(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端子及び第２端子に電気的に導通する酸素ポンプセル、並びに、上記第２端子及び第３端子に電気的に導通する酸素濃度検知セルを有し、被測定ガス中の特定ガス濃度を検知するガスセンサと、
上記第１端子の第１端子電位を検知する第１端子電位検知回路、及び、
上記第３端子の第３端子電位を検知する第３端子電位検知回路を含み、
上記第１端子、上記第２端子及び上記第３端子を通じて上記ガスセンサを制御するセンサ制御部と、を備える
ガスセンサシステムであって、
上記センサ制御部は、
上記第２端子を所定の検査電位とする検査電位回路と、
上記第１端子を通じて上記酸素ポンプセルに所定の第１検査電流を流す第１定電流回路と、
上記第３端子を通じて上記酸素濃度検知セルに所定の第２検査電流を流す第２定電流回路と、
上記ガスセンサが活性状態で上記被測定ガス中の上記特定ガス濃度を検知するよりも前に、上記検査電位回路により上記第２端子を上記検査電位とし、上記第１定電流回路から上記第１端子を通じて上記酸素ポンプセルに上記第１検査電流を流し、かつ、上記第２定電流回路から上記第３端子を通じて上記酸素濃度検知セルに上記第２検査電流を流している状態で、上記第１端子電位検知回路及び上記第３端子電位検知回路を用いて、上記第１端子電位及び上記第３端子電位を検知する端子電位検知手段と、
検知した上記第１端子電位及び上記第３端子電位に基づいて、上記ガスセンサの断線異常の有無及び発生箇所を診断する断線診断手段と、を備える
ガスセンサシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のガスセンサシステムであって、
前記断線診断手段は、
前記酸素ポンプセルと前記第１端子とを繋ぐ第１配線、上記酸素ポンプセル及び前記酸素濃度検知セルと前記第２端子とを繋ぐ第２配線及び、上記酸素濃度検知セルと前記第３端子とを繋ぐ第３配線のいずれも断線していない非断線状態と、
上記第１配線が断線している第１断線状態と、
上記第２配線が断線している第２断線状態と、
上記第３配線が断線している第３断線状態とを、
前記第１端子電位及び前記第３端子電位に基づいて判別する
ガスセンサシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のガスセンサシステムであって、
前記断線診断手段は、
前記第１端子電位が、前記第１定電流回路の最大出力電圧よりも低い第１しきい電位以下で、前記検査電位以上の第１範囲内の電位であり、かつ、
前記第３端子電位が、前記第２定電流回路の最大出力電圧よりも低い第２しきい電位以下で、上記検査電位以上の第２範囲内の電位であるときに、
前記非断線状態であると判定する非断線判定手段を含む
ガスセンサシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のガスセンサシステムであって、
前記断線診断手段は、
前記非断線判定手段で前記非断線状態でないと判定された場合に、前記第１端子電位及び前記第３端子電位に基づいて、前記第１断線状態、前記第２断線状態、及び前記第３断線状態のいずれであるかを判定する断線状態判定手段を含む
ガスセンサシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のガスセンサシステムであって、
前記断線状態判定手段は、
前記第３端子電位が前記第２範囲内の電位である一方、前記第１端子電位が前記第１範囲よりも高い電位である場合に、前記第１断線状態であると判定し、
上記第１端子電位が上記第１範囲よりも高い電位であり、かつ、上記第３端子電位が上記第２範囲よりも高い電位である場合に、前記第２断線状態であると判定し、
上記第１端子電位が上記第１範囲内の電位である一方、上記第３端子電位が上記第２範囲よりも高い電位である場合に、前記第３断線状態であると判定する
ガスセンサシステム。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のガスセンサシステムであって、
前記ガスセンサは、
前記被測定ガスが導入される測定室、及び、基準酸素雰囲気とされる基準酸素室を内部に有し、
前記酸素濃度検知セルは、
上記基準酸素室に面し前記第３端子に導通する第１検知電極、及び、上記測定室に露出し前記第２端子に導通する第２検知電極を有し、
前記第２定電流回路は、
上記第３端子を通じて上記酸素濃度検知セルに、上記基準酸素室に酸素を汲み入れる定電流を流す定電流出力回路を兼ねる
ガスセンサシステム。
【請求項７】
請求項６に記載のガスセンサシステムであって、
前記センサ制御部は、
前記定電流出力回路から前記第３端子を通じて前記酸素濃度検知セルへ流す前記第２検査電流及び前記定電流をオンオフする検知セル電流スイッチと、
前記断線診断手段で断線異常有りと診断された場合に、上記検知セル電流スイッチをオフにする第１遮断手段と、を備える
ガスセンサシステム。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のガスセンサシステムであって、
前記ガスセンサは、
前記被測定ガスが導入される測定室を内部に有し、
前記酸素ポンプセルは、
上記測定室外に配置されて前記第１端子に導通する第１ポンプ電極、及び、上記測定室に露出し前記第２端子に導通する第２ポンプ電極を有し、
前記第１定電流回路は、
上記測定室から酸素を汲み出しまたは汲み入れるポンプ電流を、上記第１端子を通じて上記酸素ポンプセルに流すポンプ電流出力回路を兼ねる
ガスセンサシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のガスセンサシステムであって、
前記センサ制御部は、
前記ポンプ電流出力回路から前記第１端子を通じて前記酸素ポンプセルへ流す前記第１検査電流及び前記ポンプ電流をオンオフするポンプ電流スイッチと、
前記断線診断手段で断線異常有りと診断された場合に、上記ポンプ電流スイッチをオフにする第２遮断手段と、を備える
ガスセンサシステム。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載のガスセンサシステムであって、
前記検査電位回路は、
前記ガスセンサの活性後に前記第２端子に基準電位を印加する基準電位回路を兼ねる
ガスセンサシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のガスセンサシステムであって、
前記センサ制御部は、
前記基準電位回路から前記第２端子への前記検査電位及び前記基準電位の印加をオンオフする基準電位スイッチと、
前記断線診断手段で断線異常有りと診断された場合に、上記基準電位スイッチをオフにする第３遮断手段と、を備える
ガスセンサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素ポンプセル及び酸素濃度検知セルを有するガスセンサと、このガスセンサを制御するセンサ制御部とを備えるガスセンサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、酸素ポンプセル及び酸素濃度検知セルの２つのセルを有する全領域空燃比センサや、上記２つのセルに、ＮＯｘガス濃度を検知するセルを加えた３つのセルを有するＮＯｘセンサなどのガスセンサが知られており、これを制御するセンサ制御部と共にガスセンサシステムを構成して、車両等に搭載される。
【０００３】
ところで、このようなガスセンサシステムにおいて、センサ制御部に接続したガスセンサの配線のいずれかが断線する断線異常が生じる場合がある。このため、従来より、このような断線異常の自己診断を可能としたガスセンサシステムが提案されている。
例えば、特許文献１には、３つのセルを有するＮＯｘセンサにおいて、第２酸素ポンプセルに印加する基準電圧を変化させたときに検出されるポンプ電流の変化を利用して、断線が発生しているか否かを判定する断線判定手段を備えるセンサ制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２３３０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された従来の断線異常の診断手法は、ガスセンサが活性化した後に、酸素ポンプセルに流れるポンプ電流の応答を検知するものであり、ガスセンサが活性化するまでは、断線異常（具体的には、断線の有無及び発生箇所）の診断をすることができなかった。
【０００６】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、ガスセンサが活性状態でガス検知を行う前に、ガスセンサの断線異常の有無及び発生箇所を適切に診断することができるガスセンサシステムを提供する。
【０００７】
その一態様は、第１端子及び第２端子に電気的に導通する酸素ポンプセル、並びに、上記第２端子及び第３端子に電気的に導通する酸素濃度検知セルを有し、被測定ガス中の特定ガス濃度を検知するガスセンサと、上記第１端子の第１端子電位を検知する第１端子電位検知回路、及び、上記第３端子の第３端子電位を検知する第３端子電位検知回路を含み、上記第１端子、上記第２端子及び上記第３端子を通じて上記ガスセンサを制御するセンサ制御部と、を備えるガスセンサシステムであって、上記センサ制御部は、上記第２端子を所定の検査電位とする検査電位回路と、上記第１端子を通じて上記酸素ポンプセルに所定の第１検査電流を流す第１定電流回路と、上記第３端子を通じて上記酸素濃度検知セルに所定の第２検査電流を流す第２定電流回路と、上記ガスセンサが活性状態で上記被測定ガス中の上記特定ガス濃度を検知するよりも前に、上記検査電位回路により上記第２端子を上記検査電位とし、上記第１定電流回路から上記第１端子を通じて上記酸素ポンプセルに上記第１検査電流を流し、かつ、上記第２定電流回路から上記第３端子を通じて上記酸素濃度検知セルに上記第２検査電流を流している状態で、上記第１端子電位検知回路及び上記第３端子電位検知回路を用いて、上記第１端子電位及び上記第３端子電位を検知する端子電位検知手段と、検知した上記第１端子電位及び上記第３端子電位に基づいて、上記ガスセンサの断線異常の有無及び発生箇所を診断する断線診断手段と、を備えるガスセンサシステムである。
【０００８】
このガスセンサシステムでは、ガスセンサが活性状態で被測定ガス中の特定ガス濃度を検知するよりも前（具体的には、ガスセンサが活性化途中の段階のほか、ガスセンサが既に活性化している場合で、ガス濃度の検知前）に、第２端子を検査電位とし、第１端子を通じて酸素ポンプセルに第１検査電流を流し、かつ、第３端子を通じて酸素濃度検知セルに第２検査電流を流す。そして、第１端子電位及び第３端子電位を検知する。
このようにすると、ガスセンサが既に活性化している場合のほか、ガスセンサの活性化途中の段階であっても、酸素ポンプセル及び酸素濃度検知セルに酸素イオン伝導性が発現し、内部抵抗が低下すれば、第１端子電位及び第３端子電位は、各端子に繋がる配線の断線の有無によって異なる電位を示す。
【０００９】
以下、断線の有無による第１端子電位及び第３端子電位の違いについて、具体的に説明する。
いずれの配線にも断線異常が無い場合、第１検査電流及び第２検査電流を流すと、第１端子電位及び第３端子電位は、理論上、検査電位に酸素ポンプセル及び酸素濃度検知セルの内部抵抗による電圧降下と酸素濃淡電池の起電力を加えた電位となる。但し、酸素ポンプセル及び酸素濃度検知セルに酸素イオン伝導性が発現していない場合、または、酸素イオン伝導性が発現しても、内部抵抗が大きい場合には、第１定電流回路及び第２定電流回路の最大出力電圧で制限される。
一方、酸素ポンプセル及び酸素濃度検知セルが昇温し、酸素イオン伝導性が発現して、内部抵抗が低下すれば、第１端子電位及び第３端子電位は、第１定電流回路及び第２定電流回路の最大出力電圧を下回るようになり、理論通り、検査電位に内部抵抗による電圧降下と酸素濃淡電池の起電力を加えた電位を示す。
【００１０】
これに対し、いずれかの配線が断線している場合には、第１検査電流または第２検査電流が流れないため、第１定電流回路または第２定電流回路が最大出力電圧を出力したままとなり、これを検知した第１端子電位及び第３端子電位も、少なくともいずれかが、この最大出力電圧のままとなる。
【００１１】
そこで、このガスセンサシステムでは、上述の状態で、第１端子電位及び第３端子電位を検知し、これらの電位に基づいて、第１端子、第２端子及び第３端子の断線異常の有無及び発生箇所を診断する。
これにより、このガスセンサシステムでは、ガスセンサの活性化後のみならず、ガスセンサの活性化途中の段階でも、断線異常の有無及び発生箇所を適切に診断することができる。
【００１２】
なお、ガスセンサが低温の非活性状態から加熱されて、活性化する途中の段階では、上述したように、酸素ポンプセル及び酸素濃度検知セルに酸素イオン伝導性が発現し、酸素ポンプセル及び酸素濃度検知セルの内部抵抗が低下すれば、それ以降、断線異常の診断が可能になる。逆に言えば、それ以前は、適切に断線異常を診断することができないため、ガスセンサが断線異常の診断が可能な温度となるまで加熱されるのを待つ必要がある。
【００１３】
このため、断線異常の診断を行うタイミングとしては、ガスセンサの温度を検知して、ガスセンサが所定温度以上になるのを待った後や、ガスセンサの加熱が開始されてから所定時間の経過を待った後のタイミングが挙げられる。
また、断線異常の診断が可能となる以前から、第１端子電位及び第３端子電位の検知を開始し、第１端子電位及び第３端子電位のいずれもが、最大出力電圧を下回った場合には、断線無しと判断しても良い。なお、所定時間を経過しても、第１端子電位及び第３端子電位の少なくともいずれかが最大出力電圧のままである場合は、断線有りと判断する。このようにすると、断線異常無しの場合には、所定時間が経過する前に、断線異常無しの診断を下すことができる。
一方、ホットリスタートの場合など、システムの起動直後にガスセンサが既に活性化している場合には、そのまま断線異常の診断が可能である。
【００１４】
さらに、上述のガスセンサシステムであって、前記断線診断手段は、前記酸素ポンプセルと前記第１端子とを繋ぐ第１配線、上記酸素ポンプセル及び前記酸素濃度検知セルと前記第２端子とを繋ぐ第２配線、及び、上記酸素濃度検知セルと前記第３端子とを繋ぐ第３配線のいずれも断線していない非断線状態と、上記第１配線が断線している第１断線状態と、上記第２配線が断線している第２断線状態と、上記第３配線が断線している第３断線状態とを、前記第１端子電位及び前記第３端子電位に基づいて判別するガスセンサシステムとすると良い。
【００１５】
このガスセンサシステムでは、断線診断手段で、非断線状態及び３通りの断線状態を、第１端子電位及び第３端子電位に基づいて判別する。このため、断線異常が生じた場合に、その発生箇所を適切に判別して、ＥＣＵなどの外部機器に通知することができる。
【００１６】
さらに、上述のガスセンサシステムであって、前記断線診断手段は、前記第１端子電位が、前記第１定電流回路の最大出力電圧よりも低い第１しきい電位以下で、前記検査電位以上の第１範囲内の電位であり、かつ、前記第３端子電位が、前記第２定電流回路の最大出力電圧よりも低い第２しきい電位以下で、上記検査電位以上の第２範囲内の電位であるときに、前記非断線状態であると判定する非断線判定手段を含むガスセンサシステムとすると良い。
【００１７】
このガスセンサシステムでは、断線診断手段の非断線判定手段で、第１端子電位が第１範囲内の電位であり、かつ、第３端子電位が第２範囲内の電位であるときに、いずれの配線も断線していない非断線状態であると判定する。これにより、非断線状態であるか否かを適切に判定することができる。その判定手法は、以下の通りである。
【００１８】
ガスセンサが加熱されて、酸素ポンプセル及び酸素濃度検知セルに酸素イオン伝導性が発現し、内部抵抗が低下すると、第１端子電位は、非断線状態であれば、第１定電流回路の最大出力電圧よりも低くなる。具体的には、検査電位に酸素ポンプセルの内部抵抗による電圧降下と酸素濃淡電池の起電力を加えた電位となる。同様に、第３端子電位は、非断線状態であれば、第２定電流回路の最大出力電圧よりも低くなる。具体的には、検査電位に酸素濃度検知セルの内部抵抗による電圧降下と酸素濃淡電池の起電力を加えた電位となる。
【００１９】
このため、第１端子電位が、第１範囲（第１定電流回路の最大出力電圧よりも低い第１しきい電位以下で、検査電位以上の範囲）内の電位であり、かつ、第３端子電位が、第２範囲（第２定電流回路の最大出力電圧よりも低い第２しきい電位以下で、検査電位以上の範囲）内の電位である場合には、第１端子、第２端子及び第３端子に繋がるいずれの配線も断線していない非断線状態であることが判る。
【００２０】
なお、酸素ポンプセル及び酸素濃度検知セルの温度が低く、まだ内部抵抗が大きい状態（例えば、数１００ｋΩ以上）で、酸素ポンプセル及び酸素濃度検知セルに、第１検査電流及び第２検査電流を流した場合には、セルの両端に過大な電圧がかかって、いわゆるブラックニング（セルの黒化現象）が生じるおそれがある。そこで、第１検査電流及び第２検査電流は、例えば、１０〜２０μＡ程度の微小な電流とするのが好ましい。
【００２１】
さらに、上述のガスセンサシステムであって、前記断線診断手段は、前記非断線判定手段で前記非断線状態でないと判定された場合に、前記第１端子電位及び前記第３端子電位に基づいて、前記第１断線状態、前記第２断線状態、及び前記第３断線状態のいずれであるかを判定する断線状態判定手段を含むガスセンサシステムとすると良い。
【００２２】
このガスセンサシステムでは、非断線判定手段で非断線状態でない（即ち、断線異常有り）と判定された場合に、断線状態判定手段により、第１断線状態、第２断線状態、及び第３断線状態のいずれであるか（断線異常の発生箇所）を判定する。
【００２３】
さらに、上述のガスセンサシステムであって、前記断線状態判定手段は、前記第３端子電位が前記第２範囲内の電位である一方、前記第１端子電位が前記第１範囲よりも高い電位である場合に、前記第１断線状態であると判定し、上記第１端子電位が上記第１範囲よりも高い電位であり、かつ、上記第３端子電位が上記第２範囲よりも高い電位である場合に、前記第２断線状態であると判定し、上記第１端子電位が上記第１範囲内の電位である一方、上記第３端子電位が上記第２範囲よりも高い電位である場合に、前記第３断線状態であると判定するガスセンサシステムとすると良い。
【００２４】
このガスセンサシステムでは、断線状態判定手段で、第１端子電位及び第３端子電位に基づいて、３通りの断線状態を適切に判定することができる。
なお、断線状態判定手段による断線異常の具体的な判定手法は、以下の通りである。
【００２５】
まず、第２端子に繋がる第２配線及び第３端子に繋がる第３配線は正常であるが、第１端子に繋がる第１配線が断線している場合（第１断線状態）を考える。
この場合、第１検査電流は酸素ポンプセルに流れず、第１定電流回路は最大出力電圧、例えば、制御用電源の電源電圧にほぼ等しい電圧を出力したままとなる。そして、これが第１端子電位として検知される。
一方、第３端子電位は、酸素濃度検知セルに酸素イオン伝導性が発現し、酸素濃度検知セルの内部抵抗が低下すると、第２定電流回路の最大出力電圧よりも低い、検査電位に酸素濃度検知セルの内部抵抗による電圧降下と酸素濃淡電池の起電力を加えた電位（第２範囲内の電位）となる。
従って、第３端子電位が第２範囲内の電位である一方、第１端子電位が第１範囲よりも高い電位である場合には、第１断線状態であることが判る。
【００２６】
第１端子に繋がる第１配線及び第２端子に繋がる第２配線は正常であるが、第３端子に繋がる第３配線が断線している場合（第３断線状態）も同様に考えられる。
この場合、第２検査電流は酸素濃度検知セルに流れず、第２定電流回路は最大出力電圧、例えば、制御用電源の電源電圧にほぼ等しい電圧を出力したままとなり、これが第３端子電位として検知される。一方、第１端子電位は、酸素ポンプセルに酸素イオン伝導性が発現し、内部抵抗が低下すると、第１定電流回路の最大出力電圧よりも低い、検査電位に酸素ポンプセルの内部抵抗による電圧降下と酸素濃淡電池の起電力を加えた電位（第１範囲内の電位）となる。
従って、第１端子電位が第１範囲内の電位である一方、第３端子電位が第２範囲よりも高い電位である場合には、第３断線状態であることが判る。
【００２７】
さらに、第１端子に繋がる第１配線及び第３端子に繋がる第３配線は正常であるが、第２端子に繋がる第２配線が断線している場合（第２断線状態）を考える。
この場合、第２配線が断線して、酸素ポンプセル及び酸素濃度検知セルの第２端子との接続先が検査電位に固定されていないため、第１検査電流及び第２検査電流を流そうとすると、第１定電流回路及び第２定電流回路のいずれもが、最大出力電圧を出力したままとなり、これが第１端子電位及び第３端子電位として検知される。
従って、酸素ポンプセル及び酸素濃度検知セルに酸素イオン伝導性が発現し、内部抵抗が低下した状態で、第１端子電位が第１範囲よりも高い電位であり、かつ、第３端子電位が第２範囲よりも高い電位である場合には、第２端子に繋がる第２配線が断線していることが判る。
【００２８】
さらに、上述のいずれかのガスセンサシステムであって、前記ガスセンサは、前記被測定ガスが導入される測定室、及び、基準酸素雰囲気とされる基準酸素室を内部に有し、前記酸素濃度検知セルは、上記基準酸素室に面し前記第３端子に導通する第１検知電極、及び、上記測定室に露出し前記第２端子に導通する第２検知電極を有し、前記第２定電流回路は、上記第３端子を通じて上記酸素濃度検知セルに、上記基準酸素室に酸素を汲み入れる定電流を流す定電流出力回路を兼ねるガスセンサシステムとすると良い。
【００２９】
このガスセンサシステムでは、第２定電流回路と定電流出力回路とを兼用しているので、断線異常を診断する際に、定電流出力回路から第２検査電流を出力すれば良く、第２検査電流を流すために専用の回路を設ける必要がない。なお、第２検査電流を、基準酸素室に酸素を汲み入れる定電流と同じ大きさにすると（第２検査電流＝定電流）、定電流出力回路の構成をより簡易にすることができる。
【００３０】
さらに、上述のガスセンサシステムであって、前記センサ制御部は、前記定電流出力回路から前記第３端子を通じて前記酸素濃度検知セルへ流す前記第２検査電流及び前記定電流をオンオフする検知セル電流スイッチと、前記断線診断手段で断線異常有りと診断された場合に、上記検知セル電流スイッチをオフにする第１遮断手段と、を備えるガスセンサシステムとすると良い。
【００３１】
このガスセンサシステムでは、断線異常が有ると判定した場合、第２検査電流及び定電流をオフにするので、断線異常が生じたまま第２検査電流または定電流を流すことにより酸素濃度検知セルにブラックニングが生じるのを抑制することができる。
【００３２】
さらに、上述のいずれかのガスセンサシステムであって、前記ガスセンサは、前記被測定ガスが導入される測定室を内部に有し、前記酸素ポンプセルは、上記測定室外に配置されて前記第１端子に導通する第１ポンプ電極、及び、上記測定室に露出し前記第２端子に導通する第２ポンプ電極を有し、前記第１定電流回路は、上記測定室から酸素を汲み出しまたは汲み入れるポンプ電流を、上記第１端子を通じて上記酸素ポンプセルに流すポンプ電流出力回路を兼ねるガスセンサシステムとすると良い。
【００３３】
このガスセンサシステムでは、第１定電流回路とポンプ電流出力回路とを兼用しているので、断線異常を診断する際に、ポンプ電流出力回路から、ポンプ電流に代えて所定の第１検査電流を出力すれば良く、第１検査電流を流すために専用の回路を設ける必要がない。
【００３４】
さらに、上述のガスセンサシステムであって、前記センサ制御部は、前記ポンプ電流出力回路から前記第１端子を通じて前記酸素ポンプセルへ流す前記第１検査電流及び前記ポンプ電流をオンオフするポンプ電流スイッチと、前記断線診断手段で断線異常有りと診断された場合に、上記ポンプ電流スイッチをオフにする第２遮断手段と、を備えるガスセンサシステムとすると良い。
【００３５】
このガスセンサシステムでは、断線異常が有ると判定した場合、第１検査電流及びポンプ電流をオフするので、断線異常が生じたまま第１検査電流またはポンプ電流を流すことにより酸素ポンプセルにブラックニングが生じるのを抑制することができる。
【００３６】
さらに、上述のいずれかのガスセンサシステムであって、前記検査電位回路は、前記ガスセンサの活性後に前記第２端子に基準電位を印加する基準電位回路を兼ねるガスセンサシステムとすると良い。
【００３７】
このガスセンサシステムでは、検査電位回路が、ガスセンサの活性後に基準電位を印加する基準電位回路を兼ねているので、断線異常を診断するために、専用の検査電位回路を設ける必要がない。
【００３８】
さらに、上述のガスセンサシステムであって、前記センサ制御部は、前記基準電位回路から前記第２端子への前記検査電位及び前記基準電位の印加をオンオフする基準電位スイッチと、前記断線診断手段で断線異常有りと診断された場合に、上記基準電位スイッチをオフにする第３遮断手段と、を備えるガスセンサシステムとすると良い。
【００３９】
このガスセンサシステムでは、断線異常が有ると判定した場合、検査電位及び基準電位の印加をオフにするので、断線異常が生じたまま検査電位または基準電位を印加することにより酸素ポンプセル及び酸素濃度検知セルにブラックニングが生じるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施形態に係るガスセンサシステムを車両の内燃機関の制御に用いた場合の全体構成を示す説明図である。
【図２】実施形態に係るガスセンサシステムの概略構成を示す説明図である。
【図３】実施形態に係るガスセンサシステムのうち、ガスセンサの構成を示す概略断面図である。
【図４】実施形態に係るガスセンサシステムの全体の処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】実施形態に係るガスセンサシステムのうち、デジタルシグナルプロセッサの断線異常の診断における処理動作を示すフローチャートである。
【図６】実施形態に係るガスセンサシステムのうち、断線状態判定ルーチンを実行するデジタルシグナルプロセッサの動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係るガスセンサシステム１を車両の内燃機関の制御に用いた場合の全体構成を示す図である。また、図２は、ガスセンサシステム１の概略構成を示す図である。
このガスセンサシステム１は、車両（図示しない）の内燃機関ＥＮＧ（エンジン）の排気管ＥＰに装着されるガスセンサ２と、これを制御するセンサ制御部４０を備える。
なお、ガスセンサ２は、排気ガスＥＧ（被測定ガス）中の特定ガス濃度として、酸素濃度（空燃比）をリニアに検知して、内燃機関における空燃比フィードバック制御に用いる空燃比センサ（全領域空燃比センサ）である。このガスセンサ２は、図２に示すように、酸素濃度を検知するセンサ素子部３、及びセンサ素子部３を加熱するヒータ部８０を有する。
センサ制御部４０は、このガスセンサ２に接続され、これを制御する。また、ガスセンサシステム１は、接続バス１０１を介して、車両のＣＡＮバス１０２に接続され、ＥＣＵ１００との間でデータの送受信が可能とされている。センサ制御部４０は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ＩＣ）により構成されており、ガスセンサ２のセンサ素子部３を制御する回路のほか、デジタルシグナルプロセッサ３０と、ヒータ部８０を制御するヒータ部制御回路７０とを備えている。
【００４２】
まず、ガスセンサ２について説明する。図３は、ガスセンサ２の構成を示す概略構成図である。ガスセンサ２のうち、センサ素子部３は、酸素ポンプセル１４と、多孔質層１８と、酸素濃度検知セル２４と、をこの順に積層した積層体である。そして、このセンサ素子部３に、さらにヒータ部８０が積層されている。
【００４３】
酸素ポンプセル１４は、板状でジルコニアを主体とした酸素イオン伝導性を有する固体電解質体からなる電解質層１４ｃを基体とし、その両面に多孔質の白金を主体とする一対の電極１２，１６（多孔質電極）が形成されている。具体的には、電解質層１４ｃの一方の面（図中、上方）である外面１４Ｅに第１ポンプ電極１２が、他方の面（図中、下方）である内面１４Ｉに第２ポンプ電極１６が、それぞれ形成されている。
同様に、酸素濃度検知セル２４は、板状でジルコニアを主体とした酸素イオン伝導性を有する固体電解質体からなる電解質層２４ｃを基体とし、その両面に多孔質の白金を主体とする一対の電極２２，２８（多孔質電極）が形成されている。具体的には、電解質層２４ｃの一方の面（図中、下方）である外面２４Ｅに第１検知電極２８が、他方の面（図中、上方）である内面２４Ｉに第２検知電極２２が、それぞれ形成されている。
【００４４】
酸素ポンプセル１４の電解質層１４ｃの内面１４Ｉは、酸素濃度検知セル２４の電解質層２４ｃの内面２４Ｉと対向し、電解質層１４ｃと電解質層２４ｃの間には、多孔質層１８が挟まれている。多孔質層１８は、電解質層１４ｃの内面１４Ｉ及び電解質層２４ｃの内面２４Ｉの縁に沿う多孔質壁部１８ｃを有しており、多孔質層１８の内部は、この多孔質壁部１８ｃと電解質層１４ｃと電解質層２４ｃとによって囲まれ、排気ガスＥＧを導入可能な中空の測定室２０を構成している。なお、多孔質層１８は、測定室２０内に排気ガスＥＧを流入させると共に、その流入速度を制限する。
【００４５】
この測定室２０内には、酸素ポンプセル１４の第２ポンプ電極１６及び、酸素濃度検知セル２４の第２検知電極２２が露出している。これらの電極１６，２２は、互いに電気的に導通されると共に、センサ素子部３のＣＯＭ端子に接続している。また、酸素ポンプセル１４の第１ポンプ電極１２はセンサ素子部３のＩｐ＋端子に接続し、酸素濃度検知セル２４の第１検知電極２８はセンサ素子部３のＶｓ＋端子に接続している。
【００４６】
また、酸素ポンプセル１４の第１ポンプ電極１２の全体は、第１ポンプ電極１２の被毒を抑制する保護層１５によって覆われている。保護層１５は、多孔質のセラミック等によって形成されており、排気ガスＥＧの流れる流路中に配置されている。排気ガスＥＧは、保護層１５を通じて、第１ポンプ電極１２に到達し得る。
【００４７】
ヒータ部８０は、酸素濃度検知セル２４の電解質層２４ｃの外面２４Ｅに積層されており、導体で形成されたヒータ抵抗８７を、一対のアルミナシート８３，８５で挟んだ構成を有している。ヒータ部８０で、センサ素子部３の温度を高めることによって、センサ素子部３の電解質層１４ｃ，２４ｃを活性化させる。これにより、酸素イオンが電解質層１４ｃ，２４ｃ中を移動できるようになる。
【００４８】
また、ヒータ部８０のアルミナシート８３は、酸素濃度検知セル２４の第１検知電極２８の全体を覆うことによって、第１検知電極２８を封止している。なお、第１検知電極２８（多孔質電極）の内部の空間（孔）は、基準酸素室２６を構成しており、後述するように、内部酸素基準源として機能する。
【００４９】
次いで、図２を参照しつつ、ガスセンサシステム１について説明する。センサ制御部４０は、前述したように、デジタルシグナルプロセッサ３０（以下、単にプロセッサ３０ともいう）を内蔵したＡＳＩＣにより構成されている。このセンサ制御部４０は、第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２及び第３端子Ｔ３を備えており、これらの端子を通じて、ガスセンサ２のセンサ素子部３を制御する。なお、第１端子Ｔ１は、第１配線Ｌ１を介して、センサ素子部３のＩｐ＋端子に接続される。また、第２端子Ｔ２は、第２配線Ｌ２を介して、センサ素子部３のＣＯＭ端子に接続される。また、第３端子Ｔ３は、第３配線Ｌ３を介して、センサ素子部３のＶｓ＋端子に接続される。
【００５０】
また、センサ制御部４０は、第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２及び第３端子Ｔ３にそれぞれ接続するＡ／Ｄコンバータ４１，４２，４３を有している。
Ａ／Ｄコンバータ４１は、第１端子Ｔ１の第１端子電位Ｖ１を検知し、これをＡ／Ｄ変換して、プロセッサ３０に入力する。同様に、Ａ／Ｄコンバータ４２は、第２端子Ｔ２の第２端子電位Ｖ２を検知し、これをＡ／Ｄ変換して、プロセッサ３０に入力する。また、Ａ／Ｄコンバータ４３は、第３端子Ｔ３の第３端子電位Ｖ３を検知し、これをＡ／Ｄ変換して、プロセッサ３０に入力する。
なお、Ａ／Ｄコンバータ４１，４２，４３は、後述するポンプ電流ＩｐのＰＩＤ制御に用いられるほか、後述するように、ガスセンサ２の断線異常や短絡異常の診断を行う際にも用いられる。
【００５１】
また、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間には、第１抵抗器Ｒ１及び第１スイッチＳＷ１からなる第１回路４５が接続されている。第１抵抗器Ｒ１の抵抗値は１ｋΩであり、第１スイッチＳＷ１は、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間の第１抵抗器Ｒ１を介した接続を断続する。
さらに、第２端子Ｔ２と第３端子Ｔ３との間には、第２抵抗器Ｒ２及び第２スイッチＳＷ２からなる第２回路４６が接続されている。第２抵抗器Ｒ２の抵抗値は１ｋΩであり、第２スイッチＳＷ２は、第２端子Ｔ２と第３端子Ｔ３との間の第２抵抗器Ｒ２を介した接続を断続する。
これら第１回路４５及び第２回路４６は、ガスセンサ２の短絡異常の診断に用いる回路であり、ガスセンサ２の短絡異常の診断を行う際に、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をオンにする。一方、ガスセンサ２の断線異常の診断時や、ガスセンサ２の通常の使用時は、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をオフにする。なお、第１回路４５及び第２回路４６を用いた、短絡異常の診断については、説明を省略する。
【００５２】
また、第１端子Ｔ１には、第３スイッチＳＷ３を介して、プロセッサ３０からの指示で酸素ポンプセル１４にポンプ電流Ｉｐを流すＤ／Ａコンバータ（以下、「電流ＤＡＣ」という）４７の出力が接続している。第３スイッチＳＷ３は、電流ＤＡＣ４７から第１端子Ｔ１を通じて酸素ポンプセル１４へ流すポンプ電流Ｉｐをオンオフする。
さらに、第２端子Ｔ２には、第４スイッチＳＷ４を介して、＋２．５Ｖの基準電位Ｖｒｅｆを出力する基準電位回路としてのオペアンプ４４の出力が接続している。第４スイッチＳＷ４は、オペアンプ４４から第２端子Ｔ２への基準電位Ｖｒｅｆの印加をオンオフする。
また、第３端子Ｔ３には、第５スイッチＳＷ５を介して、プロセッサ３０からの指示で酸素濃度検知セル２４に一定の微小電流Ｉｃｐ（＝２０μＡ）や、内部抵抗を検知するための電流を流すＤ／Ａコンバータ（電流ＤＡＣ）４８の出力が接続している。第５スイッチＳＷ５は、電流ＤＡＣ４８から第３端子Ｔ３を通じて酸素濃度検知セル２４へ流す微小電流Ｉｃｐなどをオンオフする。
なお、ガスセンサ２の通常の使用時や、ガスセンサ２の断線異常の診断を行う際には、第３スイッチＳＷ３〜第５スイッチＳＷ５をオンにするが、初期設定後や、ガスセンサ２の短絡異常や断線異常を検知した場合には、第３スイッチＳＷ３〜第５スイッチＳＷ５をオフにする。
【００５３】
また、酸素濃度検知セル２４へ流す微小電流Ｉｃｐは、酸素濃度検知セル２４に対して、測定室２０内の酸素を第１検知電極２８（多孔質電極）に汲み入れる作用をする。これにより、基準酸素室２６は内部酸素基準源として機能する。
さらに、プロセッサ３０は、酸素濃度検知セル２４にこのような一定の微小電流Ｉｃｐを流しつつ、酸素濃度検知セル２４の両端に発生する検知セル電圧Ｖｓ（Ａ／Ｄコンバータ４３で検知する第３端子電位Ｖ３とＡ／Ｄコンバータ４２で検知する第２端子電位Ｖ２との差）が所定の電圧になるように、酸素ポンプセル１４に流すポンプ電流Ｉｐを制御する、いわゆるデジタル方式によるＰＩＤ制御を行う。これにより、多孔質層１８を通じて測定室２０に導入された排気ガスＥＧ中の酸素の汲み入れ及び汲み出しが行われる。
【００５４】
そして、プロセッサ３０のＰＩＤ制御により制御される酸素ポンプセル１４に流すポンプ電流Ｉｐの電流値及び電流の方向は、多孔質層１８を通じて測定室２０内に導入される排気ガスＥＧ中の酸素濃度（空燃比）に応じて変化する。これにより、ポンプ電流Ｉｐに基づいて排気ガスＥＧ中の酸素濃度を検知することができる。つまり、センサ制御部４０は、酸素濃度検知セル２４に発生する検知セル電圧Ｖｓが所定の電圧になるように、酸素ポンプセル１４に流すポンプ電流Ｉｐをフィードバック制御することで、ガスセンサ２の駆動制御を行う。
【００５５】
また、センサ制御部４０は、ヒータ部制御回路７０に接続する第４端子Ｔ４及び第５端子Ｔ５を備えており、これら第４端子Ｔ４及び第５端子Ｔ５は、第４配線Ｌ４及び第５配線Ｌ５を介して、ガスセンサ２のヒータ部８０に接続している。また、ヒータ部制御回路７０は、プロセッサ３０に接続されており、このプロセッサ３０からの指示で、ヒータ部８０への通電のオンオフがＰＷＭ制御される。
なお、プロセッサ３０によるポンプ電流Ｉｐのデジタル方式のＰＩＤ制御や、ヒータ部８０のＰＷＭ制御の詳細については、説明を省略する。
【００５６】
なお、このガスセンサシステム１では、ヒータ部８０によりガスセンサ２を加熱する前に、ガスセンサ２の短絡異常の診断を行う。そして、短絡異常が無い場合には、ヒータ部８０への通電を開始して、ガスセンサ２を昇温させ、ガスセンサ２の活性化途中の段階で、ガスセンサ２の断線異常の診断を行う。即ち、ガスセンサ２が活性状態で排気ガスＥＧ中の酸素濃度を検知するよりも前に、断線異常の診断を行う。
図４は、ガスセンサシステム１の全体の処理の流れを示すフローチャートである。この図４に示すように、このガスセンサシステム１では、システム１が起動されると、まず短絡異常の診断（ステップＳＡ）を行う。次いで、ヒータ部８０への通電開始を含む断線異常の診断（ステップＳＢ）を行い、さらに、活性待ちの処理（ステップＳＣ）を行った後に、活性状態における酸素濃度の検知処理（ステップＳＤ）に移行する。
ここでは、ガスセンサ２の短絡異常の診断（図４のステップＳＡ）については説明を省略し、センサ制御部４０によるガスセンサ２の断線異常の診断（図４のステップＳＢ）について、図２のほか、図５及び図６のプロセッサ３０の処理動作を示すフローチャートを参照して説明する。
【００５７】
図５に示すように、短絡異常の診断（図４のステップＳＡ）を終了して、短絡異常が無い場合には、断線異常の診断（図４のステップＳＢ）を開始し、ステップＳ１に進む。
ステップＳ１では、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をオフし、第３スイッチＳＷ３〜第５スイッチＳＷ５をオンする。なお、第４スイッチＳＷ４をオンすることにより、オペアンプ４４から第２端子Ｔ２に検査電位Ｖｅｘとして、＋２．５Ｖの基準電位Ｖｒｅｆが印加される（検査電位Ｖｅｘ＝＋２．５Ｖ（＝基準電位Ｖｒｅｆ））。
【００５８】
次いで、ステップＳ２では、ヒータ部８０への通電を開始して、ガスセンサ２の加熱（昇温）を開始する。また、同時に、時間を計測するタイマをスタートさせる。なお、ガスセンサ２が高温状態でシステム１が再起動されたホットリスタートの場合のように、ガスセンサ２が既に活性化している場合であっても、断線異常の診断は可能であり、以下の処理はそのまま実行される。
次いで、ステップＳ３では、電流ＤＡＣ４７から第１端子Ｔ１を通じて酸素ポンプセル１４に、ポンプ電流Ｉｐとは異なる微小な第１検査電流Ｉｐｏｃ（＝２０μＡ）を流す。
さらに、続くステップＳ４では、電流ＤＡＣ４８から第３端子Ｔ３を通じて酸素濃度検知セル２４に、前述した一定の微小電流Ｉｃｐと同じ大きさの第２検査電流Ｉｃｐ（＝２０μＡ）を流す（第２検査電流Ｉｃｐ＝微小電流Ｉｃｐ）。なお、上述の第１検査電流Ｉｐｏｃは、第２検査電流Ｉｃｐ（＝微小電流Ｉｃｐ）と同じ大きさにしてある。
【００５９】
次いで、ステップＳ５では、ガスセンサ２が活性化する途中で、Ａ／Ｄコンバータ４１，４３を用いて、第１端子電位Ｖ１及び第３端子電位Ｖ３を検知する。
次いで、ステップＳ６では、ステップＳ５で検知した第１端子電位Ｖ１が、電流ＤＡＣ４７の最大出力電圧Ｖ１ｍａｘ（＝＋５Ｖ）よりも低い＋４．３Ｖ（＝第１しきい電位Ｖ１ｔｈ）以下で、検査電位Ｖｅｘ（＝＋２．５Ｖ）以上の範囲（第１範囲：Ｖｅｘ≦Ｖ１≦＋４．３Ｖ）内の電位であり、かつ、ステップＳ５で検知した第３端子電位Ｖ３が、電流ＤＡＣ４８の最大出力電圧Ｖ３ｍａｘ（＝＋５Ｖ）よりも低い＋４．３Ｖ（＝第２しきい電位Ｖ３ｔｈ）以下で、検査電位Ｖｅｘ（＝＋２．５Ｖ）以上の範囲（第２範囲：Ｖｅｘ≦Ｖ３≦＋４．３Ｖ）内の電位であるか否かを判別する。
【００６０】
第１端子電位Ｖ１が上述の第１範囲（Ｖｅｘ≦Ｖ１≦＋４．３Ｖ）内の電位であるということは、第１配線Ｌ１〜第３配線Ｌ３のいずれの配線にも断線異常が無いことを示す。加えて、酸素ポンプセル１４に酸素イオン伝導性が発現し、内部抵抗が低下した状態で、第１端子電位Ｖ１が、電流ＤＡＣ４７の最大出力電圧Ｖ１ｍａｘ（＝＋５Ｖ）を下回り、検査電位Ｖｅｘに、酸素ポンプセル１４の内部抵抗に第１検査電流Ｉｐｏｃを流したことによる電圧降下と酸素ポンプセル１４に生じた起電力とを加えた電位となっていることを示す。
同様に、第３端子電位Ｖ３が上述の第２範囲（Ｖｅｘ≦Ｖ３≦＋４．３Ｖ）内の電位であるということは、いずれの配線にも断線異常が無いことを示す。加えて、酸素濃度検知セル２４に酸素イオン伝導性が発現し、内部抵抗が低下した状態で、第３端子電位Ｖ３が、電流ＤＡＣ４８の最大出力電圧Ｖ３ｍａｘ（＝＋５Ｖ）を下回り、検査電位Ｖｅｘに、酸素濃度検知セル２４の内部抵抗に第２検査電流Ｉｃｐを流したことによる電圧降下と酸素濃度検知セル２４に生じた起電力とを加えた電位となっていることを示す。
【００６１】
このため、ステップＳ６で、第１端子電位Ｖ１が第１範囲内の電位であり、かつ、第３端子電位Ｖ３が第２範囲内の電位である場合（Ｙｅｓ）には、ガスセンサ２に断線異常が無いとして、活性待ち処理（図４のステップＳＣ）へと進む。
一方、ステップＳ６で、第１端子電位Ｖ１が第１範囲内の電位であり、かつ、第３端子電位Ｖ３が第２範囲内の電位であると判別されない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ７に進む。
【００６２】
ステップＳ７では、ステップＳ２でヒータ部８０への通電を開始し、ガスセンサ２の加熱を開始してから、所定時間ＴＭ（本実施形態ではＴＭ＝３０秒）が経過したか否かを判断する。所定時間ＴＭが経過していない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ５に戻り、ステップＳ５〜Ｓ７を繰り返す。
そして、ステップＳ６でＹｅｓとならないまま、所定時間ＴＭが経過した場合（ステップＳ７でＹｅｓ）には、ガスセンサ２に断線異常が有るとして、ステップＳ８に進む。
断線異常が有る場合、即ち、第１配線Ｌ１〜第３配線Ｌ３のいずれかが断線している場合には、第１検査電流Ｉｐｏｃ及び／または第２検査電流Ｉｃｐが流れないため、電流ＤＡＣ４７及び／または電流ＤＡＣ４８が最大出力電圧Ｖ１ｍａｘ，Ｖ３ｍａｘを出力したままとなり、第１端子電位Ｖ１及び／または第３端子電位Ｖ３が、この最大出力電圧Ｖ１ｍａｘ，Ｖ３ｍａｘとなるからである。
【００６３】
ステップＳ８では、第１スイッチＳＷ１〜第５スイッチＳＷ５を全てオフする。次いで、ステップＳ９に進み、ヒータ部８０への通電をオフする。
さらに、ステップＳ１０に進み、図６に示す断線状態判定ルーチン（次述する）を実行する。なお、この断線状態判定ルーチンでは、ステップＳ５で検知した最新の第１端子電位Ｖ１及び第３端子電位Ｖ３を用いて、断線異常の発生箇所を判定する。
そして、断線状態判定ルーチンの実行が終了すると、ステップＳ１１で、ＥＣＵ１００に異常内容（断線状態の判定結果）を報告する。その後、活性待ち処理（図４のステップＳＣ）には進まず、プロセッサ３０の処理を終了する（システム終了）。
【００６４】
次いで、ステップＳ１０の断線状態判定ルーチンについて、図６を参照して説明する。
この断線状態判定ルーチンでは、まず、ステップＳ１０１で、第１端子電位Ｖ１が＋４．３Ｖ（＝第１しきい電位Ｖ１ｔｈ）よりも大きいか否かを判別する。第１端子電位Ｖ１が＋４．３Ｖよりも大きい場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１０５に進み、それ以外、即ち、第１端子電位Ｖ１が＋４．３Ｖ以下の場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１０２に進む。
【００６５】
ステップＳ１０２では、さらに第１端子電位Ｖ１が検査電位Ｖｅｘ以上であるか否かを判別する。第１端子電位Ｖ１が検査電位Ｖｅｘ以上の場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１０３に進み、それ以外、即ち、第１端子電位Ｖ１が検査電位Ｖｅｘ未満の場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１０９に進む。
【００６６】
ステップＳ１０３では、第３端子電位Ｖ３が＋４．３Ｖ（＝第２しきい電位Ｖ３ｔｈ）よりも大きいか否かを判別する。第３端子電位Ｖ３が＋４．３Ｖよりも大きい場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１０４に進み、それ以外、即ち、第３端子電位Ｖ３が＋４．３Ｖ以下の場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１０９に進む。
【００６７】
一方、ステップＳ１０５では、第３端子電位Ｖ３が＋４．３Ｖ（＝第２しきい電位Ｖ３ｔｈ）よりも大きいか否かを判別する。第３端子電位Ｖ３が＋４．３Ｖよりも大きい場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１０６に進み、それ以外、即ち、第３端子電位Ｖ３が＋４．３Ｖ以下の場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１０７に進む。
【００６８】
ステップＳ１０７では、さらに第３端子電位Ｖ３が検査電位Ｖｅｘ以上であるか否かを判別する。第３端子電位Ｖ３が検査電位Ｖｅｘ以上の場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１０８に進み、それ以外、即ち、第３端子電位Ｖ３が検査電位Ｖｅｘ未満の場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１０９に進む。
【００６９】
以上により、第１端子電位Ｖ１が、＋４．３Ｖ（＝第１しきい電位Ｖ１ｔｈ）以下で検査電位Ｖｅｘ以上の第１範囲（Ｖｅｘ≦Ｖ１≦＋４．３Ｖ）内の電位である一方、第３端子電位Ｖ３が、＋４．３Ｖ（＝第２しきい電位Ｖ３ｔｈ）よりも高い電位（Ｖ３＞＋４．３Ｖ）である場合は、ステップＳ１０４に進み、第３端子Ｔ３に繋がる第３配線Ｌ３が断線している状態（第３断線状態）であると判定し、ＥＣＵ１００に報告する異常内容を確定する。
第３断線状態の場合には、第３端子Ｔ３を通じて酸素濃度検知セル２４に第２検査電流Ｉｃｐが流れないため、電流ＤＡＣ４８が、最大出力電圧Ｖ３ｍａｘを出力したままとなるからである。
【００７０】
一方、第３端子電位Ｖ３が、＋４．３Ｖ（＝第２しきい電位Ｖ３ｔｈ）以下で検査電位Ｖｅｘ以上の第２範囲（Ｖｅｘ≦Ｖ３≦＋４．３Ｖ）内の電位である一方、第１端子電位Ｖ１が、＋４．３Ｖ（＝第１しきい電位Ｖ１ｔｈ）よりも高い電位（Ｖ１＞＋４．３Ｖ）である場合は、ステップＳ１０８に進み、第１端子Ｔ１に繋がる第１配線Ｌ１が断線している状態（第１断線状態）であると判定（異常内容を確定）する。
第１断線状態の場合には、第１端子Ｔ１を通じて酸素ポンプセル１４に第１検査電流Ｉｐｏｃが流れないため、電流ＤＡＣ４７が、最大出力電圧Ｖ１ｍａｘを出力したままとなるからである。
【００７１】
また、第１端子電位Ｖ１が、＋４．３Ｖ（＝第１しきい電位Ｖ１ｔｈ）よりも高い電位（Ｖ１＞＋４．３Ｖ）であり、かつ、第３端子電位Ｖ３が、＋４．３Ｖ（＝第２しきい電位Ｖ３ｔｈ）よりも高い電位（Ｖ３＞＋４．３Ｖ）である場合は、ステップＳ１０６に進み、第２端子Ｔ２に繋がる第２配線Ｌ２が断線している状態（第２断線状態）であると判定（異常内容を確定）する。
第２断線状態の場合には、第１検査電流Ｉｐｏｃ及び第２検査電流Ｉｃｐが流れないため、電流ＤＡＣ４７及び電流ＤＡＣ４８のいずれもが、最大出力電圧Ｖ１ｍａｘ，Ｖ３ｍａｘを出力したままとなるからである。
【００７２】
さらに、上述の３通り以外の場合には、ステップＳ１０９に進み、その他の異常であると判定（異常内容を確定）する。
その後、ステップＳ１０４、ステップＳ１０６、ステップＳ１０８及びステップＳ１０９のいずれの場合も、断線状態判定ルーチンを終了して、図５のステップＳ１１に進み、ＥＣＵ１００に異常内容（断線状態の判定結果）を報告する。
【００７３】
かくして、図６の断線状態判定ルーチンにより、第１断線状態、第２断線状態及び第３断線状態の３通りの断線状態、並びに、その他の異常を、第１端子電位Ｖ１及び第３端子電位Ｖ３に基づいて判定することができる。
【００７４】
本実施形態において、センサ制御部４０のうち、第１端子電位Ｖ１を検知するＡ／Ｄコンバータ４１が第１端子電位検知回路に相当し、第３端子電位Ｖ３を検知するＡ／Ｄコンバータ４３が第３端子電位検知回路に相当する。また、オペアンプ４４が検査電位回路及び基準電位回路に相当し、第４スイッチＳＷ４が基準電位スイッチに相当する。また、電流ＤＡＣ４７が第１定電流回路及びポンプ電流出力回路に相当し、第３スイッチＳＷ３がポンプ電流スイッチに相当する。また、酸素濃度検知セル２４に流す一定の微小電流Ｉｃｐが定電流に相当し、電流ＤＡＣ４８が第２定電流回路及び定電流出力回路に相当する。また、第５スイッチＳＷ５が検知セル電流スイッチに相当する。
【００７５】
さらに、本実施形態において、ステップＳ５を実行しているプロセッサ３０が、端子電位検知手段に相当する。また、ステップＳ６，Ｓ７及びステップＳ１０を実行しているプロセッサ３０が、断線診断手段に相当する。このうち、ステップＳ６，Ｓ７を実行しているプロセッサ３０が、非断線判定手段に相当し、ステップＳ１０を実行しているプロセッサ３０が、断線状態判定手段に相当する。また、ステップＳ８を実行しているプロセッサ３０が、第１遮断手段、第２遮断手段及び第３遮断手段に相当する。
【００７６】
本実施形態のガスセンサシステム１では、ガスセンサ２が活性状態で排気ガスＥＧ中の酸素濃度を検知するよりも前（具体的には、活性待ち処理の前のガスセンサ２が活性化途中の段階）に、第２端子Ｔ２を検査電位Ｖｅｘ（＝＋２．５Ｖ）とする。さらに、第１端子Ｔ１を通じて酸素ポンプセル１４に第１検査電流Ｉｐｏｃ（＝２０μＡ）を流し、かつ、第３端子Ｔ３を通じて酸素濃度検知セル２４に第２検査電流Ｉｃｐ（＝２０μＡ）を流し、第１端子電位Ｖ１及び第３端子電位Ｖ３を検知する。
このようにすると、ガスセンサ２が既に活性化している場合のほか、ガスセンサ２の活性化途中の段階であっても、酸素ポンプセル１４及び酸素濃度検知セル２４に酸素イオン伝導性が発現し、内部抵抗が低下すれば、第１端子電位Ｖ１及び第３端子電位Ｖ３は、各端子についての断線異常の有無によって異なる電位を示す。
そこで、このガスセンサシステム１では、上述の状態で、第１端子電位Ｖ１及び第３端子電位Ｖ３を検知し、これらの電位に基づいて、第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２及び第３端子Ｔ３の断線異常の有無及び発生箇所を診断する。
これにより、このガスセンサシステム１では、ガスセンサ２の活性化後のみならず、ガスセンサ２の活性化途中の段階でも、断線異常の有無及び発生箇所を適切に診断することができる。
【００７７】
さらに、本実施形態のガスセンサシステム１では、断線診断手段（ステップＳ６，Ｓ７及びステップＳ１０）で、非断線状態及び３通りの断線状態を、第１端子電位及び第３端子電位に基づいて判別する。このため、断線異常が生じた場合に、その発生箇所を適切に判別して（ステップＳ１０）、ＥＣＵ１００に通知することができる（ステップＳ１１）。
【００７８】
さらに、本実施形態のガスセンサシステム１では、断線診断手段の非断線判定手段（ステップＳ６，Ｓ７）で、第１端子電位Ｖ１が第１範囲内の電位であり、かつ、第３端子電位Ｖ３が第２範囲内の電位であるときに、非断線状態であると判定する。これにより、非断線状態であるか否かを適切に判定することができる。
【００７９】
さらに、本実施形態のガスセンサシステム１では、非断線判定手段（ステップＳ６，Ｓ７）で非断線状態でない（即ち、断線異常有り）と判定された場合に、断線状態判定手段（ステップＳ１０）により、第１断線状態、第２断線状態、及び第３断線状態のいずれであるか（断線異常の発生箇所）を判定する。
そして、断線状態判定手段（ステップＳ１０、即ち、図６に示す断線状態判定ルーチン）では、第１端子電位Ｖ１及び第３端子電位Ｖ３に基づいて、３通りの断線状態を適切に判定することができる（ステップＳ１０４，Ｓ１０６，Ｓ１０８）。
【００８０】
さらに、本実施形態のガスセンサシステム１では、電流ＤＡＣ４８が、第２検査電流Ｉｃｐを出力する第２定電流回路と、微小電流Ｉｃｐ（定電流）を出力する定電流出力回路とを兼用している。このため、断線異常を診断する際に、定電流出力回路である電流ＤＡＣ４８から第２検査電流Ｉｃｐを出力すれば良く、第２検査電流Ｉｃｐを流すために専用の回路を設ける必要がない。さらに、本実施形態では、第２検査電流Ｉｃｐを、微小電流Ｉｃｐと同じ大きさにしているので（第２検査電流Ｉｃｐ＝微小電流Ｉｃｐ）、電流ＤＡＣ４８（定電流出力回路）からは、一定の電流を出力すれば良い。
【００８１】
さらに、本実施形態のガスセンサシステム１では、電流ＤＡＣ４７が、第１検査電流Ｉｐｏｃを出力する第１定電流回路と、ポンプ電流Ｉｐを出力するポンプ電流出力回路とを兼用している。このため、断線異常を診断する際に、ポンプ電流出力回路である電流ＤＡＣ４７から、ポンプ電流Ｉｐに代えて第１検査電流Ｉｐｏｃを出力すれば良く、第１検査電流Ｉｐｏｃを流すために専用の回路を設ける必要がない。
【００８２】
さらに、本実施形態のガスセンサシステム１では、断線異常が有ると判定した場合、酸素ポンプセル１４に流す第１検査電流Ｉｐｏｃ及びポンプ電流Ｉｐ並びに酸素濃度検知セル２４に流す第２検査電流Ｉｃｐ及び微小電流Ｉｃｐ（定電流）をオフにする（ステップＳ８）。このため、断線異常が生じたままポンプ電流Ｉｐや微小電流Ｉｃｐを流すことにより酸素ポンプセル１４及び酸素濃度検知セル２４にブラックニングが生じるのを抑制することができる。
【００８３】
さらに、本実施形態のガスセンサシステム１では、検査電位Ｖｅｘを印加する検査電位回路であるオペアンプ４４が、ガスセンサ２の活性後に基準電位Ｖｒｅｆを印加する基準電位回路を兼ねている（検査電位Ｖｅｘ＝基準電位Ｖｒｅｆ＝＋２．５Ｖ）。このため、断線異常を診断するために、専用の検査電位回路を設ける必要がない。
【００８４】
さらに、本実施形態のガスセンサシステム１では、断線異常が有ると判定した場合、基準電位Ｖｒｅｆ（＝検査電位Ｖｅｘ）の印加をオフにする（ステップＳ８）ので、断線異常が生じたまま基準電位Ｖｒｅｆ（＝検査電位Ｖｅｘ）を印加することにより酸素ポンプセル１４及び酸素濃度検知セル２４にブラックニングが生じるのを防止することができる。
【００８５】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態では、ガスセンサ２として、排気ガスＥＧ中の酸素濃度（空燃比）を検知する空燃比センサ（全領域空燃比センサ）を用いたが、「ガスセンサ」は、空燃比センサに限られず、特定ガス濃度として、窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検知するＮＯｘセンサなどであっても良い。
また、センサ制御部４０は、ＥＣＵ１００に内蔵される形態で設けられても良い。
【００８６】
また、実施形態では、センサ制御部４０が、デジタルシグナルプロセッサ３０を内蔵したＡＳＩＣで構成され、ポンプ電流ＩｐのＰＩＤ制御をデジタル方式により行うガスセンサシステム１を示した。
しかし、アナログのＰＩＤ回路を含むＡＳＩＣと、別途設けたマイクロプロセッサとで構成したセンサ制御部を備え、ＰＩＤ制御をアナログ方式により行うガスセンサシステムに本発明を適用しても良い。
【符号の説明】
【００８７】
ＥＮＧ  内燃機関（エンジン）
ＥＰ  排気管
ＥＧ  排気ガス（被測定ガス）
１００  ＥＣＵ
１  ガスセンサシステム
２  ガスセンサ
３  センサ素子部
１４  酸素ポンプセル
１２  第１ポンプ電極
１６  第２ポンプ電極
２４  酸素濃度検知セル
２８  第１検知電極
２２  第２検知電極
２０  測定室
２６  基準酸素室
８０  ヒータ部
Ｉｐ  ポンプ電流
Ｉｐｏｃ  第１検査電流
Ｉｃｐ  第２検査電流，微小電流（定電流）
Ｔ１  第１端子
Ｔ２  第２端子
Ｔ３  第３端子
Ｌ１  第１配線
Ｌ２  第２配線
Ｌ３  第３配線
Ｖ１  第１端子電位
Ｖ２  第２端子電位
Ｖ３  第３端子電位
Ｖｒｅｆ  基準電位
Ｖｅｘ  検査電位
３０  デジタルシグナルプロセッサ
４０  センサ制御部
４１  Ａ／Ｄコンバータ（第１端子電位検知回路）
４２  Ａ／Ｄコンバータ
４３  Ａ／Ｄコンバータ（第３端子電位検知回路）
４４  オペアンプ（検査電位回路，基準電位回路）
４５  第１回路
Ｒ１  第１抵抗器
ＳＷ１  第１スイッチ
４６  第２回路
Ｒ２  第２抵抗器
ＳＷ２  第２スイッチ
４７  Ｄ／Ａコンバータ（第１定電流回路，ポンプ電流出力回路）
４８  Ｄ／Ａコンバータ（第２定電流回路，定電流出力回路）
ＳＷ３  第３スイッチ（ポンプ電流スイッチ）
ＳＷ４  第４スイッチ（検査電位スイッチ，基準電位スイッチ）
ＳＷ５  第５スイッチ（検知セル電流スイッチ）
Ｓ５  端子電位検知手段
Ｓ６，Ｓ７  非断線判定手段（断線診断手段）
Ｓ１０  断線状態判定手段（断線診断手段）
Ｓ８  第１遮断手段，第２遮断手段，第３遮断手段
【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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