(57)【要約】【課題】センサセルに過電流等が流れないようにして、配線等の電源やグランドへの短絡を診断できるセンサセル制御回路及びその検査方法の提供を目的とする。【解決手段】ガスセンサ素子４を制御するガスセンサ制御回路５は、第一制御端子Ｖｓ＋に検査電流を供給する定電流源４３Ｍ，４３Ｎ、第一制御端子Ｖｓ＋の電位を測定する電位モニタ回路４１、及び、第二制御端子ＣＯＭ，第三制御端子Ｉｐ＋から見たガスセンサ制御回路５のインピーダンスをハイインピーダンスにする非検査端子ハイインピーダンス化回路を含んでいる。【選択図】  図２
2006275911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質体及びこれを挟んで設けられた一対の電極を有する少なくとも一つのセンサセル、及び、
上記センサセルの電極に各々導通する複数の外部接続端子を含む
ガスセンサ素子と、
上記ガスセンサ素子を制御するガスセンサ制御回路であって、
上記ガスセンサ素子の外部接続端子に各々導通する複数の制御端子、
上記制御端子のうち所定電位への短絡の有無を検査する検査端子に検査電流を供給する検査電流供給回路、
上記検査端子の電位を測定する検査電位測定回路、及び、
上記制御端子のうち上記検査端子以外の非検査端子から見た上記ガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにする非検査端子ハイインピーダンス化回路を含む
ガスセンサ制御回路と、
を備えるガス検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス検出装置であって、
前記ガスセンサ素子は、
前記センサセルである検知セル及びポンプセルと、
前記外部接続端子である第一外部接続端子、第二外部接続端子、及び、第三外部接続端子と、を有し、
上記検知セルとポンプセルとの間に被測定空間に連通する測定室を形成してなり、
上記検知セルは、
上記測定室に面して配置された第一検知電極、及び、
固体電解質体を挟んで上記第一検知電極と対向する第二検知電極を有し、
上記測定室内の酸素濃度に応じて電池起電力を発生する検知セルであり、
上記ポンプセルは、
上記測定室に面して配置された第一ポンプ電極、及び、
上記固体電解質体を挟んで上記第一ポンプ電極と対向する第二ポンプ電極を有し、
通電する電流に応じて上記測定室内の酸素の汲み出し及び汲み入れを行うポンプセルであり、
上記外部接続端子のうち、
上記第一外部接続端子は、上記第二検知電極に導通し、
上記第二外部接続端子は、互いに導通する上記第一検知電極及び上記第一ポンプ電極に導通し、
上記第三外部接続端子は、上記第二ポンプ電極に導通し、
前記ガスセンサ制御回路の前記検査端子は、上記ガスセンサ素子の上記第一外部接続端子に導通し、
前記非検査端子のうち第一非検査端子は、上記第二外部接続端子に導通し、
前記非検査端子のうち第二非検査端子は、上記第三外部接続端子に導通してなる
ガス検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のガス検出装置であって、
前記ガスセンサ制御回路は、
前記非検査端子に、または、前記第一非検査端子及び前記第二非検査端子のいずれかに、自身の出力端が接続される１又は複数の出力回路を有し、
前記非検査端子ハイインピーダンス化回路は、
上記出力回路の上記出力端のすべてを、各々、上記非検査端子から、または上記第一非検査端子及び上記第二非検査端子のいずれかから見てハイインピーダンスとする出力ハイインピーダンス化回路である
ガス検出装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のガス検出装置であって、
前記ガスセンサ制御回路は、
前記検査端子から見た上記ガスセンサ制御回路のインピーダンスを、ハイインピーダンスにする検査端子ハイインピーダンス化回路を含む
ガス検出装置。
【請求項５】
固体電解質体及びこれを挟んで設けられた一対の電極を有する少なくとも一つのセンサセル、及び、上記センサセルの電極に各々導通する複数の外部接続端子を含むガスセンサ素子を制御するガスセンサ制御回路であって、
上記ガスセンサ素子の外部接続端子に各々導通する複数の制御端子と、
上記制御端子のうち所定電位への短絡の有無を検査する検査端子に検査電流を供給する検査電流供給回路と、
上記検査端子の電位を測定する検査電位測定回路と、
上記制御端子のうち上記検査端子以外の非検査端子から見た上記ガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにする非検査端子ハイインピーダンス化回路と、を備える
ガスセンサ制御回路。
【請求項６】
請求項５に記載のガスセンサ制御回路であって、
前記ガスセンサ素子は、
前記センサセルである検知セル及びポンプセルと、
前記外部接続端子である第一外部接続端子、第二外部接続端子、及び、第三外部接続端子と、を有し、
上記検知セルとポンプセルとの間に被測定空間に連通する測定室を形成してなり、
上記検知セルが、
上記測定室に面して配置された第一検知電極、及び、
固体電解質体を挟んで上記第一検知電極と対向する第二検知電極を有し、
上記測定室内の酸素濃度に応じて電池起電力を発生する検知セルであり、
上記ポンプセルが、
上記測定室に面して配置された第一ポンプ電極、及び、
上記固体電解質体を挟んで上記第一ポンプ電極と対向する第二ポンプ電極を有し、
通電する電流に応じて上記測定室内の酸素の汲み出し及び汲み入れを行うポンプセルであり、
上記外部接続端子のうち、
上記第一外部接続端子が、上記第二検知電極に導通し、
上記第二外部接続端子が、互いに導通する上記第一検知電極及び上記第一ポンプ電極に導通し、
上記第三外部接続端子が、上記第二ポンプ電極に導通してなる
ガスセンサ素子であり、
前記検査端子は、上記ガスセンサ素子の第一外部接続端子に導通し、
前記非検査端子のうち第一非検査端子は、上記第二外部接続端子に導通し、
前記非検査端子のうち第二非検査端子は、上記第三外部接続端子に導通する
ガスセンサ制御回路。
【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回路であって、
前記ガスセンサ制御回路は、前記非検査端子に、または、前記第一非検査端子及び前記第二非検査端子のいずれかに、自身の出力端が接続される１又は複数の出力回路を有し、
前記非検査端子ハイインピーダンス化回路は、上記出力回路の出力端のすべてを、各々、上記非検査端子から、または、上記第一非検査端子及び上記第二非検査端子のいずれかから見てハイインピーダンスとする出力ハイインピーダンス化回路である
ガスセンサ制御回路。
【請求項８】
請求項５〜請求項７のいずれかに記載のガスセンサ制御回路であって、
前記検査端子から見た前記ガスセンサ制御回路のインピーダンスを、ハイインピーダンスにする検査端子ハイインピーダンス化回路を含む
ガスセンサ制御回路。
【請求項９】
固体電解質体及びこれを挟んで設けられた一対の電極を有する少なくとも一つのセンサセル、及び、
上記センサセルの電極に各々導通する複数の外部接続端子を含む
ガスセンサ素子と、
上記ガスセンサ素子を制御するガスセンサ制御回路であって、
上記ガスセンサ素子の外部接続端子に各々導通する複数の制御端子、
上記制御端子のうち所定電位への短絡の有無を検査する検査端子に、検査電流を供給する検査電流供給回路、
上記検査端子の電位を測定する検査電位測定回路、及び、
上記制御端子のうち上記検査端子以外の非検査端子から見た上記ガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにする非検査端子ハイインピーダンス化回路を含む
ガスセンサ制御回路と、
を備えるガス検出装置の検査方法であって、
上記非検査端子ハイインピーダンス化回路により上記非検査端子から見た上記ガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにする非検査端子ハイインピーダンス化ステップと、
上記検査電流供給回路により上記検査端子に検査電流を供給する検査電流供給ステップと、
上記検査端子の電位に基づいて、上記検査端子について上記所定電位に対する短絡の有無の診断を行う診断ステップと、
を備えるガス検出装置の検査方法。
【請求項１０】
請求項９のガス検出装置の検査方法であって、
前記診断ステップは、
前記検査電流の供給開始後、所定時間待機する待機ステップと、
上記所定時間待機後に、前記検査端子の電位に基づいて、上記検査端子について前記所定電位に対する短絡の有無の判断を行う短絡判断ステップと、を含む
ガス検出装置の検査方法。
【請求項１１】
請求項１０のガス検出装置の検査方法であって、
前記短絡判断ステップは、
前記所定時間待機後に、前記検査端子の電位が、
閾電位に比して前記所定電位側の電位であるとき、上記検査端子が上記所定電位に対して短絡していると判断する
ガス検出装置の検査方法。
【請求項１２】
固体電解質体及びこれを挟んで設けられた一対の電極を有する少なくとも一つのセンサセル、及び、上記センサセルの電極に各々導通する複数の外部接続端子を含むガスセンサ素子と、
上記ガスセンサ素子を制御するガスセンサ制御回路であって、
上記ガスセンサ素子の外部接続端子に各々導通する複数の制御端子、
上記制御端子のうち第一所定電位及び第二所定電位への短絡の有無を検査する検査端子に、第一方向に流れる第一検査電流を供給する第一検査電流供給回路、
上記検査端子に上記第一方向とは逆向きの第二方向に流れる第二検査電流を供給する第二検査電流供給回路、
上記検査端子の電位を測定する検査電位測定回路、及び、
上記制御端子のうち上記検査端子以外の非検査端子から見た上記ガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにする非検査端子ハイインピーダンス化回路を含む
ガスセンサ制御回路と、
を備えるガス検出装置の検査方法であって、
上記非検査端子ハイインピーダンス化回路により上記非検査端子から見た上記ガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにする非検査端子ハイインピーダンス化ステップと、
上記第一検査電流供給回路により上記検査端子に上記第一方向に流れる上記第一検査電流を供給する第一検査電流供給ステップと、
上記第一検査電流が供給された上記検査端子の電位に基づいて、上記検査端子について上記第一所定電位に対する短絡の有無の診断を行う第一診断ステップと、
上記第二検査電流供給回路により上記検査端子に上記第二方向に流れる上記第二検査電流を供給する第二検査電流供給ステップと、
上記第二検査電流が供給された上記検査端子の電位に基づいて、上記検査端子について上記第二所定電位に対する短絡の有無の診断を行う第二診断ステップと、
を備えるガス検出装置の検査方法。
【請求項１３】
請求項１２のガス検出装置の検査方法であって、
前記第一診断ステップは、
前記第一検査電流の供給開始後、第一所定時間待機する第一待機ステップと、
上記第一所定時間待機後に、前記検査端子の電位に基づいて、上記検査端子について前記第一所定電位に対する短絡の有無の判断を行う第一短絡判断ステップと、を含み、
前記第二診断ステップは、
前記第二検査電流の供給開始後、第二所定時間待機する第二待機ステップと、
上記第二所定時間待機後に、前記検査端子の電位に基づいて、上記検査端子について前記第二所定電位に対する短絡の有無の判断を行う第二短絡判断ステップと、を含む
ガス検出装置の検査方法。
【請求項１４】
請求項１３のガス検出装置の検査方法であって、
前記第一短絡判断ステップは、
前記第一所定時間待機後に、前記検査端子の電位が、
第一閾電位に比して前記第一所定電位側の電位であるとき、上記検査端子が上記第一所定電位に対して短絡していると判断し、
前記第二短絡判断ステップは、
前記第二所定時間待機後に、前記検査端子の電位が、
上記第一閾電位よりも第二所定電位側の第二閾電位に比して前記第二所定電位側の電位であるとき、上記検査端子が上記第二所定電位に対して短絡していると判断する
ガス検出装置の検査方法。
【請求項１５】
請求項９に記載のガス検出装置の検査方法であって、
前記検査電流供給回路は、前記検査端子が第一所定電位にも第二所定電位にも短絡していないとき、上記検査端子の電位を上記第一所定電位と上記第二所定電位の中間の所定中間電位に導く検査電流を、上記検査端子に供給する検査電流供給回路であり、
前記診断ステップは、
上記検査電流の供給開始後、所定時間待機する待機ステップと、
上記所定時間待機後に、上記検査端子の電位に基づいて、上記検査端子について上記第一所定電位及び上記第二定電位への短絡の有無の判断を行う短絡判断ステップと、を含む
ガス検出装置の検査方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載のガス検出装置の検査方法であって、
前記短絡判断ステップは、
前記所定時間待機後に、前記検査端子の電位が、
第一閾電位に比して第一所定電位側の電位であるとき、上記検査端子が上記第一所定電位に対して短絡していると判断し、
上記第一閾電位よりも第二所定電位側の第二閾電位に比して上記第二所定電位側の電位であるとき、上記検査端子は、上記第二所定電位に対して短絡していると判断する
ガス検出装置の検査方法。
【請求項１７】
請求項９〜請求項１６のいずれかに記載のガス検出装置の検査方法であって、
前記ガスセンサ制御回路は、
前記検査端子から見た上記ガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにする検査端子ハイインピーダンス化回路を含むガスセンサ制御回路であり、
前記検査端子が、前記所定電位、または、前記第一所定電位及び前記第二所定電位のいずれかに短絡していると診断されたとき、上記検査端子から見た上記ガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにする検査端子ハイインピーダンス化ステップを含む
ガス検出装置の検査方法。
【請求項１８】
請求項９〜請求項１７のいずれかに記載のガス検出装置の検査方法であって、
前記非検査端子ハイインピーダンス化ステップを、前記ガスセンサ制御回路の電源投入直後に実行する
ガス検出装置の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定ガス中の特定ガスの有無や濃度を検出するガスセンサ素子を備えるガス検出装置及び、このガス検出装置に用いるガスセンサ制御回路に関する。また、このようなガス検出装置における検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンなどの内燃機関の燃焼制御において、内燃機関に供給する空気と燃料との混合気の空燃比を制御して、排気ガス中のＣＯ、ＮＯｘ及びＨＣを低減するために、排気ガス中の特定ガスのガス濃度に応じて、燃料供給量をフィードバック制御する燃焼制御方式が知られている。
【０００３】
このような空燃比の制御に用いられるガスセンサ素子としては、ジルコニア等からなる固体電解質体の両面に電極を設けた２つのセンサセル（ポンプセル及び検知セル）を、対向して配設した全領域空燃比センサ（以下、ＵＥＧＯセンサとも言う）が知られている。このＵＥＧＯセンサでは、この２つのセンサセルと、拡散抵抗体を介して被測定空間に連通した測定室とを含んで構成されている。ＵＥＧＯセンサでは、拡散抵抗体を介してこの測定室に導入される被測定ガスの酸素濃度を検知することができる。
【０００４】
ところで、この検知セルの電極に導通する部分（配線やコネクタなど）が何等かの理由で電源電位やグランド電位と短絡すると、検知セルに不適切な向きの電流が流れて、検知セルを構成する固体電解質体中の酸素イオンが消失する現象、いわゆるブラックニングが発生してガスセンサ素子の特性が劣化する虞がある。
また、ガスセンサ素子には、検知セルを構成する一対の電極のうち、測定室の外部に配置された電極側が外部と遮断された閉塞空間を形成しており、検知セルに一定の微小電流を流すことで閉塞空間が基準酸素室として機能するガスセンサ素子がある。このようなガスセンサ素子の場合、閉塞空間に配置された電極やこの電極に導通する部分がグランド電位に短絡すると、検知セルに過電流が流れて、過剰に酸素がポンピングされ、基準酸素室の圧力が高くなってガスセンサ素子が破壊する虞がある。
【０００５】
このような問題に対処するため、このタイプのガス検出装置では、配線等のグランド電位や電源電位への短絡の有無を診断するものが知られている。
特許文献１に開示されているガス検出装置では、この短絡検査にあたり、ガス検出装置を構成する各センサセルの電極に導通する部分の電位が測定される。そして、測定された電位が所定の範囲内であるか否かなどを判定することで、センサセルの電極に導通する部分が電源電位やグランド電位へ短絡しているか否かを診断する。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−９０８２１号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のガス検出装置は、既にガスセンサ素子が活性化し、ガス検出装置として所期の動作を行っている場合において、短絡等が生じた場合の異常検出を行うものである。このため、このガス検出装置の起動時点において、例えば、検知セルの一端側の電極に導通する部分が、何等かの理由で既にグランド電位に短絡していた場合、短絡検査のために検知セルに接続された回路を含め、ガス検出装置を立ち上げると、検知セルの他端側の電極に接続された各回路の出力端から、検知セルを通じて、このグランド電位に短絡した一端側の電極に向けて、直ちに不適切な方向に電流が流れ込むことになる。このため、このガス検出装置で、この一端側の電極に導通する部分がグランド電位へ短絡していることを検知し、その後、直ちにガス検出装置の電源を遮断したとしても、この間に検知セルに流れた不適切な方向の電流によるガスセンサ素子への悪影響を防止することはできなかった。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、ガスセンサ素子の端子などが電源電位やグランド電位など所定電位に短絡しているか否かを調べる短絡検査にあたって、センサセルに過電流や不適切な向きの電流が流れないようにして、センサセルへの悪影響を防止しつつ、配線や端子等が電源電位やグランド電位へ短絡をしているか否かを適切に診断できるガス検出装置、及びこのガス検出装置に用いるガスセンサ制御回路の提供を目的とする。また、このようなガス検出装置の検査方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
その解決手段は、固体電解質体及びこれを挟んで設けられた一対の電極を有する少なくとも一つのセンサセル、及び、上記センサセルの電極に各々導通する複数の外部接続端子を含むガスセンサ素子と、上記ガスセンサ素子を制御するガスセンサ制御回路であって、上記ガスセンサ素子の外部接続端子に各々導通する複数の制御端子、上記制御端子のうち所定電位への短絡の有無を検査する検査端子に検査電流を供給する検査電流供給回路、上記検査端子の電位を測定する検査電位測定回路、及び、上記制御端子のうち上記検査端子以外の非検査端子から見た上記ガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにする非検査端子ハイインピーダンス化回路を含むガスセンサ制御回路と、を備えるガス検出装置である。
【００１０】
本発明のガス検出装置では、非検査端子から見たガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにする非検査端子ハイインピーダンス化回路を有している。この非検査端子ハイインピーダンス化回路により、非検査端子から見たガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスとすれば、ガスセンサ素子とガスセンサ制御回路のうち非検査端子に繋がる回路とを電気的に遮断することができる。その上で、検査端子について短絡の検査を行えば、もし検査端子あるいはこれに接続する配線など（以下、検査端子等とも言う）が、電源電位やグランド電位など所定電位に短絡している場合でも、また、検査電流供給回路から検査電流を供給した場合でも、ガスセンサ制御回路の非検査端子から、センサセルを通じて、短絡部分あるいは検査端子に電流が流れ込んだり、この逆に、短絡部分あるいは検査端子から、センサセル及び非検査端子を通じて、ガスセンサ制御回路内に電流が流れ込むなどして、センサセルに過電流や不適切な向きの電流が流れて、ガスセンサ素子に悪影響を及ぼすことがない。かくして、本発明のガス検出装置では、ガスセンサ素子への悪影響を防止しつつ、短絡の検査をすることができる。
【００１１】
検査端子等が所定電位に短絡している場合には、たとえ検査電流を供給していても、検査端子の電位は、電源電位やグランド電位など所定電位になる。
一方、検査端子等が電源電位等に短絡せず、正常な場合には、検査端子に検査電流を流そうとしても、検査端子以外の非検査端子が、非検査端子ハイインピーダンス化回路によって電気的に切り離されている。このため、検査端子等が有する浮遊容量や検査端子等に接続されているコンデンサが検査電流で充電されてしまえば、検査電流はそれ以上流れない。従って、比較的短時間で、検査端子の電位は、検査電流を流す電源（電流源など）の特性で決まる電位（例えば電流源で発生しうる最高電位や最低電位）に収束する。このため、検査電位測定回路により測定された検査端子の電位に基づいて、検査端子等が、短絡していない正常状態か、所定電位に短絡しているかを判定することができる。
【００１２】
なお、所定電位としては、検査端子あるいはこれと導通する配線やセンサセルの外部接続端子が、接触等により短絡する可能性のある他部材の有する電位が挙げられる。具体的には、例えば、グランド電位や電源（バッテリ）の電位が挙げられる。検査端子とどの電位との短絡を検査するかについては、ガスセンサ素子やガスセンサ制御回路などの形状、これらを結ぶ配線と検査端子との位置関係、他部材と検査端子等との位置関係などを勘案して、短絡を生じる可能性の高い電位、あるいは短絡可能性のある電位を選択すれば良い。
また、検査電位測定回路においては、例えば、検査端子のグランド電位に対する短絡の有無の検査（以下、グランド短絡検査とも言う）、あるいは、検査端子の電源電位に対する短絡の有無の検査（以下、電源短絡検査とも言う）など、単一の電位に対する検査を行うことができるように構成することもできるし、グランド短絡検査及び電源短絡検査の両方を同時にあるいは順に行うことができるように構成することもできる。
【００１３】
また、ガスセンサ素子としては、センサセルを少なくとも一つ含み、センサセルの電極に各々導通する複数の外部接続端子を有するものであれば良い。具体的には、単一のセンサセルと、これを挟む一対の電極それぞれに導通する２つの外部端子を有する１セルタイプのガスセンサ素子や、表裏面に一対の電極を有するセンサセルを２つ積層し、その最表面及び最裏面と、内側面の電極にそれぞれ導通する３つの外部接続端子を有する２セルタイプのガスセンサ素子など、各種の形状が挙げられる。
また、本発明の適用できるガス検出装置としては、被測定ガス中の酸素濃度を検知する酸素センサ装置のほか、ＣＯセンサ装置、ＮＯｘセンサ装置、有機燃料ガスセンサ装置など各種のガスセンサ装置が挙げられる。
【００１４】
さらに、非検査端子ハイインピーダンス化回路は、非検査端子から見たガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにする回路であれば、いずれのものであっても良い。この非検査端子ハイインピーダンス化回路としては、例えば、ガスセンサ制御回路のうち、非検査端子に自身の出力端が接続される出力回路を持つ複数の回路部のすべてについて、各出力回路を公知のスリーステート出力回路としたものや、各出力回路の出力端と非検査端子との間に半導体スイッチやリレー素子（以後、単にスイッチング素子とも言う）などを介在させたものが挙げられる。あるいは、ガスセンサ制御回路のうち、非検査端子に接続する回路全体とこの非検査端子との間を、集中的に電気的に遮断するスイッチング素子を設けたものが挙げられる。
【００１５】
検査電流供給回路は、検査端子に検査電流を供給する回路であり、例えば、所定電流量の出力電流を発生する定電流源や、電源電位（例えばバッテリ電位）に抵抗を介して接続したプルアップ回路や、グランド電位に抵抗を介して接続したプルダウン回路、あるいは、電源電位とグランド電位との間を抵抗分割して、適宜の電位が得られるようにしたものなどが挙げられる。また、検査端子に供給する検査電流の向きは、検査端子について検査しようとしている所定電位を考慮して決めれば良く、検査電流供給回路から検査端子を経由してガスセンサ素子に向う方向の場合としても良いし、これとは逆方向としても良い。
なお、検査端子等が電源電位やグランド電位に短絡している場合には、検査電流供給回路及び検査端子に大きな短絡電流が流れる可能性があるため、検査電流供給回路を流れる検査電流について上限を設けられる構成としておくのが好ましい。
【００１６】
検査端子に検査電流を供給したとき、検査端子等が所定電位に短絡しているか否かによって、検査端子は異なる電位を取る。従って、検査電位測定回路は、この検査端子の電位の違いを区別できる特性を有していれば良い。従って、例えば、電位計（電圧計）のように、検査端子の電位の値をアナログ値あるいはデジタル値として取得できる構成としたもののほか、検査端子の電位をあらかじめ設定された電位と比較する電位比較器などを用いることもできる。
【００１７】
また、上記のガス検出装置であって、前記ガスセンサ素子は、前記センサセルである検知セル及びポンプセルと、前記外部接続端子である第一外部接続端子、第二外部接続端子、及び、第三外部接続端子と、を有し、上記検知セルとポンプセルとの間に被測定空間に連通する測定室を形成してなり、上記検知セルは、上記測定室に面して配置された第一検知電極、及び、固体電解質体を挟んで上記第一検知電極と対向する第二検知電極を有し、上記測定室内の酸素濃度に応じて電池起電力を発生する検知セルであり、上記ポンプセルは、上記測定室に面して配置された第一ポンプ電極、及び、上記固体電解質体を挟んで上記第一ポンプ電極と対向する第二ポンプ電極を有し、通電する電流に応じて上記測定室内の酸素の汲み出し及び汲み入れを行うポンプセルであり、上記外部接続端子のうち、上記第一外部接続端子は、上記第二検知電極に導通し、上記第二外部接続端子は、互いに導通する上記第一検知電極及び上記第一ポンプ電極に導通し、上記第三外部接続端子は、上記第二ポンプ電極に導通し、前記ガスセンサ制御回路の前記検査端子は、上記ガスセンサ素子の上記第一外部接続端子に導通し、前記非検査端子のうち第一非検査端子は、上記第二外部接続端子に導通し、前記非検査端子のうち第二非検査端子は、上記第三外部接続端子に導通してなるガス検出装置とすると良い。
【００１８】
ポンプセルと検知セルとを含む、いわゆる２セルタイプのガスセンサ素子を用いたガス検出装置では、ポンプセルの第一ポンプ電極に接続する第二外部接続端子と、第二ポンプ電極に接続する第三外部接続端子との間に、ガスセンサ制御回路により電流を流して、測定室内の酸素の汲み出し及び汲み入れを行う。一方、検知セルの第一検知電極は第二外部接続端子に導通し、第二検知電極は第一外部端子に導通している。
ここで、第一外部接続端子あるいはこれに接続されている配線や第二検知電極等が、電源電位またはグランド電位に短絡していたとする。この状態で、ガス検出装置を起動してポンプセルに電流を流そうとすると、ポンプセルに電流を流すための電源から、検知セルを介して短絡している第一外部接続端子等に向けて、過電流が流れたり、不適切な向きに電流が流れたりする場合がある。あるいは、この短絡している第一外部接続端子等から、検知セルを介して、ガスセンサ制御回路に過電流が流れたり、不適切な方向に電流が流れたりする場合がある。このような場合には、検知セルを構成する固体電解質体にブラックニングが生じるなどの虞がある。
【００１９】
短絡に伴うこのような過電流や不適切な向きの電流によるガスセンサ素子の破損などの不具合を防止するために、配線等の短絡を検知した場合には、直ちにガスセンサ制御回路の電源を切断するなどの措置を取ることが考えられる。しかしながら、配線等の短絡を検知した時点では、既に検知セルに過電流や不適切な方向の電流が流れているため、既に検知セルを構成する固体電解質体にブラックニングが生じている危険性が大きい。つまり、この手法では、確実に検知セルあるいはガスセンサ素子の破損を防ぐことは困難である。
【００２０】
これに対して、本発明のガス検出装置では、第一非検査端子及び第二非検査端子から見たガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにすることで、ガスセンサ素子と、ガスセンサ制御回路のうち第一非検査端子あるいは第二非検査端子に繋がる回路とを、電気的に切り離すことができる。従って、その上で、ガスセンサ素子の第一外部接続端子に導通する検査端子に検査電流を供給して、検査端子の電位を測定すれば、検知セルやポンプセルに過電流や不適切な方向の電流が流れることはない。従って、安全に検査端子、あるいはこれと導通する第一外部接続端子やこれに接続する配線等がグランド電位や電源電位などの所定電位に短絡しているか否かを、検知セルなどガスセンサ素子の不具合を防止して、安全に検査することができる。
【００２１】
特に、ガスセンサ素子として、検知セルの第二検知電極が外部から遮断された閉塞空間内に配置され、検知セルに一定の微小電流を流すことで閉塞空間が基準酸素室として機能するものがある。このようなガスセンサ素子の場合、短絡に伴い検知セルに過電流や不適切な向きの電流が流れると、ガスセンサ素子内の酸素基準室の圧力が上昇してガスセンサ素子が破壊する虞がある。この場合でも、本発明のガス検出装置によれば、検知セルやポンプセルに過電流や不適切な向きの電流が流れることはなく、ガスセンサ素子への悪影響を防止しつつ、短絡の検査をすることができる。
【００２２】
また、請求項１または請求項２に記載のガス検出装置であって、前記ガスセンサ制御回路は、前記非検査端子に、または、前記第一非検査端子及び前記第二非検査端子のいずれかに、自身の出力端が接続される１又は複数の出力回路を有し、前記非検査端子ハイインピーダンス化回路は、上記出力回路の上記出力端のすべてを、各々、上記非検査端子から、または上記第一非検査端子及び上記第二非検査端子のいずれかから見てハイインピーダンスとする出力ハイインピーダンス化回路であるガス検出装置とすると良い。
【００２３】
ガス検出装置において、非検査端子から見て、ガスセンサ制御回路をハイインピーダンスにするハイインピーダンス化回路として、非検査端子に接続する回路全体とこの非検査端子との間を、集中的に電気的に遮断するスイッチング素子を設けたものが考えられる。第一非検査端子あるいは第二非検査端子についても同様のものが考えられる。このようにすると、電流容量の大きなスイッチング素子を用いる必要がある場合が多い。一般的に、電流容量の大きなスイッチング素子は、入手が難しく、高価になりがちである。また、ガスセンサ制御回路をハイブリッドＩＣ、あるいはＡＳＩＣなどのモノリシックＩＣで構成する場合には、電流容量の大きなスイッチング素子の搭載が難しい問題もある。
【００２４】
これに対して、本発明のガス検出装置では、ガスセンサ制御回路は、非検査端子に、あるいは第一非検査端子または第二非検査端子に、自身の出力端が接続される１又は複数の出力回路を含み、この出力回路の出力端のすべてを、各々、非検査端子等から見てハイインピーダンスとする出力ハイインピーダンス手段を有している。従って、個々の出力回路について言えば、その出力回路に流す電流に応じた、比較的電流容量の小さなスイッチング素子を用いれば足りるので、入手容易で安価となる。あるいは、ハイブリッドＩＣやＡＳＩＣなどのモノリシックＩＣを容易に構成することができる。従って、製造容易で安価なガス検出装置とすることができる。
【００２５】
特に、このように電流容量の比較的小さなスイッチング素子を用いることにより、ハイブリッドＩＣやＡＳＩＣなどのモノリシックＩＣなどによりガスセンサ制御回路を構成することができれば、コンパクトかつ安価なガス検出装置とすることができる。
【００２６】
なお、出力ハイインピーダンス化回路としては、非検査端子に出力信号を伝えられる通常の出力状態のほか、制御信号により出力信号を遮断して、非検査端子から見た出力回路をハイインピーダンスに出来ればいずれのものでも良い。例えば、具体的には、公知のスリーステート出力回路を用いた出力回路、出力段の電源の遮断が可能な出力回路、及び、スイッチングトランジスタを接続した出力回路などが挙げられる。
【００２７】
また、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のガス検出装置であって、前記ガスセンサ制御回路は、前記検査端子から見た上記ガスセンサ制御回路のインピーダンスを、ハイインピーダンスにする検査端子ハイインピーダンス化回路を含むガス検出装置とすると良い。
【００２８】
本発明のガス検出装置では、検査端子から見たガスセンサ制御回路のインピーダンスをもハイインピーダンスにすることができる。このため、検査端子が所定電位に対して短絡していると診断されたとき、非検査端子ハイインピーダンス化回路のほか、この検査端子ハイインピーダンス化回路を用いることで、ガスセンサ素子とガスセンサ制御回路とを電気的に遮断することができる。これにより、短絡原因を除くなどの短絡に対する対応が行われて、短絡状態が解除されるまで、ガスセンサ制御回路に含まれる電流源などからの電流によって、ガスセンサ素子に悪影響が生じることを防止することができる。
【００２９】
また、他の解決手段は、固体電解質体及びこれを挟んで設けられた一対の電極を有する少なくとも一つのセンサセル、及び、上記センサセルの電極に各々導通する複数の外部接続端子を含むガスセンサ素子を制御するガスセンサ制御回路であって、上記ガスセンサ素子の外部接続端子に各々導通する複数の制御端子と、上記制御端子のうち所定電位への短絡の有無を検査する検査端子に検査電流を供給する検査電流供給回路と、上記検査端子の電位を測定する検査電位測定回路と、上記制御端子のうち上記検査端子以外の非検査端子から見た上記ガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにする非検査端子ハイインピーダンス化回路と、を備えるガスセンサ制御回路である。
【００３０】
本発明のガスセンサ制御回路では、非検査端子から見た上記ガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにする非検査端子ハイインピーダンス化回路を有している。非検査端子から見たガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにした上で、検査端子について短絡の検査を行えば、たとえ、検査端子等が所定電位に短絡していた場合でも、また、検査端子に検査電流を供給した場合でも、非検査端子及びこれに接続されたセンサセルには、過電流あるいは不適切な向きの電流が流れることはない。従って、本発明のガスセンサ制御回路によれば、検査端子等の所定電位への短絡がある場合でも、ガスセンサ素子の特性劣化や破壊を防止して、安全に短絡検査することができる。
【００３１】
また、請求項５に記載のガスセンサ制御回路であって、前記ガスセンサ素子は、前記センサセルである検知セル及びポンプセルと、前記外部接続端子である第一外部接続端子、第二外部接続端子、及び、第三外部接続端子と、を有し、上記検知セルとポンプセルとの間に被測定空間に連通する測定室を形成してなり、上記検知セルが、上記測定室に面して配置された第一検知電極、及び、固体電解質体を挟んで上記第一検知電極と対向する第二検知電極を有し、上記測定室内の酸素濃度に応じて電池起電力を発生する検知セルであり、上記ポンプセルが、上記測定室に面して配置された第一ポンプ電極、及び、上記固体電解質体を挟んで上記第一ポンプ電極と対向する第二ポンプ電極を有し、通電する電流に応じて上記測定室内の酸素の汲み出し及び汲み入れを行うポンプセルであり、上記外部接続端子のうち、上記第一外部接続端子が、上記第二検知電極に導通し、上記第二外部接続端子が、互いに導通する上記第一検知電極及び上記第一ポンプ電極に導通し、上記第三外部接続端子が、上記第二ポンプ電極に導通してなるガスセンサ素子であり、前記検査端子は、上記ガスセンサ素子の第一外部接続端子に導通し、前記非検査端子のうち第一非検査端子は、上記第二外部接続端子に導通し、前記非検査端子のうち第二非検査端子は、上記第三外部接続端子に導通するガスセンサ制御回路とすると良い。
【００３２】
本発明のガスセンサ制御回路では、非検査端子ハイインピーダンス化回路により、第一非検査端子及び第二非検査端子から見たガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにした状態で、ガスセンサ素子の第一外部接続端子に導通する検査端子に検査電流を供給して、検査端子の電位を測定することができる。このため、たとえ、検査端子等が所定電位に短絡していたとしても、ガスセンサ制御回路の第一非検査端子あるいは第二非検査端子との間には、従って、この間に接続された検知セルやポンプセルには、過電流あるいは不適切な向きの電流が流れることはない。従って、本発明のガスセンサ制御回路によれば、検査端子の所定電位等への短絡がある場合でも、検知セルやポンプセルの特性劣化や破壊を防止して、安全に短絡検査することができる。
【００３３】
また、請求項５または請求項６に記載のガスセンサ制御回路であって、前記ガスセンサ制御回路は、前記非検査端子に、または、前記第一非検査端子及び前記第二非検査端子のいずれかに、自身の出力端が接続される１又は複数の出力回路を有し、前記非検査端子ハイインピーダンス化回路は、上記出力回路の出力端のすべてを、各々、上記非検査端子から、または、上記第一非検査端子及び上記第二非検査端子のいずれかから見てハイインピーダンスとする出力ハイインピーダンス化回路であるガスセンサ制御回路とすると良い。
【００３４】
本発明のガスセンサ制御回路は、非検査端子に、あるいは第一非検査端子または第二非検査端子に、自身の出力端が接続される１又は複数の出力回路を含み、この出力回路の出力端のすべてを、各々、非検査端子から見てハイインピーダンスとする出力ハイインピーダンス化回路を有している。このため、電流容量の小さな安価なスイッチング素子を用いるなどによって、出力ハイインピーダンス化回路を構成することができるから、安価なガスセンサ制御回路とすることができる。
【００３５】
特に、出力ハイインピーダンス化回路を含めたガスセンサ制御回路を、ハイブリッドＩＣやＡＳＩＣなどのモノリシックＩＣにより構成した場合には、コンパクトかつ安価にガス検出装置を構成することができる。
【００３６】
また、請求項５〜請求項７のいずれかに記載のガスセンサ制御回路であって、前記検査端子から見た前記ガスセンサ制御回路のインピーダンスを、ハイインピーダンスにする検査端子ハイインピーダンス化回路を含むガスセンサ制御回路とすると良い。
【００３７】
本発明のガスセンサ制御回路では、検査端子から見たガスセンサ制御回路のインピーダンスをもハイインピーダンスにすることができる。このため、検査端子が所定電位に対して短絡していると診断されたとき、非検査端子ハイインピーダンス化回路のほか、検査端子ハイインピーダンス化回路を用いることで、ガスセンサ素子とガスセンサ制御回路とを電気的に遮断することができる。これにより、短絡原因を除くなどの短絡への対応が行われて、短絡状態が解除されるまで、ガスセンサ制御回路に含まれる電流源などからの電流によって、ガスセンサ素子に悪影響が生じることを防止することができる。
【００３８】
また、他の解決手段は、固体電解質体及びこれを挟んで設けられた一対の電極を有する少なくとも一つのセンサセル、及び、上記センサセルの電極に各々導通する複数の外部接続端子を含むガスセンサ素子と、上記ガスセンサ素子を制御するガスセンサ制御回路であって、上記ガスセンサ素子の外部接続端子に各々導通する複数の制御端子、上記制御端子のうち所定電位への短絡の有無を検査する検査端子に、検査電流を供給する検査電流供給回路、上記検査端子の電位を測定する検査電位測定回路、及び、上記制御端子のうち上記検査端子以外の非検査端子から見た上記ガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにする非検査端子ハイインピーダンス化回路を含むガスセンサ制御回路と、を備えるガス検出装置の検査方法であって、上記非検査端子ハイインピーダンス化回路により上記非検査端子から見た上記ガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにする非検査端子ハイインピーダンス化ステップと、上記検査電流供給回路により上記検査端子に検査電流を供給する検査電流供給ステップと、上記検査端子の電位に基づいて、上記検査端子について上記所定電位に対する短絡の有無の診断を行う診断ステップと、を備えるガス検出装置の検査方法である。
【００３９】
本発明のガス検出装置の検査方法では、非検査端子から見たガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにした状態、つまり、非検査端子及びガスセンサ制御回路のうちこの非検査端子に繋がる回路をガスセンサ素子から電気的に遮断した上で、検査端子に電流を流し、検査端子の電位に基づいて、検査端子について所定電位に対する短絡の有無の診断を行う。このようにすれば、たとえ、検査端子あるいはこれに接続する配線などが所定電位に対して短絡していた場合でも、また、検査電流供給回路から検査端子に電流を供給した場合でも、非検査端子及びこれに接続されたセンサセルには電流が流れないため、センサセルに過電流や不適切な向きの電流が流れることがなく、ガスセンサ素子を構成する固体電解質体のブラックニングにより特性劣化などの不具合が生じにくい。かくして、ガス検出装置の検査端子について、安全に短絡の検査を行うことができる。
【００４０】
なお、診断ステップでは、検査端子に短絡が生じていない場合（正常）と、短絡が生じている場合（不良）とを区別しうる手法であれば、いずれの診断手法も採用できる。例えば、検査電流を供給後、所定時間待機してから検査端子の電位を測定し、その電位レベルに基づいて短絡の有無を判断する方法や、検査電流を供給すると共に検査端子の電位をモニタし、この電位の変化の様子から短絡の有無を判断する方法が挙げられる。
【００４１】
また、請求項９のガス検出装置の検査方法であって、前記診断ステップは、前記検査電流の供給開始後、所定時間待機する待機ステップと、上記所定時間待機後に、前記検査端子の電位に基づいて、上記検査端子について前記所定電位に対する短絡の有無の判断を行う短絡判断ステップと、を含むガス検出装置の検査方法とすると良い。
【００４２】
検査端子には、ノイズ対策などのためにコンデンサが接続される場合があり、この場合には、検査電流を流しても、検査端子の電位は、コンデンサの充電に応じ徐々にしか変化しない。特に、検査電流を、消費電流（消費電力）を考慮して、小さくしている場合には、検査電流でコンデンサを短期間充電（あるいは放電）しても、検査端子の電位の変化は小さい。
【００４３】
そこで、本発明のガス検出装置の検査方法では、検査電流供給回路により検査端子に電流を供給してから、所定時間経過後に、検査端子の電位に基づいて、検査端子の所定電位に対する短絡の有無を判断している。このため、検査端子の電位が緩やかに変化する場合でも、確実に検査端子における所定電位に対する短絡の有無の判断を行うことができる。
【００４４】
なお、短絡判断ステップでは、所定時間経過後において、検査端子に短絡が生じていない場合の検査端子の電位と、短絡が生じている場合の検査端子の電位とを区別しうる手法であれば、いずれのものも採用できる。例えば、検査端子が所定電位に短絡している場合に検査端子が取ると予測される電位と、検査端子が短絡していない場合にこの検査端子が取ると予測される電位との中間の値を閾値としたコンパレータを用いて、検査端子の電位の大小により判断する手法が挙げられる。
【００４５】
また、請求項１０のガス検出装置の検査方法であって、前記短絡判断ステップは、前記所定時間待機後に、前記検査端子の電位が、閾電位に比して前記所定電位側の電位であるとき、上記検査端子が上記所定電位に対して短絡していると判断するガス検出装置の検査方法とすると良い。
【００４６】
本発明のガス検出装置の検査方法のうち短絡判断ステップでは、検査端子の電位と、閾電位とを比較して、検査端子について所定電位に対する短絡の有無の判断を行う。このようにすると、１回の比較で容易に短絡の有無を判断することができる。
【００４７】
なお、検査端子の電位と閾電位とを比較する手段としては、これらの大小比較が行えれば、いずれの手段であっても良い。例えば、電気的に検査端子の電位と閾電位とを直接比較するコンパレータや、検査端子の電位をＡ／Ｄ変換し、これを閾電位の値と比較する手段が挙げられる。
【００４８】
また、他の解決手段は、固体電解質体及びこれを挟んで設けられた一対の電極を有する少なくとも一つのセンサセル、及び、上記センサセルの電極に各々導通する複数の外部接続端子を含むガスセンサ素子と、上記ガスセンサ素子を制御するガスセンサ制御回路であって、上記ガスセンサ素子の外部接続端子に各々導通する複数の制御端子、上記制御端子のうち第一所定電位及び第二所定電位への短絡の有無を検査する検査端子に、第一方向に流れる第一検査電流を供給する第一検査電流供給回路、上記検査端子に上記第一方向とは逆向きの第二方向に流れる第二検査電流を供給する第二検査電流供給回路、上記検査端子の電位を測定する検査電位測定回路、及び、上記制御端子のうち上記検査端子以外の非検査端子から見た上記ガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにする非検査端子ハイインピーダンス化回路を含むガスセンサ制御回路と、を備えるガス検出装置の検査方法であって、上記非検査端子ハイインピーダンス化回路により上記非検査端子から見た上記ガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにする非検査端子ハイインピーダンス化ステップと、上記第一検査電流供給回路により上記検査端子に上記第一方向に流れる上記第一検査電流を供給する第一検査電流供給ステップと、上記第一検査電流が供給された上記検査端子の電位に基づいて、上記検査端子について上記第一所定電位に対する短絡の有無の診断を行う第一診断ステップと、上記第二検査電流供給回路により上記検査端子に上記第二方向に流れる上記第二検査電流を供給する第二検査電流供給ステップと、上記第二検査電流が供給された上記検査端子の電位に基づいて、上記検査端子について上記第二所定電位に対する短絡の有無の診断を行う第二診断ステップと、を備えるガス検出装置の検査方法である。
【００４９】
本発明のガス検出装置の検査方法では、第一方向及び第二方向の検査電流が検査端子に供給されて、２つの所定電位について、検査端子の短絡の有無が検査される。
例えば、第一方向を検査端子からガスセンサ素子の外部接続端子に向う方向、第二方向をその逆向きの方向とし、第一所定電位をグランド電位、第二所定電位を電源電位とすれば、検査端子に接続される配線等について、第一検査電流供給ステップ及び第一診断ステップで、グランド電位への短絡の有無を検査することができ、第二検査電流供給ステップ及び第二診断ステップにより、電源電位への短絡の有無を検査することができる。このように、本発明の検査方法では、グランド電位及び電源電位など二つの所定電位に対する短絡検査を行うことができる。
なお、検査電流供給回路から供給される検査電流の方向については、第二方向を検査端子に向う方向、第一方向を第二方向の逆向きの方向とすることもできる。
【００５０】
また、請求項１２のガス検出装置の検査方法であって、前記第一診断ステップは、前記第一検査電流の供給開始後、第一所定時間待機する第一待機ステップと、上記第一所定時間待機後に、前記検査端子の電位に基づいて、上記検査端子について前記第一所定電位に対する短絡の有無の判断を行う第一短絡判断ステップと、を含み、前記第二診断ステップは、前記第二検査電流の供給開始後、第二所定時間待機する第二待機ステップと、上記第二所定時間待機後に、前記検査端子の電位に基づいて、上記検査端子について前記第二所定電位に対する短絡の有無の判断を行う第二短絡判断ステップと、を含むガス検出装置の検査方法とすると良い。
【００５１】
ガス検出装置では、ノイズ対策などのために、ガスセンサ制御回路の検査端子にコンデンサが接続されている場合がある。また、消費電流（消費電力）を考慮して、第一検査電流及び第二検査電流を、小さな電流とする場合がある。このような場合では、第一検査電流及び第二検査電流でコンデンサを充電あるいは放電する時間が長くなるため、短期間の電流供給では、検査端子の電位の変化が小さくなり、判断しにくい場合がある。
【００５２】
そこで、本発明のガス検出装置の検査方法のうち、第一診断ステップでは、第一検査電流供給回路により検査端子に電流を供給してから、第一所定時間経過後に、検査端子の電位に基づいて、検査端子について第一所定電位に対する短絡の有無を判断する。また、第二診断ステップでも、同様に第二所定時間経過後に、検査端子について第二所定電位に対する短絡の有無を判断する。このため、本発明の検査方法によれば、検査端子に接続されたコンデンサにより、検査端子の電位が緩やかに変化する場合であっても、検査端子について第一所定電位及び第二所定電位に対する短絡の有無の判断を、確実に行うことができる。
【００５３】
また、請求項１３のガス検出装置の検査方法であって、前記第一短絡判断ステップは、前記第一所定時間待機後に、前記検査端子の電位が、第一閾電位に比して前記第一所定電位側の電位であるとき、上記検査端子が上記第一所定電位に対して短絡していると判断し、前記第二短絡判断ステップは、前記第二所定時間待機後に、前記検査端子の電位が、上記第一閾電位よりも第二所定電位側の第二閾電位に比して前記第二所定電位側の電位であるとき、上記検査端子が上記第二所定電位に対して短絡していると判断するガス検出装置の検査方法とすると良い。
【００５４】
本発明のガス検出装置の検査方法では、第一短絡判断ステップで、第一閾電位と検査端子との電位を比較して、その大小により検査端子の第一所定電位への短絡の有無を判断し、第二短絡判断ステップで、第二閾電位と検査端子との電位を比較して、その大小により検査端子の第二所定電位への短絡の有無を判断している。このように本発明のガス検出装置の検査方法では、検査端子の第一所定電位への短絡の有無及び第２所定電位への短絡の有無を、簡易な手法により行うことができる。
【００５５】
また、請求項９に記載のガス検出装置の検査方法であって、前記検査電流供給回路は、前記検査端子が第一所定電位にも第二所定電位にも短絡していないとき、上記検査端子の電位を上記第一所定電位と上記第二所定電位の中間の所定中間電位に導く検査電流を、上記検査端子に供給する検査電流供給回路であり、前記診断ステップは、上記検査電流の供給開始後、所定時間待機する待機ステップと、上記所定時間待機後に、上記検査端子の電位に基づいて、上記検査端子について上記第一所定電位及び上記第二定電位への短絡の有無の判断を行う短絡判断ステップと、を含むガス検出装置の検査方法とすると良い。
【００５６】
本発明のガス検出装置の検査方法では、上述の検査電流供給回路を用いて検査電流を検査端子に供給する。従って、所定時間待機後には、検査端子の電位は、検査端子が第一所定電位及び第二所定電位にも短絡していない場合には、所定中間電位の近傍になる。また、第一所定電位に短絡している場合には、検査端子の電位は、第一所定電位あるいはその近傍の値になり、第二所定電位に短絡している場合には、第二所定電位あるいはその近傍の値になる。従って、例えば、この所定時間経過後の検査端子の電位を用いることで、一種類の検査電流を用いて、第一所定電位及び第二所定電位への短絡の有無を、容易、迅速に診断することができる。
【００５７】
なお、本発明の検査電流供給回路は、検査端子が、第一所定電位にも第二所定電位にも短絡していないときに、検査端子の電位を所定中間電位に導く検査電流を供給できるものであれば、いずれのものであっても良い。例えば、電源電位とグランド電位との間を抵抗分割するプルアップダウン回路や、電流を流せない状態で所定中間電位になる定電流回路が挙げられる。
【００５８】
また、請求項１５に記載のガス検出装置の検査方法であって、前記短絡判断ステップは、前記所定時間待機後に、前記検査端子の電位が、第一閾電位に比して第一所定電位側の電位であるとき、上記検査端子が上記第一所定電位に対して短絡していると判断し、上記第一閾電位よりも第二所定電位側の第二閾電位に比して上記第二所定電位側の電位であるとき、上記検査端子は、上記第二所定電位に対して短絡していると判断するガス検出装置の検査方法とすると良い。
【００５９】
本発明のガス検出装置の検査方法では、第一閾電位及び第二閾電位と、検査端子の電位とを比較して、第一所定電位または第二所定電位に対する短絡の有無の判断を行っている。このため、容易に短絡判断を行うことができる。
【００６０】
また、請求項９〜請求項１６のいずれかに記載のガス検出装置の検査方法であって、前記ガスセンサ制御回路は、前記検査端子から見た上記ガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにする検査端子ハイインピーダンス化回路を含むガスセンサ制御回路であり、前記検査端子が、前記所定電位、または、前記第一所定電位及び前記第二所定電位のいずれかに短絡していると診断されたとき、上記検査端子から見た上記ガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスにする検査端子ハイインピーダンス化ステップを含むガス検出装置の検査方法とすると良い。
【００６１】
本発明のガス検出装置の検査方法では、検査端子が、所定電位、または、第一所定電位及び第二所定電位のいずれか（以後、所定電位等とも言う）に短絡していると診断されたとき、検査端子についても、非検査端子と同様に、検査端子から見たガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンンスにする。すなわち、検査端子が所定電位等に短絡していると診断されたとき、ガスセンサ制御回路と、ガスセンサ素子とが電気的に遮断される。これにより、短絡との診断以降、短絡原因を除くなどの短絡への対応が行われて、短絡状態が解除されるまで、ガスセンサ制御回路に含まれる電流源などからの電流によって、ガスセンサ素子に悪影響が生じることを防止することができる。
【００６２】
また、請求項９〜請求項１７のいずれかに記載のガス検出装置の検査方法であって、前記非検査端子ハイインピーダンス化ステップを、前記ガスセンサ制御回路の電源投入直後に実行するガス検出装置の検査方法とすると良い。
【００６３】
本発明のガス検出装置の検査方法では、ガスセンサ制御回路の電源投入直後に非検査端子ハイインピーダンス化ステップを直ちに実行する。このため、検査端子について所定電位等への短絡が有ると診断されたときには、過電流や不適切な方向の電流をガスセンサ素子に流すことなく、ガス検出装置の動作を停止する、または、電源を遮断するなど、短絡に対応した制御を行い、短絡に伴うガスセンサ素子の破壊や特性劣化などの悪影響を確実に防止するようにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
本発明の実施の形態にかかるガス検出システムについて図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００６５】
本発明の第一の実施形態にかかるガス検出システム１について、図１〜図７を参照して説明する。
排気ガス中の酸素濃度から空燃比を測定する本実施例１のガス検出システム１は、図１に示すように、ガスセンサ素子４及びガスセンサ制御回路５からなるガス検出装置２と、ガスセンサ素子４を作動温度に保つヒータ７と、ヒータ７を制御するためのヒータ制御回路６と、ガス検出装置２及びヒータ制御回路６を制御するマイクロコンピュータ３とを含んでいる。
【００６６】
このうちマイクロコンピュータ３は、図示しないが、中央演算装置であるＣＰＵと、データやプログラム等を格納するＲＡＭ及びＲＯＭと、外部回路との信号の入出力を行う入力ポート及び出力ポートを含んでいる。マイクロコンピュータ３では、ＣＰＵはＲＡＭなどに格納されたプログラムにより、演算やデータ転送などの命令の実行が制御される。また、マイクロコンピュータ３では、入力ポートに入力された信号は、入力ポート用レジスタの内容に反映され、出力ポート用レジスタに格納された内容は、出力ポートに信号として出力される。
【００６７】
ヒータ制御回路６により制御されるヒータ７は、図示しないセラミック系接合材を介してガスセンサ素子４に接合されている。ヒータ７は、アルミナを主成分とするセラミックからなり、その内部にはヒータ配線７２が埋設されている。ヒータ制御回路６は、ガスセンサ素子４の温度が５５０℃〜９００℃に保たれるように、ヒータ７を制御する。
【００６８】
また、ガスセンサ素子４は、ガソリンエンジンの排気ガス系に配設され、接合された２つのセンサセル（ポンプセル１４及び検知セル２４）を含み、３つの素子端子４Ｔ１，４Ｔ２，４Ｔ３が、配線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を介して、ガスセンサ制御回路５の制御端子Ｖｓ＋，ＣＯＭ，Ｉｐ＋にそれぞれ接続されている。
このガスセンサ素子４は、ポンプセル１４、多孔質拡散層１８、検知セル２４及び補強板３０が、この順に積層されて、一体焼結によって形成されている。
このうちポンプセル１４は、薄板状の、酸素イオン伝導性固体電解質体であるジルコニアからなり、その両面に多孔質の白金で形成された第一ポンプ電極１２ａ及び第二ポンプ電極１２ｂを有している。さらに、第一ポンプ電極１２ａは、第三素子端子４Ｔ３を通じ配線Ｌ３を介してガスセンサ制御回路５の第三制御端子Ｉｐ＋に接続され、第二ポンプ電極１２ｂは、第二素子端子４Ｔ２を通じ配線Ｌ２を介してガスセンサ制御回路５の第二制御端子ＣＯＭに接続されている。
【００６９】
また、検知セル２４も同様に、薄板状のジルコニアからなり、その両面に多孔質の白金で形成された第一検知電極１３ａ及び第二検知電極１３ｂを有している。このうち第一検知電極１３ａは、ガスセンサ素子４の内部で、上述の第二ポンプ電極１２ｂに、従って、第二素子端子４Ｔ２に電気的に接続されている。従って、第一検知電極１３ａも、第二素子端子４Ｔ２を通じ配線Ｌ２を介して、ガスセンサ制御回路５の第二制御端子ＣＯＭに接続されている。一方、第二検知電極１３ｂは、第一素子端子４Ｔ１を通じ配線Ｌ１を介してガスセンサ制御回路５の第一制御端子Ｖｓ＋に接続されている。
【００７０】
ポンプセル１４と検知セル２４との間には、アルミナからなる絶縁層により包囲された測定室２０が形成されている。この絶縁層の一部には多孔質拡散層１８が形成されている。この測定室２０は、多孔質拡散層１８を介して被測定ガス雰囲気（例えば、ガソリンエンジンの排気ガス側）に連通されている。この多孔質拡散層１８は、拡散制限を行う拡散孔が設けられた多孔質の焼結体からなり、流通する気体の拡散律速を行う。
一方、セラミックからなり、検知セル２４と略同じ大きさに形成された補強板３０は、検知セル２４の第二検知電極１３ｂを挟むように配置され、ガスセンサ素子４全体の強度を確保している。第二検知電極１３ｂはこの補強板３０によって外部と遮断され、第二検知電極１３ｂ側には閉塞空間が形成される。
【００７１】
ところで、検知セル２４の第二検知電極１３ｂから第一検知電極１３ａに向う所定のバイアス電流Ｉｃｐを流すと、酸素のポンピング（酸素の汲み出し及び汲み入れ）作用が生じ、第二検知電極１３ｂ側の閉塞空間には、常時ほぼ一定濃度の酸素が蓄積されることになる。この第二検知電極１３ｂ側の閉塞空間に蓄積された酸素は、ガスセンサ素子４において被測定ガスを検知するときの基準酸素となる。
【００７２】
ガスセンサ素子４では、被測定ガス雰囲気の酸素濃度に応じて、被測定ガス雰囲気中の酸素が、測定室２０内に、多孔質拡散層１８を介して流入し拡散する。このガスセンサ素子４は、エンジンに供給される混合気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第二検知電極１３ｂとの間の酸素濃度差により、検知セル２４に４５０ｍＶの電位を発生する特性を有する。すなわち、第一検知電極１３ａと第二検知電極１３ｂとの間には、４５０ｍＶの電位差が生じることとなる。
【００７３】
ところで、このガスセンサ素子４では、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が変化し、さらに、測定室２０内の雰囲気に含まれる酸素濃度が変化する。このガスセンサ素子４では、後述のガスセンサ制御回路５によって第一検知電極１３ａと第二検知電極１３ｂとの間の電位差が４５０ｍＶに保たれるように、ポンプセル１４に流れるポンプ電流Ｉｐが制御される。つまり、測定室２０内の雰囲気が理論空燃比と同じ状態になるように、ポンプセル１４によって酸素のポンピングが行われる。このガスセンサ素子４では、このポンプ電流Ｉｐに基づいて、被測定ガス中の酸素濃度が測定され、これにより空燃比が検出される。
【００７４】
次に、図２を参照してガスセンサ制御回路５の構成と動作について説明する。
ガスセンサ制御回路５は、ガスセンサ素子４の素子端子４Ｔ１，４Ｔ２，４Ｔ３と、配線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を介してそれぞれ接続する第一制御端子Ｖｓ＋、第二制御端子ＣＯＭ及び第三制御端子Ｉｐ＋を有している。
このガスセンサ制御回路５は、ガスセンサ素子４を制御して、被測定ガスの酸素濃度を測定する回路であり、ポンプセル１４を駆動するポンプ電流Ｉｐを流すためのオペアンプ３２、ポンプ電流Ｉｐの制御特性を改善するためのＰＩＤ制御回路５６、第二検知電極１３ｂの酸素濃度を一定に保つために検知セル２４に所定のバイアス電流Ｉｃｐを流す定電流源４６を含んでいる。さらに、ガスセンサ制御回路５は、ポンプ電流Ｉｐの制御目標電位（４５０ｍＶ）を供給する定電圧源４８、ポンプセル１４に流れるポンプ電流Ｉｐを電圧変換するための抵抗素子Ｒ２を含んでいる。またさらに、ガスセンサ制御回路５は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３，ＳＷ６，ＳＷ８〜ＳＷ１０を有している。このスイッチＳＷ１〜ＳＷ３，ＳＷ６，ＳＷ８〜ＳＷ１０は、いずれもトランジスタ素子からなり、遮断状態と導通状態とを切り換えて、このスイッチに接続する回路をＯＮ／ＯＦＦ制御可能としている。
また、第一制御端子Ｖｓ＋と第三制御端子Ｉｐ＋との間には、コンデンサＣ４と抵抗素子Ｒ６の直列回路が、ノイズ除去のために挿入されている。
【００７５】
このガスセンサ制御回路５のうち、まず、第一制御端子Ｖｓ＋に接続している回路について説明する。第一制御端子Ｖｓ＋には、定電流源４３Ｍ，４３Ｎ，４６の出力端がそれぞれ、スイッチＳＷ９，ＳＷ１０，ＳＷ８を介して接続されている。また、第一制御端子Ｖｓ＋の電位を測定する電位モニタ回路４１、及び、オペアンプ４２の入力端も接続されている。
【００７６】
このうち、第一制御端子Ｖｓ＋に検査電流を供給する定電流源４３Ｍ，４３Ｎ（検査電流供給回路）と、電位モニタ回路４１とで、第一制御端子Ｖｓ＋、これに導通する配線Ｌ１、あるいは第一素子端子４Ｔ１が電源電位及びグランド電位に短絡しているか否かを診断する。また、スイッチＳＷ９，ＳＷ１０は、遮断状態と導通状態とを切り換え制御可能なスイッチである。
【００７７】
定電流源４３Ｍは、第一制御端子Ｖｓ＋から流出する向きの正方向検査電流Ｉｍ（以下、第一制御端子Ｖｓ＋からを流出する方向に流れる検査電流の向きを正方向、この逆を負方向とする）を供給する。一方、定電流源４３Ｎは、これとは逆向きの負方向検査電流Ｉｎを供給する。これら定電流源４３Ｍ，４３Ｎの出力端と、第一制御端子Ｖｓ＋との間には、スイッチＳＷ９，ＳＷ１０が介在している。このスイッチＳＷ９，ＳＷ１０を導通状態と遮断状態のいずれかに切り換えることで、第一制御端子Ｖｓ＋から見た定電流源４３Ｍ，４３Ｎのインピーダンスを、それぞれ、低インピーダンス、つまりほぼ定電流源４３Ｍ，４３Ｎの出力インピーダンスと同じとしたり、ハイインピーダンス、つまり、定電流源４３Ｍ，４３Ｎが切り離されたのと同じ状態とすることができる。
【００７８】
なお、定電流源４３Ｍは、定電流源ではあるが、自身が発生しうる電圧（電位）に上限があり、自身の出力端、従って、第一制御端子Ｖｓ＋の電位が、電源電位ＶＢにほぼ等しくなるまでしか正方向検査電流Ｉｍを流すことはできない回路特性を有している。同様に、定電流源４３Ｎも、定電流源ではあるが、自身が発生しうる電圧（電位）に下限があり、自身の出力端、従って、第一制御端子Ｖｓ＋の電位が、グランド電位ＧＮＤにほぼ等しくなるまでしか負方向検査電流Ｉｎを流すことはできない回路特性を有している。
【００７９】
また、定電流源４６も、スイッチＳＷ８を導通状態と遮断状態のいずれかに切り換えることにより、第一制御端子Ｖｓ＋から見た定電流源４６のインピーダンスを低インピーダンスとしたり、ハイインピーダンスとしたりすることができる。
なお、第一制御端子Ｖｓ＋に接続されている定電流源４６は、第二検知電極１３ｂの酸素濃度を一定に保つために、検知セル２４に流される１７μＡのバイアス電流Ｉｃｐを供給する回路である。
【００８０】
一方、オペアンプ４２の入力端は、第一制御端子Ｖｓ＋に直接接続されている。第一制御端子Ｖｓ＋から見て、オペアンプ４２の入力インピーダンスは、常に高いからである。
また、電位モニタ回路４１も、第一制御端子Ｖｓ＋に直接接続されている。第一制御端子Ｖｓ＋から見て、電位モニタ回路４１の入力端も、常にハイインピーダンスであるからである。なお、電位モニタ回路４１は、公知のＡ／Ｄ変換器を含み、第一制御端子Ｖｓ＋の電位をデジタル値に変換した上でその値をマイクロコンピュータ３に出力する。
【００８１】
かくして、この第一制御端子Ｖｓ＋からガスセンサ制御回路５を見たとき、スイッチＳＷ８，ＳＷ９，ＳＷ１０をいずれもＯＦＦとした場合には、ハイインピーダンスとなる。つまり、この場合には、第一制御端子Ｖｓ＋から電気的に遮断された状態に見えるようにすることができる。
【００８２】
ついで、ガスセンサ制御回路５のうち、第二制御端子ＣＯＭに接続している回路について説明する。この第二制御端子ＣＯＭには、ＰＩＤ制御回路５６、オペアンプ３４，３２が接続している。
オペアンプ３２では、その反転入力端子にＰＩＤ制御回路５６の出力が抵抗素子Ｒ２を介して接続され、非反転入力端子に基準電位３．６Ｖが印加され、出力端はスイッチＳＷ３を介して第三制御端子Ｉｐ＋に接続されている。これらによって、ガスセンサ素子４のポンプ電流Ｉｐを制御するための負帰還回路が構成されている。このオペアンプ３２は、第二制御端子ＣＯＭに、抵抗素子Ｒ１を介して、その入力端子（反転入力端子）が接続している。このため、第二制御端子ＣＯＭから見ると、常にハイインピーダンスとなっている。
【００８３】
ＰＩＤ制御回路５６は、制御目標値の４５０ｍＶと、検知セル２４の出力電位である第一制御端子Ｖｓ＋の電位Ｖｓとの偏差量ΔＶｓをＰＩＤ演算し、上述のオペアンプ３２を含む負帰還制御の制御特性を改善する機能を有している。このＰＩＤ制御回路５６は、オペアンプ３６，４０、及び、ＰＩＤ制御回路５６の制御特性を決める抵抗素子Ｒ３〜Ｒ５とコンデンサＣ１〜Ｃ３とを含んでいる。そして、ＰＩＤ制御回路５６（オペアンプ４０）の入力端子には、オペアンプ４２の出力が入力されており、これにより、第一制御端子Ｖｓ＋の電位ＶｓがＰＩＤ制御回路５６に入力される。また、ＰＩＤ制御回路５６の出力は、抵抗素子Ｒ２、及び抵抗素子Ｒ１を介して第二制御端子ＣＯＭに出力されている。また、ＰＩＤ制御回路５６の出力は、抵抗素子Ｒ２を介して、内部電位Ｖｃｅｎｔとして、オペアンプ３２の反転入力端子に接続されている。
【００８４】
また、定電圧源４８の出力も、オペアンプ３８を介して、オペアンプ４０に入力されている。この定電圧源４８は、ポンプ電流Ｉｐ電流を制御する制御目標となる電位である４５０ｍＶを、オペアンプ４０を介してＰＩＤ制御回路５６に供給するための回路である。
なお、ＰＩＤ制御回路５６の出力は、オペアンプ３６の出力端に接続されているスイッチＳＷ２によってＯＮ／ＯＦＦ制御される。従って、このＰＩＤ制御回路５６も、スイッチＳＷ２によって、その出力端をＯＮ／ＯＦＦでき、第二制御端子ＣＯＭから見て、低インピーダンスの場合とハイインピーダンスの場合とを選択することができる。
【００８５】
また、抵抗素子Ｒ２は、ポンプセル１４に流れるポンプ電流Ｉｐを電圧に変換し、抵抗素子Ｒ２の両端電圧を図示しない差動増幅回路を介して、マイクロコンピュータ３に出力するように構成されている。
【００８６】
さらに、内部電位Ｖｃｅｎｔのラインには、オペアンプ３４がスイッチＳＷ１を介して接続している。オペアンプ３４は、ガスセンサ素子４の非活性時に第二制御端子ＣＯＭに所定の電位を与えるためのものである。このオペアンプ３４についても、スイッチＳＷ１の切り換えにより、第二制御端子ＣＯＭから見たインピーダンスを、低インピーダンスとしたり、ハイインピーダンスとしたりすることができる。
【００８７】
かくして、この第二制御端子ＣＯＭからガスセンサ制御回路５を見たとき、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をいずれもＯＦＦとした場合には、ハイインピーダンスとなる。つまり、この場合には、第二制御端子ＣＯＭから電気的に遮断された状態に見えるようにすることができる。
【００８８】
さらに、ガスセンサ制御回路５のうち、第三制御端子Ｉｐ＋に接続している回路について説明する。この第三制御端子Ｉｐ＋には、抵抗素子Ｒ７と抵抗素子Ｒ８とで、５Ｖ電位とグランド電位とを抵抗分割するプルアップダウン回路及びオペアンプ３２が接続されている。
このうち、プルアップダウン回路は、ガスセンサ素子４の非活性時に、第三制御端子Ｉｐ＋に対し、５Ｖ電位とグランド電位との中間電位である２．５Ｖの電位を与えるものである。
このプルアップダウン回路は、スイッチＳＷ６を介して第三制御端子Ｉｐ＋に接続しており、このスイッチＳＷ６の切り換えにより、第三制御端子Ｉｐ＋から見たインピーダンスを、低インピーダンスとしたり、ハイインピーダンスとしたりすることができる。
【００８９】
また、オペアンプ３２の出力端はスイッチＳＷ３を介して第三制御端子Ｉｐ＋に接続されている。このスイッチＳＷ３の切り換えにより、第三制御端子Ｉｐ＋から見たオペアンプ３２のインピーダンスを、低インピーダンスとしたり、ハイインピーダンスとしたりすることができる。
【００９０】
かくして、この第三制御端子Ｉｐ＋からガスセンサ制御回路５を見たとき、スイッチＳＷ３，ＳＷ６をいずれもＯＦＦとした場合には、ハイインピーダンスとなる。つまり、この場合には、第三制御端子Ｉｐ＋から電気的に遮断された状態にすることができる。
【００９１】
なお、第二制御端子ＣＯＭ及び第三制御端子Ｉｐ＋から見たガスセンサ制御回路５のインピーダンスをハイインピーダンスにすべく、例えば、第二制御端子ＣＯＭについて、ＰＩＤ制御回路５６及びオペアンプ３４の出力端と、第二制御端子ＣＯＭとの間に、単一のスイッチ、具体的には単一のスイッチング素子を介在させる回路構成も考えられる。このようにしても、第二制御端子ＣＯＭから見たガスセンサ制御回路５のインピーダンスをハイインピーダンスにすることができる。
但し、このようにすると、本実施例１のように、多数のスイッチＳＷ１等を用いた場合に比して、電流容量の大きなスイッチング素子を用いることが必要となりがちである。一般に、電流容量の大きなスイッチング素子は、入手性が悪く、価格も高くなりがちである。特に、ガスセンサ制御回路をＡＳＩＣなど半導体集積回路で構成する場合には、電流容量の大きなスイッチング素子を構成するのが困難となる場合もある。
【００９２】
これに対し、本実施例１にかかるガスセンサ制御回路５では、上述したように、第二制御端子ＣＯＭ及び第三制御端子Ｉｐ＋に、自身の出力端が接続する各々の回路について、それらの回路の出力端と第二制御端子ＣＯＭあるいは第三制御端子Ｉｐ＋との間に、それぞれスイッチＳＷ１等を設けている。このため、このスイッチＳＷ１等をすべてＯＦＦとすることで、第二制御端子ＣＯＭ及び第三制御端子Ｉｐ＋から見たガスセンサ制御回路５のインピーダンスを、ハイインピーダンスとすることができる。この場合には、スイッチ（スイッチング素子）としては、接続する回路の電流容量に適合した比較的電流容量の小さなスイッチング素子を用いればたりる。従って、入手容易で安価なガスセンサ制御回路５とすることができる。また、大きな電流容量のスイッチング素子を構成する必要がないため、半導体集積回路を用いる場合であっても、ガスセンサ制御回路５を容易に構成することができる。
【００９３】
またさらに、本実施例１のガスセンサ制御回路５は、第一制御端子Ｖｓ＋に出力端が接続される定電流源４６，４３Ｍ，４３Ｎについても、それぞれの出力端には、スイッチＳＷ８，ＳＷ９，ＳＷ１０を接続してある。従って、これらのスイッチＳＷ８，ＳＷ９，ＳＷ１０をすべてＯＦＦとすることで、第一制御端子Ｖｓ＋から見たガスセンサ制御回路５のインピーダンスをハイインピーダンスにすることができる。
【００９４】
なお、上述のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３，ＳＷ６，ＳＷ８〜ＳＷ１０のＯＮ／ＯＦＦ（導通、遮断）の制御を行う制御信号は、各々マイクロコンピュータ３の出力ポートに接続され、電位モニタ回路４１の出力信号及び抵抗素子Ｒ２の両端電圧は、各々マイクロコンピュータ３の入力ポートに接続されている。このため、マイクロコンピュータ３は、ガスセンサ制御回路５におけるスイッチＳＷ１〜ＳＷ３，ＳＷ６，ＳＷ８〜ＳＷ１０のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことができ、ガスセンサ制御回路５から出力される第一制御端子Ｖｓ＋の電位及びガス濃度の測定値を得ることができる。
【００９５】
次いで、本実施例１にかかるガス検出システム１において、酸素濃度検出を行う方法について説明する。
ガスセンサ制御回路５では、通常の酸素濃度検出を行うに当り、あらかじめ、スイッチＳＷ１，ＳＷ９，ＳＷ１０をＯＦＦとしておき、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ６，ＳＷ８をＯＮとする。このとき、被測定ガスが、燃料供給過剰（リッチ）側の状態の場合には、測定室２０の酸素が理論空燃比よりも欠乏し、第一制御端子Ｖｓ＋の電位Ｖｓが制御目標値の４５０ｍＶよりも高くなるため、制御目標値と電位Ｖｓとの間に偏差量ΔＶｓが発生し、その偏差量ΔＶｓがＰＩＤ制御回路５６によりＰＩＤ演算され、オペアンプ３２にフィードバックされる。このため、不足分の酸素をポンプセル１４により汲み入れるためのポンプ電流Ｉｐが流れることになる。
【００９６】
一方、被測定ガスが、燃料供給不足（リーン）の場合には、測定室２０の酸素が理論空燃比よりも過剰となり、第一制御端子Ｖｓ＋の電位Ｖｓが４５０ｍＶよりも低くなるので、上述と同様に偏差量ΔＶｓがフィードバックされて、過剰分の酸素をポンプセル１４により汲み出すためのポンプ電流Ｉｐが流れることになる。
【００９７】
このようにして、本実施例１のガス検出装置２を用いたガス検出システム１では、第一制御端子Ｖｓ＋の電位Ｖｓが４５０ｍＶとなるようにポンプセル１４を制御するポンプ電流Ｉｐの大きさを測定することで、被測定ガス中の酸素濃度を測定することができる。具体的には、ポンプ電流Ｉｐは抵抗素子Ｒ２によってガス濃度を現す電位に変換されてマイクロコンピュータ３に出力され、最終的にはエンジンの燃焼制御に使用される。
【００９８】
次いで、本実施例１にかかるガス検出システム１を用いた短絡の検査方法について、図３〜図７を参照して説明する。
ガス検出装置２では、取り扱いの不手際や、内燃機関の振動など機械的な要因により、第一制御端子Ｖｓ＋、配線Ｌ１、あるいは第一素子端子４Ｔ１が、電源電位ＶＢあるいはグランド電位ＧＮＤに接触して、短絡を生じる可能性がある。そこで、以下では、図２に示すように、配線Ｌ１のうち、部位Ａにおいて、電源電位ＶＢまたはグランド電位ＧＮＤに短絡した場合について考察する。この場合、十分大きな電流を流しうる導電路が短絡によって形成されているとすると、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、電源電位ＶＢあるいはグランド電位ＧＮＤとなる。すると、検知セル２４には、ガスセンサ制御回路５の第二制御端子ＣＯＭ及び第三制御端子Ｉｐ＋から部位Ａに向う方向（あるいは、その逆方向）に電流が流れる。このため、検知セル２４においてブラックニングの発生や、ガスセンサ素子４内（第二検知電極１３ｂ）の気圧の上昇によるガスセンサ素子４の破損などの虞がある。特に、部位Ａがグランド電位ＧＮＤに短絡した場合には、検知セル２４の電池起電力とは逆向きの電流が流れることとなり、短時間あるいは微小な電流であってもブラックニングが生じる虞がある。
【００９９】
部位Ａの電源電位ＶＢまたはグランド電位ＧＮＤへの短絡の有無を検査する方法としては、前述したように、ガス検出装置２を動作させた状態で、第一制御端子Ｖｓ＋の電位をモニタする方法が考えられる。しかしながら、この方法を用いて、部分Ａの電源電位ＶＢまたはグランド電位ＧＮＤへの短絡を検知したとしても、検知セル２４には、既に不適切な方向の電流や過電流が流れている虞が大きく、検知セル２４の破損を防止することは困難である。
【０１００】
これに対して、本実施例１にかかるガスセンサ制御回路５では、前述したように第二制御端子ＣＯＭ及び第三制御端子Ｉｐ＋から見たガスセンサ制御回路５のインピーダンスをハイインピーダンスにすることができ、この状態で第一制御端子Ｖｓ＋の検査を行うことができる。そこで、後述するように、ガス検出装置２の電源投入直後にこの検査を行うことで、第一制御端子Ｖｓ＋の電源電位ＶＢまたはグランド電位ＧＮＤへの短絡がある場合にも、ガスセンサ素子４に電流を流すことなく、ガス検出装置２の検査を行うことができる。この検査結果に基づいて、ガスセンサ制御回路５の出力を遮断するなどの措置を取れば、不適切な向きの電流や、過電流による検知セル２４の破損を確実に防止することができる。
【０１０１】
そこで、本実施例１では、まず、短絡の有無を検査する検査端子である第一制御端子Ｖｓ＋を除いた、第二制御端子ＣＯＭ及び第三制御端子Ｉｐ＋から見た、ガスセンサ制御回路５のインピーダンスをハイインピーダンスにする。さらに、定電流源４３Ｍまたは定電流源４３Ｎ（検査電流供給回路）により、第一制御端子Ｖｓ＋には微小な検査電流が供給される。
さらに、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、電位モニタ回路４１により測定され、その測定値は、電位モニタ回路４１に含まれる公知のＡ／Ｄ変換器によりデジタル化され、マイクロコンピュータ３に取り込まれる。マイクロコンピュータ３において、デジタル化された第一制御端子Ｖｓ＋の電位と、あらかじめ設定された閾電位とを比較することで、第一制御端子Ｖｓ＋のグランド電位ＧＮＤまたは電源電位ＶＢへの短絡の有無を診断することができる。
具体的には、第一制御端子Ｖｓ＋のグランド電位ＧＮＤへの短絡の有無を検査する場合には定電流源４３Ｍが用いられ、電源電位ＶＢへの短絡の有無を検査する場合には定電流源４３Ｎが用いられる。また、これらの出力の切り替えは、定電流源４３Ｍ，４３Ｎに接続されたそれぞれのスイッチＳＷ９，ＳＷ１０のＯＮ／ＯＦＦ制御により行われる。
【０１０２】
次いで、第一制御端子Ｖｓ＋の短絡の検査方法について、詳細に説明する。なお、本実施例１にかかるガス検出システム１では、定電流源４３Ｍ，４３ＮおよびスイッチＳＷ９，ＳＷ１０を有しているので、第一制御端子Ｖｓ＋（部位Ａ）について電源電位ＶＢへの短絡の有無の検査と、グランド電位ＧＮＤへの短絡の有無の検査とが可能であり、それらの検査順序も組み合わせ可能である。以下では、図３〜図６を参照して、グランド電位への短絡検査のみを行う場合、電源電位への短絡検査のみを行う場合、グランド電位への短絡検査の後に電源電位への短絡検査を行う場合、電源電位への短絡検査の後にグランド電位への短絡検査を行う場合の４種の検査方法について説明する。
【０１０３】
いずれの場合においても、まず、短絡の有無を検査する検査端子である第一制御端子Ｖｓ＋を除いた、第二制御端子ＣＯＭ及び第三制御端子Ｉｐ＋から見た、ガスセンサ制御回路５のインピーダンスをハイインピーダンスにする。
さらに、グランド電位ＧＮＤへの短絡の検査に場合には、定電流源４３Ｍを用いて、第一制御端子Ｖｓ＋に正方向検査電流Ｉｍを流す。電源電位ＶＢへの短絡の検査の場合には、定電流源４３Ｎを用いて、第一制御端子Ｖｓ＋に負方向検査電流Ｉｎを流す。
第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、電位モニタ回路４１により測定され、その測定値は、電位モニタ回路４１内のＡ／Ｄ変換器によりデジタル化され、マイクロコンピュータ３に取り込まれる。マイクロコンピュータ３において、デジタル化された第一制御端子Ｖｓ＋の電位と、あらかじめ設定された閾電位とを比較することで、第一制御端子Ｖｓ＋のグランド電位ＧＮＤまたは電源電位ＶＢへの短絡の有無を診断することができる。
定電流源４３Ｍと４３Ｎの出力の切り替えは、これらに接続されたそれぞれのスイッチＳＷ９，ＳＷ１０のＯＮ／ＯＦＦの切り替えにより行う。
【０１０４】
（検査例１：グランド電位への短絡検査）
図３は、第一制御端子Ｖｓ＋のグランド電位ＧＮＤへの短絡の有無を検査するため、定電流源４３Ｍを用いて、第一制御端子Ｖｓ＋に正方向検査電流Ｉｍを流した場合のグラフである。縦軸方向は電位を、横軸方向は時間を表している。図３のうち、実線は正常時の第一制御端子Ｖｓ＋の電位のグラフを示し、破線は第一制御端子Ｖｓ＋（部位Ａ）がグランド電位ＧＮＤに短絡している場合の第一制御端子Ｖｓ＋の電位変化を示すグラフである。なお、正常時には、検査開始時の第一制御端子Ｖｓ＋の電位の初期値は、電源電位ＶＢからグランド電位ＧＮＤまでのいずれの値も取りうるため、初期値が電源電位の場合とグランド電位の場合のグラフを示している。後述の図４〜図６のグラフについても同様である。
【０１０５】
正常時、つまり第一制御端子Ｖｓ＋（部位Ａ）がグランド電位ＧＮＤに短絡していない場合において、第一制御端子Ｖｓ＋の電位の初期値がグランド電位ＧＮＤであった場合には、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、グランド電位ＧＮＤから電源電位ＶＢに向って徐々に上昇する。このとき、上述したように、第二制御端子ＣＯＭ及び第三制御端子Ｉｐ＋から見たガスセンサ制御回路５のインピーダンスがハイインピーダンスとされている。このため、定電流源４３Ｍによって正方向検査電流Ｉｍを流しても、この電流Ｉｍは第二制御端子ＣＯＭあるいは第三制御端子Ｉｐ＋からガスセンサ制御回路５内に流れ込むことはない。従って、この正方向検査電流Ｉｍは、第一制御端子Ｖｓ＋に接続されたコンデンサ成分を充電するのに用いられ、第一制御端子Ｖｓ＋の電位が、徐々に上昇するのである。
また、正常時において、第一制御端子Ｖｓ＋の電位の初期値が電源電位ＶＢであった場合には、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は電源電位ＶＢの値のまま変化することはない。前述したように、定電流源４３Ｍでは、電源電位ＶＢより高い電圧を発生させることができないからである。
【０１０６】
これに対して、短絡時、つまり第一制御端子Ｖｓ＋（部位Ａ）がグランド電位に短絡しているときには、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、正方向検査電流Ｉｍを流しても、グランド電位ＧＮＤ、あるいはこれに近い値のままとなる。正方向検査電流Ｉｍが短絡の導電路を流れてしまうからである。
なお、本実施例１では、グランド電位への短絡検査にあたり、定電流源４３Ｍを用い流れる電流量を制限して、短絡検査において、過大な電流が流れたり、これにより大きな電力が消費されたりすることを防止している。
【０１０７】
従って、第一制御端子Ｖｓ＋に正方向検査電流Ｉｍの供給を開始してから所定時間Ｔｇ経過後（本例では１秒経過後）に、第一制御端子Ｖｓ＋の電位がグランド短絡閾電位Ｖｔｇ（本実施例１では１．５Ｖ）より高いかどうかを判断することで、第一制御端子Ｖｓ＋のグランド電位ＧＮＤへの短絡の有無を検査することができる。
【０１０８】
（検査例２：電源電位への短絡検査）
図４は、第一制御端子Ｖｓ＋の電源電位ＶＢへの短絡の有無を検査するため、定電流源４３Ｎを用いて、第一制御端子Ｖｓ＋に負方向検査電流Ｉｎを流した場合のグラフである。縦軸方向は電位を、横軸方向は時間を表している。図４のうち、実線は正常時の第一制御端子Ｖｓ＋の電位のグラフを示し、破線は第一制御端子Ｖｓ＋が電源電位ＶＢに短絡している場合の第一制御端子Ｖｓ＋の電位変化を示すグラフである。
【０１０９】
正常時、つまり第一制御端子Ｖｓ＋（部位Ａ）が電源電位ＶＢに短絡していない場合において、第一制御端子Ｖｓ＋の電位の初期値が電源電位ＶＢであった場合に、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、電源電位ＶＢからグランド電位ＧＮＤに向って徐々に低下する。このとき、前述したように、第二制御端子ＣＯＭ及び第三制御端子Ｉｐ＋から見たガスセンサ制御回路５のインピーダンスがハイインピーダンスとされている。このため、定電流源４３Ｎによって負方向検査電流Ｉｎを流しても、この電流Ｉｎは第二制御端子ＣＯＭあるいは第三制御端子Ｉｐ＋からガスセンサ制御回路５内に流れ込むことはない。従って、この負方向検査電流Ｉｎは、第一制御端子Ｖｓ＋に接続されたコンデンサ成分を充電（放電）するのに用いられ、第一制御端子Ｖｓ＋の電位が、徐々に低下するのである。
また、第一制御端子Ｖｓ＋の電位の初期値がグランド電位ＧＮＤであった場合には、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、グランド電位ＧＮＤのまま変化しない。前述したように、定電流源４３Ｎでは、グランド電位ＧＮＤより低い電位を発生させ得ないからである。
【０１１０】
これに対して、短絡時、つまり、第一制御端子Ｖｓ＋が電源電位に短絡しているときには、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、電源電位ＶＢ、あるいはこれに近い値のままとなる。負方向検査電流Ｉｎが短絡の導電路を流れてしまうからである。
なお、本実施例１では、電源電位への短絡検査にあたり、定電流源４３Ｎを用いて流れる電流量を制限して、短絡検査において、過大な電流が流れたり、これにより大きな電力が消費されたりすることを防止している。
【０１１１】
従って、第一制御端子Ｖｓ＋に負方向検査電流Ｉｎの供給を開始してから所定時間Ｔｂ経過後（本例では１ｓ経過後）に、第一制御端子Ｖｓ＋の電位が電源短絡閾電位Ｖｔｂ（本実施例１では、電源電位ＶＢ−１．５Ｖ）より低いかどうかを判断することで、第一制御端子Ｖｓ＋の電源電位ＶＢへの短絡の有無を検査することができる。
【０１１２】
（検査例３：グランド電位への短絡検査＋電源電位への短絡検査）
図５は、定電流源４３Ｍを用いて、第一制御端子Ｖｓ＋に正方向検査電流Ｉｍを流しグランド電位への短絡を検査した後、続けて、定電流源４３Ｎを用いて、第一制御端子Ｖｓ＋に負方向検査電流Ｉｎを流し、電源電位ＶＢへの短絡を検査した場合の、第一制御端子Ｖｓ＋の電位変化を示すグラフである。
【０１１３】
また、図５のうち、実線は正常時の電位変化を示し、破線は短絡時の電位変化を示している。さらに、破線のうち、前半部分（図中左側）は第一制御端子Ｖｓ＋がグランド電位ＧＮＤに短絡していた場合の第一制御端子Ｖｓ＋の電位のグラフであり、後半部分（図中右側）は、第一制御端子Ｖｓ＋が電源電位ＶＢに短絡していた場合の第一制御端子Ｖｓ＋の電位のグラフである。
【０１１４】
このうち、前半は、図３のグラフと同様に、正常の場合、第一制御端子Ｖｓ＋の電位の初期値がグランド電位ＧＮＤのときには、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、グランド電位ＧＮＤから電源電位ＶＢに向って徐々に変化する。また、第一制御端子Ｖｓ＋の電位の初期値が電源電位ＶＢのときには、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は電源電位ＶＢの値のままとなる。なお、第一制御端子Ｖｓ＋が電源電位ＶＢに短絡している場合にも、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は電源電位のままとなる。
これに対して、第一制御端子Ｖｓ＋がグランド電位に短絡している場合には、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、グランド電位ＧＮＤになり、変化することはない。従って、この段階で、第一制御端子Ｖｓ＋がグランド電位へ短絡しているか否かについては、識別できる。
【０１１５】
その後（第一所定時間Ｔｇ経過後の後半）では、正常の場合、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、初期値がいずれの場合でも、グランド電位ＧＮＤに向って徐々に変化する。
これに対して、第一制御端子Ｖｓ＋が電源電位ＶＢに短絡している場合には、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、電源電位ＶＢのままとなる。
【０１１６】
従って、まず前半において、定電流源４３Ｍにより第一制御端子Ｖｓ＋に正方向検査電流Ｉｍの供給を開始してから第一所定時間Ｔｇ経過後（本例では１ｓ経過後）に、第一制御端子Ｖｓ＋の電位がグランド短絡閾電位Ｖｔｇ（本実施例１では１．５Ｖ）より高いかどうかを判断することで、第一制御端子Ｖｓ＋のグランド電位ＧＮＤへの短絡の有無を検査することができる。
続いて、後半では、定電流源４３Ｎにより第一制御端子Ｖｓ＋に負方向検査電流Ｉｎの供給を開始してから（第一所定時間Ｔｇ経過後から）、第二所定時間Ｔｇｂ経過後（本例では１ｓ経過後）に、第一制御端子Ｖｓ＋の電位が、電源短絡閾電位Ｖｔｂ（本実施例１では電源電位ＶＢ−１．５Ｖ）より低いかどうかを判断することで、第一制御端子Ｖｓ＋の電源電位ＶＢへの短絡の有無を検査することができる。
【０１１７】
（検査例４：電源電位への短絡検査＋グランド電位への短絡検査）
図６には、図５に示した場合と逆の場合についてのグラフを示す。即ち、図６は、定電流源４３Ｎを用いて、第一制御端子Ｖｓ＋に負方向検査電流Ｉｎを流し電源電位への短絡を検査した後、続けて、定電流源４３Ｍを用いて、正方向検査電流Ｉｍを流しグランド電位への短絡を検査した場合の第一制御端子Ｖｓ＋の電位変化を示すグラフである。
【０１１８】
また、図６のうち、実線は正常時のグラフである。また、破線のうち、前半部分（図中左側）は、第一制御端子Ｖｓ＋が電源電位ＶＢに短絡していた場合のグラフであり、後半部分は、第一制御端子Ｖｓ＋がグランド電位ＧＮＤに短絡していた場合のグラフである。
【０１１９】
まず前半では、図４のグラフと同様に、正常の場合、第一制御端子Ｖｓ＋の電位の初期値がグランド電位ＧＮＤのときには、第一制御端子Ｖｓ＋の電位はグランド電位ＧＮＤのまま変化しない。また、第一制御端子Ｖｓ＋の電位の初期値が電源電位ＶＢのときには、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、電源電位ＶＢからグランド電位ＧＮＤに向って徐々に変化する。なお、第一制御端子Ｖｓ＋がグランド電位に短絡している場合にも、第一制御端子Ｖｓ＋の電位はグランド電位のままとなる。
これに対して、第一制御端子Ｖｓ＋が電源電位ＶＢに短絡している場合には、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、電源電位ＶＢになり、変化することはない。従って、この段階で、第一制御端子Ｖｓ＋が、電源電位に短絡しているか否かについては識別できる。
【０１２０】
その後、（第一所定時間Ｔｂ経過後の後半）では、正常の場合、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、初期値がいずれの場合でも、電源電位ＶＢに向って徐々に変化する。
これに対して、第一制御端子Ｖｓ＋がグランド電位に短絡している場合には、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、グランド電位ＧＮＤのままとなる。
【０１２１】
従って、まず前半において、定電流源４３Ｎから第一制御端子Ｖｓ＋に負方向検査電流Ｉｎの供給を開始してから第一所定時間Ｔｂ経過後（本例では１ｓ経過後）に第一制御端子Ｖｓ＋の電位が、電源短絡閾電位Ｖｔｂの（本実施例では電源電位ＶＢ−１．５Ｖ）より低いかどうかを判断することで、第一制御端子Ｖｓ＋の電源電位ＶＢへの短絡の有無を検査することができる。
続いて、後半では、定電流源４３Ｍから第一制御端子Ｖｓ＋に正方向検査電流Ｉｍの供給を開始してから（第一所定時間Ｔｂ経過後から）、第二所定時間Ｔｂｇ経過後（本例では１ｓ経過後）に、第一制御端子Ｖｓ＋の電位が、グランド短絡閾電位Ｖｔｇ（本例では１．５Ｖ）より高いかどうかを判断することで、第一制御端子Ｖｓ＋のグランド電位ＧＮＤへの短絡の有無を検査することができる。
【０１２２】
なお、第一制御端子Ｖｓ＋には、ノイズ抑制のために図示しないコンデンサが接続されている場合がある。この場合には、このコンデンサの充電あるいは放電のため、第一制御端子Ｖｓ＋の電位の時間変化が緩やかなものとなる。従って、短絡の有無を判断するまで待機する所定時間（第一所定時間）Ｔｇ，Ｔｂあるいは第二所定時間Ｔｇｂ，Ｔｂｇを、上述の場合よりも長く取るのが好ましい。あるいは、グランド短絡閾電位Ｖｔｇの値をより低く、また電源短絡閾電位Ｖｔｂの値をより高く設定すると良い。このように、待機する所定時間Ｔｇ等や閾電位Ｖｔｇ等を、正常の場合と短絡の場合とで的確に区別できるように適宜設定すると良い。
【０１２３】
次いで、本実施例１にかかるガス検出システム１において、上述の第一制御端子Ｖｓ＋の電源電位ＶＢへの短絡の有無を検査し、続けて、グランド電位ＧＮＤへの短絡の有無を検査した検査例４について、検査方法の具体的な手順について、図６及び図７を参照して説明する。
【０１２４】
まず、ステップＳ０において、ガス検出システム１の電源が投入された直後に、ステップＳ１に進む。
ステップＳ１では、ガスセンサ制御回路５の制御端子のうち、短絡の検査を行わない第二制御端子ＣＯＭ及び第三制御端子Ｉｐ＋（非検査端子）から見たガスセンサ制御回路５のインピーダンスをハイインピーダンス化する（非検査端子ハイインピーダンス化ステップ）。
具体的には、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をそれぞれＯＦＦとして、第二制御端子ＣＯＭとオペアンプ３４及び３６の出力端との間を電気的に遮断する。それと共に、スイッチＳＷ３，ＳＷ６をＯＦＦとして、第三制御端子Ｉｐ＋とオペアンプ３２及びグランド電位ＧＮＤとの間を電気的に遮断する。このようにして各スイッチをＯＦＦ状態にすることで、第二制御端子ＣＯＭ及び第三制御端子Ｉｐ＋から見たガスセンサ制御回路５のインピーダンスが、ハイインピーダンスとなる。
ついで、ステップＳ２では、初期設定として、スイッチＳＷ８，ＳＷ９，ＳＷ１０もＯＦＦ状態とする。
ステップＳ３では、定電流源４３Ｎの出力端に接続されたスイッチＳＷ１０をＯＮ状態にして、第一素子端子４Ｔ１からガスセンサ制御回路５の第一制御端子Ｖｓ＋に向かう方向に流れる負方向検査電流Ｉｎを流す（検査電流供給ステップ、第一検査電流供給ステップ）。すると、ガスセンサ制御回路５の第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、短絡の有無に応じて、図６の前半部分に示すように変化する。
そこで、ステップＳ４では、マイクロコンピュータ３が有する図示しないタイマを用いて、第一所定時間Ｔｂ（本例では１ｓ）待機する（待機ステップ、第一待機ステップ）。
【０１２５】
ステップＳ５では、電位モニタ回路４１により測定される第一制御端子Ｖｓ＋の電位が電源短絡閾電位Ｖｔｂ（本例ではＶＢ−１．５Ｖ）値より小さいか否かを判定する（短絡判断ステップ、第一判断ステップ）。この判定は、具体的には、マイクロコンピュータ３において、電位モニタ回路４１により変換された第一制御端子Ｖｓ＋の電位のデジタル値と、電源短絡閾値Ｖｔｂとの比較により行う。
比較の結果、第一制御端子Ｖｓ＋の電位が電源短絡電位Ｖｔｂより小さい場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ６に進む。一方、そうでない場合（Ｎｏ）には、第一制御端子Ｖｓ＋が電源電位ＶＢに短絡していると判断して、ステップＳ１１に進む。
なお、本例の検査方法では、ステップＳ４における待機ステップと、ステップＳ５における短絡判断ステップとで、診断ステップを構成する。あるいは、ステップＳ４における第一待機ステップと、ステップＳ５における第一判断ステップとで、第一診断ステップを構成する。
【０１２６】
ついで、ステップＳ６において、スイッチＳＷ１０をＯＦＦ状態にすると共に、スイッチＳＷ９をＯＮ状態にして、定電流源４３Ｍにより、第一制御端子Ｖｓ＋から第一素子端子４Ｔ１に向かう正方向検査電流Ｉｍを流す（第二検査電流供給ステップ）。すると、ガスセンサ制御回路５の第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、短絡の有無に応じて、図６の後半部分に示されるように変化する。
そこで、ステップＳ７において、マイクロコンピュータ３が有する図示しないタイマを用いて、第二所定時間Ｔｂｇ（本例では１ｓ）待機する（待機ステップ、第二待機ステップ）。
【０１２７】
ステップＳ８では、電位モニタ回路４１により測定される第一制御端子Ｖｓ＋の電位がグランド短絡閾電位Ｖｔｇ（本例では１．５Ｖ）よりも大きいか否かを判定する（第二判断ステップ）。この判定は、具体的には、マイクロコンピュータ３において、電位モニタ回路４１により変換された第一制御端子Ｖｓ＋の電位のデジタル値と、グランド短絡閾電位との比較により行われる。
比較の結果、第一制御端子Ｖｓ＋の電位がグランド短絡閾電位Ｖｔｇより大きい場合（Ｙｅｓ）には、第一制御端子Ｖｓ＋のグランド電位ＧＮＤへの短絡はないと判断して、ステップＳ９に進む。そうでない場合（Ｎｏ）には、第一制御端子Ｖｓ＋はグランド電位ＧＮＤへ短絡していると判断して、ステップＳ１２に進む。
なお、本例の検査方法では、ステップＳ７における第二待機ステップと、ステップＳ８における第二判断ステップとで、第二診断ステップを構成する。
【０１２８】
ステップＳ９では、スイッチＳＷ９をＯＦＦとし、定電流源４３Ｍの出力を電気的に遮断する。
その後、ステップＳ１０において、正常時のガス検出システム１（ガス検出装置２，ガスセンサ素子４）の制御を行う。第一制御端子Ｖｓ＋、あるいはこれに繋がる配線Ｌ１や第一素子端子４Ｔ１が、電源電位にもグランド電位にも短絡しておらず、正常であると判断されたためである。
【０１２９】
一方、ステップＳ５でＮｏと判断された場合には、ステップＳ１１において、第一制御端子Ｖｓ＋が電源電位ＶＢに短絡していることを、マイクロコンピュータ３に通知し、ステップＳ１３に進む。  ステップＳ８でＮｏと判断された場合にも、ステップＳ１２において、第一制御端子Ｖｓ＋がグランド電位ＧＮＤに短絡していることを、マイクロコンピュータ３に通知し、ステップＳ１３に進む。このステップＳ１３では、スイッチＳＷ９，ＳＷ１０をＯＦＦ状態として、定電流源４３Ｍ，４３Ｎの出力端を、第一制御端子Ｖｓ＋と電気的に遮断する。なお、既にスイッチＳＷ８はＯＦＦとされているので（ステップＳ２）、第一制御端子Ｖｓ＋から見たガスセンサ制御回路５のインピーダンスもハイインピーダンスにされる（検査端子ハイインピーダンス化ステップ）。
【０１３０】
その上で、ステップＳ１４において、ガスセンサ制御回路５の電源を遮断する、運転者等に、短絡が生じている旨の警告を音声やランプの点灯、点滅等で知らせるなど、ガス検出装置２に短絡が生じている場合の制御を行う。
【０１３１】
以上では、第一制御端子Ｖｓ＋の電源電位ＶＢへの短絡の有無を検査し、続けて、グランド電位ＧＮＤへの短絡の有無を検査する、検査例４に関する検査方法（図６参照）について説明した。しかし、図３、図４または図５に示された他の検査例を実現する検査方法についても、同様に実施することができる。
例えば、第一制御端子Ｖｓ＋のグランド電位ＧＮＤへの短絡の有無を検査し、続けて、電源電位ＶＢへの短絡の有無を検査する検査例３の場合（図５参照）には、図７におけるステップＳ３〜Ｓ５，Ｓ１１の実行順序と、ステップＳ６〜Ｓ８，Ｓ１２の実行順序とを入れ替えることで、この検査方法を行うことができる。
【０１３２】
本実施例１にかかるガス検出システム１を用いた短絡の検査方法によれば、第一制御端子Ｖｓ＋に検査電流Ｉｍ，Ｉｎを供給しても、第二制御端子ＣＯＭ及び第三制御端子Ｉｐ＋から見たガスセンサ制御回路５がハイインピーダンスとなっているので、ガスセンサ素子４に電流が流れることがない。従って、短絡の検査時に流れる電流により、ガスセンサ素子４にブラックニングなどの不具合を生じさせることなく、適切に第一制御端子Ｖｓ＋の検査を行うことができる。
【０１３３】
また、第一制御端子Ｖｓ＋がグランド電位ＧＮＤ、あるいは電源電位ＶＢに短絡していると判断されると、ステップＳ１３において、スイッチＳＷ９，ＳＷ１０をＯＦＦ状態にして、第一制御端子Ｖｓ＋から見たガスセンサ制御回路５のインピーダンスもハイインピーダンスとする。すなわち、ガスセンサ制御回路５と、ガスセンサ素子４とが電気的に遮断してしまう。このため、それ以降、短絡に対する処置が行われ短絡状態が解除されるまで、過電流や不適切な方向の電流によるガスセンサ素子４の不具合を確実に防止できる。
【０１３４】
また、ステップＳ０においてガス検出システム１の電源が投入された直後に、第一制御端子Ｖｓ＋についての短絡検査を行い、第一制御端子Ｖｓ＋がグランド電位ＧＮＤまたは電源電位ＶＢに短絡している場合には、ステップＳ１３でのガスセンサ素子４をガスセンサ制御回路５から電気的に遮断する。このため、短絡が発生している場合には、ガスセンサ素子４に電流が流れることなく、短絡検査を終了でき、短絡に伴って流れる、過電流や不適切な方向の電流によるガスセンサ素子４の不具合を確実に防止できる。
【実施例２】
【０１３５】
次いで、本発明の第二の実施形態にかかるガス検出システム１Ａについて、図１、図８〜図１０を参照して説明する。
本実施例２にかかるガス検出システム１Ａは、前述した実施例１のガス検出システム１のガスセンサ制御回路５（図２参照）に代えて、ガスセンサ制御回路５Ａを用いている点が相違し、他については同様である。すなわち、ガス検出システム１Ａは、実施例１のガス検出システム１と同様、マイクロコンピュータ３とガスセンサ素子４とヒータ制御回路６とヒータ７とを含んでいる。
以降では、異なる部分のみを中心に説明し、他の部分については説明を簡略化あるいは省略する。
【０１３６】
まず、ガスセンサ制御回路５Ａについて、図８を参照して説明する。
実施例１におけるガスセンサ制御回路５では、検査電流供給回路として、定電流源４３Ｍ，４３Ｎを有していた。これに対し、本実施例２のガスセンサ制御回路５Ａでは、抵抗素子Ｒ４１とＲ４２とで電源電位とグランド電位とを抵抗分割するプルアップダウン回路４３Ｃにより検査電流を第一制御端子Ｖｓ＋に供給する。このプルアップダウン回路４３Ｃと第一制御端子Ｖｓ＋との間には、スイッチＳＷ９Ａが介在しており、このスイッチＳＷ９ＡをＯＦＦとすることで、プルアップダウン回路４３Ｃを第一制御端子Ｖｓ＋から電気的に遮断できる。ガスセンサ制御回路５Ａは、検査電流供給回路が、このプルアップダウン回路４３Ｃ及びスイッチＳＷ９Ａにより構成されている部分のみが相違し、他の部分は実施例１のガスセンサ制御回路５と同様である。
【０１３７】
このプルアップダウン回路４３Ｃは、第一制御端子Ｖｓ＋のグランド電位ＧＮＤ及び電源電位ＶＢへの短絡の有無の検査のための検査電流Ｉｃを第一制御端子Ｖｓ＋に供給する。このプルアップダウン回路４３Ｃは、第一制御端子Ｖｓ＋がグランド電位ＧＮＤにも電源電位ＶＢにも短絡していないとき、第一制御端子Ｖｓ＋の電位を、抵抗素子Ｒ４１とＲ４２で決まるグランド電位ＧＮＤと電源電位ＶＢとの中間電位ＶＣに導くように第一制御端子Ｖｓ＋に検査電流Ｉｃを供給する。
【０１３８】
（検査例５：電源電位及びグランド電位への短絡検査）
次いで、第一制御端子Ｖｓ＋に検査電流Ｉｃを供給した場合の第一制御端子Ｖｓ＋の電位の変化及び第一制御端子Ｖｓ＋の検査方法について、図９、図１０を参照して説明する。
まず、ステップＳ１００において、ガス検出システム１Ａの電源が投入された直後に、ステップＳ１に進む。このステップＳ１は、実施例１のガス検出システム１の検査方法におけるステップＳ１と同様であり、第二制御端子ＣＯＭ及び第三制御端子Ｉｐ＋から見たガスセンサ制御回路５Ａのインピーダンスをハイインピーダンス化する（非検査端子ハイインピーダンス化ステップ）。
ついで、ステップＳ１０２では、初期設定として、スイッチＳＷ８，ＳＷ９ＡもＯＦＦ状態とする。
【０１３９】
ステップＳ１０３では、スイッチＳＷ９ＡをＯＮにして、プルアップダウン回路４３Ｃから、検査電流Ｉｃを流す（検査電流供給ステップ）。なお、検査電流Ｉｃは、第一制御端子Ｖｓ＋の電位によって、流れる向きが異なる。
図９は、第一制御端子Ｖｓ＋に検査電流Ｉｃを供給した場合の、第一制御端子Ｖｓ＋の電位の変化を示したグラフである。図９のうち、実線は短絡のない正常時の第一制御端子Ｖｓ＋の電位変化を示すグラフであり、破線は短絡がある場合の第一制御端子Ｖｓ＋の電位変化を示すグラフである。なお、検査開始時の第一制御端子Ｖｓ＋の電位（初期値）は、電源電位ＶＢからグランド電位ＧＮＤまでのいずれの値も取り得るため、初期値が電源電位の場合とグランド電位の場合のグラフを示している。
【０１４０】
正常時のうち、第一制御端子Ｖｓ＋の電位の初期値がグランド電位ＧＮＤの場合には、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、グランド電位ＧＮＤから中間電位ＶＣに向って徐々に変化する。また、第一制御端子Ｖｓ＋の電位の初期値が電源電位ＶＢの場合には、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、電源電位ＶＢから中間電位ＶＣに向って徐々に変化する。
一方、第一制御端子Ｖｓ＋がグランド電位ＧＮＤに短絡している場合には、第一制御端子Ｖｓ＋の電位はグランド電位ＧＮＤのままである。また、第一制御端子Ｖｓ＋が電源電位ＶＢに短絡している場合には、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は電源電位ＶＢのままである。
【０１４１】
そこで、ステップＳ１０４において、マイクロコンピュータ３が有する図示しないタイマを用いて、所定時間Ｔｃ（本例では１ｓ）待機する（待機ステップ）。
その後、ステップＳ１０５において、電位モニタ回路４１により測定される第一制御端子Ｖｓ＋の電位が、グランド短絡閾電位Ｖｔｇ（本例では１．５Ｖ）より大きいか否かを判定する。この判定は、具体的には、マイクロコンピュータ３において、電位モニタ回路４１により変換された第一制御端子Ｖｓ＋の電位のデジタル値と、グランド短絡閾電位Ｖｔｇとの比較により行う。
判定の結果、第一制御端子Ｖｓ＋の電位がグランド短絡閾電位Ｖｔｇより大きいとき（Ｙｅｓ）には、グランド電位ＧＮＤへの短絡はないと判断して、ステップＳ１０６に進む。一方、そうでない場合（Ｎｏ）には、第一制御端子Ｖｓ＋がグランド電位ＧＮＤに短絡していると判断して、ステップＳ１０９に進む。
【０１４２】
さらに、ステップＳ１０６において、電位モニタ回路４１により測定される第一制御端子Ｖｓ＋の電位が、電源短絡閾電位Ｖｔｂ（本例ではＶＢ−１．５Ｖ）よりも小さいか否かを判定する。この判定は、具体的には、マイクロコンピュータ３において、第一制御端子Ｖｓ＋の電位のデジタル値と、電源短絡閾電位Ｖｔｂとの比較により行う。
判定の結果、第一制御端子Ｖｓ＋の電位が電源短絡閾電位Ｖｔｂより小さいとき（Ｙｅｓ）には、電源電位ＶＢへの短絡はない、つまり正常と判断して、ステップＳ１０７に進む。一方、そうでない場合（Ｎｏ）には、第一制御端子Ｖｓ＋が電源電位ＶＢに短絡していると判断して、ステップＳ１１０に進む。
【０１４３】
ステップＳ１０７では、スイッチＳＷ９ＡをＯＦＦとし、プルアップダウン回路４３Ｃの出力を、第一制御端子Ｖｓ＋から電気的に遮断する。
その後、実施例１と同じく、ステップＳ１０において、正常時のガス検出システム１Ａ（ガス検出装置２Ａ，ガスセンサ素子４）の制御を行う。第一制御端子Ｖｓ＋、あるいはこれに繋がる配線Ｌ１や第一素子端子４Ｔ１が、電源電位にもグランド電位にも短絡しておらず、正常であると判断されたためである。
【０１４４】
一方、ステップＳ１０５でＮｏとされた場合には、ステップＳ１０９において、第一制御端子Ｖｓ＋がグランド電位ＧＮＤに短絡していることをマイクロコンピュータ３に通知し、ステップＳ１１１に進む。  また、ステップＳ１０６でＮｏと判断された場合には、ステップＳ１１０において、第一制御端子Ｖｓ＋が電源電位ＶＢに短絡していることをマイクロコンピュータ３に通知し、同じくステップＳ１１１に進む。
【０１４５】
ステップＳ１１１では、スイッチＳＷ９ＡをＯＦＦとし、プルアップダウン回路４３Ｃの出力を第一制御端子Ｖｓ＋から電気的に遮断する。既に、ステップＳ１０２において、スイッチＳＷ８はＯＦＦとされているので、第一制御端子Ｖｓ＋から見たガスセンサ制御回路５Ａのインピーダンスも、ハイインピーダンスにされる（検査端子ハイインピーダンス化ステップ）。
その後、ステップＳ１４において、実施例１と同じく、ガスセンサ制御回路５Ａの電源を遮断する、運転者等に警告を音声やランプの点灯、点滅等で知らせるなど、ガス検出装置２Ａに短絡が生じている場合の制御を行う。
【０１４６】
本実施例２にかかるガス検出システム１Ａを用いた短絡の検査方法によれば、１種類の検査電流Ｉｃを流すだけで、グランド電位ＧＮＤ及び電源電位ＶＢへの短絡の有無を診断することができ、短絡の有無をより簡易、迅速に検査することができる。
なお、上記した検査例５では、グランド電位ＧＮＤへの短絡を先に判断し（ステップＳ１０５）、その後、電源電位ＶＢへの短絡を後から判断した（ステップＳ１０６）。しかし、この逆にしても良いことは明らかである。
【実施例３】
【０１４７】
次いで、本発明の第三の実施形態にかかるガス検出システムについて、図１１〜図１３を用いて説明する。
排気ガス中の被測定ガスを測定するガス検出システムは、図１１に示すガスセンサ素子１１０及びガスセンサ制御回路１５０からなるガス検出装置１０２を含んでいる。また、このガス検出システムは、図示しないが、ガスセンサ素子１１０を作動温度に保つヒータ、ヒータを制御するヒータ制御回路及びマイクロコンピュータを含んでいる。これらのヒータ、ヒータ制御装置及びマイクロコンピュータは、実施例１及び実施例２のガス検出システムと同様であるため、説明を省略する。
【０１４８】
ガソリンエンジンの排気ガス系に配設されるガスセンサ素子１１０は、薄板状の酸素イオン伝導性固体電解質体であるジルコニアからなり、その両面に白金で形成された一対の電極を有する検知セル１２０を含んでいる。検知セル１２０を挟む電極は、ガスセンサ素子１１０の第一素子端子１１０Ｔ１及び第二素子端子１１０Ｔ２にそれぞれ接続されている。
【０１４９】
ガスセンサ制御回路１５０は、素子端子１１０Ｔ１，１１０２と、配線Ｌ１，Ｌ２を介してそれぞれ接続する第一制御端子Ｖｓ＋と第二制御端子ＣＯＭとを有している。このガスセンサ制御回路１５０は、ガスセンサ素子１１０を制御して、被測定ガスの酸素濃度を検知する回路である。
【０１５０】
まず、このガスセンサ制御回路１５０のうち、第一制御端子Ｖｓ＋に接続している回路について説明する。この第一制御端子Ｖｓ＋には、オペアンプ１５１、及び定電流源１５５，１５６の出力端が、それぞれ、スイッチＳＷ１００，ＳＷ１０２，ＳＷ１０３を介して接続されている。また、第一制御端子Ｖｓ＋の電位を測定する電位モニタ回路１５７も接続されている。
【０１５１】
このうち、オペアンプ１５１は、その非反転入力端子に、出力電位が調整可能な可変電圧源１５３が接続されており、この可変電圧源１５３が発生する電位を、第一制御端子Ｖｓ＋に向けて出力する。このオペアンプ１５１については、スイッチＳＷ１００をＯＦＦとすることで、第一制御端子Ｖｓ＋から見た、このオペアンプ１５１のインピーダンスを、ハイインピーダンスとすることができる。
また、定電流源１５５は、第一制御端子Ｖｓ＋から流出する向きの正方向検査電流Ｉｍを供給する。一方、定電流源１５６は、これとは逆向きの負方向検査電流Ｉｎを供給する。定電流源１５５，１５６についても、スイッチＳＷ１０２，１０３をＯＦＦとすることで、第一制御端子Ｖｓ＋から見た定電流源１５５，１５６のインピーダンスを、ハイインピーダンス、つまり、定電流源１５５，１５６が切り離されたのと同じ状態とすることができる。
一方、電位モニタ回路１５７の入力端は、第一制御端子Ｖｓ＋に直接接続されている。第一制御端子Ｖｓ＋から見て、電位モニタ回路１５７の入力端は、常にハイインピーダンスであるからである。なお、電位モニタ回路１５７は、実施例１の電位モニタ回路４１と同じく、公知のＡ／Ｄ変換器を含み、第一制御端子Ｖｓ＋の電位をデジタル値に変換した上でその値をマイクロコンピュータに出力する。
【０１５２】
かくして、この第一制御端子Ｖｓ＋からガスセンサ制御回路１５０を見たとき、スイッチＳＷ１００，ＳＷ１０２，ＳＷ１０３をいずれもＯＦＦとした場合には、ハイインピーダンスとなる。つまり、この場合には、第一制御端子Ｖｓ＋から電気的に遮断された状態に見えるようにすることができる。
【０１５３】
ついで、ガスセンサ制御回路１５０のうち、第二制御端子ＣＯＭに接続している回路について説明する。この第二制御端子ＣＯＭには、ガス濃度出力回路１５８を通じて、オペアンプ１５２が接続している。
このうち、ガス濃度出力回路１５８は、図示しない電流検出抵抗とＡ／Ｄ変換器を含み、電流検出抵抗に流れる電流に応じたデジタル値にマイクロコンピュータに出力している。
また、オペアンプ１５２は、その非反転入力端子に一定の電位を発生する定電圧源１５４が接続されており、この定電圧源１５４が発生する電位を出力する。
【０１５４】
このオペアンプ１５２の出力端はスイッチＳＷ１０１を介してガス濃度出力回路１５８に接続されている。このガス濃度出力回路１５８は、上述したように、電流検出抵抗からなっているので、このスイッチＳＷ１０１の切り換えにより、第二制御端子ＣＯＭから見たガス濃度出力回路１５８及びオペアンプ１５２のインピーダンスを、低インピーダンスとしたり、ハイインピーダンスとしたりすることができる。
【０１５５】
かくして、この第二制御端子ＣＯＭからガスセンサ制御回路１５０を見たとき、スイッチＳＷ１０１をＯＦＦとした場合には、ハイインピーダンスとなる。つまり、この場合には、第二制御端子ＣＯＭから電気的に遮断された状態にすることができる。
【０１５６】
次いで、ガス検出システムのガス濃度の検出方法について説明する。
検知セル１２０では、検知セル１２０の一方面に接触する被測定ガス中の酸素濃度と、他方面に接触する外気などの基準ガス中の酸素濃度との濃度差に応じて、検知セル１２０に流れる電流が変化する。また、検知セル１２０は、濃度差が一定のとき、検知セル１２０の両面の電極に印加された電圧が変化しても、検知セル１２０に流れる電流は略一定となる特性を有する。本実施例３にかかるガス検出システムは、この検知セル１２０の電流特性を利用した公知の方法を用いて、ガス濃度の検出を行っている。具体的には、ガスセンサ制御回路１５０において、電極への印加電圧が所定範囲に収まるように定電圧源１５４の出力電位を調整し、検知セル１２０に流れる電流値をガス濃度出力回路１５８により測定することで、ガス濃度の検出が行われている。
【０１５７】
なお、ガス検出装置１０２についても、実施例１のガス検出装置２と同様に、第一制御端子Ｖｓ＋に導通する部分Ｃが、電源電位ＶＢまたはグランド電位ＧＮＤに短絡すると、検知セル１２０に不適切な方向の電流や過電流が流れて、ブラックニングや破損などの不具合が生じる虞がある。
【０１５８】
（検査例６：グランド電位への短絡検査＋電源電位への短絡検査）
次いで、本実施例３にかかるガス検知システムにおいて、第一制御端子Ｖｓ＋に正方向検査電流Ｉｍ及び負方向検査電流Ｉｎを流した場合の、第一制御端子Ｖｓ＋の電位の変化、及び、このガス検知システムを用いた、第一制御端子Ｖｓ＋の短絡検査方法について、図１２〜図１３を参照して説明する。
【０１５９】
このうち、図１２は、まず、正方向検査電流Ｉｍを流し、第一制御端子Ｖｓ＋のグランド電位への短絡の有無を判断した後、続けて、負方向検査電流Ｉｎを流して、第一制御端子Ｖｓ＋の電源電位ＶＢへの短絡の有無を検査した場合の、第一制御端子Ｖｓ＋の電位の変化を示すグラフである。すなわち、このグラフでは、前半部分でＧＮＤ短絡検査が実施され、後半部分でＶＢ短絡検査が実施されている。
【０１６０】
図１２のうち、実線は正常時（短絡がないとき）の第一制御端子Ｖｓ＋の電位変化を示すグラフであり、破線は短絡があった場合の第一制御端子Ｖｓ＋の電位変化を示すグラフである。この破線のうち、前半部分は第一制御端子Ｖｓ＋がグランド電位ＧＮＤに短絡している場合の、後半部分は、第一制御端子Ｖｓ＋が電源電位ＶＢに短絡している場合の第一制御端子Ｖｓ＋の電位変化を示すグラフである。なお、検査開始時の第一制御端子Ｖｓ＋の電位（初期値）は、電源電位ＶＢからグランド電位ＧＮＤまでのいずれの値も取り得るため、初期値が電源電位の場合とグランド電位の場合のグラフを示している。
【０１６１】
ＧＮＤ短絡検査（前半）において、短絡がない正常時のうち、第一制御端子Ｖｓ＋の電位の初期値がグランド電位ＧＮＤの場合には、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、正方向検査電流Ｉｍの供給と共に、グランド電位ＧＮＤから電源電位ＶＢに向って徐々に変化する。また、第一制御端子Ｖｓ＋の電位の初期値が電源電位ＶＢの場合には、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は電源電位ＶＢの値のままである。これに対して、第一制御端子Ｖｓ＋がグランド電位に短絡しているときには、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、グランド電位ＧＮＤのまま変化しない。
一方、ＶＢ短絡検査（後半）では、短絡がない正常時には、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、グランド電位ＧＮＤに向って徐々に変化する。一方、第一制御端子Ｖｓ＋が電源電位ＶＢに短絡しているときには、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、電源電位ＶＢのままであり変化しない。
【０１６２】
従って、ＧＮＤ短絡検査において、定電流源１５５から第一制御端子Ｖｓ＋に正方向検査電流Ｉｍの供給を開始してから第一所定時間Ｔｇ（本例では１ｓ）経過後に、第一制御端子Ｖｓ＋の電位がグランド短絡閾電位Ｖｔｇ（本例では１．５Ｖ）より高いかどうかを判断することで、第一制御端子Ｖｓ＋のグランド電位ＧＮＤへの短絡の有無を検査することができる。さらにその後、ＶＢ短絡検査において、定電流源１５６から第一制御端子Ｖｓ＋に負方向検査電流Ｉｎの供給を開始してから第二所定時間Ｔｇｂ（本例では１ｓ）経過後に、第一制御端子Ｖｓ＋の電位が電源短絡閾電位Ｖｔｂ（本例では電源電位ＶＢ−１．５Ｖ）より低いかどうかを判断することで、第一制御端子Ｖｓ＋の電源電位ＶＢへの短絡の有無を検査することができる。
【０１６３】
次いで、本実施例３にかかるガス検出システムにおいて、上述の第一制御端子Ｖｓ＋のグランド電位ＧＮＤへの短絡の有無を検査し、続けて、第一制御端子Ｖｓ＋の電源電位ＶＢへの短絡の有無を検査する場合の検査方法の具体的な手順について、図１３を参照して説明する。
【０１６４】
まず、ステップＳ２００において、ガス検出システムの電源が投入された直後に、ステップＳ２０１に進む。
このステップＳ２０１では、第二制御端子ＣＯＭから見たガスセンサ制御回路１５０のインピーダンスをハイインピーダンス化する。具体的には、スイッチＳＷ１０１をＯＦＦとする。  ついで、ステップＳ２０２では、初期設定として、スイッチＳＷ１００，ＳＷ１０２，ＳＷ１０３もＯＦＦとする。
【０１６５】
ステップＳ２０３では、スイッチＳＷ１０２をＯＮにして、定電流源１５５から正方向検査電流Ｉｍを流す（検査電流供給ステップ）。すると、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、短絡の有無に応じて、図１２の前半部分に示すように変化する。その後、ステップＳ２０４において、マイクロコンピュータが有する図示しないタイマを用いて、第一所定時間Ｔｇ（本例では１ｓ）待機する。
【０１６６】
ステップＳ２０５では、電位モニタ回路１５７により測定される第一制御端子Ｖｓ＋の電位が、グランド短絡閾電位Ｖｔｇ（本例では１．５Ｖ）より大きいか否かを判定する。この判定は、具体的には、マイクロコンピュータにおいて、電位モニタ回路１５７により変換された第一制御端子Ｖｓ＋の電位のデジタル値と、グランド短絡閾電位Ｖｔｇとの比較により行う。
比較の結果、第一制御端子Ｖｓ＋の電位が、グランド短絡閾電位Ｖｔｇよりも大きい場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ２０６に進む。そうでない場合（Ｎｏ）には、第一制御端子Ｖｓ＋がグランド電位ＧＮＤに短絡していると判断して、ステップＳ２１１に進む。
【０１６７】
ステップＳ２０６では、スイッチＳＷ１０２をＯＦＦ状態にして定電流源１５５を電気的に切り離すと共に、スイッチＳＷ１０３をＯＮ状態にして、定電流源１５６により、負方向検査電流Ｉｎを流す。すると、第一制御端子Ｖｓ＋の電位は、短絡の有無に応じて、図１２の後半部分に示すように変化する。
そこで、ステップＳ２０７において、マイクロコンピュータが有する図示しないタイマを用いて、第二所定時間Ｔｇｂ（本例では１ｓ）待機する。
【０１６８】
ついで、ステップＳ２０８では、電位モニタ回路１５７により測定される第一制御端子Ｖｓ＋の電位が、電源短絡閾電位Ｖｔｂ（本例では、ＶＢ−１．５Ｖ）より小さいか否かを判定する。この判定は、具体的には、マイクロコンピュータにおいて、第一制御端子Ｖｓ＋の電位のデジタル値と、電源短絡閾電位Ｖｔｂとの比較により行う。
比較の結果、第一制御端子Ｖｓ＋の電位が電源短絡閾電位Ｖｔｂより小さい場合（Ｙｅｓ）は、第一制御端子Ｖｓ＋の電源電位ＶＢへの短絡はないと判断して、ステップＳ２０９に進む。一方、そうでない場合（Ｎｏ）は、第一制御端子Ｖｓ＋が電源電位ＶＢに短絡していると判断して、ステップＳ２１２に進む。
【０１６９】
ステップＳ２０９では、スイッチＳＷ１０３をＯＦＦとし、定電流源１５６の出力を電気的に遮断する。
その後、ステップＳ２１０において、正常時のガス検出システム（ガス検出装置１０２，ガスセンサ素子１１０）の制御を行う。第一制御端子Ｖｓ＋、あるいはこれに繋がる配線Ｌ１や第一素子端子４Ｔ１が、電源電位にもグランド電位にも短絡しておらず、正常であると判断されたためである。
【０１７０】
一方、ステップＳ２０５においてＮｏと判断された場合には、ステップＳ２１１において、第一制御端子Ｖｓ＋がグランド電位ＧＮＤに短絡していることをマイクロコンピュータに通知し、ステップＳ２１３に進む。  また、ステップＳ２０８においてＮｏと判断された場合には、ステップＳ２１２において、第一制御端子Ｖｓ＋が電源電位ＶＢに短絡していることをマイクロコンピュータに通知し、ステップ２１３に進む。
【０１７１】
このステップＳ２１３では、スイッチＳＷ１０２，ＳＷ１０３をＯＦＦとし、定電流源１５５，１５６の出力端を、第一制御端子Ｖｓ＋から電気的に遮断する。なお、既に、スイッチＳＷ１００もＯＦＦとされているので（ステップＳ２０２）、第一制御端子Ｖｓ＋から見たガスセンサ制御回路１５０のインピーダンスもハイインピーダンスにされる。
その後、ステップＳ２１４において、ガスセンサ制御回路１５０の電源を遮断する、運転者等に音声やランプにより警告するなど、ガス検出装置１０２に短絡が生じている場合の制御を行う。
【０１７２】
上述の検査例では、先に第一制御端子Ｖｓ＋のグランド電位への短絡の有無を検査し、続いて、電源電位ＶＢへの短絡の有無を検査する場合について説明したが、これとは逆の順序とすることもできる。また、必要に応じて、グランド電位のみ、あるいは電源電位のみについて短絡の有無を検査することもできる。
【０１７３】
以上において、本発明を実施例１〜３に即して説明したが、本発明は実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施例１，２においては、２セルタイプの酸素センサ素子を用いたガス検出装置、実施例３においては、１セルタイプの酸素センサ素子を用いたガス検出装置を含むガス検出システムを例示した。しかし、本発明を、他の形態の酸素センサ素子を用いたガス検出装置に適用することもできる。さらには、ＣＯ，ＮＯｘ、Ｈ２など他のガスの濃度を検知するガスセンサ素子を用いたガス検出装置に適用することもできる。
また、実施例１〜３では、ガスセンサ制御回路において、半導体素子によるスイッチを用いて、第一制御端子Ｖｓ＋、及び他の制御端子（第二制御端子ＣＯＭ，第三制御端子Ｉｐ＋）から見たガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスとした。しかし、切り換えにより出力インピーダンスをハイインピーダンスとすることができるスリーステートバッファを用いて、各制御端子から見たガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスとすることもできる。
【０１７４】
また、上述の実施例では、ガスセンサ制御回路のうち、第一制御端子Ｖｓ＋及びこれに接続する配線Ｌ１と第一素子端子４Ｔ１，１１０Ｔ１が、グランド電位あるいは電源電位に短絡しているか否かについて検査をした。しかし、他の端子、例えば、第二制御端子ＣＯＭ及びこれに接続する配線Ｌ２と第二素子端子４Ｔ２，１１０Ｔ２について、短絡の有無を検査するようにしても良い。この場合には、容易に理解できるように、第二制御端子ＣＯＭが検査端子である。一方、第一制御端子Ｖｓ＋及び第三制御端子Ｉｐ＋（あるいは第一制御端子Ｖｓ＋）が非検査端子であるから、これらから見たガスセンサ制御回路のインピーダンスをハイインピーダンスとした上で、第二制御端子ＣＯＭに検査電流を流して、その電位変化から、短絡の有無を検知すれば良い。
【０１７５】
また、上述の実施例では、第一制御端子Ｖｓ＋がグランド電位ＧＮＤあるいは電源電位ＶＢに短絡しているか否かを検査した。第一制御端子Ｖｓ＋、配線Ｌ１、及び第一素子端子４Ｔ１，１１０Ｔ１が、短絡する可能性があるのが、これらの電位だからである。しかし、その他の電位に短絡する可能性がある場合には、この電位に対する短絡が有る場合と無い場合とで、検査電流を供給した場合に、第一制御端子に生じる電位変化の違いを考慮して、検査電流の向きや大きさ、閾電位、比較判断まで待機する所定時間などを適宜設定すれば良い。
【０１７６】
さらに、上述の実施例では、第一制御端子に検査電流を流してから、所定時間（第一所定時間）Ｔｇ，Ｔｂあるいは、第二所定時間Ｔｇｂ，Ｔｂｇ経過後、第一制御端子の電位とグランド短絡閾電位Ｖｇや電源短絡閾電位Ｖｔｂとを比較して、短絡の有無を判断した。しかし、第一制御端子の電位の変化の様子から短絡の有無を判断しても良い。具体的には検査電流を流す前あるいは流した直後と、ある程度の時間経過した時点での第一制御端子の電位の変化の有無や大きさから、短絡の有無を判断しても良い。
【０１７７】
上述の実施例１、２においては、第一制御端子Ｖｓ＋から流出する向きの正方向検査電流Ｉｍを供給する電流源として、定電流源４３Ｍを用いた。しかし、正方向検査電流Ｉｍを供給する電流源として、ガスセンサ素子にバイアス電流Ｉｃｐを供給する定電流源４６を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１７８】
【図１】実施例１及び実施例２にかかるガス検出システムの構成を説明するための説明図である。
【図２】実施例１にかかるガス検出装置の回路構成を説明するための回路図である。
【図３】実施例１にかかるガス検出システムを用いて、ガスセンサ制御回路の第一制御端子Ｖｓ＋についてグランド電位への短絡検査を行った検査例１における、この第一制御端子Ｖｓ＋の電位の変化を示すグラフである。
【図４】実施例１にかかるガス検出システムを用いて、ガスセンサ制御回路の第一制御端子Ｖｓ＋について電源電位への短絡検査を行った検査例２における、この第一制御端子Ｖｓ＋の電位の変化を示すグラフである。
【図５】実施例１にかかるガス検出システムを用いて、ガスセンサ制御回路の第一制御端子Ｖｓ＋について、グランド電位への短絡検査を行い、続いて、電源電位への短絡検査を行った検査例３における、この第一制御端子Ｖｓ＋の電位の変化を示すグラフである。
【図６】実施例１にかかるガス検出システムを用いて、ガスセンサ制御回路の第一制御端子Ｖｓ＋について、電源電位へ短絡検査を行い、続いて、グランド電位への短絡検査を行った検査例４における、この第一制御端子Ｖｓ＋の電位の変化を示すグラフである。
【図７】実施例１にかかるガス検出システムを用いて、ガスセンサ制御回路の第一制御端子Ｖｓ＋について、グランド電位へ短絡検査を行い、続いて、電源電位への短絡検査を行った検査例４についての、検査方法の実行手順を示すフローチャートである。
【図８】実施例２にかかるガス検出装置の回路構成を説明するための回路図である。
【図９】実施例２にかかるガス検出システムを用いて、ガスセンサ制御回路の第一制御端子Ｖｓ＋について、グランド電位ＧＮＤ及び電源電位ＶＢへの短絡検査を行った検査例５における、この第一制御端子Ｖｓ＋の電位の変化を示すグラフである。
【図１０】実施例２にかかるガス検出システムを用いて、ガスセンサ制御回路の第一制御端子Ｖｓ＋について、グランド電位及び電源電位への短絡検査を行った検査例５についての、検査方法の実行手順を説明するためのフローチャートである。
【図１１】実施例３にかかるガス検出装置の構成及び動作を説明するための回路図である。
【図１２】実施例３にかかるガスセンサ制御回路についてＧＮＤ短絡検査及びＶＢ短絡検査を行った検査例６における、この第一制御端子Ｖｓ＋の電位の変化を示すグラフである。
【図１３】実施例３にかかるガス検出システムを用いて、ガスセンサ制御回路の第一制御端子Ｖｓ＋について、グランド電位への短絡検査を行い、続いて、電源電位への短絡検査を行った検査例６についての検査方法の実行手順を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１７９】
１、１Ａ  ガス検出システム
２，２Ａ，１０２  ガス検出装置
４、１１０  ガスセンサ素子
５、５Ａ，１５０  ガスセンサ制御回路
Ｉｐ  ポンプ電流
３２，３４，３６，３４，４０，４４，４２，１５１，１５２  オペアンプ
４１，１５７  電位モニタ回路
４３Ｃ  プルアップダウン回路
４３Ｍ，４３Ｎ，１５５，１５６  定電流源（検査電流供給回路）
ＣＯＭ，Ｉｐ＋，Ｖｓ＋  制御端子
Ｖｓ＋  第一制御端子（検査端子）
ＣＯＭ  第二制御端子（非検査端子、第一非検査端子）
Ｉｐ＋  第三制御端子（非検査端子、第二非検査端子）
Ｖｓ  （第一制御端子の）電位
Ｖｔｇ  グランド短絡閾電位（閾電位、第一閾電位、第二閾電位）
Ｖｔｂ  電源短絡閾電位（閾電位、第二閾電位、第一閾電位）
Ｔｇ，Ｔｂ  （検査電流供給開始からの）所定時間、第一所定時間
Ｔｇｂ，Ｔｂｇ  第二所定時間
ＧＮＤ  グランド電位（第一所定電位）
ＶＢ  電源電位（第二所定電位）
ＳＷ１〜ＳＷ３，ＳＷ６，ＳＷ１００，ＳＷ１０１  スイッチ（非検査端子ハイインピーダンス化回路）
ＳＷ８，ＳＷ９，ＳＷ１０，ＳＷ９Ａ、ＳＷ１０２，ＳＷ１０３  スイッチ（検査端子ハイインピーダンス化回路）
４Ｔ１，４Ｔ２，４Ｔ３、１１０Ｔ１，１１０Ｔ２  （ガスセンサ素子の）素子端子（外部接続端子）
４Ｔ１，１１０Ｔ１  （ガスセンサ素子の）第一素子端子（第一外部接続端子）
４Ｔ２，１１０Ｔ２  （ガスセンサ素子の）第二素子端子（第二外部接続端子）
４Ｔ３  （ガスセンサ素子の）第三素子端子（第三外部接続端子）
【図１】
2006275911.tif 000003
【図２】
2006275911.tif 000004
【図３】
2006275911.tif 000005
【図４】
2006275911.tif 000006
【図５】
2006275911.tif 000007
【図６】
2006275911.tif 000008
【図７】
2006275911.tif 000009
【図８】
2006275911.tif 000010
【図９】
2006275911.tif 000011
【図１０】
2006275911.tif 000012
【図１１】
2006275911.tif 000013
【図１２】
2006275911.tif 000014
【図１３】
2006275911.tif 000015