(57)【要約】【課題】この発明は、排気ガスセンサの故障診断装置に関し、特に、当該故障診断装置自身の故障を精度よく自己診断することのできる排気ガスセンサの故障診断装置を提供することを目的とする。【解決手段】排気ガスセンサの故障診断装置であって、排気ガスセンサの正極端子にかかる正極電圧を検出する正極電圧検出回路と、負極端子にかかる負極電圧を検出する負極電圧検出回路と、前記正極端子と前記正極電圧検出回路とを接続する正極側センサ線と、前記負極端子と前記負極電圧検出回路とを接続する負極側センサ線と、電源電圧の供給を受け、前記負極端子に所定の基準電圧を印加する基準電圧印加回路と、前記正極電圧と前記負極電圧との電位差に基づいて、前記排気ガスセンサの故障診断を行う故障診断手段と、前記正極電圧および前記負極電圧に基づいて、前記故障診断装置自身の故障診断を行う自己診断手段と、を備える。【選択図】図５
2008014809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中の酸素濃度と相関を有する起電力を発する排気ガスセンサの故障診断装置であって、
前記排気ガスセンサの正極端子にかかる正極電圧を検出する正極電圧検出回路と、
前記排気ガスセンサの負極端子にかかる負極電圧を検出する負極電圧検出回路と、
前記正極端子と前記正極電圧検出回路とを接続する正極側センサ線と、
前記負極端子と前記負極電圧検出回路とを接続する負極側センサ線と、
電源電圧の供給を受け、前記負極端子に所定の基準電圧を印加する基準電圧印加回路と、
前記正極電圧と前記負極電圧との電位差に基づいて、前記排気ガスセンサの故障診断を行う故障診断手段と、
前記正極電圧および前記負極電圧に基づいて、前記故障診断装置自身の故障診断を行う自己診断手段と、
を備えることを特徴とする排気ガスセンサの故障診断装置。
【請求項２】
前記自己診断手段は、
前記正極電圧および前記負極電圧が前記電源電圧である場合に、前記基準電圧印加回路に故障が生じていると診断することを特徴とする請求項１記載の排気ガスセンサの故障診断装置。
【請求項３】
前記自己診断手段は、
前記正極電圧が前記排気ガスセンサに発生する起電力であり、かつ前記負極電圧が前記基準電圧より小さい電圧値である場合に、前記負極側センサ線のグランドショートによる故障が生じていると診断することを特徴とする請求項１記載の排気ガスセンサの故障診断装置。
【請求項４】
前記自己診断手段は、
前記正極電圧が前記電源電圧であり、かつ前記負極電圧が前記基準電圧である場合に、前記正極側センサ線の電源ショートによる故障が生じていると診断することを特徴とする請求項１記載の排気ガスセンサの故障診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気ガスセンサの故障診断装置に関し、特に、当該故障診断装置自身の故障を自己診断する装置として好適な排気ガスセンサの故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２００３−１４６８３号公報に開示されるように、内燃機関の排気通路に配置された酸素センサ（以下、単に「センサ」とも称す）の素子割れによる故障を検出するための装置が知られている。この装置によれば、酸素センサは、大気と排気ガスとの間に介設されるセンサ素子を備え、大気層中の空気と排気ガスとの酸素分圧の差に応じた電圧が出力される。そして、かかる電圧値が、酸素分圧の差が小さい、或いは逆転していることを示す出力パターンである場合に、センサ素子に欠損が生じていると判定して、異常診断を行うこととしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１４６８３号公報
【特許文献２】特開２００４−３４０９１４号公報
【特許文献３】特開２００５−１４０６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した酸素センサの故障診断装置においては、当該故障診断装置自身に故障が発生することがある。すなわち、センサ線のショートまたは断線、回路のパターン剥離あるいは部品故障などにより、回路の導通が遮断されることも想定し得る。これらの故障が発生すると、センサの故障診断を精度よく行うことができないばかりか、正確なセンサ出力を検出することもできないおそれがある。このため、これらの故障を自己診断することのできない従来の装置は、故障診断装置としては不十分なものであり改善が望まれていた。また、上述したセンサ線の破損などに代表される外部故障と回路内部の故障とはその性質を異にするものであるから、故障の部位も含めて故障検出を行うことができると更に好適である。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気ガスセンサの故障診断装置自身の故障を精度よく自己診断することのできる排気ガスセンサの故障診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、排気ガス中の酸素濃度と相関を有する起電力を発する排気ガスセンサの故障診断装置であって、
前記排気ガスセンサの正極端子にかかる正極電圧を検出する正極電圧検出回路と、
前記排気ガスセンサの負極端子にかかる負極電圧を検出する負極電圧検出回路と、
前記正極端子と前記正極電圧検出回路とを接続する正極側センサ線と、
前記負極端子と前記負極電圧検出回路とを接続する負極側センサ線と、
電源電圧の供給を受け、前記負極端子に所定の基準電圧を印加する基準電圧印加回路と、
前記正極電圧と前記負極電圧との電位差に基づいて、前記排気ガスセンサの故障診断を行う故障診断手段と、
前記正極電圧および前記負極電圧に基づいて、前記故障診断装置自身の故障診断を行う自己診断手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記自己診断手段は、
前記正極電圧および前記負極電圧が前記電源電圧である場合に、前記基準電圧印加回路に故障が生じていると診断することを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１の発明において、
前記自己診断手段は、
前記正極電圧が前記排気ガスセンサに発生する起電力であり、かつ前記負極電圧が前記基準電圧より小さい電圧値である場合に、前記負極側センサ線のグランドショートによる故障が生じていると診断することを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１の発明において、
前記自己診断手段は、
前記正極電圧が前記電源電圧であり、かつ前記負極電圧が前記基準電圧である場合に、前記正極側センサ線の電源ショートによる故障が生じていると診断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、当該排気ガスセンサの故障診断装置は、当該センサに生じる電位差に基づいて、当該センサの素子割れ故障の診断を行う。このため、センサの負極端子には所定の基準電圧が印加され、当該センサに生じる負の電位差まで検出することができる仕組みになっている。ここで、当該故障診断装置自身に故障が発生すると、センサの正極電圧および負極電圧には、当該故障の種類および発生部位に応じた特有の変化が生じる。このため、本発明によれば、当該正極電圧および負極電圧の変化に基づいて、故障診断装置の故障発生有無、更にはその発生部位を特定することができる。
【００１１】
第２の発明によれば、基準電圧印加回路はセンサの負極端子に基準電圧が印加されるように電源電圧を整流する。このため、基準電圧印加回路内において外部接点への導通が断線される故障が発生すると、上記整流動作を行うことができずセンサの負極端子に直接電源電圧が印加されてしまう。このような事態が発生すると、正極電圧検出回路および負極電圧検出回路に電源電圧が検出される。このため、本発明によれば、かかる場合に基準電圧印加回路に故障が生じていると診断することができる。
【００１２】
第３の発明によれば、正極電圧にセンサ出力が重畳している場合には、正極電圧検出回路および当該排気ガスセンサは故障していないと判断することができる。一方、センサの負極端子には、基準電圧印加回路により常に基準電圧が印加されている。このため、負極電圧検出回路に基準電圧よりも低い電圧値が検出された場合には、当該排気ガスセンサの負極端子から負極側センサ線を介して負極電圧検出回路および基準電圧印加回路までの間の何れかの部位において、グランドショート（外部接点へのショート）の故障が発生したと判断することができる。ここで、上記回路は基板上に形成されているため外力などの影響を受け難い。このため、これらの回路がグランドにショートする可能性は、外部に露出しているセンサ線に比べ無視できる程に小さい。したがって、本発明によれば、かかる場合に負極側センサ線にグランドショートの故障が生じていると診断することができる。
【００１３】
第４の発明によれば、負極電圧検出回路に基準電圧が検出されている場合には、負極電圧検出回路および基準電圧印加回路は故障していないと判断することができる。一方、正極電圧にはセンサ出力が重畳する。このため、正極電圧検出回路に電源電圧が検出された場合には、当該排気ガスセンサの正極端子から正極側センサ線を介して正極電圧検出回路までの間の何れかの部位において、電源ショート（電源電圧へのショート）の故障が発生したと判断することができる。ここで、上記回路は基板上に形成されているため、外力などの影響を受け難い。このため、当該回路が電源にショートが発生する可能性は、外部に露出しているセンサ線に比べ無視できる程に小さい。したがって、本発明によれば、かかる場合に正極側センサ線にグランドショートの故障が生じていると診断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態１．
［回路構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態の構成を説明するための図を示す。図１に示すように、本実施形態のシステムは、酸素センサ１０とECU(Electronic Control Unit)２０を備えている。本実施形態において、酸素センサ１０は、内燃機関の排気通路に配置され、排気ガス中の酸素濃度に応じたセンサ出力、より具体的には、排気空燃比がリッチであるかリーンであるかを表すセンサ出力を発生することができる。
【００１６】
図１において、酸素センサ１０は、インピーダンス成分と起電力成分とを含むものとして等価的に示されている。すなわち、酸素センサ１０は、被検出ガス中の酸素濃度に応じた電圧を発生する起電力式のセンサである。本実施形態では、正極側センサ線１６および負極側センサ線１８を備え、正極端子１２側が高圧側となり、負極端子１４側が低圧側となるように酸素センサ１０とECU２０が接続されている。ECU２０は、正極端子１２と負極端子１４との間に発生する電圧を見ることで、排気空燃比がリッチであるかリーンであるかを判断することができる。
【００１７】
また、本実施形態において用いられるECU２０は、酸素センサ１０が自ら発する電圧（正極端子１２と負極端子１４との間に発生する電圧）に基づいて排気空燃比に関する情報を取得する機能、酸素センサ１０の素子インピーダンスRsを精度良く検出する機能、センサに生じる負電圧を検出することにより、センサの素子割れ異常を判断する機能、更には正極端子１２および負極端子１４の電圧の変化に基づいて、当該酸素センサの故障診断装置の異常を診断する機能を併せ持つユニットである。以下、ECU２０の回路構成、および上記機能を詳細に説明する。
【００１８】
ECU２０は、第１スイッチ素子２２を備えている。第１スイッチ素子２２には、５Vの定電圧（電源電圧）が供給されている。第１スイッチ素子２２のゲートは、第１ポート２４に連通している。ECU２０は、必要に応じて、この第１ポート２４にON指令を発することにより第１スイッチ素子２２をON状態とする。
【００１９】
第１スイッチ素子２２は、第２抵抗２６を介して第１サンプリング点２８に接続されている。第１サンプリング点２８は、第１抵抗３０を介してECU２０の正極端子１２と導通していると共に、第１コンデンサ３１を介してECU20の外部接点E2と導通している。
【００２０】
第１サンプリング点２８は、時定数の小さなフィルタ回路を介して、第１AD変換器（ADC1）３２に接続されている。上記のフィルタ回路は、直列に接続された２つの抵抗３４、３６と、第１AD変換器３２の入力端子と接地線との間に配置されたコンデンサ３８とを備えている。上記２つの抵抗３４、３６の間には、それらの接続点の電位を５V以下にガードするためのダイオード４０が接続されている。
【００２１】
第１AD変換器３２は、その入力端子に供給されるアナログ信号をディジタル信号に変換して出力することができる。第１AD変換器３２の入力端子には、既述した時定数の小さなフィルタ回路を介して、第１サンプリング点２８の電位が供給されている。このため、第１AD変換器３２は、第１サンプリング点２８の電位を、その電位が高周波で変化する場合においても、精度良くディジタル化して出力することができる。
【００２２】
第１サンプリング点２８には、また、第３抵抗４１を介して第２スイッチ素子４２が接続されている。この第２スイッチ素子４２のゲートには、第２ポート４４が接続されている。ECU２０は、必要に応じて、この第２ポート４４にON指令を発することにより第２スイッチ素子４２をON状態とする。したがって、ECU２０は、第２ポート４４にON指令を発生させることにより、第１サンプリング点２８を、第３抵抗４１を介して外部接点E2に導通させることができる。
【００２３】
ECU２０において、第１抵抗３０と正極端子１２との間には、第２サンプリング点５０が形成されている。第２サンプリング点５０には、酸素センサ１０と並列に配置された出力検出用抵抗５２の一端が接続されている。出力検出用抵抗５２は、酸素センサ１０の素子インピーダンスRsに比して十分に大きなインピーダンスを有している。したがって、第２サンプリング点５０に電源電圧が供給されていない場合（第１スイッチ素子２２がOFFである場合）、第２サンプリング点５０には、負極端子１４の電位と酸素センサ１０起電力との和に相当する電圧が発生する。また、第２サンプリング点５０に電源電圧が供給されている場合（第１スイッチ素子２２がONである場合）は、酸素センサ１０を流れる電流Ｉと、素子インピーダンスRsとの積に相当する電圧が第２サンプリング点５０に発生する。
【００２４】
第２サンプリング点５０には、時定数の小さなフィルタ回路を介して、第２AD変換器（ADC2）５４が接続されている。上記のフィルタ回路は、直列に接続された２つの抵抗５６、５８と、第２AD変換器５４の入力端子と接地線との間に配置されたコンデンサ６０とを備えている。上記２つの抵抗５６、５８の間には、それらの接続点の電位を５V以下にガードするためのダイオード６２が接続されている。
【００２５】
第２AD変換器５４は、その入力端子に供給されるアナログ信号をディジタル信号に変換して出力することができる。第２AD変換器５４の入力端子には、既述した時定数の小さなフィルタ回路を介して、第２サンプリング点５０が接続されている。このため、第２AD変換器５４は、第２サンプリング点５０の電位を、その電位が高周波で変化する場合においても、精度良くディジタル化して出力することができる。
【００２６】
第２サンプリング点５０には、更に、抵抗６４およびコンデンサ６６からなるフィルタ回路を介して、第３AD変換器（ADC3）６８が接続されている。第３AD変換器６８の前段に設けられたフィルタ回路は、十分に大きな時定数を有しており、第２サンプリング点５０における電圧の低周波成分だけを通過させる。このため、第３AD変換器６８は、ノイズなどの影響を受けることなく、第２サンプリング点５０の定常的な電圧値に相当するディジタル信号を精度良く生成することができる。以下、当該回路を「正極電圧検出回路」と称す。
【００２７】
ECU２０において、負極端子１４に導通する第３サンプリング点７０には、抵抗７２を介して５Vの定電圧（電源電圧）が供給されると共に、一端が外部接点E2に導通したダイオード７４が接続されている。これらの回路によれば、第３サンプリング点７０の電位がダイオード７４の閾値電圧（シリコンダイオードの場合は約0.7V）に維持されることから、酸素センサ１０の負極端子１４に常に一定の電圧（以下、「基準電圧V0」と称す）を印加することができる。以下、当該回路を「基準電圧印加回路」と称す。
【００２８】
第３サンプリング点７０には、更に、抵抗７６およびコンデンサ７８からなるフィルタ回路を介して、第４AD変換器（ADC4）８０が接続されている。第４AD変換器８０の前段に設けられたフィルタ回路は、十分に大きな時定数を有しており、第３サンプリング点７０における電圧の低周波成分だけを通過させる。このため、第４AD変換器８０は、ノイズなどの影響を受けることなく、第３サンプリング点７０の定常的な電圧値に相当するディジタル信号を精度良く生成することができる。以下、当該回路を「負極電圧検出回路」と称す。
【００２９】
［ECUの動作説明］
（酸素濃度情報の検出処理）
ECU２０は、酸素センサ１０の素子インピーダンスRsを検出しようとする場合を除き、第１ポート２４をOFFとする。第１ポート２４がOFFであれば第１スイッチ素子２２がOFFとなり、第２サンプリング点５０と第３サンプリング点７０との電位差は、定常的には酸素センサ１０の起電力に相当する値となる。この場合、第３AD変換器６８の出力は酸素センサ１０の正極のセンサ出力と一致する値となり、第４AD変換器８０の出力は酸素センサ１０の負極のセンサ出力と一致する値となる。ECU２０は、そのような状況下で第３AD変換器６８および第４AD変換器８０が発するディジタル信号を所定周期毎（例えば、４msec毎）に検出し、その検出値に基づいて排気ガス中の酸素濃度に関する情報を取得する。
【００３０】
（素子インピーダンスRsの算出処理、およびマイナス掃引処理）
酸素センサ１０の温度は、素子インピーダンスRsと相関を有するため、素子インピーダンスRsが正確に検知できると便利である。また、素子インピーダンスRsが正確に検知できれば、その値から、酸素センサ１０の異常診断を行うことも可能である。このため、ECU２０は素子インピーダンスRsを算出する。より具体的には、図１に示す第１抵抗３０、センサ１０、および第１コンデンサ３１からなる「R1・Rs-C1並列回路」に第１ポート２４をONとすることにより所定の電圧が印加される。そして、R1・Rs-C1並列回路上の第１サンプリング点２８および第２サンプリング点５０に生ずる電位VS1、VS2が検出され、これらの値に基づいて、素子インピーダンスが精度良く算出される。
【００３１】
また、酸素センサ１０は、起電力成分およびインピーダンス成分に加えて容量成分を有している。このため、素子インピーダンスRsの算出のためにセンサに電圧が印加されると、容量成分に電荷が蓄電される。このため、電圧印加が停止された後であっても、蓄電された電荷が放電されるまでの間は正確な検出信号を出力することができない。
【００３２】
そこで、本実施形態の回路によれば、酸素センサ１０に蓄えられた電荷を強制的に放電するためにマイナス掃引処理を実行する。より具体的には、ECU２０は、素子インピーダンスRsを算出すべく第１ポート２４をON→OFFさせた後、所定期間だけ第２ポート４４をONさせる。これにより、第１サンプリング点２８に第３抵抗４１を介して外部接点E2が導通し、酸素センサ１０に蓄えられた電荷が強制放電されるため、素子インピーダンスRsの算出に伴う電圧印加に影響されることなく、排気ガス中の酸素濃度に関する情報を正しく検知することができる。尚、上記電位VS1およびVS2に基づく素子インピーダンスRsの算出手法、および上記マイナス掃引処理は、本発明の主要部ではなく、かつ公知の手法のため、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００３３】
（酸素センサの故障検出処理）
酸素センサ１０は、内燃機関の排気通路に配置され、排気ガス中の酸素濃度差に応じたセンサ出力を発生することができる。ここで、センサが正常な状態においては、排気ガスの酸素濃度が大気ガスよりも高くなることはないため、センサ出力値は常に正の値となる。しかしながら、センサ素子に割れが発生した場合においては、排気ガスが大気ガス側へ流出しうるため、大気ガス側と排気ガス側の酸素濃度が逆転する事態が発生しうる。かかる状態においてはセンサ出力が負の値となるため、負のセンサ出力値を検出することができれば、精度良くセンサ素子割れを検知することが可能となる。
【００３４】
上述したとおり、本実施の形態の回路によれば、負極端子１４には基準電圧V0が印加されており、第３AD変換器６８、および第４AD変換器８０により、酸素センサ１０の正極端子１２にかかる正極電圧V3および負極端子１４にかかる負極電圧V4を検出することができる。このため、酸素センサ１０の出力値が負の値となる場合、すなわち正極電圧V3と負極電圧V4の電位差が逆転する場合を検出することができ、精度良くセンサ素子割れを診断することができる。
【００３５】
［本実施の形態の特徴的動作］
次に、図２乃至４を参照して、本実施の形態の特徴的動作である当該酸素センサの故障診断装置の異常検出について説明する。
【００３６】
上述したとおり、酸素センサ１０の正極電圧V3および負極電圧V4に基づいて、酸素センサ１０の素子割れを検出することとしている。ここで、上述した酸素センサの故障診断装置においては、当該故障診断装置自身に故障が発生することがある。すなわち、センサ線のショートまたは断線、回路のパターン剥離あるいは部品故障などにより、回路の導通が遮断されることも想定し得る。これらの故障が発生すると、センサの故障診断を精度よく行うことができないばかりか、正確なセンサ出力を検出することもできないおそれがある。そこで、本実施の形態においては、正極電圧V3および負極電圧V4の変化に基づいて、故障診断装置自身の故障有無および故障部位を自己診断することとする。
【００３７】
［基準電圧印加回路の断線による故障］
図２は、図１の矢印Ａ部に示す基準電圧印加回路のダイオード７４付近に断線故障が発生した場合の正極電圧V3、負極電圧V4の変化、およびセンサ出力値の変化を示した図である。この図に示すとおり、ダイオード７４付近に断線故障が発生する前は、負極電圧V4は基準電圧を示し、正極電圧V3はセンサ１０に発生する起電力と負極電圧V4（基準電圧値）との和に相当する値を示している。このため、正極電圧V3と負極電圧V4との差がセンサ出力値として算出されている。
【００３８】
ここで、上述したとおり、ダイオード７４は第３サンプリング点７０の電位を基準電圧(0.7V)に保つべく、供給される電源電圧の大部分を外部接点E2に放出する整流動作を行っている。このため、ダイオード７４の断線などにより、基準電圧印加回路の第３サンプリング点７０と外部接点E2の導通が遮断されると、第３サンプリング点７０の電位が電源電圧に上昇してしまう。
【００３９】
このような断線故障が発生すると、酸素センサ１０に電源電圧が直接印加されることとなるため、図２に示すとおり、正極電圧V3および負極電圧V4は当該回路の電源電圧（5V）に変化し、センサ出力値は略０となる。したがって、正極電圧V3および負極電圧V4に電源電圧が検出されているか否かを判断することで、当該基準電圧印加回路の断線故障の発生有無を診断することができる。
【００４０】
［正極側センサ線の電源ショートによる故障］
図３は、図１の正極側センサ線１６の矢印Ｂ部に電源ショートによる故障が発生した場合の正極電圧V3、負極電圧V4の変化、およびセンサ出力値の変化を示した図である。この図に示すとおり、故障が発生する前は、負極電圧V4は基準電圧を示し、正極電圧V3はセンサ１０に発生する起電力と負極電圧V4（基準電圧値）との和に相当する値を示している。このため、正極電圧V3と負極電圧V4との差がセンサ出力値として算出されている。
【００４１】
ここで、正極側センサ線１６が電源電圧にショートすると、正極電圧検出回路全体に電源電圧が導通するため、図３に示すとおり、正極電圧V3は当該回路の電源電圧（5V）に変化する。一方、負極電圧検出回路および基準電圧印加回路には何ら故障が発生していないため、負極電圧V4は基準電圧から変化しないこととなる。
【００４２】
上述したとおり、上記回路は基板上に形成されているため、外力などの影響を受け難い。このため、当該回路が電源にショートが発生する可能性は、外部に露出しているセンサ線に比べ無視できる程に小さい。したがって、正極電圧V3に電源電圧が検出されているか否か、および負極電圧V4に基準電圧が検出されているか否かを判断することで、当該正極側センサ線の電源ショートによる故障の発生有無を診断することができる。
【００４３】
［負極側センサ線１８のグランドショートによる故障］
図４は、図１の負極側センサ線１８の矢印Ｃ部にグランドショートによる故障が発生した場合の正極電圧V3、負極電圧V4の変化、およびセンサ出力値の変化を示した図である。この図に示すとおり、故障が発生する前は、負極電圧V4は基準電圧を示し、正極電圧V3はセンサ１０に発生する起電力と負極電圧V4（基準電圧値）との和に相当する値を示している。このため、正極電圧V3と負極電圧V4との差がセンサ出力値として算出されている。
【００４４】
ここで、負極側センサ線１８がグランドにショートによる故障が発生すると、基準電圧印加回路によって負極電圧検出回路に印加された基準電圧がすべてグランドへ放出されるため、図３に示すとおり、負極電圧V4は略０Ｖに変化する。一方、正極電圧検出回路には何ら故障が発生していないため、負極電圧V4はセンサ１０のセンサ出力に相当する値のみを示している。
【００４５】
上述したとおり、基準電圧印加回路および負極電圧検出回路は基板上に形成されているため、外力などの影響を受け難い。このため、これらの回路がグランドにショートする可能性は、外部に露出している負極側センサ線１８に比べ無視できる程に小さい。したがって、正極電圧V3にセンサ出力が検出されているか否か、および負極電圧V4に略０Ｖが検出されているか否かを判断することで、当該負極側センサ線１８のグランドショートによる故障の発生有無を診断することができる。
【００４６】
［実施の形態における具体的処理］
次に、図５を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図５は、ECU２０が当該故障診断装置の故障診断処理を実行するルーチンのフローチャートである。
【００４７】
図５に示すルーチンでは、先ず、酸素センサ１０の正極電圧V3が取得される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、第３AD変換器６８に出力された正極端子１２の電位が酸素センサ１０の正極電圧V3として取得される。
【００４８】
次に、酸素センサ１０の負極電圧V4が取得される（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、第４AD変換器８０に出力された負極端子１４の電位が酸素センサ１０の負極電圧V4として取得される。
【００４９】
次に、正極電圧V3≒電源電圧(5V)が成立するか否かが判断される（ステップ１０４）。正極電圧V3には基準電圧V0(0.7V)とセンサ出力(0〜1V程度)とが重畳している。このため、正極電圧V3に電源電圧(5V)が検出された場合には、当該故障新断装置の何れかの部位に故障が発生している可能性が高い。ここでは、具体的には、上記ステップ１００にて取得された正極電圧V3が電源電圧(5V)近傍の値か否かが判断される。
【００５０】
上記ステップ１０４において、正極電圧V3≒電源電圧(5V)の成立が認められた場合には、次に、負極電圧V4≒電源電圧(5V)が成立するか否かが判断される（ステップ１０６）。負極電圧V4には常に基準電圧V0(0.7V)が印加されている。このため、負極電圧V4に電源電圧(5V)が検出された場合には、当該故障診断装置の何れかの部位に故障が発生している可能性が高い。ここでは、具体的には、上記ステップ１０２にて取得された負極電圧V4が電源電圧(5V)近傍の値か否かが判断される。
【００５１】
上記ステップ１０６において、負極電圧V4≒電源電圧(5V)の成立が認められた場合には、次に、異常カウンタがカウントアップされる（ステップ１０８）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０４および１０６において成立が認められてからの継続時間が異常カウンタとしてカウントされる。次に、上記ステップ１０８にてカウントされた異常カウンタが、所定時間X1（例えば、５[s]）より長いか否かが判断される（ステップ１１０）。これにより、外乱等の影響による突発的な出力変化を故障と判定することを防止することができる。このため、異常カウンタが所定時間X1以下である場合には、当該故障診断装置に故障は発生していないと判断され、本ルーチンは速やかに終了される。
【００５２】
上記ステップ１１０において、異常カウンタ＞X1の成立が認められた場合には、次のステップに移行し、当該故障診断装置自身の故障の自己診断が行われる（ステップ１１２）。ここでは、具体的には、正極電圧V3および負極電圧V4に電源電圧(5V)が検出されているため、基準電圧印加回路にダイオード７４の断線などにより外部接点E2との導通が遮断される故障が発生したと判断される。
【００５３】
一方、上記ステップ１０６において、負極電圧V4≒電源電圧(5V)の成立が認められない場合には、次に、異常カウンタがカウントアップされる（ステップ１２０）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０４において成立が認められてからの継続時間が異常カウンタとしてカウントされる。次に、上記ステップ１２０にてカウントされた異常カウンタが、所定時間X2より長いか否かが判断される（ステップ１２２）。これにより、外乱等の影響による突発的な出力変化を故障と判定することを防止することができる。このため、異常カウンタが所定時間X2以下である場合には、故障は発生していないと判断され、本ルーチンは速やかに終了される。
【００５４】
上記ステップ１２２において、異常カウンタ＞X2の成立が認められた場合には、次のステップに移行し、当該故障診断装置自身の故障の自己診断が行われる（ステップ１２４）。ここでは、具体的には、正極電圧V3電源電圧(5V)が検出され、負極電圧V4に電源電圧(5V)が検出されていないため、正極側センサ線１６に電源ショートによる故障が発生したと判断される。
【００５５】
また、上記ステップ１０４において、正極電圧V3≒電源電圧(5V)の成立が認められない場合、すなわち、正極電圧V3が正常な出力値の範囲内である場合には、次に、負極電圧V4≒0Vが成立するか否かが判断される（ステップ１３０）。負極電圧V4には常に基準電圧V0(0.7V)が印加されている。このため、負極電圧V4に出力電圧が検出されない場合には、当該故障診断装置の何れかの部位に故障が発生している可能性が高い。ここでは、具体的には、上記ステップ１０２にて取得された負極電圧V4が0V近傍の値か否かが判断される。その結果、負極電圧V4≒0Vの成立が認められない場合、すなわち負極電圧V4に基準電圧V0が検出された場合には、故障は発生していないと判断され、本ルーチンは速やかに終了される。
【００５６】
上記ステップ１３０において、負極電圧V4≒0Vの成立が認められた場合には、次に、異常カウンタがカウントアップされる（ステップ１３２）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０４および１３０において成立が認められてからの継続時間が異常カウンタとしてカウントされる。次に、上記ステップ１３２にてカウントされた異常カウンタが、所定時間X3より長いか否かが判断される（ステップ１３４）。これにより、外乱等の影響による突発的な出力変化を故障と判定することを防止することができる。このため、異常カウンタが所定時間X3以下である場合には、故障は発生していないと判断され、本ルーチンは速やかに終了される。
【００５７】
上記ステップ１３４において、異常カウンタ＞X3の成立が認められた場合には、次のステップに移行し、当該故障診断装置自身の故障の自己診断が行われる（ステップ１３６）。ここでは、具体的には、正極電圧V3に電源電圧(5V)が検出されず、かつ負極電圧V4に0V近傍の値が検出されているため、負極側センサ線１８にグランドショートによる故障が発生したと判断される。
【００５８】
以上説明したとおり、本実施の形態の装置によれば、正極電圧V3および負極電圧V4の変化に基づいて、基準電圧印加回路の故障、正極側センサ線の電源ショートの故障、および負極側センサ線のグランドショートによる故障を精度よく検出することができる。また、本実施の形態の装置によれば、上述した３種の異常発生部位を特定することができ、回路の内部に発生した異常か外部に発生した異常かを判断することが可能となる。
【００５９】
ところで、上述した実施の形態においては、正極電圧V3が電源電圧(5V)か否かを判断することにより、当該出力値が異常出力であるか否かを判断しているが、当該判断に使用される値は電源電圧(5V)に限られない。すなわち、正極電圧V3が異常な高出力値を示していることを判断できるのであれば、正常な正極電圧V3の最大値（例えば、1.7V程度）を当該判断の閾値として使用してもよい。
【００６０】
また、上述した実施の形態においては、負極電圧V4が電源電圧(5V)か否か、およびグランドレベル(0V)か否かを判断することにより、当該出力値が異常出力であるか否かを判断しているが、当該判断に使用される値はこれらに限られない。すなわち、負極電圧V4が異常な出力値、つまり基準電圧V0から異常と判断しうる程度に高い、および低いことを判断できるのであれば、他の値（例えば、0.7±0.2V程度）を当該判断の閾値として使用してもよい。
【００６１】
尚、上述した実施の形態においては、ECU２０が、上記ステップ１１２の処理を実行することにより、前記第１または２の発明における「自己診断手段」が、上記ステップ１２４の処理を実行することにより、前記第１または３の発明における「自己診断手段」が、上記ステップ１３６の処理を実行することにより、前記第１または４の発明における「自己診断手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】図１に示す基準電圧印加回路の矢印Ａ部に断線故障が発生した場合の正極電圧V3、負極電圧V4の変化、およびセンサ出力値の変化を示した図である。
【図３】図１に示す正極側センサ線１６の矢印Ｂ部に電源ショートによる故障が発生した場合の正極電圧V3、負極電圧V4の変化、およびセンサ出力値の変化を示した図である。
【図４】図１に示す負極側センサ線１８の矢印Ｃ部にグランドショートによる故障が発生した場合の正極電圧V3、負極電圧V4の変化、およびセンサ出力値の変化を示した図である。
【図５】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１０  酸素センサ
１２  正極端子
１４  負極端子
１６  正極側センサ線
１８  負極側センサ線
２０  ECU(Electronic Control Unit)
２２  第１スイッチ素子
２４  第１ポート
２６  第２抵抗
２８  第１サンプリング点
３０  第１抵抗
４２  第２スイッチ素子
４４  第２ポート
５０  第２サンプリング点
６８  第３ＡＤ変換器
７０  第３サンプリング点
７４  ダイオード
８０  第４ＡＤ変換器
Rs  素子インピーダンス
V0  基準電圧
V3  正極電圧
V4  負極電圧
【図１】
2008014809.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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