(57)【要約】      （修正有）【課題】周波数特性の温度依存性を考慮してガスセンサを制御することができる技術を提供する。【解決手段】起電力セルの電圧に応答してポンプセルに流れる電流をフィードバック制御する。フィードバック制御の制御定数は、ガスセンサの温度に応じた値である温度対応値に応じて変更されので、フィードバック制御を、温度に依存して変化し得るガスセンサの周波数特性に適合させることができる。その結果、周波数特性の温度依存性を考慮してガスセンサを制御することができる。【選択図】図７
2010121951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスセンサシステムであって、
ガスセンサと、
電流制御部と、
定数制御部と、
前記ガスセンサの温度に応じた値である温度対応値を取得する取得部と、
を備え、
前記ガスセンサは、
測定対象ガスが流入する測定室と、
第１外電極と、前記測定室に露出する第１内電極と、前記第１外電極と前記第１内電極とに挟まれた第１固体電解質と、を有するポンプセルと、
第２外電極と、前記測定室に露出する第２内電極と、前記第２外電極と前記第２内電極とに挟まれた第２固体電解質と、を有する起電力セルと、
を備え、
前記電流制御部は、前記起電力セルの電圧に応答して前記ポンプセルに流れる電流をフィードバック制御し、
前記定数制御部は、前記温度対応値に応じて前記フィードバック制御の制御定数を変更する、
ガスセンサシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のガスセンサシステムであって、さらに、
前記ガスセンサの温度を目標温度に上げるために利用されるヒータを備え、
前記定数制御部は、
前記ガスセンサの温度が、前記目標温度よりも低い温度閾値が上限である第１温度範囲内にあることを、前記温度対応値が表す場合には、第１制御定数を採用し、
前記ガスセンサの温度が、前記目標温度を含むとともに前記温度閾値が下限である第２温度範囲内にあることを、前記温度対応値が表す場合には、第２制御定数を採用する、
ガスセンサシステム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のガスセンサシステムであって、
前記電流制御部は、互いに異なる制御定数を定める複数の回路素子と、前記回路素子によって定められた前記制御定数に基づいて前記フィードバック制御のための演算を実行するアナログ演算回路と、を含み、
前記定数制御部は、前記アナログ演算回路と前記複数の回路素子との間の接続状態を切り替えることによって前記制御定数を変更するスイッチを含む、
ガスセンサシステム。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のガスセンサシステムであって、
前記電流制御部は、前記制御定数を表す定数値に基づいて前記フィードバック制御のためのデジタル演算を実行する演算部を含み、
前記定数制御部は、前記デジタル演算に利用される前記定数値を変更する、
ガスセンサシステム。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のガスセンサシステムであって、
前記取得部は、前記温度対応値として、前記起電力セルの抵抗値と相関を有する指標値を取得し、
前記定数制御部は、前記指標値に応じて前記制御定数を変更する、
ガスセンサシステム。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のガスセンサシステムであって、
前記電流制御部は、前記起電力セルの電圧が目標電圧になるように、前記ポンプセルに流れる電流をフィードバック制御する、
ガスセンサシステム。
【請求項７】
ガスセンサの制御方法であって、
前記ガスセンサは、
測定対象ガスが流入する測定室と、
第１外電極と、前記測定室に露出する第１内電極と、前記第１外電極と前記第１内電極とに挟まれた第１固体電解質と、を有するポンプセルと、
第２外電極と、前記測定室に露出する第２内電極と、前記第２外電極と前記第２内電極とに挟まれた第２固体電解質と、を有する起電力セルと、
を備え、
前記方法は、
前記起電力セルの電圧に応答して前記ポンプセルに流れる電流をフィードバック制御する工程と、
前記ガスセンサの温度に応じた値である温度対応値を取得する工程と、
前記温度対応値に応じて前記フィードバック制御の制御定数を変更する工程と、
を備える、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、さらに、
ヒータが前記ガスセンサの温度を目標温度に上げる工程を備え、
前記制御定数を変更する工程は、
前記ガスセンサの温度が、前記目標温度よりも低い温度閾値が上限である第１温度範囲内にあることを、前記温度対応値が表す場合には、第１制御定数を採用する工程と、
前記ガスセンサの温度が、前記目標温度を含むとともに前記温度閾値が下限である第２温度範囲内にあることを、前記温度対応値が表す場合には、第２制御定数を採用する工程と、
を含む、方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の方法であって、
前記電流をフィードバック制御する工程は、アナログ演算回路が、回路素子によって定められた前記制御定数に基づいて前記フィードバック制御のための演算を実行する工程を含み、
前記制御定数を変更する工程は、前記アナログ演算回路と、互いに異なる制御定数を定める複数の回路素子との間の接続状態を切り替えることによって前記制御定数を変更する工程を含む、
方法。
【請求項１０】
請求項７または請求項８に記載の方法であって、
前記電流をフィードバック制御する工程は、演算部が、前記制御定数を表す定数値に基づいて前記フィードバック制御のためのデジタル演算を実行する工程を含み、
前記制御定数を変更する工程は、前記デジタル演算に利用される前記定数値を変更する工程を含む、
方法。
【請求項１１】
請求項７ないし請求項１０のいずれかに記載の方法であって、さらに、
前記温度対応値を取得する工程は、前記温度対応値として、前記起電力セルの抵抗値と相関を有する指標値を取得する工程を含み、
前記制御定数を変更する工程は、前記指標値に応じて前記制御定数を変更する工程を含む、
方法。
【請求項１２】
請求項７ないし請求項１１のいずれかに記載の方法であって、
前記電流をフィードバック制御する工程は、前記起電力セルの電圧が目標電圧になるように、前記ポンプセルに流れる電流をフィードバック制御する工程を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサシステムと、ガスセンサの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の排ガス等に含まれる特定のガス成分の検出や特定のガス成分の濃度の測定を行うガスセンサが利用されている。このようなガスセンサとして、それぞれがジルコニア固体電解質体を有する基準セルと検出セルとを利用したセンサが知られている。このセンサでは、基準セルの起電力が一定になるように検出セルを流れる電流が制御される。ここで、時分割によって電流を制御する技術が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３００７２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガスセンサシステムをエンジン制御に使用する場合には、エンジン制御の精度を向上させるために、エンジンの始動時に、より早くセンサ出力を用いた制御（例えば、空燃比制御）を開始することが好ましい。一方で、ヒータによってセンサ素子が目標温度まで加熱されるセンサを利用する場合には、加熱開始からセンサ素子の温度が目標温度になるまで、しばらく時間がかかることがある。ここで、ガスセンサの周波数特性は温度に依存して変化し得る。ところが、このような周波数特性の温度依存性を考慮してガスセンサを制御する点については、十分な工夫がなされていないのが実情であった。
【０００５】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、周波数特性の温度依存性を考慮してガスセンサを制御することができる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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］ガスセンサシステムであって、ガスセンサと、電流制御部と、定数制御部と、前記ガスセンサの温度に応じた値である温度対応値を取得する取得部と、を備え、前記ガスセンサは、測定対象ガスが流入する測定室と、第１外電極と、前記測定室に露出する第１内電極と、前記第１外電極と前記第１内電極とに挟まれた第１固体電解質と、を有するポンプセルと、第２外電極と、前記測定室に露出する第２内電極と、前記第２外電極と前記第２内電極とに挟まれた第２固体電解質と、を有する起電力セルと、を備え、前記電流制御部は、前記起電力セルの電圧に応答して前記ポンプセルに流れる電流をフィードバック制御し、前記定数制御部は、前記温度対応値に応じて前記フィードバック制御の制御定数を変更する、ガスセンサシステム。
【０００８】
この構成によれば、ガスセンサの温度に応じた温度対応値に応じて制御定数が変更されるので、フィードバック制御を、温度に依存して変化し得るガスセンサの周波数特性に適合させることができる。その結果、周波数特性の温度依存性を考慮してガスセンサを制御することができる。
【０００９】
［適用例２］適用例１に記載のガスセンサシステムであって、さらに、前記ガスセンサの温度を目標温度に上げるために利用されるヒータを備え、前記定数制御部は、前記ガスセンサの温度が、前記目標温度よりも低い温度閾値が上限である第１温度範囲内にあることを、前記温度対応値が表す場合には、第１制御定数を採用し、前記ガスセンサの温度が、前記目標温度を含むとともに前記温度閾値が下限である第２温度範囲内にあることを、前記温度対応値が表す場合には、第２制御定数を採用する、ガスセンサシステム。
【００１０】
この構成によれば、第１温度範囲と第２温度範囲とのそれぞれにおいて、温度に適した制御定数を利用することができるので、周波数特性の温度依存性を考慮してガスセンサを制御することができる。特に、本構成によれば、センサ温度が目標温度よりも低い範囲にある場合でも、センサによる測定を開始することができる。
【００１１】
［適用例３］適用例１または適用例２に記載のガスセンサシステムであって、前記電流制御部は、互いに異なる制御定数を定める複数の回路素子と、前記回路素子によって定められた前記制御定数に基づいて前記フィードバック制御のための演算を実行するアナログ演算回路と、を含み、前記定数制御部は、前記アナログ演算回路と前記複数の回路素子との間の接続状態を切り替えることによって前記制御定数を変更するスイッチを含む、ガスセンサシステム。
【００１２】
この構成によれば、アナログ演算回路による演算の制御定数を適切に変更することができるので、周波数特性の温度依存性を考慮してガスセンサを制御することができる。
【００１３】
［適用例４］適用例１または適用例２に記載のガスセンサシステムであって、前記電流制御部は、前記制御定数を表す定数値に基づいて前記フィードバック制御のためのデジタル演算を実行する演算部を含み、前記定数制御部は、前記デジタル演算に利用される前記定数値を変更する、ガスセンサシステム。
【００１４】
この構成によれば、デジタル演算に利用される定数値を適切に変更することができるので、周波数特性の温度依存性を考慮してガスセンサを制御することができる。
【００１５】
［適用例５］適用例１ないし適用例４のいずれかに記載のガスセンサシステムであって、前記取得部は、前記温度対応値として、前記起電力セルの抵抗値と相関を有する指標値を取得し、前記定数制御部は、前記指標値に応じて前記制御定数を変更する、ガスセンサシステム。
【００１６】
この構成によれば、ガスセンサの温度に依存して変化する起電力セルの抵抗値と相関を有する指標値に応じて制御定数が変更されるので、周波数特性の温度依存性を考慮してガスセンサを制御することができる。
【００１７】
［適用例６］適用例１ないし適用例５のいずれかに記載のガスセンサシステムであって、前記電流制御部は、前記起電力セルの電圧が目標電圧になるように、前記ポンプセルに流れる電流をフィードバック制御する、ガスセンサシステム。
【００１８】
この構成によれば、起電力セルの電圧が目標電圧になるようにポンプセルに流れる電流がフィードバック制御されるシステムにおいて、周波数特性の温度依存性を考慮してガスセンサを制御することができる。
【００１９】
［適用例７］ガスセンサの制御方法であって、前記ガスセンサは、測定対象ガスが流入する測定室と、第１外電極と、前記測定室に露出する第１内電極と、前記第１外電極と前記第１内電極とに挟まれた第１固体電解質と、を有するポンプセルと、第２外電極と、前記測定室に露出する第２内電極と、前記第２外電極と前記第２内電極とに挟まれた第２固体電解質と、を有する起電力セルと、を備え、前記方法は、前記起電力セルの電圧に応答して前記ポンプセルに流れる電流をフィードバック制御する工程と、前記ガスセンサの温度に応じた値である温度対応値を取得する工程と、前記温度対応値に応じて前記フィードバック制御の制御定数を変更する工程と、を備える、方法。
【００２０】
［適用例８］適用例７に記載の方法であって、さらに、ヒータが前記ガスセンサの温度を目標温度に上げる工程を備え、前記制御定数を変更する工程は、前記ガスセンサの温度が、前記目標温度よりも低い温度閾値が上限である第１温度範囲内にあることを、前記温度対応値が表す場合には、第１制御定数を採用する工程と、前記ガスセンサの温度が、前記目標温度を含むとともに前記温度閾値が下限である第２温度範囲内にあることを、前記温度対応値が表す場合には、第２制御定数を採用する工程と、を含む、方法。
【００２１】
［適用例９］適用例７または適用例８に記載の方法であって、前記電流をフィードバック制御する工程は、アナログ演算回路が、回路素子によって定められた前記制御定数に基づいて前記フィードバック制御のための演算を実行する工程を含み、前記制御定数を変更する工程は、前記アナログ演算回路と、互いに異なる制御定数を定める複数の回路素子との間の接続状態を切り替えることによって前記制御定数を変更する工程を含む、方法。
【００２２】
［適用例１０］適用例７または適用例８に記載の方法であって、前記電流をフィードバック制御する工程は、演算部が、前記制御定数を表す定数値に基づいて前記フィードバック制御のためのデジタル演算を実行する工程を含み、前記制御定数を変更する工程は、前記デジタル演算に利用される前記定数値を変更する工程を含む、方法。
【００２３】
［適用例１１］適用例７ないし適用例１０のいずれかに記載の方法であって、さらに、前記温度対応値を取得する工程は、前記温度対応値として、前記起電力セルの抵抗値と相関を有する指標値を取得する工程を含み、前記制御定数を変更する工程は、前記指標値に応じて前記制御定数を変更する工程を含む、方法。
【００２４】
［適用例１２］適用例７ないし適用例１１のいずれかに記載の方法であって、前記電流をフィードバック制御する工程は、前記起電力セルの電圧が目標電圧になるように、前記ポンプセルに流れる電流をフィードバック制御する工程を含む、方法。
【００２５】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、ガスセンサの制御方法およびガスセンサの制御装置、その制御装置とガスセンサとを備えるガスセンサシステム、それらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、この発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．変形例：
【００２７】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の一実施例としてのガスセンサシステム１を示す説明図である。このガスセンサシステム１は、ガスセンサ５と、ガスセンサ５を加熱するヒータ８０と、ガスセンサ５に接続された検出回路３と、ヒータ８０を制御するヒータ制御回路６と、各回路３、６を制御する処理装置２と、を備えている。このガスセンサシステム１は、内燃機関に供給される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を出力する。出力された空燃比は、例えば、燃料噴射量の制御等に利用される。なお、本実施例では、内燃機関としてガソリンエンジンを採用することとしている。
【００２８】
図２は、ガスセンサ５の構成を示す概略断面図である。ガスセンサ５は、ポンプセル１４と、多孔質拡散層１８と、起電力セル２４と、をこの順番に積層した積層体である。本実施例では、ガスセンサ５は、内燃機関の排ガス流路（図示せず）に設けられており、空燃比（Ａ／Ｆ）の測定に利用される。また、ガスセンサ５には、ヒータ８０が設けられている。
【００２９】
ポンプセル１４は、電解質層１４ｃと、電解質層１４ｃの一方の面１４Ｅに設けられた外電極１２と、電解質層１４ｃの他方の面１４Ｉに設けられた内電極１６と、を有している。電解質層１４ｃは、外電極１２と内電極１６とに挟まれている。電解質層１４ｃは、酸素イオン伝導性を有する固体電解質によって形成されている。本実施例では、固体電解質として、部分安定化ジルコニアが採用されている。各電極１２、１６は、それぞれ、多孔質電極である。本実施例では、各電極１２、１６は、白金を用いて形成されている。外電極１２は、第１端子Ｉｐｔに接続されている。また、外電極１２の全体は、保護層１５によって覆われている。保護層１５は、セラミック等の多孔質によって形成されている。保護層１５は、測定対象ガス（本実施例では、排ガス）の流れる流路中に配置されている。排ガスは、保護層１５を通じて、外電極１２に到達し得る。そして、保護層１５は、外電極１２の被毒を抑制する。
【００３０】
起電力セル２４は、電解質層２４ｃと、電解質層２４ｃの一方の面２４Ｅに設けられた外電極２８と、電解質層２４ｃの他方の面２４Ｉに設けられた内電極２２と、を有している。電解質層２４ｃは、内電極２２と外電極２８とに挟まれている。電解質層２４ｃは、上述の電解質層１４ｃと同じ固体電解質によって形成されている。各電極２２、２８は、上述の各電極１２、１６と同様の多孔質電極である。外電極２８は、第２端子Ｖｓｔに接続されている。
【００３１】
ポンプセル１４の電解質層１４ｃの内面１４Ｉは、起電力セル２４の電解質層２４ｃの内面２４Ｉと、対向している。これらの内面１４Ｉ、２４Ｉの間には、多孔質拡散層１８が挟まれている。多孔質拡散層１８は、これらの内面１４Ｉ、２４Ｉの間の空間を、内面１４Ｉ、２４Ｉの縁に沿って取り囲む、リング状の多孔質壁を有している。多孔質拡散層１８の内部には、この多孔質壁と、電解質層１４ｃと、電解質層２４ｃとによって囲まれた測定室２０が形成されている。多孔質拡散層１８は、測定対象ガスの流れる流路中に配置されている。測定対象ガスは、多孔質拡散層１８を介して、測定室２０に流入する。このように、多孔質拡散層１８は、ガス流入部として機能する。多孔質拡散層１８としては、セラミック等の種々の多孔質を採用可能である。なお、本実施例では、多孔質拡散層１８は、測定対象ガスを拡散させ、そして、測定対象ガスの流入速度を制限している。
【００３２】
測定室２０には、ポンプセル１４の内電極１６と、起電力セル２４の内電極２２とが、露出している。これらの電極１６、２２は、互いに電気的に接続されるとともに、共通の第３端子ＣＯＭに接続されている。
【００３３】
ヒータ８０は、起電力セル２４の電解質層２４ｃの外面２４Ｅに積層されている。ヒータ８０は、導体で形成されたヒータ抵抗８７を、一対のアルミナシート８３、８５で挟んだ構成を有している。アルミナシート８３は、電解質層２４ｃの外面２４Ｅに積層されている。ヒータ８０は、ガスセンサ５（特に、電解質層１４ｃ、２４ｃ）の温度を高めることによって電解質層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。なお、ヒータ８０の構成としては、図２に示す構成に限らず、ガスセンサ５（特に、電解質層１４ｃ、２４ｃ）の温度を高めることが可能な任意の構成を採用可能である。
【００３４】
また、ヒータ８０のアルミナシート８３は、起電力セル２４の外電極２８の全体を覆うことによって、外電極２８を閉塞させる。外電極２８（多孔質電極）の内部の空間（孔）は、基準酸素室２６として機能する（詳細は後述）。
【００３５】
図１に示すように、ヒータ８０のヒータ抵抗８７の一端は、直流電源ＶＢに接続されている（本実施例では、直流電源ＶＢは、１２Ｖの直流電源である）。ヒータ抵抗８７の他端は、ヒータ制御回路６に接続されている。
【００３６】
ヒータ制御回路６は、スイッチング用のトランジスタＴｒと、接地用の抵抗Ｒｈとを有している。トランジスタＴｒと抵抗Ｒｈとの直列回路が、ヒータ抵抗８７に接続されている。処理装置２は、トランジスタＴｒに、オン／オフを制御する駆動信号を供給する。トランジスタＴｒがオンにされると、ヒータ抵抗８７に電流が流れて、ヒータ８０が発熱する。トランジスタＴｒがオフにされると、ヒータ抵抗８７の電流が止まり、ヒータ８０の発熱も止まる。処理装置２は、トランジスタＴｒのオン／オフを制御することによって、ヒータ８０による発熱、すなわち、ガスセンサ５の温度を制御することができる。また、トランジスタＴｒと抵抗Ｒｈとの間の点Ｒｅは、処理装置２に接続されている。処理装置２は、この点Ｒｅの電圧に応じて、ヒータ８０に流れる電流を特定できる。なお、ヒータ制御回路６の構成としては、図１に示す構成に限らず、ヒータ８０を制御する任意の構成を採用可能である。
【００３７】
図３は、ガスセンサシステム１の概略図である。図３には、簡略化されたガスセンサ５と検出回路３とが、示されている。
【００３８】
第２端子Ｖｓｔには、通電経路４０を介して、定電流回路６２（図１、図３）が接続されている。この定電流回路６２は、起電力セル２４に、一定の微少電流Ｉｃｐを流す。このように、定電流回路６２は、電流Ｉｃｐ供給部として機能する。
【００３９】
電流Ｉｃｐは、外電極２８から内電極２２へ流れる。これにより、酸素が、測定室２０から電解質層２４ｃを介して外電極２８へ移動する。移動した酸素は、外電極２８の内部の孔（基準酸素室２６）に蓄積される。定電流回路６２は、継続的に電流Ｉｃｐを流すので、基準酸素室２６の酸素濃度は、電流Ｉｃｐによってほぼ決まる所定の濃度まで上昇する。そして、基準酸素室２６の酸素濃度は、その所定の濃度に維持される。なお、基準酸素室２６は、酸素濃度の基準を表す基準室として利用される。そして、基準酸素室２６に露出する外電極２８は、基準電極として利用される。なお、電流Ｉｃｐは、基準酸素室２６の酸素濃度が排ガス中に残留し得る酸素の濃度と比べて大きくなるように、設定されることが好ましい。
【００４０】
電流Ｉｃｐを定常的に流すことによって酸素濃度が所定の濃度に維持される理由は、基準酸素室２６の内から外（ガスセンサ５の外）へ、酸素が徐々にリークするからである。このようなリークの経路としては、例えば、外電極２８と第２端子Ｖｓｔとを接続する通電経路に沿った隙間等がある。
【００４１】
第３端子ＣＯＭと第１端子Ｉｐｔとの間（すなわち、ポンプセル１４の内電極１６と外電極１２との間）には、電流Ｉｐの駆動部ＩＤが接続されている。電流Ｉｐは、ポンプセル１４を流れる電流である。電流Ｉｐが外電極１２から内電極１６へ流れる場合には、酸素が、内電極１６から電解質層１４ｃを介して外電極１２へ移動する（この電流Ｉｐの方向を「第１方向ｄ１」と呼ぶ）。その結果、測定室２０内の酸素濃度が低下する。逆に、電流Ｉｐが、内電極１６から外電極１２へ流れる場合には、酸素が、外電極１２から電解質層１４ｃを介して内電極１６へ移動する（この電流Ｉｐの方向を「第２方向ｄ２」と呼ぶ）。その結果、測定室２０内の酸素濃度が上昇する。いずれの場合も、単位時間当たりの酸素の移動量は、電流Ｉｐの絶対値にほぼ比例している。
【００４２】
駆動部ＩＤは、ポンプセル１４に電流Ｉｐを流すことによって、測定室２０内の酸素濃度を制御することができる。特に、駆動部ＩＤは、電流Ｉｐの向きを切り替えることによって、測定室２０内の酸素濃度を増加させ、そして、減少させることができる。このように、ポンプセル１４は、測定室２０への酸素の汲み入れと、測定室２０からの酸素の汲み出しとが可能である。なお、駆動部ＩＤの詳細については、後述する。
【００４３】
また、第２端子Ｖｓｔと第３端子ＣＯＭとの間（すなわち、起電力セル２４の外電極２８と内電極２２との間）には、電圧Ｖｓの検出部ＶＤが接続されている。電圧Ｖｓは、起電力セル２４の電極２２、２８間の電圧である。検出部ＶＤは、電圧Ｖｓが予め決められた目標電圧Ｖｒ（本実施例では、４５０ｍＶ）になるように、駆動部ＩＤ（すなわち、電流Ｉｐ）をフィードバック制御する。なお、検出部ＶＤの詳細については、後述する。また、検出部ＶＤと駆動部ＩＤとの全体は、特許請求の範囲における「電流制御部」に相当する。
【００４４】
図４（Ａ）は、電圧Ｖｓと空燃比（Ａ／Ｆ）との関係を示すグラフである。横軸は、空燃比（Ａ／Ｆ）を示し、縦軸は電圧Ｖｓを示している。起電力セル２４（図３）は、２つの電極２２、２８の間の酸素濃度の差（すなわち、基準酸素室２６の中の酸素濃度と、測定室２０の中の酸素濃度との間の差）が大きいほど、大きな起電力を生じる。なお、このグラフは、ポンプセル１４（図３）による酸素の移動が無い場合の電圧Ｖｓを示している。
【００４５】
空燃比が理論空燃比よりも高い場合（すなわち、混合気が薄い場合）、排ガス中には十分な量の酸素が残留しているので、酸素濃度差が小さくなる。その結果、電圧Ｖｓは、排ガス中の酸素濃度に応じた低い値になる。本実施例では、電圧Ｖｓは、目標電圧Ｖｒよりも低い。
【００４６】
空燃比が理論空燃比よりも低い場合（すなわち、混合気が濃い場合）、排ガス中の酸素濃度が低いので、酸素濃度差が大きくなる。その結果、電圧Ｖｓが高くなる。本実施例では、電圧Ｖｓは、目標電圧Ｖｒよりも高く、電圧Ｖｓが約１Ｖにまで上昇する。特に、本実施例では、測定室２０内の電極１６、２２に触媒（白金）が含まれている。この触媒によって、測定室２０内の残留酸素と、排ガス中の未燃焼成分（例えば、ＣＯ、ＨＣ、Ｈ2）との反応が促進される。その結果、測定室２０の中の酸素濃度は著しく低下する。このように、空燃比が理論空燃比よりも低い場合には、空燃比が理論空燃比よりも高い場合と比べて、電圧Ｖｓは、著しく、高くなる。図示するように、電圧Ｖｓは、理論空燃比を境に、ステップ状に変化する。なお、理論空燃比は、ストイキオメトリー（ストイキ）とも呼ばれる。ガソリンエンジンでは、理論空燃比は約１４．６である。
【００４７】
図４（Ｂ）は、電流Ｉｐと空燃比（Ａ／Ｆ）との関係を示すグラフである。横軸は空燃比（Ａ／Ｆ）を示し、縦軸は電流Ｉｐを示している。上述したように、電流Ｉｐは、電圧Ｖｓが目標電圧Ｖｒになるように、フィードバック制御されている。
【００４８】
空燃比が理論空燃比よりも高い場合（混合気が薄い場合）、電圧Ｖｓが目標電圧Ｖｒよりも低くなろうとする（図４（Ａ））。そこで、検出部ＶＤ（図３）は、電圧Ｖｓを目標電圧Ｖｒに上げるために、第１方向ｄ１の電流Ｉｐを流すように、駆動部ＩＤを制御する。これにより、測定室２０内の酸素濃度が低下するので、電圧Ｖｓが上昇する。ここで、測定室２０に流入する排ガスの酸素濃度が高いほど（すなわち、空燃比が高いほど）、電圧Ｖｓを目標電圧Ｖｒまで上昇させるために測定室２０から外電極１２へ移動すべき酸素量は多い。従って、空燃比が高いほど、電流Ｉｐの絶対値が大きくなる。また、単位時間当たりに移動すべき酸素量は、排ガスの酸素濃度に比例しているので、電流Ｉｐの絶対値は、空燃比にほぼ比例する。
【００４９】
空燃比が理論空燃比よりも低い場合（混合気が濃い場合）、電圧Ｖｓが目標電圧Ｖｒよりも高くなろうとする（図４（Ａ））。そこで、検出部ＶＤ（図３）は、電圧Ｖｓを目標電圧Ｖｒに下げるために、第２方向ｄ２に電流Ｉｐを流すように、駆動部ＩＤを制御する。これにより、測定室２０内の酸素濃度が上昇するので、電圧Ｖｓが下降する。ここで、空燃比が小さいほど、排ガス中の酸素濃度が低く、また、排ガス中の未燃焼成分（ＣＯ、ＨＣ、Ｈ2等）の濃度が高い。このような未燃焼成分と酸素との反応を考慮すると、空燃比が小さいほど、測定室２０内の酸素濃度を高めるために要する酸素量は多い。従って、空燃比が小さいほど、電流Ｉｐの絶対値が大きくなる。また、排ガス中の未燃焼成分の濃度は、空燃比にほぼ逆比例して高くなるので、電流Ｉｐは、空燃比にほぼ比例する。
【００５０】
このように、空燃比の広い範囲に亘って、電流Ｉｐは、空燃比にほぼ比例して変化する。従って、電流Ｉｐに応じて、幅広い範囲で、空燃比を特定することができる。
【００５１】
次に、検出部ＶＤと駆動部ＩＤとの具体例について説明する。図１には、検出部ＶＤと駆動部ＩＤとが示されている。後述するように、検出部ＶＤと駆動部ＩＤとガスセンサ５とは、共通の基準電圧Ｖｃ（本実施例では、＋３．６Ｖ）に基づいて動作する。その結果、第３端子ＣＯＭの電圧は、おおよそ、基準電圧Ｖｃに維持される。
【００５２】
検出部ＶＤは、図１に示すように、直列に接続された第４オペアンプＯＰ４と第１オペアンプＯＰ１とフィードバック演算部ＰＩＤと検出抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒとを含んでいる。第２端子Ｖｓｔには第４オペアンプＯＰ４が接続され、第３端子ＣＯＭには、通電経路４２を介して、抵抗器Ｒが接続されている。
【００５３】
第４オペアンプＯＰ４は、いわゆるボルテージフォロアを形成している。第４オペアンプＯＰ４は、第２端子Ｖｓｔの電圧と同じ電圧を出力する（この電圧は、上述の電圧Ｖｓに相当する。具体的には、第２端子Ｖｓｔの電圧は、上述の電圧Ｖｓに基準電圧Ｖｃを加えた値である）。第４オペアンプＯＰ４の出力端子は、第１スイッチＳＷ１を介して、第１オペアンプＯＰ１に接続されている。第１オペアンプＯＰ１には、さらに、キャパシタＣ１が接続されている。第１オペアンプＯＰ１は、第１スイッチＳＷ１とキャパシタＣ１と共に、いわゆるサンプルホールド回路を形成している。第１スイッチＳＷ１がＯＮの状態では、第１オペアンプＯＰ１は、第４オペアンプＯＰ４の出力電圧と同じ電圧を出力する。第１オペアンプＯＰ１の出力端子は、フィードバック演算部ＰＩＤの入力端子ＩＴに接続されている。第１スイッチＳＷ１がＯＦＦに切り替わった場合には、第１オペアンプＯＰ１は、切り替わる直前の出力電圧を維持する。
【００５４】
フィードバック演算部ＰＩＤは、入力端子ＩＴに加えて、基準端子ＲＴと出力端子ＯＴとを有している。出力端子ＯＴは、検出抵抗器Ｒ１の一端に相当する点Ｖｐｉｄに接続されている。基準端子ＲＴは、検出抵抗器Ｒ１の他端に相当する点Ｖｃｅｎｔに接続されている。点Ｖｃｅｎｔには、抵抗器Ｒと第２オペアンプＯＰ２の反転入力端子とが接続されている。出力端子ＯＴは、検出抵抗器Ｒ１を介して第２オペアンプＯＰ２の反転入力端子に接続されている。
【００５５】
図５は、フィードバック演算部ＰＩＤの説明図である。フィードバック演算部ＰＩＤは、３つのオペアンプ１４０、１４７、１４９を含んでいる。入力端子ＩＴは、抵抗器Ｒ５ｐを介して、加算オペアンプ１４９の反転入力端子に接続されている。加算オペアンプ１４９は、いわゆる加算回路を形成している。加算オペアンプ１４９の反転入力端子には、さらに、抵抗器Ｒ６ｐを介して、基準オペアンプ１４７の出力端子が接続されている。この基準オペアンプ１４７は、いわゆるボルテージフォロアを形成している。基準オペアンプ１４７には、抵抗器Ｒ７ｐを介して、目標電圧出力部１４６が接続されている。目標電圧出力部１４６は、負の目標電圧Ｖｒを出力する（すなわち、基準オペアンプ１４７は、負の目標電圧Ｖｒを出力する）。本実施例では、出力される電圧は、基準電圧Ｖｃから目標電圧Ｖｒを引いて得られる電圧である。
【００５６】
加算オペアンプ１４９の非反転入力端子は基準端子ＲＴに接続されている。基準端子ＲＴは、点Ｖｃｅｎｔに接続されている（図１）。従って、加算オペアンプ１４９は、点Ｖｃｅｎｔの電圧（通常は、基準電圧Ｖｃ）を基準として、反転入力端子に供給される２つの信号（電圧Ｖｓと負の目標電圧Ｖｒ）を加算する。その結果、加算オペアンプ１４９は、電圧Ｖｓから目標電圧Ｖｒを引いた電圧に相当する信号を出力する（以下「差分信号ＤＤ」と呼ぶ）。具体的には、差分信号ＤＤの電圧は、「Ｖｓ−Ｖｒ＋Ｖｃ」である。加算オペアンプ１４９の出力端子は、回路上の第１点Ｐ１に接続されている。
【００５７】
図５のフィードバック演算部ＰＩＤの回路上には、第１点Ｐ１に加えて、第２点Ｐ２と出力点Ｐｏｕｔとが示されている。第２点Ｐ２には、制御オペアンプ１４０の反転入力端子が接続され、出力点Ｐｏｕｔには制御オペアンプ１４０の出力端子が接続されている。制御オペアンプ１４０の非反転入力端子には、所定の基準電圧Ｖｃが印加されている。
【００５８】
第１点Ｐ１と第２点Ｐ２との間には、２つの回路が接続されている。１つの回路は、キャパシタＣ３ｐと抵抗器Ｒ３ｐとの直列回路である。もう１つの回路は、抵抗器Ｒ２ｐとスイッチ抵抗器Ｒｓとの直列回路である。スイッチ抵抗器Ｒｓには、並列に、スイッチＳＷｐが接続されている。制御オペアンプ１４０の非反転入力端子には、これらの回路を介して、差分信号ＤＤが供給される。
【００５９】
スイッチＳＷｐをオンにすることによって、スイッチ抵抗器Ｒｓを短絡することができる。従って、スイッチＳＷｐのオン／オフによって、２つの点Ｐ１、Ｐ２の間の抵抗値を切り替えることができる。本実施例では、スイッチＳＷｐは、アナログスイッチである。スイッチＳＷｐとしては、例えば、ＦＥＴ（Field effect transistor）等のスイッチングトランジスタを採用可能である。なお、このスイッチＳＷｐは、図１の回路制御部５９を介して処理装置２によって制御される。
【００６０】
第２点Ｐ２と出力点Ｐｏｕｔとの間には、抵抗器Ｒ１ｐとキャパシタＣ１ｐとの直列回路が接続されている。抵抗器Ｒ１ｐには、並列に、キャパシタＣ２ｐが接続されている。制御オペアンプ１４０の出力信号は、これらの回路を介して、制御オペアンプ１４０の反転入力端子に帰還する。
【００６１】
制御オペアンプ１４０は、これらの回路素子によって、いわゆるＰＩＤ（proportional-integral-derivative）演算を行う。この演算に従って、制御オペアンプ１４０は、反転入力端子に供給される差分信号ＤＤ（すなわち、電圧Ｖｓと目標電圧Ｖｒとの差）に応じた信号を、出力する。以下、出力される信号をフィードバック信号ＦＳとも呼ぶ。制御オペアンプ１４０は、基準電圧Ｖｃを基準とするフィードバック信号ＦＳの電圧の変化を、目標電圧Ｖｒを基準とする電圧Ｖｓの変化に応じて、決定する。このように、フィードバック信号ＦＳの電圧は、電圧Ｖｓと目標電圧Ｖｒとの差に応じて、基準電圧Ｖｃから変化する。
【００６２】
制御オペアンプ１４０の演算に利用される制御定数は、２つの点Ｐ１、Ｐ２の間に接続された回路素子と、２つの点Ｐ２、Ｐｏｕｔの間に接続された回路素子と、によって決まる。上述したように、スイッチＳＷｐによって、２つの点Ｐ１、Ｐ２の間の抵抗値を変えることができる。これにより、演算に利用される定数を変更することができる。定数を変更する理由については後述する。
【００６３】
制御オペアンプ１４０の出力端子は、出力端子ＯＴに接続されている。出力端子ＯＴから出力されたフィードバック信号ＦＳは、検出抵抗器Ｒ１（図１）を介して、第２オペアンプＯＰ２の反転入力端子に供給される。
【００６４】
第２オペアンプＯＰ２（図１）は、駆動部ＩＤの要素の１つである。駆動部ＩＤは、図１に示すように、直列に接続された抵抗器Ｒと第２オペアンプＯＰ２とを含んでいる。第２オペアンプＯＰ２の反転入力端子に抵抗器Ｒが接続されている。第１端子Ｉｐｔには、第２オペアンプＯＰ２の出力端子が接続されている。
【００６５】
第２オペアンプＯＰ２の非反転入力端子には、所定の基準電圧Ｖｃが印加されている。第２オペアンプＯＰ２の反転入力端子には、検出抵抗器Ｒ１を介してフィードバック信号ＦＳが供給される。第２オペアンプＯＰ２は、基準電圧Ｖｃとフィードバック信号ＦＳの電圧との差に応じて、出力信号を制御する。
【００６６】
上述したように、フィードバック演算部ＰＩＤ（図５）は、基準電圧Ｖｃを基準とするフィードバック信号ＦＳの電圧の変化を、目標電圧Ｖｒを基準とする電圧Ｖｓの変化に応じて、決定する。電圧Ｖｓが目標電圧Ｖｒよりも高い場合には、第２オペアンプＯＰ２が第２方向ｄ２（図３）の電流Ｉｐを流すように、フィードバック演算部ＰＩＤはフィードバック信号ＦＳを決定する（図４（Ａ）、４（Ｂ））。電圧Ｖｓが目標電圧Ｖｒよりも低い場合には、第２オペアンプＯＰ２が第１方向ｄ１の電流Ｉｐを流すように、フィードバック演算部ＰＩＤはフィードバック信号ＦＳを決定する。これらの結果、電圧Ｖｓが目標電圧Ｖｒになるように、電流Ｉｐがフィードバック制御される。
【００６７】
なお、フィードバック演算部ＰＩＤの出力端子ＯＴは、検出抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒとを介して、第３端子ＣＯＭに接続されている。そして、上述したように、フィードバック信号ＦＳの電圧は、電圧Ｖｓと目標電圧Ｖｒとの差に応じて、基準電圧Ｖｃから変化する。従って、検出抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒとの間の点Ｖｃｅｎｔや、第３端子ＣＯＭにおける電圧は、おおよそ、基準電圧Ｖｃに維持される。
【００６８】
フィードバック制御される電流Ｉｐは、検出抵抗器Ｒ１によって検出される。図１に示すように、検出抵抗器Ｒ１には、差動増幅回路６１が接続されている。差動増幅回路６１は、検出抵抗器Ｒ１の両端の間の電圧（点Ｖｐｉｄと点Ｖｃｅｎｔとの間の電圧）を増幅する。そして、差動増幅回路６１は、増幅によって得られる出力信号（以下、ガス検出信号Ｖｉｐと呼ぶ）を、ガス検出端子４３を通じて、処理装置２に供給する。この電圧（Ｖｐｉｄ−Ｖｃｅｎｔ間の電圧）は、フィードバック信号ＦＳに応じて変化する。また、第２オペアンプＯＰ２は、このフィードバック信号ＦＳに応じて電流Ｉｐを制御する。従って、ガス検出信号Ｖｉｐに応じて、電流Ｉｐの大きさと向き、すなわち、空燃比を特定することができる。
【００６９】
図６は、処理装置２の構成を示す説明図である。処理装置２は、ＣＰＵとＲＡＭとＲＯＭとＩ／Ｏインタフェースとを有するコンピュータである。ＲＯＭには、Ａ／Ｆ出力モジュールＭ１と、ヒータ制御モジュールＭ３と、定数制御モジュールＭ４とが格納されている。これらのモジュールは、ＣＰＵによって実行されるプログラムである。以下、ＣＰＵがモジュールに従って処理を実行することを、「モジュールが処理を実行する」とも表現する。なお、各モジュールＭ１〜Ｍ４は、ＲＡＭを介して互いにデータの送受信が可能である。
【００７０】
Ａ／Ｆ出力モジュールＭ１は、ガス検出信号Ｖｉｐ（図１）に従って、空燃比を特定する。ガス検出信号Ｖｉｐと空燃比との対応関係は予め実験的に決定されている。Ａ／Ｆ出力モジュールＭ１は、特定した空燃比を、内燃機関の制御部（図示せず）に供給する。
【００７１】
ヒータ制御モジュールＭ３は、ヒータ制御回路６に駆動信号を供給することによって、ガスセンサ５の温度を所定の目標温度に上げる。目標温度としては、例えば、摂氏８００度〜９００度の範囲内の温度を採用可能である。
【００７２】
定数制御モジュールＭ４は、ガスセンサ５の温度に応じてフィードバック演算部ＰＩＤの制御定数を変更する。
【００７３】
図７は、電流Ｉｐの制御の手順を示すフローチャートである。定数制御モジュールＭ４（図６）は、ガスセンサシステム１（図１）の起動時に、図７の処理を開始する。なお、ガスセンサシステム１の起動時には、ヒータ制御モジュールＭ３は、ガスセンサ５の温度を上げるために、ヒータの制御を開始する。ヒータの制御については、後述する。
【００７４】
最初のステップＳ３００では、定数制御モジュールＭ４（図６）は、ガスセンサ５（特に、電解質層１４ｃ、２４ｃ）が活性状態にあるか否かを判定する。ガスセンサ５が活性状態にあると判定するために条件としては、任意の条件を採用可能である。例えば、ヒータ８０（図１、図２）がオンにされてから所定時間が経過したことを、採用してもよい。また、ガスセンサ５の温度が所定の活性閾値よりも高いことを採用してもよい。このような活性閾値としては、例えば、摂氏５００度〜６００度の範囲の温度を採用可能である。
【００７５】
ガスセンサ５（図１）が活性状態に無いと判定された場合には、次のステップＳ３１０で、定数制御モジュールＭ４（図６）は、電流Ｉｐを停止する。電流Ｉｐの停止方法としては、任意の方法を採用可能である。例えば、定数制御モジュールＭ４は、第２オペアンプＯＰ２の電源を止めても良い。また、第２オペアンプＯＰ２の出力端子と第１端子Ｉｐｔとの間にスイッチを設け、定数制御モジュールＭ４が、このスイッチをオフにしてもよい。既に電流Ｉｐが止まっている場合には、定数制御モジュールＭ４は、何もせずにステップＳ３１０を終了する。ステップＳ３１０の後、定数制御モジュールＭ４は、再び、ステップＳ３００に戻る。
【００７６】
ガスセンサ５（図１）が活性状態にあると判定された場合には、次のステップＳ３２０で、定数制御モジュールＭ４（図６）は、電流Ｉｐのフィードバック制御を開始する。ステップＳ３２０では、上述のステップＳ３１０の処理とは逆の処理が実行される。これにより、検出回路３（図１）は、電流Ｉｐのフィードバック制御を実行する。なお、既に電流Ｉｐの制御が開始されている場合には、定数制御モジュールＭ４は、何もせずにステップＳ３２０を終了する。
【００７７】
次のステップＳ３３０では、定数制御モジュールＭ４（図６）が、ガスセンサ５の温度を取得する。温度の取得方法については、後述する。
【００７８】
次のステップＳ３４０では、定数制御モジュールＭ４（図６）は、ステップＳ３３０で取得された温度が、所定の温度閾値ＴＴよりも高いか否かを判定する。この温度閾値ＴＴは、ガスセンサ５の目標温度よりも低い値に設定されている（例えば、摂氏７００度〜８００度）。
【００７９】
ガスセンサ５の温度が温度閾値ＴＴ以下である場合には、ステップＳ３５０で、定数制御モジュールＭ４は、第１制御定数ＰＩＤ１を選択する。本実施例では、定数制御モジュールＭ４は、図５のスイッチＳＷｐをオフにすることによって、第１制御定数ＰＩＤ１を実現する。フィードバック演算部ＰＩＤは、この第１制御定数ＰＩＤ１に従って、演算を行う。第１制御定数ＰＩＤ１は、温度閾値ＴＴ以下の温度範囲で利用される。この温度範囲は、特許請求の範囲における「第１温度範囲」に相当する。ステップＳ３００でガスセンサ５が活性状態にあると判定される温度の最小値は、第１温度範囲の下限に相当する。また、第１制御定数ＰＩＤ１は、適切なフィードバック制御が実行されるように、予め実験的に決定されている。
【００８０】
ガスセンサ５の温度が温度閾値ＴＴよりも高い場合には、ステップＳ３６０で、定数制御モジュールＭ４は、第２制御定数ＰＩＤ２を選択する。本実施例では、定数制御モジュールＭ４は、図５のスイッチＳＷｐをオンにすることによって、第２制御定数ＰＩＤ２を実現する。フィードバック演算部ＰＩＤは、この第２制御定数ＰＩＤ２に従って、演算を行う。第２制御定数ＰＩＤ２は、温度閾値ＴＴよりも高い温度範囲で利用される。第２制御定数ＰＩＤ２は、目標温度でも利用される。このように、この温度範囲は、特許請求の範囲における「第２温度範囲」に相当する。なお、本実施例では、ガスセンサ５の昇温は、目標温度までである。従って、目標温度は、第２温度範囲の上限に相当する。また、第２制御定数ＰＩＤ２は、適切なフィードバック制御が実行されるように、予め実験的に決定されている。
【００８１】
図８（Ａ）〜８（Ｆ）は、それぞれ、周波数特性を示すグラフである。横軸は周波数を示し、縦軸は位相遅れを示している。縦軸の上端は、位相遅れがゼロであることを示しており、位相遅れは、上端から遠いほど大きい。図８（Ａ）〜８（Ｃ）は、比較例を示し、図８（Ｄ）〜８（Ｆ）は、本実施例を示している。比較例では、第１制御定数ＰＩＤ１（図７）を利用せずに、温度に関わらずに第２制御定数ＰＩＤ２が利用される。
【００８２】
図８（Ａ）は、ガスセンサ５（図１）の周波数特性を示している。ガスセンサ５の位相遅れは、電流Ｉｐの変化に対する電圧Ｖｓの変化の遅れを表している。実線のグラフＧｓＨは、ガスセンサ５の温度が目標温度である場合の特性の一例を示し、点線のグラフＧｓＬは、ガスセンサ５の温度が温度閾値ＴＴよりも低い場合の特性の一例を示している。電解質層１４ｃ、２４ｃの活性状態は、温度に依存して大きく変化する。従って、ガスセンサ５の周波数特性も、温度に依存して変化する。図８（Ａ）の例では、温度が低い場合に、低い周波数での位相遅れが大きい。
【００８３】
図８（Ｂ）は、検出回路３の周波数特性を示している。検出回路３の位相遅れは、電圧Ｖｓの変化に対する電流Ｉｐの変化の遅れを表している。実線のグラフＧｃ２は、第２制御定数ＰＩＤ２を利用する場合の周波数特性を示している。
【００８４】
図８（Ｃ）は、ガスセンサ５と検出回路３との全体の周波数特性（一巡の周波数特性）を示している。実線のグラフＧｔＨは、高温での特性を示し、点線のグラフＧｔＬは、低温での特性を示している。高温グラフＧｔＨは、上述のグラフＧｓＨ、Ｇｃ２を総合して得られるグラフである。低温グラフＧｔＬは、上述のグラフＧｓＬ、Ｇｃ２を総合して得られるグラフである。第２制御定数ＰＩＤ２は、定常運転時（すなわち、ガスセンサ５の温度が目標温度である場合）に適した値に予め実験的に設定されている。従って、温度が低い場合には、温度が高い場合と比べて、位相遅れが大きくなっている。その結果、ガスセンサ５の温度が低い場合には、位相余裕が小さいので、ガスセンサシステム１が発振しやすい。
【００８５】
次に、本実施例について説明する。図８（Ｄ）に示すグラフＧｓＬ、ＧｓＨは、図８（Ａ）に示すグラフＧｓＬ、ＧｓＨと、それぞれ同じである。図８（Ｅ）は、検出回路３の周波数特性を示している。図８（Ｂ）に示した第２グラフＧｃ２に加えて、第１グラフＧｃ１が追加されている。第１グラフＧｃ１は、第１制御定数ＰＩＤ１を利用する場合の周波数特性を示している。第１グラフＧｃ１では、第２グラフＧｃ２と比べて、周波数が低い場合に、位相遅れが小さい。
【００８６】
図８（Ｆ）は、ガスセンサ５と検出回路３との全体の周波数特性を示している。高温グラフＧｔＨは、図８（Ｃ）に示したグラフＧｔＨと同じである。低温グラフＧｔＬｅは、グラフＧｓＬと、第２グラフＧｃ２の代わりに第１グラフＧｃ１とを、総合して得られるグラフである。第１制御定数ＰＩＤ１は、ガスセンサ５の温度が温度閾値ＴＴよりも低い場合に適した値に予め設定されている。従って、温度が低い場合には、第２制御定数ＰＩＤ２の代わりに第１制御定数ＰＩＤ１を利用することによって、位相遅れを改善することができる。その結果、ガスセンサシステム１を起動した後、ガスセンサ５の温度が目標温度に達する前であっても、安定してガスセンサシステム１を利用することができる。このように、フィードバック制御を、温度に依存して変化し得るガスセンサ５の周波数特性に適合させることができる。
【００８７】
なお、第１制御定数ＰＩＤ１は、図５のスイッチＳＷｐをオフにすることによって、実現される。スイッチＳＷｐがオフの場合、２つの点Ｐ１、Ｐ２の間の抵抗値は、スイッチ抵抗器Ｒｓの分だけ大きい。また、制御オペアンプ１４０のゲインは、（Ｐ２−Ｐｏｕｔ間の抵抗値）／（Ｐ１−Ｐ２間の抵抗値）で表される。従って、スイッチＳＷｐをオフにすることによって、ゲインを小さくすることができる。ゲインが小さいほど、制御オペアンプ１４０による位相遅れも小さい場合が多い。これらから、スイッチＳＷｐをオフにすることによって、制御オペアンプ１４０による位相遅れを小さくすることができる。ただし、フィードバック制御の応答性は、低温時に第１制御定数ＰＩＤ１を利用する場合と比べて、高温時に第２制御定数ＰＩＤ２を利用する場合の方が、良好であり得る。
【００８８】
図７のステップＳ３６０、Ｓ３５０の後には、定数制御モジュールＭ４（図６）は、ステップＳ３００に戻る。そして、定数制御モジュールＭ４は、温度に応じた制御定数の切り替えを、繰り返し実行する。このように、本実施例では、ガスセンサ５の周波数特性の温度依存性を考慮してガスセンサ５を制御することができる。
【００８９】
図９は、ヒータ制御処理の手順を示すフローチャートである。最初のステップＳ８０では、ヒータ制御モジュールＭ３（図６）は、回路制御部５９（図１）に、素子インピーダンスの測定開始を指示する。素子インピーダンスは、起電力セル２４のインピーダンス（特に抵抗値）を表している。回路制御部５９は、指示に従って、インピーダンスを測定する処理（以下「電圧変化量測定処理」とも呼ぶ）を開始する。
【００９０】
図１０は、電圧変化量測定処理の手順を示すフローチャートである。最初のステップＳ２１０では、回路制御部５９（図１）は、第１スイッチＳＷ１をオフにする。これにより、第１オペアンプＯＰ１は、ステップＳ２１０の開始時点における電圧（電圧Ｖｓに相当する）を保持する。第１オペアンプＯＰ１の出力信号は、第３オペアンプＯＰ３の非反転入力端子に供給される。
【００９１】
また、回路制御部５９（図１）は、第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｃをオンにする。第２端子Ｖｓｔ（通電経路４０）には、第２スイッチＳＷ２ａを介して、定電流源６３が接続されている。第３端子ＣＯＭには、第２スイッチＳＷ２ｂを介して、定電流源６５が接続されている。これらのスイッチＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂのオンによって、一定電流（−Ｉｃｏｎｓｔ）が起電力セル２４を流れる（以下、「素子インピーダンス検出電流」あるいは単に「検出電流」とも呼ぶ）。この電流は、起電力セル２４を内電極２２から外電極２８に向かって流れる。第４オペアンプＯＰ４は、起電力セル２４の通電状態における電圧（電圧Ｖｓに相当する）を出力する。第４オペアンプＯＰ４の出力信号は、第３オペアンプＯＰ３の反転入力端子に供給される。なお、第１オペアンプＯＰ１は、起電力セル２４の通電直前の電圧を保持している。
【００９２】
第３オペアンプＯＰ３は、第１オペアンプＯＰ１からの出力信号と、第４オペアンプＯＰ４からの出力信号との間の電圧差分ｄＶｓを表す信号Ｒｐｖｓを出力する。電圧差分ｄＶｓは、起電力セル２４に一定電流（−Ｉｃｏｎｓｔ）を流すために要する電圧を表している。電圧差分ｄＶｓは、起電力セル２４の抵抗値（バルク抵抗値）に比例する。従って、インピーダンス信号Ｒｐｖｓを、起電力セル２４のインピーダンス（特に抵抗値）を表す信号として、利用することができる。このように、インピーダンス信号Ｒｐｖｓは、起電力セル２４の抵抗値と相関を有する指標値に相当する。また、定電流源６３、６５と、第４オペアンプＯＰ４から第５オペアンプＯＰ５へ至る回路ＩＭとの全体は、インピーダンス信号Ｒｐｖｓを取得する「取得部」に相当する。
【００９３】
インピーダンス信号Ｒｐｖｓは、第２スイッチＳＷ２ｃを介して、第５オペアンプＯＰ５に供給される。第５オペアンプＯＰ５は、抵抗器Ｒ２とキャパシタＣ２と共に、いわゆるサンプルホールド回路を形成している。
【００９４】
また、図１０のステップＳ２１０では、回路制御部５９（図１）は、図示しないタイマを起動して経過時間の測定を開始する。
【００９５】
次のステップＳ２２０では、回路制御部５９は、所定の検出待機時間（本実施例では、６０μ秒）が経過することを待つ。これにより、第５オペアンプＯＰ５は、確実に、インピーダンス信号Ｒｐｖｓを出力することができる。
【００９６】
検出待機時間の経過に応じて、次のステップＳ２３０で、回路制御部５９（図１）は、第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｃをオフにする。これにより、起電力セル２４の通電が止まる。また、第５オペアンプＯＰ５は、インピーダンス信号Ｒｐｖｓを保持し、インピーダンス信号Ｒｐｖｓを処理装置２に継続して供給する。
【００９７】
次のステップＳ２４０では、回路制御部５９（図１）は、第３スイッチＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂをオンにする。第２端子Ｖｓｔ（通電経路４０）には第３スイッチＳＷ３ａを介して、定電流源６４が接続されている。第３端子ＣＯＭには、第３スイッチＳＷ３ｂを介して、定電流源６６が接続されている。これらのスイッチＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂのオンによって、上述の素子インピーダンス検出電流とは逆向きの逆電流（＋Ｉｃｏｎｓｔ）が起電力セル２４を流れる。また、回路制御部５９は、図示しないタイマを起動して経過時間の測定を開始する。
【００９８】
起電力セル２４に逆電流を流す理由は、以下の通りである。検出電流に起因する電解質層２４ｃの配向現象によって、起電力セル２４の状態が、本来の酸素濃度差を反映する内部起電力を出力しない状態になり得る。そこで、検出電流とは逆向きの電流を起電力セル２４に流すことによって、このような状態から正常な状態（酸素濃度差を反映する内部起電力を出力する状態）に復帰するまでの復帰時間を短縮することができる。そして、インピーダンス信号Ｒｐｖｓの測定後に酸素濃度の測定を短時間で再開することができる。
【００９９】
次のステップＳ２５０では、回路制御部５９は、所定の逆通電時間（本実施例では、６０μ秒）が経過することを待つ。これにより、起電力セル２４の状態が適切に回復する。なお、起電力セル２４の状態を元に戻すためには、逆通電時間が検出待機時間と同じであることが好ましい。
【０１００】
逆通電時間に経過に応じて、次のステップＳ２６０で、回路制御部５９は、第３スイッチＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂをオフにする。これにより、起電力セル２４の通電が止まる。また、回路制御部５９は、図示しないタイマを起動して経過時間の測定を開始する。
【０１０１】
次のステップＳ２７０では、回路制御部５９は、所定の安定化待機時間（本実施例では、６００μ秒）が経過することを待つ。なお、安定化待機時間は、インピーダンス信号Ｒｐｖｓの取得完了から、起電力セル２４の状態が、酸素濃度差を反映する内部起電力を出力する状態に戻るまでに要する時間よりも長いことが好ましい。このような安定化待機時間は、実験的に決定すればよい。
【０１０２】
安定化待機時間の経過に応じて、次のステップＳ２８０では、回路制御部５９（図１）は、第１スイッチＳＷ１をオンにする。これにより、検出部ＶＤと駆動部ＩＤとは、電流Ｉｐの上述したフィードバック制御を開始する。そして、電圧変化量測定処理が終了する。
【０１０３】
ところで、図９のステップＳ８０の後、ヒータ制御モジュールＭ３（図６）は、次のステップＳ９０で、測定待機時間（本実施例では、１００ｍ秒）が経過することを待つ。電圧変化量測定処理は、この間に、終了する。
【０１０４】
測定待機時間の経過に応じて、次のステップＳ１００で、ヒータ制御モジュールＭ３（図６）は、インピーダンス信号Ｒｐｖｓから、起電力セル２４のインピーダンスを特定する。インピーダンス信号Ｒｐｖｓとインピーダンスとの対応関係は、予め実験的に決定すればよい。
【０１０５】
次のステップＳ１１０では、ヒータ制御モジュールＭ３は、特定されたインピーダンスが、所定のインピーダンス判定値（本実施例では、２２０オーム）よりも小さいか否かを判定する。この判定は、起電力セル２４の通電ライン（例えば、通電経路４０）の断線の有無を確認するためのものである。
【０１０６】
特定されたインピーダンスがインピーダンス判定値よりも小さい場合には、ヒータ制御モジュールＭ３（図６）は、通電ラインが正常であると判定する。そして、ヒータ制御モジュールＭ３は、次のステップＳ１２０で、ヒータ制御回路６（図１）に駆動信号を供給することによって、ヒータ８０を制御する。ステップＳ１２０では、特定されたインピーダンスが、所定の目標インピーダンスになるように、ヒータ８０が制御される。一般に、電解質層２４ｃ（図２）の温度が高いほど、電解質層２４ｃの活性が高いので、起電力セル２４のインピーダンス（電気抵抗）は小さくなる。従って、インピーダンスを、温度の指標として利用することができる。本実施例では、目標インピーダンスは、上述した目標温度に相当する値に設定されている。なお、ヒータ８０の制御方法としては、周知の種々の方法を採用可能である。例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）を採用してもよい。
【０１０７】
特定されたインピーダンスがインピーダンス判定値以上である場合には、ヒータ制御モジュールＭ３（図６）は、通電ラインが異常であると判定する。そして、ヒータ制御モジュールＭ３は、次のステップＳ１３０で、ヒータ８０をオンにする駆動信号を禁止する。
【０１０８】
各ステップＳ１２０、Ｓ１３０の後、ヒータ制御モジュールＭ３は、ステップＳ８０に戻る。そして、ヒータ制御モジュールＭ３は、上述の処理を繰り返し実行する。
【０１０９】
以上のように、ヒータ制御モジュールＭ３（図６）は、ガスセンサ５のインピーダンスが目標インピーダンスになるように、ヒータ制御回路６を制御するので、ガスセンサ５の温度を適切に目標温度に維持することができる。また、ヒータ制御モジュールＭ３は、ガスセンサ５のインピーダンスの特定を繰り返すので、ガスセンサ５の温度環境の変化に対応することができる。
【０１１０】
なお、上述したように、ガスセンサ５（図１）のインピーダンスは、ガスセンサ５の温度と相関がある。そこで、本実施例では、図７のステップＳ３３０で、定数制御モジュールＭ４（図６）は、インピーダンス信号Ｒｐｖｓから、ガスセンサ５のインピーダンスを特定し、インピーダンスからガスセンサ５の温度を特定する（インピーダンス信号Ｒｐｖｓとインピーダンスとの対応関係と、インピーダンスと温度との対応関係は、それぞれ、予め実験的に決定すればよい）。上述したように、インピーダンス信号Ｒｐｖｓは、図９、図１０の手順に従って定期的に更新される。そこで、図７のステップＳ３３０では、定数制御モジュールＭ４は最新のインピーダンス信号Ｒｐｖｓに応じて温度を特定する。そして、定数制御モジュールＭ４は、特定した温度に応じて制御定数を制御（変更）する（Ｓ３４０〜Ｓ３６０）。このように、定数制御モジュールＭ４は、インピーダンス信号Ｒｐｖｓに応じて制御定数を制御している。なお、定数制御モジュールＭ４は、インピーダンス（抵抗値）を温度に変換せずに、インピーダンスをインピーダンスの閾値と比較することによって、制御定数を変更してもよい。インピーダンスの閾値は、温度閾値ＴＴに相当する値に予め決定される。この場合も、定数制御モジュールＭ４は、温度に応じて制御定数を制御（変更）する、ということができる。具体的には、実施例ではＳ３３０でインピーダンスからセンサ温度を求め、Ｓ３４０でセンサ温度と温度閾値ＴＴを比較したが、インピーダンスそのものを用いて、Ｓ３４０でインピーダンスをインピーダンス閾値（温度閾値ＴＴ相当値）と比較してもよい。そして、インピーダンスがインピーダンス閾値よりも小さい場合はＳ３６０、大きい場合はＳ３５０に進むとしても良い。ここで、制御に利用されるインピーダンスとしては、インピーダンス信号Ｒｐｖｓの値そのものを利用してもよい。この代わりに、インピーダンス信号Ｒｐｖｓからインピーダンスを算出し、算出されたインピーダンスを利用してもよい。
【０１１１】
Ｂ．第２実施例：
図１１は、フィードバック演算部の別の実施例を示す説明図である。図５に示すフィードバック演算部ＰＩＤとの差違は、アナログ演算回路の代わりに、デジタル演算を実行するデジタル演算部３００を有している点である。このフィードバック演算部ＰＩＤａは、図５に示すフィードバック演算部ＰＩＤと同じ機能を有している。上述の第１実施例において、フィードバック演算部ＰＩＤの代わりにフィードバック演算部ＰＩＤａを利用することができる。
【０１１２】
フィードバック演算部ＰＩＤａは、デジタル演算部３００と、Ａ／Ｄ変換部３１０と、Ｄ／Ａ変換部３２０と、を有している。デジタル演算部３００としては、ＣＰＵとメモリとを有するコンピュータを採用してもよい。また、専用のデジタル演算回路を採用してもよい。Ａ／Ｄ変換部３１０は、アナログ信号をデジタルデータに変換する。Ｄ／Ａ変換部３２０は、デジタルデータをアナログ信号に変換する。
【０１１３】
入力端子ＩＴに供給された信号と、基準端子ＲＴに供給された信号とは、Ａ／Ｄ変換部３１０によってデジタルデータに変換される。Ａ／Ｄ変換部３１０は、デジタルデータをデジタル演算部３００に供給する。デジタル演算部３００は、受信したデータから、所定のデジタル演算（ＰＩＤ演算）に従って、フィードバック信号ＦＳを表すデジタルデータを生成する。デジタル演算部３００は、生成したデータを、Ｄ／Ａ変換部３２０に供給する。Ｄ／Ａ変換部３２０は、受信したデータをフィードバック信号ＦＳに変換する。Ｄ／Ａ変換部３２０は、フィードバック信号ＦＳを、出力端子ＯＴから出力する。
【０１１４】
また、デジタル演算部３００は、メモリ３００Ｍを有している。メモリ３００Ｍには、第１制御定数を表す値ＰＩＤＶ１と、第２制御定数を表す値ＰＩＤＶ２とが、予め格納されている。図７のステップＳ３５０、Ｓ３６０では、定数制御モジュールＭ４（図６）は、これらの値ＰＩＤＶ１、ＰＩＤＶ２の内の利用すべき値を示す指示を、回路制御部５９（図１）を介してフィードバック演算部ＰＩＤａに供給する。デジタル演算部３００は、受信した指示で指定された値を利用する。なお、メモリ３００Ｍとしては、不揮発性メモリを採用することが好ましい。
【０１１５】
このように、デジタル演算によって電流Ｉｐをフィードバック制御してもよい。なお、温度に応じて変更される制御定数は、１つの値で表されていてもよく、また、複数の値の組み合わせによって表されていても良い。例えば、Ｐ演算に利用される比例ゲインが、温度に応じて変更されてもよい。また、Ｐ演算に利用される比例ゲインとＩ演算に利用される積分ゲインとの組み合わせが、温度に応じて変更されてもよい。なお、定数制御モジュールＭ４は、予め準備された複数種類の定数値の中から利用すべき定数値を指定する代わりに、温度に応じて定数値を決定し、決定した定数値をフィードバック演算部ＰＩＤａに供給してもよい。いずれの場合も、定数制御モジュールＭ４は、デジタル演算に利用される定数値を変更している。
【０１１６】
Ｃ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１１７】
変形例１：
上述の各実施例において、フィードバック制御のための演算としては、ＰＩＤ演算に限らず、電流Ｉｐの電圧Ｖｓに応答した制御を実現するような種々の演算を採用可能である。例えば、Ｐ演算を採用してもよく、ＰＩ演算を採用してもよい。また、ＰＩＤ演算に限らず、他の演算を採用してもよい。
【０１１８】
変形例２：
上述の各実施例において、ガスセンサ５を制御する装置の構成としては、図１に示す構成に限らず、種々の構成を採用可能である。例えば、オペアンプの代わりに、専用の増幅回路を利用してもよい。また、フィードバック演算部の構成としても、図５、図１１に示す構成に限らず、種々の構成を採用可能である。
【０１１９】
また、フィードバック制御の制御定数を変更するための構成としては、図５、図１１に示す構成に限らず、種々の構成を採用可能である。例えば、図５に示すフィードバック演算部ＰＩＤにおいて、スイッチのオン／オフによって、２つの点Ｐ２、Ｐｏｕｔの間の抵抗値を切り替えてもよい。また、抵抗値を切り替える代わりにキャパシタの容量あるいはコイルのインダクタンスを切り替えてもよい。いずれの場合も、アナログ演算回路（例えば、制御オペアンプ１４０）と、回路素子（例えば、抵抗器やキャパシタやコイル）との間の接続状態を切り替えるスイッチ（例えば、スイッチＳＷｐ）を利用すれば、アナログ演算回路による演算の制御定数を適切に変更することができる。
【０１２０】
また、温度に応じて変更される定数としては、フィードバック制御の種々の制御定数を採用可能である。ここで、フィードバック制御の制御定数は、フィードバック制御の応答性を決めるパラメータを意味している。このようなパラメータとしては、例えば、Ｐ演算の比例ゲイン、Ｉ演算の積分ゲイン、Ｄ演算の微分ゲイン等がある。
【０１２１】
変形例３：
上述の各実施例において、温度に応じて変更される制御定数の段階数が３以上であってもよい。例えば、図７の実施例において、さらに、温度閾値ＴＴよりも低い第２温度閾値で、制御定数が切り替えられてもよい。いずれの場合も、実際に利用するガスセンサの種々の温度における周波数特性に合わせて、予め実験的に、制御定数を決定すればよい。
【０１２２】
変形例４：
上述の各実施例において、センサの制御処理の手順としては、図７、図９、図１０に示す手順に限らず、種々の手順を採用可能である。例えば、起電力セル２４のインピーダンスを測定する処理（図１０の処理）が、ヒータ８０の制御（図９）とは独立に実行されてもよい。例えば、図７のステップＳ３３０で、定数制御モジュールＭ４が、回路制御部５９（図１）に、素子インピーダンスの測定開始を指示することによって、図１０の処理が実行されてもよい。
【０１２３】
変形例５：
上述の各実施例において、起電力セル２４の抵抗値と相関を有する指標値としては、定電流を起電力セル２４に流すことによって得られる電圧に限らず、種々の値を採用可能である。例えば、定電圧を起電力セル２４に印加することによって得られる電流を採用してもよい。いずれの場合も、指標値とガスセンサの温度との対応関係は、予め実験的に決定すればよい。
【０１２４】
また、上述の各実施例において、ガスセンサ５の温度に応じた値（温度対応値）としては、インピーダンスに限らず、ガスセンサ５の温度に応じて変化する種々の値（例えばアドミッタンス）を採用可能である。すなわち、ガスセンサ５の温度を表す種々の値を、温度対応値として利用することができる。このような値は、ガスセンサ５の温度と相関を有している。例えば、ガスセンサ５に温度センサを固定し、その温度センサの出力を利用してもよい。この場合、温度センサは、ガスセンサの温度に応じた値を取得する「取得部」に相当する。なお、温度センサの固定位置としては、ガスセンサ５の任意の部分を採用可能である。ただし、第１電解質と第２電解質との少なくとも一方に温度センサを固定することが好ましい。
【０１２５】
また、温度対応値に応じて制御定数を変更する処理としては、図７に示す処理に限らず、種々の処理を採用可能である。例えば、電流Ｉｐの制御とは独立に、フィードバックの制御定数を変更してもよい。一般には、温度対応値を取得し、ガスセンサの温度が第１温度範囲内にあることを温度対応値が表す場合には、第１制御定数を採用し、ガスセンサの温度が第２温度範囲内にあることを温度対応値が表す場合には、第２制御定数を採用することが好ましい。ガスセンサの温度が第１温度範囲内にあることを温度対応値が表していると判断するための条件は、実際に利用される温度対応値に応じて、予め実験的に決定すればよい。例えば、第１温度範囲の上限に相当する所定の第１閾値と下限に相当する所定の第２閾値との少なくとも一方と、温度対応値とを比較すればよい。他の温度範囲の判断条件についても同様である。
【０１２６】
また、ヒータ８０の制御処理としては、図９に示す実施例のように、温度対応値に基づく処理を採用してもよい。この代わりに、フィードバック制御の制御定数の変更に利用される温度対応値とは独立に、ヒータを制御してもよい。例えば、フィードバック制御の制御定数を、温度対応値（例えば、インピーダンス）に応じて変更し、ヒータ８０を、ガスセンサ５に固定された温度センサの出力信号に応じて制御してもよい。また、ガスセンサの温度が目標温度に上がるように予め実験的に決定されたタイミングで、ヒータ８０のＯＮ／ＯＦＦを繰り返してもよい。
【０１２７】
変形例６：
上述の各実施例において、ガスセンサとしては、図２に示すような空燃比センサに限らず、測定室とポンプセルと起電力セルとを有する種々のセンサを採用可能である。例えば、図２に示す実施例においてヒータ８０を省略してもよい。また、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を測定するセンサ（ＮＯｘセンサとも呼ぶ）を採用してもよい。このようなＮＯｘセンサの構成としては、図２のガスセンサ５に、第２の測定室と第２のポンプセルとを追加した構成を採用可能である。このようなＮＯｘセンサの動作としては、例えば、以下の動作を採用可能である。排ガスは、測定室２０（図２）に流入する。電流Ｉｐの電圧Ｖｓに応じたフィードバック制御によって、測定室２０中の酸素濃度は所定の濃度に調整される。酸素濃度が調整された排ガスは、第２の測定室（図示せず）に流入する。第２の測定室には第２のポンプセルの一方の電極が露出している。第２の測定室に流入したＮＯｘは電極上で分解され、その結果、酸素を生じる。第２ポンプセルに電圧を印加すると、生成された酸素量に応じた電流が流れる。この電流を測定することによって、ＮＯｘの量（すなわち、濃度）を特定することができる。
【０１２８】
いずれの場合も、ポンプセルと起電力セルとのそれぞれの電極は、触媒（例えば、白金やパラジウム）を含むことが好ましい。こうすれば、各セルは、電解質中における酸素イオンの移動を用いた動作を容易に行うことができる。
【０１２９】
変形例７：
上記各実施例において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部あるいは全部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。例えば、図６の定数制御モジュールＭ４の機能を、専用のハードウェア回路によって実現してもよい。
【０１３０】
また、本発明の機能の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフトウェア（コンピュータプログラム）は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。この発明において、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のＲＡＭやＲＯＭ等のコンピュータ内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピュータに固定されている外部記憶装置も含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の一実施例としてのガスセンサシステム１を示す説明図である。
【図２】ガスセンサ５の構成を示す概略断面図である。
【図３】ガスセンサシステム１の概略図である。
【図４】電圧Ｖｓと空燃比との関係と、電流Ｉｐと空燃比との関係を示すグラフである。
【図５】フィードバック演算部ＰＩＤの説明図である。
【図６】処理装置２の構成を示す説明図である。
【図７】電流Ｉｐの制御の手順を示すフローチャートである。
【図８】周波数特性を示すグラフである。
【図９】ヒータ制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】電圧変化量測定処理の手順を示すフローチャートである。
【図１１】フィードバック演算部の別の実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１…ガスセンサシステム
２…処理装置
３…検出回路
５…ガスセンサ
６…ヒータ制御回路
１２…外電極
１４…ポンプセル
１４Ｅ…外面
１４Ｉ…内面
１４ｃ…電解質層
１５…保護層
１６…内電極
１８…多孔質拡散層
２０…拡散室
２２…内電極
２４…起電力セル
２４Ｅ…外面
２４Ｉ…内面
２４ｃ…電解質層
２６…基準酸素室
２８…外電極
４０、４２…通電経路
４３…ガス検出端子
５９…回路制御部
６１…差動増幅回路
６２…定電流回路
６３、６４、６５、６６…定電流源
８０…ヒータ
８３…アルミナシート
８７…ヒータ抵抗
１４０…制御オペアンプ
１４６…目標電圧出力部
１４７…基準オペアンプ
１４９…加算オペアンプ
３００…デジタル演算部
３００Ｍ…メモリ
３１０…Ａ／Ｄ変換部
３２０…Ｄ／Ａ変換部
Ｐｏｕｔ…出力点
ＰＩＤ１…第１制御定数
ＰＩＤ２…第２制御定数
ＳＷｐ…スイッチ
ＳＷ１…第１スイッチ
ＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂ、ＳＷ２ｃ…第２スイッチ
ＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂ…第３スイッチ
Ｒｐｖｓ…インピーダンス信号
ＰＩＤａ…フィードバック演算部
Ｒ１…検出抵抗器
Ｒｓ…スイッチ抵抗器
Ｒ、Ｒ２、Ｒｈ、Ｒ１ｐ、Ｒ２ｐ、Ｒ３ｐ、Ｒ４ｐ、Ｒ５ｐ、Ｒ６ｐ、Ｒ７ｐ…抵抗器
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ１ｐ、Ｃ２ｐ、Ｃ３ｐ…キャパシタ
Ｍ１…Ａ／Ｆ出力モジュール
Ｍ３…ヒータ制御モジュール
Ｍ４…定数制御モジュール
ＶＢ…直流電源
ＩＤ…駆動部
ＶＤ…検出部
ＩＴ…入力端子
ＲＴ…基準端子
ＯＴ…出力端子
Ｔｒ…トランジスタ
ＯＰ１…第１オペアンプ
ＯＰ２…第２オペアンプ
ＯＰ３…第３オペアンプ
ＯＰ４…第４オペアンプ
ＯＰ５…第５オペアンプ
ＰＩＤ…フィードバック演算部
Ｉｐｔ…第１端子
Ｖｓｔ…第２端子
ＣＯＭ…第３端子
【図１】
2010121951.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】
2010121951.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010121951.tif 000011
【図１０】
2010121951.tif 000012
【図１１】
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