JP2007315926A - ガスセンサシステムの異常診断方法、及び、ガスセンサシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 ガスセンサ素子を破損させることなく、異常診断を確実に行うことができるガスセンサシステムの異常診断方法及びガスセンサシステムを提供すること。
【解決手段】 ガスセンサシステム１００の異常診断方法は、ガスセンサ素子１１０とセンサ制御装置１３０との各接続点のうち、いずれかの接続点の電位が異常電位か否かを判断するステップと、ガスセンサ素子１１０の温度が所定温度以下か否かを判断するステップと、いずれかの接続点の電位が異常電位と判断され、かつ、ガスセンサ素子１１０の温度が所定温度以下と判断された場合に、ガスセンサ素子１１０に電流を供給し、各接続点の電位に基づいてどの接続点について異常が発生しているのかを検知するステップとを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被測定ガス中の特定ガス成分（例えば酸素）の濃度を検知するガスセンサシステムの異常診断方法、及び、異常診断が可能なガスセンサシステムに関する。

従来より、ガソリンエンジン等の内燃機関の燃焼制御においては、内燃機関に供給する空気と燃料との混合気の空燃比を制御して、排気ガス中のＣＯやＮＯｘ、ＨＣを低減させている。そのために、排気ガス中の特定ガスの濃度に応じて、燃料供給量をフィードバック制御する燃焼制御方式が採用されている。
このような空燃比の制御に使用されるガスセンサ素子としては、例えば、ジルコニア等を主成分とする固体電解質体の両面に電極を備えるセルを、一方の電極が被測定ガスに晒され、他方の電極が基準ガスに晒されるように配設し、被測定ガスと基準ガスとの間にできる電位差によって被測定ガス中の酸素ガス濃度を検知する酸素センサが挙げられる。また、固体電解質体の両面に電極を備えるセルを２つ用いて、これらを測定室を挟むように配設し、測定室に拡散抵抗体を介して被測定ガスを導入し、被測定ガス中のリッチ領域からリーン領域にわたる酸素ガス濃度をリニアに検知する全領域空燃比センサも知られている。また、更にもう１つのセルを追加して配設し、ＮＯｘガス濃度を検知可能に構成したＮＯｘセンサなども知られている。

ところで、近年の自動車では、これらのガスセンサ素子を用いたエンジンの燃焼制御中に、ガスセンサ素子やこれを制御するセンサ制御装置の異常診断を自動的に行い、その結果を運転者に知らせるようにしたガスセンサシステムが用いられている。このようなガスセンサシステムでは、一般に、ガスセンサ素子のセルを排気ガス温度に関係なく作動させるために、セルにヒータを設けてセルを所定温度（例えば８００℃程度）に保って活性化させている。そして、ガスセンサ素子のセルが活性化した状態において、短絡異常や断線異常を診断している（例えば特許文献１及び特許文献２を参照）。

特開平１１−１０７８３０号公報 特開２００３−９７３４２号公報

しかしながら、上記の異常診断方法では、ヒータによってガスセンサ素子のセルが所定温度に保たれた状態（活性化状態）において異常診断を行う。例えば、セルの２つの電極間に異常診断のための電流を流し、電極間に生じる電位差（電圧）に基づいて異常診断を行うのであるが、セルの電極間に異常診断を行うのに十分な電位差が生じないことがあった。というのも、セルが活性化した状態では、セルの内部抵抗が数十Ω〜１００Ω程度と極めて小さい。このため、例えば、セルの２つの電極のうち、一方の電極がグランド電位にショートしている場合であって、セルの内部抵抗が３０Ωの場合、１０ｍＡの検査電流を流しても電圧降下は０．３Ｖと非常に小さく、他方の電極の電位もほぼ等しくなるので、セルの２つの電極のうち、どちらの電極がグランド電位にショートしているのか判別できないという問題が生じる。

このような問題を回避するためには、ガスセンサ素子のセルが活性化した状態で、セルに流す異常診断のための電流を大きくすることが考えられる。しかし、そのためには、大容量の電流源が必要となり、コスト高を招く。また、セルに大電流を流すことによって、セルの破損や劣化を早めるという問題もある。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、ガスセンサ素子を破損、劣化させることなく、ガスセンサ素子とガス濃度検知手段との接続点の異常診断を確実に行うことができるガスセンサシステムの異常診断方法、及び、このような異常診断が可能なガスセンサシステムを提供することを目的とする。

その解決手段は、特定ガス成分の濃度に応じた信号を出力するガスセンサ素子と、前記ガスセンサ素子の各端子に電気的に接続し、前記ガスセンサ素子の出力信号に基づいて前記特定ガス成分の濃度を検知するガス濃度検知手段と、を備えるガスセンサシステムの異常診断方法であって、前記ガスセンサ素子と前記ガス濃度検知手段との各接続点のうち、いずれかの接続点の電位が異常電位であるか否かを判断する異常検知ステップと、前記ガスセンサ素子の温度に関する指標に基づいて、前記ガスセンサ素子の温度が所定温度以下に冷えているか否かを判断する素子温度検知ステップと、前記異常検知ステップにおいて、いずれかの前記接続点の電位が異常電位と判断され、かつ、前記素子温度検知ステップにおいて、前記ガスセンサ素子の温度が所定温度以下に冷えていると判断された場合に、前記ガスセンサ素子に検査信号を供給し、前記各接続点の電位に基づいて、前記各接続点のうち、どの接続点について異常が発生しているのかを検知する個別異常検知ステップと、を備えるガスセンサシステムの異常診断方法である。

前述したように、ガスセンサ素子が高温の状態では、その内部抵抗は極めて低い。しかし、ガスセンサ素子が冷えていれば、その内部抵抗は高くなる。このため、ガスセンサ素子に小さな検知信号を供給しただけでも、ガスセンサ素子とガス濃度検知手段との各接続点の電位が大きく変化する。従って、ガスセンサ素子に破損が生じない安全な範囲内の検査信号を供給することにより、その時の各接続点の電位から各接続点の異常を具体的に判断できることになる。本発明は、このような知見を得てなされたものである。

本発明の異常診断方法では、異常検知ステップにおいて、ガスセンサ素子とガス濃度検知手段との各接続点のうち、いずれかの接続点の電位が異常電位であるか否かを判断する。従って、まずこの異常検知ステップにおいて、どの接続点について異常があるかの特定はできないが、接続点のいずれかに異常があるか否かを検知できる。一方で、素子温度検知ステップにおいて、ガスセンサ素子の温度に関する指標に基づいて、ガスセンサ素子の温度が所定温度以下に冷えているか否かを判断する。

そして、いずれかの接続点の電位が異常電位であると判断され、かつ、ガスセンサ素子の温度が所定温度以下に冷えていると判断された場合には、個別異常検知ステップにおいて、ガスセンサ素子に検査信号を供給し、各接続点の電位に基づいて、どの接続点について異常が発生しているのかを検知する。従って、この個別異常検知ステップにおいて、どの接続点に異常が発生しているのかを具体的に特定できる。しかも、この個別異常検知ステップでは、ガスセンサ素子が冷えており、その内部抵抗が高くなっているため、ガスセンサ素子に小さな検査信号を供給しただけでも、各接続点の異常の有無を適切に検知できる。よって、本発明の異常診断方法によれば、ガスセンサ素子を破損、劣化させることなく、ガスセンサ素子とガス濃度検知手段との各接続点の異常診断を確実かつ適切に行うことができる。

ここで、「ガスセンサ素子」は、特定ガス成分の濃度に応じた信号を出力可能なものであればよく、例えば、単一のセルから構成される酸素センサ（限界電流式の酸素センサを含む）や、２つのセルから構成される全領域空燃比センサ、３つのセルから構成されるＮＯｘセンサなどが挙げられる。また「ガスセンサ素子」には、セルを活性化させるためのヒータを一体に或いは別体として設けることができる。
「異常検知ステップ」では、いずれかの接続点の電位が異常電位であるか否かを判断できればよい。例えば、この判断を、ガスセンサ素子が活性化されているなど、ガスセンサ素子が高温の状態で行ってもよいし、逆に、ガスセンサ素子が低温の状態で行ってもよい。また、この「異常検知ステップ」は、素子温度検知ステップより先に行ってもよいし、素子温度検知ステップより後に行ってもよい。

「素子温度検知ステップ」では、ガスセンサ素子の温度に関する指標に基づいて、ガスセンサ素子の温度が所定温度以下に冷えているか否かを判断できればよい。「指標」としては、例えば、内燃機関の冷却水の水温や、内燃機関の排気温度、排気管の温度、ガスセンサ素子のヒータの温度などが挙げられる。
「個別異常検知ステップ」では、ガスセンサ素子に検査信号を供給し、各接続点の電位に基づいて、どの接続点について異常が発生しているのかを検知する。例えば、各接続点の電位を比較して、最も電位の高い接続点がバッテリ電位へショートしていると判断する、或いは、最も電位の低い接続点がグランド電位へショートしていると判断する方法が挙げられる。また、後述するように、検査信号を供給したときの接続点の電位が所定の上限値を超えた場合、その接続点がバッテリ電位へショートしていると判断する。逆に、接続点の電位が所定の下限値を下回った場合、その接続点がグランド電位へショートしていると判断することもできる。
なお、検査信号としては、電圧信号であっても電流信号であっても良い。検査信号が、例えば電流信号である場合には、検査信号（検査電流）をガスセンサ素子に供給したときにも当該素子に不具合が確実に生じないように、電流値として３０ｍＡ以下（より好ましくは２０ｍＡ以下）に設定するのが良い。

更に、上記のガスセンサシステムの異常診断方法であって、前記個別異常検知ステップでは、前記検査信号を供給したときの前記接続点の電位が所定の上限値を超えた場合に、その接続点がバッテリ電位へショートしていると判断し、前記検査信号を供給したときの前記接続点の電位が所定の下限値を下回った場合に、その接続点がグランド電位へショートしていると判断するガスセンサシステムの異常診断方法とすると良い。

このように個別異常検知ステップを行うことで、各接続点の不具合の具体的な様子、即ち、各接続点がバッテリ電位にショートしているのか、或いはグランド電位にショートしているのかを検知できる。特に、適切な上限値及び下限値を設定することで、前述の各接続点の電位を比較して不具合を判断する場合に比して、より確実に不具合を特定できる。

更に、上記のいずれかに記載のガスセンサシステムの異常診断方法であって、前記異常検知ステップで、いずれかの前記接続点の電位が異常電位であると判断した場合に、前記ガス濃度検知手段のうち、前記ガスセンサ素子の前記接続点に電圧を印加しまたは電流を流す電源回路と前記接続点との接続を一旦切り離し、前記素子温度検知ステップにおいて、前記ガスセンサ素子の温度が所定温度以下に冷えていると判断された後に、前記個別異常検知ステップにおいて、電源回路の一部を前記接続点に接続し、どの前記接続点について異常が発生しているのかを検知するガスセンサシステムの異常診断方法とすると良い。

本発明によれば、まず、異常検知ステップで異常が検知された場合には、ガスセンサ素子とガス濃度検知手段の電源回路との接続を一旦切り離す。そして、ガスセンサ素子の温度が所定温度以下に冷えていると判断された後に、個別異常検知ステップにおいて、ガスセンサ素子に電源回路の一部を接続し、どの接続点に異常が発生しているのかを検知する。このようにすれば、接続点がグランド電位に或いはバッテリ電位に短絡するなど、接続点に異常があった場合、ガスセンサ素子に異常な向きの電流や大電流が流れるのを防止できる。このため、ガスセンサ素子が破損、劣化することをより確実に防止できる。

また、他の解決手段は、特定ガス成分の濃度に応じた信号を出力するガスセンサ素子と、前記ガスセンサ素子の各端子に電気的に接続し、前記ガスセンサ素子の出力信号に基づいて前記特定ガス成分の濃度を検知するガス濃度検知手段と、を備えるガスセンサシステムであって、前記ガスセンサ素子と前記ガス濃度検知手段との各接続点のうち、いずれかの接続点の電位が異常電位であるか否かを判断する異常検知手段と、前記ガスセンサ素子の温度に関する指標に基づいて、前記ガスセンサ素子の温度が所定温度以下に冷えているか否かを判断する素子温度検知手段と、前記ガスセンサ素子に検査信号を供給し、前記各接続点の電位に基づいて、前記各接続点のうち、どの接続点について異常が発生しているのかを検知する個別異常検知手段と、を備えるガスセンサシステムである。

本発明のガスセンサシステムは、ガスセンサ素子とガス濃度検知手段の他に、異常検知手段と素子温度検知手段と個別異常検知手段とを備える。
このうち、異常検知手段は、ガスセンサ素子とガス濃度検知手段との各接続点のうち、いずれかの接続点で電位が異常電位となったか否かを判断する。即ち、この異常検知手段によって、接続点のいずれかに異常があるか、いずれにも異常がないかを検知できる。また、素子温度検知手段は、ガスセンサ素子の温度に関する所定の指標に基づいて、ガスセンサ素子の温度が所定温度以下に冷えているか否かを判断できる。

更に、個別異常検知手段は、ガスセンサ素子に検知信号を供給し、各接続点の電位に基づいて、どの接続点について異常が発生しているのかを検知できる。つまり、どの接続点に異常が発生しているのかを具体的に特定できる。従って、ガスセンサ素子が冷えており、その内部抵抗が高くなっているときにこの個別異常検知手段を用いれば、ガスセンサ素子に小さな検査信号を供給しただけで、どの接続点が異常であるかを具体的に特定できる。よって、本発明のガスセンサシステムによれば、ガスセンサ素子を破損、劣化させることなく、ガスセンサ素子とガス濃度検知手段との各接続点の異常診断を確実かつ適切に行うことができる。

更に、上記のガスセンサシステムであって、前記個別異常検知手段は、前記検査信号を供給したときの前記接続点の電位が所定の上限値を超えた場合に、その接続点がバッテリ電位へショートしていると判断し、前記検査信号を供給したときの前記接続点の電位が所定の下限値を下回った場合には、その接続点がグランド電位へショートしていると判断するガスセンサシステムとすると良い。

このような個別異常検知手段を持つことで、各接続点の不具合の具体的な様子、即ち、各接続点がバッテリ電位にショートしているのか、或いはグランド電位にショートしているのかを検知できる。特に、適切な上限値及び下限値を設定することで、各接続点の電位を比較して不具合を判断する場合に比して、より確実に不具合を特定できる。

更に、上記のガスセンサシステムであって、前記異常検知手段は、いずれかの前記接続点の電位が異常電位であると判断した場合に、前記ガス濃度検知手段のうち、前記ガスセンサ素子の前記接続点に電圧を印加しまたは電流を流す電源回路と前記接続点との接続を一旦切り離し、前記素子温度検知手段において、前記ガスセンサ素子の温度が所定温度以下に冷えていると判断された後、前記個別異常検知手段は、電源回路の一部を前記接続点に接続し、どの前記接続点について異常が発生しているのかを検知するガスセンサシステムとすると良い。

本発明によれば、異常検知手段において、異常が検知された場合、ガスセンサ素子とガス濃度検知手段の電源回路との接続を一旦切り離す。そして、ガスセンサ素子の温度が所定温度以下に冷えていると判断された後に、個別異常検知手段において、ガスセンサ素子に電源回路の一部を接続し、どの接続点に異常が発生しているのかを検知する。このようにすれば、接続点がグランド電位に或いはバッテリ電位に短絡するなど、接続点に異常があった場合、ガスセンサ素子に異常な向きの電流や大電流が流れるのを防止できる。このため、ガスセンサ素子が破損、劣化することをより確実に防止できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１（ａ）に本実施形態のガスセンサシステム１００の構成の概略を示す。また、図１（ｂ）にこれに用いるガスセンサ素子１１０のＡ−Ａ断面矢視図を示す。また、図２にガスセンサシステム１００の回路構成の概要を示す。但し、図２においては、ヒータ１２８及びヒータ制御装置１７０は省略してある。
このガスセンサシステム１００は、ガスセンサ素子１１０、センサ制御装置１３０、ヒータ制御装置１７０、エンジン制御装置（ＥＣＵ）１８０、水温センサ１８５等から構成されている。

このうち、ガスセンサ素子１１０は、図示しないエンジンの排気管に装着され、排気ガス中の酸素濃度（空燃比）に対応した信号をリニアに出力する全領域空燃比センサである。このガスセンサ素子１１０は、後述するセンサ制御装置１３０及びヒータ制御装置１７０と接続されている。ガスセンサ素子１１０とセンサ制御装置１３０とは、ガスセンサ素子１１０の端子Ｖｓ＋，Ｃｏｍ，Ｉｐ＋とセンサ制御装置１３０（制御回路１３１）の端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋とが、配線１２６，１２５，１２４を介してそれぞれ接続されている（図２参照）。
また、センサ制御装置１３０は、ガスセンサ素子１１０に接続されている他、エンジン制御装置１８０にも接続されている。具体的には、センサ制御装置１３０の端子ＶＩＰ，ＫＩ，ＣＩと、エンジン制御装置１８０の端子ＡＤ，ＫＴ，ＣＴとがそれぞれ接続され、これらの間で信号が伝達可能になっている。

図１（ａ）に示すように、ガスセンサ素子１１０は、薄板状のジルコニアからなる酸素イオン伝導性の固体電解質層１１１，１１２を有する。これらの固体電解質層１１１，１１２の層間には、これらを電気的に絶縁するため、アルミナからなる絶縁層１１４が積層されている。また、固体電解質体１１２の外側には、補強板１１３が積層されている。なお、固体電解質層１１１，１１２は、例えばＺｒＯ₂ のグリーンシートの焼結体により形成される。また、絶縁層１１４は、例えばＡｌ₂Ｏ₃ ペーストまたはＡｌ₂ Ｏ₃ グリーンシートの焼結体により形成される。

一方の固体電解質層１１１の表裏面には、一対の多孔質電極１１６ａ，１１６ｂが配設されて、ポンプセル１１７を構成している。また、他方の固体電解質層１１２の表裏面には、一対の多孔質電極１１８ａ，１１８ｂが配設されて、起電力セル１１９を構成している。また、これらポンプセル１１７及び起電力セル１１９と絶縁層１１４とに囲まれることにより、測定室１２０が構成されている。この測定室１２０は、図１（ｂ）に示すように、固体電解質層１１１，１１２の間に設けられた多孔質拡散層１２２を介して外部に連通している。また、ポンプセル１１７の一方の多孔質電極１１６ｂと起電力セル１１９の一方の多孔質電極１１８ａとは、それぞれ測定室１２０に面して配置されている。なお、多孔質拡散層１２２は、測定室１２０内に取り込まれる被測定ガスの量を制限するため、拡散制限を行う拡散孔が設けられた多孔質の焼成体により形成される。

多孔質電極１１８ｂの内部の空孔には、起電力セル１１９の多孔質電極１１８ｂから多孔質電極１１８ａに向かう定電流Ｉｃｐを流して、酸素をポンピングすることにより、常時ほぼ一定濃度の酸素が蓄積されるようになっている。このため、この多孔質電極１１８ｂに蓄積された酸素が基準酸素となる。それ故、この多孔質電極１１８ｂは、自己生成基準電極とも称される。

ポンプセル１１７を構成する一対の電極のうち、測定室１２０に面していない一方の多孔質電極１１６ａは、電流Ｉｐを供給するセンサ制御装置１３０の端子ＩＰ＋に、端子Ｉｐ＋及び配線１２４を介して接続されている（図２参照）。また、測定室１２０に面している他方の多孔質電極１１６ｂは、ガスセンサ素子１１０の制御の共通基準電圧を与えるセンサ制御装置１３０の端子ＣＯＭに、端子Ｃｏｍ及び配線１２５を介して接続されている。
また、起電力セル１１９を構成する一対の電極のうち、測定室１２０に面していない一方の多孔質電極１１８ｂが、出力電圧を計測するためのセンサ制御装置１３０の端子ＶＳ＋に、端子Ｖｓ＋及び配線１２６を介して接続されている。また、測定室１２０に面している他方の多孔質電極１１８ａも、上述の端子ＣＯＭに、端子Ｃｏｍ及び配線１２５を介して接続されている。

また、このガスセンサ素子１１０は、ヒータ１２８を備える（図１参照）。ヒータ１２８は、平板状をなし、固体電解質層１１１に対向して配置されている。そして、その内部には、ヒータ配線１２９が設けられており、ヒータ制御装置１７０によってヒータ１２８への電力供給が制御される。このヒータ１２８により、ポンプセル１１７及び起電力セル１１９が６００℃〜９００℃に保たれると、これらのセルの固体電解質層１１１，１１２が、酸素イオンを十分に伝導できる状態、いわゆる活性状態となる。そして、この活性化状態において、ポンプセル１１７が酸素イオンをポンピングし、また、起電力セル１１９が測定室１２０と多孔質電極１１８ｂとの間の酸素濃度に応じた電圧を発生する。

ヒータ制御装置１７０は、図示しないバッテリからの電力をＰＷＭ制御することで、ガスセンサ素子１１０の温度が６００℃〜９００℃になるようにヒータ１２８への供給電力を制御している。

次に、エンジン制御装置１８０について説明する。エンジン制御装置１８０は、センサ制御装置１３０、ヒータ制御装置１７０及び水温センサ１８５にそれぞれ接続している。
エンジン制御装置１８０は、２つのＡＤ変換器１８１，１８２とＣＰＵ１８３とを有する（図２参照）。このうちＡＤ変換器１８１は、入力端子である端子ＡＤを介して、後述するセンサ制御装置１３０の端子ＶＩＰから出力される信号（酸素濃度に関する電圧信号等）を取り込んでデジタル値に変換し、これをＣＰＵ１８３に出力する。そして、ＣＰＵ１８３は、このデジタル化された信号に基づいて、空燃比等を算出する。

一方、ＡＤ変換器１８２は、入力端子である端子ＳＤを介して、水温センサ１８５から出力される信号ＶＷを取り込んでデジタル値に変換し、これをＣＰＵ１８３に出力する。そして、ＣＰＵ１８３は、このデジタル化された信号に基づいて、エンジンの冷却水の水温を算出する。なお、この水温は、エンジン駆動時には通常比較的高温になることから、ガスセンサ素子１１０の温度と同様の変化傾向を示す。従って、この水温は、ガスセンサ素子１１０が活性化する温度になっているか否かを簡易的に判断する指標にできる。水温センサ１８５からの出力信号ＶＷが、本発明の「ガスセンサ素子の温度に関する指標」に相当する。
また、エンジン制御装置１８０は、その端子ＣＴ及びセンサ制御装置１３０の端子ＣＩを通じて、センサ制御装置１３０内のスイッチＳＷ１〜ＳＷ７のオン・オフを制御する。また、エンジン制御装置１８０は、センサ制御装置１３０の端子ＫＩを介して、端子ＫＩにより、シリアル通信で、センサ制御装置１３０の異常検知部１５９からの情報を受信する。

次に、センサ制御装置１３０について説明する（図２参照）。センサ制御装置１３０は、ＡＳＩＣとして構成された制御回路１３１の他、これに外付けされた検出抵抗器Ｒ２、ＰＩＤ制御回路１３５の制御定数を与える抵抗器Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５とコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３を含み、これらは、１つのボード上に搭載されている。

このセンサ制御装置１３０は、エンジン制御装置１８０の指示に基づき、ガスセンサ素子１１０を制御して、酸素濃度に応じた濃度信号（電圧信号）をエンジン制御装置１８０へ出力する。そして、エンジン制御装置１８０は、この濃度信号を用いて排気ガス中の酸素濃度を検知し、図示しないエンジンの制御を行う。また、センサ制御装置１３０は、エンジン制御装置１８０の指示に基づき、ガスセンサ素子１１０とセンサ制御装置１３０との各接続点（端子Ｖｓ＋，Ｃｏｍ，Ｉｐ＋など）における電圧や、これらの接続点における異常に関する情報をエンジン制御装置１８０へ出力する。そして、エンジン制御装置１８０は、センサ制御装置１３０からの情報を用いて、各接続点における異常を検知する。
なお、センサ制御装置１３０とエンジン制御装置１８０を合わせたものが、本発明のガス濃度検知手段、異常検知手段、及び個別異常検知手段に相当する。また、水温センサ１８５及びエンジン制御装置１８０は、本発明の素子温度検知手段に相当する。

センサ制御装置１３０は、主にポンプセル１１７を駆動する電流Ｉｐを流すためのアンプ１３６を有する。このアンプ１３６は、その反転入力端子に制御回路１３１の端子ＣＯＭ（ガスセンサ素子１１０の端子Ｃｏｍ）の電圧が入力され、その非反転入力端子に基準電圧３．６Ｖが印加される。また、アンプ１３６の出力端子は、スイッチＳＷ３を介して、制御回路１３１の端子ＩＰ＋、更には配線１２４を通じてガスセンサ素子１１０の端子Ｉｐ＋に接続されている。これにより、ガスセンサ素子１１０を制御するための負帰還回路が構成されている。

また、センサ制御装置１３０は、５Ｖの基準電圧を２．５Ｖに分圧して端子ＩＰ＋に出力するための分圧抵抗器Ｒ６，Ｒ７を有し、これらの一端には、ダイオード１３７，１３８がそれぞれ接続されている。また、これらの分圧抵抗器Ｒ６，Ｒ７の他端には、これらの分圧抵抗器Ｒ６，Ｒ７により分圧する電圧出力をオン・オフするためのスイッチＳＷ４，ＳＷ５がそれぞれ接続されている。
また、センサ制御装置１３０は、アンプ１３９を有する。このアンプ１３９は、自身の反転入力端子と出力端子とが接続され、非反転入力端子には基準電圧３．６Ｖが印加される。また、このアンプ１３９の出力端子は、スイッチＳＷ１を介して、制御回路１３１の端子ＣＯＭ、更には配線１２５を介してガスセンサ素子１１０の端子Ｃｏｍに接続されると共に、上述のアンプ１３６の反転入力端子にも接続されている。

また、センサ制御装置１３０は、電流Ｉｐの制御特性を改善するためのＰＩＤ制御回路１３５を有する。このＰＩＤ制御回路１３５は、前述したように、この回路の制御定数を与える抵抗器Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５とコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３を有する。また、ＰＩＤ制御回路１３５は、アンプ１４０を有する。このアンプ１４０は、その反転入力端子に制御回路１３１の端子Ｐ２が接続され、その非反転入力端子に基準電圧３．６Ｖが印加される。また、このアンプ１４０の出力端子は、スイッチＳＷ２を介して、制御回路１３１の端子Ｐｏｕｔに接続されている。そして、このスイッチＳＷ２のオン・オフを制御することで、ＰＩＤ制御回路１３５の出力のオン・オフが制御可能になっている。

このＰＩＤ制御回路１３５の入力端子Ｐ１は、アンプ１４８，１４９等を介して、制御回路１３１の端子ＶＳ＋に接続されているので、起電力セル１１９の出力電圧Ｖｓ＋に応じた信号がＰＩＤ制御回路１３５に入力される。一方、ＰＩＤ制御回路１３５の出力端子Ｐｏｕｔは、検出抵抗器Ｒ２に接続され、最終的に上述のアンプ１３６の反転入力端子に接続されている。なお、アンプ１４８は、自身の反転入力端子と出力端子とが接続され、非反転入力端子は端子ＶＳ＋に接続されている。そして、このアンプ１４８の出力端子は、抵抗Ｒ１０を介してアンプ１４９の反転入力端子に接続されている。また、アンプ１４９は、その反転入力端子が抵抗Ｒ１１を介して自身の出力端子に接続され、非反転入力端子は端子ＣＯＭに接続されている。そして、このアンプ１４９の出力端子は、上記のＰＩＤ制御回路１３５に接続されている。このＰＩＤ制御回路１３５は、制御目標値（例えば４５０ｍＶ）と、起電力セル１１９の出力電圧Ｖｓ＋との偏差量ΔＶｓ＋をＰＩＤ演算し、負帰還制御の制御特性を改善する機能を有する。

また、センサ制御装置１３０は、ガスセンサ素子１１０の多孔質電極１１８ｂの酸素濃度を一定に保つために起電力セル１１９に定電流Ｉｃｐを流す定電流源１４２を有する。この定電流源１４２は、スイッチＳＷ７を介して、制御回路１３１の端子ＶＳ＋に接続され、更には配線１２６を通じてガスセンサ素子１１０の端子Ｖｓ＋に接続されている。
また、端子ＶＳ＋等には、スイッチＳＷ６を介して、Ｖｓクランプ回路１４４が接続されている。このＶｓクランプ回路１４４は、端子ＶＳ＋等に掛かる電圧の上限を決定可能に構成されている。

また、センサ制御装置１３０は、起電力セル１１９の出力電圧の制御値（目標値）としての制御目標電圧（４５０ｍＶ）を供給する定電圧源１４６を有する。この定電圧源１４６と端子ＶＳ＋及びＰＩＤ制御回路１３５との間には、アンプ１４７，１４８，１４９及び抵抗器Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１が接続されている。なお、アンプ１４８，１４９及び抵抗器Ｒ１０，Ｒ１１の構成は、前述した通りである。一方、アンプ１４７は、自身の反転入力端子と出力端子とが接続され、非反転入力端子は抵抗Ｒ８を介して上記定電圧源１４６に接続されている。また、このアンプ１４７の出力端子は、抵抗Ｒ９を介して、アンプ１４９の反転入力端子に接続されている。

また、センサ制御装置１３０は、検出抵抗器Ｒ２における両端の電圧の電圧差を増幅する差動増幅回路１５１を有する。この差動増幅回路１５１の入力端子は、制御回路１３１の端子ＣＯＭ及び端子Ｐｏｕｔにそれぞれ接続され（図中では接続ラインが省略されている）、差動増幅回路１５１の出力端子は、端子ＶＩＰに接続されている。

このように構成されたセンサ制御装置１３０においてガス濃度を測定するためには、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ６，ＳＷ７をオンとする一方で、スイッチＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷ５をオフとする。すると、被測定ガスが、燃料供給過剰（リッチ）の状態の場合には、ガスセンサ素子１１０の測定室１２０の酸素が理論空燃比よりも欠乏し、起電力セル１１９の出力電圧Ｖｓ＋が制御目標値である４５０ｍＶよりも高くなるので、制御目標値とＶｓ＋との偏差量ΔＶｓ＋が発生する。この偏差量ΔＶｓ＋はＰＩＤ制御回路１３５によってＰＩＤ演算され、アンプ１３６にフィードバックされて、不足分の酸素をポンプセル１１７により汲み込むための電流Ｉｐが流れる。

一方、被測定ガスが、燃料供給不足（リーン）の状態の場合には、測定室１２０の酸素が理論空燃比よりも過剰となり、起電力セル１１９の出力電圧Ｖｓ＋が４５０ｍＶよりも低くなるので、同様に、アンプ１３６に偏差量がフィードバックされて、過剰分の酸素をポンプセル１１７により汲み出すための電流Ｉｐが流れる。
そこで、ポンプセル１１７を制御する電流Ｉｐ、具体的には、電流Ｉｐが流れる検出抵抗器Ｒ２の両端で生じる電圧を測定することで、被測定ガス中の酸素濃度を測定することが可能となる。即ち、電流Ｉｐは、検出抵抗器Ｒ２及び差動増幅回路１５１により、電圧信号に変換されて、エンジン制御装置１８０に出力され、最終的にエンジンの燃焼制御に使用される。

また、このセンサ制御装置１３０は、第１〜第６コンパレータ１５５ａ〜１５５ｆと、第１，第２ＯＲ回路１５７ａ，１５７ｂと、異常検出部１５９とを有する。第１〜第３コンパレータ１５５ａ，１５５ｂ，１５５ｃの出力端子は、第１ＯＲ回路１５７ａの入力端子に接続され、第１ＯＲ回路１５７ａの出力端子は、異常検出部１５９の入力端子に接続されている。また、第４〜第６コンパレータ１５５ｄ，１５５ｅ，１５５ｆの出力端子は、第２ＯＲ回路１５７ｂの入力端子に接続され、第２ＯＲ回路１５７ｂの出力端子は、異常検出部１５９の入力端子に接続されている。

また、図中では接続ラインが省略されているが、第１コンパレータ１５５ａの一方の入力端子には端子ＶＳ＋が接続され、他方の入力端子には上限閾電圧（ＶＢｓｈｏｒｔ閾電圧）が接続されている。また、第２コンパレータ１５５ｂの一方の入力端子には端子ＣＯＭが接続され、他方の入力端子には上限閾電圧（ＶＢｓｈｏｒｔ閾電圧）が接続されている。また、第３コンパレータ１５５ｃの一方の入力端子には端子ＩＰ＋が接続され、他方の入力端子には上限閾電圧（ＶＢｓｈｏｒｔ閾電圧）が接続されている。また、第４コンパレータ１５５ｄの一方の入力端子には端子ＶＳ＋が接続され、他方の入力端子には下限閾電圧（ＧＮＤｓｈｏｒｔ閾電圧）が接続されている。また、第５コンパレータ１５５ｅの一方の入力端子には端子ＣＯＭが接続され、他方の入力端子には下限閾電圧（ＧＮＤｓｈｏｒｔ閾電圧）が接続されている。また、第６コンパレータ１５５ｆの一方の入力端子には端子ＩＰ＋が接続され、他方の入力端子には下限閾電圧（ＧＮＤｓｈｏｒｔ閾電圧）が接続されている。

各コンパレータ１５５ａ〜１５５ｆは、各端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋の各電位が所定の範囲内にあるか否かを検知する。
詳細には、端子ＶＳ＋の電位は、通常、ＣＯＭ端子の基準電圧３．６Ｖに起電力セル１１９の出力電圧Ｖｓ＋（４５０ｍＶ）を加えた値である４．０５Ｖに保たれる。このため、第１コンパレータ１５５ａに入力される上限閾電圧（ＶＢｓｈｏｒｔ閾電圧）を例えば９Ｖに設定することにより、端子ＶＳ＋の電位がこの上限閾電圧を超えたときには、第１コンパレータ１５５ａは、端子ＶＳ＋に異常（バッテリ電位へのショート）が発生したことを示す異常信号（ハイレベル信号）を発する。一方、第４コンパレータ１５５ｄに入力される下限閾電圧（ＧＮＤｓｈｏｒｔ閾電圧）を、例えばグランドレベルの０Ｖにグランド電位の変動を考慮した１Ｖに設定することにより、端子ＶＳ＋の電位がこの下限閾電圧を下回ったときには、第４コンパレータ１５８ｄは、端子ＶＳ＋に異常（グランド電位へのショート）が発生したことを示す異常信号（ハイレベル信号）を発する。なお、上限閾電圧は、例えば、ＡＳＩＣの電源電圧変動を考慮して、電源電圧から所定値（例えば１．５Ｖ）減じた所定電圧値に設定することもできる。

また、端子ＣＯＭの電圧は、通常、アンプ１３６により基準電圧３．６Ｖになるように制御される。このため、上述の端子ＶＳ＋の場合と同様、第２コンパレータ１５５ｂに入力される上限閾電圧（ＶＢｓｈｏｒｔ閾電圧）を９Ｖ等の所定電圧値に設定することにより、端子ＣＯＭの電位が上限閾電圧を超えたときには、第２コンパレータ１５５ｂは、端子ＣＯＭに異常（バッテリ電位へのショート）が発生したことを示す異常信号（ハイレベル信号）を発する。一方、第５コンパレータ１５５ｅに入力される下限閾電圧（ＧＮＤｓｈｏｒｔ閾電圧）を１Ｖ等に設定することにより、端子ＣＯＭの電位が下限閾電圧を下回ったときには、第５コンパレータ１５８ｅは、端子ＣＯＭに異常（グランド電位へのショート）が発生したことを示す異常信号（ハイレベル信号）を発する。

また、端子ＩＰ＋の電圧も、通常、基準電圧３．６Ｖになるように制御されている。このため、上述の端子ＶＳ＋，ＣＯＭの場合と同様、第３コンパレータ１５５ｃに入力される上限閾電圧（ＶＢｓｈｏｒｔ閾電圧）を９Ｖ等の所定電圧値に設定することにより、端子ＩＰ＋の電位が上限閾電圧を超えたときには、第３コンパレータ１５５ｃは、端子ＩＰ＋に異常（バッテリ電位へのショート）が発生したことを示す異常信号（ハイレベル信号）を発する。一方、第６コンパレータ１５５ｆに入力される下限閾電圧（ＧＮＤｓｈｏｒｔ閾電圧）を１Ｖ等に設定することにより、端子ＩＰ＋の電位が下限閾電圧を下回ったときには、第６コンパレータ１５８ｆは、端子ＩＰ＋に異常（グランド電位へのショート）が発生したことを示す異常信号（ハイレベル信号）を発する。

第１ＯＲ回路１５７ａでは、第１〜第３コンパレータ１５５ａ〜１５５ｃから出力される異常信号の論理和を取る。従って、第１〜第３コンパレータ１５５ａ〜１５５ｃのいずれかが異常信号（ハイレベル信号）を出力すると、この第１ＯＲ回路１５７ａから異常を検知したことを示す異常検知信号（ハイレベル信号）が異常検出部１５９に向けて出力される。同様に、第２ＯＲ回路１５７ｂは、第４〜第６コンパレータ１５５ｄ〜１５５ｆから出力される異常信号の論理和を取る。従って、第４〜第６コンパレータ１５５ｄ〜１５５ｆのいずれかが異常信号（ハイレベル信号）を出力すると、この第２ＯＲ回路１５７ｂから異常を検知したことを示す異常検知信号（ハイレベル信号）が異常検出部１５９に向けて出力される。

異常検出部１５９は、３つの作動モード、即ち、アクティブモード（Ａモード）、プロテクトモード（Ｐモード）、ノンアクティブモード（ＮＡモード）を切り替えて、制御回路１３１内部の制御を行う。
このうち、Ａモードは、エンジンの燃焼制御を行う場合の作動モードである。ガスセンサシステム１００に異常が発生していない通常の場合、異常検出部１５９は、制御回路１３１をこのＡモードで作動させる。このＡモードでは、ＰＩＤ制御回路１３５の出力をオン・オフするスイッチＳＷ２と、電流Ｉｐを供給するアンプ１３６の出力をオン・オフするスイッチＳＷ３と、Ｖｓクランプ回路１４４の出力をオン・オフするスイッチＳＷ６と、電流Ｉｃｐを供給する定電流源１４２の出力をオン・オフするスイッチＳＷ７とをそれぞれオンとする。その一方で、後述する異常検知時に異常検知用電流を供給するためのアンプ１３９の出力端子に接続されているスイッチＳＷ１と、この異常検知時に端子ＩＰ＋に２．５Ｖの電位を強制的に与えるための分圧抵抗器Ｒ６，Ｒ７に接続されているスイッチＳＷ６，ＳＷ７とをオフとする。

このようにスイッチＳＷ１〜ＳＷ７を制御することで、ガス濃度検出のための回路が構成される。即ち、前述のように、起電力セル１１９の出力電圧Ｖｓ＋を帰還電圧として、ポンプセル１１７はアンプ１３６によって負帰還制御がなされ、酸素濃度が検知される。そして、検知された酸素濃度（空燃比）に基づいてエンジンの燃焼制御が行われる。

次に、Ｐモードは、ガスセンサ素子１１０を保護する作動モードである。具体的には、前述の第１ＯＲ回路１５７ａ及び第２ＯＲ回路１５７ｂのいずれかによって、ガスセンサ素子１１０を制御する端子Ｖｓ＋，Ｃｏｍ，Ｉｐ＋のいずれかで異常電位が検知された場合に、制御回路１３１からガスセンサ素子１１０に電流を流し或いは電圧を印加する電源回路からの出力を全て遮断し、ガスセンサ素子１１０を保護する。

つまり、このＰモードでは、制御回路１３１のスイッチＳＷ１〜ＳＷ７の全てをオフとする。このため、アンプ１３６，１３９，１４０、抵抗器Ｒ６，Ｒ７、定電流源１４２及びＶｓクランプ回路１４４とガスセンサ素子１１０とが切り離される。従って、ガスセンサ素子１１０に大電流が流れたり、異常な方向の電流が流れないため、ガスセンサ素子１１０は電気的に保護される。

次に、ＮＡモードは、具体的な異常診断を行うための作動モードである。このＮＡモードでは、スイッチＳＷ１，ＳＷ４〜ＳＷ７をオンし、スイッチＳＷ２，ＳＷ３をオフとする。スイッチＳＷ３がオフの状態では、ポンプセル１１７を駆動しているアンプ１３６から電流が供給されなくなり、ポンプセル１１７の負帰還制御は行われなくなる。一方で、スイッチＳＷ１がオンであるため、ポンプセル１１４及び起電力セル１１９には、アンプ１３９からガスセンサ素子１１０に検査電流が供給される。この状態で、各端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋の電位を検知することにより、後述するように各端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋のどれが異常であるかを検知する。

次いで、ガスセンサシステム１００の制御方法について、異常診断方法を中心に、図３のフローチャートに基づいて説明する。
自動車のキーをオン状態にすると、ガスセンサシステム１００の制御が開始される。まずステップＳ１において、エンジン制御装置１８０が、制御回路１３１の異常検出部１５９から、Ｆ−ＶＢｓｈｏｒｔフラグとＦ−ＧＮＤｓｈｏｒｔフラグをシリアル通信により受信する。Ｆ−ＶＢｓｈｏｒｔフラグは、第１ＯＲ回路１５７ａが異常検出部１５９に向けて異常検知信号（ハイレベル信号）を出力しているときに「１」を示し、そうでない場合に「０」を示す。つまり、このＦ−ＶＢｓｈｏｒｔフラグは、端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋（端子Ｖｓ＋，Ｃｏｍ，Ｉｐ＋，配線１２４，１２５，１２６）のいずれかがバッテリ電位にショートしていると判断される場合に「１」を示し、そうでない場合に「０」を示す。一方、Ｆ−ＧＮＤｓｈｏｒｔフラグは、第２ＯＲ回路１５７ｂが異常検出部１５９に向けて異常検知信号（ハイレベル信号）を出力しているときに「１」を示し、そうでない場合に「０」を示す。つまり、このＦ−ＧＮＤｓｈｏｒｔフラグは、端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋（端子Ｖｓ＋，Ｃｏｍ，Ｉｐ＋，配線１２４，１２５，１２６）のいずれかがグランド電位にショートしていると判断される場合に「１」を示し、そうでない場合に「０」を示す。なお、このステップＳ１と後述するステップＳ２及びステップＳ４とを合わせたものが、本発明の異常検知ステップに相当する。

次に、ステップＳ２に進み、Ｆ−ＶＢｓｈｏｒｔフラグ＝０、かつ、Ｆ−ＧＮＤｓｈｏｒｔフラグ＝０であるか否かを判断する。ここで、ＹＥＳ、即ち、Ｆ−ＶＢｓｈｏｒｔフラグ＝０かつＦ−ＧＮＤｓｈｏｒｔフラグ＝０、つまり、各端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋がいずれも、バッテリ電位へもグランド電位へもショートしていない場合には、ステップＳ３に進む。要するに、各端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋に異常が認められない場合に、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、通常のガス検知処理が行われる。即ち、ガスセンサ素子１１０が活性しているか否かを判定する公知の活性判定処理を行い、ガスセンサ素子１１０が活性していると判定される時に、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ６，ＳＷ７をオン、スイッチＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷ５をオフとする。このステップＳ３は、前述のアクティブモード（Ａモード）での動作に相当する。そして、検出抵抗器Ｒ２に流れる電流、即ち、差動増幅回路１５１から出力される検知電圧信号ＶＩＰに基づいて、エンジン制御装置１８０において酸素濃度（空燃比）を広域にわたって検出する。その後、適宜の割り込み処理により、ステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ２において、ＮＯ、即ち、Ｆ−ＶＢｓｈｏｒｔフラグ及びＦ−ＧＮＤｓｈｏｒｔフラグの少なくともいずれかが「１」、つまり、端子Ｖｓ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋のいずかが、バッテリ電位かグランド電位へショートしている場合には、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、スイッチＳＷ１〜ＳＷ７の全てをオフとする。このステップＳ４は、前述のプロテクトモード（Ｐモード）に相当する。これにより、ガスセンサ素子１１０とセンサ制御装置１３０の電源回路（アンプ１３６，１３９，１４０、抵抗器Ｒ６，Ｒ７、定電流源１４２及びＶｓクランプ回路１４４）とガスセンサ素子１１０とが切り離されるので、ガスセンサ素子１１０に大電流や異常方向の電流が流れるのが防止される。従って、ガスセンサ素子１１０が電気的に保護される。

次に、ステップＳ５に進み、水温センサ１８５から水温センサ出力ＶＷを取得する。一般に、エンジンの冷却水の温度とガスセンサ素子１１０の温度との間には相関が見られることから、本実施形態では、冷却水の水温に係る水温センサ出力ＶＷをガスセンサ素子１１０の温度に関する所定の指標としている。このようにガスセンサ素子１１０の温度を直接測定しないのは、ガスセンサ素子１１０に異常が発生している状態では、その温度を正確に測定できない可能性があるからである。なお、このステップＳ５と次述するステップＳ６とを合わせたものが、本発明の素子温度検知ステップに相当する。

次に、ステップＳ６に進み、水温センサ出力ＶＷが所定の閾値ＴＨよりも小さいか否かを判断する。この閾値ＴＨは、エンジンがコールド状態に晒されているのに相当する温度（例えば２０℃）に設定する。水温が低い場合には、ガスセンサ素子１１０の加熱も十分でなく、ガスセンサ素子１１０の内部抵抗が高いと考えられるからである。そして、ＹＥＳ、即ち、水温センサ出力ＶＷが所定の閾値ＴＨよりも小さい（ガスセンサ素子１１０の温度が所定温度よりも低い）場合には、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、スイッチＳＷ１，ＳＷ４〜ＳＷ７をオンとする。このステップＳ７は、前述のノンアクティブモード（ＮＡモード）に相当する。これにより、ガスセンサ素子１１０のポンプセル１１７及び起電力セル１１９に小さな検査電流が供給される。ステップＳ６からステップＳ７に進む時点で、ガスセンサ素子１１０は低温状態にあるため、その内部抵抗は高くなっている。従って、ガスセンサ素子１１０に小さな検査電流を流しただけでも、各端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋の間に比較的大きな電位差が生じる。このため、各端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋の電位を検知すれば、端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋のうち、どの端子に異常電位が生じているかを確実に判断できる。具体的には、以下で説明するステップに従って、個別の異常診断を行う。なお、このステップＳ７から後述するステップＳ２４までのステップが、本発明の個別異常検知ステップに相当する。

ステップＳ８では、エンジン制御装置１８０が制御回路１３１の異常検出部１５９からＦ−ＶＳ＋／ＶＢｓｈｏｒｔフラグを受信する。このＦ−ＶＳ＋／ＶＢｓｈｏｒｔフラグは、第１コンパレータ１５５ａが異常検出部１５９に向けて異常検知信号（ハイレベル信号）を出力しているときに「１」を示し、そうでない場合に「０」を示す。つまり、このＦ−ＶＳ＋／ＶＢｓｈｏｒｔフラグは、端子ＶＳ＋（端子Ｖｓ＋，配線１２４）がバッテリ電位にショートしていると判断される場合に「１」を示し、そうでない場合に「０」を示す。

次に、ステップＳ９に進み、受信したＦ−ＶＳ＋／ＶＢｓｈｏｒｔフラグが「１」であるか否かを判断する。ここで、ＹＥＳ、即ち、Ｆ−ＶＳ＋／ＶＢｓｈｏｒｔ＝１の場合には、ステップＳ１０に進み、端子ＶＳ＋がバッテリ電位にショートしていると確定させる。そして、ステップＳ２４に進む。

ステップＳ２４では、スイッチＳＷ１，ＳＷ４〜ＳＷ７をオフとし、結局、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ７をオフとする。これにより、ＮＡモードが終了する。その後、ステップＳ２５に進み、この異常モードをエンジン制御装置１８０内に記憶する。即ち、端子ＶＳ＋がバッテリ電位にショートしていることを、エンジン制御装置１８０内に記憶する。その後、ステップＳ２６に進み、運転者に警報を行うなど、エンジン制御装置１８０がガスセンサシステム１００の外部に対し、上記の異常モードに関する異常通知信号を出力する。そしてその後、ステップＳ１に返る。

一方、ステップＳ９において、ＮＯ、即ち、Ｆ−ＶＳ＋／ＶＢｓｈｏｒｔ＝１でない場合（Ｆ−ＶＳ＋／ＶＢｓｈｏｒｔ＝０）には、ステップＳ１１に進む。そして、エンジン制御装置１８０が制御回路１３１の異常検出部１５９からＦ−ＣＯＭ／ＶＢｓｈｏｒｔフラグを受信する。このＦ−ＣＯＭ／ＶＢｓｈｏｒｔフラグは、第２コンパレータ１５５ｂが異常検出部１５９に向けて異常検知信号（ハイレベル信号）を出力しているときに「１」を示し、そうでない場合に「０」を示す。つまり、このＦ−ＣＯＭ／ＶＢｓｈｏｒｔフラグは、端子ＣＯＭ（端子ｃｏｍ，配線１２５）がバッテリ電位にショートしていると判断される場合に「１」を示し、そうでない場合に「０」を示す。

次に、ステップＳ１２に進み、受信したＦ−ＣＯＭ／ＶＢｓｈｏｒｔフラグが「１」であるか否かを判断する。ここで、ＹＥＳ、即ち、Ｆ−ＣＯＭ／ＶＢｓｈｏｒｔ＝１の場合には、ステップＳ１３に進み、端子ＣＯＭがバッテリ電位にショートしていると確定させる。そして、前述のステップＳ２４を経て、前述のステップＳ２５に進み、この異常モード（端子ＣＯＭがバッテリ電位にショートしていること）をエンジン制御装置１８０内に記憶する。その後、前述のステップＳ２６を経て、ステップＳ１に返る。

一方、ステップＳ１２において、ＮＯ、即ち、Ｆ−ＣＯＭ／ＶＢｓｈｏｒｔ＝１でない場合（Ｆ−ＣＯＭ／ＶＢｓｈｏｒｔ＝０）には、ステップＳ１４に進む。そして、エンジン制御装置１８０が制御回路１３１の異常検出部１５９からＦ−ＩＰ＋／ＶＢｓｈｏｒｔフラグを受信する。このＦ−ＩＰ＋／ＶＢｓｈｏｒｔフラグは、第３コンパレータ１５５ｃが異常検出部１５９に向けて異常検知信号（ハイレベル信号）を出力しているときに「１」を示し、そうでない場合に「０」を示す。つまり、このＦ−ＩＰ＋／ＶＢｓｈｏｒｔフラグは、端子ＩＰ＋（端子Ｉｐ＋，配線１２６）がバッテリ電位にショートしていると判断される場合に「１」を示し、そうでない場合に「０」を示す。

次に、ステップＳ１５に進み、受信したＦ−ＩＰ＋／ＶＢｓｈｏｒｔフラグが「１」であるか否かを判断する。ここで、ＹＥＳ、即ち、Ｆ−ＩＰ＋／ＶＢｓｈｏｒｔ＝１の場合には、ステップＳ１６に進み、端子ＩＰ＋がバッテリ電位にショートしていると確定させる。そして、前述のステップＳ２４を経て、前述のステップＳ２５に進み、この異常モード（端子ＩＰ＋がバッテリ電位にショートしていること）をエンジン制御装置１８０内に記憶する。その後、前述のステップＳ２６を経て、ステップＳ１に返る。

一方、ステップＳ１５において、ＮＯ、即ち、Ｆ−ＩＰ＋／ＶＢｓｈｏｒｔ＝１でない場合（Ｆ−ＩＰ＋／ＶＢｓｈｏｒｔ＝０）には、ステップＳ１７に進む。そして、エンジン制御装置１８０が制御回路１３１の異常検出部１５９からＦ−ＶＳ＋／ＧＮＤｓｈｏｒｔフラグを受信する。このＦ−ＶＳ＋／ＧＮＤｓｈｏｒｔフラグは、第４コンパレータ１５５ｄが異常検出部１５９に向けて異常検知信号（ハイレベル信号）を出力しているときに「１」を示し、そうでない場合に「０」を示す。つまり、このＦ−ＶＳ＋／ＧＮＤｓｈｏｒｔフラグは、端子ＶＳ＋（端子Ｖｓ＋，配線１２４）がグランド電位にショートしていると判断される場合に「１」を示し、そうでない場合に「０」を示す。

次に、ステップＳ１８に進み、受信したＦ−ＶＳ＋／ＧＮＤｓｈｏｒｔフラグが「１」であるか否かを判断する。ここで、ＹＥＳ、即ち、Ｆ−ＶＳ＋／ＧＮＤｓｈｏｒｔ＝１の場合には、ステップＳ１９に進み、端子ＶＳ＋がグランド電位にショートしていると確定させる。そして、前述のステップＳ２４を経て、前述のステップＳ２５に進み、この異常モード（端子ＶＳ＋がグランド電位にショートしていること）をエンジン制御装置１８０内に記憶する。その後、前述のステップＳ２６を経て、ステップＳ１に返る。

一方、ステップＳ１８において、ＮＯ、即ち、Ｆ−ＶＳ＋／ＧＮＤｓｈｏｒｔ＝１でない場合（Ｆ−ＶＳ＋／ＧＮＤｓｈｏｒｔ＝０）には、ステップＳ２０に進む。そして、エンジン制御装置１８０が制御回路１３１の異常検出部１５９からＦ−ＣＯＭ／ＧＮＤｓｈｏｒｔフラグを受信する。このＦ−ＣＯＭ／ＧＮＤｓｈｏｒｔフラグは、第５コンパレータ１５５ｅが異常検出部１５９に向けて異常検知信号（ハイレベル信号）を出力しているときに「１」を示し、そうでない場合に「０」を示す。つまり、このＦ−ＣＯＭ／ＧＮＤｓｈｏｒｔフラグは、端子ＣＯＭ（端子Ｃｏｍ，配線１２５）がグランド電位にショートしていると判断される場合に「１」を示し、そうでない場合に「０」を示す。

次に、ステップＳ２１に進み、受信したＦ−ＣＯＭ／ＧＮＤｓｈｏｒｔフラグが「１」であるか否かを判断する。ここで、ＹＥＳ、即ち、Ｆ−ＣＯＭ／ＧＮＤｓｈｏｒｔ＝１の場合には、ステップＳ２２に進み、端子ＣＯＭがグランド電位にショートしていると確定させる。そして、前述のステップＳ２４を経て、前述のステップＳ２５に進み、この異常モード（端子ＶＳ＋がグランド電位にショートしていること）をエンジン制御装置１８０内に記憶する。その後、前述のステップＳ２６を経て、ステップＳ１に返る。

一方、ステップＳ２１において、ＮＯ、即ち、Ｆ−ＶＳ＋／ＧＮＤｓｈｏｒｔ＝１でない場合（Ｆ−ＶＳ＋／ＧＮＤｓｈｏｒｔ＝０）には、ステップＳ２３に進む。ここまでのステップにおいて、いずれのフラグも「０」である（異常なし）ということは、残るＦ−Ｉｐ＋／ＧＮＤｓｈｏｒｔフラグが「１」であることを意味する。このＦ−ＩＰ＋／ＧＮＤｓｈｏｒｔフラグは、第６コンパレータ１５５ｆが異常検出部１５９に向けて異常検知信号（ハイレベル信号）を出力しているときに「１」を示し、そうでない場合に「０」を示す。つまり、このＦ−ＩＰ＋／ＧＮＤｓｈｏｒｔフラグは、端子ＩＰ＋（端子Ｉｐ＋，配線１２６）がグランド電位にショートしていると判断される場合に「１」を示し、そうでない場合に「０」を示す。従って、端子ＩＰ＋がグランド電位にショートしていると確定させる。次に、前述のステップＳ２４を経て、前述のステップＳ２５に進み、この異常モード（端子ＩＰ＋がグランド電位にショートしていること）をエンジン制御装置１８０内に記憶する。その後、前述のステップＳ２６を経て、ステップＳ１に返る。

次いで、前述のステップＳ６において、ＮＯと判断された場合について説明する。ステップＳ６において、ＮＯ、即ち、水温センサ出力ＶＷが所定の閾値ＴＨ以上（ガスセンサ素子１１０の温度が所定温度以上）の場合には、ステップＳ２７に進む。

ステップＳ２７では、スイッチＳＷ１，ＳＷ４〜ＳＷ７をオンとする。これにより、ガスセンサ素子１１０のポンプセル１１７及び起電力セル１１９に小さな検査電流が供給される。しかし、ステップＳ６からステップＳ２７に進む時点では、ガスセンサ素子１１０が高温状態にあるため、その内部抵抗は低くなっている。このため、ガスセンサ素子１１０に小さな検査電流を流しただけでは、各端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋間にそれほど大きな電位差は生じない。従って、端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋のうち、どの端子について、どのような異常（バッテリ電位へのショート或いはグランド電位へのショート）が生じているのかを判断することは難しい。しかしながら、端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋のいずれかに、バッテリ電位へのショート及びグランド電位へのショートのどちらが生じているのかは判別できる。

そこで、次のステップＳ２８では、エンジン制御装置１８０が制御回路１３１の異常検出部１５９からＦ−ＶＢｓｈｏｒｔフラグを受信する。このフラグは、ステップＳ１のところで説明した通りである。
次に、ステップＳ２９に進み、受信したＦ−ＶＢｓｈｏｒｔフラグが「１」であるか否かを判断する。ここで、ＹＥＳ、即ち、Ｆ−ＶＢｓｈｏｒｔ＝１の場合には、ステップＳ３０に進み、ＶＢショートを確定させる。即ち、端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋（端子Ｖｓ＋，Ｃｏｍ，Ｉｐ、配線１２４，１２５，１２６）のいずれかがバッテリ電位にショートしていることを確定させる。その後、前述のステップＳ２４を経て、ステップＳ２５に進み、この異常モード（端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋のいずれかがバッテリ電位へのショートしていること）をエンジン制御装置１８０内に記憶する。その後、ステップＳ２６を経て、ステップＳ１に返る。

一方、ステップＳ２９において、ＹＥＳ、即ち、Ｆ−ＶＢｓｈｏｒｔ＝１でない場合（Ｆ−ＶＢｓｈｏｒｔ＝０）には、ステップＳ３１に進み、ＧＮＤショートを確定させる。即ち、端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋（端子Ｖｓ＋，Ｃｏｍ，Ｉｐ、配線１２４，１２５，１２６）のいずれかがグランド電位にショートしていることを確定させる。ステップＳ２との関係から、Ｆ−ＶＢｓｈｏｒｔ＝１でなければ、必ずＦ−ＶＢｓｈｏｒｔ＝１となっているはずだからである。その後、前述のステップＳ２４を経て、ステップＳ２５に進み、この異常モード（端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋のいずれかがグランド電位にショートしていること）をエンジン制御装置１８０内に記憶する。その後、ステップＳ２６を経て、ステップＳ１に返る。

以上で説明したように、本実施形態の異常診断方法では、異常検知ステップ（ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ４）において、ガスセンサ素子１１０とセンサ制御装置１３０との各接続点（端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋（端子Ｖｓ＋，Ｃｏｍ，Ｉｐ、配線１２４，１２５，１２６））の電位のいずれかが異常電位であるか否かを判断する。従って、まずこの異常検知ステップにおいて、接続点（端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋等）のいずれかに異常があるか否かを検知できる。また、素子温度検知ステップ（ステップＳ５，Ｓ６）において、ガスセンサ素子１１０の温度に関する所定の指標（水温センサ１８５からの水温センサ出力ＶＷ）に基づいて、ガスセンサ素子１１０の温度が所定温度以下に冷えているか否かを判断する。

そして、各接続点（端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋等）の電位のいずれかが異常電位と判断され、かつ、ガスセンサ素子１１０の温度が所定温度以下に冷えていると判断された場合には、個別異常検知ステップ（ステップＳ７〜Ｓ２４）において、ガスセンサ素子１１０に小さな検査電流を供給し、各接続点（端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋等）の電位に基づいて、具体的にどの接続点についてどのような異常が発生しているのかを検知する。しかも、この個別異常検知ステップでは、ガスセンサ素子１１０が冷えており、その内部抵抗が高くなっているため、ガスセンサ素子１００に小さな検査電流を流しただけでも、接続点（端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋等）の異常を検知できる。よって、この異常診断方法によれば、ガスセンサ素子１１０を破損、劣化させることなく、ガスセンサ素子１１０とセンサ制御装置１３０との各接続点（端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋等）の異常診断を確実かつ適切に行うことができる。

更に本実施形態では、個別異常検知ステップ（ステップＳ７〜Ｓ２４）は、検査電流を流しているときの接続点（端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋等）の電位が所定の上限値を超えた場合に、その接続点がバッテリ電位へショートしていると判断し、接続点（端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋等）の電位が所定の下限値を下回った場合に、その接続点がグランド電位へショートしていると判断する。このようにすることで、各接続点（端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋等）の不具合の具体的な様子、即ち、各接続点（端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋等）がバッテリ電位にショートしているのか、或いはグランド電位にショートしているのかを検知できる。特に、前述したような適切な上限値及び下限値を設定することで、各接続点（端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋等）の電位を比較して不具合を判断する場合に比して、より確実に不具合を特定できる。

更に本実施形態では、異常検知ステップ（ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ４）で、異常が検知された場合には、ガスセンサ素子１１０とセンサ制御手段１３０の電源回路（アンプ１３６，１３９，１４０、抵抗器Ｒ６，Ｒ７、定電流源１４２及びＶｓクランプ回路１４４）との接続を一旦切り離す。そして、ガスセンサ素子１１０の温度が所定温度以下に冷えていると判断された後に、個別異常検知ステップ（ステップＳ７〜Ｓ２４）において、ガスセンサ素子１１０とセンサ制御手段１３０の電源回路（アンプ１３６，１３９，１４０、抵抗器Ｒ６，Ｒ７、定電流源１４２及びＶｓクランプ回路１４４）とを一部で接続し、どの接続点に異常が発生しているのかを検知する。このようにすれば、接続点（端子ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋等）に異常があった場合でも、ガスセンサ素子１１０に大電流や異常な無機の電流が流れるのを防止できるので、ガスセンサ素子１１０が破損、劣化することをより確実に防止できる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。

実施形態に係るガスセンサシステムの構成の概略を示す説明図である。 実施形態に係るガスセンサシステムの回路構成の概略を示す回路図である。 実施形態に係るガスセンサシステムの制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ ガスセンサシステム
１１０ ガスセンサ素子
１１７ ポンプセル
１１９ 起電力セル
１２４，１２５，１２６ 配線
Ｉｃｐ 定電流
Ｉｐ 電流
Ｖｓ＋，Ｃｏｍ，Ｉｐ＋ （ガスセンサ素子の）端子
１３０ センサ制御装置
１３１ 制御回路
１５９ 異常検出部
Ｒ２ 検出抵抗器
ＶＳ＋，ＣＯＭ，ＩＰ＋，ＶＩＰ，ＫＩ，ＣＩ （センサ制御装置の）端子
１７０ ヒータ制御装置
１８０ エンジン制御装置（ＥＣＵ）
ＡＤ，ＳＤ，ＣＴ，ＫＴ （エンジン制御装置の）端子
１８５ 水温センサ

Claims (6)

1. 特定ガス成分の濃度に応じた信号を出力するガスセンサ素子と、
   前記ガスセンサ素子の各端子に電気的に接続し、前記ガスセンサ素子の出力信号に基づいて前記特定ガス成分の濃度を検知するガス濃度検知手段と、
   を備えるガスセンサシステムの異常診断方法であって、
   前記ガスセンサ素子と前記ガス濃度検知手段との各接続点のうち、いずれかの接続点の電位が異常電位であるか否かを判断する異常検知ステップと、
   前記ガスセンサ素子の温度に関する指標に基づいて、前記ガスセンサ素子の温度が所定温度以下に冷えているか否かを判断する素子温度検知ステップと、
   前記異常検知ステップにおいて、いずれかの前記接続点の電位が異常電位と判断され、かつ、前記素子温度検知ステップにおいて、前記ガスセンサ素子の温度が所定温度以下に冷えていると判断された場合に、前記ガスセンサ素子に検査信号を供給し、前記各接続点の電位に基づいて、前記各接続点のうち、どの接続点について異常が発生しているのかを検知する個別異常検知ステップと、
   を備えるガスセンサシステムの異常診断方法。
2. 請求項１に記載のガスセンサシステムの異常診断方法であって、
   前記個別異常検知ステップでは、
   前記検査信号を供給したときの前記接続点の電位が所定の上限値を超えた場合に、その接続点がバッテリ電位へショートしていると判断し、
   前記検査信号を供給したときの前記接続点の電位が所定の下限値を下回った場合に、その接続点がグランド電位へショートしていると判断する
   ガスセンサシステムの異常診断方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のガスセンサシステムの異常診断方法であって、
   前記異常検知ステップで、いずれかの前記接続点の電位が異常電位であると判断した場合に、
   前記ガス濃度検知手段のうち、前記ガスセンサ素子の前記接続点に電圧を印加しまたは電流を流す電源回路と前記接続点との接続を一旦切り離し、
   前記素子温度検知ステップにおいて、前記ガスセンサ素子の温度が所定温度以下に冷えていると判断された後に、
   前記個別異常検知ステップにおいて、電源回路の一部を前記接続点に接続し、どの前記接続点について異常が発生しているのかを検知する
   ガスセンサシステムの異常診断方法。
4. 特定ガス成分の濃度に応じた信号を出力するガスセンサ素子と、
   前記ガスセンサ素子の各端子に電気的に接続し、前記ガスセンサ素子の出力信号に基づいて前記特定ガス成分の濃度を検知するガス濃度検知手段と、
   を備えるガスセンサシステムであって、
   前記ガスセンサ素子と前記ガス濃度検知手段との各接続点のうち、いずれかの接続点の電位が異常電位であるか否かを判断する異常検知手段と、
   前記ガスセンサ素子の温度に関する指標に基づいて、前記ガスセンサ素子の温度が所定温度以下に冷えているか否かを判断する素子温度検知手段と、
   前記ガスセンサ素子に検査信号を供給し、前記各接続点の電位に基づいて、前記各接続点のうち、どの接続点について異常が発生しているのかを検知する個別異常検知手段と、
   を備えるガスセンサシステム。
5. 請求項４に記載のガスセンサシステムであって、
   前記個別異常検知手段は、
   前記検査信号を供給したときの前記接続点の電位が所定の上限値を超えた場合に、その接続点がバッテリ電位へショートしていると判断し、
   前記検査信号を供給したときの前記接続点の電位が所定の下限値を下回った場合には、その接続点がグランド電位へショートしていると判断する
   ガスセンサシステム。
6. 請求項４または請求項５に記載のガスセンサシステムであって、
   前記異常検知手段は、
   いずれかの前記接続点の電位が異常電位であると判断した場合に、
   前記ガス濃度検知手段のうち、前記ガスセンサ素子の前記接続点に電圧を印加しまたは電流を流す電源回路と前記接続点との接続を一旦切り離し、
   前記素子温度検知手段において、前記ガスセンサ素子の温度が所定温度以下に冷えていると判断された後、
   前記個別異常検知手段は、電源回路の一部を前記接続点に接続し、どの前記接続点について異常が発生しているのかを検知する
   ガスセンサシステム。

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