(57)【要約】【課題】  ガスセンサ素子を起動してから、測定対象ガスに含まれる特定ガスの濃度を安定して測定可能となるまでの時間を一定とする【解決手段】  マイクロコンピュータ１１０は、Ｖｓセル２０の内部抵抗Ｒｐｖｓが閾値に達している場合、ＮＯｘ濃度を検出するためのセンサ素子１が十分に活性化されたと判断し、予備制御を開始する。マイクロコンピュータ１１０は、予備制御として、一定時間（２０ｓｅｃ）、一定電流（１０μＡ）をＩｐ２セル３０に供給する制御を行う。Ｉｐ２セル３０は、流れる電流値に応じた量の酸素を第２測定室６０から汲み出すので、一定時間、一定電流が流れると、第２測定室６０のＨ２Ｏ濃度に依存することなく、ほぼ一定の量の酸素を第２測定室６０から汲み出す。よって、センサ素子１の起動時に、排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度を安定して測定可能となるまでの時間をＨ２Ｏ濃度に依存することなくほぼ一定とできる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々に酸素イオン導電体と前記酸素イオン導電体上に形成された一対の電極とよりなる第１酸素ポンプセル、第２酸素ポンプセルおよび測定対象ガスが導入される測定室を有し、前記測定室に導入された測定対象ガスから前記第１酸素ポンプセルにより酸素を汲み出し、または、前記測定室へ前記第１酸素ポンプセルにより酸素を汲み入れて、前記測定対象ガスの酸素濃度を調整し、前記第２酸素ポンプセルの一対の電極間への駆動電圧の印加により、前記酸素濃度が調整されたガスから酸素を汲み出し、前記汲み出した酸素の量に応じて前記第２酸素ポンプセルの一対の電極間に電流が流れるガスセンサ素子を備え、前記第２酸素ポンプセルの一対の電極間に流れる前記電流に基づいて、前記測定対象ガスに含まれる前記特定ガスの濃度を測定する制御装置であって、
前記ガスセンサ素子の起動後、且つ、前記第２酸素ポンプセルの前記一対の電極間への前記駆動電圧の印加前に、前記酸素濃度が調整されたガスから前記第２酸素ポンプセルによって汲み出される酸素の量を一定にする特定制御を行う制御手段と、
を備える制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の制御装置であって、
前記制御手段は、前記第２酸素ポンプセルに対して、予め規定された所定値の電流を一定時間流すことにより、前記酸素濃度が調整されたガスから前記第２酸素ポンプセルによって汲み出される酸素の量を一定にする、
制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の制御装置であって、
前記ガスセンサ素子の温度に関する温度情報を取得する温度情報取得手段を備え、
前記制御手段は、前記温度情報によって表される前記ガスセンサ素子の温度が、予め規定された基準温度以上となった後に、前記特定制御を開始する、
制御装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の制御装置であって、
前記制御手段による前記特定制御を行っている期間に、前記第２酸素ポンプセルの一対の電極間に生ずる電圧を、予め定められた制限値に制限する制限手段を備える、
制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の制御装置であって、
前記第２酸素ポンプセルに前記駆動電圧を印加するための第１入力電圧が入力される非反転入力端子、互いに接続された反転入力端子及び出力端子を含む演算増幅回路を有すると共に、前記第２酸素ポンプセルへの前記駆動電圧を生成する電圧設定手段を備え、
前記制限手段は、前記増幅回路の前記非反転入力端子に、前記第１入力電圧よりも大きい値の第２入力電圧を入力することで、前記第２酸素ポンプセルの一対の電極間に生ずる最大電圧値を前記制限値に制限するように構成されている、
制御装置。
【請求項６】
各々に酸素イオン導電体と前記酸素イオン伝導体上に形成された一対の電極とよりなる第１酸素ポンプセル、第２酸素ポンプセルおよび測定対象ガスが導入される測定室を有し、前記測定室に導入された測定対象ガスから前記第１酸素ポンプセルにより酸素を汲み出し、または、前記測定室へ前記第１酸素ポンプセルにより酸素を汲み入れて、前記測定対象ガスの酸素濃度を調整し、前記第２酸素ポンプセルの一対の電極間への駆動電圧の印加により、前記酸素濃度が調整されたガスから酸素を汲み出し、前記汲み出した酸素の量に応じて前記第２酸素ポンプセルの一対の電極間に電流が流れるガスセンサ素子を備え、前記第２酸素ポンプセルの一対の電極間に流れる前記電流に基づいて、前記測定対象ガスに含まれる特定ガスの濃度を測定する制御装置を制御する制御方法であって、
前記ガスセンサ素子の起動後、且つ、前記第２酸素ポンプセルの前記一対の電極間への前記駆動電圧の印加前に、前記酸素濃度が調整されたガスから前記第２酸素ポンプセルによって汲み出される酸素の量を一定にする特定制御を行う、
制御方法。
【請求項７】
請求項６記載の制御方法であって、
前記特定制御として、前記第２酸素ポンプセルに対して、予め規定された所定値の電流を一定時間流す処理を行う、
制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象ガスに含まれる特定ガスの濃度を測定するガスセンサ素子を制御するガスセンサの制御装置に関し、特に、ガスセンサ素子の起動時における制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガス等の測定対象ガスに含まれる窒素酸化物（以降、本明細書では、ＮＯｘと呼ぶ）やアンモニアといった特定ガスの濃度を測定するガスセンサ（ガスセンサ素子）が利用されている。ＮＯｘセンサは、例えば、酸素イオン伝導性の固体電解質層上に多孔質の電極が形成されている酸素濃度検出セル、第１酸素ポンプセル、第２酸素ポンプセルを備えている。ＮＯｘセンサは、酸素濃度検出セルの出力電圧が一定値となるように第１酸素ポンプセルによって第１測定室から酸素を汲み出して第１測定室内の測定対象ガスの酸素濃度を一定に制御し、第２酸素ポンプセルの電極間に一定電圧を印加して、第１測定室から第２測定室に導入されたガス（第１酸素ポンプセルにより酸素濃度が調整されたガス）から第２酸素ポンプセルによって酸素を汲み出す。この一定電圧の印加によって第２酸素ポンプセルに流れる電流値に基づいて、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を検出する。
【０００３】
このようなＮＯｘセンサを用いて、例えば、自動車から排出される排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度を測定する場合、前回の運転を停止してから再起動するまでの経過時間に応じて、第２測定室に存在するガスは、大気雰囲気に近いリーン状態となっている。そのため、ＮＯｘセンサには、起動時に、第２測定室に存在する酸素や第２測定室に面している多孔質の電極に含まれる酸素を一時的に急激に汲み出し、第２測定室内を所定の低酸素濃度状態とする予備制御を行うことにより、排気ガスに含まれるＮＯｘ濃度を安定して測定可能となるまでの時間を短縮しているものがある。例えば、予備制御として、ガスセンサ素子の起動後に通常制御時よりも高い一定電圧を第２酸素ポンプセルの電極間に印加して、第２測定室に存在する酸素に含まれる酸素を一時的に急激に汲み出している（例えば、特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２８１２１１号公報
【特許文献２】特開２００１−１４１６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、第２酸素ポンプセルに印加される電圧値が所定値以上である場合、第２酸素ポンプセルの電極上において測定対象ガスに含まれる水（Ｈ２Ｏ）の解離が発生すること、および、第２酸素ポンプセルの電極間に流れる電流の限界値（限界電流）は、Ｈ２Ｏの濃度に応じて増加することが知られている。すなわち、第２酸素ポンプセルによる酸素の汲み出し量は、Ｈ２Ｏ濃度に依存して異なる。そのため、起動時に、第２酸素ポンプセルに、通常制御時より高い一定電圧が印加された場合、測定対象ガスに含まれるＮＯｘ濃度を安定して測定可能となるまでの時間が、Ｈ２Ｏ濃度に依存して異なるという問題が生じる。
【０００６】
上記課題は、ＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサ素子に限定される課題ではなく、酸素ポンプセルを用いて種々の特定ガスの濃度を測定するガスセンサ素子に生じる課題である。
【０００７】
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、ガスセンサ素子を起動してから、測定対象ガスに含まれる特定ガスの濃度を安定して測定可能となるまでの時間を一定とするガスセンサ素子の制御技術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】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］
各々に酸素イオン導電体と前記酸素イオン導電体上に形成された一対の電極とよりなる第１酸素ポンプセル、第２酸素ポンプセルおよび測定対象ガスが導入される測定室を有し、前記測定室に導入された測定対象ガスから前記第１酸素ポンプセルにより酸素を汲み出し、または、前記測定室へ前記第１酸素ポンプセルにより酸素を汲み入れて、前記測定対象ガスの酸素濃度を調整し、前記第２酸素ポンプセルの一対の電極間への駆動電圧の印加により、前記酸素濃度が調整されたガスから酸素を汲み出し、前記汲み出した酸素の量に応じて前記第２酸素ポンプセルの一対の電極間に電流が流れるガスセンサ素子を備え、前記第２酸素ポンプセルの一対の電極間に流れる前記電流に基づいて、前記測定対象ガスに含まれる前記特定ガスの濃度を測定する制御装置であって、前記ガスセンサ素子の起動後、且つ、前記第２酸素ポンプセルの前記一対の電極間への前記駆動電圧の印加前に、前記酸素濃度が調整されたガスから前記第２酸素ポンプセルによって汲み出される酸素の量を一定にする特定制御を行う制御手段と、を備える制御装置。
【００１０】
適用例１の制御装置によれば、第２酸素ポンプセルに対して、測定対象ガスから汲み出す酸素の量を一定にする制御（特定制御）が行われる。従って、ガスセンサ素子を起動してから、測定対象ガスのＨ２Ｏ濃度に依存することなく、測定室からほぼ同量の酸素が汲み出される。よって、ガスセンサ素子を起動してから、測定対象ガスに含まれる特定ガスの濃度を安定して測定可能となるまでの時間を、測定対象ガスのＨ２Ｏ濃度に関わらずほぼ一定とすることができる。
【００１１】
［適用例２］
適用例１の制御装置において、前記制御手段は、前記第２酸素ポンプセルに対して、予め規定された所定値の電流を一定時間流すことにより、前記酸素濃度が調整されたガスから前記第２酸素ポンプセルによって汲み出される酸素の量を一定にする。一般的に、第２酸素ポンプセルによって汲み出される酸素の量は第２酸素ポンプセルの一対の電極間に流れる電流値に比例する。従って、適用例２の制御装置によれば、ガスセンサ素子の起動後に、第２酸素ポンプセルに対して、予め規定された所定の電流が一定時間流される。従って、ガスセンサ素子の起動後において測定対象ガスから汲み出される酸素の量を、測定対象ガスのＨ２Ｏ濃度に依存することなくなくほぼ一定に制御できる。
【００１２】
［適用例３］
適用例１または適用例２の制御装置は、更に、前記ガスセンサ素子の温度に関する温度情報を取得する温度情報取得手段を備え、前記制御手段は、前記温度情報によって表される前記ガスセンサ素子の温度が、予め規定された基準温度以上となった後に、前記電流を流す制御を行う（換言すれば、前記特定制御を開始する）。適用例３の制御装置によれば、ガスセンサ素子の温度が基準温度以上となった後に、第２酸素ポンプセルに対して、第２測定室から汲み出す酸素の量を一定にする制御が行われる。従って、ガスセンサ素子が十分に活性化されてから、換言すれば、第２酸素ポンプセルのポンプ能が十分に機能するようになってから、第２酸素ポンプセルによる酸素の汲み出しが開始されるので、効率的に酸素を汲み出すことができる。よって、測定対象ガスに含まれる特定ガスの濃度を安定して測定可能となるまでの時間を短縮できる。また、ガスセンサ素子が十分に活性化して酸素イオン導電体の内部抵抗が低下してから、第２酸素ポンプセルによる酸素の汲み出しを行うため、制御手段による制御を行うことによるガスセンサ素子の損傷を防ぐことができる。
【００１３】
［適用例４］
適用例１〜適用例３のいずれか１つの制御装置は、更に、前記制御手段による前記特定制御を行っている期間に、前記第２酸素ポンプセルの一対の電極間に生ずる電圧を、予め定められた制限値に制限する制限手段を備えると良い。本発明では、上述の特定制御により、測定室からほぼ同量の酸素が汲み出されるため、酸素濃度が調整されたガスから酸素が急速に低下する。そのため、第２酸素ポンプセルの一対の電極間に生ずる起電力が上昇し、その状態で特定制御が継続していると、第２酸素ポンプセルの一対の電極間に過電圧がかかり、酸素イオン導電体にブラックニングを誘発するおそれがある。そこで、適用例４の制御装置によれば、特定制御の実行中に、第２酸素ポンプセルの一対の電極間に生ずる電圧を、制限手段を用いて、酸素イオン導電体にブラックニングが誘発しないような電圧未満となる制限値に制限する。これにより、特定制御を行っている期間に、第２酸素ポンプセルに破損が生ずるのを抑制することができる。
【００１４】
［適用例５］
適用例４の制御装置は、更に、前記第２酸素ポンプセルに前記駆動電圧を印加するための第１入力電圧が入力される非反転入力端子、互いに接続された反転入力端子及び出力端子を含む演算増幅回路を有すると共に、前記第２酸素ポンプセルへの前記駆動電圧を生成する電圧設定手段を備え、前記制限手段は、前記増幅回路の前記非反転入力端子に、前記第１入力電圧よりも大きい値の第２入力電圧を入力することで、前記第２酸素ポンプセルの一対の電極間に生ずる最大電圧値を前記制限値に制限するように構成されていると良い。この適用例５の制御装置によれば、第２酸素ポンプセルへの駆動電圧を生成する電圧設定手段を、制限手段としても兼用することができるため、制限手段を設けるにあたっての部品点数の増加を抑制することができる。
【００１５】
本発明において、上述した種々の態様は、適宜、組み合わせて適用することができる。また、本発明は、ガスセンサ素子の制御装置を制御する制御方法として構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施例におけるガスセンサ素子およびガスセンサ制御装置の概略構成を例示する説明図である。
【図２】第１実施例におけるＮＯｘセンサの起動処理について説明するフローチャートである。
【図３】Ｉｐ２セル３０への電圧印加時にＩｐ２セル３０を流れる電流値を例示するグラフ３００である。
【図４】第１実施例における予備制御を適用して起動時制御を行った場合のＮＯｘ濃度の測定結果を表すグラフ４００である。
【図５】従来の予備制御を適用して起動時制御を行った場合のＮＯｘ濃度の測定結果を表すグラフ５００である。
【図６】第２実施例におけるＶｐ２印加回路の回路構成を示す図である。
【図７】第２実施例におけるＮＯｘセンサの起動処理について説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．ガスセンサ素子の概略構成：
図１は、実施例におけるガスセンサ素子およびガスセンサ制御装置の概略構成を例示する説明図である。図１において、ガスセンサのセンサ素子１は、先端部分における内部構造を示す断面図をもって図示しており、図中左側がセンサ素子１の先端側である。
【００１８】
ガスセンサは、細長で長尺な板状体に形成されているセンサ素子１を、内燃機関の排気管（図示省略）に取り付けるためのハウジング（図示省略）内で保持した構造を有する。センサ素子１の出力する信号を取り出すための信号線がガスセンサから引き出されており、ガスセンサとは離れた位置に取り付けられるガスセンサ制御装置１００に電気的に接続されている。
【００１９】
センサ素子１の構造について図１を参照して説明する。センサ素子１は、酸素イオン伝導性を有する３枚の固体電解質層１１，２１、３１の間に絶縁体４０、４５を挟んで板状に形成した構造を有する。また、固体電解質層３１側の外層（図１における下側）には、ヒータ素子６１が設けられている。
【００２０】
固体電解質層１１は、例えばジルコニアであり、酸素イオン伝導性を有する。センサ素子１の積層方向において固体電解質層１１の両面には、固体電解質層１１を挟むように多孔質性の電極１２、１３が設けられている。電極１２、１３は、Ｐｔ又はＰｔ合金あるいはＰｔとセラミックスを含むサーメット等から形成されている。また、電極１２、１３の表面上にはセラミックスからなる多孔質性の保護層１４が設けられている。保護層１４は、電極１２、１３が排気ガスに含まれる被毒性ガス（還元雰囲気）に晒されることによる電極の劣化を抑制している。
【００２１】
固体電解質層１１は、電極１２、１３間に電流が流れることにより、電極１２の接する雰囲気（センサ素子１の外部の雰囲気）と電極１３の接する雰囲気（後述する第１測定室５０内の雰囲気）との間で酸素の汲み出しおよび汲み入れ（いわゆる酸素ポンピング）を行う。以降、実施例では、固体電解質層１１、電極１２、電極１３から構成される酸素ポンプセルを、Ｉｐ１セル１０と呼ぶ。Ｉｐ１セル１０は、特許請求の範囲における「第１酸素ポンプセル」に当たり、固体電解質層１１は、特許請求の範囲における第１酸素ポンプセルの「酸素イオン導電体」に当たり、電極１２、電極１３が、特許請求の範囲の第１酸素ポンプセルの「一対の電極」に相当する。
【００２２】
固体電解質層１２は、例えばジルコニアであり、酸素イオン伝導性を有する酸素イオン導電体である。固体電解質層２１は、絶縁体４０を挟んで固体電解質層１１と対向するように配置されている。センサ素子１の積層方向における固体電解質層２１の両面にも、固体電解質層２１を挟むように多孔質性の電極２２、電極２３がそれぞれ設けられており、同様に、Ｐｔ又はＰｔ合金あるいはＰｔとセラミックスを含むサーメット等から形成されている。そのうちの電極２２は、固体電解質層１１と対向するように形成されている。
【００２３】
第１測定室５０は、絶縁体４０と同一面上に形成されると共に、固体電解質層１１と固体電解質層２１との間に形成されており、排気通路内を流通する排気ガスがセンサ素子１内に最初に導入される小空間である。第１測定室５０におけるセンサ素子１の先端側には多孔質性の第１拡散抵抗部５１が設けられている。第１拡散抵抗部５１は、第１測定室５０の内部と外部とを仕切るとともに、第１測定室５０内へ流入する排気ガスの単位時間あたりの流量を制限している。固体電解質層１１側の電極１３と、固体電解質層２１側の電極２２とは第１測定室５０に露出するように配置されている。
【００２４】
第２測定室６０は、第１測定室５０と連通するように形成されており、ｌｐ１セル１０の酸素ポンピングにより酸素濃度が調整されたガス（以降、実施例では調整ガスと呼ぶ）が導入される小空間である。第２測定室６０の開口部４１には、多孔質性の第２拡散抵抗部５２が設けられており、第１測定室５０と第２測定室６０との間を仕切るとともに、第２測定室６０へ導入される調整ガスの単位時間あたりの流量を制限する。
【００２５】
基準酸素室７０は絶縁体４５、電極２３、電極３２により囲われている小空間であり、絶縁性セラミック製の多孔質体が充填されている。
【００２６】
固体電解質層２１、電極２２および電極２３は、固体電解質層２１により隔てられた、第１測定室５０内の雰囲気と基準酸素室７０内の雰囲気の間の酸素分圧差に応じて起電力を発生する。電極２３は基準雰囲気に調整された基準酸素室７０に露出するように配置されている。本実施例では、固体電解質層２１、電極２２および電極２３から構成される酸素ポンプセルをＶｓセル２０と呼ぶ。
【００２７】
固体電解質層３１は、例えばジルコニアであり、酸素イオン伝導性を有する。固体電解質層３１は、絶縁体４５を挟んで固体電解質層２１と対向するように配置されている。固体電解質層３１の固体電解質層２１に対向する側の面には、多孔質性の電極３２、３３が設けられている。電極３２、３３は、Ｐｔ又はＰｔ合金あるいはＰｔとセラミックスを含むサーメット等から形成されている。電極３３は、第２測定室６０に露出するように、換言すれば、調整ガスに露出するように、配置されている。
【００２８】
固体電解質層３１および両電極３２、３３は、電極３２、３３に印加される電圧に応じて、絶縁体４５により隔てられた基準酸素室７０内の雰囲気と第２測定室６０内の雰囲気の間で酸素の汲み出しを行う。本実施例では、固体電解質層３１、電極３２および電極３３とから構成される酸素ポンプセルをＩｐ２セル３０と呼ぶ。Ｉｐ２セル３０は、特許請求の範囲における「第２酸素ポンプセル」に当たり、固体電解質層３１は特許請求の範囲における第２酸素ポンプセルの「酸素イオン導電体」に当たり、電極３２、３３は、特許請求の範囲における第２酸素ポンプセルの「一対の電極」に当たる。
【００２９】
ヒータ素子６１は、アルミナを主体とするシート状の絶縁層６２、６３が積層され、絶縁層６２および６３の間にプラチナ（Ｐｔ）を主体とするヒータパターン６４が埋設されている。ヒータ素子６１は、ヒータパターン６４に電流を流すことにより発熱を行う。
【００３０】
センサ素子１と電気的に接続されたガスセンサ制御装置１００の構成について説明する。ガスセンサ制御装置１００は、マイクロコンピュータ１１０と、電気回路部１２０を有している。マイクロコンピュータ１１０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ａ／Ｄコンバータおよび信号入出力部を備える。マイクロコンピュータ１１０は、内燃機関の制御を行うＥＣＵ（エンジン制御装置）２００と通信するとともに、Ａ／Ｄコンバータおよび信号入出力部を介して電気回路部１２０と通信を行う。また、ガスセンサ制御装置１００は、タイマクロック（図示を省略）を備えている。電気回路部１２０は、基準電圧比較回路１２１、Ｉｐ１ドライブ回路１２２、Ｖｓ検出回路１２３、Ｉｃｐ供給回路１２４、抵抗検出回路１２５、Ｉｐ２検出回路１２６、Ｖｐ２印加回路１２７、定電流回路１２８、スイッチ回路１２９およびヒータ駆動回路１３０から構成され、マイクロコンピュータ１１０による制御を受けて、センサ素子１を駆動制御すると共に、センサ素子１を用いた排気ガス中のＮＯｘ濃度の測定を行う。なお、Ｉｐ１セル１０の第１測定室５０側の電極１３、Ｖｓセル２０の第１測定室５０側の電極２２、Ｉｐ２セル３０の第２測定室６０側の電極３３は、基準電位（例えば３．６Ｖ）に接続され、同電位とされている。
【００３１】
Ｉｃｐ供給回路１２４は、Ｖｓセル２０の電極２２、２３間に電流Ｉｃｐを供給し、第１測定室５０内から基準酸素室７０内への酸素の汲み入れを行っている。Ｖｓ検出回路１２３は、電極２２、２３間の電圧（起電力）Ｖｓを検出するための回路であり、その検出結果を基準電圧比較回路１２１に対し出力している。基準電圧比較回路１２１は、Ｖｓ検出回路１２３に検出されたＶｓセル２０の電極２２、２３間の電圧Ｖｓを、基準となる基準電圧（例えば４２５ｍＶ）と比較するための回路であり、その比較結果をＩｐ１ドライブ回路１２２に対し出力している。また、Ｖｓ検出回路１２３は、電極２２、２３間の電圧Ｖｓを別途にマイクロコンピュータ１１０にも出力している。
【００３２】
Ｉｐ１ドライブ回路１２２は、Ｉｐ１セル１０の電極１２、１３間に電流Ｉｐ１を供給するための回路である。電流Ｉｐ１の大きさや向きは、基準電圧比較回路１２１によるＶｓセル２０の電極２２、２３間の電圧の比較結果に基づいてＶｓセル２０の電極２２、２３間の電圧が予め設定された基準電圧と略一致するように調整される。
【００３３】
電流Ｉｐ１が供給されると、Ｉｐ１セル１０は、第１測定室５０内からセンサ素子１外部への酸素の汲み出し、あるいはセンサ素子１外部から第１測定室５０内への酸素の汲み入れを行う。換言すると、Ｉｐ１セル１０は、Ｖｓセル２０の電極２２、２３間の電圧が一定値（基準電圧値）に保たれるように、第１測定室５０内における酸素濃度の調整を行っている。
【００３４】
抵抗検出回路１２５は、定期的に、Ｖｓセル２０に予め規定された値を有する電流を通電し、その通電に応答して得られる電圧変化量（電圧Ｖｓの変化量）を検出するための回路である。この抵抗検出回路１２５にて検出された電圧変化量を示す値は、マイクロコンピュータ１１０に出力され、マイクロコンピュータ１１０に記憶されている電圧Ｖｓの変化量とＶｓセル２０の内部抵抗とが予め関連付けられたテーブルに基づいて、Ｖｓセル２０の内部抵抗が求められることになる。Ｖｓセル２０の内部抵抗は、Ｖｓセル２０の温度、すなわち、センサ素子１全体の温度と相関があり、マイクロコンピュータ１１０は、Ｖｓセル２０の内部抵抗に基づいて、センサ素子１の温度を検出する。実施例の抵抗検出回路１２５及びマイクロコンピュータ１１０は、特許請求の範囲における「温度情報取得手段」に当たる。なお、Ｖｓセル２０の内部抵抗を表す電圧変化量を検出するための抵抗検出回路１２５の回路構成は特開平１１−３０７４５８号公報にて公知であるため、これ以上の説明は省略する。
【００３５】
Ｖｐ２印加回路１２７は、Ｉｐ２セル３０の電極３２、３３間へ電圧（駆動電圧）Ｖｐ２（例えば４５０ｍＶ）を印加するための回路である。この電圧Ｖｐ２の印加により、調整ガスから酸素を第２測定室６０から汲み出し、汲み出した酸素の量に応じてＩｐ２セル３０の電極３２、３３間に電流Ｉｐ２が流れることになる。Ｉｐ２検出回路１２６は、Ｉｐ２セル３０の電極３２、３３間に流れた電流Ｉｐ２の値の検出を行う回路である。Ｉｐ２検出回路１２６にて検出された電流Ｉｐ２（詳細には、電流Ｉｐ２を電圧変換した信号）は、図示しない差動増幅回路等を介してマイクロコンピュータ１１０に出力され、マイクロコンピュータ１１０は、電流Ｉｐ２の値に基づいて、排気ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を測定する。
【００３６】
定電流回路１２８は、Ｉｐ２セル３０の電極３３と電極３２の間に一定の値の電流Ｉｐ３（例えば、１０μＡ）を供給するための回路である。スイッチ回路１２９は、Ｖｐ２印加回路１２７および定電流回路１２８と、電極３２との接続を切り替えるための回路である。スイッチ回路１２９は、電極３２に接続されているスイッチ端子ＳＷ１と、Ｖｐ２印加回路１２７に接続されているスイッチ端子ＳＷ２と、定電流回路１２８に接続されているスイッチ端子ＳＷ３と、を備えている。Ｉｐ２セル３０の電極３２、電極３３の間に所定の電圧を印加する場合には、スイッチ端子ＳＷ１とスイッチ端子ＳＷ２とが接続され電極３２とＶｐ２印加回路１２７とが接続される。Ｉｐ２セル３０の電極３２、電極３３間に定電流Ｉｐ３を流す場合には、スイッチ端子ＳＷ１とスイッチ端子ＳＷ３とが接続され、電極３２と定電流回路１２８とが接続される。
【００３７】
ヒータ駆動回路１３０は、マイクロコンピュータ１１０により制御され、ヒータ素子６１のヒータパターン６４へ電流を流し、Ｉｐ１セル１０、Ｖｓセル２０、Ｉｐ２セル３０の加熱を行うと共に、Ｉｐ１セル１０、Ｖｓセル２０、Ｉｐ２セル３０の温度を所定の温度に保持するための回路である。ヒータパターン６４はヒータ素子６１内で繋がる一本の電極パターンであり、一方の端部が接地され、他方の端部がヒータ駆動回路１３０に接続されている。なお、ヒータ駆動回路１３０には、ヒータパターン１４０に電圧を印加するための電源（図示せず）と接続されている。このヒータ駆動回路１３０は、センサ素子１（詳細には、Ｖｓセル２０）が狙いとする温度になるように、マイクロコンピュータ１１０にて求められるＶｓセル２０の温度（内部抵抗）に基づいてヒータパターン６４をＰＷＭ通電制御して当該ヒータパターン６４に電流を流す制御を行えるように構成されている。
【００３８】
Ａ２．起動処理：
図２は、実施例におけるＮＯｘセンサの起動処理について説明するフローチャートである。ＮＯｘセンサの起動処理は、内燃機関の起動時にＥＣＵ２００からの指示を受けて、マイクロコンピュータ１１０により、実行される。
【００３９】
マイクロコンピュータ１１０は、内燃機関が起動され、ＥＣＵ２００からの指示を受けると、センサ素子１を起動し、ヒータ駆動回路１３０を介してヒータ素子６１への通電を開始する（ステップＳ１０）。具体的には、マイクロコンピュータ１１０は、ヒータ素子６１へ一定電圧（実施例では、１２Ｖ）を印加するようにヒータ駆動回路１３０を制御する。
【００４０】
次に、マイクロコンピュータ１１０は、Ｉｃｐ供給回路１２４を介してＶｓセル２０への電流（電流Ｉｃｐ）供給を開始し、Ｖｓセル２０を起動する（ステップＳ１２）。Ｖｓセル２０は、電流供給を受けて、基準酸素室７０への酸素の汲み込みを開始する。これにより、基準酸素室７０の雰囲気が基準の酸素濃度雰囲気となる。センサ素子１がヒータ素子６１により加熱され、Ｖｓセル２０の内部抵抗が低下するに従い、Ｖｓセルの両端電圧Ｖｓは、徐々に低下する。
【００４１】
マイクロコンピュータ１１０は、Ｖｓ検出回路１２３を介して取得される両端電圧Ｖｓと所定値Ｖｔｈとを比較し（ステップＳ１４）、取得されたＶｓセル２０の両端電圧Ｖｓが所定値Ｖｔｈ以下の場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ヒータ電圧Ｖｈの制御を開始する（ステップＳ１６）。具体的には、マイクロコンピュータ１１０は、Ｖｓセル１２０の内部抵抗Ｒｐｖｓが目標値となるように、ヒータ駆動回路１３０を介してヒータ素子６１への通電を制御する。実施例では、目標値とは、例えば、２００Ωであり、内部抵抗Ｒｐｖｓが２００Ωの場合、Ｖｓセル２０の温度は、約７５０℃と推定される。
【００４２】
次に、マイクロコンピュータ１１０は、抵抗検出回路１２５を介して電圧変化量（電圧Ｖｓの変化量）を取得してＶｓセル１２０の内部抵抗Ｒｐｖｓを算出し、算出された内部抵抗Ｒｐｖｓに基づいて、センサ素子１が活性化したかを判断する（ステップＳ１８）。具体的には、マイクロコンピュータ１１０は、Ｖｓセル１２０の内部抵抗Ｒｐｖｓが、上記目標値よりも若干大きい値に設定された閾値に達しているか否かによって、センサ素子１が活性化されたか否かを判断する。この閾値の抵抗値のときのＶｓセル２０の温度が、特許請求の範囲における「基準温度」に当たる。この実施例では、閾値は、例えば、３００Ωであり、内部抵抗Ｒｐｖｓが３００Ωの場合、Ｖｓセル２０の温度は、約６５０℃と推定される。なお、Ｖｓセル１２０の内部抵抗Ｒｐｖｓの算出方法は、上述したように、抵抗検出回路１２５にて定期的にＶｓセル１２０の電圧Ｖｓの変化量を検出し、マイクロコンピュータ１１０がその電圧Ｖｓの変化量を取得し、電圧Ｖｓの変化量とＶｓセル２０の内部抵抗とが予め関連付けられたテーブルを参照することで算出される。
【００４３】
マイクロコンピュータ１１０は、内部抵抗Ｒｐｖｓが閾値に達している場合、センサ素子１が十分に活性化されたと判断し（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、Ｉｐ１ドライブ回路１２２の駆動を開始して、第１測定室５０に導入される排気ガスの酸素濃度の調整を、Ｉｐ１セル１０を用いて行う（ステップＳ２０）。次いで、マイクロコンピュータ１１０は、予備制御を開始する（ステップＳ２２）。予備制御とは、センサ素子１の起動から安定してＮＯｘ濃度を測定可能となるまでの時間を短縮するための制御であり、特許請求の範囲における「特定制御」に相当する。予備制御について、以下に具体的に説明する。
【００４４】
まず、予備制御を行う理由について説明する。本実施例のように、内燃機関に設置して排気ガス中のＮＯｘ濃度を測定する場合、前回の内燃機関の運転停止から起動停止までの経過時間に応じて、大気雰囲気に近いリーン状態のガスが第２測定室６０に存在する。すなわち、起動前には、第２測定室６０には、酸素が通常動作時よりも大量に存在している。この状態でセンサ素子１の起動直後から通常動作（Ｉｐ１セル１０、Ｉｐ２セル３０の駆動制御）を開始すると、安定してＮＯｘ濃度を測定可能となるまでに長時間（例えば、約１０分程度）必要となる。このため、安定してＮＯｘ濃度を測定可能となるまでの時間を短縮するために、余剰な酸素を第２測定室６０から短時間で強制的に汲み出す制御を行う。この制御が予備制御である。本実施例の予備制御では、一定時間、一定の電流を流すことにより、Ｉｐ２セル１３０を流れる電流に応じた量の酸素を汲み出す。
【００４５】
実施例の予備制御の処理詳細について説明する。図２に示すように、マイクロコンピュータ１１０は、Ｉｐ２セル３０に対して一定値の電流を流す制御を行う（ステップＳ３０）。具体的には、マイクロコンピュータ１１０は、スイッチ端子ＳＷ１を、定電流回路１２８に接続されているスイッチ端子ＳＷ３に接続して、Ｉｐ２セルと定電流回路１２８とを接続し、定電流回路１２８に一定値の電流を流す指示を行う。なお、実施例において「一定値の電流」とは、例えば、１０μＡである。Ｉｐ２セル３０は、電流供給を受けて、第２測定室６０に存在する酸素の汲み出しを開始する。
【００４６】
次に、マイクロコンピュータ１１０は、図示しないタイマー回路を起動する（ステップＳ３２）。タイマー回路は、一定時間後にタイムアウトするように構成されている。実施例において、一定時間とは、例えば、２０ｓｅｃである。マイクロコンピュータ１１０は、タイマー回路が一定時間経過して、タイムアウトしたかを判断し（ステップＳ３４）、タイムアウトした場合には（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、予備制御Ｓ２２の処理を終了し、Ｉｐ２セル３０の制御を通常制御に切り替える（ステップＳ２４）。通常制御とは、センサ素子１の状態が安定してから行われる、ＮＯｘ濃度を測定するための制御であり、Ｉｐ２セル３０へ定電圧を印加し、第２測定室６０から酸素の汲み出しを行う制御である。通常制御への切り替えは、スイッチ端子ＳＷ１を、定電流回路１２８に接続されているスイッチ端子ＳＷ２からスイッチＳＷ３に切り替えてＶｐ２印加回路１２７を電極３２に接続し、Ｉｐ２セル１３０の両電極３２、３３間に印加する電圧（駆動電圧）を一定の電圧（例えば４５０ｍＶ）に設定することにより行われる。マイクロコンピュータ１１０は、タイムアウトしていない場合には（ステップＳ３４：ＮＯ）タイマー回路の監視を継続して行う。
【００４７】
マイクロコンピュータ１１０は、以上説明したように、一定時間（２０ｓｅｃ）、一定電流（１０μＡ）をＩｐ２セル３０に供給して予備制御を行う。なお、この一定時間および一定電流の値は、センサ素子１の構成やセンサ素子１の設置される部位、環境など種々の条件に基づいて、実験により規定される。マイクロコンピュータ１１０は、予備制御を終えると、通常制御を開始する。
【００４８】
Ａ３．実験結果：
上記説明した方法によって起動時制御を行った際のＮＯｘ濃度と、従来の方法によって起動時制御を行った際のＮＯｘ濃度の変化について、図３ないし図５を参照して説明する。図３は、Ｉｐ２セル３０への電圧印加時にＩｐ２セル３０を流れる電流値を例示するグラフ３００である。図４は、実施例の予備制御を適用して起動時制御を行った場合のＮＯｘ濃度の測定結果を表すグラフ４００である。図５は、従来の予備制御を適用して起動時制御を行った場合のＮＯｘ濃度の測定結果を表すグラフ５００である。
【００４９】
まず、グラフ３００を参照して、測定対象ガスである排気ガスのＨ2Ｏ濃度と、Ｉｐ２セル１３０に流れる電流との相関について説明する。グラフ３００において、横軸は、Ｉｐ２セル３０へ印加される電圧値Ｖｐ２（単位：ｍＶ）を表しており、縦軸は、Ｉｐ２セル３０への電圧印加時にＩｐ２セル３０に流れる電流値Ｉｐ２（単位：μＡ）を表している。また、グラフ３００において、三角印は、第２測定室６０内のガスがＨ２Ｏ濃度＝０．５％の雰囲気の場合のグラフを表しており、丸印は、第２測定室６０内のガスがＨ２Ｏ濃度＝１２％の雰囲気の場合のグラフを表している。
【００５０】
Ｉｐ２セル３０に一定値以上の電圧を印加すると、Ｉｐ２セル３０の電極３３上でＨ２Ｏの解離が生じることが知られている。Ｈ２Ｏの解離が生じる一定電圧下では、流れる電流の限界値（限界電流）は、Ｈ２Ｏ濃度に依存する。実施例のセンサ素子１では、グラフ３００に示すように、約６５０ｍＶ以上の電圧値を印加すると、Ｈ２Ｏの解離が生じ、限界電流がＨ２Ｏ濃度に依存して異なってくる。グラフ３００に示すように、例えば、Ｉｐ２セル３０に８００ｍＶの電圧を印加すると、Ｈ２Ｏ濃度＝０．５％の雰囲気下では、限界電流が約２．５μＡであるが、Ｈ２Ｏ濃度＝１２％の雰囲気下では、限界電流は約１４μＡである。このように、Ｈ２Ｏ濃度が高いほど限界電流が大きい。Ｉｐ２セル３０は、流れる電流値に応じた量の酸素を第２測定室６０から汲み出すので、同一電圧では、Ｈ２Ｏ濃度が高いほど酸素汲み出し能（実施例ではポンプ能とも呼ぶ）が強い。
【００５１】
上記ポンプ能の違いを踏まえつつ、グラフ４００およびグラフ５００を参照して、実施例と従来例との起動時制御におけるＮＯｘ濃度の測定結果について説明する。グラフ４００およびグラフ５００において、横軸は、センサ素子１の起動からの経過時間（単位：ｓｅｃ）を表しており、縦軸は、ＮＯｘ濃度（単位：ｐｐｍ）を表している。また、グラフ４００およびグラフ５００において、一点鎖線で表される波形Ｌ１は、第２測定室６０内のガスがＨ２Ｏ濃度＝０．５％の雰囲気の場合の波形を表しており、実線で表される波形Ｌ２は、第２測定室６０内のガスがＨ２Ｏ濃度＝４％の雰囲気の場合の波形を表しており、破線で表される波形Ｌ３は、第２測定室６０内のガスがＨ２Ｏ濃度＝１２％の雰囲気の場合の波形を表している。
【００５２】
まず、実施例の起動時制御時におけるＮＯｘ濃度の変化について図４のグラフ４００を参照して説明する。実施例の起動時制御では、センサ素子１が起動され、ヒータ素子６１に通電が開始されてから約１０ｓｅｃ程度でセンサ素子１が活性化し、予備制御が開始される。予備制御の終了後、通常制御に切り替える。予備制御によって第２測定室６０に存在する酸素が強制的に基準酸素室７０へ汲み出されるので、通常制御への切り替え直後には、第２測定室６０内の酸素濃度は、基準濃度に対して低い低酸素状態（リッチ雰囲気）となっている。第２測定室６０の酸素濃度は、電圧Ｖｐ２＝４５０ｍＶに対して予め基準となる濃度（基準濃度）が規定されているので、Ｉｐ２セル３０は、第２測定室６０内の酸素濃度が基準濃度となるように、基準酸素室７０から第２測定室６０へ酸素を汲み戻すように動作する。これにより、ＮＯｘ濃度の出力は、予備制御後、グラフ４００に示すように、負側から立ち上がる。
【００５３】
実施例では、予備制御として、既述のとおり、一定電流Ｉｐ３（１０μＡ）を一定時間（２０ｓｅｃ）、Ｉｐ２セル３０に供給することにより、第２測定室６０に存在する酸素を強制的に基準酸素室７０へ汲み出している。Ｉｐ２セル３０は、流れる電流値に応じた量の酸素を第２測定室６０から汲み出すので、実施例のように、一定電流Ｉｐ３が流れると、第２測定室６０のＨ２Ｏ濃度に依存することなく、ほぼ一定の量の酸素を第２測定室６０から汲み出す。
【００５４】
この結果、予備制御終了時点において、第２測定室６０内の酸素濃度は、Ｈ２Ｏ濃度に関係なく、ほぼ同じ濃度となる。そのため、予備制御終了後の、基準酸素室７０から第２測定室６０への酸素の汲み戻り方にほぼ差は生じない。よって、実施例では、グラフ４００に示すように、予備制御終了後の波形Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の傾きが、Ｈ２Ｏ濃度に依存することなく、ほぼ一致し、ガスセンサ（センサ素子１）の起動から、安定してＮＯｘ濃度を測定可能な状態となるまでの時間は、グラフ４００に示すように、Ｈ２Ｏ＝０．５％、４％、１２％のいずれの状態においても約５０〜６０ｓｅｃ程度である。従って、実施例の予備制御を適用すると、安定してＮＯｘ濃度を測定可能な状態となるまでの時間が測定対象ガスである排気ガスのＨ２Ｏ濃度の違いに関わらずほぼ一定となる。よって、ガスセンサ（センサ素子１）を起動してから、安定してＮＯｘ濃度を測定可能な状態となるまでの時間を設定する場合に、Ｈ２Ｏ濃度の濃度差を考慮する必要がない。
【００５５】
これに対して、従来例のＮＯｘ濃度の測定結果について、図５のグラフ５００を参照して説明する。従来例の起動時制御では、図４において説明した実施例の起動時制御と同様に、センサ素子１が起動され、ヒータ素子６１に通電が開始されてから約１０ｓｅｃ程度でセンサ素子１が活性化し、予備制御が開始される。予備制御の終了後、通常制御に切り替える。ＮＯｘ濃度の出力は、実施例の起動時制御と同様に、予備制御後、グラフ５００に示すように、負側から立ち上がる。
【００５６】
従来の予備制御では、いわゆる定電圧制御を行っており、一定電圧（９００ｍＶ）を一定時間（１３ｓｅｃ）、Ｉｐ２セル３０に印加することにより、Ｉｐ２セル１３０による酸素の汲み出しを行っている。図３のグラフ３００において説明したように、Ｈ２Ｏ濃度が高いほど限界電流が大きいので、定電圧制御では、Ｈ２Ｏ濃度が高いほど酸素汲み出し能が強い。このため、予備制御終了時点において、Ｈ２Ｏ濃度が高いほど第２測定室６０内の酸素濃度が低い状態（リッチ雰囲気）となっており、この結果、予備制御終了後の、基準酸素室７０から第２測定室６０への酸素の汲み戻り方に差が生じる。具体的には、グラフ５００に示すように、予備制御終了後において、第２測定室６０の雰囲気がＨ２Ｏ＝４％、１２％の場合の波形Ｌ２およびＬ３に比して、ストイキに近い、Ｈ２Ｏ＝０．５％の場合の波形Ｌ１の方が、早く立ち上がり、かつ、立ち上がりの傾きが急峻である。このように、予備制御終了後における、基準酸素室７０から第２測定室６０への酸素の汲み戻り方に差が生じるため、ガスセンサ（センサ素子１）の起動から約１００ｓｅｃ程度経過するまで波形Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が一致しない。従って、従来例の予備制御では、ガスセンサ（センサ素子１）の起動から、安定してＮＯｘ濃度を測定可能な状態となるまでの時間は、グラフ５００に示すように、Ｈ２Ｏ＝０．５％では約１００ｓｅｃ程度、Ｈ２Ｏ＝４％、１２％では約６０ｓｅｃ程度の時間を要することになり、安定してＮＯｘ濃度を測定可能な状態となるまでの時間が測定対象ガスである排気ガスのＨ２Ｏ濃度の違いによって一定とならない。
【００５７】
以上説明したように、実施例の予備制御を適用することにより、従来例に比して、安定してＮＯｘ濃度を測定可能な状態となるまでの時間がＨ２Ｏ濃度の違いに依存することなく、ほぼ一定となる。
【００５８】
実施例のガスセンサによれば、Ｉｐ２セル３０に対して、第２測定室６０から汲み出す酸素の量を一定にする制御が行われる。従って、センサ素子１の起動時に、測定対象ガスである排気ガスのＨ２Ｏ濃度に依存することなく、第２測定室６０からほぼ同量の酸素が汲み出される。よって、センサ素子１を起動してから、排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度を安定して測定可能となるまでの時間を、Ｈ２Ｏ濃度に依存することなくほぼ一定とすることができる。
【００５９】
また、実施例のガスセンサによれば、起動時に、Ｉｐ２セル３０に対して、予め規定された所定の電流が一定時間流される。従って、起動時において第２測定室６０から汲み出される酸素の量を、排気ガスに含まれるＨ２Ｏ濃度に依存することなくなくほぼ一定に制御できる。
【００６０】
また、実施例のガスセンサによれば、センサ素子１の温度が基準温度以上となった（換言すれば、Ｖｓセル２０の内部抵抗Ｒｐｖｓが閾値に達した）後に、Ｉｐ２セル３０に対して、第２測定室６０から汲み出す酸素の量を一定にする予備制御が行われる。従って、センサ素子１が十分に活性化されてから、換言すれば、Ｉｐ２セル３０のポンプ能が十分に機能するようになってから、Ｉｐ２セル３０による酸素の汲み出しが開始されるので、効率的に酸素を汲み出すことができる。よって、排気ガスに含まれるＮＯｘ濃度を安定して測定可能となるまでの時間を短縮できる。
【００６１】
Ｂ．第２実施例：
次に、本発明の第２実施例のガスセンサ制御装置について説明する。第２実施例のガスセンサ制御装置は、第１実施例の図１に示した概略構成を有するものであるが、第１実施例と比較して、Ｖｐ２印加回路１２７の構成、スイッチ回路１２９の構成、及び、マイクロコンピュータ１１０による起動処理の内容が一部異なるだけで、その他のハードウェアやソフトウェアの構成は同一である。そのため、以降の説明では、第１実施例と異なる部分を中心に説明する。
【００６２】
まず、本実施例におけるＶｐ２印加回路１２７は、上述したように、Ｉｐ２セル３０の電極３２、３３間へ電圧（駆動電圧）Ｖｐ２（例えば４５０ｍＶ）を印加するための回路であるが、本実施例では、電極３２、３３間に生ずる最大電圧値を予め定められた制限値に制限する機能をも有する。Ｖｐ２印加回路１２７の詳細な回路構成について次に説明する。
【００６３】
図６は、Ｖｐ２印加回路１２７の回路構成を示す図である。図示するように、センサ素子１のＩｐ２セルの電極３２には、演算増幅回路３０１の出力端子３０７がＩｐ２検出回路１２６を介して接続されている。なお、Ｉｐ２検出回路１２６は、数百ｋΩの所定の値に設定された検出抵抗器から構成されている。そして、演算増幅回路３０１の非反転入力端子（＋入力端子）３０３には、第２スイッチ回路３０９を介して、基準電位（例えば３．６Ｖ）に電圧Ｖｐ２（例えば４５０ｍＶ）を重畳した第１電圧、または、基準電位（例えば３．６Ｖ）に所定の電圧Ｖｌｉ（例えば１．０Ｖ）を重畳した第２電圧のいずれかが加えられるように構成されている。また、演算増幅回路３０１の反転入力端子（−入力端子）３０５は、出力端子３０７と互いに電気的に接続されている。より具体的には、反転入力端子３０５は、Ｉｐ２検出回路１２６の一端と電極３２との接続点であって、スイッチ回路１２９と電極３２との接続点に接続されている。なお、この演算増幅回路３０１は、例えば５Ｖの定電圧にて駆動され、また、Ｉｐ２セル３０の電極３３は第１実施例と同様に基準電位（３．６Ｖ）に接続されている。
【００６４】
次に、本実施例のマイクロコンピュータ１１０が実行する起動処理を、図７を用いて説明する。本実施例の起動処理も、内燃機関の起動時にＥＣＵ２００からの支持を受けて、実行される。マイクロコンピュータ１１０は、第１実施例と同様に、ステップＳ１０，Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ２０の処理を実行する。そして、マイクロコンピュータ１１０は、ステップＳ２０の処理を終えた後、ステップＳ４２に示す予備制御を開始する。
【００６５】
この予備制御（ステップＳ４２）が開始されると、まず、スイッチ回路１２９を制御して、スイッチ端子ＳＷ８と、定電流回路１２８側のスイッチ端子ＳＷ７と導通させ、一定の電流を定電流回路１２８からＩｐ２セル３０に向けて通電する指示を行う。次に、マイクロコンピュータ１１０は、第２スイッチ回路３０９を制御してスイッチ端子ＳＷ４をスイッチ端子ＳＷ６に接続し、演算増幅回路３０１の非反転入力端子３０３に対して、基準電圧（例えば３．６Ｖ）に所定の電圧Ｖｌｉ（例えば１．０Ｖ）を重畳した第２電圧（例えば４．６Ｖ）が入力されるように指示する（ステップＳ３１）。
【００６６】
ところで、定電流回路１２８から電極３２（Ｉｐ２セル３０）に対して定電流Ｉｐ３が供給されることにより、第２測定室６０から余剰の酸素が汲み出されて、第２測定室６０の酸素濃度が低下することによって、Ｉｐ２セル３０の電極３２，３３間に生ずる起電力が上昇し、その状態で定電流回路１２８による通電が継続されると、電極３２，３３間に過電圧がかかり、Ｉｐ２セル３０の固体電解質層３１にブラックニングを誘発するおそれがある。しかしながら、本実施例では、予備制御（ステップＳ４２）が開始されると、演算増幅回路３０１の反転入力端子３０３に基準電圧に電圧Ｖｌｉを加算した第２電圧（例えば４．６Ｖ）を入力させている。そのため、Ｉｐ２セル３０の電極３２，３３間の電圧が１Ｖ（＝４．６Ｖ−３．６Ｖ）を超えるまでの間、反転入力端子３０５の電位を上げるべく出力端子３０７から電流を吐き出すように駆動していた演算増幅回路３０１は、Ｉｐ２セル３０の電極３２，３３間の電圧が最大となる１Ｖ（＝４．６Ｖ−３．６Ｖ）を超えると、定電流回路１２８からの電流を吸い込むように機能する。そして、演算増幅回路３０１が電流を吸い込むように機能することで、Ｉｐ２セル３０の電極３２，３３間に生ずる電圧は、予め定められた値の電圧（本実施例では１Ｖ）に制限されることになる。これにより、Ｉｐ２セルの電極３２，３３間に過電圧がかかるのが防止され、予備制御（ステップＳ４２）の期間中にＩｐ２セル３０の固体電解質層３１にブラックニングを誘発するのを防ぐことができる。
【００６７】
マイクロコンピュータ１１０は、ステップＳ３１の処理を終えると、第１実施例と同様のステップＳ３２，Ｓ３４の処理を行う。そして、ステップＳ３４にて肯定判定される（ステップＳ３４：ＹＥＳ）と、予備制御Ｓ４２の処理を終了し、Ｉｐ２セル３０の制御を通常制御に切り替える（Ｓ４４）。この通常制御は、第１実施例と同様に、ＮＯｘ濃度を測定するために、Ｉｐ２セル３０に定電圧（駆動電圧）を印加し、第２測定室６０から酸素の汲み出しを行う制御である。ただし、本実施例では、予備制御（ステップＳ４２）において、演算増幅回路３０１の非反転入力端子３０３に対し、基準電圧に電圧Ｖｌｉを加算した第２電圧（例えば４．６Ｖ）を入力させているため、このステップＳ４４の処理では、スイッチ端子ＳＷ４の接続先を、スイッチ端子ＳＷ６からスイッチ端子ＳＷ５に切り替えるよう指示する。これにより、通常制御では、非反転入力端子３０３に対し、基準電位（例えば３．６Ｖ）に電圧Ｖｐ２（例えば４５０ｍＶ）を重畳した第１電圧が入力されて、演算増幅回路３０１は、Ｉｐ２セル３０への駆動電圧Ｖｐ２を生成する回路として機能することになる。
【００６８】
以上のように構成された第２実施例のセンサ制御装置においても、第１実施例と同様に、センサ素子１を起動してから、排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度を安定して測定可能となるまでの時間を、Ｈ２Ｏ濃度に依存することなくほぼ一定とすることができる効果が発揮されることは言うまでもない。なお、第２実施例において、演算増幅回路３０１とマイクロコンピュータ１１０のステップＳ３１の処理とが、特許請求の範囲における「制限手段」に相当し、また、演算増幅回路３０１とマイクロコンピュータ１１０のステップＳ４４の処理とが、特許請求の範囲の「電圧設定手段」に相当する。
【００６９】
Ｃ．変形例：
（１）上記第１、第２実施例では、Ｖｓセル２０の内部抵抗に基づいてセンサ素子１の温度を検出しているが、例えば、Ｖｓセル２０に代えて、Ｉｐ１セル１０やＩｐ２セルの内部抵抗に基づいて、センサ素子１の温度を検出してもよい。また、ヒータ素子６１を構成するヒータパターン６４の抵抗値に基づいて、センサ素子１の温度を検出してもよい。
【００７０】
（２）上記第１、第２実施例では、ＮＯｘの濃度を測定するＮＯｘセンサを例示しているが、上記第１、第２実施例において説明した予備制御の態様は、ＮＯｘセンサに限らず、酸素イオン導電体を備える酸素ポンプセルを利用する種々のガスセンサに適用可能である。
【００７１】
（３）上記第２実施例では、Ｉｐ２セル３０の電極３２，３３間に生ずる電圧を、予め定められた制限値に制限するにあたり、Ｉｐ２セルに電圧（駆動電圧）Ｖｐ２を印加するための演算増幅回路３０１を兼用する構成を例示している。しかし、電圧を制限するための回路構成は上記第２実施例の構成に限られるものではなく、例えば、演算増幅回路３０１とは別の演算増幅回路（例えば、公知の電圧リミット回路）を併設してＩｐ２セル３０の電極３２，３３間に生ずる電圧を制限値に制限してもよい。
【００７２】
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成をとることができる。
【符号の説明】
【００７３】
１…センサ素子
１０…Ｉｐ１セル
２０…Ｖｓセル
３０…Ｉｐ２セル
１１、２１、３１…固体電解質層
１２、１３、２２、２３、３２、３３…電極
１４…保護層
４０、４５…絶縁体
４１…開口部
５０…第１測定室
５１…第１拡散抵抗部
５２…第２拡散抵抗部
６０…第２測定室
６１…ヒータ素子
６２…絶縁層
６４…ヒータパターン
７０…基準酸素室
１００…ガスセンサ制御装置
１１０…マイクロコンピュータ
１２０…電気回路部
１２１…基準電圧比較回路
１２２…Ｉｐ１ドライブ回路
１２３…Ｖｓ検出回路
１２４…Ｉｃｐ供給回路
１２５…抵抗検出回路
１２６…Ｉｐ２検出回路
１２７…Ｖｐ２印加回路
１２８…ヒータ駆動回路
１２９…スイッチ回路
２００…ＥＣＵ
３００、４００、５００…グラフ
３０１・・・演算増幅回路
３０９・・・第２スイッチ回路
ＳＷ１〜ＳＷ８・・・スイッチ端子
【図１】
2010156676.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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