(57)【要約】【課題】過渡状態であってもＨ２濃度をより正確に検出する。【解決手段】被検出ガス中に検出対象成分が含まれる状況下で、第１セル１０１の出力値から第２セル１０２の出力値を減じた値からＨ２濃度を検出するＨ２センサにおいて、第１セル１０１の出力値の変化率が第１所定値よりも大きく、且つ、第２セル１０２の出力値の変化率が第２所定値よりも大きい場合には、第２セル１０２の出力値に、第１セル１０１の出力値の変化率を第２セル１０２の出力値の変化率で除した値を乗じて該第２セル１０２の出力値を補正する補正手段４０を備える。【選択図】図１
2010266310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出ガス中に露出される第１拡散抵抗層と、前記第１拡散抵抗層に覆われた第１電極とを備え、前記第１電極の表面におけるガス成分比率に応じた出力を発する第１セルと、
前記被検出ガス中に露出される第２拡散抵抗層と、前記第２拡散抵抗層に覆われた第２電極とを備え、前記第２電極の表面におけるガス成分比率に応じた出力を発する第２セルとを備え、
前記第１拡散抵抗層と、前記第２拡散抵抗層とは、特定の検出対象成分を、それぞれ異なる特性で拡散させ、
被検出ガス中に前記検出対象成分が含まれる状況下で、前記第１セルの出力値から前記第２セルの出力値を減じた値からＨ２濃度を検出するＨ２センサにおいて、
前記第１セルの出力値の変化率が第１所定値よりも大きく、且つ、前記第２セルの出力値の変化率が第２所定値よりも大きい場合には、前記第２セルの出力値に、前記第１セルの出力値の変化率を前記第２セルの出力値の変化率で除した値を乗じて該第２セルの出力値を補正する補正手段を備えることを特徴とするＨ２センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｈ２センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒層を有する第１セルと、触媒層を有しない第２セルと、を備えるセンサにおいて、両セルの電流値の差に基づいて排気中のＨ２濃度を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、過渡状態では、両セルに応答時間の差（以下、応答差という。）があるため、Ｈ２濃度を正確に検出することが困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１５５６０５号公報
【特許文献２】特開平０５−２６４５０１号公報
【特許文献３】特表２００１−５０５３１１号公報
【特許文献４】特開平１１−２３７３６１号公報
【特許文献５】特開２００２−００５８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、過渡状態であってもＨ２濃度をより正確に検出することができる技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するために本発明によるＨ２センサは、以下の手段を採用した。すなわち、本発明によるＨ２センサは、
被検出ガス中に露出される第１拡散抵抗層と、前記第１拡散抵抗層に覆われた第１電極とを備え、前記第１電極の表面におけるガス成分比率に応じた出力を発する第１セルと、
前記被検出ガス中に露出される第２拡散抵抗層と、前記第２拡散抵抗層に覆われた第２電極とを備え、前記第２電極の表面におけるガス成分比率に応じた出力を発する第２セルとを備え、
前記第１拡散抵抗層と、前記第２拡散抵抗層とは、特定の検出対象成分を、それぞれ異なる特性で拡散させ、
被検出ガス中に前記検出対象成分が含まれる状況下で、前記第１セルの出力値から前記第２セルの出力値を減じた値からＨ２濃度を検出するＨ２センサにおいて、
前記第１セルの出力値の変化率が第１所定値よりも大きく、且つ、前記第２セルの出力値の変化率が第２所定値よりも大きい場合には、前記第２セルの出力値に、前記第１セルの出力値の変化率を前記第２セルの出力値の変化率で除した値を乗じて該第２セルの出力値を補正する補正手段を備えることを特徴とする。
【０００６】
第１拡散抵抗層と、第２拡散抵抗層とは、特定の検出対象成分を、それぞれ異なる特性で拡散させるため、被検出ガス中のＨ２濃度によって、第１セルと第２セルとには出力差が生じる。定常時（Ｈ２濃度が一定の場合）においては、両セルの出力差によってＨ２の濃度を検出できる。「異なる特性で拡散させる」には、例えば一方に触媒層を設けたり、両拡散抵抗層の気孔率を異ならせたりすることで実現可能である。
【０００７】
一方、過渡時（Ｈ２濃度が時間と共に変化する場合）においては、両セルの出力差と、Ｈ２濃度との関係が定常時と異なるため、補正手段により補正第２セルの出力値を補正し
ている。
【０００８】
ここで、第１セルの出力値の変化率が第１所定値よりも大きいとは、実際のＨ２濃度が変化しており、両セルの出力差と、Ｈ２濃度との関係が定常時と異なっていることを意味する。すなわち、第１所定値は、両セルの出力差と、Ｈ２濃度との関係が定常時と同等とすることのできる上限値である。ここで、第１所定値は、第２セルの出力値の変化率、または両セルの出力値の差から決定しても良い。
【０００９】
また、第２セルの出力値の変化率が第２所定値よりも大きいとは、実際のＨ２濃度が変化しており、両セルの出力差と、Ｈ２濃度との関係が定常時と異なっていることを意味する。すなわち、第２所定値は、両セルの出力差と、Ｈ２濃度との関係が定常時と同等とすることのできる上限値である。
【００１０】
第１セルの出力値の変化量が大きな場合には、過渡での応答差による影響が含まれていると考えられる。これに対し本発明では、第２セルの出力値を補正している。そして、補正係数として、第１セルの出力値の変化率を第２セルの出力値の変化率で除した値を用いている。すなわち、両セルの出力値の変化率の比は、応答差と相関関係にあるため、この値に基づいて第２セルの出力値を補正している。これにより、応答差を打ち消すことができるため、Ｈ２濃度をより正確に検出することができる。
【００１１】
なお、出力値の変化率とは、単位時間（または微小時間）あたりの出力値の変化量としても良く、所定の時間における出力値の変化量としても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、過渡状態であってもＨ２濃度をより正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例において用いられる排気ガスセンサの構成を説明するための図である。
【図２】Ｈ２濃度とセンサ出力値との関係を示した図である。
【図３】第１セル出力ＶＡＤ１と第２セル出力ＶＡＤ２との推移を示すタイムチャートである。
【図４】第１セル出力ＶＡＤ１と第２セル出力ＶＡＤ２との差の推移を示すタイムチャートである。
【図５】第２セル出力ＶＡＤ２を補正するための補正係数Ｋと、第１セル出力ＶＡＤ１の変化率ｄＶＡＤ１を第２セル出力ＶＡＤ２の変化率ｄＶＡＤ２で除した値との関係を示した図である。
【図６】実施例に係るＨ２濃度の算出フローを示したフローチャートである。
【図７】電極の配置を示した図である。
【図８】始動時のヒータ制御のフローを示したフローチャートである。
【図９】温度とセンサ出力との関係を示した図である。
【図１０】温度とセンサ出力との関係を空燃比（Ａ／Ｆ）毎に示した図である。
【図１１】爆発条件外か否か判定するための図である。
【図１２】通常時のヒータ制御のフローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るＨ２センサの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１５】
（センサの構成）
図１は、本実施例において用いられる排気ガスセンサ１０の構成を説明するための図である。より具体的には、図１（Ａ）は、排気ガスセンサ（Ｈ２センサ）１０の斜視図である。また、図１（Ｂ）は、排気ガスセンサ１０を、図１（Ａ）に矢印Ｂを付して示す平面で切断することで得られる断面図を示す。
【００１６】
図１（Ａ）に示すように、排気ガスセンサ１０は、センサ本体１２を備えている。センサ本体１２の上部には、第１拡散抵抗層１４と、第２拡散抵抗層１６とが設けられている。第１拡散抵抗層１４及び第２拡散抵抗層１６は、セラミクス等の多孔質物質で構成された部材である。本実施例において、それらは、孔の大きさや密度等の特性が同じになるように設けられている。
【００１７】
第１拡散抵抗層１４の表面には、Ｈ２成分の分解或いは反応を促すための触媒層１８が形成されている。触媒層１８は、具体的には、プラチナ、ロジウム、バリウム等の塗布膜により形成されている。
【００１８】
第１拡散抵抗層１４は、第１電極２０を覆うように形成されている。他方、第２拡散抵抗層１６は、第２電極２２を覆うように構成されている。本実施例の排気ガスセンサ１０は、車両に搭載される内燃機関の排気通路内に配置され、排気ガス中の空燃比Ａ／Ｆと、Ｈ２濃度とを計測するためのセンサである。本実施例では、図１（Ａ）に示すように、第１電極２０が、空燃比Ａ／Ｆの検出用に用いられる。
【００１９】
図１（Ｂ）に示すように、センサ本体１２は、電解質層２４と、スペーサ部材２６と、ヒータ層２８とを備えている。電解質層２４は、ＹＳＺ（イットリア安定化単結晶ジルコニア）などにより構成されている。上述した第１電極２０及び第１拡散抵抗層１４、並びに第２電極２２及び第２拡散抵抗層１６は、互いに離間した状態で、電解質層２４の表面に形成されている。
【００２０】
電解質層２４の裏面側には、スペーサ部材２６とヒータ層２８により囲まれた大気室３０が形成されている。そして、電解質層２４の裏面には、第１電極２０と重なる位置、及び第２電極２２と重なる位置に、２つの大気側電極３２，３４が形成されている。大気室３０は、図示しない大気孔を介して大気に連通している。このため、排気ガスセンサ１０が排気通路内に配置された状態であっても、大気側電極３２，３４は、大気に晒された状態に維持される。
【００２１】
以下、第１拡散抵抗層１４と、触媒層１８と、第１電極２０と、大気側電極３２と、それらに挟まれた電解質層２４の領域とを総称して、「第１セル１０１」と称す。また、第２拡散抵抗層１６と、第２電極２２と、大気側電極３４と、それらに挟まれた電解質層２４の領域とを総称して、「第２セル１０２」と称す。
【００２２】
ヒータ層２８には、ヒータ３６が埋め込まれている。排気ガスセンサ１０は、所定の活性温度に達することにより、所期のセンサ機能を実現する。ヒータ３６は、外部の駆動回路から電力の供給を受けることにより、排気ガスセンサ１０を所望の活性温度に加熱することができる。
【００２３】
第１電極２０、第２電極２２、２つの大気側電極３２，３４は夫々ＥＣＵ４０に電気的に接続されており、該ＥＣＵ４０により第１セル１０１に発生するセンサ電流の値（第１セル出力ＶＡＤ１）、および第２セル１０２に発生するセンサ電流値（第２セル出力ＶＡＤ２）を検知することができる。
【００２４】
［排気ガスセンサ１０の基本動作］
（センサ動作原理）
排気ガスセンサ１０において、第１セル１０１及び第２セル１０２は、それぞれ、限界電流式の空燃比センサとして機能する。すなわち、第１拡散抵抗層１４、及び第２拡散抵抗層１６は、何れも排気通路の内部で、排気ガスに晒された状態で用いられる。そして、排気ガス中の各種成分は、それぞれ、第１拡散抵抗層１４及び第２拡散抵抗層１６の表面に到達した後、拡散によりそれらの内部を進行する。
【００２５】
排気ガス中には、ＣＯ、Ｈ２、ＨＣ等の還元剤と、Ｏ２、ＮＯxなどの酸化剤が含まれ
ている。それらの成分は、第１電極２０や第２電極２２の表面に到達する過程、及び到達後の燃焼により完全に反応し合う。理論空燃比が実現されている場合は、酸化剤と還元剤が共に消滅する。これに対して、空燃比がリッチである場合は還元剤が残存し、空燃比がリーンである場合は酸化剤が残存する事態が生ずる。
【００２６】
第１セル１０１は、上述した電圧印加を受けている場合、第１電極２０側に残存する酸素を大気側電極３２側にポンピングする。他方、第１電極２０側に還元剤が残存している場合は、その還元剤を焼失させるのに必要な酸素を大気側電極３２側から第１電極２０側へポンピングする。このため、第１セル１０１には、第１電極２０の表面に到達した還元剤と酸化剤との比率、つまり、その表面における空燃比に応じたセンサ電流が生ずる。
【００２７】
第２セル１０２についても、第２電極２２と大気側電極３４との間では、上記と同様に、酸素がポンピングされる。その結果、上記の電圧印加を受けた第２セル１０２には、第２電極２２の表面における空燃比に応じたセンサ電流が流通する。従って、本実施例のシステムによれば、ＥＣＵ４０は、第１電極２０の表面における空燃比および第２電極２２の表面における空燃比をそれぞれ検知することができる。
【００２８】
（Ｈ２成分の影響）
排気ガス中に含まれるＨ２成分は、他の成分に比して、特に、Ｏ２やＮＯxなどの酸化
剤に比して、拡散速度が早いという特性を有している。このため、例えば、第２拡散抵抗層１６の表面に、Ｈ２とＯ２とがバランスの取れた割合で存在していたとすれば、第２電極２２の表面には、Ｈ２がＯ２に比して多量に到達する。
【００２９】
第２電極２２の表面に、還元剤であるＨ２が、酸化剤であるＯ２より多量に到達すれば、その表面付近において還元剤が過多となり、その付近の空燃比はリッチとなる。従って、この場合、排気ガスセンサ１０の周囲における空燃比が理論空燃比であるにも関わらず、第２セル１０２には、空燃比がリッチであることを表すセンサ電流が流通する。
【００３０】
つまり、排気ガス中にＨ２成分が存在している場合、Ｏ２等の酸化剤に対するＨ２成分の割合は、第２拡散抵抗層１６の表面に比して、第２電極２２の表面において高くなる。その結果、第２セル１０２に生ずるセンサ電流は、排気ガスセンサ１０を取りまく排気ガスの空燃比に対してリッチ側にシフトした値となる。このため、排気ガス中にＨ２成分が存在する場合は、第２セル１０２のセンサ電流値によっては、排気空燃比を正確に検知することはできない。
【００３１】
（空燃比Ａ／Ｆの検出）
第１セル１０１は、第１拡散抵抗層１４の表面に、Ｈ２成分の分解・反応を促進する触媒層１８を備えている。このため、第１セル１０１の側では、殆どのＨ２成分は、第１拡散抵抗層１４の内部に到達する以前に焼失する。つまり、第１セル１０１の側では、排気ガス中にＨ２成分が存在する場合であっても、第１拡散抵抗層１４には、Ｈ２成分と酸化剤との平衡反応後（中和がとられた後）の排気ガスが到達する。
【００３２】
排気ガスの空燃比、つまり、排気ガス中の還元剤と酸化剤とのバランスは、触媒層１８においてＨ２成分が平衡反応に供される前後で変化することはない。そして、排気ガスが第１拡散抵抗層１４の内部を進行する段階でも、Ｈ２成分が既に存在していないことから、還元剤と酸化剤とのバランスは、殆ど変化しない。つまり、第１セル１０１においては、排気ガス中にＨ２成分が存在する場合であっても、第１電極２０の表面に、現実の排気空燃比と殆ど同じ空燃比で排気ガス成分が到達する。
【００３３】
このため、ＥＣＵ４０は、Ｈ２成分が存在する状況下でも、第１セル１０１のセンサ電流値を基礎とすれば、排気空燃比を極めて正確に検知することができる。以上の理由により、本実施例では、上述した通り、第１セル１０１（第１電極２０）が、空燃比Ａ／Ｆの検出用に用いられる。
【００３４】
（Ｈ２濃度の検出）
図２は、Ｈ２濃度とセンサ出力値との関係を示した図である。実線は第２セル１０２の出力値を示し、一点鎖線は第１セル１０１の出力値を示している。
【００３５】
上述した通り、排気ガスセンサ１０によれば、排気ガス中にＨ２成分が含まれている場合、その影響が、第２セル１０２のセンサ電流値にのみ反映される。そして、その影響は、排気ガス中のＨ２濃度が高いほど大きなものとなる。
【００３６】
この場合、第１セル１０１のセンサ電流値Ｉ１と、第２セル１０２のセンサ電流値Ｉ２との差は、排気ガス中のＨ２成分の濃度と相関を有するものとなる。つまり、空燃比により両センサ電流値は変化するものの、この差は排気ガス中のＨ２成分の濃度と相関を有する。従って、本実施例のシステムでは、両者の差ΔＩ＝Ｉ１−Ｉ２に基づいて、Ｈ２濃度を検出することが可能である。
【００３７】
以上説明した通り、本実施例のシステムは、第１拡散抵抗層１４の表面に触媒層１８を設けることにより、Ｈ２成分の検出を可能としている。
【００３８】
［触媒層での反応による遅れ］
（遅れの影響）
上述した通り、同時にサンプリングした第１セル出力ＶＡＤ１と第２セル出力ＶＡＤ２との差に基づいて、排気ガス中のＨ２濃度を算出することとしている。ところで、第１セル１０１においては、排気ガスセンサ１０の周囲を流通する排気ガスが、触媒層１８において反応した後、第１拡散抵抗層１４の内部に進入する。他方、第２セル１０２においては、そのような反応を経ることなく、排気ガスが第２拡散抵抗層１６に進入する。このため、第１セル１０１における排気ガスの拡散時間は、第２セル１０２における拡散時間に比して、僅かながら長期化する。
【００３９】
図３は、第１セル出力ＶＡＤ１と第２セル出力ＶＡＤ２との推移を示すタイムチャートである。実線は第２セル出力ＶＡＤ２を示し、一点鎖線は第１セル出力ＶＡＤ１を示している。また、図４は、第１セル出力ＶＡＤ１と第２セル出力ＶＡＤ２との差の推移を示すタイムチャートである。
【００４０】
第１セル１０１と第２セル１０２とには応答差がある。この応答差は、Ｈ２濃度が一定であれば問題とならない。しかし、Ｈ２濃度が変化する過渡時においては、同じＡＤタイミングで取り込んだ第１セル出力ＶＡＤ１と第２セル出力ＶＡＤ２との差に、Ｈ２成分の影響の他、上述した応答遅れに起因する誤差が重畳している。
【００４１】
排気ガス中のＨ２濃度を正確に検知するためには、Ｈ２成分の影響のみに起因して、第
１セル出力ＶＡＤ１と第２セル出力ＶＡＤ２との間に発生した差を検知することが有効である。そして、このような差は、任意のＡＤタイミングで取得した第１セル出力ＶＡＤ１と、該ＡＤタイミングで取得した第２セル出力ＶＡＤ２を補正した値と、の差を求めることで得ることができる。つまり、過渡時においては、（Ｉ１−Ｉ２×Ｋ）に基づいて、Ｈ２濃度を検出することが可能である。補正係数Ｋは、第１セル出力ＶＡＤ１の変化率ｄＶＡＤ１を第２セル出力ＶＡＤ２の変化率ｄＶＡＤ２で除した値である。この補正係数Ｋは、応答差と相関関係にあるため、この補正係数Ｋで第２セル出力ＶＡＤ２を補正することにより応答差を打ち消すことができる。
【００４２】
図５は、第２セル出力ＶＡＤ２を補正するための補正係数Ｋと、第１セル出力ＶＡＤ１の変化率ｄＶＡＤ１を第２セル出力ＶＡＤ２の変化率ｄＶＡＤ２で除した値との関係を示した図である。
【００４３】
なお、第２セル出力ＶＡＤ２を補正するか否か、すなわち、過渡時であるか否かは、第１セル出力ＶＡＤ１の変化率ｄＶＡＤ１および第２セル出力ＶＡＤ２の変化率ｄＶＡＤ２に基づいて判定する。第１セル出力ＶＡＤ１の変化率ｄＶＡＤ１および第２セル出力ＶＡＤ２の変化率ｄＶＡＤ２がある程度大きな場合には、Ｈ２濃度が時間と共に変化していると考えられる。つまり、過渡時であると考えられる。この閾値として、第１セル出力ＶＡＤ１の変化率ｄＶＡＤ１には所定値ｄＶＡＤ１’が与えられ、第２セル出力ＶＡＤ２の変化率ｄＶＡＤ２には所定値ｄＶＡＤ２’が与えられる。すなわち、第１セル出力ＶＡＤ１の変化率ｄＶＡＤ１が所定値ｄＶＡＤ１’よりも大きく、且つ、第２セル出力ＶＡＤ２の変化率ｄＶＡＤ２が所定値ｄＶＡＤ２’よりも大きな場合には、過渡時であるとして、第２セル出力ＶＡＤ２を補正する。
【００４４】
第１セル出力ＶＡＤ１の変化率ｄＶＡＤ１に対して設定される所定値ｄＶＡＤ１’は、第１セル出力ＶＡＤ１と第２セル出力ＶＡＤ２との差から決定する。この関係は予め実験等により求めてＥＣＵ４０に記憶しておく。
【００４５】
（具体的処理）
図６は、本実施例に係るＨ２濃度の算出フローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ４０により所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００４６】
ステップＳ１０１では、第１セル出力ＶＡＤ１および第２セル出力ＶＡＤ２が取得される。
【００４７】
ステップＳ１０２では、第１セル出力ＶＡＤ１の変化率ｄＶＡＤ１が所定値ｄＶＡＤ１’よりも大きいか否か判定される。つまり、ステップＳ１０１で取得される第１セル出力ＶＡＤ１から、その変化率ｄＶＡＤ１を算出し、該変化率ｄＶＡＤ１が所定値ｄＶＡＤ１’よりも大きいか否か判定される。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、否定判定がなされた場合には補正の必要がないためステップＳ１０５へ進む。
【００４８】
ステップＳ１０３では、第２セル出力ＶＡＤ２の変化率ｄＶＡＤ２が所定値ｄＶＡＤ２’よりも大きいか否か判定される。つまり、ステップＳ１０１で取得される第２セル出力ＶＡＤ２から、その変化率ｄＶＡＤ２を算出し、該変化率ｄＶＡＤ２が所定値ｄＶＡＤ２’よりも大きいか否か判定される。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、否定判定がなされた場合には補正の必要がないためステップＳ１０５へ進む。
【００４９】
ステップＳ１０４では、過渡時における補正が行われる。つまり、第２セル出力ＶＡＤ
２に補正係数Ｋを乗じた値が新たに第２セル出力ＶＡＤ２とされる。なお、本実施例においてはステップＳ１０４を処理するＥＣＵ４０が、本発明における補正手段に相当する。
【００５０】
ステップＳ１０５では、第１セル出力ＶＡＤ１から第２セル出力ＶＡＤ２を減じた値からＨ２濃度を算出する。第１セル出力ＶＡＤ１から第２セル出力ＶＡＤ２を減じた値とＨ２濃度との関係は予めＥＣＵ４０に記憶しておく。
【００５１】
以上説明したように本実施例によれば、過渡時において一方のセルの出力値を補正することにより、過渡時であってもＨ２濃度をより正確に求めることができる。
【００５２】
なお、本実施例では、特定の検出対象成分を夫々異なる特性で拡散させるために、第１拡散抵抗層１４の表面にＨ２成分の分解或いは反応を促すための触媒層１８を形成しているが、これに代えて両拡散抵抗層の気孔率（孔の大きさや密度等）を変えても良い。
【００５３】
（他の例）
センサの応答差に対する対策をハード構成により行うこともできる。例えば、夫々の排気の検出部から電極までの拡散距離を同一としても良い。図７は、電極２００，２０１の配置を示した図である。生産性または信頼性を向上させる観点により拡散抵抗層の気孔率を変える場合には、図７のＣに示す配置が適している。また、触媒層を設ける場合には、図７のＡに示す配置が適している。これら両者を採用する場合には、図７のＢに示す配置が適している。
【００５４】
さらに、Ｈ２の反応速度が速い触媒層を採用しても良い。すなわち、Ｒｈ等の酸化能力の高い貴金属を避け、Ｐｔ／Ｐｄ等の貴金属を用いる。この場合、酸化雰囲気での作動を避けることが望ましい。
【００５５】
ここで、限界電流式センサの基本式は、以下の式で表される。
センサ電流ＩＬ＝限界電流ＩＬ＝Ｄｏ２×（（４・Ｆ）／（Ｒ・Ｔ））・（Ｓ／Ｉ）・（Ｐｏｅ−Ｐｏｄ）
但し、Ｒ：気体定数、Ｆ：Ｆａｒａｄａｙ定数、Ｔ：絶対温度、Ｓ：電極面積、Ｉ：拡散距離、Ｄｏ２：酸素ガス（および各種未燃成分）の拡散抵抗層での拡散係数、Ｐｏｅ：排気中の酸素分圧、Ｐｏｄ：排気側電極上の酸素分圧、である。
【００５６】
拡散抵抗層の気孔率を変更した場合には、拡散係数が変化する。従って、拡散係数の変化分をαとすると、ＩＬ＝Ｄｏ２・（α／Ｉ）・Ｋとなるので、酸素濃度に対する出力変化がないように拡散距離を１／αとする。つまり、複数のセルにおいて、（拡散係数×拡散距離＝一定）となる異なる拡散抵抗層気孔率および拡散距離を有する。同様に触媒層を設けた場合に触媒反応により応答性が悪化した場合でも、拡散抵抗層気孔率または拡散距離を変更することで、同様の応答性を得ることができる。この場合には、触媒層の付与による影響をβとし、（触媒による平衡化影響β×気孔率影響α＝一定）とする。
【００５７】
一方、触媒層については応答性の影響が無いように、触媒層に含まれるＲｈ比率を０〜５％以内とする。但し、Ｒｈ比が低い場合には耐久性の悪化が懸念されるため、酸化雰囲気でのセンサの電力供給を禁止しても良い。
【００５８】
なお、センサ制御には、爆発や被水割れを回避しつつ早期活性を実現するヒータ制御と、過渡および経時劣化を考慮した検出精度の確保と、の２つの課題がある。過渡時における検出精度の確保については上述したので、ヒータ制御について説明する。
【００５９】
（始動時のヒータ制御）
Ｈ２は、その反応性から酸素共存下での爆発限界が３％と低く、固体電解質を用いたセンサを用いる場合に爆発する虞がある。また、冷間始動時においては燃焼ガスの排気系での冷却により発生する水によって素子が割れる虞がある。これに対し、以下のヒータ制御を行う。
【００６０】
図８は、始動時のヒータ制御のフローを示したフローチャートである。
【００６１】
ステップＳ２０１では、低温保持のための電力供給が行なわれる。つまり、被水を考慮した低電圧制御が行われる。ステップＳ２０２では、排気系の温度情報が取得される。つまり、水の発生に関する情報が取得される。ステップＳ２０３では、センサが被水するか否かが排気系の温度情報に基づいて判定される。水が発生している場合にセンサが被水するとしても良い。ステップＳ２０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０４へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００６２】
ステップＳ２０４では、酸素濃度情報が取得される。エンジンの運転情報および他の酸素濃度センサの出力を用いることにより、Ｈ２センサの近傍の酸素濃度を推定する。
【００６３】
ステップＳ２０５では、Ｈ２センサの出力が取得される。なお、所定温度以上であれば、作動温度よりも低い温度であってもＨ２濃度を検出できるため、実雰囲気およびＨ２濃度が分かる。
【００６４】
ここで、図９は、温度とセンサ出力との関係を示した図である。図９では、Ｈ２濃度が３％の場合を示している。また、図１０は、温度とセンサ出力との関係を空燃比（Ａ／Ｆ）毎に示した図である。両図ともＨ２濃度は一定とする。このように、ある程度温度が高くなれば、センサ出力は一定となる。
【００６５】
ステップＳ２０６では、爆発条件外か否か判定される。すなわち、爆発の虞はないか否か判定される。本ステップでは、酸素濃度が爆発限界を超えるか、または還元雰囲気であるかに基づいて判定される。ステップＳ２０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０７へ進みヒータ通電が許可される。否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。ここで、図１１は、爆発条件外か否か判定するための図である。
【００６６】
（通常時のヒータ制御）
通常時のヒータ制御においては、還元雰囲気下での使用が前提であるが、何らかの理由により還元雰囲気となった場合、即座にセンサへの電力供給を禁止する。
【００６７】
図１２は、通常時のヒータ制御のフローを示したフローチャートである。
【００６８】
ステップＳ３０１では、雰囲気情報が取得される。例えばアクセル開度情報やエンジン運転情報、他の酸素濃度センサの出力等によりセンサ近傍の雰囲気情報を得る。なお、爆発反応はセンサ周辺での起こる可能性が最も高いため、センサへの電力供給と、電極間インピーダンスの積算値と、を考慮して判定しても良い。
【００６９】
ステップＳ３０２では、爆発する可能性があるか否か判定される。つまり、酸化雰囲気になり得るか否か判定される。ステップＳ３０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０２へ進みヒータへの電力供給が禁止される。否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００７０】
なお、Ｈ２噴射要求があったり爆発条件外となっていたりすることによりヒータへの通電が再開される。
【符号の説明】
【００７１】
１０   排気ガスセンサ
１２   センサ本体
１４   第１拡散抵抗層
１６   第２拡散抵抗層
１８   触媒層
２０   第１電極
２２   第２電極
２４   電解質層
２６   スペーサ部材
２８   ヒータ層
３０   大気室
３２   大気側電極
３４   大気側電極
３６   ヒータ
４０   ＥＣＵ
１０１ 第１セル
１０２ 第２セル
【図１】
2010266310.tif 000003
【図２】
2010266310.tif 000004
【図３】
2010266310.tif 000005
【図４】
2010266310.tif 000006
【図５】
2010266310.tif 000007
【図６】
2010266310.tif 000008
【図７】
2010266310.tif 000009
【図８】
2010266310.tif 000010
【図９】
2010266310.tif 000011
【図１０】
2010266310.tif 000012
【図１１】
2010266310.tif 000013
【図１２】
2010266310.tif 000014