(57)【要約】【課題】  配線異常の誤検出が少なく、配線異常が解消した場合にもガス濃度測定用動作への復帰に無駄な時間を要しないガスセンサ制御装置を提供する。【解決手段】  固体電解質体１３，２３に一対の電極が設けられたセル１４，２４を有するガスセンサ８に接続されると共に、センサ駆動回路５２を備えたガスセンサ制御装置５は、センサ駆動回路５２のセル１４，２４への非通電状態と通電状態とを設定する指令を出力する指令手段、非通電状態又は通電状態にセンサ駆動回路５２を設定する設定手段５５、センサ駆動回路５２又はガスセンサ８の配線異常を検出する配線異常検出手段５８を備える。そして、ガスセンサ制御装置５は、配線異常を検出した場合に、指令手段に対し非通電指令を出力し、その後に通電指令を出力する異常復帰確認処理を行うよう指示して、異常復帰確認処理を行っても配線異常が解消されない場合に、異常を確定する異常確定手段を備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質体および該固体電解質体に設けられた一対の電極を備えるセルを少なくとも１つ以上有するガスセンサに接続され、前記ガスセンサを駆動するため前記セルに通電するセンサ駆動回路を備えたガスセンサ制御装置であって、
前記ガスセンサ制御装置はさらに、前記センサ駆動回路の前記セルへの非通電状態と通電状態とを設定するための指令を出力する指令手段と、
前記指令を受け取り、前記非通電状態又は前記通電状態に前記センサ駆動回路を設定する設定手段と、
前記センサ駆動回路又は前記ガスセンサの配線異常を検出する配線異常検出手段と、
前記配線異常検出手段が前記配線異常を検出した場合に、前記指令手段に対し、前記非通電状態を示す非通電指令を出力し、その後に前記通電状態を示す通電指令を出力する異常復帰確認処理を行うよう指示する一方、当該異常復帰確認処理によって前記配線異常が解消されるか否かを判断する判断処理を行う判断手段と、
前記判断処理の結果に基づいて、前記配線異常を確定させるか否かを決定する異常確定手段と、
を備えるガスセンサ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガスセンサ制御装置であって、
前記異常確定手段は、前記判断処理により前記配線異常が解消されていないと判断された場合に、前記判断手段による前記異常復帰確認処理を少なくともさらに１回繰り返すよう指示し、該異常復帰確認処理を合計２回以上の所定回数行っても前記判断処理にて前記配線異常が解消されない場合に、前記配線異常を確定させる、
ガスセンサ制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のガスセンサ制御装置であって、
前記セルが活性化状態となるように加熱されるヒータであって、前記ガスセンサに設けられるヒータを制御するヒータ制御回路を備え、
前記ヒータ制御回路は、前記配線異常検出手段にて最初に前記配線異常を検出してから前記異常確定手段にて前記配線異常を確定させるか否かを決定するまでの期間、前記ヒータを最大電圧未満で、且つ、前記セルの活性化温度を維持可能な電圧以上の中間電圧にて通電する、
ガスセンサ制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載のガスセンサ制御装置であって、
前記ヒータ制御回路は、前記異常確定手段にて前記配線異常が確定された場合に、前記ヒータを非通電にする、
ガスセンサ制御装置。
【請求項５】
固体電解質体および該固体電解質体に設けられた一対の電極を備えるセルを少なくとも１つ以上有するガスセンサに接続され、前記ガスセンサを駆動するため前記セルに通電するセンサ駆動回路を備えたガスセンサ制御装置の制御方法であって、
前記センサ駆動回路は、前記セルへの非通電状態または通電状態が外部の指令により設定される構成をなしており、
前記センサ駆動回路又は前記ガスセンサの配線異常を検出する配線異常検出過程と、
前記配線異常を検出した場合に、前記センサ駆動回路に対し、前記非通電状態を示す非通電指令を出力し、その後に前記通電状態を示す通電指令を出力する異常復帰確認処理を行う一方、前記異常復帰確認処理によって前記配線異常が解消される否かを判断する判断処理を行う判断過程と、
前記判断処理の結果に基づいて、前記配線異常を確定させるか否かを決定する異常確定過程と、を有する
ことを特徴とするガスセンサ制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載のガスセンサ制御装置であって、
前記異常確定過程は、前記判断処理にて前記配線異常が解消されていないと判断された場合に、前記判断過程による前記異常復帰確認処理を少なくともさらに１回繰り返し、前記異常復帰確認処理を合計２回以上の所定回数行っても前記判断過程にて前記配線異常が解消されない場合に、前記配線異常を確定させる、
ガスセンサ制御方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のガスセンサ制御方法であって、
前記ガスセンサ制御装置は、さらに、前記セルが活性化状態となるように加熱されるヒータであって、前記ガスセンサに設けられるヒータを制御するヒータ制御回路を備えており、
前記配線異常検出過程にて最初に前記配線異常を検出してから前記異常確定過程にて前記配線異常を確定させるか否かを決定するまでの期間、前記ヒータを最大電圧未満で、且つ、前記セルの活性化温度を維持可能な電圧異常の中間電圧にて通電するように、前記ヒータ制御回路を制御する、
ガスセンサ制御方法。
【請求項８】
請求項７に記載のガスセンサ制御方法であって、
前記異常確定過程にて前期配線異常が確定された場合に、前記ヒータを非通電にするように、前記ヒータ制御回路を制御する、
ガスセンサ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電解質体および該固体電解質体に設けられた一対の電極を備えるセルを少なくとも１つ以上有するガスセンサの通電状態を制御するセンサ制御装置およびセンサ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の内燃機関の燃費向上や燃焼制御を行うガスセンサとして、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサが知られている。又、自動車の排気ガス規制の強化に伴い、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）量の低減が要求されており、ＮＯｘ濃度を直接測定できるＮＯｘセンサが開発されている。
これらのガスセンサは、ジルコニア等の酸素イオン伝導性の固体電解質の表面に一対の電極を形成してなるセルを１つないし複数備えたガスセンサ素子を有し、このガスセンサ素子からの出力に基づいて特定ガスの濃度検出を行っている。
【０００３】
これらのガスセンサとして、２つのセル（酸素濃度検知セルおよび酸素ポンプセル）を測定室を挟むように配置し、測定室に拡散抵抗体を介して被測定ガスを導入して被測定ガスに含まれる酸素を検知する全領域空燃比センサ（以下、ＵＥＧＯセンサともいう）が知られている。さらに、２つのセル（酸素濃度検知セルおよび酸素ポンプセル）に加え、ＮＯｘガス濃度を検知するセルを配置し、合計３つのセルを有するＮＯｘガスセンサも知られている。
【０００４】
このようなガスセンサにはセンサ駆動回路が接続され、センサ駆動回路を介してセルに通電し、セルの出力に基づいて被測定ガス中の特定ガス濃度を測定しており、センサ駆動回路を含めてガスセンサ制御装置と称される。又、セルへの通電状態として、ガスセンサを保護するための保護用通電状態、非活性状態のガスセンサに微小電流が通電されている活性前通電状態、特定ガスの濃度を測定するためのガス濃度測定用通電状態などがある。
このうち、保護用通電状態は、セルとセンサ駆動回路との間の導通を電気的に遮断して、ガスセンサに電流が流れないようにし、ガスセンサを保護する。また、活性前通電状態は、微小電流を通電することで、例えば酸素濃度検知セルの基準酸素室に基準濃度となる酸素を蓄積し、ガス濃度測定に備えるモードである。
【０００５】
ところで、センサ駆動回路またはガスセンサの配線（通電ライン）には、バッテリーやグランドとの短絡、あるいは、断線といった配線異常が生じることがある。そして、かかる配線異常が生じているにもかかわらず、特定ガスの濃度を測定するためのガス濃度測定用通電状態が継続すると、ガスセンサに過大な電流が流れてガスセンサが破損する虞がある。
このようなことから、配線異常を検出した場合に、センサ駆動回路側とガスセンサとの接続を電気的に遮断して保護用通電状態とし、その後、異常内容と異常発生箇所とを診断する技術が開発されている（特許文献１参照）。これにより、配線異常が生じた場合にもガスセンサに過電流が流れ続けることがなくなり、ガスセンサを破損させないようにしている。
【０００６】
また、配線異常を認識せずに、他の通電状態からガス濃度測定用通電状態に切り替える指令がセンサ駆動回路に出力されると、同様にガスセンサに過大な電流が流れてガスセンサが破損する虞がある。
このようなことから、直前の状態が活性前通電状態であるときにのみ、ガス濃度測定用通電状態への切り替えを許容することで、ガスセンサを破損させずに異常を検出する技術が開発されている（特許文献２参照）。これにより、仮に配線異常が生じていても、ガスセンサに微小電流を流す活性前通電状態であれば、ガスセンサの印加電圧が正常範囲を逸脱することから配線異常を検出できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３８３３６８７号公報
【特許文献２】特開２００８−７０１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、従来のガスセンサ制御装置の場合、異常を一度でも検出すると、直ちに異常であると確定してセンサの作動を停止したり、保護用通電状態に移行したりしていた。しかしながら、配線が正常であるにも係らずノイズ等の影響で異常であると誤検出することがあり、また、そのような誤検出の場合には配線異常が直ちに解消することもあり、異常検出のたびにセンサの作動を停止すると、ガス濃度測定用動作への復帰に無駄な時間を要することになる。特に、短絡の関係で、配線異常の誤検出が発生する傾向がある。
また、従来のガスセンサ制御装置の場合、配線異常が誤検出でないか否かを確認しようとすると、新たな通電状態や回路を設定する必要があり、センサ駆動回路に余分な回路部品等が必要となって回路が大きくなる等の不具合が生じる。
【０００９】
そこで、本発明は、センサ駆動回路又はガスセンサの配線異常の有無を正確に判断でき、また、配線異常が解消した場合にもガス濃度測定用動作への復帰に無駄な時間を要しないガスセンサ制御装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサ制御装置は、固体電解質体および該固体電解質体に設けられた一対の電極を備えるセルを少なくとも１つ以上有するガスセンサに接続され、前記ガスセンサを駆動するため前記セルに通電するセンサ駆動回路を備えたガスセンサ制御装置であって、前記ガスセンサ制御装置はさらに、前記センサ駆動回路の前記セルへの非通電状態と通電状態とを設定するための指令を出力する指令手段と、前記指令を受け取り、前記非通電状態又は前記通電状態に前記センサ駆動回路を設定する設定手段と、前記センサ駆動回路又は前記ガスセンサの配線異常を検出する配線異常検出手段と、前記配線異常検出手段が前記配線異常を検出した場合に、前記指令手段に対し、前記非通電状態を示す非通電指令を出力し、その後に前記通電状態を示す通電指令を出力する異常復帰確認処理を行うよう指示する一方、当該異常復帰確認処理によって前記配線異常が解消されるか否かを判断する判断処理を行う判断手段と、前記判断処理の結果に基づいて、前記配線異常を確定させるか否かを決定する異常確定手段と、を備える。
【００１１】
このような構成とすると、配線異常を一度検出しても、直ちに異常であると確定してガスセンサの作動を停止せず、一旦通電状態に戻して配線異常の有無を再度検出することにより、配線異常の誤検出を防止すると共に、配線異常が直ぐに解消する場合に無駄にガスセンサの作動を停止するのを防止することができる。
【００１２】
さらに、上記のガスセンサ制御装置であって、前記異常確定手段は、前記判断処理により前記配線異常が解消されていないと判断された場合に、前記判定手段による前記異常復帰確認処理を少なくともさらに１回繰り返すよう指示し、該異常復帰確認処理を合計２回以上の所定回数行っても前記判断処理にて前記配線異常が解消されない場合に、前記配線異常を確定させる態様を採ると良い。
【００１３】
このような構成によれば、異常復帰確認処理を少なくとも２回以上行うため、配線異常の誤検出や偶発的な配線異常が解消される可能性がさらに高くなり、配線異常検出のたびにセンサの作動を停止してガス濃度測定用動作への復帰に無駄を要する事態がさらに抑制される。
【００１４】
さらに、上記のガスセンサ制御装置であって、前記セルが活性化状態となるように加熱されるヒータであって、前記ガスセンサに設けられるヒータを制御するヒータ制御回路を備え、前記ヒータ制御回路は、前記配線異常検出手段にて最初に前記配線異常を検出してから前記異常確定手段にて前記配線異常を確定させるか否かを決定するまでの期間、前記ヒータを最大電圧未満で、且つ、前記セルの活性化温度を維持可能な電圧以上の中間電圧にて通電する態様を採ると良い。
【００１５】
本構成では、一旦配線異常が検出され、その配線異常が確定するまでの間、セルを活性化温度以上に加熱するためのヒータを通電制御するヒータ制御回路を用いて、中間電圧でヒータを適度に加熱するようにしている。そのため、偶発的な配線異常が検出されて、その後に配線異常が確定せずに、ガスセンサを通常動作（ガス濃度測定用動作）に復帰させる場合にも、ガスセンサが冷えることを抑制できるため、速やかな復帰を促すことができる。一方、一旦配線異常が検出された場合に、当該配線異常が確定するケースもあり、その際にヒータを最大電圧で加熱すると無駄な電力消費となるが、本発明では中間電圧でヒータを加熱することから、電力消費の負担を低減することができる。
【００１６】
さらに、上記のガスセンサ制御装置であって、前記ヒータ制御回路は、前記異常確定手段にて前記配線異常が確定された場合に、前記ヒータを非通電にする態様を採ると良い。
【００１７】
この構成では、異常確定後はヒータを非通電するので、異常確定後もヒータを用いてセル（ガスセンサ）を加熱し続けてガスセンサが過昇温によって損傷するのを防止することができると共に、無駄な電力消費を抑えることができる。
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサ制御方法は、固体電解質体および該固体電解質体に設けられた一対の電極を備えるセルを少なくとも１つ以上有するガスセンサに接続され、前記ガスセンサを駆動するため前記セルに通電するセンサ駆動回路を備えたガスセンサ制御装置の制御方法であって、前記センサ駆動回路は、前記セルへの非通電状態または通電状態が外部の指令により設定される構成をなしており、前記センサ駆動回路又は前記ガスセンサの配線異常を検出する配線異常検出過程と、前記配線異常を検出した場合に、前記センサ駆動回路に対して、前記非通電状態を示す非通電指令を出力し、その後に前記通電状態を示す通電指令を出力する異常復帰確認処理を行う一方、前記異常復帰確認処理によって前記配線異常が解消される否かを判断する判断処理を行う判断過程と、前記判断処理の結果に基づいて、前記配線異常を確定させるか否かを決定する異常確定過程と、を有する。
【００１９】
また、上記のガスセンサ制御方法であって、前記異常確定過程は、前記判断処理にて前記配線異常が解消されていないと判断された場合に、前記判断過程による前記異常復帰確認処理を少なくともさらに１回繰り返し、前記異常復帰確認処理を合計２回以上の所定回数行っても前記判断過程にて前記配線異常が解消されない場合に、前記配線異常を確定させる、態様を採ると良い。
【００２０】
また、上記のガスセンサ制御方法であって、前記ガスセンサ制御装置は、さらに、前記セルが活性化状態となるように加熱されるヒータであって、前記ガスセンサに設けられるヒータを制御するヒータ制御回路を備えており、前記配線異常検出過程にて最初に前記配線異常を検出してから前記異常確定過程にて前記配線異常を確定させるか否かを決定するまでの期間、前記ヒータを最大電圧未満で、且つ、前記セルの活性化温度を維持可能な電圧異常の中間電圧にて通電するように、前記ヒータ制御回路を制御する、態様を採ると良い。
【００２１】
さらに、上記のガスセンサ制御方法であって、前記異常確定過程にて前期配線異常が確定された場合に、前記ヒータを非通電にするように、前記ヒータ制御回路を制御する、態様を採ると良い。
【００２２】
これらの各ガスセンサ制御方法は、上記のガスセンサ制御装置と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】電子制御ユニットを備える内燃機関制御システムの概略構成図である。
【図２】電子制御ユニットの概略構成を示す回路図である。
【図３】各通電状態（作動モード）に対する各スイッチの状態を表した説明図である。
【図４】第１実施形態における異常確定処理のフローチャートを示す図である。
【図５】第２実施形態における異常確定処理のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について説明する。
Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の実施形態に係るガスセンサ制御装置（電子制御ユニット；ＥＣＵ）５を含む、内燃機関制御システム１の構成を示す概略図である。なお、内燃機関制御システム１は、内燃機関（エンジン）の運転状態を制御するための各種制御処理を実行し、被測定ガス（排気ガス）に含まれる特定ガス（酸素）の濃度を検出する処理を実行している。
内燃機関制御システム１は、電子制御ユニット５、ガスセンサ８を備え、ガスセンサ８はエンジンの排気管に取り付けられている。電子制御ユニット５は、ガスセンサ８（センサ素子１０）を制御するセンサ制御回路２、エンジン制御装置９（以下、「エンジンＣＰＵ」９ともいう）、ヒータ４３を制御するヒータ制御回路６０を備え、センサ制御回路２はセンサ駆動回路５２を含んでいる。エンジン制御装置９は、ヒータ制御回路６０に接続され、センサ素子１０の温度が作動温度（以降、活性化温度ともいう、たとえば５５０〜９００℃）となるようにヒータ制御回路６０を制御する。又、エンジン制御装置９は、伝送ケーブル７１を介してセンサ制御回路２に接続されてセンサ制御回路２を制御する。
【００２５】
ガスセンサ８は、被測定ガス（排気ガス）中の酸素濃度を広域にわたって検出するセンサ素子１０と、センサ素子１０を作動温度に保つためのヒータ４３とを備え、いわゆる全領域空燃比センサとして動作する。又、センサ素子１０は、酸素ポンプセル１４と、多孔質拡散層１８と、酸素濃度検知セル２４と、補強板３０とを備えている。ガスセンサ８の詳細な構成については後述する。
【００２６】
センサ制御回路２は、ガスセンサ８に電気的に接続されるセンサ駆動回路５２等を備えている。センサ駆動回路５２は、ガスセンサ８（酸素ポンプセル１４および酸素濃度検知セル２４）に通電してこれらの駆動制御を行い、酸素ポンプセル１４の出力（ガス検出信号）や素子インピーダンス（実際は、酸素濃度検知セル２４の素子インピーダンスに応じて変化するインピーダンス信号Ｖｒｐｖｓ）を検出する。センサ制御回路２は、検出されたガス検出信号および素子抵抗値信号をエンジン制御装置９に出力する。
なお、センサ制御回路２は、例えばＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）として実現することができる。又、ガス検出信号は、被測定ガス中の酸素濃度に応じて変化し、酸素濃度を測定するために用いられる。一方、素子インピーダンス（インピーダンス信号）は、ガスセンサ８の内部抵抗値を示し、ガスセンサ８の温度に応じて相関関係をもって変化するが、素子インピーダンスの検出及びガスセンサ８の温度の算出は公知の手法を用いて行うことができるため、詳細は省略する。
【００２７】
センサ制御回路２（センサ駆動回路５２）は、Ｖｓ＋端子、ＣＯＭ端子、Ｉｐ＋端子を備え、これらの各端子は、電子制御ユニット５の第１接続端子１５、第２接続端子１７、第３接続端子１９にそれぞれ電気的に接続されている。そして、第１接続端子１５及び配線６１を介して、後述するセンサ素子１０の第２検知電極２８がセンサ制御回路２のＶｓ＋端子に電気的に接続されている。また、第２接続端子１７及び配線６２を介して、センサ素子１０の第１検知電極２２および第２ポンプ電極１６がセンサ制御回路２のＣＯＭ端子に電気的に接続されている。同様に、第３接続端子１９及び配線６３を介して、センサ素子１０の第１ポンプ電極１２がセンサ制御回路２のＩｐ＋端子に電気的に接続されている。このようにして、ガスセンサ８にセンサ駆動回路５２が電気的に接続され、ガス検出信号や素子抵抗値信号を検知するようになっている。
【００２８】
制御部５５は、センサ制御回路２での各種制御処理を実行するロジック回路で構成することができる。
【００２９】
エンジン制御装置９は、中央演算処理装置としてのＣＰＵと、データやプログラムなどを格納する記憶部（ＲＡＭおよびＲＯＭ）と、外部機器との間で信号の入出力を行う入力ポートおよび出力ポートと、を備えるマイクロコンピュータで構成することができる。エンジン制御装置９は、記憶部に格納されたプログラムに基づいてＣＰＵが各種演算処理を実行し、演算やデータ転送などの命令の実行を制御する。また、エンジン制御装置９は、入力ポートに入力された信号を、入力ポート用レジスタの内容に反映し、出力ポート用レジスタに格納された内容を、出力ポートに信号として出力する。
そして、エンジン制御装置９は、センサ制御回路２から出力されるガス検出信号Ｖｉｐに基づき酸素濃度を演算する。エンジン制御装置９は、演算により得られた酸素濃度を用いてエンジンの燃焼制御（空燃比制御）などを実行することで、内燃機関の運転状態を制御する。
【００３０】
さらに、エンジン制御装置９は、センサ制御回路２への後述する通電状態を切り替える指令（以下、適宜「切替指令」という）を出力する指令出力処理、異常の確定処理も実行している。なお、上記した指令（切替指令）が特許請求の範囲の「指令」に相当する。また、エンジン制御装置９が特許請求の範囲の「指令手段」に相当する。
【００３１】
次に、ガスセンサ８の構成について説明する。
酸素ポンプセル１４は、部分安定化ジルコニアにより板状に形成された酸素イオン伝導性固体電解質体１３と、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された第１ポンプ電極１２、第２ポンプ電極１６を有している。第１ポンプ電極１２は、配線６３を介して電子制御ユニット５の第３接続端子１９に電気的に接続されており、第２ポンプ電極１６は、配線６２を介して電子制御ユニット５の第２接続端子１７に電気的に接続されている。なお、第１ポンプ電極１２は、多孔質保護層２９に覆われており、多孔質保護層２９により被毒物質などから保護されている。
酸素濃度検知セル２４は、部分安定化ジルコニアにより板状に形成された酸素イオン伝導性固体電解質体２３と、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された第１検知電極２２、第２検知電極２８を有している。第１検知電極２２は、配線６２を介して電子制御ユニット５の第２接続端子１７に電気的に接続されており、第２ポンプ電極１６とも電気的に接続されている。第２検知電極２８は、配線６１を介して電子制御ユニット５の第１接続端子１５に電気的に接続されている。
【００３２】
酸素ポンプセル１４と酸素濃度検知セル２４との間には、両セル１４，２４を電気的に絶縁し、絶縁性材料（アルミナなど）を主体とする絶縁層（図示せず）が介装され、その絶縁層の一部に多孔質拡散層１８が設けられている。多孔質拡散層１８は、センサ素子１０の内部に導入される被測定ガスの拡散律速を行うため、絶縁性材料（アルミナなど）を主体として多孔質状に形成されている。なお、多孔質拡散層１８の代わりに、上記絶縁層の側壁に拡散律側部として小孔を配設してもよい。
酸素ポンプセル１４と酸素濃度検知セル２４との間には、多孔質拡散層１８および上記絶縁層（図示省略）により包囲された中空状の測定室２０が形成されている。測定室２０は、多孔質拡散層１８（詳細には、多孔質部）を介して測定ガス雰囲気と連通されている。また、測定室２０の上面に第２ポンプ電極１６が露出し、測定室２０の下面に第１検知電極２２が露出している。
【００３３】
又、酸素濃度検知セル２４のうち測定室２０への対向面と反対側の面に補強板３０が積層され、センサ素子１０の全体的な強度を向上させている。補強板３０は、各固体電解質体１３，２３と略同じ大きさであり、セラミックを主体とする材料にて板状に形成されている。
そして、第２検知電極２８は、補強板３０と酸素イオン伝導性固体電解質体２３との間に挟み込まれて外部と遮断され、第２検知電極２８の周囲には密閉空間としての基準酸素室２６が形成されている。従って、第２検知電極２８から第１検知電極２２に向かう方向に微小な定電流Ｉｃｐを通電し、測定室２０から第２検知電極２８の側に酸素をポンピングすることにより、基準酸素室２６に略一定濃度の酸素が蓄積される。このようにして基準酸素室２６の酸素は、酸素濃度を検出する際の基準濃度となる。
【００３４】
一方、センサ素子１０の酸素ポンプセル１４に対向するようにして、平板状のヒータ４３が配置されている。ヒータ４３は、アルミナを主体とする材料にて形成され、その内部には、白金を主体とする材料にて形成されたヒータ配線７２を備えている。ヒータ４３は、後述するヒータ制御回路６０から供給される電圧（電力）により、センサ素子１０の温度が活性化温度（この実施形態では、８３０℃）以上となるように制御される。また、ヒータ配線７２の両端は、ヒータ制御回路６０に電気的に接続されている。そして、ヒータ４３による加熱によって、センサ素子１０（の酸素ポンプセル１４および酸素濃度検知セル２４）が活性化し、ガス検出（酸素検出）が可能となる。
【００３５】
次に、ガスセンサ８（センサ素子１０）の動作について説明する。
まず、被測定ガス（排気ガス）が、多孔質拡散層１８を介して測定室２０に拡散する。このとき、エンジンに供給される混合気（つまり、測定室２０中の被測定ガス）が理論空燃比に保たれている状態では、測定室２０と酸素濃度の基準となる基準酸素室２６との間の酸素濃度差により、酸素濃度検知セル２４に４５０［ｍＶ］の起電力が発生する（第１検知電極２２と第２検知電極２８との間に４５０［ｍＶ］の電位差が生じる）。
ところで、エンジンに供給される混合気の空燃比の変化に応じて、排気ガスに含まれる酸素濃度は変化し、測定室２０に含まれる被測定ガス中の酸素濃度も変化する。そこで、本実施形態の内燃機関制御システム１では、第１検知電極２２と第２検知電極２８との間の電位差が４５０［ｍＶ］に保たれるように、センサ制御回路２によって酸素ポンプセル１４に流れるＩｐ電流を制御する。つまり、測定室２０の雰囲気が理論空燃比と同じ状態になるようにＩｐ電流を制御することで、酸素ポンプセル１４によって酸素のポンピングが行われる。
【００３６】
そして、酸素ポンプセル１４は、一対の電極間（第１ポンプ電極１２，第２ポンプ電極１６）に通電される電流の通電方向に応じて、測定室２０からの酸素の汲み出し、または測定室２０への酸素の汲み入れを切換可能に構成されている。また、酸素ポンプセル１４は、一対の電極間に通電される電流の大きさに応じて、酸素のポンピング量を調整可能に構成されている。このため、このＩｐ電流の通電状態（通電方向、電流値など）に基づいて、被測定ガス中の酸素濃度を演算することができる。
【００３７】
次に、図２に基づいて、電子制御ユニット５の構成および動作について説明する。図２は、電子制御ユニット５の概略構成を示す回路図である。電子制御ユニット５は、上述したように、センサ制御回路２と、ヒータ制御回路６０と、エンジン制御装置９と、を備えている。
【００３８】
センサ制御回路２は、センサ駆動回路５２、端子電圧出力回路５４、制御部５５、差動増幅回路５７、異常検出回路５８を備えている。
【００３９】
センサ駆動回路５２は、酸素ポンプセル１４を駆動するＩｐ電流を流すためのオペアンプ３２、Ｉｐ電流の制御特性を改善するためのＰＩＤ制御回路５６、第２検知電極２８の周囲（基準酸素室２６）の酸素濃度を一定に保つよう酸素濃度検知セル２４に定電流Ｉｃｐを流すための定電流源４６、Ｉｐ電流の制御目標電圧を供給する定電圧源４８、を備えている。
また、センサ駆動回路５２は、センサ素子１０との接続端子（Ｖｓ＋端子、ＣＯＭ端子、Ｉｐ＋端子）、ＰＩＤ制御回路５６の特性を決める素子を外付けするための端子（Ｐ１端子、Ｐ２端子、Ｐｏｕｔ端子）、及びエンジン制御装置９から出力された通電状態の切換指令に応じてセンサ駆動回路５２の通電状態（作動モード）を変更するためのスイッチＳＷ１〜ＳＷ５、を備えている。なお、センサ駆動回路５２の作動モードとは、センサ素子１０への通電状態を表す。
【００４０】
さらに、センサ駆動回路５２はＣＯＭ端子１７に接続されるＶｃｅｎｔ点を備え、Ｖｃｅｎｔ点には、ＰＩＤ制御回路５６の後述する出力端、オペアンプ３２の反転入力端子、オペアンプ３４の出力端子が接続されている。なお、オペアンプ３４の出力端子はスイッチＳＷ１を介してＶｃｅｎｔ端子に接続されている。又、オペアンプ３４の反転入力端子は出力端子に接続され、オペアンプ３４の非反転入力端子には基準電圧３．６Ｖが印加されている。つまり、オペアンプ３４はＶｃｅｎｔ端子に基準電圧３．６Ｖを印加すると共に、センサ素子１０の異常診断を行う異常診断用電流などを供給する回路である。
なお、Ｖｃｅｎｔ点には、配線６２，第２接続端子１７および抵抗素子Ｒ１を介して第２ポンプ電極１６が接続されている。
【００４１】
Ｉｐ＋端子には、分圧回路６５およびオペアンプ３２の出力端子が接続されている。分圧回路６５は、定電源電圧を分圧する２つの抵抗素子Ｒ７，Ｒ８を備え、抵抗素子Ｒ７，Ｒ８の接続点がスイッチＳＷ４を介してＩｐ＋端子に接続されている。また、オペアンプ３２の出力端子はスイッチＳＷ３を介してＩｐ＋端子に接続されている。なお、抵抗素子Ｒ８の一端は接地されている。
オペアンプ３２の反転入力端子には、Ｖｃｅｎｔ端子および抵抗素子Ｒ２を介してＰＩＤ制御回路５６が接続され、オペアンプ３２の非反転入力端子には基準電圧３．６Ｖが印加されている。つまり、オペアンプ３２は、センサ素子１０（詳細には、酸素濃度検知セル２４）への通電電流を制御する負帰還回路の一部を構成している。
【００４２】
ＰＩＤ制御回路５６は、酸素濃度検知セル２４の制御目標電圧である４５０ｍＶと、酸素濃度検知セル２４の出力電圧Ｖｓとの偏差量ΔＶｓをＰＩＤ演算し、上述の負帰還制御の制御特性を改善する機能を有している。ＰＩＤ制御回路５６は、オペアンプ３６，４０、抵抗Ｒ３〜Ｒ５、コンデンサＣ１〜Ｃ３、を備えている。
ＰＩＤ制御回路５６の入力端（オペアンプ４０の反転入力端子）には、オペアンプ４２の出力端子が接続され、オペアンプ４２の非反転入力端子がＶｓ＋端子に接続されている。つまり、酸素濃度検知セル２４の出力電圧Ｖｓがオペアンプ４２を介してＰＩＤ制御回路５６に入力される。なお、オペアンプ４２の反転入力端子は出力端子に接続されている。
又、Ｖｓ＋端子には、スイッチＳＷ５を介して定電流源４６が接続されている。定電流源４６は、酸素濃度検知セル２４の第２検知電極２８の周囲（基準酸素室２６）の酸素濃度を一定に保つために、酸素濃度検知セル２４に流される定電流Ｉｃｐ（例えば、１７μＡ）を供給する回路である。
【００４３】
又、オペアンプ４０の反転入力端子には、抵抗素子を介してオペアンプ３８の出力端子が接続されている。オペアンプ３８の非反転入力端子には定電圧源４８が接続され、オペアンプ３８の反転入力端子は出力端子に接続されている。つまり、定電圧源４８の出力は、オペアンプ３８を介してオペアンプ４０の反転入力端子に入力され、Ｉｐ電流を制御する制御目標となる電圧である４５０ｍＶがオペアンプ４０を介してＰＩＤ制御回路５６に供給される。
オペアンプ４０の出力端子はＰ１端子に接続され、オペアンプ４０の非反転入力端子はＶｃｅｎｔ端子に接続されている。又、オペアンプ４０の出力端子と反転入力端子の間に抵抗素子が介装されている。Ｐ１端子には、抵抗Ｒ５とコンデンサＣ３とコンデンサＣ２との第１直列回路の抵抗Ｒ５側と、抵抗Ｒ４とＲ３との第２直列回路のＲ４側が並列に接続されている。又、第１直列回路のコンデンサＣ３とコンデンサＣ２の接続点がＰ２端子に接続されている。同様に、第２直列回路の抵抗Ｒ４とＲ３の接続点もＰ２端子に接続されている。さらに、コンデンサＣ２と抵抗Ｒ３はコンデンサＣ１に接続され、コンデンサＣ１はＰｏｕｔ端子に接続されている。
【００４４】
そして、Ｐ２端子はオペアンプ３６の反転入力端子に接続され、ＰＩＤ制御回路５６の出力端（オペアンプ３６の出力端子）は、スイッチＳＷ２を介してＰｏｕｔ端子に接続されている。一方、オペアンプ３６の非反転入力端子には基準電圧３．６Ｖが印加されている。
Ｐｏｕｔ端子は、抵抗素子Ｒ２を介してＶｃｅｎｔ点に接続され、ＰＩＤ制御回路５６の出力端（コンデンサＣ１）は、抵抗素子Ｒ２及び抵抗素子Ｒ１を介してＣＯＭ端子に接続されている。
なお、抵抗Ｒ３〜Ｒ５、コンデンサＣ１〜Ｃ３は、Ｐ１端子及びＰ２端子に装着されＰＩＤ制御回路５６の制御特性を決めるために備えられている。
又、Ｖｓ＋端子とＩｐ＋端子との間には、センサ駆動回路５２の発振を防止するために、抵抗Ｒ６とコンデンサＣ４との直列回路からなる発振防止回路５９が挿入されている。
【００４５】
次に、センサ制御回路２が有する他の回路５４、５７、５８について説明する。
端子電圧出力回路５４は制御部５５を介し、Ｖｓ＋端子、ＣＯＭ端子、Ｉｐ＋端子の各端子電圧をエンジン制御装置９に対して出力する。なお、図中では接続ラインが省略されているが、端子電圧出力回路５４の入力端子は、Ｖｓ＋端子、ＣＯＭ端子、Ｉｐ＋端子にそれぞれ接続されている。
差動増幅回路５７は、抵抗素子Ｒ２の両端電圧（具体的には、Ｖｃｅｎｔ点とＰｏｕｔ点の両端電圧）をガス検出信号としてエンジン制御装置９の入力ポートに出力する。この電圧は、酸素ポンプセル１４に流れるＩｐ電流を抵抗素子Ｒ２にて電圧変換したものである。なお、伝送ケーブル７１を介して、ガス検出信号をエンジン制御装置９の入力ポートに出力しても良い。
【００４６】
次に、異常検出回路５８は、ウィンドコンパレータ５８ａ、５８ｂ、５８ｃとＯＲ回路５８ｄで構成され、各コンパレータ５８ａ、５８ｂ、５８ｃの出力端子が並列にＯＲ回路５８ｄの入力端子に接続されている。そして、図中では接続ラインが省略されているが、各コンパレータの入力端子は、Ｖｓ＋端子、ＣＯＭ端子、Ｉｐ＋端子にそれぞれ接続されている。
各ウィンドコンパレータ５８ａ、５８ｂ、５８ｃは、それぞれ、Ｖｓ＋端子、ＣＯＭ端子、Ｉｐ＋端子の各端子電圧が所定の電圧範囲内であるときにローレベル信号を出力し、各端子電圧が所定の電圧範囲外であるときにハイレベル信号を出力するように構成されている。
【００４７】
Ｖｓ＋端子の端子電圧は、通常、ＣＯＭ端子の基準電圧３．６Ｖに酸素濃度検知セル２４の出力電圧Ｖｓ（４５０ｍＶ）を加えた値である４．０５Ｖに保たれている。ところが、Ｖｓ＋端子に接続された配線６１等（Ｖｓ＋ラインとも称する）が何らかの原因により電源電位やグランド電位に短絡すると、Ｖｓ＋端子の端子電圧は電源電位やグランド電位となる。すると、センサ素子１０に過大な異常電流が流れ、センサ素子１０が破損するおそれがある。そこで、ウィンドコンパレータ５８ａは、Ｖｓ＋端子の端子電圧と予め設定された閾値とを比較し、Ｖｓ＋端子の端子電圧が閾値を超えたときにハイレベル信号を出力するように構成されている。
具体的には、ウィンドコンパレータ５８ａの閾値の上限を９Ｖ、又は、センサ素子制御回路５０の電源電圧の変動を考慮して、電源電圧から所定値（例えば、１．５Ｖ）減じた所定電圧値に設定すると共に、閾値の下限をグランドレベルの０Ｖにグランド浮きを考慮した１Ｖに設定する。そして、Ｖｓ＋端子の端子電圧が上限値の９Ｖ又は所定電圧値を超えて上昇したとき、或いは、Ｖｓ＋端子の端子電圧が下限値の１Ｖを超えて下降したときに、ウィンドコンパレータ５８ａは、ハイレベル信号を出力するように構成されている。
【００４８】
ＣＯＭ端子の端子電圧は、通常、オペアンプ３２により基準電圧３．６Ｖになるように制御されている。ところが、ＣＯＭ端子に接続された配線６２等（ＣＯＭラインとも称する）が何らかの原因により電源電圧やグランドレベルに短絡すると、Ｖｓ＋端子と同様、ＣＯＭ端子の端子電圧は電源電位やグランド電位となる。そこで、ウィンドコンパレータ５８ｂは、ＣＯＭ端子の端子電圧と予め設定された閾値とを比較し、ＣＯＭ端子の端子電圧が閾値を超えたときにハイレベル信号を出力するように構成されている。具体的には、ウィンドコンパレータ５８ａと同様に、ウィンドコンパレータ５８ｂの閾値の上限を９Ｖまたは所定電圧値に設定すると共に、閾値の下限を１Ｖに設定する。そして、ＣＯＭ端子の端子電圧が上限値の９Ｖを超えて上昇したとき、或いは、ＣＯＭ端子の電位が下限値の１Ｖを超えて下降したときに、ウィンドコンパレータ５８ｂは、ハイレベル信号を出力するように構成されている。
【００４９】
Ｉｐ＋端子においても、Ｉｐ＋端子に接続された配線６３等（Ｉｐ＋ラインとも称する）が何らかの原因により電源電圧やグランドレベルに短絡すると、Ｉｐ＋端子の端子電圧は電源電位やグランド電位となる。そこで、ウィンドコンパレータ５８ｃは、Ｉｐ＋端子の端子電圧と予め設定された閾値とを比較し、Ｉｐ＋端子の端子電圧が閾値を超えたときにハイレベル信号を出力するように構成されている。具体的には、Ｉｐ＋端子の端子電圧が入力されるウィンドコンパレータ５８ｃにおいても、ウィンドコンパレータ５８ｂと同様に、基準電圧３．６Ｖを挟むように、閾値の上限を９Ｖ又は所定電圧値に設定すると共に、閾値の下限を１Ｖに設定する。そして、Ｉｐ＋端子の端子電圧が上限値の９Ｖ又は所定電圧値を超えて上昇したとき、或いは、Ｉｐ＋端子の端子電圧が下限値の１Ｖを超えて下降したときに、ウィンドコンパレータ５８ｃは、ハイレベル信号を出力するように構成されている。
【００５０】
ＯＲ回路５８ｄは、各ウィンドコンパレータ５８ａ、５８ｂ、５８ｃからの信号の論理和を算出し、各ウィンドコンパレータ５８ａ、５８ｂ、５８ｃの何れかからハイレベル信号が入力されたときに、異常検出フラグＤＩＡＧをＤＩＡＧ＝１としエンジン制御装置９に出力する。尚、Ｖｓ＋端子、ＣＯＭ端子、Ｉｐ＋端子の各端子電圧が所定の電圧範囲内であるときは、異常検出回路５８は異常検出フラグＤＩＡＧをＤＩＡＧ＝０とし、エンジン制御装置９に出力する。このように、異常検出回路５８は、Ｖｓ＋ライン、ＣＯＭライン、Ｉｐ＋ラインの何れかで短絡異常が発生して、Ｖｓ＋端子、ＣＯＭ端子、Ｉｐ＋端子の端子電圧が閾値を超えて異常電圧値となった場合（換言すれば、センサ素子１０に異常が発生した場合）に、異常検出フラグＤＩＡＧをＤＩＡＧ＝１とする機能を有する。
【００５１】
以上のように構成されたセンサ駆動回路５２は、エンジン制御装置９からの指令により各スイッチＳＷ１〜ＳＷ５のＯＮ／ＯＦＦを切り換えてセンサ駆動回路５２自身の通電状態（作動モード）を、ガス濃度測定用通電状態、センサ保護用通電状態、活性前通電状態のいずれかに設定する。各通電状態については後述する。
なお、エンジン制御装置９は、センサ駆動回路５２の通電状態を切り換えるための指令（詳細には、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ５のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う制御信号）を出力ポートから出力し、伝送ケーブル７１を介してセンサ制御回路２（の制御部５５）に対して指令を出力する。そして、制御部５５がセンサ駆動回路５２の通電状態を切り換える（設定する）。
従って、制御部５５及び各スイッチＳＷ１〜ＳＷ５が特許請求の範囲の「設定手段」に相当する。また、センサ保護用通電状態（非通電状態）に設定するための指令が特許請求の範囲の「非通電指令」に相当し、活性前通電状態（通電状態）に設定するための指令が特許請求の範囲の「通電指令」に相当する。
【００５２】
また、抵抗素子Ｒ２の両端電圧を示すガス検出信号は、差動増幅回路５７を介して直接エンジン制御装置９の入力ポートに入力される。さらに、異常検出回路５８からの異常検出フラグＤＩＡＧは、直接エンジン制御装置９の入力ポートに入力される。一方、端子電圧出力回路５４からの出力信号は、制御部５５に入力され、伝送ケーブル７１を介してエンジン制御装置９の入力ポートに入力される。なお、公知の手法によって別途に検出されるセンサ素子１０の内部抵抗値を反映した素子抵抗値信号も、図２に示していないが、制御部５５に入力され、伝送ケーブル７１を介してエンジン制御装置９の入力ポートに入力される。
【００５３】
このように、エンジン制御装置９は、センサ駆動回路５２の通電状態を制御することができると共に、異常検出回路５８及び端子電圧出力回路５４からの入力信号に基づき、センサ素子１０の異常の有無を検出することができる。具体的には、エンジン制御装置９は、入力された各端子電圧の状態が予め定められた識別条件のうちどの条件に当てはまるかを識別することによって、異常が発生した端子とその異常内容（電源短絡（ＶＢショート）、グランドショートなど）を検出することができる。
【００５４】
次に、図３を参照して、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ５のＯＮ／ＯＦＦを切り換えたときの、センサ駆動回路５２の通電状態（作動モード）を説明する。
【００５５】
ここで、センサ保護用通電状態は、センサ素子１０とセンサ駆動回路５２との電気的接続を遮断し、ガスセンサ８に電流が流れないようにして保護する状態である。
又、ガス濃度測定用通電状態は、酸素濃度検知セル２４の両電極間の電圧が所望の値になるように、酸素ポンプセル１４に流れる電流の値および方向を制御し、ガス濃度測定ができるようにする状態である。
活性前通電状態は、ガスセンサ８（の２つのセル１４、２４）に過電圧が印加されないよう、酸素濃度検知セル２４と酸素ポンプセル１４の少なくとも一方が有する両電極に対し、微小電流が通電されている状態である。より具体的な活性前通電状態としては、酸素濃度検知セル２４に設けられた一対の電極のうち、測定室に面しない側の電極２８を外部に対し閉塞した構成のガスセンサである場合において、電極２８を内部酸素基準源として働かせるために、酸素濃度検知セル２４に微小な電流を流す通電状態を挙げることができる。
なお、センサ保護用通電状態が特許請求の範囲の「非通電状態」に相当し、ガス濃度測定用通電状態及び活性前通電状態が特許請求の範囲の「通電状態」に相当する。
【００５６】
まず、ガス濃度測定用通電状態においては、センサ駆動回路５２のスイッチＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５をＯＮとし、スイッチＳＷ１、ＳＷ４をＯＦＦとする。ガス濃度測定用通電状態は、酸素のポンピングなどのために、ガスセンサ８（詳細には、酸素ポンプセル１４）に対して比較的大きな電流を通電することができる状態に設定する作動モードである。このとき、酸素ポンプセル１４に通電可能な最大電流値は、オペアンプ３２およびオペアンプ３６の電流駆動能力により定められており、本実施形態では、２０［ｍＡ］程度に設定されている。
【００５７】
そして、例えば、被測定ガスが燃料供給過剰（リッチ）となる場合には、測定室２０の酸素濃度が理論空燃比よりも欠乏し、酸素濃度検知セル２４の出力電圧Ｖｓが制御目標電圧である４５０ｍＶよりも高くなる。従って、制御目標電圧と出力電圧Ｖｓとの偏差量ΔＶｓが発生し、その偏差量ΔＶｓがＰＩＤ制御回路５６によってＰＩＤ演算され、オペアンプ３２によってフィードバックされる。このため、不足分の酸素を酸素ポンプセル１４により測定室２０に汲み込むためのＩｐ電流が酸素ポンプセル１４に流れることになる。
一方、被測定ガスが燃料供給不足（リーン）となる場合には、測定室２０の酸素濃度が理論空燃比よりも過剰となり、酸素濃度検知セル２４の出力電圧Ｖｓが制御目標電圧４５０ｍＶよりも低くなるので、上述と同様にオペアンプ３２によって偏差量ΔＶｓがフィードバックされて、過剰分の酸素を酸素ポンプセル１４により測定室２０から汲み出すためのＩｐ電流が酸素ポンプセル１４に流れるようになる。
このようにして、Ｉｐ電流の通電状態（通電方向、電流値など）に基づいて、被測定ガス中の酸素濃度を演算することができる。
【００５８】
次に、センサ保護用通電状態では、センサ駆動回路５２のスイッチＳＷ１〜ＳＷ５の全てがＯＦＦとなる。このため、オペアンプ３２、３４、３６、定電流源４６からセンサ素子１０に入力される信号はＯＦＦとなり、センサ駆動回路５２からセンサ素子１０への通電が遮断される。従って、配線異常が発生した場合に、エンジン制御装置９からの指令に基づき、センサ駆動回路５２をセンサ保護用通電状態に設定することで、センサ素子１０に異常電流が継続して流れるのを防ぐことができ、センサ素子１０を保護できる。
【００５９】
活性前通電状態では、センサ駆動回路５２のスイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ５がＯＮとなり、スイッチＳＷ２、ＳＷ３がＯＦＦとなる。このとき、スイッチＳＷ３がＯＦＦであるため、酸素ポンプセル１４を駆動しているオペアンプ３２からは電流が供給されなくなり、また、スイッチＳＷ２がＯＦＦのため、オペアンプ３６からも電流が供給されなくなるので、酸素ポンプセル１４における酸素濃度検知セル２４の出力に基づいた電流制御（フィードバック制御）は、停止される。
また、スイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ５がＯＮであるため、酸素ポンプセル１４および酸素濃度検知セル２４には、オペアンプ３４、定電流源４６、分圧回路６５から微小な定電流Ｉｃｐが供給されることになる。これにより、第１検知電極２２から第２検知電極２８の側に酸素をポンピングし、第２検知電極２８の周囲に形成された基準酸素室２６に略一定濃度の酸素を蓄積する。
【００６０】
このように、活性前通電状態では、センサ素子１０に対して微小な電流しか供給しないことから、配線異常が発生した場合であっても過大な電流が供給されることがないため、センサ素子１０の破損（ブラックニングなど）が発生し難くなる。
又、上記したように、エンジン制御装置９は、入力された各端子電圧の状態に基づいて配線異常を検出するが、活性前通電モードでは各端子電圧が低いため、センサ素子１０が破損することなく、配線異常の検出を行うことができる。
【００６１】
例えば、配線６２がグランドショートしている配線異常の状態で、ガス濃度測定用通電状態に設定すると、オペアンプ３２から酸素ポンプセル１４、配線６２を介してグランドラインに至る通電経路が形成されるとともに、オペアンプ３２における電流駆動能力の最大電流がオペアンプ３２から酸素ポンプセル１４に供給されてしまう。この場合には、酸素ポンプセル１４に過大な電流が通電される状態となり、短時間でセンサ素子１０の破損（ブラックニングなど）に至ることになる。これに対し、配線６２がグランドショートしている場合に、活性前通電状態であれば、分圧回路６５から酸素ポンプセル１４、配線６２を介してグランドラインに至る通電経路が形成されるものの、分圧回路６５から酸素ポンプセル１４に供給される電流は微小である。このため、酸素ポンプセル１４に過大な電流が通電されることはなく、短時間でセンサ素子１０の破損（ブラックニングなど）に至るのを防止できる。
【００６２】
次に、本発明の特徴部分である、エンジン制御装置９（より詳細には、エンジン制御装置９のＣＰＵ）で実行される異常確定処理の内容について説明する。
本発明は、ガスセンサの配線異常を一度検出しても、直ちに異常であると確定してセンサの作動を停止等せず、一旦通電状態に戻して配線異常の有無を再度検出することにより、配線異常の誤検出を防止している。
なお、本実施形態においては、エンジン制御装置９でメインルーチンであるセンサ通電制御処理を行い、上記した異常確定処理は、サブルーチンとして呼び出されて実行される。従って、まず、メインルーチンであるセンサ通電制御処理について説明する。
【００６３】
まず、エンジン制御装置９は、内燃機関制御システム１の電源ＯＮで起動するとともに初期化処理（内部変数などの初期化など）を実行し、初期化処理が完了した後、以下のような各種制御処理を開始する。
各種制御処理としては、センサ制御回路２からのガス検出信号などに基づき排気ガス中の特定ガス濃度（酸素濃度）を検出する特定ガス濃度検出処理や、センサ制御回路２に対して通電状態の切換指令を出力する指令出力処理や、ガス検出信号に基づき検出した特定ガス濃度を用いてエンジンの空燃比制御を行うための空燃比制御処理など、がある。
【００６４】
そして、エンジン制御装置９は、自動車の電源オンで処理を開始し、初期化処理の完了後、各種制御処理の１つとして、センサ素子１０に対する通電状態を制御するためのセンサ通電制御処理を実行する。センサ通電制御処理では、各種条件に基づいてセンサ素子１０への通電状態として最適な通電状態を判定し、判定結果の通電状態に応じた切換指令をセンサ制御回路２に対して出力する処理を実行する。
最適な通電状態の判定方法としては、例えば、センサ起動直後のような条件下では、活性前通電状態を最適な通電状態として判定し、センサ素子１０が活性化状態となる条件下では、ガス濃度測定用通電状態を最適な通電状態として判定する。
一方、配線異常（配線短絡など）発生時には、後述する異常確定処理を行う。
なお、エンジン制御装置９は、センサ制御回路２から現在の通電状態を表す現在状態フラグを受信しており、現在状態フラグに基づいて現在の通電状態を知ることができる。なお、エンジン制御装置９自身において、センサ制御回路２の現在の通電状態を認識しておき、センサ制御回路２から現在状態フラグを受信せずに、センサ素子１０に対する通電状態を認識するようにしても良い。
【００６５】
最適な通電状態のより具体的な判定方法としては、ガスセンサの素子抵抗値信号に基づいて、ガスセンサが活性化しているか否かを判定し、活性化していない場合には、活性前通電状態を最適な通電状態として判定し、活性化している場合には、ガス濃度測定用通電状態を最適な通電状態として判定する。そして、異常検出回路５８によってガスセンサまたは通電経路が異常であると判定された場合には、後述する異常確定処理を行う。また、異常検出回路５８によってガスセンサまたは通電経路の異常が解消されたと判定された場合には、ガスセンサの素子抵抗値信号に基づいて最適な通電状態が判定される。
なお、素子抵抗値信号は、ガスセンサ８を構成する酸素ポンプセル１４及び酸素濃度検知セル２４のいずれかに、所定の大きさの電流又は電圧を定期的に供給し、そのときにセルを介して得られる信号を指すものである。なお、この素子抵抗値信号は、公知の手法（回路構成）によって取得することができるものであるため、本実施形態での説明は省略する。但し、具体的には、酸素濃度検知セル２４に対し定期的に所定の大きさの電流を流し、そのときに酸素濃度検知セル２４を介して得られる出力をサンプルホールドし、このサンプルホールドした出力を素子抵抗値信号として、エンジン制御装置９に出力するようにしている。
【００６６】
次に、図４を参照して、上記異常確定処理について説明する。
異常確定処理が起動されると、まず、エンジン制御装置９は、メインルーチンであるセンサ通電制御処理での判定結果に応じ、異常検出回路５８によってガスセンサ８またはセンサ駆動回路５２の配線異常が検出されたか否かを判定する（ステップＳ１０）。
ステップＳ１０で配線異常が検出された場合はステップＳ１２に移行し、エンジン制御装置９は、センサ駆動回路５２をセンサ保護用通電状態（非通電状態）に切り換える指令を出力ポートから制御部５５に出力する。ステップＳ１２は、配線異常が検出されたガスセンサを保護するための処理である。制御部５５は、エンジン制御装置９と同様な初期化処理の完了後、上記指令を受信し、指令に基づいてセンサ駆動回路５２の各スイッチＳＷ１〜ＳＷ５のオン／オフを設定する。
一方、ステップＳ１０で配線異常が検出されなかった場合、エンジン制御装置９は、ステップＳ２６に移行する。
【００６７】
ステップＳ１２からステップＳ１４に移行し、エンジン制御装置９は、異常回数ｎがｎ＝３であるか否かを判定する。異常回数ｎは後述するステップＳ２２でインクリメントされ、ステップＳ２６でクリアされる。
そして、ステップＳ１４でｎ＝３である場合、ステップＳ２４に移行し、エンジン制御装置９は異常を確定し、処理を終了する。異常を確定した場合、例えばエンジン制御装置９はセンサ保護用通電状態のまま、センサ異常ランプを点灯させる等の処理を行う。
【００６８】
一方、ステップＳ１４でｎ＝３でない場合、ステップＳ１６に移行し、エンジン制御装置９はセンサ駆動回路５２を活性前通電状態（通電状態）に切り換える指令を出力ポートから制御部５５に出力する。なお、本発明においては、ステップＳ１６の「通電状態」として特にガス濃度測定用通電状態と活性前通電状態とを区別せず、ガスセンサが通電されていればよいが、活性前通電状態を選択することが好ましい。これは、ステップＳ１２のセンサ保護用通電状態から直接ガス濃度測定用通電状態に移行すると、センサの破損を招くことがあるからである。
【００６９】
次に、ステップＳ１８に移行し、エンジン制御装置９は所定時間の異常判定待ち処理を行う。この異常判定待ち処理は、ステップＳ１０で配線異常を検出した後、直ちに異常であると確定せずにステップＳ１６でガスセンサ８に通電し、ガスセンサの異常状態が変化するか否かを待つものである。これにより、配線異常の誤検出を防止すると共に、配線異常が直ぐに解消して正常に回復するような場合に無駄なセンサの停止を防止している。ステップＳ１８の待ち時間は、エンジン制御装置９が適宜備えるタイマによってカウントすればよい。
【００７０】
次に、ステップＳ２０に移行し、エンジン制御装置９は、異常検出回路５８によってガスセンサ８またはセンサ駆動回路５２の配線異常が再度検出されたか否かを判定する。ステップＳ２０の処理は、ステップＳ１８の待ち時間によってガスセンサの状態が変化して配線異常が解消したか否かを判断する処理であり、ステップＳ２０で配線異常が検出されない場合、ステップＳ２６へ移行する。ステップＳ２６では、エンジン制御装置９は、配線異常がなかったものとして処理を終了すると共に、異常回数ｎをｎ＝０にクリアする。ステップＳ２６の処理を終了すると、メインルーチンであるセンサ通電制御処理へ戻る。
【００７１】
一方、ステップＳ２０で配線異常が検出された場合、ステップＳ２２へ移行し、エンジン制御装置９は異常回数ｎをインクリメントし、ステップＳ１２へ戻る。
以上に述べたエンジン制御装置９にて実行されるステップＳ１２〜Ｓ１６の処理が、特許請求の範囲の「異常復帰確認処理」に相当し、ステップＳ２０の処理が、特許請求の範囲の「判断処理」に相当する。異常復帰確認処理は、配線異常が検出された際に、センサ保護用通電状態（非通電状態）から活性前通電状態（通電状態）に切り換え、さらに所定時間の異常判定待ち処理を行って異常復帰（配線異常の解消）がされたか否かを確認する処理である。
このように、ガスセンサの配線異常を一度検出しても、直ちに異常であると確定してセンサの作動を停止等せず、一旦通電状態に戻して配線異常の有無を再度検出することにより、配線異常の誤検出を防止すると共に、配線異常が直ぐに解消する場合に無駄なセンサの停止を防止することができる。
【００７２】
なお、この実施形態では、ステップＳ１４でｎ＝３のときに異常を確定している。このため、異常復帰確認処理を最大で３回繰り返し、配線異常の解消等の余地を多く与えている。異常復帰確認処理を１回のみ行う（ステップＳ１４でｎ＝１を判定基準とする）ようにしてもよいが、異常復帰確認処理を２回以上行うと、配線異常の誤検出や偶発的な配線異常が解消される可能性がさらに高くなり、配線異常検出のたびにセンサの作動を停止してガス濃度測定用動作への復帰に無駄を要する事態がさらに抑制される。
また、この実施形態では、ステップＳ２２でｎ＝３にインクリメントされた場合にステップＳ１２に戻ることにより、活性前通電状態（通電状態）からセンサ保護用通電状態（非通電状態）に切り替えている。そして、非通電状態になった後、ステップＳ２４で異常確定している。このようにすると、ガスセンサを非通電で保護してから異常を確定するので、ガスセンサの破損をより一層防止することができる。
【００７３】
なお、本実施形態において、異常検出回路５８、エンジン制御装置９、及び、当該エンジン制御装置９にて実行されるステップＳ１０の処理が、特許請求の範囲に記載の「配線異常検出手段」に相当する。また、異常検出回路５８によって配線異常が検出されたか否かを判定するステップＳ１０の処理が、特許請求の範囲に記載の「配線異常検出過程」に相当する。
さらに、本実施形態において、エンジン制御装置９、及び、当該エンジン制御装置９にて実行されるステップＳ１２〜Ｓ２２の一連の処理が、特許請求の範囲の「判断手段」に相当し、上記ステップＳ１２〜Ｓ２２の一連の処理が、特許請求の範囲の「判断過程」に相当する。
また、本実施形態において、エンジン制御装置９、及び、当該エンジン制御装置９にて実行されるステップＳ２４の処理が、特許請求の範囲の「異常確定手段」に相当し、上記ステップＳ２４の処理が、特許請求の範囲の「異常確定過程」に相当する。
【００７４】
Ｂ．第２実施形態：
図５は、本発明の第２実施形態の異常確定処理であって、ガスセンサ制御装置を備えた内燃機関制御システムにおいて実行される異常確定処理を示すフローチャートである。第２実施形態の内燃機関制御システムは、第１実施形態の内燃機関制御システム１と比較して、異常確定処理の内容が相違するだけで、その他のソフトウェアの構成やハードウェアの構成は同一である。この異常確定処理は、第１実施形態の図４に対応したものであり、図４に示す異常確定処理に、ヒータ制御回路６０によるヒータ４３の通電制御を加えた処理にあたる。
【００７５】
まず、この第２実施形態の異常確定処理は、第１実施形態と同様に、エンジン制御装置９でメインルーチンとして実行されるセンサ通電制御処理とは別のサブルーチンとして実行される。なお、エンジン制御装置９では、異常確定処理とは別に、ヒータ制御回路６０を用いたヒータ４３の通電制御として、以下に示す通常制御処理を実行する。この通常制御処理は、センサ素子１０が活性化状態でないときは、ヒータ４３を最大電圧（本実施形態では、バッテリー電圧である１２Ｖ）にて通電制御する一方、センサ素子１０が活性化状態にあるときは、当該活性化状態が維持されるように、別途に検出されるガスセンサの素子抵抗値信号に基づいて、センサ素子１０が目標の素子抵抗値となるように、ヒータ４３に供給する電圧をＰＷＭ通電制御する処理である。なお、ヒータ４３に供給する電圧を素子抵抗値信号に基づいて通電制御する手法は、特開平１０−４８１８０号公報等にて公知であるため、これ以上の説明は省略する。
【００７６】
さて、第２実施形態の異常確定処理が開始されると、第１実施形態と同じステップＳ１０、Ｓ１２を実行する。そして、ステップＳ１０で肯定判定（ステップＳ１０：ＹＥＳ）され、ステップＳ１２の処理が終了すると、ステップＳ１３に移行する。このＳ１３では、別途にエンジン制御装置９にて実行されている上述したヒータ制御回路６０を用いた通常制御処理を中断し、ヒータ４３を最大電圧未満で、且つ、センサ素子１０の活性化温度を維持可能な電圧以上の中間電圧（本実施形態では８Ｖ）にて通電する中間ヒート処理を、ヒータ制御回路６０を用いて実行する。この中間ヒート処理は、バッテリー電源の電圧を検出し、ヒータ４３に中間電圧（本実施形態では８Ｖ）が印加されるように、ヒータ４３に供給される電圧をＰＷＭ通電制御する処理である。このような中間ヒータ処理を実行することで、その後に配線異常が解消された場合にも、センサ素子１０が過昇温されずに、且つ、冷えることが抑制されるため、センサ素子１０にダメージを与えずに速やかに復帰させることが可能となる。
【００７７】
ステップＳ１３の処理が終了すると、第１実施形態と同様のステップＳ１４の処理を実行し、ステップＳ１４にて否定判定（ステップＳ１４：Ｎｏ）されると、第１実施形態と同様のステップＳ１６，Ｓ１８，Ｓ２０の処理を実行する。そして、ステップＳ２０にて否定判定（ステップＳ２０：Ｎｏ）されると、ステップＳ２１に移行する。このステップＳ２１では、上述したヒータ制御回路６０を用いた通常制御処理の実行を指示する。この指示を受けた際に、エンジン制御装置９にて既にヒータ４３に対する通常制御処理が実行されていれば、継続してその通常制御処理が実行される。一方、上記指示を受けた際に、ヒータ４３に対してステップＳ１３や後述するステップＳ２５の通電制御が実行されていれば、それらの通電制御を中断し、通常制御処理が再度実行されることになる。ステップＳ２１の処理が終了すると、ステップＳ２６に移行し、第１実施形態と同様のステップＳ２６の処理が終了すると、次回の異常診断処理の実行まで待機となる。
また、ステップＳ２０にて肯定判定（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）されると、ステップＳ２２に移行し、第１実施形態と同様のステップＳ２２の処理が終了すると、ステップＳ１２に戻って、以降の処理を繰り返し実行する。
【００７８】
一方、ステップＳ１４肯定判定（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）されると、ステップＳ２４に移行し、エンジン制御装置９にて異常を確定し、ステップＳ２５に移行する。ステップＳ２５では、ヒータ４３を非通電とする処理を実行する。これにより、中間ヒート処理のもとで通電制御されていたヒータ４３の加熱が中止され、センサ素子１０の過昇温が防止されると共に、無駄な電力消費が抑えられる。
【００７９】
本発明は上記の第１，第２実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、センサ素子１０として全領域空燃比センサを取り上げたが、これに限られず、上記センサ素子１０にもう１つのセルを追加して、２つの測定室を備えたＮＯｘセンサに適用することも可能である。
但し、ＮＯｘセンサの場合、ガスセンサの制御を１個のマイクロコンピュータ（コントローラ）が一括して行うので、指令手段、設定手段、配線異常検出手段がいずれも１個のコントローラ上に実現されている。又、コントローラがガスセンサ制御装置に相当する。
【００８０】
また、上記の第２実施形態では、ステップＳ２４にて異常が確定された場合に、ヒータ４３を非通電とする処理を実行したが、ステップＳ２４にて異常が確定した後でも、ヒータ４３を非通電とせずに、ヒータ４３を中間ヒート処理のまま継続して通電制御しても良い。
【符号の説明】
【００８１】
１                      内燃機関制御システム
２                      センサ制御回路
５                      ガスセンサ制御装置（電子制御ユニット）
８                      ガスセンサ
９                      エンジン制御装置
１０                    センサ素子
１３、２３              固体電解質体
１４、２４              セル（酸素ポンプセル、酸素濃度検知セル）
１２、１６              一対の電極（第１ポンプ電極、第２ポンプ電極）
２２、２８              一対の電極（第１検知電極、第２検知電極）
４３                    ヒータ
５２                    センサ駆動回路
５５                    制御部
５８                    異常検出回路
６０                    ヒータ制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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