JP5081260B2 - ガスセンサ制御装置及びガスセンサ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体電解質体および該固体電解質体に設けられた一対の電極を備えるセルを少なくとも１つ以上有するガスセンサなどのセンサの通電状態を制御するセンサ制御装置およびセンサ制御方法に関する。

自動車等の内燃機関の燃費向上や燃焼制御を行うガスセンサとして、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサが知られている。又、自動車の排気ガス規制の強化に伴い、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）量の低減が要求されており、ＮＯ_ｘ濃度を直接測定できるＮＯ_ｘセンサが開発されている。
これらのガスセンサは、ジルコニア等の酸素イオン伝導性の固体電解質の表面に一対の電極を形成してなるセルを１つないし複数備えたガスセンサ素子を有し、このガスセンサ素子からの出力に基づいて特定ガスの濃度検出を行っている。

これらのガスセンサとして、２つのセル（酸素濃度検知セルおよび酸素ポンプセル）を測定室を挟むように配置し、測定室に拡散抵抗体を介して被測定ガスを導入して被測定ガスに含まれる酸素を検知する全領域空燃比センサ（以下、ＵＥＧＯセンサともいう）が知られている。さらに、２つのセル（酸素濃度検知セルおよび酸素ポンプセル）に加え、ＮＯ_ｘガス濃度を検知するセルを配置し、合計３つのセルを有するＮＯ_ｘセンサも知られている。

このようなガスセンサにはセンサ駆動回路が接続され、センサ駆動回路を介してセルに通電し、セルの出力に基づいて被測定ガス中の特定ガス濃度を測定しており、センサ駆動回路を含めてガスセンサ制御装置と称される。又、セルへの通電状態として、ガスセンサを保護するための保護用通電状態、非活性状態のガスセンサに微小電流が通電されている活性前通電状態、特定ガスの濃度を検出するためのガス濃度測定用通電状態などがある。
このうち、保護用通電状態は、セルとセンサ駆動回路との間の導通を電気的に遮断して、ガスセンサに電流が流れないようにし、ガスセンサを保護する。又、活性前通電状態は、微小電流を通電することで、例えば酸素濃度検知セルの基準酸素室に基準濃度となる酸素を蓄積し、ガス濃度測定に備えるモードである。

ところで、センサ駆動回路又はガスセンサの配線（通電ライン）にバッテリーやグランドとの短絡、断線等の異常が生じることがある。そして、かかる配線異常が生じているにも係らず、特定ガスの濃度を測定するガス濃度測定用通電状態が継続すると、ガスセンサに過大な電流が流れてガスセンサ（セル）が破損する虞がある。
このようなことから、配線異常を検出した場合に、センサ駆動回路側とガスセンサとの接続を電気的に遮断して保護用通電状態とし、その後、異常内容と異常発生箇所とを診断する技術が開発されている（特許文献１参照）。これにより、ガスセンサに過大な電流が流れ続けることがなくなり、ガスセンサを破損させないようにしている。

又、配線異常を認識せずに、他の通電状態からガス濃度測定用通電状態に切り替える指令がセンサ駆動回路に出力されると、同様にガスセンサに過大な電流が流れてガスセンサが破損する虞がある。
このようなことから、直前の状態が活性前通電状態であるときにのみ、ガス濃度測定用通電状態への切り替えを許容することで、ガスセンサを破損させずに異常を検出する技術が開発されている（特許文献２参照）。これにより、仮に配線異常が生じていても、ガスセンサに微小電流を流す活性前通電状態であれば、ガスセンサに過大な電流が流れることなくガスセンサにて生じる電圧が正常範囲を逸脱することから配線異常を検出できる。

特許第３８３３６８７号公報 特開２００８−７０１９４号公報

ところで、従来のガスセンサ制御装置の場合、配線（通電ライン）の異常を一度でも検出すると、直ちに異常であると確定してセンサの作動を停止したり、保護用通電状態に移行していた。しかしながら、配線が正常であるにも係らず異常であると誤検出したり、配線の瞬断がたまたま生じたなどして配線異常が直ぐに解消することがあり、異常検出のたびにセンサの作動を停止すると、ガス濃度測定用動作への復帰に無駄な時間を要することになる。特に、短絡の関係で、配線異常の誤検出が発生する傾向がある。
又、従来のガスセンサ制御装置の場合、配線異常が誤検出でないか否かを確認しようとすると、新たな通電状態や回路を設定する必要があり、センサ駆動回路に余分な回路部品等が必要となって回路が大きくなる等の不具合が生じる。
すなわち、本発明は、センサの電気的な接続状態の異常を検出する際、誤検出が少なく、偶発的に生じた異常が解消した時にセンサの動作をガス濃度測定の状態に早期に復帰可能なガスセンサ制御装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のガスセンサ制御装置は、自身に接続されたセンサに対する複数の通電モードとして、少なくとも、前記センサへの通電を行う駆動モードと、前記センサへの通電を遮断して前記センサの保護を行う保護モードとを有し、前記複数の通電モードのうちのいずれかのモードを選択する指示信号を出力する信号出力部と、前記センサと接続されると共に、前記信号出力部から前記指示信号を受信したときに、前記複数の通電モードのうちのいずれかのモードへ移行して前記センサの通電制御を行うセンサ駆動回路とを備え、前記センサ駆動回路は、前記駆動モード時に、前記センサとの電気的な接続状態に異常が生じているか否かを検知する検知手段と、前記検知手段によって前記接続状態の異常が検知された場合に、自身が前記複数の通電モードのうちのいずれのモードにあっても前記保護モードへ強制的に移行する保護手段と、前記保護手段によって前記保護モードに移行した後に、前記信号出力部に対し、前記センサ駆動回路が前記保護モードの状態にあることを報せる報知信号を出力する報知手段と、を備え、前記信号出力部は、前記報知信号が入力されると、前記保護モードに移行する指示信号を出力した後、前記駆動モードに移行する指示信号を出力する復帰手段と、前記復帰手段により前記センサ制御回路を前記駆動モードに移行させて前記センサを一旦通電状態に戻しても、前記報知信号が再度入力される場合に、前記接続状態の異常であると断定する異常断定手段と、を備える。

このような構成とすると、センサの電気的な接続状態の異常を一度検出しても、直ちに異常であると確定してセンサの作動を停止せず、一旦センサを通電状態に戻して当該異常の有無を再度検出することにより、センサの電気的な接続状態の異常（換言すれば、通電ラインの異常）の誤検出を防止すると共に、異常が直ぐに解消する場合に無駄なセンサの停止を防止することができる。

さらに、本発明のガスセンサ制御装置では、前記異常断定手段は、前記復帰手段により前記センサ制御回路を前記駆動モードに移行させた後、前記報知信号が再度入力される過程が２回以上繰り返された場合に、前記接続状態の異常であると断定してもよい。
このような構成とすると、センサの電気的な接続状態の異常検出後に、一旦通電状態に戻して当該異常の有無を再度検出する過程を２回以上行うため、異常の誤検出や偶発的な異常が解消される可能性がさらに高くなり、異常検出のたびにセンサの作動を停止してガス濃度測定用動作への復帰に無駄を要する事態がさらに抑制される。

この発明によれば、センサの電気的な接続状態の異常を検出する際、異常の誤検出が少なく、偶発的に生じた異常が解消した時にセンサの動作をガス濃度測定の状態に早期に復帰させることができる。

本発明の実施形態に係るセンサ制御装置及び全領域空燃比センサの概略的な構造を示す図である。 ＡＳＩＣの電気的な構成について説明するための図である。 各通電モードにおけるスイッチのオンオフの状態を示す図表である。 通電制御プログラムのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るセンサ制御装置１００のブロック図である。センサ制御装置（電子制御装置（ＥＣＵ））１００は、ガスセンサの一例である全領域空燃比センサ（特許請求の範囲の「センサ」に相当）１０に接続されている。ＥＣＵ１００は、マイクロコンピュータ（特許請求の範囲の「信号出力部」、「復帰手段」、「異常断定手段」に相当）６０と、ＡＳＩＣ（特許請求の範囲の「センサ駆動回路」に相当）７０と、ヒータ制御回路５０とを備えている。
ＥＣＵ１００では、自身に組み込まれたＡＳＩＣ７０やヒータ制御回路５０によって全領域空燃比センサ１０への通電制御が行われる。そして、ＥＣＵ１００は、全領域空燃比センサ１０から得られる出力に基づき酸素濃度（空燃比）を検出し、その検出結果をもとにしてエンジンの空燃比フィードバック制御を行う。

最初に、全領域空燃比センサ１０の構成について説明する。全領域空燃比センサ１０は、自動車のエンジンの排気通路（図示外）に取り付けられ、排気通路を流通する排気ガス中の酸素濃度を略リニアに検出するセンサである。全領域空燃比センサ１０は、図示外のハウジング内に、細長で長尺な板状をなすセンサ素子２０を保持した構造を有する。全領域空燃比センサ１０からは、このセンサ素子２０が出力する信号を取り出すための信号線が引き出されており、全領域空燃比センサ１０とは離れた位置に取り付けられるＥＣＵ１００と電気的に接続されている。

次に、センサ素子２０の構造について説明する。センサ素子２０は、排気ガス中の酸素濃度を検出するためのガス検出素子３０と、ガス検出素子３０を加熱するためのヒータ素子４０とから構成されている。ガス検出素子３０は、ジルコニアを主体とする固体電解質体３１，３３，３４と、アルミナを主体とする絶縁基体３２とを、固体電解質体３４，３３、絶縁基体３２、固体電解質体３１の順に積層した構造を有する。固体電解質体３１の両面には、白金を主体とする一対の電極２１，２２がそれぞれ形成されており、電極２１は、その表面がセラミックスからなる多孔質性の保護層２３に覆われている。電極２１は、この保護層２３によって、排気ガスに含まれるシリコン等の被毒成分から保護されている。また、固体電解質体３３の両面にも一対の電極２４，２５がそれぞれ形成されており、そのうちの電極２５は、固体電解質体３３，３４に挟まれ固体電解質体中に埋設された形態をなしている。固体電解質体３１，３３，３４および絶縁基体３２は、いずれも細長い板状に形成されており、図１ではその長手方向と直交する断面を示している。

絶縁基体３２の長手方向の一端側には、固体電解質体３１，３３の一面を内壁面としつつ、排気ガスを導入可能な中空の内部空間としてのガス検出室２７が形成されている。このガス検出室２７の幅方向の両端には、ガス検出室２７内に排気ガスを導入する際の流入量を規制するため、多孔質状の拡散律速部２６が設けられている。上記した固体電解質体３１上の電極２２と、固体電解質体３３上の電極２４は、それぞれこのガス検出室２７内に露出されている。

次に、ヒータ素子４０は、アルミナを主体とし、板状をなす２枚の絶縁基体４１，４２を積層しつつ、両絶縁基体間に、白金を主体とする発熱抵抗体４３を挟んで配設した構造を有する。ジルコニアからなる固体電解質体は、常温では絶縁性を示すが、高温環境下では活性化されて酸素イオン導電性を示すことが知られている。ヒータ素子４０は、固体電解質体３１，３３を加熱して活性化させるために設けられている。そして、このヒータ素子４０は、ガス検出素子３０の固体電解質体３４側の外層に配設されている。ヒータ素子４０の絶縁基体４１と、ガス検出素子３０の固体電解質体３４とは一体化されている。

このような構造を有するセンサ素子２０において、固体電解質体３１およびその両面に設けられた一対の電極２１，２２は、外部からガス検出室２７内に酸素を汲み入れ、あるいはガス検出室２７から外部へ酸素を汲み出す酸素ポンプセルとして機能する。以下では、固体電解質体３１および電極２１，２２からなる酸素ポンプセルを総じてＩｐセル３７とよぶ。

また、固体電解質体３３およびその両面に設けられた一対の電極２４，２５は、両電極間の酸素濃度に応じて起電力を発生させる酸素濃度検出セルとして機能する。一対の電極２４，２５間に微小な定電流が供給されることにより、電極２４側から固体電解質体３３を介して電極２５側に一定量の酸素が供給され、電極２５は、ガス検出室２７内の酸素濃度検出のための基準となる酸素基準電極として機能する。以下では、固体電解質体３３および電極２４，２５からなる酸素濃度検出セルを総じてＶｓセル３８とよぶ。なお、Ｉｐセル３７およびＶｓセル３８の詳細な機能については後述する。

次に、センサ素子２０が接続されるＥＣＵ１００の構成について説明する。ＥＣＵ１００は、マイクロコンピュータ６０、ＡＳＩＣ７０、ヒータ制御回路５０に加えて、エンジンの制御に関わる様々な回路（装置）を有する。マイクロコンピュータ６０は、ＡＳＩＣ７０およびヒータ制御回路５０を介して全領域空燃比センサ１０への電力の供給を制御するとともに、センサ素子２０から排気ガス中の酸素濃度に応じた電流値を電圧信号として得る。

マイクロコンピュータ６０は、自動車のエンジンの駆動等を電子的に制御するための装置であり、各種の制御プログラムの実行にしたがい、ＡＳＩＣ７０を含む、自身に接続される各回路（装置）を制御して、燃料の噴射タイミングや点火時期を制御する。そのためにマイクロコンピュータ６０は、図示外の信号入出力部を介して、ＡＳＩＣ７０やヒータ制御回路５０に指令を与えたり、また、ＡＳＩＣ７０を介し、全領域空燃比センサ１０の出力（検出信号）を取得する。さらに、マイクロコンピュータ６０には、エンジンのピストン位置や回転数を検出できるクランク角や、燃焼圧などの情報も入力される。
このマイクロコンピュータ６０には、公知の構成のＣＰＵ６１、ＲＯＭ６２、およびＲＡＭ６３が搭載されている。ＣＰＵ６１は、上記の制御を含む各種制御を実行し、ＲＯＭ６２には、これらの各種制御を行うためのプログラムや初期値等が記憶されている。ＲＡＭ６３には、プログラムの実行に使用される各種変数やフラグ、カウンタ等が一時的に記憶される。

次に、ＡＳＩＣ７０は、全領域空燃比センサ１０の駆動制御を行うための回路を集積して１チップ化し、ＥＣＵ１００に容易に組み込めるようにした、特定用途向け集積回路である。ＡＳＩＣ７０は、ガス検出素子３０の通電制御を行うとともに、ガス検出素子３０を介して検出された酸素濃度を表す検出信号をマイクロコンピュータ６０に出力する。詳細は後述するが、ＡＳＩＣ７０は、Ｖｓセル３８の電極２４，２５間に生ずる起電力Ｖｓを検出し、あらかじめ定められた基準電圧（例えば４５０ｍＶ）との比較を行う。そして、ＡＳＩＣ７０は、この比較結果に基づき、Ｉｐセル３７の電極２１，２２間に流すポンプ電流Ｉｐの向きや大きさを制御することで、Ｉｐセル３７によるガス検出室２７への酸素の汲み入れやガス検出室２７からの酸素の汲み出しが行われるようにする。また、このＡＳＩＣ７０は、Ｉｐセル３７に流れる電流を電圧変換し、酸素濃度を表す検出信号としてマイクロコンピュータ６０に出力する。さらに、ＡＳＩＣ７０は、温度に応じて変化するガス検出素子３０（Ｖｓセル３８）の抵抗値（インピーダンス）を別途検出し、マイクロコンピュータ６０に出力する。

ところで、この実施の形態において、マイクロコンピュータ６０とＡＳＩＣ７０との間における各種信号の送受信は、クロック同期通信により行われている。また、マイクロコンピュータ６０は、ＡＳＩＣ７０以外で自身に接続される他の回路（装置）ともクロック同期通信を行っている。このため、接続先を順次切り換え、その都度、接続先の回路と同期して信号の送受信を行うことにより、マイクロコンピュータ６０は、各回路に対し制御に関する指示信号を伝達するとともに、各回路から制御に関する情報を得ている。なお、後述するが、ガス検出素子３０による酸素濃度の検出結果や活性判定等に用いる抵抗値などの検出情報は、上記のクロック同期通信とは別の伝送線を介してマイクロコンピュータ６０に入力されている。

また、ヒータ制御回路５０は、センサ素子２０に設けられたヒータ素子４０の発熱抵抗体４３の両端に接続され、発熱抵抗体４３の一端をバッテリに電気的に接続させると共に、発熱抵抗体４３の他端をグランド電位に電気的に接続させる構成をなしている。このヒータ制御回路５０は、バッテリと発熱抵抗体４３の一端との間に配置されると共に、発熱抵抗体４３への通電をＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）するためのスイッチング素子（図示せず）を備えている。発熱抵抗体４３の両端に印加する電圧Ｖｈの電圧波形のデューティ比は、マイクロコンピュータ６０のＣＰＵ６１において算出される。具体的なデューティ比の算出にあたっては、Ｖｓセル３８の抵抗値が発熱抵抗体４３の加熱によって目標の抵抗値となるように、ＡＳＩＣ７０によって検出されるＶｓセル３８の抵抗値と、バッテリの電圧値（電源電圧値）とをもとに、発熱抵抗体４３に印加する電圧Ｖｈの電圧波形のデューティ比を演算する。そして、マイクロコンピュータ６０は、算出されたデューティ比に基づき、スイッチング素子のオン、オフ制御を行うことで、デューティ比に応じた電圧（実効電圧）Ｖｈが発熱抵抗体４３に印加され、Ｉｐセル３７およびＶｓセル３８の加熱が行われる。

次に、図２を参照して、上記したＡＳＩＣ７０の電気的な構成について説明する。
図１で説明したように、全領域空燃比センサ１０のＩｐセル３７およびＶｓセル３８に設けられた電極のうち、ガス検出室２７に露出した両セルの一方の電極２２，２４は、互いに導通している。図２に示すように、互いに導通されているこれらの電極２２，２４は、全領域空燃比センサ１０のＣＯＭポートに接続されている。また、Ｖｓセル３８の他方の電極２５は、全領域空燃比センサ１０のＶｓ＋ポートに接続され、前述の酸素基準電極として機能する。そしてＩｐセル３７の他方の電極２１は全領域空燃比センサ１０のＩｐ＋ポートに接続されており、ガス検出室２７と外気との間で酸素交換を行うために機能する。

一方、ＥＣＵ１００は、前述したマイクロコンピュータ６０、ＡＳＩＣ７０、およびヒータ制御回路５０を備え、さらに、Ａ／Ｄ変換器９８，９９、抵抗器Ｒ１および検出抵抗器Ｒｄを備える。Ａ／Ｄ変換器９８，９９は、それぞれＡＳＩＣ７０のＶｏｕｔポート，Ｖｒｐｖｓポート（後述）に接続されており、各ポートから入力されるアナログの出力電圧をデジタル変換してマイクロコンピュータ６０のＣＰＵ６１に対し出力する。また、前述したように、ヒータ制御回路５０は、バッテリから供給される電圧をＣＰＵ６１により指示されるデューティ比にしたがいＰＷＭ制御して、発熱抵抗体４３に供給する。

次に、ＡＳＩＣ７０は、入出力用の複数のポート（Ｖｓ＋，Ｐｏｕｔ，Ｖｃｅｎｔ，ＣＯＭ，Ｉｐ＋，Ｂａｔ，Ｖｏｕｔ，Ｖｒｐｖｓ）を有する。ＡＳＩＣ７０のＶｓ＋ポート、ＣＯＭポートおよびＩｐ＋ポートには、それぞれ上記の全領域空燃比センサ１０の同一ポート、すなわちＶｓ＋ポート、ＣＯＭポートおよびＩｐ＋ポートが接続されている。このＡＳＩＣ７０には、Ｉｃｐ供給回路７４、−Ｉｃｏｎｓｔ供給回路７５、＋Ｉｃｏｎｓｔ供給回路７６が設けられ、それぞれ、スイッチＳＷ５、ＳＷ７、ＳＷ８を介し、Ｖｓ＋ポートに接続されている。Ｉｃｐ供給回路７４は、全領域空燃比センサ１０のガス検出素子３０（詳細にはＶｓセル３８）に微小な定電流Ｉｃｐを供給する回路である。−Ｉｃｏｎｓｔ供給回路７５、＋Ｉｃｏｎｓｔ供給回路７６は、それぞれ、Ｖｓセル３８の抵抗値測定用の定電流−Ｉｃｏｎｓｔと、その逆極性の一定の電流値に設定される定電流＋Ｉｃｏｎｓｔを供給する回路である。

また、ＡＳＩＣ７０は、後述する活性モードにおいてガス検出素子３０のＩｐセル３７にポンプ電流Ｉｐを供給するオペアンプＯＰ１や、ポート電圧の異常を検知するための電流を供給するオペアンプＯＰ２および分圧回路８５を有する。オペアンプＯＰ１の反転入力（−）端子はＶｃｅｎｔポートに接続され、さらに抵抗器Ｒ１を介し、ＣＯＭポートに接続されている。オペアンプＯＰ１の非反転入力（＋）端子には３．６Ｖの基準電圧が印加されており、出力端子はスイッチＳＷ３を介し、Ｉｐ＋ポートに接続されている。また、Ｉｐ＋ポートには、分圧抵抗器Ｒ２，Ｒ３を有する分圧回路８５がスイッチＳＷ４を介して接続されており、Ｉｐ＋ポートの電位が２．５Ｖに保たれる。一方、オペアンプＯＰ２は、非反転入力（＋）端子に３．６Ｖの基準電圧が印加され、反転入力（−）端子が自身の出力端子に接続されている。オペアンプＯＰ２の出力端子は、スイッチＳＷ１を介してＶｃｅｎｔポートに接続されている。

さらにＡＳＩＣ７０には、ＰＩＤ制御回路７１が設けられている。活性モードにおいて、オペアンプＯＰ１からＩｐセル３７に供給されるポンプ電流Ｉｐの大きさは、このＰＩＤ制御回路７１によって制御される。ＰＩＤ制御回路７１の入力側は、バッファＯＰ３を介してＶｓ＋ポートに接続されている。詳細には、バッファＯＰ３の非反転入力（＋）端子はスイッチＳＷ６を介してＶｓ＋ポートに接続されている。その非反転入力（＋）端子とスイッチＳＷ６との間には、コンデンサＣ１が接続されている。バッファＯＰ３の出力端子は反転入力（−）端子に接続されるとともに、ＰＩＤ制御回路７１の入力側に接続されている。さらに、ＰＩＤ制御回路７１の入力側には、ポンプ電流Ｉｐの制御目標となる基準電圧（４５０ｍＶ）を生成する基準電圧生成回路７２が接続されている。一方、ＰＩＤ制御回路７１の出力側は、スイッチＳＷ２を介してＰｏｕｔポートに接続され、さらに、後述する検出抵抗器Ｒｄを介してＶｃｅｎｔポート、つまりはオペアンプＯＰ１の反転入力（−）端子に接続されている。

また、バッファＯＰ３の出力端子はさらに分岐され、第２差動増幅回路８２の入力側に接続されている。この第２差動増幅回路８２の入力側にはＶｓ＋ポートも接続されており、上記の−Ｉｃｏｎｓｔ供給回路７５にスイッチＳＷ７を介して接続される。第２差動増幅回路８２の出力側はサンプルホールド回路８３の入力側に接続され、そのサンプルホールド回路８３の出力側が、Ｖｐｒｖｓポートに接続されており、Ａ／Ｄ変換器９９を介し、第２差動増幅回路８２の出力がマイクロコンピュータ６０に入力される。後述するが、ガス検出素子３０の活性判定は、Ｖｓセル３８に抵抗値測定用の定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流した際のＶｓセル３８の両端の電圧Ｖｓの変化量に基づき算出されるＶｓセル３８の抵抗値（インピーダンス）をもとに行われる。第２差動増幅回路８２は、定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流す前のＶｓ＋ポートの電位と、定電流−Ｉｃｏｎｓｔを所定時間流した後の電位との偏差ΔＶｓを検出し、Ｖｒｐｖｓポートからマイクロコンピュータ６０に出力する。サンプルホールド回路８３は、第２差動増幅回路８２の出力する偏差ΔＶｓをホールド（保持）する公知の回路構成を有するものであり、次回の偏差ΔＶｓの検出までの間、今回検出した偏差ΔＶｓをホールドするように機能し、ＣＰＵ６１による読み取りのタイミングを調整する。

次に、ＡＳＩＣ７０は、第１差動増幅回路７３を備える。上記した検出抵抗器Ｒｄは、ポンプ電流Ｉｐの大きさを検出するために設けられており、その両端がＰｏｕｔポートとＶｃｅｎｔポートとに接続されている。そして、ＰｏｕｔポートとＶｃｅｎｔポートとがそれぞれ第１差動増幅回路７３に接続されている。第１差動増幅回路７３は、ポンプ電流Ｉｐが流れることによって検出抵抗器Ｒｄの両端に生ずる電位差Ｖｄを所定の増幅度で増幅し、検出電位Ｖｏｕｔとして、ＶｏｕｔポートからＡ／Ｄ変換器９８を介してマイクロコンピュータ６０に対し出力する。

また、ＡＳＩＣ７０は、ポート異常検知回路７７、電源電圧比較回路７８、通信回路８０、およびスイッチ制御回路８１を備える。ポート異常検知回路７７は、Ｖｓ＋ポート、ＣＯＭポート、およびＩｐ＋ポートの電位を異常検知用に設定されたしきい値（電圧）と比較し、ショートや断線等の異常状態（センサの電気的な接続状態の異常）の有無を検知する回路である。各ポートについて異常が検知されれば、ポート異常検知回路７７は、スイッチ制御回路８１に全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ８をオフにする保護モード（後述）時のスイッチ制御の実行を指示する信号を発する（つまり、強制的に保護モードへ移行させる。）。さらに、通信回路８０の送信バッファに、ポートの異常の発生を報せる信号（フラグ）を書き込む。このポート異常を報知する信号は、マイクロコンピュータ６０とＡＳＩＣ７０との間におけるクロック同期通信の際に、マイクロコンピュータ６０に送信される。

電源電圧比較回路７８は、Ｂａｔポートを監視して、ＥＣＵ１００およびＡＳＩＣ７０にバッテリから供給される電源電圧を基準の電位と比較する回路である。電源電圧が基準電位よりも低下した場合、スイッチ制御回路８１に全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ８をオフにする保護モード（後述）時のスイッチ制御の実行を指示する信号を発する（つまり、強制的に保護モードへ移行させる。）。さらに、通信回路８０の送信バッファに、保護モードに移行したことを報せる報知信号（フラグ）を書き込み、クロック同期通信の際に、マイクロコンピュータ６０に伝達する。
なお、ポート異常検知回路７７及び電源電圧比較回路７８が、本発明における「検知手段」に相当する。

通信回路８０は、上記したクロック同期通信を、マイクロコンピュータ６０との間で行うための回路である。マイクロコンピュータ６０からデバイス選択信号（ＡＳＩＣ７０との間で通信を行うことを指示する信号）を受信したら、マイクロコンピュータ６０のクロック周波数に同期させて、マイクロコンピュータ６０から伝達される指示信号等を受信して受信バッファに記憶する。そして同時に、送信バッファに書き込まれた、ポート異常検知回路７７による異常状態の有無の検知結果等を送信する。通信回路８０はマイクロコンピュータ６０から指示信号を受信したら、スイッチ制御回路８１に対し、指示信号により指示される通電モードに応じたスイッチ制御の実行を指示する信号を発する。なお、通信回路８０が、本発明における「報知手段」に相当する。

スイッチ制御回路８１は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８のオンオフをそれぞれ独立に制御する回路である。スイッチ制御回路８１は、通信回路８０、ポート異常検知回路７７、電源電圧比較回路７８等から指示信号を受信したら、その指示された通電モードにあわせ、スイッチのオンオフ制御を行う。なお、スイッチ制御回路８１が、本発明における「保護手段」に相当する。

以下、スイッチ制御回路８１によるスイッチＳＷ１〜ＳＷ８のオンオフの状態を決定する通電モードについて、図２，図３を参照して説明する。図３は、各通電モードにおけるスイッチＳＷ１〜ＳＷ８のオンオフの状態を示す図表である。第１の実施の形態では、全領域空燃比センサ１０に対する通電モードとして、少なくとも、保護モードと駆動モードとを有する。さらに、駆動モードとして、非活性モードおよび活性モードを有する。

「保護モード」は、ガス検出素子３０に対する一切の通電を遮断して、ガス検出素子３０の保護を行う通電モードである。図３に示すように、保護モードにおいては全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ８がオフに設定され、ガス検出素子３０への一切の通電が行われない。

「非活性モード」は、ガス検出素子３０を活性化させるため、ヒータ素子４０への通電により、ガス検出素子３０の加熱を行う通電モードである。この通電モードにおいては、ガス検出素子３０に、活性判定用の通電と、酸素基準電極に酸素を溜め込んで酸素濃度検出の準備を行う予備通電とが行われる。また、ガス検出素子３０に繋がる各ポートには、ポート異常の検知を行うための電圧印加がなされる。具体的に、図３に示すように、非活性モードではスイッチＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６がオンに設定され、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ７，ＳＷ８はオフに設定される。これにより、図２に示すように、Ｖｓセル３８に定電流Ｉｃｐが流され、酸素基準電極（電極２５）に酸素が溜め込まれる。また、スイッチＳＷ２，ＳＷ３がオフに固定されるので、Ｉｐセル３７に、ＰＩＤ制御回路７１およびオペアンプＯＰ１から酸素濃度の検出のための大きな電流が流されることはない。そして、スイッチＳＷ１，ＳＷ４がオンに設定されてＶｃｅｎｔポートに３．６Ｖ、Ｉｐ＋ポートに２．５Ｖの電圧が印加され、ポート異常検知回路７７によるポート異常の検知を行える状態となる。

なお、非活性モードにおいて、ガス検出素子３０の活性判定が行われる。このときには一時的にＳＷ６がオフに設定され、その状態で、スイッチＳＷ７，ＳＷ８のオンオフの切換が行われる。このガス検出素子３０の活性判定の方法については後述する。

「活性モード」は、ガス検出素子３０が活性化し、酸素濃度の検出を行う通電モードである。図３に示すように、スイッチＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷ７，ＳＷ８がオフに設定され、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ６がオンに設定される。図２に示すように、Ｖｓセル３８への定電流Ｉｃｐの供給が維持された状態で、ＰＩＤ制御回路７１およびオペアンプＯＰ１から、酸素濃度の検出のための大きな電流をＩｐセル３７に流すことができるようになる。

次に、全領域空燃比センサ１０を用いて排気ガスの酸素濃度を検出する動作について、図１および図２を参照して簡単に説明する。Ｉｃｐ供給回路７４によってＶｓセル３８に微小な定電流Ｉｃｐが流されると、Ｖｓ＋ポートに接続された電極２５側に、ガス検出室２７から固体電解質体３３を介して酸素が汲み込まれる。これにより、電極２５が基準酸素濃度に晒されることになる。また、Ｖｓセル３８の電極２４，２５間には、基準酸素濃度に対するガス検出室２７内に導入された排気ガスの酸素濃度と基準酸素濃度との濃淡差に応じて電圧（起電力）Ｖｓが発生する。そして、このＶｓセル３８にて生じた電圧（起電力）Ｖｓが、基準電圧、すなわち、空燃比が理論空燃比のときに当該Ｖｓセル３８に生じうる電圧に相当する４５０ｍＶという値と比較され、ＰＩＤ制御回路７１によってオペアンプＯＰ１にフィードバックされる。このようにして、Ｉｐセル３７に流されるポンプ電流Ｉｐの向きと大きさが、ＰＩＤ制御回路７１およびオペアンプＯＰ１によって制御され、ガス検出室２７内の排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように、Ｉｐセル３７による酸素の汲み入れまたは汲み出しが行われる。

具体的に、ガス検出室２７内に流入した排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであった場合、排気ガス中の酸素濃度が薄いため、外部から固体電解質体３１を介してガス検出室２７内に酸素を汲み入れるように、ポンプ電流Ｉｐが制御される。一方、ガス検出室２７内に流入した排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであった場合、排気ガス中には多くの酸素が存在するため、ガス検出室２７から外部へ酸素を汲み出すように、ポンプ電流Ｉｐが制御される。このときのポンプ電流Ｉｐが検出抵抗器Ｒｄを流れ、第１差動増幅回路７３によって電圧変換されて、Ａ／Ｄ変換器９８を介し、全領域空燃比センサ１０の出力（検出信号）としてマイクロコンピュータ６０のＣＰＵ６１に出力される。そして、ＣＰＵ６１では、検出信号として得られたポンプ電流Ｉｐの大きさと向きから、排気ガス中に含まれる酸素濃度を検出するのである。

ここで、安定した酸素濃度の検出結果を得るには、固体電解質体３１，３３が活性化温度以上（例えば、７５０℃）となるまでガス検出素子３０を加熱し、活性化させなければならない。このため、酸素濃度の検出動作の開始前に、ガス検出素子３０の活性化の有無の判定が行われる。以下、ガス検出素子３０の活性化を判定する方法について、図２を用いて簡単に説明する。

酸素濃度の検出動作が行われる際には、電極２５（酸素基準電極）における酸素濃度が基準酸素濃度に高まってなければならないため、ガス検出素子３０の非活性モードではスイッチＳＷ５がオンに設定され、Ｖｓセル３８に定電流Ｉｃｐが流される（予備通電）。また、非活性モードでは、ショートや断線など不具合の検知のため、ポート異常検知回路７７でＶｓ＋ポート、ＣＯＭポート、およびＩｐ＋ポートの電位を監視できるように、スイッチＳＷ１，ＳＷ４がオンに設定される。

ガス検出素子３０の活性判定は、Ｖｓセル３８に抵抗値測定用の定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流した際のＶｓセル３８の両端の電圧Ｖｓの変化量に基づき算出される当該Ｖｓセル３８の抵抗値（インピーダンス）をもとに行われる。活性判定は非活性モード中に定期的に行われ、図３に示すように、スイッチＳＷ６がオフに設定されて、定電流Ｉｃｐのみが流されていたときのＶｓ＋ポートの電位がコンデンサＣ１によってホールドされ、その電位がバッファＯＰ３により第２差動増幅回路８２に入力される。そしてスイッチＳＷ７がオンに設定されることで定電流−Ｉｃｏｎｓｔが定電流Ｉｃｐに重畳されて流され、Ｖｓ＋ポートに生じた電位が第２差動増幅回路８２に入力される。したがって、第２差動増幅回路８２からは、Ｖｓセル３８に定電流Ｉｃｐが流されることにより生じたＶｓ＋ポートの電位と、定電流−Ｉｃｏｎｓｔが重畳されて流されることにより変化したＶｓ＋ポートの電位との偏差ΔＶｓが出力される。偏差ΔＶｓは、サンプルホールド回路８３を介し、さらにＶｒｐｖｓポートからＡ／Ｄ変換器９９を介してマイクロコンピュータ６０に入力される。マイクロコンピュータ６０では、この偏差ΔＶｓと定電流−Ｉｃｏｎｓｔを用いてＶｓセル３８の抵抗値（インピーダンス）を算出し、算出した抵抗値を活性判定しきい値と比較することにより、Ｖｓセル３８ひいてはガス検出素子３０の活性化の有無を判定する。

なお、定電流−Ｉｃｏｎｓｔは、スイッチＳＷ７がオンに設定されてから所定の短時間、Ｖｓセル３８に流されるが、その後、スイッチＳＷ７がオフに設定されると、偏差ΔＶｓの出力状態は、サンプルホールド回路８３によって保持される。次いでスイッチＳＷ８がオンに設定され、Ｖｓセル３８に逆極性の定電流＋Ｉｃｏｎｓｔが流される。これは、固体電解質体の酸素イオン導電性に対する配向現象の影響からＶｓセル３８を短時間で復帰させるためである。偏差ΔＶｓの取得後は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８のオンオフの状態が、もとの非活性モードの設定に復帰される。なお、図３には図示しないが、活性モードに移行してからも定期的にガス検出素子３０の活性判定は継続され、上記同様のスイッチＳＷ６〜ＳＷ８の操作が行われる。

このように、ＡＳＩＣ７０による全領域空燃比センサ１０への通電制御は、ＥＣＵ１００のマイクロコンピュータ６０により指示される通電モードに応じて行われる。そして上記したように、ＡＳＩＣ７０では、非活性モード中にガス検出素子３０に接続されるＶｓ＋ポート、ＣＯＭポート、およびＩｐ＋ポートの監視を行う。そして、ショートや断線等の異常を検知した場合には、ＡＳＩＣ７０は自身の現在の通電モードの如何に関わらず、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ８をオフに設定して保護モードへ強制的に移行するとともに、マイクロコンピュータ６０に、保護モードへの移行を報せる。

マイクロコンピュータ６０に対するＡＳＩＣ７０の保護モードへの移行の報知は、移行後の最初のクロック同期通信の際に、移行を報せる信号（報知信号）を、マイクロコンピュータ６０に送信することにより行われる。具体的には、クロック同期通信によってＡＳＩＣ７０から送信されるデータのうちの特定の１ビットが、報知信号に対応している。マイクロコンピュータ６０では、報知信号を受信すると、ＡＳＩＣ７０に対する制御を初期状態に戻し、電源投入時の状態にして行う。マイクロコンピュータ６０におけるＡＳＩＣ７０の制御は、ＣＰＵ６１によって実行される通電制御プログラムにしたがって行われる。以下、通電制御プログラムの動作について、図２〜図４を参照して説明する。図４は、通電制御プログラムのフローチャートである。

なお、通電制御プログラムでは、現在の通電モードが、保護モード、非活性モード、活性モードのいずれであるかを示すモードフラグが利用される。以下、フローチャートの各ステップについては「Ｓ」と略記する。

図４に示す、通電制御プログラムは、自動車がキーオンされてＥＣＵ１００のマイクロコンピュータ６０の駆動が開始すると、内燃機関を制御するための他のプログラムと共に、ＣＰＵ６１によって実行される。まず、イニシャライズ（初期化）が実施され、ＲＡＭ６３上に通電制御プログラムで使用されるフラグや変数、カウンタ等の領域の確保、リセット、初期値の設定等が行われる（Ｓ１）。また、経過時間に応じた判断処理において利用されるカウンタがスタートされる。さらに、後述するセンサの電気的な接続状態の異常（配線異常）の断定処理を行うために用い、保護モードへの移行回数を示すカウンタ（異常断定カウンタ）ｎを０にリセットする。

次に、ＡＳＩＣ７０に対し保護モードへの移行を指示するため、クロック同期通信時に送信される情報を記憶する送信バッファに指示信号が記憶され、モードフラグには保護モードであることを示すフラグが立てられる（Ｓ３）。そして、デバイス選択信号によりＡＳＩＣ７０との通信が確立したら、クロック同期通信により保護モードへの移行指示が行われる（Ｓ５）。

ＡＳＩＣ７０の通信回路８０では、クロック同期通信により受信バッファに保護モードへの移行を指示する指示信号が記憶されると、スイッチ制御回路８１に対し、保護モードにおけるスイッチ制御の実行を指示する信号が発せられる。スイッチ制御回路８１はその指示にしたがって、図３に示す、保護モードにおけるスイッチ制御を実行し、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ８をオフに設定する。

次に、図４に示すように、ＥＣＵ１００のマイクロコンピュータ６０では、Ｓ５で行われたクロック同期通信においてＡＳＩＣ７０から報知信号を受信していないか、受信バッファの確認が行われる（Ｓ７）。

ＡＳＩＣ７０では、電源投入後に保護モードへ移行し、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ８がオフに設定される。このとき、Ｖｓ＋ポート、ＣＯＭポートおよびＩｐ＋ポートはいずれもハイインピーダンス状態となるため、ポート異常検知回路７７では、回路上に異常が生じたものと判断し、通信回路８０の送信バッファに、ポートの異常を報せる報知信号を記憶する。このため、図４のＳ７では、クロック同期通信によりＡＳＩＣ７０からの報知信号を受信する（Ｓ７：ＹＥＳ）。Ｓ７で報知信号を受信した場合、Ｓ１４へ移行し、保護モードである限り（Ｓ１４：ＹＥＳ）、報知信号を無視してＳ１１に進む。また、Ｓ７で、報知信号を受信していなかった場合も（Ｓ７：ＮＯ）、現在保護モードであれば（Ｓ９：ＹＥＳ）、Ｓ１１に進む。

Ｓ１１において、カウンタのスタート後、所定時間が経過したかが確認される。この実施の形態では、保護モードから非活性モードへの移行条件の一例として、５００ｍｓｅｃの時間経過が設定されている。駆動開始直後はまだ５００ｍｓｅｃが経過していないので（Ｓ１１：ＮＯ）、Ｓ３５で上記のカウンタを利用してプログラムの繰り返し実行間隔（この実施の形態では１０ｍｓｅｃ）の経過を測り、待機する（Ｓ３５：ＮＯ）。待機後はＳ５に戻り（Ｓ３５：ＹＥＳ）、Ｓ５〜Ｓ３５を繰り返して保護モードを継続する。

Ｓ５，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１１，Ｓ３５が繰り返されるうちに５００ｍｓｅｃが経過すれば（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ＡＳＩＣ７０に対し非活性モードへの移行を指示するため、送信バッファに指示信号が記憶される（Ｓ１３）。また、モードフラグには非活性モードであることを示すフラグが立てられる。そして、上記同様、１０ｍｓｅｃの待機後に（Ｓ３５：ＮＯ）、Ｓ５に戻り、デバイス選択信号によりＡＳＩＣ７０との通信が確立したら、クロック同期通信により非活性モードへの移行指示が行われる。

ＡＳＩＣ７０の通信回路８０では、非活性モードへの移行を指示する指示信号を受信すると、スイッチ制御回路８１に対し、非活性モードにおけるスイッチ制御の実行を指示する信号が発せられる。スイッチ制御回路８１はその指示にしたがって、図３に示す、非活性モードにおけるスイッチ制御を実行しスイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ７，ＳＷ８をオフに設定し、スイッチＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６をオンに設定する制御が行われる。図２に示すように、ガス検出素子３０のＶｓセル３８に定電流Ｉｃｐが流されるとともに、ＣＯＭポートおよびＩｐ＋ポートにオペアンプＯＰ２および分圧回路８５が接続される。これにより、Ｖｓ＋ポート、ＣＯＭポートおよびＩｐ＋ポートは電位を生じてハイインピーダンス状態ではなくなり、ポート異常検知回路７７により、ショートや断線等の異常が発生していないか、ポート異常の検知が正常に行われる状態となる。したがって、実際にショートや断線等が生じていなければ、ポート異常を報せる報知信号は発せられなくなる。しかし、ポート異常の発生が確認されれば、通信回路８０の送信バッファにポート異常の発生を報せる信号が書き込まれ、次回のクロック同期通信の際にマイクロコンピュータ６０に送信される。

図４に示すように、ＥＣＵ１００のマイクロコンピュータ６０では、報知信号の受信がなければ（Ｓ７：ＮＯ）、次のＳ９において、モードフラグが非活性モードとなっているため現在は保護モードではないと判断される（Ｓ９：ＮＯ）。Ｓ９でＮＯであれば、保護モードへの移行を示す異常断定カウンタを０（ｎ＝０）にセットする（Ｓ２２）。さらに、Ｓ２２に続いて、モードフラグにより、現在の通電モードが活性モードであるかが確認される（Ｓ２３）。保護モードからのモード移行では上記のように非活性モードに移行されるため（Ｓ２３：ＮＯ）、活性判定処理が行われる（Ｓ２５）。すなわち、前述したように、Ｖｓセル３８に抵抗値測定用の定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流し、得られる偏差ΔＶｓの変化に基づくガス検出素子３０の活性判定が、通電制御プログラムとは別途実行される他のプログラムにおいて行われる。そしてガス検出素子３０がまだ活性化していないと判断されれば（Ｓ２７：ＮＯ）、Ｓ３５に進み、１０ｍｓｅｃの経過を待ってＳ５に戻り、Ｓ５〜Ｓ３５が繰り返される。

以降、Ｓ５，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ２３，Ｓ２５，Ｓ２７，Ｓ３５が繰り返され、ガス検出素子３０が活性化したと判断されるまで、非活性モードが継続される。そして、ガス検出素子３０が活性化したと判断されたら（Ｓ２７：ＹＥＳ）、ＡＳＩＣ７０に対し活性モードへの移行を指示するため、送信バッファに指示信号が記憶される（Ｓ２９）。また、モードフラグには活性モードであることを示すフラグが立てられる。そして、次回のＳ５の実行の際に、デバイス選択信号によりＡＳＩＣ７０との通信が確立したら、クロック同期通信により活性モードへの移行指示が行われる。

ＡＳＩＣ７０の通信回路８０では、活性モードへの移行を指示する指示信号を受信すると、スイッチ制御回路８１に対し、活性モードにおけるスイッチ制御の実行を指示する信号が発せられる。スイッチ制御回路８１はその指示にしたがって、図３に示す、活性モードにおけるスイッチ制御を実行し、スイッチＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷ７，ＳＷ８をオフに設定し、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ６をオンに設定する制御が行われる。図２に示すように、ガス検出素子３０のＶｓセル３８に定電流Ｉｃｐが継続して流されるとともに、Ｉｐ＋ポートおよびＰｏｕｔポートにオペアンプＯＰ１およびＰＩＤ制御回路７１が接続され、Ｉｐセル３７にポンプ電流Ｉｐが流される。そして前述したように、ポンプ電流Ｉｐが流れる検出抵抗器Ｒｄの両端の電位が第１差動増幅回路７３によって検出され、ＶｏｕｔポートからＡ／Ｄ変換器９８を介し、全領域空燃比センサ１０の出力（検出信号）としてマイクロコンピュータ６０に入力される。

図４に示すように、ＥＣＵ１００のマイクロコンピュータ６０では、活性モードに移行すると（Ｓ９：ＮＯ，Ｓ２３：ＹＥＳ）、Ｓ３１において、全領域空燃比センサ１０の検出信号を取得し（Ｓ３１）、その信号値（電圧値）に基づき、公知の演算を適用して、排気ガス中の酸素濃度（ガス濃度）の検出、ひいては排気ガスの空燃比の検出を行う（Ｓ３３）。検出された排気ガスの空燃比は、ＥＣＵ１００に接続された他の回路（装置）の制御、例えば燃料の噴射タイミング等の制御に用いられる。以後、Ｓ３５に進み、１０ｍｓｅｃの経過を待ってＳ５に戻り、Ｓ５〜Ｓ３５が繰り返される。

ところで、通電モードがいずれであっても、Ｓ５〜Ｓ３５が繰り返し実行されるうちに、図２に示すＡＳＩＣ７０のポート異常検知回路７７により、Ｖｓ＋ポート、ＣＯＭポートおよびＩｐ＋ポートの電位に基づきショートや断線等の異常の発生が確認されることがある。この場合、ポート異常検知回路７７は、スイッチ制御回路８１に、保護モードに応じたスイッチ制御の実行を指示する信号を発する。スイッチ制御回路８１はその指示にしたがって、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ８をオフに設定し、強制的に保護モードへ移行して、ガス検出素子３０への通電を停止する。さらにポート異常検知回路７７は、通信回路８０の送信バッファに、保護モードに移行したことを報せる報知信号（フラグ）を書き込む。
これにより、マイクロコンピュータ６０にポート異常の発生を報せる報知信号が送信される。上記したように、ポート異常が無視される保護モードではなく、非活性モードや活性モードにおいて、ポート異常に関する報知信号が送信された場合、マイクロコンピュータ６０が報知信号を受信すると（Ｓ７：ＹＥＳ）、現在、保護モードでないので（Ｓ１４：ＮＯ）、後述するＳ１５〜Ｓ１７を経てＳ１９に進み、保護モードへの移行が行われる。すなわち、ＡＳＩＣ７０に対し保護モードへの移行を指示するため、送信バッファに指示信号が記憶される。また、モードフラグには保護モードであることを示すフラグが立てられる。さらに、カウンタ（タイマカウンタ）がリセットされ（Ｓ２１）、非活性モードへ移行するため条件としての５００ｍｓｅｃの経時が再開されて、Ｓ３５に進む。

ＡＳＩＣ７０ではポート異常検知回路７７の指示によりすでに保護モードへ移行しているが、これにより、マイクロコンピュータ６０の把握する全領域空燃比センサ１０の通電モードと、ＡＳＩＣ７０において行われている各スイッチの制御状態とが一致し、ガス検出素子３０の駆動が初期状態から開始される。
また、電源電圧比較回路７８において監視されるバッテリ電圧が、基準電位よりも低下した場合も、スイッチ制御回路８１による保護モードにおけるスイッチ制御が実行される。すなわち、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ８がオフに設定されて強制的な保護モードへの移行がなされ、ガス検出素子３０への通電が停止されるとともに、通信回路８０の送信バッファに報知信号が書き込まれる。

ここで、非活性モードや活性モードにおいてポート異常（ショートや断線異常）が検知され、Ｓ１９で保護モードへ移行した場合、従来ではマイクロコンピュータ６０は異常を断定し、例えば保護モードのまま、センサ異常ランプを点灯させる等の処理を行っていた。
しかしながら、ポート異常を検知した場合であっても、配線が正常であるにも係らず異常であると誤検出したり、偶発的な配線異常が生じ直ぐにその異常解消したりすることがある。そして、異常断定のたびにセンサの作動を停止すると、ガス濃度測定用動作への復帰に無駄な時間を要することになる。

そこで、この実施形態ではＳ１５〜Ｓ１７の処理を設け、Ｓ７で報知信号を複数回受信した場合に、異常を確定するようにしている。
具体的には、Ｓ１４でＮＯの場合、マイクロコンピュータ６０は異常断定カウンタｎをインクリメントし（Ｓ１５）、その後にｎ≧３か否かを判定する（Ｓ１６）。Ｓ１６でＹＥＳであれば、マイクロコンピュータ６０は異常をはじめて断定し（Ｓ１７）、Ｓ１９へ移行する。マイクロコンピュータ６０は異常を断定すると、例えばセンサ異常ランプを点灯させる等の処理を行う。
一方、Ｓ１６でＮＯであれば、異常をまだ断定せずにＳ１９へ移行する。Ｓ１９へ移行すると、既に説明したようにＳ２１、Ｓ３５，Ｓ５等を経てＳ１３で非活性モードへ移行した後、Ｓ７へ戻り、Ｓ７でＹＥＳかつＳ１４でＮＯと判断されれば、上記と同様にしてＳ１５で異常断定カウンタｎをインクリメントする。このように、この実施形態では、Ｓ７の報知信号受信の後、Ｓ１９で保護モードへ移行してからＳ１３で非活性モードへ移行した後に、再度Ｓ７で報知信号を受信する過程（Ｓ１３からＳ７のＹＥＳへの過程）を複数回繰り返したときに、Ｓ１７で異常断定処理を行っている。

以上説明したように、本発明の実施形態に係るセンサ制御装置１００によれば、駆動モード（非活性モードや活性モード）において、センサとの電気的接続状態の異常（ポート異常、電源電圧異常）が検知され、保護モードへ移行した場合、一旦駆動モードへ復帰させ、その後に再度異常が検出されたときに初めて異常を断定する。そのため、配線異常であると誤検出したり、配線等の異常が直ぐに解消した場合に異常を断定することがなく、センサのガス濃度測定用動作への復帰に無駄な時間を要することがない。
又、一旦駆動モードへ復帰させたにも関わらず、その後に再度異常が検出された場合には、確実に異常を断定することができる。

なお、本発明は上記各実施の形態に限られず、各種の変形が可能なことは言うまでもない。本実施の形態の全領域空燃比センサ１０は、酸素ポンプセルであるＩｐセル３７と、酸素濃度検出セルであるＶｓセル３８とを備えた２セル式のガスセンサであるが、その他のタイプのガスセンサ（１セルタイプの酸素センサや３セルタイプのＮＯｘセンサなど）に対し、本発明を適用してもよい。
また、本実施の形態ではＡＳＩＣ７０をＥＣＵ１００に組み込んだ構成としたが、ＥＣＵ１００とは別体にセンサ駆動回路を設けてもよい。ヒータ制御回路５０についても同様であり、ＥＣＵ１００に組み込んでもよいし、あるいはヒータ制御装置として単体に設けてもよい。

また、ＡＳＩＣ７０から出力される報知信号は、ＡＳＩＣ７０が自身の動作環境の異常を検知して保護モードにおけるスイッチ制御を行った後で、初回のマイクロコンピュータ６０とのクロック同期通信の際に伝達されたが、必ずしも初回の同期通信時に行ことに限定するものではない。ＡＳＩＣ７０自身が強制的に保護モードへ移行した後であれば、いずれかの同期通信が確立した際において報知信号を出力してもよいし、また、初回のみに限らず、複数回の連続的あるいは断続的な同期通信の確立の際に、報知信号を出力してもよい。もちろん、報知信号の伝達はクロック同期通信に限るものでもなく、ＡＳＩＣ７０に、保護モードへの移行を報せるための専用あるいは共用のポートを設け、マイクロコンピュータ６０に指示信号を送信できるようにしてもよい。

１０ 全領域空燃比センサ（センサ）
６０ マイクロコンピュータ（信号出力部、復帰手段、異常断定手段）
７０ ＡＳＩＣ（センサ駆動回路）
７７ ポート異常検知回路（検知手段）
７８ 電源電圧比較回路（検知手段）
８０ 通信回路（報知手段）
８１ スイッチ制御回路（保護手段）
１００ ＥＣＵ（センサ制御装置）

Claims (2)

1. 自身に接続されたセンサに対する複数の通電モードとして、少なくとも、前記センサへの通電を行う駆動モードと、前記センサへの通電を遮断して前記センサの保護を行う保護モードとを有し、前記複数の通電モードのうちのいずれかのモードを選択する指示信号を出力する信号出力部と、
   前記センサと接続されると共に、前記信号出力部から前記指示信号を受信したときに、前記複数の通電モードのうちのいずれかのモードへ移行して前記センサの通電制御を行うセンサ駆動回路とを備えたセンサ制御装置であって、
   前記センサ駆動回路は、
   前記駆動モード時に、前記センサとの電気的な接続状態に異常が生じているか否かを検知する検知手段と、
   前記検知手段によって前記接続状態の異常が検知された場合に、自身が前記複数の通電モードのうちのいずれのモードにあっても前記保護モードへ強制的に移行する保護手段と、
   前記保護手段によって前記保護モードに移行した後に、前記信号出力部に対し、前記センサ駆動回路が前記保護モードの状態にあることを報せる報知信号を出力する報知手段と、を備え、
   前記信号出力部は、
   前記報知信号が入力されると、前記保護モードに移行する指示信号を出力した後、前記駆動モードに移行する指示信号を出力する復帰手段と、
   前記復帰手段により前記センサ制御回路を前記駆動モードに移行させて前記センサを一旦通電状態に戻しても、前記報知信号が再度入力される場合に、前記接続状態の異常であると断定する異常断定手段と、を備える
   ことを特徴とするセンサ制御装置。
2. 前記異常断定手段は、前記復帰手段により前記センサ制御回路を前記駆動モードに移行させた後、前記報知信号が再度入力される過程が２回以上繰り返された場合に、前記接続状態の異常であると断定する請求項１記載のセンサ制御装置。

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