ガスセンサの異常診断方法
【課題】検出素子を収容するハウジング内で水蒸気が生じる等の要因で接続端子間に漏電（リーク）が生じるといったガスセンサの異常状態を、精度良く判定することが可能なガスセンサの異常診断方法を提供する。
【解決手段】酸素センサ１を異常診断回路５に接続する。そして、酸素センサ１を既知の酸素濃度にある大気雰囲気に晒す。ヒータ１３の電源電位側の通電経路は、スイッチ５３を介してバッテリに接続している。また、ヒータ１３の基準電位側の通電経路は、開回路状態とする。よって、ヒータ１３の電源電位側の通電経路を接続しても、ヒータ１３には電流が流れない。ゆえに、ヒータ１３の通電経路とは独立した通電経路を有する検出素子１２のセンサ出力値を取得し、そのセンサ出力値が大きな値を示した（大きな変動が生じた）なら、酸素センサ１が異常状態にあるとして判断することができる。
【解決手段】酸素センサ１を異常診断回路５に接続する。そして、酸素センサ１を既知の酸素濃度にある大気雰囲気に晒す。ヒータ１３の電源電位側の通電経路は、スイッチ５３を介してバッテリに接続している。また、ヒータ１３の基準電位側の通電経路は、開回路状態とする。よって、ヒータ１３の電源電位側の通電経路を接続しても、ヒータ１３には電流が流れない。ゆえに、ヒータ１３の通電経路とは独立した通電経路を有する検出素子１２のセンサ出力値を取得し、そのセンサ出力値が大きな値を示した（大きな変動が生じた）なら、酸素センサ１が異常状態にあるとして判断することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出ガス中の特定ガス成分の濃度に応じた検出信号を出力する検出素子を備えたガスセンサが異常状態にあるか否かを診断するガスセンサの異常診断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ジルコニア等のセラミックスからなる固体電解質体を用い、内燃機関の排出する排気ガス中の特定ガス成分（例えば酸素など）を検出する検出素子を備えたガスセンサが知られている。このような検出素子は温度が低いと固体電解質体が活性化しないため、たとえば自動車の始動時などでは酸素濃度の検出を行える状態となるまで、排気ガスによる昇温を待つ必要があった。そこで、検出素子を加熱して速やかに昇温できるようにしたヒータを検出素子に付設ないし一体化させ、この検出素子をハウジング内に収容したガスセンサが開発されている。
【０００３】
このようなガスセンサは、ＥＣＵ（自動車の電子制御装置）やＥＣＵと別体に設けられたセンサ制御装置等の外部装置に接続されて使用され、検出素子やヒータに、検出用の電流や加熱用の電流が流される。ガスセンサと外部回路との接続にはリード線が用いられ、ガスセンサのハウジング内にて、リード線の末端に設けられた接続端子を介し、それぞれ独立に、検出素子やヒータに設けられた通電用の端子に電気的に接続される。そして各接続端子は、セパレータと呼ばれる絶縁部材によって互いに非接触の状態で、ハウジング内に収容されている。
【０００４】
ところで、ガスセンサのハウジング内には、何らかの原因で水分が浸入してしまうことがある。例えば、リード線の内側をつたって水蒸気がハウジング内に入り込み、その水蒸気が冷却されてハウジング内に水分が浸入することもある。このような場合、ヒータの加熱や排気ガスから受ける熱によって、ハウジング内に浸入した水分が、水蒸気化することがある。すると、上記の接続端子など、ハウジング内で露出してなる部分において、ヒータ側の通電経路と検出素子側の通電経路との間で水蒸気を媒介した漏電（リーク）を生じ、検出素子からの検出信号に異常を生ずる虞がある。そこで、エンジンの冷却水温と検出信号の電圧値との関係から検出信号ひいてはガスセンサの異常状態の有無を診断できるようにした診断装置が知られている（たとえば特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１１５８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、診断装置によって検出信号の異常が検出されたガスセンサに対し、あらためて、異常状態の再現試験を行っても、異常状態が再現されないことがあった。これは、ハウジング内で水蒸気化した水分がヒータ等の加熱の繰り返しにより蒸発してしまい、リークの発生要因がなくなるからと考えられる。特に、特定ガス成分の濃度検出のために、ガスセンサに通気部（より詳細には、通気孔を撥水性および通気性を有するフィルタにて覆った通気部）を設け、この通気部を介して検出素子の内部に基準ガスとしての大気を取り込む構成では、水蒸気化した水分が上記通気部を介して外部に排出される傾向が生じ易い。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、検出素子を収容するハウジング内で水蒸気が生じる等の要因で接続端子間に漏電（リーク）が生じるといったガスセンサの異常状態を、精度良く判定することが可能なガスセンサの異常診断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施態様によれば、固体電解質体および一対の電極から構成されると共に、被検出ガス中の特定ガス成分の濃度に応じたセンサ出力値を出力する検出素子と、当該検出素子を加熱するヒータとを収容するハウジングを有するとともに、外部回路から前記検出素子および前記ヒータへの通電経路の一部を担うリード線の末端に設けられ、当該リード線と前記検出素子および前記ヒータとを接続するための接続端子を、さらに、前記ハウジング内に収容してなるガスセンサが、異常状態にあるか否かを診断するガスセンサの異常診断方法であって、前記ヒータの電源電位側の通電経路が接続され、基準電位側の通電経路が開回路状態となる第１開回路工程と、前記ガスセンサを前記特定ガス成分の濃度が既知の濃度にある雰囲気に晒すと共に、前記検出素子の一対の電極のそれぞれに対する通電経路が接続された状態で前記センサ出力値を取得する取得工程と、前記第１開回路工程の実行中に、前記取得工程にて取得される前記センサ出力値に基づいて、前記ガスセンサが異常状態にあると判定される判定工程とを有するガスセンサの異常診断方法が提供される。
【０００９】
本実施態様において、ヒータの電源電位側の通電経路が接続されても、基準電位側の通電経路が開回路状態であれば、ヒータへの通電はなされない。しかし、ハウジング内に水分が浸入し、ヒータ側の通電経路と検出素子側の通電経路との間で水蒸気を媒介した漏電（リーク）が生じる状況にある場合、センサ出力値が、当該漏電がない場合とは異なる挙動を示す。つまり、ガスセンサは、特定ガス成分の濃度が既知の濃度にある雰囲気に晒していることから、その既知の濃度に対応したセンサ出力値が取得されることになるが、上記漏電が生じた場合には既知の濃度に対応したセンサ出力値とは異なる値を示すことになる。ゆえに、ヒータの基準電位側の通電経路が開回路状態である間のセンサ出力値の変動を利用することにより、ガスセンサの異常の有無を判断することができる。さらに、本発明のガスセンサの異常検出方法を、出荷後にセンサ出力値の異常が生じたとして回収されるガスセンサに対してはじめに実施すれば、ハウジング内で水蒸気化した水分が、ガスセンサの異常状態を確認するための別の試験にて蒸発してしまうのを抑えられるため、出荷後に生じた上記漏電に伴うセンサ出力値の異常状態を再現させられる可能性があり、ガスセンサの異常の特定を行うことが可能となる。
【００１０】
また、本実施態様において、前記ヒータの電源電位側の通電経路が切断され、基準電位側の通電経路も開回路状態となる第２開回路工程をさらに有し、前記判定工程では、前記第１開回路工程の実行中に前記取得工程にて取得される前記センサ出力値と、さらに前記第２開回路工程の実行中に前記取得工程にて取得される前記センサ出力値との変動状態に基づいて、前記ガスセンサが異常状態にあると判定されてもよい。このように、ヒータの電源電位側の通電経路が接続されている間のセンサ出力値だけでなく、切断されている間のセンサ出力値をも異常有無の判断要素に加え、これらセンサ出力値の変動に基づきガスセンサの異常の有無の判定を行えば、その判定精度をより高めることができる。
【００１１】
あるいは、本実施態様において、前記ヒータの電源電位側の通電経路が切断され、基準電位側の通電経路も開回路状態となる第２開回路工程をさらに有し、前記判定工程では、前記第１開回路工程の実行中に前記取得工程にて取得される前記センサ出力値と、さらに前記第２開回路工程の実行中に前記取得工程にて取得される前記センサ出力値との変動状態に基づいて、前記ガスセンサが、仮に、異常状態にあると仮判定されるとともに、当該仮判定が複数回なされた場合に、前記ガスセンサが異常状態にあると判定されてもよい。上記のように、ヒータの電源電位側の通電経路が接続されている間のセンサ出力値だけでなく、切断されている間のセンサ出力値をも異常有無の判断要素に加え、これらセンサ出力値の変動に基づきガスセンサの異常の有無の判定を行えば、その判定精度をより高めることができる。さらに、上記のガスセンサの異常の有無の判定を仮判定とし、仮判定を複数回行った結果に基づいてガスセンサの異常の有無を判定すれば、その判定精度をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】酸素センサ１の使用時における電気的な構成を概略的に示した図である。
【図２】酸素センサ１の異常診断を行う際の電気的な接続を概略的に示した図である。
【図３】正常な酸素センサおよびハウジング内に水分が浸入した酸素センサを異常診断回路に接続し、電気炉内に投入した際のセンサ出力値を測定したグラフである。
【図４】正常な酸素センサおよびデポジットの付着した酸素センサを異常診断回路に接続し、ヒータの通電側のスイッチをＯＮ／ＯＦＦした際のセンサ出力値を測定したグラフである。
【図５】ハウジング内に水分が浸入した酸素センサを異常診断回路に接続し、ヒータの通電側のスイッチをＯＮ／ＯＦＦした際のセンサ出力値を測定したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を具体化したガスセンサの異常診断方法の一実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施の形態において異常診断が行われるガスセンサとしては、酸素センサや全領域空燃比センサ、ＮＯｘセンサ、ＨＣセンサなど、公知のガスセンサを用いることができる。また、ガスセンサの検出素子には、加熱によって活性化する固体電解質体を用いたものを適用することができ、有底筒状をなすものや板状をなすものなど、大きさや形状については問うものではない。本実施の形態では、ガスセンサの一例として、例えば、特開２００４−１３８５９９号公報に開示される酸素センサを用いるものとする。したがって、酸素センサ１の構造の詳細については説明を省略するが、概略的な構造については、図１に示す電気的な構成を参照しつつ、簡単に説明するものとする。
【００１４】
図１に示す、酸素センサ１は、自身を排気ガスの流通管に取り付けるための主体金具（図示外）の内側に、有底筒状の検出素子１２を保持させ、検出素子１２の先端部および後端部をそれぞれ、主体金具の先端および後端から突出させた構造を有する。主体金具の後端には筒状の外筒（図示外）が取り付けられている。外筒は、主体金具とともに酸素センサ１のハウジング１１を構成し、内部に検出素子１２を収容して、内部と外部の雰囲気を隔てている。ハウジング１１内にはヒータ１３も収容され、ヒータ１３は、検出素子１２の筒内に配置されている。また、主体金具の先端にはガス流通孔付きのプロテクタ（図示外）が取り付けられており、検出素子１２の先端部は、周囲をプロテクタに覆われて保護されている。
【００１５】
検出素子１２は、活性温度以上で酸素イオン導電性を示す性質を有するジルコニア製の固体電解質体を、上記のように有底筒状に形成し、その外面と内面とにそれぞれ形成した一対の多孔質電極（図示外）で固体電解質体を挟んだものである。この固体電解質体で２つの雰囲気（具体的には大気と排気ガス）を隔て、両雰囲気間で酸素分圧に差が生じたときに、固体電解質体内を酸素イオンが移動するのに伴い起電力が生ずることを利用して、排気ガス中の酸素濃度の検出が行われる。多孔質電極の一方はプロテクタ内で露出されて、ガス流通孔から導入される排気ガスに晒される。また、他方の多孔質電極は、外筒の開口からハウジング１１内に導入される大気に晒される。この外筒の開口には、通気性および撥水性を有するフィルタ（図示外）が設けられ、ハウジング１１内に大気を導入できるように設計されている。
【００１６】
また、検出素子１２は、一対の多孔質電極の一方が接続端子１５に接続されており、一対の多孔質電極の他方が接続端子１６に接続されている。同様に、ヒータ１３の電源電位側が接続端子１７に接続されており、基準電位側が接続端子１８に接続されている。各接続端子１５〜１８はハウジング１１内に収容されており、ハウジング１１内に配置される絶縁性のセパレータ（図示外）によって、互いに非接触の状態に保持されている。各接続端子１５〜１８にはそれぞれリード線３５〜３８の一端側が取り付けられており、各リード線３５〜３８は、ハウジング１１から引き出されている。そして、リード線３５〜３８の他端側にはコネクタ３が設けられ、各リード線３５〜３８は、コネクタ３の各端子３１〜３４に接続されている。
【００１７】
このような構成の酸素センサ１は、自動車に組み付けられた際に、コネクタ３を介してセンサ制御装置４に接続されて、使用される。センサ制御装置４は、ヒータ１３に対する通電の制御を行うヒータ制御部４２と、検出素子１２の出力を検出する検出部４１を有する。ヒータ制御部４２はバッテリに接続されており、バッテリ電圧をヒータ１３の電源電位側に印加するため、リード線４７を介してコネクタ３の端子３３に接続されている。そしてヒータ１３の基準電位側に接続されるコネクタ３の端子３４は、リード線４８を介し、センサ制御装置４の基準電位に接続されている。
【００１８】
また、検出部４１は、リード線４５，４６を介してコネクタ３の端子３１，３２に接続されている。上記したように、端子３１，３２は検出素子１２の一対の多孔質電極が接続されており、検出部４１では、検出素子１２の両端の電位差を取得することができる。そして、検出素子１２の多孔質電極の他方に接続される端子３２には、リード線４６を介し、センサ制御装置４の基準電位が接続されている。なお、センサ制御装置４は図示しないマイクロコンピュータに接続されており、このマイクロコンピュータはセンサ制御装置４にて取得されたセンサ出力値を入力することで、空燃比フィードバック制御を行うために必要な酸素濃度、ひいては空燃比を算出する。
【００１９】
次に、酸素センサ１に接続する異常診断回路５について説明する。酸素センサ１の異常診断を行うにあたり、酸素センサ１には、センサ制御装置４に接続するコネクタ３を用いて、異常診断回路５が接続される。異常診断回路５には、コネクタ３の端子３１〜３３にそれぞれ接続されるリード線５５〜５７が設けられている。コネクタ３の端子３３は、リード線５７を介して異常診断回路５のスイッチ５３に接続されており、さらにスイッチ５３を介してバッテリに接続されている。そして、スイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦによって、ヒータ１３の電源電位側へのバッテリ電圧の印加を行えるようになっている。
【００２０】
また、コネクタ３の端子３１，３２は、それぞれリード線５５，５６を介して異常診断回路５の検出抵抗５１の両端に接続されている。検出抵抗５１の両端にはさらに電圧計５２が接続されている。さらに、端子３２は、リード線５６を介して異常診断回路５の基準電位に接続されている。そして、端子３４には何も接続されず、ゆえに、ヒータ１３の基準電位側の通電経路は開回路状態となっている。
【００２１】
次に、異常診断回路５によって酸素センサ１の異常診断を行う方法について、以下の実施例により説明する。
【実施例１】
【００２２】
酸素センサ１の異常診断を行うにあたり、まず、通常の製造工程にしたがって酸素センサ１を２つ作製し、そのうちの一方を、酸素センサ１の正常品のサンプル１とした。もう一方の酸素センサ１は、外筒の開口に設けたフィルタを破り、さらに、加湿器で湿度を十分に高めた湿潤雰囲気中に２４時間放置して、ハウジング１１内に敢えて水分を浸入させ、出力異常（接続端子間にて漏電）を生ずる虞のある状態にし、これをサンプル２とした。次に、サンプル１，２をそれぞれ異常診断回路５に接続した。上記したように、異常診断回路５はコネクタ３の端子３４との接続がなく、ヒータ１３の基準電位側の通電経路は開放され、開回路状態となる。この状態で、各サンプル１，２を、５００℃に加熱した酸素濃度が既知の雰囲気（具体的には、大気雰囲気）に晒された電気炉６内に投入するとともに、スイッチ５３をＯＮにして、ヒータ１３の電源電位側を１２．５Ｖのバッテリに接続した（第１開回路工程）。電気炉６への投入後、電圧計５２で検出素子１２の出力する電圧値（以下、「センサ出力値」ともいう。）を測定（取得）した（取得工程）。さらに９５秒後には、スイッチ５３をＯＦＦにした（第２開回路工程）。なお、センサ出力値の測定は、サンプル１，２を電気炉６へ投入してから約２００秒間、行った。測定結果を図３のグラフに示す。
【００２３】
図３に示すように、正常品のサンプル１は、スイッチ５３の操作の有無にかかわらず、センサ出力値がほぼ０Ｖであった。つまり、スイッチ５３がＯＮとなり、ヒータ１３の電源電位側の通電経路が接続されている間のセンサ出力値に、変動はみられなかった。ヒータ１３と検出素子１２の通電経路が互いに独立していることと、電気炉６内が大気雰囲気であるため、検出素子１２の固体電解質体で隔てた雰囲気間で酸素分圧の差がほとんど生じなかったことによる。一方、不具合品のサンプル２では、電気炉６への投入後に測定されたセンサ出力値は、約５Ｖを示した。このとき、スイッチ５３はＯＮであり、さらに時間の経過に伴い、測定される電圧値が約６Ｖに上昇したが、スイッチ５３をＯＦＦにして以降は、ほぼ０Ｖのセンサ出力値が測定された。実使用時において検出素子１２において生ずる起電力は酸素濃度が薄い空燃比がリッチの雰囲気にて約０．９Ｖであることから、それよりも大きな電圧が測定されることは、ヒータ１３に印加されたバッテリ電圧が、漏電などの要因により、検出素子１２に印加され、その分圧がセンサ出力値として測定された状況が考えられる。スイッチ５３をＯＦＦにするとセンサ出力値がほぼ０Ｖとなったことからも、バッテリ電圧の漏電が思料される。なお、サンプル２のセンサ出力値が約５Ｖから約６Ｖに上昇したのは、電気炉６で熱せられた検出素子１２の固体電解質体が活性化し、酸素イオンが移動可能となって電流が流れるようになったことによる。
【実施例２】
【００２４】
こうした漏電の発生要因について更なる考察を行うため、評価を行った。実施例１と同様に通常の製造工程にしたがって酸素センサ１を３つ作成し、１つを試験用のエンジンの排気管に取り付け、１０００時間の走行試験後に回収し、これをサンプル３とした。また、残る２つの酸素センサ１は、実施例１と同様に加湿器による湿潤雰囲気中でハウジング１１内に水分を浸入させて、それぞれサンプル４，５とした。そして上記のサンプル１と、サンプル３〜５を、それぞれ異常診断回路５に接続し、酸素濃度が既知である大気雰囲気中で任意のタイミングにスイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦを繰り返し行いつつ、スイッチ５３のＯＮ時とＯＦＦ時とでセンサ出力値の測定を行った（約２００秒間行った）。サンプル１，３の測定結果を図４のグラフに示し、サンプル４，５の測定結果を図５のグラフに示す。
【００２５】
サンプル１は、特に不具合のない酸素センサ１の正常品のサンプルであり、図４に示すように、スイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦが繰り返されても、センサ出力値がほぼ０Ｖに維持された。つまり、スイッチ５３がＯＮとなり、ヒータ１３の電源電位側の通電経路が接続されている間のセンサ出力値に、変動はみられなかった。また、サンプル３では、スイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦに応じてセンサ出力値が直ちに変動を示す、ということはなく、ほぼ０Ｖに維持されていたが、わずかながら、時間の経過に伴い電圧値が上昇する現象がみられた。この現象は、サンプル３の検出素子１２の表面に付着した排気ガス中のデポジット（燃料灰分やオイル成分など被毒性の付着物質など）が、ヒータ１３の加熱に伴い、多孔質電極の表面上で焼却されたことで生じたと考えられる。デポジットが燃える際に周囲の酸素を奪うため、若干の酸素濃度勾配が生じ、固体電解質体内を電流が流れるので、センサ出力値の上昇がみられるのである。
【００２６】
一方、ハウジング１１内に水分の浸入したサンプル４，５は、図５に示すように、スイッチ５３をＯＮにしているときに、センサ出力値が大きな値を示した。換言すれば、サンプル４，５は、スイッチ５３をＯＮにしているときのセンサ出力値と、スイッチ５３をＯＦＦにしているときのセンサ出力値とに、図３とは異なる大きな変動が生じた。具体的にみられた現象は、以下の通りである。図５に示すように、サンプル４，５のセンサ出力値は、いずれも、測定を開始した直後には、ほぼ０Ｖであり、スイッチ５３がＯＮである間のセンサ出力値は、時間の経過に伴い上昇していった。スイッチ５３がＯＦＦとなれば、センサ出力値は、ほぼ０を示した。測定開始から約７０〜８０秒後にセンサ出力値が約２Ｖに達すると、それ以上の上昇はみられなくなったが、スイッチ５３をＯＦＦにしたときに、センサ出力値が負の値を示した。測定開始から約１２０秒が経過して以降は、時間の経過に伴ってセンサ出力値が減少していった。
【００２７】
実施例１と同様に、検出素子１２において生ずる起電力が約０．９Ｖであることから、ヒータ１３に印加されたバッテリ電圧が、検出素子１２にも印加された状況が考えられる。ヒータ１３の基準電位側の通電経路が開放されていることや、スイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦに応じてセンサ出力値に変動がみられたことからも、十分に思料されることである。しかし、測定開始直後において、スイッチ５３がＯＮであってもセンサ出力値がほぼ０Ｖであったことから、ヒータ１３や検出素子１２の通電経路上において、例えば回路異常等により、常時、短絡が生じている状態にあるとは考えにくい。
【００２８】
ところで、ハウジング１１内において、ヒータ１３の通電経路上で電気的に露出されている部分は接続端子１７，１８のみであり、検出素子１２についても同様に、接続端子１５，１６のみが電気的に露出されている。例えば、漏電によってヒータ１３に電流が流れればヒータ１３が発熱し、その際に、例えばハウジング１１内に浸入し、水滴状態で内壁等に付着している水分があれば、ヒータ１３の加熱によって水蒸気化しうる。時間の経過に伴ってセンサ出力値が上昇する傾向を示すのは、こうして発生する水蒸気が、接続端子１５〜１８間に充満し、漏電を媒介しているからと考えられる。例えば、図２において、ヒータ１３の接続端子１７と検出素子１２の接続端子１５との間の絶縁抵抗Ｒ１や、接続端子１８と接続端子１５との間の絶縁抵抗Ｒ２が、水蒸気を媒介することによって低下すれば、漏電を生ずる虞がある。もちろん、抵抗値Ｒ１，Ｒ２は、接続端子１５〜１８間の距離や互いの配置、水蒸気の発生具合や発生密度など、主種の要因によって変化しうる。ゆえに、水蒸気の発生に伴うセンサ出力値の変動が生じた場合、その変動の大きさや変動の状況は抵抗値Ｒ１，Ｒ２によってサンプルごとに異なる場合がある。しかし、酸素センサ１を本実施の形態の異常診断回路５に接続し、スイッチ５３をＯＮにしている間にセンサ出力値が大きな値を示した（換言すれば、センサ出力値が既知の酸素濃度に対応した値とは大きく異なる値を示した）のであれば、少なくとも漏電が生じたとみなすことができるので、酸素センサ１が異常状態にあると判定してもよい（判定工程）。さらに、スイッチ５３をＯＦＦにしている間のセンサ出力値にも注目し、スイッチ５３をＯＮにしている間と、ＯＦＦにしている間とでセンサ出力値が異なる変動を示すのであれば、酸素センサ１が異常状態にあると判定してもよい。このようにすれば、異常診断の精度をより高めることができる。
【００２９】
判定は、利用者がスイッチ５３の操作を行い、電圧計５２による測定結果がスイッチ５３の操作に応じた変動を示すか否かを基準に行えばよい。異常状態の有無の判定は、スイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦを１回行い、ＯＮにしている間のセンサ出力値とＯＦＦにしている間のセンサ出力値との変動に基づいて仮判定を行い、複数回分の仮判定の結果をもって、酸素センサ１が異常状態にあるかを判定すれば、判定結果の確実性を高めることができる。もちろん、スイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦ操作を１回だけ行い、ＯＮ時のセンサ出力値とＯＦＦにしている間のセンサ出力値との変動に基づいて酸素センサ１が異常状態にあるかを判定してもよく、このようにすれば、簡易で且つ素早く、判定結果を得ることができる。
【００３０】
なお、図５のグラフにおいて、スイッチ５３がＯＦＦのときにセンサ出力値が負の値を示したのは、水蒸気の発生によって検出素子１２の一方の多孔質電極の周囲の酸素濃度が上昇するため、酸素濃度勾配に応じて固体電解質体内を電流が流れることによる。そして、測定開始から約１２０秒が経過して以降、センサ出力値が減少したのは、水分が蒸発して、ハウジング１１内で漏電を媒介できるだけの水分量がなくなったためと考えられる。
【００３１】
このように、異常診断回路５を用いれば酸素センサ１の異常状態の有無を容易に診断することができるが、出力異常を生じた全ての酸素センサ１に対して異常状態を確認することができない場合もある。これは上記実施例２において説明したように、ハウジング１１内に浸入した水分が酸素センサ１に出力異常を生じさせても、その後も酸素センサ１が使用され高温環境下に晒されると、水分が蒸発してハウジング１１内からフィルタを介して外部に出てしまい、出力異常を再現できなくなることによる。ただし、この異常診断回路５を用いた異常状態の有無の診断を、例えば、出荷後にセンサ出力値の異常（高出力異常）が生じたとして回収されるガスセンサに対して真っ先に実施すれば、ハウジング内で水蒸気化した水分が、ガスセンサの異常状態を確認するための別の試験などにて蒸発してしまうのを抑えられるため、出荷後に水分を介した接続端子間の漏電に伴うセンサ出力値の異常状態を再現させられる可能性が高く、ガスセンサの異常の特定が行える。その意味からも本発明のガスセンサ（酸素センサ１）の異常診断方法は有益である。
【００３２】
なお、本発明は上記実施の形態に限られず、各種の変形が可能である。本実施の形態の異常診断方法では、異常診断対象の酸素センサ１を異常診断回路５に接続し、電圧計５２の測定結果を参照しつつスイッチ５３の操作を行った際のセンサ出力値に基づいて（より具体的には、センサ出力値が、あらかじめ測定された正常時のセンサ出力値とは異なる変動を示した場合に）異常状態にあると判定した。例えば、異常診断回路５にマイクロコンピュータを組み込み、制御プログラムによりスイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦが行われるように制御するとともに、電圧計５２により測定されたセンサ出力値が変動を示した際の変動幅が所定の閾値よりも大きい場合に、酸素センサ１が異常状態にあると判定してもよい。また、酸素センサ１の異常診断にあたっては、大気雰囲気に限らず、酸素濃度が既知の濃度にある雰囲気に酸素センサ１を晒して実行すればよい。
【符号の説明】
【００３３】
１ ガスセンサ
１１ ハウジング
１２ 検出素子
１３ ヒータ
１５〜１８ 接続端子
３５〜３８ リード線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出ガス中の特定ガス成分の濃度に応じた検出信号を出力する検出素子を備えたガスセンサが異常状態にあるか否かを診断するガスセンサの異常診断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ジルコニア等のセラミックスからなる固体電解質体を用い、内燃機関の排出する排気ガス中の特定ガス成分（例えば酸素など）を検出する検出素子を備えたガスセンサが知られている。このような検出素子は温度が低いと固体電解質体が活性化しないため、たとえば自動車の始動時などでは酸素濃度の検出を行える状態となるまで、排気ガスによる昇温を待つ必要があった。そこで、検出素子を加熱して速やかに昇温できるようにしたヒータを検出素子に付設ないし一体化させ、この検出素子をハウジング内に収容したガスセンサが開発されている。
【０００３】
このようなガスセンサは、ＥＣＵ（自動車の電子制御装置）やＥＣＵと別体に設けられたセンサ制御装置等の外部装置に接続されて使用され、検出素子やヒータに、検出用の電流や加熱用の電流が流される。ガスセンサと外部回路との接続にはリード線が用いられ、ガスセンサのハウジング内にて、リード線の末端に設けられた接続端子を介し、それぞれ独立に、検出素子やヒータに設けられた通電用の端子に電気的に接続される。そして各接続端子は、セパレータと呼ばれる絶縁部材によって互いに非接触の状態で、ハウジング内に収容されている。
【０００４】
ところで、ガスセンサのハウジング内には、何らかの原因で水分が浸入してしまうことがある。例えば、リード線の内側をつたって水蒸気がハウジング内に入り込み、その水蒸気が冷却されてハウジング内に水分が浸入することもある。このような場合、ヒータの加熱や排気ガスから受ける熱によって、ハウジング内に浸入した水分が、水蒸気化することがある。すると、上記の接続端子など、ハウジング内で露出してなる部分において、ヒータ側の通電経路と検出素子側の通電経路との間で水蒸気を媒介した漏電（リーク）を生じ、検出素子からの検出信号に異常を生ずる虞がある。そこで、エンジンの冷却水温と検出信号の電圧値との関係から検出信号ひいてはガスセンサの異常状態の有無を診断できるようにした診断装置が知られている（たとえば特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１１５８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、診断装置によって検出信号の異常が検出されたガスセンサに対し、あらためて、異常状態の再現試験を行っても、異常状態が再現されないことがあった。これは、ハウジング内で水蒸気化した水分がヒータ等の加熱の繰り返しにより蒸発してしまい、リークの発生要因がなくなるからと考えられる。特に、特定ガス成分の濃度検出のために、ガスセンサに通気部（より詳細には、通気孔を撥水性および通気性を有するフィルタにて覆った通気部）を設け、この通気部を介して検出素子の内部に基準ガスとしての大気を取り込む構成では、水蒸気化した水分が上記通気部を介して外部に排出される傾向が生じ易い。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、検出素子を収容するハウジング内で水蒸気が生じる等の要因で接続端子間に漏電（リーク）が生じるといったガスセンサの異常状態を、精度良く判定することが可能なガスセンサの異常診断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施態様によれば、固体電解質体および一対の電極から構成されると共に、被検出ガス中の特定ガス成分の濃度に応じたセンサ出力値を出力する検出素子と、当該検出素子を加熱するヒータとを収容するハウジングを有するとともに、外部回路から前記検出素子および前記ヒータへの通電経路の一部を担うリード線の末端に設けられ、当該リード線と前記検出素子および前記ヒータとを接続するための接続端子を、さらに、前記ハウジング内に収容してなるガスセンサが、異常状態にあるか否かを診断するガスセンサの異常診断方法であって、前記ヒータの電源電位側の通電経路が接続され、基準電位側の通電経路が開回路状態となる第１開回路工程と、前記ガスセンサを前記特定ガス成分の濃度が既知の濃度にある雰囲気に晒すと共に、前記検出素子の一対の電極のそれぞれに対する通電経路が接続された状態で前記センサ出力値を取得する取得工程と、前記第１開回路工程の実行中に、前記取得工程にて取得される前記センサ出力値に基づいて、前記ガスセンサが異常状態にあると判定される判定工程とを有するガスセンサの異常診断方法が提供される。
【０００９】
本実施態様において、ヒータの電源電位側の通電経路が接続されても、基準電位側の通電経路が開回路状態であれば、ヒータへの通電はなされない。しかし、ハウジング内に水分が浸入し、ヒータ側の通電経路と検出素子側の通電経路との間で水蒸気を媒介した漏電（リーク）が生じる状況にある場合、センサ出力値が、当該漏電がない場合とは異なる挙動を示す。つまり、ガスセンサは、特定ガス成分の濃度が既知の濃度にある雰囲気に晒していることから、その既知の濃度に対応したセンサ出力値が取得されることになるが、上記漏電が生じた場合には既知の濃度に対応したセンサ出力値とは異なる値を示すことになる。ゆえに、ヒータの基準電位側の通電経路が開回路状態である間のセンサ出力値の変動を利用することにより、ガスセンサの異常の有無を判断することができる。さらに、本発明のガスセンサの異常検出方法を、出荷後にセンサ出力値の異常が生じたとして回収されるガスセンサに対してはじめに実施すれば、ハウジング内で水蒸気化した水分が、ガスセンサの異常状態を確認するための別の試験にて蒸発してしまうのを抑えられるため、出荷後に生じた上記漏電に伴うセンサ出力値の異常状態を再現させられる可能性があり、ガスセンサの異常の特定を行うことが可能となる。
【００１０】
また、本実施態様において、前記ヒータの電源電位側の通電経路が切断され、基準電位側の通電経路も開回路状態となる第２開回路工程をさらに有し、前記判定工程では、前記第１開回路工程の実行中に前記取得工程にて取得される前記センサ出力値と、さらに前記第２開回路工程の実行中に前記取得工程にて取得される前記センサ出力値との変動状態に基づいて、前記ガスセンサが異常状態にあると判定されてもよい。このように、ヒータの電源電位側の通電経路が接続されている間のセンサ出力値だけでなく、切断されている間のセンサ出力値をも異常有無の判断要素に加え、これらセンサ出力値の変動に基づきガスセンサの異常の有無の判定を行えば、その判定精度をより高めることができる。
【００１１】
あるいは、本実施態様において、前記ヒータの電源電位側の通電経路が切断され、基準電位側の通電経路も開回路状態となる第２開回路工程をさらに有し、前記判定工程では、前記第１開回路工程の実行中に前記取得工程にて取得される前記センサ出力値と、さらに前記第２開回路工程の実行中に前記取得工程にて取得される前記センサ出力値との変動状態に基づいて、前記ガスセンサが、仮に、異常状態にあると仮判定されるとともに、当該仮判定が複数回なされた場合に、前記ガスセンサが異常状態にあると判定されてもよい。上記のように、ヒータの電源電位側の通電経路が接続されている間のセンサ出力値だけでなく、切断されている間のセンサ出力値をも異常有無の判断要素に加え、これらセンサ出力値の変動に基づきガスセンサの異常の有無の判定を行えば、その判定精度をより高めることができる。さらに、上記のガスセンサの異常の有無の判定を仮判定とし、仮判定を複数回行った結果に基づいてガスセンサの異常の有無を判定すれば、その判定精度をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】酸素センサ１の使用時における電気的な構成を概略的に示した図である。
【図２】酸素センサ１の異常診断を行う際の電気的な接続を概略的に示した図である。
【図３】正常な酸素センサおよびハウジング内に水分が浸入した酸素センサを異常診断回路に接続し、電気炉内に投入した際のセンサ出力値を測定したグラフである。
【図４】正常な酸素センサおよびデポジットの付着した酸素センサを異常診断回路に接続し、ヒータの通電側のスイッチをＯＮ／ＯＦＦした際のセンサ出力値を測定したグラフである。
【図５】ハウジング内に水分が浸入した酸素センサを異常診断回路に接続し、ヒータの通電側のスイッチをＯＮ／ＯＦＦした際のセンサ出力値を測定したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を具体化したガスセンサの異常診断方法の一実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施の形態において異常診断が行われるガスセンサとしては、酸素センサや全領域空燃比センサ、ＮＯｘセンサ、ＨＣセンサなど、公知のガスセンサを用いることができる。また、ガスセンサの検出素子には、加熱によって活性化する固体電解質体を用いたものを適用することができ、有底筒状をなすものや板状をなすものなど、大きさや形状については問うものではない。本実施の形態では、ガスセンサの一例として、例えば、特開２００４−１３８５９９号公報に開示される酸素センサを用いるものとする。したがって、酸素センサ１の構造の詳細については説明を省略するが、概略的な構造については、図１に示す電気的な構成を参照しつつ、簡単に説明するものとする。
【００１４】
図１に示す、酸素センサ１は、自身を排気ガスの流通管に取り付けるための主体金具（図示外）の内側に、有底筒状の検出素子１２を保持させ、検出素子１２の先端部および後端部をそれぞれ、主体金具の先端および後端から突出させた構造を有する。主体金具の後端には筒状の外筒（図示外）が取り付けられている。外筒は、主体金具とともに酸素センサ１のハウジング１１を構成し、内部に検出素子１２を収容して、内部と外部の雰囲気を隔てている。ハウジング１１内にはヒータ１３も収容され、ヒータ１３は、検出素子１２の筒内に配置されている。また、主体金具の先端にはガス流通孔付きのプロテクタ（図示外）が取り付けられており、検出素子１２の先端部は、周囲をプロテクタに覆われて保護されている。
【００１５】
検出素子１２は、活性温度以上で酸素イオン導電性を示す性質を有するジルコニア製の固体電解質体を、上記のように有底筒状に形成し、その外面と内面とにそれぞれ形成した一対の多孔質電極（図示外）で固体電解質体を挟んだものである。この固体電解質体で２つの雰囲気（具体的には大気と排気ガス）を隔て、両雰囲気間で酸素分圧に差が生じたときに、固体電解質体内を酸素イオンが移動するのに伴い起電力が生ずることを利用して、排気ガス中の酸素濃度の検出が行われる。多孔質電極の一方はプロテクタ内で露出されて、ガス流通孔から導入される排気ガスに晒される。また、他方の多孔質電極は、外筒の開口からハウジング１１内に導入される大気に晒される。この外筒の開口には、通気性および撥水性を有するフィルタ（図示外）が設けられ、ハウジング１１内に大気を導入できるように設計されている。
【００１６】
また、検出素子１２は、一対の多孔質電極の一方が接続端子１５に接続されており、一対の多孔質電極の他方が接続端子１６に接続されている。同様に、ヒータ１３の電源電位側が接続端子１７に接続されており、基準電位側が接続端子１８に接続されている。各接続端子１５〜１８はハウジング１１内に収容されており、ハウジング１１内に配置される絶縁性のセパレータ（図示外）によって、互いに非接触の状態に保持されている。各接続端子１５〜１８にはそれぞれリード線３５〜３８の一端側が取り付けられており、各リード線３５〜３８は、ハウジング１１から引き出されている。そして、リード線３５〜３８の他端側にはコネクタ３が設けられ、各リード線３５〜３８は、コネクタ３の各端子３１〜３４に接続されている。
【００１７】
このような構成の酸素センサ１は、自動車に組み付けられた際に、コネクタ３を介してセンサ制御装置４に接続されて、使用される。センサ制御装置４は、ヒータ１３に対する通電の制御を行うヒータ制御部４２と、検出素子１２の出力を検出する検出部４１を有する。ヒータ制御部４２はバッテリに接続されており、バッテリ電圧をヒータ１３の電源電位側に印加するため、リード線４７を介してコネクタ３の端子３３に接続されている。そしてヒータ１３の基準電位側に接続されるコネクタ３の端子３４は、リード線４８を介し、センサ制御装置４の基準電位に接続されている。
【００１８】
また、検出部４１は、リード線４５，４６を介してコネクタ３の端子３１，３２に接続されている。上記したように、端子３１，３２は検出素子１２の一対の多孔質電極が接続されており、検出部４１では、検出素子１２の両端の電位差を取得することができる。そして、検出素子１２の多孔質電極の他方に接続される端子３２には、リード線４６を介し、センサ制御装置４の基準電位が接続されている。なお、センサ制御装置４は図示しないマイクロコンピュータに接続されており、このマイクロコンピュータはセンサ制御装置４にて取得されたセンサ出力値を入力することで、空燃比フィードバック制御を行うために必要な酸素濃度、ひいては空燃比を算出する。
【００１９】
次に、酸素センサ１に接続する異常診断回路５について説明する。酸素センサ１の異常診断を行うにあたり、酸素センサ１には、センサ制御装置４に接続するコネクタ３を用いて、異常診断回路５が接続される。異常診断回路５には、コネクタ３の端子３１〜３３にそれぞれ接続されるリード線５５〜５７が設けられている。コネクタ３の端子３３は、リード線５７を介して異常診断回路５のスイッチ５３に接続されており、さらにスイッチ５３を介してバッテリに接続されている。そして、スイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦによって、ヒータ１３の電源電位側へのバッテリ電圧の印加を行えるようになっている。
【００２０】
また、コネクタ３の端子３１，３２は、それぞれリード線５５，５６を介して異常診断回路５の検出抵抗５１の両端に接続されている。検出抵抗５１の両端にはさらに電圧計５２が接続されている。さらに、端子３２は、リード線５６を介して異常診断回路５の基準電位に接続されている。そして、端子３４には何も接続されず、ゆえに、ヒータ１３の基準電位側の通電経路は開回路状態となっている。
【００２１】
次に、異常診断回路５によって酸素センサ１の異常診断を行う方法について、以下の実施例により説明する。
【実施例１】
【００２２】
酸素センサ１の異常診断を行うにあたり、まず、通常の製造工程にしたがって酸素センサ１を２つ作製し、そのうちの一方を、酸素センサ１の正常品のサンプル１とした。もう一方の酸素センサ１は、外筒の開口に設けたフィルタを破り、さらに、加湿器で湿度を十分に高めた湿潤雰囲気中に２４時間放置して、ハウジング１１内に敢えて水分を浸入させ、出力異常（接続端子間にて漏電）を生ずる虞のある状態にし、これをサンプル２とした。次に、サンプル１，２をそれぞれ異常診断回路５に接続した。上記したように、異常診断回路５はコネクタ３の端子３４との接続がなく、ヒータ１３の基準電位側の通電経路は開放され、開回路状態となる。この状態で、各サンプル１，２を、５００℃に加熱した酸素濃度が既知の雰囲気（具体的には、大気雰囲気）に晒された電気炉６内に投入するとともに、スイッチ５３をＯＮにして、ヒータ１３の電源電位側を１２．５Ｖのバッテリに接続した（第１開回路工程）。電気炉６への投入後、電圧計５２で検出素子１２の出力する電圧値（以下、「センサ出力値」ともいう。）を測定（取得）した（取得工程）。さらに９５秒後には、スイッチ５３をＯＦＦにした（第２開回路工程）。なお、センサ出力値の測定は、サンプル１，２を電気炉６へ投入してから約２００秒間、行った。測定結果を図３のグラフに示す。
【００２３】
図３に示すように、正常品のサンプル１は、スイッチ５３の操作の有無にかかわらず、センサ出力値がほぼ０Ｖであった。つまり、スイッチ５３がＯＮとなり、ヒータ１３の電源電位側の通電経路が接続されている間のセンサ出力値に、変動はみられなかった。ヒータ１３と検出素子１２の通電経路が互いに独立していることと、電気炉６内が大気雰囲気であるため、検出素子１２の固体電解質体で隔てた雰囲気間で酸素分圧の差がほとんど生じなかったことによる。一方、不具合品のサンプル２では、電気炉６への投入後に測定されたセンサ出力値は、約５Ｖを示した。このとき、スイッチ５３はＯＮであり、さらに時間の経過に伴い、測定される電圧値が約６Ｖに上昇したが、スイッチ５３をＯＦＦにして以降は、ほぼ０Ｖのセンサ出力値が測定された。実使用時において検出素子１２において生ずる起電力は酸素濃度が薄い空燃比がリッチの雰囲気にて約０．９Ｖであることから、それよりも大きな電圧が測定されることは、ヒータ１３に印加されたバッテリ電圧が、漏電などの要因により、検出素子１２に印加され、その分圧がセンサ出力値として測定された状況が考えられる。スイッチ５３をＯＦＦにするとセンサ出力値がほぼ０Ｖとなったことからも、バッテリ電圧の漏電が思料される。なお、サンプル２のセンサ出力値が約５Ｖから約６Ｖに上昇したのは、電気炉６で熱せられた検出素子１２の固体電解質体が活性化し、酸素イオンが移動可能となって電流が流れるようになったことによる。
【実施例２】
【００２４】
こうした漏電の発生要因について更なる考察を行うため、評価を行った。実施例１と同様に通常の製造工程にしたがって酸素センサ１を３つ作成し、１つを試験用のエンジンの排気管に取り付け、１０００時間の走行試験後に回収し、これをサンプル３とした。また、残る２つの酸素センサ１は、実施例１と同様に加湿器による湿潤雰囲気中でハウジング１１内に水分を浸入させて、それぞれサンプル４，５とした。そして上記のサンプル１と、サンプル３〜５を、それぞれ異常診断回路５に接続し、酸素濃度が既知である大気雰囲気中で任意のタイミングにスイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦを繰り返し行いつつ、スイッチ５３のＯＮ時とＯＦＦ時とでセンサ出力値の測定を行った（約２００秒間行った）。サンプル１，３の測定結果を図４のグラフに示し、サンプル４，５の測定結果を図５のグラフに示す。
【００２５】
サンプル１は、特に不具合のない酸素センサ１の正常品のサンプルであり、図４に示すように、スイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦが繰り返されても、センサ出力値がほぼ０Ｖに維持された。つまり、スイッチ５３がＯＮとなり、ヒータ１３の電源電位側の通電経路が接続されている間のセンサ出力値に、変動はみられなかった。また、サンプル３では、スイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦに応じてセンサ出力値が直ちに変動を示す、ということはなく、ほぼ０Ｖに維持されていたが、わずかながら、時間の経過に伴い電圧値が上昇する現象がみられた。この現象は、サンプル３の検出素子１２の表面に付着した排気ガス中のデポジット（燃料灰分やオイル成分など被毒性の付着物質など）が、ヒータ１３の加熱に伴い、多孔質電極の表面上で焼却されたことで生じたと考えられる。デポジットが燃える際に周囲の酸素を奪うため、若干の酸素濃度勾配が生じ、固体電解質体内を電流が流れるので、センサ出力値の上昇がみられるのである。
【００２６】
一方、ハウジング１１内に水分の浸入したサンプル４，５は、図５に示すように、スイッチ５３をＯＮにしているときに、センサ出力値が大きな値を示した。換言すれば、サンプル４，５は、スイッチ５３をＯＮにしているときのセンサ出力値と、スイッチ５３をＯＦＦにしているときのセンサ出力値とに、図３とは異なる大きな変動が生じた。具体的にみられた現象は、以下の通りである。図５に示すように、サンプル４，５のセンサ出力値は、いずれも、測定を開始した直後には、ほぼ０Ｖであり、スイッチ５３がＯＮである間のセンサ出力値は、時間の経過に伴い上昇していった。スイッチ５３がＯＦＦとなれば、センサ出力値は、ほぼ０を示した。測定開始から約７０〜８０秒後にセンサ出力値が約２Ｖに達すると、それ以上の上昇はみられなくなったが、スイッチ５３をＯＦＦにしたときに、センサ出力値が負の値を示した。測定開始から約１２０秒が経過して以降は、時間の経過に伴ってセンサ出力値が減少していった。
【００２７】
実施例１と同様に、検出素子１２において生ずる起電力が約０．９Ｖであることから、ヒータ１３に印加されたバッテリ電圧が、検出素子１２にも印加された状況が考えられる。ヒータ１３の基準電位側の通電経路が開放されていることや、スイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦに応じてセンサ出力値に変動がみられたことからも、十分に思料されることである。しかし、測定開始直後において、スイッチ５３がＯＮであってもセンサ出力値がほぼ０Ｖであったことから、ヒータ１３や検出素子１２の通電経路上において、例えば回路異常等により、常時、短絡が生じている状態にあるとは考えにくい。
【００２８】
ところで、ハウジング１１内において、ヒータ１３の通電経路上で電気的に露出されている部分は接続端子１７，１８のみであり、検出素子１２についても同様に、接続端子１５，１６のみが電気的に露出されている。例えば、漏電によってヒータ１３に電流が流れればヒータ１３が発熱し、その際に、例えばハウジング１１内に浸入し、水滴状態で内壁等に付着している水分があれば、ヒータ１３の加熱によって水蒸気化しうる。時間の経過に伴ってセンサ出力値が上昇する傾向を示すのは、こうして発生する水蒸気が、接続端子１５〜１８間に充満し、漏電を媒介しているからと考えられる。例えば、図２において、ヒータ１３の接続端子１７と検出素子１２の接続端子１５との間の絶縁抵抗Ｒ１や、接続端子１８と接続端子１５との間の絶縁抵抗Ｒ２が、水蒸気を媒介することによって低下すれば、漏電を生ずる虞がある。もちろん、抵抗値Ｒ１，Ｒ２は、接続端子１５〜１８間の距離や互いの配置、水蒸気の発生具合や発生密度など、主種の要因によって変化しうる。ゆえに、水蒸気の発生に伴うセンサ出力値の変動が生じた場合、その変動の大きさや変動の状況は抵抗値Ｒ１，Ｒ２によってサンプルごとに異なる場合がある。しかし、酸素センサ１を本実施の形態の異常診断回路５に接続し、スイッチ５３をＯＮにしている間にセンサ出力値が大きな値を示した（換言すれば、センサ出力値が既知の酸素濃度に対応した値とは大きく異なる値を示した）のであれば、少なくとも漏電が生じたとみなすことができるので、酸素センサ１が異常状態にあると判定してもよい（判定工程）。さらに、スイッチ５３をＯＦＦにしている間のセンサ出力値にも注目し、スイッチ５３をＯＮにしている間と、ＯＦＦにしている間とでセンサ出力値が異なる変動を示すのであれば、酸素センサ１が異常状態にあると判定してもよい。このようにすれば、異常診断の精度をより高めることができる。
【００２９】
判定は、利用者がスイッチ５３の操作を行い、電圧計５２による測定結果がスイッチ５３の操作に応じた変動を示すか否かを基準に行えばよい。異常状態の有無の判定は、スイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦを１回行い、ＯＮにしている間のセンサ出力値とＯＦＦにしている間のセンサ出力値との変動に基づいて仮判定を行い、複数回分の仮判定の結果をもって、酸素センサ１が異常状態にあるかを判定すれば、判定結果の確実性を高めることができる。もちろん、スイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦ操作を１回だけ行い、ＯＮ時のセンサ出力値とＯＦＦにしている間のセンサ出力値との変動に基づいて酸素センサ１が異常状態にあるかを判定してもよく、このようにすれば、簡易で且つ素早く、判定結果を得ることができる。
【００３０】
なお、図５のグラフにおいて、スイッチ５３がＯＦＦのときにセンサ出力値が負の値を示したのは、水蒸気の発生によって検出素子１２の一方の多孔質電極の周囲の酸素濃度が上昇するため、酸素濃度勾配に応じて固体電解質体内を電流が流れることによる。そして、測定開始から約１２０秒が経過して以降、センサ出力値が減少したのは、水分が蒸発して、ハウジング１１内で漏電を媒介できるだけの水分量がなくなったためと考えられる。
【００３１】
このように、異常診断回路５を用いれば酸素センサ１の異常状態の有無を容易に診断することができるが、出力異常を生じた全ての酸素センサ１に対して異常状態を確認することができない場合もある。これは上記実施例２において説明したように、ハウジング１１内に浸入した水分が酸素センサ１に出力異常を生じさせても、その後も酸素センサ１が使用され高温環境下に晒されると、水分が蒸発してハウジング１１内からフィルタを介して外部に出てしまい、出力異常を再現できなくなることによる。ただし、この異常診断回路５を用いた異常状態の有無の診断を、例えば、出荷後にセンサ出力値の異常（高出力異常）が生じたとして回収されるガスセンサに対して真っ先に実施すれば、ハウジング内で水蒸気化した水分が、ガスセンサの異常状態を確認するための別の試験などにて蒸発してしまうのを抑えられるため、出荷後に水分を介した接続端子間の漏電に伴うセンサ出力値の異常状態を再現させられる可能性が高く、ガスセンサの異常の特定が行える。その意味からも本発明のガスセンサ（酸素センサ１）の異常診断方法は有益である。
【００３２】
なお、本発明は上記実施の形態に限られず、各種の変形が可能である。本実施の形態の異常診断方法では、異常診断対象の酸素センサ１を異常診断回路５に接続し、電圧計５２の測定結果を参照しつつスイッチ５３の操作を行った際のセンサ出力値に基づいて（より具体的には、センサ出力値が、あらかじめ測定された正常時のセンサ出力値とは異なる変動を示した場合に）異常状態にあると判定した。例えば、異常診断回路５にマイクロコンピュータを組み込み、制御プログラムによりスイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦが行われるように制御するとともに、電圧計５２により測定されたセンサ出力値が変動を示した際の変動幅が所定の閾値よりも大きい場合に、酸素センサ１が異常状態にあると判定してもよい。また、酸素センサ１の異常診断にあたっては、大気雰囲気に限らず、酸素濃度が既知の濃度にある雰囲気に酸素センサ１を晒して実行すればよい。
【符号の説明】
【００３３】
１ ガスセンサ
１１ ハウジング
１２ 検出素子
１３ ヒータ
１５〜１８ 接続端子
３５〜３８ リード線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質体および一対の電極から構成されると共に、被検出ガス中の特定ガス成分の濃度に応じたセンサ出力値を出力する検出素子と、当該検出素子を加熱するヒータとを収容するハウジングを有するとともに、外部回路から前記検出素子および前記ヒータへの通電経路の一部を担うリード線の末端に設けられ、当該リード線と前記検出素子および前記ヒータとを接続するための接続端子を、さらに、前記ハウジング内に収容してなるガスセンサが、異常状態にあるか否かを診断するガスセンサの異常診断方法であって、
前記ヒータの電源電位側の通電経路が接続され、基準電位側の通電経路が開回路状態となる第１開回路工程と、
前記ガスセンサを前記特定ガス成分の濃度が既知の濃度にある雰囲気に晒すと共に、前記検出素子の一対の電極のそれぞれに対する通電経路が接続された状態で前記センサ出力値を取得する取得工程と、
前記第１開回路工程の実行中に、前記取得工程にて取得される前記センサ出力値に基づいて、前記ガスセンサが異常状態にあると判定される判定工程と
を有することを特徴とするガスセンサの異常診断方法。
【請求項２】
前記ヒータの電源電位側の通電経路が切断され、基準電位側の通電経路も開回路状態となる第２開回路工程をさらに有し、
前記判定工程では、前記第１開回路工程の実行中に前記取得工程にて取得される前記センサ出力値と、さらに前記第２開回路工程の実行中に前記取得工程にて取得される前記センサ出力値との変動状態に基づいて、前記ガスセンサが異常状態にあると判定されることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサの異常診断方法。
【請求項３】
前記ヒータの電源電位側の通電経路が切断され、基準電位側の通電経路も開回路状態となる第２開回路工程をさらに有し、
前記判定工程では、前記第１開回路工程の実行中に前記取得工程にて取得される前記センサ出力値と、さらに前記第２開回路工程の実行中に前記取得工程にて取得される前記センサ出力値との変動状態に基づいて、前記ガスセンサが、仮に、異常状態にあると仮判定されるとともに、当該仮判定が複数回なされた場合に、前記ガスセンサが異常状態にあると判定されることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサの異常診断方法。
【請求項１】
固体電解質体および一対の電極から構成されると共に、被検出ガス中の特定ガス成分の濃度に応じたセンサ出力値を出力する検出素子と、当該検出素子を加熱するヒータとを収容するハウジングを有するとともに、外部回路から前記検出素子および前記ヒータへの通電経路の一部を担うリード線の末端に設けられ、当該リード線と前記検出素子および前記ヒータとを接続するための接続端子を、さらに、前記ハウジング内に収容してなるガスセンサが、異常状態にあるか否かを診断するガスセンサの異常診断方法であって、
前記ヒータの電源電位側の通電経路が接続され、基準電位側の通電経路が開回路状態となる第１開回路工程と、
前記ガスセンサを前記特定ガス成分の濃度が既知の濃度にある雰囲気に晒すと共に、前記検出素子の一対の電極のそれぞれに対する通電経路が接続された状態で前記センサ出力値を取得する取得工程と、
前記第１開回路工程の実行中に、前記取得工程にて取得される前記センサ出力値に基づいて、前記ガスセンサが異常状態にあると判定される判定工程と
を有することを特徴とするガスセンサの異常診断方法。
【請求項２】
前記ヒータの電源電位側の通電経路が切断され、基準電位側の通電経路も開回路状態となる第２開回路工程をさらに有し、
前記判定工程では、前記第１開回路工程の実行中に前記取得工程にて取得される前記センサ出力値と、さらに前記第２開回路工程の実行中に前記取得工程にて取得される前記センサ出力値との変動状態に基づいて、前記ガスセンサが異常状態にあると判定されることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサの異常診断方法。
【請求項３】
前記ヒータの電源電位側の通電経路が切断され、基準電位側の通電経路も開回路状態となる第２開回路工程をさらに有し、
前記判定工程では、前記第１開回路工程の実行中に前記取得工程にて取得される前記センサ出力値と、さらに前記第２開回路工程の実行中に前記取得工程にて取得される前記センサ出力値との変動状態に基づいて、前記ガスセンサが、仮に、異常状態にあると仮判定されるとともに、当該仮判定が複数回なされた場合に、前記ガスセンサが異常状態にあると判定されることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサの異常診断方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１７９８４１（Ｐ２０１１−１７９８４１Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４１６６６（Ｐ２０１０−４１６６６）
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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