JP2008233046A - センサ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘセンサの異常を早期に且つ正確に検出する
【解決手段】ガスセンサ制御装置１９０は、ＮＯｘガスセンサ素子１０の一対の第２多孔質電極１２５間に印加される第２ポンプ電圧Ｖｐ２の値を、制御電圧値から判定電圧値に変化させる。その後、一対の第２多孔質電極１２５間を流れる第２ポンプ電流Ｉｐ２の値の変化に基づき、第２多孔質電極１２５とガスセンサ制御装置１９０との間の断線を検出する。即ち、ＮＯｘガスセンサ素子１０では第２ポンプ電圧Ｖｐ２の値の変化に応じて第２ポンプ電流Ｉｐ２の値が変化するため、ガスセンサ制御装置１９０に入力される第２ポンプ電流Ｉｐ２が、第２ポンプ電圧Ｖｐ２の値の変化に応じた変化をすれば断線が発生していないと判断でき、第２ポンプ電圧Ｖｐ２の値の変化に応じた変化をしなかった場合には断線が発生していると判断することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＮＯｘセンサを制御するセンサ制御装置に関する。

従来、窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検出するためのセンサセルを有するＮＯｘセンサが知られている。このＮＯｘセンサは、例えば自動車のエンジン等の内燃機関の排気通路に取り付けられ、排気ガス中のＮＯｘ濃度を示す電気信号（以下、ＮＯｘ信号という）を出力する。

そして、自動車のエンジンを制御する電子制御装置（以下、エンジンＥＣＵという）は、ＮＯｘセンサからのＮＯｘ信号を入力し、このＮＯｘ信号に基づいて、エンジンの燃焼制御を実行するとともに、ＮＯｘセンサの異常を検出するための処理を実行するようにされている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２７０１９４号公報

しかしながら、上記特許文献１のＮＯｘセンサの故障診断装置には、被測定ガスに含まれるＮＯｘ濃度に応じた電極間電流が流れるセンサセルの電流経路を対象にした断線の検出手法までは記載されていない。つまり、従来の故障診断装置では、ＮＯｘセンサのセンサセルの電流経路（詳細には、ＮＯｘセンサを制御するセンサ制御装置とセンサセルとの間の電流経路）の断線を精度良く検出するための手法までは確立されているものではなかった。

また、上記特許文献１の故障診断装置では、ＮＯｘセンサの故障診断を、ＮＯｘセンサに到来する排気ガス中の酸素濃度が既知であるときにしか行えないため、ＮＯｘセンサの作動中（駆動中）における故障判定の処理が制限される側面もあった。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、被測定ガスに含まれるＮＯｘ濃度に応じた電極間電流が流れるセンサセルの電流経路を対象にして、その電流経路の断線を精度良く検出する技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、一対の電極が酸素イオン伝導性固体電解質体の表面に形成されたセンサセルを有するＮＯｘセンサに接続され、一対の電極間に予め設定された基準電圧値の電圧を印加して、一対の電極間を流れる被測定ガスに含まれるＮＯｘの濃度に応じた電極間電流を検出するセンサ制御装置であって、一対の電極間に印加される電極間電圧の値を、基準電圧値から、断線判定のために予め設定された断線判定電圧値に変化させる第１電圧変化手段と、第１電圧変化手段により電極間電圧の値を変化させたときの、電極間電流の値の変化に基づいて、一対の電極と当該センサ制御装置との間の電流経路に断線が発生しているか否かを判定する断線判定手段とを備えることを特徴とするセンサ制御装置である。

このように構成されたセンサ制御装置では、まず、第１電圧変化手段が、一対の電極間に印加される電極間電圧の値を、基準電圧値から、断線判定のために予め設定された断線判定電圧値に変化させる。そして、断線判定手段が、電極間電流の値の変化に基づいて、一対の電極とセンサ制御装置との間の電流経路に断線が発生しているか否かを判定する。

即ち、センサセルに印加される電極間電圧の値が変化するとそれに応じて電極間電流の値が変化するため、センサ制御装置に入力される電極間電流が、電極間電圧の変化に応じた変化を伴わない現象を捉えることで、電極とセンサ制御装置との間の電流経路に断線が発生しているか否かを判定することができる。

従って、請求項１に記載のセンサ制御装置によれば、被測定ガスに含まれるＮＯｘ濃度に応じた電極間電流が流れるセンサセルとセンサ制御装置との間の電流経路を対象にして、その電流経路の断線の有無を精度良く判定することができる。また、本発明のセンサ制御装置によれば、ＮＯｘセンサの通常駆動時に、任意のタイミングであるいは定期的に第１電圧変化手段を用いてセンサセルに印加する電極間電圧を変化させることで、上記電流経路の断線の有無を判定できることから、従来の故障判定装置のように、例えば内燃機関の特定運転条件時にしか故障判定が行えないといった制約を受けずに、断線判定を行うことが可能である。

更に、ＮＯｘセンサ個体毎、センサ制御装置個体毎、の所定基準電圧値のバラツキを吸収するために所定基準電圧値を補正する補正手段がセンサ制御装置内に設けられている場合には、電極間電圧の値を変化させるための手段を、この補正手段と第１電圧変化手段とで共用するように構成すれば、電極間電圧の値を変化させるための手段を補正手段と第１電圧変化手段とで別々に設けるよりも、部品点数を削減することができる。

また、請求項１に記載のセンサ制御装置においては、請求項２に記載のように、断線判定手段は、電極間電圧の値を変化させたときの電極間電流の変化量が断線判定のために予め設定された断線判定値未満となる回数が特定回数以下であった場合に、一対の電極とセンサ制御装置との間で断線が発生していると判定するようにするとよい。

このように構成されたセンサ制御装置によれば、センサセルの電極間電流の変化量が断線判定値未満であるか否かを検出し、断線判定値未満であったと検出された回数が特定回数以下であったか否かという簡便な方法で断線を検出することができる。なお、特定回数の値は特に限定されず、１以上の自然数であればよい。

また、請求項１に記載のセンサ制御装置においては、請求項３に記載のように、断線判定手段は、電極間電圧の値を変化させたときの電極間電流の変化量を複数の特定回分積算して積算変化量を求め、この積算変化量が断線判定のために予め設定されたしきい値未満である場合に、前記断線が発生していると判定するようにするとよい。

このように構成されたセンサ制御装置においても、簡便な方法で断線を検出することができ、しかも電極間電流の変化量の検出にあたってノイズ成分が重畳した場合にも、複数の特定回分積算した積算変化量を用いて断線の有無を判定することから、ノイズの影響を抑制した精度の良い断線判定を行うことができる。

また、請求項１〜請求項３の何れかに記載のセンサ制御装置においては、請求項４に記載のように、第１電圧変化手段により電極間電圧の値を基準電圧値から断線判定電圧値に変化させた後に更に電極間電圧の値を基準電圧値に戻す場合において、基準電圧値に戻す前に、基準電圧値が断線判定電圧値より小さいときには、基準電圧値より小さく設定された第１設定電圧値に電極間電圧の値を変化させ、基準電圧値が断線判定電圧値より大きいときには、基準電圧値より大きく設定された第２設定電圧値に電極間電圧の値を変化させる第２電圧変化手段を備えるようにするとよい。

このように構成されたセンサ制御装置によれば、電極間電圧の値を所定基準電圧値に戻す場合において、電極間電圧の値を所定断線判定電圧値から直接基準電圧値に変化させる場合よりも、電極間電圧の値の変化に応じて変化した電極間電流の値と略同等の値を、電極間電圧の値を所定断線判定電圧値に変化させる直前の値に、早期に復帰させることができる。このため、断線を検出するために実際の被測定ガス中のＮＯｘの濃度を検知することができなくなる期間を短縮することができる。

ところで、断線を検出するために電極間電圧の値を変化させたときの電極間電流は、急峻に変動することがあるため、この際に電極間電流に基づいてＮＯｘ濃度を検出しようとすると、真のＮＯｘ濃度を検出することができない。このため、電極間電圧を基準電圧値から断線を検出するために変化させている最中においては、電極間電流に基づいてＮＯｘ濃度を検出し、このＮＯｘ濃度を用いた処理或いは制御を一旦中止しなければならないといった制約を受けることがある。

そこで、請求項１〜請求項４の何れかに記載のセンサ制御装置においては、請求項５に記載のように、第１電圧変化手段により電極間電圧の値を変化させる直前における電極間電流の値を記憶する電流値記憶手段を備えるようにするとよい。

このように構成されたセンサ制御装置によれば、電極間電圧を基準電圧値から断線を検出するために変化させている間であっても、電流値記憶手段に記憶された電極間電流によりＮＯｘ濃度を検出することができ、その際の電極間電流に基づいて誤ったＮＯｘ濃度が検出されるのを防ぐことができる。このため、電極間電圧を基準電圧値から断線を検出するために変化させている期間に、ＮＯｘ濃度を用いた処理あるいは制御を中止させることなく、継続させることができる。

また、請求項１〜請求項５の何れかに記載のセンサ制御装置においては、請求項６に記載のように、ＮＯｘセンサは、一対のポンプ電極が酸素イオン伝導性固体電解質体の表面に形成されるとともに、一対のポンプ電極の１つを第１測定室に対面させ、第１測定室に流入される被検出ガスの酸素を出し入れするポンプセルを有し、センサセルは、第１測定室に連通する第２測定室に一対の電極の１つが配置されるとともに、第２測定室に導入されるポンプセルにより処理された後の被検出ガスを対象にして、当該被検出ガスに含まれるＮＯｘの濃度に応じた電極間電流が流れるように構成されているとよい。

上述したポンプセル、センサセルを備えるＮＯｘセンサに対して、本発明のセンサ制御装置を用いることで、当該センサセルの電流経路を対象とした断線判定を精度良く実施することができる。

（第１実施形態）
以下に本発明の第１実施形態を図面とともに説明する。
図１は、本発明が適用されたガスセンサ制御装置１９０を備えるガス検出装置１の概略構成を示す構成図である。

ガス検出装置１は、ガスセンサ制御装置１９０と、ＮＯｘガスセンサ素子１０とを備えており、自動車の内燃機関やボイラ等の各種燃焼機器の排気ガス中の特定ガス（本実施形態では、ＮＯｘ）の濃度を検出する用途などに用いられる。

なお図１では、ＮＯｘガスセンサ素子１０については、内部構造を示す断面図として記載している。以下の説明では、図１に示すＮＯｘガスセンサ素子１０のうち左側を先端側として、右側を後端側として説明する。また図１では、ＮＯｘガスセンサ素子１０のうち先端側部分における内部構成を示しており、後端部分は図示を省略している。

ガスセンサ制御装置１９０は、図１に示すように、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１９１、ＲＡＭ１９２、ＲＯＭ１９３、信号入出力部１９４等を備えるマイクロコンピュータを主要部として構成されている。これらのうち信号入出力部１９４は、後述の第１ポンプ用第１電極１３５，第１ポンプ用第２電極１３７，検知用電極１５５，基準用電極１５７，第２ポンプ用第１電極１４５，第２ポンプ用第２電極１４７，ヒータ１７５に接続される。

そして、ガスセンサ制御装置１９０は、ＮＯｘガスセンサ素子１０を駆動制御する処理や、ＮＯｘガスセンサ素子１０による検出信号（詳細には、後述する第２ポンプ電流Ｉｐ２）に基づき排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出する処理や、ＮＯｘガスセンサ素子１０を構成する後述の第２ポンプセル１１３とガスセンサ制御装置１９０との間の電流経路の断線を検出する断線検出処理などを実行する。

次に、ＮＯｘガスセンサ素子１０について説明する。
ＮＯｘガスセンサ素子１０は、第１ポンプセル１１１，酸素分圧検知セル１１２，第２ポンプセル１１３を、アルミナを主体とする絶縁層１１４，１１５を介して積層した構造を有する。また、ＮＯｘガスセンサ素子１０においては、第２ポンプセル１１３側に、ヒータ部１８０が積層されている。

このうち第１ポンプセル１１１は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアからなる第１固体電解質層１３１と、第１固体電解質層１３１を挟み込むように配置された第１ポンプ用第１電極１３５及び第１ポンプ用第２電極１３７からなる第１多孔質電極１２１とを備えて形成されている。なお、第１ポンプ用第１電極１３５及び第１ポンプ用第２電極１３７は、白金、白金合金、白金とセラミックス（例えば、固体電解質体）を含むサーメットなどで形成されており、それぞれの表面には、多孔質体からなる保護層１２２が形成されている。

酸素分圧検知セル１１２は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアからなる検知用固体電解質層１５１と、検知用固体電解質層１５１を挟み込むように配置された検知用電極１５５及び基準用電極１５７からなる検知用多孔質電極１２３とを備えて形成されている。なお、検知用電極１５５及び基準用電極１５７は、白金、白金合金、白金とセラミックス（例えば、固体電解質体）を含むサーメットなどで形成されている。

第２ポンプセル１１３は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアからなる第２固体電解質層１４１と、第２固体電解質層１４１の表面のうち絶縁層１１５に面する表面に配置された第２ポンプ用第１電極１４５及び第２ポンプ用第２電極１４７からなる第２多孔質電極１２５とを備えて形成されている。なお、第２ポンプ用第１電極１４５及び第２ポンプ用第２電極１４７は、白金、白金合金、白金とセラミックス（例えば、固体電解質体）を含むサーメットなどで形成されている。

そしてＮＯｘガスセンサ素子１０の内部には、測定対象ガスが導入される第１測定室１５９が形成されている。第１測定室１５９には、第１ポンプセル１１１と酸素分圧検知セル１１２との間に配置された第１拡散抵抗体１１６を介して、外部から測定対象ガスが導入される。

第１拡散抵抗体１１６は、多孔質体で構成されており、ＮＯｘガスセンサ素子１０のうち先端側開口部から第１測定室１５９に至る測定対象ガスの導入経路１４に配置されて、第１測定室１５９への単位時間あたりの測定対象ガスの導入量（通過量）を制限している。

なお導入経路１４は、第１ポンプセル１１１および酸素分圧検知セル１１２に包囲される空間のうち、第１測定室１５９よりも先端側（図における左側）の領域である。また、第１ポンプセル１１１の第１ポンプ用第１電極１３５（詳細には、保護層１２２で覆われた第１ポンプ用第１電極１３５）、及び酸素分圧検知セル１１２の検知用電極１５５は、第１測定室１５９に対面するように配置されている。

また、第１測定室１５９の後端側（図における右側）には、多孔質体からなる第２拡散抵抗体１１７が備えられており、第２ポンプ用第１電極１４５と第２拡散抵抗体１１７との間には、第２測定室１６１が形成されている。なお第２測定室１６１は、酸素分圧検知セル１１２を積層方向に貫通する状態で形成される。

さらに、ＮＯｘガスセンサ素子１０の内部のうち、酸素分圧検知セル１１２の検知用固体電解質層１５１と第２ポンプセル１１３の第２固体電解質層１４１との間には、第２測定室１６１の他に多孔質体にて構成された基準酸素室１１８が形成されている。なお、第２測定室１６１、基準酸素室１１８は、この順に後端側から先端側にかけて第２ポンプセル１１３に沿って形成されている。また、酸素分圧検知セル１１２に対してガスセンサ制御装置１９０から微小電流が供給されることで、酸素が第１測定室１５９から検知用固体電解質層１５１を介して基準酸素室１１８に送り込まれるため、この基準酸素室１１８は、所定の酸素分圧雰囲気（濃度検知の基準となる酸素分圧雰囲気）に設定される。

そして、酸素分圧検知セル１１２の基準用電極１５７と、第２ポンプセル１１３の第２ポンプ用第２電極１４７とが、基準酸素室１１８に対面するように配置されている。
ヒータ部１８０は、例えばアルミナ等の絶縁性セラミックスからなるシート状の絶縁層１７１，１７３を積層することにより構成されている。そして、このヒータ部１８０は、各絶縁層１７１，１７３の間に、Ｐｔを主体とするヒータ１７５を備えている。

このように構成されたＮＯｘガスセンサ素子１０は、第１ポンプセル１１１により第１測定室１５９の内部に存在する酸素のポンピング（汲み出し、汲み入れ）が可能であり、酸素分圧検知セル１１２により、酸素濃度（酸素分圧）を一定に制御された基準酸素室１１８と第１測定室１５９との酸素濃度差（酸素分圧差）、つまり第１測定室１５９の内部の酸素濃度（酸素分圧）を測定可能である。

なお、このＮＯｘガスセンサ素子１０は、ガスセンサ制御装置１９０により駆動されるものであり、ガスセンサ制御装置１９０がヒータ１７５を駆動することにより、各セル（第１ポンプセル１１１、第２ポンプセル１１３、酸素分圧検知セル１１２の）を活性化温度まで加熱する。

そしてガスセンサ制御装置１９０は、ヒータ１７５を駆動制御してＮＯｘガスセンサ素子１０を活性化温度（例えば７５０℃）まで加熱し、この状態で、酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓが予め設定された一定電圧（例えば４２５ｍＶ）となるように、第１ポンプセル１１１に流れる第１ポンプ電流Ｉｐ１を制御する。

またガスセンサ制御装置１９０は、第１ポンプ電流Ｉｐ１を制御するとともに、第２ポンプセル１１３に対して、予め定められた制御電圧値Ｖ０（例えば４５０ｍＶ）の第２ポンプ電圧Ｖｐ２を印加する。これにより、第２測定室１６１では、第２ポンプセル１１３を構成する第２多孔質電極１２５の触媒作用によって、ＮＯｘが解離（還元）され、その解離により得られた酸素イオンが第２ポンプ用第１電極１４５と第２ポンプ用第２電極１４７との間の第２固体電解質層１４１を移動することにより第２ポンプ電流Ｉｐ２が流れる。つまり、第２ポンプセル１１３は、第２測定室１６１に存在する検出すべき特定ガス成分（ＮＯｘ（窒素酸化物））を解離させて、第２測定室１６１から基準酸素室１１８に酸素を汲み出す。

なお、第２測定室１６１の第２ポンプ用第１電極１４５で解離された酸素イオン（Ｏ^2-）は、第２固体電解質層１４１を介して第２ポンプ用第２電極１４７に移動し、第２ポンプ用第２電極１４７において酸素（Ｏ₂ ）として基準酸素室１１８に放出される。

つまりガスセンサ制御装置１９０は、ＮＯｘガスセンサ素子１０に接続された状態で、第１ポンプセル１１１のポンピング動作により第１測定室１５９の酸素濃度（酸素分圧）を調整し、第２測定室１６１の酸素濃度（酸素分圧）をＮＯｘ検知が可能なＮＯｘ検知用濃度に設定して、第２ポンプ電流Ｉｐ２の大きさや積分値などに基づいてＮＯｘ濃度を検出する処理を行う。そして、ガスセンサ制御装置１９０にて検出されたＮＯｘ濃度情報は、図１に示していない外部装置（例えば、エンジンＥＣＵ）に送出される。

次に、ガスセンサ制御装置１９０が実行する断線判定処理の手順を、図２〜図４を用いて説明する。図２は断線判定処理の前半部分、図３は断線判定処理の後半部分を示すフローチャートである。また図４は、第２ポンプ電圧Ｖｐ２と第２ポンプ電流Ｉｐ２の変化を示すタイミングチャートである。この断線判定処理は、ガスセンサ制御装置１９０が起動し、且つ、ＮＯｘガスセンサ素子１０が特定の温度以上に加熱されると実行され、予め設定された所定判定時間（例えば、数秒〜数十秒）が経過する毎に実行される処理である。

この断線判定処理が開始されると、ガスセンサ制御装置１９０は、まずＳ２０にて、第２ポンプ電流Ｉｐ２の電流値を計測し、この計測値（以下、Ｉｐ２計測値という）をガスセンサ制御装置１９０のＲＡＭ１９２に記憶する。

その後Ｓ３０にて、後述するＳ２００の処理までの間に計測されるＩｐ２計測値が外部装置に送出されないようにマスク化する。なお、Ｓ３０の処理以降にＩｐ２計測値がマスク化されている間は、Ｓ２０の処理でＲＡＭ１９２に記憶されたＩｐ２計測値が外部装置に送出される。そしてＳ４０にて、第２ポンプ電圧Ｖｐ２を、制御電圧値Ｖ０から予め設定された判定電圧値Ｖ１（例えば、制御電圧値Ｖ０から５ｍＶ高い電圧値）に設定する（図４における電圧波形ＶＨ１の時刻Ｔ１を参照）。

次にＳ５０にて、経過時間を計測するためのタイマ処理を開始する。その後Ｓ６０にて、タイマ処理による時間計測の開始時点から、判定電圧を印加するために予め設定された所定判定時間Ｉ１（例えば、８０ｍｓ。図４を参照）が経過するまで待機し、所定判定時間Ｉ１が経過すると（Ｓ６０）、Ｓ７０にて、第２ポンプ電流Ｉｐ２の値を計測し、このＩｐ２計測値を用いて、断線を判定するための値（以下、Ｉｐ２判定値ΔＩｐ２という）を算出する。本実施形態では、Ｓ７０にて計測したＩｐ２計測値と、Ｓ２０でＲＡＭ１９２に記憶されたＩｐ２計測値との差分をＩｐ２判定値ΔＩｐ２として算出する。そして、算出したＩｐ２判定値ΔＩｐ２をガスセンサ制御装置１９０のＲＡＭ１９２に記憶する。その後Ｓ８０にて、経過時間を計測するタイマ処理を停止する。

次にＳ９０にて、第２ポンプ電圧Ｖｐ２を、判定電圧値Ｖ１から予め設定された交番電圧値Ｖ２（例えば、制御電圧値Ｖ０から５ｍＶ低い電圧値）に設定する（図４における電圧波形ＶＨ１の時刻Ｔ２を参照）。

その後Ｓ１００にて、経過時間を計測するためのタイマ処理を開始する。その後Ｓ１１０にて、タイマ処理による時間計測の開始時点から、交番電圧を印加するために予め設定された所定交番時間Ｉ２（例えば、１００ｍｓ。図４を参照）が経過するまで待機し、所定交番時間Ｉ２が経過すると（Ｓ１１０）、Ｓ１２０にて、経過時間を計測するタイマ処理を停止する。

そしてＳ１３０にて、第２ポンプ電圧Ｖｐ２を、交番電圧値Ｖ２から制御電圧値Ｖ０に設定する（図４における電圧波形ＶＨ１の時刻Ｔ３を参照）。
次にＳ１４０にて、経過時間を計測するためのタイマ処理を開始する。その後Ｓ１５０にて、Ｓ７０で算出されたＩｐ２判定値ΔＩｐ２が、断線判定のために予め設定された第１所定断線判定値（例えば、１０μＡ）以上であるか否かを判断する。ここで、Ｉｐ２判定値ΔＩｐ２が第１所定断線判定値以上である場合には（Ｓ１５０）、Ｓ１６０にて、第２ポンプセル１１３とガスセンサ制御装置１９０との間の電流経路（以下、Ｉｐ２配線という）が正常であると判断し、Ｓ１８０に移行する。一方、Ｉｐ２判定値ΔＩｐ２が第１所定断線判定値未満である場合には（Ｓ１５０）、Ｓ１７０にて、Ｉｐ２配線が断線していると判断し、Ｓ１８０に移行する。

そしてＳ１８０に移行すると、タイマ処理による時間計測の開始時点から、第２ポンプ電流Ｉｐ２が正常な値に戻るまで待機するために予め設定された所定待機時間Ｉ３（例えば、１２０ｍｓ。図４を参照）が経過するまで待機し、所定待機時間Ｉ３が経過すると（Ｓ１８０）、Ｓ１９０にて、経過時間を計測するタイマ処理を停止する。

そしてＳ２００にて、Ｉｐ２計測値が通常のＮＯｘ濃度の計測で利用できるようにマスク化を解除する。その後、断線判定処理を終了する。
このように構成されたガスセンサ制御装置１９０では、まず、信号入出力部１９４に、第２ポンプ電流Ｉｐ２をＮＯｘガスセンサ素子１０から直接入力する。そして、第２ポンプ用第１電極１４５と第２ポンプ用第２電極１４７との間に印加される第２ポンプ電圧Ｖｐ２の値を、制御電圧値Ｖ０から判定電圧値Ｖ１に変化させる（Ｓ４０）。その後、第２ポンプ用第１電極１４５と第２ポンプ用第２電極１４７との間を流れる第２ポンプ電流Ｉｐ２の値の変化に基づいて、第２ポンプ電流Ｉｐ２が第２ポンプ電圧Ｖｐ２の変化に応じた変化をしなかった場合に、第２ポンプ用第１電極１４５及び第２ポンプ用第２電極１４７（第２多孔質電極１２５）とガスセンサ制御装置１９０との間の断線を検出する（Ｓ１５０〜Ｓ１７０）。

即ち、ＮＯｘガスセンサ素子１０においては第２ポンプ電圧Ｖｐ２の値が変化するとそれに応じて第２ポンプ電流Ｉｐ２の値が変化するため、ガスセンサ制御装置１９０に入力される第２ポンプ電流Ｉｐ２が、第２ポンプ電圧Ｖｐ２の変化に応じた変化をしなかった場合には、ガスセンサ制御装置１９０は、第２多孔質電極１２５とガスセンサ制御装置１９０との間で断線が発生していると判断することができる。

また信号入出力部１９４は、ＮＯｘガスセンサ素子１０から出力される第２ポンプ電流Ｉｐ２を直接入力する。このため、平滑化等の処理がされていない未加工の状態の第２ポンプ電流Ｉｐ２を入力することができる。更に、ＮＯｘガスセンサ素子１０から出力される第２ポンプ電流Ｉｐ２を、間引きされることなく入力することができる。

従って、ガスセンサ制御装置１９０によれば、未加工の状態で且つ間引きされていない第２ポンプ電流Ｉｐ２に基づいて第２多孔質電極１２５とガスセンサ制御装置１９０との間の断線を検出することができるので、平滑化等の加工がされるとともに通信量の制限が制限された第２ポンプ電流Ｉｐ２を用いて断線を検出するエンジンＥＣＵと比較して、断線を早期に且つ正確に検出することができるという優れた効果を奏する。

またガスセンサ制御装置１９０は、図４に示すように、第２ポンプ電圧Ｖｐ２の値を、制御電圧値Ｖ０から、制御電圧値Ｖ０より大きい判定電圧値Ｖ１に変化（電圧波形ＶＨ１の時刻Ｔ１を参照）させた後に（Ｓ４０）、更に第２ポンプ電圧Ｖｐ２の値を制御電圧値Ｖ０に戻す場合において、制御電圧値Ｖ０に戻す前に、判定電圧値Ｖ１から、制御電圧値Ｖ０より小さい交番電圧値Ｖ２に変化（電圧波形ＶＨ１の時刻Ｔ２を参照）させる（Ｓ９０）。

これにより、第２ポンプ電圧Ｖｐ２の値を判定電圧値Ｖ１から制御電圧値Ｖ０に直接変化させて（電圧波形ＶＨ２における時刻Ｔ２を参照）、第２ポンプ電流Ｉｐ２を、第２ポンプ電圧Ｖｐ２の値を判定電圧値Ｖ１に変化させる直前の電流値Ｉ０と略等しい値に復帰させる場合（電流波形ＩＨ２における時刻Ｔ４を参照）よりも早期に、第２ポンプ電流Ｉｐ２を電流値Ｉ０に復帰させることができる（電流波形ＩＨ１における時刻Ｔ４を参照）。

またガスセンサ制御装置１９０は、第２ポンプ電圧Ｖｐ２の値を制御電圧値Ｖ０から判定電圧値Ｖ１に変化させる直前における第２ポンプ電流Ｉｐ２の値を記憶する（Ｓ２０）。これにより、第２ポンプ電圧Ｖｐ２の値を制御電圧値Ｖ０から判定電圧値Ｖ１に変化させる直前における第２ポンプ電流Ｉｐ２の値を、断線を検出するためにＮＯｘ濃度を検知することができなくなる期間における第２ポンプ電流Ｉｐ２の値として採用することが可能になる。

このため、例えばエンジンＥＣＵ側において、ＮＯｘ濃度情報を利用した処理を、ガスセンサ制御装置１９０が断線を検出しているか否かに関わらず、継続して正確に実行することができる。

以上説明した実施形態において、ガスセンサ制御装置１９０は本発明におけるセンサ制御装置、信号入出力部１９４は本発明における入力手段、Ｓ４０の処理は本発明における第１電圧変化手段、Ｓ１５０〜Ｓ１７０の処理は本発明における断線判定手段、Ｓ９０の処理は本発明における第２電圧変化手段、Ｓ２０の処理は本発明における電流値記憶手段である。

また、第２ポンプ用第１電極１４５及び第２ポンプ用第２電極１４７は本発明における一対の電極、第２ポンプ電流Ｉｐ２は本発明における電極間電流、第２ポンプ電圧Ｖｐ２は本発明における電極間電圧、制御電圧値Ｖ０は本発明における基準電圧値、判定電圧値Ｖ１は本発明における断線判定電圧値、交番電圧値Ｖ２は本発明における第１設定電圧値である。

（第２実施形態）
以下に本発明の第２実施形態を図面とともに説明する。尚、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみを説明する。

第２実施形態のガス検出装置１は、断線判定処理を変更した点以外は第１実施形態と同じである。
次に、ガスセンサ制御装置１９０が実行する断線判定処理の手順を図５を用いて説明する。図５は第２実施形態の断線判定処理の後半部分を示すフローチャートである。

第２実施形態の断線判定処理はＳ１４０以降の処理が第１実施形態と異なる。
即ち、Ｓ１４０の処理が終了すると、Ｓ２１０にて、Ｓ２３０で用いるΔＩｐ２取得回数値Ｎに「１」を加算し、この加算値をΔＩｐ２取得回数値Ｎに設定する。その後Ｓ２２０にて、Ｓ２４０で用いる積算変化量ＳＭに、Ｓ７０で算出したＩｐ２判定値ΔＩｐ２を加算し、この加算値を積算変化量ＳＭに設定する。

そしてＳ２３０にて、ΔＩｐ２取得回数値Ｎが特定回判定値（本実施形態では例えば「３」）に等しいか否かを判断する。ここで、ΔＩｐ２取得回数値Ｎが特定回判定値に等しくない場合には（Ｓ２３０）、Ｓ１８０に移行する。一方、ΔＩｐ２取得回数値Ｎが特定回判定値に等しい場合には（Ｓ２３０）、Ｓ２４０にて、積算変化量ＳＭが、断線判定のために予め設定された第２所定断線判定値以上であるか否かを判断する。ここで、積算変化量ＳＭが第２所定断線判定値以上である場合には（Ｓ２４０）、Ｓ１６０にて、第２ポンプセル１１３とガスセンサ制御装置１９０との間の電流経路（以下、Ｉｐ２配線という）が正常であると判断し、Ｓ２５０に移行する。一方、積算変化量ＳＭが第２所定断線判定値未満である場合には（Ｓ２４０）、Ｓ１７０にて、Ｉｐ２配線が断線していると判断し、Ｓ２５０に移行する。

そしてＳ２５０に移行すると、ΔＩｐ２取得回数値Ｎ及び積算変化量ＳＭを「０」に設定し、Ｓ１８０に移行する。Ｓ１８０に移行した後の処理は第１実施形態と同様である。
このように構成されたガスセンサ制御装置１９０では、Ｉｐ２判定値ΔＩｐ２の算出（Ｓ７０）にあたってノイズ成分が重畳した場合にも、特定回判定値で示される回数分積算した積算変化量ＳＭを用いて断線の有無を判定することから、ノイズの影響を抑制した精度の良い断線判定を行うことができる。

以上説明した実施形態において、特定回判定値は本発明における特定回、第２所定断線判定値は本発明におけるしきい値である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。

例えば本実施形態では、第２ポンプ電圧Ｖｐ２を、制御電圧値Ｖ０より大きい判定電圧値Ｖ１から制御電圧値Ｖ０より小さい交番電圧値Ｖ２に変化させるものを示したが（Ｓ９０）、判定電圧値Ｖ１が制御電圧値Ｖ０より小さい場合には、交番電圧値Ｖ２を制御電圧値Ｖ０より大きい値にするとよい。尚、この場合の交番電圧値Ｖ２は本発明の第２設定電圧値に相当する。

また本実施形態では、Ｓ７０にて計測したＩｐ２計測値と、Ｓ２０でＲＡＭ１９２に記憶されたＩｐ２計測値との差分をＩｐ２判定値ΔＩｐ２として算出するもの（Ｓ７０）を示したが、Ｓ７０にて計測したＩｐ２計測値の代わりに、直近の所定期間内に計測したＩｐ２計測値を平均化処理した値を用いて判定値ΔＩｐ２を算出するようにしてもよい。これにより、外乱によりＩｐ２計測値が変動してもその影響を低減することができる。

さらに本実施形態では、Ｓ７０にて上記Ｉｐ２判定値ΔＩｐ２を算出するものを示したが、Ｉｐ２判定値ΔＩｐ２の代わりに、Ｓ７０にて計測したＩｐ２計測値と、Ｓ２０でＲＡＭ１９２に記憶されたＩｐ２計測値との比（変化率）を算出して、この比と断線判定値とを比較するようにしてもよい。

また本実施形態では、Ｓ７０にてＩｐ２判定値ΔＩｐ２を算出してから所定交番時間Ｉ２が経過した後に断線検出（Ｓ１５０〜Ｓ１７０）を行っているものを示したが、Ｓ７０でＩｐ２判定値ΔＩｐ２を算出した直後に断線検出を行うようにしてもよい。

また本実施形態では、Ｉｐ２判定値ΔＩｐ２が第１所定断線判定値以上であるか否かの判断を１回行うことでＩｐ２配線が断線しているか否かの判断を行っているものを示したが、Ｉｐ２判定値ΔＩｐ２が第１所定断線判定値未満であると判断した回数を計数し、この計数値が所定値に達した場合にＩｐ２配線が断線していると判断するようにしてもよい。なお、この所定値は本発明における特定回数である。

ガスセンサ制御装置１９０を備えるガス検出装置１の構成図である。 断線判定処理の前半部分を示すフローチャートである。 第１実施形態の断線判定処理の後半部分を示すフローチャートである。 第２ポンプ電圧Ｖｐ２と第２ポンプ電流Ｉｐ２の変化を示すタイミングチャートである。 第２実施形態の断線判定処理の後半部分を示すフローチャートである。

符号の説明

１…ガス検出装置、１０…ＮＯｘガスセンサ素子、１１１…第１ポンプセル、１１２…酸素分圧検知セル、１１３…第２ポンプセル、１１８…基準酸素室、１２１…第１多孔質電極、１２３…検知用多孔質電極、１２５…第２多孔質電極、１３１…第１固体電解質層、１３５…第１ポンプ用第１電極、１３７…第１ポンプ用第２電極、１４１…第２固体電解質層、１４５…第２ポンプ用第１電極、１４７…第２ポンプ用第２電極、１５１…検知用固体電解質層、１５５…検知用電極、１５７…基準用電極、１５９…第１測定室、１６１…第２測定室、１９０…ガスセンサ制御装置、１９１…ＣＰＵ、１９２…ＲＡＭ、１９３…ＲＯＭ、１９４…信号入出力部

Claims (6)

1. 一対の電極が酸素イオン伝導性固体電解質体の表面に形成されたセンサセルを有するＮＯｘセンサに接続され、前記一対の電極間に予め設定された基準電圧値の電圧を印加して、前記一対の電極間を流れる被測定ガスに含まれるＮＯｘの濃度に応じた電極間電流を検出するセンサ制御装置であって、
   前記一対の電極間に印加される電極間電圧の値を、前記基準電圧値から、断線判定のために予め設定された断線判定電圧値に変化させる第１電圧変化手段と、
   前記第１電圧変化手段により前記電極間電圧の値を変化させたときの、前記電極間電流の値の変化に基づいて、前記一対の電極と当該センサ制御装置との間の電流経路に断線が発生しているか否かを判定する断線判定手段と
   を備えることを特徴とするセンサ制御装置。
2. 前記断線判定手段は、
   前記電極間電圧の値を変化させたときの前記電極間電流の変化量が断線判定のために予め設定された断線判定値未満となる回数が特定回数以下であった場合に、前記断線が発生していると判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ制御装置。
3. 前記断線判定手段は、
   前記電極間電圧の値を変化させたときの前記電極間電流の変化量を複数の特定回分積算して積算変化量を求め、前記積算変化量が断線判定のために予め設定されたしきい値未満である場合に、前記断線が発生していると判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ制御装置。
4. 前記第１電圧変化手段により前記電極間電圧の値を前記基準電圧値から前記断線判定電圧値に変化させた後に更に前記電極間電圧の値を前記基準電圧値に戻す場合において、前記基準電圧値に戻す前に、前記基準電圧値が前記断線判定電圧値より小さいときには、前記基準電圧値より小さく設定された第１設定電圧値に前記電極間電圧の値を変化させ、前記基準電圧値が前記断線判定電圧値より大きいときには、前記基準電圧値より大きく設定された第２設定電圧値に前記電極間電圧の値を変化させる第２電圧変化手段を備える
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載のセンサ制御装置。
5. 前記第１電圧変化手段により前記電極間電圧の値を変化させる直前における前記電極間電流の値を記憶する電流値記憶手段を備える
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載のセンサ制御装置。
6. 前記ＮＯｘセンサは、
   一対のポンプ電極が酸素イオン伝導性固体電解質体の表面に形成されるとともに、前記一対のポンプ電極の１つを第１測定室に対面させ、前記第１測定室に流入される被検出ガスの酸素を出し入れするポンプセルを有しており、
   前記センサセルは、前記第１測定室に連通する第２測定室に前記一対の電極の１つが配置されるとともに、前記一対の電極に前記基準電圧値の電圧が印加されることで、前記第２測定室に導入される前記ポンプセルにより処理された後の被検出ガスに含まれるＮＯｘの濃度に応じた電極間電流が流れるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載のセンサ制御装置。

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