JP4830676B2

JP4830676B2 - Failure diagnosis device for exhaust gas sensor

Info

Publication number: JP4830676B2
Application number: JP2006186496A
Authority: JP
Inventors: 靖志岩崎; 裕澤田; 剛博城向; 忍小林; 孝寛大野; 雅也川路; 貴志松井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-07-06
Filing date: 2006-07-06
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2026-07-06
Also published as: JP2008014809A

Description

この発明は、排気ガスセンサの故障診断装置に関し、特に、当該故障診断装置自身の故障を自己診断する装置として好適な排気ガスセンサの故障診断装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas sensor failure diagnosis device, and more particularly to an exhaust gas sensor failure diagnosis device suitable as a device for self-diagnosis of the failure of the failure diagnosis device itself.

従来、例えば特開２００３−１４６８３号公報に開示されるように、内燃機関の排気通路に配置された酸素センサ（以下、単に「センサ」とも称す）の素子割れによる故障を検出するための装置が知られている。この装置によれば、酸素センサは、大気と排気ガスとの間に介設されるセンサ素子を備え、大気層中の空気と排気ガスとの酸素分圧の差に応じた電圧が出力される。そして、かかる電圧値が、酸素分圧の差が小さい、或いは逆転していることを示す出力パターンである場合に、センサ素子に欠損が生じていると判定して、異常診断を行うこととしている。 Conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-14683, an apparatus for detecting a failure due to element cracking of an oxygen sensor (hereinafter also simply referred to as “sensor”) disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine has been disclosed. Are known. According to this apparatus, the oxygen sensor includes a sensor element interposed between the atmosphere and the exhaust gas, and outputs a voltage corresponding to the difference in oxygen partial pressure between the air in the atmosphere and the exhaust gas. . When such a voltage value is an output pattern indicating that the difference in oxygen partial pressure is small or reversed, it is determined that a defect has occurred in the sensor element and an abnormality diagnosis is performed. .

特開２００３−１４６８３号公報JP 2003-14683 A 特開２００４−３４０９１４号公報JP 2004-340914 A 特開２００５−１４０６４２号公報JP 2005-140642 A

ところで、上述した酸素センサの故障診断装置においては、当該故障診断装置自身に故障が発生することがある。すなわち、センサ線のショートまたは断線、回路のパターン剥離あるいは部品故障などにより、回路の導通が遮断されることも想定し得る。これらの故障が発生すると、センサの故障診断を精度よく行うことができないばかりか、正確なセンサ出力を検出することもできないおそれがある。このため、これらの故障を自己診断することのできない従来の装置は、故障診断装置としては不十分なものであり改善が望まれていた。また、上述したセンサ線の破損などに代表される外部故障と回路内部の故障とはその性質を異にするものであるから、故障の部位も含めて故障検出を行うことができると更に好適である。 Incidentally, in the above-described oxygen sensor failure diagnosis apparatus, a failure may occur in the failure diagnosis apparatus itself. That is, it may be assumed that the circuit is interrupted due to a short circuit or disconnection of the sensor line, a circuit pattern peeling or a component failure. When these failures occur, it is possible that not only the failure diagnosis of the sensor can be performed accurately but also the accurate sensor output cannot be detected. For this reason, conventional devices that cannot self-diagnose these failures are insufficient as failure diagnosis devices, and improvements have been desired. In addition, since an external failure represented by the above-described sensor line breakage and the failure inside the circuit have different properties, it is more preferable that failure detection can be performed including the location of the failure. is there.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気ガスセンサの故障診断装置自身の故障を精度よく自己診断することのできる排気ガスセンサの故障診断装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust gas sensor failure diagnosis device capable of accurately performing self-diagnosis of the failure of the exhaust gas sensor failure diagnosis device itself. To do.

第１の発明は、上記の目的を達成するため、排気ガス中の酸素濃度と相関を有する起電力を発する排気ガスセンサの故障診断装置であって、
前記排気ガスセンサの正極端子にかかる正極電圧を検出する正極電圧検出回路と、
前記排気ガスセンサの負極端子にかかる負極電圧を検出する負極電圧検出回路と、
前記正極端子と前記正極電圧検出回路とを接続する正極側センサ線と、
前記負極端子と前記負極電圧検出回路とを接続する負極側センサ線と、
電源電圧の供給を受け、前記負極端子に所定の基準電圧を印加する基準電圧印加回路と、
前記正極電圧と前記負極電圧との電位差に基づいて、前記排気ガスセンサの故障診断を行う故障診断手段と、
前記正極電圧および前記負極電圧に基づいて、前記故障診断装置自身の故障診断を行う自己診断手段と、を備え、
前記自己診断手段は、前記正極電圧および前記負極電圧が前記電源電圧である場合に、前記基準電圧印加回路に故障が生じていると診断することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first invention is a failure diagnosis device for an exhaust gas sensor that generates an electromotive force having a correlation with an oxygen concentration in exhaust gas,
A positive voltage detection circuit for detecting a positive voltage applied to a positive terminal of the exhaust gas sensor;
A negative voltage detection circuit for detecting a negative voltage applied to a negative terminal of the exhaust gas sensor;
A positive sensor line connecting the positive terminal and the positive voltage detection circuit;
A negative sensor line connecting the negative terminal and the negative voltage detection circuit;
A reference voltage application circuit that receives supply of a power supply voltage and applies a predetermined reference voltage to the negative terminal;
Failure diagnosis means for performing failure diagnosis of the exhaust gas sensor based on a potential difference between the positive electrode voltage and the negative electrode voltage;
Self-diagnosis means for performing failure diagnosis of the failure diagnosis device itself based on the positive electrode voltage and the negative electrode voltage ;
The self-diagnosis means diagnoses that a failure has occurred in the reference voltage application circuit when the positive voltage and the negative voltage are the power supply voltages .

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記自己診断手段は、
前記正極電圧が前記排気ガスセンサに発生する起電力であり、かつ前記負極電圧が前記基準電圧より小さい電圧値である場合に、前記負極側センサ線のグランドショートによる故障が生じていると診断することを特徴とする。 The second invention is the first invention, wherein
The self-diagnosis means includes
When the positive voltage is an electromotive force generated in the exhaust gas sensor and the negative voltage is a voltage value smaller than the reference voltage, a diagnosis is made that a failure due to a ground short of the negative sensor line has occurred. It is characterized by.

また、第３の発明は、第１の発明において、
前記自己診断手段は、
前記正極電圧が前記電源電圧であり、かつ前記負極電圧が前記基準電圧である場合に、前記正極側センサ線の電源ショートによる故障が生じていると診断することを特徴とする。 The third invention is the first invention, wherein
The self-diagnosis means includes
When the positive voltage is the power supply voltage and the negative voltage is the reference voltage, it is diagnosed that a failure due to a power supply short of the positive sensor line has occurred.

第１の発明によれば、当該排気ガスセンサの故障診断装置は、当該センサに生じる電位差に基づいて、当該センサの素子割れ故障の診断を行う。このため、センサの負極端子には所定の基準電圧が印加され、当該センサに生じる負の電位差まで検出することができる仕組みになっている。ここで、当該故障診断装置自身に故障が発生すると、センサの正極電圧および負極電圧には、当該故障の種類および発生部位に応じた特有の変化が生じる。このため、本発明によれば、当該正極電圧および負極電圧の変化に基づいて、故障診断装置の故障発生有無、更にはその発生部位を特定することができる。
また、本発明によれば、基準電圧印加回路はセンサの負極端子に基準電圧が印加されるように電源電圧を整流する。このため、基準電圧印加回路内において外部接点への導通が断線される故障が発生すると、上記整流動作を行うことができずセンサの負極端子に直接電源電圧が印加されてしまう。このような事態が発生すると、正極電圧検出回路および負極電圧検出回路に電源電圧が検出される。このため、本発明によれば、かかる場合に基準電圧印加回路に故障が生じていると診断することができる。 According to the first aspect of the present invention, the failure diagnosis device for the exhaust gas sensor diagnoses an element crack failure of the sensor based on a potential difference generated in the sensor. For this reason, a predetermined reference voltage is applied to the negative electrode terminal of the sensor so that even a negative potential difference generated in the sensor can be detected. Here, when a failure occurs in the failure diagnosis apparatus itself, a specific change corresponding to the type and location of the failure occurs in the positive electrode voltage and the negative electrode voltage of the sensor. For this reason, according to the present invention, it is possible to specify whether or not a failure has occurred in the failure diagnosis apparatus, and further, where the failure has occurred, based on the change in the positive voltage and the negative voltage.
According to the present invention, the reference voltage application circuit rectifies the power supply voltage so that the reference voltage is applied to the negative terminal of the sensor. For this reason, if a failure occurs in which the connection to the external contact is broken in the reference voltage application circuit, the rectification operation cannot be performed, and the power supply voltage is directly applied to the negative terminal of the sensor. When such a situation occurs, the power supply voltage is detected by the positive voltage detection circuit and the negative voltage detection circuit. Therefore, according to the present invention, in such a case, it can be diagnosed that a failure has occurred in the reference voltage application circuit.

第２の発明によれば、正極電圧にセンサ出力が重畳している場合には、正極電圧検出回路および当該排気ガスセンサは故障していないと判断することができる。一方、センサの負極端子には、基準電圧印加回路により常に基準電圧が印加されている。このため、負極電圧検出回路に基準電圧よりも低い電圧値が検出された場合には、当該排気ガスセンサの負極端子から負極側センサ線を介して負極電圧検出回路および基準電圧印加回路までの間の何れかの部位において、グランドショート（外部接点へのショート）の故障が発生したと判断することができる。ここで、上記回路は基板上に形成されているため外力などの影響を受け難い。このため、これらの回路がグランドにショートする可能性は、外部に露出しているセンサ線に比べ無視できる程に小さい。したがって、本発明によれば、かかる場合に負極側センサ線にグランドショートの故障が生じていると診断することができる。 According to the second invention, when the sensor output is superimposed on the positive voltage, it can be determined that the positive voltage detection circuit and the exhaust gas sensor are not in failure. On the other hand, the reference voltage is always applied to the negative terminal of the sensor by the reference voltage application circuit. For this reason, when a voltage value lower than the reference voltage is detected in the negative voltage detection circuit, the connection between the negative electrode terminal of the exhaust gas sensor and the negative voltage detection circuit and the reference voltage application circuit via the negative sensor line. It can be determined that a failure due to a ground short (short to an external contact) has occurred in any part. Here, since the circuit is formed on the substrate, it is hardly affected by external force or the like. For this reason, the possibility that these circuits are short-circuited to the ground is negligibly small as compared with the sensor line exposed to the outside. Therefore, according to the present invention, in such a case, it can be diagnosed that a ground short failure has occurred in the negative electrode side sensor line.

第３の発明によれば、負極電圧検出回路に基準電圧が検出されている場合には、負極電圧検出回路および基準電圧印加回路は故障していないと判断することができる。一方、正極電圧にはセンサ出力が重畳する。このため、正極電圧検出回路に電源電圧が検出された場合には、当該排気ガスセンサの正極端子から正極側センサ線を介して正極電圧検出回路までの間の何れかの部位において、電源ショート（電源電圧へのショート）の故障が発生したと判断することができる。ここで、上記回路は基板上に形成されているため、外力などの影響を受け難い。このため、当該回路が電源にショートが発生する可能性は、外部に露出しているセンサ線に比べ無視できる程に小さい。したがって、本発明によれば、かかる場合に正極側センサ線に電源ショートの故障が生じていると診断することができる。 According to the third invention, when the reference voltage is detected in the negative voltage detection circuit, it can be determined that the negative voltage detection circuit and the reference voltage application circuit are not out of order. On the other hand, the sensor output is superimposed on the positive voltage. For this reason, when a power supply voltage is detected by the positive voltage detection circuit, a power supply short circuit (power supply) is provided at any location between the positive terminal of the exhaust gas sensor and the positive voltage detection circuit via the positive sensor line. It can be determined that a failure (short to voltage) has occurred. Here, since the circuit is formed on the substrate, it is hardly affected by external force or the like. For this reason, the possibility that the circuit is short-circuited in the power supply is negligibly small compared to the sensor line exposed to the outside. Therefore, according to the present invention, in such a case, it can be diagnosed that a power supply short circuit failure has occurred in the positive sensor line.

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.

実施の形態１．
［回路構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態の構成を説明するための図を示す。図１に示すように、本実施形態のシステムは、酸素センサ１０とECU(Electronic Control Unit)２０を備えている。本実施形態において、酸素センサ１０は、内燃機関の排気通路に配置され、排気ガス中の酸素濃度に応じたセンサ出力、より具体的には、排気空燃比がリッチであるかリーンであるかを表すセンサ出力を発生することができる。 Embodiment 1 FIG.
[Description of circuit configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the system of this embodiment includes an oxygen sensor 10 and an ECU (Electronic Control Unit) 20. In the present embodiment, the oxygen sensor 10 is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine, and sensor output corresponding to the oxygen concentration in the exhaust gas, more specifically, whether the exhaust air-fuel ratio is rich or lean. A sensor output can be generated.

図１において、酸素センサ１０は、インピーダンス成分と起電力成分とを含むものとして等価的に示されている。すなわち、酸素センサ１０は、被検出ガス中の酸素濃度に応じた電圧を発生する起電力式のセンサである。本実施形態では、正極側センサ線１６および負極側センサ線１８を備え、正極端子１２側が高圧側となり、負極端子１４側が低圧側となるように酸素センサ１０とECU２０が接続されている。ECU２０は、正極端子１２と負極端子１４との間に発生する電圧を見ることで、排気空燃比がリッチであるかリーンであるかを判断することができる。 In FIG. 1, the oxygen sensor 10 is equivalently shown as including an impedance component and an electromotive force component. That is, the oxygen sensor 10 is an electromotive force type sensor that generates a voltage corresponding to the oxygen concentration in the gas to be detected. In the present embodiment, the oxygen sensor 10 and the ECU 20 are connected so that the positive sensor line 16 and the negative sensor line 18 are provided, the positive terminal 12 side is the high voltage side, and the negative terminal 14 side is the low voltage side. The ECU 20 can determine whether the exhaust air-fuel ratio is rich or lean by looking at the voltage generated between the positive electrode terminal 12 and the negative electrode terminal 14.

また、本実施形態において用いられるECU２０は、酸素センサ１０が自ら発する電圧（正極端子１２と負極端子１４との間に発生する電圧）に基づいて排気空燃比に関する情報を取得する機能、酸素センサ１０の素子インピーダンスRsを精度良く検出する機能、センサに生じる負電圧を検出することにより、センサの素子割れ異常を判断する機能、更には正極端子１２および負極端子１４の電圧の変化に基づいて、当該酸素センサの故障診断装置の異常を診断する機能を併せ持つユニットである。以下、ECU２０の回路構成、および上記機能を詳細に説明する。 Further, the ECU 20 used in the present embodiment has a function of acquiring information related to the exhaust air-fuel ratio based on a voltage generated by the oxygen sensor 10 itself (voltage generated between the positive electrode terminal 12 and the negative electrode terminal 14). Based on the function of accurately detecting the element impedance Rs of the sensor, the function of judging the element crack abnormality of the sensor by detecting the negative voltage generated in the sensor, and the change in the voltage of the positive terminal 12 and the negative terminal 14 This unit also has a function of diagnosing an abnormality in the oxygen sensor failure diagnosis device. Hereinafter, the circuit configuration of the ECU 20 and the above functions will be described in detail.

ECU２０は、第１スイッチ素子２２を備えている。第１スイッチ素子２２には、５Vの定電圧（電源電圧）が供給されている。第１スイッチ素子２２のゲートは、第１ポート２４に連通している。ECU２０は、必要に応じて、この第１ポート２４にON指令を発することにより第１スイッチ素子２２をON状態とする。 The ECU 20 includes a first switch element 22. A constant voltage (power supply voltage) of 5V is supplied to the first switch element 22. The gate of the first switch element 22 communicates with the first port 24. The ECU 20 turns on the first switch element 22 by issuing an ON command to the first port 24 as necessary.

第１スイッチ素子２２は、第２抵抗２６を介して第１サンプリング点２８に接続されている。第１サンプリング点２８は、第１抵抗３０を介してECU２０の正極端子１２と導通していると共に、第１コンデンサ３１を介してECU20の外部接点E2と導通している。 The first switch element 22 is connected to the first sampling point 28 via the second resistor 26. The first sampling point 28 is electrically connected to the positive terminal 12 of the ECU 20 via the first resistor 30 and is electrically connected to the external contact E2 of the ECU 20 via the first capacitor 31.

第１サンプリング点２８は、時定数の小さなフィルタ回路を介して、第１AD変換器（ADC1）３２に接続されている。上記のフィルタ回路は、直列に接続された２つの抵抗３４、３６と、第１AD変換器３２の入力端子と接地線との間に配置されたコンデンサ３８とを備えている。上記２つの抵抗３４、３６の間には、それらの接続点の電位を５V以下にガードするためのダイオード４０が接続されている。 The first sampling point 28 is connected to the first AD converter (ADC1) 32 through a filter circuit having a small time constant. The filter circuit includes two resistors 34 and 36 connected in series, and a capacitor 38 disposed between the input terminal of the first AD converter 32 and the ground line. Between the two resistors 34 and 36, a diode 40 is connected to guard the potential at the connection point to 5V or less.

第１AD変換器３２は、その入力端子に供給されるアナログ信号をディジタル信号に変換して出力することができる。第１AD変換器３２の入力端子には、既述した時定数の小さなフィルタ回路を介して、第１サンプリング点２８の電位が供給されている。このため、第１AD変換器３２は、第１サンプリング点２８の電位を、その電位が高周波で変化する場合においても、精度良くディジタル化して出力することができる。 The first AD converter 32 can convert an analog signal supplied to its input terminal into a digital signal and output it. The potential of the first sampling point 28 is supplied to the input terminal of the first AD converter 32 via the filter circuit having a small time constant described above. Therefore, the first AD converter 32 can digitize and output the potential of the first sampling point 28 with high accuracy even when the potential changes at a high frequency.

第１サンプリング点２８には、また、第３抵抗４１を介して第２スイッチ素子４２が接続されている。この第２スイッチ素子４２のゲートには、第２ポート４４が接続されている。ECU２０は、必要に応じて、この第２ポート４４にON指令を発することにより第２スイッチ素子４２をON状態とする。したがって、ECU２０は、第２ポート４４にON指令を発生させることにより、第１サンプリング点２８を、第３抵抗４１を介して外部接点E2に導通させることができる。 A second switch element 42 is connected to the first sampling point 28 via a third resistor 41. A second port 44 is connected to the gate of the second switch element 42. The ECU 20 turns on the second switch element 42 by issuing an ON command to the second port 44 as necessary. Therefore, the ECU 20 can cause the first sampling point 28 to conduct to the external contact E2 via the third resistor 41 by generating an ON command at the second port 44.

ECU２０において、第１抵抗３０と正極端子１２との間には、第２サンプリング点５０が形成されている。第２サンプリング点５０には、酸素センサ１０と並列に配置された出力検出用抵抗５２の一端が接続されている。出力検出用抵抗５２は、酸素センサ１０の素子インピーダンスRsに比して十分に大きなインピーダンスを有している。したがって、第２サンプリング点５０に電源電圧が供給されていない場合（第１スイッチ素子２２がOFFである場合）、第２サンプリング点５０には、負極端子１４の電位と酸素センサ１０起電力との和に相当する電圧が発生する。また、第２サンプリング点５０に電源電圧が供給されている場合（第１スイッチ素子２２がONである場合）は、酸素センサ１０を流れる電流Ｉと、素子インピーダンスRsとの積に相当する電圧が第２サンプリング点５０に発生する。 In the ECU 20, a second sampling point 50 is formed between the first resistor 30 and the positive terminal 12. One end of an output detection resistor 52 arranged in parallel with the oxygen sensor 10 is connected to the second sampling point 50. The output detection resistor 52 has a sufficiently large impedance compared to the element impedance Rs of the oxygen sensor 10. Therefore, when the power supply voltage is not supplied to the second sampling point 50 (when the first switch element 22 is OFF), the second sampling point 50 includes the potential of the negative electrode terminal 14 and the oxygen sensor 10 electromotive force. A voltage corresponding to the sum is generated. When the power supply voltage is supplied to the second sampling point 50 (when the first switch element 22 is ON), a voltage corresponding to the product of the current I flowing through the oxygen sensor 10 and the element impedance Rs is Occurs at the second sampling point 50.

第２サンプリング点５０には、時定数の小さなフィルタ回路を介して、第２AD変換器（ADC2）５４が接続されている。上記のフィルタ回路は、直列に接続された２つの抵抗５６、５８と、第２AD変換器５４の入力端子と接地線との間に配置されたコンデンサ６０とを備えている。上記２つの抵抗５６、５８の間には、それらの接続点の電位を５V以下にガードするためのダイオード６２が接続されている。 A second AD converter (ADC2) 54 is connected to the second sampling point 50 through a filter circuit having a small time constant. The filter circuit includes two resistors 56 and 58 connected in series, and a capacitor 60 disposed between the input terminal of the second AD converter 54 and the ground line. Between the two resistors 56 and 58, a diode 62 for guarding the potential at the connection point to 5 V or less is connected.

第２AD変換器５４は、その入力端子に供給されるアナログ信号をディジタル信号に変換して出力することができる。第２AD変換器５４の入力端子には、既述した時定数の小さなフィルタ回路を介して、第２サンプリング点５０が接続されている。このため、第２AD変換器５４は、第２サンプリング点５０の電位を、その電位が高周波で変化する場合においても、精度良くディジタル化して出力することができる。 The second AD converter 54 can convert an analog signal supplied to its input terminal into a digital signal and output it. The second sampling point 50 is connected to the input terminal of the second AD converter 54 via the filter circuit having a small time constant as described above. Therefore, the second AD converter 54 can digitize and output the potential of the second sampling point 50 with high accuracy even when the potential changes at a high frequency.

第２サンプリング点５０には、更に、抵抗６４およびコンデンサ６６からなるフィルタ回路を介して、第３AD変換器（ADC3）６８が接続されている。第３AD変換器６８の前段に設けられたフィルタ回路は、十分に大きな時定数を有しており、第２サンプリング点５０における電圧の低周波成分だけを通過させる。このため、第３AD変換器６８は、ノイズなどの影響を受けることなく、第２サンプリング点５０の定常的な電圧値に相当するディジタル信号を精度良く生成することができる。以下、当該回路を「正極電圧検出回路」と称す。 A third AD converter (ADC 3) 68 is further connected to the second sampling point 50 through a filter circuit including a resistor 64 and a capacitor 66. The filter circuit provided in the previous stage of the third AD converter 68 has a sufficiently large time constant, and allows only the low frequency component of the voltage at the second sampling point 50 to pass through. For this reason, the third AD converter 68 can accurately generate a digital signal corresponding to a steady voltage value at the second sampling point 50 without being affected by noise or the like. Hereinafter, this circuit is referred to as a “positive voltage detection circuit”.

ECU２０において、負極端子１４に導通する第３サンプリング点７０には、抵抗７２を介して５Vの定電圧（電源電圧）が供給されると共に、一端が外部接点E2に導通したダイオード７４が接続されている。これらの回路によれば、第３サンプリング点７０の電位がダイオード７４の閾値電圧（シリコンダイオードの場合は約0.7V）に維持されることから、酸素センサ１０の負極端子１４に常に一定の電圧（以下、「基準電圧V0」と称す）を印加することができる。以下、当該回路を「基準電圧印加回路」と称す。 In the ECU 20, a third sampling point 70 that is electrically connected to the negative terminal 14 is supplied with a constant voltage (power supply voltage) of 5V via a resistor 72, and a diode 74 whose one end is electrically connected to the external contact E2 is connected. Yes. According to these circuits, since the potential of the third sampling point 70 is maintained at the threshold voltage of the diode 74 (about 0.7 V in the case of a silicon diode), a constant voltage (always) is applied to the negative electrode terminal 14 of the oxygen sensor 10. Hereinafter, it is referred to as “reference voltage V0”. Hereinafter, this circuit is referred to as a “reference voltage application circuit”.

第３サンプリング点７０には、更に、抵抗７６およびコンデンサ７８からなるフィルタ回路を介して、第４AD変換器（ADC4）８０が接続されている。第４AD変換器８０の前段に設けられたフィルタ回路は、十分に大きな時定数を有しており、第３サンプリング点７０における電圧の低周波成分だけを通過させる。このため、第４AD変換器８０は、ノイズなどの影響を受けることなく、第３サンプリング点７０の定常的な電圧値に相当するディジタル信号を精度良く生成することができる。以下、当該回路を「負極電圧検出回路」と称す。 A fourth AD converter (ADC4) 80 is further connected to the third sampling point 70 via a filter circuit including a resistor 76 and a capacitor 78. The filter circuit provided in the previous stage of the fourth AD converter 80 has a sufficiently large time constant, and allows only the low frequency component of the voltage at the third sampling point 70 to pass. Therefore, the fourth AD converter 80 can accurately generate a digital signal corresponding to a steady voltage value at the third sampling point 70 without being affected by noise or the like. Hereinafter, this circuit is referred to as a “negative voltage detection circuit”.

［ECUの動作説明］
（酸素濃度情報の検出処理）
ECU２０は、酸素センサ１０の素子インピーダンスRsを検出しようとする場合を除き、第１ポート２４をOFFとする。第１ポート２４がOFFであれば第１スイッチ素子２２がOFFとなり、第２サンプリング点５０と第３サンプリング点７０との電位差は、定常的には酸素センサ１０の起電力に相当する値となる。この場合、第３AD変換器６８の出力は酸素センサ１０の正極のセンサ出力と一致する値となり、第４AD変換器８０の出力は酸素センサ１０の負極のセンサ出力と一致する値となる。ECU２０は、そのような状況下で第３AD変換器６８および第４AD変換器８０が発するディジタル信号を所定周期毎（例えば、４msec毎）に検出し、その検出値に基づいて排気ガス中の酸素濃度に関する情報を取得する。 [Explanation of ECU operation]
(Detection process of oxygen concentration information)
The ECU 20 turns off the first port 24 except when trying to detect the element impedance Rs of the oxygen sensor 10. If the first port 24 is OFF, the first switch element 22 is OFF, and the potential difference between the second sampling point 50 and the third sampling point 70 is constantly a value corresponding to the electromotive force of the oxygen sensor 10. . In this case, the output of the third AD converter 68 has a value that matches the positive sensor output of the oxygen sensor 10, and the output of the fourth AD converter 80 has a value that matches the negative sensor output of the oxygen sensor 10. The ECU 20 detects the digital signal generated by the third AD converter 68 and the fourth AD converter 80 in such a situation at every predetermined period (for example, every 4 msec), and based on the detected value, the oxygen concentration in the exhaust gas Get information about.

（素子インピーダンスRsの算出処理、およびマイナス掃引処理）
酸素センサ１０の温度は、素子インピーダンスRsと相関を有するため、素子インピーダンスRsが正確に検知できると便利である。また、素子インピーダンスRsが正確に検知できれば、その値から、酸素センサ１０の異常診断を行うことも可能である。このため、ECU２０は素子インピーダンスRsを算出する。より具体的には、図１に示す第１抵抗３０、センサ１０、および第１コンデンサ３１からなる「R1・Rs-C1並列回路」に第１ポート２４をONとすることにより所定の電圧が印加される。そして、R1・Rs-C1並列回路上の第１サンプリング点２８および第２サンプリング点５０に生ずる電位VS1、VS2が検出され、これらの値に基づいて、素子インピーダンスが精度良く算出される。 (Element impedance Rs calculation process and minus sweep process)
Since the temperature of the oxygen sensor 10 has a correlation with the element impedance Rs, it is convenient that the element impedance Rs can be accurately detected. Further, if the element impedance Rs can be accurately detected, it is possible to perform an abnormality diagnosis of the oxygen sensor 10 from the value. For this reason, the ECU 20 calculates the element impedance Rs. More specifically, a predetermined voltage is applied by turning ON the first port 24 to the “R1 · Rs-C1 parallel circuit” composed of the first resistor 30, the sensor 10, and the first capacitor 31 shown in FIG. Is done. Then, the potentials VS1 and VS2 generated at the first sampling point 28 and the second sampling point 50 on the R1 · Rs-C1 parallel circuit are detected, and the element impedance is accurately calculated based on these values.

また、酸素センサ１０は、起電力成分およびインピーダンス成分に加えて容量成分を有している。このため、素子インピーダンスRsの算出のためにセンサに電圧が印加されると、容量成分に電荷が蓄電される。このため、電圧印加が停止された後であっても、蓄電された電荷が放電されるまでの間は正確な検出信号を出力することができない。 The oxygen sensor 10 has a capacitive component in addition to the electromotive force component and the impedance component. For this reason, when a voltage is applied to the sensor for calculating the element impedance Rs, a charge is stored in the capacitive component. For this reason, even after voltage application is stopped, an accurate detection signal cannot be output until the stored charge is discharged.

そこで、本実施形態の回路によれば、酸素センサ１０に蓄えられた電荷を強制的に放電するためにマイナス掃引処理を実行する。より具体的には、ECU２０は、素子インピーダンスRsを算出すべく第１ポート２４をON→OFFさせた後、所定期間だけ第２ポート４４をONさせる。これにより、第１サンプリング点２８に第３抵抗４１を介して外部接点E2が導通し、酸素センサ１０に蓄えられた電荷が強制放電されるため、素子インピーダンスRsの算出に伴う電圧印加に影響されることなく、排気ガス中の酸素濃度に関する情報を正しく検知することができる。尚、上記電位VS1およびVS2に基づく素子インピーダンスRsの算出手法、および上記マイナス掃引処理は、本発明の主要部ではなく、かつ公知の手法のため、ここでは、その詳細な説明を省略する。 Therefore, according to the circuit of the present embodiment, the negative sweep process is performed in order to forcibly discharge the charge stored in the oxygen sensor 10. More specifically, the ECU 20 turns on the second port 44 for a predetermined period after turning on the first port 24 to calculate the element impedance Rs. As a result, the external contact E2 is conducted to the first sampling point 28 via the third resistor 41, and the electric charge stored in the oxygen sensor 10 is forcibly discharged, so that it is affected by the voltage application accompanying the calculation of the element impedance Rs. The information relating to the oxygen concentration in the exhaust gas can be detected correctly. Note that the method for calculating the element impedance Rs based on the potentials VS1 and VS2 and the minus sweep process are not the main part of the present invention and are known methods, and thus detailed description thereof is omitted here.

（酸素センサの故障検出処理）
酸素センサ１０は、内燃機関の排気通路に配置され、排気ガス中の酸素濃度差に応じたセンサ出力を発生することができる。ここで、センサが正常な状態においては、排気ガスの酸素濃度が大気ガスよりも高くなることはないため、センサ出力値は常に正の値となる。しかしながら、センサ素子に割れが発生した場合においては、排気ガスが大気ガス側へ流出しうるため、大気ガス側と排気ガス側の酸素濃度が逆転する事態が発生しうる。かかる状態においてはセンサ出力が負の値となるため、負のセンサ出力値を検出することができれば、精度良くセンサ素子割れを検知することが可能となる。 (Oxygen sensor failure detection process)
The oxygen sensor 10 is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine, and can generate a sensor output corresponding to a difference in oxygen concentration in the exhaust gas. Here, when the sensor is in a normal state, the oxygen concentration of the exhaust gas does not become higher than that of the atmospheric gas, so that the sensor output value is always a positive value. However, when a crack occurs in the sensor element, the exhaust gas can flow out to the atmospheric gas side, so that a situation may occur in which the oxygen concentrations on the atmospheric gas side and the exhaust gas side are reversed. In such a state, the sensor output becomes a negative value. Therefore, if a negative sensor output value can be detected, it is possible to accurately detect a sensor element crack.

上述したとおり、本実施の形態の回路によれば、負極端子１４には基準電圧V0が印加されており、第３AD変換器６８、および第４AD変換器８０により、酸素センサ１０の正極端子１２にかかる正極電圧V3および負極端子１４にかかる負極電圧V4を検出することができる。このため、酸素センサ１０の出力値が負の値となる場合、すなわち正極電圧V3と負極電圧V4の電位差が逆転する場合を検出することができ、精度良くセンサ素子割れを診断することができる。 As described above, according to the circuit of the present embodiment, the reference voltage V0 is applied to the negative terminal 14, and the third AD converter 68 and the fourth AD converter 80 apply the positive voltage to the positive terminal 12 of the oxygen sensor 10. The positive voltage V3 and the negative voltage V4 applied to the negative terminal 14 can be detected. For this reason, when the output value of the oxygen sensor 10 becomes a negative value, that is, when the potential difference between the positive electrode voltage V3 and the negative electrode voltage V4 is reversed, it is possible to accurately diagnose the sensor element crack.

［本実施の形態の特徴的動作］
次に、図２乃至４を参照して、本実施の形態の特徴的動作である当該酸素センサの故障診断装置の異常検出について説明する。 [Characteristic operation of this embodiment]
Next, abnormality detection of the oxygen sensor failure diagnosis apparatus, which is a characteristic operation of the present embodiment, will be described with reference to FIGS.

上述したとおり、酸素センサ１０の正極電圧V3および負極電圧V4に基づいて、酸素センサ１０の素子割れを検出することとしている。ここで、上述した酸素センサの故障診断装置においては、当該故障診断装置自身に故障が発生することがある。すなわち、センサ線のショートまたは断線、回路のパターン剥離あるいは部品故障などにより、回路の導通が遮断されることも想定し得る。これらの故障が発生すると、センサの故障診断を精度よく行うことができないばかりか、正確なセンサ出力を検出することもできないおそれがある。そこで、本実施の形態においては、正極電圧V3および負極電圧V4の変化に基づいて、故障診断装置自身の故障有無および故障部位を自己診断することとする。 As described above, based on the positive voltage V3 and the negative voltage V4 of the oxygen sensor 10, element cracking of the oxygen sensor 10 is detected. Here, in the above-described oxygen sensor failure diagnosis apparatus, a failure may occur in the failure diagnosis apparatus itself. That is, it may be assumed that the circuit is interrupted due to a short circuit or disconnection of the sensor line, a circuit pattern peeling or a component failure. When these failures occur, it is possible that not only the failure diagnosis of the sensor can be performed accurately but also the accurate sensor output cannot be detected. Therefore, in the present embodiment, based on changes in the positive voltage V3 and the negative voltage V4, the presence / absence of the failure and the failure part of the failure diagnosis device itself are self-diagnosed.

［基準電圧印加回路の断線による故障］
図２は、図１の矢印Ａ部に示す基準電圧印加回路のダイオード７４付近に断線故障が発生した場合の正極電圧V3、負極電圧V4の変化、およびセンサ出力値の変化を示した図である。この図に示すとおり、ダイオード７４付近に断線故障が発生する前は、負極電圧V4は基準電圧を示し、正極電圧V3はセンサ１０に発生する起電力と負極電圧V4（基準電圧値）との和に相当する値を示している。このため、正極電圧V3と負極電圧V4との差がセンサ出力値として算出されている。 [Failure due to disconnection of the reference voltage application circuit]
FIG. 2 is a diagram showing changes in the positive voltage V3, the negative voltage V4, and changes in the sensor output value when a disconnection failure occurs in the vicinity of the diode 74 of the reference voltage application circuit indicated by the arrow A portion in FIG. . As shown in this figure, before the disconnection failure occurs in the vicinity of the diode 74, the negative voltage V4 indicates the reference voltage, and the positive voltage V3 indicates the sum of the electromotive force generated in the sensor 10 and the negative voltage V4 (reference voltage value). The value corresponding to is shown. Therefore, the difference between the positive voltage V3 and the negative voltage V4 is calculated as the sensor output value.

ここで、上述したとおり、ダイオード７４は第３サンプリング点７０の電位を基準電圧(0.7V)に保つべく、供給される電源電圧の大部分を外部接点E2に放出する整流動作を行っている。このため、ダイオード７４の断線などにより、基準電圧印加回路の第３サンプリング点７０と外部接点E2の導通が遮断されると、第３サンプリング点７０の電位が電源電圧に上昇してしまう。 Here, as described above, the diode 74 performs a rectifying operation for releasing most of the supplied power supply voltage to the external contact E2 in order to keep the potential of the third sampling point 70 at the reference voltage (0.7 V). For this reason, when the conduction between the third sampling point 70 of the reference voltage application circuit and the external contact E2 is cut off due to disconnection of the diode 74, the potential at the third sampling point 70 rises to the power supply voltage.

このような断線故障が発生すると、酸素センサ１０に電源電圧が直接印加されることとなるため、図２に示すとおり、正極電圧V3および負極電圧V4は当該回路の電源電圧（5V）に変化し、センサ出力値は略０となる。したがって、正極電圧V3および負極電圧V4に電源電圧が検出されているか否かを判断することで、当該基準電圧印加回路の断線故障の発生有無を診断することができる。 When such a disconnection failure occurs, the power supply voltage is directly applied to the oxygen sensor 10, so that the positive voltage V3 and the negative voltage V4 change to the power supply voltage (5V) of the circuit as shown in FIG. The sensor output value is substantially zero. Therefore, by determining whether or not the power supply voltage is detected as the positive voltage V3 and the negative voltage V4, it is possible to diagnose whether or not a disconnection failure has occurred in the reference voltage application circuit.

［正極側センサ線の電源ショートによる故障］
図３は、図１の正極側センサ線１６の矢印Ｂ部に電源ショートによる故障が発生した場合の正極電圧V3、負極電圧V4の変化、およびセンサ出力値の変化を示した図である。この図に示すとおり、故障が発生する前は、負極電圧V4は基準電圧を示し、正極電圧V3はセンサ１０に発生する起電力と負極電圧V4（基準電圧値）との和に相当する値を示している。このため、正極電圧V3と負極電圧V4との差がセンサ出力値として算出されている。 [Failure due to short-circuit of power supply of positive side sensor wire]
FIG. 3 is a diagram showing changes in the positive voltage V3, the negative voltage V4, and changes in the sensor output value when a failure due to a power supply short occurs in the arrow B portion of the positive sensor line 16 in FIG. As shown in this figure, before the failure occurs, the negative voltage V4 indicates the reference voltage, and the positive voltage V3 indicates a value corresponding to the sum of the electromotive force generated in the sensor 10 and the negative voltage V4 (reference voltage value). Show. Therefore, the difference between the positive voltage V3 and the negative voltage V4 is calculated as the sensor output value.

ここで、正極側センサ線１６が電源電圧にショートすると、正極電圧検出回路全体に電源電圧が導通するため、図３に示すとおり、正極電圧V3は当該回路の電源電圧（5V）に変化する。一方、負極電圧検出回路および基準電圧印加回路には何ら故障が発生していないため、負極電圧V4は基準電圧から変化しないこととなる。 Here, when the positive sensor line 16 is short-circuited to the power supply voltage, the power supply voltage is conducted to the entire positive voltage detection circuit, so that the positive voltage V3 changes to the power supply voltage (5 V) of the circuit as shown in FIG. On the other hand, since no failure has occurred in the negative voltage detection circuit and the reference voltage application circuit, the negative voltage V4 does not change from the reference voltage.

上述したとおり、上記回路は基板上に形成されているため、外力などの影響を受け難い。このため、当該回路が電源にショートが発生する可能性は、外部に露出しているセンサ線に比べ無視できる程に小さい。したがって、正極電圧V3に電源電圧が検出されているか否か、および負極電圧V4に基準電圧が検出されているか否かを判断することで、当該正極側センサ線の電源ショートによる故障の発生有無を診断することができる。 As described above, since the circuit is formed on the substrate, it is hardly affected by external force or the like. For this reason, the possibility that the circuit is short-circuited in the power supply is negligibly small compared to the sensor line exposed to the outside. Therefore, by determining whether or not the power supply voltage is detected at the positive voltage V3 and whether or not the reference voltage is detected at the negative voltage V4, it is possible to determine whether or not a failure has occurred due to a power supply short-circuit on the positive sensor line. Can be diagnosed.

［負極側センサ線１８のグランドショートによる故障］
図４は、図１の負極側センサ線１８の矢印Ｃ部にグランドショートによる故障が発生した場合の正極電圧V3、負極電圧V4の変化、およびセンサ出力値の変化を示した図である。この図に示すとおり、故障が発生する前は、負極電圧V4は基準電圧を示し、正極電圧V3はセンサ１０に発生する起電力と負極電圧V4（基準電圧値）との和に相当する値を示している。このため、正極電圧V3と負極電圧V4との差がセンサ出力値として算出されている。 [Failure due to ground short of negative sensor line 18]
FIG. 4 is a diagram illustrating changes in the positive voltage V3, the negative voltage V4, and changes in the sensor output value when a failure due to a ground short occurs in the arrow C portion of the negative sensor line 18 in FIG. As shown in this figure, before the failure occurs, the negative voltage V4 indicates the reference voltage, and the positive voltage V3 indicates a value corresponding to the sum of the electromotive force generated in the sensor 10 and the negative voltage V4 (reference voltage value). Show. Therefore, the difference between the positive voltage V3 and the negative voltage V4 is calculated as the sensor output value.

ここで、負極側センサ線１８がグランドにショートによる故障が発生すると、基準電圧印加回路によって負極電圧検出回路に印加された基準電圧がすべてグランドへ放出されるため、図３に示すとおり、負極電圧V4は略０Ｖに変化する。一方、正極電圧検出回路には何ら故障が発生していないため、正極電圧V3はセンサ１０のセンサ出力に相当する値のみを示している。 Here, when a failure occurs due to a short circuit in the negative electrode side sensor line 18, all the reference voltages applied to the negative voltage detection circuit by the reference voltage application circuit are discharged to the ground. Therefore, as shown in FIG. V4 changes to approximately 0V. On the other hand, since no failure has occurred in the positive voltage detection circuit, the positive voltage V3 indicates only a value corresponding to the sensor output of the sensor 10.

上述したとおり、基準電圧印加回路および負極電圧検出回路は基板上に形成されているため、外力などの影響を受け難い。このため、これらの回路がグランドにショートする可能性は、外部に露出している負極側センサ線１８に比べ無視できる程に小さい。したがって、正極電圧V3にセンサ出力が検出されているか否か、および負極電圧V4に略０Ｖが検出されているか否かを判断することで、当該負極側センサ線１８のグランドショートによる故障の発生有無を診断することができる。 As described above, since the reference voltage application circuit and the negative voltage detection circuit are formed on the substrate, they are not easily affected by external force or the like. For this reason, the possibility that these circuits are short-circuited to the ground is negligibly small compared to the negative-side sensor line 18 exposed to the outside. Therefore, whether or not a failure has occurred due to a ground short of the negative sensor line 18 is determined by determining whether or not a sensor output is detected in the positive voltage V3 and whether or not approximately 0 V is detected in the negative voltage V4. Can be diagnosed.

［実施の形態における具体的処理］
次に、図５を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図５は、ECU２０が当該故障診断装置の故障診断処理を実行するルーチンのフローチャートである。 [Specific processing in the embodiment]
Next, with reference to FIG. 5, the specific content of the process performed in this Embodiment is demonstrated. FIG. 5 is a flowchart of a routine in which the ECU 20 executes a failure diagnosis process of the failure diagnosis apparatus.

図５に示すルーチンでは、先ず、酸素センサ１０の正極電圧V3が取得される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、第３AD変換器６８に出力された正極端子１２の電位が酸素センサ１０の正極電圧V3として取得される。 In the routine shown in FIG. 5, first, the positive electrode voltage V3 of the oxygen sensor 10 is acquired (step 100). Here, specifically, the potential of the positive electrode terminal 12 output to the third AD converter 68 is acquired as the positive electrode voltage V3 of the oxygen sensor 10.

次に、酸素センサ１０の負極電圧V4が取得される（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、第４AD変換器８０に出力された負極端子１４の電位が酸素センサ１０の負極電圧V4として取得される。 Next, the negative electrode voltage V4 of the oxygen sensor 10 is acquired (step 102). Here, specifically, the potential of the negative electrode terminal 14 output to the fourth AD converter 80 is acquired as the negative voltage V4 of the oxygen sensor 10.

次に、正極電圧V3≒電源電圧(5V)が成立するか否かが判断される（ステップ１０４）。正極電圧V3には基準電圧V0(0.7V)とセンサ出力(0〜1V程度)とが重畳している。このため、正極電圧V3に電源電圧(5V)が検出された場合には、当該故障新断装置の何れかの部位に故障が発生している可能性が高い。ここでは、具体的には、上記ステップ１００にて取得された正極電圧V3が電源電圧(5V)近傍の値か否かが判断される。 Next, it is determined whether or not the positive voltage V3≈the power supply voltage (5V) is established (step 104). A reference voltage V0 (0.7 V) and a sensor output (about 0 to 1 V) are superimposed on the positive voltage V3. For this reason, when the power supply voltage (5 V) is detected as the positive voltage V3, there is a high possibility that a failure has occurred in any part of the failure new cutting apparatus. Specifically, it is determined whether or not the positive voltage V3 acquired in step 100 is a value in the vicinity of the power supply voltage (5V).

上記ステップ１０４において、正極電圧V3≒電源電圧(5V)の成立が認められた場合には、次に、負極電圧V4≒電源電圧(5V)が成立するか否かが判断される（ステップ１０６）。負極電圧V4には常に基準電圧V0(0.7V)が印加されている。このため、負極電圧V4に電源電圧(5V)が検出された場合には、当該故障診断装置の何れかの部位に故障が発生している可能性が高い。ここでは、具体的には、上記ステップ１０２にて取得された負極電圧V4が電源電圧(5V)近傍の値か否かが判断される。 If it is determined in step 104 that the positive voltage V3≈power supply voltage (5V) is established, it is next determined whether or not the negative voltage V4≈power supply voltage (5V) is established (step 106). . The reference voltage V0 (0.7 V) is always applied to the negative voltage V4. For this reason, when the power supply voltage (5 V) is detected as the negative voltage V4, there is a high possibility that a failure has occurred in any part of the failure diagnosis apparatus. Specifically, it is determined whether or not the negative voltage V4 acquired in step 102 is a value in the vicinity of the power supply voltage (5V).

上記ステップ１０６において、負極電圧V4≒電源電圧(5V)の成立が認められた場合には、次に、異常カウンタがカウントアップされる（ステップ１０８）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０４および１０６において成立が認められてからの継続時間が異常カウンタとしてカウントされる。次に、上記ステップ１０８にてカウントされた異常カウンタが、所定時間X1（例えば、５[s]）より長いか否かが判断される（ステップ１１０）。これにより、外乱等の影響による突発的な出力変化を故障と判定することを防止することができる。このため、異常カウンタが所定時間X1以下である場合には、当該故障診断装置に故障は発生していないと判断され、本ルーチンは速やかに終了される。 If it is determined in step 106 that the negative voltage V4≈the power supply voltage (5 V) is established, then the abnormality counter is counted up (step 108). Here, specifically, the continuation time after establishment in steps 104 and 106 is counted as an abnormal counter. Next, it is determined whether or not the abnormality counter counted in step 108 is longer than a predetermined time X1 (for example, 5 [s]) (step 110). Thereby, it is possible to prevent a sudden output change due to the influence of disturbance or the like from being determined as a failure. For this reason, when the abnormality counter is equal to or less than the predetermined time X1, it is determined that no failure has occurred in the failure diagnosis apparatus, and this routine is immediately terminated.

上記ステップ１１０において、異常カウンタ＞X1の成立が認められた場合には、次のステップに移行し、当該故障診断装置自身の故障の自己診断が行われる（ステップ１１２）。ここでは、具体的には、正極電圧V3および負極電圧V4に電源電圧(5V)が検出されているため、基準電圧印加回路にダイオード７４の断線などにより外部接点E2との導通が遮断される故障が発生したと判断される。 If it is determined in step 110 that the abnormality counter> X1 is established, the process proceeds to the next step, and the failure diagnosis of the failure diagnosis apparatus itself is performed (step 112). Here, specifically, since the power supply voltage (5V) is detected as the positive voltage V3 and the negative voltage V4, a failure in which the connection to the external contact E2 is interrupted due to the disconnection of the diode 74 in the reference voltage application circuit, etc. Is determined to have occurred.

一方、上記ステップ１０６において、負極電圧V4≒電源電圧(5V)の成立が認められない場合には、次に、異常カウンタがカウントアップされる（ステップ１２０）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０４において成立が認められてからの継続時間が異常カウンタとしてカウントされる。次に、上記ステップ１２０にてカウントされた異常カウンタが、所定時間X2より長いか否かが判断される（ステップ１２２）。これにより、外乱等の影響による突発的な出力変化を故障と判定することを防止することができる。このため、異常カウンタが所定時間X2以下である場合には、故障は発生していないと判断され、本ルーチンは速やかに終了される。 On the other hand, if the establishment of the negative voltage V4≈the power supply voltage (5V) is not recognized in step 106, the abnormality counter is then counted up (step 120). Here, specifically, the continuation time after establishment in step 104 is counted as an abnormal counter. Next, it is determined whether or not the abnormality counter counted in step 120 is longer than a predetermined time X2 (step 122). Thereby, it is possible to prevent a sudden output change due to the influence of disturbance or the like from being determined as a failure. Therefore, if the abnormality counter is equal to or less than the predetermined time X2, it is determined that no failure has occurred, and this routine is immediately terminated.

上記ステップ１２２において、異常カウンタ＞X2の成立が認められた場合には、次のステップに移行し、当該故障診断装置自身の故障の自己診断が行われる（ステップ１２４）。ここでは、具体的には、正極電圧V3電源電圧(5V)が検出され、負極電圧V4に電源電圧(5V)が検出されていないため、正極側センサ線１６に電源ショートによる故障が発生したと判断される。 If it is determined in step 122 that the abnormality counter> X2 is satisfied, the process proceeds to the next step, and the failure diagnosis of the failure diagnosis apparatus itself is performed (step 124). Here, specifically, the positive voltage V3 power supply voltage (5V) is detected, and the power supply voltage (5V) is not detected as the negative voltage V4. To be judged.

また、上記ステップ１０４において、正極電圧V3≒電源電圧(5V)の成立が認められない場合、すなわち、正極電圧V3が正常な出力値の範囲内である場合には、次に、負極電圧V4≒0Vが成立するか否かが判断される（ステップ１３０）。負極電圧V4には常に基準電圧V0(0.7V)が印加されている。このため、負極電圧V4に出力電圧が検出されない場合には、当該故障診断装置の何れかの部位に故障が発生している可能性が高い。ここでは、具体的には、上記ステップ１０２にて取得された負極電圧V4が0V近傍の値か否かが判断される。その結果、負極電圧V4≒0Vの成立が認められない場合、すなわち負極電圧V4に基準電圧V0が検出された場合には、故障は発生していないと判断され、本ルーチンは速やかに終了される。 Further, in the above step 104, if the positive voltage V3≈the power supply voltage (5V) is not established, that is, if the positive voltage V3 is within the normal output value range, then the negative voltage V4≈ It is determined whether or not 0V is established (step 130). The reference voltage V0 (0.7 V) is always applied to the negative voltage V4. For this reason, when the output voltage is not detected as the negative voltage V4, there is a high possibility that a failure has occurred in any part of the failure diagnosis apparatus. Specifically, it is determined whether or not the negative voltage V4 acquired in step 102 is a value near 0V. As a result, when establishment of the negative voltage V4≈0V is not recognized, that is, when the reference voltage V0 is detected as the negative voltage V4, it is determined that no failure has occurred, and this routine is immediately terminated. .

上記ステップ１３０において、負極電圧V4≒0Vの成立が認められた場合には、次に、異常カウンタがカウントアップされる（ステップ１３２）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０４および１３０において成立が認められてからの継続時間が異常カウンタとしてカウントされる。次に、上記ステップ１３２にてカウントされた異常カウンタが、所定時間X3より長いか否かが判断される（ステップ１３４）。これにより、外乱等の影響による突発的な出力変化を故障と判定することを防止することができる。このため、異常カウンタが所定時間X3以下である場合には、故障は発生していないと判断され、本ルーチンは速やかに終了される。 If it is determined in step 130 that the negative voltage V4≈0 V is established, then the abnormality counter is incremented (step 132). Here, specifically, the continuation time after establishment in steps 104 and 130 is counted as an abnormal counter. Next, it is determined whether or not the abnormality counter counted in step 132 is longer than a predetermined time X3 (step 134). Thereby, it is possible to prevent a sudden output change due to the influence of disturbance or the like from being determined as a failure. Therefore, if the abnormality counter is equal to or less than the predetermined time X3, it is determined that no failure has occurred, and this routine is immediately terminated.

上記ステップ１３４において、異常カウンタ＞X3の成立が認められた場合には、次のステップに移行し、当該故障診断装置自身の故障の自己診断が行われる（ステップ１３６）。ここでは、具体的には、正極電圧V3に電源電圧(5V)が検出されず、かつ負極電圧V4に0V近傍の値が検出されているため、負極側センサ線１８にグランドショートによる故障が発生したと判断される。 If it is determined in step 134 that the abnormality counter> X3 is established, the process proceeds to the next step, and the self-diagnosis of the failure of the failure diagnosis apparatus itself is performed (step 136). Specifically, since the power supply voltage (5V) is not detected for the positive voltage V3 and the value near 0V is detected for the negative voltage V4, a failure due to a ground short occurs in the negative sensor line 18. It is judged that

以上説明したとおり、本実施の形態の装置によれば、正極電圧V3および負極電圧V4の変化に基づいて、基準電圧印加回路の故障、正極側センサ線の電源ショートの故障、および負極側センサ線のグランドショートによる故障を精度よく検出することができる。また、本実施の形態の装置によれば、上述した３種の異常発生部位を特定することができ、回路の内部に発生した異常か外部に発生した異常かを判断することが可能となる。 As described above, according to the apparatus of the present embodiment, based on the change in the positive voltage V3 and the negative voltage V4, the reference voltage application circuit failure, the power supply short circuit failure of the positive sensor line, and the negative sensor line It is possible to accurately detect a failure due to a ground short. In addition, according to the apparatus of the present embodiment, the three types of abnormality occurrence sites described above can be specified, and it is possible to determine whether an abnormality has occurred inside the circuit or an abnormality that has occurred outside.

ところで、上述した実施の形態においては、正極電圧V3が電源電圧(5V)か否かを判断することにより、当該出力値が異常出力であるか否かを判断しているが、当該判断に使用される値は電源電圧(5V)に限られない。すなわち、正極電圧V3が異常な高出力値を示していることを判断できるのであれば、正常な正極電圧V3の最大値（例えば、1.7V程度）を当該判断の閾値として使用してもよい。 Incidentally, in the above-described embodiment, it is determined whether or not the output value is an abnormal output by determining whether or not the positive voltage V3 is the power supply voltage (5V). The value to be set is not limited to the power supply voltage (5V). That is, if it can be determined that the positive voltage V3 indicates an abnormal high output value, the maximum value of the normal positive voltage V3 (for example, about 1.7 V) may be used as the threshold for the determination.

また、上述した実施の形態においては、負極電圧V4が電源電圧(5V)か否か、およびグランドレベル(0V)か否かを判断することにより、当該出力値が異常出力であるか否かを判断しているが、当該判断に使用される値はこれらに限られない。すなわち、負極電圧V4が異常な出力値、つまり基準電圧V0から異常と判断しうる程度に高い、および低いことを判断できるのであれば、他の値（例えば、0.7±0.2V程度）を当該判断の閾値として使用してもよい。 In the above-described embodiment, whether or not the output value is an abnormal output is determined by determining whether or not the negative voltage V4 is the power supply voltage (5V) and the ground level (0V). Although it is determined, the values used for the determination are not limited to these. That is, if it can be determined that the negative voltage V4 is high and low so that it can be determined to be abnormal from the abnormal output value, that is, the reference voltage V0, another value (for example, about 0.7 ± 0.2 V) is determined. It may be used as a threshold value.

尚、上述した実施の形態においては、ECU２０が、上記ステップ１１２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「自己診断手段」が、上記ステップ１２４の処理を実行することにより、前記第２の発明における「自己診断手段」が、上記ステップ１３６の処理を実行することにより、前記第３の発明における「自己診断手段」が、それぞれ実現されている。
In the embodiment described above, the ECU 20 executes the process of step 112, so that the “self-diagnostic means” in the first aspect of the invention executes the process of step 124. The “self-diagnostic means” in the third aspect of the present invention is realized by the “self-diagnostic means” in the second aspect of the invention executing the processing of step 136 described above.

本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of Embodiment 1 of this invention. 図１に示す基準電圧印加回路の矢印Ａ部に断線故障が発生した場合の正極電圧V3、負極電圧V4の変化、およびセンサ出力値の変化を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing changes in positive voltage V3 and negative voltage V4 and changes in sensor output value when a disconnection failure occurs in an arrow A portion of the reference voltage application circuit shown in FIG. 1. 図１に示す正極側センサ線１６の矢印Ｂ部に電源ショートによる故障が発生した場合の正極電圧V3、負極電圧V4の変化、およびセンサ出力値の変化を示した図である。It is the figure which showed the change of the positive voltage V3, the negative electrode voltage V4, and the change of a sensor output value when the failure by power supply short-circuit has generate | occur | produced in the arrow B part of the positive electrode side sensor line 16 shown in FIG. 図１に示す負極側センサ線１８の矢印Ｃ部にグランドショートによる故障が発生した場合の正極電圧V3、負極電圧V4の変化、およびセンサ出力値の変化を示した図である。It is the figure which showed the change of the positive electrode voltage V3, the negative electrode voltage V4, and the change of a sensor output value when the failure by the ground short-circuit has generate | occur | produced in the arrow C part of the negative electrode side sensor line 18 shown in FIG. 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention.

Explanation of symbols

１０酸素センサ
１２正極端子
１４負極端子
１６正極側センサ線
１８負極側センサ線
２０ ECU(Electronic Control Unit)
２２第１スイッチ素子
２４第１ポート
２６第２抵抗
２８第１サンプリング点
３０第１抵抗
４２第２スイッチ素子
４４第２ポート
５０第２サンプリング点
６８第３ＡＤ変換器
７０第３サンプリング点
７４ダイオード
８０第４ＡＤ変換器
Rs 素子インピーダンス
V0 基準電圧
V3 正極電圧
V4 負極電圧 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Oxygen sensor 12 Positive electrode terminal 14 Negative electrode terminal 16 Positive electrode side sensor wire 18 Negative electrode side sensor wire 20 ECU (Electronic Control Unit)
22 1st switch element 24 1st port 26 2nd resistance 28 1st sampling point 30 1st resistance 42 2nd switch element 44 2nd port 50 2nd sampling point 68 3rd AD converter 70 3rd sampling point 74 Diode 80 1st 4AD converter
Rs Element impedance
V0 reference voltage
V3 Positive voltage
V4 Negative voltage

Claims

A fault diagnosis device for an exhaust gas sensor that generates an electromotive force having a correlation with an oxygen concentration in exhaust gas,
A positive voltage detection circuit for detecting a positive voltage applied to a positive terminal of the exhaust gas sensor;
A negative voltage detection circuit for detecting a negative voltage applied to a negative terminal of the exhaust gas sensor;
A positive sensor line connecting the positive terminal and the positive voltage detection circuit;
A negative sensor line connecting the negative terminal and the negative voltage detection circuit;
A reference voltage application circuit that receives supply of a power supply voltage and applies a predetermined reference voltage to the negative terminal;
Failure diagnosis means for performing failure diagnosis of the exhaust gas sensor based on a potential difference between the positive electrode voltage and the negative electrode voltage;
Self-diagnosis means for performing failure diagnosis of the failure diagnosis device itself based on the positive electrode voltage and the negative electrode voltage ;
The exhaust gas sensor failure diagnosis device according to claim 1, wherein the self-diagnosis means diagnoses that a failure has occurred in the reference voltage application circuit when the positive voltage and the negative voltage are the power supply voltages .

The self-diagnosis means includes
When the positive voltage is an electromotive force generated in the exhaust gas sensor and the negative voltage is a voltage value smaller than the reference voltage, a diagnosis is made that a failure due to a ground short of the negative sensor line has occurred. The failure diagnosis device for an exhaust gas sensor according to claim 1.

The self-diagnosis means includes
2. The diagnosis according to claim 1, wherein when the positive voltage is the power supply voltage and the negative voltage is the reference voltage, it is diagnosed that a failure due to a power supply short of the positive sensor line has occurred. Exhaust gas sensor failure diagnosis device.