JP2010096732A - センサ駆動装置、および、センサ駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】自身の動作環境に異常が生じた場合に保護モードへ強制的に移行するとともに、外部装置に対し、自身が保護モードへ移行したことを報せることができるセンサ駆動装置、および、センサ駆動システムを提供する。
【解決手段】ＡＳＩＣ７０は、マイクロコンピュータ６０に指示される通電モードに応じたスイッチ制御を行い、全領域空燃比センサ１０の通電制御を行う。電源電圧比較回路７８でバッテリ電圧の低下を検知した場合や、ハードウェアリセット検出回路７９が外部装置からハードウェアリセットの実施を通知された場合、直接または間接的に自身の動作環境の異常を検知する。すると強制的に保護モードへ移行し全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ８をオフにして全領域空燃比センサ１０への通電を遮断する。さらにマイクロコンピュータ６０との初回の同期通信で、保護モードへの移行を報せる報知信号を出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、外部装置から受信した指示に従いセンサの駆動を制御するセンサ駆動装置、および、それを備えるセンサ駆動システムに関する。

従来、自動車に使用されるセンサの一つとして、自動車エンジンなどの内燃機関の排気通路に取り付けられ、排気ガス中の特定ガス成分（例えば酸素）の濃度を検出するガスセンサが知られている。このガスセンサは、センサ素子を流れる電流の大きさが排気ガス中の酸素濃度に応じて変化することを利用して、酸素濃度の検出、ひいては排気ガスの空燃比を検出するものである。このガスセンサの駆動を制御するセンサ駆動装置は、例えば、電子制御装置（ＥＣＵ）やＥＣＵの中央演算処理装置（ＣＰＵ）などの外部装置から受信する指示信号に従ってセンサ素子に検出用の電流を流し、その測定結果に基づき排気ガスの酸素濃度や空燃比を求めている。得られた排気ガスの酸素濃度や空燃比は、ＥＣＵにおいて、燃料噴射量の調整等の空燃比フィードバック制御に利用される。

センサ駆動装置によるガスセンサの駆動制御は、センサ素子に対する通電状態（モード）に応じて行われる（例えば特許文献１参照。）。通電状態には、センサ素子への通電を遮断してガスセンサを保護する保護モード（プロテクションモード）や、センサ素子への通電が可能な駆動モードなどがある。また、駆動モードには、センサ素子の活性化の有無を判定するための通電を行うとともに、特定ガスの濃度検出を行うための予備通電を行う非活性モード（活性前通電モード）や、センサ素子に、特定ガスの濃度検出を行うための電流の通電が可能な活性モード（ガス濃度測定モード）などがある。

例えば、センサ素子が非活性の状態において、センサ駆動装置の回路上でショートや断線等の異常状態が発生した場合、ガスセンサに大きな電流が流れてしまうとセンサ素子の損傷を招く虞がある。そこで、特許文献１では、センサ駆動装置（センサ制御装置）のセンサ素子に通電する端子の電圧をモニタし、異常発生時には保護モードへ移行してセンサ素子への通電を遮断するように、センサ駆動装置へモード切換指示を出力している。

ところで、ガスセンサの駆動中に、例えば、バッテリからセンサ駆動装置に供給される電圧が低下したことをセンサ駆動装置自身で検知した場合や、センサ駆動装置の作動状況を監視する外部装置からセンサ駆動装置に異常が生じていることを通知する信号が発せられ、センサ駆動装置がその信号を受信した場合などに、センサ駆動装置が再起動（ハードウェアリセット）を行うことがある。そのような場合、センサ駆動装置は再起動後に保護モードへ移行する。一方、ＥＣＵでは、現在のセンサ駆動装置の通電モードと、その通電モードにおいてセンサ駆動装置から得られる特定ガスの検出結果や活性化の判定結果、センサ素子の端子電圧の異常の検知結果などの情報との間に食い違いが生ずることから、センサ駆動装置において何らかの異常が生じたと判断する。するとＥＣＵは、通電モードを初期状態、すなわち保護モードに移行し、また、センサ駆動装置に対しても保護モードへの移行を指示する。そして、電源投入時と同様の各処理を行って、ガスセンサを駆動状態に復帰させている。
特開２００８−７０１９４号公報

しかしながら、センサ駆動装置が自身の動作環境に異常が生じて保護モードに移行した後、第１外部装置における現在の通電モードと、その通電モードにおいてセンサ駆動装置から得られる各種情報との間に食い違いが生じなかった場合、第１外部装置では、センサ駆動装置が保護モードに移行したことを認識するまで時間がかかる場合があった。そして認識するまでの間、第１外部装置は、自身の把握する通電モードにセンサ駆動装置が移行しているとみなし、センサ駆動装置から取得するガスセンサの検出結果を用いて、自身に接続された他の装置の制御を行ってしまう虞があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、自身の動作環境に異常が生じた場合に保護モードへ強制的に移行するとともに、外部装置に対し、自身が保護モードへ移行したことを報せることができるセンサ駆動装置、および、センサ駆動システムを提供することを目的とする。

本発明の第１態様に係るセンサ駆動装置は、自身に接続されたセンサに対する複数の通電モードとして、少なくとも、前記センサへの通電を行う駆動モードと、前記センサへの通電を遮断して前記センサの保護を行う保護モードとを有し、自身の動作環境が正常で、前記複数の通電モードのうちのいずれかのモードを選択する指示信号を出力する第１外部装置から当該指示信号を受信したときに、前記複数の通電モードのうちのいずれかのモードへ移行して前記センサの通電制御を行うセンサ駆動装置であって、当該センサ駆動装置を正常に駆動させるための動作環境に異常が生じているか否かを検知する環境異常検知手段と、自身が前記複数の通電モードのうちのいずれのモードにあっても前記保護モードへ強制的に移行する保護手段と、前記保護手段によって前記保護モードに移行した後に、前記第１外部装置に対し、前記保護モードへの移行を報せる報知信号を出力する報知手段とを備えている。そして本発明の第１態様において、前記保護手段は、前記環境異常検知手段によって前記動作環境の異常が検知された場合に、前記保護モードへ強制的に移行することを特徴とする。

本発明の第１態様によれば、センサ駆動装置は、自身を正常に駆動させるための動作環境に異常が生じたことを検知した場合に、強制的に、つまり第１外部装置からの指示によらずに、保護モードへ移行して、センサへの通電を遮断することができる。さらに、第１外部装置に対し報知信号を出力することで、センサ駆動装置自身が保護モードに移行したことを第１外部装置に報せることができる。第１外部装置は、第１外部装置自身の把握するセンサ駆動装置の通電モードと、センサ駆動装置から受信する検出信号等の内容との間で食い違いが生ずることにより、両者の通電モードの違いを認識することができるが、本発明によれば、センサ駆動装置が自ら保護モードに移行したことを、通電モードの違いの認識によらずに知ることができる。これにより、第１外部装置は、直ちに、自身の通電モードをセンサ駆動装置の通電モードと一致させることができるようになるので、センサの検知結果に基づく他の装置の制御を精度よく行うことができる。

また、本発明の第１態様に係るセンサ駆動装置において、自身に供給される電源電圧が規定の電圧よりも低下した場合に、前記環境異常検知手段が、前記動作環境の異常を検知してもよい。動作環境に異常が生じたことを電源電圧の低下によって検知するのであれば、異常検知のための回路構成を簡易なものとすることができるので、回路に対する信頼性が高く、異常検知の確実性を高めることができる。そして異常が検知されたら自身を強制的に保護モードに移行させることができるので、センサを確実に保護することができる。そして第１外部装置に対しても確実に、自身が保護モードに移行したことを報せることができる。

また、本発明の第２態様に係るセンサ駆動装置は、自身に接続されたセンサに対する複数の通電モードとして、少なくとも、前記センサへの通電を行う駆動モードと、前記センサへの通電を遮断して前記センサの保護を行う保護モードとを有し、自身の動作環境が正常で、前記複数の通電モードのうちのいずれかのモードを選択する指示信号を出力する第１外部装置から当該指示信号を受信したときに、前記複数の通電モードのうちのいずれかのモードへ移行して前記センサの通電制御を行うセンサ駆動装置であって、当該センサ駆動装置を正常に駆動させるための動作環境に異常が生じているか否かを検知する第２外部装置から、前記動作環境に異常が生じていることを通知する通知信号を受信したか否かを判断する判断手段と、自身が前記複数の通電モードのうちのいずれのモードにあっても前記保護モードへ強制的に移行する保護手段と、前記保護手段によって前記保護モードに移行した後に、前記第１外部装置に対し、前記保護モードへの移行を報せる報知信号を出力する報知手段とを備えている。そして本発明の第２態様において、前記保護手段は、前記判断手段によって前記通知信号を受信したと判断された場合に、前記保護モードへ強制的に移行することを特徴とする。

本発明の第２態様によれば、センサ駆動装置は、第２外部装置から、センサ駆動装置を正常に駆動させるための動作環境に異常が生じたこと通知する通知信号を受信したら、強制的に、つまり第１外部装置からの指示によらずに、保護モードへ移行して、センサへの通電を遮断することができる。さらに、第１外部装置に対し報知信号を出力することで、センサ駆動装置自身が保護モードに移行したことを第１外部装置に報せることができる。第１外部装置は、第１外部装置自身の把握するセンサ駆動装置の通電モードと、センサ駆動装置から受信する検出信号等の内容との間で食い違いが生ずることにより、両者の通電モードの違いを認識することができるが、本発明によれば、センサ駆動装置が自ら保護モードに移行したことを、通電モードの違いの認識によらずに知ることができる。これにより、第１外部装置は、直ちに、自身の通電モードをセンサ駆動装置の通電モードと一致させることができるようになるので、センサの検知結果に基づく他の装置の制御を精度よく行うことができる。

ところで、本発明の第１態様または第２態様に係るセンサ駆動装置において、前記報知手段が、前記第１外部装置との間で同期通信により前記指示信号および前記報知信号を送受信可能に構成されている場合には、この報知手段は、前記保護手段による前記保護モードへの移行後、初回の前記第１外部装置との同期通信の確立の際に、前記第１外部装置に対し前記報知信号を出力してもよい。このようにすれば、センサ駆動装置が保護モードへ移行したら、直ちに、そのことを第１外部装置に報せることができるので、センサ駆動装置における通電モードと、第１外部装置の把握するセンサ駆動装置の通電モードとの食い違いを素早く解消することができる。

また、本発明の第１態様または第２態様に係るセンサ駆動装置は、前記センサへの通電経路上に異常が生じたか否かを検知する経路異常検知手段を備えてもよい。そして、前記保護手段は、前記経路異常検知手段が前記通電経路上に異常を検知した場合にも、前記保護モードへ強制的に移行してもよい。センサ駆動装置を正常に駆動させるための動作環境に生じた異常のみならず、センサへの通電経路上に生じた異常についても検知でき、保護モードへ強制的に移行できれば、センサの保護をさらに確実に行うことができる。また、本発明によれば、センサ駆動装置がセンサへの通電経路上に生じた異常に起因して保護モードに移行したことを、第１外部装置は、通電モードの違いの認識によらずに知ることもできる。

なお、本発明の第３態様に係るセンサ駆動システムは、第１態様または第２態様に係るセンサ駆動装置と、前記センサとを有することを特徴とするものである。

以下、本発明を具体化したセンサ駆動装置の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。センサ駆動装置は、ガスセンサの一例である全領域空燃比センサ１０に制御電流を流しその制御を行う装置であり、第１の実施の形態においては、自動車の電子制御装置（ＥＣＵ）１００に組み込まれるＡＳＩＣ７０を、その一例とする。すなわち、全領域空燃比センサ１０およびＡＳＩＣ７０が、本発明における「センサ駆動システム」に相当するものである。また、ＥＣＵ１００に搭載されるマイクロコンピュータ６０を、センサ駆動装置に対し指示信号を送信する第１外部装置の一例として説明する。なお、第１外部装置としては、ＥＣＵ１００や、マイクロコンピュータ６０のＣＰＵ６１を一例としてもよい。まず、図１を参照し、ＡＳＩＣ７０に制御される全領域空燃比センサ１０の概略的な構造について説明する。また、全領域空燃比センサ１０が接続されるＥＣＵ１００の構成についても簡単に説明する。図１は、全領域空燃比センサ１０の概略的な構造を示す図である。

図１に示す全領域空燃比センサ１０は、自動車のエンジンの排気通路（図示外）に取り付けられ、排気通路を流通する排気ガス中の特定ガス成分（第１の実施の形態では酸素）の濃度をもとに、排気ガスの空燃比を検出するセンサである。全領域空燃比センサ１０は、図示外のハウジング内に、細長で長尺な板状をなすセンサ素子２０を保持した構造を有する。全領域空燃比センサ１０からは、このセンサ素子２０が出力する信号を取り出すための信号線が引き出されており、全領域空燃比センサ１０とは離れた位置に取り付けられるＥＣＵ１００と電気的に接続されている。ＥＣＵ１００では、自身に組み込まれたＡＳＩＣ７０やヒータ制御回路５０によって全領域空燃比センサ１０への通電制御が行われる。そして、全領域空燃比センサ１０から得られる出力に基づき、エンジンの空燃比フィードバック制御が行われる。

まず、センサ素子２０の構造について説明する。センサ素子２０は、排気ガス中の酸素濃度を検出するためのガス検出素子３０と、ガス検出素子３０を加熱するためのヒータ素子４０とから構成されている。ガス検出素子３０は、ジルコニアを主体とする固体電解質体３１，３３，３４と、アルミナを主体とする絶縁基体３２とを、固体電解質体３４，３３、絶縁基体３２、固体電解質体３１の順に積層した構造を有する。固体電解質体３１の両面には、白金を主体とする一対の電極２１，２２がそれぞれ形成されており、電極２１は、その表面がセラミックスからなる多孔質性の保護層２３に覆われている。電極２１は、この保護層２３によって、排気ガスに含まれるシリコン等の被毒成分から保護されている。また、固体電解質体３３の両面にも一対の電極２４，２５がそれぞれ形成されており、そのうちの電極２５は、固体電解質体３３，３４に挟まれ固体電解質体中に埋設された形態をなしている。固体電解質体３１，３３，３４および絶縁基体３２は、いずれも細長い板状に形成されており、図１ではその長手方向と直交する断面を示している。

絶縁基体３２の長手方向の一端側には、固体電解質体３１，３３を一壁面としつつ、排気ガスを導入可能な中空の内部空間としてのガス検出室２７が形成されている。このガス検出室２７の幅方向の両端には、ガス検出室２７内に排気ガスを導入する際の流入量を規制するため、多孔質状の拡散律速部２６が設けられている。上記した固体電解質体３１上の電極２２と、固体電解質体３３上の電極２４は、それぞれこのガス検出室２７内に露出されている。

次に、ヒータ素子４０は、アルミナを主体とし、板状をなす２枚の絶縁基体４１，４２を積層しつつ、両絶縁基体間に、白金を主体とする発熱抵抗体４３を挟んで配設した構造を有する。ジルコニアからなる固体電解質体は、常温では絶縁性を示すが、高温環境下では活性化されて酸素イオン導電性を示すことが知られている。ヒータ素子４０は、固体電解質体３１，３３，３４を加熱して活性化させるために設けられている。そして、このヒータ素子４０は、ガス検出素子３０の固体電解質体３４側の外層に配設されている。ヒータ素子４０の絶縁基体４１と、ガス検出素子３０の固体電解質体３４とは一体化されている。

このような構造を有するセンサ素子２０において、固体電解質体３１およびその両面に設けられた一対の電極２１，２２は、外部からガス検出室２７内に酸素を汲み入れ、あるいはガス検出室２７から外部へ酸素を汲み出す酸素ポンプセルとして機能する。以下では、固体電解質体３１および電極２１，２２からなる酸素ポンプセルを総じてＩｐセル３７とよぶ。

また、固体電解質体３３およびその両面に設けられた一対の電極２４，２５は、両電極間の酸素濃度に応じて起電力を発生させる酸素濃度検出セルとして機能する。一対の電極２４，２５に定電流が供給されることにより、電極２５は、ガス検出室２７内の酸素濃度検出のための基準となる一定の酸素濃度となるように基準酸素源を生成する。すなわち電極２５は、いわゆる酸素基準電極として機能する。以下では、固体電解質体３３および電極２４，２５からなる酸素濃度検出セルを総じてＶｓセル３８とよぶ。なお、Ｉｐセル３７およびＶｓセル３８の詳細な機能については後述する。

次に、センサ素子２０が接続されるＥＣＵ１００の概略的な構成について説明する。ＥＣＵ１００は、マイクロコンピュータ６０、ＡＳＩＣ７０、およびヒータ制御回路５０を有する。また、図示しないが、他にもエンジンの制御に関わる様々な回路（装置）を有する。マイクロコンピュータ６０は、ＡＳＩＣ７０およびヒータ制御回路５０を介して全領域空燃比センサ１０への電力の供給を制御するとともに、センサ素子２０から排気ガス中の酸素濃度に応じた電流値を電圧信号として得る。

マイクロコンピュータ６０は、自動車のエンジンの駆動等を電子的に制御するための装置であり、各種の制御プログラムの実行にしたがい、ＡＳＩＣ７０を含む、自身に接続される各回路（装置）を制御して、燃料の噴射タイミングや点火時期を制御する。そのためにマイクロコンピュータ６０は、図示外の信号入出力部を介して、全領域空燃比センサ１０に対する電力の供給を制御するための信号を、ＡＳＩＣ７０やヒータ制御回路５０に出力し、また、ＡＳＩＣ７０を介し、全領域空燃比センサ１０の出力（検出信号）を取得する。さらに、マイクロコンピュータ６０には、エンジンのピストン位置や回転数を検出できるクランク角や、燃焼圧などの情報も入力される。

このマイクロコンピュータ６０には、公知の構成のＣＰＵ６１、ＲＯＭ６２、およびＲＡＭ６３が搭載されている。ＣＰＵ６１は、上記の制御を含む各種制御を実行し、ＲＯＭ６２には、これらの各種制御を行うためのプログラムや初期値等が記憶されている。ＲＡＭ６３には、プログラムの実行に使用される各種変数やフラグ、カウンタ等が一時的に記憶される。

次に、ＡＳＩＣ７０は、全領域空燃比センサ１０の駆動制御を行うための回路を集積して１チップ化し、ＥＣＵ１００に容易に組み込めるようにした、特定用途向け集積回路である。ＡＳＩＣ７０は、マイクロコンピュータ６０から入力される信号に応じてガス検出素子３０に電力を供給するとともに、ガス検出素子３０による酸素濃度の検出結果をマイクロコンピュータ６０に出力する。詳細は後述するが、ＡＳＩＣ７０は、Ｖｓセル３８の電極２５から電極２４側へ微小な定電流Ｉｃｐを流し、電極２５側に酸素イオンを移動させて酸素を溜め込ませることで、電極２５を上記の酸素基準電極として機能させる。また、Ｖｓセル３８の電極２４，２５間に生ずる起電力Ｖｓを検出し、あらかじめ定められた基準電圧（例えば４５０ｍＶ）との比較を行う。この比較結果に基づき、Ｉｐセル３７の電極２１，２２間に流すポンプ電流Ｉｐの向きや大きさを制御することで、Ｉｐセル３７によるガス検出室２７への酸素の汲み入れやガス検出室２７からの酸素の汲み出しが行われるようにする。さらに、温度に応じて変化するガス検出素子３０の抵抗値変化を別途検出し、マイクロコンピュータ６０に出力する。

ところで、第１の実施の形態において、マイクロコンピュータ６０とＡＳＩＣ７０との間における各種信号の送受信は、クロック同期通信により行われている。また、マイクロコンピュータ６０は、ＡＳＩＣ７０以外で自身に接続される他の回路（装置）ともクロック同期通信を行っている。このため、接続先を順次切り換え、その都度、接続先の回路と同期して信号の送受信を行うことにより、マイクロコンピュータ６０は、各回路に対し制御に関する指示信号を伝達するとともに、各回路から制御に関する情報を得ている。なお、後述するが、ガス検出素子３０による酸素濃度の検出結果や活性判定等に用いる抵抗値変化などの測定情報は、上記のクロック同期通信とは別の伝送線を介してマイクロコンピュータ６０に入力されている。

また、ヒータ制御回路５０は、センサ素子２０に設けられたヒータ素子４０の発熱抵抗体４３の両端に、バッテリからの電圧Ｖｈを印加する。詳細には、ヒータ制御回路５０は、発熱抵抗体４３への通電をＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）するためのスイッチング素子を備えている。発熱抵抗体４３の両端に印加する電圧Ｖｈの電圧波形のデューティ比は、マイクロコンピュータ６０のＣＰＵ６１において算出される。具体的な算出にあたっては、ＡＳＩＣ７０によって検出される、Ｖｓセル３８の加熱状態に応じた抵抗値変化をもとに、演算が行われる。そして、ＣＰＵ６１から出力されるパルス信号に乗せ、デューティ比に応じた電圧波形をなす電圧Ｖｈが発熱抵抗体４３に印加され、Ｉｐセル３７およびＶｓセル３８の加熱が行われる。

次に、図２を参照して、上記したＡＳＩＣ７０の電気的な構成について説明する。図２は、ＡＳＩＣ７０の電気的な構成について説明するための図である。

図１で説明したように、全領域空燃比センサ１０のＩｐセル３７およびＶｓセル３８に設けられた電極のうち、ガス検出室２７に露出した両セルの一方の電極２２，２４は、互いに導通している。図２に示すように、導通されているこれらの電極２２，２４は、全領域空燃比センサ１０のＣＯＭポートに接続されている。また、Ｖｓセル３８の他方の電極２５は、全領域空燃比センサ１０のＶｓ＋ポートに接続され、前述の酸素基準電極として機能する。そしてＩｐセル３７の他方の電極２１は全領域空燃比センサ１０のＩｐ＋ポートに接続されており、ガス検出室２７と外気との間で酸素交換を行うために機能する。

一方、ＥＣＵ１００は、前述したマイクロコンピュータ６０、ＡＳＩＣ７０、およびヒータ制御回路５０を備え、さらに、Ａ／Ｄ変換器９８，９９、抵抗器Ｒ１および検出抵抗器Ｒｄを備える。Ａ／Ｄ変換器９８，９９は、それぞれＡＳＩＣ７０のＶｏｕｔポート，Ｖｒｐｖｓポート（後述）に接続されており、各ポートから入力されるアナログの出力電圧をデジタル変換してマイクロコンピュータ６０のＣＰＵ６１に対し出力する。また、前述したように、ヒータ制御回路５０は、バッテリから直接供給される電圧ＶｈをＣＰＵ６１により指示されるデューティ比にしたがいＰＷＭ制御して、ヒータ素子４０の発熱抵抗体４３に供給する。

次に、ＡＳＩＣ７０は、入出力用の複数のポート（Ｖｓ＋，Ｐｏｕｔ，Ｖｃｅｎｔ，ＣＯＭ，Ｉｐ＋，Ｂａｔ，Ｖｏｕｔ，Ｖｒｐｖｓ）を有する。ＡＳＩＣ７０のＶｓ＋ポート、ＣＯＭポートおよびＩｐ＋ポートには、それぞれ上記の全領域空燃比センサ１０の同一ポート、すなわちＶｓ＋ポート、ＣＯＭポートおよびＩｐ＋ポートが接続されている。このＡＳＩＣ７０には、Ｉｃｐ供給回路７４、−Ｉｃｏｎｓｔ供給回路７５、＋Ｉｃｏｎｓｔ供給回路７６が設けられ、それぞれ、スイッチＳＷ５、ＳＷ７、ＳＷ８を介し、Ｖｓ＋ポートに接続されている。Ｉｃｐ供給回路７４は、全領域空燃比センサ１０のガス検出素子３０に微小な定電流Ｉｃｐを供給する回路である。−Ｉｃｏｎｓｔ供給回路７５、＋Ｉｃｏｎｓｔ供給回路７６は、それぞれ、Ｖｓセル３８の抵抗値測定用の一定の電流値に設定される定電流−Ｉｃｏｎｓｔと、その逆極性の一定の電流値に設定される定電流＋Ｉｃｏｎｓｔを供給する回路である。

また、ＡＳＩＣ７０は、後述する活性モードにおいてガス検出素子３０のＩｐセル３７にポンプ電流Ｉｐを供給するオペアンプＯＰ１や、ポート電圧の異常を検知するための電流を供給するオペアンプＯＰ２および分圧回路８５を有する。オペアンプＯＰ１の反転入力（−）端子はＶｃｅｎｔポートに接続され、さらに抵抗器Ｒ１を介し、ＣＯＭポートに接続されている。オペアンプＯＰ１の非反転入力（＋）端子には３．６Ｖの基準電圧が印加されており、出力端子はスイッチＳＷ３を介し、Ｉｐ＋ポートに接続されている。また、Ｉｐ＋ポートには、分圧抵抗器Ｒ２，Ｒ３を有する分圧回路８５がスイッチＳＷ４を介して接続されており、Ｉｐ＋ポートの電位が２．５Ｖに保たれる。一方、オペアンプＯＰ２は、非反転入力（＋）端子に３．６Ｖの基準電圧が印加され、反転入力（−）端子が自身の出力端子に接続されている。オペアンプＯＰ２の出力端子は、スイッチＳＷ１を介してＶｃｅｎｔポートに接続されている。

さらにＡＳＩＣ７０には、ＰＩＤ制御回路７１が設けられている。活性モードにおいて、オペアンプＯＰ１からＩｐセル３７に供給されるポンプ電流Ｉｐの大きさは、このＰＩＤ制御回路７１によって制御される。ＰＩＤ制御回路７１の入力側は、バッファＯＰ３を介してＶｓ＋ポートに接続されている。詳細には、バッファＯＰ３の非反転入力（＋）端子はスイッチＳＷ６を介してＶｓ＋ポートに接続されている。その非反転入力（＋）端子とスイッチＳＷ６との間には、コンデンサＣ１が接続されている。バッファＯＰ３の出力端子は反転入力（−）端子に接続されるとともに、ＰＩＤ制御回路７１の入力側に接続されている。さらに、ＰＩＤ制御回路７１の入力側には、ポンプ電流Ｉｐの制御目標となる基準電圧（４５０ｍＶ）を生成する基準電圧生成回路７２が接続されている。一方、ＰＩＤ制御回路７１の出力側は、スイッチＳＷ２を介してＰｏｕｔポートに接続され、さらに、後述する検出抵抗器Ｒｄを介してＶｃｅｎｔポート、つまりはオペアンプＯＰ１の反転入力（−）端子に接続されている。

また、バッファＯＰ３の出力端子はさらに分岐され、第２差動増幅回路８２の入力側に接続されている。この第２差動増幅回路８２の入力側にはＶｓ＋ポートも接続されており、上記の−Ｉｃｏｎｓｔ供給回路７５にスイッチＳＷ７を介して接続される。第２差動増幅回路８２の出力側はサンプルホールド回路８３の入力側に接続され、そのサンプルホールド回路８３の出力側が、Ｖｐｒｖｓポートに接続されており、Ａ／Ｄ変換器９９を介し、第２差動増幅回路８２の出力がマイクロコンピュータ６０に入力される。後述するが、ガス検出素子３０の活性判定は、Ｖｓセル３８に抵抗値測定用の定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流した際のＶｓセル３８の両端の電圧Ｖｓの変化をもとに行われる。第２差動増幅回路８２は、定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流す前のＶｓ＋ポートの電位と、定電流−Ｉｃｏｎｓｔを所定時間流した後の電位との偏差ΔＶｓを検出し、Ｖｒｐｖｓポートからマイクロコンピュータ６０に出力する。サンプルホールド回路８３は、第２差動増幅回路８２の出力する偏差ΔＶｓをホールド（保持）する公知の回路構成を有するものであり、次回の偏差ΔＶｓの検出までの間、今回検出した偏差ΔＶｓをホールドするように機能し、ＣＰＵ６１による読み取りのタイミングを調整する。

次に、ＡＳＩＣ７０は、第１差動増幅回路７３を備える。上記した検出抵抗器Ｒｄは、ポンプ電流Ｉｐの大きさを検出するために設けられており、その両端がＰｏｕｔポートとＶｃｅｎｔポートとに接続されている。そして、ＰｏｕｔポートとＶｃｅｎｔポートとがそれぞれ第１差動増幅回路７３に接続されている。第１差動増幅回路７３は、ポンプ電流Ｉｐが流れることによって検出抵抗器Ｒｄの両端に生ずる電位差Ｖｄを所定の増幅度で増幅し、検出電位Ｖｏｕｔとして、ＶｏｕｔポートからＡ／Ｄ変換器９８を介してマイクロコンピュータ６０に対し出力する。

また、ＡＳＩＣ７０は、ポート異常検知回路７７、電源電圧比較回路７８、ハードウェアリセット検出回路７９、通信回路８０、およびスイッチ制御回路８１を備える。ポート異常検知回路７７は、Ｖｓ＋ポート、ＣＯＭポート、およびＩｐ＋ポートの電位を異常検知用に設定されたしきい値（電圧）と比較し、ショートや断線等の異常状態の有無を検知する回路である。各ポートについて異常が検知されれば、ポート異常検知回路７７は、スイッチ制御回路８１に全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ８をオフにする保護モード（後述）時のスイッチ制御の実行を指示する信号を発する（つまり、強制的に保護モードへ移行させる。）。さらに、通信回路８０の送信バッファに、ポートの異常の発生を報せる信号（フラグ）を書き込む。このポート異常を報知する信号は、マイクロコンピュータ６０とＡＳＩＣ７０との間におけるクロック同期通信の際に、マイクロコンピュータ６０に送信される。なお、ポート異常検知回路７７が、本発明における「経路異常検知手段」に相当する。

電源電圧比較回路７８は、Ｂａｔポートを監視して、ＥＣＵ１００およびＡＳＩＣ７０にバッテリから供給される電源電圧を基準の電位と比較する回路である。電源電圧が基準電位よりも低下した場合、スイッチ制御回路８１に全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ８をオフにする保護モード（後述）時のスイッチ制御の実行を指示する信号を発する（つまり、強制的に保護モードへ移行させる。）。さらに、通信回路８０の送信バッファに、保護モードに移行したことを報せる報知信号（フラグ）を書き込み、クロック同期通信の際に、マイクロコンピュータ６０に伝達する。なお、電源電圧比較回路７８が、本発明の第１態様における「環境異常検知手段」に相当する。

ハードウェアリセット検出回路７９は、ＡＳＩＣ７０において、諸要因によりＡＳＩＣ７０にハードウェアリセットがかかり再起動した場合に、保護モードへの強制移行や報知信号の出力処理を行わせるための回路である。再起動がかかると、ＡＳＩＣ７０では各種内部回路の制御状態が電源投入時の状態（初期状態）に戻る。諸要因の一例としては、例えば定電流Ｉｃｏｎｓｔを生成する回路に異常が生じて狙いの大きさの電流を生成できなくなり、初期状態に戻して制御を再開したい場合などが挙げられる。こうした、ＡＳＩＣ７０が正常に駆動するための動作環境に異常をもたらす諸要因の発生を、ＡＳＩＣ７０内の回路で直接的に検知することが難しい場合には、図示しない、ＡＳＩＣ７０の外部回路（装置）として設けることも可能である。このような外部回路は、ＡＳＩＣ７０の動作環境を監視し、異常があれば、ＡＳＩＣ７０にハードウェアリセットの実施を指示する。ハードウェアリセット検出回路７９は、その外部回路から、ハードウェアリセットを実施したことを報せるリセット信号を受信することにより、自身の動作環境に異常が生じたことを知ることができる。そしてリセット信号の受信を契機に、ハードウェアリセット検出回路７９は、スイッチ制御回路８１に全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ８をオフにする保護モード時のスイッチ制御の実行を指示する信号を発する（ただし、通常は再起動によりＡＳＩＣ７０は保護モードで起動しているので、スイッチ制御回路８１では現状維持される。）。さらに、通信回路８０の送信バッファに保護モードに移行したことを報せる報知信号（フラグ）を書き込み、クロック同期通信の際に、マイクロコンピュータ６０に伝達する。

通信回路８０は、上記したクロック同期通信を、マイクロコンピュータ６０との間で行うための回路である。マイクロコンピュータ６０からデバイス選択信号（ＡＳＩＣ７０との間で通信を行うことを指示する信号）を受信したら、マイクロコンピュータ６０のクロック周波数に同期させて、マイクロコンピュータ６０から伝達される指示信号等を受信して受信バッファに記憶する。そして同時に、送信バッファに書き込まれた、ポート異常検知回路７７による異常状態の有無の検知結果等を送信する。通信回路８０はマイクロコンピュータ６０から指示信号を受信したら、スイッチ制御回路８１に対し、指示信号により指示される通電モードに応じたスイッチ制御の実行を指示する信号を発する。なお、通信回路８０が、本発明における「報知手段」に相当する。

スイッチ制御回路８１は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８のオンオフをそれぞれ独立に制御する回路である。スイッチ制御回路８１は、通信回路８０、電源電圧比較回路７８、ハードウェアリセット検出回路７９等から指示信号を受信したら、その指示された通電モードにあわせ、スイッチのオンオフ制御を行う。なお、スイッチ制御回路８１が、本発明における「保護手段」に相当する。

以下、スイッチ制御回路８１によるスイッチＳＷ１〜ＳＷ８のオンオフの状態を決定する通電モードについて、図２，図３を参照して説明する。図３は、各通電モードにおけるスイッチＳＷ１〜ＳＷ８のオンオフの状態を示す図表である。第１の実施の形態では、全領域空燃比センサ１０に対する通電モードとして、少なくとも、保護モードと駆動モードとを有する。さらに、駆動モードとして、非活性モードおよび活性モードを有する。

「保護モード」は、ガス検出素子３０に対する一切の通電を遮断して、ガス検出素子３０の保護を行う通電モードである。図３に示すように、保護モードにおいては全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ８がオフに設定され、ガス検出素子３０への一切の通電が行われない。

「非活性モード」は、ガス検出素子３０を活性化させるため、ヒータ素子４０への通電により、ガス検出素子３０の加熱を行う通電モードである。この通電モードにおいては、ガス検出素子３０に、活性判定用の通電と、酸素基準電極に酸素を溜め込んで酸素濃度検出の準備を行う予備通電とが行われる。また、ガス検出素子３０に繋がる各ポートには、ポート異常の検知を行うための電圧印加がなされる。具体的に、図３に示すように、非活性モードではスイッチＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６がオンに設定され、ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ７，ＳＷ８はオフに設定される。これにより、図２に示すように、Ｖｓセル３８に定電流Ｉｃｐが流され、酸素基準電極（電極２５）に酸素が溜め込まれる。また、スイッチＳＷ２，ＳＷ３がオフに固定されるので、Ｉｐセル３７に、ＰＩＤ制御回路７１およびオペアンプＯＰ１から酸素濃度の検出のための大きな電流が流されることはない。そして、スイッチＳＷ１，ＳＷ４がオンに設定されてＶｃｅｎｔポートに３．６Ｖ、Ｉｐ＋ポートに２．５Ｖの電圧が印加され、ポート異常検知回路７７によるポート異常の検知を行える状態となる。

なお、非活性モードにおいて、ガス検出素子３０の活性判定が行われる。このときには一時的にＳＷ６がオフに設定され、その状態で、スイッチＳＷ７，ＳＷ８のオンオフの切換が行われる。このガス検出素子３０の活性判定の方法については後述する。

「活性モード」は、ガス検出素子３０が活性化し、酸素濃度の検出を行う通電モードである。図３に示すように、スイッチＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷ７，ＳＷ８がオフに設定され、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ６がオンに設定される。図２に示すように、Ｖｓセル３８への定電流Ｉｃｐの供給が維持された状態で、ＰＩＤ制御回路７１およびオペアンプＯＰ１から、酸素濃度の検出のための大きな電流をＩｐセル３７に流すことができるようになる。

次に、全領域空燃比センサ１０を用いて排気ガスの酸素濃度（空燃比）を検出する動作について、図１および図２を参照して簡単に説明する。Ｉｃｐ供給回路７４によってＶｓセル３８に微小な定電流Ｉｃｐが流されると、Ｖｓ＋ポートに接続された電極２５側に、ガス検出室２７から固体電解質体３３を介して酸素が汲み込まれる。このときの酸素イオンの移動に伴い、Ｖｓセル３８の両端には電圧Ｖｓが発生するが、ガス検出室２７内に導入された排気ガスの空燃比に応じてガス検出室２７内の酸素が過剰となったり不足したりするため、酸素イオンの移動量に影響し、電圧Ｖｓが変動する。そこで、この電圧Ｖｓが基準電圧、すなわち、ガス検出室２７内の排気ガスの空燃比を理論空燃比に近づけるための電圧Ｖｓの制御目標として設定される４５０ｍＶと比較され、オペアンプＯＰ１にフィードバックされる。つまり、Ｉｐセル３７に流されるポンプ電流Ｉｐの向きと大きさが、ＰＩＤ制御回路７１およびオペアンプＯＰ１によって制御され、ガス検出室２７内の排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように、Ｉｐセル３７による酸素の汲み入れまたは汲み出しが行われる。

具体的に、ガス検出室２７内に流入した排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであった場合、排気ガス中の酸素濃度が薄いため、外部から固体電解質体３１を介してガス検出室２７内に酸素を汲み入れるように、ポンプ電流Ｉｐが制御される。一方、ガス検出室２７内に流入した排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであった場合、排気ガス中には多くの酸素が存在するため、ガス検出室２７から外部へ酸素を汲み出すように、ポンプ電流Ｉｐが制御される。このときのポンプ電流Ｉｐが検出抵抗器Ｒｄを流れ、第１差動増幅回路７３によって電圧変換されて、Ａ／Ｄ変換器９８を介し、全領域空燃比センサ１０の出力（検出信号）としてマイクロコンピュータ６０のＣＰＵ６１に出力される。そして、ＣＰＵ６１では、検出信号として得られたポンプ電流Ｉｐの大きさと向きから、排気ガス中に含まれる酸素濃度、ひいては排気ガスの空燃比を検出するのである。

ここで、安定した酸素濃度の検出結果を得るには、固体電解質体３１，３３，３４が活性化温度以上（例えば、７５０℃）となるまでガス検出素子３０を加熱し、活性化させなければならない。このため、酸素濃度の検出動作の開始前に、ガス検出素子３０の活性化の有無の判定が行われる。以下、ガス検出素子３０の活性化を判定する方法について、図２を用いて簡単に説明する。

酸素濃度の検出動作が行われる際には、電極２５（酸素基準電極）における酸素濃度が基準濃度に高まってなければならないため、ガス検出素子３０の非活性モードではスイッチＳＷ５がオンに設定され、Ｖｓセル３８に定電流Ｉｃｐが流される（予備通電）。また、非活性モードでは、ショートや断線など不具合の検知のため、ポート異常検知回路７７でＶｓ＋ポート、ＣＯＭポート、およびＩｐ＋ポートの電位を監視できるように、スイッチＳＷ１，ＳＷ４がオンに設定される。

ガス検出素子３０の活性判定は、Ｖｓセル３８に抵抗値測定用の定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流した際のＶｓセル３８の両端の電圧Ｖｓの変化をもとに行われる。活性判定は非活性モード中に定期的に行われ、その際には具体的に、図３に示すように、スイッチＳＷ６がオフに設定されて、定電流Ｉｃｐのみが流されていたときのＶｓ＋ポートの電位がコンデンサＣ１によってホールドされ、その電位がバッファＯＰ３により第２差動増幅回路８２に入力される。そしてスイッチＳＷ７がオンに設定されることで定電流−Ｉｃｏｎｓｔが定電流Ｉｃｐに重畳されて流され、Ｖｓ＋ポートに生じた電位が第２差動増幅回路８２に入力される。したがって、第２差動増幅回路８２からは、Ｖｓセル３８に定電流Ｉｃｐが流されることにより生じたＶｓ＋ポートの電位と、定電流−Ｉｃｏｎｓｔが重畳されて流されることにより変化したＶｓ＋ポートの電位との偏差ΔＶｓが出力される。偏差ΔＶｓは、サンプルホールド回路８３を介し、さらにＶｒｐｖｓポートからＡ／Ｄ変換器９９を介してマイクロコンピュータ６０に入力される。マイクロコンピュータ６０では、この偏差ΔＶｓの変化に基づく公知の手法により、Ｖｓセル３８ひいてはガス検出素子３０の活性化の有無を判定する。

なお、定電流−Ｉｃｏｎｓｔは、スイッチＳＷ７がオンに設定されてから所定の短時間、Ｖｓセル３８に流されるが、その後、スイッチＳＷ７がオフに設定されると、偏差ΔＶｓの出力状態は、サンプルホールド回路８３によって保持される。次いでスイッチＳＷ８がオンに設定され、Ｖｓセル３８に逆極性の定電流＋Ｉｃｏｎｓｔが流される。これは、固体電解質体の酸素イオン導電性に対する配向現象の影響からＶｓセル３８を短時間で復帰させるためである。偏差ΔＶｓの取得後は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８のオンオフの状態が、もとの非活性モードの設定に復帰される。なお、図３には図示しないが、活性モードに移行してからも定期的にガス検出素子３０の活性判定は継続され、上記同様のスイッチＳＷ６〜ＳＷ８の操作が行われる。

このように、ＡＳＩＣ７０による全領域空燃比センサ１０への通電制御は、ＥＣＵ１００のマイクロコンピュータ６０により指示される通電モードに応じて行われる。そして上記したように、ＡＳＩＣ７０では、非活性モード中にガス検出素子３０に接続されるＶｓ＋ポート、ＣＯＭポート、およびＩｐ＋ポートの監視を行い、ショートや断線等の異常を検知したならば、クロック同期通信により検知結果をマイクロコンピュータ６０に報せる。さらに、第１の実施の形態のＡＳＩＣ７０は、ＡＳＩＣ７０自身を正常に駆動させるための動作環境に異常が生じた場合、それを検知したならば、自身の現在の通電モードの如何に関わらず、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ８をオフに設定して保護モードへ強制的に移行するとともに、マイクロコンピュータ６０に、保護モードへの移行を報せる。なお、ＡＳＩＣ７０を正常に駆動させるための動作環境に異常が生じた場合とは、例えば、バッテリからＡＳＩＣ７０に供給される電圧が低下したことをＡＳＩＣ７０自身で直接的に検知した場合や、ＡＳＩＣ７０の作動状況を監視する外部回路（装置）からＡＳＩＣ７０の動作環境に異常が生じていることを通知する信号が発せられ、ＡＳＩＣ７０がその通知信号を受信した場合（すなわち間接的に検知した場合）などが挙げられる。

マイクロコンピュータ６０に対するＡＳＩＣ７０の保護モードへの移行の報知は、移行後の最初のクロック同期通信の際に、移行を報せる信号（報知信号）を、マイクロコンピュータ６０に送信することにより行われる。具体的には、クロック同期通信によってＡＳＩＣ７０から送信されるデータのうちの特定の１ビットが、報知信号に対応している。マイクロコンピュータ６０では、報知信号を受信すると、ＡＳＩＣ７０に対する制御を初期状態に戻し、電源投入時の状態にして行う。マイクロコンピュータ６０におけるＡＳＩＣ７０の制御は、ＣＰＵ６１によって実行される通電制御プログラムにしたがって行われる。以下、通電制御プログラムの動作について、図２〜図４を参照して説明する。図４は、通電制御プログラムのフローチャートである。

なお、通電制御プログラムでは、現在の通電モードが、保護モード、非活性モード、活性モードのいずれであるかを示すモードフラグが利用される。以下、フローチャートの各ステップについては「Ｓ」と略記する。

図４に示す、通電制御プログラムは、自動車がキーオンされてＥＣＵ１００のマイクロコンピュータ６０の駆動が開始すると、内燃機関を制御するための他のプログラムと共に、ＣＰＵ６１によって実行される。まず、イニシャライズ（初期化）が実施され、ＲＡＭ６３上に通電制御プログラムで使用されるフラグや変数、カウンタ等の領域の確保、リセット、初期値の設定等が行われる（Ｓ１）。また、経過時間に応じた判断処理において利用されるカウンタがスタートされる。

次に、ＡＳＩＣ７０に対し保護モードへの移行を指示するため、クロック同期通信時に送信される情報を記憶する送信バッファに指示信号が記憶される（Ｓ３）。また、モードフラグには保護モードであることを示すフラグが立てられる。そして、デバイス選択信号によりＡＳＩＣ７０との通信が確立したら、クロック同期通信により保護モードへの移行指示が行われる（Ｓ５）。

図２に示す、ＡＳＩＣ７０の通信回路８０では、クロック同期通信により受信バッファに保護モードへの移行を指示する指示信号が記憶されると、スイッチ制御回路８１に対し、保護モードにおけるスイッチ制御の実行を指示する信号が発せられる。スイッチ制御回路８１はその指示にしたがって、図３の図表に示す、保護モードにおけるスイッチ制御を実行し、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ８をオフに設定する。

次に、図４に示すように、ＥＣＵ１００のマイクロコンピュータ６０では、Ｓ５で行われたクロック同期通信においてＡＳＩＣ７０から報知信号を受信していないか、受信バッファの確認が行われる（Ｓ７）。

図２に示す、ＡＳＩＣ７０では、電源投入後に保護モードへ移行し、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ８がオフに設定される。このとき、Ｖｓ＋ポート、ＣＯＭポートおよびＩｐ＋ポートはいずれもハイインピーダンス状態となるため、ポート異常検知回路７７では、回路上に異常が生じたものと判断し、通信回路８０の送信バッファに、ポートの異常を報せる報知信号を記憶する。このため、図４のＳ７では、クロック同期通信によりＡＳＩＣ７０からの報知信号を受信するが（Ｓ７：ＹＥＳ）、このような仕様において、保護モードであれば当然ながらポート異常の報知信号は、受信することになる。したがって、受信した報知信号が動作環境の異常を知らせる信号でなければ、つまり、報知信号を構成するデータのうち、電源電圧比較回路７８やハードウェアリセット検出回路７９によって書き込まれる特定のビットが成立された状態になければ（Ｓ１５：ＮＯ）、保護モードである限り（Ｓ１７：ＹＥＳ）、報知信号を無視してＳ１１に進む。また、Ｓ７で、報知信号を受信していなかった場合も（Ｓ７：ＮＯ）、現在保護モードであればＳ１１に進む（Ｓ９：ＹＥＳ）。

Ｓ１１において、カウンタのスタート後、所定時間が経過したかが確認される。第１の実施の形態では、保護モードから非活性モードへの移行条件の一例として、５００ｍｓｅｃの時間経過が設定されている。駆動開始直後はまだ５００ｍｓｅｃが経過していないので（Ｓ１１：ＮＯ）、Ｓ３５で上記のカウンタを利用してプログラムの繰り返し実行間隔（第１の実施の形態では１０ｍｓｅｃ）の経過を測り、待機する（Ｓ３５：ＮＯ）。待機後はＳ５に戻り（Ｓ３５：ＹＥＳ）、Ｓ５〜Ｓ３５を繰り返して保護モードを継続する。

Ｓ５，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１１，Ｓ３５が繰り返されるうちに５００ｍｓｅｃが経過すれば（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ＡＳＩＣ７０に対し非活性モードへの移行を指示するため、送信バッファに指示信号が記憶される（Ｓ１３）。また、モードフラグには非活性モードであることを示すフラグが立てられる。そして、上記同様、１０ｍｓｅｃの待機後に（Ｓ３５：ＮＯ）、Ｓ５に戻り、デバイス選択信号によりＡＳＩＣ７０との通信が確立したら、クロック同期通信により非活性モードへの移行指示が行われる。

図２に示す、ＡＳＩＣ７０の通信回路８０では、非活性モードへの移行を指示する指示信号を受信すると、スイッチ制御回路８１に対し、非活性モードにおけるスイッチ制御の実行を指示する信号が発せられる。スイッチ制御回路８１はその指示にしたがって、図３の図表に示す、非活性モードにおけるスイッチ制御を実行しスイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ７，ＳＷ８をオフに設定し、スイッチＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６をオンに設定する制御が行われる。図２に示すように、ガス検出素子３０のＶｓセル３８に定電流Ｉｃｐが流されるとともに、ＣＯＭポートおよびＩｐ＋ポートにオペアンプＯＰ２および分圧回路８５が接続される。これにより、Ｖｓ＋ポート、ＣＯＭポートおよびＩｐ＋ポートは電位を生じてハイインピーダンス状態ではなくなり、ポート異常検知回路７７により、ショートや断線等の異常が発生していないか、ポート異常の検知が正常に行われる状態となる。したがって、実際にショートや断線等が生じていなければ、ポート異常を報せる報知信号は発せられなくなる。しかし、ポート異常の発生が確認されれば、通信回路８０の送信バッファにポート異常の発生を報せる信号が書き込まれ、次回のクロック同期通信の際にマイクロコンピュータ６０に送信される。

図４に示すように、ＥＣＵ１００のマイクロコンピュータ６０では、報知信号の受信がなければ（Ｓ７：ＮＯ）、次のＳ９において、モードフラグが非活性モードとなっているため現在は保護モードではないと判断される（Ｓ９：ＮＯ）。そしてモードフラグにより、現在の通電モードが活性モードであるかが確認される（Ｓ２３）。保護モードからのモード移行では上記のように非活性モードに移行されるため（Ｓ２３：ＮＯ）、活性判定処理が行われる（Ｓ２５）。すなわち、前述したように、Ｖｓセル３８に抵抗値測定用の定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流し、得られる偏差ΔＶｓの変化に基づくガス検出素子３０の活性判定が、通電制御プログラムとは別途実行される他のプログラムにおいて行われる。そしてガス検出素子３０がまだ活性化していないと判断されれば（Ｓ２７：ＮＯ）、Ｓ３５に進み、１０ｍｓｅｃの経過を待ってＳ５に戻り、Ｓ５〜Ｓ３５が繰り返される。

以降、Ｓ５，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ２３，Ｓ２５，Ｓ２７，Ｓ３５が繰り返され、ガス検出素子３０が活性化したと判断されるまで、非活性モードが継続される。そして、ガス検出素子３０が活性化したと判断されたら（Ｓ２７：ＹＥＳ）、ＡＳＩＣ７０に対し活性モードへの移行を指示するため、送信バッファに指示信号が記憶される（Ｓ２９）。また、モードフラグには活性モードであることを示すフラグが立てられる。そして、次回のＳ５の実行の際に、デバイス選択信号によりＡＳＩＣ７０との通信が確立したら、クロック同期通信により活性モードへの移行指示が行われる。

図２に示す、ＡＳＩＣ７０の通信回路８０では、活性モードへの移行を指示する指示信号を受信すると、スイッチ制御回路８１に対し、活性モードにおけるスイッチ制御の実行を指示する信号が発せられる。スイッチ制御回路８１はその指示にしたがって、図３の図表に示す、活性モードにおけるスイッチ制御を実行し、スイッチＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷ７，ＳＷ８をオフに設定し、ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ６をオンに設定する制御が行われる。図２に示すように、ガス検出素子３０のＶｓセル３８に定電流Ｉｃｐが継続して流されるとともに、Ｉｐ＋ポートおよびＰｏｕｔポートにオペアンプＯＰ１およびＰＩＤ制御回路７１が接続され、Ｉｐセル３７にポンプ電流Ｉｐが流される。そして前述したように、ポンプ電流Ｉｐが流れる検出抵抗器Ｒｄの両端の電位が第１差動増幅回路７３よって検出され、ＶｏｕｔポートからＡ／Ｄ変換器９８を介し、全領域空燃比センサ１０の出力（検出信号）としてマイクロコンピュータ６０に入力される。

図４に示すように、ＥＣＵ１００のマイクロコンピュータ６０では、活性モードに移行すると（Ｓ９：ＮＯ，Ｓ２３：ＹＥＳ）、Ｓ３１において、全領域空燃比センサ１０の検出信号を取得し（Ｓ３１）、その信号値（電圧値）に基づき、公知の演算を適用して、排気ガス中の酸素濃度（ガス濃度）の検出、ひいては排気ガスの空燃比の検出を行う（Ｓ３３）。検出された排気ガスの空燃比は、ＥＣＵ１００に接続された他の回路（装置）の制御、例えば燃料の噴射タイミングや点火時期の制御に用いられる。以後、Ｓ３５に進み、１０ｍｓｅｃの経過を待ってＳ５に戻り、Ｓ５〜Ｓ３５が繰り返される。

ところで、通電モードがいずれであっても、Ｓ５〜Ｓ３５が繰り返し実行されるうちに、図２に示す、ＡＳＩＣ７０の電源電圧比較回路７８において監視されるバッテリ電圧が、基準電位よりも低下すると、電源電圧比較回路７８は、スイッチ制御回路８１に、保護モードに応じたスイッチ制御の実行を指示する信号を発する。スイッチ制御回路８１はその指示にしたがって、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ８をオフに設定し、強制的に保護モードへ移行して、ガス検出素子３０への通電を停止する。さらに電源電圧比較回路７８は、通信回路８０の送信バッファに、保護モードに移行したことを報せる報知信号（フラグ）を書き込む。

一方、ＡＳＩＣ７０において、諸要因によりＡＳＩＣ７０にハードウェアリセットがかかり再起動した場合も同様である。ハードウェアリセット検出回路７９からの指示によってスイッチ制御回路８１による保護モードにおけるスイッチ制御が実行される。すなわち、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ８がオフに設定されて強制的な保護モードへの移行がなされ、ガス検出素子３０への通電が停止されるとともに、通信回路８０の送信バッファに報知信号が書き込まれる。

そして、ＡＳＩＣ７０が保護モードへ移行した後、初めて、図４に示す、Ｓ５においてクロック同期通信が行われたときに、マイクロコンピュータ６０に報知信号が送信される。マイクロコンピュータ６０が報知信号を受信すると（Ｓ７：ＹＥＳ）、この報知信号は動作環境の異常を報せる信号であるため（Ｓ１５：ＹＥＳ）、保護モードへの移行が行われる（Ｓ１９）。すなわち、ＡＳＩＣ７０に対し保護モードへの移行を指示するため、送信バッファに指示信号が記憶される。また、モードフラグには保護モードであることを示すフラグが立てられる。さらに、カウンタがリセットされ（Ｓ２１）、非活性モードへ移行するため条件としての５００ｍｓｅｃの経時が再開されて、Ｓ３５に進む。これにより、マイクロコンピュータ６０（ＥＣＵ１００）の把握する全領域空燃比センサ１０の通電モードと、ＡＳＩＣ７０において行われている各スイッチの制御状態とが一致し、以降、Ｓ５〜Ｓ３５が繰り返し実行されて、ガス検出素子３０の駆動が初期状態から開始される。

また、ＡＳＩＣ７０のポート異常検知回路７７により、Ｖｓ＋ポート、ＣＯＭポートおよびＩｐ＋ポートの電位に基づきショートや断線等の異常の発生が確認された場合にも、マイクロコンピュータ６０にポート異常の発生を報せる報知信号が送信される。上記したように、ポート異常が無視される保護モードではなく、非活性モードや活性モードにおいて、ポート異常に関する報知信号が送信された場合、マイクロコンピュータ６０が報知信号を受信すると（Ｓ７：ＹＥＳ）、この報知信号は動作環境の異常を報せる信号ではないが（Ｓ１５：ＮＯ）、現在、保護モードでもないので（Ｓ１７：ＮＯ）、Ｓ１９に進み、保護モードへの移行が行われる。ＡＳＩＣ７０ではポート異常検知回路７７の指示によりすでに保護モードへ移行しているが、これにより、マイクロコンピュータ６０の把握する全領域空燃比センサ１０の通電モードと、ＡＳＩＣ７０において行われている各スイッチの制御状態とが一致し、ガス検出素子３０の駆動が初期状態から開始される。

以上説明したように、第１の実施の形態のＡＳＩＣ７０では、自身の動作環境に異常が発生したことを検知することができる。具体的には、電源電圧比較回路７８により、自身に供給されるバッテリ電圧が基準電位よりも低下したことから直接的に検知したり、諸要因によりＡＳＩＣ７０にハードウェアリセットがかかり再起動したことをハードウェアリセット検出回路７９が外部回路より通知されることによって、間接的に検知したりすることができる。そして、動作環境に異常が発生したことを検知した場合には、スイッチ制御回路８１により、強制的に全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ８をオフに設定し、保護モードにおけるスイッチ制御を行うことで、全領域空燃比センサ１０のガス検出素子３０への通電を停止することができる。さらに、保護モードへの移行後、初めて、通信回路８０がＥＣＵ１００のマイクロコンピュータ６０とのクロック同期通信を確立した際に、自身が保護モードに移行したことを報せる報知信号を出力することができる。

次に、センサ駆動装置の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態のセンサ駆動装置は、図２に示す、第１の実施の形態のＡＳＩＣ７０の電源電圧比較回路７８を、ＡＳＩＣ７０の外部回路（装置）として設けた場合の例である。したがって、全領域空燃比センサ１０やマイクロコンピュータ６０については、その構成が同一であり、また、マイクロコンピュータ６０において実行される通電制御プログラムについても、第１の実施の形態と同様である。したがって、第２の実施の形態では、第１の実施の形態におけるＡＳＩＣ７０およびＥＣＵ１００との構成上の異なる部分について、図５を参照して説明し、同一の部分については説明を省略または簡略化して行うものとする。図５は、ＡＳＩＣ１７０の電気的な構成について説明するための図である。

図５に示すように、第２の実施の形態のＡＳＩＣ１７０は、第１の実施の形態のＡＳＩＣ７０における電源電圧比較回路７８およびハードウェアリセット検出回路７９（図２参照）を有さない代わりに、通知信号検出回路１７８を備える。通知信号検出回路１７８は、ＥＣＵ２００に設けられる電源電圧比較回路１８４に接続されており、電源電圧比較回路１８４から、後述する通知信号を受信可能に構成されている。また、通知信号検出回路１７８は、その出力が、通信回路８０とスイッチ制御回路８１とに接続されている。一方、ＥＣＵ２００には、電源電圧比較回路１８４が設けられている。電源電圧比較回路１８４は、バッテリから供給される電源電圧を基準の電位と比較する回路である。電源電圧が基準電位よりも低下した場合、電源電圧比較回路１８４は、通知信号検出回路１７８に対し、通知信号を出力する。なお、通知信号検出回路１７８や、第１の実施の形態において説明したハードウェアリセット検出回路７９が、本発明の第２態様における「判断手段」に相当する。また、電源電圧比較回路１８４が、本発明の第２態様における「第２外部装置」に相当する。

このような構成をなす第２の実施の形態において、ＥＣＵ２００の電源電圧比較回路１８４は、バッテリからＥＣＵ２００に供給される電源電圧の低下を検知すると、その電源電圧がＡＳＩＣ１７０にも供給されていることから、ＡＳＩＣ１７０を正常に駆動するための動作環境に異常が生じたとして、ＡＳＩＣ１７０に通知信号を発する。ＡＳＩＣ１７０では、通知信号検出回路１７８において、通知信号を受信したことを判断すると、自身の動作環境に異常が生じたことを知り、強制的に保護モードへの移行を行う。すなわち、通知信号検出回路１７８は、スイッチ制御回路８１に全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ８をオフにする保護モード時のスイッチ制御の実行を指示する信号を発する。さらに、通知信号検出回路１７８は、通信回路８０の送信バッファに、保護モードに移行したことを報せる報知信号（フラグ）を書き込む。これにより、第１の実施の形態と同様に、クロック同期通信が行われたときに、マイクロコンピュータ６０に報知信号が送信される。マイクロコンピュータ６０では、その報知信号に基づいて、通電制御プログラムにおいて保護モードへの移行を行う。よって、マイクロコンピュータ６０の把握する全領域空燃比センサ１０の通電モードと、ＡＳＩＣ１７０において行われている各スイッチの制御状態とが一致し、ガス検出素子３０の駆動が初期状態から開始される。

なお、本発明は上記各実施の形態に限られず、各種の変形が可能なことは言うまでもない。例えば、ＡＳＩＣ７０において、自身の動作環境に異常が生じたことを検知する環境異常検知手段の一例として、電源電圧比較回路７８を挙げた。その他にも、ポート異常検知回路７７を環境異常検知手段の一例としてもよい。また、第２外部装置の例として電源電圧比較回路１８４を挙げたが、上記した、定電流Ｉｃｏｎｓｔの供給回路の作動状態を監視する回路も第２外部装置に相当するものである。また、その他にも、定電流ＩｃｐやＩｐの供給回路の作動状態を監視する回路（装置）を、第２外部装置として設けてもよい。また、通電モードの一例として、保護モード、非活性モードおよび活性モードを挙げたが、さらに多彩な通電モードを有し、さらに細かな動作状況に応じた通電モードの適用を行ってもよい。

また、本実施の形態の全領域空燃比センサ１０は、酸素ポンプセルであるＩｐセル３７と、酸素濃度検出セルであるＶｓセル３８とを備えた２セル式のガスセンサであるが、その他のタイプのガスセンサに対し、本発明を適用してもよい。

また、第１，第２の本実施の形態ではセンサ駆動装置をＡＳＩＣ７０，１７０としてＥＣＵ１００，２００に組み込んだ構成としたが、ＥＣＵ１００，２００とは別体にセンサ駆動装置を設けてもよい。ヒータ制御回路５０についても同様であり、センサ駆動装置に組み込んでもよいし、あるいはヒータ制御装置として単体に設けてもよい。

また、ＡＳＩＣ７０，１７０から出力される報知信号は、ＡＳＩＣ７０，１７０が自身の動作環境の異常を検知して保護モードにおけるスイッチ制御を行った後で、初回のマイクロコンピュータ６０とのクロック同期通信の際に伝達されたが、必ずしも初回の同期通信時に行ことに限定するものではない。ＡＳＩＣ７０，１７０自身が強制的に保護モードへ移行した後であれば、いずれかの同期通信が確立した際において報知信号を出力してもよいし、また、初回のみに限らず、複数回の連続的あるいは断続的な同期通信の確立の際に、報知信号を出力してもよい。もちろん、報知信号の伝達はクロック同期通信に限るものでもなく、ＡＳＩＣ７０，１７０に、保護モードへの移行を報せるための専用あるいは共用のポートを設け、マイクロコンピュータ６０に指示信号を送信できるようにしてもよい。

全領域空燃比センサ１０の概略的な構造を示す図である。 ＡＳＩＣ７０の電気的な構成について説明するための図である。 各通電モードにおけるスイッチＳＷ１〜ＳＷ８のオンオフの状態を示す図表である。 通電制御プログラムのフローチャートである。 ＡＳＩＣ１７０の電気的な構成について説明するための図である。

符号の説明

１０ 全領域空燃比センサ
７０，１７０ ＡＳＩＣ
７８，１８４ 電源電圧比較回路
７９ ハードウェアリセット検出回路
８０ 通信回路
８１ スイッチ制御回路
１００，２００ ＥＣＵ
１７８ 通知信号検出回路

Claims (6)

1. 自身に接続されたセンサに対する複数の通電モードとして、少なくとも、前記センサへの通電を行う駆動モードと、前記センサへの通電を遮断して前記センサの保護を行う保護モードとを有し、
   自身の動作環境が正常で、前記複数の通電モードのうちのいずれかのモードを選択する指示信号を出力する第１外部装置から当該指示信号を受信したときに、前記複数の通電モードのうちのいずれかのモードへ移行して前記センサの通電制御を行うセンサ駆動装置であって、
   当該センサ駆動装置を正常に駆動させるための動作環境に異常が生じているか否かを検知する環境異常検知手段と、
   自身が前記複数の通電モードのうちのいずれのモードにあっても前記保護モードへ強制的に移行する保護手段と、
   前記保護手段によって前記保護モードに移行した後に、前記第１外部装置に対し、前記保護モードへの移行を報せる報知信号を出力する報知手段と
   を備え、
   前記保護手段は、前記環境異常検知手段によって前記動作環境の異常が検知された場合に、前記保護モードへ強制的に移行することを特徴とするセンサ駆動装置。
2. 自身に供給される電源電圧が規定の電圧よりも低下した場合に、前記環境異常検知手段は、前記動作環境の異常を検知することを特徴とする請求項１に記載のセンサ駆動装置。
3. 自身に接続されたセンサに対する複数の通電モードとして、少なくとも、前記センサへの通電を行う駆動モードと、前記センサへの通電を遮断して前記センサの保護を行う保護モードとを有し、
   自身の動作環境が正常で、前記複数の通電モードのうちのいずれかのモードを選択する指示信号を出力する第１外部装置から当該指示信号を受信したときに、前記複数の通電モードのうちのいずれかのモードへ移行して前記センサの通電制御を行うセンサ駆動装置であって、
   当該センサ駆動装置を正常に駆動させるための動作環境に異常が生じているか否かを検知する第２外部装置から、前記動作環境に異常が生じていることを通知する通知信号を受信したか否かを判断する判断手段と、
   自身が前記複数の通電モードのうちのいずれのモードにあっても前記保護モードへ強制的に移行する保護手段と、
   前記保護手段によって前記保護モードに移行した後に、前記第１外部装置に対し、前記保護モードへの移行を報せる報知信号を出力する報知手段と
   を備え、
   前記保護手段は、前記判断手段によって前記通知信号を受信したと判断された場合に、前記保護モードへ強制的に移行することを特徴とするセンサ駆動装置。
4. 前記報知手段は、前記第１外部装置との間で同期通信により前記指示信号および前記報知信号を送受信可能に構成されており、
   前記報知手段は、前記保護手段による前記保護モードへの移行後、初回の前記第１外部装置との同期通信の確立の際に、前記第１外部装置に対し前記報知信号を出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のセンサ駆動装置。
5. 前記センサへの通電経路上に異常が生じたか否かを検知する経路異常検知手段を備え、
   前記保護手段は、前記経路異常検知手段が前記通電経路上に異常を検知した場合にも、前記保護モードへ強制的に移行することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のセンサ駆動装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のセンサ駆動装置と、前記センサとを有することを特徴とするセンサ駆動システム。

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