(57)【要約】増幅回路からの入力信号がＧＮＤとＶｃｃとの中間域において異常値となる故障の診断を高精度に行う。第１の差動増幅回路２１０の出力ＯＰ１に基づく第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと、第２の差動増幅回路２２０の出力ＯＰ２に基づく第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとの少なくとも一方が異常診断範囲ＺＮに含まれるときに、第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとの差分Ｄを求め、その差分Ｄの現在から過去に遡る１６サンプル分を差分蓄積用バッファＢＦに記憶し、これら差分Ｄの積算値（差分積算値）Ｄｉｎｔを求め、その差分積算値Ｄｉｎｔが所定値Ｄｉ０以上となったときに、診断結果が「異常」であると確定する。
2011045908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象の物理的特性または化学的特性に対応した電気信号値を出力するセンサ部と、
前記センサ部から出力される電気信号値を受け取り、前記特性の第１の検出範囲について第１の増幅率で前記電気信号値を増幅する第１増幅部と、
前記センサ部から出力される電気信号値を受け取り、前記特性についての前記第１の検出範囲と少なくとも一部が重なる第２の検出範囲について第２の増幅率で前記電気信号値を増幅する第２増幅部と、
前記第１増幅部からの出力と前記第２増幅部からの出力とに基づいて前記特性を示す値を求め、該値をセンサ検出値として出力する制御部と
を備えるセンサ制御装置において、
前記第１増幅部からの出力に基づく第１の特性換算値と、前記第２増幅部からの出力に基づく第２の特性換算値とを取得する換算値取得部と、
前記第１の検出範囲と第２の検出範囲との重複部分に含まれる所定の範囲を異常診断範囲とし、前記第１および第２の特性換算値のうちの少なくとも一方が前記異常診断範囲に含まれるか否かを判定する換算値判定部と、
前記換算値判定部により前記異常診断範囲に含まれると判定されたときに、前記第１の特性換算値と第２の特性換算値とを対比して、前記第１増幅部を含む信号系統と第２増幅部を含む信号系統とのうちの少なくとも一方で異常が発生したか否かを判定する異常診断部と
を備えることを特徴とするセンサ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ制御装置であって、
前記異常診断部は、
前記第１の特性換算値と第２の特性換算値との差分を算出する差分算出部と、
前記算出された差分に基づいて、前記異常の判定を行う異常判定部と
を備えるセンサ制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のセンサ制御装置であって、
前記差分算出部は、
前記差分についての所定期間における積算値を求める積算値算出部を備え、
前記異常判定部は、
前記積算値が所定値以上となったときに、前記異常である旨の判定を行う構成である、
センサ制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載のセンサ制御装置であって、
前記換算値取得部は、
前記所定期間よりも短い時間に設定された所定時間毎に、前記第１の特性換算値と第２の特性換算値との取得を行う構成であり、
前記差分算出部は、
前記所定時間毎に、前記換算値取得部により取得された前記第１および第２の特性換算値に基づく前記差分の積算値を、現在から過去に遡る複数回分にわたって算出する構成であり、
前記異常判定部は、
前記所定時間毎に、前記差分算出部により算出された積算値が所定値以上となったときに、前記異常である旨の判定を行う構成である、センサ制御装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のセンサ制御装置であって、
前記第２の検出範囲は、前記第１の検出範囲よりも狭く、
前記第２の増幅率は、前記第１の増幅率よりも高い、センサ制御装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のセンサ制御装置であって、
前記センサ部から出力される電気信号値を受け取る複数の増幅回路を備え、
前記増幅回路の１つが、前記第１の増幅率で前記電気信号値を増幅する第１増幅部を構成し、前記増幅回路のもう１つが、前記第２の増幅率で前記電気信号値を増幅する第２増幅部を構成する、センサ制御装置。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかに記載のセンサ制御装置であって、
前記センサ部から出力される電気信号値を受け取る増幅回路を備え、前記増幅回路は、自身の増幅率の切り換えにより前記第１の増幅率と前記第２の増幅率を選択可能とされ、前記第１増幅部は、前記増幅回路を前記第１の増幅率に設定したときに構成され、前記第２増幅部は、前記増幅回路を前記第２の増幅率に設定したときに構成される、センサ制御装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載のセンサ制御装置であって、
前記特性は、前記被測定対象に含まれる特定ガス濃度である、センサ制御装置。
【請求項９】
被測定対象の物理的特性または化学的特性に対応した電気信号値を出力するセンサ部と、前記センサ部から出力される電気信号値を受け取り、前記特性の第１の検出範囲について第１の増幅率で前記電気信号値を増幅する第１増幅部と、前記センサ部から出力される電気信号値を受け取り、前記特性についての前記第１の検出範囲と少なくとも一部が重なる第２の検出範囲について第２の増幅率で前記電気信号値を増幅する第２増幅部とを用いて、前記第１増幅部からの出力と前記第２増幅部からの出力とに基づいて前記特性を示す値を求め、該値をセンサ検出値として出力するセンサ制御方法において、
前記第１増幅部からの出力に基づく第１の特性換算値と、前記第２増幅部からの出力に基づく第２の特性換算値とを取得する換算値取得工程と、
前記第１の検出範囲と第２の検出範囲との重複部分に含まれる所定の範囲を異常診断範囲とし、前記第１および第２の特性換算値のうちの少なくとも一方が前記異常診断範囲に含まれるか否かを判定する判定工程と、
前記判定工程により前記異常診断範囲に含まれると判定されたときに、前記第１の特性換算値と第２の特性換算値とを対比して、前記第１増幅部を含む信号系統と第２増幅部を含む信号系統とのうちの少なくとも一方で異常が発生したか否かを判定する異常診断工程と
を備えることを特徴とするセンサ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ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】
従来、内燃機関の排出ガス中の特定ガスとしての窒素酸化物（以下、単に「ＮＯｘ」と言う。）濃度を検出するセンサが知られている。この種のセンサに接続されるセンサ制御装置として、２系統の増幅回路を用いて前記センサからの出力を広範囲と狭範囲とで各々増幅し、増幅された２信号のうちから一方を選択し、その選択された信号に基づいてＮＯｘ濃度を求めるものが提案されている（下記の特許文献１）。この提案のセンサ制御装置によれば、ＮＯｘ濃度の検出精度を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２０５４８８号公報
【０００４】
しかしながら、前記センサ制御装置では、２つの増幅回路から制御部（例えばマイクロコンピュータ）への各入力信号がＧＮＤショート（地絡）もしくは駆動電圧（電源電圧）ショートとなる故障を診断することができるが、ＧＮＤと駆動電圧との中間域において異常値となる故障を診断することはできないという問題があった。前記中間域において異常値となる故障は、増幅回路の経年劣化や、増幅回路についての実装部品間違い等を原因として発生するもので、前記入力信号が前記中間域で固定値となること、増幅回路のゲインやオフセットが不良となって前記入力信号が望む値と違った値となること等である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、増幅回路からの入力信号がＧＮＤと駆動電圧との中間域（以下、ＧＮＤとＶｃｃとの中間域を単に「中間域」と呼ぶ）において異常値となる故障の診断を、高精度に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために以下の形態または適用例として実現することが可能である。【０００７】
［適用例１］  被測定対象の物理・化学的特性に対応した電気信号値を出力するセンサ部と、前記センサ部から出力される電気信号値を受け取り、前記特性の第１の検出範囲について第１の増幅率で前記電気信号値を増幅する第１増幅部と、前記センサ部から出力される電気信号値を受け取り、前記特性についての前記第１の検出範囲と少なくとも一部が重なる第２の検出範囲について第２の増幅率で前記電気信号値を増幅する第２増幅部と、前記第１増幅部からの出力と前記第２増幅部からの出力とに基づいて前記特性を示す値を求め、該値をセンサ検出値として出力する制御部とを備えるセンサ制御装置において、前記第１増幅部からの出力に基づく第１の特性換算値と、前記第２増幅部からの出力に基づく第２の特性換算値とを取得する換算値取得部と、前記第１の検出範囲と第２の検出範囲との重複部分に含まれる所定の範囲を異常診断範囲とし、前記第１および第２の特性換算値のうちの少なくとも一方が前記異常診断範囲に含まれるか否かを判定する換算値判定部と、前記換算値判定部により前記異常診断範囲に含まれると判定されたときに、前記第１の特性換算値と第２の特性換算値とを対比して、前記第１増幅部を含む信号系統と第２増幅部を含む信号系統とのうちの少なくとも一方で異常が発生したか否かを判定する異常診断部とを備えることを特徴とするセンサ制御装置。【０００８】
［適用例２］  適用例１に記載のセンサ制御装置であって、前記異常診断部は、前記第１の特性換算値と第２の特性換算値との差分を算出する差分算出部と、前記算出された差分に基づいて、前記異常の判定を行う異常判定部とを備えるセンサ制御装置。【０００９】
［適用例３］  適用例２に記載のセンサ制御装置であって、前記差分算出部は、前記差分についての所定期間における積算値を求める積算値算出部を備え、前記異常判定部は、前記積算値が所定値以上となったときに、前記異常である旨の判定を行う構成である、センサ制御装置。【００１０】
［適用例４］  適用例３に記載のセンサ制御装置であって、前記換算値取得部は、前記所定期間よりも短い時間に設定された所定時間毎に、前記第１の特性換算値と第２の特性換算値との取得を行う構成であり、前記差分算出部は、前記所定時間毎に、前記換算値取得部により取得された前記第１および第２の特性換算値に基づく前記差分の積算値を、現在から過去に遡る複数回分にわたって算出する構成であり、前記異常判定部は、前記所定時間毎に、前記差分算出部により算出された積算値が所定値以上となったときに、前記異常である旨の判定を行う構成である、センサ制御装置。【００１１】
［適用例５］  適用例１ないし４のいずれかに記載のセンサ制御装置であって、前記第２の検出範囲は、前記第１の検出範囲よりも狭く、前記第２の増幅率は、前記第１の増幅率よりも高い、センサ制御装置。【００１２】
［適用例６］  適用例１ないし５のいずれかに記載のセンサ制御装置であって、前記センサ部から出力される電気信号値を受け取る複数の増幅回路を備え、前記増幅回路の１つが、前記第１の増幅率で前記電気信号値を増幅する第１増幅部を構成し、前記増幅回路のもう１つが、前記第２の増幅率で前記電気信号値を増幅する第２増幅部を構成する、センサ制御装置。【００１３】
［適用例７］  適用例１ないし５のいずれかに記載のセンサ制御装置であって、前記センサ部から出力される電気信号値を受け取る増幅回路を備え、前記増幅回路は、自身の増幅率の切り換えにより前記第１の増幅率と前記第２の増幅率を選択可能とされ、前記第１増幅部は、前記増幅回路を前記第１の増幅率に設定したときに構成され、前記第２増幅部は、前記増幅回路を前記第２の増幅率に設定したときに構成される、センサ制御装置。【００１４】
［適用例８］  適用例１ないし７のいずれかに記載のセンサ制御装置であって、前記特性は、前記被測定対象に含まれる特定ガス濃度である、センサ制御装置。【００１５】
［適用例９］  被測定対象の物理的特性または化学的特性に対応した電気信号値を出力するセンサ部と、前記センサ部から出力される電気信号値を受け取り、前記特性の第１の検出範囲について第１の増幅率で前記電気信号値を増幅する第１増幅部と、前記センサ部から出力される電気信号値を受け取り、前記特性についての前記第１の検出範囲と少なくとも一部が重なる第２の検出範囲について第２の増幅率で前記電気信号値を増幅する第２増幅部とを用いて、前記第１増幅部からの出力と前記第２増幅部からの出力とに基づいて前記特性を示す値を求め、該値をセンサ検出値として出力するセンサ制御方法において、前記第１増幅部からの出力に基づく第１の特性換算値と、前記第２増幅部からの出力に基づく第２の特性換算値とを取得する換算値取得工程と、前記第１の検出範囲と第２の検出範囲との重複部分に含まれる所定の範囲を異常診断範囲とし、前記第１および第２の特性換算値のうちの少なくとも一方が前記異常診断範囲に含まれるか否かを判定する判定工程と、前記判定工程により前記異常診断範囲に含まれると判定されたときに、前記第１の特性換算値と第２の特性換算値とを対比して、前記第１増幅部を含む信号系統と第２増幅部を含む信号系統とのうちの少なくとも一方で異常が発生したか否かを判定する異常診断工程とを備えることを特徴とするセンサ制御方法。【００１６】
さらに、本発明は、前記適用例９に係るセンサ制御方法の各工程をコンピュータプログラムの各ステップとして実現するコンピュータプログラムの態様で実現することができる。また、このコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の態様で実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
適用例１に係るセンサ制御装置によれば、第１増幅部からの出力と第２増幅部からの出力とに基づいて、被測定対象の物理的特性または化学的特性を示す値が求められる。「物理的特性または化学的特性」とは、物理量または化学量である。さらに、第１増幅部からの出力に基づく第１の特性換算値と、第２増幅部からの出力に基づく第２の特性換算値との対比がなされることで、両特性換算値の少なくとも一方が異常値となったことを知ることができることから、第１増幅部を含む信号系統と第２増幅部を含む信号系統とのうちの少なくとも一方で異常が発生したか否かを判定することができる。したがって、増幅部からの入力信号が中間域において異常値となる故障を高精度に診断することができる。【００１８】
適用例２に係るセンサ制御装置によれば、第１の特性換算値と第２の特性換算値との差分を利用することで、故障診断の精度をより向上することができる。【００１９】
適用例３に係るセンサ制御装置によれば、差分の所定期間における積算値を利用することで、故障診断の精度をより向上することができる。【００２０】
適用例４に係るセンサ制御装置によれば、所定時間毎に、現在から過去に遡る複数回分の差分の積算値が更新されることから、増幅部からの入力が周期性を持つような場合にも確実に異常の判定を行うことができる。【００２１】
適用例５に係るセンサ制御装置によれば、第１の増幅部からの入力信号は比較的、低増幅率の広範囲なものとなり、第２の増幅部からの入力信号は比較的、高増幅率の低範囲なものとなる。このために、制御部において、特性を広範囲に検出したい場合には、第１の増幅部からの入力信号を採用することで、おおまかな分解能の検出が可能となり、一方、特性をピンポイントで検出したい場合には、第２の増幅部からの入力信号を採用することで、高分解能の検出が可能となる。【００２２】
第１増幅部と第２増幅部を構成する複数の増幅回路を備える適用例６に係るセンサ制御装置に本発明を適用することで、第１増幅部を含む信号系統と第２増幅部を含む信号系統とのうち少なくとも一方で異常が発生したか否かを高精度に診断することができる。【００２３】
上記適用例６とは第１増幅部と第２増幅部との具体的構成が異なるが、自身の増幅率の切り換えによって第１増幅部または第２増幅部を構成することになる増幅回路を備える適用例７に係るセンサ制御装置に本発明を適用することで、第１増幅部を含む信号系統と第２増幅部を含む信号系統とのうち少なくとも一方で異常が発生したか否かを高精度に診断することができるといった効果が得られる。【００２４】
適用例８に係るセンサ制御装置によれば、特定ガス濃度の検出が可能となる。【００２５】
適用例９に係るセンサ制御方法は、適用例１に係る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】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施例としてのセンサ制御装置５とその周辺を示す概略構成図である。
【図２】Ｉｐ２検出回路５５の回路構成を示す図である。
【図３】マイクロコンピュータ６０により実行される異常診断処理を示すフローチャートである。
【図４】Ａ／Ｄ変換値に対する第１および第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗ、Ｉｐ２Ｎを示すグラフである。
【図５】差分蓄積用バッファＢＦを示す説明図である。
【図６】本発明の第２実施例のセンサ制御装置において実行される異常診断処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第３実施例のセンサ制御装置におけるＩｐ２検出回路３５５の回路構成を示す図である。
【図８】本発明の第３実施例のセンサ制御装置において実行される異常診断処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら、実施例に基づき説明する。
【００２８】
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．全体構成：
図１は、本発明の第１実施例としてのセンサ制御装置５とその周辺を示す概略構成図である。図中の１はガスセンサであり、センサ制御装置５はガスセンサ１に接続されている。ガスセンサ１はセンサ素子１０を備える。センサ素子１０は、先端側部分における内部構造を示す断面図をもって図示しており、図中左側がセンサ素子１０の先端側となっている。
【００２９】
ガスセンサ１は、内燃機関の排気ガスが排出される排出経路（図示外）に配置される。ガスセンサ１は、内燃機関の排出ガスを被測定対象とし、被測定対象の化学量としてＮＯｘ濃度を検出するために用いられる。ガスセンサ１は、細長で長尺な板状体の形状を有するセンサ素子１０と、ガスセンサ１を排出経路に取り付けるためのハウジング（図示外）とを備える。センサ素子１０は、ハウジング内に保持されている。ガスセンサ１からは、センサ素子１０の出力する信号を取り出すための信号線が引き出されており、ガスセンサ１とは離れた位置に取り付けられるセンサ制御装置５に電気的に接続されている。
【００３０】
センサ素子１０の構造について次に説明する。センサ素子１０は、３枚の板状の固体電解質体１１１，１２１，１３１を、間にアルミナ等からなる絶縁体１４０，１４５をそれぞれ挟んで層状に形成した構造を有する。固体電解質体１３１側の外層（図１における下側）には、アルミナを主体とするシート状の絶縁層１６２，１６３を積層し、その間にＰｔを主体とするヒータパターン１６４を埋設したヒータ素子１６１が設けられている。
【００３１】
固体電解質体１１１，１２１，１３１は、固体電解質であるジルコニアからなり、酸素イオン伝導性を有する。センサ素子１０の積層方向において固体電解質体１１１の両面には、固体電解質体１１１を挟むように多孔質性の電極１１２，１１３がそれぞれ設けられている。電極１１２，１１３は、Ｐｔ又はＰｔ合金あるいはＰｔとセラミックスとを含むサーメット等から形成されている。また、電極１１２，１１３の表面上には、セラミックスからなる多孔質性の保護層１１４が設けられている。保護層１１４は、電極１１２，１１３が排気ガスに含まれる被毒性ガス（還元雰囲気）に晒されることにより電極が劣化しないように保護している。
【００３２】
固体電解質体１１１は、両電極１１２，１１３間に電流を流すことで、電極１１２の接する雰囲気（センサ素子１０の外部の雰囲気）と電極１１３の接する雰囲気（後述する第１測定室１５０内の雰囲気）との間で酸素の汲み出しおよび汲み入れ（いわゆる酸素ポンピング）を行うことができる。本実施の形態では、固体電解質体１１１および電極１１２，１１３を、Ｉｐ１セル１１０と称することとする。
【００３３】
固体電解質体１２１は、絶縁体１４０を挟んで固体電解質体１１１と対向するように配置されている。固体電解質体１１１と同様に、センサ素子１０の積層方向における固体電解質体１２１の両面には、固体電解質体１２１を挟むように多孔質性の電極１２２，１２３がそれぞれ設けられている。電極１２２，１２３は、第１測定室１５０の固体電解質体１２１側において、第１測定室１５０の内側と外側とに設けられている。電極１２２，１２３は、Ｐｔ又はＰｔ合金あるいはＰｔとセラミックスを含むサーメット等から形成されている。電極１２２は、固体電解質体１１１と向き合う側の面に形成されている。
【００３４】
固体電解質体１１１と固体電解質体１２１との間には、小空間としての第１測定室１５０が形成されている。第１測定室１５０は、排気経路内を流通する排気ガスが、センサ素子１０内に最初に導入される小空間である。第１測定室１５０内には、前述の固体電解質体１１１側の電極１１３と、固体電解質体１２１側の電極１２２とが配置されている。また、第１測定室１５０のセンサ素子１０における先端側には、第１測定室１５０内外の仕切りとして、第１測定室１５０内への排気ガスの単位時間あたりの流通量を制限する多孔質性の第１拡散抵抗部１５１が設けられている。同様に、第１測定室１５０のセンサ素子１０における後端側には、後述する第２測定室１６０につながる開口部１４１と第１測定室１５０との仕切りとして、排気ガスの単位時間あたりの流通量を制限する第２拡散抵抗部１５２が設けられている。
【００３５】
両電極１２２，１２３は、主として、固体電解質体１２１により隔てられた雰囲気（電極１２２の接する第１測定室１５０内の雰囲気と、電極１２３の接する後述する基準酸素室１７０内の雰囲気）間の酸素分圧差に応じて起電力を発生する。本実施の形態では、固体電解質体１２１および両電極１２２，１２３を酸素濃度検知セル（以下、単に「Ｖｓセル」と言う。）１２０と言う。即ち、Ｖｓセル１２０は、第１測定室１５０の内側と外側とに設けられた電極１２２，１２３を備える。
【００３６】
固体電解質体１３１は、絶縁体１４５を挟んで固体電解質体１２１と対向するように配置されている。固体電解質体１３１のうちで固体電解質体１２１側に面する側の表面には、多孔質性の電極１３２，１３３が離間して設けられている。多孔質性の電極１３２，１３３は、Ｐｔ又はＰｔ合金あるいはＰｔとセラミックスを含むサーメット等から形成されている。
【００３７】
また、固体電解質体１３１と固体電解質体１２１との間には、絶縁体１４５が配置されておらず、独立した小空間としての基準酸素室１７０が形成されている。基準酸素室１７０内には、電極１３２と、Ｖｓセル１２０の電極１２３とが配置されている。尚、電極１３２と１２０の電極１２３とに挟まれた基準酸素室１７０の空間には、セラミック製の多孔質体が充填されている。
【００３８】
さらに、固体電解質体１３１と固体電解質体１１１との間には、絶縁体１４５が配置されておらず、独立した小空間としての第２測定室１６０が形成されている。第２測定室１６０は、絶縁体１４５により、基準酸素室１７０と隔てられている。そして、第２測定室１６０に連通するように、固体電解質体１２１および絶縁体１４０のそれぞれに開口部１２５，１４１が設けられており、前述したように、第１測定室１５０と開口部１４１とが、間に第２拡散抵抗部１５２を挟んで接続されている。
【００３９】
固体電解質体１３１および両電極１３２，１３３は、前記のＩｐ１セル１１０と同様に、絶縁体１４５により隔てられた雰囲気（電極１３２の接する基準酸素室１７０内の雰囲気と、電極１３３の接する第２測定室１６０内の雰囲気）間にて酸素の汲み出しを行うことができるものであり、本実施の形態ではＩｐ２セル１３０と称することとする。Ｉｐ１セル１１０の第１測定室１５０側の電極１１３、Ｖｓセル１２０の第１測定室１５０側の電極１２２、Ｉｐ２セル１３０の第２測定室１６０側の電極１３３は、基準電位に接続されている。
【００４０】
センサ制御装置５の構成について次に説明する。センサ制御装置５は、ガスセンサ１のセンサ素子１０と電気的に接続されている。センサ制御装置５は、マイクロコンピュータ６０と、電気回路部５８を構成主体としている。
【００４１】
マイクロコンピュータ６０は、公知の構成のＣＰＵ６１，ＲＡＭ６２，ＲＯＭ６３，信号入出力部６４，Ａ／Ｄコンバータ６５および図示外のタイマクロックを備えている。ＣＰＵ６１は、ＲＡＭ６２およびＲＯＭ６３と通信するとともに、信号入出力部６４を介してＥＣＵ９０と通信し、信号入出力部６４およびＡ／Ｄコンバータ６５を介して電気回路部５８と通信する。ＥＣＵ９０からマイクロコンピュータ６０には、例えば、内燃機関への燃料供給に関する情報が入力される。
【００４２】
電気回路部５８は、基準電圧比較回路５１，Ｉｐ１ドライブ回路５２，Ｖｓ検出回路５３，Ｉｃｐ供給回路５４，Ｉｐ２検出回路５５，Ｖｐ２印加回路５６，およびヒータ駆動回路５７を備える。電気回路部５８は、マイクロコンピュータ６０による制御を受けて、ガスセンサ１のセンサ素子１０を用いた排気ガス中のＮＯｘ濃度の検出を行う。
【００４３】
Ｉｃｐ供給回路５４は、Ｖｓセル１２０の電極１２２，１２３間に電流Ｉｃｐを供給し、第１測定室１５０内から基準酸素室１７０内への酸素の汲み出しを行う。Ｖｓ検出回路５３は、電極１２２，１２３間の電圧Ｖｓを検出するための回路であり、その検出結果を基準電圧比較回路５１に対し出力する。基準電圧比較回路５１は、Ｖｓ検出回路５３により検出された電圧Ｖｓを、基準となる基準電圧（例えば４２５ｍＶ）と比較するための回路であり、その比較結果をＩｐ１ドライブ回路５２に対し出力している。
【００４４】
Ｉｐ１ドライブ回路５２は、Ｉｐ１セル１１０の電極１１２，１１３間にＩｐ１電流を供給するための回路である。Ｉｐ１ドライブ回路５２は、基準電圧比較回路５１によるＶｓセル１２０の電極１２２，１２３間の電圧Ｖｓの比較結果に基づいて、電圧Ｖｓが予め設定された基準電圧と略一致するように、Ｉｐ１電流の大きさや向きを調整する。その結果、Ｉｐ１セル１１０では、第１測定室１５０内からセンサ素子１０外部への酸素の汲み出し、あるいはセンサ素子１０外部から第１測定室１５０内への酸素の汲み入れが行われる。換言すると、Ｉｐ１セル１１０では、Ｉｐ１ドライブ回路５２による通電制御に基づき、Ｖｓセル１２０の電極１２２，１２３間の電圧が一定値（基準電圧の値）に保たれるように、第１測定室１５０内における酸素濃度の調整が行われる。
【００４５】
Ｖｐ２印加回路５６は、Ｉｐ２セル１３０の電極１３２，１３３間へ電圧Ｖｐ２（例えば４５０ｍＶ）を印加するための回路であり、第２測定室１６０内から基準酸素室１７０への酸素の汲み出しを制御する。Ｉｐ２検出回路５５は、Ｉｐ２セル１３０の電極１３３から電極１３２に流れた電流Ｉｐ２の値の検出を行う回路である。
【００４６】
ヒータ駆動回路５７は、固体電解質体１１１，１２１，１３１の温度を所定の温度に保たせるための回路である。ヒータ駆動回路５７は、ＣＰＵ６１により制御され、ヒータ素子１６１のヒータパターン１６４へ電流を流し、固体電解質体１１１，１２１，１３１（換言すると、Ｉｐ１セル１１０，Ｖｓセル１２０，Ｉｐ２セル１３０）の加熱を行う。ヒータパターン１６４は、ヒータ素子１６１内で繋がる一本の電極パターンであり、一方の端部が接地され、他方の端部がヒータ駆動回路５７に接続されている。ヒータ駆動回路５７は、固体電解質体１１１，１２１，１３１が狙いとする温度になるように、ヒータパターン１６４をＰＷＭ通電制御して当該ヒータパターン１６４に電流を流す制御を行う。
【００４７】
前記構成のセンサ制御装置５によって、ガスセンサ１のセンサ素子１０を用いた排気ガス中のＮＯｘ濃度の検出が行われる。次に、ガスセンサ１を用いたＮＯｘ濃度の検出の際の動作について説明する。
【００４８】
前述のように、ガスセンサ１のセンサ素子１０を構成する固体電解質体１１１，１２１，１３１は、ヒータ駆動回路５７から駆動電流が流されたヒータパターン１６４の昇温に伴い加熱され、活性化する。加熱により狙いとする温度となったＩｐ１セル１１０，Ｖｓセル１２０およびＩｐ２セル１３０は、以下のように動作する状態になる。
【００４９】
排気経路（図示外）内を流通する排気ガスは、第１拡散抵抗部１５１による流通量の制限を受けつつ第１測定室１５０内に導入される。ここで、Ｖｓセル１２０には、Ｉｃｐ供給回路５４により電極１２３側から電極１２２側へ微弱な電流Ｉｃｐが流される。このため排気ガス中の酸素は、負極側となる第１測定室１５０内の電極１２２から電子を受け取ることができ、電子を受け取った酸素は酸素イオンとなって固体電解質体１２１内を流れ、基準酸素室１７０内に移動する。つまり、電極１２２，１２３間で電流Ｉｃｐが流されることによって、第１測定室１５０内の酸素が基準酸素室１７０内に送り込まれる。
【００５０】
Ｖｓ検出回路５３では、電極１２２，１２３間の電圧Ｖｓが検出される。検出された電圧Ｖｓは、基準電圧比較回路５１により基準電圧（例えば、４２５ｍＶ）と比較されて、その比較結果がＩｐ１ドライブ回路５２に対し出力される。ここで、電極１２２，１２３間の電位差が基準電圧４２５ｍＶ付近で一定となるように、第１測定室１５０内の酸素濃度を調整すれば、第１測定室１５０内の排気ガス中の酸素濃度は所定値（例えば、１０−８〜１０−９ａｔｍ）に近づくこととなる。
【００５１】
そこで、Ｉｐ１ドライブ回路５２では、第１測定室１５０内に導入された排気ガスの酸素濃度が所定値より薄い場合、電極１１２側が負極となるようにＩｐ１セル１１０にＩｐ１電流を流す。その結果、Ｉｐ１セル１１０では、センサ素子１０外部から第１測定室１５０内へ酸素の汲み入れが行われる。一方、第１測定室１５０内に導入された排気ガスの酸素濃度が所定値より濃い場合、Ｉｐ１ドライブ回路５２は、電極１１３側が負極となるようにＩｐ１セル１１０にＩｐ１電流を流す。その結果、Ｉｐ１セル１１０では、第１測定室１５０内からセンサ素子１０外部へ酸素の汲み出しが行われる。このときのＩｐ１電流の大きさと、流れる向きとに基づき、排気ガス中の酸素濃度の検出が可能である。
【００５２】
第１測定室１５０において酸素濃度が調整された排気ガスは、第２拡散抵抗部１５２を介し、第２測定室１６０内に導入される。第２測定室１６０内で電極１３３と接触した排気ガス中のＮＯｘは、電極１３３を触媒としてＮ２とＯ２に分解（還元）される。そして分解された酸素は、電極１３３から電子を受け取り、酸素イオンとなって（解離して）固体電解質体１３１内を流れ、電極１２３（基準酸素室１７０）内に移動する。そして、固体電解質体１３１内を流れる酸素イオンの量に応じたＩｐ２電流、即ちＩｐ２セル１３０を流れるＩｐ２電流は、ＮＯｘ濃度に略比例することから、このＩｐ２電流に基づきＮＯｘ濃度の検出が可能となる。
【００５３】
Ａ−２．Ｉｐ２検出回路の構成：
Ｉｐ２検出回路５５は、前述したように、Ｉｐ２セル１３０の電極１３３から電極１３２に流れた電流Ｉｐ２の値の検出を行う回路であるが、本実施例では、電流Ｉｐ２の値は、２通りの値でもって検出される。Ｉｐ２検出回路５５の詳細な回路構成について次に説明する。
【００５４】
図２は、Ｉｐ２検出回路５５の回路構成を示す図である。図示するように、センサ素子１０の正側端子である電極１３２にはバッファ２０１および電流検出抵抗器２０２を介して前述したＶｐ２印加回路５６が接続されている。
【００５５】
電流検出抵抗器２０２の両端のＡ点およびＢ点には、第１の差動増幅回路２１０と第２の差動増幅回路２２０とが接続されており、第１および第２の差動増幅回路２１０，２２０の出力ＯＰ１，ＯＰ２がマイクロコンピュータ６０に入力される。なお、センサ素子１０および電流検出抵抗器２０２が、適用例１における「センサ部」に相当する。
【００５６】
第１および第２の差動増幅回路２１０，２２０は並列な関係を有し、第１および第２の差動増幅回路２１０，２２０のそれぞれは、オペアンプ２１１、２２１と４本の抵抗器２１２〜２１５、２２２〜２２５とを備えた周知のものである。なお、第２の差動増幅回路２２０側のオペアンプ２２１の＋入力ピンには、前記抵抗器２２５とバッファ２２６を介して１．３８９Ｖの電圧が加えられている。オペアンプ２１１、２２１はバッテリ電源を降圧した一定の駆動電圧（例えば５Ｖ）にて駆動される。
【００５７】
前記の構成により、第１の差動増幅回路２１０は、増幅率（Ｇａｉｎ）が１０倍、オフセット（Ｏｆｆｓｅｔ）が０Ｖとなっている。第２の差動増幅回路２２０は、増幅率が２４倍、オフセットが１．３８９Ｖとなっている。前記第１および第２の差動増幅回路２１０，２２０の出力ＯＰ１，ＯＰ２（センサ素子１０に流れる電流の値を表す電圧信号）は、マイクロコンピュータ６０のＡ／Ｄコンバータ６５に入力される。
【００５８】
第１の差動増幅回路２１０の出力ＯＰ１は、ＮＯｘ濃度の予め定められた広範囲（例えば０〜７００［ｐｐｍ］）でＡ／Ｄコンバータ６５の作動電圧範囲内（例えば０〜５Ｖ）に収まることから、第１の差動増幅回路２１０により、広範囲において適正なる信号出力が実現できる。一方、第２の差動増幅回路２２０の出力ＯＰ２は、ＮＯｘ濃度の予め定められた狭範囲（例えば−１００〜２００［ｐｐｍ］）でＡ／Ｄコンバータ６５の作動電圧範囲内に収まることから、第２の差動増幅回路２２０により、狭範囲において適正なる信号出力が実現できる。
【００５９】
なお、前記「広範囲」が適用例１における「第１の検出範囲」に相当し、第１の差動増幅回路２１０が適用例１における「第１増幅部」に相当する。また、前記「狭範囲」が適用例１における「第２の検出範囲」に相当し、第２の差動増幅回路２２０が適用例１における「第２増幅部」に相当する。
【００６０】
Ａ−３．ＮＯｘ濃度の検出：
図１に戻って、マイクロコンピュータ６０に備えられるＣＰＵ６１は、Ａ／Ｄコンバータ６５から出力される第１および第２のデジタル信号、すなわち、第１および第２の差動増幅回路２１０，２２０の出力ＯＰ１，ＯＰ２のＡ／Ｄ変換値を取り込み、両Ａ／Ｄ変換値のうちから択一的に選択されたＡ／Ｄ変換値に基づいてＮＯｘ濃度（ＮＯｘ濃度換算値）を算出する。詳しくは、第１の差動増幅回路２１０の出力ＯＰ１のＡ／Ｄ変換値に所定値（センサ素子１０に応じて予め定められた定数）を乗算することにより第１のＮＯｘ濃度（ＮＯｘ濃度換算値）を求め、この第１のＮＯｘ濃度が前記狭範囲に含まれないときには、前記第１のＮＯｘ濃度をＮＯｘ濃度の最終的なセンサ検出値として出力する。一方、第１のＮＯｘ濃度が前記狭範囲に含まれるときには、第２の差動増幅回路２２０の出力ＯＰ２のＡ／Ｄ変換値に前記所定値を乗算することにより第２のＮＯｘ濃度（ＮＯｘ濃度換算値）を求め、その第２のＮＯｘ濃度をＮＯｘ濃度の最終的なセンサ検出値として出力する。
【００６１】
このＮＯｘ濃度の算出の処理により、ＮＯｘ濃度をピンポイントで検出したい（換言すれば、ＮＯｘ濃度を低濃度側にて高精度に検出したい）場合には、第２の差動増幅回路２２０の出力ＯＰ２に基づくＡ／Ｄ変換値を採用することで、高分解能の検出が可能となる。なお、マイクロコンピュータ６０と、マイクロコンピュータ６０のＣＰＵ６１により実行される前記ＮＯｘ濃度の算出の処理とが、適用例１における「制御部」に相当する。
【００６２】
Ａ−４．異常診断：
前記構成のセンサ制御装置５に備えられるマイクロコンピュータ６０は、さらに、センサ制御装置５の異常診断を行う。この異常診断について、以下に詳述する。
【００６３】
図３は、マイクロコンピュータ６０のＣＰＵ６１により実行される異常診断処理を示すフローチャートである。この異常診断処理は、所定時間毎に繰り返し実行される。処理が開始されると、ＣＰＵ６１は、まず、センサ素子１０がセンシング可能な状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。具体的には、センサ素子１０に備えられる固体電解質体１１１，１２１，１３１の温度が所定値以上であること、センサ素子１０の電源電圧が所定値以上であること等の条件を全て満たすか否かから、センサ素子１０がセンシング可能な状態にあるか否かを判定する。
【００６４】
ステップＳ１１０で、センサ素子１０がセンシング可能な状態にないと判定されると、ＣＰＵ６１は、予め用意された差分蓄積用バッファをクリアし（ステップＳ１２０）、その後、「リターン」に抜けて、この異常診断処理を一旦終了する。なお、差分蓄積用バッファについては後述する。
【００６５】
一方、ステップＳ１１０で、センサ素子１０がセンシング可能な状態にあると判定されたときには、ＣＰＵ６１は、Ａ／Ｄコンバータ６５から出力される第１および第２のデジタル信号、すなわち、第１および第２の差動増幅回路２１０，２２０の出力ＯＰ１，ＯＰ２のＡ／Ｄ変換値を取り込み、出力ＯＰ１のＡ／Ｄ変換値に所定値を乗算し、出力ＯＰ２のＡ／Ｄ変換値に所定値を乗算することにより第１および第２のＮＯｘ濃度（ＮＯｘ濃度換算値）Ｉｐ２Ｗ、Ｉｐ２Ｎを求める（ステップＳ１３０）。なお、上記の所定値は、センサ素子１０に応じて予め定められた定数である。
【００６６】
図４は、Ａ／Ｄ変換値に対する第１および第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗ、Ｉｐ２Ｎを示すグラフである。グラフの縦軸が第１および第２の差動増幅回路２１０，２２０の出力ＯＰ１，ＯＰ２のＡ／Ｄ変換値であり、グラフの横軸がＮＯｘ濃度である。グラフ中の実線が第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗを示し、一点鎖線が第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎを示す。グラフに示すように、第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗは、広範囲について増幅率が１０倍、オフセットが０Ｖとなっており、第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎは、狭範囲について増幅率が２４倍、オフセットが１．３８９Ｖとなっている。
【００６７】
図３に戻って、ステップＳ１３０の実行後、ＣＰＵ６１は、第１および第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗ、Ｉｐ２Ｎの少なくとも一方が異常診断範囲ＺＮに含まれるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。異常診断範囲ＺＮは、図４に示すように、第１の差動増幅回路２１０の出力ＯＰ１に基づく広範囲と第２の差動増幅回路２２０の出力ＯＰ２に基づく狭範囲との重複部分に含まれる所定の範囲で、本実施例では、例えば５０〜１００［ｐｐｍ］である。ステップＳ１４０で、第１および第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗ、Ｉｐ２Ｎの少なくとも一方が異常診断範囲ＺＮに含まれないと判定された場合には、「リターン」に抜けて、処理を一旦終了する。
【００６８】
一方、ステップＳ１４０で、第１および第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗ、Ｉｐ２Ｎの少なくとも一方が異常診断範囲ＺＮに含まれると判定されたときには、ＣＰＵ６１は、第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎから第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗを減算して差分Ｄを算出する（ステップＳ１５０）。なお、本実施例では、第１および第２のＮＯｘ濃度ＩｐＷ、Ｉｐ２ＮのいずれもＮＯｘ濃度換算された値であるため、第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗから第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎを減算して差分Ｄを算出しても差し支えない。続いて、ＣＰＵ６１は、ステップＳ１５０で算出した差分Ｄを差分蓄積用バッファに記憶する（ステップＳ１６０）。差分蓄積用バッファはＲＡＭ６２（図１）に用意されたもので、詳しくは次の通りのものである。
【００６９】
図５は、差分蓄積用バッファＢＦを示す説明図である。図示するように、差分蓄積用バッファＢＦは、１６個のフィールドＦＤ１〜ＦＤ１６を備え、１６回分の差分Ｄを蓄積することが可能となっている。図中最も左側のフィールドＦＤ１に最新の差分Ｄ（０）が格納され、図中右に向かって順に一つずつ世代（サンプリング回数）が古い差分Ｄ（−１）、Ｄ（−２）、…、Ｄ（−１４）が格納され、図中最も右側のフィールドＦＤ１６に１５代前の差分Ｄ（−１５）が格納されている。
【００７０】
図３のステップＳ１６０の実行の都度に、フィールドＦＤ１〜ＦＤ１５に記憶された各内容を１フィールドだけ右側にシフトし、図中最も左側のフィールドＦＤ１にステップＳ１５０で算出した差分Ｄを記憶する。この結果、差分蓄積用バッファＢＦには、過去１６回分（サンプル分）の差分Ｄが常に更新されて記憶されることになる。
【００７１】
続いて、ＣＰＵ６１は、差分蓄積用バッファＢＦに格納されている各世代の差分Ｄ、すなわち、Ｄ（０）からＤ（−１５）までを足し合わせる（積算する）ことにより、差分積算値Ｄｉｎｔを算出する（ステップＳ１７０）。その後、ＣＰＵ６１は、差分積算値Ｄｉｎｔが所定値Ｄｉ０以上であるか否かを判定する（ステップＳ１８０）。所定値Ｄｉ０は、ノイズや、回路ばらつきを考慮して予め定めた定数であり、例えば２００［ｐｐｍ］である。
【００７２】
ステップＳ１８０で、差分積算値Ｄｉｎｔが所定値Ｄｉ０以上であると判定された場合
に、ＣＰＵ６１は、診断結果を「異常」であると確定する（ステップＳ１９０）。なお、この診断結果は、例えば、ＥＣＵ９０に送信する等して外部に通知する。ステップＳ１９０の実行後、「リターン」に抜けて、この異常診断処理を一旦終了する。一方、ステップＳ１８０で、差分積算値Ｄｉｎｔが所定値Ｄｉ０を下回ると判定された場合には、ＣＰＵ６１は、ステップＳ１９０を実行することなく、すなわち、異常診断結果は「正常」である旨を維持したまま、「リターン」に抜けて、この異常診断処理を一旦終了する。
【００７３】
前記異常診断処理において、ＣＰＵ６１と、ＣＰＵ６１により実行されるステップＳ１３０の処理とが、適用例１における「換算値取得部」に相当する。また、ＣＰＵ６１と、ＣＰＵ６１により実行されるステップＳ１４０の処理とが、適用例１における「換算値判定部」に相当する。ＣＰＵ６１と、ＣＰＵ６１により実行されるステップＳ１５０ないしＳ１９０の処理とが、適用例１における「異常診断部」に相当する。
【００７４】
Ａ−５．実施例効果：
以上詳述したように第１実施例のセンサ制御装置５によれば、第１の差動増幅回路２１０の出力ＯＰ１に基づく第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと、第２の差動増幅回路２２０の出力ＯＰ２に基づく第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとの少なくとも一方が異常診断範囲ＺＮに含まれるときに、第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとの差分Ｄ（本実施例では、差分Ｄ＝第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎ−第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗ）を求め、その差分Ｄの現在から過去に遡る１６サンプル分を差分蓄積用バッファＢＦに記憶し、これら差分Ｄの積算値（差分積算値）Ｄｉｎｔを求め、その差分積算値Ｄｉｎｔが所定値Ｄｉ０以上となったときに、診断結果が「異常」であると確定するように構成されている。第１の差動増幅回路２１０を含む信号系統と第２の差動増幅回路２２０を含む信号系統とのうちの少なくとも一方で異常（故障）が発生すると、第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとの差分Ｄが大きくなり、差分積算値Ｄｉｎｔは大きくなることから、上述したように、差分積算値Ｄｉｎｔが所定値Ｄｉ０以上となったかを判定することで、差動増幅回路２１０、２２０からの入力信号が中間域において異常値となる故障を高精度に診断することができる。
【００７５】
また、第１実施例のセンサ制御装置５によれば、差分蓄積用バッファＢＦを用いた構成により、第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとを取り込む毎に、新しい側の１６サンプル分の差分Ｄの差分積算値Ｄｉｎｔを求めることができることから、差動増幅回路２１０、２２０からの入力信号が周期性を持つような場合にも確実に異常の判定を行うことができる。
【００７６】
Ｂ．第２実施例：
図６は、本発明の第２実施例のセンサ制御装置において実行される異常診断処理を示すフローチャートである。第２実施例のセンサ制御装置は、第１実施例のセンサ制御装置５と比較して、異常診断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。この異常診断処理は、第１実施例の図３に対応したものであり、図６に示すように、マイクロコンピュータのＣＰＵは、第１実施例と同じステップＳ１１０、Ｓ１３０、Ｓ１４０、Ｓ１５０の処理を実行する。
【００７７】
ステップＳ１５０で差分Ｄを算出した後、ＣＰＵは、差分Ｄが所定値Ｄ０以上であるか否かを判定する（ステップＳ２６０）。所定値Ｄ０は、ノイズや、回路ばらつきを考慮し
て予め定めた定数であり、例えば２０［ｐｐｍ］である。ステップＳ２６０で、差分Ｄが所定値Ｄ０以上であると判定された場合には、ＣＰＵは、カウンタ値ＣＮＴを値１だけインクリメントする（ステップＳ２７０）。カウンタ値ＣＮＴは、差分Ｄが所定値Ｄ０以上となった回数をカウントするためのもので、ステップＳ２６０で、差分Ｄが所定値Ｄ０を下回ると判定されたときに、クリアされる（ステップＳ２２０）。
【００７８】
ステップＳ２７０でカウンタ値ＣＮＴをインクリメントした後、ＣＰＵは、カウンタ値ＣＮＴが値１０以上であるか否かを判定し（ステップＳ２８０）、値１０以上であると判定された場合に、ＣＰＵは、診断結果を「異常」であると確定する（ステップＳ１９０）。このステップＳ１９０の処理は第１実施例と同一の処理である。その後、「リターン」に抜けて、この異常診断処理を一旦終了する。一方、ステップＳ２８０で、カウンタ値ＣＮＴが値１０を下回ると判定された場合には、ＣＰＵは、ステップＳ１９０を実行することなく、「リターン」に抜けて、この異常診断処理を一旦終了する。
【００７９】
また、ステップＳ１１０で、センサ素子１０がセンシング可能な状態にないと判定されたときには、ＣＰＵは、「リターン」に抜けて、この異常診断処理を一旦終了する。
【００８０】
以上のように構成された第２実施例のセンサ制御装置によれば、第１実施例と同様に、第１の差動増幅回路からの出力に基づく第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと、第２の差動増幅回路からの出力に基づく第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとの差分に基づいて、異常診断を行っていることから、第１実施例と同様に、差動増幅回路からの入力信号が中間域において異常値となる故障を高精度に診断することができるという効果を奏する。
【００８１】
Ｃ．第３実施例：
本発明の第３実施例のセンサ制御装置について、以下に説明する。第３実施例のセンサ制御装置は、第１実施例のセンサ制御装置５と比較して、Ｉｐ２検出回路の構成および異常診断処理の内容が相違するものであり、その他の構成は同一である。図７は、第３実施例のＩｐ２検出回路３５５の回路構成を示す図であり、差動増幅回路（第３の差動増幅回路）３２０が１つからなり、この第３の差動増幅回路３２０が自身の増幅度を切り換え可能に構成されてなる点で第１実施例のセンサ制御装置５とは構成が異なる。なお、図７では、図１と共通する要素（具体的には、センサ素子１０、Ｖｐ２印加回路５６、バッファ２０１、電流検出抵抗器２０２、マイクロコンピュータ６０、Ａ／Ｄコンバータ６５）については、同一の番号にて表記している。
【００８２】
第３実施例におけるＩｐ２検出回路３５５では、電流検出抵抗器２０２の両端のＡ点およびＢ点に対して第３の差動増幅回路３２０が接続されており、第３の差動増幅回路３２０の出力ＯＰ３がマイクロコンピュータ６０のＡ／Ｄコンバータ６５に入力される。この第３の差動増幅回路３２０において、オペアンプ３２１の非反転入力端子（＋入力ピン）には、抵抗器３２４を介して上記Ａ点の電位が、さらにスイッチＳＷ２を介して１．３８９Ｖまたは０Ｖの出力がオフセット電圧（オフセット）として加えられるようになっている。つまり、スイッチＳＷ２が抵抗器３２５に接続される場合には、抵抗器３２５、バッファ３２６を介して１．３８９Ｖがオペアンプ３２１の＋入力ピンに加えられる一方、スイッチＳＷ２が抵抗器３１５に接続される場合には、抵抗器３１５を介して０Ｖがオペアンプ３２１の＋入力ピンに加えられる。
【００８３】
また、第３の差動増幅回路３２０において、オペアンプ３２１の反転入力端子（−入力ピン）には、抵抗器３２２を介して上記Ｂ点の電位が、さらに抵抗器３２３を介して、オペアンプ３２１自身の出力が加えられている。なお、この抵抗器３２３とは並列に、スイッチＳＷ１と抵抗器３１３とが直列接続された回路が接続されている。このため、スイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦを行うことにより、オペアンプ２２１の−入力ピンとオペアンプ３２１自身の出力との間に介在する帰還抵抗の抵抗値を、抵抗器３２３の抵抗値と、抵抗器３２３，３１３の並列接続の合成値のいずれかに切り換えることができる。この切り換えにより、第３の差動増幅回路３２０の増幅率（ゲイン）を、第１の増幅率（１０倍）と第２の増幅率（２４倍）のいずれかに切り換えることができる。
【００８４】
なお、第３の差動増幅回路３２０は、マイクロコンピュータ６０からの指令に基づき、スイッチＳＷ１がスイッチＳＷ２と同期して切り換えられるよう構成されており、具体的には、スイッチＳＷ１がＯＮすると共にスイッチＳＷ２が抵抗器３１５に接続することにより、増幅率が１０倍、オフセットが０Ｖとなり、スイッチＳＷ２がＯＦＦすると共にスイッチＳＷ２が抵抗器３２５に接続することにより、増幅率が２４倍、オフセットが１．３８９Ｖとなる。第３の差動増幅回路３２０の増幅率が１０倍に切り換えられているときの出力ＯＰ３は、ＮＯｘ濃度の予め定められた広範囲でＡ／Ｄコンバータ６５の作動電圧範囲内（例えば０〜５Ｖ）に収まることから、広範囲において適正なる信号出力が実現できる。一方、第３の作動増幅回路３２０の増幅度が２４倍に切り換えられているときの出力ＯＰ３は、ＮＯｘ濃度の予め定められた狭範囲でＡ／Ｄコンバータ６５の作動電圧範囲内に収まることから、狭範囲において適正なる信号出力が実現できる。
【００８５】
次いで、Ｉｐ２検出回路３５５を備える第３実施例のセンサ制御装置において、マイクロコンピュータ６０が実行するセンサ制御装置の異常診断について説明する。
【００８６】
図８は、マイクロコンピュータ６０のＣＰＵにより実行される異常診断処理を示すフローチャートである。第３実施例のセンサ制御装置では、当該センサ制御装置が起動された後に、この異常診断処理が割り込み処理によって定期的に実行されるようになっている。異常診断処理が実行されると、ＣＰＵは、まず、センサ素子１０がセンシング可能な状態にあるか否かを判定する（ステップＳ３１０）。この判定は、第１実施例に示すステップＳ１１０の処理と同一であるため、説明は省略する。
【００８７】
ステップＳ３１０で、センサ素子１０がセンシング可能な状態にないと判定されると、ＣＰＵはこの異常診断処理を終了する。一方、ステップＳ３１０で、センサ素子１０がセンシング可能な状態にあると判定されたときには、ＣＰＵは、第３の差動増幅回路３２０の増幅率を２４倍（第２の増幅率）に設定するために、スイッチＳＷ１をＯＦＦし、スイッチＳＷ２を抵抗器３２５に接続するように指令する（ステップＳ３２０）。これにより、第３の差動増幅回路３２０は、増幅率が２４倍、オフセットが１．３８９Ｖに設定される。そして、ステップＳ３３０に進み、第３の差動増幅回路３２０の出力ＯＰ３のＡ／Ｄ変換値を取り込み、出力ＯＰ３のＡ／Ｄ変換値に所定値を乗算して第２のＮＯｘ濃度（ＮＯｘ濃度換算値）Ｉｐ２Ｎを求める。
【００８８】
ステップＳ３３０の実行後、ＣＰＵは、第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎが異常診断範囲ＺＮ（図４参照）に含まれるか否かを判定する（ステップＳ３４０）。ステップＳ３４０にて、第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎが異常診断範囲ＺＮに含まれないと判定されると、ＣＰＵは異常診断処理を終了する。一方、ステップＳ３４０で、第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎが異常診断範囲ＺＮに含まれると判定されたときには、ステップＳ３５０に進み、ＣＰＵは、第３の差動増幅回路３２０の増幅率を１０倍（第１の増幅率）に設定するために、スイッチＳＷ１をＯＮし、スイッチＳＷ２を抵抗器３１５に接続するように指令する。これにより、第３の差動増幅回路３２０は、増幅率が１０倍、オフセットが０Ｖに設定される。そして、ステップＳ３６０に進み、第３の差動増幅回路３２０の出力ＯＰ３のＡ／Ｄ変換値を取り込み、出力ＯＰ３のＡ／Ｄ変換値に所定値を乗算して第１のＮＯｘ濃度（ＮＯｘ濃度換算値）Ｉｐ２Ｗを求める。
【００８９】
ステップＳ３６０の実行後、ＣＰＵは、第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎから第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗを減算して差分Ｄを算出する（ステップＳ３７０）。続いて、ステップＳ３７０にて、算出した差分Ｄを、異常を判定するために設定された所定値Ｄ０（例えば、２００［ｐｐｍ］）以上であるか否かを判定する処理を行う。ステップＳ３７０にて、差分Ｄが所定値Ｄ０以上であると判定された場合には、ＣＰＵは、診断結果を「異常」とする（ステップＳ３９０）。なお、この診断結果は、例えば、ＥＣＵに送信等して外部に通知する。一方、ステップＳ３９０にて、差分値Ｄが所定値Ｄ０を下回ると判定された場合には、ＣＰＵはステップＳ３９０を実行することなく、この異常診断処理を終了する。
【００９０】
以上のように構成された第３実施例のセンサ制御装置によれば、第３の差動増幅回路３２０の増幅率が異なった状態で得られる第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとの差分に基づいて異常診断を行っていることから、差動増幅回路からの入力信号が中間域において異常値となる故障を高精度に診断することができるという効果を奏する。
【００９１】
Ｃ．変形例：
・第１変形例：
前記第１〜第３実施例では、第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと、第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとの差分Ｄに基づいて、異常診断を行っているが、これに換えて、前記第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとの比率に基づいて異常診断を行う構成としてもよい。例えば、前記比率を求めて、比率が異常を判定するための所定値以上であるときに異常であると判定する構成とすることができる。さらに、前記差分や比率に基づく構成に限定される必要もなく、第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとを対比する構成であれば、どのような手法によるものでもよい。
【００９２】
・第２変形例：
前記第１および第２実施例では、異常判定を行うに際し、第１および第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗ、Ｉｐ２Ｎの少なくとも一方が異常診断範囲ＺＮに含まれるか否かを判定していたが、これに換えて、第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗが異常診断範囲ＺＮに含まれるか否かを判定する（第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎについては特に判定しない）構成としてもよいし、あるいは、第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎが異常診断範囲ＺＮに含まれるか否かを判定する（第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗについては特に判定しない）構成としてもよい。前記第１および第２実施例では、第１の差動増幅回路２１０を含む信号系統と第２の差動増幅回路２２０を含む信号系統との双方の異常診断を行うことができ、この第２変形例では、異常診断範囲ＺＮに含まれると判断されたＮＯｘ濃度Ｉｐ２側の差動増幅回路を含む信号系統の異常診断を行うことができる。
【００９３】
・第３変形例：
前記第１〜第３実施例では、第１の検出範囲としての広範囲（０〜７００［ｐｐｍ］）と、第２の検出範囲としての狭範囲（−１００〜２００［ｐｐｍ］）とが一部分で重なる構成としていたが、これに換えて、狭範囲を例えば０〜２００［ｐｐｍ］として、広範囲が狭範囲を内包する構成としてもよい。さらに、第１および第２実施例では、第１の差動増幅回路２１０はゲインが１０倍、オフセットが０Ｖであり、第２の差動増幅回路２２０はゲインが２４倍、オフセットが１．３８９Ｖである構成を採り、また、第３実施例では第３の差動増幅回路３２０を、ゲインが１０倍、オフセットが０Ｖの状態と、ゲインが２４倍、オフセットが１．３８９Ｖの状態とで切り替える構成を採るようにしたが、これらゲインおよびオフセットは、第１の検出範囲と第２の検出範囲とを一部分で重ならせることができれば、どのような値とすることもできる。
【００９４】
・第４変形例：
前記第１実施例では、差分蓄積用バッファＢＦに１６個のフィールドＦＤ１〜ＦＤ１６を設け、現在から過去に遡る１６サンプル分の差分を積算する構成としたが、これに換えて、他の数のサンプル分を積算する構成としてもよい。なお、この場合には、差分積算値Ｄｉｎｔについての閾値Ｄｉ０は、その数に応じた、第１実施例とは異なった値となる。
【００９５】
・第５変形例：
センサ制御装置５が制御するガスセンサ１、およびガスセンサ１が備えるセンサ素子１０の構成は適宜変更可能である。例えば、本実施形態のガスセンサ１（センサ素子１０）は、図１において、第１測定室１５０の下側にＶｓセル１２０を備えていたが、Ｖｓセル１２０を備えないガスセンサを制御するセンサ制御装置に、本発明を適用してもよい。
【００９６】
・第６変形例：
前記第１〜第３実施例では、ＮＯｘ濃度を検出可能なガスセンサ１に適用する構成であったが、これに換えて、化学量として酸素濃度、あるいは、ＨＣ濃度やＣＯ濃度を検出可能とするガス濃度センサに適用する構成としてもよい。さらに、自動車用以外のガス濃度検出装置に用いることや、排ガス以外のガスを被検出ガス（例えば、吸気ガス）とすることも可能である。また、ガス濃度センサに限る必要もなく、例えば、被測定対象液体中に含まれる特定成分の濃度等の他の化学量を検出する構成としてもよい。さらに、化学量に限る必要もなく、物理量、例えば、被測定対象ガスの温度や圧力を検出するセンサに適用する構成とすることもできる。
【００９７】
前記実施例および各変形例において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしても良い。
【００９８】
なお、前述した実施例および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、本発明はこれらの実施例および各変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様での実施が可能である。
【符号の説明】
【００９９】
１…ガスセンサ
５…センサ制御装置
１０…センサ素子
５１…基準電圧比較回路
５２…Ｉｐ１ドライブ
５３…Ｖｓ検出回路
５４…Ｉｃｐ供給回路
５５，３５５…Ｉｐ２検出回路
５６…Ｖｐ２印加回路
５７…ヒータ駆動回路
５８…電気回路部
６０…マイクロコンピュータ
６１…ＣＰＵ
６２…ＲＡＭ
６３…ＲＯＭ
６４…信号入出力部
６５…Ａ／Ｄコンバータ
９０…ＥＣＵ
１１１、１３１…固体電解質体
１１２、１１３、１３２、１３３…電極
１３０…Ｉｐ２セル
１５０…第１測定室
１５１…第１拡散抵抗部
１５２…第２拡散抵抗部
１６０…第２測定室
２０１…バッファ
２０２…電流検出抵抗器
２１０…第１の差動増幅回路
２１１…オペアンプ
２２０…第２の差動増幅回路
２２１…オペアンプ
２２６…バッファ
３２０…第３の差動増幅回路
３２１…オペアンプ
Ｉｐ２Ｗ…第１のＮＯｘ濃度
Ｉｐ２Ｎ…第２のＮＯｘ濃度
Ｄ…差分
Ｄｉｎｔ…差分積算値
ＢＦ…差分蓄積用バッファ
ＺＮ…異常診断範囲
ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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