JP7059375B2

JP7059375B2 - センサ制御装置

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Publication number: JP7059375B2
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Authority: JP
Inventors: 貴和松下; 康平鈴木
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Description

本発明は、センサを制御するセンサ制御装置に関する。

自動車の有害排気ガスを減少させ、かつ燃費や運転性を向上させるための手段として、内燃機関の排気ガスの状態を制御する制御装置が実用化されている。そのような制御装置において、制御精度を向上させるため、様々なガスセンサが使用されている。特に、排気ガス中の酸素濃度をセンサ電流に対してリニアに検出する空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）の使用が進んでいる。

空燃比センサでは、接続されるセンサ駆動回路を介してセンサ内のセルが通電され、セルの出力に基づいて特定ガスの濃度が測定される。正確な測定のためにはセルを所定温度以上に温める必要があることから、空燃比センサはヒータを備えている。ヒータにより、セルを所定温度以上に保つことができると共に、セルを早期に活性状態に設定することが可能になる。

空燃比センサのセンサ駆動回路は、複数端子で空燃比センサと接続されるが、接続に対して異常状態が検出される場合にはセンサ及び駆動回路を保護する必要がある。異常状態の一つに、いわゆる天絡状態がある。天絡状態とは、センサを駆動するための電源装置（例えばバッテリ）とセンサとが直結状態になる状態をいう。

ＯＢＤ要件を定めたＯＢＤIIでは、複数端子のうち、どの端子が異常状態であるかを識別することが要求されている。しかし、センサが所定温度以上に温められてガス濃度の測定が可能になる活性状態で天絡状態を検出した場合、複数の端子の間の抵抗値が活性前と比較して小さくなるため、端子間の電圧降下が小さくなる。よって、一つの端子が天絡状態にあっても、他の端子も同様の電圧値となるため、天絡端子と非天絡端子の識別が困難となってしまうという問題がある。

そこで、特許文献１では、駆動回路内に検査電位を印加するための検査電位回路と、端子間を接続可能にする接続回路とを備えたシステムが提案されている。この接続回路の抵抗値を適宜設定することで、検査電位回路からの検査電位の印加時に各種端子の電位を検出することができる。

しかしながら、特許文献１では、駆動回路内に検査電位を印加するための検査電位回路、及び、端子間を接続可能にする特別な接続回路が必要である。また、識別動作が、接続回路等の内部抵抗値、又は検査電位回路が印加する検査電位に依存するため、識別動作がセンサ周辺の環境条件に影響を受けるという問題がある。

特開２０１６－０７０８８１号公報

本発明の目的は、簡易な構成により天絡端子を識別することが可能で、識別動作がセンサ周辺の環境条件に影響を受けにくいセンサ制御装置を提供することである。

上記の課題を解決するため、本発明の第一の態様に係るセンサ制御装置は、複数の端子を有するセンサの天絡を検出する天絡検出部と、前記天絡検出部により前記センサの天絡を検出した場合に、前記端子の間の素子の抵抗値を上昇させる抵抗値制御部と、前記抵抗値制御部により前記端子の間の素子の抵抗値が設定値以上に上昇した場合に、前記複数の端子のうち、どの端子に天絡が発生したかを識別する天絡端子識別部とを備える。

また、本発明の第二の態様に係るセンサ制御装置は、複数の端子を有するセンサの天絡を検出する天絡検出部と、前記天絡検出部により前記センサの天絡を検出した場合に、前記センサの温度を低下させる温度制御部と、前記温度制御部により前記センサの温度が設定値以下となった場合に、前記複数の端子のうちのどの端子に天絡が発生したかを識別する天絡端子識別部とを備える。

本発明の第一の態様によれば、天絡検出部により天絡が検出されると、抵抗値制御部により端子間の素子の抵抗値が上昇させられ、抵抗値が一定程度上昇した場合に、天絡端子識別部による識別が行われる。また、本発明の第二の態様によれば、天絡検出部により天絡が検出されると、温度制御部によりセンサの温度が低下させられ、温度が一定程度低下した場合に、天絡端子識別部による識別が行われる。抵抗値制御部、及び温度制御部は、簡易な構成で実現が可能であり、従って天絡が発生した端子を簡易な構成で実現することができる。またその動作はセンサ周辺の環境条件の影響を受けずに実現可能である。

第１の実施の形態によるセンサ制御装置の全体構成図の一例である。第１の実施の形態のセンサ制御装置における天絡端子の識別動作の手順の概要を説明するフローチャートである。第１の実施の形態のセンサ制御装置における天絡端子の識別動作の手順の別の例を説明するフローチャートである。第１の実施の形態のセンサ制御装置の動作を説明するタイミングチャートである。第１の実施の形態のセンサ制御装置における動作を説明するフローチャートである。第１の実施の形態のセンサ制御装置における動作を説明するフローチャートである。第１の実施の形態のセンサ制御装置における動作を説明するフローチャートである。ガスセンサ１０１の内部抵抗値と温度との関係を示すグラフである。第１の実施の形態のセンサ制御装置における動作を説明するフローチャートである。第２の実施の形態のセンサ制御装置の動作を説明するタイミングチャートである。第２の実施の形態のセンサ制御装置における動作を説明するフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。

本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。

[第１の実施の形態]
まず、第１の実施の形態のセンサ制御装置について、図面を参照して説明する。図１は第１の実施の形態に係るセンサ制御装置１０５の全体構成図の一例である。

図１のセンサ制御装置１０５は、端子Ｎ１～Ｎ４を介して制御対象のガスセンサ１０１に接続されている。ここでのガスセンサ１０１は、一例として２セル式の空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）である。ただし、ガスセンサ１０１は、２セル式の空燃比センサには限定されず、１セル式の空燃比センサ、酸素センサ、ＮＯｘセンサなどであってもよい。

図１において、２セル式の空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）であるガスセンサ１０１は、ポンプセル１０２、ネルンストセル１０３、及びヒータ１０４を備える。ポンプセル１０２とネルンストセル１０３は端子Ｎ１、端子Ｎ２、端子Ｎ３を通じてセンサ制御装置１０５に接続されている。ポンプセル１０２とネルンストセル１０３は、端子Ｎ１とＮ３の間において、端子Ｎ２を接続ノードとして直列に接続されている。

また、ポンプセル１０２とネルンストセル１０３は、それぞれ固体電解質体に設けられた一対の電極を備え、特定ガスの濃度を検出する。ヒータ１０４は一端を端子Ｎ４にてセンサ制御装置１０５に接続され、他端において電源１０６に接続されている。上記構成によれば、ガスセンサ１０１において、ヒータ１０４によりネルンストセル１０３を加熱した後、ポンプセル１０２とネルンストセル１０３との間を酸素ゼロ且つ可燃物が無い状態に設定する。そして、この時のネルンストセル１０３の電圧を基準電圧として設定するため、電流掃引部１１０によりネルンストセル１０３に電流を掃引する。本状態において、ガスセンサ１０１の検出する酸素量、つまり、排気ガス中の酸素濃度に応じたＯ２イオンが、ポンプセル１０２とネルンストセル１０３との間及びその近傍を移動することにより、ポンプセル１０２内に電流が流れる。このため、本電流を基に、ガスセンサ１０１の電流と空燃比の特性から、排気ガス中の酸素濃度、つまり空燃比を演算することが可能になる。

センサ制御装置１０５は、駆動回路１０７、演算処理装置１０８、及びヒータドライバ１０９から大略構成されている。

駆動回路１０７は、ガスセンサ１０１を駆動するための電流及び電圧をガスセンサ１０１に供給するとともに、ガスセンサ１０１の各端子Ｎ１～Ｎ３の電圧を検知して各種演算値や検出信号を出力する。演算処理装置１０８は、駆動回路１０７から出力された各種信号を受信して各種検出信号及び制御信号を出力する。ヒータドライバ１０９は、ガスセンサ１０１中のヒータ１０４を駆動する。

次に、駆動回路１０７の構成を更に詳細に説明する。駆動回路１０７は、電流掃引部１１０、電圧計１１１、内部抵抗値演算部１１２、センサ制御部１１３、第１天絡検出部１１４、オペアンプ１１５、電源１１６、及び端子電圧検出部１１７を備える。

電流掃引部１１０は、端子Ｎ３に対しガスセンサ１０１の駆動のための電流を供給する。電圧計１１１は、電流掃引部１１０から電流を掃引した時の端子Ｎ１～Ｎ３の間の電圧値を計測する。内部抵抗値演算部１１２は、電圧計１１１の計測値からネルンストセル１０３の内部抵抗値を演算する。センサ制御部１１３は、電圧計１１１の計測値が所定値以下となった場合（ネルンストセル１０３の温度が所定値以上となった場合）に、ポンプセル１０２に流れる電流値を制御する。演算処理装置１０８は、ガスセンサ１０１の電流と空燃比の特性に基づき、センサ制御部１１３の制御値から空燃比を演算する。

第１天絡検出部１１４は、端子電圧検出部１１７で検出・演算される端子Ｎ１～Ｎ３の電圧、及び、内部抵抗値演算部１１２で演算される内部抵抗値の演算値から、各端子Ｎ１～Ｎ３の天絡状態を判定して第１天絡信号ＳＳ１を出力する。第１天絡検出部１１４は、端子Ｎ１～Ｎ３の電位が基準値よりも高く、且つネルンストセル１０３の内部抵抗値が所定値以上になっている場合に、端子Ｎ１～Ｎ３のいずれかにおいて天絡が生じている可能性があると判断し、その旨を示す信号として第１天絡信号ＳＳ１を“Ｌ”から“Ｈ”に立ち上げる。

オペアンプ１１５は、自身の非反転入力端子に電源１１６の電源電圧を与えられる一方、反転入力端子は端子Ｎ２に接続されてセンサ制御部１１３の出力信号を与えられ、出力端子は端子Ｎ１に接続される。端子Ｎ１と端子Ｎ２の間にポンプセル１０２が接続されることにより、オペアンプ１１５及びポンプセル１０２は閉ループ制御系を構成する。端子電圧検出部１１７は、前述の通り、端子Ｎ１～Ｎ３の電圧を計測し、その電圧値を演算する。演算された値は、第１天絡検出部１１４に加え、後述する天絡端子識別部１２０にも出力される。

次に演算処理装置１０８の構成を詳細に説明する。演算処理装置１０８は、第２天絡検出部１１８、ヒータ制御部１１９、及び天絡端子識別部１２０を備える。

第２天絡検出部１１８は、第１天絡検出部１１４から第１天絡信号ＳＳ１を受け取り、この第１天絡信号ＳＳ１を基に、天絡状態が生じていることが確実であるか否かを判定し、第２天絡信号ＳＳ２を出力する。ヒータ制御部１１９は内部抵抗値演算部１１２の出力である内部抵抗値演算値、及び第２天絡信号ＳＳ２に基づき、ヒータドライバ１０９を駆動するためのヒータ制御信号Ｓｈｅを生成する。ヒータ制御部１１９は、第１天絡検出部１１４及び第２天絡検出部１１８の検出結果に従い、端子の間に接続される素子の抵抗値を上昇させる抵抗値制御部、又はセンサの温度を低下させる温度制御部として機能する。

ヒータドライバ１０９は、ヒータ制御部１１９からのヒータ制御信号Ｓｈｅの電圧値に基づいて駆動され、これに伴ってヒータ１０４が加熱される。このように、本実施の形態では、第１天絡検出部１１４により端子Ｎ１～Ｎ３のいずれかで天絡が生じた可能性があるか否かを判定する第１天絡検出動作が行われ、第１天絡検出動作の結果を受けて、所定時間経過後において、第２天絡検出部１１８により天絡が生じたことが確実であるか否かを判定する第２天絡検出動作が行われる。このように、異なるタイミングで二段階の判定が行われることにより、天絡の判定動作を確実に行うことができる。第２の天絡検出動作が完了すると、第２天絡信号ＳＳ２が出力され、天絡端子識別部１２０において、天絡端子の識別の動作が開始される。

天絡端子識別部１２０は、第２天絡信号ＳＳ２、ヒータ制御部１１９の出力信号、及び端子電圧検出部１１７の演算値に基づき、端子Ｎ１～Ｎ３のうちどの端子が天絡状態であるかを識別し、図示しない外部機器へその識別の結果を出力する。具体的に天絡端子識別部１２０は、ガスセンサ１０１の内部抵抗値の所定値以上への上昇、又は温度の所定値以下への低下が検出された場合、端子Ｎ１～Ｎ３の電位を相互に比較するか、又は端子Ｎ１～Ｎ３の電位をそれぞれ所定の基準値と比較し、その比較結果に基づいて端子電圧の変化を判定し、この判定結果に従って天絡が生じた端子を識別する。そして、天絡端子識別部１２０は、複数の端子Ｎ１～Ｎ３のうちどの端子に天絡が発生したかの天絡発生情報を外部機器へ出力する天絡発生情報出力部としても機能する。

次に、この第１の実施の形態のセンサ制御装置１０５の動作を、図２Ａ～図７を参照して説明する。図２Ａ～図６は、センサ制御装置１０５の動作を説明するフローチャート及びタイミングチャートである。また、図７は、ガスセンサ１０１における温度と内部抵抗値との関係を示すグラフである。

第１の実施の形態１０５のセンサ制御装置における天絡端子の識別動作の手順の概要を、図２Ａのフローチャートを参照して説明する。センサ制御装置１０５は通常のルーチンでは、ガスセンサ１０１に動作に必要な電圧を供給し、その状態でのガスセンサ１０１の出力信号に従い、ガスセンサ１０１付近のガスの状態（例えば空燃比）を計測する動作を実行する。図２Ａの動作は、この通常のルーチンの実行中に適宜割り込み処理として実行される。図２Ａの手順の実行のタイミング・間隔は不問である。

この第１の実施の形態で天絡端子の識別を行う場合、まず、天絡が端子Ｎ１～Ｎ３のいずれかで発生したことを第１天絡検出部１１４及び第２天絡検出部１１８で検出する（天絡検出動作：ステップＳ３０１）。すなわち、第１天絡検出部１１４及び第２天絡検出部１１８では、端子Ｎ１～Ｎ３のいずれかにおいて天絡が生じたことを検出するが、具体的に複数の端子Ｎ１～Ｎ３のうちのどの端子で天絡が生じたのかまでは検出しない。

第１天絡検出部１１４及び第２天絡検出部１１８で天絡が検出されたら、ヒータ制御部１１９によりガスセンサ１０１中のヒータ１０４の加熱が停止、又はヒータ１０４の加熱量が制限され、これによりガスセンサ１０１の内部抵抗値が制御（内部抵抗値が上昇）される（内部抵抗制御：ステップＳ３０２）。内部抵抗値が上昇すると、後述する理由から天絡端子の識別が可能になるので、天絡状態となった端子を天絡端子識別部１２０において識別する（天絡端子識別動作：ステップＳ３０３）。
なお、図２Ｂに示すように、天絡検出（ステップＳ４０１）の後、ガスセンサ１０１の内部抵抗を制御する代わりに、ガスセンサ１０１付近の温度を制御することも可能である（ステップＳ４０２）。温度の制御後は、同様に天絡端子の識別を行う（ステップＳ４０３）。温度の制御は、例えば図示しないペルチェ素子などの冷却素子を用いて行うことができる。温度の制御によっても、ガスセンサ１０１の温度が低下し、これによりガスセンサ１０１の内部抵抗値を制御することが可能であるので、同様の効果を得ることができる。以下では、図２Ａの動作を中心に説明する。

次に、図２Ａの動作を、図３のタイミングチャート、及び図４～図６のフローチャートを参照して更に詳細に説明する。図３は、図２Ａの天絡検出（Ｓ３０１）～天絡端子識別（Ｓ３０３）が実行された場合における第２天絡検出部１１８の検出動作、ヒータ制御部１１９の制御動作、及び天絡端子識別部１２０の識別動作のタイミングチャートの一例である。ここでは、一例として端子Ｎ２が天絡した場合の動作を説明する。図３の各種グラフにおいて、横軸はいずれも時間を示し、縦軸は端子Ｎ１～Ｎ３の電圧Ｖ１～Ｖ３、第２天絡信号ＳＳ２、ヒータ制御信号Ｓｈｅ、端子Ｎ１～Ｎ３の天絡識別信号Ｄ１～Ｄ３の電圧値を示す。また、図４～図６は、それぞれ、図２ＡのフローチャートのステップＳ３０１、Ｓ３０２、Ｓ３０３の詳細な実行手順を示す。

以下、図３のタイミングチャートを参照しつつ、適宜図４～図６を参照して、第１の実施の形態における天絡端子の識別手順の具体的動作を説明する。図３において、時刻ｔ１～ｔ２は、図２ＡのステップＳ３０１（天絡検出動作）に相当する。また、時刻ｔ２～ｔ３は、図２ＡのステップＳ３０２（内部抵抗制御）に相当する。時刻ｔ３以降は、図２ＡのステップＳ３０３（天絡端子識別動作）に相当する。

＜時刻ｔ１～ｔ２（天絡検出動作）＞
例えば時刻ｔ１において、端子Ｎ２が電源１１６（電源電圧Ｖｃｃ）に短絡して天絡が生じると、図３の上から２番目のグラフに示すように、端子Ｎ２の電圧Ｖ２が電源電圧Ｖｃｃに対応する電圧値ＶＢまで上昇する。ガスセンサ１０１が動作中であれば、ガスセンサ１０１はヒータ１０４により加熱されており、その内部抵抗値は低下している。このため、図３の一番上、及び上から３番目のグラフに示すように、天絡していない端子Ｎ１、及び端子Ｎ３の電圧Ｖ１及びＶ３も、内部抵抗による電圧降下の影響を受けずに、略同時に（時刻ｔ１付近で）電圧値ＶＢへ上昇する。

端子Ｎ１～Ｎ３の電圧Ｖ１～Ｖ３は、端子電圧検出部１１７で検出・演算され、第１天絡検出部１１４は、これら演算値を基準値と比較する。各電圧（演算値）が基準値を超えていれば、第１天絡検出部１１４は端子Ｎ１～Ｎ３のいずれかで天絡が生じたと判定し、その旨を示す第１天絡信号ＳＳ１＝“Ｈ”を出力する。

第２天絡検出部１１８は、第１天絡信号ＳＳ１を受信し、その受信時刻から所定時間（第２天絡判定時間Ｔｊ）以内の時刻ｔ２において、端子Ｎ１～Ｎ３の電圧値に基づき、天絡状態が生じていることが確実であると判定し、第２天絡検出信号ＳＳ２を“Ｈ”に立ち上げる。この具体的な手順を図４のフローチャートで説明する。図４のステップＳ５０１～５０７は、図２ＡのステップＳ３０１の一部として実行される。

ステップＳ５０１において、第２天絡検出部１１８は、第１天絡検出部１１４からの第１天絡信号ＳＳ１を読み込む。ステップＳ５０２において、第２天絡検出部１１８は、第１天絡信号ＳＳ１が“Ｌ”であれば、天絡状態は発生していない（正常）と判断し、ステップＳ５０３に移行する。一方、第１天絡信号ＳＳ１が“Ｈ”であれば、天絡状態が発生している（異常）と判断し、ステップＳ５０４に移行する。

ステップＳ５０３においては、第２天絡検出部１１８は、第２天絡検出部１１８の内部のタイマ（図示せず）を「０」に設定する。このため、以降は天絡の有無に関する検出動作は行われず、第２天絡検出条件が不成立と判断され（ステップＳ５０６）、動作は終了する（ＥＮＤ）。

一方、ステップＳ５０４においては、第２天絡検出部１１８は、第２天絡検出部１１８の内部のタイマを、前回値に所定値Ａを加算した値に設定する。所定値Ａは、任意の定数値に設定される。その後、タイマにより時刻ｔ１以降の経過時間の計時を行いつつ、第１天絡信号ＳＳ１の状態を監視する。その後、ステップＳ５０５において、タイマが所定値Ｂ以下であるか否かが判定される。タイマが所定値Ｂよりも大きくなり、且つ第１天絡信号ＳＳ１が依然として“Ｈ”であると判定された場合には、ステップＳ５０７に進み、第２天絡検出条件が成立したと判断し（すなわち、いずれかの端子で天絡が発生したことが確実であると判定されたと判断し）、第２天絡信号ＳＳ２を“Ｈ”に設定し、ステップＳ３０１を終了する（ＥＮＤ）。

一方、タイマが所定値Ｂ以下のうちに第１天絡信号ＳＳ１が“Ｌ”に変化した場合には、ステップＳ５０６に進み、第２天絡検出条件は不成立と判断され、第２天絡信号ＳＳ２を“Ｌ”に設定し、動作は終了する。なお、所定値Ｂは、例えば、ガスセンサ１０１の端子Ｎ１～Ｎ３のいずれかが天絡していると確実に判定できる時間に相当する値であり、図３の第２天絡判定時間Ｔｊに相当する。所定値Ｂは、所定値Ａに基づいて設定される。

＜時刻ｔ２～ｔ３（内部抵抗値制御）＞
図３に戻って、時刻ｔ２～ｔ３の動作、すなわち内部抵抗値制御に関する動作（図２のステップＳ３０２）について説明する。

第２天絡検出部１１８において第２天絡信号ＳＳ２が“Ｈ”に設定されると、ヒータ制御部１１９は、ヒータ制御信号Ｓｈｅを“Ｈ”から“Ｌ”に立ち下げる。これは、ヒータ１０４によるヒーティング動作を停止させることにより、ガスセンサ１０１の温度を低下させ、これにより天絡された端子がいずれであるかの判定を可能にするための動作である。なお、ヒータ制御信号Ｓｈｅは、“Ｈ”から“Ｌ”のように２段階に切り替えるのではなく、複数段階に切り替えることも可能である。

ヒータ制御信号Ｓｈｅが、図３の点線Ｄｈｅのように時刻ｔ２後も継続して“Ｈ”に維持されると、ガスセンサ１０１の温度が継続して高温状態に維持され、ポンプセル１０２及びネルンストセル１０３の内部抵抗値が低い状態が維持される。このため、端子Ｎ１～Ｎ３のいずれかに天絡が生じたとしても、端子Ｎ１～Ｎ３の電圧に殆ど差が生じず、天絡を生じた端子がいずれであるかを判定することができない。

このため、第１の実施の形態では、第２天絡検出部１１８において第２天絡信号ＳＳ２が“Ｈ”に設定されると、ヒータ制御信号Ｓｈｅを“Ｈ”から“Ｌ”に立ち下げる。これにより、ガスセンサ１０１の温度が低下するため、ポンプセル１０２及びネルンストセル１０３の内部抵抗値が徐々に高くなる（図７参照）。この場合、天絡を生じている端子Ｎ２の電圧Ｖ２は依然として元の電圧ＶＢ付近に維持されるが、天絡を生じていない端子Ｎ１及びＮ３の電圧Ｖ１及びＶ３は、内部抵抗の増加に伴って徐々に低下する。

図５は、図２ＡのステップＳ３０２の詳細を説明するフローチャートである。
ステップＳ７０１において、ヒータ制御部１１９は、ガスセンサ１０１の内部抵抗値の演算値を内部抵抗値演算部１１２から受信するとともに、第２天絡信号ＳＳ２を第２天絡検出部１１８から読み込む。ステップＳ７０２において、ヒータ制御部１１９は、第２天絡信号ＳＳ２が“Ｌ”であれば、端子Ｎ１～Ｎ３がいずれかも正常状態であると判断してステップＳ７０３に移行する。一方、第２天絡信号ＳＳ２が“Ｈ”であれば、端子Ｎ１～Ｎ３のいずれかかが異常状態である（いずれかが天絡状態がある）と判断してステップＳ７０５に移行する。

ステップＳ７０３において、ヒータ制御部１１９は、ヒータ制御部１１９内のタイマ（図示せず）を「０」に設定する。このため、以降はヒータ制御部１１９により、ヒータ１０４の温度を低下させるような動作は行われない。すなわち、ステップＳ７０４において、ヒータ制御部１１９は、天絡状態が発生していない、正常な状態に適合したヒータ制御を実行し、そのための制御信号Ｓｈｅを演算し出力する。

一方、ステップＳ７０５においては、天絡の発生が確実であると判定され、その結果第２天絡信号ＳＳ２が“Ｈ”とされたので、ヒータ制御部１１９は、ヒータ制御部１１９内のタイマを前回値から、前回値に所定値Ｃを加算した値に変更する。所定値Ｃは、例えば、任意の定数値が設定される。

そして、ステップＳ７０６において、ヒータ制御部１１９は、ヒータ制御信号Ｓｈｅを、前回値から所定値Ｄだけ減算した電圧値に設定する。所定値Ｄは、所望の内部抵抗値の増加、及び所望の電圧降下の増加が得られる値に設定される。同時に、この所定値Ｄの設定に伴い、ヒータ１０４の急激な低下によってガスセンサ１０１の損傷等が無いよう考慮する必要がある。

＜時刻ｔ３以降（天絡端子識別）＞
再び図３に戻って、時刻ｔ３以降の動作、すなわち天絡端子の識別のための動作（図２のステップＳ３０３）について説明する。
時刻ｔ２から更に所定時間（ヒータ制御時間Ｔｈｅ）経過後の時刻ｔ３において、天絡端子識別部１２０は、端子Ｎ１～Ｎ３の電圧Ｖ１～Ｖ３をそれぞれ閾値電圧Ｖｔｈ（基準値）と比較し、その比較結果に基づいて天絡が生じた端子Ｎ２を識別する。図３の例の場合、電圧Ｖ１、Ｖ３は徐々に低下し、時刻ｔ３付近では閾値電圧Ｖｔｈを下回る。一方、電圧Ｖ２は、最初の値ＶＢ付近に維持され、閾値電圧Ｖｔｈよりも大きい状態である。これにより、天絡が生じている端子は端子Ｎ２であることが検出される。天絡識別信号Ｄ１～Ｄ３のうち、天絡識別信号Ｄ２のみが“Ｈ”に立ち上がり、その他は“Ｌ”に維持される。このように、天絡識別信号Ｄ１～Ｄ３の電圧値が、天絡している端子がいずれであるかにより切り替わり、天絡している端子を特定することが可能になる。

なお、上述の例では、電圧Ｖ１～Ｖ３を所定の閾値電圧Ｖｔｈと比較して天絡している端子を識別していたが、これに代えて電圧Ｖ１～Ｖ３を、電源電圧Ｖｃｃと比較することもできる。天絡の検出がされた後、所定時間経過後に電源電圧Ｖｃｃと電圧Ｖ１～Ｖ３を比較し、電源電圧Ｖｃｃと最も対応関係がある値（例：最も近い値）の電圧を有する端子が、端子Ｎ１～Ｎ３のうちのいずれであるかが判定される。

図６は、図２ＡのステップＳ３０３（天絡端子識別）の詳細を説明するフローチャートである。ステップＳ８０１において、天絡端子識別部１２０は、第２天絡信号ＳＳ２、端子Ｎ１～Ｎ３の電圧、及びヒータ制御部１１９のタイマ情報を、それぞれ第２天絡検出部１１８、端子電圧検出部１１７、及びヒータ制御部１１９から読み込む。

続くステップＳ８０２では、天絡端子識別部１２０は、第２天絡信号ＳＳ２が“Ｈ”か“Ｌ”かにより、第２天絡信号ＳＳ２が正常であるか否かを判定する。“Ｌ”であれば、本フローチャートを終了し（ＥＮＤ）、“Ｈ”であればステップＳ８０３に移行する。

ステップＳ８０３において、天絡端子識別部１２０は、ヒータ制御部１１９のタイマの計数値が所定値Ｅ以下であるか否かを判定する。Ｅ以下である場合は本フローチャートを終了し、Ｅよりも大きい場合はステップＳ８０４に進む。所定値Ｅは、図３のヒータ制御時間Ｔｈｅに相当する値であり、ヒータ制御信号Ｓｈｅの電圧値の低下により、端子Ｎ１～Ｎ３の間に電圧降下が発生していると確実に判定することが可能になる程度の大きさを有する値である。所定値Ｅは、上述の所定値Ｃや所定値Ｄの値も考慮して決定される。

ステップＳ８０４では、天絡端子識別部１２０において、端子Ｎ１～Ｎ３の電圧が所定値Ｆと比較される。図８は、ステップＳ８０４の手順を更に詳細に説明するフローチャートである。ステップＳ９０１、Ｓ９０４、Ｓ９０７で、それぞれ端子Ｎ１～Ｎ３の電圧Ｖ１～Ｖ３が順次所定値Ｆと比較され、所定値Ｆより電圧値が大きいと判定される端子が、天絡状態（天絡識別条件が成立している）と判定され（ステップＳ９０３、Ｓ９０６、Ｓ９０９）、残りの端子は天絡状態でない（天絡識別条件が不成立）と判定される（ステップＳ９０２、Ｓ９０５、Ｓ９０８）。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係るセンサ制御装置について、図９～図１０を参照して説明する。装置の全体構成（図１）は第１の実施の形態と同一であるので、重複する説明は省略する。また、天絡端子の識別を行う場合の動作の概略（図２Ａ又は２Ｂ、図４～図６）も、第１の実施の形態と同様である。ただし、この第２の実施の形態では、天絡端子を識別するための方法（図６のステップＳ８０４）が第１の実施の形態とは異なっている。この第２の実施の形態では、端子Ｎ１～Ｎ３の電圧の変化量の積算値を演算し、その積算量に基づいて天絡端子を識別している。

図９は、図２Ａの天絡検出（ステップＳ３０１）～天絡端子識別（ステップＳ３０３）が実行された場合における第２天絡検出部１１８の検出動作、ヒータ制御部１１９の制御動作、及び天絡端子識別部１２０の識別動作のタイミングチャートの一例である。ここでは、一例として端子Ｎ２が天絡した場合の動作を説明する。電圧Ｖ１～Ｖ３、第２天絡信号ＳＳ２、ヒータ制御信号Ｓｈｅ、信号Ｄ１～Ｄ３の挙動は図３と略同一である。ただし、この図９の動作では、端子Ｎ１～Ｎ３の電圧変化量の積算値ＤＸ１～ＤＸ３が計算され、これに基づき天絡が生じている端子の識別がなされる。

図１０のフローチャートを参照して、図６のステップＳ８０４（天絡端子識別）を実行する手順を説明する。本フローチャートは、端子Ｎ１～Ｎ３の電圧Ｖ１～Ｖ３の所定時間Ｇあたりの変化量の積算値から天絡が生じている端子を識別するものである。所定時間Ｇは、例えば、本フローチャートの演算周期に基づいて設定される。

ステップＳ１００１において、天絡端子識別部１２０は、端子Ｎ１～Ｎ３の所定時間Ｇ前の電圧Ｖ１（－Ｇ）～Ｖ３（－Ｇ）から現在の電圧Ｖ１（０）～Ｖ３（０）を減算し、電圧変化量ΔＶ１～ΔＶ３を出力する。

次に、ステップＳ１００２において、天絡端子識別部１２０は、現在の電圧変化量ΔＶ１～ΔＶ３と前回値ΔＶ１（ｐｒ）～ΔＶ３（ｐｒ）を積算し、電圧変化量積算値ΣΔＶ１～ΣΔＶ３を出力する。ステップＳ１００３、Ｓ１００６、Ｓ１００９で、端子Ｎ１～Ｎ３の電圧変化量積算値ΣΔＶ１～ΣΔＶ３がそれぞれ順次所定値Ｈと比較され、所定値Ｈより当該電圧変化量積算値が大きいと判定される端子が、天絡状態（天絡識別条件が成立している）と判定され（ステップＳ１００５、Ｓ１００８、Ｓ１０１１）、残りの端子は天絡状態でない（天絡識別条件が不成立）と判定される（ステップＳ１００４、Ｓ１００７、Ｓ１０１０）。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

上記の各検出部、処理部、制御部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード等の記録媒体に置くことができる。また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１０１・・・ガスセンサ、１０２・・・ポンプセル、１０３・・・ネルンストセル、１０４・・・ヒータ、１０５・・・センサ制御装置、１０７・・・駆動回路、１０８・・・演算処理装置、１０９・・・ヒータドライバ、１１１・・・電圧計、１１２・・・内部抵抗値演算部、１１４・・・第１天絡検出部、１１５・・・オペアンプ、１１６・・・電源、１１７・・・端子電圧検出部、１１８・・・第２天絡検出部、１１９・・・ヒータ制御部、１２０・・・天絡端子識別部。

Claims

複数の端子を有するセンサの、前記複数の端子の電圧を検出する端子電圧検出部と、
前記センサの内部抵抗値を演算する内部抵抗値演算部と、
前記端子電圧検出部の検出結果、及び前記内部抵抗値演算部の演算結果から、前記複数の端子のいずれかにおいて天絡が生じている可能性を判定する第１天絡検出部と、
前記第１天絡検出部の検出結果の受領から所定時間経過後、前記第１天絡検出部が依然として前記天絡が生じていると判定する場合において、前記天絡が生じていることが確実であると判定する第２天絡検出部と、
前記第２天絡検出部により前記センサの天絡を検出した場合に、前記センサの温度を低下させる温度制御部と、
前記温度制御部により前記センサの温度が設定値以下となった場合に、前記端子電圧検出部により検出された端子電圧の変化に基づいて、前記複数の端子のうちのどの端子に天絡が発生したかを識別する天絡端子識別部とを備えたセンサ制御装置。
前記センサは、固体電解質体と、前記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つ以上有し、特定ガスの濃度を検出するためのガスセンサである請求項１に記載のセンサ制御装置。
前記天絡端子識別部は、前記端子電圧検出部により検出された電圧と閾値電圧との比較結果に基づいて、どの端子に天絡が発生したかを識別する、請求項１又は２に記載のセンサ制御装置。
前記天絡端子識別部は、前記端子電圧検出部により検出された電圧の変化量の積算値と閾値電圧との比較結果に基づいて、どの端子に天絡が発生したかを識別する、請求項１又は２に記載のセンサ制御装置。
前記天絡端子識別部は、前記端子電圧検出部により検出された端子の電圧と、前記センサを駆動する電源の電圧との対応関係に基づき天絡が発生した端子を識別する、請求項１又は２に記載のセンサ制御装置。
前記天絡端子識別部により識別された前記複数の端子のうち、どの端子に天絡が発生したかの天絡発生情報を外部機器へ出力する天絡発生情報出力部を更に備えた、請求項１～５のいずれか１項に記載のセンサ制御装置。