(57)【要約】【課題】２つのセルを有するガスセンサの故障を診断するガスセンサ制御装置を、１つのセルのみを有するガスセンサにて故障であるとの誤検知を抑制しつつ適用できるようにする。【解決手段】ガスセンサ制御装置は、被測定ガス中の特定成分を測定するガスセンサ素子に電気的に接続される第１端子部、第２端子部、第３端子部を有するガスセンサ制御装置であって、電位設定部と、ポンプ供給部と、異常診断部と、第１接続部と、第２接続部と、を備える。異常診断部は、特定成分の検知を行う検知モードの際に、第１端子部の電位が所定範囲外となった場合に異常検知信号を出力するように構成される。第１接続部は、第１端子部および第２端子部よりもガスセンサ素子側で第１端子部および第２端子部を電気的に接続した状態で、第１端子部および第２端子部をセルが有する１組の電極のうちの一方に電気的に接続するように構成される。【選択図】図２
2018128353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガス中の特定成分を測定するガスセンサ素子に電気的に接続される第１端子部、第２端子部、第３端子部を有するガスセンサ制御装置であって、
前記ガスセンサ素子は、固体電解質体と該固体電解質上に形成される１組の電極とからなるセルを有し、
前記第３端子部を基準電位に設定する電位設定部と、
前記第１端子部と前記第３端子部との間に生じる電位が目標値となるように前記第２端子部を介して前記ガスセンサ素子にポンプ電流を供給するポンプ供給部と、
前記特定成分の検知を行う検知モードの際に、前記第１端子部の電位が所定範囲外となった場合に異常検知信号を出力する異常診断部と、
前記第１端子部および前記第２端子部よりも前記ガスセンサ素子側で前記第１端子部および前記第２端子部を電気的に接続した状態で、前記第１端子部および前記第２端子部を前記セルが有する１組の電極のうちの一方に電気的に接続するように構成された第１接続部と、
前記第３端子部を前記セルが有する１組の電極のうちの他方に電気的に接続するように構成された第２接続部と、を有し、
前記異常検知信号の出力を禁止するよう構成されてなることを特徴とす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、
前記出力の禁止は、前記所定範囲の閾値を前記第１端子部の電位が異常時であっても成り得ない閾値とすることを特徴とするガスセンサ制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載のガスセンサ制御装置であって、
前記出力の禁止は、前記異常検知信号をキャンセルすることを特徴とするガスセンサ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガスセンサを制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１には、検知セルおよび酸素ポンプセルの２つのセルを有するガスセンサを制御するとともに、ガスセンサの故障を診断する機能を備えたガスセンサ制御装置が提案されている。検知セルはＩＰ＋端子とＣＯＭ端子とに接続され、酸素ポンプセルはＶＳ＋端子とＣＯＭ端子とに接続されて構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０７０１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のガスセンサ制御装置では２つのセルを有するガスセンサを制御するが、上記のガスセンサ制御装置を１つのセルのみを有するガスセンサの制御にも利用したいという要求がある。そこで、ＩＰ＋端子とＶＳ＋端子とをショートさせ、この１つのセルを、ＣＯＭ端子とショートさせた端子とに接続する構成が考えられる。
【０００５】
しかし、上記のガスセンサ制御装置をそのまま１つのセルを有するガスセンサに適用すると、測定対象ガスの酸素濃度が比較的高いときなど、特定の条件下で良好にセンサの制御を実施できない虞がある。具体的には、特定の条件下で特定の端子の電位が低下すると、故障を診断する機能が故障であると誤検知し、センサの作動を停止させるので、測定対象ガスに含まれる特定成分の検知を実施できなくなる虞がある。
【０００６】
本開示の一側面では、２つのセルを有するガスセンサの故障を診断するガスセンサ制御装置を、１つのセルのみを有するガスセンサにて故障であるとの誤検知を抑制しつつ適用できるようにすることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一側面のガスセンサ制御装置は、被測定ガス中の特定成分を測定するガスセンサ素子に電気的に接続される第１端子部、第２端子部、第３端子部を有するガスセンサ制御装置であって、電位設定部と、ポンプ供給部と、異常診断部と、第１接続部と、第２接続部と、を備える。ただし、ガスセンサ素子は、固体電解質体と該固体電解質上に形成される１組の電極とからなるセルを有する。
【０００８】
電位設定部は、第３端子部を基準電位に設定するように構成される。ポンプ供給部は、第１端子部と第３端子部との間に生じる電位が目標値となるように第２端子部を介してガスセンサ素子にポンプ電流を供給するように構成される。
【０００９】
異常診断部は、特定成分の検知を行う検知モードの際に、第１端子部の電位が所定範囲外となった場合に異常検知信号を出力するように構成される。第１接続部は、第１端子部および第２端子部よりもガスセンサ素子側で第１端子部および第２端子部を電気的に接続した状態で、第１端子部および第２端子部をセルが有する１組の電極のうちの一方に電気的に接続するように構成される。
【００１０】
第２接続部は、第３端子部をセルが有する１組の電極のうちの他方に電気的に接続するように構成される。そして、ガスセンサ制御装置は、異常検知信号の出力を禁止するよう構成される。
【００１１】
このようなガスセンサ制御装置によれば、特定成分の検知を行う検知モードの際に、異常検知信号の出力を禁止するので、２つのセルを有するガスセンサの故障を診断するガスセンサ制御装置を、１つのセルのみを有するガスセンサにて故障であるとの誤検知を抑制しつつ適用することができる。
【００１２】
また、本開示の一側面のガスセンサ制御装置において、出力の禁止は、所定範囲の閾値を第１端子部の電位が異常時であっても成り得ない閾値とされてもよい。
このようなガスセンサ制御装置によれば、閾値を変更し、第１端子部の電位が所定範囲外となることを抑制することによって異常検知信号の出力を禁止するので、簡素な構成で異常検知信号の出力を禁止することができる。
【００１３】
また、本開示の一側面のガスセンサ制御装置において、出力の禁止は、異常検知信号をキャンセルすることとしてもよい。
このようなガスセンサ制御装置によれば、異常検知信号をキャンセルすることによって異常検知信号の出力を禁止するので、異常診断部の構成に変更を加えることなく異常検知信号の出力を禁止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】センサ制御装置を備えるガス検知システムの全体構成図である。
【図２】実施形態の異常診断処理を示すフローチャートである。
【図３】検出電圧端子の電位変化を示すグラフである。
【図４】変形例の異常診断処理を示すフローチャート（その１）である。
【図５】変形例の異常診断処理を示すフローチャート（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
なお、本開示は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
【００１６】
［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
図１は、本開示の実施形態としてのガス検知システム１の全体構成図である。ガス検知システム１は、例えば、内燃機関の排気ガス中の特定ガス（本実施形態では、酸素）を検出する用途に用いられる。
【００１７】
ガス検知システム１は、ガス検知装置３と、センサ素子９と、を備える。ガス検知装置３は、センサ制御装置５と、エンジン制御装置７と、を備える。
センサ制御装置５は、センサ素子９を駆動制御して、排気ガス中の酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度をエンジン制御装置７に通知する。センサ制御装置５の詳細については、後述する。
【００１８】
エンジン制御装置７は、内燃機関を制御するための各種制御処理を実行するマイクロコントローラであり、各種制御処理の１つとして、センサ制御装置５が検出した酸素濃度を用いて内燃機関の空燃比制御を行う。
【００１９】
センサ素子９は、酸素を検出する酸素センサである。センサ素子９は、内燃機関（エンジン）の排気管に設けられて、排気ガス中の酸素濃度を広域にわたって検出するものであり、リニアラムダセンサとも呼ばれる。センサ素子９は、センサ素子９と、ヒータ２６と、を備えて構成されている。
【００２０】
センサ素子９は、ポンプセル１４を備えて構成されている。ポンプセル１４は、部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ２）により形成された酸素イオン伝導性の固体電解質体１５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一対の多孔質電極１６と、を有している。
【００２１】
ヒータ２６は、外部からの通電により発熱する発熱抵抗体を備えて構成されている。ヒータ２６は、センサ素子９（特に、ポンプセル１４）を加熱して、センサ素子９をガス検出が可能な活性化状態にするために備えられる。
【００２２】
なお、センサ素子９は、自身の内部に、ポンプセル１４における一対の多孔質電極１６のうち一方が露出する測定室（図示省略）と、他方が露出する基準酸素室（図示省略）と、を備えている。測定室には、外部から多孔質拡散層（図示省略）を介して測定対象ガス（本実施形態では、排気ガス）が導入される。基準酸素室には、外部から基準ガスとしての大気が導入される。
【００２３】
センサ素子９は、いわゆる限界電流方式によって酸素濃度を検出する酸素センサ素子である。ポンプセル１４における印加電圧Ｖｐとポンプ電流Ｉｐとの関係を示す出力特性としては、電圧軸に対して平行で平坦な領域、即ちポンプ電流Ｉｐが一定となる限界電流の領域（限界電流域）があることが知られている。この平坦領域（限界電流域）は、印加電圧Ｖｐが変化してもポンプ電流Ｉｐが実質的に変化せず一定の値（限界電流）を保つ領域である。
【００２４】
この平坦領域は、酸素濃度（即ち空燃比）に対応したポンプ電流Ｉｐを示す限界電流域であり、限界電流の変化が、酸素濃度の変化に対応している。この限界電流域のポンプ電流Ｉｐは、酸素濃度が高くなるほど大きくなることが知られている。このため、センサ素子９のポンプセル１４に対して、限界電流域に応じた印加電圧Ｖｐを付与し、それによって得られるポンプ電流Ｉｐを用いることで、排気ガス中の酸素濃度を検出できる。つまり、排気ガス中の酸素濃度が高くなるほど（空燃比がリーン側になるほど）、ポンプ電流Ｉｐの限界電流は増加し、排気ガス中の酸素濃度が低くなるほど（空燃比がリッチになるほど）、限界電流は減少するので、限界電流に基づいて酸素濃度（空燃比）を検出することができる。
【００２５】
本実施形態では、センサ素子９のポンプセル１４における一対の多孔質電極１６に印加電圧Ｖｐを印加して、一対の多孔質電極１６の間にポンプ電流Ｉｐを流し、このポンプ電流Ｉｐによって酸素をポンピングする（例えば、測定室と基準酸素室との間で酸素を移動させる）。そして、周知のように、ポンピング時のポンプ電流Ｉｐが一定になった電流値（限界電流）に基づいて酸素濃度を検出することができる。
【００２６】
つまり、センサ素子９は、センサ素子９におけるポンピング時のポンプ電流Ｉｐが一定になった電流値（限界電流）に基づいて、測定対象ガス（排気ガス）に含まれている酸素濃度を検出する用途に用いられる。
【００２７】
［１−２．センサ制御装置］
センサ制御装置５は、センサ素子９を駆動制御して、排気ガス中の酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度をエンジン制御装置７に通知するように構成されている。
【００２８】
センサ制御装置５は、ＡＳＩＣ（Application Specific IC）により構成される。図１では、センサ制御装置５については、機能ブロック図として表している。
センサ制御装置５は、ＡＤ変換部３１（アナログデジタル変換部３１）、ＰＩＤ演算部３３、ポンプ電流演算部３４、電流ＤＡ変換部３５（電流デジタルアナログ変換部３５）、ガス検出信号演算部３７、電流供給部４２、基準電位生成部４６、を備えている。また、センサ制御装置５は、Ｒｐｖｓ演算部５１、ヒータ制御量演算部５３、ヒータドライバ５７、を備えている。さらに、センサ制御装置５は、ポンプ電流端子６１（Ｉｐ＋端子６１）、検出電圧端子６３（Ｖｓ＋端子６３）、基準電位端子６５（ＣＯＭ端子６５）、端子監視部６７、異常検出部６９、通信処理部７１、を備える。
【００２９】
センサ素子９のポンプセル１４は、配線として構成された第１接続部８１および第２接続部８２によってセンサ制御装置５に対して電気的に接続される。第１接続部８１は、ポンプ電流端子６１および検出電圧端子６３よりもセンサ素子９側で、ポンプ電流端子６１および検出電圧端子６３を電気的に接続した状態で、ポンプ電流端子６１および検出電圧端子６３をポンプセル１４が有する１組の多孔質電極１６のうちの一方に電気的に接続するように構成される。
【００３０】
第２接続部８２は、基準電位端子６５をポンプセル１４が有する１組の多孔質電極１６のうちの他方に電気的に接続するように構成される。
電流供給部４２は、検出電圧端子６３を介して各種電流をセンサ素子９（詳細には、ポンプセル１４）に供給するように構成されている。各種電流としては、例えば、センサ素子９の内部抵抗値を検出するためのパルス電流Ｉrpvsや、センサ素子９にて酸素をポンピングして酸素基準電極を生成するための微小電流Ｉｃｐなどが挙げられる。電流供給部４２は、これらの電流を常時供給するのではなく、各電流をそれぞれの適切な時期に供給するように構成されている。
【００３１】
基準電位生成部４６は、基準電位端子６５（ＣＯＭ端子６５）の電位を所定電位に設定するものである。具体的には、内燃機関のグランド電位ＧＮＤを基準として基準設定電圧（本実施形態では、例えば２．７Ｖ）を加えた電位を、基準電位端子６５の電位として設定している。なお、本実施形態では、基準電位端子６５の電位が、センサ素子９（ポンプセル１４）を制御する際の基準電位に相当する。
【００３２】
ＡＤ変換部３１は、検出電圧端子６３の電位および基準電位端子６５の電位に基づいてポンプセル１４の両端電圧（検知電圧Ｖｓ）を検出し、検知電圧Ｖｓを示すアナログ値をデジタル値に変換する。ＡＤ変換部３１は、変換後のデジタル値をセンサ制御装置５の各部（例えば、ＰＩＤ演算部３３およびＲｐｖｓ演算部５１など）に通知する。
【００３３】
なお、ポンプセル１４の両端電圧は、電流供給部４２による微小電流Ｉｃｐの入力時または電流ＤＡ変換部３５によるポンプ電流Ｉｐの入力時には、測定室の酸素濃度に応じて変化するセンサ出力信号Ｖｓ１として利用できる。また、ポンプセル１４の両端電圧は、電流供給部４２によるパルス電流Ｉrpvsの入力時には、ポンプセル１４の内部抵抗値に応じて変化する応答信号Ｖｓ２として利用できる。
【００３４】
ＰＩＤ演算部３３は、ポンプ電流制御処理をデジタル処理により実行するように構成されている。ポンプ電流制御処理は、ポンプセル１４の検知電圧Ｖｓ（センサ出力信号Ｖｓ１）が目標制御電圧（本実施形態では、例えば４５０ｍＶ）となるように、ポンプセル１４に通電するポンプ電流Ｉｐを制御するための制御処理である。ポンプ電流制御処理を実行するＰＩＤ演算部３３は、目標制御電圧（４５０ｍＶ）とポンプセル１４の検知電圧Ｖｓとの偏差ΔＶｓに基づいてＰＩＤ演算し、偏差ΔＶｓが０に近づくように（換言すれば、検知電圧Ｖｓが目標制御電圧に近づくように）ポンプセル１４に通電するためのポンプ電流Ｉｐの通電制御値（通電制御電流Ｔｉｐ）を演算する。
【００３５】
ポンプ電流演算部３４は、ＰＩＤ演算部３３で演算された通電制御電流Ｔｉｐを表すデジタル信号から予め定められた第１遮断周波数（本実施形態では、１００Ｈｚ）よりも高い周波数成分を減衰させてなるＤＡＣ制御信号Ｓ１（第１フィルタ信号Ｓ１）をデジタル演算により抽出する。
【００３６】
ＤＡＣ制御信号Ｓ１は、ポンプ電流Ｉｐの通電制御電流Ｔｉｐを示すデジタル信号から第１遮断周波数よりも高い周波数成分（ノイズ成分）が減衰された信号であるため、ポンプ電流Ｉｐの通電制御電流Ｔｉｐを示すデジタル信号であって、ＰＩＤ演算部３３でのデジタル演算で重畳されたノイズ成分が減衰されたデジタル信号である。このため、ポンプ電流Ｉｐ（デジタル信号）のサンプリング周期を高速化した場合であっても、ポンプ電流Ｉｐにおける微分ノイズ成分の増大を抑制できる。
【００３７】
ガス検出信号演算部３７は、ポンプ電流演算部３４で抽出されたＤＡＣ制御信号Ｓ１を表すデジタル信号から予め定められた第２遮断周波数（本実施形態では、５０Ｈｚ）よりも高い周波数成分を減衰させてなるガス検出信号Ｓ２（第２フィルタ信号Ｓ２）をデジタル演算により抽出する。
【００３８】
ガス検出信号Ｓ２は、ＤＡＣ制御信号Ｓ１から第２遮断周波数よりも高い周波数成分（ノイズ成分）が減衰された信号であるため、ＤＡＣ制御信号Ｓ１からさらにノイズ成分（ポンプ電流演算部３４でのデジタル演算で重畳されたノイズ成分）が減衰されたデジタル信号である。
【００３９】
そして、ＤＡＣ制御信号Ｓ１は、ガス検出信号Ｓ２と比べて、フィルタ処理の回数が少ないため、ポンプ電流Ｉｐの通電制御電流Ｔｉｐを示すデジタル信号であって、ポンプセル１４の検知電圧Ｖｓにおける直近の変化状態が相対的に大きく反映されたデジタル信号となる。このようなデジタル信号は、ポンプセル１４の負帰還制御に適した信号となるため、ＤＡＣ制御信号Ｓ１に基づいて生成したポンプ電流Ｉｐをポンプセル１４に対して通電することで、ポンプセル１４の検知電圧Ｖｓにおける直近の変化状態に応じて、ポンプセル１４による酸素のポンピング（汲み出し、汲み入れ）を適切に実行できる。なお、ＤＡＣ制御信号Ｓ１は、ポンプ電流Ｉｐの通電制御値の電流値および通電方向（正方向、逆方向）に関する情報を含んだデジタル信号である。
【００４０】
電流ＤＡ変換部３５は、ポンプ電流演算部３４で演算されたＤＡＣ制御信号Ｓ１（デジタル値）を受信し、受信したＤＡＣ制御信号Ｓ１についてＤＡ変換を行い、ＤＡ変換後のアナログ値としてのポンプ電流Ｉｐをポンプセル１４に対して通電する。
【００４１】
次に、ガス検出信号Ｓ２は、ＤＡＣ制御信号Ｓ１と比べて、フィルタ処理の回数が多いため、ポンプ電流Ｉｐの通電制御電流Ｔｉｐを示すデジタル信号であって、ポンプセル１４の検知電圧Ｖｓにおける長期間の変化状態が相対的に大きく反映されたデジタル信号となる。このようなデジタル信号は、測定対象ガス（排気ガス）に含まれる特定成分（酸素）の検出に適した信号となる。このため、ガス検出信号Ｓ２を排気ガスに含まれる酸素濃度を検出するための信号として用いることで、ポンプセル１４の検知電圧Ｖｓにおける長期間の変化状態に基づいて、排気ガスに含まれる酸素濃度を検出することが可能となる。これにより、酸素濃度の検出精度を向上できる。
【００４２】
通信処理部７１は、ＳＰＩ通信線７２を介したＳＰＩ通信（シリアル・ペリフェラル・インターフェース通信）により、エンジン制御装置７との間で各種情報の送受信を行うための通信制御処理を実行する。通信処理部７１は、センサ制御に関する制御情報を少なくとも含む情報の送受信を行う。例えば、通信処理部７１は、ガス検出信号Ｓ２をエンジン制御装置７に送信する。
【００４３】
また、通信処理部７１は、エンジン制御装置７との通信状態が異常状態（通信異常）であるか否かを判定する機能を有している。通信処理部７１は、通信状態が正常状態と判定すると通信異常フラグＦｃｆをリセットし（Ｆｃｆ＝０）、通信状態が異常状態と判定すると通信異常フラグＦｃｆをセットする（Ｆｃｆ＝１）。通信異常フラグＦｃｆは、センサ制御装置５での各種制御処理に用いられる内部フラグの１つである。通信処理部７１は、通信異常フラグＦｃｆがリセット状態であることを確認した上で、エンジン制御装置７に対して情報を送信する。
【００４４】
エンジン制御装置７は、ガス検出信号Ｓ２に基づいて、排気ガス中の特定ガス（本実施形態では、酸素）の濃度を演算する。つまり、エンジン制御装置７は、測定室の酸素濃度が所定の目標濃度（例えば、理論空燃比相当の酸素濃度）になるようにポンプセル１４に流したポンプ電流Ｉｐの履歴データに基づいて、測定対象ガスに含まれていた酸素濃度を演算する。
【００４５】
なお、センサ制御装置５は、図示しないＥＥＰＲＯＭおよびＲＡＭを備えている。ＥＥＰＲＯＭは、制御処理の内容や制御処理に用いる各種パラメータなどを記憶する記憶部である。また、ＥＥＰＲＯＭは、制御対象となるセンサ素子９の種類や特性に応じて定められる各種情報（ポンプセル１４の許容最大電流など）を記憶している。これらの情報は、センサ制御装置５の製造段階でＥＥＰＲＯＭに記憶される。ＲＡＭは、各種制御処理に用いられる制御データ等を一時的に記憶する記憶部である。
【００４６】
Ｒｐｖｓ演算部５１は、ＡＤ変換部３１から通知された応答信号Ｖｓ２およびセンサ出力信号Ｖｓ１に基づいて、ポンプセル１４の内部抵抗値Ｒｐｖｓを演算する。
ヒータ制御量演算部５３は、デジタル演算により、Ｒｐｖｓ演算部５１で演算された内部抵抗値Ｒｐｖｓに基づいてセンサ素子９の温度を演算し、演算された温度をセンサ目標温度に近づける、あるいは維持するために必要なヒータ発熱量を演算する。ヒータ制御量演算部５３は、演算したヒータ発熱量に基づいて、ヒータ２６に供給するべき電力のＤＵＴＹ比率を演算して、そのＤＵＴＹ比率に応じたＰＷＭ制御信号を生成する。
【００４７】
なお、センサ目標温度は、予め定められた値が記憶部（ＲＯＭ、ＲＡＭなど）に記憶されている。ヒータ制御量演算部５３は、記憶部から読み出したセンサ目標温度を利用して、ＰＷＭ制御信号を生成する。
【００４８】
ヒータドライバ５７は、電源装置５９から供給される電力を用いて、ヒータ制御量演算部５３からのＰＷＭ制御信号に基づいてヒータ２６への通電制御を行う。これにより、ヒータ２６の発熱量は、センサ素子９の温度をセンサ目標温度に近づける、あるいは維持するために必要な発熱量となる。
【００４９】
端子監視部６７は、ポンプ電流端子６１、検出電圧端子６３、基準電位端子６５のそれぞれの電位（アナログ値）を検出し、検出した各電位をＡＤ変換して、変換後の各電位（デジタル値）を異常検出部６９に送信する。
【００５０】
異常検出部６９は、ポンプ電流端子６１、検出電圧端子６３、基準電位端子６５のそれぞれの電位が予め定められた正常範囲に含まれるか否かを判定し、電位が正常範囲を逸脱する端子を異常状態であると判定する。例えば、端子が誤ってグランド電位ＧＮＤに電気的に接続される配線異常状態（グランド短絡異常状態）や、端子が誤って電源装置５９に接続される配線異常状態（バッテリ短絡異常状態）が発生すると、その端子の電位が正常範囲を逸脱することになる。
【００５１】
つまり、異常検出部６９は、各端子（ポンプ電流端子６１、検出電圧端子６３、基準電位端子６５）の電位に基づいて、電流ＤＡ変換部３５，電流供給部４２，基準電位生成部４６のそれぞれとセンサ素子９とを接続する配線における配線異常を少なくとも含む制御異常を検出するように構成されている。そして、異常検出部６９は、各端子のうち少なくとも１つを異常状態と判定した場合には、異常状態と判定された端子の情報を含む異常検知信号を、ＰＩＤ演算部３３やヒータ制御量演算部５３などに送信する。
【００５２】
ＰＩＤ演算部３３およびヒータ制御量演算部５３は、異常検知信号を受信すると、異常検知信号に応じて異常対応処理を実行する。例えば、ＰＩＤ演算部３３は、異常対応処理として、ポンプセル１４への通電を停止する処理を実行する。また、ヒータ制御量演算部５３は、異常対応処理として、ヒータ２６に供給する電力（換言すれば、ヒータに印加する電圧のＤＵＴＹ比率）を低減する処理を実行する。
【００５３】
また、異常状態と判定された端子が存在する場合には、異常検出部６９は、異常状態と判定された端子の情報を含む異常検知信号を、通信処理部７１を介してエンジン制御装置７に送信する。エンジン制御装置７は、異常検知信号の受信中にセンサ制御装置５から出力されるガス検出信号Ｓ２は正常値ではなく異常値であるとして、酸素濃度検出には利用しないように濃度検出処理を実行する。これにより、エンジン制御装置７は、センサ制御装置５からのガス検出信号Ｓ２に基づいて酸素濃度を検出するにあたり、検出精度の低下を抑制できる。
【００５４】
［１−３．センサ作動モード］
センサ制御装置５は、センサ素子９の作動モードを、少なくともガス濃度測定モード（Ａモード）、プロテクションモード（Ｐモード）、活性前通電モード（Ｎ／Ａモード）の何れかに設定可能に構成されている。
【００５５】
ガス濃度測定モードは、排気ガスにおける酸素濃度を検出する場合の作動モードであり、エンジン制御装置７は、エンジンの燃焼制御などを行うために酸素濃度の検出が必要となる場合に、センサ制御装置５に対してこの作動モードに遷移させる。ガス濃度測定モードでは、センサ素子９に対する通電状態をガス濃度測定用通電状態に設定する。
【００５６】
ガス濃度測定用通電状態とは、酸素のポンピングなどのために、センサ素子９のポンプセル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を示す。なお、ポンプセル１４に通電可能な最大電流値は、任意に定められる。
【００５７】
次に、プロテクションモードは、ガスセンサに対する通電状態をセンサ保護用通電状態に設定する作動モードである。センサ保護用通電状態とは、ガスセンサに対する通電を停止する状態を示す。つまり、プロテクションモードは、検出電圧端子６３、基準電位端子６５、ポンプ電流端子６１の何れかの端子電圧が所定の電圧範囲外となった場合に、センサ制御装置５からセンサ素子９に対する出力を全てＯＦＦにすることで、センサ素子９を保護する作動モードである。この作動モードでは、前述の異常対応処理を実施することができる。
【００５８】
次に、活性前通電モードは、センサ素子９に対する通電状態を活性前通電状態に設定する作動モードである。活性前通電状態とは、ガスセンサに対して微小な電流を通電する状態を示す。活性前通電モードでは、センサ素子９において、ポンプセル１４に微小な定電流Ｉｃｐを通電して酸素をポンピングすることにより図示しない基準酸素室に略一定濃度の酸素を蓄積する。
【００５９】
また、このモードでは、ポンプセル１４に対する電流制御は停止する。従って、活性前通電モードでは、ポンプセル１４の負帰還制御は行われない。
［１−４．異常診断処理］
次に、異常検出部６９で実行される異常診断処理について、図２のフローチャートを用いて説明する。異常診断処理は、予め定められた実行周期毎（例えば、１０ｍｓｅｃ毎）に実行される。
【００６０】
異常検出部６９は、異常診断処理のＳ１１０で、ガス濃度測定モードであるか否かを判定する。ガス濃度測定モードであれば、Ｓ１２０で閾値Ｖｓｔｈを変更する。閾値Ｖｓｔｈは、検出電圧端子６３がグランドショートしていることを検知する際に用いられる閾値であり、後述するＳ１３０の処理で、この閾値Ｖｓｔｈよりも検出電圧端子６３が低い場合に検出電圧端子６３がグランドショートしていると判定される。
【００６１】
閾値Ｖｓｔｈを変更する処理では、ガス濃度測定モードの際に、検出電圧端子６３のグランドショートを検知する処理を機能させないようにするために、検出電圧端子６３の電位が成り得ない値に閾値Ｖｓｔｈを変更する。具体的には、閾値Ｖｓｔｈをより低い値に設定する。
【００６２】
ここで、検出電圧端子６３の電位は、図３に示すように、プロテクションモード（Ｐモード）および活性前通電モード（Ｎ／Ａモード）の際には負帰還されないため為、周囲のガス雰囲気に応じた起電力となり、例えば周囲のガス雰囲気がリッチ雰囲気の場合、比較的高い電位であるＶ１に維持される。そして、ガス濃度測定モード（Ａモード）になると、ＰＩＤ演算部３３は、前述の目標制御電圧（図３ではＶ２）になるように負帰還制御をするが、この制御開始直後は、Ｖ１とＶ２との差が比較的大きいため、ＰＩＤ演算部３３は、Ｖ１電圧を低くする方向で最大の電流値を流す。このため、検出電圧端子６３の電位は一時的に概ね０Ｖとなる場合がある。
【００６３】
そこで、本実施形態では、検出電圧端子６３の電位が概ね０Ｖとなったときに、検出電圧端子６３がグランドショートしたと誤検知しないように、閾値Ｖｓｔｈをより低い値に設定する。
【００６４】
一方、Ｓ１１０で、ガス濃度測定モードでなければ、Ｓ１３０に移行する。続いて、異常検出部６９は、Ｓ１３０で、検出電圧端子６３の電位と閾値Ｖｓｔｈとを比較する。検出電圧端子６３の電位が閾値Ｖｓｔｈ以上であれば、Ｓ２１０に移行する。
【００６５】
また、検出電圧端子６３の電位が閾値Ｖｓｔｈ未満であれば、Ｓ１４０で、異常検知信号を出力する。異常検知信号は、異常を検知した旨の信号であり、ここでは、検出電圧端子６３がグランドショートした旨の信号である。
【００６６】
なお、ガス濃度測定モードの際には、閾値Ｖｓｔｈがより低い値に設定されているため、Ｓ１４０の処理が実施されることはない。また、検出電圧端子６３の電位が閾値Ｖｓｔｈ未満である場合には、後述するＳ２３０の処理のように、センサ制御装置５の作動モードをプロテクションモードに遷移させるようにしてもよい。
【００６７】
続いて、異常検出部６９は、Ｓ２１０で、ポンプ電流端子６１の電位と閾値Ｉｐｔｈとを比較する。ここで、ポンプ電流端子６１と検出電圧端子６３とはショートされているため、ポンプ電流端子６１の電位は、検出電圧端子６３の電位と概ね等しくなる。
【００６８】
なお、閾値Ｉｐｔｈは、例えば、ポンプ電流端子６１がグランドショートしていることを検知する際に用いられる閾値である。Ｓ２１０で、ポンプ電流端子６１の電位が閾値Ｉｐｔｈ以上であれば、異常がないものとして異常診断処理を終了する。
【００６９】
また、ポンプ電流端子６１の電位が閾値Ｉｐｔｈ未満であれば、Ｓ２２０で、ポンプ電流端子６１の電位が閾値Ｉｐｔｈ未満となっている継続時間と閾値Ｔｔｈとを比較する。
閾値Ｔｔｈは、ポンプ電流端子６１の電位が一時的でなく、継続して閾値Ｉｐｔｈ未満となっているか否かを判定するための閾値である。検出電圧端子６３の電位と同様に、ポンプ電流端子６１の電位も、図３に示すように、ガス濃度測定モード（Ａモード）になると、一時的に０Ｖ程度まで下降する場合がある。
【００７０】
しかし、検出電圧端子６３の電位は目標制御電圧になるように負帰還制御されるので、ポンプ電流端子６１は、ガス濃度測定モードに遷移してから微小時間Δｔ後には、目標制御電圧に近い値となる。したがって、閾値Ｔｔｈは、微小時間Δｔ以上の値に設定される。
【００７１】
つまり、本処理では、ポンプ電流端子６１の電位が負帰還制御開始時に一時的に閾値Ｉｐｔｈ未満となった場合に異常であると誤判定することを抑制し、継続的に閾値Ｉｐｔｈ未満となった場合だけに異常であると判定するようにしている。
【００７２】
Ｓ２２０で、継続時間が閾値Ｔｔｈ未満であれば、Ｓ２１０に戻る。また、継続時間が閾値Ｔｔｈ以上であれば、異常がある可能性があるものとして、Ｓ２３０で、プロテクションモードに遷移させ、異常診断処理を終了する。
【００７３】
［１−５．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）ガス検知システム１は、被測定ガス中の特定成分を測定するガスセンサ素子９に電気的に接続される検出電圧端子６３、ポンプ電流端子６１、基準電位端子６５を有するガス検知システム１であって、基準電位設定部４６と、ポンプ電流演算部３４と、異常検出部６９と、第１接続部８１と、第２接続部８２と、を備える。ただし、ガスセンサ素子９は、固体電解質体と該固体電解質上に形成される１組の電極とからなるポンプセル１４を有する。
【００７４】
基準電位設定部４６は、基準電位端子６５を基準電位に設定するように構成される。ポンプ電流演算部３４は、検出電圧端子６３と基準電位端子６５との間に生じる電位、すなわち電位差が予め設定された目標値となるようにポンプ電流端子６１を介してガスセンサ素子９にポンプ電流を供給するように構成される。
【００７５】
異常検出部６９は、特定成分の検知を行う検知モードであるガス濃度測定モードの際に、検出電圧端子６３の電位が所定範囲外となった場合に異常検知信号を出力するように構成される。第１接続部８１は、検出電圧端子６３およびポンプ電流端子６１よりもガスセンサ素子９側で検出電圧端子６３およびポンプ電流端子６１を電気的に接続した状態で、検出電圧端子６３およびポンプ電流端子６１をポンプセル１４が有する１組の電極のうちの一方に電気的に接続するように構成される。
【００７６】
第２接続部８２は、基準電位端子６５をポンプセル１４が有する１組の電極のうちの他方に電気的に接続するように構成される。そして、ガス検知システム１は、異常検知信号の出力を禁止するよう構成された出力禁止部を備える。
【００７７】
このようなガス検知システム１によれば、特定成分の検知を行う検知モードの際に、異常検知信号の出力を禁止するので、２つのセルを有するガスセンサの故障を診断するガスセンサ制御装置を、１つのセルのみを有するガスセンサにて故障であるとの誤検知を抑制しつつ適用することができる。
【００７８】
（１ｂ）本開示の一側面のガス検知システム１において、出力の禁止は、所定範囲の閾値を検出電圧端子６３の電位が異常時であっても成り得ない閾値とされる。
このようなガス検知システム１によれば、閾値を変更し、検出電圧端子６３の電位が所定範囲外となることを抑制することによって異常検知信号の出力を禁止するので、簡素な構成で異常検知信号の出力を禁止することができる。
【００７９】
［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【００８０】
（２ａ）上記実施形態では、異常検知信号の出力を禁止する出力禁止部の構成として、Ｓ１２０で閾値Ｖｓｔｈを変更するよう構成したが、これに限定されるものではない。例えば、異常検知信号を出力するよう設定し、この設定をキャンセルするようにしてもよい。
【００８１】
このように構成する場合には、図４に示す異常診断処理を実施するとよい。図４に示す異常診断処理において、異常検出部６９は、まず、Ｓ１１０，Ｓ１２０の処理を省略してＳ１３０，Ｓ１４０の処理を実施する。ただし、Ｓ１４０では、異常検知信号を出力するように設定し、実際の出力は、例えばＳ１６０，Ｓ１７０の処理の後であってＳ２１０の処理の直前で行うとよい。
【００８２】
そして、Ｓ２１０の前に、Ｓ１６０，Ｓ１７０の処理を実施する。異常検出部６９は、Ｓ１６０で、Ｓ１１０と同様に、ガス濃度測定モードであるか否かを判定する。ガス濃度測定モードであれば、Ｓ１７０で、Ｓ１４０にて設定された異常検知信号をキャンセルする。
【００８３】
このようなガス検知システムによれば、異常検知信号をキャンセルすることによって異常検知信号の出力を禁止するので、異常検出部６９の構成に変更を加えることなく異常検知信号の出力を禁止することができる。
【００８４】
（２ｂ）また、上記実施形態では、異常検知信号の出力を禁止する出力禁止部の構成としては、例えば、Ｓ１３０，Ｓ１４０の処理をスキップしてもよい。つまり、ガス濃度測定モードの際には、異常検知信号の出力を行わないようにしてもよい。
【００８５】
このように構成する場合には、図５に示す異常診断処理を実施するとよい。図５に示す異常診断処理において、異常検出部６９は、まず、Ｓ１１０の処理を実施し、ガス濃度測定モードである場合に、Ｓ１３０，Ｓ１４０の処理を省略してＳ２１０に移行するとよい。
【００８６】
これらのようにしても、上記（１ａ）と概ね同様の効果を享受できる。
（２ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【００８７】
（２ｄ）上述したガス検知システム１の他、当該ガス検知システム１の構成要素となる装置など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
（２ｅ）また、センサ制御装置は、上述のようなＡＳＩＣにより構成される形態に限られることはなく、例えば、マイクロコンピュータ（以下、マイコンともいう。）を備える形態であってもよい。マイコンは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび信号入出力部を備える。このようなセンサ制御装置の各種機能は、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、ＲＯＭが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。信号入出力部は、外部機器との間で各種信号の送受信を行う。なお、マイコンを構成するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび信号入出力部のそれぞれの個数は１つでも複数でもよい。また、マイコンが実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。
【００８８】
（２ｆ）本開示は、上述したＡＳＩＣ、マイコンの他、当該マイコンを構成要素とするシステム、当該マイコンとしてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、濃度算出方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
【００８９】
［３．実施形態の構成と本開示の構成との対応関係］
実施形態のガス検知システム１は本開示のガスセンサ制御装置に相当し、実施形態の検出電圧端子６３は本開示の第１端子部に相当する。また、実施形態の第２端子部は本開示のポンプ電流端子６１に相当し、実施形態の第３端子部は本開示の基準電位端子６５に相当する。
【００９０】
また、実施形態の基準電位設定部４６は本開示の電位設定部に相当し、実施形態のポンプ電流演算部３４は本開示のポンプ供給部に相当する。また、実施形態の異常検出部６９が実行するＳ１３０，Ｓ１４０の処理は本開示の異常診断部に相当する。
【符号の説明】
【００９１】
１…ガス検知システム、３…ガス検知装置、５…センサ制御装置、７…エンジン制御装置、９…ガスセンサ素子、１４…ポンプセル、１５…固体電解質体、１６…多孔質電極、２６…ヒータ、６１…ポンプ電流端子、６３…検出電圧端子、６５…基準電位端子、６７…端子監視部、６９…異常検出部、７１…通信処理部、８１…第１接続部、８２…第２接続部。
【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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