JP2018128354A - センサ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサ制御装置と外部機器との通信に通信異常が発生し、その後に通信異常が解消された場合において、速やかにセンサを用いた状態量検出が再開可能なセンサ制御装置を提供する。【解決手段】素子部とヒータ部とを有するセンサ８を制御するセンサ制御装置５は、センサ駆動部と、ヒータ制御部と、情報通信部と、通信異常検出部と、を備える。このセンサ制御装置は、通信異常検出部が通信異常を検出した場合には、ヒータ制御状態を直ちに他の制御状態（ヒータ通電を停止）に移行するのではなく、通信異常が検出される前のヒータ制御状態を維持してヒータ部を制御するように構成されている。このセンサ制御装置は、外部機器との通信異常が発生した場合でも、センサ（素子部）の活性化状態を維持することができ、通信異常が解消された後、早期にセンサを用いた検出を再開できる。【選択図】図１

Description

本発明は、素子部とヒータ部とを有するセンサを制御するセンサ制御装置に関する。

種々の状態量（ガス濃度、温度など）を検出するセンサを制御するセンサ制御装置が知られている（特許文献１）。
センサは、素子部とヒータ部とを有する。素子部は、固体電解質体および該固体電解質体に設けられた一対の電極を備えるセルを少なくとも１つ以上有して構成されている。ヒータ部は、セルの固体電解質体を加熱するように構成されている。

センサ制御装置は、通信線（例えば、伝送ケーブル）を介して外部機器（例えば、エンジン制御装置）に接続されて、センサの制御に関する制御情報の送受信を行う。センサの制御に関する制御情報としては、例えば、センサ制御装置が外部機器に対して送信する情報（検出値など）や、外部機器がセンサ制御装置に対して送信する情報（制御指令値など）が挙げられる。

特開２０１０−１６００１１号公報

しかし、上記従来のセンサ制御装置では、外部機器との間での通信に通信異常が発生して外部機器との情報送受信が不可能となる場合がある。
このような通信異常が発生した場合には、外部機器からの制御情報が受信できない状態となるため、センサ制御状態が不適切な状態となる可能性がある。そのような事態が生じるのを抑制するために、センサ制御を停止するという対策が考えられる。

しかし、センサ制御を停止する状態が長引いた場合、素子部の温度が低下してセンサが非活性化状態（状態量の検出が不可能な状態）となる可能性がある。センサが非活性化状態になると、その後に通信異常が解消されてセンサ制御を再開するにあたり、センサ（詳細には、素子部）が活性化状態（状態量の検出が可能な状態）になるまでに時間を要するという問題が生じる。

そこで、本開示は、センサ制御装置と外部機器との通信に通信異常が発生し、その後に通信異常が解消された場合において、速やかにセンサを用いた状態量検出が再開可能なセンサ制御装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様は、素子部とヒータ部とを有するセンサを制御するセンサ制御装置であって、センサ駆動部と、ヒータ制御部と、情報通信部と、通信異常検出部と、を備える。
素子部は、固体電解質体および該固体電解質体に設けられた一対の電極を備えるセルを少なくとも１つ以上有して構成されている。ヒータ部は、固体電解質体を加熱するように構成されている。

センサ駆動部は、素子部に接続されて、素子部を駆動するためにセルに通電するように構成されている。ヒータ制御部は、複数の通電モードのうち外部機器により指示される１つの通電モードでヒータ部を制御するように構成されている。情報通信部は、外部機器との間で、センサの制御に関する制御情報を少なくとも含む情報の送受信を行うように構成されている。

このようなヒータ制御部を備えるセンサ制御装置は、ヒータ制御の通信モードを受信できる状況下では、受信した通信モードに基づいたヒータ制御を実行することで、外部機器の指令に応じたヒータ制御を実現できるが、通信異常が発生すると外部機器からヒータ制御の指示情報を受信できない。

そこで、このセンサ制御装置は、外部機器との通信異常を検出する通信異常検出部を備えている。ヒータ制御部は、通信異常検出部にて通信異常が検出された場合には、通信異常が検出される前の通電モードでのヒータ制御状態を維持してヒータ部を制御するように構成されている。

このセンサ制御装置は、通信異常検出部が通信異常を検出した場合には、ヒータ制御状態を直ちに他の制御状態（例えば、ヒータ通電を停止）に移行するのではなく、通信異常が検出される前のヒータ制御状態を維持してヒータ部を制御するように構成されている。このため、このセンサ制御装置は、外部機器との通信異常が発生した場合でも、センサ（素子部）の活性化状態を維持することができ、通信異常が解消された後、早期にセンサを用いた検出を再開できる。

よって、このセンサ制御装置は、外部機器との通信に通信異常が発生し、その後に通信異常が解消された場合において、速やかにセンサを用いた状態量検出を再開することができる。

なお、センサの制御に関する制御情報とは、例えば、センサ制御装置が外部機器に対して送信する情報（検出値など）や、外部機器がセンサ制御装置に対して送信する情報（制御指令値など）が挙げられる。

次に、本開示のセンサ制御装置は、センサ駆動部と素子部とを接続する配線における配線異常を少なくとも含む制御異常を検出する制御異常検出部を備えてもよい。そして、ヒータ制御部は、制御異常検出部が制御異常を検出すると、通信異常検出部が通信異常を検出したか否かにかかわらず、ヒータ部の制御状態を異常時制御状態に移行してもよい。

このセンサ制御装置では、ヒータ制御部は、通信異常ではなく通常のヒータ制御状態である時、および通信異常検出前におけるヒータ制御状態を継続している時のいずれの場合でも、制御異常検出部が制御異常を検出すると、ヒータ部の制御状態を異常時制御状態に移行する。このようにヒータ部の制御状態を異常時制御状態に移行することで、制御異常が発生した状態でヒータ部の通常制御が継続されるのを抑制できる。これにより、ヒータ部の通常制御が継続されることに起因するヒータ部の破損が発生することを抑制できる。

なお、配線異常は、例えば、短絡異常（グランド短絡、電源短絡など）や断線異常などが挙げられる。また、ヒータ部の制御の停止とは、例えば、ヒータへの通電停止などを意味する。

次に、制御異常検出部を備える本開示のセンサ制御装置においては、ヒータ制御部は、異常時制御状態では、ヒータ部への印加電圧を予め設定した所定の異常時印加電圧に設定する構成であってもよい。

このようにヒータ部への印加電圧を予め設定した所定の異常時印加電圧に設定することで、フィードバック制御が発散してヒータ部への印加電圧が不適切となるのを抑制できるとともに、不適切な電圧印加に伴うヒータ部の破損を抑制できる。ここで、予め設定するとは、例えば、異常時印加電圧に初期値として所定の値を記憶部（ＥＥＰＲＯＭなど）に設定しておくことや、通信異常が発生する前（つまり、通信が正常時）に外部機器から受信した値を異常時印加電圧として設定する方法などがある。

なお、異常時印加電圧は、ヒータ部の破損に至らない電圧範囲内で設定される電圧であり、例えば、ヒータ部への印加可能電圧の最大値（許容最大電圧値）に対する５０％値、３０％値、１０％値などであってもよい。

センサ制御装置を備えるガス検知システムの全体構成図である。 ヒータ制御切替処理の処理内容を表したフローチャートである。

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
尚、本開示は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
図１は、本開示の実施形態としてのガス検知システム１の全体構成図である。

ガス検知システム１は、例えば、内燃機関の排気ガス中の特定ガス（本実施形態では、酸素）を検出する用途に用いられる。
ガス検知システム１は、ガス検知装置３と、ガスセンサ８と、を備える。

ガス検知装置３は、センサ制御装置５と、エンジン制御装置７と、を備える。
センサ制御装置５は、ガスセンサ８を駆動制御して、排気ガス中の酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度をエンジン制御装置７に通知する。センサ制御装置５の詳細については、後述する。

エンジン制御装置７は、内燃機関を制御するための各種制御処理を実行するマイクロコントローラであり、各種制御処理の１つとして、センサ制御装置５が検出した酸素濃度を用いて内燃機関の空燃比制御を行う。

ガスセンサ８は、酸素を検出する酸素センサである。ガスセンサ８は、内燃機関（エンジン）の排気管に設けられて、排気ガス中の酸素濃度を広域にわたって検出するものであり、リニアラムダセンサとも呼ばれる。ガスセンサ８は、センサ素子９と、ヒータ２６と、を備えて構成されている。

センサ素子９は、ポンプセル１４を備えて構成されている。ポンプセル１４は、部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ_２）により形成された酸素イオン伝導性の固体電解質体１５と、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された一対の多孔質電極１６と、を有している。

ヒータ２６は、外部からの通電により発熱する発熱抵抗体を備えて構成されている。ヒータ２６は、センサ素子９（特に、ポンプセル１４）を加熱して、センサ素子９（ポンプセル１４）を活性化状態（ガス検出が可能な状態）にするために備えられる。

なお、センサ素子９は、自身の内部に、ポンプセル１４における一対の多孔質電極１６のうち一方が露出する測定室（図示省略）と、他方が露出する基準酸素室（図示省略）と、を備えている。測定室には、外部から多孔質拡散層（図示省略）を介して測定対象ガス（本実施形態では、排気ガス）が導入される。基準酸素室には、外部から基準ガスとしての大気が導入される。

センサ素子９は、いわゆる限界電流方式によって酸素濃度を検出する酸素センサ素子である。ポンプセル１４における印加電圧Ｖｐとポンプ電流Ｉｐとの関係を示す出力特性としては、電圧軸に対して平行で平坦な領域、即ちポンプ電流Ｉｐが一定となる限界電流の領域（限界電流域）があることが知られている。この平坦領域（限界電流域）は、印加電圧Ｖｐが変化してもポンプ電流Ｉｐが実質的に変化せず一定の値（限界電流）を保つ領域である。

この平坦領域は、酸素濃度（即ち空燃比）に対応したポンプ電流Ｉｐを示す限界電流域であり、限界電流の変化が、酸素濃度の変化に対応している。この限界電流域のポンプ電流Ｉｐは、酸素濃度が高くなるほど大きくなることが知られている。このため、センサ素子９のポンプセル１４に対して、限界電流域に応じた印加電圧Ｖｐを付与し、それによって得られるポンプ電流Ｉｐを用いることで、排気ガス中の酸素濃度を検出できる。つまり、排気ガス中の酸素濃度が高くなるほど（空燃比がリーン側になるほど）、ポンプ電流Ｉｐの限界電流は増加し、排気ガス中の酸素濃度が低くなるほど（空燃比がリッチになるほど）、限界電流は減少するので、限界電流に基づいて酸素濃度（空燃比）を検出することができる。

本実施形態では、センサ素子９のポンプセル１４における一対の多孔質電極１６に印加電圧Ｖｐを印加して、一対の多孔質電極１６の間にポンプ電流Ｉｐを流し、このポンプ電流Ｉｐによって酸素をポンピングする（例えば、測定室と基準酸素室との間で酸素を移動させる）。そして、周知のように、ポンピング時のポンプ電流Ｉｐが一定になった電流値（限界電流）に基づいて酸素濃度を検出することができる。

つまり、ガスセンサ８は、センサ素子９におけるポンピング時のポンプ電流Ｉｐが一定になった電流値（限界電流）に基づいて、測定対象ガス（排気ガス）に含まれている酸素濃度を検出する用途に用いられる。

［１−２．センサ制御装置］
センサ制御装置５は、ガスセンサ８を駆動制御して、排気ガス中の酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度をエンジン制御装置７に通知するように構成されている。

センサ制御装置５は、ＡＳＩＣ（Application Specific IC）により構成される。図１では、センサ制御装置５については、機能ブロック図として表している。
センサ制御装置５は、ＡＤ変換部３１（アナログデジタル変換部３１）、ＰＩＤ演算部３３、ポンプ電流演算部３４、電流ＤＡ変換部３５（電流デジタルアナログ変換部３５）、ガス検出信号演算部３７、電流供給部４２、基準電位生成部４６、を備えている。また、センサ制御装置５は、Ｒｐｖｓ演算部５１、ヒータ制御量演算部５３、ヒータドライバ５７、を備えている。さらに、センサ制御装置５は、ポンプ電流端子６１（Ｉｐ＋端子６１）、検出電圧端子６３（Ｖｓ＋端子６３）、基準電位端子６５（ＣＯＭ端子６５）、端子監視部６７、異常検出部６９、通信処理部７１、を備える。

電流供給部４２は、検出電圧端子６３を介して各種電流をセンサ素子９（詳細には、ポンプセル１４）に供給するように構成されている。各種電流としては、例えば、センサ素子９（ポンプセル１４）の内部抵抗値を検出するためのパルス電流Ｉrpvsや、センサ素子９（ポンプセル１４）にて酸素をポンピングして酸素基準電極を生成するための微小電流Ｉｃｐなどが挙げられる。電流供給部４２は、これらの電流を常時供給するのではなく、各電流をそれぞれの適切な時期に供給するように構成されている。

基準電位生成部４６は、基準電位端子６５（ＣＯＭ端子６５）の電位を所定電位に設定するものである。具体的には、内燃機関のグランド電位ＧＮＤを基準として基準設定電圧（本実施形態では、２．７Ｖ）を加えた電位を、基準電位端子６５の電位として設定している。なお、本実施形態では、基準電位端子６５の電位が、センサ素子９（ポンプセル１４）を制御する際の基準電位に相当する。

ＡＤ変換部３１は、検出電圧端子６３の電位および基準電位端子６５の電位に基づいてポンプセル１４の両端電圧（検知電圧Ｖｓ）を検出し、検知電圧Ｖｓを示すアナログ値をデジタル値に変換する。ＡＤ変換部３１は、変換後のデジタル値をセンサ制御装置５の各部（例えば、ＰＩＤ演算部３３およびＲｐｖｓ演算部５１など）に通知する。

なお、ポンプセル１４の両端電圧（検知電圧Ｖｓ）は、電流供給部４２による微小電流Ｉｃｐの入力時または電流ＤＡ変換部３５によるポンプ電流Ｉｐの入力時には、測定室の酸素濃度に応じて変化するセンサ出力信号Ｖｓ１として利用できる。また、ポンプセル１４の両端電圧（検知電圧Ｖｓ）は、電流供給部４２によるパルス電流Ｉrpvsの入力時には、ポンプセル１４の内部抵抗値に応じて変化する応答信号Ｖｓ２として利用できる。

ＰＩＤ演算部３３は、ポンプ電流制御処理をデジタル処理により実行するように構成されている。ポンプ電流制御処理は、ポンプセル１４の検知電圧Ｖｓ（センサ出力信号Ｖｓ１）が目標制御電圧（本実施形態では、例えば４５０ｍＶ）となるように、ポンプセル１４に通電するポンプ電流Ｉｐを制御するための制御処理である。ポンプ電流制御処理を実行するＰＩＤ演算部３３は、目標制御電圧（４５０ｍＶ）とポンプセル１４の検知電圧Ｖｓ（センサ出力信号Ｖｓ１）との偏差ΔＶｓに基づいてＰＩＤ演算し、偏差ΔＶｓが０に近づくように（換言すれば、検知電圧Ｖｓが目標制御電圧に近づくように）ポンプセル１４に通電するためのポンプ電流Ｉｐの通電制御値（通電制御電流Ｔｉｐ）を演算する。

ポンプ電流演算部３４は、ＰＩＤ演算部３３で演算された通電制御電流Ｔｉｐを表すデジタル信号から予め定められた第１遮断周波数（本実施形態では、１００Ｈｚ）よりも高い周波数成分を減衰させてなるＤＡＣ制御信号Ｓ１（第１フィルタ信号Ｓ１）をデジタル演算により抽出する。

ＤＡＣ制御信号Ｓ１は、ポンプ電流Ｉｐの通電制御電流Ｔｉｐを示すデジタル信号から第１遮断周波数よりも高い周波数成分（ノイズ成分）が減衰された信号であるため、ポンプ電流Ｉｐの通電制御電流Ｔｉｐを示すデジタル信号であって、ＰＩＤ演算部３３でのデジタル演算で重畳されたノイズ成分が減衰されたデジタル信号である。このため、ポンプ電流Ｉｐ（デジタル信号）のサンプリング周期を高速化した場合であっても、ポンプ電流Ｉｐにおける微分ノイズ成分の増大を抑制できる。

ガス検出信号演算部３７は、ポンプ電流演算部３４で抽出されたＤＡＣ制御信号Ｓ１を表すデジタル信号から予め定められた第２遮断周波数（本実施形態では、５０Ｈｚ）よりも高い周波数成分を減衰させてなるガス検出信号Ｓ２（第２フィルタ信号Ｓ２）をデジタル演算により抽出する。

ガス検出信号Ｓ２は、ＤＡＣ制御信号Ｓ１から第２遮断周波数よりも高い周波数成分（ノイズ成分）が減衰された信号であるため、ＤＡＣ制御信号Ｓ１からさらにノイズ成分（ポンプ電流演算部３４でのデジタル演算で重畳されたノイズ成分）が減衰されたデジタル信号である。

そして、ＤＡＣ制御信号Ｓ１は、ガス検出信号Ｓ２と比べて、フィルタ処理の回数が少ないため、ポンプ電流Ｉｐの通電制御電流Ｔｉｐを示すデジタル信号であって、ポンプセル１４の検知電圧Ｖｓにおける直近の変化状態が相対的に大きく反映されたデジタル信号となる。このようなデジタル信号は、ポンプセル１４のフィードバック制御に適した信号となるため、ＤＡＣ制御信号Ｓ１に基づいて生成したポンプ電流Ｉｐをポンプセル１４に対して通電することで、ポンプセル１４の検知電圧Ｖｓにおける直近の変化状態に応じて、ポンプセル１４による酸素のポンピング（汲み出し、汲み入れ）を適切に実行できる。なお、ＤＡＣ制御信号Ｓ１は、ポンプ電流Ｉｐの通電制御値の電流値および通電方向（正方向、逆方向）に関する情報を含んだデジタル信号である。

電流ＤＡ変換部３５は、ポンプ電流演算部３４で演算されたＤＡＣ制御信号Ｓ１（デジタル値）を受信し、受信したＤＡＣ制御信号Ｓ１についてＤＡ変換を行い、ＤＡ変換後のアナログ値としてのポンプ電流Ｉｐをポンプセル１４に対して通電する。

次に、ガス検出信号Ｓ２は、ＤＡＣ制御信号Ｓ１と比べて、フィルタ処理の回数が多いため、ポンプ電流Ｉｐの通電制御電流Ｔｉｐを示すデジタル信号であって、ポンプセル１４の検知電圧Ｖｓにおける長期間の変化状態が相対的に大きく反映されたデジタル信号となる。このようなデジタル信号は、測定対象ガス（排気ガス）に含まれる特定成分（酸素）の検出に適した信号となる。このため、ガス検出信号Ｓ２を排気ガスに含まれる酸素濃度を検出するための信号として用いることで、ポンプセル１４の検知電圧Ｖｓにおける長期間の変化状態に基づいて、排気ガスに含まれる酸素濃度を検出することが可能となる。これにより、酸素濃度の検出精度を向上できる。

通信処理部７１は、ＳＰＩ通信線７２を介したＳＰＩ通信（シリアル・ペリフェラル・インターフェース通信）により、エンジン制御装置７との間で各種情報の送受信を行うための通信制御処理を実行する。通信処理部７１は、センサ制御に関する制御情報を少なくとも含む情報の送受信を行う。例えば、通信処理部７１は、ガス検出信号Ｓ２をエンジン制御装置７に送信する。

また、通信処理部７１は、エンジン制御装置７との通信状態が異常状態（通信異常）であるか否かを判定する機能を有している。通信処理部７１は、通信状態が正常状態と判定すると通信異常フラグＦｃｆをリセットし（Ｆｃｆ＝０）、通信状態が異常状態と判定すると通信異常フラグＦｃｆをセットする（Ｆｃｆ＝１）。通信異常フラグＦｃｆは、センサ制御装置５での各種制御処理に用いられる内部フラグの１つである。通信処理部７１は、通信異常フラグＦｃｆがリセット状態であることを確認した上で、エンジン制御装置７に対して情報を送信する。

エンジン制御装置７は、ガス検出信号Ｓ２に基づいて、排気ガス中の特定ガス（本実施形態では、酸素）の濃度を演算する。つまり、エンジン制御装置７は、測定室の酸素濃度が所定の目標濃度（例えば、理論空燃比相当の酸素濃度）になるようにポンプセル１４に流したポンプ電流Ｉｐの履歴データに基づいて、測定対象ガスに含まれていた酸素濃度を演算する。

なお、センサ制御装置５は、図示しないＥＥＰＲＯＭおよびＲＡＭを備えている。ＥＥＰＲＯＭは、制御処理の内容や制御処理に用いる各種パラメータなどを記憶する記憶部である。また、ＥＥＰＲＯＭは、制御対象となるガスセンサ８の種類や特性に応じて定められる各種情報（ポンプセル１４の許容最大電流など）を記憶している。これらの情報は、センサ制御装置５の製造段階でＥＥＰＲＯＭに記憶される。ＲＡＭは、各種制御処理に用いられる制御データ等を一時的に記憶する記憶部である。

Ｒｐｖｓ演算部５１は、ＡＤ変換部３１から通知された応答信号Ｖｓ２およびセンサ出力信号Ｖｓ１に基づいて、ポンプセル１４の内部抵抗値Ｒｐｖｓを演算する。
ヒータ制御量演算部５３は、デジタル演算により、Ｒｐｖｓ演算部５１で演算された内部抵抗値Ｒｐｖｓに基づいてガスセンサ８（詳細には、センサ素子９のポンプセル１４）の温度を演算し、演算された温度をセンサ目標温度に近づける、あるいは維持するために必要なヒータ発熱量を演算する。ヒータ制御量演算部５３は、演算したヒータ発熱量に基づいて、ヒータ２６に供給するべき電力のＤＵＴＹ比率を演算して、そのＤＵＴＹ比率に応じたＰＷＭ制御信号を生成する。

なお、センサ目標温度は、予め定められた値が記憶部（ＲＯＭ、ＲＡＭなど）に記憶されている。ヒータ制御量演算部５３は、記憶部から読み出したセンサ目標温度を利用して、ＰＷＭ制御信号を生成する。

ヒータドライバ５７は、電源装置５９から供給される電力を用いて、ヒータ制御量演算部５３からのＰＷＭ制御信号に基づいてヒータ２６への通電制御を行う。これにより、ヒータ２６の発熱量は、ガスセンサ８の温度をセンサ目標温度に近づける、あるいは維持するために必要な発熱量となる。

ポンプ電流端子６１および検出電圧端子６３は、センサ素子９のポンプセル１４における一対の多孔質電極１６のうち一方に接続されており、基準電位端子６５は、一対の多孔質電極１６のうち他方に接続されている。ポンプ電流端子６１は、ガス検知装置３の内部において、検出電圧端子６３とセンサ素子９（多孔質電極１６）との接続経路に接続されることで、多孔質電極１６と電気的に接続されている。

端子監視部６７は、ポンプ電流端子６１、検出電圧端子６３、基準電位端子６５のそれぞれの電位（アナログ値）を検出し、検出した各電位をＡＤ変換して、変換後の各電位（デジタル値）を異常検出部６９に送信する。

異常検出部６９は、ポンプ電流端子６１、検出電圧端子６３、基準電位端子６５のそれぞれの電位が予め定められた正常範囲に含まれるか否かを判定し、電位が正常範囲を逸脱する端子を異常状態であると判定する。例えば、端子が誤ってグランド電位ＧＮＤに電気的に接続される配線異常状態（グランド短絡異常状態）や、端子が誤って電源装置５９に接続される配線異常状態（バッテリ短絡異常状態）が発生すると、その端子の電位が正常範囲を逸脱することになる。

つまり、異常検出部６９は、各端子（ポンプ電流端子６１、検出電圧端子６３、基準電位端子６５）の電位に基づいて、電流ＤＡ変換部３５，電流供給部４２，基準電位生成部４６のそれぞれとセンサ素子９とを接続する配線における配線異常を少なくとも含む制御異常を検出するように構成されている。そして、異常検出部６９は、各端子のうち少なくとも１つを異常状態と判定した場合には、異常状態と判定された端子の情報を含む異常情報信号を、ＰＩＤ演算部３３やヒータ制御量演算部５３などに送信する。

ＰＩＤ演算部３３およびヒータ制御量演算部５３は、異常情報信号を受信すると、異常情報信号に応じて異常対応処理を実行する。例えば、ＰＩＤ演算部３３は、異常対応処理として、ポンプセル１４への通電を停止する処理を実行する。また、ヒータ制御量演算部５３は、異常対応処理として、ヒータ２６に供給する電力（換言すれば、ヒータに印加する電圧のＤＵＴＹ比率）を低減する処理を実行する。

また、異常状態と判定された端子が存在する場合には、異常検出部６９は、異常状態と判定された端子の情報を含む異常情報信号を、通信処理部７１を介してエンジン制御装置７に送信する。エンジン制御装置７は、異常情報信号の受信中にセンサ制御装置５から出力されるガス検出信号Ｓ２は正常値ではなく異常値であるとして、酸素濃度検出には利用しないように濃度検出処理を実行する。これにより、エンジン制御装置７は、センサ制御装置５からのガス検出信号Ｓ２に基づいて酸素濃度を検出するにあたり、検出精度の低下を抑制できる。

［１−３．ヒータ制御切替処理］
ヒータ制御量演算部５３で実行されるヒータ制御切替処理について、図２のフローチャートを用いて説明する。ヒータ制御切替処理は、予め定められた実行周期毎（例えば、１０ｍｓｅｃ毎）に実行される。

ヒータ制御切替処理が起動されると、まず、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）では、ヒータ制御量演算部５３は、異常時制御電圧Ｖｅｍが設定済みであるか否かを判定し、肯定判定するとＳ１３０に移行し、否定判定するとＳ１２０に移行する。異常時制御電圧Ｖｅｍは、異常検出部６９から異常情報信号を受信した場合に実行する異常対応処理において、ヒータ２６に印加する電圧の電圧実効値に相当する。

Ｓ１１０で否定判定してＳ１２０に移行すると、ヒータ制御量演算部５３は、通信処理部７１を介してエンジン制御装置７から異常時制御電圧Ｖｅｍを受信する処理を実行するとともに、受信した異常時制御電圧Ｖｅｍを記憶部（ＲＡＭなど）に記憶することで異常時制御電圧Ｖｅｍを設定する処理を実行する。

エンジン制御装置７は、内燃機関の運転状態など各種条件に応じて、異常時制御電圧Ｖｅｍとして適切な値を演算する処理を実行する。異常時制御電圧Ｖｅｍは、ヒータ２６の破損に至らない電圧範囲内で設定される電圧であり、例えば、ヒータ２６への印加可能電圧の最大値（許容最大電圧値）に対する５０％値、３０％値、１０％値などであってもよく、あるいは、０［Ｖ］であってもよい。

Ｓ１１０で肯定判定してＳ１３０に移行すると、ヒータ制御量演算部５３は、センサ異常が発生しているか否かを判定し、肯定判定するとＳ１４０に移行し、否定判定するとＳ１５０に移行する。ここでの「センサ異常」とは、ガスセンサ８の異常状態およびセンサ制御装置５の異常状態を含む概念であり、ガスセンサ８を用いた状態量検出が正常に実行できない状態を意味する。センサ異常としては、例えば、異常検出部６９で判定される配線異常状態が挙げられる。ヒータ制御量演算部５３は、異常検出部６９から配線異常状態を表す異常情報信号を受信している場合には、センサ異常（配線異常状態）であると判定する。

Ｓ１３０で肯定判定してＳ１４０に移行すると、ヒータ制御量演算部５３は、異常対応処理として、異常時制御モードでヒータ制御を実行する。具体的には、ヒータ２６への印加電圧（実効値）が異常時制御電圧ＶｅｍとなるようにＰＷＭ制御信号を生成する。つまり、異常時制御モードでは、Ｒｐｖｓ演算部５１で演算された内部抵抗値Ｒｐｖｓを用いたフィードバック制御を行うのではなく、予め定められた異常時制御電圧Ｖｅｍに基づいてＰＷＭ制御信号を生成する。

Ｓ１３０で否定判定してＳ１５０に移行すると、ヒータ制御量演算部５３は、エンジン制御装置７との通信状態が異常状態（通信異常）であるか否かを判定し、肯定判定するとＳ１８０に移行し、否定判定するとＳ１６０に移行する。このとき、ヒータ制御量演算部５３は、通信異常フラグＦｃｆの状態（セット状態、リセット状態）に基づいて、通信異常であるか否かを判定する。

Ｓ１５０で否定判定してＳ１６０に移行すると、ヒータ制御量演算部５３は、通信処理部７１を介してエンジン制御装置７からヒータ制御に関する指令情報を受信する。この指令情報は、センサ制御装置５の記憶部に記憶されたセンサ目標温度（以下、規定温度ともいう）をそのまま利用してヒータ制御を実施するか、規定温度を補正した補正後目標温度を用いてヒータ制御を実施するかを示す指令内容を含んでいる。指令情報の指令内容は、内燃機関の運転状態など各種条件に応じて、エンジン制御装置７が判断して設定している。このような指令情報を用いることで、例えば、内燃機関の運転状態が通常状態である場合には、規定温度をそのまま利用したヒータ制御を行い、内燃機関の運転状態が特殊状態である場合には、センサ目標温度を規定温度とは異なる温度に設定することが可能となる。

次のＳ１７０に移行すると、ヒータ制御量演算部５３は、Ｓ１６０で受信した指令情報に基づいてヒータ制御を行う。
Ｓ１５０で肯定判定してＳ１８０に移行すると、ヒータ制御量演算部５３は、通信異常に至る前に受信した最後の指令情報に基づいてヒータ制御を行う。つまり、通信異常が発生した場合には、エンジン制御装置７から新たな指令信号を受信できないため、最後に受信した指令信号に基づいてヒータ制御を行う。

Ｓ１７０またはＳ１８０が終了すると、ヒータ制御切替処理が終了する。
このようなヒータ制御切替処理を実行するヒータ制御量演算部５３は、エンジン制御装置７との通信異常が発生したか否かによって、エンジン制御装置７から最新の指令信号を受信してヒータ制御を実行するか、エンジン制御装置７から最新の指令信号は受信せずに、最後に受信した指令信号に基づいてヒータ制御を実行するか、を切替えている。

［１−４．効果］
以上説明したように、本実施形態のガス検知システム１におけるセンサ制御装置５においては、通信処理部７１は、エンジン制御装置７との間で各種情報の送受信を行う機能を有するとともに、エンジン制御装置７との通信状態が異常状態（通信異常）であるか否かを判定する機能を有している。通信処理部７１は、通信状態が正常状態と判定すると通信異常フラグＦｃｆをリセットし（Ｆｃｆ＝０）、通信状態が異常状態と判定すると通信異常フラグＦｃｆをセットする（Ｆｃｆ＝１）。

ヒータ制御量演算部５３は、通信異常フラグＦｃｆがセット状態であるか否かに基づいて通信異常が発生しているか否かを判定し（Ｓ１５０）、通信異常である場合には（Ｓ１５０で肯定判定）、通信異常に至る前に受信した最後の指令情報に基づいてヒータ制御を行う（Ｓ１８０）。つまり、通信異常が発生した場合には、エンジン制御装置７から新たな指令信号を受信できないため、ヒータ制御量演算部５３は、最後に受信した指令信号に基づいてヒータ制御を行うことで、通信異常が発生したときのヒータ制御状態を維持してヒータ２６を制御するように構成されている。

このように、センサ制御装置５は、通信処理部７１が通信異常を検出した場合には、ヒータ制御状態を直ちに他の制御状態（例えば、ヒータ通電を停止）に移行するのではなく、通信異常検出前のヒータ制御状態を維持してヒータ２６を制御するように構成されている。このため、センサ制御装置５は、エンジン制御装置７との通信異常が発生した場合でも、ガスセンサ８（センサ素子９）の活性化状態を維持することができ、通信異常が解消された後、早期にガスセンサ８を用いた検出を再開できる。

よって、センサ制御装置５は、エンジン制御装置７との通信に通信異常が発生し、その後に通信異常が解消された場合において、速やかにガスセンサ８を用いた状態量検出を再開することができる。

次に、センサ制御装置５は、制御異常を検出するための異常検出部６９を備えている。異常検出部６９は、各端子（ポンプ電流端子６１、検出電圧端子６３、基準電位端子６５）の電位に基づいて、電流ＤＡ変換部３５，電流供給部４２，基準電位生成部４６のそれぞれとセンサ素子９とを接続する配線における配線異常を少なくとも含む制御異常を検出するように構成されている。そして、異常検出部６９は、各端子のうち少なくとも１つを異常状態と判定した場合には、異常状態と判定された端子の情報を含む異常情報信号を、ＰＩＤ演算部３３やヒータ制御量演算部５３などに送信する。

ヒータ制御量演算部５３は、異常検出部６９が制御異常を検出すると（Ｓ１３０で肯定判定）、通信処理部７１が通信異常を検出したか否か（換言すれば、通信異常フラグＦｃｆがセット状態であるか否か）にかかわらず、ヒータ２６の制御状態を異常時制御状態モードに移行する（Ｓ１４０）。

ヒータ制御量演算部５３は、通信異常ではなく通常のヒータ制御状態である時（Ｓ１７０）、および通信異常検出前におけるヒータ制御状態を継続している時（Ｓ１８０）のいずれの場合でも、異常検出部６９が制御異常を検出すると、ヒータ２６の制御状態を異常時制御モードに移行する（Ｓ１４０）。このようにヒータ２６の制御状態を異常時制御モードに移行することで、制御異常が発生した状態でヒータ２６の通常制御が継続されるのを抑制できる。これにより、センサ制御装置５は、ヒータ２６の通常制御が継続されることに起因するヒータ２６の破損が発生することを抑制できる。

なお、配線異常は、例えば、短絡異常（グランド短絡、電源短絡など）や断線異常などが挙げられる。また、ヒータ２６の制御の停止とは、例えば、ヒータ２６への通電停止などを意味する。

次に、ヒータ制御量演算部５３は、異常時制御モードでは（Ｓ１４０）、ヒータ２６への印加電圧（実効値）を、エンジン制御装置７から受信した異常時制御電圧Ｖｅｍに設定する。つまり、ヒータ制御量演算部５３は、異常時制御モードでは、Ｒｐｖｓ演算部５１で演算された内部抵抗値Ｒｐｖｓを用いたフィードバック制御を行うのではなく、予め定められた異常時制御電圧Ｖｅｍに基づいてＰＷＭ制御信号を生成する。

センサ制御装置５は、このようにヒータ２６への印加電圧を異常時制御電圧Ｖｅｍに設定することで、フィードバック制御が発散してヒータ２６への印加電圧が不適切となるのを抑制できるとともに、不適切な電圧印加に伴うヒータ２６の破損を抑制できる。

次に、ヒータ制御量演算部５３は、通信処理部７１を介して、エンジン制御装置７からヒータ制御に関する指令情報を受信するように構成されている（Ｓ１６０）。
このようなヒータ制御量演算部５３を備えるセンサ制御装置５は、ヒータ制御の指令情報を受信できる状況下では（Ｓ１５０で否定判定）、受信した指令情報に基づいた通常通りのヒータ制御を実行することで（Ｓ１７０）、エンジン制御装置７の指令に応じたヒータ制御を実現できるが、通信異常が発生するとエンジン制御装置７からヒータ制御の指令情報を受信できない。

このため、センサ制御装置５は、通信異常が発生した場合には（Ｓ１５０で肯定判定）、最後に正常受信したヒータ制御の指令情報に基づくヒータ制御を継続することで（Ｓ１８０）、通信異常が発生した場合にヒータ通電を停止する場合に比べて、通信異常が解消した後に通常制御に復帰するまでの時間を短縮できる。

［１−５．文言の対応関係］
ここで、文言の対応関係について説明する。
センサ制御装置５がセンサ制御装置の一例に相当し、ガスセンサ８がセンサの一例に相当し、センサ素子９が素子部の一例に相当し、ポンプセル１４がセルの一例に相当し、一対の多孔質電極１６が一対の電極の一例に相当し、ヒータ２６がヒータ部の一例に相当し、エンジン制御装置７が外部機器の一例に相当する。

電流ＤＡ変換部３５および電流供給部４２がセンサ駆動部の一例に相当し、ヒータ制御量演算部５３がヒータ制御部の一例に相当し、通信処理部７１が情報通信部および通信異常検出部の一例に相当し、異常検出部６９が制御異常検出部の一例に相当し、異常時制御モードが異常時制御状態の一例に相当し、異常時制御電圧Ｖｅｍが異常時印加電圧の一例に相当する。

［２．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、１個のセル（ポンプセル１４）のみを備える素子部（センサ素子９）を制御するセンサ制御装置について説明したが、制御対象の素子部はこのような構成に限られることはなく、２個以上のセルを備える素子部であってもよい。例えば、ポンプセルと起電力セル（検知セル）とを備える素子部（２セル型素子部）を制御するセンサ制御装置であってもよい。上述のセンサ制御装置５を用いて、２セル型素子部およびヒータ部を備えるセンサを制御する場合には、ポンプ電流端子６１と基準電位端子６５との間にポンプセルを接続し、検出電圧端子６３と基準電位端子６５との間に起電力セル（検知セル）を接続する。このような用途においても、センサ制御装置５は、エンジン制御装置７との通信に通信異常が発生し、その後に通信異常が解消された場合において、速やかに２セル型素子部を備えるセンサを用いた状態量検出を再開することができる。

次に、上記実施形態では、異常時制御電圧Ｖｅｍをエンジン制御装置７から受信する構成のセンサ制御装置５について説明したが、このような構成に限られることはない。例えば、異常時制御電圧Ｖｅｍを予めセンサ制御装置５の記憶部（ＲＯＭなど）に記憶しておく構成であって、エンジン制御装置７から異常時制御電圧Ｖｅｍを受信しない構成であってもよい。

次に、上記実施形態では、センサとして酸素センサを用いる実施形態について説明したが、酸素以外のガス（例えば、ＮＯｘなど）を検出するガスセンサであってもよい。また、センサはガスセンサに限られることはなく、素子部およびヒータを備えるセンサであれば、ガスセンサ以外のセンサであってもよい。

次に、上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。例えば、上記実施形態では、通信処理部７１が情報通信部および通信異常検出部の一例に相当する形態について説明したが、通信処理部７１が情報通信部の一例に相当し、通信処理部７１とは別の異常検出部が通信異常検出部の一例に相当するものとして備えられる形態であってもよい。

また、センサ制御装置は、上述のようなＡＳＩＣにより構成される形態に限られることはなく、例えば、マイクロコンピュータ（以下、マイコンともいう。）を備える形態であってもよい。マイコンは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび信号入出力部を備える。このようなセンサ制御装置の各種機能は、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、ＲＯＭが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。信号入出力部は、外部機器との間で各種信号の送受信を行う。なお、マイコンを構成するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび信号入出力部のそれぞれの個数は１つでも複数でもよい。また、マイコンが実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。

本開示は、上述したＡＳＩＣ、マイコンの他、当該マイコンを構成要素とするシステム、当該マイコンとしてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、濃度算出方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１…ガス検知システム、３…ガス検知装置、５…センサ制御装置、７…エンジン制御装置、８…ガスセンサ、９…センサ素子、１４…ポンプセル、１５…固体電解質体、１６…多孔質電極、２６…ヒータ、３１…アナログデジタル変換部（ＡＤ変換部）、３３…ＰＩＤ演算部、３４…ポンプ電流演算部、３５…電流デジタルアナログ変換部（電流ＤＡ変換部）、３７…ガス検出信号演算部、４２…電流供給部、４６…基準電位生成部、５１…Ｒｐｖｓ演算部、５３…ヒータ制御量演算部、５７…ヒータドライバ、６１…ポンプ電流端子（Ｉｐ＋端子）、６３…検出電圧端子（Ｖｓ＋端子）、６５…基準電位端子（ＣＯＭ端子）、６７…端子監視部、６９…異常検出部、７１…通信処理部、７２…通信線。

Claims (3)

1. 固体電解質体および該固体電解質体に設けられた一対の電極を備えるセルを少なくとも１つ以上有する素子部と、前記固体電解質体を加熱するヒータ部と、を有するセンサを制御するセンサ制御装置であって、
   前記素子部に接続されて、前記素子部を駆動するために前記セルに通電するセンサ駆動部と、
   複数の通電モードのうち外部機器により指示される１つの通電モードで前記ヒータ部を制御するヒータ制御部と、
   前記外部機器との間で、前記センサの制御に関する制御情報を少なくとも含む情報の送受信を行う情報通信部と、
   を備え、
   さらに、前記外部機器との通信異常を検出する通信異常検出部を備え、
   前記ヒータ制御部は、前記通信異常検出部にて前記通信異常が検出された場合には、前記通信異常が検出される前の通電モードでのヒータ制御状態を維持して前記ヒータ部を制御する、
   センサ制御装置。
2. 前記センサ駆動部と前記素子部とを接続する配線における配線異常を少なくとも含む制御異常を検出する制御異常検出部を備え、
   前記ヒータ制御部は、前記制御異常検出部が前記制御異常を検出すると、前記通信異常検出部が前記通信異常を検出したか否かにかかわらず、前記ヒータ部の制御状態を異常時制御状態に移行する、
   請求項１に記載のセンサ制御装置。
3. 前記ヒータ制御部は、前記異常時制御状態では、前記ヒータ部への印加電圧を予め設定した所定の異常時印加電圧に設定する、
   請求項２に記載のセンサ制御装置。

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