(57)【要約】      （修正有）【課題】酸素センサにおける異常の発生を報知することができる酸素濃度検出システムの提供。【解決手段】酸素ポンプセル14と酸素分圧検出セル24を含むセンサ素子10と、前記酸素分圧検出セルの出力電圧が所定値になるよう前記酸素ポンプセルを制御する制御回路50とを備え、前記酸素ポンプセルに流れる電流の大きさに応じた信号、前記酸素分圧検出セルの電位に応じた信号、及び前記酸素分圧検出セルの抵抗に応じた信号を少なくとも含む複数種類の検出信号を出力する酸素濃度検出システムにおいて、前記複数種類の信号がそれぞれ所定範囲のレベルにあるかどうかに基づいて、センサ異常を検出する異常検出手段58と、前記異常検出手段が前記センサ異常を検出しない場合には、前記検出信号をスルーで、前記センサ異常を検出した場合には、前記検出信号の少なくとも一つを当該信号が正常時に取り得る前記所定範囲外のレベルで、選択的に出力させる変更手段58dと、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素ポンプセル１４と酸素分圧検出セル２４の組み合わせを含んで構成されるセンサ素子１０と、前記センサ素子１０に配線４１、４２、４３を介して接続され少なくとも前記酸素分圧検出セル２４の出力電圧が所定値になるよう前記酸素ポンプセル１４を制御する制御回路５０と、を備え、所定範囲の酸素濃度を有する被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１を有し、前記酸素ポンプセル１４に流れる電流の大きさに応じた信号８１ｂ、前記酸素分圧検出セル２４の電位に応じた信号８１ｃ、及び前記酸素分圧検出セル２４の抵抗に応じた信号８１ａを少なくとも含む複数種類の検出信号８１を出力する酸素濃度検出システム１００において、
前記センサ素子１０と前記配線４１、４２、４３と前記制御回路５０における所定部位の電位に基づく信号５８１、５８２、５８３の少なくとも１つが所定範囲のレベルにあるかどうかに基づいて、センサ異常を検出する異常検出手段５８と、
前記異常検出手段５８が異常を検出しない場合には異常を検出しないことを示す司令を発し、前記異常検出手段５８が前記センサ異常を検出した場合には異常に対応する司令を発する変更手段５８ｄと、
前記変更手段５８ｄからの司令が前記異常を検出しないことを示す司令の場合にはそれぞれ所定範囲のレベルにある前記複数種類の検出信号８１をスルーで、前記変更手段からの司令が前記異常に対応する司令の場合には前記複数種類の検出信号８１のうち少なくとも一つの信号を当該信号が正常時に取り得る前記所定範囲外のレベルで、選択的に出力させる出力手段８３と
を有する、ことを特徴とする酸素濃度検出システム１００。
【請求項２】
前記異常検出手段５８は、前記酸素ポンプセル１４、前記酸素分圧検出セル２４、前記制御回路５０及び前記配線４１、４２、４３のいずれか一以上の異常を検出することを特徴とする請求項１記載の酸素濃度検出システム１００。
【請求項３】
前記正常時に取り得る所定範囲外のレベルで出力される信号８３ｃは、前記所定範囲内のレベルにある前記検出信号８１が出力される信号線を用いて、出力されることを特徴とする請求項１記載の酸素濃度検出システム１００。
【請求項４】
前記出力手段８３は、前記変更手段５８ｄからの司令に基づいて接続を切り替えるスイッチ８３ａ、８３ｂと、前記変更手段５８ｄから異常を示す司令が出された場合に前記検出信号８１のうちの一つの検出信号が出力される信号線にスイッチ切り替えにより接続されることで該一つの検出信号を正常時に取り得る所定範囲外の電位に変更する定電圧電源８３ｄと、を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の酸素濃度検出システム１００。
【請求項５】
前記センサ異常が発生した場合、
前記異常検出手段５８は、前記センサ素子１０と前記配線４１、４２、４３と前記制御回路５０における所定部位の電位に基づく信号５８１、５８２、５８３のうちいずれかの信号が所定範囲外のレベルにあることを検出して、該所定範囲外のレベルにある信号の種類及び／又は当該信号のレベルの状態に応じて、予め定められた異常検出信号５８ａ１、５８ｂ１、５８ｃ１を出力し、
前記変更手段５８ｄは、前記異常検出手段５８から出力された前記異常検出信号５８ａ１、５８ｂ１、５８ｃ１に応じて、正常時に取り得る前記所定範囲外のレベルで出力させる前記信号の種類を司令する制御信号５８ｅを出力し、
前記出力手段８３は、前記変更手段５８ｄから出力された制御信号５８ｅに基づいて、前記複数種類の信号８１のうち、該変更手段５８ｄから司令された１種類以上の信号を、正常時に取り得る前記所定範囲外のレベルであって且つ予め定められたレベルで出力する、
ことにより、
前記センサ素子１０の異常部位ないし異常状態が通知されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかの一項に記載の酸素濃度検出システム１００。
【請求項６】
前記異常検出手段５８、前記変更手段５８ｄ及び前記出力手段８３が、前記センサ素子１０の前記制御回路５０内に設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の酸素濃度検出システム１００。
【請求項７】
前記酸素センサ１には、ヒータ６１と、前記センサ素子１０が所定の温度となるようヒータ６１の電力を制御するヒータ制御回路６０と、を備える請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の酸素濃度検出システム１００。
【請求項８】
所定部位の電位に基づく信号５８１、５８２、５８３に異常が検出されたとき、前記酸素分圧検出セル２４の抵抗に応じた検出信号を正常時に取り得る所定範囲外のレベルに選択的に切り替える出力手段を有することを特徴とする請求項１記載の酸素濃度検出システム１００。
【請求項９】
酸素ポンプセル１４と酸素分圧検出セル２４の組み合わせを含んで構成されるセンサ素子１０と、前記センサ素子１０に配線４１、４２、４３を介して接続され少なくとも前記酸素分圧検出セル２４の出力電圧が所定値になるよう前記酸素ポンプセル１４を制御する制御回路５０とを備え、所定範囲の酸素濃度を有する被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１と、
前記センサ素子１０と前記配線４１、４２、４３と前記制御回路５０における所定部位の電位に基づく信号５８１、５８２、５８３がそれぞれ所定範囲のレベルにあるかどうかに基づいて、センサ異常を検出する異常検出手段５８と、
前記異常検出手段５８が異常を検出しない場合には異常を検出しないことを示す司令を発し、前記異常検出手段５８が前記センサ異常を検出した場合には異常に対応する司令を発する変更手段５８ｄと、
前記変更手段５８ｄからの司令が前記異常を検出しないことを示す司令の場合にはそれぞれ所定範囲のレベルにある複数種類の検出信号８１をスルーで、前記変更手段からの司令が前記異常に対応する司令の場合には前記複数種類の検出信号８１のうち少なくとも一つの信号を当該信号が正常時に取り得る前記所定範囲外のレベルで、選択的に出力させる出力手段８３と、
前記酸素ポンプセル１４に流れる電流の大きさに応じた信号８１ｂ、前記酸素分圧検出セル２４の電位に応じた信号８１ｃ、前記酸素分圧検出セル２４の抵抗に応じた信号８１ａを少なくとも含む複数種類の検出信号８１をもとに車両制御システム９００の異常を判定する異常判定手段８０と、
を有することを特徴とする車両制御システム９００。
【請求項１０】
前記異常判定手段８０には、予め異常の種類及び場所と前記検出信号８１のレベルとの対応関係が記憶されており、前記異常判定手段８０は、前記検出信号８１のレベルと記憶された前記対応関係に基づいて、異常の種類及び場所を判定する、ことを特徴とする請求項９記載の車両制御システム９００。
【請求項１１】
前記車両制御システム９００は、前記酸素ポンプセル１４、前記酸素分圧検出セル２４、前記制御回路５０及び前記配線４１、４２、４３のいずれか一以上の異常を判定することを特徴とする、請求項９記載の車両制御システム９００。
【請求項１２】
酸素ポンプセル１４と酸素分圧検出セル２４の組み合わせを含んで構成されるセンサ素子１０と、前記センサ素子１０に配線４１，４２，４３を介して接続され少なくとも前記酸素分圧検出セル２４の出力電圧が所定値になるよう前記酸素ポンプセル１４を制御する制御回路５０とを備え、所定範囲の酸素濃度を有する被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１と、
前記酸素ポンプセル１４に流れる電流の大きさに応じた信号８１ｂ、前記酸素分圧検出セル２４の電位に応じた信号８１ｃ、及び前記酸素分圧検出セル２４の抵抗に応じた信号８１ａを少なくとも含む複数種類の検出信号８１のレベルと異常の種類及び場所の対応関係が記憶される記憶手段９０と、
エンジンの空燃比がリーンに制御されている際に前記酸素分圧検出セル２４の電位に応じた信号８１ｃが所定の電圧以下であるときに、
前記複数種類の検出信号８１の出力を前記対応関係の記憶と照合することにより、センサの異常の種類及び／又は当該信号のレベルの状態が異常であるかどうかを判定する異常判定手段８０と、
を有する車両制御システム９００。
【請求項１３】
前記酸素分圧検出セル２４の抵抗に応じた信号８１ａの出力レベルに応じて、前記車両制御システム９００の異常部位ないし異常状態が判定される請求項１２記載の車両制御システム９００。
【請求項１４】
前記エンジンの空燃比がリーンに制御され、前記酸素センサ１が大気雰囲気に曝されている状態である時に、前記異常判定手段８０に、前記複数種類の検出信号８１の出力をもとに、異常の有無を判定させることを特徴とする請求項１２〜請求項１３のいずれか一項に記載の車両制御システム９００。
【請求項１５】
センサ素子２１０と、
前記センサ素子２１０を制御する制御回路２５０を備え、所定範囲の酸素濃度を有する被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ２０１と、を有し、前記センサ素子２１０の電気信号に基づいて少なくとも１以上の種類の検出信号２８１を出力する酸素濃度検出システム２００において、
前記センサ素子２１０と前記制御回路２５０における所定部位の電位に基づく信号の少なくとも１つが所定範囲のレベルにあるかどうかに基づいて、センサ異常を検出する異常検出手段２５８と、
前記異常検出手段２５８が異常を検出しない場合には異常を検出しないことを示す司令を発し、前記異常検出手段２５８が前記センサ異常を検出した場合には異常に対応する司令を発する変更手段２５８ｄと、
前記変更手段２５８ｄからの司令が前記異常を検出しないことを示す司令の場合にはそれぞれ所定範囲のレベルにある複数種類の前記検出信号２８１のうち少なくとも一つの信号をスルーで、前記変更手段からの司令が前記異常に対応する司令の場合には複数種類の前記検出信号２８１のうち少なくとも一つの信号を当該信号が正常時に取り得る前記所定範囲外のレベルで、選択的に出力させる出力手段２８３と、
を有する、ことを特徴とする酸素濃度検出システム２００。
【請求項１６】
前記酸素センサ２０１は、ヒータ２６１と、前記センサ素子２１０が所定の温度となるようヒータ２６１の電力を制御するヒータ制御回路２６０と、
を備える請求項１５に記載の酸素濃度検出システム２００。
【請求項１７】
複数種類の前記検出信号２８１をもとに酸素濃度検出システム２００の異常を判定する異常判定手段２８０を有することを特徴とする請求項１５〜１６のいずれか一項記載の酸素濃度検出システム２００。
【請求項１８】
前記異常判定手段２８０には、予め異常の種類及び場所と検出信号２８１のレベルと、の対応関係が記憶されており、前記異常判定手段２８０は、検出信号２８１のレベルと記憶された記憶手段２９０を備え、前記対応関係に基づいて、異常の種類及び場所を判定する、ことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか一項記載の酸素濃度検出システム２００。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素濃度検出システム、及びそれを有するガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関の空燃比を検出する車両制御システムに関する。更に詳しくは、信号線数を増加させることなく複数種類の異常を通知することができる酸素濃度検出システム、及びそれを有する車両制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関において、排気ガス中のＣＯ、ＮＯｘ及びＨＣ等を軽減するために、排気系に酸素センサを設け、そのセンサ出力に応じて燃料供給量をフィードバック制御することによって、空燃比が目標値となるように制御する車両制御システムが知られている。
【０００３】
このようなフィードバック制御に用いられる酸素センサには、理論空燃比雰囲気近辺で出力が急激に変化するλセンサと、リーン領域からリッチ領域まで連続的に出力が変化する全領域空燃比センサが知られている。全領域空燃比センサは、λセンサよりフィードバック制御の精度を向上させる利点を有する。
【０００４】
全領域空燃比センサは、例えば、酸素イオン伝導性固体電解質体を用いた２つのセルが対向配設されたものである。その一方のセルは両セル間の間隙（測定室）の酸素の汲み出しや汲み込みを行うポンプセルと、他一方のセルは基準酸素と測定室の酸素濃度差によって電圧を生じる酸素分圧検出セルを有する。また、それらのセルは制御回路によって制御されている。この全領域空燃比センサは、酸素分圧検出セルの出力が一定になるようにポンプセルを動作させることによって、該ポンプセルの流れる電流の大きさに基づいて、酸素濃度を検出させるものである。この全領域空燃比センサの動作原理は、本出願人の出願に係る特許文献１に詳述されている。
【０００５】
一方、このような空燃比センサが正常に作動しているか否かを検出する空燃比センサの異常検出方法としては、本出願人の出願に係る特許文献２の「空燃比センサの異常診断方法」等、が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−１４８８４９号公報
【特許文献２】特開平３−２７２４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献２においては、酸素検知セルの変動幅にて異常を判定しているため、例えば、制御回路内のノイズなどによって、一度でもこの範囲を超えた場合異常と判定するため、異常の誤判定をする可能性があった。このノイズを除去するために、異常が発生したことを報知するための信号線を新たに追加することもあり、この場合配線が複雑になり、異常が発生したことを受信する側においては入力ポート等の追加も必要となり、コストアップを招くという問題がある。また、異常が発生したことを報知するための信号線が一本である場合には、簡単な情報しか報知することができないという問題がある。
【０００８】
本発明は、酸素センサにおける異常の発生をより簡単な構成で報知することができる酸素濃度検出システム及びそれを有する車両制御システム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】
【０００９】
本発明は、第１の視点において、酸素ポンプセルと酸素分圧検出セルの組み合わせを含んで構成されるセンサ素子と、前記センサ素子に配線を介して接続され少なくとも前記酸素分圧検出セルの出力電圧が所定値になるよう前記酸素ポンプセルを制御する制御回路と、を備え、所定範囲の酸素濃度を有する被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサを有し、前記酸素ポンプセルに流れる電流の大きさに応じた信号、前記酸素分圧検出セルの電位に応じた信号、及び前記酸素分圧検出セルの抵抗に応じた信号を少なくとも含む複数種類の検出信号を出力する酸素濃度検出システムにおいて、前記センサ素子と前記配線と前記制御回路における所定部位の電位に基づく信号がそれぞれ所定範囲のレベルにあるかどうかに基づいて、センサ異常を検出する異常検出手段と、前記異常検出手段が異常を検出しない場合には異常を検出しないことを示す司令を発し、前記異常検出手段が前記センサ異常を検出した場合には異常に対応する司令を発する変更手段と、前記変更手段からの司令が前記異常を検出しないことを示す司令の場合にはそれぞれ所定範囲のレベルにある前記複数種類の検出信号をスルーで、前記変更手段からの司令が前記異常に対応する司令の場合には前記複数種類の検出信号のうち少なくとも一つの信号を当該信号が正常時に取り得る前記所定範囲外のレベルで、選択的に出力させる出力手段と、を有する、ことを特徴とする酸素濃度検出システムを提供する。なお、本発明において、好ましくは、前記センサからの出力値を前記制御回路より得られる結果でスルーで出力する。
各請求項に付記した図面参照符号は専ら理解を助けるためであって、図示の態様に限定することを意図したものではない。
【００１０】
本発明によれば、複数の信号線に正常な信号が出力されている時は一定範囲の正常電圧であることを通知し、異常発生時はそれぞれ該範囲外の電圧に変換することで異常状態である旨を通知することを特徴としている。
これによって異常状態を通知するために新たな信号線を用意する必要がなくなり、煩雑さを減らし、信頼性を上げるとともに、該当する信号線の信号の妥当性の確認を行う際に同時に異常状態を判別することができるため、エンジン制御装置（ＥＣＵ）内にかかる負荷も軽減することができる。
【００１１】
また、本発明の第１の視点によれば、各信号線のうち、正常時には出力されることのない電位が出力された時は異常とし、各信号線のレベルを様々に組み合わせることで、異常の種類を伝達することができる。これによって、余分な信号線を増やすこと無く配線の引き回しの煩雑さを軽減することができ、かつ、追加した信号線の断線等による検出不良を招くことがない。更に、既存の信号と異常信号との双方の出力範囲が重複しないため、空燃比検出に問題が起きることはない。
【００１２】
本発明は、第２の視点において、前記異常検出手段は、前記酸素ポンプセル、前記酸素分圧検出セル、前記制御回路及び前記配線のいずれか一以上の異常を検出することを特徴とする酸素濃度検出システムを提供する。
【００１３】
本発明の第２の視点によれば、酸素濃度検出システムの異常を、センサ素子、制御回路あるいは信号配線の部位を特定して、その異常を検出することができる。
【００１４】
本発明は、第３の視点において、前記正常時に取り得る所定範囲外のレベルで出力される信号は、前記所定範囲内のレベルにある前記検出信号が出力される信号線を用いて、出力されることを特徴とする酸素濃度検出システムを提供する。
【００１５】
本発明の第３の視点によれば、前記正常時に取り得る所定範囲外のレベルで出力される信号、すなわち、エラー信号は、検出信号用として出力される信号線で異常信号として出力されるため、新たな信号線を設ける必要が無い。
【００１６】
本発明は、第４の視点において、前記出力手段は、前記変更手段からの司令に基づいて接続を切り替えるスイッチと、前記変更手段から異常を示す司令が出された場合に前記検出信号のうちの一つの検出信号が出力される信号線にスイッチ切り替えにより接続されることで該一つの検出信号を正常時に取り得る所定範囲外の電位に変更する定電圧電源、を有することを特徴とする酸素濃度検出システムを提供する。
【００１７】
本発明の第４の視点によれば、異常値を示すような定電圧源を制御回路内に配置すること、ならびに、前記変更手段からの司令に基づいて、正常信号から異常信号へ接続を切り替えるスイッチを設けることによって、容易に異常を示す信号を出力することができ、出力切り替えのための複雑な増幅回路を設ける必要がない。
【００１８】
本発明は、第５の視点において、前記センサ異常が発生した場合、前記異常検出手段は、前記センサ素子と前記配線と前記制御回路における所定部位の電位に基づく信号のうちいずれかの信号が所定範囲外のレベルにあることを検出して、該所定範囲外のレベルにある信号の種類及び／又は当該信号のレベルの状態に応じて、予め定められた異常検出信号を出力し、前記変更手段は、前記異常検出手段から出力された前記異常検出信号に応じて、正常時に取り得る前記所定範囲外のレベルで出力させる前記信号の種類を司令する制御信号を出力し、前記出力手段は、前記変更手段から出力された制御信号に基づいて、前記複数種類の信号のうち、該変更手段から司令された１種類以上の信号を、正常時に取り得る前記所定範囲外のレベルであって且つ予め定められたレベルで出力する、ことにより、前記センサ素子の異常部位ないし異常状態が通知されることを特徴とする酸素濃度検出システムを提供する。
【００１９】
本発明の第５の視点によれば、センサ素子から発せられた所定の出力から制御回路内にて所定の電圧に変換された信号を用いて異常を検知し、その検知信号を予め定められたレベルの異常検知信号に置き換えられ、異常状態が通知されることから、センサ素子の異常部位ないし異常状態が速やかにＥＣＵ内に伝達され、早期に異常状態を検知することが可能となる。
【００２０】
本発明は、第６の視点において、前記異常検出手段、前記変更手段及び前記出力手段が、前記センサ素子の前記制御回路内に設けられたことを特徴とする酸素濃度検出システムを提供する。
【００２１】
本発明の第６の視点によれば、センサ素子の制御回路内に、異常検出手段、変更手段、及び出力手段が設けられることから、ＥＣＵ内の回路を簡略化することができ、かつ、ＥＣＵ内の処理を簡易化することができる。
【００２２】
本発明は、第７の視点において、前記酸素センサには、ヒータと、前記センサ素子が所定の温度となるようヒータの電力を制御するヒータ制御回路と、備えても良い。
酸素センサにヒータ及びそのヒータ制御回路を備えるため、酸素センサを早期に活性する事ができ、特にエンジン始動時において酸素センサを速やかに所定の温度にできる。加えて、エンジン始動後早期にセンサの異常を検知することができる。
【００２３】
本発明は、第８の視点において、所定部位の電位に基づく信号に異常が検出されたとき、前記酸素分圧検出セルの抵抗に応じた検出信号を正常時に取り得る所定範囲外のレベルに選択的に切り替える出力手段を有することを特徴とする酸素濃度検出システムを提供する。
【００２４】
本発明の第８の視点によれば、前記変更手段からの司令に基づいて、正常信号から異常信号へ接続を切り替えるスイッチを酸素分圧検出セルの抵抗に応じた検出信号線のみに設けることによって、該スイッチを一つにする事ができ、制御回路を簡略化することができる。
【００２５】
本発明は、第９の視点において、酸素ポンプセルと酸素分圧検出セルの組み合わせを含んで構成されるセンサ素子と、前記センサ素子に配線を介して接続され少なくとも前記酸素分圧検出セルの出力電圧が所定値になるよう前記酸素ポンプセルを制御する制御回路、からなる所定範囲の酸素濃度を有する被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサと、前記センサ素子と前記配線と前記制御回路における所定部位の電位に基づく信号がそれぞれ所定範囲のレベルにあるかどうかに基づいて、センサ異常を検出する異常検出手段と、前記異常検出手段が異常を検出しない場合には異常を検出しないことを示す司令を発し、前記異常検出手段が前記センサ異常を検出した場合には異常に対応する司令を発する変更手段と、前記変更手段からの司令が前記異常を検出しないことを示す司令の場合にはそれぞれ所定範囲のレベルにある前記複数種類の検出信号をスルーで、前記変更手段からの司令が前記異常に対応する司令の場合には前記複数種類の検出信号のうち少なくとも一つの信号を当該信号が正常時に取り得る前記所定範囲外のレベルで、選択的に出力させる出力手段と、前記酸素ポンプセルに流れる電流の大きさに応じた信号、前記酸素分圧検出セルの電位に応じた信号、前記酸素分圧検出セルの抵抗に応じた信号を少なくとも含む複数種類の検出信号をもとに車両制御システムの異常を判定する異常判定手段を有することを特徴とする車両制御システムを提供する。
【００２６】
本発明の第９の視点によれば、車両制御システム内に異常判定手段が組み込まれることにより、余分な信号線を増やすこと無く配線の引き回しの煩雑さを軽減することができる。すなわち、既存の信号と異常信号との双方の出力範囲が重複せず、空燃比検出に問題が起きることはない。また、ノイズなどの妨害が無く、精度の良い車両制御システムの異常判定を行うことができる。
【００２７】
本発明は、第１０の視点において、前記異常判定手段には、予め異常の種類及び場所と検出信号のレベル、の対応関係が記憶されており、前記異常判定手段は、検出信号のレベルと記憶された前記対応関係に基づいて、異常の種類及び場所を判定する、ことを特徴とする車両制御システムを提供する。
【００２８】
本発明の第１０の視点によれば、センサの異常の種類及び／又は当該信号のレベルの状態を判定を速やかに行うことができる。
【００２９】
本発明は、第１１の視点において、前記車両制御システムは、前記酸素ポンプセル、前記酸素分圧検出セル、前記制御回路及び前記配線のいずれか一以上の異常に対応する信号を出力し、前記異常判定手段は、前記複数種類の検出信号の出力をもとに、センサの異常を判定することを特徴とする車両制御システムを提供する。
【００３０】
本発明の第１１の視点によれば、車両制御システムの異常をセンサ素子、制御回路あるいは信号配線の部位を特定して、その異常を検出することができる。
【００３１】
本発明は、第１２の視点において、酸素ポンプセルと酸素分圧検出セルの組み合わせを含んで構成されるセンサ素子、前記センサ素子に配線を介して接続され少なくとも前記酸素分圧検出セルの出力電圧が所定値になるよう前記酸素ポンプセルを制御する制御回路、からなる所定範囲の酸素濃度を有する被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサと、前記酸素ポンプセルに流れる電流の大きさに応じた信号、前記酸素分圧検出セルの電位に応じた信号、及び前記酸素分圧検出セルの抵抗に応じた信号を少なくとも含む複数種類の検出信号のレベルと異常の種類及び場所の対応関係が記憶される記憶手段と、エンジンの空燃比がリーンに制御されている際に前記酸素分圧検出セルの電位に応じた信号が所定の電圧以下であるときに、前記複数種類の検出信号の出力を前記対応関係の記憶と照合することにより、センサの異常の種類及び／又は当該信号のレベルの状態が異常であるかどうかを判定する異常判定手段と、を有する車両制御システムを提供する。
【００３２】
本発明の第１２の視点によれば、エンジンの空燃比がリーン状態である時にセンサ素子もしくは制御回路あるいは配線の異常検出を行うために、例えば、酸素ポンプセル内に流れる電流が本来流れるべく電流量に達していない時に、酸素ポンプセルを構成する部位の異常を検知することが可能となる。
【００３３】
本発明は、第１３の視点において、前記酸素分圧検出セルの抵抗に応じた信号の出力レベルに応じて、前記車両制御システムの異常部位ないし異常状態が判定される車両制御システムを提供する。
【００３４】
本発明の第１３の視点によれば、酸素ポンプセルを構成する部位の信号配線の断線を酸素分圧検出セルの抵抗に応じた信号の出力レベルで判別することができる。
【００３５】
本発明は、第１４の視点において、前記エンジンの空燃比がリーンに制御されているとは、前記酸素センサが大気雰囲気に曝されている状態である時に、前記異常判定手段に、前記複数種類の検出信号の出力をもとに、異常の有無を判定させることである車両制御システムを提供する。
【００３６】
本発明の第１４の視点によれば、特に酸素センサが大気雰囲気（酸素濃度約２０．９％）に曝されている時は、例えば、酸素ポンプセル内に流れる電流が本来流れるべく電流量が最大、かつ、一定であるため、前記異常判定手段に、前記複数種類の検出信号の出力をもとに、酸素ポンプセルを構成する部位の異常の有無を明確に判定させることができる。
【００３７】
本発明は、第１５の視点において、センサ素子と、前記センサ素子を制御する制御回路を備え、所定範囲の酸素濃度を有する被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサと、を有し、前記センサ素子の電気信号に基づいて少なくとも１以上の種類の検出信号を出力する酸素濃度検出システムにおいて、前記センサ素子と前記制御回路における所定部位の電位に基づく信号の少なくとも１つが所定範囲のレベルにあるかどうかに基づいて、センサ異常を検出する異常検出手段と、前記異常検出手段が異常を検出しない場合には異常を検出しないことを示す司令を発し、前記異常検出手段が前記センサ異常を検出した場合には異常に対応する司令を発する変更手段と、前記変更手段からの司令が前記異常を検出しないことを示す司令の場合にはそれぞれ所定範囲のレベルにある複数種類の前記検出信号のうち少なくとも一つの信号をスルーで、前記変更手段からの司令が前記異常に対応する司令の場合には複数種類の前記検出信号のうち少なくとも一つの信号を当該信号が正常時に取り得る前記所定範囲外のレベルで、選択的に出力させる出力手段と、を有する、ことを特徴とする酸素濃度検出システムを提供する。
【００３８】
本発明によれば、複数の信号線に正常な信号が出力されている時は一定範囲の正常電圧であることを通知し、異常発生時はそれぞれ該範囲外の電圧に変換することで異常状態である旨を通知することを特徴としている。
これによって異常状態を通知するために新たな信号線を用意する必要がなくなり、煩雑さを減らし、信頼性を上げるとともに、該当する信号線の信号の妥当性の確認を行う際に同時に異常状態を判別することができるため、エンジン制御装置（ＥＣＵ）内にかかる負荷も軽減することができる。
【００３９】
また、本発明の第１５の視点によれば、各信号のうち、正常時には出力されることのない電位が出力された時は異常とし、各信号のレベルを様々に組み合わせることで、異常の種類を伝達することができる。
【００４０】
本発明は、第１６の視点において、前記酸素センサには、ヒータと、前記センサ素子が所定の温度となるようヒータの電力を制御するヒータ制御回路と、を備える酸素濃度検出システムを提供する。
【００４１】
本発明の第１６の視点によれば、前記酸素センサには、ヒータと、前記センサ素子が所定の温度となるようヒータの電力を制御するヒータ制御回路と、備えても良い。
酸素センサにヒータ及びそのヒータ制御回路を備えるため、酸素センサを早期に活性する事ができ、特にエンジン始動時において酸素センサを速やかに所定の温度にできる。加えて、エンジン始動後早期にセンサの異常を検知することができる。
【００４２】
本発明は、第１７の視点において、複数種類の検出信号をもとに酸素濃度検出システムの異常を判定する異常判定手段を有することを特徴とする酸素濃度検出システムを提供する。
【００４３】
本発明の第１７の視点によれば、酸素濃度検知システム内に異常判定手段が組み込まれることにより、余分回路を設置することなく、また、ノイズなどの妨害が無く、精度の良い酸素濃度検出システムの異常判定を行うことができる。
【００４４】
本発明は、第１８の視点において、前記異常判定手段には、予め異常の種類及び場所と検出信号のレベルと、の対応関係が記憶されており、前記異常判定手段は、検出信号のレベルと記憶された記憶手段を備え、前記対応関係に基づいて、異常の種類及び場所を判定する、ことを特徴とする酸素濃度検出システムを提供する。
【００４５】
本発明の第１８の視点によれば、酸素濃度検出システムに異常の種類及び場所を判定する記憶手段を有することにより、酸素濃度検出システムで酸素センサ及び／または制御回路の異常をその部位を特定して、報知することが可能となる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明によれば、酸素センサに異常が発生したことを報知するためのエラー信号を、通常、酸素センサから出力される種々の検出信号を送信するための信号線を利用して、送信することができる。したがって、酸素センサの異常を報知するために新たな信号線を用意しなくてもよいから、配線数を減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
本発明の好ましい実施の形態に係る酸素濃度検出システムによれば、上記複数種類の検出信号のうち、少なくとも２種類以上の検出信号がそれぞれ出力される信号線を通じて、複数の信号がそれぞれ出力され、該複数の信号を受信した側は、該複数の信号の組み合わせより、酸素センサの異常部位及び／又は異常状態を知ることができる。
【００４８】
本発明による酸素濃度検出システムは、酸素センサ素子，酸素センサ素子の制御回路及びエンジン制御装置を含む車両制御システムに適用される。
【００４９】
本発明の好ましい実施の形態に係る酸素濃度検出システムは、酸素センサ素子とその制御回路を接続する配線において、該配線のバッテリーショート、グランドショート、断線の三種類の異常を少なくとも識別することができるよう構成される。
【００５０】
本発明の好ましい実施の形態に係る酸素濃度検出システムは、酸素ポンプセルと酸素分圧検出セルの組み合わせにより構成され、上記制御回路は該酸素分圧検出セルの出力電圧が所定値になるように該酸素ポンプセルを制御する酸素センサを含んで構成され、空燃比測定システムに適用される。
【００５１】
本発明の好ましい実施の形態に係る酸素濃度検出システムは、異常を検出するための信号として、酸素ポンプセルに流れる電流信号を用いる。
【００５２】
本発明の好ましい実施の形態に係る酸素濃度検出システムは、異常を検出するための信号として、酸素分圧検出セルの内部抵抗を電圧に変換した内部抵抗信号を用いる。
【００５３】
本発明の好ましい実施の形態に係る酸素濃度検出システムにおいて、酸素センサ素子の制御回路が酸素分圧検出セルの両端電圧を変換した濃度検出セル信号を上記エンジン制御装置に出力しており、異常を検出するために用いる制御回路からの信号として、該濃度検出セル信号を用いることができる。
【００５４】
本発明の好ましい実施の形態に係る酸素濃度検出システムにおいて、前記酸素濃度検出システムが、エンジン及びエンジン制御装置を含む車両制御システムに適用され、上記エンジン制御装置は、エンジンの空燃比がリーンに制御されている時に、空燃比検出システムの異常を検出する。
【００５５】
本明細書において、上記「アナログ信号」は通常、連続値を取り得る信号を表わすが、本明細書では、三値以上の値となるデジタル信号を含めることもできる。また、信号は電圧値又は電流値等の任意の形態とすることができる。
【００５６】
本発明の好ましい実施の形態においては、センサ異常が検出されない場合、それぞれ所定範囲のレベルにある複数種類の検出信号を、そのままのレベルで、又は、そのレベルに応じて増幅がなされた信号を、スルーで出力する。
【実施例】
【００５７】
以下、図面を参照して、本発明の酸素濃度検出システムを、空燃比検出システム（空燃比検出システムの異常検出システム）に適用した場合について詳しく説明する。
【００５８】
１．センサ素子（空燃比センサ素子）の構成
図１に、本発明の一実施例に係る酸素濃度検出システムにおいて用いられるセンサ素子１０の一例を示す。このセンサ素子１０はガソリンエンジンの排気ガス系に配設され、２つのセルを接合して構成されており、３本の配線４１、４２、４３を介してセンサ制御回路５０に接続されている。このセンサ制御回路５０では、通常、排気ガス中の酸素濃度測定とセンサ素子１０の温度測定とを主に行うが、その他にセンサ素子１０の２つのセルに接続された３本の配線４１、４２、４３の異常検出を行う機能も備えている。
【００５９】
センサ素子１０には、ヒータ制御回路６０にて制御されるヒータ６１が、セラミック系接合剤を介して取り付けられている。ヒータ６１は、絶縁材料としてアルミナ等のセラミックスからなり、その内部にはセンサ素子１０を発熱させるためのヒータ配線６１ａが配設されている。ヒータ制御回路６０は、センサ制御回路５０により制御されるセンサ素子１０の温度を目標値に保つように、ヒータ６１へ電力を供給する。
【００６０】
センサ素子１０は、ポンプセル１４、多孔質拡散層１８、酸素分圧検出セル２４及び補強板３０を積層することにより構成されている。
【００６１】
ポンプセル１４は、酸素イオン伝導性固体電解質である安定化または部分安定化ジルコニアにより板状に形成され、その両面に主として白金で形成された多孔質電極１２、１６を有している。多孔質電極１２、１６間には後述する如く、排ガス中の酸素濃度変化に応じた電流が流れるが、特に測定ガスに晒される表面側の多孔質電極１２は、Ｉｐ＋電極と称し、また裏面側の多孔質電極１６は、Ｉｐ−電極と称する。Ｉｐ＋電極には配線４３、Ｉｐ−電極には配線４２がそれぞれ接続されている。
【００６２】
酸素分圧検出セル２４も同様に安定化または部分安定化ジルコニアにより形成され、その両面に主として白金で形成された多孔質電極２２、２８を有している。
【００６３】
ポンプセル１４と酸素分圧検出セル２４との間には、多孔質拡散層１８により包囲された間隙２０が形成されている。間隙２０は、多孔質拡散層１８を介して測定ガス雰囲気と連通されている。多孔質電極２２、２８間は、後述する如く、排ガス中の酸素濃度の変化によって起電力を生じるが、特に間隙２０側に配設された多孔質電極２２は、Ｖｓ−電極と称し、また基準酸素室２６側に配設された多孔質電極２８は、Ｖｓ＋電極と称する。基準酸素室２６の基準酸素は多孔質電極２２から多孔質電極２８へ微小な電流（ＩＣＰ電流）を流すことにより、排ガス中の酸素を一定量のポンピングすることにより生成される。また、Ｖｓ＋電極には配線４１、Ｖｓ−電極には配線４２がそれぞれ接続されている。ここで配線４２は、上述したＩｐ−電極からの配線とＶｓ−電極方の配線と共通化されている。
【００６４】
間隙２０側には、測定ガスである排ガスが、多孔質拡散層１８を介して拡散して行く。ここでエンジンからの排ガスが理論空燃比であるとき、間隙２０の酸素濃度と、酸素濃度が一定に保たれている基準酸素室２６との酸素濃度差により、酸素分圧検出セル２４のＶｓ＋電極２８とＶｓ−電極２２との間には、ネルンストの式に基づき、約４５０ｍＶの電位差が生じる。これを利用して、間隙２０内の雰囲気を常に理論空燃比を示す酸素濃度にする、すなわち、上記酸素分圧検出セル２４の起電力Ｖｓが４５０ｍＶとなるように、センサ制御回路５０によって、酸素ポンプセル１４に流す電流Ｉｐを調整し、酸素をポンピングし、そのポンプセルに流れる電流量Ｉｐを測定することによって、測定ガス中の空燃比を測定することが可能となる。
【００６５】
このようにセンサ素子１０は、センサ制御回路５０により、通常、酸素分圧検出セル２４の起電圧Ｖｓが４５０ｍＶとなるようにポンプセル１４に流す電流Ｉｐを調整している。そのため、このようなセンサ制御回路５０によるセンサ素子１０のＩｐ電流の流れの特徴を利用することによって、以下に説明するようなセンサ素子１０の配線４１、４２、４３の異常検出を行うことができる。
【００６６】
２．センサ制御回路の構成
次に、以上説明したセンサ素子を制御するセンサ制御回路について詳細に説明する。図２は、図１に示したセンサ素子の制御回路の構成を説明するための図である。
【００６７】
図２を参照すると、センサ制御回路５０は、主に、オペアンプにて構成されるＩｐドライバ５１、ＰＩＤ制御回路５２、オペアンプ５３、Ｒｐｖｓ測定回路５４、自己診断回路５８等から構成される。センサ制御回路５０は、通常の電気部品で構成され、直接エンジン制御装置に組み込むこともできるが、特にセンサ制御回路のみを集約し、１つの集積回路として、部品特定用途向集積回路（ASIC; Application Specific IC）として実現することもできる。
【００６８】
センサ制御回路５０の出力端子（出力手段）ＶＩＰ、ＶＶＳ及びＶＲＰＶＳは、エンジン制御装置ＥＣＵ８内にある演算装置ＣＰＵ９０のアナログ入力端子にそれぞれ接続される。
【００６９】
ＶＲＰＶＳ端子、場合によっては、ＶＩＰ端子及びＶＶＳ端子には、Ｐ／ＳＴＡＲＴ情報をいわば重畳して出力するように構成することができる。詳細に説明すると、センサが正常であるか異常であるかによってレベルが変化するＰ／ＳＴＡＲＴ信号の示す信号レベルに応じて、ＶＲＰＶＳ端子からはセンサ正常時には後述のＲｐｖｓの大きさに比例した電圧がスルーで出力され、或いは、ＶＩＰ端子及び／又はＶＶＳ端子からは、センサ正常時には、ＶＩＰ端子からはポンプセル１４の電極Ｉｐ＋、Ｉｐ−間に流れる電流の大きさに比例した電圧、ＶＶＳ端子からは酸素分圧検出セル２４の電極Ｖｓ＋、Ｖｓ−間の電圧差に比例した電圧がスルーで出力され、一方、センサ異常時には、所定の端子から、レベルが正常時には取り得ないレベルに変更された所定の電圧が、選択的に出力される。
【００７０】
Ｉｐドライバ５１は、センサ素子１０にＩｐ電流を流すためのオペアンプであり、該オペアンプの反転入力端子にはＶｃｅｎｔ端子、非反転入力端子には基準電圧（本実施例では３．６Ｖ）がそれぞれ接続されており、また出力端子にはＩＰ＋端子が接続されている。Ｖｃｅｎｔ端子とＩＰ＋端子との間には、センサ素子１０の酸素ポンプセル１４が接続されている。Ｉｐドライバ５１は負帰還回路を構成するため、Ｖｃｅｎｔ端子の電位が基準電圧（３．６Ｖ）を常に維持するように、Ｉｐ電流が制御される。Ｉｐドライバ５１はＰＩＤ制御回路と共同して、Ｖｃｅｎｔ端子の電圧を基準電圧の３．６Ｖに保つように制御することにより、起電力Ｖｓが制御目標値になる様にポンプ電流（Ｉｐ電流）が制御される。
【００７１】
ＰＩＤ制御回路５２は、入出力用信号線であるＰ１端子５２１、Ｐ２端子５２２およびＰ３端子５２３に接続される抵抗やコンデンサとともに、ＰＩＤ制御回路５２を構成する。ＰＩＤ制御回路５２は、Ｖｓ制御目標値の４５０ｍＶに対する酸素分圧検出セル２４の起電圧Ｖｓの偏差量△ＶｓをＰＩＤ演算した電圧をＰｏｕｔ端子５２４に出力する。
【００７２】
即ち、酸素分圧検出セル２４の起電圧Ｖｓが４５０ｍＶよりも高い場合には、間隙２０の酸素濃度が酸素基準室２６の酸素濃度よりも低い状態、つまり理論空燃比に対して燃料供給過剰（リッチ）側の状態にあるので、その不足分の酸素をポンプセル１４により汲み込むためのＩｐ電流が流れるように偏差量△ＶｓをＰＩＤ演算した電圧がＰｏｕｔ端子５２４に出力される。一方、酸素分圧検出セル２４の起電圧Ｖｓが４５０ｍＶよりも低い場合には、間隙２０の酸素渡度が酸素基準室２６の酸素濃度よりも高い状態、つまり理論空燃比に対して燃料供給不足（リーン）側の状態にあるので、その過剰分の酸素をポンプセル１４により汲み出すためのＩｐ電流が流れるように偏差量△ＶｓをＰＩＤ演算した電圧がＰｏｕｔ端子５２４に出力される。
【００７３】
なお、配線４２が接続されるＣＯＭ端子に、−１５μＡの定電流源が接続されているが、これはＩｐ出力信号の誤差を防止するためである。即ち、ＶＳ＋端子には＋１５μＡの定電流源が接続されており、これにより酸素分圧検出セル２４にＩｃｐ電流を供給して酸素基準を作り出している。このため、ＣＯＭ端子に−１５μＡの定電流源を接続し、ＰＩＤ演算回路に流れ込む電流からこの１５μＡ分を差し引くことによって、Ｉｃｐ電流による演算誤差を防止している。
【００７４】
また、ＶＳ＋端子とＰＩＤ制御回路５２との間に接続されるオペアンプ５３は、ボルテージフォロア回路を構成している。これにより、ＶＳ＋端子からはＰＩＤ制御回路５２側が高インピーダンスに見えるため、＋１５μＡの定電流源による供給電流がＰＩＤ制御回路５２に流れ込むことを抑制している。
【００７５】
Ｒｐｖｓ測定回路５４は、酸素分圧検知セル２４の内部抵抗Ｒｐｖｓからセンサ素子１０の温度を測定するもので、オペアンプ、抵抗及びコンデンサ等により構成されている。このＲｐｖｓ測定回路５４では、所定時間毎に酸素分圧検出セル２４に所定の測定電流を流すことにより素子温度と相関関係のある酸素分圧検出セル２４の内部抵抗値に対応する電圧変化を生じさせ、これにより得られた酸素分圧検出セルの両端の電圧の変化量を定数倍に演算増幅したＶＲｐｖｓ電圧（本実施例では０〜４．５Ｖの範囲）を生成する。
【００７６】
Ｒｐｖｓ測定回路５４による測定電流を酸素分圧検出セル２４に流す際には、測定電流による電圧変化がＰＩＤ制御回路の出力に変化を生じさせないようにＰＩＤ制御回路５２とオペアンプ５３との間に介在するスイッチ５４１により両者間の接続を切断する。このスイッチ５４１によって、ＰＩＤ制御回路５２とオペアンプ５３との間が切断されている間に、Ｒｐｖｓ測定回路５４による酸素分圧検知セル２４の内部抵抗、すなわち、センサ素子の温度の測定が行われる。
【００７７】
次に、センサ異常を検出するための自己診断回路、及びセンサ異常を示す信号が出力される端子について説明する。なお、センサ異常としては、配線の断線、配線とバッテリの電源ラインとの短絡、又は、素子の故障等が考えられる。
【００７８】
自己診断回路（異常検出手段及び変更手段）５８は、ウィンドウコンパレータ５８ａ、５８ｂ、コンパレータ５８ｃと、ＯＲ回路５８ｄと、アンプ５９ａと、を含んで構成されている。自己診断回路５８は、センサ素子１０及びセンサ素子１０の２つのセルに接続された３本の配線４１、４２、４３の異常検出等を行うことが可能である。自己診断回路５８は、センサ異常を検出した場合、正常時とは信号レベルが異なるＰ／ＳＴＡＲＴ信号５８ｅを出力し、その結果、ＶＲＰＶＳ信号を出力するＶＲＰＶＳ端子から、センサ異常を示す信号が出力される。
【００７９】
異常検出手段の一つであるウィンドウコンパレータ５８ａは、ＶＳ＋端子の電位が所定の範囲内にあるか否かを判定する。ＶＳ＋端子の電位は、通常、ＣＯＭ端子の基準電圧（３．６Ｖ）に酸素分圧検出セル２４の起電圧Ｖｓ（４５０ｍＶ）を加えた値（本実施例では４．０５Ｖ）に保たれている。そのため、ウィンドウコンパレータ５８ａの上限値（本実施例では６．３５Ｖ）、下限値（本実施例では２．５Ｖ）を設定することにより、ＶＳ＋端子の電位が上限値を超えて上昇したとき、あるいはＶＳ＋端子の電位が下限値を超えて下降したときには異常が発生したものとして、ウィンドウコンパレータ５８ａから所定のレベルの信号が出力される。
【００８０】
異常検出手段の一つであるウィンドウコンパレータ５８ｂは、ＣＯＭ端子の電位が所定の範囲内にあるか否かを判定する。ＣＯＭ端子の電位は、Ｉｐドライバ５１により常に基準電圧（３．６Ｖ）になるように制御されている。そのため、ウィンドウコンパレータ５８ｂの上限値（本実施例では５．５Ｖ）、下限値（本実施例では２．５Ｖ）に各々設定することにより、ＣＯＭ端子の電位が上限値を超えて上昇したとき、あるいはＣＯＭ端子の電位が下限値を超えて下降したときには異常が発生したものとして、ウィンドウコンパレータ５８ｂから所定のレベルの信号が出力される。
【００８１】
異常検出手段の一つであるコンパレータ５８ｃは、センサ制御回路５０のＶＳ＋端子、ＩＰ＋端子、Ｖｃｅｎｔ端子、ＣＯＭ端子及びＰｏｕｔ端子の各電位が、センサ制御回路５０内の回路の駆動電圧（本実施例では８Ｖ）を超えているか否かを判断している。これらの各端子は、駆動電源の電圧変動等を見込んだ値を上限値に設定したコンパレータ５８ｃによって監視されており、いずれかの端子の電位が上限値を超えたときには、その端子がバッテリの電源ラインＢＡＴＴに短絡し、異常が発生したものと判断して、コンパレータ５８ｃから所定のレベルの信号が発せられる。
【００８２】
これら３つのコンパレータ５８ａ，５８ｂ，５８ｃの出力信号がそれぞれＯＲ回路５８ｄに入力され、ＯＲ回路５８ｄからはこれらの出力信号の論理和をとった信号レベルのＰ／ＳＴＡＲＴ信号５８ｅが出力される。Ｐ／ＳＴＡＲＴ信号５８ｅは、センサ正常時とセンサ異常時とで異なるレベルを示す。例えば、Ｐ／ＳＴＡＲＴ信号５８ｅは、センサ正常時には“０”、センサ異常時には“１”を示す。第１のスイッチ８３ａ及び第２のスイッチ８３ｂには、Ｐ／ＳＴＡＲＴ信号５８ｅが制御信号として入力され、Ｐ／ＳＴＡＲＴ信号５８ｅのレベルに応じて、図２中に示すように制御信号の種類に応じてオン・オフ切替制御される。
【００８３】
Ｒｐｖｓ測定回路５４の出力端子にはアンプ５９ａの入力端子が接続され、アンプ５９ａの出力端子にはＶＲＰＶＳ端子が接続されている。第１のスイッチ８３ａ及び第２のスイッチ８３ｂのスイッチングによって、センサ正常時には、第２のスイッチ８３ｂがオン、第１のスイッチ８３ａがオフとなり、アンプ５９ａの出力端子の電位がＶＲＰＶＳ端子の電位となり、すなわち、ＶＲＰＶＳ端子からは所定範囲の電圧（本実施例では０〜４．５Ｖの範囲）がスルー（増幅される場合を含む）で出力される。一方、センサ異常時には、第２のスイッチ８３ｂがオフ、第１のスイッチ８３ａがオンとなり、ＶＣＣ５の電位がＶＲＰＶＳ端子の電位となり、すなわち、ＶＲＰＶＳ端子からはセンサ正常時には取り得ないレベルに変更された所定の電圧（本実施例では５Ｖ）が出力される。
【００８４】
センサ異常時において、ＶＲＰＶＳ端子、ＶＩＰ端子、ＶＶＳ端子から出力される信号のレベルの一設定例を説明する。図２を参照して、３つのコンパレータ５８ａ，５８ｂ，５８ｃのいずれか一がセンサ異常を検出した場合、Ｐ／ＳＴＡＲＴ信号５８ｅがＬｏｗレベル（０）からＨｉｇｈレベル（１）に切り替わり、第１のスイッチ８３ａがＯＮされ、ＶＲＰＶＳ端子にＶＣＣ５が接続され、ＶＲＰＶＳ端子の電位は強制的にセンサ正常時には取り得ないレベルに変更された所定の電圧（本実施例では５Ｖ）にされる。このとき、ＶＲＰＶＳ端子に接続されるアナログポートを有するＣＰＵ９０は、ＶＲＰＶＳ端子の電位がセンサ正常時には取り得ない値（本実施例では５Ｖ）になったことを検知して、センサに異常が発生していると判断する。なお、ＶＩＰ端子、ＶＶＳ端子からは、センサ異常の状態で成り行きの電圧が出力される。
【００８５】
異常検出は、空燃比がリーンに制御されているときに実行することが好ましい。特に、排ガスが大気雰囲気であることが好ましい。空燃比がリッチ等の状態であるとＩｐやＶｓの状態の変動が大きい場合があるからである。また、ＣＰＵ９０を有するエンジン制御装置ＥＣＵ８が、センサ異常検出の最終判断を行うことができる。
【００８６】
３．本実施例の効果
以上説明したように、本実施例においては、センサ異常時、ＶＲＰＶＳ端子から、センサ異常を示す信号として、センサ正常時には取り得ないレベルの信号が出力される。このため、センサ異常を送信するための信号線を、新たに設ける必要がなくされている。したがって、余分な信号線を増やすことによる配線の引き回しの煩雑さの増加が防止され、配線の断線のリスクも低下されている。
【００８７】
なお、以上説明した本発明の一実施例においては、センサ異常を示す信号を、ＶＲＰＶＳ端子から出力したが、その他の端子から出力することもできる。また、以上説明した本発明の一実施例においては、センサ異常時、ＶＲＰＶＳ端子から一種類の信号が出力されるが、センサ異常の部位ないしセンサ異常の状態に応じてレベルの異なる信号を、ＶＲＰＶＳ端子から、ＶＲＰＶＳ端子及びその他の端子から、或いはその他の端子から出力してもよい。
【００８８】
４．他の実施例
本発明の他の実施例を説明する。図３〜図７は、図２に示した酸素濃度検出装置を用いて、センサ異常の種類及びセンサ異常の部位によって出力の仕方を変える例を説明するための図である。
【００８９】
図３及び図４を参照すると、例えば、ＶＳ＋端子、ＩＰ＋端子及びＣＯＭ端子のいずれかがバッテリショートを起こした場合、ＶＶＳ端子及びＶＩＰ端子は正常値より低電圧に、ＶＲＰＶＳ端子は正常値より高電圧に設定される。同様にＶＳ＋端子、ＩＰ＋端子及びＣＯＭ端子のいずれかがグラウンドとショートした場合は、図３及び図４に示す電位を設定することができる。
【００９０】
排ガスの空燃比がリーン域以外の場合には、異常が発生していない場合でもＶＩＰ端子が正常値より低電位となる。これは酸素ポンプセルがリーン以外の雰囲気下では酸素の汲み入れを行うためＶＩＰ端子側が電圧降下により図４で設定している正常範囲より低電位となることに起因している。したがって、リーン以外の雰囲気下で異常判定を行う場合には、判定できるモードが限定されることになる。
【００９１】
一方、排ガスの空燃比がリーン状態、あるいは、大気雰囲気の雰囲気である場合、ＶＶＳ端子とＶＲＰＶＳ端子が正常値でＶＩＰ端子が低電位（図４でＬの値を示す場合）はＩＰ＋が断線状態であると判別することができる。
【００９２】
本発明の車両制御システムでは、異常判定手段８０にあらかじめ図３及び図４に示されるＶＶＳ電圧、ＶＩＰ電圧、ＶＲＰＶＳ電圧と異常判定モードとの関係を示す閾値情報が組み込まれている。自己診断回路５８を経て出力手段８３から出力された信号はＣＰＵ９０に入力され、異常判定手段８０に組み込まれている前記閾値情報と照合されて、ＶＳ＋端子、ＩＰ＋端子及びＣＯＭ端子等の異常部位と、センサ素子、制御回路あるいは配線のバッテリショート、グラウンドショート、断線等の異常検知が可能となる。ここで、バッテリショート、グラウンドショート、断線以外の異常の検知については、どの部所が異常であるかまでは判定はできないが、明らかに各電圧により異常を発しているのは明確であるため、酸素濃度検知システムに異常をきたしていると判断することができる。
【００９３】
更に、下記に詳細に説明するように、異常状態の種類に応じてＶＶＳ端子、ＶＩＰ端子及びＶＲＰＶＳ端子の電位の組み合わせを適宜変えることができるため、出力を受けるＥＣＵ側でこれを解釈することにより信号線数を増やすことなく異常状態を詳しく把握することができ、状態に応じた対処を行うことができる。
【００９４】
上述の、異常状態の種類に応じて種々の信号を生成するための異常検出手段等の構成を詳細に説明する。図５は、Ｖｓセル信号異常検出手段、Ｖｓセル信号変更手段及びＶｓセル信号出力手段の構成を説明するための図である。
【００９５】
図５を参照すると、Ｖｓセル信号異常検出手段６７には、ＶＳ＋端子電圧が入力され、ＶＳ＋端子電圧が正常範囲にある場合、ＶＳ＋端子電圧が所定範囲以下の場合、ＶＳ＋端子電圧が所定範囲以上の場合で、それぞれ異なる制御信号を出力する。
【００９６】
Ｖｓセル信号変更手段６８は、Ｖｓセル信号異常検出手段６７から出力された制御信号に基づいて、ＶＶＳ＋端子（Ｖｓセル信号出力手段）から、ＶＳ＋端子電圧が正常範囲にある場合、ＶＳ＋端子電圧に応じた信号をスルーで出力させ（ＶＳ＋端子電圧に応じた信号を増幅して出力してもよい）、ＶＳ＋端子電圧が所定範囲以下の場合、図４のＬｏｗに相当する電圧を出力させ、ＶＳ＋端子電圧が所定範囲以上の場合、図４のＨｉｇｈに相当する電圧を出力する。
【００９７】
図５に示した複数種類ないしＨｉｇｈ／Ｎｏｒｍａｌ／Ｌｏｗの三種類の出力信号を選択的に出力するための回路を説明する。図６は、図２に示した制御回路に適用される、例えばＨｉｇｈ／Ｎｏｒｍａｌ／Ｌｏｗの三種類の出力信号を選択的に出力するための回路を説明するための図である。図７は、図６に示した回路に入力される信号と出力する信号との関係を示す図である。
【００９８】
図６を参照すると、Ｖｓセル信号異常検出手段６７は、第１の比較器７０と、第２の比較器７１と、ＮＯＲ回路７２と、を含んで構成されている。Ｖｓセル信号変更手段６８は、第０のアナログスイッチ７４と、第１のアナログスイッチ７５と、第２のアナログスイッチ７６と、を含んで構成されている。
【００９９】
図６に示した回路構成の動作を、図７を参照して説明する。第１の比較器７０は、Ｖｓ＋電圧が正常範囲よりも上の異常範囲にある場合、Ｈｉｇｈを出力する。第２の比較器７１は、Ｖｓ＋電圧が正常範囲よりも下の異常範囲にある場合、Ｈｉｇｈを出力する。
【０１００】
Ｖｓ＋電圧（Ｖｓ＋信号）が正常範囲にある場合、第１の比較器７０及び第２の比較器７１からＬｏｗが出力されて、ＮＯＲ回路７２からはＨｉｇｈが出力されて第０のアナログスイッチ７４のみがオンされ、増幅器７３によって増幅されたＶｓ＋電圧が所定の端子（出力手段）からそのまま出力される。Ｖｓ＋電圧（Ｖｓ＋信号）が正常範囲より上の異常範囲にある場合、第１の比較器７０からＨｉｇｈ、第２の比較器７１からＬｏｗが出力されて、第１のアナログスイッチ７５のみがオンされ、所定の電圧（本実施例では５Ｖ）がそのまま所定の端子（出力手段）から出力される。
【０１０１】
Ｖｓ＋電圧（Ｖｓ＋信号）が正常範囲より下の異常範囲にある場合、第１の比較器７０からＬｏｗ、第２の比較器７１からＨｉｇｈが出力されて、第２のアナログスイッチ７６のみがオンされ、０Ｖ電圧がそのまま所定の端子（出力手段）から出力される。
【０１０２】
なお、図６に示したＶＳ信号を処理するための回路は、適宜、他の信号を処理するための回路としても用いることができる。
【０１０３】
尚、本発明においては、上記実施例に限らず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。即ち、異常検出の対象は各端子が所定の範囲を越えた場合とすることに限られず、線間ショート等、それぞれの端子が同電位になった場合等の条件で異常を検出することができる。
【０１０４】
また、上記実施例においては、空燃比検出用のセンサとして、酸素イオン伝導性固体電解質のセルを２枚使用する全領域空燃比センサを用いているが、１つのセルから構成される酸素センサを使用することもできる。
【０１０５】
以下、本発明の別の酸素濃度検出システムないし空燃比検出システム（空燃比検出システムの異常検出システム）を説明する。
【０１０６】
１．センサ素子（空燃比センサ素子）の構成
図１に、本発明の別の実施例に係る酸素濃度検出システムにおいて用いられるセンサ素子１０の一例を示す。このセンサ素子１０はガソリンエンジンの排気ガス系に配設され、２つのセルを接合して構成されており、３本の配線４１、４２、４３を介してセンサ制御回路５０に接続されている。このセンサ制御回路５０では、通常、排気ガス中の酸素濃度測定とセンサ素子１０の温度測定とを主に行うが、その他にセンサ素子１０の２つのセルに接続された３本の配線４１、４２、４３の異常検出を行う機能も備えている。
【０１０７】
センサ素子１０には、ヒータ制御回路６０にて制御されるヒータ６１が、セラミック系接合剤を介して取り付けられている。ヒータ６１は、絶縁材料としてアルミナ等のセラミックスからなり、その内部にはヒータ配線６１ａが配設されている。ヒータ制御回路６０は、センサ制御回路５０により制御されるセンサ素子１０の温度を目標値に保つように、ヒータ６１へ電力を供給する。
【０１０８】
センサ素子１０は、ポンプセル１４、多孔質拡散層１８、酸素分圧検出セル２４及び補強板３０を積層することにより構成されている。
【０１０９】
ポンプセル１４は、酸素イオン伝導性固体電解質である安定化または部分安定化ジルコニアにより板状に形成され、その両面に主として白金で形成された多孔質電極１２、１６を有している。測定ガスに晒される表面側の多孔質電極１２は、ＩＰ電流を流すためにＩＰ＋電圧が印加されるのでＩｐ＋電極と称する。また裏面側の多孔質電極１６は、Ｉｐ電流を流すためにＩｐ−電圧が印加されるのでＩｐ−電極と称する。Ｉｐ＋電極には配線４３、Ｉｐ−電極には配線４２がそれぞれ接続されている。
【０１１０】
酸素分圧検出セル２４も同様に安定化または部分安定化ジルコニアにより形成され、その両面に主として白金で形成された多孔質電極２２、２８を有している。
【０１１１】
ポンプセル１４と酸素分圧検出セル２４との間には、多孔質拡散層１８により包囲された間隙２０が形成されている。間隙２０は、多孔質拡散層１８を介して測定ガス雰囲気と連通されている。間隙２０側に配設された多孔質電極２２は、酸素分圧検出セル２４の起電力のマイナス電圧が生じるためＶｓ−電極と称し、また基準酸素室２６側に配設された多孔質電極２８は、酸素分圧検出セル２４の起電力のプラス電圧が生じるためＶｓ＋電極と称する。基準酸素室２６の基準酸素は多孔質電極２２から一定量の酸素を多孔質電極２８にポンピングすることにより生成する。Ｖｓ＋電極には配線４１、Ｖｓ−電極には配線４２がそれぞれ接続されている。
【０１１２】
間隙２０側には、測定ガスの酸素濃度と間隙２０の酸素濃度との差に応じた酸素が、多孔質拡散層１８を介して拡散して行く。間隙２０内の雰囲気が理論空燃比に保たれるとき、ほぼ酸素濃度が一定に保たれている基準酸素室２６との間の酸素濃度差により、酸素分圧検出セル２４のＶｓ＋電極２８とＶｓ−電極２２との間には、約４５０ｍＶの電位差が生じる。このため、センサ制御回路５０は、ポンプセル１４に流す電流Ｉｐを、上記酸素分圧検出セル２４の起電圧Ｖｓが４５０ｍＶとなるように調整することで、間隙２０内の雰囲気を理論空燃比に保ち、この理論空燃比に保つためのポンプセル電流量Ｉｐに基づき、測定ガス中の酸素濃度を測定する。
【０１１３】
このようにセンサ素子１０は、センサ制御回路５０により、通常、酸素分圧検出セル２４の起電圧Ｖｓが４５０ｍＶとなるようにポンプセル１４に流す電流Ｉｐを調整している。そのため、このようなセンサ制御回路５０によるセンサ素子１０のＩｐ電流の電流制御の特徴を利用することによって、以下に説明するようなセンサ素子１０の配線４１、４２、４３の異常検出を行うことができる。
【０１１４】
２．センサ制御回路の構成
次に、以上説明したセンサ素子を制御するセンサ制御回路について詳細に説明する。図９は、図１に示したセンサ素子の制御回路の構成を説明するための図である。
【０１１５】
図９を参照すると、センサ制御回路５０は、主に、Ｉｐドライバ５１、ＰＩＤ制御回路５２、オペアンプ５３、Ｒｐｖｓ測定回路５４、Ｖｐリミッタ５５、自己診断回路５８等から構成されている。センサ制御回路５０を、特定用途向集積回路（ASIC;Application Specific IC）として実現することができる。
【０１１６】
センサ制御回路５０の出力端子（出力手段）ＶＩＰ、ＶＶＳ及びＶＲＰＶＳは、ＥＣＵ８のアナログ入力端子にそれぞれ接続される。
【０１１７】
ＶＲＰＶＳ端子、場合によっては、ＶＩＰ端子及びＶＶＳ端子には、Ｐ／ＳＴＡＲＴ情報をいわば重畳して出力することができる。詳細に説明すると、センサが正常であるか異常であるかによってレベルが変化するＰ／ＳＴＡＲＴ信号の示す信号レベルに応じて、ＶＲＰＶＳ端子からはセンサ正常時には後述のＲｐｖｓの大きさに比例した電圧がスルーで出力され、或いは、ＶＩＰ端子及び／又はＶＶＳ端子からは、センサ正常時には、ＶＩＰ端子からはポンプセル１４の電極Ｉｐ＋、Ｉｐ−間に流れる電流の大きさに比例した電圧、ＶＶＳ端子からは酸素分圧検出セル２４の電極Ｖｓ＋、Ｖｓ−間の電圧差に比例した電圧がスルーで出力され、一方、センサ異常時には、所定の端子から、レベルが正常時には取り得ないレベルに変更されたが所定の電圧が、選択的に出力される。
【０１１８】
Ｉｐドライバ５１は、センサ素子１０にＩｐ電流を流すためのオペアンプであり、該オペアンプの反転入力端子にはＶｃｅｎｔ端子、非反転入力端子には基準電圧３．６Ｖがそれぞれ接続されており、また出力端子にはＩＰ＋端子が接続されている。Ｖｃｅｎｔ端子とＩＰ＋端子との間には、センサ素子１０のポンプセル１４が接続されている。Ｉｐドライバ５１は負帰還回路を構成するため、Ｖｃｅｎｔ端子の電位が基準電圧（３．６Ｖ）を常に維持するように、Ｉｐ電流が制御される。Ｉｐドライバ５１はＰＩＤ制御回路と共同して、Ｖｃｅｎｔ端子の電圧を基準電圧の３．６Ｖに保つように制御することにより、起電力Ｖｓが制御目標値になる様にポンプ電流（Ｉｐ電流）が制御される。
【０１１９】
ＰＩＤ制御回路５２は、入出力用信号線であるＰ１端子、Ｐ２端子およびＰ３端子に接続される抵抗やコンデンサとともに、ＰＩＤ演算回路を構成する。ＰＩＤ制御回路５２は、Ｖｓ制御目標値の４５０ｍＶに対する酸素分圧検出セル２４の起電圧Ｖｓの偏差量△ＶｓをＰＩＤ演算した電圧をＰｏｕｔ端子に出力する。
【０１２０】
即ち、酸素分圧検出セル２４の起電圧Ｖｓが４５０ｍＶよりも高い場合には、間隙２０の酸素濃度が酸素基準室２６の酸素濃度よりも低い状態、つまり理論空燃比に対して燃料供給過剰（リッチ）側の状態にあるので、その不足分の酸素をポンプセル１４により汲み込むためのＩｐ電流が流れるように偏差量△ＶｓをＰＩＤ演算した電圧がＰｏｕｔ端子に出力される。一方、酸素分圧検出セル２４の起電圧Ｖｓが４５０ｍＶよりも低い場合には、間隙２０の酸素渡度が酸素基準室２６の酸素濃度よりも高い状態、つまり理論空燃比に対して燃料供給不足（リーン）側の状態にあるので、その過剰分の酸素をポンプセル１４により汲み出すためのＩｐ電流が流れるように偏差量△ＶｓをＰＩＤ演算した電圧がＰｏｕｔ端子に出力される。
【０１２１】
なお、配線４２が接続されるＣＯＭ端子に、−１５μＡの定電流源が接続されているが、これはＩｐ出力信号の誤差を防止するためである。即ち、ＶＳ＋端子には＋１５μＡの定電流源が接続されており、これにより酸素分圧検出セル２４にＩｃｐ電流を供給して酸素基準を作り出している。このため、ＣＯＭ端子に−１５μＡの定電流源を接続し、ＰＩＤ演算回路に流れ込む電流からこの１５μＡ分を差し引くことによって、Ｉｃｐ電流による演算誤差を防止している。
【０１２２】
また、ＶＳ＋端子とＰＩＤ制御回路５２との間に接続されるオペアンプ５３は、ボルテージフォロア回路を構成している。これにより、ＶＳ＋端子からはＰＩＤ制御回路５２側が高インピーダンスに見えるため、＋１５μＡの定電流源による供給電流がＰＩＤ制御回路５２に流れ込むことを抑制している。
【０１２３】
Ｒｐｖｓ測定回路５４は、酸素分圧検知セル２４の内部抵抗Ｒｐｖｓからセンサ素子１０の温度を測定するもので、オペアンプ、抵抗及びコンデンサ等により構成されている。このＲｐｖｓ測定回路５４では、所定時間毎に酸素分圧検出セル２４に所定の測定電流を流すことにより素子温度と相関関係のある酸素分圧検出セル２４の内部抵抗値に対応する電圧変化を生じさせ、これにより得られた酸素分圧検出セルの両端の電圧の変化量を定数倍に演算増幅して０〜４．５Ｖの範囲で変化するＶＲｐｖｓ電圧を生成する。
【０１２４】
Ｒｐｖｓ測定回路５４による測定電流を酸素分圧検出セル２４に流す際には、測定電流による電圧変化がＰＩＤ制御回路の出力に変化を生じさせないようにＰＩＤ制御回路５２とオペアンプ５３との間に介在するスイッチＳＷにより両者間の接続を切断する。このスイッチＳＷによって、ＰＩＤ制御回路５２とオペアンプ５３との間が切断されている間に、Ｒｐｖｓ測定回路５４による測定が行われる。
【０１２５】
Ｖｐリミッタ５５は、ポンプセル１４のいわゆるブラックニングを防止するための回路で、ポンプセル１４の両端電圧Ｖｐが一定の範囲を超える場合に作動してＶｓ目標値をシフトさせるものである。なお、「ブラックニング」とは、酸素イオンの喪失によるポンプセルの表面黒化現象のことをいう。
【０１２６】
次に、センサ異常を検出するための自己診断回路、及びセンサ異常を示す信号が出力される端子について説明する。なお、センサ異常としては、配線の断線、配線とバッテリの電源ラインとの短絡、又は、素子の故障等が考えられる。
【０１２７】
自己診断回路（異常検出手段及び変更手段）５８は、ウィンドウコンパレータ５８ａ、５８ｂ、コンパレータ５８ｃと、ＯＲ回路５８ｄと、アンプ５９ａと、を含んで構成されている。自己診断回路５８は、センサ素子１０及びセンサ素子１０の２つのセルに接続された３本の配線４１、４２、４３の異常検出等を行うことが可能である。自己診断回路５８は、センサ異常を検出した場合、正常時とは信号レベルが異なるＰ／ＳＴＡＲＴ信号を出力し、その結果、ＶＲＰＶＳ信号を出力するＶＲＰＶＳ端子から、センサ異常を示す信号が出力される。
【０１２８】
異常検出手段の一つであるウィンドウコンパレータ５８ａは、ＶＳ＋端子の電位が所定の範囲内にあるか否かを判定する。ＶＳ＋端子の電位は、通常、ＣＯＭ端子の基準電圧３．６Ｖに酸素分圧検出セル２４の起電圧Ｖｓ（４５０ｍＶ）を加えた値である４．０５Ｖに保たれている。そのため、ウィンドウコンパレータ５８ａの上限値を６．３５Ｖ、下限値を２．５Ｖに設定することにより、ＶＳ＋端子の電位が上限値の６．３５Ｖを超えて上昇したとき、あるいはＶＳ＋端子の電位が下限値の２．５Ｖを超えて下降したときには異常が発生したものとして、ウィンドウコンパレータ５８ａから所定のレベルの信号が出力される。
【０１２９】
異常検出手段の一つであるウィンドウコンパレータ５８ｂは、ＣＯＭ端子の電位が所定の範囲内にあるか否かを判定する。ＣＯＭ端子の電位は、Ｉｐドライバ５１により常に基準電圧３．６Ｖになるように制御されている。そのため、ウィンドウコンパレータ５８ｂの上限値を５．５Ｖ、下限値を２．５Ｖに設定することにより、ＣＯＭ端子の電位が上限値の５．５Ｖを超えて上昇したとき、あるいはＣＯＭ端子の電位が下限値の２．５Ｖを超えて下降したときには異常が発生したものとして、ウィンドウコンパレータ５８ｂから所定のレベルの信号が出力される。
【０１３０】
異常検出手段の一つであるコンパレータ５８ｃは、ＡＳＩＣのＶＳ＋端子、ＩＰ＋端子、Ｖｃｅｎｔ端子、ＣＯＭ端子及びＰｏｕｔ端子の各電位が、ＡＳＩＣ内の回路の駆動電圧である８Ｖを超えているか否かを判断している。これらの各端子は、駆動電源の電圧変動等を見込んだ値の８Ｖを上限値に設定したコンパレータ５８ｃによって監視されており、いずれかの端子の電位が８Ｖを超えて上昇したときには、その端子がバッテリの電源ラインＢＡＴＴに短絡し、異常が発生したものと判断して、コンパレータ５８ｃから所定のレベルの信号が発せられる。
【０１３１】
これら３つのコンパレータ５８ａ，５８ｂ，５８ｃの出力信号がそれぞれＯＲ回路５８ｄに入力され、ＯＲ回路５８ｄからはこれらの出力信号の論理和をとった信号レベルのＰ／ＳＴＡＲＴ信号が出力される。Ｐ／ＳＴＡＲＴ信号は、センサ正常時とセンサ異常時とで異なるレベルを示す。例えば、Ｐ／ＳＴＡＲＴ信号は、センサ正常時には“０”、センサ異常時には“１”を示す。第１のスイッチＳＷ１及び第２のスイッチＳＷ２には、Ｐ／ＳＴＡＲＴ信号が制御信号として入力され、Ｐ／ＳＴＡＲＴ信号のレベルに応じて、図２に示すようにオン・オフ切替制御される。
【０１３２】
Ｒｐｖｓ測定回路５４の出力端子にはアンプ５９ａの入力端子が接続され、アンプ５９ａの出力端子にはＶＲＰＶＳ端子が接続されている。第１のスイッチＳＷ１及び第２のスイッチＳＷ２のスイッチングによって、センサ正常時には、アンプ５９ａの出力端子の電位がＶＲＰＶＳ端子の電位となり、すなわち、ＶＲＰＶＳ端子からは所定範囲の電圧がスルー（増幅される場合を含む）で出力され、一方、センサ異常時には、ＶＣＣ５の電位がＶＲＰＶＳ端子の電位となり、すなわち、ＶＲＰＶＳ端子からはセンサ正常時には取り得ないレベルに変更された所定の電圧が出力される。
【０１３３】
センサ異常時において、ＶＲＰＶＳ端子、ＶＩＰ端子、ＶＶＳ端子から出力される信号のレベルの一設定例を説明する。図９を参照して、３つのコンパレータ５８ａ，５８ｂ，５８ｃのいずれか一がセンサ異常を検出した場合、Ｐ／ＳＴＡＲＴ信号がＬｏｗレベル（０）からＨｉｇｈレベル（１）に切り替わり、第１のスイッチＳＷ１がＯＮされ、ＶＲＰＶＳ端子にＶＣＣ５が接続され、ＶＲＰＶＳ端子の電位は強制的に５Ｖにされる。このとき、ＶＲＰＶＳ端子に接続されるアナログポートを有するＥＣＵ８は、ＶＲＰＶＳ端子の電位がセンサ正常時には取り得ない値、すなわち、５Ｖになったことを検知して、センサに異常が発生していると判断する。なお、ＶＩＰ端子、ＶＶＳ端子からは、センサ異常の状態で成り行きの電圧、例えば、図３及び図４に示すような電圧が出力される。
【０１３４】
異常検出は、空燃比がリーンに制御されているときに実行することが好ましい。空燃比がリッチ等の状態であるとＩｐやＶｓの状態の変動が大きい場合があるからである。また、ＥＣＵ８が、センサ異常検出の最終判断を行うことができる。
【０１３５】
３．本実施例の効果
以上説明したように、本実施例においては、センサ異常時、ＶＲＰＶＳ端子から、センサ異常を示す信号として、センサ正常時には取り得ないレベルの信号が出力される。このため、センサ異常を送信するための信号線を、新たに設ける必要がなくされている。したがって、余分な信号線を増やすことによる配線の引き回しの煩雑さが増加が防止され、配線の断線のリスクも低下されている。
【０１３６】
なお、以上説明した本実施例においては、センサ異常を示す信号を、ＶＲＰＶＳ端子から出力したが、その他の端子から出力することもできる。また、以上説明した本発明の一実施例においては、センサ異常時、ＶＲＰＶＳ端子から一種類の信号が出力されるが、センサ異常の部位ないしセンサ異常の状態に応じてレベルの異なる信号を、ＶＲＰＶＳ端子から、ＶＲＰＶＳ端子及びその他の端子から、或いはその他の端子から出力してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】本空燃比センサの異常検出方法を適用する空燃比センサの構造と、その制御回路等の接続構成を説明するための模式図である。
【図２】本空燃比センサの異常検出方法を適用した空燃比センサ、及びその制御回路等を示す説明回路図である。
【図３】各端子の電位と異常種類の組み合わせとを対応付ける図である。
【図４】図３に示す各端子の電位の範囲を説明するための図である。
【図５】図２に示した制御回路に適用される、複数種類の出力信号を選択的に出力するための回路を説明するための図である。
【図６】図２に示した酸素濃度測定装置に適用される、異常検出手段及び変更手段の回路構成の一例を説明するための図である。
【図７】図６に示した回路に入力される信号と出力する信号との関係を示す図である。
【図８】酸素濃度検出システムにおける異常検知のフローを示す図である。
【図９】本発明の別の実施例にかかる酸素濃度検出システムないし空燃比検出システムを説明するための図である。
【符号の説明】
【０１３８】
１、２０１  酸素センサ
８  ＥＣＵ
１０、２１０  センサ素子
１２、１６、２２、２８  多孔質電極
１４  ポンプセル
１８  多孔質拡散層
２０  間隙
２４  酸素分圧検出セル
２６  基準酸素室
４１、４２、４３  配線
５０、２５０  センサ制御回路（制御回路）
５８、２５８  自己診断回路（異常検出手段）
５８ａ、５８ｂ  ウィンドウコンパレータ
５８ｃ  コンパレータ
５８ｄ、２５８ｄ  変更手段
５９ａ  アンプ  
６０、２６０  ヒータ制御回路
６１、２６１  ヒータ
６７  Ｖｓセル信号異常検出手段
６８  Ｖｓセル信号変更手段
７０  第１の比較器
７１  第２の比較器
７２  ＮＯＲ回路
７３  増幅器
７４  第１のアナログスイッチ
７５  第２のアナログスイッチ
７６  第３のアナログスイッチ
８０、２８０  異常判定手段
８１、８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、２８１  検出信号
８３、２８３  出力手段
８３ａ  第１のスイッチ
８３ｂ  第２のスイッチ
９０、２９０  記憶手段
１００、２００  酸素濃度検出システム
５８１、５８２、５８３  所定部位の電位に基づく信号
９００  車両制御システム
【図１】
2004301832.tif 000003
【図２】
2004301832.tif 000004
【図３】
2004301832.tif 000005
【図４】
2004301832.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004301832.tif 000008
【図７】
2004301832.tif 000009
【図８】
2004301832.tif 000010
【図９】
2004301832.tif 000011