特許 7291206 センサシステム、及び、センサシステムの故障検知方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-06

(45)【発行日】2023-06-14

(54)【発明の名称】センサシステム、及び、センサシステムの故障検知方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/419 20060101AFI20230607BHJP

   G01N 27/26 20060101ALI20230607BHJP

   G01N 27/416 20060101ALI20230607BHJP

【ＦＩ】

G01N27/419 327Z

G01N27/26 391Z

G01N27/416 331

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021507873

(86)(22)【出願日】2020-10-08

(86)【国際出願番号】 JP2020038158

(87)【国際公開番号】W WO2021075351

(87)【国際公開日】2021-04-22

【審査請求日】2022-03-30

(31)【優先権主張番号】P 2019189002

(32)【優先日】2019-10-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】樋口 雄三

(72)【発明者】

【氏名】大井 雄二

(72)【発明者】

【氏名】戸田 聡

(72)【発明者】

【氏名】阿部 悟

(72)【発明者】

【氏名】三ツ野 潤一郎

(72)【発明者】

【氏名】牧野 秀俊

【審査官】倉持 俊輔

(56)【参考文献】

【文献】特開平０２－０１２０７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０７４３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２６６８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１２１４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０８５４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第１０７４６１１８（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開昭６４－０１９８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３２０６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１０３２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０１０９９９９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／００－２７／４９，

Ｇ０１Ｒ ３１／２８－３１／３０，

Ｈ０３Ｍ １／００－１／８８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

センサ素子に向けて制御電流を出力する電流ＤＡコンバータと、
上記制御電流の大きさに対応する制御電流指示値を生成し、上記電流ＤＡコンバータに入力する制御部と、を備える
センサシステムであって、
上記制御部で生成する上記制御電流指示値に代えて、上記電流ＤＡコンバータに入力する予め定めた検査電流指示値が順に並んだ、上記電流ＤＡコンバータの故障検知が可能な検査指示値列を生成する指示値列生成部と、
上記検査指示値列をなす上記検査電流指示値が順次入力された上記電流ＤＡコンバータから出力された検査電流の検査電流値を検知する検査電流検知部と、
上記検査電流検知部で検知した上記検査電流値を検知順に並べた検査電流値列から、上記電流ＤＡコンバータの故障を検知する故障検知部と、を備え、
前記検査指示値列は、
前記電流ＤＡコンバータに入力し得る前記検査電流指示値の範囲内において、１ＬＳＢずつ順に変化させた上記検査電流指示値の列であり、
前記センサ素子のセンサ出力端子に生じるセンサ電圧を、順次、センサ電圧値に変換するＡＤコンバータを備え、
前記制御部は、
上記センサ電圧値を用いたＰＩＤ演算により、前記制御電流指示値を生成するＰＩＤ演算部を有し、
前記指示値列生成部は、
上記制御部の上記ＰＩＤ演算部に、上記センサ電圧値に代えて、予め定めた入力定数値を入力させる入力部と、
上記ＰＩＤ演算部における上記ＰＩＤ演算のＰ項の係数Ｐｃ及びＤ項の係数Ｄｃを０に定めると共に、Ｉ項の係数Ｉｃを上記ＰＩＤ演算部から１ＬＳＢずつ順に変化した前記検査電流指示値が出力される大きさに定める、検査時係数設定部と、を有する
センサシステム。

【請求項2】

請求項１に記載のセンサシステムであって、
前記制御電流が入力される前記センサ素子を備える
センサシステム。

【請求項3】

センサ素子に向けて制御電流を出力する電流ＤＡコンバータと、
上記制御電流の大きさに対応する制御電流指示値を生成し、上記電流ＤＡコンバータに入力する制御部と、を備える
センサシステムの故障検知方法であって、
予め定めた検査電流指示値が順に並んだ、上記電流ＤＡコンバータの故障検知が可能な検査指示値列を生成し、
上記制御部で生成する上記制御電流指示値に代えて、上記検査指示値列をなす上記検査電流指示値を上記電流ＤＡコンバータに順次入力し、
上記電流ＤＡコンバータから出力された検査電流の検査電流値を検知し、
検知した上記検査電流値を検知順に並べた検査電流値列から、上記電流ＤＡコンバータの故障を検知し、
生成する前記検査指示値列は、
前記電流ＤＡコンバータに入力し得る前記検査電流指示値の範囲内において、１ＬＳＢずつ順に変化させた上記検査電流指示値の列であり、
上記センサシステムは、
前記センサ素子のセンサ出力端子に生じるセンサ電圧を、センサ電圧値に順次変換するＡＤコンバータを備え、
前記制御部は、
上記センサ電圧値を用いたＰＩＤ演算により、前記制御電流指示値を生成するＰＩＤ演算部を有しており、
上記ＰＩＤ演算のＰ項の係数Ｐｃ及びＤ項の係数Ｄｃを０と定めると共に、Ｉ項の係数Ｉｃを上記ＰＩＤ演算部から１ＬＳＢずつ順に変化した前記検査電流指示値が出力される大きさに定め、
上記制御部の上記ＰＩＤ演算部に、上記センサ電圧値に代えて、予め定めた入力定数値を入力し、上記ＰＩＤ演算部に前記検査指示値列を生成させる
センサシステムの故障検知方法。

【請求項4】

請求項３に記載のセンサシステムの故障検知方法であって、
上記センサシステムは、
前記制御電流が入力される前記センサ素子を備える
センサシステムの故障検知方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサ素子に向けて制御電流を出力する電流ＤＡコンバータと、制御電流の大きさに対応する制御電流指示値を生成して電流ＤＡコンバータに入力する制御部と、を備えるセンサシステム、及び、センサシステムの故障検知方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、車両等に搭載され、排気ガスの酸素濃度を検知して内燃機関の空燃比を検知する空燃比センサシステムや、排気ガス中のＮＯｘガス濃度を検知するＮＯｘセンサシステムなどが知られている。従来、車両等に搭載され、排気ガスの酸素濃度を検知して内燃機関の空燃比を検知する、酸素ポンプセル及び酸素濃度検知セルの２つのセルを有するガスセンサ素子を用いた空燃比センサシステムや、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つのセルを有するガスセンサ素子を用いたＮＯｘセンサシステムなどが知られている。

【0003】

このようなセンサシステムの中には、処理容易化のため、従来アナログ回路を用いて行っていた制御をデジタル化し、制御部で制御電流指示値を生成し、電流ＤＡコンバータで制御電流とし、センサ素子に入力するタイプのセンサシステムがある。例えばこのようなセンサシステムの例として、特許文献１に記載のガスセンサシステムなどが例示できる。なお、このようなセンサシステムにおいて、電流ＤＡコンバータからセンサ素子に入力される制御電流の大きさを知りたい場合、実際に流れている制御電流を計測すること無く、デジタル値である制御電流指示値を、制御電流の大きさと見做して利用する。例えば、制御電流の大きさとこの制御電流指示値をＥＣＵ等に送信する。電流ＤＡコンバータ（以下、電流ＤＡＣともいう）から出力される制御電流の大きさは、この電流ＤＡＣに入力される制御電流指示値に対応しているからである。

【0004】

ここで、電流ＤＡＣは、入力された所定ビット数（例えば１４ｂｉｔ）の二進数の値（バイナリーコード：例：14bit符号あり整数）に対応した電流値を出力するタイプのＤＡコンバータである。また、電流ＤＡＣの出力段は、当該電流ＤＡＣのビット深度（ビット数）に対応した数の、ビットに応じて重み付けした電流源とスイッチ素子（ＦＥＴ,トランジスタなど）とが、並列接続されている。従って例えば、１２ビット符号なし整数の電流ＤＡＣでは、１２ヶ（１２組）のスイッチ素子が、１４ビット符号付き整数の電流ＤＡＣでは、２６ヶ（プラス側１３組とマイナス側１３組）のスイッチ素子が、出力段に並列に設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１６－７０８８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、この電流ＤＡＣの出力段をなすスイッチ素子のいずれかが故障する場合があり得る。具体的には、各ビットに対応した出力段のスイッチ素子のうち、いずれかのスイッチ素子が、常時オンとなる不具合（以下、「オン故障」ともいう）、あるいは常時オフとなる不具合（以下、「オフ故障」ともいう）を生じることがある。この場合、故障したスイッチ素子に対応するビット（桁）に対応した大きさの分だけ、電流ＤＡＣから出力される制御電流が異常な値となることがある。例えば４ビット符号なし整数の電流ＤＡＣで説明する。

【0007】

例えば、（００００），（００１０），（１１１０）の順に制御電流指示値が入力された場合、電流ＤＡＣに故障のない場合、出力される制御電流の大きさは、「０，２，１４」となる。しかし、例えば、下から３ビット目に対応するスイッチ素子が「オン故障」していた場合、電流ＤＡＣは、あたかも（０１００），（０１１０），（１１１０）の順に制御電流指示値が入力されたかのように振る舞う、即ち、「４，６，１４」の制御電流の大きさとなる。なお、故障している下から３ビット目が「１」となるコード（例：上述の（１１１０））が入力された場合には、あたかも正しい制御電流が出力されているように見える。一方、「オフ故障」の場合には、上述と「オン故障」とは逆となり、あたかも（００００），（００１０），（１０１０）の順に制御電流指示値が入力されたかのように振る舞う。即ち、「０，２，１０」の電流の大きさとなる。

【0008】

しかしながら、特許文献１に記載されたセンサシステムでは、電流ＤＡコンバータの出力段をなすスイッチ素子のいずれかが故障（以下、オン故障、オフ故障を併せて「ビット故障」ともいう）した場合でも、これを検知することはできなかった。電流ＤＡＣに入力され、ＥＣＵなどに送信される制御電流指示値は、正常な値だからである。

【0009】

本技術は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、センサ素子と、これに向けて制御電流を出力する電流ＤＡコンバータと、制御電流指示値を生成して電流ＤＡコンバータに入力する制御部と、を備え、電流ＤＡＣの故障を検知できるセンサシステム、及び、センサシステムの故障検知方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

その一態様は、センサ素子に向けて制御電流を出力する電流ＤＡコンバータと、上記制御電流の大きさに対応する制御電流指示値を生成し、上記電流ＤＡコンバータに入力する制御部と、を備えるセンサシステムであって、上記制御部で生成する上記制御電流指示値に代えて、上記電流ＤＡコンバータに入力する予め定めた検査電流指示値が順に並んだ、上記電流ＤＡコンバータの故障検知が可能な検査指示値列を生成する指示値列生成部と、上記検査指示値列をなす上記検査電流指示値が順次入力された上記電流ＤＡコンバータから出力された検査電流の検査電流値を検知する検査電流検知部と、上記検査電流検知部で検知した上記検査電流値を検知順に並べた検査電流値列から、上記電流ＤＡコンバータの故障を検知する故障検知部と、を備え、前記検査指示値列は、前記電流ＤＡコンバータに入力し得る前記検査電流指示値の範囲内において、１ＬＳＢずつ順に変化させた上記検査電流指示値の列であり、前記センサ素子のセンサ出力端子に生じるセンサ電圧を、順次、センサ電圧値に変換するＡＤコンバータを備え、前記制御部は、上記センサ電圧値を用いたＰＩＤ演算により、前記制御電流指示値を生成するＰＩＤ演算部を有し、前記指示値列生成部は、上記制御部の上記ＰＩＤ演算部に、上記センサ電圧値に代えて、予め定めた入力定数値を入力させる入力部と、上記ＰＩＤ演算部における上記ＰＩＤ演算のＰ項の係数Ｐｃ及びＤ項の係数Ｄｃを０に定めると共に、Ｉ項の係数Ｉｃを上記ＰＩＤ演算部から１ＬＳＢずつ順に変化した前記検査電流指示値が出力される大きさに定める、検査時係数設定部と、を有するセンサシステムである。

【0011】

また、他の態様は、センサ素子に向けて制御電流を出力する電流ＤＡコンバータと、上記制御電流の大きさに対応する制御電流指示値を生成し、上記電流ＤＡコンバータに入力する制御部と、を備えるセンサシステムの故障検知方法であって、予め定めた検査電流指示値が順に並んだ、上記電流ＤＡコンバータの故障検知が可能な検査指示値列を生成し、上記制御部で生成する上記制御電流指示値に代えて、上記検査指示値列をなす上記検査電流指示値を上記電流ＤＡコンバータに順次入力し、上記電流ＤＡコンバータから出力された検査電流の検査電流値を検知し、検知した上記検査電流値を検知順に並べた検査電流値列から、上記電流ＤＡコンバータの故障を検知し、生成する前記検査指示値列は、前記電流ＤＡコンバータに入力し得る前記検査電流指示値の範囲内において、１ＬＳＢずつ順に変化させた上記検査電流指示値の列であり、上記センサシステムは、前記センサ素子のセンサ出力端子に生じるセンサ電圧を、センサ電圧値に順次変換するＡＤコンバータを備え、前記制御部は、上記センサ電圧値を用いたＰＩＤ演算により、前記制御電流指示値を生成するＰＩＤ演算部を有しており、上記ＰＩＤ演算のＰ項の係数Ｐｃ及びＤ項の係数Ｄｃを０と定めると共に、Ｉ項の係数Ｉｃを上記ＰＩＤ演算部から１ＬＳＢずつ順に変化した前記検査電流指示値が出力される大きさに定め、上記制御部の上記ＰＩＤ演算部に、上記センサ電圧値に代えて、予め定めた入力定数値を入力し、上記ＰＩＤ演算部に前記検査指示値列を生成させるセンサシステムの故障検知方法である。

【0012】

前述のセンサシステムでは、通常は制御電流指示値が入力される電流ＤＡＣに、制御電流指示値に代えて、指示値列生成部で生成した、故障検知可能な検査電流指示値の列を入力し、これに応じた検査電流を出力させ、検査電流検知部で、この検査電流の値を実際に検知する。得られた検査電流値を検知順に並べた検査電流値列から、電流ＤＡＣのビット故障の有無、故障ビットの特定など、電流ＤＡＣの故障を検知することができる。そしてこれにより、故障のないセンサシステムを用いた適切な運用をすることができる。

【0013】

また前述のセンサシステムの故障検知方法では、電流ＤＡＣに、故障検知可能な検査指示値列を入力し、出力された検査電流から実際に検査電流値を得て、これを検知順に並べた検査電流値列から、電流ＤＡＣのビット故障を検知する。このため、センサシステムにおける電流ＤＡＣのビット故障を確実に検知できる。

【0014】

ここで、故障検知部での故障の検知手法としては、実際に得られた検査電流値を並べた検査電流値列のうち、隣り合う検査電流値の変化量が、予測された変化量よりも大きいか否か、あるいは、小さいか否かで判断する手法が挙げられる。また、実際に得られた検査電流値を並べた検査電流値列と電流ＤＡＣが正常な場合に予測される検査電流値を並べた予測の検査電流値列との比較により判断する手法などが挙げられる。

【0015】

さらに、検査電流検知部における、検査電流の検査電流値を検知するには、検査電流を流した電流変換抵抗に発生した電圧を、ＡＤコンバータで読み取って検査電流値を得るとよい。なお、このＡＤコンバータで検知する検査電流の分解能（１ＬＳＢの大きさ、ビット数）を、電流ＤＡＣが出力する検査電流の分解能（１ＬＳＢの大きさ、ビット数）と同じあるいは小さく（ビット数を同じあるいは多く）すると良い。一方、ＡＤコンバータの分解能（ビット数）を、電流ＤＡＣの分解能（ビット数）よりも大きく（ビット数を少なく）した場合には、電流ＤＡＣの出力段の各ビットのうち、一部のビット（例えば上位ビット）についてのみ故障検知が可能となる。なお、センサシステムには、ＡＤコンバータからの制御電流が入力されるセンサ素子を備えるセンサシステムも、センサ素子を備えないセンサシステム（センサ素子はセンサシステム外）も含まれる。

【0018】

さらにこのセンサシステム、及びセンサシステムの故障検知方法では、電流ＤＡコンバータの故障検知が可能な検査指示値列として、１ＬＳＢずつ順に変化させた検査電流指示値の列を用いる。例えば、１２ビットの場合において(000000000000)から(111111111111)まで１ＬＳＢずつ増加させる、(000000000000)，(000000000001)，(000000000010)，…，(111111111111)の検査指示値列が挙げられる。すると、電流ＤＡコンバータから出力される検査電流の値も、電流ＤＡＣに故障が無ければ、検査電流の範囲の上限値あるいは下限値に向かって徐々に単調に変化する。

【0019】

但し、もし電流ＤＡコンバータの出力段のいずれかのビット（例えば、第３ビット）がオン故障していたならば、「オン故障」している当該ビット（例えば、第３ビット）のスイッチ素子は、オフとなっているべき場合も含めてオンし続けている。このため、故障しているビット（例えば第３ビット）のスイッチ素子に、本来オンされるべき検査電流指示値が入力された場合には、電流ＤＡＣはあたかも正常な大きさの検査電流を流しているように見える。しかしその後、検査電流指示値が順に更新され、故障しているビット（例えば第３ビット）のスイッチ素子が本来オフにされるべき場合となっても、オンにされ続ける。この場合には、正常な大きさの検査電流よりも大きな検査電流が流されることとなる。さらにその後再び、故障しているビット（例えば第３ビット）のスイッチ素子が本来オンに切り替わるべき場合となると、再び正常な大きさの検査電流を流しているように見える。つまり、電流ＤＡＣに故障が無い場合とは異なり、検査電流値は単調には変化せず、故障しているビットに対応する特定の検査電流指示値で、検査電流値が大きく変化する。「オフ故障」の場合も同様に考えることができ、スイッチ素子が本来オンにされるべき場合に、正常な大きさの検査電流よりも小さな検査電流が流される。このように、電流ＤＡＣに前述の検査電流指示値の列を入力するので、検査電流検知部で得られた検査電流値の検査電流値列から、容易に電流ＤＡコンバータの故障を検知することができる。さらに、電流ＤＡコンバータの出力段のどのビットのスイッチ素子が故障しているかについても、容易に検知できる。

【0020】

なお、検査指示値列として採用する「１ＬＳＢずつ順に変化させた検査電流指示値の列」としては、例えば、０から上限値（(000000000000)～(111111111111)）まで、０から下限値（(000000000000)，(111111111111)，(111111111110)，～(100000000000)：２の補数表示の場合）までなど、検査電流指示値が取り得る全範囲を含む検査電流指示値の列が例示される。そのほか、故障を検知したいビット（例えば第３ビット）の値が「０」となる検査電流指示値（例えば(000000000011)）と「１」となる検査電流指示値（例えば(000000000100)）を含み、１ＬＳＢずつ順に変化させた検査電流指示値の列（例えば、(000000000011)，(000000000100)を含む列）も挙げられる。また、「１ＬＳＢずつ順に変化させた検査電流指示値の列」として、(000000000000)，(000000000001)，(000000000010)，…，(111111111111)というように、クロック毎に１ＬＳＢずつ変化（上昇あるいは減少）させる検査指示値列を用いるほか、(000000000000)，(000000000000)，(000000000000)，(000000000001)，(000000000001)，(000000000001)，(000000000010)，…というように複数クロック毎（上記では３クロック毎）に１ＬＳＢずつ変化（上昇あるいは減少）させる検査指示値列を用いても良い。また、電流ＤＡＣとして、正電流も負電流も流しうる両極性の電流ＤＡＣの場合には、例えば、１２ビット符号付き整数を入力し、最上位ビット（ＭＳＢ）を符号ビットとし、０から上限値及び０から下限値まで検査電流指示値を変化させる検査指示値列とすると良い。

【0023】

加えてこのセンサシステム、及びセンサシステムの故障検知方法では、制御部のＰＩＤ演算部でセンサ電圧値を用いてＰＩＤ演算をし、制御電流指示値を生成する。これに加え、ＰＩＤ演算部に予め定めた入力定数値を入力させると共に、係数Ｐｃ及び係数Ｄｃを０に定める（Ｐｃ＝Ｄｃ＝０）と共に、係数ＩｃをＰＩＤ演算部から１ＬＳＢずつ順に変化した検査電流指示値が出力される大きさに定める。このため、各係数Ｐｃ等の変更と、センサ電圧値に代えた入力定数値の入力を行えば、ＰＩＤ演算部での演算とは別に、検査電流指示値を生成しなくても済み、容易に、１ＬＳＢずつ順に変化する検査電流指示値の検査指示値列を得ることができる。

【0024】

なお、センサ電圧値に代えて、入力定数値を入力させる入力部としては、ＰＩＤ演算部に、センサ電圧値が入力されないように、ＡＤコンバータからのセンサ電圧値の信号を切り離す手法や、ＡＤコンバータに入力されるセンサ電圧を強制的に０Ｖとし、センサ電圧値として「０」のセンサ電圧値が出力されるようにする手法が挙げられる。

【0025】

なお、前述のいずれか１項に記載のセンサシステムの故障検知方法であって、上記センサシステムは、前記制御電流が入力される前記センサ素子を備えるセンサシステムの故障検知方法とすると良い。

【0026】

このセンサシステムの故障検知方法では、センサシステムにセンサ素子を備えており、自身が備えるセンサ素子によって完結したセンシングを行うことができるセンサシステムにおいて、故障検知をも行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】実施形態及び変形形態１－３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】実施形態及び変形形態１，２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】実施形態及び変形形態１－３に係るガスセンサシステムのガス検知部のうち、センサ素子部の概略構成を示す説明図である。

【図4】実施形態及び変形形態１－３に係り、電流ＤＡコンバータの故障検知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において、電流ＤＡコンバータが正常な場合、及び、出力段のうち第１１bitがオン故障及びオフ故障した場合の、指示したポンプ電流Ｉｐ及び検査電流Ｉｃｈと、実際に得られるポンプ電流Ｉｐ及び検査電流Ｉｃｈとの関係を示すグラフである。

【図6】変形形態３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。

【発明を実施するための形態】

【0028】

（実施形態）
以下、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）のエンジンＥＮＧの排気管ＥＰに装着されるガスセンサ２と、このガスセンサ２に図１において破線で示す通信線２Ｂ及び接続配線６を介して接続し、車両の電子制御を行うＥＣＵ５とを備える。

【0029】

このうち、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，図３に示すように、排気管ＥＰに装着され、酸素濃度を検知するガス検知部３、及び、ガス検知部３を制御する回路が設けられたセンサ制御回路部４とからなる。また、ガスセンサ２（センサ制御回路部４）は、通信線２Ｂを介して、ＥＣＵ５との間で、酸素濃度（空燃比）などのデータの送受信が可能となっている。センサ制御回路部４は、ＡＳＩＣ（Application Specific IC）により構成されており、ガス検知部３に設けたセンサ素子部３Ｓを制御し、酸素濃度（空燃比）等を検知する制御部４Ｃ、電流ＤＡコンバータ４２、基準電位生成回路４３、ＡＤコンバータ４４、微少電流供給回路４５及び、ガス検知部３に設けたヒータ部３０を制御するヒータ部制御回路４９などを備えている。なお、ＥＣＵ５は、接続バス５Ｂで車両のＣＡＮバスＣＢに接続されている。

【0030】

なお、本実施形態のガスセンサシステム１は、上述のように、ガス検知部３及びセンサ制御回路部４からなるガスセンサ２と、これに接続したＥＣＵ５とから構成されたセンサシステムであると把握することができる。しかし、酸素濃度を検知するガス検知部３を独立した部材であると見れば、本実施形態のガスセンサシステム１は、このガス検知部３と、これに接続してガス検出部３を制御する検知部外制御システム１Ｓ（センサ制御回路部４及びＥＣＵ５）とから構成されていると解することもできる。即ち、本実施形態は、ガス検知部３を内包するガスセンサシステム１の説明としても、ガス検知部３とこれは別体の検知部外制御システム１Ｓの説明としても理解することができる。

【0031】

まず、ガスセンサ２のうちガス検知部３について説明する。図３は、ガス検知部３の概略構成を示す説明図である。ガス検知部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からなるセンサ素子部３Ｓを有する。そして、このガス検知部３のうち、センサ素子部３Ｓの一方側（図３では下方）に、さらにヒータ部３０が積層されている。

【0032】

酸素ポンプセル１４は、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、その両面に一対の電極１２，１６が形成されている。同様に、酸素濃度検知セル２４も、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、その両面に一対の電極２２，２８（多孔質電極）が形成されている。

【0033】

電解質層１４ｃと電解質層２４ｃとの間には、多孔質層１８が挟まれている。多孔質層１８の拡がり方向の内部（図３において左右方向の内側）には、この多孔質層１８と電解質層１４ｃと電解質層２４ｃとによって囲まれ、多孔質層１８を介して排気ガスＥＧを導入可能な中空の測定室２０が形成されている。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。

【0034】

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３ＳのＣＯＭ端子ＣＴ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Ｉｐ＋端子ＩＰＴに接続し、酸素濃度検知セル２４の第１検知電極２８はＶｓ＋端子ＶＳＴに接続している。

【0035】

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、この保護層１５を通じて、排気ガスＥＧは第１ポンプ電極１２に到達し得る。

【0036】

ヒータ部３０は、酸素濃度検知セル２４の電解質層２４ｃに積層されており、導体で形成されたヒータ抵抗３７を、一対のアルミナシート３３，３５で挟んだ構成を有している。ヒータ抵抗３７は、ヒータ端子Ｈ１，Ｈ２に接続している。このヒータ部３０に通電して、センサ素子部３Ｓの温度を高めることによって、センサ素子部３Ｓ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。逆に、車両の始動時（コールドスタート時）など、センサ素子部３Ｓの温度が十分高くなるまでは、電解質層１４ｃ，２４ｃが活性化しておらず、酸素イオンが電解質層１４ｃ，２４ｃ中を移動できない（ポンプ電流Ｉｐが流れない高抵抗の）状態となっている。

【0037】

また、ヒータ部３０のアルミナシート３３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。このため、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、内部酸素基準源として機能する。

【0038】

次いで、図２を参照しつつ、ガスセンサ２のセンサ制御回路部４について説明する。センサ制御回路部４は、第１端子Ｔ１～第５端子Ｔ５を有しており、これらの端子Ｔ１等は、第１配線Ｌ１～第５配線Ｌ５を介して、ガス検知部３のセンサ素子部３Ｓの各端子Ｉｐ＋等、及びヒータ部３０のヒータ端子Ｈ１，Ｈ２に接続している。

【0039】

またセンサ制御回路部４は、制御部４Ｃのほか、第１端子Ｔ１に接続する電流ＤＡコンバータ４２、第２端子Ｔ２に接続する基準電位生成回路４３、及び、第３端子Ｔ３に接続するＡＤコンバータ４４及び微少電流供給回路４５を有している。このうち、電流ＤＡコンバータ４２は、制御部４Ｃのうち、後述するＰＩＤ演算部４Ｃ２から入力された制御電流指示値Ｉｐｃｍｄに従った大きさのポンプ電流Ｉｐを、第１端子Ｔ１を経由して、センサ素子部３Ｓの酸素ポンプセル１４に流す。また、基準電位生成回路４３は、オペアンプを利用したバッファ回路によって、基準電位Ｖｒｅｆ（本例では２．５Ｖ）を生成し、第２端子Ｔ２及びセンサ素子部３ＳのＣＯＭ端子ＣＴを経由して、第２ポンプ電極１６及び第２検知電極２２に印加する。ＡＤコンバータ４４は、酸素濃度検知セル２４の第２検知電極２２と第１検知電極２８との間に生じる検知セル電圧（センサ電圧）Ｖｓを、ＶＳ＋端子ＶＳＴ及び第３端子Ｔ３を介して検知し、これをＡＤ変換して、検知セル電圧値Ｖｓｖとして制御部４Ｃに入力する。なお、第３端子Ｔ３には、酸素濃度検知セル２４に一定の微少電流Ｉｃｐ（本例ではＩｃｐ＝２０μＡ）や、内部抵抗を検知するための電流を流すＤＡコンバータ（電流ＤＡＣ）からなる微少電流供給回路４５の出力も接続している。酸素濃度検知セル２４へ流す微少電流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。

【0040】

制御部４Ｃは、酸素濃度検知セル２４にこのような一定の微少電流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（ＡＤコンバータ４４で検知する第３端子Ｔ３の電位Ｖ３と第２端子の電位Ｖ２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の大きさを制御する。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中の酸素濃度が所定の濃度になるように、酸素ポンプセル１４による酸素イオンの汲み入れまたは汲み出しが行われる。

【0041】

この制御に当たり、制御部４Ｃでは、デジタル方式によるＰＩＤ制御を行う。この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。このため、ポンプ電流Ｉｐの大きさから排気ガスＥＧ中の酸素濃度を検知することができる。また、センサ制御回路部４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ＰＩＤ制御によるフィードバック制御することで、ガスセンサ２（センサ素子部３Ｓ）の駆動制御を行う。

【0042】

加えて、センサ制御回路部４は、ヒータ部制御回路４９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、センサ素子部３Ｓのヒータ部３０のヒータ端子Ｈ１，Ｈ２に接続している。また、ヒータ部制御回路４９は、制御部４Ｃに接続しており、制御部４Ｃの指示で、ヒータ部３０への通電のオンオフがＰＷＭ制御される。なお、制御部４Ｃによる、ヒータ部３０のＰＷＭ制御の詳細については、説明を省略する。

【0043】

また、センサ制御回路部４のうち、第２端子Ｔ２と第３端子Ｔ３との間には、第３スイッチＳＷ３が接続されている。この第３スイッチＳＷ３は、通常はオフ（開放）されているが、後述する電流ＤＡＣ４２の故障検査の時点では、オンにされてこれらの間を短絡し、ＡＤコンバータ４４に入力される検知セル電圧Ｖｓを強制的にゼロとする。

【0044】

センサ制御回路部４におけるＰＩＤ制御によるフィードバック制御の詳細について説明する。図３に示すように、センサ制御回路部４には、第２端子Ｔ２と第３端子Ｔ３を通じて、酸素濃度検知セル２４の検知セル電圧Ｖｓが入力され、これをＡＤコンバータ４４でデジタルの検知セル電圧値Ｖｓｖに順次変換する。制御部４Ｃに入力された検知セル電圧値Ｖｓｖは、差分部４Ｃ４において、目標Ｖｓ値入力部４Ｃ３で保持している目標Ｖｓ値ＯＶｓとの差分（ΔＶｓ＝ＯＶｓ－Ｖｓｖ:目標に対する偏差）が算出される。そして、この目標Ｖｓ値ＯＶｓと検知セル電圧値Ｖｓｖとの差分である差分値ΔＶｓ（…，ΔＶｓ(ｎ－１)，ΔＶｓ(ｎ)，ΔＶｓ(ｎ＋１)，…。なお、ｎは自然数。）が、クロック毎に、順次、ＰＩＤ演算部４Ｃ２に入力される。

【0045】

ＰＩＤ演算部４Ｃ２は、Ｐ項を算出する比例演算部４Ｃ２Ｐ、Ｉ項を算出する積分演算部４Ｃ２Ｉ、及び、Ｄ項を算出する微分演算部４Ｃ２Ｄ、及び、これらの和を得る加算部４Ｃ２Ａを有している。各演算部４Ｃ２Ｐ等には、演算に用いる比例係数Ｐｃ、積分係数Ｉｃ、及び微分係数Ｄｃを保持する係数保持部４Ｃ２ＰＣ，４Ｃ２ＩＣ，４Ｃ２ＤＣが有る。このうち、比例演算部４Ｃ２Ｐでは、差分値ΔＶｓに比例係数Ｐｃを乗じた値が算出される。積分演算部４Ｃ２Ｉでは、差分値ΔＶｓに積分係数Ｉｃを乗じた値と、前回得たＰＩＤ演算の値との和が算出される。また、微分演算部４Ｃ２Ｄでは、今回の差分値ΔＶｓ(ｎ)から前回得た差分値ΔＶｓ(ｎ－１)を引いた差に微分係数Ｄｃを乗じた値が算出される。ＰＩＤ演算値Ｊ(ｎ)は、これらＰ項、Ｉ項、Ｄ項の和であり、差分値ΔＶｓ(ｎ)等を用いて記載すると、下記式（１）である。

【0046】

Ｊ(ｎ)＝Ｐｃ・ΔＶｓ(ｎ)
＋Ｉｃ・ΔＶｓ(ｎ)＋Ｊ(ｎ－１)
＋Ｄｃ(ΔＶｓ(ｎ)－ΔＶｓ(ｎ－１)) …（１）

【0047】

制御部４Ｃは、このようにして得られた１４ビット符号付き整数のＰＩＤ演算値Ｊ(ｎ)を、制御電流指示値Ｉｐｃｍｄとして、電流ＤＡコンバータ４２に入力する。電流ＤＡコンバータ４２では、制御電流指示値Ｉｐｃｍｄに応じた大きさで正または負のアナログのポンプ電流（制御電流）Ｉｐを、酸素ポンプセル１４に向けて出力する。かくして、センサ素子部３Ｓは、センサ制御回路部４の制御部４Ｃによって、ＰＩＤ制御によるフィードバック制御がなされる。

【0048】

なお、この制御電流指示値Ｉｐｃｍｄは、電流ＤＡコンバータ４２から出力されるポンプ電流（制御電流）Ｉｐの大きさ、即ち、排気ガスＥＧの酸素濃度（空燃比）を示している。そこで、制御電流指示値Ｉｐｃｍｄは、別途、第６端子Ｔ６、通信線２Ｂ、及び第１０端子Ｔ１０を通じて、ＥＣＵ５に送信される。

【0049】

次いで、電流ＤＡコンバータ４２が故障した場合の、ポンプ電流Ｉｐの挙動について説明する。電流ＤＡコンバータ４２は、入力された所定ビット深度（所定ビット数、本実施形態では１３ｂｉｔ）のバイナリーコード、具体的には、１４ｂｉｔ符号付き整数で表される制御電流指示値Ｉｐｃｍｄに応じて、アナログの正負のポンプ電流Ｉｐを出力する。この電流ＤＡコンバータ４２が故障する場合がある。その故障モードとして、各ビットに対応した出力段のスイッチ素子のうち、いずれかのスイッチ素子が、常時オンとなる「オン故障」、あるいは常時オフとなる「オフ故障」が生じることがある。すると、故障したスイッチ素子に対応したビット（桁）に対応した大きさだけ、ポンプ電流Ｉｐの大きさが異常となる場合が生じる。図５は、指示したポンプ電流Ｉｐと実際に得られるポンプ電流Ｉｐとの関係を示すグラフであり、実線は電流ＤＡコンバータが正常な場合を、破線は第１１ビットのスイッチ素子が「オン故障」した場合を、一点鎖線は同じ第１１ビットのスイッチ素子が「オフ故障」した場合を示す。なお、電流ＤＡコンバータ４２において、最上位ビット（ＭＬＢ：第１４ビット）は符号ビット、ビット深度は１３ビットである。図５は、符号ビットは正の値を示しているものとし、１３ビットのビット深度で示される整数（０～８１９１）の範囲を０～８０００μＡの範囲に対応させた場合について示している。

【0050】

この図５に示すグラフからも理解できるように、破線で示すオン故障の場合も、一点鎖線で示すオフ故障の場合も、ポンプ電流Ｉｐ（制御電流指示値Ｉｐｃｍｄ）の大きさによっては、実際のポンプ電流Ｉｐが正常時と同じ値になる場合と、実際のポンプ電流Ｉｐが正常時のポンプ電流から大きく離れる場合とが交互に生じる。例えば、第１１ビットのスイッチ素子が「オン故障」している場合において、制御電流指示値Ｉｐｃｍｄの第１１ビットの符号が１である場合には、正常な場合と同じ大きさのポンプ電流Ｉｐが流される。一方、制御電流指示値Ｉｐｃｍｄの第１１ビットの符号が０である場合には、正常な場合よりも大きなポンプ電流Ｉｐが流されるからである。

【0051】

そこで本実施形態では、電流ＤＡコンバータ４２の故障を検知するため、１４ビットの制御電流指示値Ｉｐｃｍｄに代えて、電流ＤＡコンバータ４２に入力する検査電流指示値Ｃｈｃｍｄを、以下のような値として、電流ＤＡコンバータ４２の故障を検知する。即ち、電流ＤＡコンバータ４２に入力しうる１４ビットの検査電流指示値Ｃｈｃｍｄの範囲内、具体的には、１４ビットのバイナリーコード(00000000000000)～(11111111111111)の範囲のうち、正の電流値を示す範囲のゼロ(00000000000000)から上限値ＵＬ(01111111111111)まで、(00000000000000)，(00000000000001)，(00000000000010)，…，(01111111111111)というように、１ＬＳＢずつ順に変化させた検査電流指示値Ｃｈｃｍｄを電流ＤＡコンバータ４２に入力する。これにより、電流ＤＡコンバータ４２が故障していない場合には、この電流ＤＡコンバータ４２からは、０～上限値（例えば８０００μＡ）まで、ランプ関数状に直線的に上昇する検査電流Ｉｃｈが出力される。このように、電流ＤＡＣ４２に、検査電流指示値Ｃｈｃｍｄを入力して検査電流Ｉｃｈを出力させた場合でも、指示した検査電流Ｉｃｈと実際に流れる検査電流Ｉｃｈとの関係は、図５に示す関係となる。

【0052】

また、図示しないが、続いて、負の電流値を示す範囲のゼロ(00000000000000)から下限値ＬＬ(10000000000000)まで、１ＬＳＢずつ順に変化させた検査電流指示値Ｃｈｃｍｄを電流ＤＡコンバータ４２に入力する。なお、電流ＤＡコンバータ４２に入力する１４ｂｉｔの指示値（符号）のうち、最上位ビット（第１４ビット：ＭＬＢ）が「０」の場合は正の電流値を示し、「１」の場合は負の電流値を示すものとし、負の値は２の補数表示を用いている。なお、検査電流指示値Ｃｈｃｍｄをクロック毎に１ＬＳＢずつ順に変化（上昇あるいは減少）させると良いが、複数クロック毎に１ＬＳＢずつ検査電流指示値が変化（上昇あるいは減少）するようにしても良い。

【0053】

本実施形態のガスセンサシステム１では、前述のＰＩＤ演算部４Ｃ２を利用して、上述の検査電流指示値Ｃｈｃｍｄの列である検査指示値列ＲＣｈｃｍｄを生成する指示値列生成部４７を備えている。この指示値列生成部４７は、具体的には、センサ制御回路部４において、第２端子Ｔ２と第３端子Ｔ３との間を短絡する第３スイッチＳＷ３、制御部４Ｃのうち、定数入力部４Ｃ５、ＰＩＤ演算部４Ｃ２、検査時係数設定部４Ｃ６などを含む。

【0054】

そして、電流ＤＡコンバータ４２の検査を行うべく、検査指示値列ＲＣｈｃｍｄを生成するに当たっては、第３スイッチＳＷ３をオンとし、第２端子Ｔ２と第３端子Ｔ３との間を短絡し、ＡＤコンバータ４４に入力される検知セル電圧Ｖｓを強制的にゼロとする。これにより、ＡＤコンバータ４４の出力である検知セル電圧値Ｖｓｖもゼロにされる。

【0055】

一方、定数入力部４Ｃ５の切替部４Ｃ５Ｋを切り換えて、目標Ｖｓ値入力部４Ｃ３に代えて、定数部４Ｃ５Ｃを差分部４Ｃ４に接続する。これにより、ＰＩＤ演算部４Ｃ２に、センサ電圧値Ｖｓｖに代えて、予め定めた入力定数値Ｎを入力させる。

【0056】

加えて、ＰＩＤ演算部４Ｃ２における各係数保持部４Ｃ２ＰＣ，４Ｃ２ＩＣ，４Ｃ２ＤＣに保持している比例係数Ｐｃ、積分係数Ｉｃ、及び微分係数Ｄｃを、検査時係数設定部４Ｃ６により変更する。具体的には、Ｐｃ＝０、Ｄｃ＝０に変更する。前述の式（１）を参照すれば容易に理解できるように、比例係数Ｐｃ＝０及び微分係数Ｄｃ＝０とすることにより、比例演算部４Ｃ２Ｐ及び微分演算部４Ｃ２ＤによるＰ項及びＤ項の出力が０となる。さらに、積分係数Ｉｃ＝１に変更する。積分係数をＩｃ＝１に定めたことにより、ＰＩＤ演算部４Ｃ２からは、クロック毎に１ＬＳＢずつ順に変化した検査電流指示値Ｃｈｃｍｄが出力される。かくして、制御部４ＣのＰＩＤ演算部４Ｃ２から、制御電流指示値Ｉｐｃｍｄに代えて、電流ＤＡコンバータ４２に入力する予め定めた検査電流指示値Ｃｈｃｍｄが順に並んだ、電流ＤＡコンバータ４２の故障検知が可能な検査指示値列ＲＣｈｃｍｄを生成することができる。前述したように、これにより、電流ＤＡコンバータ４２が故障していない場合には、この電流ＤＡコンバータ４２から、０～上限値（例えば８０００μＡ）まで、ランプ関数状に直線的に上昇する検査電流Ｉｃｈが出力される。

【0057】

また、Ｐｃ＝０、Ｄｃ＝０に変更するほか、Ｉｃ＝－１に変更することにより、検査電流指示値Ｃｈｃｍｄが順に並んだ、電流ＤＡコンバータ４２の故障検知が可能な検査指示値列ＲＣｈｃｍｄを生成する。これにより、電流ＤＡコンバータ４２が故障していない場合には、この電流ＤＡコンバータ４２から、０～下限値（例えば８０００μＡ）まで、ランプ関数状に直線的に下降する検査電流Ｉｃｈが出力される。なお、本実施形態では、Ｉｃの値を、Ｉｃ＝１からＩｃ＝－１に符号変更した例を示したが、目標Ｖｓ値入力部４Ｃ３で保持している目標Ｖｓ値ＯＶｓの符号を変更しても良い。

【0058】

そして本実施形態のように、各係数Ｐｃ等の変更と、検知セル電圧値Ｖｓｖに代えた入力定数値Ｎの入力を行えば、ＰＩＤ演算部４Ｃ２での演算とは別に、検査電流指示値Ｃｈｃｍｄを生成しなくても済み、容易に、１ＬＳＢずつ順に変化する検査電流指示値Ｃｈｃｍｄの検査指示値列ＲＣｈｃｍｄを得ることができる。

【0059】

次いで、検査電流Ｉｃｈの検知について、図２を参照して説明する。本実施形態では、電流ＤＡコンバータ４２の故障検知を、センサ素子部３Ｓ（酸素ポンプセル１４）が低温で未だ活性化されておらず、高インピーダンスの状態、即ち、酸素ポンプセル１４に向けては検査電流Ｉｃｈが流れない状態（酸素ポンプセル１４に向けて流れる検査電流Ｉｃｈの大きさを無視できる状態）で行うこととする。また、検査電流Ｉｃｈの大きさを検知する検査回路７を、センサ制御回路部４ではなくＥＣＵ５に設ける。即ち、電流ＤＡコンバータ４２とＥＣＵ５に設けた検査回路７とは、ガスセンサ２のセンサ制御回路部４の第７端子Ｔ７、接続配線６，ＥＣＵ５の第８端子Ｔ８を経由して接続する。

【0060】

検査回路７は、抵抗Ｒ１及び第１スイッチＳＷ１を介して接地電位ＧＮＤに接続する回路と、抵抗Ｒ２及び第２スイッチＳＷ２を介して電源電位Ｖｃｃに接続する回路とを含んでいる。そして、電流ＤＡコンバータ４２から正の検査電流Ｉｃｈを出力する場合には、第２スイッチＳＷ２をオフとする一方、第１スイッチＳＷ１をオンとする。これにより、電流ＤＡコンバータ４２からの正の検査電流Ｉｃｈを、抵抗Ｒ１及び第１スイッチＳＷ１を介して接地電位ＧＮＤに流す。一方、電流ＤＡコンバータ４２から負の検査電流Ｉｃｈを出力する場合、即ち、電流ＤＡコンバータ４２に検査電流Ｉｃｈを吸い込む場合には、第１スイッチＳＷ１をオフとする一方、第２スイッチＳＷ２をオンとする。これにより、電源電位Ｖｃｃから抵抗Ｒ２及び第２スイッチＳＷ２を介して電流ＤＡコンバータ４２に負の検査電流Ｉｃｈを流す。

【0061】

従って、検査ノード７ｎにおける検査電圧Ｖｃｈの大きさは、検査電流Ｉｃｈが正の電流である場合、Ｖｃｈ＝Ｒ１・Ｉｃｈとなる。また、検査電流Ｉｃｈが負の電流である場合、Ｖｃｈ＝Ｖｃｃ－Ｒ２・Ｉｃｈとなる。そこで、検査ノード７ｎに接続したＡＤコンバータ７１により、この検査電圧Ｖｃｈの大きさを検知し、検査電流値Ｉｃｈｖを得る。

【0062】

さらに、故障検知部８において、検査電流値Ｉｃｈｖを検知順に並べた検査電流値列ＲＩｃｈｖから、電流ＤＡコンバータ４２の故障を検知する。具体的には、検査電流値列ＲＩｃｈｖ、即ち、実際に電流ＤＡコンバータ４２から出力された検査電流Ｉｃｈが、図５における実線で示すように、ランプ関数状に直線的に変化している場合には、電流ＤＡコンバータ４２にビット故障は生じていないと言える。

【0063】

一方、図５における破線あるいは一点鎖線で示すように、検査電流値列ＲＩｃｈｖが、階段状に大きく変化している部分が有る場合には、電流ＤＡＣ４２にビット故障が生じていると言え、その変化の位置から、どのビット（桁）に対応するスイッチ素子がビット故障したのかが判る。

【0064】

かくして、電流ＤＡＣ４２のビット故障の有無、故障ビットの特定など電流ＤＡＣ４２の故障を検知することができ、これにより、故障のないガスセンサシステム１を用いた適切な運用をすることができる。また、電流ＤＡＣ４２に前述の検査指示値列ＲＣｈｃｍｄを入力するので、ＡＤコンバータ７１で得られた検査電流値Ｉｃｈｖの検査電流値列ＲＩｃｈｖから、容易に電流ＤＡＣ４２の故障を検知することができる。さらに、電流ＤＡＣ４２の出力段のどのビットのスイッチ素子が故障しているかについても、容易に検知できる。

【0065】

このガスセンサシステム１では、前述したセンサ素子部３Ｓ（酸素ポンプセル１４）が高インピーダンスである期間、具体的には、エンジンＥＮＧの始動後、ヒータ部３０によってセンサ素子部３Ｓを加熱する前あるいは十分加熱される前に、電流ＤＡコンバータ４２の故障の有無を診断する。そして、正常（故障無し）の場合には、通常通り、ガスセンサシステム１により、排気ガスＥＧの酸素濃度（空燃比）の検知を行う。なお、エンジンＥＮＧの停止から所定時間経過後に、電流ＤＡコンバータ４２の故障の有無を診断するようにしても良い。

【0066】

図４は、ガスセンサシステム１における、電流ＤＡコンバータ４２の故障検知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、エンジンＥＮＧが始動する（ステップＳ１）と、ステップＳ２に進み、この始動がいわゆるコールドスタートであるか否かを判断する。一般に、エンジンＥＮＧの始動状態には、概ね２つのパターンがある。１つは、前回のエンジンの駆動停止から十分に時間が経過し、エンジンＥＮＧが（従って、ガスセンサ２のセンサ素子部３Ｓも）十分冷却された状態において、エンジンを始動する場合（いわゆるコールドスタート（冷間始動）の場合）である。もう１つは、ごく短期間の駐車など、前回のエンジンＥＮＧの停止から、十分な時間が経過しておらず、エンジンＥＮＧが（従って、ガスセンサ２のセンサ素子部３Ｓも）十分冷却されていない状態で始動する場合である。

【0067】

本実施形態では、前述のように、検査電流Ｉｃｈが、第１端子Ｔ１を介して酸素ポンプセル１４に流れ込まない、センサ素子部３Ｓ（酸素ポンプセル１４）が高インピーダンスの状態において、検査回路７に検査電流Ｉｃｈを流して、電流ＤＡコンバータ４２の故障を検知する。このため、ステップＳ２において、センサ素子部３Ｓ（酸素ポンプセル１４）が十分冷却されて、高インピーダンスの状態であるか否かを判断する。センサ素子部３Ｓ（酸素ポンプセル１４）が高インピーダンスの状態でない（ホットスタートの場合：Ｎｏの場合）には、電流ＤＡＣ４２の故障検知を行わないで、ガスセンサ２の通常の制御に戻る。一方、センサ素子部３Ｓ（酸素ポンプセル１４）が高インピーダンスの状態である（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ３に進む。

【0068】

センサ素子部３Ｓ（酸素ポンプセル１４）が高インピーダンスの状態であるか否かの判断手法としては、例えば、前回のエンジンＥＮＧの停止から、所定の時間（例えば、３０分）以上経過したか否かを判断する手法や、エンジンＥＮＧの冷却水の温度で判断する手法が挙げられる。また、微少電流供給回路４５から微少電流Ｉｃｐを試験的に流して、酸素濃度検知セル２４のインピーダンスの大きさから、酸素ポンプセル１４のインピーダンスを推定する手法や、ガス検知部３のヒータ抵抗３７の抵抗値からセンサ素子部３Ｓ（酸素ポンプセル１４）のインピーダンスを推定する手法も挙げられる。

【0069】

次に、ステップＳ３では、検査時係数設定部４Ｃ６により、制御部４ＣのＰＩＤ演算部４Ｃ２のうち、Ｐ項，Ｉ項，Ｄ項の各係数Ｐｃ，Ｉｃ，Ｄｃを保持する係数保持部４Ｃ２ＰＣ，４Ｃ２ＩＣ，４Ｃ２ＤＣを所定の値（Ｐｃ＝Ｄｃ＝０，Ｉｃ＝１）に置換する。

【0070】

続くステップＳ４では、ＰＩＤ演算部４Ｃ２に入力定数値Ｎを入力し、ＰＩＤ演算部４Ｃ２により、クロック毎に１ＬＳＢずつ順に変化する検査電流指示値Ｃｈｃｍｄを生成し、この検査電流指示値Ｃｈｃｍｄが並んだ検査指示値列ＲＣｈｃｍｄを生成する。このように、各係数Ｐｃ等の変更と、検知セル電圧値Ｖｓｖに代えた入力定数値Ｎの入力を行えば、ＰＩＤ演算部４Ｃ２での演算とは別に、検査電流指示値Ｃｈｃｍｄを生成しなくても済み、容易に、１ＬＳＢずつ順に変化する検査電流指示値Ｃｈｃｍｄの検査指示値列ＲＣｈｃｍｄを得ることができる。

【0071】

さらにステップＳ５では、生成した検査電流指示値Ｃｈｃｍｄを順に、電流ＤＡＣ４２に入力し、検査回路７に電流ＤＡＣ４２から出力した検査電流Ｉｃｈを流す。

【0072】

そしてステップＳ６では、ＡＤコンバータ７１で、検査電流値Ｉｃｈｖを検知順に並べた検査電流値列ＲＩｃｈｖを取得する。続くステップＳ７では、取得した検査電流値列ＲＩｃｈｖを用いて、電流ＤＡＣ４２のビット故障を検知する。ここで、故障を検知した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ８に進み、運転者に向けて、電流ＤＡＣ４２のビット故障を示す警告（サービスマンコールなど）を表示し、ガスセンサ２の通常の制御に戻る。一方、故障を検知しなかった場合（Ｎｏ）にも、ガスセンサ２の通常の制御に戻る。

【0073】

かくして、電流ＤＡＣ４２のビット故障の有無、故障ビットの特定など電流ＤＡＣ４２の故障を検知することができ、これにより、故障のないガスセンサシステム１を用いた適切な運用をすることができる。また、電流ＤＡＣ４２に前述の検査指示値列ＲＣｈｃｍｄを入力するので、ＡＤコンバータ７１で得られた検査電流値Ｉｃｈｖの検査電流値列ＲＩｃｈｖから、容易に電流ＤＡＣ４２の故障を検知することができる。さらに、電流ＤＡＣ４２の出力段のどのビットのスイッチ素子が故障しているかについても、容易に検知できる。

【0074】

（変形形態１）
上述の実施形態では、電流ＤＡＣ４２の検査にあたり、ＰＩＤ演算部４Ｃ２に入力定数値Ｎを入力するため、切替部４Ｃ５Ｋにより、差分部４Ｃ４への目標Ｖｓ値入力部４Ｃ３からの入力を、定数部４Ｃ５Ｃから入力定数値Ｎの入力に切り換えた。これに加え、ＡＤコンバータ４４の出力である検知セル電圧値Ｖｓｖもゼロとするため、第３スイッチＳＷ３をオンとし、ＡＤコンバータ４４に入力される検知セル電圧Ｖｓを強制的にゼロとした。これに対し、本変形形態１では、ＡＤコンバータ４４と差分部４Ｃ４との間に、図２において破線で示す第４スイッチＳＷ４を設ける。そして、電流ＤＡＣ４２の検査の際には、この第４スイッチＳＷ４をオフとして、差分部４Ｃ４に、ＡＤコンバータ４４からの出力（検知セル電圧値Ｖｓｖ）が入力されないようにし、他は実施形態と同様にした。

【0075】

このようにした本変形形態１のガスセンサシステム１でも、ＰＩＤ演算部４Ｃ２で実施形態と同様の検査電流指示値Ｃｈｃｍｄの列である検査指示値列ＲＣｈｃｍｄを得ることができる。

【0076】

（変形形態２）
また、実施形態及び変形形態１では、電流ＤＡＣ４２の故障検知を行うタイミングとして、センサ素子部３Ｓ（酸素ポンプセル１４）が高インピーダンスの場合、具体的には、エンジンＥＮＧがコールドスタートの場合としていた。これに対し、本変形形態２では、電流ＤＡＣ４２と第１端子Ｔ１との間に、図２において破線で示す第５スイッチＳＷ５を設ける。そして、電流ＤＡＣ４２の検査の際には、この第５スイッチＳＷ５をオフとして、検査電流Ｉｃｈを、検査回路７に流すようにし、他は実施形態あるいは変形形態１と同様にした。

【0077】

このようにすることで、センサ素子部３Ｓ（酸素ポンプセル１４）が高インピーダンスであるか否かに拘わらず、電流ＤＡＣ４２の故障検知を行うことができる。具体的には、信号待ちや駐車のために停車して、エンジンＥＮＧがアイドリング状態である場合や、エンジンブレーキなどにより、エンジンに燃料が供給されないフューエルカット時などに、電流ＤＡＣ４２の故障検知を行うと良い。

【0078】

（変形形態３）
前述の実施形態及び変形形態１，２では、ガスセンサ２のセンサ制御回路部４とは別のＥＣＵ５に、検査回路７及び故障検知部８を設けた（図２参照）。これに対し、本変形形態３のガスセンサシステム１０１では、図６に示すように、検査回路７及び故障検知部８をガスセンサ１０２のセンサ制御回路部１０４内に設けた点で、実施形態等と異なる。

【0079】

このように、検査回路７及び故障検知部８をセンサ制御回路部１０４に設けることで、実施形態のように、センサ制御回路部４とＥＣＵ５との間に、図１に破線で示す通信線２Ｂ及び接続配線６を設け無くとも済む。即ち、ガスセンサ１０２（センサ制御回路部１０４）は、接続バス１０２Ｂを介してＣＡＮバスＣＢと接続していれば足り、ＥＣＵ１０５は、接続バス１０５Ｂを介してＣＡＮバスＣＢと接続していれば足りるようにできる（図１参照）。

【0080】

なお、本変形形態３のガスセンサシステム１０１は、上述のように、ガス検知部３と、センサ制御回路部１０４とからなるガスセンサ１０２でもあると把握することができる。しかし、酸素濃度を検知するガス検知部３を独立した部材であると見れば、本変形形態３のガスセンサ１０２は、このガス検知部３と、これに接続してガス検出部３を制御する検知部外制御システム１０１Ｓ（センサ制御回路部１０４）とから構成されていると解することもできる。即ち、本変形形態３は、ガス検知部３を内包するガスセンサシステム１０１の説明としても、ガス検知部３とこれは別体の検知部外制御システム１０１Ｓの説明としても理解することができる。

【0081】

以上において、本技術を実施形態及び変形形態１－３に即して説明したが、本技術は上記実施形態等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）を用いた例を示したが、「ガスセンサ」としては、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。さらに、ガスセンサに限らず、制御電流が入力されるセンサ素子、この制御電流を出力する電流ＤＡコンバータ、及び、この電流ＤＡコンバータに入力する制御部、を備えるセンサシステムに適用すると良い。

【符号の説明】

【0082】

１，１０１ ガスセンサシステム（センサシステム）
１Ｓ，１０１Ｓ 検知部外制御システム（センサシステム）
２ ，１０２ ガスセンサ
３ ガス検知部（センサ）
３Ｓ センサ素子部（センサ素子）
１４ 酸素ポンプセル
２４ 酸素濃度検知セル
Ｖｓ 検知セル電圧（センサ電圧）
Ｖｓｖ 検知セル電圧値（センサ電圧値）
２２ 第２検知電極
４ ，１０４ センサ制御回路部（センサ素子）
４Ｃ 制御部
４Ｃ２ ＰＩＤ演算部
Ｊ(ｎ)，Ｊ（ｎ－１） ＰＩＤ演算値
４Ｃ２Ｐ 比例演算部
４Ｃ２Ｉ 積分演算部
４Ｃ２Ｄ 微分演算部
４Ｃ２Ａ 加算部
４Ｃ２ＰＣ，４Ｃ２ＩＣ，４Ｃ２ＤＣ 係数保持部
Ｐｃ 比例係数
Ｉｃ 積分係数
Ｄｃ 微分係数
４Ｃ３ 目標Ｖｓ値入力部
ＯＶｓ 目標Ｖｓ値
４Ｃ４ 差分部
ΔＶｓ，ΔＶｓ（ｎ），ΔＶｓ（ｎ－１） 差分値
４Ｃ５ 定数入力部（入力部）
４Ｃ５Ｃ 定数部
Ｎ 入力定数値
４Ｃ５Ｋ 切替部
ＳＷ３ 第３スイッチ（入力部）
４Ｃ６ 検査時係数設定部
Ｉｐｃｍｄ 制御電流指示値
Ｃｈｃｍｄ 検査電流指示値
ＵＬ （検査電流指示値の）上限値
ＬＬ （検査電流指示値の）下限値
ＲＣｈｃｍｄ 検査指示値列
４２ 電流ＤＡコンバータ
４４ ＡＤコンバータ
Ｉｐ ポンプ電流（制御電流）
Ｉｃｐ 微少電流
５ ，１０５ ＥＣＵ
６ （センサ制御回路部とＥＣＵとの）接続配線
７ 検査回路
７ｎ 検査ノード
Ｉｃｈ 検査電流
Ｉｃｈｖ 検査電流値
ＲＩｃｈｖ 検査電流値列
Ｖｃｃ 電源電位
ＧＮＤ 接地電位
Ｖｃｈ 検査電圧
７１ ＡＤコンバータ（検査電流検知部）
８ 故障検知部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】