(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出ガス中のガス濃度に応じた電流信号を出力するガス濃度センサの制御装置であって、前記ガス濃度センサで検出される素子抵抗に対する変化量を制限し、前記変化量の制限を、所定の条件に基づき変更することを特徴とするガス濃度センサの制御装置。
【請求項２】
被検出ガス中のガス濃度に応じた電流信号を出力するガス濃度センサの制御装置であって、前記ガス濃度センサで検出された前回の素子抵抗と今回の素子抵抗との差に応じて、素子抵抗に対する変化量を制限することを特徴とするガス濃度センサの制御装置。
【請求項３】
前記変化量の制限を、前記ガス濃度センサの昇温中では大きく設定し、前記ガス濃度センサの昇温終了後では小さく設定することを特徴とする請求項１に記載のガス濃度センサの制御装置。
【請求項４】
被検出ガス中のガス濃度に応じた電流信号を出力するガス濃度センサの制御装置であって、前記ガス濃度センサで検出される素子抵抗に対し、ローパスフィルタを通過させ、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を、所定の条件に基づき変更することを特徴とするガス濃度センサの制御装置。
【請求項５】
前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を、前記ガス濃度センサの昇温中では高く設定し、前記ガス濃度センサの昇温終了後では低く設定することを特徴とする請求項４に記載のガス濃度センサの制御装置。
【請求項６】
被検出ガス中のガス濃度に応じた電流信号を出力するガス濃度センサの制御装置であって、前記ガス濃度センサで検出される素子抵抗に対する変化量を制限すると共に、ローパスフィルタを通過させることを特徴とするガス濃度センサの制御装置。
【請求項７】
前記ガス濃度センサは、２セル式の酸素濃度センサであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１記載のガス濃度センサの制御装置。
【請求項８】
被検出ガス中のガス濃度に応じた電流信号を出力する２セル式の酸素濃度センサの制御装置であって、前記酸素濃度センサで検出された素子抵抗値の複数個を平均化することを特徴とする酸素濃度センサの制御装置。
【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、車載用内燃機関の排気ガス中のガス濃度を検出するためのガス濃度センサを用いて素子抵抗を検出する際、または使用する際のガス濃度センサの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車への応用を始めとして、ガス濃度を検出するガス濃度センサを用いたガス濃度センサとして例えば、酸素濃度を検出する酸素濃度センサの制御装置が以下に述べるように提案されている。
【０００３】
近年の車載用内燃機関の空燃比制御においては、例えば、制御精度を高めるといった要望やリーンバーン化への要望があり、これらの要望に対応すべく、内燃機関に吸入される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ：排気ガス中の酸素濃度に対応して算出）を広域かつリニアに検出するリニア式空燃比センサ（酸素濃度センサ）が具体化されている。このような空燃比センサにおいて、この検出精度を維持するには空燃比センサを活性状態に保つことが不可欠であり、一般には空燃比センサに付設されたヒータに通電制御することによりセンサ素子（空燃比センサの素子）を加熱して活性状態を維持するようにしている。
【０００４】
ところで、かかるヒータの通電制御においては、センサ素子の温度（素子温）を検出してその素子温が所望の活性化温度（例えば、約７００℃）になるようにフィードバック制御を実施する技術が従来より開示されている。この場合、その時々の素子温を検出するには、センサ素子に温度センサを付設しその検出結果から導出すことも考えられるが、それでは温度センサを付加する必要からコスト高となる。そこで、センサ素子の抵抗（素子抵抗）が素子温に対して所定の対応関係を有することを利用して素子抵抗を検出し、その検出された素子抵抗から素子温を導出すことが提案されている。なお、素子抵抗の検出結果は、例えば、空燃比センサの劣化度合の判定等にも用いられる。
【０００５】
図１８は、従来より用いられている素子抵抗検出を説明する波形図であり、これは限界電流式酸素濃度センサを内燃機関制御用の空燃比センサとして用いる事例を示す。即ち、図１８の時刻ｔ０１１以前においては空燃比検出のための所定電圧（正の印加電圧Ｖｐｏｓ）がセンサ素子に印加され、その印加電圧Ｖｐｏｓに対応して出力されるセンサ電流Ｉｐｏｓから空燃比（Ａ／Ｆ）が求められる。また、時刻ｔ０１１〜ｔ０１２では素子抵抗検出のための負の印加電圧Ｖｎｅｇが印加され、その時のセンサ電流Ｉｎｅｇが検出される。そして、負の印加電圧Ｖｎｅｇをその時のセンサ電流Ｉｎｅｇで除算することにより素子抵抗（素子インピーダンス）ＺＤＣが求められる（ＺＤＣ＝Ｖｎｅｇ／Ｉｎｅｇ）。上記手法は、一般的に空燃比センサの直流特性を用いた素子抵抗の検出法として知られている。
【０００６】
また、上記従来技術は直流電圧をセンサ素子に印加して素子抵抗（直流インピーダンス）を検出するものであるが、これに対し特公平４−２４６５７号公報では交流電圧をセンサ素子に印加して素子抵抗（交流インピーダンス）を検出する技術が開示されている。かかる技術では、空燃比センサに交流を連続的に印加し、センサ出力をローパスフィルタ（ＬＰＦ）に通して空燃比を検出すると共に、同じくセンサ出力をハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を通した後に平均化して交流インピーダンスを検出するようにしている。上記手法は、一般的に空燃比センサの交流特性を用いた素子抵抗の検出法として知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガス濃度センサとして例えば、酸素濃度センサの場合、素子抵抗検出時に、センサ信号が微小信号であるためノイズが重畳すると求められた素子抵抗値が真値と大きく異なってしまうという不具合があった。
【０００８】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、検出された素子抵抗により正確なガス濃度制御を実施可能なガス濃度センサの制御装置の提供を課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１のガス濃度センサとして例えば、酸素濃度センサの場合、素子抵抗の変化が許容範囲の変化量となるように制限され、酸素濃度センサによる制御の実行範囲を正常範囲に納めることができる。つまり、酸素濃度センサの素子抵抗検出時において、センサ信号が微小信号であることで例えば、内燃機関の運転状態、センサ信号の配線状態等からノイズが重畳され、検出された素子抵抗値が真値と大きく異なることが防止される。即ち、酸素濃度センサの素子抵抗変化が所定の範囲の変化量までに制限されることで正常な制御範囲を逸脱しないようにできる。そして、微小な変化による影響を受けないため正常な素子抵抗の変化による制御には影響を与えることがなく、検出された素子抵抗に基づく素子ヒータ制御等で求める応答性が得られる。また、素子抵抗を素子使用状態に応じて適切な変化量の許容範囲によって丸めることができる。このため、素子抵抗の変化量制限を所定の条件に基づき変更して酸素濃度センサに対して安定した制御を実行させることができる。
【００１０】
請求項２のガス濃度センサの制御装置では、酸素濃度センサの場合、素子抵抗の変化が許容範囲の変化量となるように制限され、酸素濃度センサによる制御の実行範囲を正常範囲に納めることができる。つまり、酸素濃度センサの素子抵抗検出時において、センサ信号が微小信号であることで例えば、内燃機関の運転状態、センサ信号の配線状態等からノイズが重畳され、検出された素子抵抗値が真値と大きく異なることが防止される。即ち、酸素濃度センサの素子抵抗変化が所定の範囲の変化量までに制限されることで正常な制御範囲を逸脱しないようにできる。そして、微小な変化による影響を受けないため正常な素子抵抗の変化による制御には影響を与えることがなく、検出された素子抵抗に基づく素子ヒータ制御等で求める応答性が得られる。
【００１１】
請求項３のガス濃度センサの制御装置では、ガス濃度センサとして例えば、酸素濃度センサの場合、素子抵抗の変化量制限を昇温中と昇温終了後で変えることで、酸素濃度センサに要求されている早期活性化を実現させながら安定した制御を実行させることができる。
【００１２】
請求項４のガス濃度センサの制御装置によれば、ガス濃度センサとして例えば、酸素濃度センサの場合、素子抵抗の変化が許容範囲の変化量となるように制限され、酸素濃度センサによる制御の実行範囲を正常範囲に納めることができる。つまり、酸素濃度センサの素子抵抗検出時において、センサ信号が微小信号であることで例えば、内燃機関の運転状態、センサ信号の配線状態等からノイズが重畳され、検出された素子抵抗値が真値と大きく異なることが防止される。即ち、酸素濃度センサの素子抵抗変化に対して十分な応答性を持つローパスフィルタを通過させることで、素子抵抗変化が正常な制御範囲を逸脱しないようにできる。そして、微小な変化による影響を受けないため正常な素子抵抗の変化による制御には影響を与えることがなく、検出された素子抵抗に基づく素子ヒータ制御等で求める応答性が得られる。また、素子抵抗が素子使用状態に応じて正常な素子抵抗変化に対して十分な応答性を持つようにローパスフィルタのカットオフ周波数を変化させる。即ち、素子抵抗検出で通過されるローパスフィルタのカットオフ周波数が所定の条件に基づき変更される。これにより、酸素濃度センサに対して安定した制御を実行させることができる。
【００１４】
請求項５のガス濃度センサの制御装置では、ガス濃度センサとして例えば、酸素濃度センサの場合、昇温中の素子抵抗変化に対し十分な応答性を持つローパスフィルタと酸素濃度センサの昇温終了後の素子抵抗変化に対し十分な応答性を持つローパスフィルタとを昇温中と昇温終了後で切換えることで、酸素濃度センサに要求されている早期活性化を実現させながら安定した制御を実行させることができる。
【００１５】
請求項６のガス濃度センサの制御装置によれば、ガス濃度センサとして例えば、酸素濃度センサの場合、素子抵抗の変化が許容範囲の変化量となるように制限され、かつローパスフィルタ処理されるため酸素濃度センサによる制御の実行範囲を正常範囲に納めることができる。つまり、酸素濃度センサの素子抵抗検出時において、センサ信号が微小信号であることで例えば、内燃機関の運転状態、センサ信号の配線状態等からノイズが重畳され、検出された素子抵抗値が真値と大きく異なることが防止される。即ち、酸素濃度センサの素子抵抗変化が所定の範囲の変化量までに制限され、素子抵抗変化に対して十分な応答性を持つローパスフィルタ処理されることで正常な制御範囲を逸脱しないようにできる。そして、微小な変化による影響を受けないため正常な素子抵抗の変化による制御には影響を与えることがなく、検出された素子抵抗に基づく素子ヒータ制御等で求める応答性が得られる。
【００１６】
請求項８の酸素濃度センサの制御装置によれば、素子抵抗値の複数個が平均化され、異常データの影響が押さえられるため酸素濃度センサによる制御の実行範囲を正常範囲に納めることができる。つまり、酸素濃度センサの素子抵抗検出時において、センサ信号が微小信号であることで例えば、内燃機関の運転状態、センサ信号の配線状態等からノイズが重畳され、検出された素子抵抗値が真値と大きく異なることが防止される。即ち、酸素濃度センサの素子抵抗値の複数個が平均化されることで正常な制御範囲を逸脱しないようにできる。そして、微小な変化による影響を受けないため正常な素子抵抗の変化による制御には影響を与えることがなく、検出された素子抵抗に基づく素子ヒータ制御等で求める応答性が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。なお、以下の実施例ではガス濃度を検出するガス濃度センサとして具体的な、酸素濃度を検出する酸素濃度センサを用いた酸素濃度センサの制御装置について述べる。
【００１８】
〈実施例１〉
図１は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる酸素濃度センサの制御装置が適用された空燃比検出装置の構成を示す概略図である。なお、本実施例における空燃比検出装置は、自動車に搭載される内燃機関（ガソリンエンジン）の電子制御燃料噴射システムに採用され、この空燃比検出装置による検出結果に基づき内燃機関に供給する燃料噴射量を増減し所望の空燃比に制御する。以下、空燃比センサを用いた空燃比（Ａ／Ｆ）の検出手順及び空燃比センサの交流特性を用いた素子抵抗検出手順について詳細に説明する。
【００１９】
図１において、空燃比検出装置は酸素濃度センサとしての限界電流式空燃比センサ（以下、『Ａ／Ｆセンサ』と記す）３０を備え、このＡ／Ｆセンサ３０は、内燃機関１０の下流側に接続された排気通路１２に配設されている。Ａ／Ｆセンサ３０からは、マイクロコンピュータ（以下、『マイコン』と記す）２０から指令される電圧の印加に伴い、排気ガス中の酸素濃度に応じたリニアな空燃比検出信号が出力される。マイコン２０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ、制御プログラムを格納したＲＯＭ、各種データを格納するＲＡＭ、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ等により構成され、所定の制御プログラムに従って後述のバイアス制御回路４０及びヒータ制御回路６０、サンプルホールド回路（以下、『Ｓ／Ｈ回路』と記す）７０、酸素濃度信号検出許可／禁止信号が制御される。
【００２０】
図２は、Ａ／Ｆセンサ３０の概略構成を示す断面図である。図２において、Ａ／Ｆセンサ３０は排気通路１２の内部に向けて突設されており、Ａ／Ｆセンサ３０は主として、カバー３３、センサ本体３２及びヒータ３１から構成されている。カバー３３は断面Ｕ字状であって、その周壁にはカバー３３の内外を連通する多数の小孔３３ａが形成されている。センサ素子部としてのセンサ本体３２は、空燃比リーン領域における酸素濃度、または空燃比リッチ領域における未燃ガスとして一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、水素（Ｈ２）等のガス濃度に対応する限界電流を発生する。
【００２１】
次に、センサ本体３２の構成について詳述する。センサ本体３２において、断面コップ状に形成された固体電解質層３４の外表面には、排気ガス側電極層３６が固着され、内表面には大気側電極層３７が固着されている。また、排気ガス側電極層３６の外側には、プラズマ溶射法等により拡散抵抗層３５が形成されている。固体電解質層３４は、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｈＯ２、Ｂｉ２Ｏ３等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３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３５はアルミナ、マグネシア、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。排気ガス側電極層３６及び大気側電極層３７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、排気ガス側電極層３６の面積は１０〜１００ｍｍ2、厚さは０．５〜２．０μｍ程度となっており、一方、大気側電極層３７の面積は１０ｍｍ2以上、厚さは０．５〜２．０μｍ程度となっている。
【００２２】
ヒータ３１は大気側電極層３７内に収容されており、その発熱エネルギによりセンサ本体３２（大気側電極層３７、固体電極質層３４、排気ガス側電極層３６及び拡散抵抗層３５）を加熱する。ヒータ３１はセンサ本体３２を活性化するに十分な発熱容量を有している。
【００２３】
上記構成のＡ／Ｆセンサ３０において、センサ本体３２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、排気ガス側電極層３６の面積、拡散抵抗層３５の厚さ、気孔率及び平均孔径により決定される。また、センサ本体３２は酸素濃度を直線的特性にて検出し得るものであるが、このセンサ本体３２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、このセンサ本体３２の活性温度範囲が狭いため、内燃機関１０の排気ガスのみによる加熱では素子温を活性領域に制御できない。このため、本実施例では、ヒータ３１への供給電力をデューティ比制御することにより、センサ本体３２を活性温度域にまで加熱するようにしている。なお、理論空燃比よりもリッチ側の領域では、未燃ガスである一酸化炭素（ＣＯ）等の濃度が空燃比に対してほぼリニアに変化し、センサ本体３２は一酸化炭素（ＣＯ）等の濃度に応じた限界電流を発生する。
【００２４】
次に、Ａ／Ｆセンサ３０の電圧−電流特性（Ｖ−Ｉ特性）について図３のテーブルを参照して説明する。
【００２５】
図３によれば、Ａ／Ｆセンサ３０の検出Ａ／Ｆに比例するセンサ本体３２の固体電解質層３４への流入電流と印加電圧とがリニアな特性を有することが分かる。電圧軸Ｖに平行な直線部分がセンサ本体３２の限界電流を特定する限界電流検出域であって、この限界電流（センサ電流）の増減はＡ／Ｆの増減（即ち、リーン・リッチ）に対応している。つまり、Ａ／Ｆがリーン側になるほど限界電流は増大し、Ａ／Ｆがリッチ側になるほど限界電流は減少する。
【００２６】
また、図３の電圧−電流特性において、電圧軸Ｖに平行な直線部分（限界電流検出域）よりも小さい電圧域は抵抗支配域となっており、この抵抗支配域における一次直線部分の傾きは、センサ本体３２における固体電解質層３４の内部抵抗である素子抵抗（素子インピーダンス）ＺＤＣにより特定される。この素子抵抗ＺＤＣは温度変化に伴い変化し、センサ本体３２の温度が低下すると素子抵抗ＺＤＣの増大によりその傾きが小さくなる。
【００２７】
一方、図１において、Ａ／Ｆセンサ３０に電圧を印加するためのバイアス指令信号（ディジタル信号）Ｖｒはマイコン２０からＤ／Ａ変換器２１に入力され、このＤ／Ａ変換器２１にてアナログ信号Ｖｂに変換されたのち、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）２２に入力される。そして、ＬＰＦ２２にてアナログ信号Ｖｂの高周波成分が除去された出力電圧Ｖｃはバイアス制御回路４０に入力される。このバイアス制御回路４０からはＡ／Ｆの検出電圧または素子抵抗の検出電圧の何れかがＡ／Ｆセンサ３０に印加される。即ち、バイアス制御回路４０からＡ／Ｆセンサ３０に対して、Ａ／Ｆ検出時には、図３に示す特性線Ｌ１を用いてこのときのＡ／Ｆに対応する所定の電圧Ｖｐが印加され、素子抵抗検出時には所定の周波数信号よりなる単発的かつ所定の時定数を持つ電圧が印加される。
【００２８】
また、バイアス制御回路４０は、Ａ／Ｆセンサ３０への電圧の印加に伴い流れる電流値を電流検出回路５０にて検出し、この電流検出回路５０にて検出された電流値のアナログ信号はＡ／Ｄ変換器２３を介してマイコン２０に入力される。そして、電流検出回路５０にて検出された電流値は酸素濃度信号に変換され、サンプルホールド回路７０、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）７１を介してＡ／Ｆ（酸素濃度）信号として出力される。このバイアス制御回路４０の詳細な電気的構成については後述する。Ａ／Ｆセンサ３０に付設されたヒータ３１は、ヒータ制御回路６０によりその作動が制御される。つまり、ヒータ制御回路６０にて、Ａ／Ｆセンサ３０の素子温やヒータ温度に応じてバッテリ電源（図示略）からヒータ３１に供給される電力がデューティ比制御され、ヒータ３１の加熱制御が実行される。
【００２９】
次に、バイアス制御回路４０の電気的構成について図４の回路図に基づいて説明する。
【００３０】
図４において、バイアス制御回路４０は大別して、基準電圧回路４４と、第１の電圧供給回路４５と、第２の電圧供給回路４７と、電流検出回路５０とを有する。基準電圧回路４４にて、定電圧Ｖｃｃが分圧抵抗４４ａ，４４ｂにより分圧され一定の基準電圧Ｖａが生成される。
【００３１】
第１の電圧供給回路４５は電圧フォロア回路にて構成され、第１の電圧供給回路４５から基準電圧回路４４の基準電圧Ｖａと同じ電圧ＶａがＡ／Ｆセンサ３０の一方の端子４２に供給される。より具体的には、正側入力端子が各分圧抵抗４４ａ，４４ｂの分圧点に接続されると共に負側入力端子がＡ／Ｆセンサ３０の一方の端子４２に接続された演算増幅器４５ａと、この演算増幅器４５ａの出力端子に一端が接続された抵抗４５ｂと、この抵抗４５ｂの他端にそれぞれベースが接続されたＮＰＮトランジスタ４５ｃ及びＰＮＰトランジスタ４５ｄとにより構成されている。ＮＰＮトランジスタ４５ｃのコレクタは定電圧Ｖｃｃに接続され、エミッタは電流検出回路５０を構成する電流検出抵抗５０ａを介してＡ／Ｆセンサ３０の一方の端子４２に接続されている。また、ＰＮＰトランジスタ４５ｄのエミッタはＮＰＮトランジスタ４５ｃのエミッタに接続され、コレクタはアースされている。
【００３２】
第２の電圧供給回路４７も同様に電圧フォロア回路にて構成され、ＬＰＦ２２の出力電圧Ｖｃと同じ電圧ＶｃがＡ／Ｆセンサ３０の他方の端子４１に供給される。より具体的には、正側入力端子がＬＰＦ２２の出力に接続されると共に負側入力端子がＡ／Ｆセンサ３０の他方の端子４１に接続された演算増幅器４７ａと、この演算増幅器４７ａの出力端子に一端が接続された抵抗４７ｂと、この抵抗４７ｂの他端にそれぞれベースが接続されたＮＰＮトランジスタ４７ｃ及びＰＮＰトランジスタ４７ｄとにより構成されている。ＮＰＮトランジスタ４７ｃのコレクタは定電圧Ｖｃｃに接続され、エミッタは抵抗４７ｅを介してＡ／Ｆセンサ３０の他方の端子４１に接続されている。また、ＰＮＰトランジスタ４７ｄのエミッタはＮＰＮトランジスタ４７ｃのエミッタに接続され、コレクタはアースされている。
【００３３】
このような構成により、Ａ／Ｆセンサ３０の一方の端子４２には常時一定電圧Ｖａが供給される。そして、ＬＰＦ２２を経由してＡ／Ｆセンサ３０の他方の端子４１に一定電圧Ｖａよりも低い電圧Ｖｃが印加されると、Ａ／Ｆセンサ３０が正バイアスされる。また、ＬＰＦ２２を経由してＡ／Ｆセンサ３０の他方の端子４１に一定電圧Ｖａよりも高い電圧Ｖｃが印加されると、Ａ／Ｆセンサ３０が負バイアスされる。
【００３４】
マイコン２０はＳ／Ｈ回路７０、Ａ／Ｆ（酸素濃度）信号検出許可／禁止信号を制御し、Ａ／Ｆ信号の安定を図る。即ち、Ｓ／Ｈ回路７０は通常、マイコン２０によりサンプル状態に設定され、Ｓ／Ｈ回路７０から現在のＡ／Ｆ信号が出力される。一方、Ｓ／Ｈ回路７０は素子抵抗検出時にはマイコン２０によりホールド状態に設定され、Ｓ／Ｈ回路７０からはそれ以前のサンプル状態におけるＡ／Ｆ信号が出力される。また、マイコン２０からは通常、Ａ／Ｆ信号検出許可信号が出力され、素子抵抗検出時にはＡ／Ｆ信号検出禁止信号が出力される。
【００３５】
次に、図５のステップＳ４００における素子抵抗検出処理のサブルーチンを示す図６について説明する。
【００３６】
図６において、まず、ステップＳ４０１で現時点でのＡ／Ｆがリーンであるかが判定される。ステップＳ４０１の判定条件が成立し、Ａ／ＦがリーンであるときにはステップＳ４０２に移行し、それまでの印加電圧Ｖｐ（Ａ／Ｆ検出電圧）に対して負側→正側の順に電圧を変化させる。一方、ステップＳ４０１の判定条件が成立せず、Ａ／ＦがリッチであるときにはステップＳ４０３に移行し、それまでの印加電圧Ｖｐに対して正側→負側の順に電圧を変化させる（バイアス指令信号Ｖｒが操作される）。
【００３７】
そして、ステップＳ４０２またはステップＳ４０３の印加電圧の切換処理ののちステップＳ４０４に移行し、電圧変化量ΔＶと電流検出回路５０で検出されたセンサ電流の変化量ΔＩとが読込まれる。次にステップＳ４０５に移行して、ΔＶ，ΔＩを用いて素子抵抗Ｒが算出され（Ｒ＝ΔＶ／ΔＩ）、本サブルーチンを終了する。
【００３８】
図７（ａ），（ｂ）はＡ／Ｆセンサ３０に印加される電圧（ＬＰＦ２２通過後の出力電圧Ｖｃ）の波形とその印加電圧に伴ってＡ／Ｆセンサ３０を流れるセンサ電流の波形とを示す。ここで、Ａ／Ｆがリーン（Ａ／Ｆ＝１８）のときには、図７（ａ）に示すように、Ａ／Ｆセンサ３０への印加電圧が変化量ΔＶだけ負側に変化され、この電圧変化に対応するセンサ電流の負側への変化量ΔＩが検出される。なお、図中の印加電圧＝ａ〔Ｖ〕及びセンサ電流＝ｂ〔Ａ〕は、図３の点ａ，ｂに相当している。また、Ａ／Ｆがリッチ（Ａ／Ｆ＝１３）のときには、図７（ｂ）に示すように、Ａ／Ｆセンサ３０への印加電圧が変化量ΔＶだけ正側に変化され、この電圧変化に対応するセンサ電流の正側への変化量ΔＩが検出される。なお、図中の印加電圧＝ｃ〔Ｖ〕及びセンサ電流＝ｄ〔Ａ〕は、図３の点ｃ，ｄに相当している。
【００３９】
このとき、リーンであれば負側へ電圧変化、リッチであれば正側へ電圧変化されセンサ電流が求められるため、このセンサ電流が電流検出回路５０のダイナミックレンジ（図３参照）を越えることはない。
【００４０】
一方、このようにして求められた素子抵抗Ｒは、素子温に対して図８に示す関係を有する。即ち、素子温が小さくなるほど素子抵抗Ｒが飛躍的に大きくなる関係を有する。素子抵抗Ｒ＝９０ΩはＡ／Ｆセンサ３０がある程度活性化している温度６００℃に対応し、素子抵抗Ｒ＝３０ΩはＡ／Ｆセンサ３０が十分に活性化している温度７００℃に対応している。そして、ヒータ制御に際しては、算出された素子抵抗ＲとＡ／Ｆセンサ３０が十分に活性化していると思われる目標抵抗値（例えば、３０Ω）との偏差をなくすために必要なヒータ３１の通電量が求められ、ヒータ３１に対する通電がデューティ比制御される。即ち、素子温フィードバック制御が実施される。
【００４１】
次に、本発明の実施の形態の第１実施例にかかるＡ／Ｆセンサの制御装置が適用された空燃比検出装置で使用されているマイコン２０の制御における素子抵抗検出の処理手順を示す図９のフローチャートに基づき、図１０のタイムチャートを参照して説明する。なお、図１０（ａ）は本実施例の作用を表し、図１０（ｂ）は本実施例の変化量制限を加えない場合を表す比較例である。
【００４２】
まず、ステップＳ４４１で図６に示す素子抵抗検出処理が実行され、素子抵抗Ｒが算出される。次にステップＳ４４２に移行し、Ａ／Ｆセンサ３０の昇温中であるかが判定される。ステップＳ４４２の判定条件が成立し、Ａ／Ｆセンサ３０の昇温中であるときにはステップＳ４４３に移行し、素子抵抗検出値の変化量制限値ｄＲがｄＲ０  （例えば、５０Ω）に設定される（図１０（ａ）参照）。一方、ステップＳ４４２の判定条件が成立せず、Ａ／Ｆセンサ３０の昇温終了後、即ち、Ａ／Ｆセンサ３０が活性化温度に達しているときにはステップＳ４４４に移行し、素子抵抗検出値の変化量制限値ｄＲが昇温中のｄＲ０  より小さなｄＲ１  （例えば、１０Ω）に設定される（図１０（ａ）参照）。ステップＳ４４３またはステップＳ４４４の処理ののちステップＳ４４５に移行し、前回の素子抵抗からステップＳ４４１で算出された今回の素子抵抗Ｒを減算した値の絶対値が変化量制限値ｄＲ以下であるかが判定される。ステップＳ４４５の判定条件が成立せず絶対値が変化量制限値ｄＲを越えているときには、ステップＳ４４６に移行し、今回の素子抵抗Ｒが前回の素子抵抗から変化量制限値ｄＲを越えて大きいときには、前回の素子抵抗に変化量制限値ｄＲを加算した抵抗値が今回の素子抵抗Ｒに置換えられ、また、今回の素子抵抗Ｒが前回の素子抵抗から変化量制限値ｄＲを越えて小さいときには、前回の素子抵抗から変化量制限値ｄＲを減算した抵抗値が今回の素子抵抗Ｒに置換えられたのち、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ４４５の判定条件が成立し絶対値が変化量制限値ｄＲ以下であるときには、ステップＳ４４６をスキップしステップＳ４４１で算出された今回の素子抵抗Ｒそのままとして本ルーチンを終了する。
【００４３】
このように、本実施例は、電圧の印加に伴い排ガス中のＡ／Ｆ（酸素濃度）に応じたセンサ電流（電流信号）を出力するＡ／Ｆセンサ３０の制御装置であって、電圧変化量ΔＶに伴う電流変化量ΔＩに基づきＡ／Ｆセンサ３０で検出される素子抵抗Ｒに対する変化量を制限するものである。
【００４４】
したがって、Ａ／Ｆセンサ３０の素子抵抗Ｒの変化が許容範囲の変化量、即ち、図１０（ｂ）から図１０（ａ）に表されるように制限され、Ａ／Ｆセンサ３０による制御の実行範囲を正常範囲に納めることができる。つまり、Ａ／Ｆセンサ３０の素子抵抗検出時において、センサ信号が微小信号であることで内燃機関の運転状態、センサ信号の配線状態等からノイズが重畳され、検出された素子抵抗値が真値と大きく異なることが防止される。即ち、Ａ／Ｆセンサ３０の素子抵抗変化が所定の範囲の変化量までに制限されることで正常な制御範囲を逸脱しないようにできる。そして、微小な変化による影響を受けないため正常な素子抵抗の変化による制御には影響を与えることがなく、検出された素子抵抗に基づく素子ヒータ制御等で求める応答性が得られる。
【００４５】
また、本実施例は、変化量制限値ｄＲを所定の条件に基づき変更するものである。したがって、Ａ／Ｆセンサ３０の素子抵抗Ｒを素子使用状態に応じて適切な変化量の許容範囲によって丸めることができる。このため、素子抵抗Ｒの変化量制限値ｄＲ０，ｄＲ１  をＡ／Ｆセンサ３０の昇温動作に限らず、例えば、内燃機関１０の運転状態により変更してＡ／Ｆセンサ３０に対して安定した制御を実行させることができる。
【００４６】
そして、本実施例は、変化量制限値ｄＲをＡ／Ｆセンサ３０の昇温中では大きく設定し、Ａ／Ｆセンサ３０の昇温終了後では小さく設定するものである。即ち、昇温中と昇温終了後でＡ／Ｆセンサ３０の素子抵抗Ｒに対する変化量の許容範囲を変えることで、Ａ／Ｆセンサ３０に要求されている早期活性化を実現させながら安定した制御を実行させることができる。
【００４７】
〈実施例２〉
次に、本発明の実施の形態の第２実施例にかかるＡ／Ｆセンサの制御装置が適用された空燃比検出装置で使用されているマイコン２０の制御における素子抵抗検出の処理手順を示す図１１のフローチャートに基づき、図１２のタイムチャートを参照して説明する。なお、本実施例の空燃比検出装置の概略構成等は図１乃至図４と同様であり詳細な説明を省略する。
【００４８】
図１１において、まず、ステップＳ４５１で図６に示す素子抵抗検出処理が実行され、素子抵抗Ｒが算出される。次にステップＳ４５２に移行し、Ａ／Ｆセンサ３０の昇温中であるかが判定される。ステップＳ４５２の判定条件が成立し、Ａ／Ｆセンサ３０の昇温中であるときにはステップＳ４５３に移行し、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）のカットオフ周波数ｄｆｃ  がｄｆｃ  ０に設定される（図１２に示す昇温中における素子抵抗Ｒのやや大きな変動参照）。一方、ステップＳ４５２の判定条件が成立せず、Ａ／Ｆセンサ３０の昇温終了後、即ち、Ａ／Ｆセンサ３０が活性化温度に達しているときにはステップＳ４５４に移行し、ＬＰＦのカットオフ周波数ｄｆｃ  がｄｆｃ  １に設定される（図１２に示す昇温終了後における素子抵抗Ｒの小さな変動参照）。ステップＳ４５３またはステップＳ４５４の処理ののちステップＳ４５５に移行し、ステップＳ４５１で算出された素子抵抗ＲがＬＰＦ処理後における素子抵抗Ｒに置換えられたのち、本ルーチンを終了する。
【００４９】
このように、本実施例は、電圧の印加に伴い排ガス中のＡ／Ｆ（酸素濃度）に応じたセンサ電流（電流信号）を出力するＡ／Ｆセンサ３０の制御装置であって、電圧変化量ΔＶに伴う電流変化量ΔＩに基づきＡ／Ｆセンサ３０で検出される素子抵抗Ｒに対し、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）を通過させるものである。
【００５０】
したがって、Ａ／Ｆセンサ３０の素子抵抗Ｒの変化が許容範囲の変化量となるように制限され、Ａ／Ｆセンサ３０による制御の実行範囲を正常範囲に納めることができる。つまり、Ａ／Ｆセンサ３０の素子抵抗検出時において、センサ信号が微小信号であることで内燃機関の運転状態、センサ信号の配線状態等からノイズが重畳され、検出された素子抵抗値が真値と大きく異なることが防止される。即ち、Ａ／Ｆセンサ３０の素子抵抗変化に対して十分な応答性を持つＬＰＦを通過させることで、素子抵抗変化が正常な制御範囲を逸脱しないようにできる。そして、微小な変化による影響を受けないため正常な素子抵抗の変化による制御には影響を与えることがなく、検出された素子抵抗に基づく素子ヒータ制御等で求める応答性が得られる。
【００５１】
また、本実施例は、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）のカットオフ周波数ｄｆｃを所定の条件に基づき変更するものである。したがって、Ａ／Ｆセンサ３０の素子抵抗Ｒが素子使用状態に応じて正常な素子抵抗変化に対して十分な応答性を持つようにＬＰＦのカットオフ周波数を変化させる。即ち、素子抵抗検出で通過されるＬＰＦのカットオフ周波数ｄｆｃ０，ｄｆｃ１をＡ／Ｆセンサ３０の昇温状態に限らず、例えば、内燃機関１０の運転状態により変更される。これにより、Ａ／Ｆセンサ３０に対して安定した制御を実行させることができる。
【００５２】
そして、本実施例は、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）のカットオフ周波数ｄｆｃをＡ／Ｆセンサ３０の昇温中では高く設定し、Ａ／Ｆセンサ３０の昇温終了後では低く設定するものである。即ち、Ａ／Ｆセンサ３０の昇温中の素子抵抗変化に対し十分な応答性を持つＬＰＦとＡ／Ｆセンサ３０の昇温終了後の素子抵抗変化に対し十分な応答性を持つＬＰＦとを昇温中と昇温終了後で切換えることで、Ａ／Ｆセンサ３０に要求されている早期活性化を実現させながら安定した制御を実行させることができる。
【００５３】
〈実施例３〉
次に、本発明の実施の形態の第３実施例にかかるＡ／Ｆセンサの制御装置が適用された空燃比検出装置で使用されているマイコン２０の制御における素子抵抗検出の処理手順を示す図１３のフローチャートに基づき、図１４のタイムチャートを参照して説明する。なお、本実施例の空燃比検出装置の概略構成等は図１乃至図４と同様であり詳細な説明を省略する。
【００５４】
図１３において、まず、ステップＳ４６１で図６に示す素子抵抗検出処理が実行され、素子抵抗Ｒが算出される。次にステップＳ４６２に移行し、Ａ／Ｆセンサ３０の昇温中であるかが判定される。ステップＳ４６２の判定条件が成立し、Ａ／Ｆセンサ３０の昇温中であるときにはステップＳ４６３に移行し、素子抵抗検出値の変化量制限値ｄＲがｄＲ０（例えば、５０Ω）に設定される（図１４に示す昇温中における素子抵抗Ｒのやや大きな変動参照）。一方、ステップＳ４６２の判定条件が成立せず、Ａ／Ｆセンサ３０の昇温終了後、即ち、Ａ／Ｆセンサ３０が活性化温度に達しているときにはステップＳ４６４に移行し、素子抵抗検出値の変化量制限値ｄＲが昇温中のｄＲ０より小さなｄＲ１（例えば、１０Ω）に設定される（図１４に示す昇温中における素子抵抗Ｒの小さな変動参照）。ステップＳ４６３またはステップＳ４６４の処理ののちステップＳ４６５に移行し、前回の素子抵抗からステップＳ４６１で算出された今回の素子抵抗Ｒを減算した値の絶対値が変化量制限値ｄＲ以下であるかが判定される。ステップＳ４６５の判定条件が成立せず絶対値が変化量制限値ｄＲを越えているときには、ステップＳ４６６に移行し、今回の素子抵抗Ｒが前回の素子抵抗から変化量制限値ｄＲを越えて大きいときには、前回の素子抵抗に変化量制限値ｄＲを加算した抵抗値が今回の素子抵抗Ｒに置換えられ、また、今回の素子抵抗Ｒが前回の素子抵抗から変化量制限値ｄＲを越えて小さいときには、前回の素子抵抗から変化量制限値ｄＲを減算した抵抗値が今回の素子抵抗Ｒに置換えられる。一方、ステップＳ４６５の判定条件が成立し絶対値が変化量制限値ｄＲ以下であるときには、ステップＳ４６６をスキップしステップＳ４６１で算出された今回の素子抵抗Ｒそのままとされる。次にステップＳ４６７に移行して、算出された素子抵抗ＲがＬＰＦ処理後における素子抵抗Ｒに置換えられたのち、本ルーチンを終了する。
【００５５】
このように、本実施例は、電圧の印加に伴い排ガス中のＡ／Ｆ（酸素濃度）に応じたセンサ電流（電流信号）を出力するＡ／Ｆセンサ３０の制御装置であって、電圧変化量ΔＶに伴う電流変化量ΔＩに基づきＡ／Ｆセンサ３０で検出される素子抵抗Ｒに対する変化量を制限すると共に、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）を通過させるものである。
【００５６】
したがって、Ａ／Ｆセンサ３０の素子抵抗Ｒの変化が許容範囲の変化量となるように制限され、かつＬＰＦ処理されるためＡ／Ｆセンサ３０による制御の実行範囲を正常範囲に納めることができる。つまり、Ａ／Ｆセンサ３０の素子抵抗検出時において、センサ信号が微小信号であることで内燃機関の運転状態、センサ信号の配線状態等からノイズが重畳され、検出された素子抵抗値が真値と大きく異なることが防止される。即ち、Ａ／Ｆセンサ３０の素子抵抗変化が所定の範囲の変化量までに制限され、素子抵抗変化に対して十分な応答性を持つＬＰＦ処理されることで正常な制御範囲を逸脱しないようにできる。そして、微小な変化による影響を受けないため正常な素子抵抗の変化による制御には影響を与えることがなく、検出された素子抵抗に基づく素子ヒータ制御等で求める応答性が得られる。
【００５７】
〈実施例４〉
次に、本発明の実施の形態の第４実施例にかかるＡ／Ｆセンサの制御装置が適用された空燃比検出装置で使用されているマイコン２０の制御における素子抵抗検出の処理手順を示す図１５のフローチャートに基づき、図１６のタイムチャートを参照して説明する。なお、本実施例の空燃比検出装置の概略構成等は図１乃至図４と同様であり詳細な説明を省略する。
【００５８】
図１５において、まず、ステップＳ４７１で図６に示す素子抵抗検出処理が実行され、素子抵抗Ｒが算出される。次にステップＳ４７２に移行し、今回検出された素子抵抗と（ｎ−１）回前までの素子抵抗とのｎ個の素子抵抗が平均化される（図１６に示す素子抵抗Ｒの所定幅の小さな変動参照）。次にステップＳ４７３に移行して、（ｎ−１）回前の素子抵抗が消去され、代わりに今回検出された素子抵抗が記憶される。次にステップＳ４７４に移行して、ステップＳ４７２で平均化され求められた値が素子抵抗Ｒｘに置換えられ、本ルーチンを終了する。
【００５９】
このように、本実施例は、電圧の印加に伴い排ガス中のＡ／Ｆ（酸素濃度）に応じたセンサ電流（電流信号）を出力するＡ／Ｆセンサ３０の制御装置であって、電圧変化量ΔＶに伴う電流変化量ΔＩに基づきＡ／Ｆセンサ３０で検出される複数の素子抵抗Ｒを平均化するものである。
【００６０】
したがって、Ａ／Ｆセンサ３０の素子抵抗Ｒの変化が平均化され、異常データの影響が押さえられるためＡ／Ｆセンサ３０による制御の実行範囲を正常範囲に納めることができる。つまり、Ａ／Ｆセンサ３０の素子抵抗検出時において、センサ信号が微小信号であることで内燃機関の運転状態、センサ信号の配線状態等からノイズが重畳され、検出された素子抵抗値が真値と大きく異なることが防止される。即ち、Ａ／Ｆセンサ３０の素子抵抗変化が平均化されることで正常な制御範囲を逸脱しないようにできる。そして、微小な変化による影響を受けないため正常な素子抵抗の変化による制御には影響を与えることがなく、検出された素子抵抗に基づく素子ヒータ制御等で求める応答性が得られる。
【００６１】
ところで、上記実施例では、Ａ／Ｆ（空燃比）を酸素濃度に応じた電流信号として検出するＡ／Ｆセンサ３０の制御装置について述べたが、このＡ／Ｆセンサ３０としては１セル式の限界電流式酸素濃度センサに限らず２セル式の酸素濃度センサでもよい。また、コップ型の酸素濃度センサに限らず積層型の酸素濃度センサでもよい。
【００６２】
また、上記実施例では、ガス濃度センサの制御装置に用いるガス濃度センサとして、酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ３０について述べたが、その他のガス濃度センサとして、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ１００について、図１７を参照して説明する。なお、図１７は、ＮＯｘ濃度センサ１００の先端部の要部構成を示す断面模式図であり、このＮＯｘ濃度センサ１００は所定の筒状ハウジング内に収容され、図１に示すＡ／Ｆセンサ３０と同様、内燃機関１０の下流側に接続された排気通路１２に配設される。
【００６３】
図１７において、ＮＯｘ濃度センサ１００は、主として、固体電解質ＳＥＡと一対の電極１２１，１２２からなる酸素ポンプセル１２０、固体電解質ＳＥＢと一対の電極１５１，１５２からなる酸素検知セル１５０及び固体電解質ＳＥＢと一対の電極１６１，１６２からなるＮＯｘ検知セル１６０にて構成されている。そして、固体電解質ＳＥＡと固体電解質ＳＥＢとの間には、アルミナ（酸化アルミニウム）等からなるスペーサ１３０が介設され、このスペーサ１３０に設けられた抜穴により第一の内部空間１３１、第二の内部空間１３２が形成されている。また、固体電解質ＳＥＢの裏面側にはアルミナ等からなるスペーサ１４０が介設され、このスペーサ１４０には長手方向の端縁まで延設された抜穴により基準酸素濃度ガスである大気が導入される大気通路１４１が形成され、更に、各セルを加熱するためのヒータ１７０が積層されている。
【００６４】
酸素ポンプセル１２０は、第一の内部空間１３１内の酸素濃度を所定濃度に保持するためのもので、シート状に形成された酸素イオン導電性の固体電解質ＳＥＡと、その両面の対向位置にスクリーン印刷等により形成された一対の電極１２１，１２２からなる。酸素イオン導電性の固体電解質ＳＥＡとしては例えば、イットリア添加ジルコニア等が用いられる。
【００６５】
固体電解質ＳＥＡ及び一対の電極１２１，１２２を貫通して、所定の径寸法のピンホール１１１が形成されている。このピンホール１１１の径寸法は、これを通過して第一の内部空間１３１に導入される排気ガスの拡散速度が所定の速度となるように適宜設定される。また、排気ガス側の電極１２１及びピンホール１１１を被覆して、多孔質アルミナ等からなる多孔質保護層１１３が形成されており、電極１２１の被毒やピンホール１１１が排気ガスに含まれる煤等で目詰まりするのが防止される。
【００６６】
酸素検知セル１５０は第一の内部空間１３１内の酸素濃度を検出するもので、ジルコニア等からなるシート状の固体電解質ＳＥＢと、その両面の対向位置にスクリーン印刷等により形成された一対の電極１５１，１５２からなる。一対の電極１５１，１５２のうち、電極１５１は例えば、多孔質Ｐｔ（白金）電極からなり大気通路１４１に露出して形成され、この電極１５１と固体電解質ＳＥＢを挟んで対向する電極１５２は第一の内部空間１３１に露出して形成されている。この電極１５２は酸素ポンプセル１２０の電極１２２と同様、ＮＯｘの還元に対して不活性であり、酸素の還元に対して活性であるように電極活性が調整されている。
【００６７】
ＮＯｘ検知セル１６０はＮＯｘの還元分解により生じる酸素量からＮＯｘ濃度を検出するもので、酸素検知セル１５０と共通の固体電解質ＳＥＢと、その両面の対向位置にスクリーン印刷等により形成された一対の電極１６１，１６２からなる。固体電解質ＳＥＢに隣接するスペーサ１３０の抜穴にて設けられた第一の内部空間１３１と第二の内部空間１３２との間には絞りとしての連通孔１１２が形成されており、第一の内部空間１３１内の被測定ガスが所定の拡散速度で第二の内部空間１３２内に導入される。
【００６８】
一対の電極１６１，１６２のうち、電極１６１は例えば、多孔質Ｐｔ電極からなり大気通路１４１に露出して形成され、この電極１６１と固体電解質ＳＥＢを挟んで対向する電極１６２は第二の内部空間１３２に露出して形成されている。この電極１６２はＮＯｘの還元に対して活性である例えば、多孔質Ｐｔ電極からなる。このため、第二の内部空間１３２に導入される被測定ガス中のＮＯｘは、電極１６２にて還元分解され酸素と窒素とが生成される。
【００６９】
更に、ヒータ１７０はアルミナ等からなるヒータシート１７３面にヒータ電極１７１が形成されている。ヒータ電極１７１としては、通常、Ｐｔ電極が用いられ、その上面にはアルミナ等からなる絶縁層１７２が形成されている。ヒータ電極１７１や各電極のリード部には図示しないリードが接続されセンサ基部の端子に接続されている。
【００７０】
上述のように構成されたＮＯｘ濃度センサ１００の作動について以下に説明する。被測定ガスである排気ガスは、ピンホール１１１を通って第一の内部空間１３１に導入される。酸素検知セル１５０では、第一の内部空間１３１に面する電極１５２と大気が導入される大気通路１４１に面する電極１５１との酸素濃度差に基づき、ネルンストの式で表される起電力が発生される。この起電力の大きさを測定することで、第一の内部空間１３１内の酸素濃度を知ることができる。
【００７１】
酸素ポンプセル１２０では、一対の電極１２１，１２２間に電圧が印加され第一の内部空間１３１内の酸素が出し入れされることにより、第一の内部空間１３１内の酸素濃度が所定の低濃度に制御される。例えば、排気ガス側の電極１２１が（＋）極となるように所定の電圧が印加されると、第一の内部空間１３１側の電極１２２上で酸素が還元され酸素イオンとなり、ポンピング作用により電極１２１側に排出される。一対の電極１２１，１２２間への通電量は、酸素検知セル１５０の一対の電極１５１，１５２間に発生する起電力が所定の一定値となるようにフィードバック制御され、第一の内部空間１３１内の酸素濃度が一定とされる。ここで、第一の内部空間１３１に面する電極１２２，１５２は酸素の還元に対しては活性であるが、ＮＯｘの還元に対しては不活性であるので、第一の内部空間１３１内では、ＮＯｘの分解は起こらず、従って、酸素ポンプセル１２０の作動により第一の内部空間１３１内のＮＯｘ量が変化することはない。
【００７２】
酸素ポンプセル１２０及び酸素検知セル１５０により一定の低酸素濃度となった排気ガスは、連通孔１１２を通って第二の内部空間１３２内に導入される。第二の内部空間１３２に面するＮＯｘ検知セル１６０は、ＮＯｘに対して活性であるので、電極１６１が（＋）極となるように一対の電極１６１，１６２間に所定の電圧が印加されると、電極１６２上でＮＯｘが還元分解され、ＮＯｘ分子内の酸素原子による酸素イオン電流が流れる。この電流値が測定されることで排気ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を検出することができる。
【００７３】
このように、ガス濃度センサの制御装置に用いるガス濃度センサとして、酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ３０、窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ１００について述べたが、本発明を実施する場合には、これらに限定されるものではなく、その他、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等のガス濃度を検出するガス濃度センサを用いたガス濃度センサの制御装置にも同様に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態の第１実施例乃至第１１実施例にかかるＡ／Ｆセンサの制御装置が適用された空燃比検出装置の構成を示す概略図である。
【図２】図２は図１におけるＡ／Ｆセンサの概略構成を示す断面図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態の第１実施例乃至第１１実施例にかかるＡ／Ｆセンサの制御装置が適用された空燃比検出装置で使用されているＡ／Ｆセンサの電圧−電流特性を示すテーブルである。
【図４】図４は本発明の実施の形態の第１実施例乃至第１１実施例にかかるＡ／Ｆセンサの制御装置が適用された空燃比検出装置におけるバイアス制御回路の電気的構成を示す回路図である。
【図５】図５は本発明の実施の形態の第１実施例にかかるＡ／Ｆセンサの制御装置が適用された空燃比検出装置で使用されているマイコンにおける制御のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図６は図５の素子抵抗検出処理のサブルーチンを示するフローチャートである。
【図７】図７は本発明の実施の形態の第１実施例にかかるＡ／Ｆセンサの制御装置が適用された空燃比検出装置で使用されているＡ／Ｆセンサに印加される電圧変化とそれに伴う電流変化とを示す波形図である。
【図８】図８は本発明の実施の形態の第１実施例にかかるＡ／Ｆセンサの制御装置が適用された空燃比検出装置で使用されているＡ／Ｆセンサの素子温と素子抵抗との関係を示す特性図である。
【図９】図９は本発明の実施の形態の第１実施例にかかるＡ／Ｆセンサの制御装置が適用された空燃比検出装置で使用されているマイコンの制御における素子抵抗検出の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は図９における作用を具体的に示すタイムチャートである。
【図１１】図１１は本発明の実施の形態の第２実施例にかかるＡ／Ｆセンサの制御装置が適用された空燃比検出装置で使用されているマイコンの制御における素子抵抗検出の処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は図１１における作用を具体的に示すタイムチャートである。
【図１３】図１３は本発明の実施の形態の第３実施例にかかるＡ／Ｆセンサの制御装置が適用された空燃比検出装置で使用されているマイコンの制御における素子抵抗検出の処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は図１３における作用を具体的に示すタイムチャートである。
【図１５】図１５は本発明の実施の形態の第４実施例にかかるＡ／Ｆセンサの制御装置が適用された空燃比検出装置で使用されているマイコンの制御における素子抵抗検出の処理手順を示すフローチャートである。
【図１６】図１６は図１５における作用を具体的に示すタイムチャートである。
【図１７】図１７はＮＯｘ濃度センサの要部構成を示す断面模式図である。
【図１８】図１８は従来の素子抵抗検出を説明する波形図である。
【符号の説明】
１０    内燃機関
２０    マイクロコンピュータ（マイコン）
３０    Ａ／Ｆセンサ（酸素濃度センサ）
３１    ヒータ
４０    バイアス制御回路
５０    電流検出回路
６０    ヒータ制御回路
７０    Ｓ／Ｈ回路（サンプルホールド回路）
【図１】
0003695408.tif 000002
【図２】
0003695408.tif 000003
【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】
0003695408.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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