(57)【要約】【課題】ガスセンサの断線を検出することである。【解決手段】固体電解質材１１２に１対の電極１２１，１２２を形成した検出対象のセル１ａについて、マイクロコンピュータ２８が、一時的に交流成分を含む試験信号を、電極１２１，１２２と接続された信号線に入力するとともに、その応答信号を検出するようにする。セル１ａの寄生容量で、断線がなければ、交流成分に応じた電流が電極１２１，１２２間を流れ、応答信号が発生する。断線していれば応答信号の大きさは０である。応答信号の検出値が基準値を下回っている場合には、断線異常と判ずるようにする。一時的に試験信号を入力することで、その前後におけるガス濃度の検出値の変動を抑制する。セル１ａの寄生容量で比較的大きな応答信号が得られることで、他のセル１ｂ，１ｃの干渉を回避する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質材に１対の電極が形成されたセルを有し、前記電極の表面における被測定ガスの組成に応じた信号を、前記電極と接続された信号線から出力するガスセンサの異常の有無を検出するガスセンサの異常検出装置において、
異常検出対象のセルについて、前記信号線を介して一時的に交流成分を含む試験信号を入力する信号入力手段と、
前記試験信号入力に応答して、前記信号線に生じる応答信号を検出する応答信号検出手段と、
前記応答信号の検出値を規定値と比較して、前記検出値が前記規定値で画された領域のうち予め設定した一方の領域にある場合には、前記異常検出対象のセルについて断線異常と判ずる判定手段とを具備せしめたことを特徴とするガスセンサの異常検出装置。
【請求項２】
請求項１記載のガスセンサの異常検出装置において、前記応答信号の検出では、前記試験信号に対して所定のタイムディレイを設定したガスセンサの異常検出装置。
【請求項３】
固体電解質材に１対の電極が形成されたセルを有し、前記電極の表面における被測定ガスの組成に応じたガス検出信号を、前記電極と接続された信号線から出力するガスセンサであって、複数のセルについて１対の電極のうち一方の電極が共通のチャンバーに面して設けられる構造のガスセンサを検出対象として、異常の有無を検出するガスセンサの異常検出装置において、
前記複数のセルのうちの所定のセルについて、信号線を介して一時的に交流成分を含む試験信号を入力する試験信号入力手段と、
前記試験信号入力に応答して、前記複数のセルのうちの前記所定セル以外の異常検出対象のセルに対応する信号線に生じる応答信号を検出する応答信号検出手段と、
前記応答信号の検出値を規定値と比較して、前記検出値が前記規定値で画された領域のうち予め設定した一方の領域にある場合には、異常検出対象のセルについて断線異常と判ずる判定手段とを具備せしめたことを特徴とするガスセンサの異常検出装置。
【請求項４】
請求項３記載のガスセンサの異常検出装置において、前記所定のセルについて、前記試験信号入力に応答して、前記所定セルに対応する信号線に生じる応答信号を検出する別の応答信号検出手段と、
前記応答信号の検出値を規定値と比較して、前記検出値が前記規定値で画された領域のうち予め設定した一方の領域にある場合には、前記所定セルについて断線異常と判ずる別の判定手段とを具備せしめたガスセンサの異常検出装置。
【請求項５】
請求項４記載のガスセンサの異常検出装置において、前記所定のセルについて、前記試験信号入力に応答して、前記所定セルに対応する信号線に生じる応答信号を検出する応答信号検出手段と、
前記試験信号と前記応答信号とに基づいて前記所定セルの電極間のインピーダンスを求めるインピーダンス算出手段と、
得られたインピーダンスに基づいて、前記セルとともに前記ガスセンサに一体に設けられたヒータを制御するヒータ制御手段とを具備せしめたガスセンサの異常検出装置。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれか記載のガスセンサの異常検出装置において、前記固体電解質材の温度状態を検出する温度状態検出手段と、
前記温度状態が固体電解質材の所定温度域に到達するまで、前記判定手段の異常判定処理を禁止する禁止手段とを具備せしめたガスセンサの異常検出装置。
【請求項７】
請求項６記載のガスセンサの異常検出装置において、前記温度状態検出手段は、前記試験信号と前記応答信号とに基づいて前記電極間のインピーダンスを求め、前記温度状態は、前記インピーダンスをパラメータとするガスセンサの異常検出装置。
【請求項８】
請求項１ないし７いずれか記載のガスセンサの異常検出装置において、
前記試験信号入力手段は、前記試験信号として一時的な電圧変化を前記信号線に入力し、
前記応答信号検出手段は、前記応答信号として前記信号線を流れる電流変化を検出し、
前記判定手段は、前記予め設定した一方の領域を前記規定値よりも小側の領域として、前記検出値が前記規定値を下回る場合には、前記異常検出対象のセルについて断線異常と判ずるガスセンサの異常検出装置。
【請求項９】
請求項１ないし７いずれか記載のガスセンサの異常検出装置において、
前記試験信号入力手段は、前記試験信号として一時的な電流変化を前記信号線に入力し、
前記応答信号検出手段は、前記応答信号として前記信号線の電圧変化を検出し、
前記判定手段は、前記予め設定した一方の領域を前記規定値よりも大側の領域として、前記検出値が前記規定値を上回る場合には、前記異常検出対象のセルについて断線異常と判ずるガスセンサの異常検出装置。
【請求項１０】
固体電解質材に１対の電極が形成されたセルを有し、前記電極の表面における被測定ガスの組成に応じたガス検出信号を、前記電極と接続された信号線から出力するガスセンサの異常の有無を検出するガスセンサの異常検出装置において、
異常検出対象のセルについて、前記信号線を介して一時的に交流成分を含む試験信号を入力する試験信号入力手段と、
前記試験信号入力に応答して、前記信号線に生じる応答信号を検出する応答信号検出手段と、
前記試験信号と前記応答信号とに基づいて前記電極間のインピーダンスを求めるインピーダンス算出手段と、
前記インピーダンスの算出値を規定値と比較して規定値を上回っている場合には、前記異常検出対象のセルについて断線異常と判ずる判定手段とを具備せしめたことを特徴とするガスセンサの異常検出装置。
【請求項１１】
請求項１０記載のガスセンサの異常検出装置において、前記固体電解質材の温度状態を検出する温度状態検出手段と、
前記温度状態が固体電解質材の所定温度域に到達するまで、前記判定手段の異常判定処理を禁止する禁止手段とを具備せしめたガスセンサの異常検出装置。
【請求項１２】
請求項１１記載のガスセンサの異常検出装置において、前記温度状態検出手段は、前記セルとともに前記ガスセンサに一体に設けられたヒータの通電時間を求め、前記温度状態は、前記通電時間をパラメータとするガスセンサの異常検出装置。
【請求項１３】
請求項１１記載のガスセンサの異常検出装置において、前記温度状態検出手段は、前記セルとともに前記ガスセンサに一体に設けられたヒータの総投入電力量を求め、前記温度状態は、前記総投入電力量をパラメータとするガスセンサの異常検出装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１３いずれか記載のガスセンサの異常検出装置において、
前記試験信号入力手段は、前記セルの電源を構成して、前記試験信号として、一時的な電圧変化若しくは電流変化を前記信号線に入力し、
前記応答信号検出手段は、前記応答信号として前記信号線を流れる電流変化若しくは電極間の電圧変化を検出するガスセンサの異常検出装置装置。
【請求項１５】
請求項１４記載のガスセンサの異常検出装置において、
前記試験信号入力手段は、直前の電圧若しくは電流に対して正側と負側との両方向に相前後して変化するように設定したガスセンサの異常検出装置。
【請求項１６】
請求項１４記載のガスセンサの異常検出装置において、
前記試験信号入力手段は、直前の電圧若しくは電流に対して正側若しくは負側の一方向に変化するように設定したガスセンサの異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスセンサの異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスセンサは種々の分野で用いられており、例えば、内燃機関の排気管に設けられて、内燃機関本体から排出される排気ガス中の酸素等のガス濃度を検出して、その検出信号を機関本体各部の制御に供するようになっている。
【０００３】
内燃機関用のガスセンサは、今日、ジルコニア等の酸素イオン導電性の固体電解質材を用いたものが一般的である。例えば、被測定ガスが存在するガスセンサ外部とガスセンサ内部とで酸素が行き来可能にチャンバーを形成し、固体電解質材に１対の電極を形成したセルによりチャンバー内の酸素を汲み出し又は汲み込む構造のものがある。このものでは、電極間に、電極と接続された信号線を介して電圧を印加して固体電解質材の内部にキャリアとしての酸素イオンを移動させることで、酸素を汲み出し又は汲み込むようになっている。そして、電極間にチャンバー内の酸素濃度に応じた限界電流を流し、前記信号線を流れる電流を検出することで酸素濃度が知られるようにしている。また、このような構成のセルを複数設けて、ＮＯｘ　やＣＯ、ＨＣを検出可能としたものもある。
【０００４】
ところで、今日の内燃機関等では、実働状態等において、各種の異常の有無の自己診断を行うことがなされている。下記特許文献１には、ガスセンサの故障を判定する装置が開示されている。この装置では、特にガスセンサに内蔵されるヒータの通電故障を判定するようにしており、ヒータ通電時の電圧や電流をその大きさで二値判定して断線等の異常の有無を判断している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−６８１２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１の技術を応用して、セルの電極と信号線との間や、信号線の途中での断線を検出して、正常なガス濃度の検出が不可能な状態であることが速やかに知られるようにするのが望ましい。例えば、セルの電極間に電圧を印加して電流の有無を検出することが考えられる。
【０００７】
しかしながら、ガスセンサは小型化や多セル化が進んでおり、一体に設けられるヒータやセルの干渉で、得られた検出電流から必ずしも正確には断線の有無を検出することができない。
【０００８】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、ガスセンサの断線の有無を正確に検出することのできるガスセンサの異常検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、固体電解質材に１対の電極が形成されたセルを有し、前記電極の表面における被測定ガスの組成に応じた信号を、前記電極と接続された信号線から出力するガスセンサの異常の有無を検出するガスセンサの異常検出装置において、
異常検出対象のセルについて、前記信号線を介して一時的に交流成分を含む試験信号を入力する信号入力手段と、
前記試験信号入力に応答して、前記信号線に生じる応答信号を検出する応答信号検出手段と、
前記応答信号の検出値を規定値と比較して、前記検出値が前記規定値で画された領域のうち予め設定した一方の領域にある場合には、前記異常検出対象のセルについて断線異常と判ずる判定手段とを具備せしめる。
【００１０】
セルの電極は固体電解質材を移動する酸素量を確保すべく平面的な広がりをもっているため、セルの等価回路は比較的大きな寄生容量を有している。したがって、交流成分に対するインピーダンスは、セルに断線異常が生じたときの断線部におけるインピーダンスに比してごく小さい。したがって、応答信号は、断線の有無で、大きな差を有することになる。これにより、他のセル等の干渉により定常的に信号線に流れる電流による信号と明確に区別することができ、判定の確度が高いものとなる。
【００１１】
また、断線の有無で応答信号が大きな差を生じるので、固体電解質材がある程度昇温してインピーダンスがある程度小さくなっていれば断線検出が可能であり、早期に断線を知ることができる。
【００１２】
請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記応答信号の検出では、前記試験信号に対して所定のタイムディレイを設定する。
【００１３】
ガスセンサの小型化、複数セル化のため、複数のセルの電極が同一固体電解質材に形成されている構造等では、検出対象のセルとその他のセルとが近接し、セル間に寄生容量が存在している。このため、一方の電極で断線が生じていても、断線の生じていない電極と前記その他のセルの電極間の寄生容量を介して試験信号に応答して電流が流れる。応答信号の検出で試験信号に対して所定のタイムディレイを設定して、かかる信号線上の信号における、セル間の寄生容量の影響が小さくなった状態で断線検出を行うことで、さらに断線検出の確度を高めることができる。
【００１４】
請求項３記載の発明では、固体電解質材に１対の電極が形成されたセルを有し、前記電極の表面における被測定ガスの組成に応じたガス検出信号を、前記電極と接続された信号線から出力するガスセンサであって、複数のセルについて１対の電極のうち一方の電極が共通のチャンバーに面して設けられる構造のガスセンサを検出対象として、異常の有無を検出するガスセンサの異常検出装置において、
前記複数のセルのうちの所定のセルについて、信号線を介して一時的に交流成分を含む試験信号を入力する試験信号入力手段と、
前記試験信号入力に応答して、前記複数のセルのうちの前記所定セル以外の異常検出対象のセルに対応する信号線に生じる応答信号を検出する応答信号検出手段と、
前記応答信号の検出値を規定値と比較して、前記検出値が前記規定値で画された領域のうち予め設定した一方の領域にある場合には、異常検出対象のセルについて断線異常と判ずる判定手段とを具備せしめる。
【００１５】
ガスセンサの小型化、複数セル化のため、複数のセルの電極が同一固体電解質材に形成されている構造等では、検出対象のセルとその他のセルとが近接し、セル間に寄生容量が存在している。したがって、交流成分に対するインピーダンスは、セルに断線異常が生じたときの断線部におけるインピーダンスに比してごく小さい。したがって、応答信号は、断線の有無で、大きな差を有することになる。これにより、他のセル等の干渉により定常的に信号線に流れる電流による信号と明確に区別することができ、判定の確度が高いものとなる。
【００１６】
また、試験信号の出力期間を長めにとって時間をかけて断線検出を行うことが許容される場合、所定セルについて試験信号を入力すると、その分の酸素汲み出し若しくは汲み込み作用により、所定セルの電極が面しているチャンバーの酸素濃度が変化する。これにより、同じチャンバーに面している検出対象セルの電極に接続された信号線に断線がなければ、酸素濃度変化に応じてガス検出信号に変化が生じ、これが応答信号となる。これにより、断線の有無を検出することができる。応答信号が、実際のチャンバー内の酸素濃度の変化に基因したものであるから、他のセル等の干渉により定常的に信号線に流れる電流による信号と明確に区別することができ、判定の確度が高いものとなる。
【００１７】
当該検出対象セルについて試験信号入力手段を設けないので、設計の自由度が拡大する。
【００１８】
請求項４記載の発明では、請求項３の発明の構成において、前記所定のセルについて、前記試験信号入力に応答して、前記所定セルに対応する信号線に生じる応答信号を検出する別の応答信号検出手段と、
前記応答信号の検出値を規定値と比較して、前記検出値が前記規定値で画された領域のうち予め設定した一方の領域にある場合には、前記所定セルについて断線異常と判ずる別の判定手段とを具備せしめる。
【００１９】
所定セルの断線異常判定用の試験信号を検出対象セルの断線検出用に兼用することができるので、構成を簡略化することができる。
【００２０】
請求項５記載の発明では、請求項４の発明の構成において、前記所定のセルについて、前記試験信号入力に応答して、前記所定セルに対応する信号線に生じる応答信号を検出する応答信号検出手段と、
前記試験信号と前記応答信号とに基づいて前記所定セルの電極間のインピーダンスを求めるインピーダンス算出手段と、
得られたインピーダンスに基づいて、前記セルとともに前記ガスセンサに一体に設けられたヒータを制御するヒータ制御手段とを具備せしめる。
【００２１】
ヒータ制御に供されるインピーダンス検出用の試験信号を検出対象セルの断線検出用に兼用することができるので、構成を簡略化することができる。
【００２２】
請求項６記載の発明では、請求項１ないし５の発明の構成において、前記固体電解質材の温度状態を検出する温度状態検出手段と、
前記温度状態が固体電解質材の所定温度域に到達するまで、前記判定手段の異常判定処理を禁止する禁止手段とを具備せしめる。
【００２３】
固体電解質材が冷えている状態では電極間のインピーダンスが高く、前記寄生容量は小さい。かかる状態で断線検出を行っても、十分な大きさの応答信号が得られない。したがって、固体電解質材の温度状態が固体電解質材の所定温度域に到達するまで異常判定がなされないようにすることで、断線の判定確度を高めることができる。
【００２４】
請求項７記載の発明では、請求項６の発明の構成において、前記温度状態検出手段は、前記試験信号と前記応答信号とに基づいて前記電極間のインピーダンスを求め、前記温度状態は、前記インピーダンスをパラメータとする。
【００２５】
固体電解質材は、温度状態を活性温度域に向けて昇温するほど電極間のインピーダンスが小さくなるから、電極間のインピーダンスにより好適に固体電解質材の温度状態を知ることができる。別途、センサ類を設ける必要がないから構成を簡略化することができる。
【００２６】
請求項８記載の発明では、請求項１ないし７の発明の構成において、
前記試験信号入力手段は、前記試験信号として一時的な電圧変化を前記信号線に入力し、
前記応答信号検出手段は、前記応答信号として前記信号線を流れる電流変化を検出し、
前記判定手段は、前記予め設定した一方の領域を前記規定値よりも小側の領域として、前記検出値が前記規定値を下回る場合には、前記異常検出対象のセルについて断線異常と判ずる構成とする。
【００２７】
試験信号として交流電圧を与え、電流変化で断線検出する場合、前記寄生容量により、電極と接続された信号線に断線がなければ、交流電流が電極間を流れる。この交流電流による電流応答信号は比較的大きなものとなる。断線していれば、前記交流電流は実質的に０である。したがって、前記一方の領域を規定値よりも小側の領域にとることで断線を判定することができる。
【００２８】
請求項９記載の発明では、請求項１ないし７の発明の構成において、
前記試験信号入力手段は、前記試験信号として一時的な電流変化を前記信号線に入力し、
前記応答信号検出手段は、前記応答信号として前記信号線の電圧変化を検出し、
前記判定手段は、前記予め設定した一方の領域を前記規定値よりも大側の領域として、前記検出値が前記規定値を上回る場合には、前記異常検出対象のセルについて断線異常と判ずる構成とする。
【００２９】
試験信号として交流電流を与え、電圧変化で断線検出する場合、前記寄生容量により、電極と接続された信号線に断線がなければ、交流電流が電極間を流れる。前記のごとくセルの交流成分に対するインピーダンスは小さいので、前記交流電流による電圧応答信号は比較的小さなものとなる。前記セルの小さなインピーダンスが小さいので、断線していれば、断線部でのインピーダンスにより、大きな電圧応答信号となる。したがって、前記一方の領域を規定値よりも大い側の領域にとることで断線を判定するとができる。
【００３０】
請求項１０記載の発明では、固体電解質材に１対の電極が形成されたセルを有し、前記電極の表面における被測定ガスの組成に応じたガス検出信号を、前記電極と接続された信号線から出力するガスセンサの異常の有無を検出するガスセンサの異常検出装置において、
異常検出対象のセルについて、前記信号線を介して一時的に交流成分を含む試験信号を入力する試験信号入力手段と、
前記試験信号入力に応答して、前記信号線に生じる応答信号を検出する応答信号検出手段と、
前記試験信号と前記応答信号とに基づいて前記電極間のインピーダンスを求めるインピーダンス算出手段と、
前記インピーダンスの算出値を規定値と比較して規定値を上回っている場合には、前記異常検出対象のセルについて断線異常と判ずる判定手段とを具備せしめる。
【００３１】
セルの電極は固体電解質材を移動する酸素量を確保すべく平面的な広がりをもっているため、セルの等価回路は比較的大きな寄生容量を有している。したがって、交流成分に対するインピーダンスは、セルに断線異常が生じたときの断線部におけるインピーダンスに比してごく小さい。したがって、断線の有無で、インピーダンスや応答信号は大きな差を有することになる。インピーダンスは試験信号としての電圧変化や電流変化、および応答信号としての電流変化や電圧変化に基づいて求めることができる。応答信号は前記のごとく大きな差を有するので、これに基づいて求められたインピーダンスに基づいて断線を判定するに際して他のセル等の干渉により信号線に流れる電流による信号による影響は僅少である。これにより、判定の確度が高いものとなる。
【００３２】
請求項１１記載の発明では、請求項１０の発明の構成において、前記固体電解質材の温度状態を検出する温度状態検出手段と、
前記温度状態が固体電解質材の所定温度域に到達するまで、前記判定手段の異常判定処理を禁止する禁止手段とを具備せしめる。
【００３３】
固体電解質材が冷えている状態では電極間のインピーダンスが高く、前記寄生容量は小さい。かかる状態で断線検出を行っても、十分な大きさの応答信号が得られない。したがって、固体電解質材の温度状態が固体電解質材の所定温度域に到達するまで異常判定がなされないようにすることで、断線の判定確度を高めることができる。
【００３４】
請求項１２記載の発明では、請求項１１の発明の構成において、前記温度状態検出手段は、前記セルとともに前記ガスセンサに一体に設けられたヒータの通電時間を求め、前記温度状態は、前記通電時間をパラメータとする。
【００３５】
固体電解質材が冷えている状態では電極間のインピーダンスが高い。断線がなくとも、断線との誤判定をするおそれがある。したがって、固体電解質材を加熱するヒータの通電時間が十分経過し、固体電解質材の温度状態が固体電解質材の所定温度域に到達したとみなせるまで異常判定がなされないようにすることで、断線の判定確度を高めることができる。
【００３６】
請求項１３記載の発明では、請求項１１の発明の構成において、前記温度状態検出手段は、前記セルとともに前記ガスセンサに一体に設けられたヒータの総投入電力量を求め、前記温度状態は、前記総投入電力量をパラメータとする。
【００３７】
固体電解質材が冷えている状態では電極間のインピーダンスが高い。断線がなくとも、断線との誤判定をするおそれがある。したがって、固体電解質材を加熱するヒータの総投入電力量が十分な電力量になり、固体電解質材の温度状態が固体電解質材の所定温度域に到達したとみなせるまで異常判定がなされないようにすることで、断線の判定確度を高めることができる。
【００３８】
請求項１４記載の発明では、請求項１ないし１３の発明の構成において、前記試験信号入力手段は、前記セルの電源を構成して、前記試験信号として、一時的な電圧変化若しくは電流変化を前記信号線に入力し、
前記応答信号検出手段は、前記応答信号として前記信号線を流れる電流変化若しくは電極間の電圧変化を検出するように構成する。
【００３９】
セルの電源の電圧若しくは電流を変化させることで試験信号を発生するので、別途、信号発生源を設ける必要がなく、構成を簡略化することができる。
【００４０】
請求項１５記載の発明では、請求項１４の発明の構成において、前記試験信号入力手段は、直前の電圧若しくは電流に対して正側と負側との両方向に相前後して変化するように設定する。
【００４１】
電圧の変化でセルの寄生容量の充電状態が変化しても、反対方向の電圧の変化で速やかに充電状態が元に復するから、セルを含む回路の時定数に応じた自然放電を待つことなく、速やかに正常なガス濃度検出が可能になる。
【００４２】
請求項１６記載の発明では、請求項１４の発明の構成において、前記試験信号入力手段は、直前の電圧若しくは電流に対して正側若しくは負側の一方向に変化するように設定する。
【００４３】
直前の電圧若しくは電流に対して逆方向に変化させないので簡易である。
【００４４】
【発明の実施の形態】
図１に本発明のガスセンサの異常検出装置を適用したガス濃度検出装置を示す。本実施形態は例えば自動車の内燃機関用に適用したものである。
【００４５】
ガスセンサ１は例えばエンジンから排出される排気ガスが流通する排気管に設けられ、車室側に設けられたガスセンサ１の制御回路２と配線用のケーブルにより接続される。制御回路を構成するマイクロコンピュータ２８では、ガスセンサ１からの各信号に基づいて排気ガス中の酸素濃度およびＮＯｘ　濃度（以下、適宜、ガス濃度という）を演算処理し、その結果を出力する。
【００４６】
ガスセンサ１は図２、図３、図４に示すように、ジルコニア等の酸素イオン導電性の固体電解質材である固体電解質層１１１，１１２、アルミナ等の絶縁材料からなる絶縁層１１３，１１４、アルミナ等の絶縁材料やジルコニア等の固体電解質材からなる層１１５等が板厚方向に積層する積層構造を有し、面方向に細長の全体形状が与えられている。固体電解質層１１１，１１２で挟まれた絶縁層１１４は一部が板厚方向に打ち抜かれており、固体電解質層１１１，１１２の間に、絞り部１０３を介して互いに連通する２つのチャンバー１０１，１０２が形成される。チャンバー１０１，１０２はガスセンサ１の長手方向に配置され、ガスセンサ１の先端側の第１のチャンバー１０１よりもガスセンサ１の基端側の第２のチャンバー１０２は２倍程度幅広である。
【００４７】
各固体電解質層１１１，１１２をそれぞれ挟んでチャンバー１０１，１０２と反対側には各固体電解質層１１１，１１２をダクト壁の一部とする大気ダクト１０４，１０５がそれぞれ形成されている。各大気ダクト１０４，１０５はガスセンサ１の基端で大気に開放している。第１の大気ダクト１０４は固体電解質層１１２を挟んで第１チャンバー１０１と対向する位置まで伸びており、第２のダクト１０５は固体電解質層１１１を挟んで第２チャンバー１０２と対向する位置まで伸びている。ガスセンサ１が内燃機関に適用される場合には、ガスセンサ１はこれを保持するホルダ部材等とともに排気管の管壁を貫通して設けられて、大気ダクト１０４，１０５は排気管外部と連通し、基準酸素濃度の空間となる。
【００４８】
第１のチャンバー１０１位置で、図２中、上側の固体電解質層１１１には、これを板厚方向に貫通するピンホール１０６が形成されており、ピンホール１０６を介して当該ガスセンサ１の周囲の排気ガスが第１チャンバー１０１内に導入される。ピンホール１０６の開口端は多孔質アルミナ等の多孔質拡散層１１６により覆われており、排気微粒子のチャンバー１０１内への侵入を防止している。
【００４９】
第１チャンバー１０１位置で固体電解質層１１２の上下面には固体電解質層１１２を挟んで対向する１対の電極１２１，１２２が形成されており、固体電解質層１１２と電極１２１，１２２とでポンプセル１ａが構成される。ポンプセル１ａを構成する電極１２１，１２２のうち、チャンバー１０１に面した電極１２１はＮＯｘ　の分解（還元）に不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属により構成されている。以下、適宜、チャンバー１０１に面した電極１２１をチャンバー側ポンプ電極１２１といい、大気ダクト１０４に面した電極１２２を大気側ポンプ電極１２２という。
【００５０】
第２チャンバー１０２位置で固体電解質層１１１の上下面には、大気ダクト１０５に面した電極１２５を共通として、固体電解質層１１２を挟んで対向する２組の１対の電極１２３，１２５、電極１２４，１２５が形成されている。固体電解質層１１１と電極１２３，１２５とでモニタセル１ｂが構成される。また、固体電解質層１１１と電極１２４，１２５とでセンサセル１ｃが構成される。チャンバー１０２に面した電極１２３，１２４のうち、モニタセル１ｂの電極１２３がＮＯｘ　の分解（還元）に不活性なＡｕ−Ｐｔ　等の貴金属により構成され、センサセル１ｃの電極１２４がＮＯｘ　の分解（還元）に活性なＰｔ　等の貴金属により構成される。以下、適宜、モニタセル１ｂのチャンバー１０２に面した電極１２３をチャンバー側モニタ電極１２３といい、センサセル１ｃのチャンバー１０２に面した電極１２４をチャンバー側センサ電極１２４という。また、モニタセル１ｂとセンサセル１ｃとに共通の大気ダクト１０５に面した電極１２５を大気側センサ／モニタ電極１２５という。
【００５１】
また、固体電解質層１１２とともに大気ダクト１０４のダクト壁をなす層１１５には、Ｐｔ等の線パターンが埋設されて、ガスセンサ１全体を加熱するヒータ１３としてある。ヒータ１３は通電によりジュール熱を発生する電気式のものである。
【００５２】
ガスセンサ１において、ガスセンサ１の周囲を流れる排気ガスが多孔質拡散層１１６およびピンホール１０６を通って第１チャンバー１０１に導入されるが、ポンプセル１ａに大気側ポンプ電極１２２側を正として電極１２１，１２２間に電圧を印加すると、排気ガス中の酸素がチャンバ側ポンプ電極１２２で分解、イオン化して固体電解質層１１１を通り大気ダクト１０４へと排出される。このとき、第１チャンバー１０１内への酸素の流入はピンホール１０６と多孔質拡散層１１６の流通抵抗が支配的となっている。ポンプセル１ａの電極１２１，１２２間への印加電圧を限界電流域に設定すればその電流値から排気ガス中の酸素濃度が知られる。チャンバ側ポンプ電極１２１がＮＯｘ　の分解に不活性であるからＮＯｘ　は第１チャンバー１０１内に残留する。
【００５３】
排気ガスは第１チャンバー１０１から絞り部１０３を介して第２チャンバー１０２へと拡散するから、第２チャンバー１０２には酸素濃度が低下した排気ガスが存在している。モニタセル１ｂ、センサセル１ｃに、大気側センサ／モニタ電極１２５側を正として、電極１２３，１２５間および電極１２４，１２５間に電圧を印加すると、各セル１ｂ，１ｃではチャンバー１０２内の余剰酸素が大気ダクト１０５へと排出され、限界電流が流れる。ここで、第２チャンバー１０２に面した電極１２３，１２４のうち、チャンバ側センサ電極１２４のみがＮＯｘ　の分解に対して活性であるから、センサセル１ｃに流れる電流の方がモニタセル１ｂに流れる電流よりも、チャンバ側センサ電極１２４においてＮＯｘ　が分解することで生じる酸素イオンの分、多くなる。モニタセル１ｂに流れる電流とセンサセル１ｃに流れる電流との差に基づいて排気ガスのＮＯｘ　濃度が得られることになる。
【００５４】
次にガス濃度検出装置の電気的構成について説明する。制御回路２は、ＣＰＵ、Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ０〜Ａ／Ｄ５）、Ｄ／Ａコンバータ（Ｄ／Ａ０〜Ｄ／Ａ４）、Ｉ／Ｏポート（Ｉ／Ｏ０，Ｉ／Ｏ１）等を備えた一般的な構成のマイクロコンピュータ２８を有している。マイクロコンピュータ２８はポンプセル１ａ、モニタセル１ｂの電源を構成し、ポンプセル１ａ、モニタセル１ｂへの印加電圧の指令電圧をＤ／Ａ１，Ｄ／Ａ０より適宜、出力する。また、マイクロコンピュータ２８は、各セル１ａ〜１ｃに流れる電流を検出すべく、ガス検出信号をＡ／Ｄ０〜Ａ／Ｄ５から取り込む。そして、セル１ａ〜１ｃでの検出電流に基づいて排気ガス中の酸素濃度やＮＯｘ　濃度を演算し、その結果をＤ／Ａ４，Ｄ／Ａ３より外部出力する。また、マイクロコンピュータ２８はＩ／Ｏ０，Ｉ／Ｏ１から制御信号を出力する。
【００５５】
詳細には、ポンプセル１ａの大気ポンプ電極１２２には基準電圧源２１１の出力が入力する電圧フォロア用のオペアンプ２１２から基準電圧Ｖａ　が印加され、チャンバ側ポンプ電極１２１には、マイクロコンピュータ２８のＤ／Ａ１からの指令電圧がローパスフィルタ（以下、適宜、ＬＰＦという）２３１を介して入力するオペアンプ２３２から電流検出用の抵抗器２３３を介して、電圧Ｖｂ　が印加される。電圧Ｖｂ　およびオペアンプ２３２の出力電圧Ｖｄ　はマイクロコンピュータ２８のＡ／Ｄ２、Ａ／Ｄ３で取り込まれる。これにより、ポンプセル１ａの電極１２１，１２２間には電圧（Ｖａ　−Ｖｂ　）が印加され（以下、適宜、この印加電圧を、ポンプセル電圧Ｖｐ　という）、電極１２１，１２２間に電流（以下、適宜、ポンプセル電流という）Ｉｐ　が流れると、これが抵抗器２３３の電圧降下（Ｖｂ　−Ｖｄ　）として検出されることになる。前記ＬＰＦ２３１は、例えば抵抗器およびコンデンサからなる一次フィルタとして構成される。離散値をとるマイクロコンピュータ２８からの指令電圧の波形がＬＰＦ２３１によりなまされてオペアンプ２３２に入力する。
【００５６】
モニタセル１ｂ、センサセル１ｃに対しても同様の検出回路が設けられている。すなわち、モニタセル１ｂ、センサセル１ｃの共通の電極１２５には基準電圧源２２１の出力が入力する電圧フォロアのオペアンプ２２２から基準電圧Ｖｆ　が印加されている。モニタセル１ｂのチャンバ側モニタ電極１２３には、マイクロコンピュータ２８のＤ／Ａ０からの指令電圧がＬＰＦ２４１を介して入力するオペアンプ２４２から電流検出用の抵抗器２４３を介して、電圧Ｖｃ　が印加される。電圧Ｖｃ　およびオペアンプ２４２の出力電圧Ｖｅ　はマイクロコンピュータ２８のＡ／Ｄ０、Ａ／Ｄ１で取り込まれる。これにより、モニタセル１ａの電極１２３，１２５間には電圧（Ｖｆ　−Ｖｃ　）が印加され（以下、適宜、この印加電圧を、モニタセル電圧Ｖｍ　という）、電極１２３，１２５間に電流（以下、適宜、モニタセル電流という）Ｉｍ　が流れると、これが抵抗器２４３の電圧降下（Ｖｃ　−Ｖｅ　）として検出されることになる。
【００５７】
一方、センサセル１ｃのチャンバ１０２に面した電極１２４には、マイクロコンピュータ２８のＤ／Ａ２からの指令電圧がＬＰＦ２５１を介して入力するオペアンプ２５２から電流検出用の抵抗器２５３を介して、電圧Ｖｇが印加される。オペアンプ２５２の出力電圧Ｖｈ、および電圧Ｖｇはマイクロコンピュータ２８のＡ／Ｄ４、Ａ／Ｄ５を介してＣＰＵに取り込まれる。これにより、センサセル１ｃの電極１２４，１２５間には電圧（Ｖｆ　−Ｖｇ）が印加され（以下、適宜、この印加電圧を、センサセル電圧Ｖｓ　という）、電極１２４，１２５間に電流（以下、適宜、センサセル電流という）Ｉｓ　が流れると、これが抵抗器２５３の電圧降下（Ｖｇ−Ｖｈ）として検出されることになる。
【００５８】
また、制御回路２では、セル１ａ〜１ｃのインピーダンスが検出されるようになっている。インピーダンスの検出は、代表としてモニタセル１ｂを対象としてなされ、検出されるインピーダンスは両電極１２３，１２５間のインピーダンスである（以下、適宜、モニタインピーダンスという）。すなわち、インピーダンス検出時には、Ｄ／Ａ０からの指令電圧が正側または負側に瞬間的に変化せしめられる。この電圧変化はＬＰＦ２４１でなまされて、モニタセル１ｂのチャンバ側モニタ電極１２３への印加電圧Ｖｃ　、したがってモニタセル電圧Ｖｍ　に、正弦波状の交流成分が含められる。この交流成分は、１ｋＨｚ以上が望ましく、ＬＰＦ２４１の時定数は１５μｓｅｃ程度に設定される。マイクロコンピュータ２８では、この時のモニタセル電圧Ｖｍ　の電圧変化およびモニタセル電流Ｉｍ　の電流変化に基づいてインピーダンスが求められる。
【００５９】
なお、モニタセル電流Ｉｍ　検出用の抵抗器２４３と並列に別のモニタセル電流Ｉｍ　検出用の抵抗器２４４が設けられている。抵抗器２４４はスイッチ２４５により断接切り換え自在である。スイッチ２４５はマイクロコンピュータ２８のＩ／Ｏ１からの制御信号でオンオフし、オン時にはモニタセル電流Ｉｍ　検出用の抵抗器の抵抗値を小さくすることができる。スイッチ２４５のオンによりモニタセル電流Ｉｍ　検出用の抵抗器の抵抗値を小さくするのは、インピーダンスの検出時であるが、これは、濃度検出時に比してモニタセル電流Ｉｍ　が大きくなるため、インピーダンスの検出時とガス濃度検出時とで電流検出電圧（Ｖｃ　−Ｖｅ　）がアンバランスにならないようにしたものである。
【００６０】
次にヒータ１３の駆動系について説明する。ヒータ１３はバッテリ２６から通電されるようになっており、通電はＭＯＳＦＥＴ２７２によりオンとオフとに切り換えられるようになっている。ＭＯＳＦＥＴ２７２のゲートには、マイクロコンピュータ２８のＩ／Ｏ０からＭＯＳＦＥＴドライバ２７１を介して駆動信号が入力して、前記オンとオフとを切り換えられる。ヒータ１３の通電制御はパルス状に電圧を印加するＰＷＭ制御でなされ、駆動電流（駆動電力）の調整が、所定周期内の前記パルスのオン期間の長さ（駆動デューティ）を増減することでなされる。
【００６１】
次にマイクロコンピュータ２８で実行される制御プログラムとともに本ガス濃度検出装置の作動について説明する。先ず、図５、図６のフローチャートにより、ガス濃度を検出する基本的な制御について説明する。
【００６２】
図５はメインルーチンの概要を示すもので、制御回路２の電源オンにより起動する。先ずステップＳ１０１では前回のガス濃度の検出時から所定時間Ｔａ　が経過したか否かを判定する。所定時間Ｔａ　はガス濃度検出の周期に相当する時間であり、例えば４ｍｓ程度に設定される。
【００６３】
ステップＳ１０１が肯定判断されるとステップＳ１０２に進み、ガス濃度の検出処理を実行する。ガス濃度の検出処理では、その時々のポンプセル電流Ｉｐ　に応じた指令電圧を設定するとともに、その指令電圧出力時のポンプセル電流Ｉｐ　を検出する。指令電圧の設定はマイクロコンピュータ２８の図示しないＲＯＭに格納された印加電圧マップにしたがって設定される。そして、ポンプセル電流Ｉｐ　を酸素濃度に換算する。さらに、その時々のモニタセル電流Ｉｍ　、センサセル電流Ｉｓ　を検出する。そして、モニタセル電流Ｉｍ　、センサセル電流Ｉｓ　をＮＯｘ　濃度に換算する。
【００６４】
続くステップＳ１０３では、前回のインピーダンスの検出時から所定時間Ｔｂ　が経過したか否かを判定する。所定時間Ｔｂ　はインピーダンス検出の周期に相当する時間であり、例えばエンジン運転状態に応じて１２８ｍｓｅｃ、２ｓｅｃ等の時間が選択的に設定される。
【００６５】
ステップＳ１０３が肯定判断されるとステップＳ１０４に進んでインピーダンスの検出処理を実行し、ステップＳ１０５で検出インピーダンスに基づいてヒータ１３の通電制御を実行する。
【００６６】
インピーダンスの検出処理（ステップＳ１０４）は、温度状態検出手段としての処理であり、図６に示すように、ステップＳ２０１で、Ｄ／Ａ０からの指令電圧を例えば正側にごく短時間（数十〜数百μｓｅｃ）シフトし、モニタセル電圧Ｖｍ　を変化させるとともに、ステップＳ２０２で、このときのモニタセル電圧Ｖｍ　の変化ΔＶｍ　と、モニタセル電流Ｉｍ　の変化ΔＩｍ　とを計測する。なお、ステップＳ２０１実行前にＩ／Ｏ１によりインピーダンス検出用に抵抗器２４４が接続される。ステップＳ２０３はインピーダンス算出手段としての処理で、計測結果に基づいてインピーダンスを算出する。すなわち、モニタセル電流変化ΔＩｍ　とモニタセル電圧変化ΔＶｍ　との比（ΔＶｍ　／ΔＩｍ　）を算出して、これをインピーダンスとする。モニタセル電圧Ｖｍ　の変化はＬＰＦ２４１の作用で波形の立ち上がりと立ち下がりがなまされたものとなり、モニタセル１ｂのリアクタンス成分の影響でモニタセル電流Ｉｍ　に過大な尖頭成分が現れるのを防止し、インピーダンスの検出精度を高めている。このインピーダンスは、図７に示すように、固体電解質層１１１，１１２の温度状態を示しており、温度が高いほど小さくなる。固体電解質の活性温度域まで上昇すると、良好に酸素イオンが流れることになる。
【００６７】
ヒータ通電制御（ステップＳ１０５）はヒータ制御手段としての処理であり、例えば、検出インピーダンスが目標インピーダンスの７５％になるまでは、駆動デューティを１００％に固定する固定デューティ制御を実行し、目標インピーダンスの７５％を越えると、ＰＩ制御を実行し、目標インピーダンスに収束せしめる。
【００６８】
次にガスセンサ１の信号線の断線を検出する制御について説明する。
【００６９】
〈ポンプセル断線〉
図８、図９はポンプセル１ａを検出対象とする断線検出処理を示すもので、ステップＳ３０１では前記インピーダンス検出処理（ステップＳ１０４）で検出されたインピーダンスＺＡＣを予め設定した規定値と比較し、規定値以下か否かを判定する。ステップＳ３０１は禁止手段としての処理である。インピーダンスＺＡＣが規定値以上で否定判断されるとリターンに抜ける。肯定判断されると、ステップＳ３０２に進み、ポンプセル断線検出を実行する。
【００７０】
ポンプセル断線検出処理（ステップＳ３０２）では、先ずステップＳ４０１で断線検出のタイミングか否かを判定する。肯定判断されるとステップＳ４０２に進み、否定判断されるとリターンに抜ける。ステップＳ４０１は、マイクロコンピュータ２８の所定の制御周期ごとに肯定判断され、ステップＳ４０２以降の処理が実行される。
【００７１】
ステップＳ４０２は試験信号入力手段としての処理で、ポンプセル電圧Ｖｐ　を強制変化する。ごく短時間、ＬＰＦ２３１に入力するＤ／Ａ１の指令電圧を直前の電圧値から正側に電圧をややシフトし、その状態から今度は前記直前電圧値よりも負側に僅かにシフトする。これにより、ポンプセル電圧Ｖｐ　が直前の電圧値を中心に正負に振れる電圧変化を生じることになる。指令電圧の変化、すなわち、試験信号であるポンプセル電圧Ｖｐ　の変化は、ＬＰＦ２３１の作用で波形の立ち上がりと立ち下がりがなまされたものとなる。
【００７２】
ステップＳ４０３は応答信号検出手段としての処理で、ポンプセル電圧Ｖｐ　の強制変化に応答して流れる応答信号であるポンプセル電流Ｉｐ　の変化ΔＩｐ　をインピーダンス検出処理（ステップＳ１０４）の場合と同様に取り込む。
【００７３】
ステップＳ４０４〜Ｓ４０８は判定手段としての処理で、先ずステップＳ４０４では、検出されたポンプセル電流変化ΔＩｐ　を予め設定された規定値と比較し、規定値以下か否かを判定する。肯定判断されると、ステップＳ４０５に進み、ポンプセル断線カウンタを「１」インクリメントする。
【００７４】
ステップＳ４０４はポンプセルが断線していると肯定判断される。これを以下に説明する。ポンプセル１ａには、図１０に模式的に示すように、電極間に寄生容量が存在し、ポンプセル１ａの等価回路は図１１のように表せる。電極は個体電解質材を移動する酸素の量を確保するため、ある程度の広さをもっており、この寄生容量は比較的大きな値を示す。したがって、この寄生容量に基因したインピーダンス成分はごく小さい。したがって、ポンプセル電圧Ｖｐ　の強制変化により、ポンプセル１ａについて断線がなければ図１２に示すように、前記等価回路のインピーダンスに応じた比較的大きな電流変化ΔＩｐ　が生じることになる。
【００７５】
一方、ポンプセル１ａの電極１２１，１２２について断線があれば、断線部にけるインピーダンスの分、ポンプセル電流変化ΔＩｐ　は断線非発生時に比して減少するが、前記のごとく前記寄生容量に基因したインピーダンス成分がごく小さいため、減少幅は大きく、図１３に示すように、ポンプセル電流変化ΔＩｐ　は実質的に生じない。
【００７６】
したがって、ポンプセル電流変化ΔＩｐ　の規定値を、ポンプセル電流変化ΔＩｐ　が実質的に０であるとみなせる値に設定することで、ポンプセル１ａの断線の有無を判定することができる。
【００７７】
本発明では、ポンプセル電圧Ｖｐ　をごく短時間に一時的に変化させているので、その交流成分が、ポンプセル１ａの寄生容量で、大きなポンプセル電流変化ΔＩｐ　を生じさせる。一体に設けられた他のセル１ｂ，１ｃやヒータ１３の干渉や接地電位の変動等があっても、これらに基因した電流変化は、ポンプセル電流Ｉｐ　のレベルを緩やかに変動させる程度のものである。ポンプセル電圧Ｖｐ　の強制変化に応答した電流変化ΔＩｐ　に比べれば僅少である。したがって、単に電流の有無をみるだけのものに比して、正確にポンプセル１ａの断線の有無を判定することができる。また、このため、ポンプセル１ａの寄生容量が、十分なポンプセル電流変化ΔＩｐ　を生じさせるレベルに達すれば、固体電解質層１１１，１１２が活性温度に到達するのを待たずに断線検出を行い得る。したがって、前記ステップＳ３０１におけるインピーダンスの規定値は必ずしも活性温度域に対応するインピーダンス値に設定する必要はなく、活性温度域に対応するインピーダンス値より高めに設定すればよい。また、ポンプセル電圧Ｖｐ　の変化による交流成分を利用するため、ＬＰＦ２３１および後述するモニタセル１ｂの断線検出におけるＬＰＦ２４１はスパイク性のノイズを除去して波形整形し、検出したい周波数のインピーダンスを考慮してカットオフ周波数を設定することになる。
【００７８】
ポンプセル電流変化ΔＩｐ　が規定値以下で、ポンプセル断線カウンタがカウントアップされると（ステップＳ４０４，Ｓ４０５）、ステップＳ４０６でポンプセル断線カウンタのカウント値を予め設定した規定値と比較して、規定値に達しているか否かを判定し、否定判断されると、リターンに抜ける。肯定判断されると、ステップＳ４０７でポンプセル１ａが断線した旨を確定させる。例えば、ポンプセル断線を示すフラグをセットしリターンに抜ける。これにより、燃料噴射制御等の他の制御において、ガスセンサ１に異常が生じたことが知られることになる。ポンプセル断線カウンタの規定値は、例えば数回に設定され、ポンプセル断線の判定の確度を高めている。
【００７９】
なお、ポンプセル電流変化ΔＩｐ　が規定値以上でステップＳ４０４が否定判断されると、ステップＳ４０８でポンプセル断線カウンタをクリアしリターンに抜ける。したがって、ポンプセル断線カウンタのカウント値は、ポンプセル電流変化ΔＩｐ　が規定値以下となる結果（ステップＳ４０４）が連続して現出した場合にのみカウントアップし、突発的にポンプセル電流変化ΔＩｐ　が規定値以下となることがあっても、これをポンプセル断線と誤判定することが回避される。
【００８０】
また、ポンプセル断線検出処理（ステップＳ３０２）はインピーダンスが規定値を下回ったときにのみ実行されるようにしている。すなわち、図１４に示すように、固体電解質層１１１，１１２の温度が低いと、インピーダンスが高く、前記寄生容量も小さいから、ポンプセル電圧Ｖｐ　の強制変化に対して十分な大きさのポンプセル電流変化ΔＩｐ　が得られず、断線時との差が明瞭ではない。また、Ｓ／Ｎが十分ではない場合がある。そこで、ポンプセル断線検出処理（ステップＳ３０２）をインピーダンスが規定値を下回ったときにのみ実行されるようにすることで、ポンプセル断線の判定確度を高めている。
【００８１】
また、ポンプセル電圧Ｖｐ　の強制変化（ステップＳ４０２）では電圧変化の時間をごく短時間に設定するのがよい。図１５がごく短時間に設定した場合のポンプセル電圧Ｖｐ　、ポンプセル電流Ｉｐ　、モニタセル電流Ｉｍ　、センサセル電流Ｉｓ　で、図１６が電圧変化の時間を長めにとったものである。長めにとると、ガス濃度検出処理（ステップＳ１０２）のように、ポンプセル電流Ｉｐ　に応じてポンプセル電圧Ｖｐ　を調整したときのように、ポンプセル電圧Ｖｐ　が静的に変化する傾向が現れる。このため、チャンバー１０１，１０２内の酸素濃度が変化し、モニタセル電流Ｉｍ　、センサセル電流Ｉｓ　が変動して、ＮＯｘ　濃度の検出精度に影響する。これに対して、ポンプセル電圧Ｖｐ　の強制変化をごく短時間のうちに行えば、実質的にチャンバー１０１，１０２内の酸素濃度の変化は生じず、ＮＯｘ　濃度の検出精度に影響することはない。
【００８２】
ここで、ポンプセル電圧Ｖｐ　の強制変化に対して酸素濃度に変化が現れる応答時間はピンホール１０６と多孔質拡散層１１６の流通抵抗等に依存し、これらを考慮して、ポンプセル電圧Ｖｐ　の強制変化の時間を設定するのがよい。
【００８３】
また、本実施形態では、ポンプセル電圧Ｖｐ　の電圧変化を相前後して正負に切り換えるようにしており、正方向または負方向にのみ変化させる場合に比して、次の効果を有する。すなわち、図１７に示すように、正方向または負方向（図例では負方向）にのみ変化させると、その電圧変化に伴ってポンプセル１ａの寄生容量に応じて充電された電荷の放電はポンプセル１ａを含む回路の時定数に応じたものとなり、放電中は、酸素濃度の検出信号であるポンプセル電流Ｉｐ　に誤差が含まれることになる。
【００８４】
これに対して、本実施形態のポンプセル電圧Ｖｐ　の電圧変化では、電圧を一方向にシフトすると、電圧変化の直前の電圧値に対して最初にシフトした方向とは逆方向にシフトするようにしているから、最初の電圧シフトに基因した寄生容量の充電が次の逆方向の電圧シフトで速やかに解消され、速やかに正常なガス濃度の検出に復帰することができる。
【００８５】
勿論、ポンプセル電圧Ｖｐ　の強制変化が一方向にのみ電圧をシフトするものであるものも、本発明の実施形態として排除するものではなく、要求される仕様によっては、採用することができる。
【００８６】
なお、本実施形態ではポンプセル電圧Ｖｐ　を強制変化させて、そのときのポンプセル電流変化ΔＩｐ　に基づいて断線の有無を判定しているが、ポンプセル電流Ｉｐ　を強制変化させて、そのときのポンプセル電圧Ｖｐ　の変化ΔＶｐ　に基づいて断線の有無を判定するようにしてもよい。前記図９に則して説明すると、ステップＳ４０２でポンプセル電流Ｉｐ　を強制変化させる。これは試験信号入力手段としての処理である。次いで、ステップＳ４０３で、このポンプセル電流Ｉｐ　の強制変化に応答して発生する、応答信号であるポンプセル電圧変化ΔＶｐ　を取り込む。ステップＳ４０４では、ポンプセル電圧Ｖｐ　を強制変化させる場合とは逆に、ポンプセル電圧変化ΔＶｐ　が規定値よりも大きいか否かを判定する。この規定値がポンプセル電圧を強制的に変化させる場合のものと異なるのは勿論である。ステップＳ４０４が肯定判断されるのは、ポンプセル１ａが断線している場合である。すなわち、断線がなければ、検出されるポンプセル電圧変化ΔＶｐ　は、ポンプセル１ａにおける電圧降下分だけであり、前記のごとくポンプセル１ａの交流成分に対するインピーダンスが低いことから、図１８のように、ポンプセル電圧変化ΔＶｐ　が低く抑えられる。
【００８７】
一方、断線していると、断線部でのインピーダンスの分、電圧降下が大きなものとなるので、図１９のようにポンプセル電圧変化ΔＶｐ　が大きなものとなる。前記ポンプセル１ａのインピーダンスは前記のごとく小さいから、断線時には、ポンプセル電圧変化ΔＶｐ　の、非断線時に対する上昇度合いは極めて大きなものとなる。
【００８８】
これにより、他のセル１ｂ，１ｃの干渉電流等の影響を受けることなく、ポンプセル１ａの断線の検出を正確になし得る。
【００８９】
〈モニタセル断線検出〉
図２０、図２１は、モニタセル１ｂを検出対象とする断線検出処理を示すもので、ステップＳ５０１ではヒータ１３の通電時間（以下、適宜、ヒータ通電時間という）を予め設定した規定値と比較し、規定値以上か否かを判定する。ヒータ通電時間は、ヒータ１３の通電開始からの経過時間をカウントする温度状態検出手段であるタイマによりカウントする。ヒータ通電時間が規定値以下で否定判断されるとリターンに抜ける。肯定判断されると、ステップＳ５０２に進み、モニタセル断線検出を実行する。ステップＳ５０１は禁止手段としての処理である。
【００９０】
モニタセル断線検出処理（ステップＳ５０２）では、ポンプセル断線検出処理（ステップＳ３０２）と同様の処理がなされる。先ず、ステップＳ６０１で断線検出のタイミングが否かを判定する。肯定判断されるとステップＳ６０２に進み、否定判断されるとリターンに抜ける。ステップＳ６０１は、ポンプセル断線処理の場合と同様に、マイクロコンピュータ２８の所定の制御周期ごとに肯定判断され、ステップＳ６０２以降の処理が実行される。
【００９１】
ステップＳ６０２は試験信号入力手段としての処理で、モニタセル電圧Ｖｍ　を強制変化する。その際、Ｉ／Ｏ１からの制御信号でスイッチ２４５をオンし、抵抗器２４４が接続される。ごく短時間、Ｄ／Ａ０の指令電圧を直前の電圧値から正側に僅かにシフトし、その状態から今度は前記直前電圧値よりも負側に僅かにシフトする。これにより、モニタセル電圧Ｖｍ　が直前の電圧値を中心に正負に振れる電圧変化を生じることになる。
【００９２】
ステップＳ６０３は応答信号検出手段としての処理で、モニタセル電圧Ｖｍ　の強制変化に応答して流れるモニタセル電流Ｉｍ　の変化ΔＩｍ　を取り込む。ここでは、電圧変化開始後、所定の規定時間後のモニタセル電流変化ΔＩｍ　を検出する。規定時間については後述する。
【００９３】
ステップＳ６０４〜Ｓ６０８は判定手段としての処理で、先ず、ステップＳ６０４では、検出されたモニタセル電流変化ΔＩｍ　を予め設定された規定値と比較し、規定値以下か否かを判定する。肯定判断されると、ステップＳ６０５に進み、モニタセル断線カウンタを「１」、インクリメントする。
【００９４】
ステップＳ６０４はモニタセル１ｂが断線していると肯定判断される。モニタセル１ｂにはポンプセル１ａと同様に電極１２３，１２５間に寄生容量が存在するが、ポンプセル１ａのように単純ではない。すなわち、モニタセル１ｂは大気ダクト１０５に面した電極１２５がセンサセル１ｃと共通であり、さらに、他方の電極１２３がセンサセル１ｃの電極１２４とともに同じチャンバー１０２に面して近接して配置されている。このため、モニタセル１ｂおよびセンサセル１ｃについて、図２２に模式的に示すように、モニタセル１ｂの電極１２３，１２５間の寄生容量ＣＭの他、センサセル１ｃの電極１２４，１２５間の寄生容量ＣＳ、および、チャンバー側モニタ電極１２３とチャンバー側センサ電極１２４との間の寄生容量（以下、適宜、センサ−モニタ寄生容量という）ＣＳＭが存在する。したがって、モニタセル電圧Ｖｍ　の強制変化により、モニタセル１ｂに断線がなければ図２３に示すように、前記寄生容量ＣＭ、ＣＳ、センサ−モニタ寄生容量ＣＳＭに応じたモニタセル電流変化ΔＩｍ　が生じることになる。これは、センサ寄生容量ＣＳおよびセンサ−モニタ寄生容量ＣＳＭが、モニタ寄生容量ＣＭを増大させるので、その分、モニタセル電流変化ΔＩｍ　も大きな値が得られる。
【００９５】
一方、モニタセル１ｂに断線があれば、チャンバー側モニタ電極１２３側の信号線で断線が生じていた場合、大気側センサ／モニタ電極１２５側の信号線で断線が生じていた場合のそれぞれに応じて、図２４に示すような挙動が生じる。すなわち、モニタセル電圧Ｖｍ　はＤ／Ａ０の指令電圧を変化させて、これをＬＰＦ２４１、オペアンプ２４２、抵抗器２４３および抵抗器２４４を介してチャンバー側モニタ電極１２３に伝送することになるが、チャンバー側モニタ電極１２３側の信号線が断線の場合は、Ｄ／Ａ０の指令電圧を変化させても、モニタセル電流変化ΔＩｍ　は生じない。この場合には、前記規定値は、モニタセル電流変化ΔＩｍ　が０とみなせる上限値に設定すればよいことになる。
【００９６】
一方、大気側センサ／モニタ電極１２５側の信号線で断線が生じていた場合には、チャンバー側モニタ電極１２３とチャンバー側センサ電極１２４とが容量結合することで、モニタセル電流変化ΔＩｍ　が生じる。これは、センサ−モニタ間寄生容量ＣＳＭがモニタセル寄生容量ＣＭ等に比して容量が小さいことから、断線のない状態で検出されるモニタセル電流変化ΔＩｍ　よりも小さく、電流変化時間も短いものとなる。
【００９７】
したがって、前記規定時間のとり方により、モニタセル電流変化ΔＩｍ　の規定値が異なる。すなわち、図２４のＡ点やＣ点でモニタセル電流変化ΔＩｍ　を求めるとすれば、モニタセル電流変化ΔＩｍ　にセンサ−モニタ間寄生容量ＣＳＭの影響が現れるので、前記上限値よりも大きな値に規定値を設定する必要がある。また、モニタセル電流変化ΔＩｍ　にセンサ−モニタ間寄生容量ＣＳＭの影響が現れないＢ点でモニタセル電流変化ΔＩｍ　を求めるとすれば、チャンバ側モニタ電極１２３断線時と同様、規定値は０とみなせる上限値となる。
【００９８】
なお、本発明では、モニタセル電圧Ｖｍ　の強制変化に応答した電流変化ΔＩｍ　をみているので、ポンプセル１ａの断線の場合と同様に、単に電流の有無をみるだけのものに比して、正確にモニタセル１ｂの断線の有無を判定することができる。
【００９９】
さて、モニタセル電流変化ΔＩｍ　が規定値以下で、モニタセル断線カウンタがカウントアップされると（ステップＳ６０４，Ｓ６０５）、ステップＳ６０６でモニタセル断線カウンタのカウント値を予め設定した規定値と比較して、規定値に達しているか否かを判定し、否定判断されると、リターンに抜ける。肯定判断されると、ステップＳ６０７でモニタセル１ｂが断線した旨を確定させる。この一連の処理は、ポンプセル１ａの断線検出処理におけるステップＳ４０５〜Ｓ４０７と実質的に同じであり、モニタセル断線について、確度の高い判定ができる。
【０１００】
なお、モニタセル電流変化ΔＩｍ　が規定値以下でステップＳ６０４が否定判断されると、ステップＳ６０８でモニタセル断線カウンタをクリアしリターンに抜ける。したがって、ポンプセル１ａの断線検出処理におけるステップＳ４０８と同様に、突発的にモニタセル電流変化ΔＩｍ　が規定値以下となることがあっても、これをモニタセル１ｂの断線と誤判定することが回避される。
【０１０１】
また、モニタセル断線検出処理（ステップＳ５０２）はヒータ通電時間が規定値を越えたときにのみ実行されるようにしている。すなわち、図２５に示すように、ヒータ通電時間に応じて固体電解質層１１１，１１２の温度が上昇してインピーダンスが低くなり、前記寄生容量ＣＭ，ＣＳ，ＣＳＭも大きくなっていくから、ヒータ通電時間が短い間は寄生容量ＣＭ，ＣＳ，ＣＳＭも小さく、モニタセル電圧Ｖｍ　の強制変化に対して十分な大きさの電流変化ΔＩｍ　が得られず、断線時との差が明瞭ではない。また、Ｓ／Ｎが十分ではない場合がある。そこで、モニタセル断線検出処理（ステップＳ５０２）をヒータ通電時間が規定値を越えたときにのみ実行されるようにすることで、モニタセル１ｂの断線の判定確度を高めている。
【０１０２】
なお、本実施形態ではモニタセル断線検出処理（ステップＳ５０２）を実行するか否かをヒータ通電時間により判定しているが、正確にはヒータ１３に投入された総投入電力量により判定するのがよい。これには、例えば、断線検出タイミングになる（Ｓ６０１）ごとに電力を検出するとともに検出電力を積算して積算値を投入電力量とする。あるいは、電源投入時にヒータ１３の電源であるバッテリ２６の電圧を検出し、検出電圧に前記ヒータ通電時間を乗じたものにより、固体電解質層１１１，１１２の昇温が進んだか否か、すなわちモニタセル断線検出処理（ステップＳ５０２）を実行すべき時期か否かを判定するようにしてもよい。これらの他、ヒータ１３への投入電力量に応じて単調増加するものであれば、モニタセル断線検出処理（ステップＳ５０２）の実行条件となるパラメータとし得る。
【０１０３】
また、検出対象であるモニタセル１ｂ以外のセルについて、Ｓ２０１〜Ｓ２０３のごときインピーダンス検出処理を実行して固体電解質層１１１，１１２の温度状態を検出するものも、本発明の実施形態として排除するものではないが、例えばセンサセル１ｃについてインピーダンスを検出しようとすると、センサセル電圧を変化させるための回路が、モニタセル１ｂ等のように必要になり、構成は複雑化し、また、制御負担が大きくなるので、本実施形態のものが実用的である。
【０１０４】
なお、本実施形態では、モニタセル１ｂの断線の有無のみを判定しているが、モニタセル１ｂの電極１２３，１２５のうち、いずれの信号線が断線しているか否かを区別することもできる。すなわち、前掲図２４において、Ａ点やＣ点でモニタセル電流変化ΔＩｍ　をサンプリングすると、断線時のモニタセル電流変化ΔＩｍ　でも、チャンバー側モニタ電極１２３が断線したときと、大気側センサ／モニタ電極１２５が断線したときとで、大きさが異なるから、大小２種類の規定値を設定し、モニタセル電流変化ΔＩｍ　が小さい方の規定値以下であれば、チャンバー側モニタ電極１２３が断線と判じ、モニタセル電流変化ΔＩｍ　が小さい方の規定値以上で大きい方の規定値以下であれば、大気側センサ／モニタ電極１２５が断線と判じるようにする。
【０１０５】
なお、図２４において、Ａ点とＣ点とでモニタセル電流変化ΔＩｍ　が異なるのは、後のＣ点の方がモニタセル電圧Ｖｍ　の電圧変化ΔＶｍ　の幅が大きいためである。
【０１０６】
また、モニタセル電流変化ΔＩｍ　で断線の有無を判じるのではなく、モニタセル電圧変化ΔＶｍ　をモニタセル電流変化ΔＩｍ　で除したインピーダンスにより、断線の有無を判じてもよい。インピーダンスが規定値以上の場合に、断線と判じることになる。この場合、インピーダンスはインピーダンス検出処理（ステップＳ１０４）のものが用いられ得る。勿論、アドミタンスにより判じてもよい。
【０１０７】
また、ポンプセル断線検出のところで説明したように、セルに流す電流を強制的に変化させて電圧の変化をみてもよい。すなわち、モニタセル電流Ｉｍ　を強制的に変化させてそのときのモニタセル電圧変化ΔＶｍ　に基づいて断線の有無を判定するようにしてもよい。前記図２１に則して説明すると、ステップＳ６０２でモニタセル電流Ｉｍ　を強制変化させる。これは試験信号入力手段としての処理である。次いで、ステップＳ６０３で、このモニタセル電流Ｉｍ　の強制変化に応答して発生する、応答信号であるモニタセル電圧変化ΔＶｍ　を取り込む。ステップＳ６０４では、モニタセル電圧Ｖｍ　を強制変化させる場合とは逆に、モニタセル電圧変化ΔＶｍ　が規定値よりも大きいか否かを判定する。ステップＳ６０４が肯定判断されるのは、モニタセル１ｂが断線している場合である。すなわち、断線がなければ、検出されるモニタセル電圧変化ΔＶｍ　は、モニタセル１ｂにおける電圧降下分だけであり、前記のごとくモニタセル１ｂの交流成分に対するインピーダンスが低いことから、図２６のように、モニタセル電圧変化ΔＶｍ　が低く抑えられる。
【０１０８】
一方、断線していると、断線部でのインピーダンスの分、電圧降下が大きなものとなるので、図２７のようにモニタセル電圧変化ΔＶｍ　が大きなものとなる。前記モニタセル１ｂのインピーダンスは前記のごとく小さいから、断線時には、モニタセル電圧変化ΔＶｍ　の、非断線時に対する上昇度合いは極めて大きなものとなる。なお、チャンバ側モニタ電極１２３の断線時と、大気側センサ／モニタ電極１２５の断線時とで、寄生容量ＣＳＭの影響でモニタセル電圧変化ΔＶｍ　が異なる。
【０１０９】
これにより、他のセル１ａ，１ｃの干渉電流等の影響を受けることなく、モニタセル１ｂの断線の検出を正確になし得る。
【０１１０】
〈センサセル断線検出〉
図２８、図２９はセンサセル１ｃを検出対象とする断線検出処理を示すもので、ステップＳ７０１では、ポンプセル断線検出の場合（ステップＳ３０１）と同様に前記インピーダンス検出処理（ステップＳ１０４）で検出されたインピーダンスＺＡＣを予め設定した規定値と比較し、規定値以上であればリターンに抜け、規定値以下であればステップＳ７０２に進む。ステップＳ７０２では、センサセル電流Ｉｓ　が規定値以下か否かを判定し、否定判断されるとリターンに抜け、肯定判断されると、ステップＳ７０３でセンサセル断線検出を実行する。なお、ステップＳ７０２は、センサセル電流Ｉｓ　が余り大きいと後述する断線検出を実行とした時の電流変化（図３０参照）が、Ａ／Ｄ入力のダイナミックレンジを外れてしまうため、かかる状況での断線検出を排除する趣旨である。
【０１１１】
センサセル断線検出処理（ステップＳ７０３）では、先ず、ステップＳ８０１で断線検出のタイミングか否かを判定する。肯定判断されるとステップＳ８０２に進み、否定判断されるとリターンに抜ける。ステップＳ８０１は、ポンプセル断線検出処理の場合と同様に、マイクロコンピュータ２８の所定の制御周期ごとに肯定判断され、ステップＳ８０２以降の処理が実行される。
【０１１２】
ステップＳ８０２は試験信号入力手段としての処理で、モニタセル電圧Ｖｍ　を強制変化する。これはモニタセル断線検出処理（ステップＳ６０２）の場合と同様にＤ／Ａ０で指令電圧を変化させることでなされる。
【０１１３】
ステップＳ８０３は応答信号検出手段としての処理で、モニタセル電圧Ｖｍ　の強制変化開始後、所定の規定時間経過後のセンサセル電流変化ΔＩｓ　を検出する。規定時間については後述する。
【０１１４】
ステップＳ８０４〜Ｓ８０８は判定手段としての処理で、先ず、ステップＳ８０４では、検出されたセンサセル電流変化ΔＩｓ　を予め設定された規定値と比較し、規定値以下か否かを判定する。肯定判断されると、ステップＳ８０５に進み、センサセル断線カウンタを「１」インクリメントする。
【０１１５】
ステップＳ８０４はセンサセル１ｃがチャンバー側センサ電極１２４に対応した信号線で断線していると肯定判断される。センサセル１ｃとモニタセル１ｂとは同じチャンバー１０２に面して電極１２３，１２４が設けられているため、モニタセル電圧Ｖｍ　の強制変化により、チャンバー１０２内の酸素の汲み出し又は汲み込み能力が変化すると、これがセンサセル１ｃに影響する。すなわちチャンバー１０２内の酸素濃度が変化することで、センサセル１ｃに断線がなければ、図３０に示すように、直前のセンサセル電流Ｉｓ　に対して電流変化ΔＩｓ　が生じる。
【０１１６】
一方、センサセル１ｃに断線があれば、図３１に示すように、センサセル電流変化ΔＩｓ　は生じない。この場合、センサセル１ｃの大気ダクト１０５に面した電極１２５はモニタセル１ｂと共通であるから、電極１２５について断線なしと判断されていれば、断線が生じているのは、チャンバ側センサ電極１２４ということになる。
【０１１７】
センサセル電流変化ΔＩｓ　が規定値以下で、センサセル断線カウンタがカウントアップされると（ステップＳ８０４，Ｓ８０５）、ステップＳ８０６でセンサセル断線カウンタのカウント値を予め設定した規定値と比較して、規定値に達しているか否かを判定し、否定判断されると、リターンに抜ける。肯定判断されると、ステップＳ８０７でセンサセル１ｃが断線した旨を確定させる。この一連の処理は、ポンプセル１ａの断線検出処理におけるステップＳ４０５〜Ｓ４０７と実質的に同じであり、センサセル１ｃの断線について、確度の高い判定ができる。
【０１１８】
なお、センサセル電流変化ΔＩｓ　が規定値以上でステップＳ８０４が否定判断されると、ステップＳ８０８でセンサセル断線カウンタをクリアしリターンに抜ける。したがって、センサセル断線カウンタのカウント値は、ポンプセル１ａの断線検出処理におけるステップＳ４０８と同様に、突発的にセンサセル電流変化ΔＩｓ　が規定値以下となることがあっても、これをセンサセル断線と誤判定することが回避される。
【０１１９】
また、センサセル断線検出処理（ステップＳ７０３）はインピーダンスが規定値を下回ったときを条件としているので、ポンプセル断線検出処理の場合（ステップＳ３０１）と同様に、インピーダンスが低く、十分な大きさのセンサセル電流変化ΔＩｓ　が得られるときにのみ実行され、センサセル１ｃの断線の判定確度が高められる。
【０１２０】
センサセル１ｃの断線は、このように検出されるようになっている。センサセル電圧Ｖｓ　は強制変化させる必要がない。また、モニタセル電圧Ｖｍ　はモニタセル１ｂの断線検出処理（ステップＳ５０２）やインピーダンス検出処理（ステップＳ１０４）のときに、ステップＳ８０２と同様に強制変化させられる（ステップＳ６０２，Ｓ２０１）ので、試験信号入力手段がこれらの処理と兼用となる。これにより構成が簡単となる。
【０１２１】
なお、モニタセル電圧強制変化の時間が余り長ければチャンバー１０２内の酸素濃度変化が大きくなり、それだけ大きなセンサセル電流変化ΔＩｓ　が生じることになるが、酸素濃度が元に復するまでに要する時間ΔＴが長くなり、正常なＮＯｘ　濃度の検出ができなくなる時間が長引くため、断線の有無を正確に判定し得るセンサセル電流変化ΔＩｓ　が得られる範囲内で、可及的にモニタセル電圧強制変化の期間の長さは短くとるのが望ましい。
【０１２２】
また、モニタセル電圧Ｖｍ　の電圧変化ΔＶｍ　の時間が逆に短い場合でも、モニタセル１ｂとセンサセル１ｃとの間の寄生容量ＣＳＭにより、図３０に示すようにセンサセル電流Ｉｓ　の電流変化ΔＩｓ　が生じるので、これを利用して、断線検出を行うのもよい。
【０１２３】
また、モニタセル断線検出のところで、セルに流す電流を強制的に変化させて電圧の変化をみることにより断線検出を行うことを説明したが、モニタセル電流Ｉｍ　の強制的な変化を利用して、センサセル断線検出を行うこともできる。前記図２９に則して説明すると、ステップＳ８０２でモニタセル電流Ｉｍ　を強制変化させる。これは試験信号入力手段としての処理である。ステップＳ８０３以降は同じである。すなわち、モニタセル電流Ｉｍ　を強制変化させることで、チャンバー１０２内の酸素濃度が変わり、センサセル電流Ｉｓ　が変化するから、この大きさを二値判断する。
【０１２４】
また、本実施形態では、ポンプセル１ａ、モニタセル１ｂのそれぞれの、電流検出と、電圧変化とを同じ電極１２１，１２３側で行っているが、図３２に示すように、電流検出側のオペアンプには基準電圧源を接続し、他方のオペアンプには電圧変化手段を接続するのもよい。
【０１２５】
なお、本実施形態では、ポンプセル電圧Ｖｐ　をポンプセル電流Ｉｐ　に基づいて印加電圧マップにしたがって設定する図３３に示す制御方式をとっているが、図３４に示すように、モニタセル電流Ｉｍ　に基づいて、モニタセル電流Ｉｍ　が所定値をとるようにポンプセル電圧Ｖｐ　をフィードバック制御するものにも本発明は適用することができる。
【０１２６】
また、センサ構造についても図例のものに限られない。図３５は本発明を適用し得るガスセンサの別の例を示すもので、このガスセンサ１Ａは、ジルコニア等の固体電解質材である固体電解質層１５１，１５２，１５３、多孔質アルミナ等の絶縁材料からなる律速層１５４、アルミナ等の絶縁材料からなる絶縁層やジルコニア等で構成される層１５５等が板厚方向に積層する積層構造を有し、面方向に細長の全体形状が与えられている。
【０１２７】
固体電解質層１５２および律速層１５４は固体電解質層１５１と固体電解質層１５３とで挟まれた同じ層を形成しており、ガスセンサの先端側に律速層１５４が位置し、基端側に固体電解質層１５２が位置する。固体電解質層１５２および律速層１５４は、一部が板厚方向に打ち抜かれており、固体電解質層１５１，１５２の間に、ガスセンサ１Ａの長手方向に配置された２つのチャンバー１４１，１４２が形成される。律速層１５４は、ガスセンサの先端側で第１のチャンバー１４１にガスセンサ１Ａ外部の被測定ガスを導入するとともに、第１のチャンバー１４１と第２のチャンバー１４２との境界部で両チャンバー１４１，１４２を連通せしめている。
【０１２８】
固体電解質層１５３を挟んでチャンバー１４１，１４２と反対側には固体電解質層１５３をダクト壁の一部とする大気ダクト１４３が形成されている。大気ダクト１４３は先端側が固体電解質層１５３を挟んで第１チャンバー１４１と対向する位置まで伸び、ガスセンサ１Ａの基端で大気に開放している。ガスセンサ１Ａが内燃機関に適用される場合には、ガスセンサ１Ａがこれを保持するホルダ部材等とともに排気管の管壁を貫通して設けられて、大気ダクト１４３が排気管外部と連通する。
【０１２９】
第１チャンバー１４１位置で固体電解質層１５１の上下面には固体電解質層１５１を挟んで対向する１対の電極１６１，１６２が形成されており、固体電解質層１５１と電極１６１，１６２とでポンプセル１ｄが構成される。ポンプセル１ｄを構成する電極１６１，１６２のうち、チャンバー１４１に面した電極１６１はＮＯｘ　の分解（還元）に不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属により構成されている。
【０１３０】
また、第１チャンバー１４１および大気ダクト１４３位置で固体電解質層１５３の上下面には固体電解質層１５３を挟んで対向する１対の電極１６３，１６５が形成されており、固体電解質層１５３と電極１６３，１６５とでモニタセル１ｅが構成される。モニタセル１ｅを構成する電極１６３，１６５のうち、チャンバー１４１に面した電極１６３はＮＯｘ　の分解（還元）に不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属により構成されている。なお、大気ダクト１４３に面した電極１６５は第２チャンバー１４２位置まで伸びる、電極１６３よりも長い電極であり、後述するセンサセル１ｆ、別のポンプセル１ｇと共通の電極となっている。
【０１３１】
第２チャンバー１４２位置で固体電解質層１５３の上下面には、固体電解質層１５３を挟んで対向する１対の電極１６４，１６５が形成されている。固体電解質層１５３と電極１６４，１６５とでセンサセル１ｆが構成される。
【０１３２】
また、第２チャンバー１４２に面して固体電解質層１５１には、電極１６６が形成されており、固体電解質層１５１〜１５３と電極１６６，１６５とで別のポンプセル１ｇが構成される。この別のポンプセル１ｇはセンサセル１ｆと同様に、一方の電極１６６が第２チャンバー１４２に面し、他方の電極１６５が大気ダクト１４３に面した構造となっている。
【０１３３】
第２チャンバー１４２に面した電極１６４，１６６のうち、センサセル１ｆの電極１６４はＮＯｘ　の分解（還元）に活性なＰｔ等の貴金属により構成され、別のポンプセル１ｇの電極１６６がＮＯｘ　の分解（還元）に不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属により構成される。
【０１３４】
また、固体電解質層１５３とともに大気ダクト１４３のダクト壁をなす層１５５には、Ｐｔ等の線パターンが埋設されて、ガスセンサ１Ａ全体を加熱するヒータ１７としてある。ヒータ１７は通電によりジュール熱を発生する電気式のものである。
【０１３５】
このガスセンサ１Ａでは、モニタセル１ｅで発生する起電圧に基づいて、該起電圧が基準電圧となるように、すなわち、第１チャンバー１４１内の酸素濃度が一定かつ低濃度となるように、ポンプセル１ｄの印加電圧がフィードバック制御され、第１チャンバー１４１内の酸素が排出される。第１チャンバー１４１と連通する第２チャンバー１４２内の酸素も同程度に排出される。
【０１３６】
そして、第２チャンバー１４２内に残った酸素が別のポンプセル１ｇにより排出される。センサセル１ｆには、第２チャンバー１４２に面した電極１６４におけるＮＯｘ　の分解に基因した電流が流れる。この電流は第２チャンバー１４２内のＮＯｘ　の濃度に応じたものとなる。
【０１３７】
かかる構造のガスセンサ１Ａにおいても、セルの電極間に電圧変化を与えて電極間の寄生容量に応じた電流変化を生じさせることで、セルの断線を他のセル等の影響をうけることなく検出することができる。
【０１３８】
あるいは、図３６に示すガスセンサにも適用することができる。ガスセンサ１Ｂは、電極の構成以外は図３５のものと同じである。電極は、図３５の電極１６３を省略した構成となっている。そして、固体電解質層１５１とこれを挟む電極１６１，１６２とにより第１のポンプセル１ｄが構成され、固体電解質層１５１〜１５３と電極１６１，１６５とにより第１のモニタセル１ｈが構成される。第１のモニタセル１ｈで発生する起電圧に基づいて、該起電圧が基準電圧となるように、すなわち、第１チャンバー１４１内の酸素濃度が一定かつ低濃度となるように、第１ポンプセル１ｄの電極１６１，１６２間への印加電圧がフィードバック制御され、第１チャンバー１４１内の酸素が排出される。
【０１３９】
また、固体電解質層１５１とこれを挟む電極１６６，１６２とにより第２のポンプセル１ｉが構成され、固体電解質層１５１〜１５３と電極１６６，１６５とにより第２のモニタセル１ｊが構成される。第２のモニタセル１ｊで発生する起電圧に基づいて、該起電圧が基準電圧となるように、すなわち、第２チャンバー１４２内の酸素濃度が一定かつ低濃度となるように、第２ポンプセル１ｉの電極１６６，１６２間への印加電圧がフィードバック制御され、第２チャンバー１４２内の酸素が排出される。
【０１４０】
固体電解質層１５３とこれを挟む電極１６４，１６５とによりセンサセル１ｆが構成され、第２チャンバー１４２に面した電極１６４におけるＮＯｘ　の分解に基因した電流が流れる。この電流は第２チャンバー１４２内のＮＯｘ　の濃度に応じたものとなる。
【０１４１】
かかる構造のガスセンサ１Ｂにおいても、セルの電極間に電圧変化を与えて電極間の寄生容量に応じた電流変化を生じさせることで、セルの断線を他のセル等の影響をうけることなく検出することができる。
【０１４２】
また、セルの電極間に印加する電圧を変化させているが、信号線に流す電流を変化させてもよい。
【０１４３】
また、断線検出は必ずしも周期的に実行するのではなく、セルが制御不能になった場合や、検出ガス濃度が供される燃料噴射制御等において異常な挙動を呈した場合等に、実行するのでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスセンサの異常検出装置を適用したガス濃度検出装置の構成図である。
【図２】前記ガスセンサの要部断面図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図２におけるＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】前記ガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータで実行されるガス濃度検出の制御内容を示す第１のフローチャートである。
【図６】前記ガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータで実行されるガス濃度検出の制御内容を示す第２のフローチャートである。
【図７】前記ガス濃度検出の制御内容を説明するグラフである。
【図８】前記ガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータで実行されるガスセンサの異常検出の制御内容を示す第１のフローチャートである。
【図９】前記ガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータで実行されるガスセンサの異常検出の制御内容を示す第２のフローチャートである。
【図１０】前記ガスセンサの異常検出の制御内容を説明する第１のセルの図である。
【図１１】前記ガスセンサを構成するセルの等価回路図である。
【図１２】前記ガスセンサの異常検出の制御内容を説明する第１のタイミングチャートである。
【図１３】前記ガスセンサの異常検出の制御内容を説明する第２のタイミングチャートである。
【図１４】前記ガスセンサの異常検出の制御内容を説明する第１のグラフである。
【図１５】前記ガスセンサの異常検出の制御内容を説明する第３のタイミングチャートである。
【図１６】前記ガスセンサの異常検出の制御内容を説明する第４のタイミングチャートである。
【図１７】前記ガスセンサの異常検出の制御内容を説明する第５のタイミングチャートである。
【図１８】前記ガスセンサの異常検出の変形例の制御内容を説明する第１のタイミングチャートである。
【図１９】前記ガスセンサの異常検出の変形例の制御内容を説明する第２のタイミングチャートである。
【図２０】前記ガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータで実行されるガスセンサの異常検出の制御内容を示す第３のフローチャートである。
【図２１】前記ガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータで実行されるガスセンサの異常検出の制御内容を示す第４のフローチャートである。
【図２２】前記ガスセンサの異常検出の制御内容を説明する第２のセルの図である。
【図２３】前記ガスセンサの異常検出の制御内容を説明する第６のタイミングチャートである。
【図２４】前記ガスセンサの異常検出の制御内容を説明する第７のタイミングチャートである。
【図２５】前記ガスセンサの異常検出の制御内容を説明する第２のグラフである。
【図２６】前記ガスセンサの異常検出の別の変形例の制御内容を説明する第１のタイミングチャートである。
【図２７】前記ガスセンサの異常検出の別の変形例の制御内容を説明する第２のタイミングチャートである。
【図２８】前記ガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータで実行されるガスセンサの異常検出の制御内容を示す第５のフローチャートである。
【図２９】前記ガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータで実行されるガスセンサの異常検出の制御内容を示す第６のフローチャートである。
【図３０】前記ガスセンサの異常検出の制御内容を説明する第８のタイミングチャートである。
【図３１】前記ガスセンサの異常検出の制御内容を説明する第９のタイミングチャートである。
【図３２】前記ガス濃度検出装置の変形例を示す要部の構成図である。
【図３３】図１のガス濃度検出装置におけるガスセンサの断面、および該ガスセンサの制御方式を示す図である。
【図３４】図１のガス濃度検出装置におけるガスセンサの断面、および該ガスセンサの制御方式の変形例を示す図である。
【図３５】前記ガスセンサの変形例の断面、および該ガスセンサの制御方式を示す図である。
【図３６】前記ガスセンサの別の変形例の断面、および該ガスセンサの制御方式を示す図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ　ガスセンサ
１ａ，１ｄ，１ｇ，１ｉ　ポンプセル
１ｂ，１ｈ，１ｊ　モニタセル
１ｃ，１ｆ　センサセル
１３，１７　ヒータ
１０１，１０２，１０４，１０５　チャンバー
１１１，１１２，１５１，１５２，１５３　固体電解質層（固体電解質材）
１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，１６１，１６２，１６３，１６４，１６５，１６６　電極
２８　マイクロコンピュータ（試験信号入力手段、応答信号検出手段、判定手段、インピーダンス算出手段、ヒータ制御手段、温度状態検出手段、禁止手段）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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