０ＫΩの）入力抵抗１７及び（例えば０．１μＦの）入力用コンデンサ１９が接続されている。
【００３８】
尚、プルダウン抵抗１１としては、酸素センサ１の不活性時（極低温時）の内部抵抗を上回る抵抗値のものを選択する。
また、ＡＤＣ１５には、ＡＤＣ１５からのデジタル信号を入力して、酸素センサ１の異常検出のための演算処理等を行うマイクロコンピュータ（マイコン）２１が接続されている。尚、このマイコン２１には、異常検出の結果を記憶する図示しない不揮発性メモリ（例えばＥＥＰＲＯＭ）や、異常検出の結果を報知するランプ（例えばマルチファンクション インジケータランプ：ＭＩＬ）２３が接続されている。
【００３９】
特に本実施例では、後に詳述するが、図２に示す様に、第２オフセット電圧は、第１オフセット電圧よりも低く設定されている。また、低電圧ショートの検出範囲は、第２オフセット電圧（詳しくは断線検出の範囲）よりも低く設定されている。更に、高電圧ショートの検出範囲は、酸素センサ１の正常時の出力電圧の範囲、即ち、酸素センサ１の正味の出力の変動範囲（約１Ｖ）に第１オフセット電圧を加えた範囲より高く設定されている。
【００４０】
また、図３に示す様に、前記第１オフセット電圧回路９は、同じ抵抗値を有する第１、第２分割抵抗２５、２７とオペアンプ２９とを組み合わせたものである。つまり、例えば５Ｖの電源電圧が、分割抵抗である（１０ＫΩの）第１分割抵抗２５と（１０ＫΩの）第２分割抵抗２７に印加され、それにより、両分割抵抗２５、２７の間から得られる（２．５Ｖの）電圧が、オペアンプ２９に入力する。従って、オペアンプ２９からは、同じ２．５Ｖの安定した（電圧変動の少ない）第１オフセット電圧が得られることになる。
【００４１】
一方、図４（ａ）に示す様に、第２オフセット電圧回路１３は、異なる抵抗値を有する第１、第２分割抵抗３１、３３とオペアンプ３５とを組み合わせたものである。つまり、例えば５Ｖの電源電圧が、分割抵抗である（１１ＫΩの）第１分割抵抗３１と（４．７ＫΩの）第２分割抵抗３３に印加され、それにより、両分割抵抗３１、３３の間から得られる（１．５Ｖの）電圧が、オペアンプ３５に入力する。従って、オペアンプ３５からは、同じ１．５Ｖの安定した第２オフセット電圧が得られる。
【００４２】
尚、本実施例では、第２オフセット電圧回路１３には、抵抗値の大きなプルダウン抵抗１１が接続されており、それにより電圧変動の影響が少ないので、図４（ｂ）に示す様に、単に前記と同様な接続及び抵抗値の第１分割抵抗３７及び第２分割抵抗３９のみを用いて、第２オフセット電圧を得るようにしてもよい。
【００４３】
ｂ）次に、本実施例における酸素センサ１の異常検出の手順について説明する。
▲１▼まず、異常検出の前提となる正常時における基本的な（酸素濃度の検出等の）動作について説明する。
【００４４】
前記図２に示す様に、酸素センサ１の正常時における出力電圧の変動幅は約１Ｖであるが、アース線５には、第１オフセット電圧回路９により、２．５Ｖの第１オフセット電圧が印加されているので、酸素センサ１の実際の出力電圧（即ちＥＣＵ３に入力される電圧）は、第１オフセット電圧が印加されない場合の出力電圧よりも高い範囲で変化する。例えば２．５Ｖ〜３．５Ｖの約１Ｖの範囲内で変動する。
【００４５】
従って、ＥＣＵ３では、この出力電圧をＡＤＣ１５でデジタル信号を変換してマイコン２１に入力し、マイコン２１では、この出力電圧からオフセット電圧（固定値）を引いて真の（正味の）出力電圧を求める。この真の出力電圧は、酸素濃度に対応したものであるので、例えばマップ等を用いて、真の出力電圧から酸素濃度を求めることができる。
【００４６】
▲２▼次に、本実施例における酸素センサ１の異常判定の原理について、詳細に説明する。
本実施例では、図５（ａ）に示す様に、断線、低電圧ショート、高電圧ショートの各異常判定を行うために、それぞれ判定値を設定している。
【００４７】
具体的には、低電圧ショートを判定するための低電圧ショート判定値を１Ｖに設定し、酸素センサ１の出力電圧が低電圧ショート判定値を下回る場合には、低電圧ショートが発生したと判定する。
つまり、出力線７に低電圧ショートが発生した場合には、酸素センサ１の出力電圧は０Ｖの低電圧に落ちてしまうので、出力電圧が低電圧ショート判定値の１Ｖより低下した場合には、低電圧ショートが発生したと判定するのである。
【００４８】
また、第２のオフセット電圧は１．５Ｖであるので、酸素センサ１の出力電圧が、第２のオフセット電圧を挟む１．０〜２．０Ｖの間、即ち、低電圧ショート判定値である１．０Ｖと第１、第２オフセット電圧を区別するための判定値である２．０Ｖとの範囲内である場合には、断線が発生したと判定する。
【００４９】
つまり、出力線７に断線が発生した場合には、酸素センサ１の出力電圧はＡＤＣ１５に入力されないが、そのときには、第２オフセット電圧がＡＤＣ１５に印加されるので、マイコン２１では、その第２オフセット電圧が検出される。よって、１．５Ｖを含む１．０Ｖ〜２．０Ｖの範囲内の電圧が検出された場合には、断線が発生したと判定するのである。
【００５０】
更に、高電圧ショートを判定するための高電圧ショート判定値を、（正常時における出力電圧を上回る）４．０Ｖに設定し、酸素センサ１の出力電圧が高電圧ショート判定値を上回る場合には、高電圧ショートが発生したと判定する。
つまり、出力線７に高電圧ショートが発生した場合には、その高電圧が出力線７に乗るので、マイコン２１では、出力電圧として５Ｖ近傍の高い電圧が検出される。よって、出力電圧が高電圧ショート判定値の４Ｖより上昇した場合には、高電圧ショートと判定するのである。
【００５１】
尚、異常検出の際には、ＡＤＣ１５に入力した電圧から固定値の第１オフセット電圧を引いて、酸素センサ１の正味の出力電圧を求め、この正味の出力電圧に基づいて酸素濃度の検出や酸素センサ１の異常検出を行うことができるが、ここでは説明の簡易化のために、ＡＤＣ１５に入力した電圧（正常時には第１オフセット電圧を含む電圧）を用いて説明する（以下同様）。
【００５２】
▲３▼次に、異常検出の処理について説明する。
尚、本処理は、マイコン２１にて、酸素センサ１への電源オン（従ってイグニッションスイッチのオン）後、即時に、定期的に常時実施される処理である。
本実施例では、図６のフローチャートに示す様に、ステップ（Ｓ）１００にて、ＡＤＣ１５に入力した電圧が、高電圧ショート判定値である４．０Ｖを上回るか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ１４０に進み、一方否定判断されるとステップ１１０に進む。
【００５３】
ステップ１４０では、入力電圧が高電圧ショート判定値を上回るので、高電圧ショートが発生したと判定して、高電圧ショートのダイアグコードを不揮発性メモリに記憶する。
続くステップ１７０では、異常が発生したことを報知するために、ＭＩＬ点灯要求を出力して、ＭＩＬ２３を点灯させて、一旦本処理を終了する。
【００５４】
一方、ステップ１１０では、入力電圧が、（第１オフセット電圧と第２オフセット電圧とを区別する）オフセット電圧差の判定値である２．０Ｖと低電圧ショート判定値である１．０Ｖとの間の値であるか否かを判定する。ここで、肯定判断されるとステップ１５０に進み、一方否定判断されるとステップ１２０に進む。
【００５５】
ステップ１５０では、出力線７に断線が発生したと判定して、断線のダイアグコードを不揮発性メモリに記憶し、前記ステップ１７０に進んで、同様に、ＭＩＬ２３の点灯のための処理を行い、一旦本処理を終了する。
一方、ステップ１２０では、入力電圧が、低電圧ショート判定値である１．０Ｖを下回るか否かを判定する。ここで、肯定判断されるとステップ１６０に進み、一方否定判断されるとステップ１３０に進む。
【００５６】
ステップ１６０では、入力電圧が低電圧ショート判定値を下回るので、低電圧ショートが発生したと判定して、低電圧ショートのダイアグコードを不揮発性メモリに記憶し、前記ステップ１７０に進んで、同様にＭＩＬ２３の点灯のための処理を行い、一旦本処理を終了する。
【００５７】
上述した処理により、高電圧ショート、断線、低電圧ショートの発生を検出し、その検出結果のダイアグコートを記憶し、ＭＩＬ２３の点灯により、酸素センサ１の異常報知を行うことができる。
ｃ）次に、本実施例の効果を説明する。
【００５８】
本実施例では、アース線５に第１オフセット電圧を印加するとともに、出力線７にプルダウン抵抗１１を介して第２オフセット電圧を印加し、上述した図６の異常検出処理を行うので、高電圧ショート、断線、低電圧ショートの発生をそれぞれ的確に判定することができる。
【００５９】
このうち、断線時と低電圧ショート時には、従来の様に０Ｖとなるのではなく、それぞれ異なる電圧となるので、断線と低電圧ショートとを明瞭に判別することができる。しかも、特に断線時には、酸素センサ１の正常時の出力範囲とは異なる第２オフセット電圧がＡＤＣ１５に入力するので、酸素センサ１の作動状況によらず、断線の判定を確実に行うことができる。
【００６０】
また、異常検出の結果を、ダイアグデータとして記憶するので、修理等が容易になるとともに、異常検出の結果を、ＭＩＬ２３により報知するので、運転者等は即時に異常の発生を把握することができる。
更に、本実施例では、第１オフセット電圧回路９には、オペアンプ２９が用いられているので、酸素センサ１の活性時の電圧変動の影響を低減して、第１オフセット電圧を安定化することができる。
【００６１】
その上、第２オフセット電圧回路１３にも、オペアンプ３５が用いられているので、同様に第２オフセット電圧を安定化することができる。
また、本実施例では、図５（ｂ）に示す様に、酸素センサ１の不活性時の内部抵抗より大きなプルダウン抵抗値を選択することで、センサ出力が断線検出電圧に入らないようにしており、それにより、始動時等における故障判定禁止時間を無くすことができる。よって、速やかな故障判定が可能となる。
【００６２】
更に、本実施例では、第１オフセット電圧を、酸素センサ１の出力電圧幅を上回るように設定しているので、アース線５の低電圧ショートも検出でき、よって、誤った動作に陥ることを防止できる。
尚、第２オフセット電圧回路１３には抵抗値の大きなプルダウン抵抗１１が接続されているので、電圧変動の影響を受けにくく、よって、オペアンプ３５を省略することが可能である。この場合には抵抗分割のみで電圧設定が可能であるので、構成を簡易化することができる。
（実施例２）
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。尚、同じ構成には同じ番号を用いる。
【００６３】
本実施例では、第１及び第２オフセット電圧や異常検出処理に特徴があるので、これらの特徴的な内容について説明する。
▲１▼本実施例では、図７（ａ）に示す様に、第１オフセット電圧を１．５Ｖとし第２オフセット電圧を３．５Ｖとしている。つまり、第２オフセット電圧は、第１オフセット電圧が加味された酸素センサ１の出力電圧（約１．５〜２．５Ｖ）より高く設定されている。
【００６４】
また、前記第１オフセット電圧を与える第１オフセット電圧回路９は、前記実施例１とほぼ同様な構成であるが、各電圧を与えるための抵抗分割の抵抗値が異なる。
具体的には、１．５Ｖの第１オフセット電圧を得るために、第１オフセット電圧回路９の第１分割抵抗２５として１１ＫΩの抵抗を用いるとともに、第２分割抵抗２７として４．７ＫΩの抵抗を用いる。また、３．５Ｖの第２オフセット電圧を得るために、第２オフセット電圧回路１３の第１分割抵抗３１として４．７ＫΩの抵抗を用いるとともに、第２分割抵抗３３として１１ＫΩの抵抗を用いる。
【００６５】
▲２▼また、本実施例では、前記図７に示す様に、各異常判定を行うために判定値を設定している。
具体的には、低電圧ショートを判定するための低電圧ショート判定値を、第１オフセット電圧の１．５Ｖを下回る１．０Ｖに設定し、酸素センサ１の出力電圧が低電圧ショート判定値を下回る場合には、低電圧ショートが発生したと判定する。
【００６６】
また、高電圧ショートを判定するための高電圧ショート判定値を、第２オフセット電圧の３．５Ｖを上回る４．０Ｖに設定し、酸素センサ１の出力電圧が高電圧ショート判定値を上回る場合には、高電圧ショートが発生したと判定する。
更に、第１オフセット電圧を加味した酸素センサ１の出力電圧（変動幅は約１．０Ｖ）は、３Ｖを下回る範囲であるので、酸素センサ１の出力電圧が（出力電圧の上限値である）３．０Ｖと（高電圧ショート判定値である）４．０Ｖとの範囲内である場合には、断線が発生したと判定する。
【００６７】
つまり、本実施例では、前記実施例１の様に、第２オフセット電圧が第１オフセット電圧より低く設定されるのではなく、酸素センサ１の出力電圧より高く設定されているので、断線が発生した場合には、約３．５Ｖの高い第２オフセット電圧がＡＤＣ１５に印加される。従って、この酸素センサ１の出力電圧より高い第２オフセット電圧を検出した場合には、断線が発生したと判定することができる。
【００６８】
▲３▼次に、本実施例における酸素センサ１の異常判定の処理について説明する。本実施例では、図８のフローチャートに示す様に、ステップ２００にて、ＡＤＣ１５に入力した電圧が、高電圧ショート判定値である４．０Ｖを上回るか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ２４０に進み、一方否定判断されるとステップ２１０に進む。
【００６９】
ステップ２４０では、入力電圧が高電圧ショート判定値を上回るので、高電圧ショートが発生したと判定して、高電圧ショートのダイアグコードを不揮発性メモリに記憶する。
続くステップ２７０では、異常が発生したことを報知するために、ＭＩＬ点灯要求を出力して、ＭＩＬ２３を点灯させて、一旦本処理を終了する。
【００７０】
一方、ステップ２１０では、入力電圧が、断線を示す４．０Ｖと３．０Ｖとの間の値であるか否かを判定する。ここで、肯定判断されるとステップ２５０に進み、一方否定判断されるとステップ２２０に進む。
ステップ２５０では、出力線７に断線が発生したと判定して、断線のダイアグコードを不揮発性メモリに記憶し、前記ステップ２７０に進んで、同様に、ＭＩＬ２３の点灯のための処理を行い、一旦本処理を終了する。
【００７１】
一方、ステップ２２０では、入力電圧が低電圧ショート判定値である１．０Ｖを下回るか否かを判定する。ここで、肯定判断されるとステップ２６０に進み、一方否定判断されるとステップ２３０に進む。
ステップ２６０では、入力電圧が低電圧ショート判定値を下回るので、低電圧ショートが発生したと判定して、低電圧ショートのダイアグコードを不揮発性メモリに記憶し、前記ステップ２７０に進んで、同様にＭＩＬ２３の点灯のための処理を行い、一旦本処理を終了する。
【００７２】
上述した処理により、高電圧ショート、断線、低電圧ショートの発生を検出し、その検出結果のダイアグコートを記憶し、ＭＩＬ２３の点灯により、異常報知を行うことができる。
▲４▼本実施例では、前記実施例１とは、第１オフセット電圧及び第２オフセット電圧の値が異なるものの、前記実施例１と同様に、アース線５に第１オフセット電圧を印加するとともに、出力線７にプルダウン抵抗１１を介して第２オフセット電圧を印加し、上述した図８の異常検出処理を行うので、高電圧ショート、断線、低電圧ショートを的確に判定することができる。
【００７３】
また、図７（ｂ）に示す様に、本実施例においても、酸素センサ１の不活性時の内部抵抗より大きなプルダウン抵抗値を選択することで、センサ出力が断線検出電圧に入らないようにしており、それにより、始動時等における故障判定禁止時間を無くすことができる。
【００７４】
その他、前記実施例１と同様な効果を奏する。
（実施例３）
次に、実施例３について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００７５】
図９に示す様に、本実施例では、前記実施例１、２と同様に、第１オフセット電圧回路４１、第２オフセット電圧回路４３、入力抵抗４５、入力用コンデンサ４７、ＡＤＣ４９、マイコン５１等を備えるとともに、第１オフセット電圧を、入力抵抗５５及び入力用コンデンサ５６が接続された回路を介して、ＡＤＣ４９に入力している。
【００７６】
そして、マイコン５１にて異常検出の処理を行う際には、酸素センサ５３の出力電圧から固定値の第１オフセット電圧を引くのではなく、酸素センサ５３の出力電圧から（異なる入力抵抗５５を介して直接にＡＤＣ４９に入力された）実際の第１オフセット電圧を引いて、正味の酸素センサ５３の出力電圧を求め、この出力電圧に基づいて異常判定の処理を行っている。
【００７７】
これにより、本実施例では、前記実施例１、２と同様な効果を奏するとともに、第１オフセット電圧の変動の影響を排除することができるので、より精度よく異常検出や酸素濃度の検出を行うことができるという利点がある。
また、本実施例では、アース線５９が低電圧ショートしても、両電圧の入力状態から、通常の動作（酸素濃度の測定）が可能であるという効果もある。
【００７８】
更に、本実施例では、第１オフセット電圧の変動の影響を排除できるので、第１オフセット電圧を安定させるためのオペアンプが不要であり、例えば図１０に示す様に、第１オフセット電圧回路４１及び第２オフセット電圧回路４３の構成として、第１分割抵抗５７及び第２分割抵抗５９を用いた抵抗分割の手法により、第１オフセット電圧及び第２オフセット電圧を設定することができる。
【００７９】
尚、各分割抵抗５７、５９の値は、前記実施例１と同様である。
（実施例４）
次に、実施例４について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００８０】
本実施例では、オフセット電圧を印加する電圧回路に特徴がある。
まず、図１１（ａ）に示す様に、同一の電圧回路を用いて、第１オフセット電圧及び第２オフセット電圧を設定する。
つまり、５Ｖの電源電圧を印加する電圧回路に、第１分割抵抗６１（１１ＫΩ）、第２分割抵抗６３（４．７ＫΩ）、第３分割抵抗６５（６．２ＫΩ）を直列に接続し、第１分割抵抗６１と第２分割抵抗６３との間から、オペアンプ６７を介して、第１オフセット電圧（２．５Ｖ）を取り出す。
【００８１】
また、第２分割抵抗６３と第３分割抵抗６５との間から、第２オフセット電圧（１．５Ｖ）を取り出すことができる。
この場合にも、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、合計で３個の抵抗を用いれば良いので、構成を簡易化できるという利点がある。
【００８２】
また、図１１（ｂ）に示す様に、５Ｖの電源電圧を印加する電圧回路に、第１分割抵抗７１（１０ＫΩ）及び第２分割抵抗７３（１０ＫΩ）を直列に接続し、この第１分割抵抗７１と第２分割抵抗７３との間から、オペアンプ７５を介して第１オフセット電圧（２．５Ｖ）を取り出す。
【００８３】
また、第１オフセット電圧とアースとの間に、第３分割抵抗７７（４．７ＫΩ）及び第４分割抵抗７９（６．２Ω）を直列に接続し、この第３分割抵抗７７と第４分割抵抗７９との間から第２オフセット電圧（１．５Ｖ）を取り出す。
この場合にも、前記実施例１と同様な効果を奏する。
【００８４】
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の酸素センサの異常検出装置を行う装置のシステム構成を示す説明図である。
【図２】実施例１の酸素センサの異常検出の原理を示す説明図である。
【図３】実施例１の第１オフセット電圧回路を示す回路図である。
【図４】（ａ）は実施例１の第２オフセット電圧回路を示す回路図、（ｂ）は他の第２オフセット電圧回路を示す回路図である。
【図５】（ａ）は実施例１の酸素センサの異常検出における各判定値等を示す説明図、（ｂ）は始動直後のセンサ出力を示す説明図である。
【図６】実施例１の酸素センサの異常検出処理を示すフローチャートである。
【図７】（ａ）は実施例２の酸素センサの異常検出における各判定値等を示す説明図、（ｂ）は始動直後のセンサ出力を示す説明図である。
【図８】実施例２の酸素センサの異常検出処理を示すフローチャートである。
【図９】実施例３の酸素センサの異常検出装置を行う装置のシステム構成を示す説明図である。
【図１０】実施例３の第１、第２オフセット電圧回路の回路図である。
【図１１】（ａ）実施例４のオフセット電圧回路の回路図、（ｂ）他のオフセット電圧回路の回路図である。
【図１２】従来技術の説明図である。
【図１３】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１、５３…酸素センサ（Ｏ２センサ）
３…異常検出装置（ＥＣＵ）
５…アース線
７…出力線
９、４１…第１オフセット電圧回路
１１…プルダウン抵抗
１３、４３…第２オフセット電圧回路
１５、４９…ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）
２１、５１…マイクロコンピュータ（マイコン）
Claims (12)
- アース線及び出力線に接続された酸素センサから、前記出力線を介して入力される電圧に基づいて、前記酸素センサの異常を検出する酸素センサの異常検出装置において、
前記アース線に、第１オフセット電圧を印加する第１オフセット電圧印加手段と、
前記出力線に、所定の抵抗を介して、前記酸素センサの正常時の出力範囲から外れるような第２オフセット電圧を印加する第２オフセット電圧印加手段と、
を備えたことを特徴とする酸素センサの異常検出装置。 - 前記第１オフセット電圧を、酸素センサの出力電圧幅を上回るように設定することを特徴とする前記請求項１に記載の酸素センサの異常検出装置。
- 前記所定の抵抗は、プルダウン抵抗であることを特徴とする前記請求項１又は２に記載の酸素センサの異常検出装置。
- 前記プルダウン抵抗の値を、前記酸素センサの不活性時の内部抵抗の値に応じて設定することを特徴とする前記請求項３に記載の酸素センサの異常検出装置。
- 前記第２オフセット電圧を、前記第１オフセット電圧より低く設定することを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載の酸素センサの異常検出装置。
- 前記第２オフセット電圧を、低電圧ショートを判定するための低電圧ショート判定値より高く設定することを特徴とする前記請求項５に記載の酸素センサの異常検出装置。
- 前記第２オフセット電圧を、前記酸素センサの正常時の出力範囲より高く設定することを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載の酸素センサの異常検出装置。
- 前記第２オフセット電圧を、高電圧ショートを判定するための高電圧ショート判定値より低く設定することを特徴とする前記請求項７に記載の酸素センサの異常検出装置。
- 前記第１オフセット電圧及び／又は前記第２オフセット電圧を、抵抗分割を用いて設定することを特徴とする前記請求項１〜８のいずれかに記載の酸素センサの異常検出装置。
- 前記第１オフセット電圧を、オペアンプを介して出力することを特徴とする前記請求項１〜９のいずれかに記載の酸素センサの異常検出装置。
- 前記酸素センサの出力電圧と前記第１オフセット電圧とを、前記酸素センサの異常を検出する処理装置側に入力し、その電圧差に基づいて、前記酸素センサの異常を検出することを特徴とする前記請求項１〜１０のいずれかに記載の酸素センサの異常検出装置。
- 前記異常検出は、前記酸素センサの作動中に常時行うことを特徴とする前記請求項１〜１１のいずれかに記載の酸素センサの異常検出装置。
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