(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質を用いたセンサ素子部と該センサ素子部を加熱するためのヒータとを有し、被検出ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサに適用され、前記センサ素子部に印加した印加電圧を所定の時定数を持たせて変化させ、そのときの電圧変化とそれに伴う電流変化とから前記センサ素子部の抵抗値を検出する酸素濃度センサの素子抵抗検出装置において、
第１の時定数と、該第１の時定数よりも大きな第２の時定数との何れかに前記印加電圧の時定数を切り替える時定数切替手段を備え、
該時定数切替手段は、
前記第１の時定数に切り替えられたときに検出される素子抵抗値に基づいて目標の素子抵抗値となるよう前記ヒータへの通電量を制御するヒータ制御手段と、
前記第２の時定数に切り替えられたときに検出される素子抵抗値に基づいて前記酸素濃度センサの劣化を判定する劣化判定手段と
を有しており、前記第１の時定数は、前記センサ素子部における粒子抵抗及び粒界抵抗からなる素子抵抗値を検出するよう設定されており、前記第２の時定数は、前記センサ素子部における電極界面抵抗を含む素子抵抗値を検出するよう設定されていることを特徴とする酸素濃度センサの素子抵抗検出装置。
【請求項２】
素子抵抗を検出するために前記印加電圧を変化させる際、電圧変化前にセンサ素子部を流れる電流を検出するとともに、電圧変化後であって所定時間が経過したときに前記センサ素子部に流れる電流を検出する電流検出手段と、
該電流検出手段において、電圧変化前及び電圧変化後であって所定時間が経過したときに検出された電流の差に基づいて素子抵抗を算出する素子抵抗算出手段と、
前記時定数切替手段により時定数が切り替えられるとき、そのときの時定数に応じて、電圧変化後に前記センサ素子部の電流を検出するタイミングを変更するタイミング変更手段と
を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の酸素濃度センサの素子抵抗検出装置。
【請求項３】
前記第２の時定数に切り替えられたときに検出される素子抵抗に基づいて前記ヒータを通電制御するための目標素子抵抗値を補正する補正手段を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の酸素濃度センサの素子抵抗検出装置。
【請求項４】
前記センサ素子部に印加するための電圧をステップ状に切り替える電圧変更手段と、
抵抗及びコンデンサからなり、前記電圧変更手段の出力電圧を所定の時定数を持たせて変化させるＲ−Ｃ回路と
を更に備えており、前記時定数切替手段はスイッチ手段を用いて前記Ｒ−Ｃ回路の抵抗成分を変更することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の酸素濃度センサの素子抵抗検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車載用エンジンの排ガス中の酸素濃度を検出するための酸素濃度センサに係り、その酸素濃度センサの素子抵抗を検出する酸素濃度センサの素子抵抗検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の酸素濃度センサとして、固体電解質を用いて排ガス中の酸素濃度を検出する限界電流式空燃比センサが知られている。このセンサでは、その出力信号の温度依存性が大きいため、酸素濃度の検出精度を良好に維持するには固体電解質などからなるセンサ素子を活性状態に保つことが必要である。このため、センサに付設されたヒータを通電制御することにより、センサ素子を加熱して活性状態に維持するようにしている。
【０００３】
同ヒータの通電制御において、センサ素子の抵抗値（素子抵抗値）がセンサ素子の温度（素子温度）に対して所定の対応関係を有することを利用し、検出される素子抵抗値を目標抵抗値に一致させるようにヒータへの通電量が制御されている。
【０００４】
酸素濃度センサの素子抵抗値を検出する手法としては、所定の時定数を持たせて印加電圧をステップ状に変化させ、その電圧変化と電流変化により酸素濃度センサの素子抵抗値を検出するものが知られている（例えば、特開平１１−２０１９３５号公報）。
【０００５】
この種の酸素濃度センサは、主要な構成として図８に示す如く、固体電解質層とその両側面の一対の電極と拡散抵抗層とからなる。また、同酸素濃度センサは、図９の等価回路で表すことができる。この等価回路において、Ｒａ１，Ｒａ４は電極界面抵抗であり、Ｃａ１，Ｃａ４は電極界面容量である。また、Ｒａ２は酸素イオンに対する固体電解質の粒子抵抗であり、Ｒａ３とＣａ３はそれぞれ固体電解質の粒子の界面における粒界抵抗と粒界容量である。なお、ＶＥＰは、排ガス中の酸素濃度に応じて発生する起電力である。
【０００６】
図１０は、上記図９の如く表される酸素濃度センサの複素インピーダンス特性を示す。図１０において、横軸は複素インピーダンスの実数部を、縦軸は虚数部を示している。つまり、周波数が低くほぼ０Ｈｚにおいて酸素濃度センサのインピーダンスＲｉは、Ｒａ１，Ｒａ２，Ｒａ３，Ｒａ４の合計値（＝Ｒａ１＋Ｒａ２＋Ｒａ３＋Ｒａ４）となり、周波数が高くなるに従い、酸素濃度センサのインピーダンスは減少する。そして、図１０のＡ点付近（周波数＝１ｋＨｚ〜５ｋＨｚ）では、周波数に対するインピーダンス変化が少なく、Ｒａ２とＲａ３の合計値が交流インピーダンスとして検出されることとなる。
【０００７】
従って、上記Ｒａ２＋Ｒａ３からなる交流インピーダンス（素子抵抗）を検出すべく、印加電圧の時定数が決定されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の素子抵抗検出装置では、時定数を固定として酸素濃度センサの素子抵抗が検出されるため、以下に示す問題が生じる。
【０００９】
例えば、従来より、ヒータ制御を行うために検出した素子抵抗を用い、その素子抵抗の変化に基づいてセンサの異常を判定する技術が提案されている。しかしながら、上記の通り、Ｒａ２＋Ｒａ３からなる素子抵抗を検出する場合、劣化に伴う素子抵抗の変化が少ない。そのため、劣化検出が精度よく実施できないおそれがあった。
【００１０】
また、図１０に示すＡ点で周波数を決定することで、上記Ｒａ２＋Ｒａ３からなる素子抵抗が検出できるが、センサの個体差や、コップ型か又は積層型かといった酸素濃度センサの種類によって、Ａ点が変化することが考えられる。Ａ点が変化すると交流インピーダンスとしての正しい素子抵抗が検出できなくなる。この場合、ヒータ通電の制御性が悪化し、望み通りに素子温度が制御できなくなる。
【００１１】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、用途に応じて、異なる周波数帯域の素子抵抗を検出することができる酸素濃度センサの素子抵抗検出装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
固体電解質を用いた酸素濃度センサは、前述したように、図９の等価回路で表され、その素子抵抗（交流インピーダンス）は、交流入力電圧の周波数に応じて変化する。また、印加電圧を所定の時定数を持たせて変化させることによって、周波数成分を含む単発的な信号が酸素濃度センサに加わることとなり、その時の電圧変化とそれに伴う電流変化とから検出される素子抵抗値は、時定数により決定される所定周波数での交流インピーダンスとなる。つまり、請求項１に記載の発明のように、時定数切替手段により印加電圧の時定数を切り替える構成とすることにより、異なる周波数帯域における素子抵抗値が検出される。
【００１３】
従って、時定数固定の従来技術とは異なり、例えば、ヒータ通電制御に適した周波数帯域の素子抵抗値と、劣化判定に適した周波数帯域の素子抵抗値とを検出することができる。また、センサの個体差や、コップ型か又は積層型かといった酸素濃度センサの種類に応じた最適な周波数帯域の素子抵抗値の検出が可能となる。
また、センサの劣化による素子抵抗値の変化度合は、高周波域では小さく低周波域ほど大きくなる。つまり、時定数を大きくしたときに検出される素子抵抗値ほど劣化の進行による変化度合が大きくなる。
従って、請求項１に記載の発明によれば、時定数切替手段により時定数が小さい第１の時定数に切り替えられ、劣化による変化が少ない素子抵抗値が検出される。そして、その素子抵抗値に基づきヒータ制御手段によって目標の素子抵抗値となるようにヒータへの通電量が制御される。一方、時定数切替手段により時定数が大きい第２の時定数に切り替えられ、劣化による変化が大きい素子抵抗値が検出される。そして、その素子抵抗値に基づき劣化判定手段によって酸素濃度センサの劣化が判定される。この場合、素子温度が活性温度域に維持され、被検出ガス中の酸素濃度の検出精度を良好に保つことができ、酸素濃度センサの劣化も精度よく判定できる。
前述したように、図１０のＡ点付近の周波数では、粒子抵抗Ｒａ２及び粒界抵抗Ｒａ３からなる素子抵抗値が検出され、そのＡ点付近の周波数に対して周波数が低くなると、電極界面抵抗Ｒａ１，Ｒａ４を含む素子抵抗値が検出される。この固体電解質の粒子抵抗Ｒａ２及び粒界抵抗Ｒａ３は長期の使用により劣化が進行しても変化しないが、電極界面抵抗Ｒａ１，Ｒａ４は劣化が進行すると大きくなる。従って、第１の時定数は、粒子抵抗Ｒａ２及び粒界抵抗Ｒａ３からなる素子抵抗値を検出するよう設定され、第２の時定数は、電極界面抵抗Ｒａ１，Ｒａ４を含む素子抵抗値を検出するよう設定される。
【００１４】
時定数が切り替えられると、印加電圧が変化した後、センサ素子部に流れる電流が収束するタイミングが変わるが、請求項２に記載の発明によれば、時定数が切り替えられるとき、そのときの時定数に応じて、タイミング変更手段により電圧変化後にセンサ素子部の電流を検出するタイミングが変更されるので、適正なるタイミングでセンサ素子部の電流が検出される。従って、時定数切り替え時にも素子抵抗が正しく検出できる。
【００１９】
第２の時定数に切り替えられたときに検出される素子抵抗値は、劣化による変化が大きいので、その変化に応じてセンサの劣化度合を判定できる。この場合、請求項３に記載の発明のように、第２の時定数に切り替えられたときに検出される素子抵抗に基づいて、補正手段によりヒータを通電制御するための目標素子抵抗値が補正される。その結果、素子温度に対する素子抵抗値の関係が劣化により変化したとしても、その関係が補正されることとなり、素子温度を活性温度域に維持することができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、電圧変更手段によりセンサ素子部に印加するための電圧がステップ状に切り替えられ、その電圧変更手段の出力電圧が抵抗とコンデンサとからなるＲ−Ｃ回路に入力される。これにより、センサ素子部へ印加する電圧が所定の時定数を持たせて変化されるが、この時定数は、スイッチ手段を用いてＲ−Ｃ回路の抵抗成分を変更することで切り替えられる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態では、本発明を車両用エンジンの空燃比制御システムに適用し、同システムの空燃比検出装置として具体化している。車両に搭載される電子制御装置（以下、車載ＥＣＵという）は、エンジン排気管に設けられた限界電流式空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）による検出結果を基に、空燃比フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御を実施すると共に、当該Ａ／Ｆセンサの素子温を監視しつつ同センサを常に活性状態に保持するためのヒータ加熱制御を実施する。以下に、その詳細を説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態における車載ＥＣＵ１と同ＥＣＵ１により駆動されるＡ／Ｆセンサ１０の概要を示す電気的構成図である。図１に示すように、酸素濃度センサとしてのＡ／Ｆセンサ１０は、その主要な構成としてセンサ素子部１１とヒータ１２とを有し、車載ＥＣＵ１に接続されている。
【００２３】
Ａ／Ｆセンサ１０は、図示しないエンジンの本体から伸びた排気管１４（図２参照）に取り付けられており、同Ａ／Ｆセンサ１０には、ＥＣＵ１による電圧の印加に伴い排ガス中の酸素濃度に比例した電流が流れる。車載ＥＣＵ１は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）２０を備え、同マイコン２０によってＡ／Ｆセンサ１０に流れる電流が検出されその検出結果に基づいて空燃比Ｆ／Ｂ制御が実施される。また、マイコン２０によりセンサ素子部１１の素子抵抗値が検出されその検出結果に基づいてヒータ１２への通電量が制御されて、Ａ／Ｆセンサ１０が所定の活性温度（例えば、７００℃）に保持される。
【００２４】
ここで、Ａ／Ｆセンサ１０の構成を図２を用いて説明する。図２において、Ａ／Ｆセンサ１０は排気管１４の内部に向けて突設されており、同センサ１０は大別して、カバー１５、センサ素子部１１及びヒータ１２から構成されている。カバー１５は断面コ字状をなし、その周壁にはカバー内外を連通する多数の小孔１５ａが形成されている。センサ素子部１１は空燃比リーン領域における酸素濃度、若しくは空燃比リッチ領域における未燃ガス（ＣＯ，ＨＣ，Ｈ2 等）濃度に対応する限界電流を発生する。
【００２５】
センサ素子部１１の構成について詳述する。センサ素子部１１において、断面コップ状に形成された固体電解質層１６の外表面には、排ガス側電極層１７が固着され、内表面には大気側電極層１８が固着されている。また、排ガス側電極層１７の外側には、プラズマ溶射法等により拡散抵抗層１９が形成されている。固体電解質層１６は、ＺｒＯ2 、ＨｆＯ2 、ＴｈＯ2 、Ｂｉ2 Ｏ3 等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 等を安定剤として固溶させた酸素イオン伝導性酸化物焼結体からなり、拡散抵抗層１９は、アルミナ、マグネシャ、ケイ石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質からなる。排ガス側電極層１７及び大気側電極層１８は共に、白金等の触媒活性の高い貴金属からなりその表面には多孔質の化学メッキ等が施されている。なお、排ガス側電極層１７の面積及び厚さは、１０〜１００ｍｍ^2（平方ミリメートル）及び０．５〜２．０μｍ程度となっており、一方、大気側電極層１８の面積及び厚さは、１０ｍｍ^2（平方ミリメートル）以上及び０．５〜２．０μｍ程度となっている。
【００２６】
ヒータ１２は大気側電極層１８内に収容されており、その発熱エネルギによりセンサ素子部１１（大気側電極層１８、固体電解質層１６、排ガス側電極層１７及び拡散抵抗層１９）を加熱する。ヒータ１２は、センサ素子部１１を活性化するに十分な発熱容量を有している。
【００２７】
上記構成のＡ／Ｆセンサ１０において、センサ素子部１１は理論空燃比点よりリーン領域では酸素濃度に応じた限界電流を発生する。この場合、酸素濃度に対応する限界電流は、排ガス側電極層１７の面積、拡散抵抗層１９の厚さ、気孔率及び平均孔径により決定される。また、センサ素子部１１は酸素濃度を直線的特性にて検出し得るものであるが、このセンサ素子部１１を活性化するのに約６００℃以上の高温が必要とされると共に、同センサ素子部１１の活性温度範囲が狭いため、エンジンの排ガスだけの加熱ではセンサ素子部１１を活性領域で維持できない。そのため、ヒータ１２の加熱制御によりセンサ素子部１１を活性温度域にまで加熱する。なお、理論空燃比よりもリッチ側の領域では、未燃ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）等の濃度が空燃比に対してほぼリニアに変化し、センサ素子部１１はＣＯ等の濃度に応じた限界電流を発生する。
【００２８】
Ａ／Ｆセンサ１０のヒータ１２は、図１に示すように、一端がバッテリ電源＋Ｂに接続され、他端がＥＣＵ１内のスイッチング素子、例えばＭＯＳＦＥＴ２１のドレインに接続されている。このＭＯＳＦＥＴ２１は、ソースがグランドに接続され、ゲートがマイコン２０の出力ポートに接続されている。同マイコン２０でＭＯＳＦＥＴ２１のオン／オフを制御することによってヒータ１２の通電量（ヒータデューティ）が制御される。
【００２９】
また、車載ＥＣＵ１において、電源電圧Ｖｃ（＝５Ｖ）とグランド（＝０Ｖ）との間に３つの抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が直列に接続されている。これら抵抗により電源電圧Ｖｃが分圧されることで、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続部にて第１電圧Ｖ１が生成され、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続部にて第２電圧Ｖ２が生成される。なお、本実施の形態において、各抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の抵抗値は、夫々、３．９ｋΩ，３９０Ω，２．２１ｋΩに設定されている。よって、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点に生じる第１電圧Ｖ１は３．０Ｖであり、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点に生じる第２電圧Ｖ２は３．３Ｖである。
【００３０】
抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続部はオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に接続され、同オペアンプＯＰ１の出力端子はセンサ素子部１１のマイナス側端子ＡＦ−に接続される。このオペアンプＯＰ１は、反転入力端子と出力端子とが接続されており、ボルテージホロワとして動作する。これにより、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に入力される第１電圧Ｖ１（＝３．０Ｖ）がオペアンプＯＰ１の出力電圧と等しくなり、この第１電圧Ｖ１がセンサ素子部１１のマイナス側端子ＡＦ−に入力される。
【００３１】
一方、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続部はオペアンプＯＰ２の非反転入力端子に接続され、同オペアンプＯＰ２において、反転入力端子と出力端子とが接続されている。このオペアンプＯＰ２も、ボルテージホロワとして動作することによりオペアンプＯＰ２の非反転入力端子に入力される第２電圧Ｖ２（＝３．３Ｖ）がオペアンプＯＰ２の出力電圧と等しくなる。また、オペアンプＯＰ２の出力端子は抵抗Ｒ４を介して、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との間に接続されている。抵抗Ｒ５はＰＮＰ型のトランジスタＴp1を介して電源電圧Ｖｃに接続され、抵抗Ｒ６はＮＰＮ型のトランジスタＴn1を介してグランドに接続されている。各トランジスタＴp1，Ｔn1のベースは、それぞれ抵抗Ｒ７，Ｒ８を介してマイコン２０の出力ポートに接続され、同マイコン２０によってトランジスタＴp1，Ｔn1のオン／オフが切り替えられる。この切り替えにより、抵抗Ｒ５，Ｒ６間の電圧Ｖｐが変化する。
【００３２】
具体的には、２つのトランジスタＴp1，Ｔn1が共にオフ状態ならば、抵抗Ｒ５，Ｒ６間の電圧Ｖｐは、オペアンプＯＰ２から出力される第２電圧Ｖ２となる。また、２つのトランジスタＴp1，Ｔn1のうちトランジスタＴn1だけがオン状態ならば、電圧Ｖｐは、第２電圧Ｖ２と接地電位との差圧（即ち、第２電圧Ｖ２）を抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ６とで分圧した電圧（Ｖ２−△Ｖａ）となる。逆に、２つのトランジスタＴp1，Ｔn1のうちトランジスタＴp1だけがオン状態ならば、電圧Ｖｐは、電源電圧ＶCと第２電圧Ｖ２との差圧（ＶC−Ｖ２）を抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５とで分圧した電圧（Ｖ２＋△Ｖｂ）となる。
【００３３】
尚、本実施の形態では、各抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６の抵抗値が、夫々、２００Ω，１．５ｋΩ，３．０９ｋΩに設定されている。よって、上記分圧電圧（Ｖ２−△Ｖａ）は３．１Ｖとなり、また、上記分圧電圧（Ｖ２＋△Ｖｂ）は３．５Ｖとなる。つまり、上記△Ｖａと△Ｖｂは共に０．２Ｖである。
【００３４】
抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との接続部は、抵抗Ｒ１０を介してオペアンプＯＰ３の非反転入力端子に接続されるとともに、スイッチＳＷ１と抵抗Ｒ１１を介してオペアンプＯＰ３の非反転入力端子に接続されている。スイッチＳＷ１は、マイコン２０の出力ポートに接続されており、マイコン２０によりオンまたはオフに切り替えられるようになっている。また、オペアンプＯＰ３の非反転入力端子とグランド間には、コンデンサＣ１が接続されている。
【００３５】
なお、本実施の形態では、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１及びコンデンサＣ１により構成される回路がＲ−Ｃ回路に相当する。また、スイッチＳＷ１がスイッチ手段に相当し、トランジスタＴp1，Ｔn1が電圧変更手段に相当する。
【００３６】
上述のように車載ＥＣＵ１を構成した場合、トランジスタＴp1，Ｔn1の切り替えにより抵抗Ｒ５，Ｒ６間の電圧Ｖｐが変化すると、抵抗Ｒ１０とコンデンサＣ１、或いは抵抗Ｒ１０，Ｒ１１の並列回路とコンデンサＣ１とにより決定される時定数に応じて、電圧Ｖｐの変化がなまされ、オペアンプＯＰ３の非反転入力端子に入力される。ここで、スイッチＳＷ１がオフのときの時定数は、主に抵抗Ｒ１０とコンデンサＣ１とにより決定され、スイッチＳＷ１がオンのときの時定数は、主に抵抗Ｒ１０，Ｒ１１の並列回路とコンデンサＣ１とにより決定される。従って、スイッチＳＷ１がオンからオフとなる場合、時定数は小→大に切り替えられることとなる。
【００３７】
また、オペアンプＯＰ３の出力端子は、抵抗Ｒ１２を介してセンサ素子部１１のプラス側端子ＡＦ＋に接続され、オペアンプＯＰ３の反転入力端子もセンサ素子部１１のプラス側端子ＡＦ＋に接続されている。これにより、センサ素子部１１のプラス側端子ＡＦ＋には、オペアンプＯＰ３の非反転入力端子に入力される電圧が印加され、該プラス側端子ＡＦ＋に接続された抵抗Ｒ１２には、センサ素子部１１を流れる素子電流（排ガス中の酸素濃度に応じて流れる限界電流）Ｉが流れる。
【００３８】
抵抗Ｒ１２の両端はＡ／Ｄ変換器２２に接続されており、その抵抗Ｒ１２の両端電圧Ｖｉ，ＶｏがＡ／Ｄ変換器２２を介してマイコン２０に取り込まれる。これにより、排ガス中の酸素濃度や、センサ素子部１１の抵抗値（素子抵抗値）が検出されるようになっている。
【００３９】
具体的には、酸素濃度検出時において、マイコン２０により２つのトランジスタＴp1，Ｔn1が共にオフ状態に維持される。この状態では、オペアンプＯＰ２から出力される第２電圧Ｖ２（＝３．３Ｖ）がそのままオペアンプＯＰ３の非反転入力端子に出力されるため、センサ素子部１１のプラス側端子ＡＦ＋には、第２電圧Ｖ２が印加される。一方、センサ素子部１１のマイナス側端子ＡＦ−には、第１電圧Ｖ１（＝３．０Ｖ）が印加される。つまり、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で分圧することにより生成された第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との差（Ｖ２−Ｖ１＝０．３Ｖ）がＡ／Ｆセンサ１０の両端子ＡＦ＋，ＡＦ−間に印加される。そして、その電圧の印加に伴い、Ａ／Ｆセンサ１０には、その時々の排ガス中の酸素濃度に応じた限界電流が流れる。このとき、抵抗Ｒ１２には、センサ素子部１１を流れる素子電流Ｉと同じ電流が流れるため、抵抗Ｒ１２の両端電位の差は素子電流Ｉに比例した値となる。
【００４０】
よって、マイコン２０は、Ａ／Ｄ変換器２２を介して入力される抵抗Ｒ１２の両端電圧Ｖｉ，Ｖｏの差（Ｖｉ−Ｖｏ）を、抵抗Ｒ１２の抵抗値で割ることにより、センサ素子部１１を流れる素子電流Ｉを求める。そして、マイコン２０は、この素子電流Ｉから、例えば４ｍｓ毎に混合気の空燃比（排ガスの酸素濃度）を算出する。
【００４１】
一方、Ａ／Ｆセンサ１０の素子抵抗値を検出する場合には、マイコン２０によりトランジスタＴp1，Ｔn1のいずれかがオン状態とされ、濃度検出のためにセンサ素子部１１に印加した電圧を所定の時定数を持たせて変化させる。このとき、電圧変化（△Ｖ）に伴う電流変化（△Ｉ）からセンサ素子部１１の抵抗値（素子抵抗値）が検出される。
【００４２】
本実施の形態で言う所定の時定数を持たせた電圧とは周波数成分を含む単発的な信号である。つまり、Ａ／Ｆセンサ１０への印加電圧を掃引して検出されるセンサ素子部１１の抵抗値は、所定の時定数に対応した周波数帯域における交流インピーダンスに相当する。
【００４３】
図３は、素子温度＝７００℃におけるＡ／Ｆセンサ１０の周波数特性を示している。同図において実線で示すように、Ａ／Ｆセンサ１０のインピーダンスは、周波数が高くなるに従い徐々に小さくなる。ここで、前述したように、Ａ／Ｆセンサ１０の等価回路は図９となり、交流インピーダンスは、高周波域では、粒子抵抗Ｒａ２と粒界抵抗Ｒａ３との合計値（≒３０Ω）に収束する。また、同図３の点線は、長期の使用により劣化したＡ／Ｆセンサ１０の特性を示している。つまり、 Ａ／Ｆセンサ１０のインピーダンスは、高周波域では、劣化したとしても殆ど変化しないが、低周波域では劣化の進行に伴い大きくなる。この理由は、固体電解質を有するＡ／Ｆセンサ１０において、固体電解質の粒子抵抗のＲａ２及び粒界抵抗のＲａ３の値は、劣化したとしても変化しないが、電極界面抵抗であるＲａ１とＲａ４の抵抗値は、劣化が進行すると大きくなるためである。
【００４４】
従って、本実施の形態では、前記スイッチＳＷ１を切り替えることで印加電圧の時定数を変更し、劣化による変化が少ない高周波域のインピーダンス（素子抵抗ＺａｃＨ）と、劣化による変化が大きい低周波域のインピーダンス（素子抵抗ＺａｃＬ）とを検出するように構成している。ここで、スイッチオン時の時定数が第１の時定数に相当し、スイッチオフ時の時定数が第２の時定数に相当する。スイッチオン時の第１の時定数は、高周波域（例えば、４．５ｋＨｚ）での粒子抵抗Ｒａ２及び粒界抵抗Ｒａ３からなる素子抵抗値を検出するよう設定される。また、スイッチオフ時の第２の時定数は、低周波域（例えば、４５Ｈｚ）での電極界面抵抗Ｒａ１，Ｒａ４を含む素子抵抗値を検出するよう設定される。
【００４５】
具体的にＡ／Ｆセンサ１０の素子抵抗値を検出する場合、空燃比を検出すべくＡ／Ｆセンサ１０に印加している電圧を図４に示す如く所定時間（例えば、１２８ｍｓ）毎に変化させる。なお、本実施の形態では、所定時間（例えば、１２８ｍｓ）毎にスイッチＳＷ１のオン／オフが切り替えられるように構成され、高周波域（時定数小）における素子抵抗ＺａｃＨと、低周波域（時定数大）における素子抵抗ＺａｃＬとが交互に検出されるようになっている。
【００４６】
ここで、スイッチＳＷ１をオン状態とし、印加電圧の時定数を小さくした場合（高周波域）における素子抵抗ＺａｃＨの検出方法を図４（ｂ）のタイミングチャートを用いて説明する。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）にて楕円にて囲んだ部分を拡大して示すものである。
【００４７】
図４（ｂ）の時刻ｔ１では、抵抗Ｒ１２とプラス側端子ＡＦ＋との間の電圧Ｖｏを検出する。この時刻ｔ１で検出した電圧を「Ｖｏ（ｔ１）」と記す。
時刻ｔ１直後の時刻ｔ２では、オペアンプＯＰ３と抵抗Ｒ１２との間の電圧Ｖｉを検出する。この時刻ｔ２で検出した電圧を「Ｖｉ（ｔ２）」と記す。
【００４８】
時刻ｔ２直後の時刻ｔ３では、トランジスタＴp1，Ｔn1のうちトランジスタＴn1をオンさせ、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６間の電圧Ｖｐを空燃比検出用の通常電圧（＝３．３Ｖ）よりもΔＶａ（＝０．２Ｖ）だけ低い電圧（＝３．１Ｖ）に変化させる。
【００４９】
時刻ｔ３から予め定められた所定時間Ｔ１（本実施の形態では、１３５μｓ）が経過した時刻ｔ４では、オペアンプＯＰ３と抵抗Ｒ１２との間の電圧Ｖｉを検出する。この時刻ｔ４で検出した電圧を「Ｖｉ（ｔ４）」と記す。時間Ｔ１は、時刻ｔ３から素子電流Ｉの変化分ΔＩがピークになると予想される時間に設定されている。
【００５０】
時刻ｔ４直後の時刻ｔ５では、抵抗Ｒ１２とプラス側端子ＡＦ＋との間の電圧Ｖｏを検出する。この時刻ｔ５で検出した電圧を「Ｖｏ（ｔ５）」と記す。そして、下記の数式（１）により、素子抵抗ＺａｃＨを演算する。但し、抵抗Ｒ１２の抵抗値をＲｓとする。
【００５１】
【数１】
0003718399.tif 000002
なお、上記式（１）において、｛Ｖｏ（ｔ１）−Ｖｏ（ｔ５）｝が印加電圧の変化分ΔＶであり、それ以外の部分が素子電流Ｉの変化分ΔＩである。また、式（１）における｛Ｖｏ（ｔ１）−Ｖｏ（ｔ５）｝は、既知のΔＶａに置き換えることも可能である。
【００５２】
その後、時刻ｔ３から予め定められた所定時間Ｔ２（本実施の形態では、２００μｓ）が経過した時刻ｔ６では、トランジスタＴn1をオフさせるとともに、トランジスタＴp1をオンさせ、抵抗Ｒ５，Ｒ６間の電圧Ｖｐを通常電圧（＝３．３Ｖ）よりもΔＶｂ（＝０．２Ｖ）だけ高い電圧（＝３．５Ｖ）に変化させる。
【００５３】
時刻ｔ６から予め定められた所定時間Ｔ３（本実施の形態では、２００μｓ）が経過した時刻ｔ７では、トランジスタＴn1，Ｔp1を共にオフさせて電圧Ｖｐを通常電圧（＝３．３Ｖ）に戻す。
【００５４】
なお、素子抵抗ＺａｃＨの演算が終了した時刻ｔ６において、電圧Ｖｐを通常電圧よりも正側（最初の変化方向とは逆側）に変化させているのは、素子電流Ｉの収束を早めるためである。すなわち、Ａ／Ｆセンサ１０への印加電圧を再び通常電圧に復帰させる際に、その電圧を直接、元の通常電圧に切り換えると、Ａ／Ｆセンサ１０のセンサ素子部１１が有する容量成分に蓄えられた電荷に影響により、素子電流Ｉは電圧の復帰直後においてピーク電流を発生し、結果として元の電流値に収束するまでの時間が長くなる。そこで、本実施の形態では、印加電圧を元の通常電圧に復帰させる際に、先の電圧変化時とは逆方向の電圧を短時間印加して、素子の容量成分における電荷の放電を短時間で終了させ、センサ電流収束のための所要時間を短縮化するようにしている。この場合、Ａ／Ｆセンサ１０の素子内を移動する電荷量が正負いずれの変化時にも略同一量となるように電圧波形を設定すれば、より効果的である。
【００５５】
また、スイッチＳＷ１をオフ状態とし、印加電圧の時定数を大きくした場合（低周波域）における素子抵抗ＺａｃＬの検出時には、前記所定時間Ｔ１を１．５ｍｓ、所定時間Ｔ２，Ｔ３を２ｍｓとして、上記と同様の方法で実施する。
【００５６】
次に、マイコン２０により実行される素子抵抗ＺａｃＨ、ＺａｃＬの検出手順について、図５のフローチャートに従い説明する。なお、図５の処理は、例えば１２８ｍｓ周期で実行される。
【００５７】
さて、マイコン２０が図５の処理を開始すると、先ずステップ１００にて、時定数小のタイミングか否か、即ち高周波域の素子抵抗ＺａｃＨを検出するタイミングか否かを判定する。ここでは、例えば、１２８ｍｓ周期毎にカウントアップするカウンタを用い、そのカウント値が偶数であれば、時定数小のタイミングと判定し、カウント値が奇数であれば、時定数大のタイミングと判定する。
【００５８】
同ステップ１００にて肯定判別されると、ステップ１１０に移行して、マイコン２０は、スイッチＳＷ１をオンに切り替えるとともにステップ１１５にて所定時間Ｔ１に１３５μｓ、所定時間Ｔ２，Ｔ３に２００μｓを設定した後、ステップ１３０に移行する。一方、ステップ１００にて否定判別されると、ステップ１２０に移行して、マイコン２０は、スイッチＳＷ１をオフに切り替えるとともにステップ１２５にて所定時間Ｔ１に１．５ｍｓ、所定時間Ｔ２，Ｔ３に２．０ｍｓを設定した後、ステップ１３０に移行する。
【００５９】
そして、マイコン２０は、ステップ１３０でオペアンプＯＰ３と抵抗Ｒ１２間の電圧Ｖｉを検出し、この電圧Ｖｉが所定の基準値よりも大きいか否かを判定する。基準値は、オペアンプＯＰ３の出力能力の中心電圧に相当する。本実施の形態ではオペアンプＯＰ３の出力能力が１．５〜４．５Ｖであるとして「基準値＝３．０Ｖ」としている。
【００６０】
Ｖｉ＞基準値であれば、マイコン２０はステップ１４０に進み、以降の電圧切換の処理において、抵抗Ｒ５，Ｒ６間の電圧Ｖｐを通常電圧（空燃比検出用電圧の３．３Ｖ）に対して負側→正側の順に電圧を変化させる旨を決定する。また、Ｖｉ≦基準値であれば、マイコン２０はステップ１５０に進み、以降の電圧切換の処理において、電圧Ｖｐを通常電圧（空燃比検出用電圧の３．３Ｖ）に対して正側→負側の順に電圧を変化させる旨を決定する。
【００６１】
要するに、例えばＶｉ＝２Ｖの時（ステップ１３０がＮＯの時）、電圧Ｖｐを負側に掃引すると、電圧ＶｏがすぐにオペアンプＯＰ３の出力能力の下限値（１．５Ｖ）で飽和してしまい、完全に掃引できずに素子抵抗値が正確に求められなくなる。また逆に、例えばＶｉ＝４Ｖの時（ステップ１３０がＹＥＳの時）、電圧Ｖｐを正側に掃引すると、電圧ＶｏがすぐにオペアンプＯＰ３の出力能力の上限値（４．５Ｖ）で飽和してしまい、やはり素子抵抗値が正確に求められなくなる。これに対し、上記の通り電圧Ｖｉと基準値との比較に応じて電圧Ｖｐの掃引の方向を決定することで、電圧Ｖｉの上限値又は下限値へのはりつきが防止できる。
【００６２】
その後、マイコン２０は、ステップ１６０で電圧Ｖｏを検出し、この検出した電圧Ｖｏを前述のＶｏ（ｔ１）として記憶する。また、マイコン２０は、電圧Ｖｉを検出し、この検出した電圧Ｖｉを前述のＶｉ（ｔ２）として記憶する。
【００６３】
続いて、マイコン２０は、ステップ１７０にて、抵抗Ｒ５，Ｒ６間の電圧Ｖｐを正側或いは負側に掃引させる。このとき、前記ステップ１３０が肯定判別されていれば、トランジスタＴp1，Ｔn1のうちトランジスタＴn1をオンして、電圧Ｖｐを負側に掃引させる。また、前記ステップ１３０が否定判別されていれば、トランジスタＴp1，Ｔn1のうちトランジスタＴp1をオンして、電圧Ｖｐを正側に掃引させる。
【００６４】
そして、マイコン２０は、続くステップ１８０において、上記ステップ１７０の処理を行ってから、前記ステップ１１５又はステップ１２５で設定した所定時間Ｔ１が経過したか否かを判定し、その時間Ｔ１が経過するまで待機する。つまり、ステップ１００にて肯定判別されていれば１３５μｓが経過するまで待機し、ステップ１００にて否定判別されていれば１．５ｍｓが経過するまで待機する。
【００６５】
所定時間Ｔ１の経過後、マイコン２０は、ステップ１９０で電圧Ｖｉを検出し、この検出した電圧Ｖｉを前述のＶｉ（ｔ４）として記憶する。また、マイコン２０は電圧Ｖｏを検出し、この検出した電圧Ｖｏを前述のＶｏ（ｔ５）として記憶する。
【００６６】
そして、マイコン２０は、ステップ２００にて、上述した数式（１）を用い、電圧変化量ΔＶと電流変化量ΔＩとから素子抵抗を算出する。なお同ステップ２００では、ステップ１００にて肯定判定されていれば、高周波域の素子抵抗ＺａｃＨが算出され、ステップ１００にて否定判定されていれば、低周波域の素子抵抗ＺａｃＬが算出される。
【００６７】
続くステップ２１０において、マイコン２０は、上記ステップ１７０の処理を行ってから、前記ステップ１１５又はステップ１２５で設定した所定時間Ｔ２が経過したか否かを判定し、その時間Ｔ２が経過するまで待機する。つまり、ステップ１００にて肯定判別されていれば２００μｓが経過するまで待機し、ステップ１００にて否定判別されていれば２．０ｍｓが経過するまで待機する。
【００６８】
所定時間Ｔ２の経過後、マイコン２０は、ステップ２２０で電圧Ｖｐを前記掃引した方向とは逆側に変化させる。このとき、前記ステップ１３０が肯定判別されていれば、トランジスタＴp1をオンするとともにトランジスタＴn1をオフして電圧Ｖｐを正側に変化させ、前記ステップ１３０が否定判別されていれば、トランジスタＴp1をオフするとともにトランジスタＴn1をオンして電圧Ｖｐを負側に変化させる。そして、ステップ２３０において、マイコン２０は、上記ステップ２２０の処理を行ってから、前記ステップ１１５又はステップ１２５で設定した所定時間Ｔ３が経過したか否かを判定し、その時間Ｔ３が経過するまで待機する。つまり、ステップ１００にて肯定判別されていれば２００μｓが経過するまで待機し、ステップ１００にて否定判別されていれば２．０ｍｓが経過するまで待機する。
【００６９】
そして、マイコン２０は、ステップ２４０に進み、トランジスタＴp1，Ｔn1を共にオフ状態とすることで、電圧Ｖｐを元の通常電圧（空燃比検出用電圧＝３．３Ｖ）に戻してその後本ルーチンを一旦終了する。なお、本実施の形態では、図５のステップ１１０及び１２０の処理が時定数切替手段に相当する。
【００７０】
図６は、図５の処理にて検出される高周波域（時定数小）における素子抵抗ＺａｃＨ及び低周波域（時定数大）における素子抵抗ＺａｃＬの温度特性を示す。図６において、実線は、初期状態のＡ／Ｆセンサ１０の特性を示し、点線は、長期の使用によって劣化が進行したＡ／Ｆセンサ１０の特性を示している。図６に示すように、検出される素子抵抗ＺａｃＨ，ＺａｃＬは、素子温度が高くなるほど小さくなる。また、劣化が進行すると、所定温度において検出される素子抵抗値は大きくなる。但し、劣化により抵抗値が増大する変化割合は、高周波域（時定数小）の素子抵抗ＺａｃＨよりも、低周波域（時定数小）の素子抵抗ＺａｃＬの方が大きい。
【００７１】
従って、本実施の形態では、高周波域（時定数小）の素子抵抗ＺａｃＨにより、ヒータ１２の通電制御を実施して、低周波域（時定数小）の素子抵抗ＺａｃＬにより、Ａ／Ｆセンサ１０の劣化を判定するようにしている。
【００７２】
ここで、ヒータ通電制御を説明する。ヒータ１２の通電開始後において、素子温度が比較的低い領域では、素子温度の上昇を促進して早期に活性化させるために、ヒータデューティが１００％に設定され、ヒータ１２の１００％通電制御が実施される。その後、センサ素子部１１がほぼ半活性化状態になった時の素子温度（素子抵抗値）に到達した時点で、１００％通電制御から素子抵抗フィードバック制御に移行し、同フィードバック制御において、素子抵抗値ＺａｃＨを目標素子抵抗値（素子温度を活性温度に維持するための素子抵抗値）に一致させるようにヒータ１２への通電量が制御される。
【００７３】
初期状態のＡ／Ｆセンサ１０では、図６に示すように、目標温度（例えば、７００℃）に対応した目標素子抵抗値（初期目標値）ＺａｃＨｔ0となるようにヒータ１２への通電量が制御される。また、本実施の形態では、センサ素子部１１の劣化状態に応じて、目標素子抵抗値が補正されて、補正後の目標素子抵抗値により、ヒータ１２の通電制御が実施されるようになっている。
【００７４】
次に、素子抵抗フィードバック制御時におけるヒータ駆動処理を、図７のフローチャートに従い説明する。なお、図７の処理は、マイコン２０により例えば２５６ｍｓ周期で実行される。
【００７５】
マイコン２０は、ステップ３００において、図５の処理にて検出された高周波域の素子抵抗ＺａｃＨが所定範囲内であるか否かを判定し、同ステップ３００にて肯定判別された場合、ステップ３１０に移行して、劣化を判定するための処理を実行する。一方、ステップ３００にて否定判別された場合、劣化を判定するための処理を迂回してステップ３６０に移行する。つまり、本実施の形態では、素子抵抗ＺａｃＨがほぼ目標素子抵抗値に一致しているとき（素子温度が活性温度域に維持されているとき）に劣化判定処理が実施される。
【００７６】
ステップ３１０において、マイコン２０は、低周波域の素子抵抗値ＺａｃＬが所定値（図６の劣化判定値ＺａｃＬｆ）以下か否かを判定し、所定値ＺａｃＬｆを超えていれば、Ａ／Ｆセンサ１０が劣化していると判断してステップ３２０に移行する。そして、マイコン２０は、劣化異常フラグＸＦＡＩＬを、センサの劣化異常を意味する「１」とした後、ステップ３３０にてヒータ１２の通電を禁止して本処理を終了する。一方、素子抵抗値ＺａｃＬが所定値（劣化判定値ＺａｃＬｆ）以下であれば、マイコン２０はＡ／Ｆセンサ１０が正常に動作していると判定してステップ３４０に移行し、劣化異常フラグＸＦＡＩＬを、センサの正常を意味する「０」に維持する。その後、ステップ３５０にて、マイコン２０は、素子抵抗ＺａｃＬの値に基づいて目標素子抵抗値を補正する。ここでは、初期状態における目標温度での抵抗値ＺａｃＬ0（図６参照）を基準とし、検出された素子抵抗値ＺａｃＬの変化量を求め、その変化量に応じて目標素子抵抗値を補正する。具体的には、例えば、素子抵抗値ＺａｃＬの変化量の１／５を初期目標値ＺａｃＨｔ0に加え、その抵抗値を新たな目標素子抵抗値ＺａｃＨｔとする。なお、ステップ３００にて、否定判別された場合は、ステップ３５０の処理が実施されないので、目標素子抵抗値ＺａｃＨｔは前回の処理時の値が保持される。
【００７７】
そして、マイコン２０は、ステップ３６０にて、図５の処理にて検出した素子抵抗値ＺａｃＨを目標素子抵抗値ＺａｃＨｔに一致させるように、ヒータデューティ比ＤＵＹＴを算出する。本実施の形態では、その一例としてＰＩＤ制御手順を用いることとしている。つまり、次の式（２）〜（４）により比例項ＧＰ，積分項ＧＩ，微分項ＧＤを算出する。
【００７８】
ＧＰ＝ＫＰ・（ＺａｃＨ−ＺａｃＨｔ）              …（２）
ＧＩ＝ＧＩi-1 ＋ＫＩ・（ＺａｃＨ−ＺａｃＨｔ）    …（３）
ＧＤ＝ＫＤ・（ＺａｃＨ−ＺａｃＨi-1 ）            …（４）
但し、上式において、「ＫＰ」は比例定数、「ＫＩ」は積分定数、「ＫＤ」は微分定数を表し、添字「ｉ−１」は前回処理時の値を表す。
【００７９】
また、上記比例項ＧＰ，積分項ＧＩ，微分項ＧＤを加算してデューティ比ＤＵＴＹを算出する（ＤＵＴＹ＝ＧＰ＋ＧＩ＋ＧＤ）。なお、こうしたヒータ制御のためのデューティ比ＤＵＴＹの算出は、上記のＰＩＤ制御に限定されるものではなく、ＰＩ制御やＰ制御を実施するようにしてもよい。
【００８０】
その後、マイコン２０はステップ３７０に進み、上記ステップ３６０で求めたヒータデューティ比ＤＵＴＹによりヒータ１２を通電し、その後本処理を終了する。
【００８１】
なお、ステップ３２０において、劣化異常フラグに「１」がセットされた場合は、マイコン２０は、空燃比フィードバック制御を禁止するととに、警告ランプ（図示せず）を点灯または点滅させ、運転者に警告する。
【００８２】
本実施の形態では、図７のステップ３１０の処理が劣化判定手段に相当し、ステップ３５０の処理が補正手段に相当する。また、ステップ３６０及び３７０の処理がヒータ制御手段に相当する。
【００８３】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に示す効果が得られる。
（１）印加電圧の時定数を切り替えることにより、異なる周波数域での素子抵抗ＺａｃＨ、ＺａｃＬが検出される。この場合、時定数固定の従来技術とは異なり、劣化による変化が小さい素子抵抗ＺａｃＨと劣化による変化が大きい素子抵抗ＺａｃＬとを検出できる。つまり、用途に応じて異なる周波数帯域の素子抵抗が検出できる。
【００８４】
（２）時定数が切り替えられると、印加電圧が素子抵抗検出用の電圧に変化した後、素子電流Ｉが収束するタイミングが変化するが、本実施の形態では、切り替えられた時定数に応じて、素子電流Ｉを検出するタイミングが変更される。この場合、適正なるタイミングで素子電流Ｉを検出でき、時定数切り替え時にも素子抵抗ＺａｃＨ，ＺａｃＬを正しく検出できる。
【００８５】
（３）劣化による変化が小さい素子抵抗ＺａｃＨに基づき目標素子抵抗値ＺａｃＨｔとなるようにヒータ１２への通電量（デューティ比ＤＵＹＴ）が制御されるので、素子温度が活性温度域に維持され、排ガス中の酸素濃度の検出精度を良好に保つことができる。また、劣化による変化が大きい素子抵抗ＺａｃＬに基づきＡ／Ｆセンサ１０劣化が判定されるので、Ａ／Ｆセンサ１０の劣化も精度よく検出できる。
【００８６】
（４）本実施の形態では、劣化による変化が大きい素子抵抗ＺａｃＬに基づいて、目標素子抵抗値ＺａｃＨｔを補正するようにした。このようにすれば、素子温度に対する素子抵抗値ＺａｃＨとの関係は、劣化が進行すると図６の実線から点線へと変化するが、その関係が劣化度合に応じて補正されることとなり、素子温度を活性温度域に保つことができる。つまり、補正せずに初期の目標素子抵抗値ＺａｃＨｔ0となるように、ヒータ１２の通電制御を実施した場合、劣化に応じて実際の素子温度は、目標温度から高温側にズレてしまう。このため、センサ素子部１１が加熱により破壊されてしまうおそれがある。これに対し、本実施の形態によれば、目標素子抵抗値ＺａｃＨｔを補正することによって、劣化が進行したとしても素子温度を活性温度域に維持することができ、センサ破壊を防止できる。
【００８７】
なお本発明は、上記以外に次の形態にて具体化できる。
上記実施の形態では、劣化による変化が大きい素子抵抗ＺａｃＬに基づいてＡ／Ｆセンサ１０の劣化を判定するものであったが、劣化による変化が大きい素子抵抗ＺａｃＬと劣化による変化が小さい素子抵抗ＺａｃＨとの差（ＺａｃＬ−ＺａｃＨ）から劣化を判定してもよい。また、その差（ＺａｃＬ−ＺａｃＨ）から目標素子抵抗値ＺａｃＨｔの補正を行うようにしてもよい。さらには、検出した素子抵抗値ＺａｃＬと初期の素子抵抗値ＺａｃＬ0との差（ＺａｃＬ−ＺａｃＬ0）から劣化を判定してもよい。
【００８８】
上記実施の形態では、コップ型のＡ／Ｆセンサ１０を適用したが、例えば、積層型のＡ／Ｆセンサを適用してもよい。
また、上記実施の形態では、劣化を判定するために、時定数を切り替えたが、センサの個体差や用いるセンサの種類（例えば、積層型又はコップ型）により時定数を切り替えてもよい。この場合、センサの個体差やセンサの種類に応じて、最適な周波数帯域での素子抵抗が検出できる。従って、ヒータ通電の制御性が悪化したり、望み通りに素子温度が制御できなくなるといった不都合を回避できる。
【００８９】
上記実施の形態では、２つの時定数を切り替えるものであったがこれに限定するものではなく、３つ以上の時定数を切り替える構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態における車載ＥＣＵの概要を示す電気的構成図。
【図２】Ａ／Ｆセンサの構成を示す断面図。
【図３】交流入力電圧の周波数とインピーダンスとの関係を示す図。
【図４】素子抵抗検出時のＶｏ電圧波形と、Ｖｉ電圧波形とを示すタイミングチャート。
【図５】素子抵抗検出処理を示すフローチャート。
【図６】素子温度と素子抵抗値との関係を示す図。
【図７】ヒータ通電処理を示すフローチャート。
【図８】Ａ／Ｆセンサの概略構成を示す図。
【図９】Ａ／Ｆセンサの等価電気回路図。
【図１０】Ａ／Ｆセンサの複素インピーダンス特性を示す図。
【符号の説明】
１…車載ＥＣＵ、１０…酸素濃度センサとしてのＡ／Ｆセンサ、１１…センサ素子部、１２…ヒータ、２０…マイコン、Ｔp1，Ｔn1…電圧変更手段としてのトランジスタ、Ｒ１０，Ｒ１１…抵抗、Ｃ１…コンデンサ、ＳＷ１…スイッチ。
【図１】
0003718399.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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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