(57)【要約】【課題】複数設定したガス濃度検出範囲のガス濃度信号について各々の特性誤差を把握することを可能とし、ひいてはガス濃度の検出精度向上を図る。【解決手段】センサ制御回路３０には、各々増幅率の異なるオペアンプ３８，３９が設けられ、このオペアンプ３８，３９から広範囲検出信号ＡＦＯ１とストイキ検出信号ＡＦＯ２とが出力される。マイコン２０は、ＡＦＯ１についてストイキ検出状態と大気検出状態とでそれぞれ出力誤差を算出し、それら出力誤差を基に、ＡＦＯ２の空燃比検出範囲内における任意の酸素濃度点に対応する真の酸素濃度を算出する。そして、真の酸素濃度を算出した時のＡＦＯ２の出力誤差を基に当該ＡＦＯ２の特性誤差を算出する。【選択図】      図１
2006010583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質よりなるセンサ素子を有し被検出ガス中の特定成分のガス濃度を広域に検出可能なガス濃度センサに接続され、ガス濃度に応じてセンサ素子に流れる電流を計測しその計測電流に対応するガス濃度信号を出力する構成としたガス濃度検出装置において、
第１の濃度検出範囲内で、その都度のガス濃度に応じてガス濃度信号を出力する第１の信号出力手段と、
前記第１の濃度検出範囲とは異なる第２の濃度検出範囲内で、その都度のガス濃度に応じてガス濃度信号を出力する第２の信号出力手段と、
前記第１の信号出力手段のガス濃度信号について、予め規定した基準特性に対する特性誤差を算出すると共に、該算出した特性誤差を基に、前記第２の濃度検出範囲内における任意のガス濃度点に対応する真のガス濃度を算出する真ガス濃度算出手段と、
前記真のガス濃度を算出した時の前記第２の信号出力手段のガス濃度信号とそれに対応する基準特性とから、当該第２の信号出力手段のガス濃度信号の特性誤差を算出する特性誤差算出手段と、
を備えたことを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項２】
前記真ガス濃度算出手段は、前記第１の信号出力手段のガス濃度信号について少なくとも２つのガス濃度点で、予め規定した基準特性に対する出力誤差を算出すると共に、該算出した各点の出力誤差を基に、前記第２の濃度検出範囲内における任意のガス濃度点に対応する真のガス濃度を算出することを特徴とする請求項１に記載のガス濃度検出装置。
【請求項３】
前記真ガス濃度算出手段は、少なくとも２つのガス濃度点での出力誤差の補間計算を基に、前記第２の濃度検出範囲内における任意のガス濃度点に対応する真のガス濃度を算出することを特徴とする請求項２に記載のガス濃度検出装置。
【請求項４】
前記第１の信号出力手段が、酸素濃度＝０％の状態と所定酸素濃度の大気状態とを含む第１の濃度検出範囲で被検出ガス中の酸素濃度を検出するものである構成において、
前記真ガス濃度算出手段は、酸素濃度＝０％の状態下で算出した出力誤差と大気状態下で算出した出力誤差とを算出する手段と、それら出力誤差を基に、前記第２の濃度検出範囲内における任意のガス濃度点に対応する真のガス濃度を算出する手段と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項５】
固体電解質よりなるセンサ素子を有し内燃機関から排出される排ガス中の特定成分のガス濃度を広域に検出可能なガス濃度センサに接続され、ガス濃度に応じてセンサ素子に流れる電流を計測しその計測電流に対応するガス濃度信号を出力する構成としたガス濃度検出装置において、
酸素濃度＝０％であるストイキ状態と所定酸素濃度の大気状態とを含む第１の濃度検出範囲内で、その都度のガス濃度に応じてガス濃度信号を出力する第１の信号出力手段と、
ストイキ状態は含むが大気状態は含まない、前記第１の濃度検出範囲よりも狭い第２の濃度検出範囲内で、その都度のガス濃度に応じてガス濃度信号を出力する第２の信号出力手段と、
ストイキ状態と大気状態での前記第１の信号出力手段のガス濃度信号について、予め規定した基準特性に対する出力誤差をそれぞれ算出すると共に、該出力誤差から第１の信号出力手段の特性誤差を算出する第１の特性誤差算出手段と、
前記算出した第１の信号出力手段の特性誤差を基に、前記第２の濃度検出範囲内における任意のガス濃度点に対応する真のガス濃度を算出する真ガス濃度算出手段と、
前記真のガス濃度を算出した時の前記第２の信号出力手段のガス濃度信号とそれに対応する基準特性とから、当該第２の信号出力手段のガス濃度信号の特性誤差を算出する第２の特性誤差算出手段と、
を備えたことを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項６】
前記センサ素子への電圧印加時に流れる電流を計測するセンサ回路を、被検出ガスを対象にガス濃度検出を行う通常状態から、ガス雰囲気に関係なく酸素濃度＝０％でのガス濃度信号を出力する基準信号出力状態に一時的に切り替える状態切替手段を備えたことを特徴とする請求項４又は５に記載のガス濃度検出装置。
【請求項７】
前記第２の信号出力手段のガス濃度信号について、酸素濃度＝０％の状態下での出力誤差と前記真のガス濃度を算出した時の出力誤差とを算出する手段と、それら出力誤差を基に、前記第２の濃度検出範囲内における任意のガス濃度信号を補正する手段と、を備えたことを特徴とする請求項４乃至６の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項８】
前記真ガス濃度算出手段が、前記第２の濃度検出範囲内の２つのガス濃度点で真のガス濃度を算出する構成において、
前記第２の信号出力手段のガス濃度信号について、前記２つの真のガス濃度を算出した時の各々の出力誤差を算出する手段と、それら出力誤差を基に、前記第２の濃度検出範囲内における任意のガス濃度信号を補正する手段と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項９】
前記第１の信号出力手段と前記第２の信号出力手段とは、それぞれ増幅率の異なる増幅器により個別にガス濃度信号を出力することを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項１０】
前記第１の信号出力手段を構成する増幅器の増幅率をｍ、前記第２の信号出力手段を構成する増幅器の増幅率をｎとした場合、増幅率ｍ，ｎはｍ＜ｎの関係であることを特徴とする請求項９に記載のガス濃度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス濃度検出装置に係り、特に回路個体差等によるセンサ出力の誤差を解消するための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両用エンジンより排出される排ガスを対象に同ガス中の酸素濃度（空燃比）を検出する限界電流式の空燃比センサ（いわゆるＡ／Ｆセンサ）が知られている。すなわち、空燃比センサは、固体電解質体よりなるセンサ素子を有し、該センサ素子への電圧印加に伴いその都度の空燃比に応じた素子電流を流すよう構成されている。この場合、センサ素子に流れる素子電流がセンサ回路にて計測され、センサ回路は素子電流に比例する空燃比検出信号を出力する。
【０００３】
また、近年では、広域の空燃比検出範囲で空燃比の検出を可能とすることが要望されており、例えばリッチ域から大気状態までの範囲内で空燃比検出が行われる。その一方、ストイキ近傍での空燃比フィードバック制御の精度向上等を目的として、ストイキ近傍領域などでは空燃比の検出精度の向上（検出分解能の向上）が要望されている。例えば特許文献１では、空燃比検出範囲として、比較的広い検出範囲（例えばＡ／Ｆ＝１１〜大気）と比較的狭い検出範囲（Ａ／Ｆ＝１２〜２２）とを設定しておき、それら各検出範囲で各々異なる増幅率にて空燃比検出信号を増幅する構成としている。これにより、広範囲での空燃比検出と、ストイキ近傍等の特定範囲における空燃比の検出精度向上とを実現するようにしていた。
【０００４】
ところで、空燃比センサやセンサ回路では特性誤差が存在しており、その特性誤差に起因して空燃比の検出精度が低下するという問題が生じる。また、上記特許文献１のように、複数の空燃比検出範囲を設定しておき各検出範囲で検出信号の増幅率を変更する構成では、増幅器を構成するオペアンプや抵抗器の個体差等により、検出範囲毎に特性誤差が相違する。この場合、検出範囲毎に特性誤差が把握できないと、特性誤差分の補正が不可能となり、空燃比の制御精度等に悪影響が及ぶ。
【特許文献１】特許第３４８７１５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、複数設定したガス濃度検出範囲のガス濃度信号について各々の特性誤差を把握することを可能とし、ひいてはガス濃度の検出精度向上を図ることができるガス濃度検出装置を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、互いに異なるガス濃度検出範囲でガス濃度に応じたガス濃度信号を出力する少なくとも２つの信号出力手段を備えたガス濃度検出装置を前提としており、かかる構成では、信号出力手段毎に各々異なる特性誤差が生じると考えられる。そこで、１つの信号出力手段の特性誤差を求め、その特性誤差を反映して任意のガス濃度雰囲気にて真のガス濃度を算出する。そして、真のガス濃度が分かった時に、他の信号出力手段のガス濃度信号と基準特性とを比較することにより、当該他の信号出力手段の特性誤差を求めるようにしている。
【０００７】
すなわち、第１の信号出力手段は、第１の濃度検出範囲内で、その都度のガス濃度に応じてガス濃度信号を出力し、第２の信号出力手段は、第１の濃度検出範囲とは異なる第２の濃度検出範囲内で、その都度のガス濃度に応じてガス濃度信号を出力する。また、真ガス濃度算出手段は、第１の信号出力手段のガス濃度信号について、予め規定した基準特性に対する特性誤差を算出すると共に、該算出した特性誤差を基に、第２の濃度検出範囲内における任意のガス濃度点に対応する真のガス濃度を算出する。そして、特性誤差算出手段は、真のガス濃度を算出した時の第２の信号出力手段のガス濃度信号とそれに対応する基準特性とから、当該第２の信号出力手段のガス濃度信号の特性誤差を算出する。
【０００８】
上記構成によれば、第１の信号出力手段の特性誤差（０点ズレや傾き誤差等）を基に、第２の信号出力手段の特性誤差が把握できる。従って、第１の信号出力手段については特性誤差の算出が可能であるが、第２の信号出力手段については特性誤差の算出が不可能である場合にも、第２の信号出力手段の特性誤差の算出が可能となる。その結果、複数設定したガス濃度検出範囲のガス濃度信号について各々の特性誤差を把握することが可能となり、ひいてはガス濃度の検出精度向上を図ることができる。
【０００９】
真ガス濃度算出手段は、第１の信号出力手段のガス濃度信号について少なくとも２つのガス濃度点で、予め規定した基準特性に対する出力誤差を算出すると共に、該算出した各点の出力誤差を基に、前記第２の濃度検出範囲内における任意のガス濃度点に対応する真のガス濃度を算出すると良い。少なくとも２点のガス濃度点で出力誤差を算出すれば、それら出力誤差の補間計算等によって任意のガス濃度での出力誤差を算出することが可能となる。この場合、その都度の真のガス濃度が容易に算出できる。
【００１０】
第１の信号出力手段が、酸素濃度＝０％の状態と大気状態とを含む第１の濃度検出範囲で被検出ガス中の酸素濃度を検出するものである構成では、酸素濃度＝０％の状態下で算出した出力誤差と大気状態下で算出した出力誤差とを算出し、それら出力誤差を基に、前記第２の濃度検出範囲内における任意のガス濃度点に対応する真のガス濃度を算出すると良い。酸素濃度＝０％の状態と大気状態は、共に酸素濃度が既知であり、基準特性に対してどれだけ出力値がずれているか、すなわち各状態下での出力誤差を容易に求めることができる。故に、基準特性に対する特性誤差を容易に算出でき、結果として任意のガス濃度信号に対する真のガス濃度を正確に算出できる。
【００１１】
一方、内燃機関から排出される排ガスをガス濃度の検出対象とするガス濃度検出装置において、第１の信号出力手段が、ストイキ状態と大気状態とを含む第１の濃度検出範囲内で、その都度のガス濃度に応じてガス濃度信号を出力し、第２の信号出力手段が、ストイキ状態は含むが大気状態は含まない、前記第１の濃度検出範囲よりも狭い第２の濃度検出範囲内で、その都度のガス濃度に応じてガス濃度信号を出力する構成が考えられる。かかる構成において、第１の特性誤差算出手段は、ストイキ状態と大気状態での第１の信号出力手段のガス濃度信号について、予め規定した基準特性に対する出力誤差をそれぞれ算出すると共に、該出力誤差から第１の信号出力手段の特性誤差を算出する。真ガス濃度算出手段は、前記算出した第１の信号出力手段の特性誤差を基に、前記第２の濃度検出範囲内における任意のガス濃度点に対応する真のガス濃度を算出する。そして、第２の特性誤差算出手段は、真のガス濃度を算出した時の第２の信号出力手段のガス濃度信号とそれに対応する基準特性とから、当該第２の信号出力手段のガス濃度信号の特性誤差を算出する。
【００１２】
上記構成によれば、第１の信号出力手段の特性誤差（０点ズレや傾き誤差等）を基に、第２の信号出力手段の特性誤差が把握できる。従って、第１の信号出力手段については、ストイキ状態と大気状態でのガス濃度信号から特性誤差の算出が可能であるが、第２の信号出力手段については特性誤差の算出が不可能である場合にも、第２の信号出力手段の特性誤差の算出が可能となる。その結果、複数設定したガス濃度検出範囲のガス濃度信号について各々の特性誤差を把握することが可能となり、ひいてはガス濃度の検出精度向上を図ることができる。
【００１３】
センサ素子への電圧印加時に流れる電流を計測するセンサ回路を、被検出ガスを対象にガス濃度検出を行う通常状態から、ガス雰囲気に関係なく酸素濃度＝０％でのガス濃度信号を出力する基準信号出力状態に一時的に切り替える状態切替手段を備えると良い。この場合、積極的に基準信号出力状態に移行させることができ、酸素濃度＝０％の状態に相当するガス濃度信号を所望のタイミングで得ることができるようになる。
【００１４】
状態切替手段の具体的手段として、例えば次の（１）〜（４）の手法が考えられる。
【００１５】
（１）センサ回路においてガス濃度センサに接続される電流経路にスイッチ手段を設け、該スイッチ手段を開状態とすることで、センサ回路を基準信号出力状態とする。すなわち、この種のガス濃度センサでは酸素濃度＝０％では素子電流が０ｍＡとなるが、スイッチ手段の開放により素子電流が遮断され、素子電流＝０ｍＡの基準信号出力状態を作り出すことができる。
【００１６】
（２）センサ回路において、ガス濃度センサに接続される増幅回路の出力段スイッチ素子を強制的にオフ状態とすることで、センサ回路を基準信号出力状態とする。この場合、スイッチ素子をオフ状態とすることで素子電流が遮断され、素子電流＝０ｍＡの基準信号出力状態（酸素濃度＝０％の状態）を作り出すことができる。なお、センサ回路において、増幅回路の出力段スイッチ素子をオン状態又はオフ状態とするための変更手段（例えばスイッチ素子としてのトランジスタ等）を設け、この変更手段により前記出力段スイッチ素子をオフ状態とする構成としても良い。
【００１７】
（３）ガス濃度センサに接続される正負両側の接続端子のうち、一方に当該ガス濃度センサに流れる電流を計測する電流検出抵抗を接続すると共に、他方にセンサ電流経路を開又は閉状態とするためのスイッチ手段を接続し、スイッチ手段を開状態とすることでセンサ回路を基準信号出力状態とする。特にこの場合、ガス濃度検出側（電流検出抵抗の接続側）とは反対側にスイッチ手段を接続するようにしたため、スイッチ開放に伴いガス濃度出力の変動が生じ、それがそのまま出力されてしまうといった不都合が抑制できる。
【００１８】
（４）ガス濃度センサに接続される正負両側の接続端子を同電位とすることで、センサ回路を基準信号出力状態とする。つまり、センサ印加電圧＝０Ｖとなり、結果素子電流＝０ｍＡの基準信号出力状態を作り出すことができる。
【００１９】
真のガス濃度を算出した時の第２の信号出力手段の特性誤差を算出した後は、その特性誤差を用いて第２の信号出力手段のガス濃度信号が補正されると良い。この場合、第２の信号出力手段のガス濃度信号について、酸素濃度＝０％の状態下での出力誤差と、前記真のガス濃度を算出した時の出力誤差とを算出し、それら出力誤差を基に、第２の濃度検出範囲内における任意のガス濃度信号を補正すると良い。
【００２０】
又は、真ガス濃度算出手段が、第２の濃度検出範囲内の２つのガス濃度点で真のガス濃度を算出する構成において、第２の信号出力手段のガス濃度信号について、前記２つの真のガス濃度を算出した時の各々の出力誤差を算出し、それら出力誤差を基に、第２の濃度検出範囲内における任意のガス濃度信号を補正すると良い。
【００２１】
第１の信号出力手段と第２の信号出力手段とは、それぞれ増幅率の異なる増幅器により個別にガス濃度信号を出力するものであると良い。これにより、同じガス濃度を検出する場合であっても、分解能の異なる２つのガス濃度信号を得ることができる。
【００２２】
この場合、第１の信号出力手段を構成する増幅器の増幅率をｍ、第２の信号出力手段を構成する増幅器の増幅率をｎとすると、増幅率ｍ，ｎはｍ＜ｎの関係であると良い。これにより、第２の信号出力手段のガス濃度信号によるガス濃度検出精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明のガス濃度検出装置を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態では、車載エンジンより排出される排ガス（燃焼ガス）を被検出ガスとして同ガス中の酸素濃度（空燃比、以下Ａ／Ｆとも言う）を検出する空燃比検出装置を具体化しており、空燃比の検出結果はエンジンＥＣＵ等により構成される空燃比制御システムにて用いられる。空燃比制御システムでは、空燃比をストイキ近傍でフィードバック制御するストイキ燃焼制御や、同空燃比を所定のリーン領域でフィードバック制御するリーン燃焼制御等が適宜実現される。
【００２４】
先ずはじめに、ガス濃度センサとしてのＡ／Ｆセンサの構成を図２を用いて説明する。本Ａ／Ｆセンサは積層型構造のセンサ素子１０を有し、図２にはセンサ素子１０の断面構成を示す。実際には当該センサ素子１０は図２の紙面直交方向に延びる長尺状をなし、素子全体がハウジングや素子カバー内に収容される構成となっている。
【００２５】
センサ素子１０は、固体電解質１１、拡散抵抗層１２、遮蔽層１３及び絶縁層１４を有し、これらが図の上下に積層されて構成されている。同素子１０の周囲には図示しない保護層が設けられている。長方形板状の固体電解質１１（固体電解質体）は部分安定化ジルコニア製のシートであり、その固体電解質１１を挟んで上下一対の電極１５，１６が対向配置されている。電極１５，１６は白金Ｐｔ等により形成されている。拡散抵抗層１２は電極１５へ排ガスを導入するための多孔質シートからなり、遮蔽層１３は排ガスの透過を抑制するための緻密層からなる。これら各層１２，１３は何れも、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスをシート成形法等により成形したものであるが、ポロシティの平均孔径及び気孔率の違いによりガス透過率が相違するものとなっている。
【００２６】
絶縁層１４はアルミナ、ジルコニア等のセラミックスからなり、電極１６に対面する部位には大気ダクト１７が形成されている。また、同絶縁層１４には白金Ｐｔ等により形成されたヒータ１８が埋設されている。ヒータ１８は、バッテリ電源からの通電により発熱する線状の発熱体よりなり、その発熱により素子全体を加熱する。なお以下の説明では場合によって、電極１５を拡散層側電極、電極１６を大気側電極とも言うこととする。本実施の形態では、大気側電極１６に接続される端子を正側端子（＋端子）、拡散層側電極１５に接続される端子を負側端子（−端子）としている。
【００２７】
上記センサ素子１０において、その周囲の排ガスは拡散抵抗層１２の側方部位から導入されて拡散層側電極１５に達する。排ガスがリーンの場合、排ガス中の酸素は電極１５，１６間の電圧印加により拡散層側電極１５で分解され、イオン化されて固体電解質１１を通過した後、大気側電極１６より大気ダクト１７に排出される。このとき、大気側電極１６→拡散層側電極１５の向きに電流（正電流）が流れる。また、排ガスがリッチの場合、逆に大気ダクト１７内の酸素が大気側電極１６で分解され、イオン化されて固体電解質１１を通過した後、拡散層側電極１５より排出される。そして、排ガス中のＨＣやＣＯ等の未燃成分と触媒反応する。このとき、拡散層側電極１５→大気側電極１６の向きに電流（負電流）が流れる。
【００２８】
図３は、Ａ／Ｆセンサについての基本的な電圧−電流特性（Ｖ−Ｉ特性）を示す図面である。図３において、電圧軸（横軸）に平行な平坦部分はセンサ素子１０の素子電流Ｉｐ（限界電流）を特定する限界電流域であって、この素子電流Ｉｐの増減が空燃比の増減（すなわち、リーン・リッチの程度）に対応している。つまり、空燃比がリーン側になるほど素子電流Ｉｐは増大し、空燃比がリッチ側になるほど素子電流Ｉｐは減少する。
【００２９】
このＶ−Ｉ特性において、限界電流域よりも低電圧側は抵抗支配域となっており、抵抗支配域における一次直線部分の傾きはセンサ素子１０の直流内部抵抗Ｒｉにより特定される。直流内部抵抗Ｒｉは素子温に応じて変化し、素子温が低下すると直流内部抵抗Ｒｉが増大する。すなわちこのとき、抵抗支配域の一次直線部分の傾きが小さくなる（直線部分が寝た状態となる）。また、素子温が上昇すると直流内部抵抗Ｒｉが減少する。すなわちこのとき、抵抗支配域の一次直線部分の傾きが大きくなる（直線部分が立った状態となる）。図中のＲＧは、センサ素子１０への印加電圧Ｖｐを決定するための印加電圧特性（印加電圧線）を表している。
【００３０】
次に、本発明の主要部たるセンサ制御系の構成を図１を参照しながら説明する。そのセンサ制御系にはマイクロコンピュータ（以下、マイコンと略す）２０とセンサ制御回路３０とが設けられ、これらによりＡ／Ｆセンサ（センサ素子１０）の検出結果に基づきＡ／Ｆの検出やセンサ素子１０のインピーダンス（素子インピーダンスＺａｃ）の検出が実施される。
【００３１】
図１において、マイコン２０は、ＣＰＵ、各種メモリ、Ａ／Ｄ変換器、Ｉ／Ｏポート等を備える周知の論理演算回路にて構成されており、後述するセンサ制御回路３０により検出した電流信号（アナログ信号）をＡ／Ｄ変換器を介して取り込み、Ａ／Ｆ値の演算や素子インピーダンスＺａｃの演算を適宜実施する。同マイコン２０により演算されたＡ／Ｆ値は、例えば図示しないエンジンＥＣＵに出力され、空燃比フィードバック制御等に使用される。
【００３２】
また、センサ制御回路３０において、センサ素子１０の大気側電極１６に接続された正側端子には、オペアンプ３１及び電流検出抵抗３２を介して基準電源３３が図示の如く接続され、同センサ素子１０の拡散層側電極１５に接続された負側端子には、オペアンプ３４及びスイッチ３５を介して印加電圧制御回路３６が接続されている。この場合、電流検出抵抗３２の一端のＡ点は基準電圧Ｖｆ（例えば２．２Ｖ）と同じ電圧に保持される。素子電流Ｉｐは電流検出抵抗３２を介して流れ、素子電流Ｉｐに応じてＢ点の電圧が変化する。スイッチ３５がＯＮ（閉鎖）された状態において、排ガスがリーンであれば、センサ素子１０には正側端子から負側端子に向けて素子電流Ｉｐが流れるためＢ点電圧が上昇し、逆にリッチであれば、センサ素子１０には負側端子から正側端子に向けて素子電流Ｉｐが流れるためＢ点電圧が低下する。
【００３３】
印加電圧制御回路３６は、Ｂ点電圧をモニタすると共にその電圧値に応じてセンサ素子１０に印加すべき電圧を決定（例えば、図３の印加電圧特性ＲＧに基づき決定）し、オペアンプ３４及びスイッチ３５を介してＤ点電圧を制御する。但し、ストイキ近傍のみでＡ／Ｆ検出を行う場合、印加電圧固定とすることも可能である。
【００３４】
また、基準電源３３にはオペアンプ３７が接続され、このオペアンプ３７の出力とＢ点電圧とが所定増幅率のオペアンプ（差動増幅器）３８，３９に入力される。オペアンプ３８，３９はそれぞれ基準電圧ＶｆとＢ点電圧との電圧差を増幅し、その結果をＡ／Ｆ出力電圧ＡＦＯ１，ＡＦＯ２として出力する。オペアンプ３８，３９は並列な関係を有し、本実施の形態では一方のオペアンプ３８の増幅率を５倍、他方のオペアンプ３９の増幅率を１５倍としている。
【００３５】
ここで、オペアンプ３８は「第１の信号出力手段」に相当し、該オペアンプ３８の出力ＡＦＯ１により空燃比の全検出範囲（例えばＡ／Ｆ＝１１〜大気）についてＡ／Ｆ検出が可能となるよう構成されている。また、オペアンプ３９は「第２の信号出力手段」に相当し、該オペアンプ３９の出力ＡＦＯ２により空燃比の全検出範囲のうちストイキを含む特定範囲（例えばＡ／Ｆ＝１２〜２２）についてＡ／Ｆ検出が可能となるよう構成されている。便宜上以下の説明では、出力ＡＦＯ１を広範囲検出信号、出力ＡＦＯ２をストイキ検出信号とも言う。前者が「広範囲出力」、後者が「狭範囲出力」である。
【００３６】
なお図１の構成において、オペアンプ３８，３９で基準電圧ＶｆとＢ点電圧との電圧差を増幅する構成としては、オペアンプ３８，３９にＡ点電圧とＢ点電圧とを入力する構成も考えられる。但しかかる構成では、オペアンプ３８，３９の帰還電流が電流検出抵抗３２に流れ、空燃比検出に誤差が生じるおそれがある。これに対し、本構成ではオペアンプ３８，３９にオペアンプ３７の出力とＢ点電圧とを入力するため、オペアンプ３７が帰還電流吸収素子として機能し、空燃比検出に対する悪影響が排除できる。
【００３７】
マイコン２０は、Ａ／Ｆ出力電圧ＡＦＯをＡ／Ｄポートより取り込み、該取り込んだＡ／Ｆ出力電圧ＡＦＯ１，ＡＦＯ２に基づいてその都度のＡ／Ｆ値を算出する。このＡ／Ｆ値は空燃比フィードバック制御等に適宜用いられる。
【００３８】
また、マイコン２０は、センサ素子１０への印加電圧を一時的に交流的に変化させる旨指令し、その際の電流変化量に基づき素子インピーダンスＺａｃを検出する。より具体的には、インピーダンス検出に際し、印加電圧制御回路３６がマイコン２０からの指令を受け、センサ素子１０への印加電圧（図のＤ点電圧）を所定幅（例えば０．２Ｖ）で正負両側に変化させる。このとき、マイコン２０は、印加電圧変化に伴うＢ点電圧の変化を計測し、印加電圧変化量ΔＶと、Ｂ点電圧変化量を電流検出抵抗３２の抵抗値で割った電流変化量ΔＩとから素子インピーダンスＺａｃを演算する（Ｚａｃ＝ΔＶ／ΔＩ）。なお、インピーダンス検出に際し、センサ素子１０に流す電流を交流的に変化させ、その際の電流又は電圧の変化量から素子インピーダンスＺａｃを演算する構成とすることも可能である。
【００３９】
インピーダンス検出は所定の周期で（すなわち所定時間毎に）実施され、その実施のタイミングがマイコン２０から印加電圧制御回路３６に対して指令される。また、マイコン２０は、素子インピーダンスＺａｃが所定の目標値に保持されるようヒータ１８への通電を制御する。これにより、センサ素子１０が所定の活性状態に保持されるようになる。
【００４０】
ところで、Ａ／Ｆセンサとセンサ制御回路３０では、センサ自体の特性ばらつきや回路特性ばらつき等を要因とする個体差が存在し、この個体差などによりセンサ出力精度が低下する。センサ出力の特性誤差を図４を用いて説明する。図４において、（ａ）には、ストイキ〜大気状態（酸素濃度＝０％〜２０．９％）の検出範囲について、酸素濃度に対する広範囲検出信号ＡＦＯ１（オペアンプ３８の出力）の出力特性を示している。また、（ｂ）には、ストイキ〜Ａ／Ｆ＝２２（酸素濃度＝０％〜６．９％）の検出範囲について、酸素濃度に対するストイキ検出信号ＡＦＯ２（オペアンプ３９の出力）の出力特性を示している。図中、理想とする基準出力特性を実線で、基準出力特性に対して特性誤差を有する実際の出力特性（実出力特性）を一点鎖線で示している。実出力特性の特性誤差は、０点ズレ（オフセット誤差）と傾き誤差（ゲイン誤差）に起因するものである。
【００４１】
広範囲検出信号ＡＦＯ１とストイキ検出信号ＡＦＯ２は、それぞれ異なるオペアンプ３８，３９の出力であり、各々異なる特性誤差を生じることが考えられる。故に、実出力特性を基準出力特性に合わせ込むことを考えると、各々個別に特性誤差を把握する必要がある。かかる場合、少なくとも２点の酸素濃度で基準出力特性に対する出力誤差が計測できれば、補間計算により、任意の酸素濃度での出力誤差を知ることができる。図４の（ａ）の出力特性について言えば、センサ制御回路３０をストイキ検出状態とした時の出力誤差と、同センサ制御回路３０を大気検出状態とした時の出力誤差とが計測できれば、任意の酸素濃度での出力誤差を知ることができる。本実施の形態のセンサ制御回路３０の構成では、スイッチ３５をＯＦＦ（開放）することで、当該制御回路３０をストイキ検出状態とすることができる。また、エンジン運転状態が燃料カット中となれば、センサ制御回路３０を大気検出状態とすることができる。
【００４２】
しかしながら、図４の（ｂ）の出力特性について言えば、センサ制御回路３０をストイキ検出状態とした時の出力誤差は計測できるものの、補間計算に必要な、もう１点の出力誤差については計測できない。ストイキ検出信号ＡＦＯ２の検出範囲をＡ／Ｆ＝１２〜２２とした時、ストイキ以外に、センサ制御回路３０を既知の酸素濃度検出状態とすることができないためである（大気状態が検出できないため）。故に、ストイキ検出信号ＡＦＯ２について特性誤差の算出ができないという不都合があった。
【００４３】
かかる不都合に対し本実施の形態では、広範囲検出信号ＡＦＯ１を基に、当該ＡＦＯ１についての特性誤差を求め、その特性誤差を反映して任意の酸素濃度雰囲気での真の酸素濃度を算出する。そして、真の酸素濃度が分かった時に、その時のストイキ検出信号ＡＦＯ２の出力誤差を基に、当該ＡＦＯ２の特性誤差（０点ズレ＋傾き誤差）を求める。
【００４４】
広範囲検出信号ＡＦＯ１を基に、任意の酸素濃度雰囲気での真の酸素濃度を検出する手法について説明する。図４の（ａ）において、実線で示す基準出力特性ではストイキ検出状態でＡＦＯ１＝ａ１となり、大気検出状態でＡＦＯ１＝ｂ１となる。なお本実施の形態ではａ１＝２．２Ｖ，ｂ１＝４．１Ｖとしている。これに対し、一点鎖線で示す実出力特性では、例えば、ストイキ検出状態でＡＦＯ１＝ａ２となり、大気検出状態でＡＦＯ１＝ｂ２となる。ストイキ検出状態での出力誤差はα１、大気検出状態での出力誤差はα２となる。また、酸素濃度＝Ｐ（％）である時、基準出力特性ではＡＦＯ１＝ｃ１、実出力特性ではＡＦＯ１＝ｃ２であるとする。
【００４５】
かかる場合において、説明の容易化のために実出力特性を出力誤差α１分ずらし、ストイキ検出状態での両特性を合致させたものを図５に示す。この状態で考察すると、基準出力特性でのＡＦＯ１値（＝ｃ１）は、次の式（１）にて算出できる。
【００４６】
【数１】
2006010583.tif 000003
そして、基準出力特性上でのＡＦＯ１値（＝ｃ１）が算出できれば、基準出特性からその時の真の酸素濃度（＝Ｐ（％））を求めることができる。
【００４７】
上記のとおり真の酸素濃度が求められた時に、その濃度検出状態下での基準出力特性に対するストイキ検出信号ＡＦＯ２の出力誤差（図４（ｂ）のβ２）を算出する。一方、ストイキ検出状態でのストイキ検出信号ＡＦＯ２の出力誤差β１は、実際のＡＦＯ２値（＝ａ１２）と基準出力特性上のＡＦＯ２値（＝ａ１１）とから算出できる。このように、ストイキ検出信号ＡＦＯ２の出力特性上において２点の酸素濃度点で出力誤差が求まれば、当該ＡＦＯ２の特性誤差が分かる。従って、ＡＦＯ２値の特性誤差に対する補正が可能となる。
【００４８】
ここで、ストイキ検出状態での出力誤差α１，β１を算出するには、通常のエンジン運転途中において、センサ制御回路３０のオペアンプ３４の出力側に設けたスイッチ３５を一時的にＯＦＦ（開放）し、センサ制御回路３０を強制的にストイキ検出状態とする。そして、その時の出力ＡＦＯ１，ＡＦＯ２を計測し、該計測した出力ＡＦＯ１，ＡＦＯ２により出力誤差α１，β１を算出する。なお、スイッチ３５をＯＮ（閉鎖）した状態が「通常状態」に相当し、スイッチ３５をＯＦＦ（開放）した状態が「基準信号出力状態」に相当する。
【００４９】
次に、ストイキ検出信号ＡＦＯ２の特性誤差の算出手順について説明する。図６は、ストイキ検出状態での出力誤差（ストイキ出力誤差）α１，β１の算出処理を示すフローチャート、図７は、大気検出状態での出力誤差（大気出力誤差）α２の算出処理を示すフローチャート、図８は、ＡＦＯ２特性誤差の算出処理を示すフローチャートである。これらの各処理はマイコン２０により所定の時間周期で実行される。
【００５０】
図６において、先ずステップＳ１０１では、今現在、ストイキ出力誤差の算出タイミングであるか否かを判別する。この算出タイミングは、センサ制御回路３０を一時的にストイキ検出状態として出力誤差α１，β１を算出するタイミングであり、例えば、所定時間が経過する度に算出タイミングであると判別される。例えば所定時間＝１０分程度とすれば良いが、これに限定されず、所定時間＝数１０分、１〜数時間とするなど適宜設定できる。また、空燃比制御等でＡ／Ｆ値を使わない状態下で算出タイミングを設定しても良い。例えば、Ａ／Ｆセンサの活性前、燃料カット中、イグニッションＯＦＦ後のメインリレー制御時などでストイキ出力誤差の算出タイミングを設定する。
【００５１】
ストイキ出力誤差の算出タイミングである場合、ステップＳ１０２に進み、スイッチ３５に対して切替信号を出力し、当該スイッチ３５を所定時間（例えば５ｍｓｅｃ程度）だけＯＦＦ（開放）する。そして続くステップＳ１０３では、その時のＡＦＯ１，ＡＦＯ２を取り込む。ステップＳ１０４では、その時のＡＦＯ１値と基準出力特性上のストイキ基準値とから出力誤差α１を算出する。なお、ストイキ基準値は、ストイキ検出状態で本来出力されるべきＡＦＯ基準出力であり、本実施の形態ではストイキ基準値＝２．２Ｖである。続くステップＳ１０５では、その時のＡＦＯ１値と出力誤差α１とをメモリに記憶する。
【００５２】
また、ステップＳ１０６では、その時のＡＦＯ２値と基準出力特性上のストイキ基準値とから出力誤差β１を算出する。ストイキ基準値は、前記同様２．２Ｖである。続くステップＳ１０７では、その時のＡＦＯ２値と出力誤差β１とをメモリに記憶する。
【００５３】
また、図７において、ステップＳ２０１では、今現在燃料カット中であるか否かを判別し、燃料カット中であることを条件にステップＳ２０２に進む。このとき、燃料カット中であることは、大気出力誤差α２の算出条件に相当する。ステップＳ２０２では、その時のＡＦＯ１を取り込み、続くステップＳ２０３では、その時のＡＦＯ１値と基準出力特性上の大気基準値とから大気出力誤差α２を算出する。なお、大気基準値は、大気状態（燃料カット状態）で本来出力されるべきＡＦＯ基準出力であり、本実施の形態では大気基準値＝４．１Ｖである。続くステップＳ２０４では、その時のＡＦＯ１値と出力誤差α２とをメモリに記憶する。
【００５４】
また、図８において、ステップＳ３０１では、その時のＡＦＯ１，ＡＦＯ２を取り込み、続くステップＳ３０２では、ＡＦＯ１値を基に、今現在の酸素濃度がストイキ検出範囲（Ａ／Ｆ＝１２〜２２）内にあるか否かを判別する。ＮＯであれば、そのまま本処理を一旦終了し、ＹＥＳであれば、ステップＳ３０３に進む。
【００５５】
ステップＳ３０３では、前述の式（１）を用い、今現在のＡＦＯ１値（前記図４（ａ）でｃ２に相当）と、前記図６，図７の処理で算出したストイキ検出状態でのＡＦＯ１値（前記図４（ａ）でａ２に相当）及び出力誤差α１と、大気検出状態でのＡＦＯ１値（前記図４（ａ）でｂ２に相当）及び出力誤差α２とを基に、その時の酸素濃度に対応する基準出力特性上のＡＦＯ１値（前記図４（ａ）でｃ１に相当）を算出する。
【００５６】
その後、ステップＳ３０４では、前記ステップＳ３０３で算出したＡＦＯ１値からその時の真の酸素濃度を算出する。
【００５７】
ステップＳ３０５では、今現在のＡＦＯ２値と、その時の酸素濃度（真の酸素濃度）に対応する基準出力特性上の基準値とから出力誤差β２を算出する。続くステップＳ３０６では、その時のＡＦＯ２値と出力誤差β２とをメモリに記憶する。
【００５８】
以上のように、ストイキ検出信号ＡＦＯ２について、ストイキ検出状態での出力誤差β１と真の酸素濃度算出時の出力誤差β２とが求められれば、それら出力誤差β１，β２を用いた補間計算により、ＡＦＯ２値が補正される。これにより、ストイキ検出範囲（Ａ／Ｆ＝１２〜２２）内の任意の酸素濃度においてその都度のＡＦＯ２値を基に正確な酸素濃度（空燃比）の算出が可能となる。なお、ここで用いる補間計算は、前述の式（１）を準用すれば良く説明は割愛する。
【００５９】
以上詳述した本実施の形態によれば、広範囲検出信号ＡＦＯ１の特性誤差を基に、ストイキ検出信号ＡＦＯ２の特性誤差が把握できるため、ストイキ近傍の空燃比検出精度を向上させることが可能となる。故に、空燃比フィードバック制御の精度向上を図ることができ、排気エミッションの改善等を実現することができる。
【００６０】
センサ制御回路３０をスイッチ３５の開放により一時的にストイキ検出状態とし、その際検出したＡＦＯ１，ＡＦＯ２を基にストイキ出力誤差（ゼロ点誤差）α１，α２を算出する構成としたため、所望のタイミングで積極的にストイキ検出状態に移行させることができ、時期的な制約をなくしてストイキ出力誤差α１，α２が算出できる。
【００６１】
各々増幅率の異なるオペアンプ３８，３９を用いて２つの出力ＡＦＯ１，ＡＦＯ２、すなわち空燃比検出範囲の異なるＡＦＯ１，ＡＦＯ２を得る構成としたため、用途などに合わせて２種類の空燃比検出信号を容易に得ることができる。
【００６２】
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。
【００６３】
上記実施の形態では、図２のセンサ素子構造を有するＡ／Ｆセンサについて説明したが、他のセンサ素子構造を有するＡ／Ｆセンサに適用することも可能である。図９に示すセンサ素子６０では、２層の固体電解質６１，６２を有しており、一方の固体電解質６１には一対の電極６３，６４が対向配置され、他方の固体電解質６２には一対の電極６５，６６が対向配置されている。なお、電極６３〜６５は図の左右対象に２カ所に見えるが、それらは紙面の前後何れかの部位で連結された同一部材である。本センサ素子６０では、固体電解質６１及び電極６３，６４により「第１セル」としてのポンプセル７１が構成され、固体電解質６２及び電極６５，６６により「第２セル」としてのモニタセル７２が構成されている。各電極６３〜６６はセンサ制御回路８０に接続されている。センサ素子６０が積層構造を有することは、前述のセンサ素子１０と同じである。図９において、符号６７はガス導入孔、符号６８は多孔質拡散層、符号６９は大気ダクト、符号７０はヒータである。モニタセル７２は、一般に起電力セル、酸素濃度検出セルとも称される。
【００６４】
上記センサ素子構造のＡ／Ｆセンサにおいて、モニタセル７２は、排ガスがストイキに対してリーンかリッチかに応じて２値（０Ｖ又は０．９Ｖ）の起電力出力を発生する。例えばリーンである場合、モニタセル７２の起電力出力が小さくなり、逆にリッチである場合、モニタセル７２の起電力出力が大きくなる。かかる場合において、モニタセル７２の起電力出力がストイキ値（０．４５Ｖ）になるようにポンプセル７１の印加電圧が制御される。
【００６５】
図１０は、上記図９のセンサ素子構造を有するＡ／Ｆセンサについてセンサ制御回路８０の構成を示す回路図である。図１０において、ＶＭはポンプセル７１及びモニタセル７２の共通端子であり、その共通端子ＶＭには基準電圧電源８１が接続されている。基準電圧電源８１の基準電圧は例えば２．５Ｖである。また、ＩＰはポンプセル７１の電極６３に接続されるポンプセル端子、ＵＮはモニタセル７２の電極６６に接続されるモニタセル端子である。これら各端子ＩＰ，ＵＮには、各セル７１，７２を通じてオペアンプ８２及び電流検出抵抗８３を有する閉回路が接続されており、オペアンプ８２の非反転端子（＋端子）には基準電圧（３．０Ｖ）を生成する基準電圧電源８４が接続されている。
【００６６】
リーン時にはＢ→Ａの向きに電流検出抵抗８３に電流が流れ、逆にリッチ時にはＡ→Ｂの向きに電流検出抵抗８３に電流が流れる。かかる場合、モニタセル７２の出力電圧が所定値になるようポンプセル７１がフィードバック制御されるようになっている（但し、フィードバック制御回路については既に種々公開されておりここでは図示及び詳細な説明を省略する）。
【００６７】
電流検出抵抗８３の両端子Ａ点，Ｂ点には、各々増幅率の異なるオペアンプ８５，８６が並列に接続されている。オペアンプ８５の増幅率＜オペアンプ８６の増幅率である。オペアンプ８５は「第１の信号出力手段」に相当し、該オペアンプ８５から、例えばＡ／Ｆ＝１１〜大気を検出範囲とする広範囲検出信号ＡＦＯ１が出力される。また、オペアンプ３９は「第２の信号出力手段」に相当し、該オペアンプ８６から、例えばＡ／Ｆ＝１２〜２２を検出範囲とするストイキ検出信号ＡＦＯ２が出力される。
【００６８】
また、オペアンプ８２の正負両側の入力端子間にはスイッチ８７が設けられる一方、共通端子ＶＭにはスイッチ８８が接続され、モニタセル端子ＵＮにはスイッチ８９が接続されている。スイッチ８７は常開式のスイッチであり、切替信号１により開閉状態が制御される。また、スイッチ８８，８９は何れも常閉式のスイッチであり、切替信号２により開閉状態が制御される。
【００６９】
上記構成では、通常のＡ／Ｆ検出時においてはスイッチ８７をＯＦＦ（開放）、スイッチ８８，８９をＯＮ（閉鎖）することで、その都度のＡ／Ｆに応じたＡ／Ｆ出力電圧ＡＦＯ１，ＡＦＯ２が計測できる。また、ストイキ検出状態での出力誤差の算出タイミングでは、一時的にスイッチ８７をＯＮ（閉鎖）、スイッチ８８，８９をＯＦＦ（開放）することで、その時の出力ＡＦＯ１，ＡＦＯ２から各出力の出力誤差（前記図４の出力誤差α１，β１）が算出できる。ストイキ検出誤差α１，β１の算出以外は、前記実施の形態で説明した通りであるため、説明は省略する。
【００７０】
上記図１０のセンサ制御回路８０では、電流検出抵抗８３の両端子のＡ点電圧、Ｂ点電圧は何れも固定されず変動するが、以下の図１１に示すセンサ制御回路９０では電流検出抵抗の一方の端子電圧が固定できる。
【００７１】
図１１において、ポンプセル７１及びモニタセル７２の共通端子にはオペアンプ９３を通じて基準電圧Ｖｆ１と同等の電圧（例えば３Ｖ）が印加される。つまり、図のＢ点電圧は３Ｖ固定となる。また、モニタセル７２を通じてフィードバック回路９１及び電流検出抵抗９２を有する閉回路が構成されている。フィードバック回路９１内の基準電圧Ｖｆ２は例えば２．５５Ｖである。
【００７２】
センサ制御回路９０の動作をリッチ時を例に説明する。リッチ時には、モニタセル７２の起電力により図のＣ１点が例えば３．４５Ｖに上がるため、フィードバック回路９１内のＣ２点の電位が下がる。すると、フィードバック回路９１の出力、すなわちＡ点電圧が上昇する。つまり、リッチ時にはＡ→Ｂの向きに電流検出抵抗９２に電流が流れる。逆に、リーン時にはＢ→Ａの向きに電流検出抵抗９２に電流が流れる。
【００７３】
また、電流検出抵抗９２の両端子Ａ点、Ｂ点には、各々増幅率の異なるオペアンプ９４，９５が並列に接続されている。オペアンプ９４の増幅率＜オペアンプ９５の増幅率である。オペアンプ９４は「第１の信号出力手段」に相当し、該オペアンプ９４から、例えばＡ／Ｆ＝１１〜大気を検出範囲とする広範囲検出信号ＡＦＯ１が出力される。また、オペアンプ９５は「第２の信号出力手段」に相当し、該オペアンプ９５から、例えばＡ／Ｆ＝１２〜２２を検出範囲とするストイキ検出信号ＡＦＯ２が出力される。
【００７４】
また、フィードバック回路９１内のオペアンプ９６の正負両側の入力端子間にはスイッチ９７が設けられる一方、モニタセル７２とフィードバック回路９１との間にはスイッチ９８が設けられている。スイッチ９７は常開式のスイッチであり、切替信号１により開閉状態が制御される。また、スイッチ９８は常閉式のスイッチであり、切替信号２により開閉状態が制御される。
【００７５】
上記構成では、通常のＡ／Ｆ検出時においてはスイッチ９７をＯＦＦ（開放）、スイッチ９８をＯＮ（閉鎖）することで、その都度のＡ／Ｆに応じたＡ／Ｆ出力電圧ＡＦＯ１，ＡＦＯ２が計測できる。また、ストイキ検出状態での出力誤差の算出タイミングでは、一時的にスイッチ９７をＯＮ（閉鎖）、スイッチ９８をＯＦＦ（開放）することで、その時の出力ＡＦＯ１，ＡＦＯ２から各出力の出力誤差（前記図４の出力誤差α１，β１）が算出できる。ストイキ検出誤差α１，β１の算出以外は、前記実施の形態で説明した通りであるため、説明は省略する。
【００７６】
他の構成のＡ／Ｆセンサを図１２に示す。図１２のセンサ素子１００では、３層の固体電解質１０１，１０２，１０３を有し、固体電解質１０１には一対の電極１０４，１０５が対向配置され、固体電解質１０２には一対の電極１０６，１０７が対向配置されている。本センサ素子１００では、固体電解質１０１及び電極１０４，１０５により「第１セル」としてのポンプセル１１１が構成され、固体電解質１０２及び電極１０６，１０７により「第２セル」としてのモニタセル１１２が構成されている。また、固体電解質１０３は、酸素基準室１０８を確保するための壁材を構成している。センサ素子１００が積層構造を有することは、前述のセンサ素子１０等と同じである。図１２において、符号１０９は多孔質拡散層、符号１１０はガス検出室である。なお、モニタセル１１２は、前記図９のモニタセル７２と同様、一般に起電力セル、酸素濃度検出セルとも称される。上記構成のセンサ素子１００であっても同様に本発明が適用できる。
【００７７】
更に、積層型構造のＡ／Ｆセンサに限らず、コップ型構造のＡ／Ｆセンサに本発明を適用したりすることも可能である。
【００７８】
また、酸素濃度を検出対象とするＡ／Ｆセンサ以外に、他の成分濃度を検出対象とするガス濃度センサにも本発明が適用できる。例えば、複合型のガス濃度センサは、固体電解質体にて形成された複数のセルを有し、そのうちポンプセルでは、チャンバ内に導入した被検出ガス中の酸素を排出又はくみ出すと共に酸素濃度を検出し、センサセルでは酸素排出後のガスから特定成分濃度を検出する。これに加え、チャンバ内の残留酸素濃度に応じて起電力信号を出力するモニタセルを有するガス濃度センサであっても良い。このガス濃度センサは、例えば排ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサとして具体化されるものであり、本発明の適用により、ＮＯｘセンサについて好適なＮＯｘ濃度検出が可能となる。
【００７９】
センサ制御回路を一時的にストイキ検出状態とする構成として、次の構成を適用しても良い。
【００８０】
・センサ制御回路において、センサ素子１０等に接続される増幅回路（例えば図１のオペアンプ３４）の出力段スイッチ素子を強制的にオフ状態とすることで、センサ制御回路をストイキ検出状態とする。この場合、スイッチ素子をオフ状態とすることで素子電流が遮断され、素子電流＝０ｍＡの基準信号出力状態（酸素濃度＝０％の状態）を作り出すことができる。なお、センサ制御回路において、増幅回路の出力段スイッチ素子をオン状態又はオフ状態とするための変更手段（例えばスイッチ素子としてのトランジスタ等）を設け、この変更手段により前記出力段スイッチ素子をオフ状態とする構成としても良い。
【００８１】
・センサ素子１０等に接続される正負両側の接続端子のうち、一方に電流検出抵抗を接続すると共に、他方にセンサ電流経路を開又は閉状態とするためのスイッチ手段を接続し、スイッチ手段を開状態とすることでセンサ制御回路をストイキ検出状態とする。
【００８２】
・センサ素子１０等に接続される正負両側の接続端子を同電位とすることで、センサ制御回路をストイキ検出状態とする。つまり、センサ印加電圧＝０Ｖとなり、結果素子電流＝０ｍＡのストイキ検出状態を作り出すことができる。
【００８３】
上記実施の形態では、ストイキ検出信号ＡＦＯ２について、ストイキ検出状態での出力誤差（図４（ｂ）のβ１）と、真の酸素濃度算出時の出力誤差（図４（ｂ）のβ２）とを用いた補間計算により、ＡＦＯ２値の補正を実施する構成としたが、これを変更する。例えば、広範囲検出信号ＡＦＯ１を基に、ストイキ検出範囲内（Ａ／Ｆ＝１２〜２２内）で２点で真の酸素濃度を算出する。そして、前記２点の真の酸素濃度の算出時において、各々ストイキ検出信号ＡＦＯ２の出力誤差を算出し、それら出力誤差を用いた補間計算によりＡＦＯ２値の補正を実施する構成としても良い。この構成によれば、ストイキ検出状態のような基準となる検出状態が１点も無い場合にも、特性誤差の算出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】センサ制御回路の電気的構成を示す回路図である。
【図２】センサ素子の構成を示す断面図である。
【図３】Ａ／Ｆセンサの出力特性を示す図である。
【図４】Ａ／Ｆ出力電圧の出力特性を示す図である。
【図５】Ａ／Ｆ出力電圧の出力特性を示す図である。
【図６】ストイキ出力誤差の算出処理を示すフローチャートである。
【図７】大気出力誤差の算出処理を示すフローチャートである。
【図８】ＡＦＯ２特性誤差の算出処理を示すフローチャートである。
【図９】別のＡ／Ｆセンサの素子構造を示す断面図である。
【図１０】センサ制御回路の電気的構成を示す回路図である。
【図１１】センサ制御回路の電気的構成を示す回路図である。
【図１２】別のＡ／Ｆセンサの素子構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０…センサ素子、１１…固体電解質、２０…マイコン、３０…センサ制御回路、３４…オペアンプ、３５…スイッチ、３８，３９…オペアンプ、５０…センサ制御回路、５５…スイッチ、６０…センサ素子、６１，６２…固体電解質、７１…ポンプセル、７２…モニタセル、８０…センサ制御回路、８５，８６…オペアンプ、８７〜８９…スイッチ、９０…センサ制御回路、９４，９５…オペアンプ、９７，９８…スイッチ、１００…センサ素子、１０１〜１０３…固体電解質、１１１…ポンプセル、１１２…モニタセル。
【図１】
2006010583.tif 000004
【図２】
2006010583.tif 000005
【図３】
2006010583.tif 000006
【図４】
2006010583.tif 000007
【図５】
2006010583.tif 000008
【図６】
2006010583.tif 000009
【図７】
2006010583.tif 000010
【図８】
2006010583.tif 000011
【図９】
2006010583.tif 000012
【図１０】
2006010583.tif 000013
【図１１】
2006010583.tif 000014
【図１２】
2006010583.tif 000015