JP2015194483A - ガスセンサ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧を取得するタイミング制御を簡素化しつつ、掃引回路のオフ故障及び戻し掃引回路のオフ故障を判定することができるガスセンサ制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】ガスセンサ制御装置は、酸素センサ２００のインピーダンスを算出するために酸素センサ２００に検出用電流を通電する掃引回路２０と、検出用電流が通電された酸素センサ２００を除電するために酸素センサ２００に掃引回路２０とは逆向きに除電用電流を通電する戻し掃引回路３０と、除電用電流が通電されている期間に取得されたセンサ間電圧値と閾値のみに基づいて、掃引回路２０及び戻し掃引回路３０のオフ故障の検出を行う制御部１０とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスセンサのインピーダンスを算出することによりセンサ温度を取得して、センサ温度に応じてガスセンサの温度制御を行うガスセンサ制御装置に関する。

従来、ガスセンサ制御装置の一例として、特許文献１に開示された酸素センサのオフ故障診断装置がある。

オフ故障診断装置は、排気ガスの酸素濃度に応じた起電力を発生するガスセンサ（特許文献１では酸素センサ）のオフ故障診断を行うものである。オフ故障診断装置は、ガスセンサに電圧を印加しそれを引き戻す過程でガスセンサのインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路と、ガスセンサの出力電圧を検出するためのセンサ出力電圧検出回路と、を備えている。更に、オフ故障診断装置は、検出された印加前後の酸素センサ出力電圧の電圧差とインピーダンスの値に応じた所定値との比較で、ガスセンサのオフ故障とインピーダンス検出回路のオフ故障とを区別して判定するインピーダンス基準オフ故障判定手段を備える。

例えば、オフ故障診断装置は、インピーダンスの検出時において、印加前後電圧差が所定値より大きいか否かを判断して、所定値より大きいと判断したとき、検出されたインピーダンスの値と所定値とを比較して次のように判定する。インピーダンスの値が所定値より高い場合、ガスセンサの出力電圧が発生しない。よって、オフ故障診断装置は、印加前後電圧差が所定値より大きくなった原因が、ガスセンサに電圧を印加しそれを引き戻す過程でオンされる第２スイッチ素子のオフ故障にあるとみなし、回路オフ故障と判定する。

特開２００８−７６１９１号公報

しかしながら、オフ故障診断装置は、第２スイッチ素子のオフ故障を判定する際に印加前後電圧差を用いるため、ガスセンサに電圧を印加する前の出力電圧とガスセンサに電圧を印加した後の出力電圧を検出する必要がある。また、オフ故障診断装置は、ガスセンサに電圧を印加する際にオンされる第１スイッチ素子のオフ故障を判定しようとした場合、少なくともガスセンサに電圧を印加する前の出力電圧を用いることが考えられる。なお、第１スイッチ素子は、掃引回路と称することができる。一方、第２スイッチ素子は、戻し掃引回路と称することができる。

このように、オフ故障診断装置は、掃引回路と戻し掃引回路のオフ故障を判定しようとした場合、ガスセンサに電圧を印加する前の出力電圧とガスセンサに電圧を印加した後の出力電圧を取得する必要がある。つまり、オフ故障診断装置は、オフ故障を判定するために、電圧を取得するタイミングが二回となる。このため、オフ故障診断装置は、電圧を取得するタイミング制御が複雑化するという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、電圧を取得するタイミング制御を簡素化しつつ、掃引回路のオフ故障及び戻し掃引回路のオフ故障を判定することができるガスセンサ制御装置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本発明は、
車両に搭載され、固体電解質部を挟む大気側電極と排気側電極が設けられたガスセンサのインピーダンスを算出することによりガスセンサのセンサ温度を取得して、センサ温度に応じてガスセンサの温度制御を行うものであり、
ガスセンサのインピーダンスを算出するためにガスセンサに検出用電流を通電する掃引回路（２０）と、
検出用電流が通電されたガスセンサを除電するためにガスセンサに掃引回路とは逆向きに除電用電流を通電する戻し掃引回路（３０）と、
除電用電流が通電されているときに、ガスセンサに対して、大気側電極の電位＜排気側電極の電位となるような電圧を印加するオフセット電圧生成回路（９０）と、
ガスセンサの両電極間の電圧値を取得すると取得回路（４０，５０）と、
検出用電流が通電されている間に取得回路で取得された電圧値と検出用電流の電流値とを用いて算出したインピーダンスによりセンサ温度を取得して、センサ温度に応じてガスセンサの温度制御を行う制御部（１０）と、を備えたガスセンサ制御装置であって、
制御部は、除電用電流が通電されている期間に取得回路で取得された電圧値と閾値のみに基づいて、掃引回路及び戻し掃引回路のオフ故障の検出を行うことを特徴とする。

このように、本発明は、取得回路で取得された電圧値と閾値のみに基づいて、掃引回路及び戻し掃引回路のオフ故障の検出を行う。このため、本発明は、検出用電流が通電されている間に取得回路で取得された電圧値を用いることなくオフ故障を検出できる。つまり、本発明は、一回の電圧値取得でオフ故障を検出できる。よって、本発明は、電圧値を取得するタイミング制御を簡素化できる。また、本発明は、電圧値を計測するタイミング制御を簡素化できるため、オフ故障を検出するためのソフト構成を簡素化することもできる。

なお、特許請求の範囲、及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態におけるエンジンＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。 実施形態におけるエンジンＥＣＵを含むエンジン部の概略構成を示すイメージ図である。 実施形態における制御部の処理動作を示すフローチャートである。 実施形態における制御部の掃引回路がオフ故障しているか否かの判定処理を示すフローチャートである。 実施形態における制御部の戻し掃引回路がオフ故障しているか否かの判定処理を示すフローチャートである。 実施形態における制御部の掃引回路と戻し掃引回路がオフ故障しているか否かの判定処理を示すフローチャートである。 実施形態における掃引回路２０の正常時とオフ故障時におけるタイムチャートである。 実施形態における戻し掃引回路３０の正常時とオフ故障時におけるタイムチャートである。

以下において、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。本実施形態は、ガスセンサ制御装置をエンジンＥＣＵ１００に適用している。

エンジンＥＣＵ１００は、エンジンと共に車両に搭載され、そのエンジンを制御するものである。以下、エンジンＥＣＵは、単にＥＣＵと簡略化して記載する。また、ＥＣＵは、Electronic Control Unitの略称である。

このＥＣＵ１００は、図２に示すように、エンジンの吸気通路３１０に設けられたインジェクタ３５０、及びエンジンの排気通路３２０，３３０に設けられた酸素濃度センサ２００などと電気的に接続されている。なお、本実施形態では、触媒３４０の前段側の排気通路３２０に一つの酸素濃度センサ２００が設けられ、触媒３４０の後段側の排気通路３３０に一つの酸素濃度センサ２００が設けられた例を採用している。以下、酸素濃度センサは、単に酸素センサと簡略化して記載する。

この酸素センサ２００は、本発明のガスセンサに相当する。酸素センサ２００は、固体電解質部と、固体電解質部を挟む大気側電極２１０と排気側電極２２０とが設けられている。つまり、酸素センサ２００は、固体電解質部の対向する面に一対の電極である大気側電極２１０と排気側電極２２０とが設けられている。なお、酸素センサ２００は、周知技術であり、例えば特許文献１に開示された酸素センサなどを採用できる。よって、酸素センサ２００に関しては、詳細な説明を省略する。

また、ＥＣＵ１００は、図１に示すように、ガスセンサ制御装置の構成要件である、制御部１０、掃引回路２０、戻し掃引回路３０、第１ＡＤＣ４０、第２ＡＤＣ５０、ＤＡＣ６０、電源７０、シャント抵抗８０、オフセット電圧生成回路９０などを備えている。なお、ＡＤＣは、analog to digital converterの略称である。ＤＡＣは、digital to analog converterの略称である。

制御部１０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスタ及びＩ／Ｏなどからなる所謂マイクロコンピュータを含んで構成されている。なお、ＣＰＵは、Central Processing Unitの略称である。ＲＯＭは、Read Only Memoryの略称である。ＲＡＭは、Random Access Memoryの略称である。Ｉ／Ｏは、Input/Outputの略称である。また、制御部１０は、この構成に限定されない。制御部１０は、マイコンと専用ＩＣとを備えた構成などであっても採用できる。

制御部１０は、ＣＰＵがＲＡＭやレジスタの一時記憶機能を利用しつつ、ＲＯＭに予め記憶されたプログラムやＩ／Ｏを介して取得した信号などに応じて信号処理を行う。また、制御部１０は、信号処理で得られた信号を、Ｉ／Ｏを介して出力する。制御部１０は、このようにすることで各種機能を実行することができる。

制御部１０は、例えば、酸素センサ２００の出力を読み取り、燃焼室内の空気と燃料の混合比（所謂Ａ／Ｆ値）を算出し、インジェクタ３５０による燃料噴射量を制御する。つまり、制御部１０は、酸素センサ２００の検出結果に基づいて、インジェクタ３５０による燃料噴射量を制御する。また、制御部１０は、後程説明する検出用電流が通電されている間に第１ＡＤＣ４０と第２ＡＤＣ５０で取得された電圧値と、検出用電流の電流値とを用いて、酸素センサ２００のインピーダンスを算出する。詳述すると、制御部１０は、第１ＡＤＣ４０と第２ＡＤＣ５０で取得された電圧値から大気側電極２１０と排気側電極２２０との間の電圧値であるセンサ間電圧値を算出する。そして、制御部１０は、算出したセンサ間電圧値と検出用電流の電流値とを用いて、酸素センサ２００のインピーダンスを算出する。このインピーダンスの値は、固体電解質部の温度と相関する値である。よって、制御部１０は、酸素センサ２００のインピーダンスを算出することにより、固体電解質部の温度であるセンサ温度を取得する。なお、固体電解質部の温度は、酸素センサ２００の温度と言うこともできる。

そして、制御部１０は、取得したセンサ温度に応じて、酸素センサ２００の温度制御を行う。制御部１０は、例えばセンサ温度が固体電解質部の活性温度に達していなかった場合、ヒータ（図示省略）などを用いて、固体電解質の温度が活性温度に達するように制御する。更に、制御部１０は、酸素センサ２００のインピーダンスを算出する際に用いられる掃引回路２０及び戻し掃引回路３０のオフ故障検出を行う。

掃引回路２０は、酸素センサ２００のインピーダンスを算出するために酸素センサ２００に検出用電流を通電する。掃引回路２０は、ＤＡＣ６０、電源７０、大気側電極２１０に電気的に接続されている。掃引回路２０は、制御部１０によって、検出用電流の通電と、その通電の停止が制御される。つまり、制御部１０は、ＤＡＣ６０を介して、掃引回路２０による検出用電流の通電と、その通電の停止を指示する。なお、掃引回路２０は、検出用電流を通電することで、酸素センサ２００に正電流を印加する。

戻し掃引回路３０は、検出用電流が通電された酸素センサ２００を除電するために、酸素センサ２００に掃引回路２０とは逆向きに除電用電流を通電する。なお、酸素センサ２００は、除電がされないと、酸素センサ２００の出力電圧が上昇し続けてしまい、すなわち、センサ電圧浮き状態となり、センサ素子としての機能を果たせなくなる。このため、戻し掃引回路３０は、検出用電流が通電された酸素センサ２００を除電するものである。

戻し掃引回路３０は、ＤＡＣ６０、掃引回路２０、グランド、大気側電極２１０に電気的に接続されている。戻し掃引回路３０は、制御部１０によって、除電用電流の通電と、その通電の停止が制御される。つまり、制御部１０は、ＤＡＣ６０を介して、戻し掃引回路３０による除電用電流の通電と、その通電の停止を指示する。

第１ＡＤＣ４０と第２ＡＤＣ５０とは、酸素センサ２００の両電極間の電圧値を取得するための回路であり、特許請求の範囲における取得回路に相当する。第１ＡＤＣ４０は、大気側電極２１０の電圧値ＶＡＤ１を取得して、電圧値ＶＡＤ１を制御部１０に出力する。第２ＡＤＣ５０は、排気側電極２２０の電圧値ＶＡＤ２を取得して、電圧値ＶＡＤ２を制御部１０に出力する。

ＤＡＣ６０は、検出用電流の電流値と、除電用電流の電流値とを制御部１０によって制御するためのものである。電源７０は、例えば、ＥＣＵ１００の動作電源を供給するものを採用することができる。上述の掃引回路２０と戻し掃引回路３０とは、この電源７０とグランドとの間に設けられている。

シャント抵抗８０は、酸素センサ２００に流れた電流を検出するものであり、排気側電極２２０とオフセット電圧生成回路９０とに電気的にされている。このオフセット電圧生成回路９０は、除電用電流が通電されているときに、酸素センサ２００に対して、大気側電極２１０の電位＜排気側電極２２０の電位となるような電圧を印加する。つまり、オフセット電圧生成回路９０は、シャント抵抗８０の酸素センサ２００と逆側に正の電圧を印加する。

ここで、図３〜図８を用いて、ガスセンサ制御装置の処理動作に関して説明する。なお、図７，図８は、縦軸がセンサ間電圧値で、横軸が時間である。また、図７は、掃引回路２０及び戻し掃引回路３０が正常である場合の波形を二点鎖線で示し、戻し掃引回路３０が正常であり且つ掃引回路２０がオフ故障である場合の波形を一点鎖線で示している。一方、図８は、掃引回路２０及び戻し掃引回路３０が正常である場合の波形を二点鎖線で示し、掃引回路２０が正常であり且つ戻し掃引回路３０がオフ故障である場合の波形を一点鎖線で示している。また、図８において、１ｍｓ以前の二点鎖線は、一点鎖線と同様の波形を示すため図示を省略している。図７，図８は、時刻０までのセンサ間電圧が０Ｖ（酸素濃度過多時）を想定している。

まず、制御部１０は、所定の時間毎に、図３のフローチャートで示す処理を実行する。具体的には、制御部１０は、酸素センサ２００の出力を読み取るタイミングとは異なるタイミングで図３のフローチャートで示す処理を実行する。なお、酸素センサ２００の出力を読み取るタイミングとは、インジェクタ３５０による燃料噴射量を制御するために、酸素センサ２００の出力値を取得するタイミングである。

ステップＳ１０では、掃引開始を指示する。制御部１０は、掃引回路２０に対して、検出用電流の通電を指示する。このとき、制御部１０は、戻し掃引回路３０に対して、除電用電流の通電を指示しない。つまり、制御部１０は、掃引回路２０をオフからオンに切り替えると共に、戻し掃引回路３０をオフとする。これによって、酸素センサ２００には、検出用電流が通電されることになる。

図７の例では、制御部１０は、タイミングｔ１から検出用電流の通電を指示する。また、図８の例では、制御部１０は、タイミングｔ４から検出用電流の通電を指示する。これによって、掃引回路２０が正常である場合、センサ間電圧値は、酸素センサ２００に検出用電流の通電が開始されて、図７，図８の二点鎖線で示すように上昇する。その後、センサ間電圧値は、検出用電流の通電が終わる例えば１ｍｓ（つまり、タイミングｔ２，ｔ５）まで、酸素センサ２００の容量成分に電荷が溜まる間、徐々に増加していく。ここでは、一例として、０．２Ｖまで上昇する例を採用している。しかしながら、センサ間電圧値は、掃引回路２０がオフ故障している場合、図７の一点鎖線で示すように、掃引回路２０が正常である場合とは異なる波形を示すことになる。

ステップＳ２０では、掃引終了か否かを判定する。制御部１０は、掃引開始の指示から、予め決められた所定時間が経過したか否かを判定する。そして、制御部１０は、予め決められた所定時間が経過したとみなした場合、掃引終了と判定してステップＳ３０に進む。一方、制御部１０は、予め決められた所定時間が経過していないとみなした場合、掃引終了と判定せずにステップＳ２０に戻る。つまり、制御部１０は、検出用電流の通電を所定時間継続させる。

ステップＳ３０，Ｓ４０では、掃引終了を指示すると共に、戻し掃引開始を指示する。このとき、制御部１０は、掃引回路２０に対して、検出用電流の通電を停止する指示を行うと共に、戻し掃引回路３０に対して、除電用電流の通電を指示する。つまり、制御部１０は、掃引回路２０をオンからオフに切り替えると共に、戻し掃引回路３０をオフからオンに切り替える。これによって、酸素センサ２００には、検出用電流の通電が停止され、除電用電流が通電されることになる。

図７の例では、制御部１０は、タイミングｔ１からタイミングｔ２の期間で検出用電流の通電を指示すると共に、タイミングｔ２から除電用電流の通電を指示することになる。一方、図８の例では、制御部１０は、タイミングｔ４からタイミングｔ５の期間で検出用電流の通電を指示すると共に、タイミングｔ５から除電用電流の通電を指示することになる。なお、センサ間電圧値は、除電用電流の通電が開始されると瞬時に下降し、その後、酸素センサ２００に溜まった電荷が抜けるため徐々に電圧が下降する。ここでは、掃引回路２０及び戻し掃引回路３０が正常の場合、センサ間電圧値は、除電用電流の通電が終わる２ｍｓまで、酸素センサ２００に溜まった電荷が抜けるため徐々に下降する例を採用している。また、センサ間電圧値は、２ｍｓ以降に元の電圧値である０Ｖに戻る。

ステップＳ５０では、検出時間になったか否かを判定する。この検出時間は、掃引回路２０及び戻し掃引回路３０のオフ故障の検出を行うためのセンサ間電圧値を取得する時間である。また、検出時間は、酸素センサ２００に除電用電流が通電されている時間的範囲内で設定される。詳述すると、検出時間は、酸素センサ２００に除電用電流が通電されている間であり、且つ、大気側電極２１０及び排気側電極２２０のインピーダンスの周波数特性が反映された出力特性となる時間的範囲で設定される。なお、この時間的範囲は、特許請求の範囲における期間に相当し、図７，図８では検出期間と記載している。また、図７，図８の例では、一例として、除電用電流の通電開始後の５００ｍｓを検出時間として採用している。そして、制御部１０は、検出時間になったと判定した場合はステップＳ６０へ進み、検出期間になってないと判定した場合はステップＳ５０での判定を繰り返す。

ステップＳ６０では、故障判定をスタートする。制御部１０は、除電用電流が通電されている期間にセンサ間電圧値と閾値のみに基づいて、掃引回路２０及び戻し掃引回路３０のオフ故障の検出を行う。制御部１０は、ステップＳ６０に進むと、図４〜図６のフローチャートに示す処理を実行する。なお、制御部１０は、図４〜図６の少なくとも一つを実行してもよいし、全てを実行してもよい。この故障判定に関しては、後程詳しく説明する。

ステップＳ７０では、戻し掃引終了か否かを判定する。制御部１０は、戻し掃引開始の指示から、予め決められた所定時間が経過したか否かを判定する。そして、制御部１０は、予め決められた所定時間が経過したとみなした場合、戻し掃引終了と判定してステップＳ８０に進む。一方、制御部１０は、予め決められた所定時間が経過していないとみなした場合、戻し掃引終了と判定せずにステップＳ５０に戻る。つまり、制御部１０は、除電用電流の通電を所定時間継続させる。

ステップＳ８０では、戻し掃引終了を指示する。このとき、制御部１０は、掃引回路２０に対して、検出用電流の通電を指示することなく、戻し掃引回路３０に対して、除電用電流の通電を停止する指示を行う。つまり、制御部１０は、掃引回路２０をオフのままにすると共に、戻し掃引回路３０をオンからオフに切り替える。これによって、掃引回路２０及び戻し掃引回路３０は、ともにオフとなる。

ここで、図４を用いて、掃引回路２０がオフ故障しているか否かの判定処理を説明する。制御部１０は、ステップＳ６０に進むと、図４のフローチャートで示す処理を実行する。

ステップＳ１００では、センサ間電圧値を取得する。制御部１０は、第１ＡＤＣ４０の出力値と第２ＡＤＣ５０の出力値とに基づいて、センサ間電圧値を取得する。

ステップＳ１１０では、電圧値を記憶する。制御部１０は、ステップＳ１００で取得したセンサ間電圧値をＲＡＭなどの記憶部に記憶しておく。制御部１０は、センサ間電圧値を取得するたびに、すでに記憶しているセンサ間電圧値を新たに取得したセンサ間電圧値に更新する。つまり、制御部１０は、最新のセンサ間電圧値を一つだけ記憶しておく。なお、この記憶部に記憶したセンサ間電圧値は、特許請求の範囲における第１閾値に相当する。つまり、制御部１０は、第１閾値として、前回の除電用電流の通電時における検出期間で取得及び記憶されたセンサ間電圧値を採用する。なお、記憶部に記憶したセンサ間電圧値は、前回値Ｖｓ（ｎ−１）とも記載する。一方、今回のステップＳ１００で取得したセンサ間電圧値は、今回値Ｖｓ（ｎ）とも記載する。

ステップＳ１２０では、前回値Ｖｓ（ｎ−１）と今回値Ｖｓ（ｎ）とを比較する。このとき、制御部１０は、前回のステップＳ１００で取得したセンサ間電圧値を記憶部から読み出す。そして、制御部１０は、読みだしたセンサ間電圧値Ｖｓ（ｎ−１）と、今回のステップＳ１００で取得したセンサ間電圧値Ｖｓ（ｎ）とを比較する。

ステップＳ１３０では、今回値Ｖｓ（ｎ）＜前回値Ｖｓ（ｎ−１）であるか否かを判定する。制御部１０は、ステップＳ１２０での比較結果に応じて、今回値Ｖｓ（ｎ）＜前回値Ｖｓ（ｎ−１）であると判定した場合はステップＳ１４０へ進み、今回値Ｖｓ（ｎ）＜前回値Ｖｓ（ｎ−１）でないと判定した場合はステップＳ１５０へ進む。そして、ステップＳ１４０では、制御部１０は、掃引回路２０はオフ故障していると判定する。一方、ステップＳ１５０では、制御部１０は、掃引回路２０は正常であると判定する。このように、制御部１０は、第１閾値として、前回の除電用電流の通電時における検出期間で取得及び記憶されたセンサ間電圧値を用いて掃引回路２０のオフ故障の検出を行う。

ここで、今回値Ｖｓ（ｎ）と前回値Ｖｓ（ｎ−１）の大小関係で掃引回路２０のオフ故障を判定できる理由に関して説明する。図７の一点鎖線で示すように、掃引回路２０は、自身がオフ故障していた場合、１ｍｓまでは回路動作が変化しない。つまり、掃引回路２０は、酸素センサ２００に対して検出用電流を通電できない。このため、センサ間電圧値は変化しない。

そして、センサ間電圧値は、タイミングｔ２で戻し掃引回路３０がオンすると瞬時に下降する。下降後のセンサ間電圧値は、掃引回路２０がオフ故障していた場合、掃引回路２０の正常時と比べると、酸素センサ２００に電荷が溜まっていない分低くなる。よって、今回値Ｖｓ（ｎ）＜前回値Ｖｓ（ｎ−１）である場合、掃引回路２０がオフ故障していると判定できる。例えば、前回値がＡ点の値であり、今回値がＢ点の値であった場合、制御部１０は、掃引回路２０のオフ故障と判定することになる。このように、制御部１０は、ステップＳ１００で取得したセンサ間電圧値と、第１閾値のみに基づいて、掃引回路２０のオフ故障の検出を行うことができる。つまり、制御部１０は、酸素センサ２００の容量成分に溜まる電荷による、除電用電流通電時のセンサ間電圧値への影響を利用することで、掃引回路２０のオフ故障の検出を行うことができる。また、制御部１０は、正常に動作していた掃引回路２０が、あるタイミングでオフ故障したことを検出することができる、と言い換えることができる。

なお、本発明は、今回値Ｖｓ（ｎ）＜前回値Ｖｓ（ｎ−１）であり、且つ、今回値Ｖｓ（ｎ）と前回値Ｖｓ（ｎ−１）との差分値が所定値を超えている場合に、掃引回路２０がオフ故障であるとみなしてもよい。つまり、制御部１０は、Ｖｓ（ｎ−１）−Ｖｓ（ｎ）＞所定値の場合に、掃引回路２０がオフ故障しているとみなしてもよい。

なお、掃引回路２０が正常である場合に検出時間で取得したセンサ間電圧値と、掃引回路２０がオフ故障している場合に検出時間で取得したセンサ間電圧値との差分値は、酸素センサ２００の容量成分によってある程度決まる。図７では、差分値が約３０ｍＶである例を採用している。そこで、所定値は、酸素センサ２００の容量成分によって決まる差分値に基づいて設定する。例えば、所定値は、センサ間電圧値の測定精度と、前回の検出用電流の通電時からの起こりうるセンサ間電圧値の変動量を考慮して設定することができる。なお、センサ間電圧値の測定精度は、第１ＡＤＣ４０や第２ＡＤＣ５０の変換精度などを含む。一例としては、酸素センサ２００の容量成分によって決まる差分値が例えば約３０ｍＶであった場合、測定精度や変動量を考慮すると、所定値は、例えば２０ｍＶとする。この場合、制御部１０は、Ｖｓ（ｎ−１）−Ｖｓ＞２０ｍｓであると、掃引回路２０がオフ故障しているとみなす。

このようにしても、本発明は、ステップＳ１００で取得したセンサ間電圧値と、閾値としての第１閾値及び所定値のみに基づいて、掃引回路２０のオフ故障の検出を行うことができる。また、本発明は、このようにすることで、掃引回路２０がオフ故障しているか否かを判定する際に、センサ間電圧値の誤差などによって誤判定することを抑制できる。

また、制御部１０は、ステップＳ１１０において、最新のセンサ間電圧値に加えて、過去のセンサ間電圧値を記憶し、複数のセンサ間電圧値を記憶してもよい。この場合、制御部１０は、ステップＳ１２０において、複数のセンサ間電圧値の平均値を算出すると共に、算出した平均値と、今回のステップＳ１００で取得したセンサ間電圧値とを比較してもよい。つまり、制御部１０は、平均値を前回値として採用する、と言うことができる。更に、この場合、平均値は、特許請求の範囲における第１閾値に相当する。よって、制御部１０は、第１閾値として複数のセンサ間電圧値の平均値を用いて掃引回路２０のオフ故障の検出を行う。このようにしても、本発明は、ステップＳ１００で取得したセンサ間電圧値と第１閾値のみに基づいて、掃引回路２０のオフ故障の検出を行うことができる。また、本発明は、第１閾値として複数のセンサ間電圧値の平均値を用いることで、掃引回路２０がオフ故障しているか否かを判定する際に、検出時間で検出されたセンサ間電圧値の誤差などによって誤判定することを抑制できる。

次に、図５を用いて、戻し掃引回路３０がオフ故障しているか否かの判定処理に関して説明する。制御部１０は、ステップＳ６０に進むと、図５のフローチャートで示す処理を実行する。

ステップＳ２００では、センサ間電圧値を取得する。この処理は、ステップＳ１００と
同様であるため説明は省略する。

ステップＳ２１０では、電圧値と第２閾値とを比較する。制御部１０は、ステップＳ２００で取得したセンサ間電圧値と第２閾値とを比較する。この第２閾値は、正の電圧値を示すものである。なお、この第２閾値は、予め決められた値であり、ＲＡＭなどの記憶部に記憶しておく。

ステップＳ２２０では、電圧値＞第２閾値であるか否かを判定する。制御部１０は、ステップＳ２１０の比較結果に応じて、センサ間電圧値＞第２閾値であるか否かを判定する。そして、制御部１０は、センサ間電圧値＞第２閾値であると判定した場合はステップＳ２３０へ進み、センサ間電圧値＞第２閾値でないと判定した場合はステップＳ２４０へ進む。

ステップＳ２３０では、制御部１０は、戻し掃引回路３０はオフ故障していると判定する。一方、ステップＳ２４０では、制御部１０は、戻し掃引回路３０は正常であると判定する。このように、制御部１０は、閾値として、正の電圧値を示す第２閾値を用いて戻し掃引回路３０のオフ故障の検出を行うものである。なお、第２閾値としては、正常な戻し掃引回路３０では取りえない電圧値であり、例えば１０ｍＶなどを採用できる。

図８に示すように、タイミングｔ５で除電用電流の通電が指示された後におけるセンサ間電圧値は、戻し掃引回路３０が正常である場合、０Ｖを下回ってマイナスの電圧になってから、０Ｖに近づいていく。これに対して、戻し掃引回路３０がオフ故障している場合、センサ間電圧値は、０Ｖ以上の値を維持しながら、徐々に０Ｖに近づいていく。

このように、センサ間電圧値は、戻し掃引回路３０がオフ故障している場合、検出用電流の通電によって酸素センサ２００の容量成分に溜まった電荷によって、０Ｖ以上を維持することになる。また、センサ間電圧値は、戻し掃引回路３０がオフ故障している場合、マイナスの電圧になることはない。

よって、制御部１０は、センサ間電圧値＞第２閾値である場合、戻し掃引回路３０がオフ故障しているとみなすことができる。このように、制御部１０は、ステップＳ２００で取得したセンサ間電圧値と、正の電圧値を示す第２閾値のみに基づいて、戻し掃引回路３０のオフ故障の検出を行うことができる。

なお、第２閾値としては、０Ｖを採用することもできる。しかしながら、センサ間電圧値の測定精度などを考慮すると、本発明は、第２閾値として０Ｖよりも正の電圧値を採用した方が好ましい。つまり、本発明は、第２閾値として正の電圧値を採用することで、戻し掃引回路３０がオフ故障しているか否かを判定する際に、検出時間で検出されたセンサ間電圧値の誤差などによって誤判定することを抑制できる。

ここで、図６を用いて、掃引回路２０と戻し掃引回路３０が同時にオフ故障しているか否かの判定処理に関して説明する。制御部１０は、ステップＳ６０に進むと、図６のフローチャートで示す処理を実行する。

ステップＳ３００では、センサ間電圧値を取得する。この処理は、ステップＳ１００と同様であるため説明は省略する。

ステップＳ３１０では、電圧値と第３閾値及び第４閾値とを比較する。制御部１０は、ステップＳ３００で取得したセンサ間電圧値と、正の電圧値を示す第３閾値及び負の電圧値を示す第４閾値とを比較する。この第３閾値及び第４閾値は、予め決められた値であり、ＲＡＭなどの記憶部に記憶しておく。

ステップＳ３２０では、第４閾値＜センサ間電圧値＜第３閾値であるか否かを判定する。制御部１０は、ステップＳ３１０の比較結果に応じて、第４閾値＜センサ間電圧値＜第３閾値であるか否かを判定する。そして、制御部１０は、第４閾値＜センサ間電圧値＜第３閾値であると判定した場合はステップＳ３３０へ進み、第４閾値＜センサ間電圧値＜第３閾値でないと判定した場合はステップＳ３４０へ進む。

ステップＳ３３０では、制御部１０は、掃引回路２０と戻し掃引回路３０が共にオフ故障していると判定する。つまり、制御部１０は、掃引回路２０と戻し掃引回路３０とが同時オフ故障していると判定する、と言い換えることができる。一方、ステップＳ３４０では、制御部１０は、掃引回路２０または戻し掃引回路３０は正常であると判定する。このように、制御部１０は、閾値として、正の電圧値を示す第３閾値及び負の電圧値を示す第４閾値を用いて、掃引回路２０と戻し掃引回路３０のオフ故障の検出を行うものである。

なお、第３閾値は、掃引回路２０と戻し掃引回路３０が共に正常である場合には取りえない電圧値であり、例えば＋１０ｍＶなどを採用できる。一方、第４閾値は、掃引回路２０と戻し掃引回路３０が共に正常な場合では取りえない電圧値であり、例えば−１０ｍＶなどを採用できる。

掃引回路２０と戻し掃引回路３０が共にオフ故障した場合、検出時間で検出されたセンサ間電圧値は０Ｖになる。よって、制御部１０は、第４閾値＜センサ間電圧値＜第３閾値であると判定した場合に、掃引回路２０と戻し掃引回路３０が共にオフ故障しているとみなすことができる。このように、制御部１０は、ステップＳ３００で取得したセンサ間電圧値と、第３閾値及び第４閾値のみに基づいて、掃引回路２０と戻し掃引回路３０のオフ故障の検出を行うことができる。

なお、掃引回路２０と戻し掃引回路３０が同時にオフ故障した場合、検出時間で検出されたセンサ間電圧値は０Ｖになる。よって、制御部１０は、ステップＳ３００で取得したセンサ間電圧値が０Ｖであるか否かによって、掃引回路２０と戻し掃引回路３０のオフ故障の検出を行ってもよい。つまり、制御部１０は、センサ間電圧値が０Ｖであった場合は掃引回路２０と戻し掃引回路３０とが共にオフ故障であるとみなしてもよい。しかしながら、ステップＳ３００で取得するセンサ間電圧値には、誤差が生じることもありうる。

よって、本発明は、第３閾値と第４閾値とを用いてオフ故障を検出した方が好ましい。つまり、本発明は、第３閾値と第４閾値とを採用することで、オフ故障しているか否かを判定する際に、検出時間で検出されたセンサ間電圧値の誤差などによって誤判定することを抑制できる。

このように、ガスセンサ制御装置は、検出用電流が通電されている間に取得されたセンサ間電圧値を用いることなく、除電用電流が通電されているときに取得されたセンサ間電圧値と閾値のみに基づいてオフ故障を検出できる。つまり、ガスセンサ制御装置は、一回の電圧値取得でオフ故障を検出できる。よって、ガスセンサ制御装置は、センサ間電圧値を取得するタイミング制御を簡素化できる。また、ガスセンサ制御装置は、センサ間電圧値を計測するタイミング制御を簡素化できるため、オフ故障を検出するためのソフト構成の簡素化も期待できる。

なお、オフ故障の検出は、例えば電圧浮きを用いることも考えられる。この電圧浮きとは、特許文献１の図８（Ｂ）に図示されているように、インピーダンス検出回路のオフ故障時に、電圧印加前の検出電圧より電圧印加後の検出電圧が高くなっている状態である。また、電圧浮きの度合いは、ガスセンサの自然放電の大小によって異なる。また、ガスセンサの自然放電は、温度や部品ばらつきに依存する。このため、電圧浮きを用いると、確実なオフ故障判定ができないという問題がある。

しかしながら、ガスセンサ制御装置は、電圧浮きを用いることなく、除電用電流が通電されているときに取得されたセンサ間電圧値と閾値のみに基づいてオフ故障を検出できる。よって、ガスセンサ制御装置は、酸素センサ２００の個体差によらず、掃引回路２０や戻し掃引回路３０のオフ故障を検出できる。

また、本実施形態では、電流制御で酸素センサ２００に対して、検出用電流及び除電用電流を通電する例を採用した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。本発明は、電圧制御によって酸素センサ２００に対して、検出用電流及び除電用電流を通電するものであても採用できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に何ら制限されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。

１０ 制御部、２０ 掃引回路、３０ 戻し掃引回路、４０ 第１ＡＤＣ、５０ 第２ＡＤＣ、６０ ＤＡＣ、７０ 電源、８０ シャント抵抗、９０ オフセット電圧生成回路、１００ エンジンＥＣＵ、２００ 酸素濃度センサ、２１０ 大気側電極、２２０ 排気側電極、３１０ 吸気通路、３２０，３３０ 排気通路、３４０ 触媒、３５０ インジェクタ

Claims (7)

1. 車両に搭載され、固体電解質部を挟む大気側電極と排気側電極が設けられたガスセンサのインピーダンスを算出することにより前記ガスセンサのセンサ温度を取得して、前記センサ温度に応じて前記ガスセンサの温度制御を行うものであり、
   前記ガスセンサのインピーダンスを算出するために前記ガスセンサに検出用電流を通電する掃引回路（２０）と、
   前記検出用電流が通電された前記ガスセンサを除電するために前記ガスセンサに前記掃引回路とは逆向きに除電用電流を通電する戻し掃引回路（３０）と、
   前記除電用電流が通電されているときに、前記ガスセンサに対して、前記大気側電極の電位＜前記排気側電極の電位となるような電圧を印加するオフセット電圧生成回路（９０）と、
   前記ガスセンサの両電極間の電圧値を取得する取得回路（４０，５０）と、
   前記検出用電流が通電されている間に前記取得回路で取得された前記電圧値と前記検出用電流の電流値とを用いて算出した前記インピーダンスにより前記センサ温度を取得して、前記センサ温度に応じて前記ガスセンサの温度制御を行う制御部（１０）と、を備えたガスセンサ制御装置であって、
   前記制御部は、前記除電用電流が通電されている期間に前記取得回路で取得された前記電圧値と閾値のみに基づいて、前記掃引回路及び前記戻し掃引回路のオフ故障の検出を行うことを特徴とするガスセンサ制御装置。
2. 前記制御部は、前記期間において前記取得回路で取得された前記電圧値を記憶すると共に、前記閾値として記憶した前記電圧値を第１閾値として用いて前記掃引回路のオフ故障の検出を行うものであり、前記取得回路で取得された今回の前記電圧値が前記第１閾値より小さい場合に前記掃引回路がオフ故障であるとみなすことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ制御装置。
3. 前記制御部は、前記第１閾値として、前回の前記除電用電流の通電時における前記期間で取得及び記憶された前記電圧値を用い、前記掃引回路のオフ故障の検出を行うことを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ制御装置。
4. 前記制御部は、前記期間において前記取得回路で取得された複数の前記電圧値を記憶すると共に、前記第１閾値として複数の前記電圧値の平均値を用いて前記掃引回路のオフ故障の検出を行うことを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ制御装置。
5. 前記制御部は、前記取得回路で取得された今回の前記電圧値が前記第１閾値より小さく、且つ、前記第１閾値と今回の前記電圧値との差分値が所定値を超えている場合に、前記掃引回路がオフ故障であるとみなすことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載のガスセンサ制御装置。
6. 前記制御部は、前記閾値として、正の電圧値を示す第２閾値を用いて前記戻し掃引回路のオフ故障の検出を行うものであり、前記取得回路で取得された今回の前記電圧値が前記第２閾値を超えている場合に前記戻し掃引回路がオフ故障であるとみなすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のガスセンサ制御装置。
7. 前記制御部は、前記閾値として、正の電圧値を示す第３閾値と負の電圧値を示す第４閾値とを用いて前記掃引回路及び前記戻し掃引回路のオフ故障の検出を行うものであり、前記取得回路で取得された今回の前記電圧値が前記第３閾値より小さく、且つ前記第４閾値を超えている場合に前記掃引回路と前記戻し掃引回路とが共にオフ故障であるとみなすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のガスセンサ制御装置。

Images