(57)【要約】【課題】いかなるガス雰囲気でもセンサ異常を検出し得る空燃比センサの異常検出方法を提供する。【解決手段】起電力セル２４に設けられた多孔質電極にそれぞれ接続される配線４１の電位と配線４２の電位とを測定する。これにより、起電力セル２４の一方または他方の多孔質電極の電圧が変動しても、このような電圧変動をも含めて配線４１、４２の異常を検出することができる。また配線４２は、ポンプセル１４の一方の多孔質電極にも接続されているので、配線４２の電位の測定により、ポンプセル１４を介してポンプセル１４の他方の多孔質電極に接続された配線４３の異常を検出することができる。したがって、センサ素子１０周囲のガス雰囲気に影響されるポンプセル１４の電流Ｉｐを測定することなく、配線４１、４２、４３の異常をそれぞれ検出することができるので、いかなるガス雰囲気でもセンサ異常を検出することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質体に一対の多孔質電極が設けられた２つのセルからなり、一方のセルを酸素をポンピングするポンプセルとし、他方のセルを酸素濃度測定セルとしてそれぞれ使用し、測定ガス中の空燃比を測定する空燃比センサの異常検出方法であって、前記酸素濃度測定セルの一方の多孔質電極に接続された第１配線の電位と、前記酸素濃度測定セルの他方の多孔質電極と前記ポンプセルの一方の多孔質電極とに接続された第２配線の電位と、を測定することにより、前記空燃比センサの異常を検出することを特徴とする空燃比センサの異常検出方法。
【請求項２】
前記第１配線の電位または前記第２配線の電位が、所定範囲を超えた場合に異常を検出することを特徴とする請求項１記載の空燃比センサの異常検出方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の空燃比センサの異常検出方法を用いたセンサ制御回路の保護方法であって、前記空燃比センサの異常検出方法により検出した異常が、前記第１配線、第２配線または第３配線と、電源ラインとの短絡である場合には、前記空燃比センサを制御するセンサ制御回路の作動電圧を前記電源ラインの電圧と同電位にすることを特徴とするセンサ制御回路の保護方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空燃比センサの異常検出方法およびセンサ制御回路の保護方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンに供給する混合気の空燃比を目標値に制御し、排気ガス中のＣＯ、ＮＯx 、ＨＣを軽減するために、排気系に酸素センサを設け、空燃比と相関関係を持つ排気中の酸素濃度に応じて、燃料供給量をフィードバック制御することが知られている。
【０００３】
このようなフィードバック制御に用いられる酸素センサとしては、特定の酸素濃度（特に理論空燃比雰囲気）で出力がステップ状に変化するλセンサと、リーン領域からリッチ領域まで連続的に出力が変化する全領域空燃比センサとが主に用いられている。全領域空燃比センサは、上述したように排気ガス中の酸素濃度を連続的に測定でき、フィードバック制御の速度及び精度を向上させ得るため、より高速で高精度な制御が要求される際に用いられている。
【０００４】
全領域空燃比センサは、酸素イオン伝導性固体電解質体の２つのセルを間隔を介して対向配設し、一方のセルを間隔内の酸素を周囲に汲み出すもしくは周囲から酸素を汲み込むポンプセルとして用い、また、他方のセルを酸素基準室と間隔との酸素濃度差によって電圧を生じる起電力セルとして用い、起電力セルの出力が一定になるようにポンプセルを動作させ、その時に該ポンプセルに流す電流を、測定酸素濃度比例値として測定する。この全領域空燃比センサの動作原理は、本出願人の出願に係る特開昭６２−１４８８４９号公報中に詳述されている。
【０００５】
一方、このような空燃比センサが正常に作動しているか否かを検出する空燃比センサの異常検出方法としては、本出願人の出願に係る特開平３−２７２４５２号公報の「空燃比センサの異常診断方法」等、様々なものが開示されている。そして、これらの多くは、ポンプセルの動作による起電力セルの起電圧Ｖｓが一定になることや、起電力セルの起電圧Ｖｓの変動によってポンプセルの電流Ｉｐが変化することを利用するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−１４８８４９号公報
【特許文献２】特開平３−２７２４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような起電力セルの起電圧Ｖｓを利用した異常診断方法によると、「ポンプセルの動作によって起電力セルの起電圧Ｖｓが一定になること」を利用したものでは、起電力セルの一方の端子電圧あるいは起電力セルの両端子間の電圧を測定している。そのため、起電力セルの他方の端子電圧が変動しても、その影響が測定している端子に直接現れなければ電圧が変動している他方の端子についてセンサの異常を検出することができないという問題がある。
【０００８】
また、「起電力セルの起電圧Ｖｓの変動によってポンプセルの電流Ｉｐが変化すること」を利用したものでは、センサ周囲のガス雰囲気によってはポンプセルの電流Ｉｐが変動することから、特定のガス雰囲気（例えばフューエルカット時のガス雰囲気）に固定した上でポンプセルの電流Ｉｐを測定する必要がある。そのため、このような特定のガス雰囲気以外では空燃比センサの異常を検出することができないという問題がある。
【０００９】
一方、空燃比センサに異常がある場合には、このような端子電圧が予定範囲を超えて変動することや、あるいはこのような端子に接続された配線が電源ラインやそのグランドに短絡していることがある。そのため、このような空燃比センサの異常は、空燃比センサを制御するセンサ制御回路にも悪影響を及ぼすおそれがあり、場合によってはセンサ制御回路の破損をも招くおそれがある。
【００１０】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、いかなるガス雰囲気でもセンサ異常を検出し得る空燃比センサの異常検出方法を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、特定のセンサ異常を検出した場合には、センサ制御回路の破損を回避し得るセンサ制御回路の保護方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１の空燃比センサの異常検出方法では、固体電解質体に一対の多孔質電極が設けられた２つのセルからなり、一方のセルを酸素をポンピングするポンプセルとし、他方のセルを酸素濃度測定セルとしてそれぞれ使用し、測定ガス中の空燃比を測定する空燃比センサの異常検出方法であって、前記酸素濃度測定セルの一方の多孔質電極に接続された第１配線の電位と、前記酸素濃度測定セルの他方の多孔質電極と前記ポンプセルの一方の多孔質電極とに接続された第２配線の電位と、を測定することにより、前記空燃比センサの異常を検出することを技術的特徴とする。
【００１２】
また、請求項２の空燃比センサの異常検出方法では、請求項１において、前記第１配線の電位または前記第２配線の電位が、所定範囲を超えた場合に異常を検出することを技術的特徴とする。
【００１３】
さらに、請求項３のセンサ制御回路の保護方法では、請求項１または２記載の空燃比センサの異常検出方法を用いたセンサ制御回路の保護方法であって、前記空燃比センサの異常検出方法により検出した異常が、前記第１配線、第２配線または第３配線と、電源ラインとの短絡である場合には、前記空燃比センサを制御するセンサ制御回路の作動電圧を前記電源ラインの電圧と同電位にすることを技術的特徴とする。
【００１４】
請求項１の発明では、第１配線の電位と第２配線の電位とを測定する。即ち、酸素濃度測定セルの両面に設けられた多孔質体電極にそれぞれ接続される第１配線の電位と第２配線の電位とを測定する。これにより、酸素濃度測定セルの一方または他方の多孔質電極の電圧が変動しても、このような電圧変動をも含めて第１、第２配線の異常を検出することができる。
【００１５】
請求項２の発明では、第１配線の電位または第２配線の電位が、所定範囲を超えた場合に異常を検出する。これにより、異常であるか否かを検出する電圧範囲を設定することができるので、一定電圧を基準とした一義的に異常検出をする場合に比べ、所定の幅を持たせた柔軟な検出をすることができる。
【００１６】
請求項３の発明では、空燃比センサの異常検出方法により検出した異常が、第１配線、第２配線または第３配線と、電源ラインとの短絡である場合には、空燃比センサを制御するセンサ制御回路の作動電圧を電源ラインの電圧と同電位にする。これにより、第１配線、第２配線または第３配線と電源ラインとが短絡して第１配線、第２配線または第３配線に電源ラインの電圧が印加されても、第１配線、第２配線または第３配線の電圧とセンサ制御回路の作動電圧とは同電位であるので、両者間に接続される回路等に電流が流れない。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明では、第１配線の電位と第２配線の電位とを測定する。即ち、酸素濃度測定セルの両面に設けられた多孔質体電極にそれぞれ接続される第１配線の電位と第２配線の電位とを測定する。これにより、酸素濃度測定セルの一方または他方の多孔質電極の電圧が変動しても、このような電圧変動をも含めて第１、第２配線の異常を検出することができる。したがって、センサ周囲のガス雰囲気に影響されるポンプセルの電流Ｉｐを測定することなく、第１配線および第２配線の異常をそれぞれ検出することができるので、いかなるガス雰囲気でもセンサ異常を検出し得る効果がある。
【００１８】
請求項２の発明では、第１配線の電位または第２配線の電位が、所定範囲を超えた場合に異常を検出する。これにより、異常であるか否かを検出する電圧範囲を設定することができるので、一定電圧を基準とした一義的に異常検出をする場合に比べ、所定の幅を持たせた柔軟な検出をすることができる。したがって、第１配線および第２配線の異常検出に余裕を持たせる効果もある。
【００１９】
請求項３の発明では、空燃比センサの異常検出方法により検出した異常が、第１配線、第２配線または第３配線と、電源ラインとの短絡である場合には、空燃比センサを制御するセンサ制御回路の作動電圧を電源ラインの電圧と同電位にする。これにより、第１配線、第２配線または第３配線と電源ラインとが短絡して第１配線、第２配線または第３配線に電源ラインの電圧が印加されても、第１配線、第２配線または第３配線の電圧とセンサ制御回路の作動電圧とは同電位であるので、両者間に接続される回路等に電流が流れない。したがって、このような特定のセンサ異常を検出した場合には、センサ制御回路の破損を回避し得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る空燃比センサの異常検出方法を適用した空燃比センサ、センサ制御回路等を示す説明図である。
【図２】本実施形態に係る空燃比センサとセンサ制御回路との接続およびセンサ制御回路の構成概要を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るセンサ制御回路の保護方法を適用したセンサ制御回路の構成概要を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の空燃比センサの異常検出方法およびセンサ制御回路の保護方法の実施形態について図を参照して説明する。まず、本発明の一実施態様に係る空燃比センサの構成と作動を図１に基づいて説明する。
【００２２】
図１に示すように、排気ガス系に配設されるセンサ素子１０は、２つのセルを接合して構成されており、３本の配線４１、４２、４３を介してセンサ制御回路５０に接続されている。このため、このセンサ制御回路５０では、通常、排気ガス中の酸素濃度測定とセンサ素子１０の温度測定とを主に行うが、その他にセンサ素子１０の２つのセルに接続された３本の配線４１、４２、４３の異常検出を行う機能も備えている。
【００２３】
このセンサ素子１０には、ヒータ制御回路６０にて制御されるヒータ７０が、セラミック系接合剤を介して取り付けられている。ヒータ７０は、絶縁材料としてアルミナ等のセラミックからなり、その内部にはヒータ配線７２が配設されている。ヒータ制御回路６０は、センサ制御回路５０により測定されるセンサ素子１０の温度を目標値に保つように、ヒータ７０へ電力を供給し、センサ素子１０の温度を目標値に維持するように機能する。
【００２４】
センサ素子１０は、ポンプセル１４、多孔質拡散層１８、起電力セル２４および補強板３０を積層することにより構成されている。ポンプセル１４は、酸素イオン伝導性固体電解質材料である安定化または部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ2 ）により形成され、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多孔質電極１２、１６を有している。測定ガスに晒される表面側の多孔質電極１２は、Ｉｐ電流を流すためにＩｐ＋電圧が印加されるのでＩｐ＋電極として参照する。また裏面側の多孔質電極１６は、Ｉｐ電流を流すためにＩｐ−電圧が印加されるのでＩｐ−電極として参照する。なお、Ｉｐ＋電極には配線４３、Ｉｐ−電極には配線４２がそれぞれ接続されている。
【００２５】
起電力セル２４も同様に安定化または部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ2 ）により形成され、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多孔質電極２２、２８を有している。ポンプセル１４と起電力セル２４との間には、多孔質拡散層１８により包囲された間隙２０が形成されている。
【００２６】
即ち、この間隙２０は、多孔質拡散層１８を介して測定ガス雰囲気と連通されている。間隙２０側に配設された多孔質電極２２は、起電力セル２４の起電力のマイナス電圧が生じるためＶｓ−電極として参照し、また基準酸素室２６側に配設された多孔質電極２８は、起電力セル２４の起電力のプラス電圧が生じるためＶｓ＋電極として参照する。基準酸素室２６の基準酸素は多孔質電極２２から一定量の酸素を多孔質電極２８にポンピングすることにより生成する。なお、Ｖｓ＋電極には配線４１、Ｖｓ−電極には配線４２がそれぞれ接続されている。
【００２７】
ここで、測定ガスの酸素濃度と間隙２０の酸素濃度との差に応じた酸素が、間隙２０側に多孔質拡散層１８を介して拡散して行く。間隙２０内の雰囲気が理論空燃比に保たれるとき、ほぼ酸素濃度が一定に保たれている基準酸素室２６との間の酸素濃度差により、起電力セル２４のＶｓ＋電極２８とＶｓ−電極２２との間には、約４５０ｍＶの電位差が生じる。このため、センサ制御回路５０は、ポンプセル１４に流す電流Ｉｐを、上記起電力セル２４の起電圧Ｖｓが４５０ｍＶとなるように調整することで、間隙２０内の雰囲気を理論空燃比に保ち、この理論空燃比に保つためのポンプセル電流量Ｉｐに基づき、測定ガス中の酸素濃度を測定する。
【００２８】
このようにセンサ素子１０は、センサ制御回路５０により、通常、起電力セル電位２４の起電圧Ｖｓが４５０ｍＶとなるようにポンプセル１４に流す電流Ｉｐを調整している。そのため、このようなセンサ制御回路５０によるセンサ素子１０のＩｐ電流の電流制御の特徴を利用することによって、以下に説明するようなセンサ素子１０の配線４１、４２、４３の異常検出を行うことができる。
【００２９】
次に、本発明の一実施態様に係る空燃比センサの異常検出方法を適用したセンサ制御回路５０の構成を図２に基づいて説明する。図２に示すように、センサ制御回路５０は、主に、Ｉｐドライバ５１、ＰＩＤ制御回路５２、オペアンプ５３、Ｒpvs 測定回路５４、Ｖｐリミッタ５５、自己診断回路５８等から構成されており、例えば本実施形態では特定用途向集積回路（ＡＳＩＣ； Application Specific IC）として実現されている。
【００３０】
Ｉｐドライバ５１は、センサ素子１０にＩｐ電流を流すためのオペアンプで、反転入力端子にはＡＳＩＣのＶcent端子、非反転入力端子には基準電圧３．６Ｖがそれぞれ接続されており、また出力端子にはＡＳＩＣのＩｐ＋端子が接続されている。そして、このようなＡＳＩＣのＶcent端子とＩｐ＋端子との間にセンサ素子１０のポンプセル１４が接続されている。これにより、Ｉｐドライバ５１は負帰還回路を構成するため、Ｖcent端子の電位が基準電圧（３．６Ｖ）を常に維持するように、Ｉｐ電流が制御される。このようにＶcent端子の電圧を基準電圧の３．６Ｖに保つように制御する必要があるのは、３．６Ｖを基準電位（疑似ＧＮＤ）にしてＡＳＩＣ内の各回路を動作させているためである。
【００３１】
なお、このＡＳＩＣは、ＶＢ端子に接続されるバッテリからの供給電力によって駆動されているが、バッテリにより印加される直流電圧（１２Ｖ〜１６Ｖ）により直接駆動されているのではなく、ＡＳＩＣに内蔵される定電圧回路から供給されるバッテリよりも低い電圧、例えば８Ｖにより駆動されている。この電圧はＶＣＣ８端子にも出力されている。
【００３２】
ＰＩＤ制御回路５２は、ＡＳＩＣのＰ１端子、Ｐ２端子およびＰ３端子に接続される抵抗やコンデンサとともに、ＡＳＩＣ内蔵のオペアンプ等からＰＩＤ演算回路を構成するものである。このＰＩＤ制御回路５２は、Ｖｓ制御目標値の４５０ｍＶに対する起電力セル２４の起電圧Ｖｓの偏差量ΔＶｓをＰＩＤ演算した電圧をＰout 端子に出力するもので、これによりＩｐドライバ５１によるＩｐ電流が制御される。
【００３３】
即ち、起電力セル２４の起電圧Ｖｓが４５０ｍＶよりも高い場合には、間隙２０の酸素濃度が酸素基準室２６の酸素濃度よりも低い状態、つまり理論空燃比に対して燃料供給過剰（リッチ）側の状態にあるので、その不足分の酸素をポンプセル１４により汲み込むためのＩｐ電流が流れるように偏差量ΔＶｓをＰＩＤ演算した電圧をＰout 端子に出力する。一方、起電力セル２４の起電圧Ｖｓが４５０ｍＶよりも低い場合には、間隙２０の酸素濃度が酸素基準室２６の酸素濃度よりも高い状態、つまり理論空燃比に対して燃料供給不足（リーン）側の状態にあるので、その過剰分の酸素をポンプセル１４により汲み出すためのＩｐ電流が流れるように偏差量 ΔＶｓをＰＩＤ演算した電圧をＰout 端子に出力する。
【００３４】
なお、配線４２が接続されるＣＯＭ端子に、−１５μＡの定電流源が接続されているが、これはＩcp電流によるＰＩＤ演算の誤差を防止するためである。即ち、ＶＳ＋端子には＋１５μＡの定電流源が接続されており、これにより起電力セル２４にＩcp電流を供給して酸素基準を作り出している。このため、ＣＯＭ端子に−１５μＡの定電流源を接続することにより、ＰＩＤ演算回路に流れ込む電流からこの１５μＡ分を差し引くことによって、Ｉcp電流による演算誤差を防止している。
【００３５】
また、ＶＳ＋端子とＰＩＤ制御回路５２との間に接続されるオペアンプ５３は、ボルテージフォロア回路を構成している。これにより、ＶＳ＋端子からはＰＩＤ制御回路５２側が高インピーダンスに見えるため、＋１５μＡの定電流源による供給電流がＰＩＤ制御回路５２に流れ込むことを抑制している。
【００３６】
Ｒpvs 測定回路５４は、センサ素子１０の内部抵抗Ｒpvs からセンサ素子１０の温度を測定するもので、オペアンプ、抵抗、コンデンサ等により構成されている。このＲpvs 測定回路５３では、所定時間毎に起電力セル２４に所定の測定電流を流すことにより起電力セル２４の起電圧Ｖｓを変化させ、これにより得られた起電圧Ｖｓの変化量を定数倍に演算増幅してＶＲpvs電圧としてＡＳＩＣのＶRPVS端子から出力する。
【００３７】
なお、Ｒpvs 測定回路５３による測定電流を起電力セル２４に流す際には、測定電流がＰＩＤ制御回路５２に流れ込まないようにＰＩＤ制御回路５２とオペアンプ５３との間に介在するＳＷにより両者間の接続を切断している。したがって、このＳＷによって、ＰＩＤ制御回路５２とオペアンプ５３との間が切断されている時間にＲpvs 測定回路５４による測定が行われる。
【００３８】
Ｖｐリミッタ５５は、ポンプセル１４のいわゆるブラックニングを防止するための回路で、ポンプセル１４の両端電圧Ｖｐが一定の範囲を超える場合に作動してＶｓ目標値をシフトさせるものである。なお、「ブラックニング」とは、酸素イオンの喪失によるポンプセルの表面黒化現象のことをいう。
【００３９】
自己診断回路５８は、主に、ウインドウコンパレータ５８ａ、５８ｂ、コンパレータ５８ｃおよびＯＲ回路５８ｄから構成されており、センサ素子１０の２つのセルに接続された３本の配線４１、４２、４３の異常検出等を行う。
【００４０】
即ち、ＡＳＩＣのＶＳ＋端子の電位が所定の範囲内にあるか否かをウインドウコンパレータ５８ａにより判断し、ＡＳＩＣのＣＯＭ端子の電位が所定の範囲内にあるか否かをウインドウコンパレータ５８ｂにより判断する。またＡＳＩＣのＶＳ＋端子、ＩＰ＋端子、Ｖcent端子、ＣＯＭ端子またはＰout 端子のうちのいずれか一つの端子の電位が所定値（所定電圧）を超えたか否かをコンパレータ５８ｃにより判断する。そして、これら３つのコンパレータによる判断結果の論理和をＯＲ回路５８ｄによりP/START情報として出力する。なお、このP/START情報は、ＡＳＩＣの出力信号端子であるＶＲpvs端子を介して外部に出力される。
【００４１】
例えばＶＳ＋端子では、その電位は、通常、ＣＯＭ端子の基準電圧３．６Ｖに起電力セル２４の起電圧Ｖｓ４５０ｍＶを加えた値である４．０５Ｖに保たれている。そのため、ウインドウコンパレータ５８ａの上限値を６．３５Ｖ、下限値を２．５Ｖに設定することにより、ＶＳ＋端子の電位が上限値の６．３５Ｖを超えて上昇したときには、ＶＳ＋端子あるいは配線４１がバッテリの電源ラインＢＡＴＴと短絡したものと判断し、ＶＳ＋端子の電位が下限値の２．５Ｖを超えて下降したときには、ＶＳ＋端子あるいは配線４１がバッテリのグランドＧＮＤと短絡したものと判断することができる。
【００４２】
また、ＣＯＭ端子では、その電位は、Ｉｐドライバ５１により常に基準電圧３．６Ｖになるように制御されている。そのため、ウインドウコンパレータ５８ｂの上限値を５．５Ｖ、下限値を２．５Ｖに設定することにより、ＣＯＭ端子の電位が上限値の５．５Ｖを超えて上昇したときには、ＣＯＭ端子あるいは配線４２がバッテリの電源ラインＢＡＴＴと短絡したものと判断し、ＣＯＭ端子の電位が下限値の２．５Ｖを超えて下降したときには、ＣＯＭ端子あるいは配線４２がバッテリのグランドＧＮＤと短絡したものと判断することができる。
【００４３】
これにより、いずれのウインドウコンパレータ５８ａ、５８ｂも、設定された所定の範囲内であれば論理値０に相当する信号を出力し、所定の範囲外であれば論理値１に相当する信号を出力する。そして、これらの２信号を入力するＯＲ回路５８ｄでは、論理和の結果をP/START情報として出力するので、ＶＳ＋端子あるいはＣＯＭ端子の電位、つまり配線４１、４２が電源ラインＢＡＴＴまたはグランドＧＮＤと短絡しているか否かをこのP/START情報により検出することができる。
【００４４】
なお、ウインドウコンパレータ５８ａの上限値および下限値は、ＡＳＩＣの製造ばらつきや５Ｖ電圧の変動などでＶｓ＋端子電圧やＣＯＭ電圧端子がばらつくことを考慮して、それぞれ設定されている。
【００４５】
このように本実施形態では、２つのウインドウコンパレータ５８ａ、５８ｂによって、それぞれＶＳ＋端子の電位、ＣＯＭ端子の電位を監視しているが、ＩＰ＋端子の電位も、この２つのウインドウコンパレータ５８ａ、５８ｂで監視することができる。即ち、図２に示すように、センサ素子１０のポンプセル１４に接続されるＩＰ＋端子は、ポンプセル１４を介してＣＯＭ端子に、あるいはポンプセル１４と起電力セル２４を介してＶＳ＋端子に、接続されている。そのため、ＩＰ＋端子の電位をＣＯＭ端子またはＶＳ＋端子から検出することができるので、ＣＯＭ端子またはＶＳ＋端子の電位を監視しているウインドウコンパレータ５８ａ、５８ｂにより、ＶＳ＋端子の電位、ＣＯＭ端子の電位と同様にＩＰ＋端子の電位も監視することができる。
【００４６】
したがって、ＩＰ＋端子の電位を直接検出することなく、先に説明したウインドウコンパレータ５８ａ、５８ｂの上限値、下限値の範囲を超える電位の監視により、ＩＰ＋端子あるいは配線４３が電源ラインＢＡＴＴまたはグランドＧＮＤと短絡しているか否かを検出することができる。
【００４７】
一方、コンパレータ５８ｃでは、ＡＳＩＣのＶＳ＋端子、ＩＰ＋端子、Ｖcent 端子、ＣＯＭ端子またはＰout 端子の各電位が、ＡＳＩＣ内の回路の駆動電圧である８Ｖを超えているか否かを判断している。そのため、これらの各端子は、駆動電源の電圧変動等を見込んだ値の９Ｖを上限値に設定したコンパレータ５８ｃによって監視されており、いずれかの端子の電位が９Ｖを超えて上昇したときには、その端子がバッテリの電源ラインＢＡＴＴに短絡しているものと判断して、論理値１に相当する信号をコンパレータ５８ｃから出力する。また９Ｖを超えていなければ論理値０に相当する信号をコンパレータ５８ｃより出力する。
【００４８】
そして、これらの各端子が、バッテリの電源ラインＢＡＴＴに短絡している場合には、つまりコンパレータ５８ｃにより論理値１に相当する信号が出力された場合には、ＡＳＩＣのＣＯＮＴ端子にＶＣＣ８端子を制御するための制御信号が出力される。これにより、次に説明する保護回路が作動するため、ＡＳＩＣ内の各回路素子等を保護することができる。
【００４９】
図３には、上述したセンサ制御回路５０に適用される、本発明の一実施態様に係るセンサ制御回路の保護方法を具現化した保護回路が示されている。ＡＳＩＣのＶＢ端子には、前述したようにバッテリの電源ラインＢＡＴＴが接続されており、これにより電力供給がなされている。なおダイオードＤ１は、逆流防止目的のダイオードである。ＶＢ端子とＶＣＣ８端子の間には、トランジスタＱ１が接続されており、そのベース端子はＡＳＩＣのＣＯＮＴ端子に接続されている。即ちこのＣＯＮＴ端子から出力されるＶＣＣ８端子の制御信号により、トランジスタＱ１のベース端子にターンオン電圧が印加されると、エミッタ−コレクタ間の導通が確保されるため、導通状態のトランジスタＱ１を介してＶＢ端子とＶＣＣ８端子との間を通電させ得るように構成されている。
【００５０】
このように保護回路を構成することによって、ＡＳＩＣのＶＳ＋端子、ＩＰ＋端子、Ｖcent端子、ＣＯＭ端子またはＰout 端子のいずれかの端子がバッテリの電源ラインＢＡＴＴに短絡すると、コンパレータ５８ｃからはＶＣＣ８端子の制御信号が出力されるので、トランジスタＱ１のベース端子にターンオン電圧が印加される。これにより、トランジスタＱ１は、遮断状態から導通状態に移行するため、エミッタに接続されるＶＢ端子とコレクタに接続されるＶＣＣ８端子とが通電状態になり、その結果、ＶＢ端子に印加されていた電源ラインＢＡＴＴによるバッテリ電圧がＶＣＣ８端子にも印加される。
【００５１】
したがって、ＡＳＩＣ、つまりセンサ制御回路５０の作動電圧ＶＣＣ８が電源ラインＢＡＴＴのバッテリ電圧と同電位になるので、電源ラインＢＡＴＴに短絡した端子からＶＣＣ８端子に向かってバッテリ電圧による電流が流れ込むことがない。よって両端子（電源ラインＢＡＴＴに短絡した端子とＶＣＣ８端子）間に介在する回路素子等の破損を回避することができる。
【００５２】
以上説明したように本実施形態に係る空燃比センサの異常検出方法によると、起電力セル２４に設けられた多孔質電極２２、２８にそれぞれ接続される配線４１の電位と配線４２の電位とを測定する。これにより、起電力セル２４の一方または他方の多孔質電極２２、２８の電圧が変動しても、このような電圧変動をも含めて配線４１、４２の異常を検出することができる。また配線４２は、ポンプセル１４の一方の多孔質電極１６にも接続されているので、配線４２の電位の測定により、ポンプセル１４を介してポンプセル１４の他方の多孔質電極１２に接続された配線４３の異常を検出することができる。したがって、センサ素子１０周囲のガス雰囲気に影響されるポンプセル１４の電流Ｉｐを測定することなく、配線４１、４２、４３の異常をそれぞれ検出することができるので、いかなるガス雰囲気でもセンサ異常を検出し得る効果がある。
【００５３】
また、本実施形態に係るに係るセンサ制御回路の保護方法によると、配線４１、４２、４３と、電源ラインＢＡＴＴとの短絡である場合には、センサ素子１０を制御するセンサ制御回路５０の作動電圧ＶＣＣ８を電源ラインＢＡＴＴの電圧と同電位にする。これにより、配線４１、配線４２または配線４３と電源ラインＢＡＴＴとが短絡して配線４１、配線４２または配線４３に電源ラインＢＡＴＴの電圧が印加されても、配線４１、配線４２または配線４３の電圧とセンサ制御回路５０の作動電圧ＶＣＣ８とは同電位であるので、両者間に接続される回路等に電流が流れない。したがって、このような特定のセンサ異常を検出した場合には、センサ制御回路５０の破損を回避し得る効果がある。
【符号の説明】
【００５４】
１０ センサ素子
１２、１６、２２、２８ 多孔質電極
１４ ポンプセル
１８ 多孔質拡散層
２０ 間隙
２４ 起電力セル（酸素濃度測定セル）
２６ 酸素基準室
４１ 配線（第１配線）
４２ 配線（第２配線）
４３ 配線（第３配線）
５０ センサ制御回路
５８ 自己診断回路
５８ａ、５８ｂ ウインドウコンパレータ
５８ｃ コンパレータ
７０ ヒータ
【図１】
2010122241.tif 000003
【図２】
2010122241.tif 000004
【図３】
2010122241.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月30日(2010.3.30)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】  本発明は、センサ制御回路の保護方法に関するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】  本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、特定のセンサ異常を検出した場合には、センサ制御回路の破損を回避し得るセンサ制御回路の保護方法を提供することにある。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】 請求項１に記載の発明は、固体電解質体に一対の多孔質電極が設けられた２つのセルからなり、一方のセルを酸素をポンピングするポンプセルとし、他方のセルを酸素濃度測定セルとしてそれぞれ使用し、測定ガス中の空燃比を測定する空燃比センサに接続されるセンサ制御回路について、前記酸素濃度測定セルの一方の多孔質電極に対して第１配線、前記酸素濃度測定セルの他方の多孔質電極と前記ポンプセルの一方の多孔質電極に対して第２配線、前記ポンプセルの他方の多孔質電極に対して第３配線をそれぞれ介して接続されるセンサ制御回路の保護方法であって、  前記第１配線、第２配線または第３配線と、電源ラインとが短絡した場合には、前記空燃比センサを制御する前記センサ制御回路の作動電圧を前記電源ラインの電圧と同電位にすることを技術的特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】 請求項１の発明では、第１配線、第２配線または第３配線と、電源ラインとが短絡した場合には、空燃比センサを制御するセンサ制御回路の作動電圧を電源ラインの電圧と同電位にする。  これにより、第１配線、第２配線または第３配線と電源ラインとが短絡して第１配線、第２配線または第３配線に電源ラインの電圧が印加されても、第１配線、第２配線または第３配線の電圧とセンサ制御回路の作動電圧とは同電位であるので、両者間に接続される回路等に電流が流れない。  したがって、このような特定のセンサ異常を検出した場合には、センサ制御回路の破損を回避し得る効果がある。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質体に一対の多孔質電極が設けられた２つのセルからなり、一方のセルを酸素をポンピングするポンプセルとし、他方のセルを酸素濃度測定セルとしてそれぞれ使用し、測定ガス中の空燃比を測定する空燃比センサに接続されるセンサ制御回路について、前記酸素濃度測定セルの一方の多孔質電極に対して第１配線、前記酸素濃度測定セルの他方の多孔質電極と前記ポンプセルの一方の多孔質電極に対して第２配線、前記ポンプセルの他方の多孔質電極に対して第３配線をそれぞれ介して接続されるセンサ制御回路の保護方法であって、  前記第１配線、第２配線または第３配線と、電源ラインとが短絡した場合には、前記空燃比センサを制御する前記センサ制御回路の作動電圧を前記電源ラインの電圧と同電位にすることを特徴とするセンサ制御回路の保護方法。