JP6587906B2 - Air-fuel ratio sensor abnormality detection device, air-fuel ratio sensor control device, and abnormality detection method - Google Patents

Description

本発明は、空燃比センサの異常検出装置、空燃比センサの制御装置および異常検出方法に関する。   The present invention relates to an air-fuel ratio sensor abnormality detection device, an air-fuel ratio sensor control device, and an abnormality detection method.

車両の燃費向上などを目的として、内燃機関から排出される排気ガス中の空気と燃料の比である空燃比を目標空燃比に近づけるフィードバック制御が広く知られており、かかる空燃比は、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）によって検出される。   For the purpose of improving the fuel efficiency of a vehicle, feedback control for bringing the air-fuel ratio, which is the ratio of air and fuel in exhaust gas discharged from an internal combustion engine, close to the target air-fuel ratio is widely known. It is detected by a sensor (A / F sensor).

空燃比センサとして、ポンプセルと検出セルを有するガスセンサ素子を備える空燃比センサが知られている。かかる空燃比センサでは、検出セルの両端がショートする等の異常が生じると、空燃比を正確に検出することが困難になる。そこで、検出セルの両端がショートする異常が生じたことを検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。   As an air-fuel ratio sensor, an air-fuel ratio sensor including a gas sensor element having a pump cell and a detection cell is known. In such an air-fuel ratio sensor, it becomes difficult to accurately detect the air-fuel ratio when an abnormality such as a short circuit occurs at both ends of the detection cell. Therefore, a technique for detecting the occurrence of an abnormality in which both ends of the detection cell are short-circuited has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開２００５−２９１９９１号公報JP 2005-291991 A

しかしながら、上記従来技術では、検出セルの両端がショートする異常を精度よく検出することができないおそれがある。   However, with the above-described conventional technology, there is a possibility that an abnormality in which both ends of the detection cell are short-circuited cannot be accurately detected.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、検出セルの両端がショートする異常を精度よく検出することができる空燃比センサの異常検出装置、空燃比センサの制御装置および異常検出方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and provides an abnormality detection device for an air-fuel ratio sensor, an air-fuel ratio sensor control device, and an abnormality detection method capable of accurately detecting an abnormality in which both ends of a detection cell are short-circuited. The purpose is to provide.

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ガス検出室の酸素濃度を検出するための検出セルと前記ガス検出室への酸素の汲み入れや汲み出しを行うポンプセルとを備えるガスセンサ素子を有する空燃比センサの異常検出装置であって、端子間電圧検出部と、端子電圧検出部と、異常判定部とを備える。前記端子間電圧検出部は、前記検出セルの一端が接続される第１端子と前記検出セルの他端が接続される第２端子との間の電圧を検出する。前記端子電圧検出部は、前記検出セルのインピーダンスの状態を測定するために前記第１端子と前記第２端子との間に供給される測定用電流によって変化する前記第２端子の電圧を検出する。前記異常判定部は、前記端子間電圧検出部によって検出される電圧と前記端子電圧検出部によって検出される電圧の前記測定用電流による変化量とに基づいて、前記第１端子と前記第２端子との間のショート状態を判定する。   In order to solve the above problems and achieve the object, the present invention provides a gas sensor comprising a detection cell for detecting the oxygen concentration in the gas detection chamber and a pump cell for pumping oxygen into and out of the gas detection chamber. An abnormality detection apparatus for an air-fuel ratio sensor having an element includes an inter-terminal voltage detection unit, a terminal voltage detection unit, and an abnormality determination unit. The inter-terminal voltage detection unit detects a voltage between a first terminal to which one end of the detection cell is connected and a second terminal to which the other end of the detection cell is connected. The terminal voltage detection unit detects a voltage of the second terminal that is changed by a measurement current supplied between the first terminal and the second terminal in order to measure an impedance state of the detection cell. . The abnormality determination unit includes the first terminal and the second terminal based on a voltage detected by the inter-terminal voltage detection unit and a change amount of the voltage detected by the terminal voltage detection unit due to the measurement current. The short state between is determined.

本発明によれば、検出セルの両端がショートする異常を精度よく検出することができる空燃比センサの異常検出装置、空燃比センサの制御装置および異常検出方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the abnormality detection apparatus of the air fuel ratio sensor which can detect the abnormality which the both ends of a detection cell short-circuit accurately, the control apparatus of an air fuel ratio sensor, and the abnormality detection method can be provided.

図１は、本発明の実施形態に係る空燃比センサの構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an air-fuel ratio sensor according to an embodiment of the present invention. 図２は、図１に示す空燃比センサの具体的構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration example of the air-fuel ratio sensor shown in FIG. 図３は、図２に示すガスセンサ素子の具体的構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration example of the gas sensor element shown in FIG. 図４は、測定用電流供給部の他の構成例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating another configuration example of the measurement current supply unit. 図５は、空燃比センサが正常時における、ＣＯＭ電圧、ＶＳ電圧およびＩＰ電流の状態変化を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating changes in the state of the COM voltage, the VS voltage, and the IP current when the air-fuel ratio sensor is normal. 図６は、異常判定部の構成例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the abnormality determination unit. 図７は、測定用電流とＶＳ電圧とＣＯＭ電圧との状態変化を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing state changes of the measurement current, the VS voltage, and the COM voltage. 図８は、異常判定部で用いる端子間電圧の検出タイミングの説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of the detection timing of the inter-terminal voltage used in the abnormality determination unit. 図９は、第１モードから第２モードへ移行してから、検出セルの両端のショートが発生した場合の動作説明図である。FIG. 9 is an operation explanatory diagram when a short circuit occurs at both ends of the detection cell after shifting from the first mode to the second mode. 図１０は、インピーダンスが閾値以下になった場合、異常検出部がデューティ比の調整を制限しない場合の動作説明図である。FIG. 10 is an operation explanatory diagram when the abnormality detection unit does not limit the adjustment of the duty ratio when the impedance is equal to or lower than the threshold. 図１１は、異常検出部が実行する主な処理手順を示すフローチャートであり、繰り返し実行される処理である。FIG. 11 is a flowchart illustrating a main processing procedure executed by the abnormality detection unit, and is a process that is repeatedly executed.

以下に、本発明にかかる空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）の異常検出装置、空燃比センサの制御装置および異常検出方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、かかる実施形態によりこの発明が限定されるものではない。   Embodiments of an air-fuel ratio sensor (A / F sensor) abnormality detection device, an air-fuel ratio sensor control device, and an abnormality detection method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.

［１．空燃比センサの構成］
図１は、本発明の実施形態に係る空燃比センサの構成の一例を示す図である。図１に示すように、空燃比センサ１は、ガスセンサ素子２と、制御装置３とを備える。 [1. Configuration of air-fuel ratio sensor]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an air-fuel ratio sensor according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the air-fuel ratio sensor 1 includes a gas sensor element 2 and a control device 3.

図１に示すガスセンサ素子２は、例えば、全領域空燃比ガスセンサ素子であり、不図示のガス検出室への酸素の汲み入れや汲み出しを行うポンプセル４と、ガス検出室の酸素濃度を検出するための検出セル５とを備える。かかるガスセンサ素子２は、例えば、不図示の車両の内燃機関の排気管に配置され、排気ガス中の酸素濃度（空熱比）を検出する。   The gas sensor element 2 shown in FIG. 1 is, for example, a full-range air-fuel ratio gas sensor element, and detects the oxygen concentration in the gas detection chamber and the pump cell 4 that pumps and pumps oxygen into a gas detection chamber (not shown). The detection cell 5 is provided. For example, the gas sensor element 2 is disposed in an exhaust pipe of an internal combustion engine of a vehicle (not shown) and detects an oxygen concentration (air heat ratio) in the exhaust gas.

制御装置３は、ＣＯＭ端子Ｔｃｏｍ（第１端子の一例）と、ＶＳ端子Ｔｖｓ（第２端子の一例）と、ＩＰ端子Ｔｉｐと、電圧制御部１０と、端子電圧検出部１１と、フィードバック制御部１２と、電流供給部１３と、電流検出部１４と、空燃比演算部１５と、測定用電流供給部１６と、異常検出部１９（異常検出装置の一例）とを備える。   The control device 3 includes a COM terminal Tcom (an example of a first terminal), a VS terminal Tvs (an example of a second terminal), an IP terminal Tip, a voltage controller 10, a terminal voltage detector 11, and a feedback controller. 12, a current supply unit 13, a current detection unit 14, an air-fuel ratio calculation unit 15, a measurement current supply unit 16, and an abnormality detection unit 19 (an example of an abnormality detection device).

ＩＰ端子Ｔｉｐには、ポンプセル４の一端に接続され、ＣＯＭ端子Ｔｃｏｍには、ポンプセル４の他端と検出セル５の一端とが共通に接続され、ＶＳ端子Ｔｖｓには、検出セル５の他端が接続される。   The IP terminal Tip is connected to one end of the pump cell 4, the COM terminal Tcom is connected in common to the other end of the pump cell 4 and the one end of the detection cell 5, and the VS terminal Tvs is connected to the other end of the detection cell 5. Is connected.

電圧制御部１０は、ＣＯＭ端子Ｔｃｏｍの電圧Ｖｃｏｍ（以下、ＣＯＭ電圧Ｖｃｏｍと記載する）が一定電圧になるように電圧を出力する。端子電圧検出部１１は、ＶＳ端子Ｔｖｓの電圧Ｖｓ（以下、ＶＳ電圧Ｖｓと記載する）を検出する。   The voltage control unit 10 outputs a voltage so that the voltage Vcom of the COM terminal Tcom (hereinafter referred to as the COM voltage Vcom) is a constant voltage. The terminal voltage detector 11 detects a voltage Vs (hereinafter referred to as VS voltage Vs) of the VS terminal Tvs.

フィードバック制御部１２は、端子電圧検出部１１によって検出されるＶＳ電圧Ｖｓに応じた制御電圧Ｖｃｎｔを電流供給部１３へ出力する。電流供給部１３は、制御電圧Ｖｃｎｔに応じた電流をＩＰ端子Ｔｉｐからガスセンサ素子２のポンプセル４へ供給する。   The feedback control unit 12 outputs a control voltage Vcnt corresponding to the VS voltage Vs detected by the terminal voltage detection unit 11 to the current supply unit 13. The current supply unit 13 supplies a current corresponding to the control voltage Vcnt from the IP terminal Tip to the pump cell 4 of the gas sensor element 2.

電流検出部１４は、ＩＰ端子ＴｉｐとＣＯＭ端子Ｔｃｏｍとの間に流れる電流Ｉｐ（以下、ＩＰ電流Ｉｐと記載する）を検出する。空燃比演算部１５は、ＩＰ電流Ｉｐに基づいて空燃比（以下、Ａ／Ｆ値と記載する場合がある）を演算する。測定用電流供給部１６は、検出セル５のインピーダンスＺｓの状態を測定するための測定用電流ＩｍをＶＳ端子ＴｖｓとＣＯＭ端子Ｔｃｏｍとの間に供給することで、測定用電流Ｉｍを検出セル５へ供給する。   The current detection unit 14 detects a current Ip (hereinafter referred to as an IP current Ip) flowing between the IP terminal Tip and the COM terminal Tcom. The air-fuel ratio calculation unit 15 calculates an air-fuel ratio (hereinafter sometimes referred to as an A / F value) based on the IP current Ip. The measurement current supply unit 16 supplies the measurement current Im for measuring the state of the impedance Zs of the detection cell 5 between the VS terminal Tvs and the COM terminal Tcom, whereby the measurement current Im is detected by the detection cell 5. To supply.

異常検出部１９は、端子間電圧検出部５１と、端子電圧検出部５２と、異常判定部５３とを備える。端子間電圧検出部５１は、ＣＯＭ端子ＴｃｏｍとＶＳ端子Ｔｖｓとの間（以下、ＣＯＭ−ＶＳ間と記載する場合がある）の電圧Ｖｃｖ（以下、端子間電圧Ｖｃｖと記載する）を検出する。端子電圧検出部５２は、ＶＳ電圧Ｖｓを検出する。   The abnormality detection unit 19 includes an inter-terminal voltage detection unit 51, a terminal voltage detection unit 52, and an abnormality determination unit 53. The inter-terminal voltage detector 51 detects a voltage Vcv (hereinafter referred to as “inter-terminal voltage Vcv”) between the COM terminal Tcom and the VS terminal Tvs (hereinafter sometimes referred to as “COM-VS”). The terminal voltage detector 52 detects the VS voltage Vs.

異常判定部５３は、端子間電圧検出部５１によって検出された端子間電圧Ｖｃｖと、端子電圧検出部５２によって検出されたＶＳ電圧Ｖｓの測定用電流Ｉｍによる変化量（以下、電圧変化量ΔＶｓと記載する）とに基づいて、ＣＯＭ−ＶＳ間がショート状態であるか否かを検出する。これにより、ＣＯＭ−ＶＳ間、すなわち、検出セル５の両端がショートする異常を精度よく検出することができる。   The abnormality determination unit 53 includes an inter-terminal voltage Vcv detected by the inter-terminal voltage detection unit 51 and a change amount (hereinafter referred to as voltage change amount ΔVs) of the VS voltage Vs detected by the terminal voltage detection unit 52 due to the measurement current Im. Whether or not the COM-VS is short-circuited is detected. Thereby, the abnormality which short-circuits between both ends of COM-VS, ie, the detection cell 5, can be detected accurately.

例えば、異常判定部５３は、端子間電圧Ｖｃｖが閾値Ｖｔｈ１（所定値の一例）以下であり、かつ、電圧変化量ΔＶｓが閾値Ｖｔｈ２（所定値の一例）以下である場合に、ＣＯＭ−ＶＳ間がショートしていると判定する。ＣＯＭ−ＶＳ間は、例えば、検出セル５の端子Ｔ２と制御装置３の端子Ｔｃｏｍとを接続する接続線と検出セル５の端子Ｔ３と制御装置３の端子Ｔｖｓとを接続する接続線との間の接触などによって生じる。   For example, when the inter-terminal voltage Vcv is less than or equal to the threshold value Vth1 (an example of the predetermined value) and the voltage change amount ΔVs is less than or equal to the threshold value Vth2 (an example of the predetermined value), the abnormality determination unit 53 Is determined to be short-circuited. Between COM and VS, for example, between the connection line connecting the terminal T2 of the detection cell 5 and the terminal Tcom of the control device 3, and the connection line connecting the terminal T3 of the detection cell 5 and the terminal Tvs of the control device 3 It is caused by contact.

ＩＰ端子ＴｉｐとＣＯＭ端子Ｔｃｏｍとの間（以下、ＩＰ−ＣＯＭ間と記載する場合がある）がショートしている場合、ＩＰ電流Ｉｐがポンプセル４に流れないため、ＶＳ電圧Ｖｓは雰囲気（ガスセンサ素子２が配置される空間の酸素濃度）に応じた電圧になる。そのため、空燃比がリーンである場合、端子間電圧Ｖｃｖがほぼ０Ｖになり、端子間電圧Ｖｃｖのみに着目した場合、検出セル５の両端がショートしてないにも関わらず、検出セル５の両端がショートしていると誤判定する場合がある。   When the IP terminal Tip and the COM terminal Tcom are short-circuited (hereinafter sometimes referred to as “IP-COM”), the IP current Ip does not flow to the pump cell 4, so that the VS voltage Vs is an atmosphere (gas sensor element). 2 is a voltage corresponding to the oxygen concentration of the space in which 2 is disposed. Therefore, when the air-fuel ratio is lean, the inter-terminal voltage Vcv becomes almost 0 V, and when focusing only on the inter-terminal voltage Vcv, both ends of the detection cell 5 are not short-circuited although both ends are not short-circuited. May be erroneously determined to be short-circuited.

そこで、異常判定部５３は、端子間電圧Ｖｃｖが閾値Ｖｔｈ１（所定値の一例）以下であるかに加え、測定用電流ＩｍによるＶＳ電圧Ｖｓの変化量ΔＶｓが閾値Ｖｔｈ２以下であるかを判定するようにしている。これにより、ＩＰ−ＣＯＭ間がショートしている場合であっても、検出セル５の両端のショート状態を精度よく検出することができる。   Therefore, the abnormality determination unit 53 determines whether the change amount ΔVs of the VS voltage Vs due to the measurement current Im is equal to or less than the threshold Vth2 in addition to whether the inter-terminal voltage Vcv is equal to or less than the threshold Vth1 (an example of a predetermined value). I am doing so. Thereby, even if it is a case where IP-COM is short-circuited, the short state of the both ends of the detection cell 5 can be detected accurately.

［２．空燃比センサ１の具体的構成例］
次に、空燃比センサ１の具体的構成の一例について説明する。図２は、実施形態に係る空燃比センサ１の具体的構成例を示す図であり、図３は、ガスセンサ素子２の具体的構成例を示す図である。なお、空燃比センサ１の制御装置３は、例えば、車両に設けられたＥＣＵ(Electronic Control Unit)内に設けられる。 [2. Specific configuration example of air-fuel ratio sensor 1]
Next, an example of a specific configuration of the air-fuel ratio sensor 1 will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a specific configuration example of the air-fuel ratio sensor 1 according to the embodiment, and FIG. 3 is a diagram illustrating a specific configuration example of the gas sensor element 2. The control device 3 of the air-fuel ratio sensor 1 is provided, for example, in an ECU (Electronic Control Unit) provided in the vehicle.

［２．１．ガスセンサ素子２の具体的構成例］
まず、図３を参照してガスセンサ素子２の具体的構成例について説明する。図３に示すように、ガスセンサ素子２は、例えば、全領域空燃比ガスセンサ素子であり、固体電解質体８１、絶縁基体８５、固体電解質体８７、８９を順に積層した構成を有する。 [2.1. Specific configuration example of gas sensor element 2]
First, a specific configuration example of the gas sensor element 2 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the gas sensor element 2 is, for example, a full-range air-fuel ratio gas sensor element, and has a configuration in which a solid electrolyte body 81, an insulating base 85, and solid electrolyte bodies 87 and 89 are sequentially stacked.

固体電解質体８１、８７、８９は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体であり、例えば、ジルコニア（ＺｒＯ２）にイットリア（Ｙ２Ｏ３）を添加して構成される。絶縁基体８５は、例えば、アルミナなどによって構成される。   The solid electrolyte bodies 81, 87, and 89 are solid electrolyte bodies having oxygen ion conductivity, and are configured by adding yttria (Y2O3) to zirconia (ZrO2), for example. The insulating base 85 is made of alumina, for example.

絶縁基体８５にはガス検出室９０が形成され、かかるガス検出室９０の両端には、ガス検出室９０への排気ガスの流入量を規制する多孔質状の拡散律速部８４が設けられる。   A gas detection chamber 90 is formed in the insulating base 85, and porous diffusion rate limiting portions 84 that restrict the amount of exhaust gas flowing into the gas detection chamber 90 are provided at both ends of the gas detection chamber 90.

ポンプセル４は、固体電解質体８１と、当該固体電解質体８１の両面に多孔質の白金などにより形成された電極８２、８３とを備え、電極８２、８３間に供給される電流の大きさおよび方向に応じてガス検出室９０への酸素の汲み入れや汲み出しを行う。電極８２は、例えば、多孔質性の保護層８０によって保護される。   The pump cell 4 includes a solid electrolyte body 81 and electrodes 82 and 83 formed of porous platinum or the like on both surfaces of the solid electrolyte body 81, and the magnitude and direction of the current supplied between the electrodes 82 and 83. In response to this, oxygen is pumped into and pumped out from the gas detection chamber 90. The electrode 82 is protected by, for example, a porous protective layer 80.

検出セル５は、固体電解質体８７と、当該固体電解質体８７の両面に多孔質の白金などにより形成された電極８６、８８とを備える。電極８６、８８間に定電流Ｉｃｐが供給されることにより、ガス検出室９０の酸素濃度に応じた起電力が電極８６、８８間に発生する。   The detection cell 5 includes a solid electrolyte body 87 and electrodes 86 and 88 formed of porous platinum or the like on both surfaces of the solid electrolyte body 87. By supplying a constant current Icp between the electrodes 86 and 88, an electromotive force corresponding to the oxygen concentration in the gas detection chamber 90 is generated between the electrodes 86 and 88.

なお、図３に示していないが、ガスセンサ素子２にはヒータ６（図２参照）が設けられており、かかるヒータ６の加熱によってガスセンサ素子２が活性化される。ヒータ６は、例えば、セラミックヒータであり、内部にヒータ配線が設けられる。   Although not shown in FIG. 3, the gas sensor element 2 is provided with a heater 6 (see FIG. 2), and the gas sensor element 2 is activated by the heating of the heater 6. The heater 6 is, for example, a ceramic heater, and heater wiring is provided inside.

［２．２．制御装置３の具体的構成例］
次に、図２に示す制御装置３について説明する。制御装置３は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路により実現される。なお、制御装置３は、演算処理の一部または全部をＣＰＵ（Central Processing Unit）によって実行する構成であってもよい。 [2.2. Specific configuration example of control device 3]
Next, the control device 3 shown in FIG. 2 will be described. The control device 3 is realized by an integrated circuit such as an application specific integrated circuit (ASIC) or a field programmable gate array (FPGA). The control device 3 may be configured to execute part or all of the arithmetic processing by a CPU (Central Processing Unit).

図２に示すように、制御装置３は、ＣＯＭ端子Ｔｃｏｍと、ＶＳ端子Ｔｖｓと、ＩＰ端子Ｔｉｐと、電圧制御部１０と、端子電圧検出部１１と、フィードバック制御部１２と、電流供給部１３と、電流検出部１４と、空燃比演算部１５と、測定用電流供給部１６と、ヒータ制御部１７と、モード制御部１８と、異常検出部１９（異常検出装置の一例）とを備える。   As shown in FIG. 2, the control device 3 includes a COM terminal Tcom, a VS terminal Tvs, an IP terminal Tip, a voltage control unit 10, a terminal voltage detection unit 11, a feedback control unit 12, and a current supply unit 13. A current detection unit 14, an air-fuel ratio calculation unit 15, a measurement current supply unit 16, a heater control unit 17, a mode control unit 18, and an abnormality detection unit 19 (an example of an abnormality detection device).

［２．２．１．電圧制御部１０］
電圧制御部１０は、ガスセンサ素子２の端子Ｔ２の電圧が一定の電圧Ｖａ（例えば、３．３［Ｖ］）になるように電圧を出力する。かかる電圧制御部１０は、オペアンプＯＰ１と、抵抗Ｒ１、Ｒ２とを備え、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点が一定電圧Ｖａになるように動作し、抵抗Ｒ１を介して端子Ｔｃｏｍへ一定電圧Ｖａを供給する。 [2.2.1. Voltage control unit 10]
The voltage control unit 10 outputs a voltage so that the voltage at the terminal T2 of the gas sensor element 2 becomes a constant voltage Va (for example, 3.3 [V]). The voltage control unit 10 includes an operational amplifier OP1 and resistors R1 and R2. The voltage controller 10 operates so that the connection point between the resistor R1 and the resistor R2 becomes a constant voltage Va, and the constant voltage Va is supplied to the terminal Tcom via the resistor R1. Supply.

［２．２．２．端子電圧検出部１１］
端子電圧検出部１１は、電流源４２と、ボルテージフォロア４１とを備える。電流源４０は、検出セル５に定電流Ｉｃｐを流す。ボルテージフォロア４１は、ＶＳ端子Ｔｖｓの電圧であるＶＳ電圧Ｖｓを検出する。 [2.2.2. Terminal voltage detector 11]
The terminal voltage detection unit 11 includes a current source 42 and a voltage follower 41. The current source 40 supplies a constant current Icp to the detection cell 5. The voltage follower 41 detects a VS voltage Vs that is a voltage of the VS terminal Tvs.

電流源４０からの定電流Ｉｃｐが図３に示すガスセンサ素子２の電極８８から電極８６に流れることによって、一定濃度の酸素が電極８８に蓄積される。これにより、電極８６、８８間の酸素濃度に応じた起電力が電極８６、８８間に発生し、端子Ｔ２、Ｔ３間の電圧として現れる。   A constant current Icp from the current source 40 flows from the electrode 88 to the electrode 86 of the gas sensor element 2 shown in FIG. As a result, an electromotive force according to the oxygen concentration between the electrodes 86 and 88 is generated between the electrodes 86 and 88 and appears as a voltage between the terminals T2 and T3.

［２．２．３．フィードバック制御部１２］
フィードバック制御部１２は、端子電圧検出部１１によって検出されるＶＳ電圧Ｖｓに応じた制御電圧を生成し、かかる制御電圧Ｖｃｎｔを電流供給部１３へ出力する。 [2.2.3. Feedback Control Unit 12]
The feedback control unit 12 generates a control voltage corresponding to the VS voltage Vs detected by the terminal voltage detection unit 11 and outputs the control voltage Vcnt to the current supply unit 13.

フィードバック制御部１２は、例えばＰＩ（比例積分）制御またはＰＩＤ（比例積分微分）制御によって、ＶＳ電圧Ｖｓと予め定められた基準電圧値Ｖｒｅｆ（例えば、０．４５［Ｖ］）との差に応じた方向および大きさの電流Ｉｐが電流供給部１３からガスセンサ素子２の端子Ｔ１へ供給されるように、電流供給部１３へ制御電圧Ｖｃｎｔを出力する。   The feedback control unit 12 responds to the difference between the VS voltage Vs and a predetermined reference voltage value Vref (for example, 0.45 [V]) by PI (proportional integral) control or PID (proportional integral derivative) control, for example. The control voltage Vcnt is output to the current supply unit 13 so that the current Ip having the same direction and magnitude is supplied from the current supply unit 13 to the terminal T1 of the gas sensor element 2.

［２．２．４．電流供給部１３］
電流供給部１３は、抵抗Ｒ３〜Ｒ７と、オペアンプＯＰ２とを備え、フィードバック制御部１２から出力される制御電圧Ｖｃｎｔと基準電圧Ｖｂとの差に応じた方向および大きさの電流ＩｐをＩＰ端子Ｔｉｐからガスセンサ素子２のポンプセル４へ供給する。なお、電流供給部１３は図２に示す回路に限定されるものではなく、フィードバック制御部１２の制御に応じた電流Ｉｐを端子Ｔ１へ供給することができる構成であればよい。 [2.2.4. Current supply unit 13]
The current supply unit 13 includes resistors R3 to R7 and an operational amplifier OP2. The current supply unit 13 supplies a current Ip having a direction and magnitude according to a difference between the control voltage Vcnt output from the feedback control unit 12 and the reference voltage Vb to the IP terminal Tip. To the pump cell 4 of the gas sensor element 2. The current supply unit 13 is not limited to the circuit shown in FIG. 2, and may be any configuration that can supply the current Ip according to the control of the feedback control unit 12 to the terminal T1.

［２．２．５．電流検出部１４］
電流検出部１４は、電圧制御部１０の抵抗Ｒ２の両端電圧Ｖｒ２を検出し、抵抗Ｒ２（例えば、Ｒ２＝２００Ω）の両端電圧Ｖｒ２からポンプセル４に流れる電流Ｉｐ（＝Ｖｒ２／Ｒ３）を検出する。空燃比演算部１５は、ＩＰ電流Ｉｐに基づいて空燃比（Ａ／Ｆ値）を演算する。 [2.2.5. Current detection unit 14]
The current detector 14 detects the voltage Vr2 across the resistor R2 of the voltage controller 10, and detects the current Ip (= Vr2 / R3) flowing through the pump cell 4 from the voltage Vr2 across the resistor R2 (for example, R2 = 200Ω). . The air-fuel ratio calculation unit 15 calculates an air-fuel ratio (A / F value) based on the IP current Ip.

なお、電流検出部１４は、ＩＰ電流Ｉｐを検出する構成であればよく、図２に示す構成に限定されない。例えば、電流検出部１４は、オペアンプＯＰ１の出力と一定電圧Ｖａとの差から両端電圧Ｖｒ２を検出し、ＩＰ電流Ｉｐを検出する構成であってもよい。また、図２に示していないが、制御装置３には定電流Ｉｃｐを流すための定電流源がＶＳ端子ＴｖｓとＣＯＭ端子Ｔｃｏｍとにそれぞれ設けられており、定電流Ｉｃｐは電流検出部１４によって検出されるＩＰ電流Ｉｐには含まれない。   The current detection unit 14 may be configured to detect the IP current Ip, and is not limited to the configuration illustrated in FIG. For example, the current detection unit 14 may be configured to detect the both-ends voltage Vr2 from the difference between the output of the operational amplifier OP1 and the constant voltage Va to detect the IP current Ip. Although not shown in FIG. 2, the control device 3 is provided with constant current sources for flowing the constant current Icp at the VS terminal Tvs and the COM terminal Tcom, respectively. The constant current Icp is supplied by the current detection unit 14. It is not included in the detected IP current Ip.

［２．２．６．空燃比演算部１５］
空燃比演算部１５は、電流検出部１４によって検出されたＩＰ電流Ｉｐに基づいて空燃比（Ａ／Ｆ値）を演算する。 [2.2.6. Air-fuel ratio calculation unit 15]
The air-fuel ratio calculation unit 15 calculates an air-fuel ratio (A / F value) based on the IP current Ip detected by the current detection unit 14.

［２．２．７．測定用電流供給部１６］
測定用電流供給部１６は、検出セル５のインピーダンスＺｓの状態を測定するための定電流である測定用電流Ｉｍを電流源４２からＣＯＭ端子ＴｃｏｍとＶＳ端子Ｔｖｓとの間に供給する。これにより、検出セル５に測定用電流Ｉｍが供給される。かかる測定用電流供給部１６は、電流源４２とスイッチ４３とを備える。 [2.2.7. Current supply unit for measurement 16]
Measuring current supply section 16 supplies between the constant current at a COM terminal Tcom the measurement current I m from the current source 42 and the VS terminal Tvs for measuring the state of the impedance Zs of the detection cell 5. As a result, the measurement current Im is supplied to the detection cell 5. The measurement current supply unit 16 includes a current source 42 and a switch 43.

電流源４２とスイッチ４３は、ＶＳ端子ＴｖｓとグランドＧＮＤとの間に直列に接続されて配置される。スイッチ４３は、断続的にオン（例えば、所定期間ＴＡ毎に所定期間ＴＢの間だけオン）になり、測定用電流Ｉｍが電流源４２から検出セル５へ断続的に供給される。 The current source 42 and the switch 43 are arranged and connected in series between the VS terminal Tvs and the ground GND. The switch 43 is intermittently turned on (for example, turned on for a predetermined period TB every predetermined period TA), and the measurement current Im is intermittently supplied from the current source 42 to the detection cell 5.

なお、測定用電流供給部１６は、図２に示す構成に限定されない。図４は、測定用電流供給部１６の他の構成例を示す図である。図４に示す測定用電流供給部１６は、スイッチ４３と、電圧源４４と、コンデンサ４５とを備える。   The measurement current supply unit 16 is not limited to the configuration shown in FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating another configuration example of the measurement current supply unit 16. The measurement current supply unit 16 illustrated in FIG. 4 includes a switch 43, a voltage source 44, and a capacitor 45.

スイッチ４３、電圧源４４およびコンデンサ４５は、ＶＳ端子ＴｖｓとグランドＧＮＤとの間に直列に接続されて配置される。スイッチ４３は、断続的にオンになり、測定用電流Ｉｍが電圧源４４およびコンデンサ４５から検出セル５へ断続的に供給される。 The switch 43, the voltage source 44, and the capacitor 45 are arranged connected in series between the VS terminal Tvs and the ground GND. The switch 43 is intermittently turned on, and the measurement current Im is intermittently supplied from the voltage source 44 and the capacitor 45 to the detection cell 5.

［２．２．８．ヒータ制御部１７］
ヒータ制御部１７は、ガスセンサ素子２に設けられたヒータ６のヒータ配線に接続され、バッテリーＢＡＴからヒータ６へ供給する電力量を制御する。これによりヒータ６の温度が制御される。 [2.2.8. Heater control unit 17]
The heater control unit 17 is connected to the heater wiring of the heater 6 provided in the gas sensor element 2 and controls the amount of power supplied from the battery BAT to the heater 6. Thereby, the temperature of the heater 6 is controlled.

かかるヒータ制御部１７は、駆動部４６と、スイッチング素子４７とを備える。駆動部４６は、ヒータ６へ供給する電力量に応じたデューティ比Ｄの駆動信号を生成し、スイッチング素子４７へ出力する。これにより、駆動信号に基づきデューティ比Ｄでスイッチング素子４７がオン／オフされてヒータ６にバッテリーＢＡＴからデューティ比Ｄに応じた電力が供給される。   The heater control unit 17 includes a drive unit 46 and a switching element 47. The drive unit 46 generates a drive signal having a duty ratio D corresponding to the amount of power supplied to the heater 6 and outputs the drive signal to the switching element 47. As a result, the switching element 47 is turned on / off at the duty ratio D based on the drive signal, and power corresponding to the duty ratio D is supplied from the battery BAT to the heater 6.

［２．２．９．モード制御部１８］
モード制御部１８は、端子電圧検出部１１によって検出されるＶＳ電圧Ｖｓに基づいて、ガスセンサ素子２の活性状態を判定する。 [2.2.9. Mode control unit 18]
The mode control unit 18 determines the active state of the gas sensor element 2 based on the VS voltage Vs detected by the terminal voltage detection unit 11.

ガスセンサ素子２の活性状態には、ガスセンサ素子２が活性化していない状態（以下、非活性状態と記載する）とガスセンサ素子２が活性化している状態（以下、活性状態と記載する）とがある。後述するセンサ非活性領域は、ガスセンサ素子２が活性化していない期間であり、センサ活性領域は、ガスセンサ素子２が活性化している期間である。   The active state of the gas sensor element 2 includes a state where the gas sensor element 2 is not activated (hereinafter referred to as an inactive state) and a state where the gas sensor element 2 is activated (hereinafter referred to as an active state). . A sensor inactive region described later is a period in which the gas sensor element 2 is not activated, and a sensor active region is a period in which the gas sensor element 2 is activated.

モード制御部１８は、判定したガスセンサ素子２の活性化状態に基づいて、制御モードを設定する。制御モードには、第１モードと、第２モードとが含まれる。第１モードは、ガスセンサ素子２が非活性状態である場合の動作モードであり、ガスセンサ素子２を活性化させる動作モードである。第２モードは、ガスセンサ素子２が活性状態である場合の動作モードであり、Ａ／Ｆ値を検出する動作モードである。以下、制御装置３がガスセンサ素子２に対する制御を開始してからのＣＯＭ電圧Ｖｃｏｍ、ＶＳ電圧ＶｓおよびＩＰ電流Ｉｐの状態変化について説明する。   The mode control unit 18 sets a control mode based on the determined activation state of the gas sensor element 2. The control mode includes a first mode and a second mode. The first mode is an operation mode when the gas sensor element 2 is in an inactive state, and is an operation mode in which the gas sensor element 2 is activated. The second mode is an operation mode when the gas sensor element 2 is in an active state, and is an operation mode for detecting an A / F value. Hereinafter, changes in the state of the COM voltage Vcom, the VS voltage Vs, and the IP current Ip after the control device 3 starts controlling the gas sensor element 2 will be described.

図５は、空燃比センサ１が正常時における、ＣＯＭ電圧Ｖｃｏｍ、ＶＳ電圧ＶｓおよびＩＰ電流Ｉｐの状態変化を示す図である。なお、以下においては、Ｖａ＝３．３［Ｖ］、Ｖｒｅｆ＝０．４５であるものとして説明するが、ＶａおよびＶｒｅｆはかかる電圧値に限定されるものではない。   FIG. 5 is a diagram showing state changes of the COM voltage Vcom, the VS voltage Vs, and the IP current Ip when the air-fuel ratio sensor 1 is normal. In the following description, it is assumed that Va = 3.3 [V] and Vref = 0.45. However, Va and Vref are not limited to such voltage values.

図５に示すように、制御装置３がガスセンサ素子２に対する制御を開始した場合（時刻ｔ０）、制御装置３は、第１モードを開始する。第１モードにおいて、電圧制御部１０は、ＣＯＭ電圧Ｖｃｏｍが一定電圧Ｖａ（＝３．３［Ｖ］）になるように電圧を出力する。   As shown in FIG. 5, when the control device 3 starts control of the gas sensor element 2 (time t0), the control device 3 starts the first mode. In the first mode, the voltage control unit 10 outputs a voltage so that the COM voltage Vcom becomes a constant voltage Va (= 3.3 [V]).

また、モード制御部１８は、ヒータ制御部１７を制御し、バッテリーＢＡＴからヒータ６へ電力を供給させてガスセンサ素子２を加熱すると共に、ガスセンサ素子２の活性化判定を行う。かかる活性化判定は、ヒータ６の加熱によってガスセンサ素子２が活性状態になったか否かの判定である。   The mode control unit 18 controls the heater control unit 17 to supply power from the battery BAT to the heater 6 to heat the gas sensor element 2 and to determine whether the gas sensor element 2 is activated. Such activation determination is a determination as to whether or not the gas sensor element 2 has been activated by the heating of the heater 6.

ガスセンサ素子２の温度Ｔｓが高いほど検出セル５のインピーダンスＺｓが小さくなることから、モード制御部１８は、インピーダンスＺｓが閾値Ｚｔｈ１以下である場合に、ガスセンサ素子２が活性化されている状態であると判定する。なお、閾値Ｚｔｈ１は、ガスセンサ素子２が活性状態になる温度である活性温度Ｔｔｈ１以上である場合の検出セル５のインピーダンスＺｓである。   Since the impedance Zs of the detection cell 5 decreases as the temperature Ts of the gas sensor element 2 increases, the mode control unit 18 is in a state where the gas sensor element 2 is activated when the impedance Zs is equal to or less than the threshold value Zth1. Is determined. The threshold value Zth1 is the impedance Zs of the detection cell 5 when the gas sensor element 2 is at or above the activation temperature Tth1, which is the temperature at which the gas sensor element 2 is activated.

活性化判定処理において、モード制御部１８は、測定用電流供給部１６のスイッチ４３を断続的にオンにして測定用電流供給部１６から測定用電流Ｉｍを検出セル５に供給させる。モード制御部１８は、測定用電流Ｉｍによって生じる電圧変化量ΔＶｓから検出セル５のインピーダンスＺｓ（＝ΔＶｓ／Ｉｍ）を求める。 In the activation judgment process, the mode control unit 18, to supply the current for measurement I m in the detection cell 5 the switch 43 of the measuring current supply portion 16 from the intermittently measuring current supply section 16 is turned on. Mode control unit 18 obtains the impedance of the detection cell 5 from voltage change amount .DELTA.Vs caused by the measuring current I m Zs (= ΔVs / I m).

モード制御部１８は、インピーダンスＺｓが閾値Ｚｔｈ１以下になった場合（図５に示す時刻ｔ１）に、ガスセンサ素子２が活性したと判定し、動作モードを第２モードへ移行する。フィードバック制御部１２は、第２モードへ移行すると、フィードバック制御を開始し、ＶＳ電圧Ｖｓに応じた制御電圧Ｖｃｎｔを電流供給部１３へ出力する。   When the impedance Zs becomes equal to or less than the threshold value Zth1 (time t1 shown in FIG. 5), the mode control unit 18 determines that the gas sensor element 2 is activated and shifts the operation mode to the second mode. When the feedback control unit 12 shifts to the second mode, the feedback control unit 12 starts feedback control and outputs a control voltage Vcnt corresponding to the VS voltage Vs to the current supply unit 13.

これにより、Ｖｓ＝ＶｒｅｆとなるようにＩＰ電流Ｉｐが電流供給部１３からポンプセル４へ供給され、空燃比演算部１５において、ＩＰ電流Ｉｐに応じた空燃比（Ａ／Ｆ値）の演算が実行される。このように、制御装置３は、第１モードにおいてガスセンサ素子２を活性化させた後、第２モードにおいて、空燃比（Ａ／Ｆ値）の演算を繰り返し行うことができる。   As a result, the IP current Ip is supplied from the current supply unit 13 to the pump cell 4 so that Vs = Vref, and the air-fuel ratio calculation unit 15 calculates the air-fuel ratio (A / F value) according to the IP current Ip. Is done. Thus, after activating the gas sensor element 2 in the first mode, the control device 3 can repeatedly calculate the air-fuel ratio (A / F value) in the second mode.

なお、第２モードにおいて、ヒータ制御部１７は、ガスセンサ素子２の活性状態を維持することができるようにデューティ比Ｄを調整してヒータ６に電力を供給する。例えば、ヒータ制御部１７は、モード制御部１８によって演算されるインピーダンスＺｓが閾値Ｚｔｈ２（＜Ｚｔｈ１）となるように、例えば、ＰＩ制御やＰＩＤ制御によって、デューティ比Ｄを調整する。これにより、ガスセンサ素子２の活性状態を維持することができる。なお、モード制御部１８は、第２モードにおいても活性化判定処理を継続して行う。   In the second mode, the heater control unit 17 adjusts the duty ratio D so as to maintain the activated state of the gas sensor element 2 and supplies power to the heater 6. For example, the heater control unit 17 adjusts the duty ratio D by, for example, PI control or PID control so that the impedance Zs calculated by the mode control unit 18 becomes the threshold value Zth2 (<Zth1). Thereby, the active state of the gas sensor element 2 can be maintained. Note that the mode control unit 18 continues the activation determination process even in the second mode.

［２．２．１０．異常検出部１９］
図２に示す異常検出部１９は、端子間電圧ＶｃｖおよびＶＳ電圧Ｖｓの変化量ΔＶｓに基づき、ＣＯＭ−ＶＳがショート状態であるか否かを検出する。かかる異常検出部１９は、端子間電圧検出部５１と、端子電圧検出部５２と、異常判定部５３とを備える。 [2.2.10. Abnormality detection unit 19]
The abnormality detection unit 19 illustrated in FIG. 2 detects whether COM-VS is in a short-circuit state based on the change amount ΔVs between the terminal voltage Vcv and the VS voltage Vs. The abnormality detection unit 19 includes an inter-terminal voltage detection unit 51, a terminal voltage detection unit 52, and an abnormality determination unit 53.

端子間電圧検出部５１は、ＣＯＭ端子ＴｃｏｍとＶＳ端子Ｔｖｓとの間の電圧である端子間電圧Ｖｃｖを検出する。なお、端子間電圧検出部５１は、ＣＯＭ端子ＴｃｏｍとＶＳ端子Ｔｖｓとの間の電圧差を直接検出する構成であってもよく、また、ＣＯＭ電圧ＶｃｏｍとＶＳ電圧Ｖｓとをそれぞれ検出し、ＣＯＭ電圧ＶｃｏｍとＶＳ電圧Ｖｓとの差を端子間電圧Ｖｃｖとして検出する構成であってもよい。   The inter-terminal voltage detection unit 51 detects an inter-terminal voltage Vcv that is a voltage between the COM terminal Tcom and the VS terminal Tvs. The inter-terminal voltage detector 51 may be configured to directly detect the voltage difference between the COM terminal Tcom and the VS terminal Tvs, and detects the COM voltage Vcom and the VS voltage Vs, respectively. The difference between the voltage Vcom and the VS voltage Vs may be detected as the inter-terminal voltage Vcv.

端子電圧検出部５２は、ＶＳ電圧Ｖｓを検出する。端子電圧検出部５２は、例えば、端子電圧検出部１１と同様の構成にすることができる。なお、端子電圧検出部５２を設けずに、端子電圧検出部１１を端子電圧検出部５２として用いることができる。これにより、端子電圧検出部を共用化してコスト等を低減することができる。   The terminal voltage detector 52 detects the VS voltage Vs. The terminal voltage detection unit 52 can have the same configuration as the terminal voltage detection unit 11, for example. Note that the terminal voltage detection unit 11 can be used as the terminal voltage detection unit 52 without providing the terminal voltage detection unit 52. Thereby, a terminal voltage detection part can be shared and cost etc. can be reduced.

異常判定部５３は、端子間電圧検出部５１によって検出された端子間電圧Ｖｃｖと、端子電圧検出部５２によって検出されたＶＳ電圧Ｖｓに基づいて、ＣＯＭ−ＶＳ間がショート状態であるか否かを検出する。   The abnormality determination unit 53 determines whether or not the COM-VS is in a short state based on the inter-terminal voltage Vcv detected by the inter-terminal voltage detection unit 51 and the VS voltage Vs detected by the terminal voltage detection unit 52. Is detected.

図６は、異常判定部５３の構成例を示す図である。図６に示すように、異常判定部５３は、第１状態判定部６１と、第２状態判定部６２と、仮判定部６３と、エラーカウンタ６４と、異常確定判定部６５とを備える。   FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the abnormality determination unit 53. As shown in FIG. 6, the abnormality determination unit 53 includes a first state determination unit 61, a second state determination unit 62, a temporary determination unit 63, an error counter 64, and an abnormality confirmation determination unit 65.

第１状態判定部６１は、端子間電圧Ｖｃｖと閾値Ｖｔｈ１とを比較し、端子間電圧Ｖｃｖが閾値Ｖｔｈ１以下であるか否かを判定する。第２状態判定部６２は、電圧変化量ΔＶｓと閾値Ｖｔｈ２とを比較し、電圧変化量ΔＶｓが閾値Ｖｔｈ２以下であるか否かを判定する。   The first state determination unit 61 compares the inter-terminal voltage Vcv and the threshold value Vth1, and determines whether or not the inter-terminal voltage Vcv is equal to or lower than the threshold value Vth1. The second state determination unit 62 compares the voltage change amount ΔVs with the threshold value Vth2, and determines whether or not the voltage change amount ΔVs is equal to or less than the threshold value Vth2.

仮判定部６３は、第１状態判定部６１によって端子間電圧Ｖｃｖが閾値Ｖｔｈ１以下であると判定され、かつ、第２状態判定部６２によって電圧変化量ΔＶｓが閾値Ｖｔｈ２以下であると判定された場合、エラーカウンタ６４のカウンタ値Ｃｄをインクリメントする。異常確定判定部６５は、エラーカウンタ６４のカウンタ値Ｃｄが閾値Ｃｔｈ以上である場合に、ＣＯＭ−ＶＳ間がショートしていると判定する。   The provisional determination unit 63 determines that the inter-terminal voltage Vcv is less than or equal to the threshold value Vth1 by the first state determination unit 61, and determines that the voltage change amount ΔVs is less than or equal to the threshold value Vth2 by the second state determination unit 62. In this case, the counter value Cd of the error counter 64 is incremented. When the counter value Cd of the error counter 64 is equal to or greater than the threshold value Cth, the abnormality confirmation determination unit 65 determines that the COM-VS is short-circuited.

なお、異常検出部１９の構成は、図６に示す構成例に限定されない。例えば、異常判定部５３は、フラグを用いて異常判定処理を行う構成であってもよい。例えば、異常判定部５３は、端子間電圧Ｖｃｖが閾値Ｖｔｈ１以下である場合に、第１検出フラグをオンにし、電圧変化量ΔＶｓが閾値Ｖｔｈ２以下である場合に、第２検出フラグをオンにする。異常判定部５３は、第１検出フラグと第２検出フラグとがオンである場合に、仮判定フラグをオンにし、仮判定フラグが所定回数以上継続してオンである場合に異常確定フラグをオンにする。   The configuration of the abnormality detection unit 19 is not limited to the configuration example illustrated in FIG. For example, the abnormality determination unit 53 may be configured to perform an abnormality determination process using a flag. For example, the abnormality determination unit 53 turns on the first detection flag when the inter-terminal voltage Vcv is less than or equal to the threshold Vth1, and turns on the second detection flag when the voltage change amount ΔVs is less than or equal to the threshold Vth2. . The abnormality determination unit 53 turns on the temporary determination flag when the first detection flag and the second detection flag are on, and turns on the abnormality determination flag when the temporary determination flag is on for a predetermined number of times. To.

図７は、検出セル５の両端がショートしていない場合（以下、正常時と記載する）と検出セル５の両端がショートしている場合（以下、ＣＯＭ−ＶＳ間ショート時と記載する）とにおける、測定用電流ＩｍとＶＳ電圧ＶｓとＣＯＭ電圧Ｖｃｏｍとの状態変化を示す図である。   FIG. 7 shows a case where both ends of the detection cell 5 are not short-circuited (hereinafter referred to as normal) and a case where both ends of the detection cell 5 are short-circuited (hereinafter referred to as COM-VS short-circuit). It is a figure which shows the state change of the measurement current Im, VS voltage Vs, and COM voltage Vcom in FIG.

図７に示すように、測定用電流供給部１６は、検出セル５に所定期間ＴＡ毎に所定期間ＴＢだけ測定用電流Ｉｍを供給している。ＣＯＭ−ＶＳ間ショート時では正常時に比べて、ＣＯＭ−ＶＳ間のインピーダンスは低くなることから、端子間電圧Ｖｃｖと測定用電流ＩｍによるＶＳ電圧Ｖｓの変化量ΔＶｓとは、正常時に比べＣＯＭ−ＶＳ間ショート時が小さくなる。   As shown in FIG. 7, the measurement current supply unit 16 supplies the measurement current Im to the detection cell 5 for a predetermined period TB every predetermined period TA. Since the impedance between COM and VS is lower in the short circuit between COM and VS than in the normal state, the inter-terminal voltage Vcv and the change amount ΔVs of the VS voltage Vs due to the measurement current Im are different from those in the normal state. The short-circuit time becomes shorter.

異常判定部５３は、上述するように、端子間電圧Ｖｃｖが閾値Ｖｔｈ１以下であり、かつ、電圧変化量ΔＶｓが閾値Ｖｔｈ２以下である場合に、ＣＯＭ−ＶＳ間がショートしていると判定する。これにより、ＩＰ−ＣＯＭ間がショートしている場合であっても、検出セル５の両端のショート状態を精度よく検出することができる。   As described above, the abnormality determination unit 53 determines that the COM-VS is short-circuited when the inter-terminal voltage Vcv is equal to or less than the threshold value Vth1 and the voltage change amount ΔVs is equal to or less than the threshold value Vth2. Thereby, even if it is a case where IP-COM is short-circuited, the short state of the both ends of the detection cell 5 can be detected accurately.

ところで、モード移行直後は、不安定な状態であり、第２モードへ移行した時刻ｔ１からＣＯＭ−ＶＳ間のショート状態を検出すると、誤検出の可能性がある。そこで、異常判定部５３は、第１モードから第２モードへ移行した時刻ｔ１（図５参照）から所定期間Ｔ０（図５参照）が経過後（図５の時刻ｔ２）に、ＣＯＭ−ＶＳ間のショート状態の判定処理を開始する。これにより、検出セル５の両端のショート状態をより精度よく検出することが可能になる。   By the way, it is an unstable state immediately after the mode transition, and there is a possibility of erroneous detection if a short state between COM and VS is detected from the time t1 when the mode is shifted to the second mode. Therefore, the abnormality determination unit 53 performs a COM-VS interval after a predetermined period T0 (see FIG. 5) has elapsed (time t2 in FIG. 5) from the time t1 (see FIG. 5) at which the first mode is shifted to the second mode. The short-state determination process is started. Thereby, it becomes possible to detect the short-circuit state at both ends of the detection cell 5 with higher accuracy.

また、異常判定部５３は、所定条件を満たす期間に端子間電圧検出部５１によって検出された端子間電圧Ｖｃｖに基づいて、検出セル５の端子間のショート状態を判定する。図８は、異常判定部５３で用いる端子間電圧Ｖｃｖの検出タイミングの説明図である。   Moreover, the abnormality determination part 53 determines the short state between the terminals of the detection cell 5 based on the inter-terminal voltage Vcv detected by the inter-terminal voltage detection part 51 during a period that satisfies the predetermined condition. FIG. 8 is an explanatory diagram of the detection timing of the inter-terminal voltage Vcv used in the abnormality determination unit 53.

図８に示すように、測定用電流Ｉｍが供給されなくなる時刻ｔ１０から所定期間Ｔ１１経過後であって測定用電流Ｉｍが供給される時刻ｔ１１の前の期間Ｔ１３において端子間電圧検出部５１によって検出された端子間電圧Ｖｃｖが異常判定部５３によるＣＯＭ−ＶＳ間のショート状態の判定に用いられる。   As shown in FIG. 8, detection is performed by the inter-terminal voltage detection unit 51 in a period T13 after the elapse of a predetermined period T11 from the time t10 when the measurement current Im is not supplied and before the time t11 when the measurement current Im is supplied. The terminal-to-terminal voltage Vcv is used for the determination of the short state between COM and VS by the abnormality determination unit 53.

期間Ｔ１３は、端子間電圧Ｖｃｖが安定している状態であり、測定用電流Ｉｍに起因する端子間電圧Ｖｃｖの誤差が少ないことから、検出セル５の両端のショート状態をより精度よく検出することが可能になる。なお、図８において、期間Ｔ１０は、測定用電流が供給されている期間であり、期間Ｔ１２は、期間Ｔ１０と期間Ｔ１１とを含む期間である。   The period T13 is a state in which the inter-terminal voltage Vcv is stable, and the error of the inter-terminal voltage Vcv caused by the measurement current Im is small, so that the short state at both ends of the detection cell 5 can be detected more accurately. Is possible. Note that in FIG. 8, a period T10 is a period during which a measurement current is supplied, and a period T12 is a period including a period T10 and a period T11.

ところで、モード制御部１８は、第１モードから第２モードへ移行してから、ＣＯＭ−ＶＳ間のショートが発生した場合に、ガスセンサ素子２が非活性状態になることを防止して、ＣＯＭ−ＩＰ間のショートを精度よく判定することができるようにしている。この点について、図９および図１０を参照して説明する。   By the way, the mode control unit 18 prevents the gas sensor element 2 from becoming inactive when a short circuit between COM and VS occurs after shifting from the first mode to the second mode. A short circuit between IPs can be accurately determined. This point will be described with reference to FIG. 9 and FIG.

図９は、第１モードから第２モードへ移行してから、ＣＯＭ−ＶＳ間のショートが発生した場合の動作説明図である。図９に示すように、正常な状態から時刻ｔ２０においてＣＯＭ−ＶＳ間のショートが発生した場合、次の処理タイミングである時刻ｔ２２で、インピーダンスＺｓが急に低下し、インピーダンスＺｓが閾値Ｚｔｈ１以下になる。   FIG. 9 is an operation explanatory diagram when a short circuit between COM and VS occurs after the transition from the first mode to the second mode. As shown in FIG. 9, when a short circuit between COM and VS occurs at a time t20 from a normal state, the impedance Zs rapidly decreases at a time t22 that is the next processing timing, and the impedance Zs becomes equal to or less than the threshold value Zth1. Become.

このようにインピーダンスＺｓが閾値Ｚｔｈ１以下になった場合、異常検出部１９は、ヒータ制御部１７を制御し、デューティ比Ｄの調整を制限する。これにより、ヒータ６へ供給する電力量の調整を制限される。図９に示す例では、デューティ比ＤをＣＯＭ−ＩＰ間がショートする直前のデューティ比Ｄに所定期間ＴＣだけ固定される。かかる所定期間ＴＣは、ＣＯＭ−ＶＳ間ショート異常を検出に必要な期間ＴＤよりも長い期間に設定される。   As described above, when the impedance Zs becomes equal to or less than the threshold value Zth1, the abnormality detection unit 19 controls the heater control unit 17 to limit the adjustment of the duty ratio D. Thereby, adjustment of the electric energy supplied to the heater 6 is restricted. In the example shown in FIG. 9, the duty ratio D is fixed to the duty ratio D immediately before the short circuit between COM and IP for a predetermined period TC. The predetermined period TC is set to a period longer than the period TD necessary for detecting the COM-VS short-circuit abnormality.

また、異常検出部１９は、インピーダンスＺｓが閾値Ｚｔｈ１以下になった場合、ヒータ制御部１７を制御し、所定期間ＴＣだけデューティ比Ｄが所定値Ｄｔｈ未満になることを禁止することもできる。これにより、ヒータ６へ電力を継続して供給することができる。なお、所定値Ｄｔｈは、ガスセンサ素子２の温度Ｔｓが閾値Ｔｔｈ２から所定期間ＴＣ内に活性温度Ｔｔｈ１以下にならないように設定される。また、所定値Ｄｔｈをゼロにしてヒータ６へ供給する電力量がゼロになることを防止するようにしてもよい。   In addition, when the impedance Zs becomes equal to or less than the threshold value Zth1, the abnormality detection unit 19 can also control the heater control unit 17 to prohibit the duty ratio D from being less than the predetermined value Dth for a predetermined period TC. Thereby, electric power can be continuously supplied to the heater 6. The predetermined value Dth is set so that the temperature Ts of the gas sensor element 2 does not become equal to or lower than the activation temperature Tth1 within the predetermined period TC from the threshold value Tth2. Alternatively, the predetermined value Dth may be set to zero to prevent the amount of power supplied to the heater 6 from becoming zero.

このように、異常検出部１９は、インピーダンスＺｓが閾値Ｚｔｈ１以下になった場合にデューティ比Ｄの調整を制限することから、ガスセンサ素子２が非活性状態になることを防止することができる。図１０は、インピーダンスＺｓが閾値Ｚｔｈ１以下になった場合、異常検出部１９がデューティ比Ｄの調整を制限しない場合の動作説明図である。   As described above, the abnormality detection unit 19 restricts the adjustment of the duty ratio D when the impedance Zs becomes equal to or less than the threshold value Zth1, so that the gas sensor element 2 can be prevented from being deactivated. FIG. 10 is an operation explanatory diagram when the abnormality detection unit 19 does not limit the adjustment of the duty ratio D when the impedance Zs becomes equal to or less than the threshold value Zth1.

インピーダンスＺｓが閾値Ｚｔｈ１以下になっても異常検出部１９がデューティ比Ｄの調整を制限しない場合、図１０に示すように、ヒータ制御部１７によってデューティ比Ｄがゼロになってヒータ６へ供給する電力量がゼロになる。   If the abnormality detection unit 19 does not limit the adjustment of the duty ratio D even when the impedance Zs becomes equal to or less than the threshold value Zth1, the heater control unit 17 sets the duty ratio D to zero and supplies it to the heater 6 as shown in FIG. The amount of power becomes zero.

そのため、ガスセンサ素子２の温度Ｔｓが低下し、図１０に示す例では、時刻ｔ２５において、ガスセンサ素子２の温度Ｔｓが活性温度Ｔｔｈ１以下になり、ガスセンサ素子２が不活性状態になる。そのため、異常検出部１９によってＣＯＭ−ＶＳ間のショート状態を検出することができない。   Therefore, the temperature Ts of the gas sensor element 2 decreases, and in the example shown in FIG. 10, at the time t25, the temperature Ts of the gas sensor element 2 becomes equal to or lower than the activation temperature Tth1, and the gas sensor element 2 enters an inactive state. Therefore, the abnormality detection unit 19 cannot detect the short state between COM and VS.

一方、異常検出部１９は、上述したように、インピーダンスＺｓが閾値Ｚｔｈ１以下になった場合にデューティ比Ｄの調整を制限することから、ＣＯＭ−ＶＳ間のショート状態を精度よく検出することが可能になる。   On the other hand, as described above, the abnormality detection unit 19 limits the adjustment of the duty ratio D when the impedance Zs becomes equal to or less than the threshold value Zth1, and thus can detect a short state between COM and VS with high accuracy. become.

なお、上述した例では、異常検出部１９は、演算されたインピーダンスＺｓに基づいてデューティ比Ｄの調整を制限するが、異常検出部１９は、端子間電圧Ｖｃｖが閾値Ｖｔｈ１以下、かつ、電圧変化量ΔＶｓが閾値Ｖｔｈ２以下である場合に、ヒータ制御部１７を制御し、デューティ比Ｄの調整を制限することもできる。   In the example described above, the abnormality detection unit 19 limits the adjustment of the duty ratio D based on the calculated impedance Zs. However, the abnormality detection unit 19 detects that the voltage Vcv between the terminals is equal to or lower than the threshold value Vth1 and the voltage change. When the amount ΔVs is equal to or less than the threshold value Vth2, the heater control unit 17 can be controlled to limit the adjustment of the duty ratio D.

また、上述した実施形態では、制御装置３内に異常判定部５３（異常判定装置の一例）を設ける例を説明したが、制御装置３の異常判定部５３は外部に設けることができる。   Moreover, although embodiment mentioned above demonstrated the example which provides the abnormality determination part 53 (an example of an abnormality determination apparatus) in the control apparatus 3, the abnormality determination part 53 of the control apparatus 3 can be provided outside.

［３．異常検出部１９の異常判定処理フロー］
次に、フローチャートを用いて、異常検出部１９の異常判定処理の流れの一例を説明する。図１１は、異常検出部１９が実行する主な処理手順を示すフローチャートであり、繰り返し実行される処理である。 [3. Abnormality determination processing flow of abnormality detection unit 19]
Next, an example of the flow of the abnormality determination process of the abnormality detection unit 19 will be described using a flowchart. FIG. 11 is a flowchart showing a main processing procedure executed by the abnormality detection unit 19, and is a process executed repeatedly.

図１１に示すように、異常検出部１９は、動作モードが第２モードであるか否かを判定し（ステップＳ１０）、動作モードが第２モードであると判定した場合（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、第２モードに移行して所定期間Ｔ０が経過したか否かを判定する（ステップＳ１１）。異常検出部１９は、第２モードに移行して所定期間Ｔ０が経過したと判定した場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、端子間電圧Ｖｃｖが閾値Ｖｔｈ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。   As shown in FIG. 11, the abnormality detection unit 19 determines whether or not the operation mode is the second mode (step S10), and determines that the operation mode is the second mode (step S10; Yes). Then, it is determined whether or not the predetermined period T0 has elapsed since the transition to the second mode (step S11). When the abnormality detection unit 19 determines that the predetermined period T0 has elapsed since the transition to the second mode (step S11; Yes), the abnormality detection unit 19 determines whether the inter-terminal voltage Vcv is equal to or less than the threshold value Vth1 (step S12). .

異常検出部１９は、端子間電圧Ｖｃｖが閾値Ｖｔｈ１以下であると判定した場合（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、電圧変化量ΔＶｓが閾値Ｖｔｈ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。異常検出部１９は、電圧変化量ΔＶｓが閾値Ｖｔｈ２以下である場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、カウンタ値Ｃｄがゼロ（初期値）であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。   If the abnormality detection unit 19 determines that the inter-terminal voltage Vcv is equal to or less than the threshold value Vth1 (step S12; Yes), the abnormality detection unit 19 determines whether the voltage change amount ΔVs is equal to or less than the threshold value Vth2 (step S13). When the voltage change amount ΔVs is equal to or less than the threshold value Vth2 (step S13; Yes), the abnormality detection unit 19 determines whether the counter value Cd is zero (initial value) (step S14).

異常検出部１９は、カウンタ値Ｃｄがゼロであると判定した場合（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、異常検出部１９を制御し、デューティ比Ｄの調整を所定期間ＴＣ制限する処理を開始する（ステップＳ１５）。なお、異常検出部１９は、ステップＳ１４、Ｓ１５の処理に代えて、インピーダンスＺｓが閾値Ｚｔｈ１以下になったタイミングで、デューティ比Ｄの調整を所定期間ＴＣ制限する処理を開始することもできる。   If the abnormality detection unit 19 determines that the counter value Cd is zero (step S14; Yes), the abnormality detection unit 19 controls the abnormality detection unit 19 and starts a process of limiting the adjustment of the duty ratio D for a predetermined period TC (step S15). ). Note that the abnormality detection unit 19 can also start the process of limiting the adjustment of the duty ratio D for a predetermined period TC at the timing when the impedance Zs becomes equal to or less than the threshold value Zth1, instead of the processes of steps S14 and S15.

ステップＳ１５の処理が終了した場合、または、カウンタ値Ｃｄがゼロではないと判定した場合（ステップＳ１４；Ｎｏ）、異常検出部１９は、カウンタ値Ｃｄをインクリメントする（ステップＳ１６）。異常検出部１９は、カウンタ値Ｃｄが閾値Ｃｔｈ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。   When the process of step S15 is completed, or when it is determined that the counter value Cd is not zero (step S14; No), the abnormality detection unit 19 increments the counter value Cd (step S16). The abnormality detection unit 19 determines whether or not the counter value Cd is greater than or equal to the threshold value Cth1 (step S17).

異常検出部１９は、カウンタ値Ｃｄが閾値Ｃｔｈ１以上であると判定した場合（ステップＳ１７；Ｙｅｓ）、ＣＯＭ−ＶＳ間がショートしていると判定する（ステップＳ１８）。ステップＳ１８の処理が終了した場合、第２モードでない場合（ステップＳ１０；Ｎｏ）、所定期間Ｔ０が経過している場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）、端子間電圧Ｖｃｖが閾値Ｖｔｈ１以下でない場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）、電圧変化量ΔＶｓが閾値Ｖｔｈ２以下でない場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、カウンタ値Ｃｄが閾値Ｃｔｈ１以上でない場合（ステップＳ１７；Ｎｏ）、図１１に示す処理を終了し、次の処理タイミングでステップＳ１０の処理から実行される。   If the abnormality detection unit 19 determines that the counter value Cd is greater than or equal to the threshold value Cth1 (step S17; Yes), it determines that the COM-VS is short-circuited (step S18). When the process of step S18 is completed, when it is not the second mode (step S10; No), when the predetermined period T0 has elapsed (step S11; No), when the inter-terminal voltage Vcv is not less than or equal to the threshold value Vth1 (step S12) No), when the voltage change amount ΔVs is not equal to or less than the threshold value Vth2 (step S13; No), or when the counter value Cd is not equal to or greater than the threshold value Cth1 (step S17; No), the processing illustrated in FIG. This is executed from the process of step S10.

上述したように、空燃比センサ１の異常判定部５３は、端子間電圧検出部５１と、端子電圧検出部５２と、異常判定部５３とを備える。端子間電圧検出部５１は、検出セル５の一端が接続されるＣＯＭ端子Ｔｃｏｍ（第１端子の一例）と検出セル５の他端が接続されるＶＳ端子Ｔｖｓ（第２端子の一例）との間の端子間電圧Ｖｃｖを検出する。検出セル５のインピーダンスＺｓの状態を測定するためにＣＯＭ端子ＴｃｏｍとＶＳ端子Ｔｖｓとの間に供給される測定用電流Ｉｍによって変化するＶＳ端子ＴｖｓのＶＳ電圧Ｖｓを検出する。端子電圧検出部５２は、検出セル５のインピーダンスＺｓの状態を測定するための測定用電流Ｉｍによって変化するＶＳ電圧Ｖｓ（第２端子の電圧の一例）を検出する。異常判定部５３は、端子間電圧検出部５１によって検出される端子間電圧Ｖｃｖと端子電圧検出部５２によって検出されるＶＳ電圧Ｖｓの測定用電流Ｉｍによる変化量ΔＶｓとに基づいて、ＣＯＭ−ＶＳ間のショート状態を判定する。   As described above, the abnormality determination unit 53 of the air-fuel ratio sensor 1 includes the inter-terminal voltage detection unit 51, the terminal voltage detection unit 52, and the abnormality determination unit 53. The inter-terminal voltage detection unit 51 includes a COM terminal Tcom (an example of a first terminal) to which one end of the detection cell 5 is connected and a VS terminal Tvs (an example of a second terminal) to which the other end of the detection cell 5 is connected. The voltage Vcv between the terminals is detected. In order to measure the state of the impedance Zs of the detection cell 5, the VS voltage Vs of the VS terminal Tvs that is changed by the measurement current Im supplied between the COM terminal Tcom and the VS terminal Tvs is detected. The terminal voltage detection unit 52 detects a VS voltage Vs (an example of a voltage at the second terminal) that changes according to the measurement current Im for measuring the state of the impedance Zs of the detection cell 5. The abnormality determination unit 53 performs COM-VS based on the inter-terminal voltage Vcv detected by the inter-terminal voltage detection unit 51 and the change amount ΔVs due to the measurement current Im of the VS voltage Vs detected by the terminal voltage detection unit 52. Determine the short state between.

これにより、例えば、ＩＰ−ＣＯＭ間がショートしている場合であっても、ＣＯＭ−ＶＳ間のショート状態の誤判定を回避することができ、ＣＯＭ−ＶＳ間のショート状態、すなわち、検出セル５の両端のショート状態を精度よく検出することができる。   Thereby, for example, even when the IP-COM is short-circuited, erroneous determination of the short-circuit state between COM-VS can be avoided, and the short-circuit state between COM-VS, that is, the detection cell 5 can be avoided. It is possible to accurately detect a short state at both ends of the.

異常判定部５３は、測定用電流Ｉｍが供給されていない状態で端子間電圧検出部５１によって検出された端子間電圧Ｖｃｖが閾値Ｖｔｈ１（所定値の一例）以下であり、かつ、端子電圧検出部５２によって検出されるＶＳ電圧Ｖｓの測定用電流Ｉｍによる変化量ΔＶｓが閾値Ｖｔｈ２（所定値の一例）以下である場合に、ＣＯＭ−ＶＳ間がショートしていると判定する。これにより、検出セル５の両端のショート状態を精度よく検出することができる。   The abnormality determination unit 53 is configured such that the inter-terminal voltage Vcv detected by the inter-terminal voltage detection unit 51 in a state where the measurement current Im is not supplied is equal to or lower than a threshold Vth1 (an example of a predetermined value), and the terminal voltage detection unit If the change amount ΔVs of the VS voltage Vs detected by 52 due to the measurement current Im is equal to or less than the threshold value Vth2 (an example of a predetermined value), it is determined that the COM-VS is short-circuited. Thereby, the short state of both ends of the detection cell 5 can be detected with high accuracy.

異常判定部５３は、測定用電流Ｉｍが供給されなくなってから所定期間Ｔ１１経過後であって測定用電流Ｉｍの供給前に端子間電圧検出部５１によって検出された端子間電圧Ｖｃｖに基づいて、ＣＯＭ−ＶＳ間のショート状態を判定する。これにより、測定用電流Ｉｍに起因する端子間電圧Ｖｃｖの誤差によってＣＯＭ−ＶＳショート異常を精度よく検出することができる。   The abnormality determination unit 53 is based on the inter-terminal voltage Vcv detected by the inter-terminal voltage detection unit 51 after the elapse of the predetermined period T11 after the measurement current Im is not supplied and before the supply of the measurement current Im. A short state between COM and VS is determined. Thereby, it is possible to accurately detect the COM-VS short-circuit abnormality by the error of the inter-terminal voltage Vcv caused by the measurement current Im.

また、異常判定部５３は、空燃比センサ１が空燃比を検出する第２モードへ移行してから所定期間Ｔ０経過後に、ＣＯＭ−ＶＳ間のショート状態の判定処理を開始する。これにより、モード移行直後の不安定な状態での異常検出を行うことによる誤判定を抑制することができる。   In addition, the abnormality determination unit 53 starts the determination process for the short state between COM and VS after a predetermined period T0 has elapsed since the air-fuel ratio sensor 1 has shifted to the second mode in which the air-fuel ratio is detected. Thereby, the erroneous determination by performing the abnormality detection in the unstable state immediately after the mode transition can be suppressed.

また、異常判定部５３は、ＣＯＭ−ＶＳ間のインピーダンスＺｓが閾値Ｚｔｈ１（所定値の一例）以下になってから所定期間ＴＣが経過するまで、ガスセンサ素子２を加熱するヒータ６へ供給する電力量の調整を制限する。これにより、第２モードにおいて正常状態から、検出セル５の両端のショートが発生した場合に、ガスセンサ素子２が非活性状態になることを防止でき、ＣＯＭ−ＩＰ間のショートを精度よく判定することができる。   In addition, the abnormality determination unit 53 supplies the amount of electric power supplied to the heater 6 that heats the gas sensor element 2 until the predetermined period TC elapses after the COM-VS impedance Zs becomes equal to or less than the threshold value Zth1 (an example of the predetermined value). Limit adjustments. Thereby, when a short circuit occurs at both ends of the detection cell 5 from the normal state in the second mode, it is possible to prevent the gas sensor element 2 from being inactivated, and accurately determine the short between COM-IP. Can do.

また、異常判定部５３は、インピーダンスＺｓが閾値Ｚｔｈ１以下になる前のヒータ６へ供給される電力量を所定期間ＴＣ維持することによって、電力量の調整の制限を行う。これにより、ＣＯＭ−ＩＰ間のショートが発生した場合に、ヒータ６の温度Ｔｓを略一定に維持することができる。   In addition, the abnormality determination unit 53 limits the adjustment of the electric energy by maintaining the electric energy supplied to the heater 6 before the impedance Zs becomes equal to or lower than the threshold value Zth1 for a predetermined period TC. Thereby, when the short circuit between COM-IP generate | occur | produces, the temperature Ts of the heater 6 can be maintained substantially constant.

また、異常判定部５３は、ヒータ６へ供給される電力量が所定値以下になることを禁止することによって、電力量の調整の制限を行う。これにより、ＣＯＭ−ＩＰ間のショートが発生した場合に、ヒータ６への電力供給が停止されることを抑制できる。   In addition, the abnormality determination unit 53 restricts the adjustment of the electric energy by prohibiting the electric energy supplied to the heater 6 from being a predetermined value or less. Thereby, when the short circuit between COM-IP generate | occur | produces, it can suppress that the electric power supply to the heater 6 is stopped.

また、所定期間ＴＣは、ＣＯＭ−ＶＳ間のショートの発生によってインピーダンスＺｓが閾値Ｚｔｈ１以下になってから異常判定部５３によってＣＯＭ−ＶＳ間がショートしていると判定されるまでの期間ＴＤよりも長い。これにより、ＣＯＭ−ＩＰ間のショートが発生した場合に、ＣＯＭ−ＩＰ間のショートを精度よく判定することができる。   Further, the predetermined period TC is longer than the period TD from when the impedance Zs becomes equal to or less than the threshold value Zth1 due to occurrence of a short between COM and VS until the abnormality determination unit 53 determines that the short between COM and VS is short. long. Thereby, when the short circuit between COM-IP generate | occur | produces, the short circuit between COM-IP can be determined accurately.

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。   Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Thus, the broader aspects of the present invention are not limited to the specific details and representative embodiments shown and described above. Accordingly, various modifications can be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and their equivalents.

１ 空燃比センサ
２ ガスセンサ素子
３ 制御装置
４ ポンプセル
５ 検出セル
６ ヒータ
１０ 電圧制御部
１１ 端子電圧検出部
１２ フィードバック制御部
１３ 電流供給部
１４ 電流検出部
１５ 空燃比演算部
１６ 測定用電流供給部
１７ ヒータ制御部
１８ モード制御部
１９ 異常検出部
４２ 電流源
４４ 電圧源
５１ 端子間電圧検出部
５２ 端子電圧検出部
５３ 異常判定部
６１ 第１状態判定部
６２ 第２状態判定部
６３ 仮判定部
６４ エラーカウンタ
６５ 異常確定判定部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Air fuel ratio sensor 2 Gas sensor element 3 Control apparatus 4 Pump cell 5 Detection cell 6 Heater 10 Voltage control part 11 Terminal voltage detection part 12 Feedback control part 13 Current supply part 14 Current detection part 15 Air fuel ratio calculation part 16 Current supply part 17 for measurement 17 Heater control unit 18 Mode control unit 19 Abnormality detection unit 42 Current source 44 Voltage source 51 Terminal voltage detection unit 52 Terminal voltage detection unit 53 Abnormality determination unit 61 First state determination unit 62 Second state determination unit 63 Temporary determination unit 64 Error Counter 65 Abnormality determination unit

Claims (10)

ガス検出室の酸素濃度を検出するための検出セルと前記ガス検出室への酸素の汲み入れや汲み出しを行うポンプセルとを備えるガスセンサ素子を有する空燃比センサの異常検出装置であって、
前記検出セルの一端が接続される第１端子と前記検出セルの他端が接続される第２端子との間の電圧を検出する端子間電圧検出部と、
前記検出セルのインピーダンスの状態を測定するために前記第１端子と前記第２端子との間に供給される測定用電流によって変化する前記第２端子の電圧を検出する端子電圧検出部と、
前記端子間電圧検出部によって検出される電圧と前記端子電圧検出部によって検出される電圧の前記測定用電流による変化量とに基づいて、前記第１端子と前記第２端子との間のショート状態を判定する異常判定部と、を備える
ことを特徴とする異常検出装置。 An abnormality detection apparatus for an air-fuel ratio sensor having a gas sensor element comprising a detection cell for detecting the oxygen concentration in a gas detection chamber and a pump cell for pumping oxygen into and out of the gas detection chamber,
An inter-terminal voltage detector for detecting a voltage between a first terminal to which one end of the detection cell is connected and a second terminal to which the other end of the detection cell is connected;
A terminal voltage detection unit that detects a voltage of the second terminal that varies depending on a measurement current supplied between the first terminal and the second terminal in order to measure an impedance state of the detection cell;
A short-circuit state between the first terminal and the second terminal based on the voltage detected by the inter-terminal voltage detector and the amount of change of the voltage detected by the terminal voltage detector due to the measurement current An abnormality detection device comprising: an abnormality determination unit that determines 前記異常判定部は、
前記端子間電圧検出部によって検出された電圧が所定値以下であり、かつ、前記端子電圧検出部によって検出される電圧の前記測定用電流による変化量が所定値以下である場合に、前記第１端子と前記第２端子との間がショートしていると判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の異常検出装置。 The abnormality determination unit
When the voltage detected by the inter-terminal voltage detector is less than or equal to a predetermined value and the amount of change due to the measurement current of the voltage detected by the terminal voltage detector is less than or equal to a predetermined value, the first The abnormality detection device according to claim 1, wherein it is determined that the terminal and the second terminal are short-circuited. 前記異常判定部は、
前記測定用電流が供給されなくなってから所定期間経過後であって前記測定用電流の供給前に前記端子間電圧検出部によって検出された電圧に基づいて、前記第１端子と前記第２端子との間のショート状態を判定する
ことを特徴とする請求項２に記載の異常検出装置。 The abnormality determination unit
Based on the voltage detected by the inter-terminal voltage detection unit after a predetermined period has elapsed since the measurement current is not supplied and before the measurement current is supplied, the first terminal and the second terminal The abnormality detection device according to claim 2, wherein a short state between the two is determined. 前記異常判定部は、
前記空燃比センサが空燃比を検出する動作モードへ移行してから所定期間経過後に、前記第１端子と前記第２端子との間のショート状態の判定処理を開始する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の異常検出装置。 The abnormality determination unit
The short-circuit state determination process between the first terminal and the second terminal is started after a predetermined period has elapsed since the air-fuel ratio sensor has shifted to an operation mode for detecting an air-fuel ratio. The abnormality detection device according to any one of 1 to 3. 前記異常判定部は、
前記端子電圧検出部によって検出される前記測定用電流による変化量に基づいて求められる前記インピーダンスが所定値以下になってから所定期間が経過するまで、前記ガスセンサ素子を加熱するヒータへ供給する電力量の調整を制限する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の異常検出装置。 The abnormality determination unit
The amount of electric power supplied to the heater for heating the gas sensor element until a predetermined period elapses after the impedance obtained based on the amount of change due to the measurement current detected by the terminal voltage detector becomes equal to or less than a predetermined value. The abnormality detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the adjustment is limited. 前記異常判定部は、
前記インピーダンスが前記所定値以下になる前の前記電力量を前記所定期間維持することによって、前記電力量の調整の制限を行う
ことを特徴とする請求項５に記載の異常検出装置。 The abnormality determination unit
The abnormality detection device according to claim 5, wherein the adjustment of the electric energy is restricted by maintaining the electric energy before the impedance becomes equal to or lower than the predetermined value for the predetermined period. 前記異常判定部は、
前記電力量が所定値以下になることを禁止することによって、前記電力量の調整の制限を行う
ことを特徴とする請求項５に記載の異常検出装置。 The abnormality determination unit
The abnormality detection device according to claim 5, wherein the adjustment of the electric energy is restricted by prohibiting the electric energy from becoming a predetermined value or less. 前記所定期間は、
前記第１端子と前記第２端子との間のショートの発生によって前記インピーダンスが前記所定値以下になってから前記異常判定部によって前記第１端子と前記第２端子との間がショートしていると判定されるまでの期間よりも長い
ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の異常検出装置。 The predetermined period is
After the impedance becomes equal to or lower than the predetermined value due to occurrence of a short circuit between the first terminal and the second terminal, the abnormality determination unit causes a short circuit between the first terminal and the second terminal. It is longer than the period until it determines with. The abnormality detection apparatus as described in any one of Claims 5-7 characterized by the above-mentioned. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の異常検出装置を有する
ことを特徴とする空燃比センサの制御装置。 A control device for an air-fuel ratio sensor, comprising the abnormality detection device according to claim 1. ガス検出室の酸素濃度を検出するための検出セルと前記ガス検出室への酸素の汲み入れや汲み出しを行うポンプセルとを備えるガスセンサ素子を有する空燃比センサの異常検出方法であって、
前記検出セルの一端が接続される第１端子と前記検出セルの他端が接続される第２端子との間の電圧を検出する端子間電圧検出工程と、
前記検出セルのインピーダンスの状態を測定するために前記第１端子と前記第２端子との間に供給される測定用電流によって変化する前記第２端子の電圧を検出する端子電圧検出工程と、
前記端子電圧検出工程によって検出される電圧の前記測定用電流による変化量と前記端子間電圧検出工程によって検出される電圧とに基づいて、前記第１端子と前記第２端子との間のショート状態を判定する異常判定工程と、を含む
ことを特徴とする異常検出方法。 An abnormality detection method for an air-fuel ratio sensor having a gas sensor element comprising a detection cell for detecting the oxygen concentration in a gas detection chamber and a pump cell for pumping oxygen into and out of the gas detection chamber,
An inter-terminal voltage detection step of detecting a voltage between a first terminal to which one end of the detection cell is connected and a second terminal to which the other end of the detection cell is connected;
A terminal voltage detection step of detecting a voltage of the second terminal that is changed by a measurement current supplied between the first terminal and the second terminal in order to measure the impedance state of the detection cell;
A short-circuit state between the first terminal and the second terminal based on a change amount of the voltage detected by the terminal voltage detection step due to the measurement current and a voltage detected by the inter-terminal voltage detection step. And an abnormality determination step for determining the abnormality.

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