JP2010160011A

JP2010160011A - ガスセンサ制御装置及びガスセンサ制御方法

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Publication number: JP2010160011A
Application number: JP2009001411A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Inoue; 義規井上
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2009-01-07
Filing date: 2009-01-07
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2029-01-07
Also published as: JP5047196B2

Abstract

【課題】暫定的に配線異常を検出した場合には、異常が解消された時にガスセンサを速やかに正常復帰させ、異常確定後はガスセンサを非通電にしてガスセンサの破損を防止することができるガスセンサ制御装置を提供する。
【解決手段】固体電解質体１３，２３および固体電解質体に設けられた一対の電極１２、１６、２２、２８を備えるセル１４、２４を有するガスセンサ８と、ヒータ４３と、セルに通電するセンサ駆動回路５２と、ヒータ制御回路６０と、配線異常を検出する配線異常検出手段５８と、配線異常を検出するとヒータの最大電圧未満でかつセルの活性化温度を維持可能な電圧以上の中間電圧でヒータを通電し、配線異常の発生が所定頻度を超えた場合には、異常を確定してガスセンサを非通電にする制御手段９とを備えたガスセンサ制御装置１である。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体電解質体および該固体電解質体に設けられた一対の電極を備えるセルを少なくとも１つ以上有するガスセンサを制御するセンサ制御装置およびセンサ制御方法に関する。

自動車等の内燃機関の燃費向上や燃焼制御を行うガスセンサとして、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサや空燃比センサが知られている。又、自動車の排気ガス規制の強化に伴い、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）量の低減が要求されており、ＮＯ_ｘ濃度を直接測定できるＮＯ_ｘセンサが開発されている。
これらのガスセンサは、ジルコニア等の酸素イオン伝導性の固体電解質の表面に一対の電極を形成してなるセルを１つないし複数備えたガスセンサ素子を有し、このガスセンサ素子からの出力に基づいて特定ガスの濃度検出を行っている。
又、これらのガスセンサは、固体電解質を活性化させるためのヒータを内蔵している。

これらのガスセンサとして、２つのセル（酸素濃度検知セルおよび酸素ポンプセル）を測定室を挟むように配置し、測定室に拡散抵抗体を介して被測定ガスを導入して被測定ガスに含まれる酸素を検知する全領域空燃比センサ（以下、ＵＥＧＯセンサともいう）が知られている。さらに、２つのセル（酸素濃度検知セルおよび酸素ポンプセル）に加え、ＮＯ_ｘガス濃度を検知するセルを配置し、合計３つのセルを有するＮＯ_ｘガスセンサも知られている。

このようなガスセンサにはセンサ駆動回路が接続され、センサ駆動回路を介してセルに通電し、セルの出力に基づいて被測定ガス中の特定ガス濃度を測定しており、センサ駆動回路を含めてガスセンサ制御装置と称される。又、セルへの通電状態として、ガスセンサを保護するための保護用通電状態、非活性状態のガスセンサに微小電流が通電されている活性前通電状態、特定ガスを検出するためのガス濃度測定用通電状態などがある。
このうち、保護用通電状態は、セルとセンサ駆動回路との間の導通を電気的に遮断して、ガスセンサに電流が流れないようにし、ガスセンサを保護する。又、活性前通電状態は、微小電流を通電することで、例えば酸素濃度検知セルの基準酸素室に基準濃度となる酸素を蓄積し、ガス濃度測定に備えるモードである。

ところで、センサ駆動回路又はガスセンサの配線にバッテリーやグランドとの短絡、断線等の異常が生じることがある。そして、かかる配線異常が生じているにも係らず、ガス濃度を測定するガス濃度測定用通電状態が継続すると、ガスセンサに過大な電流が流れてガスセンサが破損する虞がある。
このようなことから、配線異常を検出した場合に、センサ駆動回路側とガスセンサとの接続を電気的に遮断して保護用通電状態とし、その後、異常内容と異常発生箇所とを診断する技術が開発されている（特許文献１参照）。これにより、ガスセンサに異常電流が流れ続けることがなくなり、ガスセンサを破損させないようにしている。

又、配線異常を認識せずに、他の通電状態からガス濃度測定用通電状態に切り替える指令がセンサ駆動回路に出力されると、同様にガスセンサに過大な電流が流れてガスセンサが破損する虞がある。
このようなことから、直前の状態が活性前通電状態であるときにのみ、ガス濃度測定用通電状態への切り替えを許容することで、ガスセンサを破損させずに異常を検出する技術が開発されている（特許文献２参照）。これにより、仮に配線異常が生じていても、ガスセンサに微小電流を流す活性前通電状態であれば、ガスセンサの印加電圧が正常範囲を逸脱することから配線異常を検出できる。

特許第３８３３６８７号公報特開２００８−７０１９４号公報

ところで、従来のガスセンサ制御装置の場合、配線異常を検出してもヒータが正常時と同様に加熱制御されているため、配線異常を検出してガスセンサの作動を停止（エンジンスイッチのオフ動作）した後、ガスセンサを再起動（ホットリスタート）した際、ガスセンサが昇温され過ぎて不具合が生じる可能性があった。
一方、配線が正常であるにも係らず異常であると誤検出したり、配線異常が直ぐに解消することがあり、配線異常を検出して直ちにヒータの加熱をオフにすると、配線異常が解消されガスセンサを正常に復帰（作動）させようとしても、ガスセンサが冷え過ぎているため作動までに時間を要する。
すなわち、本発明は、暫定的に配線異常を検出したが異常を確定するに至らない場合には、異常が解消された時にガスセンサを速やかに正常復帰させることができると共に、異常確定後はガスセンサを非通電にして配線異常時の通電によるガスセンサの破損を防止することができるガスセンサ制御装置及びガスセンサ制御方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のガスセンサ制御装置は、固体電解質体および該固体電解質体に設けられた一対の電極を備えるセルを少なくとも１つ以上有するガスセンサと、前記固体電解質体を加熱するヒータと、前記ガスセンサに接続され、前記ガスセンサを駆動するため前記セルに通電するセンサ駆動回路と、前記ヒータを制御するヒータ制御回路と、前記センサ駆動回路又は前記ガスセンサの配線異常を検出する配線異常検出手段と、前記配線異常検出手段が前記配線異常を検出すると、前記ヒータ制御回路を駆動させて前記ヒータの最大電圧未満でかつ前記セルの活性化温度を維持可能な電圧以上の中間電圧で前記ヒータを通電し、前記配線異常の発生が所定頻度を超えた場合には、異常を確定して前記センサ駆動回路を駆動させ前記ガスセンサを非通電にする制御手段と、を備えている。
このような構成とすると、ひとまず暫定的に異常を検出したが、異常を確定するに至らない場合には、中間電圧でヒータを適度に加熱するため、異常が解消されれば直ちにガスセンサの正常な動作に復帰できる。従って、配線異常が解消されてガスセンサを正常に作動させようとしても、ガスセンサが冷え過ぎて起動に時間を要することが防止される。
一方で、異常確定後はガスセンサを非通電にするので、配線異常時の通電によるガスセンサの破損を防止する。又、異常確定後も中間電圧でヒータを適度に加熱すれば、ガスセンサが昇温され過ぎるのを防止すると共に、ガスセンサの適度な加熱が続くので、被測定ガス中のカーボン等によるガスセンサの被毒を防止することができる。

前記制御手段は、前記異常を確定する際、さらに前記ヒータ制御回路を駆動させて前記ヒータを非通電にしてもよい。
このような構成とすると、異常確定後はヒータを非通電にするので、異常確定後もヒータを加熱し続けてガスセンサが昇温され過ぎることをより確実に防止する。

本発明のガスセンサ制御装置において、前記制御手段による前記異常を確定した旨の情報が記憶され、該情報が前記ガスセンサ制御装置の停止後も保持される記憶手段と、前記制御手段が前記異常を確定したときに、前記記憶手段に保持された前記情報に基づいて報知の有無を判定する報知手段とをさらに備えてもよい。
このような構成とすると、異常確定の情報に応じて、操作者（自動車の運転者等）にガスセンサが異常であることを報知し、対応を促すことができる。通常、ガスセンサ制御装置を一旦停止した後、再び起動すると、前回に確定された異常が解消されることがあるにも係らず、異常確定が繰り返されている場合などには、異常が深刻であることが多いからである。

本発明のガスセンサ制御方法は、固体電解質体および該固体電解質体に設けられた一対の電極を備えるセルを少なくとも１つ以上有するガスセンサと、前記固体電解質体を加熱するヒータと、前記ガスセンサに接続され、前記ガスセンサを駆動するため前記セルに通電するセンサ駆動回路とを備えたガスセンサ制御装置の制御方法であって、前記センサ駆動回路又は前記ガスセンサの配線異常を検出する配線異常検出過程と、前記配線異常を検出すると、前記ヒータの最大電圧未満でかつ前記セルの活性化温度を維持可能な電圧以上の中間電圧で前記ヒータを通電するヒータ通電制御過程と、前記配線異常の発生が所定頻度を超えた場合には、異常を確定して前記センサ駆動回路を駆動させ前記ガスセンサを非通電にするガスセンサ非通電過程と、を有する

前記ガスセンサ非通電過程において、前記異常を確定する際、さらに前記ヒータを非通電にしてもよい。

本発明のガスセンサ制御方法において、前記異常を確定した旨の情報を記憶し、かつ該情報を前記ガスセンサ制御装置の停止後も保持する記憶過程と、前記ガスセンサ非通電過程において前記異常を確定したときに、前記情報に基づいて報知の有無を判定する報知過程とをさらに有してもよい。

この発明によれば、暫定的に配線異常を検出したが異常を確定するに至らない場合には、異常が解消された時にガスセンサを速やかに正常復帰させることができると共に、異常確定後はガスセンサを非通電にして配線異常時の通電によるガスセンサの破損を防止することができる。

電子制御ユニットを備える内燃機関制御システムの概略構成図である。電子制御ユニットの概略構成を示す回路図である。各通電状態（作動モード）に対する各スイッチの状態を表した説明図である。ヒータ通電制御処理（異常確定処理を含む）のフローチャートを示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５を含む、本発明の実施形態に係るガスセンサ制御装置１（内燃機関制御システム）の構成を示す概略図である。なお、ガスセンサ制御装置１は、内燃機関（エンジン）の運転状態を制御するための各種制御処理を実行し、被測定ガス（排気ガス）に含まれる特定ガス（酸素など）の濃度を検出する処理を実行している。
ガスセンサ制御装置１は、電子制御ユニット５、ガスセンサ８を備え、ガスセンサ８はエンジンの排気管に取り付けられている。電子制御ユニット５は、ガスセンサ８（センサ素子１０）を制御するセンサ制御回路２、エンジン制御装置９（以下、「エンジンＣＰＵ」９ともいう）、ヒータ４３を制御するヒータ制御回路６０を備え、センサ制御回路２はセンサ駆動回路５２を含んでいる。エンジン制御装置９は、ヒータ制御回路６０に接続され、センサ素子１０の温度が作動温度（以降、活性化温度ともいう、たとえば５５０〜９００℃）となるようにヒータ制御回路６０を制御する。又、エンジン制御装置９は、伝送ケーブル７１を介してセンサ制御回路２に接続されてセンサ制御回路２を制御する。

ガスセンサ８は、被測定ガス（排気ガス）中の酸素濃度を広域にわたって検出するセンサ素子１０と、センサ素子１０を作動温度に保つためのヒータ４３とを備え、いわゆる全領域空燃比センサとして動作する。又、センサ素子１０は、酸素ポンプセル１４と、多孔質拡散層１８と、酸素濃度検知セル２４と、補強板３０とを備えている。ガスセンサ８の詳細な構成については後述する。

センサ制御回路２は、ガスセンサ８に電気的に接続されるセンサ駆動回路５２等を備えている。センサ駆動回路５２は、ガスセンサ８（酸素ポンプセル１４および酸素濃度検知セル２４）に通電してこれらの駆動制御を行い、酸素ポンプセル１４の出力（ガス検出信号）や素子抵抗値信号を検出する。センサ制御回路２は、検出されたガス検出信号および素子抵抗値信号をエンジン制御装置９に出力する。
なお、センサ制御回路２は、例えばＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）として実現することができる。又、ガス検出信号は、被測定ガス中の酸素濃度に応じて変化し、酸素濃度を測定するために用いられる。一方、素子抵抗値信号は、ガスセンサ８の電気抵抗値を示し、ガスセンサ８の温度に応じて変化するが、素子抵抗値信号の検出及びガスセンサ８の温度の算出は公知の手法を用いて行うことができるため、詳細は省略する。

センサ制御回路２（センサ駆動回路５２）は、Ｖｓ＋端子、ＣＯＭ端子、Ｉｐ＋端子を備え、これらの各端子は、電子制御ユニット５の第１接続端子１５、第２接続端子１７、第３接続端子１９にそれぞれ電気的に接続されている。そして、第１接続端子１５及び配線６１を介して、後述するセンサ素子１０の第２検知電極２８がセンサ制御回路２のＶｓ＋端子に電気的に接続されている。また、第２接続端子１７及び配線６２を介して、センサ素子１０の第１検知電極２２および第２ポンプ電極１６がセンサ制御回路２のＣＯＭ端子に電気的に接続されている。同様に、第３接続端子１９及び配線６３を介して、センサ素子１０の第１ポンプ電極１２がセンサ制御回路２のＩｐ＋端子に電気的に接続されている。このようにして、ガスセンサ８にセンサ駆動回路５２が電気的に接続され、ガス検出信号や素子抵抗値信号を検知するようになっている。

制御部５５は、センサ制御回路２での各種制御処理を実行するロジック回路で構成することができる。

ヒータ制御回路６０はトランジスタＴｒを備え、トランジスタＴｒのコレクタはヒータ４３の一端に接続され、エミッタが抵抗Ｒｈを介して接地され、ベースがエンジン制御装置９に接続されている。このため、トランジスタＴｒをオン状態にする電圧レベルの信号（ヒータオン信号（指令に相当））をエンジン制御装置９がトランジスタＴｒのベースへ出力している間は、バッテリＶＢから電圧が供給されヒータ４３の発熱抵抗体７２に電流が流れて、ヒータ４３が発熱する。一方、エンジン制御装置９がヒータオン信号の出力を停止すると、トランジスタＴｒがオフ状態となり、発熱抵抗体７２に電流が流れず、ヒータ４３の加熱が停止される。
なお、本実施形態において、ヒータ４３を最大実効電圧（＝バッテリＶＢの電源電圧、本実施形態では１２Ｖ）で印加するときを通電率（デューティ）１００％とし、最大実効電圧以下の電圧を印加する際の通電率を０％〜１００％未満の間で変化させることにより、ヒータ４３への印加電圧を制御している。そして、この制御は、エンジン制御装置９が、通電率で決まる上記ヒータオン信号をヒータ制御回路６０に出力し、ヒータ制御回路６０がヒータオン信号に従ってオン・オフすることで行われる。つまり、本実施形態では、ヒータ４３への通電をＰＷＭ制御している。
但し、ＰＷＭ制御の代わりに、定電圧源によってヒータ４３への通電制御を行ってもよい。

エンジン制御装置９は、中央演算処理装置としてのＣＰＵと、データやプログラムなどを格納する記憶部（ＲＡＭおよびＲＯＭ）と、外部機器との間で信号の入出力を行う入力ポートおよび出力ポートと、を備えるマイクロコンピュータで構成することができる。エンジン制御装置９は、記憶部に格納されたプログラムに基づいてＣＰＵが各種演算処理を実行し、演算やデータ転送などの命令の実行を制御する。また、エンジン制御装置９は、入力ポートに入力された信号を、入力ポート用レジスタの内容に反映し、出力ポート用レジスタに格納された内容を、出力ポートに信号として出力する。
なお、エンジン制御装置９の記憶部のうち、ＥＥＰＲＯＭ（書き込み、消去可能な不揮発性メモリ）９ｍには、後述する異常確定情報が記憶され、該情報はガスセンサ制御装置１の停止後もＥＥＰＲＯＭ９ｍに保持される。
ＥＥＰＲＯＭ９ｍが特許請求の範囲の「記憶手段」に相当する。

そして、エンジン制御装置９は、センサ制御回路２から出力されるガス検出信号Ｖｉｐに基づき、後述する酸素ポンプセル１４に流れるＩｐ電流の通電状態（通電方向、電流積算値など）を判定するとともに、Ｉｐ電流の通電状態に基づき酸素濃度を演算する。エンジン制御装置９は、演算により得られた酸素濃度を用いてエンジンの燃焼制御などを実行することで、内燃機関の運転状態を制御する。

さらに、エンジン制御装置９は、センサ制御回路２への後述する通電状態を切り替える指令（以下、適宜「切替指令」という）を出力してセンサ制御回路２を駆動させる指令出力処理、配線異常に応じたヒータ４３の通電指令をヒータ制御回路６０に出力してヒータ制御回路６０を駆動させるヒータ通電制御処理、及び上記切替指令の１つであるガスセンサ８の非通電処理も実行している。
なお、エンジン制御装置９が特許請求の範囲の「制御手段」、「及び報知手段」に相当する。

次に、ガスセンサ８の構成について説明する。
酸素ポンプセル１４は、部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ₂）により板状に形成された酸素イオン伝導性固体電解質体１３と、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された第１ポンプ電極１２、第２ポンプ電極１６を有している。第１ポンプ電極１２は、配線６３を介して電子制御ユニット５の第３接続端子１９に電気的に接続されており、第２ポンプ電極１６は、配線６２を介して電子制御ユニット５の第２接続端子１７に電気的に接続されている。なお、第１ポンプ電極１２は、多孔質保護層２９に覆われており、多孔質保護層２９により被毒物質などから保護されている。
酸素濃度検知セル２４は、部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ₂）により板状に形成された酸素イオン伝導性固体電解質体２３と、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された第１検知電極２２、第２検知電極２８を有している。第１検知電極２２は、配線６２を介して電子制御ユニット５の第２接続端子１７に電気的に接続されており、第２ポンプ電極１６とも電気的に接続されている。第２検知電極２８は、配線６１を介して電子制御ユニット５の第１接続端子１５に電気的に接続されている。

酸素ポンプセル１４と酸素濃度検知セル２４との間には、両セル１４，２４を電気的に絶縁し、絶縁性材料（アルミナなど）を主体とする絶縁層（図示せず）が介装され、その絶縁層の一部に多孔質拡散層１８が設けられている。多孔質拡散層１８は、センサ素子１０の内部に導入される被測定ガスの拡散律速を行うため、絶縁性材料（アルミナなど）を主体として多孔質状に形成されている。なお、多孔質拡散層１８の代わりに、上記絶縁層の側壁に拡散律速部として小孔を配設してもよい。
酸素ポンプセル１４と酸素濃度検知セル２４との間には、多孔質拡散層１８および上記絶縁層（図示省略）により包囲された中空状の測定室２０が形成されている。測定室２０は、多孔質拡散層１８（詳細には、多孔質部）を介して測定ガス雰囲気と連通されている。また、測定室２０の上面に第２ポンプ電極１６が露出し、測定室２０の下面に第１検知電極２２が露出している。

又、酸素濃度検知セル２４のうち測定室２０への対向面と反対側の面に補強板３０が積層され、センサ素子１０の全体的な強度を向上させている。補強板３０は、各固体電解質体１３，２３と略同じ大きさであり、セラミックを主体とする材料にて板状に形成されている。
そして、第２検知電極２８は、補強板３０と酸素イオン伝導性固体電解質体２３との間に挟み込まれて外部と遮断され、第２検知電極２８の周囲には密閉空間としての基準酸素室２６が形成されている。従って、第２検知電極２８から第１検知電極２２に向かう方向に微小な定電流Ｉｃｐを通電し、測定室２０から第２検知電極２８の側に酸素をポンピングすることにより、基準酸素室２６に略一定濃度の酸素が蓄積される。このようにして基準酸素室２６の酸素は、酸素濃度を検出する際の基準酸素濃度となる。

一方、センサ素子１０の酸素ポンプセル１４に対向するようにして、平板状のヒータ４３が配置されている。ヒータ４３は、アルミナを主体とする材料にて形成され、その内部には、白金を主体とする材料にて形成されたヒータ配線７２を備えている。ヒータ４３は、後述するヒータ制御回路６０から供給される電力により、センサ素子１０の温度が活性化温度（この実施形態では、８３０℃）となるように制御される。また、ヒータ配線７２の両端は、ヒータ制御回路６０に電気的に接続されている。そして、ヒータ４３による加熱によって、センサ素子１０（の酸素ポンプセル１４および酸素濃度検知セル２４）が活性化し、ガス検出（酸素検出）が可能となる。

次に、ガスセンサ８（センサ素子１０）の動作について説明する。
まず、被測定ガス（排気ガス）が、多孔質拡散層１８を介して測定室２０に拡散する。このとき、エンジンに供給される混合気（つまり、測定室２０中の被測定ガス）が理論空燃比に保たれている状態では、測定室２０と酸素濃度の基準となる基準酸素室２６との間の酸素濃度差により、酸素濃度検知セル２４に４５０［ｍＶ］の起電力が発生する（第１検知電極２２と第２検知電極２８との間に４５０［ｍＶ］の電位差が生じる）。
ところで、エンジンに供給される混合気の空燃比の変化に応じて、排気ガスに含まれる酸素濃度は変化し、測定室２０に含まれる被測定ガス中の酸素濃度も変化する。そこで、本実施形態の内燃機関制御システム１では、第１検知電極２２と第２検知電極２８との間の電位差が４５０［ｍＶ］に保たれるように、センサ制御回路２によって酸素ポンプセル１４に流れるＩｐ電流を制御する。つまり、測定室２０の雰囲気が理論空燃比と同じ状態になるようにＩｐ電流を制御することで、酸素ポンプセル１４によって酸素のポンピングが行われる。

そして、酸素ポンプセル１４は、一対の電極間（第１ポンプ電極１２，第２ポンプ電極１６）に通電される電流の通電方向に応じて、測定室２０からの酸素の汲み出し、または測定室２０への酸素の汲み入れを切替可能に構成されている。また、酸素ポンプセル１４は、一対の電極間に通電されるＩｐ電流の大きさに応じて、酸素のポンピング量を調整可能に構成されている。このため、このＩｐ電流の通電状態（通電方向、電流積算値など）に基づいて、被測定ガス中の酸素濃度を演算することができる。

次に、図２に基づいて、電子制御ユニット５の構成および動作について説明する。図２は、電子制御ユニット５の概略構成を示す回路図である。電子制御ユニット５は、上述したように、センサ制御回路２と、ヒータ制御回路６０と、エンジン制御装置９と、を備えている。

センサ制御回路２は、センサ駆動回路５２、端子電圧出力回路５４、制御部５５、差動増幅回路５７、異常検出回路５８を備えている。

センサ駆動回路５２は、酸素ポンプセル１４を駆動するＩｐ電流を流すためのオペアンプ３２、Ｉｐ電流の制御特性を改善するためのＰＩＤ制御回路５６、第２検知電極２８の周囲（基準酸素室２６）の酸素濃度を一定に保つよう酸素濃度検知セル２４に定電流Ｉｃｐを流すための定電流源４６、Ｉｐ電流の制御目標電圧を供給する定電圧源４８、を備えている。
また、センサ駆動回路５２は、センサ素子１０との接続端子（Ｖｓ＋端子、ＣＯＭ端子、Ｉｐ＋端子）、ＰＩＤ制御回路５６の特性を決める素子を外付けするための端子（Ｐ１端子、Ｐ２端子、Ｐｏｕｔ端子）、及びエンジン制御装置９から出力された通電状態の切換指令に応じてセンサ駆動回路５２の通電状態（作動モード）を変更するためのスイッチＳＷ１〜ＳＷ５、を備えている。なお、センサ駆動回路５２の作動モードとは、センサ素子１０への通電状態を表す。

さらに、センサ駆動回路５２はＣＯＭ端子１７に接続されるＶｃｅｎｔ点を備え、Ｖｃｅｎｔ点には、ＰＩＤ制御回路５６の後述する出力端、オペアンプ３２の反転入力端子、オペアンプ３４の出力端子が接続されている。なお、オペアンプ３４の出力端子はスイッチＳＷ１を介してＶｃｅｎｔ点に接続されている。又、オペアンプ３４の反転入力端子は出力端子に接続され、オペアンプ３４の非反転入力端子には基準電圧３．６Ｖが印加されている。つまり、オペアンプ３４はＶｃｅｎｔ点に基準電圧３．６Ｖを印加すると共に、センサ素子１０の異常診断を行う異常診断用電流などを供給する回路である。
なお、Ｖｃｅｎｔ点には、配線６２，第２接続端子１７および抵抗素子Ｒ１を介して第２ポンプ電極１６が接続されている。

Ｉｐ＋端子には、分圧回路６５およびオペアンプ３２の出力端子が接続されている。分圧回路６５は、定電源電圧を分圧する２つの抵抗素子Ｒ７，Ｒ８を備え、抵抗素子Ｒ７，Ｒ８の接続点がスイッチＳＷ４を介してＩｐ＋端子に接続されている。また、オペアンプ３２の出力端子はスイッチＳＷ３を介してＩｐ＋端子に接続されている。なお、抵抗素子Ｒ８の一端は接地されている。
オペアンプ３２の反転入力端子には、Ｖｃｅｎｔ点および抵抗素子Ｒ２を介してＰＩＤ制御回路５６が接続され、オペアンプ３２の非反転入力端子には基準電圧３．６Ｖが印加されている。つまり、オペアンプ３２は、センサ素子１０（詳細には、酸素濃度検知セル２４）への通電電流を制御する負帰還回路の一部を構成している。

ＰＩＤ制御回路５６は、酸素濃度検知セル２４の制御目標電圧である４５０ｍＶと、酸素濃度検知セル２４の出力電圧Ｖｓとの偏差量ΔＶｓをＰＩＤ演算し、上述の負帰還制御の制御特性を改善する機能を有している。ＰＩＤ制御回路５６は、オペアンプ３６，４０、抵抗Ｒ３〜Ｒ５、コンデンサＣ１〜Ｃ３、を備えている。
ＰＩＤ制御回路５６の入力端（オペアンプ４０の反転入力端子）には、オペアンプ４２の出力端子が接続され、オペアンプ４２の非反転入力端子がＶｓ＋端子に接続されている。つまり、酸素濃度検知セル２４の出力電圧Ｖｓがオペアンプ４２を介してＰＩＤ制御回路５６に入力される。なお、オペアンプ４２の反転入力端子は出力端子に接続されている。
又、Ｖｓ＋端子には、スイッチＳＷ５を介して定電流源４６が接続されている。定電流源４６は、酸素濃度検知セル２４の第２検知電極２８の周囲（基準酸素室２６）の酸素濃度を一定に保つために、酸素濃度検知セル２４に流される定電流Ｉｃｐ（例えば、１７μＡ）を供給する回路である。

又、オペアンプ４０の反転入力端子には、抵抗素子を介してオペアンプ３８の出力端子が接続されている。オペアンプ３８の非反転入力端子には定電圧源４８が接続され、オペアンプ３８の反転入力端子は出力端子に接続されている。つまり、定電圧源４８の出力は、オペアンプ３８を介してオペアンプ４０の反転入力端子に入力され、Ｉｐ電流を制御する制御目標となる電圧である４５０ｍＶがオペアンプ４０を介してＰＩＤ制御回路５６に供給される。
オペアンプ４０の出力端子はＰ１端子に接続され、オペアンプ４０の非反転入力端子はＶｃｅｎｔ点に接続されている。又、オペアンプ４０の出力端子と反転入力端子の間に抵抗素子が介装されている。Ｐ１端子には、抵抗Ｒ５とコンデンサＣ３とコンデンサＣ２との第１直列回路の抵抗Ｒ５側と、抵抗Ｒ４とＲ３との第２直列回路のＲ４側が並列に接続されている。又、第１直列回路のコンデンサＣ３とコンデンサＣ２の接続点がＰ２端子に接続されている。同様に、第２直列回路の抵抗Ｒ４とＲ３の接続点もＰ２端子に接続されている。さらに、コンデンサＣ２と抵抗Ｒ３はコンデンサＣ１に接続され、コンデンサＣ１はＰｏｕｔ端子に接続されている。

そして、Ｐ２端子はオペアンプ３６の反転入力端子に接続され、ＰＩＤ制御回路５６の出力端（オペアンプ３６の出力端子）は、スイッチＳＷ２を介してＰｏｕｔ端子に接続されている。一方、オペアンプ３６の非反転入力端子には基準電圧３．６Ｖが印加されている。
Ｐｏｕｔ端子は、抵抗素子Ｒ２を介してＶｃｅｎｔ点に接続され、ＰＩＤ制御回路５６の出力端（コンデンサＣ１）は、抵抗素子Ｒ２及び抵抗素子Ｒ１を介してＣＯＭ端子に接続されている。
なお、抵抗Ｒ３〜Ｒ５、コンデンサＣ１〜Ｃ３は、Ｐ１端子及びＰ２端子に装着されＰＩＤ制御回路５６の制御特性を決めるために備えられている。
又、Ｖｓ＋端子とＩｐ＋端子との間には、センサ駆動回路５２の発振を防止するために、抵抗Ｒ６とコンデンサＣ４との直列回路からなる発振防止回路５９が挿入されている。

次に、センサ制御回路２が有する他の回路５４、５７、５８について説明する。
端子電圧出力回路５４は制御部５５を介し、Ｖｓ＋端子、ＣＯＭ端子、Ｉｐ＋端子の各端子電圧をエンジン制御装置９に対して出力する。なお、図中では接続ラインが省略されているが、端子電圧出力回路５４の入力端子は、Ｖｓ＋端子、ＣＯＭ端子、Ｉｐ＋端子にそれぞれ接続されている。
差動増幅回路５７は、抵抗素子Ｒ２の両端電圧（具体的には、Ｖｃｅｎｔ点とＰｏｕｔ点の両端電圧）をガス検出信号としてエンジン制御装置９の入力ポートに出力する。この電圧は、酸素ポンプセル１４に流れるＩｐ電流を抵抗素子Ｒ２にて電圧変換したものである。なお、伝送ケーブル７１を介して、ガス検出信号をエンジン制御装置９の入力ポートに出力しても良い。

次に、異常検出回路５８は、ウィンドコンパレータ５８ａ、５８ｂ、５８ｃとＯＲ回路５８ｄで構成され、各コンパレータ５８ａ、５８ｂ、５８ｃの出力端子が並列にＯＲ回路５８ｄの入力端子に接続されている。そして、図中では接続ラインが省略されているが、各コンパレータの入力端子は、Ｖｓ＋端子、ＣＯＭ端子、Ｉｐ＋端子にそれぞれ接続されている。
各ウィンドコンパレータ５８ａ、５８ｂ、５８ｃは、それぞれ、Ｖｓ＋端子、ＣＯＭ端子、Ｉｐ＋端子の各端子電圧が所定の電圧範囲内であるときにローレベル信号を出力し、各端子電圧が所定の電圧範囲外であるときにハイレベル信号を出力するように構成されている。

Ｖｓ＋端子の端子電圧は、通常、ＣＯＭ端子の基準電圧３．６Ｖに酸素濃度検知セル２４の出力電圧Ｖｓ（４５０ｍＶ）を加えた値である４．０５Ｖに保たれている。ところが、Ｖｓ＋端子に接続された配線６１等（Ｖｓ＋ラインとも称する）が何らかの原因により電源電位やグランド電位に短絡すると、Ｖｓ＋端子の端子電圧は電源電位やグランド電位となる。すると、センサ素子１０に過大な異常電流が流れ、センサ素子１０が破損するおそれがある。そこで、ウィンドコンパレータ５８ａは、Ｖｓ＋端子の端子電圧と予め設定された閾値とを比較し、Ｖｓ＋端子の端子電圧が閾値を超えたときにハイレベル信号を出力するように構成されている。
具体的には、ウィンドコンパレータ５８ａの閾値の上限を９Ｖ、又は、センサ素子制御回路５０の電源電圧の変動を考慮して、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と共に、閾値の下限をグランドレベルの０Ｖにグランド浮きを考慮した１Ｖに設定する。そして、Ｖｓ＋端子の端子電圧が上限値の９Ｖ又は所定電圧値を超えて上昇したとき、或いは、Ｖｓ＋端子の端子電圧が下限値の１Ｖを超えて下降したときに、ウィンドコンパレータ５８ａは、ハイレベル信号を出力するように構成されている。

ＣＯＭ端子の端子電圧は、通常、オペアンプ３２により基準電圧３．６Ｖになるように制御されている。ところが、ＣＯＭ端子に接続された配線６２等（ＣＯＭラインとも称する）が何らかの原因により電源電圧やグランドレベルに短絡すると、Ｖｓ＋端子と同様、ＣＯＭ端子の端子電圧は電源電位やグランド電位となる。そこで、ウィンドコンパレータ５８ｂは、ＣＯＭ端子の端子電圧と予め設定された閾値とを比較し、ＣＯＭ端子の端子電圧が閾値を超えたときにハイレベル信号を出力するように構成されている。具体的には、ウィンドコンパレータ５８ａと同様に、ウィンドコンパレータ５８ｂの閾値の上限を９Ｖ又は所定電圧値に設定すると共に、閾値の下限を１Ｖに設定する。そして、ＣＯＭ端子の端子電圧が上限値の９Ｖを超えて上昇したとき、或いは、ＣＯＭ端子の電位が下限値の１Ｖを超えて下降したときに、ウィンドコンパレータ５８ｂは、ハイレベル信号を出力するように構成されている。

Ｉｐ＋端子においても、Ｉｐ＋端子に接続された配線６３等（Ｉｐ＋ラインとも称する）が何らかの原因により電源電圧やグランドレベルに短絡すると、Ｉｐ＋端子の端子電圧は電源電位やグランド電位となる。そこで、ウィンドコンパレータ５８ｃは、Ｉｐ＋端子の端子電圧と予め設定された閾値とを比較し、Ｉｐ＋端子の端子電圧が閾値を超えたときにハイレベル信号を出力するように構成されている。具体的には、Ｉｐ＋端子の端子電圧が入力されるウィンドコンパレータ５８ｃにおいても、ウィンドコンパレータ５８ｂと同様に、基準電圧３．６Ｖを挟むように、閾値の上限を９Ｖ又は所定電圧値に設定すると共に、閾値の下限を１Ｖに設定する。そして、Ｉｐ＋端子の端子電圧が上限値の９Ｖ又は所定電圧値を超えて上昇したとき、或いは、Ｉｐ＋端子の端子電圧が下限値の１Ｖを超えて下降したときに、ウィンドコンパレータ５８ｃは、ハイレベル信号を出力するように構成されている。

ＯＲ回路５８ｄは、各ウィンドコンパレータ５８ａ、５８ｂ、５８ｃからの信号の論理和を算出し、各ウィンドコンパレータ５８ａ、５８ｂ、５８ｃの何れかからハイレベル信号が入力されたときに、異常検出フラグＤＩＡＧをＤＩＡＧ＝１としエンジン制御装置９及び制御部５５に出力する。尚、Ｖｓ＋端子、ＣＯＭ端子、Ｉｐ＋端子の各端子電圧が所定の電圧範囲内であるときは、異常検出回路５８は異常検出フラグＤＩＡＧをＤＩＡＧ＝０とし、エンジン制御装置９及び制御部５５に出力する。このように、異常検出回路５８は、Ｖｓ＋ライン、ＣＯＭライン、Ｉｐ＋ラインの何れかで短絡異常が発生して、Ｖｓ＋端子、ＣＯＭ端子、Ｉｐ＋端子の端子電圧が上記した所定の閾値を超えて異常電圧値となった場合（換言すれば、センサ素子１０に異常が発生した場合）に、異常検出フラグＤＩＡＧをＤＩＡＧ＝１とする機能を有する。
なお、異常検出回路５８が特許請求の範囲の「配線異常検出手段」に相当する。

以上のように構成されたセンサ駆動回路５２は、エンジン制御装置９からの指令により各スイッチＳＷ１〜ＳＷ５のＯＮ／ＯＦＦを切り換えてセンサ駆動回路５２自身の通電状態（作動モード）を、ガス濃度測定用通電状態（以下、適宜「Ａモード」）、センサ保護用通電状態（以下、適宜「Ｐモード」）、活性前通電状態（以下、適宜「ＮＡモード」）のいずれかに設定する。各通電状態については後述する。
なお、エンジン制御装置９は、センサ駆動回路５２の通電状態を切り換えるための指令（詳細には、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ５のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う制御信号）を出力ポートから出力し、伝送ケーブル７１を介してセンサ制御回路２（の制御部５５）に対して指令を出力する。そして、制御部５５がセンサ駆動回路５２の通電状態を切り換える（設定する）。

また、抵抗素子Ｒ２の両端電圧を示すガス検出信号は、差動増幅回路５７を介して直接エンジン制御装置９の入力ポートに入力される。さらに、異常検出回路５８からの異常検出フラグＤＩＡＧは、直接エンジン制御装置９の入力ポートに入力されるとともに、制御部５５にも入力される。一方、端子電圧出力回路５４からの出力信号は、制御部５５に入力され、伝送ケーブル７１を介してエンジン制御装置９の入力ポートに入力される。なお、センサ素子１０の電気抵抗値及び温度を示す素子抵抗値信号も、制御部５５に入力され、伝送ケーブル７１を介してエンジン制御装置９の入力ポートに入力される。
このように、エンジン制御装置９は、センサ駆動回路５２の通電状態を制御することができると共に、異常検出回路５８及び端子電圧出力回路５４からの入力信号に基づき、センサ素子１０の異常の有無を検出することができる。具体的には、エンジン制御装置９は、入力された各端子電圧の状態が予め定められた識別条件のうちどの条件に当てはまるかを識別することによって、異常が発生した端子とその異常内容（電源短絡（ＶＢショート）、接地短絡（グランドショート）など）を検出することができる。

次に、図３を参照して、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ５のＯＮ／ＯＦＦを切り換えたときの、センサ駆動回路５２の通電状態（作動モード）を説明する。

ここで、センサ保護用通電状態は、センサ素子１０とセンサ駆動回路５２との電気的接続を遮断し、ガスセンサ８に電流が流れないようにして保護する状態である。
又、ガス濃度測定用通電状態は、酸素濃度検知セル２４の両電極間の電圧が所望の値になるように、酸素ポンプセル１４に流れる電流の値および方向を制御し、ガス濃度測定ができるようにする状態である。
活性前通電状態は、ガスセンサ８（の２つのセル１４、２４）に過電圧が印加されないよう、酸素濃度検知セル２４と酸素ポンプセル１４の少なくとも一方が有する両電極に対し、微小電流通電されている状態である。より具体的な活性前通電状態としては、酸素濃度検知セル２４に設けられた一対の電極のうち、測定室に面しない側の電極２８を外部に対し閉塞した構成のガスセンサである場合において、電極２８を内部酸素基準源として働かせるために、酸素濃度検知セル２４に微小電流を流す通電状態を挙げることができる。

まず、ガス濃度測定用通電状態においては、センサ駆動回路５２のスイッチＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５をＯＮとし、スイッチＳＷ１、ＳＷ４をＯＦＦとする。ガス濃度測定用通電状態は、酸素のポンピングなどのために、ガスセンサ８（詳細には、酸素ポンプセル１４）に対して比較的大きな電流を通電することができる状態に設定する作動モードである。このとき、酸素ポンプセル１４に通電可能な最大電流値は、オペアンプ３２およびＰＩＤ制御回路５６の出力の電流駆動能力により定められており、本実施形態では、２０［ｍＡ］程度に設定されている。

そして、例えば、被測定ガスが燃料供給過剰（リッチ）となる場合には、測定室２０の酸素濃度が理論空燃比よりも欠乏し、酸素濃度検知セル２４の出力電圧Ｖｓが制御目標電圧である４５０ｍＶよりも高くなる。従って、制御目標電圧と出力電圧Ｖｓとの偏差量ΔＶｓが発生し、その偏差量ΔＶｓがＰＩＤ制御回路５６によってＰＩＤ演算され、オペアンプ３２によってフィードバックされる。このため、不足分の酸素を酸素ポンプセル１４により測定室２０に汲み込むためのＩｐ電流が酸素ポンプセル１４に流れることになる。
一方、被測定ガスが燃料供給不足（リーン）となる場合には、測定室２０の酸素濃度が理論空燃比よりも過剰となり、酸素濃度検知セル２４の出力電圧Ｖｓが制御目標電圧４５０ｍＶよりも低くなるので、上述と同様にオペアンプ３２によって偏差量ΔＶｓがフィードバックされて、過剰分の酸素を酸素ポンプセル１４により測定室２０から汲み出すためのＩｐ電流が酸素ポンプセル１４に流れるようになる。
このようにして、Ｉｐ電流の通電状態（通電方向、電流積算値など）に基づいて、被測定ガス中の酸素濃度を演算することができる。

次に、センサ保護用通電状態では、センサ駆動回路５２のスイッチＳＷ１〜ＳＷ５の全てがＯＦＦとなる。このため、オペアンプ３２、３４、３６、定電流源４６からセンサ素子１０に入力される信号はＯＦＦとなり、センサ駆動回路５２からセンサ素子１０への通電が遮断される。
従って、配線異常が発生し、ＯＲ回路５８ｄから異常検出フラグＤＩＡＧ（＝１）が出力された場合に、エンジン制御装置９は制御部５５に切替指令を出力し、この指令に基づき、制御部５５がセンサ駆動回路５２をセンサ保護用通電状態に設定することで、センサ素子１０に異常電流が継続して流れるのを防ぐことができ、センサ素子１０を保護できる。

活性前通電状態では、センサ駆動回路５２のスイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ５がＯＮとなり、スイッチＳＷ２、ＳＷ３がＯＦＦとなる。このとき、スイッチＳＷ３がＯＦＦであるため、酸素ポンプセル１４を駆動しているオペアンプ３２からは電流が供給されなくなり、また、スイッチＳＷ２がＯＦＦのため、ＰＩＤ制御回路５６の出力からも電流が供給されなくなるので、酸素ポンプセル１４に対する電流制御は停止する。従って、活性前通電状態では、酸素ポンプセル１４の負帰還制御は行われなくなる。
また、スイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ５がＯＮであるため、酸素ポンプセル１４および酸素濃度検知セル２４には、オペアンプ３４、定電流源４６、分圧回路６５から微小な定電流Ｉｃｐが供給されることになる。これにより、第１検知電極２２から第２検知電極２８の側に酸素をポンピングし、第２検知電極２８の周囲に形成された基準酸素室２６に略一定濃度の酸素を蓄積する。

このように、活性前通電状態では、センサ素子１０に対して微小な電流しか供給しないことから、配線異常が発生した場合であっても過大な電流が供給されることがないため、センサ素子１０の破損（ブラックニングなど）が発生し難くなる。
又、上記したように、エンジン制御装置９は、入力された各端子電圧の状態に基づいて配線異常を検出するが、活性前通電モードでは各端子電圧が低いため、センサ素子１０が破損することなく、配線異常の検出を行うことができる。

例えば、配線６２が接地短絡（グランドショート）している配線異常の状態で、ガス濃度測定用通電状態に設定すると、オペアンプ３２から酸素ポンプセル１４、配線６２を介してグランドラインに至る通電経路が形成されるとともに、オペアンプ３２における電流駆動能力の最大電流がオペアンプ３２から酸素ポンプセル１４に供給されてしまう。この場合には、酸素ポンプセル１４に過大な電流が通電される状態となり、一瞬でセンサ素子１０の破損（ブラックニングなど）に至ることになる。これに対し、配線６２が接地短絡している場合に、活性前通電状態であれば、分圧回路６５から酸素ポンプセル１４、配線６２を介してグランドラインに至る通電経路が形成されるものの、分圧回路６５から酸素ポンプセル１４に供給される電流は微小である。このため、酸素ポンプセル１４に過大な電流が通電されることはなく、センサ素子１０の破損（ブラックニングなど）に至るのを防止できる。

次に、本発明の特徴部分である、エンジン制御装置９で実行されるヒータ通電制御処理、及びガスセンサの非通電処理の内容について説明する。
本発明は、配線異常を検出した際（これを、以下「暫定異常」という）、ヒータ４３を最大電圧未満の電圧で通電する。これにより、配線異常があったためにガスセンサ１の作動を停止（エンジンスイッチのオフ動作）した後、ガスセンサ１を再起動（ホットリスタート）した際、従来のようにヒータ４３を最大電圧で加熱し続け、ガスセンサ１が昇温され過ぎることを防止する。一方、配線が正常であるにも係らず異常であると誤検出したり、配線異常が直ぐに解消することがあり、暫定異常で直ちにヒータの電圧をオフにすると、配線異常が解消されてガスセンサを正常に復帰（作動）させようとしても、ガスセンサ１が冷え過ぎているため作動までに時間を要する。
そこで、本発明においては暫定異常であると判定すると、最大電圧と、セル１４、２４の活性化温度を維持可能な電圧との間の中間電圧でヒータ４３を通電することで、ヒータ４３を加熱し過ぎず、かつガスセンサ１が冷え過ぎることを防止する。

又、本発明においては、暫定異常が所定頻度を超えて発生したときに異常を確定し、ガスセンサ１を非通電にする（Ｐモードに設定する）。これにより、異常確定後にガスセンサ１を非通電にしつつ中間電圧でヒータ４３を適度に加熱するため、ガスセンサ１が昇温され過ぎるのを防止すると共に、ガスセンサ１の適度な加熱が続くので、被測定ガス中のカーボン等によるガスセンサ１の被毒を防止することができる。
さらに、本発明においては、暫定異常が所定頻度を超えたか否かを異常の確定の判断基準とするため、例えば所定時間内の暫定異常の発生回数を検知するだけでよく、異常確定の処理が簡単となる。

又、本発明において、異常を確定する際、さらにヒータ４３を非通電にしてもよい。このようにすると、異常確定後にヒータ４３を加熱し続け、ガスセンサ１が昇温され過ぎることを確実に防止する。なお、異常確定後もヒータ４３を中間電圧で加熱し続けるか、又はヒータ４３を非通電にするかの選択は、ガスセンサの種類や用途に応じ、以下のようにして決めることができる。例えば、被測定ガス中の被毒物質（カーボン等）が問題となるような条件では、異常確定後もヒータ４３を中間電圧で加熱し続ければよい。又、異常確定後のガスセンサ１の再起動の際にヒータ４３が昇温され過ぎる場合（例えば、起動後にヒータ４３を直ちに最大電圧で加熱するような設定がされている場合）には、異常確定後にヒータ４３を非通電にすればよい。

なお、本実施形態においては、エンジン制御装置９でメインルーチンであるセンサ通電制御処理を行い、上記したヒータ通電制御処理、及びガスセンサの非通電処理は、サブルーチンとして呼び出されて実行される。従って、まず、メインルーチンであるセンサ通電制御処理について説明する。

まず、エンジン制御装置９（およびセンサ制御回路２の制御部５５）は、内燃機関制御システム１の電源ＯＮで起動するとともに初期化処理（内部変数などの初期化など）を実行し、初期化処理が完了した後、以下のような各種制御処理を開始する。
各種制御処理としては、センサ制御回路２からのガス検出信号などに基づき排気ガス中の特定ガス濃度を検出する特定ガス濃度検出処理や、センサ制御回路２に対して通電状態の切換指令を出力する指令出力処理や、ガス検出信号に基づき検出した特定ガス濃度（酸素濃度）を用いてエンジンの空燃比制御を行うための空燃比制御処理など、がある。

そして、エンジン制御装置９は、自動車の電源オンで処理を開始し、初期化処理の完了後、各種制御処理の１つとして、センサ素子１０に対する通電状態を制御するためのセンサ通電制御処理を実行する。センサ通電制御処理では、各種条件に基づいてセンサ素子１０への通電状態として最適な通電状態を判定し、判定結果の通電状態に応じた切換指令をセンサ制御回路２に対して出力する処理を実行する。
最適な通電状態の判定方法としては、例えば、センサ起動直後のような条件下では、活性前通電状態を最適な通電状態として判定し、センサ素子１０が活性化状態となる条件下では、ガス濃度測定用通電状態を最適な通電状態として判定する。
一方、配線異常（配線短絡など）発生時には、後述するヒータ通電制御処理、及びガスセンサの非通電処理を行う。
なお、エンジン制御装置９は、センサ制御回路２から現在の通電状態を表す現在状態フラグを受信しており、現在状態フラグに基づいて現在の通電状態を知ることができる。

最適な通電状態のより具体的な判定方法としては、ガスセンサ８の素子抵抗値信号に基づいて、ガスセンサ８が活性化しているか否かを判定し、活性化していない場合には、活性前通電状態を最適な通電状態として判定し、活性化している場合には、ガス濃度測定用通電状態を最適な通電状態として判定する。そして、異常検出回路５８によってガスセンサ８または通電経路が異常であると判定（暫定異常）された場合には、後述するヒータ通電制御処理、及びガスセンサの非通電処理を行う。また、異常検出回路５８によってガスセンサ８または通電経路の異常が解消されたと判定された場合には、ガスセンサ８の素子抵抗値信号に基づいて最適な通電状態が判定される。
なお、素子抵抗値信号は、ガスセンサ８を構成する酸素ポンプセル１４及び酸素濃度検知セル２４のいずれかに、所定の大きさの電流又は電圧を定期的に供給し、そのときにセルを介して得られる信号を指すものである。なお、この素子抵抗値信号は、公知の手法（回路構成）によって取得することができるものであるため、本実施形態での説明は省略する。但し、具体的には、酸素濃度検知セル２４に対し定期的に所定の大きさの電流を流し、そのときに酸素濃度検知セル２４を介して得られる出力をサンプルホールドし、このサンプルホールドした出力を素子抵抗値信号として、エンジン制御装置９に出力するようにしている。

次に、図４を参照して、本発明の実施形態に係るガスセンサ制御装置１における上記ヒータ通電制御処理（ガスセンサの非通電処理を含む）について説明する。
自動車の電源オンでヒータ通電制御処理が起動されると、まず、エンジン制御装置９は、ＥＥＰＲＯＭ９ｍに記憶された異常確定情報を読み出す。異常確定情報には異常確定の回数ｎが含まれており、エンジン制御装置９はｎが２以下か否かを判定する（ステップＳ１０）。
ここで、ガスセンサ制御装置１は、自動車の電源オンで起動し、自動車の電源オフで停止する。そして、ガスセンサ制御装置１の起動から停止までの間で異常が確定されると、ＥＥＰＲＯＭ９ｍに異常確定回数が１であると記憶される。又、異常確定回数が２とは、ガスセンサ制御装置１の起動から停止までの間に１回異常が確定され、停止後に再度ガスセンサ制御装置１が起動されてから次の停止までの間にもう１回異常が確定されたことを意味する。これらの異常確定情報は、ガスセンサ制御装置１の停止後もＥＥＰＲＯＭ９ｍに保持される。

ステップＳ１０でｎが２以下であればステップＳ１２に移行し、エンジン制御装置９は、暫定異常が生じたか否かを判定する。暫定異常は、上述のように異常検出回路５８から異常検出フラグＤＩＡＧ＝１としてエンジン制御装置９に出力される。

ステップＳ１２で暫定異常が発生（ＤＩＡＧ＝１）すると、ステップＳ１４に移行し、エンジン制御装置９は、暫定異常が所定頻度を超えて発生したか否かを判定する。ここで、「所定頻度」とは、例えばステップＳ１２で、所定時間内に暫定異常を示す異常検出フラグＤＩＡＧ＝１を検知した回数である。
一方、ステップＳ１２で暫定異常を検出しない場合（ＤＩＡＧ＝０）、ステップＳ２０に移行し、エンジン制御装置９は、センサ駆動回路５２の通電状態をＰＩ制御モードにする処理を行う。具体的には、図３に示したガス濃度測定用通電状態（ＰＩ制御モード）とするための各スイッチＳＷ１〜ＳＷ５のＯＮ／ＯＦＦの切換指令を、エンジン制御装置９が制御部５５に出力する。そして、制御部５５がセンサ駆動回路５２の通電状態をＰＩ制御モードに切り換える。
さらに、エンジン制御装置９は暫定異常のカウンタ（例えば、ＤＩＡＧ＝１の検知回数）をクリアにする（ステップＳ２８）。その後、ステップＳ１０に戻り、再度、暫定異常が発生するか否かをステップＳ１２で判定する。
なお、ステップＳ２０の後、直ちにステップＳ２８の処理を行わず、ステップＳ２０からステップＳ１０へ戻る過程を何回か繰り返したときにステップＳ２８を行うようにしてもよい。これは、ノイズ等によって誤ってステップＳ２８の処理が行われることを防止するためである。例えば、ステップＳ２０の処理を行った後にタイマーをスタートさせ、所定時間経過後にＰＩ制御モードであれば、ステップＳ２８を行うようにしてもよい。

ステップＳ１４で暫定異常が所定頻度以下の場合、ステップＳ１８に移行し、エンジン制御装置９は、上記中間電圧でヒータ４３を通電する指令をヒータ制御回路６０に出力する。ヒータ制御回路６０はこの指令に基づき、ヒータ４３の電圧を中間電圧に設定し、ヒータ４３の加熱の程度を調整する。そして、ステップＳ１８からステップＳ１０に戻り、再度、暫定異常が発生するか否かをステップＳ１２で判定する。
ここで、中間電圧は、ヒータ４３の最大電圧（この実施形態ではバッテリ電圧である１２Ｖ）と、セル１４、２４の活性化温度を維持可能な電圧（この実施形態では６〜７Ｖ）との間の電圧である。セル１４、２４の活性化温度を維持可能な電圧は、例えばセル１４、２４の抵抗が所定の値以下となる電圧である。

このように、ひとまず暫定異常を検出したが、異常を確定するに至らない場合には、中間電圧でヒータ４３を適度に加熱しつつ、ステップＳ１２に戻って再度暫定異常の有無を判定することで、暫定異常が解消されるか否かを判定し、暫定異常が解消されれば直ちにガスセンサ８の正常な動作（ステップＳ２０）に復帰できるようにしている。
なお、ステップＳ１０で異常確定回数が０の場合は、ステップＳ１２の判定結果に関らずにステップＳ２０へ移行させてもよい。つまり、ステップＳ１０で、異常確定回数の下限を判定基準に加えても良い。これは、異常確定回数が０であれば、一旦ＰＩ制御モードに移行させても問題ないと考えられるからである。

一方、ステップＳ１４で暫定異常が所定頻度を超えて発生した場合、エンジン制御装置９は、異常を確定してステップＳ１６に移行し、ヒータ制御回路６０に対し、ヒータ４３の電圧をオフ（非通電）にする指令を出力する。ヒータ制御回路６０はこの指令に基づき、ヒータ４３を非通電にし、ヒータ４３の加熱を停止する。又、ステップＳ１６において、エンジン制御装置９は、異常確定回数１をＥＥＰＲＯＭ９ｍにインクリメントする。
ステップＳ１６での異常確定回数のインクリメントは、ステップＳ１２とステップＳ１４で共に「Ｙｅｓ」が連続した場合に行う。
なお、上記したように、ステップＳ１６のヒータ４３の電圧オフを行わず、ステップＳ２２に移行してもよい。このようにすると、ヒータ４３を中間電圧で加熱し続けながら、ステップＳ２４のガスセンサ非通電処理を行うことになる。

次に、ステップＳ１６からステップＳ２２に移行し、エンジン制御装置９は、インクリメントされた異常確定回数（前回のｎに１を加えた値である「ｎ＋１」）が２以下か否かを判定する。ステップＳ２２でインクリメントされた異常確定回数が２以下であればステップＳ２４に移行し、エンジン制御装置９は、ガスセンサ８を非通電にする。ここで、ガスセンサ８を非通電にする、とは、図３に示したセンサ保護用通電状態（Ｐモード）とするための各スイッチＳＷ１〜ＳＷ５のＯＮ／ＯＦＦの切換指令を、エンジン制御装置９が制御部５５に出力する処理をいう。そして、制御部５５がセンサ駆動回路５２の通電状態をＰモードに切り換える。

一方、ステップＳ１０又はステップＳ２２でｎが２を超えた場合、ステップＳ２６に移行し、エンジン制御装置９は、上述のガスセンサ非通電処理（ガスセンサ８を非通電（Ｐモード）にし、必要に応じてヒータ４３も非通電にする）に加え、ＭＩＬ（Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎｉｎｄｉｃａｔｏｒｌａｍｐ）を点灯する異常報知処理を行う。ステップＳ２６の処理を「異常終了処理」と称する。
このように、異常確定が所定の回数（この実施形態では３回）以上生じた場合に、異常報知処理（異常終了処理）を行うことで、操作者（自動車の運転者等）に、ガスセンサ８が異常であることを報知し、対応（エンジン停止）を促すことができる。これは、ガスセンサ制御装置１を一旦停止した後、再び起動すると、前回の起動で異常確定した場合であっても、異常が解消される（例えば、配線上を短絡していた異物が脱落する等）ことがあるにも係らず、異常確定が複数回であると記憶されている場合、異常が深刻であることが多いからである。

なお、ステップＳ２４又はＳ２６に一旦移行すると、ガスセンサ制御装置１を停止し（つまり、自動車のエンジンスイッチをオフにし）、再びガスセンサ制御装置１を起動（エンジンスイッチをオン、つまりホットスタート）しない限り、ヒータ通電制御処理（異常確定処理を含む）のステップＳ１０の処理に戻らない。

本実施形態において、ステップＳ１２が特許請求の範囲の「配線異常検出過程」に相当する。ステップＳ１４、Ｓ１８が特許請求の範囲の「ヒータ通電制御過程」に相当する。ステップＳ１４、Ｓ１６、Ｓ２２、Ｓ２４が特許請求の範囲の「ガスセンサ非通電過程」に相当する。ステップＳ１６でのＥＥＰＲＯＭ９ｍへの書き込みが特許請求の範囲の「記憶過程」に相当する。ステップＳ２６が特許請求の範囲の「報知過程」に相当する。

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、センサ素子１０として全領域空燃比センサを取り上げたが、これに限られず、上記センサ素子１０にもう１つのセルを追加して、２つの測定室を備えたＮＯ_ｘセンサに適用することも可能である。
但し、ＮＯ_ｘセンサの場合、ガスセンサの制御を１個のマイクロコンピュータ（コントローラ）が一括して行うので、制御手段、ヒータ制御回路、配線異常検出手段がいずれも１個のコントローラ上に実現されている。又、コントローラがガスセンサ制御装置に相当する。

１ガスセンサ制御装置（内燃機関制御システム）
２センサ制御回路
５電子制御ユニット
８ガスセンサ
９制御手段、報知手段（エンジン制御装置）
９ｍ記憶手段（ＥＥＰＲＯＭ）
１３、２３固体電解質体
１４、２４セル（酸素ポンプセル、酸素濃度検知セル）
１２、１６一対の電極（第１ポンプ電極、第２ポンプ電極）
２２、２８一対の電極（第１検知電極、第２検知電極）
４３ヒータ
５２センサ駆動回路
５８配線異常検出手段（異常検出回路）
６０ヒータ制御回路

Claims

固体電解質体および該固体電解質体に設けられた一対の電極を備えるセルを少なくとも１つ以上有するガスセンサと、
前記固体電解質体を加熱するヒータと、
前記ガスセンサに接続され、前記ガスセンサを駆動するため前記セルに通電するセンサ駆動回路と、
前記ヒータを制御するヒータ制御回路と、
前記センサ駆動回路又は前記ガスセンサの配線異常を検出する配線異常検出手段と、
前記配線異常検出手段が前記配線異常を検出すると、前記ヒータ制御回路を駆動させて前記ヒータの最大電圧未満でかつ前記セルの活性化温度を維持可能な電圧以上の中間電圧で前記ヒータを通電し、前記配線異常の発生が所定頻度を超えた場合には、異常を確定して前記センサ駆動回路を駆動させ前記ガスセンサを非通電にする制御手段と、
を備えたガスセンサ制御装置。
前記制御手段は、前記異常を確定する際、さらに前記ヒータ制御回路を駆動させて前記ヒータを非通電にする請求項１記載のガスセンサ制御装置。
前記制御手段による前記異常を確定した旨の情報が記憶され、該情報が前記ガスセンサ制御装置の停止後も保持される記憶手段と、
前記制御手段が前記異常を確定したときに、前記記憶手段に保持された前記情報に基づいて報知の有無を判定する報知手段と
をさらに備えた請求項１又は２記載のガスセンサ制御装置。
固体電解質体および該固体電解質体に設けられた一対の電極を備えるセルを少なくとも１つ以上有するガスセンサと、前記固体電解質体を加熱するヒータと、前記ガスセンサに接続され、前記ガスセンサを駆動するため前記セルに通電するセンサ駆動回路とを備えたガスセンサ制御装置の制御方法であって、
前記センサ駆動回路又は前記ガスセンサの配線異常を検出する配線異常検出過程と、
前記配線異常を検出すると、前記ヒータの最大電圧未満でかつ前記セルの活性化温度を維持可能な電圧以上の中間電圧で前記ヒータを通電するヒータ通電制御過程と、
前記配線異常の発生が所定頻度を超えた場合には、異常を確定して前記センサ駆動回路を駆動させ前記ガスセンサを非通電にするガスセンサ非通電過程と、
を有するガスセンサ制御方法。
前記ガスセンサ非通電過程において、前記異常を確定する際、さらに前記ヒータを非通電にする請求項４記載のガスセンサ制御方法。
異常を確定した旨の情報を記憶し、かつ該情報を前記ガスセンサ制御装置の停止後も保持する記憶過程と、
前記ガスセンサ非通電過程において前記異常を確定したときに、前記情報に基づいて報知の有無を判定する報知過程と
をさらに有する請求項４又は５記載のガスセンサ制御方法。