(57)【要約】【課題】センサ素子のインピーダンスの検出精度を向上させることを課題とする【解決手段】インピーダンス制御装置２３において、電圧取得部２３２は、掃引前電圧Ｖａ１と掃引中電圧Ｖａ２とを取得する。基準電圧算出部２３３は、掃引電圧の供給に伴う端子電圧の変化量である端子電圧変化量ΔＶｋの算出に用いられる基準電圧Ｖｆを、掃引前電圧Ｖａ１と掃引電圧が供給されない異なる時刻における端子電圧とに基づいて算出する。電流変化量算出部２３６は、掃引電圧の供給によって生じるセンサ素子１の素子電流変化量ΔＩｋを取得する。電圧変化量算出部２３４は、掃引中電圧Ｖａ２と、基準電圧Ｖｆとに基づいて、端子電圧変化量ΔＶｋを算出する。インピーダンス算出部２３７は、素子電圧変化量ΔＶｋと、電流変化量ΔＩｋとに基づいてセンサ素子のインピーダンスを算出する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ素子への掃引電圧の供給を制御する掃引制御部と、
前記掃引電圧の供給開始前における前記センサ素子の端子電圧である掃引前電圧と、前記掃引電圧の供給中における前記端子電圧である掃引中電圧とを取得する電圧取得部と、
前記掃引電圧の供給に伴う前記端子電圧の変化量である端子電圧変化量の算出に用いられる基準電圧を、前記電圧取得部により取得された掃引前電圧と前記掃引電圧が供給されない異なる時刻における端子電圧とに基づいて算出する基準電圧算出部と、
前記センサ素子を流れる電流の変化量であって、前記掃引電圧の供給によって生じる電流変化量を取得する電流変化量取得部と、
前記電圧取得部により取得された掃引中電圧と、前記基準電圧算出部により算出された基準電圧とに基づいて、前記端子電圧変化量を算出する電圧変化量算出部と、
前記電圧変化量算出部により算出された端子電圧変化量と前記電流変化量取得部により取得された電流変化量とに基づいて、前記センサ素子のインピーダンスを算出するインピーダンス算出部と、を備えるインピーダンス検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインピーダンス検出装置であって、
前記電圧取得部は、前記掃引電圧の供給後における端子電圧である掃引後電圧を取得し、
前記基準電圧算出部は、前記電圧取得部により取得された掃引前電圧及び掃引後電圧を用いて前記基準電圧を算出する、インピーダンス検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載のインピーダンス検出装置であって、
前記基準電圧算出部は、前記掃引前電圧の取得時刻から前記掃引中電圧の取得時刻までの第１時間と、前記掃引前電圧の取得時刻から前記掃引後電圧の取得時刻までの第２時間とに基づいて、前記基準電圧を算出する、インピーダンス検出装置。
【請求項４】
センサ素子への掃引電圧の供給を制御するステップと、
前記掃引電圧の供給開始前における前記センサ素子の端子電圧である掃引前電圧と、前記掃引電圧の供給中における前記端子電圧である掃引中電圧とを取得するステップと、
前記掃引電圧の供給に伴う前記端子電圧の変化量である端子電圧変化量の算出に用いられる基準電圧を、前記取得された掃引前電圧と前記掃引電圧が供給されない異なる時刻における端子電圧とに基づいて算出するステップと、
前記センサ素子を流れる電流の変化量であって、前記掃引電圧の供給によって生ずる電流変化量を取得するステップと、
前記取得された掃引前電圧及び掃引中電圧と前記取得された基準電圧変化量とに基づいて、前記掃引電圧の供給に伴う前記センサ素子の電圧の変化量であって前記掃引電圧の供給により生ずる端子電圧変化量を算出するステップと、
前記取得された端子電圧変化量と前記取得された電流変化量とに基づいて、前記センサ素子のインピーダンスを算出するステップと、を備えるインピーダンス検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子のインピーダンスを検出するインピーダンス検出装置及びインピーダンス検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されたエンジンから排出される排気中の酸素濃度に基づいて、空燃比を目標空燃比に近づけるフィードバック制御が知られている。このフィードバック制御において、空燃比センサが、排気ガス中の酸素濃度の計測に用いられる。空燃比センサは、Ａ／Ｆセンサとも呼ばれる。
【０００３】
空燃比センサが、酸素イオンを透過させる安定化ジルコニアの性質を利用したセンサ素子を備える場合、センサ素子を約５００℃以上の温度に加熱する必要がある。安定化ジルコニアは、約５００℃以上の温度で、酸素イオンを透過させる固体電解質の性質を有するためである。従って、空燃比センサが搭載された車両のエンジンが動作している場合、センサ素子が活性化している状態を維持するために、センサ素子の温度を約５００℃以上に維持する必要がある。
【０００４】
特許文献１には、掃引電圧の印加によって変化するセンサ素子の端子電圧に基づいてセンサ素子のアドミタンス又はインピーダンスを算出する空燃比センサの制御装置が開示されている。制御装置は、その算出したアドミタンス又はインピーダンスに基づいて、空燃比センサの温度を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−１３０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に係る制御装置において、センサ素子の端子電圧が、掃引電圧と無関係に変動する場合がある。この場合、センサ素子のアドミタンス又はインピーダンスの検出精度が低下する。この場合、センサ素子を適温に制御することができず、酸素濃度の計測できないおそれがある。
【０００７】
上記問題に鑑み、本発明は、センサ素子のインピーダンスの検出精度を向上させることができるインピーダンス検出装置及びインピーダンス検出方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、第１の発明は、掃引制御部と、電圧取得部と、基準電圧算出部と、電流変化量取得部と、電圧変化量取得部と、インピーダンス算出部とを備える。掃引制御部は、センサ素子への掃引電圧の供給を制御する。電圧取得部は、掃引電圧の供給開始前におけるセンサ素子の端子電圧である掃引前電圧と、掃引電圧の供給中における端子電圧である掃引中電圧とを取得する。基準電圧算出部は、掃引電圧の供給に伴う端子電圧の変化量である端子電圧変化量の算出に用いられる基準電圧を、電圧取得部により取得された掃引前電圧と掃引電圧が供給されない異なる時刻における端子電圧とに基づいて算出する。電流変化量取得部は、センサ素子を流れる電流の変化量であって、掃引電圧の供給によって生じる電流変化量を取得する。電圧変化量取得部は、電圧取得部により取得された掃引中電圧と、基準電圧算出部により算出された基準電圧とに基づいて、端子電圧変化量を算出する。インピーダンス算出部は、電圧変化量算出部により算出された端子電圧変化量と電流変化量取得部により取得された電流変化量とに基づいて、センサ素子のインピーダンスを算出する。
【０００９】
第１の発明によれば、掃引電圧の供給以外の理由による端子電圧の変動を考慮して、センサ素子のインピーダンスを算出する。従って、センサ素子のインピーダンスの検出精度を向上させることができる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明であって、電圧取得部は、掃引電圧の供給後における端子電圧である掃引後電圧を取得する。基準電圧算出部は、電圧取得部により取得された掃引前電圧及び掃引後電圧を用いて基準電圧を算出する。
【００１１】
第２の発明によれば、基準電圧が、掃引電圧の供給前後におけるセンサ素子の端子電圧に基づいて算出される。従って、センサ素子のインピーダンスの検出精度をさらに向上させることができる。
【００１２】
第３の発明は、第２の発明であって、基準電圧算出部は、掃引前電圧の取得時刻から掃引中電圧の取得時刻までの第１時間と、掃引前電圧の取得時刻から掃引後電圧の取得時刻までの第２時間とに基づいて、基準電圧を算出する。
【００１３】
第３の発明によれば、掃引前電圧の取得時刻から掃引中電圧の取得時刻までの第１時間を考慮して、基準電圧を算出する。掃引中電圧の取得時刻における基準電圧の精度が向上するため、センサ素子のインピーダンスの検出精度をさらに向上させることができる。
【００１４】
第４の発明は、ａ）ステップと、ｂ）ステップと、ｃ）ステップと、ｄ）ステップと、ｅ）ステップと、ｆ）ステップとを備えるインピーダンス算出方法である。ａ）ステップは、センサ素子への掃引電圧の供給を制御する。ｂ）ステップは、掃引電圧の供給開始前におけるセンサ素子の端子電圧である掃引前電圧と、掃引電圧の供給中における端子電圧である掃引中電圧とを取得する。ｃ）ステップは、掃引電圧の供給に伴う端子電圧の変化量である端子電圧変化量の算出に用いられる基準電圧を、取得された掃引前電圧と掃引電圧が供給されない異なる時刻における端子電圧とに基づいて算出する。ｄ）ステップは、センサ素子を流れる電流の変化量であって、掃引電圧の供給によって生ずる電流変化量を取得する。ｅ）ステップは、取得された掃引前電圧及び掃引中電圧と取得された基準電圧変化量とに基づいて、掃引電圧の供給に伴うセンサ素子の電圧の変化量であって掃引電圧の供給により生ずる端子電圧変化量を算出する。ｆ）ステップは、取得された端子電圧変化量と取得された電流変化量とに基づいて、センサ素子のインピーダンスを算出する。
【００１５】
第４の発明は、第１の発明に用いられる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、センサ素子のインピーダンスの検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係るインピーダンス検出装置を備える空燃比センサの構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１に示すセンサ素子の構成を示す図である。
【図３】図１に示すインピーダンス検出装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図４】図１に示すセンサ素子の端子電圧の変化の一例を示す図である。
【図５】図１に示すセンサ素子の端子電圧の変化の他の例を示す図である。
【図６】図１に示すインピーダンス検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】ＣＰＵバス構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１９】
｛１．空燃比センサの構成｝
｛１．１．全体構成｝
図１は、本発明の実施の形態に係るインピーダンス検出装置２３を備える空燃比センサ１００の構成の一例を示す図である。図１を参照して、空燃比センサ１００は、センサ素子１と、センサ制御装置２と、ヒータ３とを備える。空燃比センサ１００は、自動車等の車両に搭載され、車両のエンジンから排出される排気の空燃比を検出する。
【００２０】
センサ素子１は、電圧が印加されている状態で排気中の酸素濃度に応じた電流を出力する。センサ素子１は、安定化ジルコニアが有する酸素イオン伝導性を利用した、限界電流式の酸素センサ素子である。センサ素子１は、２つの端子を含む。一方の端子は正極端子１Ａであり、他方の端子は負極端子１Ｂである。
【００２１】
センサ制御装置２は、センサ素子１から出力される電流を検出し、その検出した電流に基づいて空燃比センサ１００が搭載された車両の空燃比を取得する。また、センサ制御装置２は、センサ素子１のインピーダンスを検出し、その検出したインピーダンスに基づいてヒータ３を制御する。
【００２２】
ヒータ３は、センサ制御装置２による制御に応じてセンサ素子１を加熱することにより、センサ素子１を活性化させる。ヒータ３は、安定化ジルコニアが酸素イオン伝導性を有する温度（例えば、５００℃以上）にセンサ素子１を加熱する。
【００２３】
｛１．２．センサ素子１の構造｝
図２は、センサ素子１の断面図である。図２を参照して、センサ素子１は、固体電解質層１１と、電極１２、１３と、拡散抵抗層１４と、遮蔽層１５と、絶縁層１６とを含む。
【００２４】
固体電解質層１１は、安定化ジルコニアにより形成されたシート状であり、酸素イオン伝導性を有する。固体電解質層１１は、酸素イオン伝導性を有する素材により形成されていればよく、固体電解質層１１を形成する素材は安定化ジルコニアに限定されない。
【００２５】
電極１２は、固体電解質層１１の一方の面に接触して配置され、図１に示すセンサ素子１の正極端子１Ａと電気的に接続される。電極１３は、固体電解質層１１の他方の面に接触して配置され、図１に示すセンサ素子１の負極端子１Ｂと電気的に接続される。電極１２、１３は、固体電解質層１１を挟んで対向する。
【００２６】
以下、電極１２から電極１３を見た方向を上方向と定義する。電極１２が配置される固体電解質層１１の一方の面は、固体電解質層１１の下面である。電極１３が配置される固体電解質層１１の他方の面は、固体電解質層１１の上面である。
【００２７】
拡散抵抗層１４及び遮蔽層１５は、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスにより形成される。拡散抵抗層１４は、多孔質シートであり、固体電解質層１１の上に積層される。拡散抵抗層１４の下面には、排気導入室１４ａが形成されている。電極１３は、排気導入室１４ａ内に位置する。遮蔽層１５は、拡散抵抗層１４の上に積層され、拡散抵抗層１４の上面から排気導入室１４ａへの排気の流入を抑制する。
【００２８】
絶縁層１６は、アルミナ等の高熱伝導性セラミックスからなり、固体電解質層１１の下面に接触して配置される。大気ダクト１７が絶縁層１６の上面に形成される。電極１２は、大気ダクト１７の空間内に位置する。
【００２９】
図２に示すセンサ素子１において、排気は、拡散抵抗層１４の側面から拡散抵抗層１４を透過し、排気導入室１４ａに流入する。センサ制御装置２は、電極１２の電圧が電極１３の電圧よりも高くなるように、正極端子１Ａに一定の電圧（例えば、３Ｖ）を供給する。排気がリーンである場合、排気中の酸素分子は、電極１３で酸素イオンに分解され、酸素イオンは、固体電解質層１１を電極１２に向かって移動する。酸素イオンは、電極１２に達した場合、酸素分子として大気ダクト１７に排出される。一方、排気がリッチである場合、大気ダクト１７中の酸素は、電極１２で酸素イオンに分解される。酸素イオンは、固体電解質層１１を透過して電極１３に達し、電極１３において酸素分子として排気導入室１４ａに排出される。
【００３０】
つまり、固体電解質層１１における酸素の移動方向は、排気がリーンであるかリッチであるかに基づいて決定される。固体電解質層１１内を移動する酸素イオンの量は、排気中の酸素濃度によって変化する。素子電流Ｉｋは、排気中の酸素濃度に応じて変化する。素子電流Ｉｋは、センサ素子１を流れる電流である。センサ制御装置２は、素子電流Ｉｋを検出し、検出した素子電流Ｉｋに基づいて空燃比を算出する。
【００３１】
｛１．３．センサ制御装置２の構成｝
図１を参照して、センサ制御装置２は、一定電圧供給部２１と、電流検出部２２と、インピーダンス検出装置２３と、制御電圧決定部２４と、制御電圧供給部２５と、掃引電圧供給部２６と、空燃比算出部２７と、ヒータ制御部２８とを備える。
【００３２】
一定電圧供給部２１は、接続端子２１Ａ及び電流検出部２２を介して、正極端子１Ａに一定の電圧を供給する。例えば、一定電圧供給部２１は、電流検出部２２における電圧降下を考慮して、正極端子１Ａの電圧が３Ｖとなるような電圧を出力する。
【００３３】
一定電圧供給部２１は、抵抗２１１〜２１３と、オペアンプ２１４とを含む。電源Ｖｃ１が、抵抗２１１の一端に接続される。抵抗２１１の他端は、抵抗２１２の一端と、オペアンプ２１４の非反転入力端子とに接続される。抵抗２１２の他端は、接地される。オペアンプ２１４は、ボルテージフォロワ回路を形成する。オペアンプ２１４の出力端子は、抵抗２１３を介して、接続端子２１Ａに接続される。
【００３４】
電流検出部２２は、素子電流Ｉｋを検出する。電流検出部２２は、シャント抵抗２２１を含む。シャント抵抗２２１の一端は、インピーダンス検出装置２３と、センサ素子１の正極端子１Ａとに接続される。シャント抵抗２２１の他端は、インピーダンス検出装置２３と、接続端子２１Ａとに接続される。
【００３５】
インピーダンス検出装置２３は、シャント抵抗２２１の一端と接続され、センサ素子１の正極端子１Ａの電圧Ｖａを取得する。インピーダンス検出装置２３は、シャント抵抗２２１の他端と接続され、接続端子２１Ａの電圧Ｖｂを取得する。インピーダンス検出装置２３は、取得した正極端子１Ａの電圧Ｖａを制御電圧決定部２４に出力する。
【００３６】
インピーダンス検出装置２３は、取得した電圧Ｖａ及びＶｂと予め設定されたシャント抵抗２２１の抵抗値に基づいて、素子電流Ｉｋを算出する。インピーダンス検出装置２３は、算出した素子電流Ｉｋを空燃比算出部２７に出力する。
【００３７】
また、インピーダンス検出装置２３は、掃引電圧供給部２６による掃引電圧の供給によって生じる素子電流Ｉｋの変化とセンサ素子１の端子電圧の変化とに基づいて、センサ素子１のインピータンスＲｓを検出する。インピーダンス検出装置２３は、検出したインピーダンスＲｓをヒータ制御部２８に出力する。インピーダンスＲｓの検出については、後述する。
【００３８】
制御電圧決定部２４は、インピーダンス検出装置２３から電圧Ｖａを受け、その受けた電圧Ｖａに基づいて、センサ素子１の負極端子１Ｂに印加する制御電圧を決定する。制御電圧決定部２４は、決定した制御電圧に対応するパルス信号を生成し、その生成したパルス信号を制御電圧供給部２５に出力する。
【００３９】
制御電圧供給部２５は、制御電圧決定部２４からのパルス信号に基づいて、制御電圧を負極端子１Ｂに供給する。制御電圧供給部２５は、Ｄ／Ａコンバータ２５１と、オペアンプ２５２と、抵抗２５３〜２５４とを含む。
【００４０】
制御電圧供給部２５において、Ｄ／Ａコンバータ２５１は、制御電圧決定部２４からのパルス信号に基づくパルス幅変調を実行して、制御電圧を生成する。生成された制御電圧は、オペアンプ２５２の非反転入力端子に入力される。オペアンプ２５２の出力端子は、抵抗２５３の一端に接続される。抵抗２５３の他端は、負極端子１Ｂと抵抗２５４の一端とに接続される。抵抗２５４の他端は、オペアンプ２５２の反転入力端子に接続される。
【００４１】
掃引電圧供給部２６は、インピーダンス検出装置２３からの制御信号Ｃ１に基づいて、掃引電圧（例えば、０．２Ｖ）を接続端子２１Ａに供給する。これにより、掃引電圧がセンサ素子１の正極端子１Ａに印加される。掃引電圧供給部２６は、インピーダンス検出装置２３からの制御信号Ｃ２に基づいて、引き戻し電圧を接続端子２１Ａに供給する。これにより、引き戻し電圧がセンサ素子１の正極端子１Ａに印加される。
【００４２】
掃引電圧供給部２６は、トランジスタ２６１〜２６２と、抵抗２６３〜２６４とを備える。トランジスタ２６１は、ＰＮＰ型である。トランジスタ２６２は、ＮＰＮ型である。トランジスタ２６１において、エミッタは、電源Ｖｃ２と接続され、コレクタは、抵抗２６３の一端に接続される。ベースには、インピーダンス検出装置２３からの制御信号Ｃ１が入力される。抵抗２６３の他端は、接続端子２１Ａと、抵抗２６４の一端に接続される。抵抗２６４の一端は、接続端子２１Ａに接続され、抵抗２６４の他端は、トランジスタ２６２のコレクタに接続される。トランジスタ２６２において、ベースには、インピーダンス検出装置２３からの制御信号Ｃ２が入力され、エミッタは接地される。
【００４３】
ヒータ制御部２８は、インピーダンス検出装置２３により検出されたセンサ素子１のインピーダンスＲｓを取得する。インピーダンスＲｓは、センサ素子１の温度に応じて変化するため、ヒータ制御部２８は、取得したインピーダンスＲｓに基づいて、センサ素子１の温度を推定し、推定したセンサ素子１の温度が予め設定された温度（例えば、７００℃）となるようにヒータ３を制御する。ヒータ３は、ヒータ制御部２８の制御に応じてセンサ素子１を加熱することができれば、その構成は特に限定されない。
【００４４】
｛１．４．インピーダンス検出装置２３の構成｝
図３は、図１に示すインピーダンス検出装置２３の構成を示す機能ブロック図である。図３を参照して、インピーダンス検出装置２３は、掃引制御部２３１と、電圧取得部２３２と、基準電圧算出部２３３と、電圧変化量算出部２３４と、素子電流算出部２３５と、電流変化量算出部２３６と、インピーダンス算出部２３７とを備える。
【００４５】
掃引制御部２３１は、トランジスタ２６１、２６２のオン／オフを制御することにより、センサ素子１の正極端子１Ａへの掃引電圧の供給及び引き戻し電圧の供給を制御する。
【００４６】
具体的には、掃引制御部２３１は、予め設定された掃引電圧の供給期間に、制御信号Ｃ１をトランジスタ２６１のベースに供給する。これにより、トランジスタ２６１がオンされ、掃引電圧が、接続端子２１Ａを介して掃引電圧供給部２６から正極端子１Ａに供給される。
【００４７】
掃引制御部２３１は、掃引電圧の供給期間に続いて設定された引き戻し電圧の供給期間に、制御信号Ｃ２をトランジスタ２６２のベースに供給する。これにより、トランジスタ２６２がオンされ、引き戻し電圧が、接続端子２１Ａを介して掃引電圧供給部２６から正極端子１Ａに供給される。
【００４８】
電圧取得部２３２は、正極端子１Ａの電圧Ｖａと、接続端子２１Ａの電圧Ｖｂとを、電流検出部２２から取得する。
【００４９】
以下の説明において、正極端子１Ａの電圧Ｖａを、掃引前電圧Ｖａ１、掃引中電圧Ｖａ２、掃引後電圧Ｖａ３と記載する場合がある。掃引前電圧Ｖａ１は、掃引電圧の供給開始前における正極端子１Ａの電圧Ｖａである。掃引中電圧Ｖａ２は、掃引電圧の供給中における正極端子１Ａの電圧Ｖａである。掃引後電圧Ｖａ３は、掃引電圧の供給終了後における正極端子１Ａの電圧Ｖａである。つまり、電圧取得部２３２は、掃引前電圧Ｖａ１と、掃引中電圧Ｖａ２と、掃引後電圧Ｖａ３とを取得する。
【００５０】
電圧取得部２３２は、取得した掃引前電圧Ｖａ１及び掃引後電圧Ｖａ３を基準電圧算出部２３３に出力する。電圧取得部２３２は、取得した掃引前電圧Ｖａ１及び掃引中電圧Ｖａ２を電圧変化量算出部２３４に出力する。また、電圧取得部２３２は、電流検出部２２から取得した電圧Ｖａ及びＶｂを素子電流算出部２３５に出力する。
【００５１】
基準電圧算出部２３３は、掃引前電圧Ｖａ１及び掃引後電圧Ｖａ３を受け、その受けた掃引前電圧Ｖａ１及び掃引後電圧Ｖａ３に基づいて、基準電圧Ｖｆを取得する。基準電圧Ｖｆは、掃引中電圧Ｖａ２の取得時刻における正極端子１Ａの電圧Ｖａのうち、掃引電圧Ｖｍ及び端子電圧変化量ΔＶｋを除く電圧成分である。端子電圧変化量ΔＶｋは、掃引電圧Ｖｍの供給によって生ずるセンサ素子１の端子電圧の変化量である。基準電圧算出部２３３は、算出した基準電圧Ｖｆを、電圧変化量算出部２３４に出力する。
【００５２】
電圧変化量算出部２３４は、掃引中電圧Ｖａ２を電圧取得部２３２から受け、基準電圧Ｖｆを基準電圧算出部２３３から受ける。電圧変化量算出部２３４は、その受けた掃引中電圧Ｖａ２と基準電圧Ｖｆとに基づいて、端子電圧変化量ΔＶｋを算出する。電圧変化量算出部２３４は、算出した端子電圧変化量ΔＶｋをインピーダンス算出部２３７に出力する。
【００５３】
素子電流算出部２３５は、正極端子１Ａの電圧Ｖａ及び接続端子２１Ａの電圧Ｖｂを電圧取得部２３２から受ける。素子電流算出部２３５は、その受けた電圧Ｖａ、Ｖｂと、予め設定されたシャント抵抗２２１の抵抗値とに基づいて、素子電流Ｉｋを算出する。
【００５４】
電流変化量算出部２３６は、素子電流算出部２３５から素子電流Ｉｋを受け、その受けた素子電流Ｉｋに基づいて、電流変化量ΔＩｋを算出する。電流変化量ΔＩｋは、掃引電圧Ｖｍの供給によって生ずる素子電流Ｉｋの変化量である。電流変化量算出部２３６は、算出した電流変化量ΔＩｋをインピーダンス算出部２３７に出力する。
【００５５】
インピーダンス算出部２３７は、電流変化量ΔＩｋを電流変化量算出部２３６から受け、端子電圧変化量ΔＶｋを電圧変化量算出部２３４から受ける。インピーダンス算出部２３７は、その受けた端子電圧変化量ΔＶｋを電流変化量ΔＩｋで除算することにより、インピーダンスＲｓを算出する。
【００５６】
｛２．インピーダンスの算出方法｝
図４は、正極端子１Ａの電圧Ｖａが掃引電圧Ｖｍの供給以外の原因で変動しない場合における、電圧Ｖａの時間変化の一例を示す図である。図５は、正極端子１Ａの電圧Ｖａが掃引電圧Ｖｍの供給以外の原因で変動する場合における、電圧Ｖａの時間変化の一例を示す図である。
【００５７】
図４及び図５において、一点鎖線は、掃引電圧Ｖｍ又は引き戻し電圧Ｖｒを正極端子１Ａに供給した場合における電圧Ｖａの変化を示す。二点鎖線は、掃引電圧Ｖｍ又は引き戻し電圧Ｖｒを正極端子１Ａに供給した場合において、電圧Ｖａの変化のうち掃引電圧Ｖｍ又は引き戻し電圧Ｖｒによって生ずる電圧変化を示す。
【００５８】
センサ制御装置２において、インピーダンスＲｓを検出するための検出期間が予め設定されている。検出期間は、空燃比算出部２７が空燃比を算出する期間以外の期間であればよい。インピーダンス検出装置２３は、検出期間において、掃引電圧Ｖｍを正極端子１Ａに印加する。インピーダンス検出装置２３は、掃引電圧Ｖｍの印加により現れる正極端子１Ａの電圧Ｖａの変化に基づいて、端子電圧変化量ΔＶｋ及び電流変化量ΔＩｋを取得する。インピーダンスＲｓは、端子電圧変化量ΔＶｋ及び電流変化量ΔＩｋから算出される。
【００５９】
正極端子１Ａの電圧Ｖａは、検出期間において、掃引電圧Ｖｍの供給以外の理由で変化する場合がある。以下、電圧Ｖａが掃引電圧Ｖｍの供給以外の理由で変化しない場合と、電圧Ｖａが掃引電圧Ｖｍの供給以外の理由で変化する場合とに分けて、インピーダンス検出装置２３の動作を説明する。インピーダンスＲｓの算出原理の説明のために、電圧Ｖａが掃引電圧Ｖｍの供給以外の原因で変動しない場合を最初に説明する。実際には、インピーダンス検出装置２３は、電圧Ｖａが掃引電圧Ｖｍの供給以外の原因で変動する場合におけるインピーダンスＲｓの算出方法を使用する。
【００６０】
（電圧Ｖａが掃引電圧Ｖｍの供給以外の理由で変化しない場合）
最初に、電圧Ｖａが掃引電圧Ｖｍの供給以外の理由で変化しない場合におけるインピーダンスＲｓの算出方法を説明する。説明の便宜上、インピーダンス検出装置２３の構成要素を用いて検出方法を説明する。
【００６１】
図４を参照して、検出期間が開始された場合、電圧取得部２３２は、掃引電圧Ｖｍの供給開始前の時刻ｔｂ１において、正極端子１Ａの電圧Ｖａを掃引前電圧Ｖａ１として取得する。電圧Ｖａが掃引電圧Ｖｍの供給以外の理由で変化しない場合、掃引前電圧Ｖａ１は、基準電圧Ｖｆに一致する。
【００６２】
また、素子電流算出部２３５は、時刻ｔｂ１における掃引前電圧Ｖａ１及び電圧Ｖｂを用いて、時刻ｔｂ１における掃引前の素子電流Ｉｋを算出する。具体的には、素子電流算出部２３５は、時刻ｔｂ１における電圧Ｖｂを時刻ｔｂ１における掃引中電圧Ｖａ２から減算してシャント抵抗２２１の電圧を算出する。素子電流算出部２３５は、算出した電圧をシャント抵抗２２１の抵抗値で除算して、掃引前の素子電流Ｉｋを算出する。以下の説明では、素子電流Ｉｋの算出の具体的な説明を省略する。
【００６３】
掃引制御部２３１は、時刻ｔｂ２において掃引電圧Ｖｍの供給を開始する。掃引電圧Ｖｍの供給は、時刻ｔｂ２から時刻ｔｂ４までの期間Ｔｐにおいて継続される。電圧取得部２３２は、期間Ｔｐ内の時刻ｔｂ３において、正極端子１Ａの電圧Ｖａを掃引中電圧Ｖａ２として取得する。
【００６４】
時刻ｔｂ３は、正極端子１Ａの電圧Ｖａが掃引電圧Ｖｍの供給時の定常状態に移行した後の時刻である。電圧Ｖａが掃引電圧Ｖｍの供給時の定常状態に移行するまでの時間は、掃引電圧供給部２６及びシャント抵抗２２１により形成される回路の時定数に依存する。時刻ｔｂ３は、時刻ｔｂ２から所定の期間を経過した時刻として、電圧取得部２３２に予め設定されている。
【００６５】
図４に示すように、掃引電圧Ｖｍの供給時の定常状態において、正極端子１Ａの電圧Ｖａは、基準電圧Ｖｆと、掃引電圧Ｖｍと、端子電圧変化量ΔＶｋとを含む。以下、端子電圧変化量ΔＶｋが、正極端子１Ａの電圧Ｖａに現れる理由を説明する。
【００６６】
端子電圧変化量ΔＶｋは、掃引電圧Ｖｍの供給により生じるセンサ素子１の電圧変化を示す。限界電流式のセンサ素子１において、掃引電圧Ｖｍを正極端子１Ａに供給した場合、素子電流Ｉｋは、センサ素子１の温度に応じて変化する。センサ素子１のインピーダンスが、センサ素子１の温度に応じて変化するためである。センサ素子１の端子電圧は、素子電流Ｉｋの変化量である電流変化量ΔＩｋと、インピーダンスＲｓとに応じて変化する。この結果、掃引中電圧Ｖａ２は、図４に示すように、掃引前電圧Ｖａ１と、掃引電圧Ｖｍと、端子電圧変化量ΔＶｋとの合計電圧として得られる。つまり、掃引電圧Ｖｍの供給により、素子電流Ｉｋが電流変化量ΔＩｋの分増加し、素子電流Ｉｋの増加に伴って電圧Ｖａも増加する。電圧Ｖａの増加量が、端子電圧変化量ΔＶｋとして取得される。
【００６７】
なお、インピーダンスＲｓは、上述のように、端子電圧変化量ΔＶｋと電流変化量ΔＩｋから算出されるが、端子電圧変化量ΔＶｋを直接計測することができない。従って、掃引中電圧Ｖａ２及び掃引電圧Ｖｍから、端子電圧変化量ΔＶｋを算出する必要がある。
【００６８】
素子電流算出部２３５は、時刻ｔｂ３における掃引中電圧Ｖａ２及び接続端子２１Ａの電圧Ｖｂを用いて、時刻ｔｂ３における素子電流Ｉｋを算出する。
【００６９】
掃引制御部２３１は、時刻ｔｂ４において掃引電圧Ｖｍの供給を停止し、引き戻し電圧Ｖｒの供給を開始する。引き戻し電圧Ｖｒの供給は、時刻ｔｂ４から時刻ｔｂ５までの期間Ｔｑにおいて継続される。引き戻し電圧Ｖｒは、正極端子１Ａの電圧Ｖａを掃引前電圧Ｖａ１に速やかに復帰させるために供給される。引き戻し電圧Ｖｒの供給により、センサ素子１における容量成分に蓄積された電荷を速やかに放電させることができる。
【００７０】
電圧取得部２３２は、掃引前電圧Ｖａ１及び掃引中電圧Ｖａ２を、電圧変化量算出部２３４に出力する。電圧変化量算出部２３４は、下記式（１）に相当する処理を実行して、端子電圧変化量ΔＶｋを取得する。
【００７１】
【数１】
2019207209.tif 000003
【００７２】
式（１）において、ΔＶｋは、端子電圧変化量である。Ｖａ２は、掃引中電圧である。Ｖｍは、掃引電圧である。Ｖｆは、基準電圧である。基準電圧Ｖｆは、上述のように、掃引前電圧Ｖａ１に一致する。
【００７３】
つまり、電圧Ｖａが、掃引電圧Ｖｍの供給以外の原因により変動しない場合、端子電圧変化量ΔＶｋは、掃引前電圧Ｖａ１及び掃引電圧Ｖｍを掃引中電圧Ｖａ２から減算することにより得られる。
【００７４】
電流変化量算出部２３６は、時刻ｔｂ１における素子電流Ｉｋと、時刻ｔｂ３における素子電流Ｉｋの差分絶対値を、電流変化量ΔＩｋとして算出する。つまり、電流変化量ΔＩｋは、掃引中の素子電流Ｉｋから掃引開始前の素子電流Ｉｋを減算した値の絶対値である。
【００７５】
インピーダンス算出部２３７は、電圧変化量算出部２３４により算出された端子電圧変化量ΔＶｋを、電流変化量算出部２３６により取得された電流変化量ΔＩｋで除算することにより、インピーダンスＲｓを算出する。
【００７６】
（基準電圧Ｖｆが変動する場合）
図５を参照して、基準電圧Ｖｆが、時間の経過とともに増加している。この場合、検出期間における基準電圧Ｖｆの増加を考慮に入れない場合、端子電圧変化量ΔＶｋは、基準電圧変化量ΔＶｆを誤差として含む。基準電圧変化量ΔＶｆは、時刻ｔｂ１から時刻ｔｂ３までの期間における基準電圧Ｖｆの変化量である。この結果、センサ素子１のインピーダンスＲｓの検出精度が低下し、センサ素子１を適切な温度に制御することが困難となる。
【００７７】
例えば、空燃比センサ１００が搭載されている車両のエンジンにおいて、フューエルカットが発生した場合、排気中の酸素濃度が上昇し空燃比が急変する。フューエルカットとは、エンジンの燃焼室内への燃料の供給が遮断されることである。フューエルカットが、検出期間の開始直前、あるいは、検出期間中に行われた場合、正極端子１Ａの電圧Ｖａは、空燃比の急変に伴って、検出期間において掃引電圧Ｖｍの印加とは無関係に増加する。
【００７８】
フューエルカットに起因する電圧Ｖａの増加は、予め設定された検出期間（例えば、１２８ｍｓ）よりも長い時間継続する。つまり、電圧Ｖａが、掃引電圧Ｖｍが供給されている間に増加を続ける場合があり得る。この場合、端子電圧変化量ΔＶｋは、掃引前電圧Ｖａ１及び掃引電圧Ｖｍを掃引中電圧Ｖａ２から減算した値と異なる。
【００７９】
そこで、本実施の形態において、インピーダンス検出装置２３は、掃引後電圧Ｖａ３を取得する。インピーダンス検出装置２３は、掃引前電圧Ｖａ１及び掃引後電圧Ｖａ３に基づいて、基準電圧変化量ΔＶｆを含む基準電圧Ｖｆを算出し、算出した基準電圧Ｖｆに基づいて端子電圧変化量ΔＶｋを取得する。以下、詳しく説明する。
【００８０】
最初に、電圧取得部２３２が、掃引電圧Ｖｍの供給開始前における時刻ｔｂ１において、掃引前電圧Ｖａ１を取得する。素子電流算出部２３５は、時刻ｔｂ１における素子電流Ｉｋを算出する。掃引前電圧Ｖａ１及び時刻ｔｂ１における素子電流Ｉｋの算出は、基準電圧Ｖｆが変化しない場合と同様である。
【００８１】
掃引制御部２３１は、掃引電圧Ｖｍが期間Ｔｐにおいて継続的に供給されるように、掃引電圧供給部２６を制御する。電圧取得部２３２は、期間Ｔｐ内の時刻ｔｂ３において、掃引中電圧Ｖａ２を取得する。素子電流算出部２３５は、時刻ｔｂ３における素子電流Ｉｋを算出する。掃引中電圧Ｖａ２の取得及び時刻ｔｂ３における素子電流Ｉｋの算出は、基準電圧Ｖｆが変動しない場合と同様である。
【００８２】
掃引制御部２３１は、時刻ｔｂ４において掃引電圧Ｖｍの供給を停止し、引き戻し電圧Ｖｒを期間Ｔｑにおいて供給する。掃引制御部２３１は、時刻ｔｂ５において、引き戻し電圧Ｖｒの供給を終了する。電圧取得部２３２は、引き戻し電圧Ｖｒの供給が終了した時刻ｔｂ５よりも後の時刻ｔｂ６において、掃引後電圧Ｖａ３を取得する。
【００８３】
基準電圧算出部２３３は、下記の式（２）に相当する処理を実行して、掃引中電圧Ｖａ２の取得時刻における、基準電圧Ｖｆを取得する。
【００８４】
【数２】
2019207209.tif 000004
【００８５】
式（２）において、Ｖａ１は、掃引前電圧である。Ｖａ３は、掃引後電圧である。Ｔ１は、掃引前電圧Ｖａ１を取得した時刻ｔｂ１から掃引中電圧Ｖａ２を取得した時刻ｔｂ３までの時間である。Ｔ３は、掃引前電圧Ｖａ１を取得した時刻ｔｂ１から掃引後電圧Ｖａ３を取得した時刻ｔｂ６までの時間である。
【００８６】
式（２）の右辺第２項は、掃引前電圧Ｖａ１の取得時刻ｔｂ１から掃引中電圧Ｖａ２の取得時刻ｔｂ３までの期間における基準電圧変化量ΔＶｆである。基準電圧算出部２３３は、基準電圧Ｖｆが線形的に増加すると想定して、基準電圧変化量ΔＶｆを算出する。具体的には、基準電圧算出部２３３は、時刻ｔｂ１から時刻ｔｂ６までの期間における電圧Ｖａの変化量に基づいて、基準電圧Ｖｆの単位時間あたりの変化量を算出し、算出した単位時間あたりの変化量に時間Ｔ１を乗じることにより、基準電圧変化量ΔＶｆを算出する。そして、基準電圧算出部２３３は、基準電圧変化量ΔＶｆを掃引前電圧に加算することにより、時刻ｔｂ３における基準電圧Ｖｆを算出する。
【００８７】
次に、電圧変化量算出部２３４は、上記の式（１）に相当する処理を実行して、端子電圧変化量ΔＶｋを取得する。式（１）には、式（２）で算出された基準電圧Ｖｆが代入される。この結果、端子電圧変化量ΔＶｋは、基準電圧Ｖｆの変動を誤差として含まない。従って、インピーダンス検出装置２３は、端子電圧変化量ΔＶｋを精度よく算出することができる。
【００８８】
基準電圧Ｖｆが変動しない場合、掃引後電圧Ｖａ３は、掃引前電圧Ｖａ１と等しい。式（２）の右辺第２項により示される基準電圧変化量ΔＶｆはゼロとなる。従って、インピーダンス検出装置２３は、式（２）及び（３）を用いることにより、基準電圧Ｖｆが変動するか否かに関わらず、端子電圧変化量ΔＶｋを精度よく算出することができる。
【００８９】
電流変化量算出部２３６は、基準電圧Ｖｆが変動しない場合と同様に、電流変化量ΔＩｋを算出する。インピーダンス算出部２３７は、電圧変化量算出部２３４により取得された端子電圧変化量ΔＶｋを、電流変化量算出部２３６により取得された電流変化量ΔＩｋで除算することにより、センサ素子１のインピーダンスＲｓを算出する。
【００９０】
｛３．インピーダンス検出装置２３の動作｝
図６は、図１に示すインピーダンス検出装置２３の動作を示すフローチャートである。インピーダンス検出装置２３は、予め定められた検出期間となった場合、図６に示す処理を開始する。インピーダンス検出装置２３は、検出期間において、図６に示す処理を繰り返し実行して複数のインピーダンスＲｓを取得し、取得した複数のインピーダンスＲｓの平均を、ヒータ制御部２８に出力する。
【００９１】
インピーダンス検出装置２３において、電圧取得部２３２は、掃引電圧Ｖｍの供給開始前に、掃引前電圧Ｖａ１を取得する（ステップＳ１）。素子電流算出部２３５は、ステップＳ１で取得された掃引前電圧Ｖａ１及び接続端子２１Ａの電圧Ｖｂを用いて、掃引前の素子電流Ｉｋを取得する（ステップＳ２）。ステップＳ１、Ｓ２は、図５に示す時刻ｔｂ１における掃引前電圧Ｖａ１の取得と、時刻ｔｂ１における素子電流Ｉｋの算出に対応する。
【００９２】
掃引制御部２３１は、掃引前電圧Ｖａ１が取得された後に、掃引電圧供給部２６を制御して掃引電圧Ｖｍの供給を開始する（ステップＳ３）。ステップＳ３は、図５に示す時刻ｔｂ２における掃引電圧Ｖｍの供給開始に対応する。具体的には、掃引制御部２３１は、トランジスタ２６１のベースに制御信号Ｃ１を供給する。トランジスタ２６１が制御信号Ｃ１によりオンされるため、掃引電圧Ｖｍが正極端子１Ａに供給される。制御信号Ｃ１の供給は、予め設定された掃引電圧Ｖｍの掃引時間が経過するまで継続される。
【００９３】
電圧取得部２３２は、掃引電圧Ｖｍの供給開始から所定時間を経過した後に、掃引中電圧Ｖａ２を取得する（ステップＳ４）。素子電流算出部２３５は、ステップＳ４で取得された掃引中電圧Ｖａ２及び接続端子２１Ａの電圧Ｖｂを用いて、掃引中の素子電流Ｉｋを取得する（ステップＳ５）。ステップＳ４、Ｓ５は、図５に示す時刻ｔｂ３における掃引中電圧Ｖａ２の取得と、時刻ｔｂ３における素子電流Ｉｋの算出に対応する。
【００９４】
掃引制御部２３１は、掃引時間を経過した後に掃引電圧Ｖｍの供給を停止し、引き戻し電圧Ｖｒの供給を開始する（ステップＳ６）。ステップＳ６は、図５に示す時刻ｔｂ４における引き戻し電圧Ｖｒの供給開始に対応する。具体的には、掃引制御部２３１は、制御信号Ｃ１の供給を停止し、制御信号Ｃ２をトランジスタ２６２に供給する。トランジスタ２６２が制御信号Ｃ２によりオンされるため、引き戻し電圧Ｖｒが正極端子１Ａに供給される。制御信号Ｃ２の供給は、予め設定された引き戻し期間を経過するまで継続される。
【００９５】
掃引制御部２３１は、引き戻し期間を経過した場合、引き戻し電圧Ｖｒの供給を停止する（ステップＳ７）。ステップＳ７は、図５に示す時刻ｔｂ５における引き戻し電圧Ｖｒの供給停止に対応する。
【００９６】
電圧取得部２３２は、引き戻し電圧Ｖｒの供給停止から予め設定された待機時間を経過した後に、掃引後電圧Ｖａ３を取得する（ステップＳ８）。ステップＳ８は、図５に示す時刻ｔｂ６における掃引後電圧Ｖａ３の取得に対応する。
【００９７】
基準電圧算出部２３３は、ステップＳ１で取得された掃引前電圧Ｖａ１と、ステップＳ８で取得された掃引後電圧Ｖａ３とを用いて、掃引中電圧Ｖａ２の取得時における基準電圧Ｖｆを算出する（ステップＳ９）。掃引中電圧Ｖａ２の取得時における基準電圧Ｖｆは、上述の式（２）を用いて算出される。
【００９８】
電圧変化量算出部２３４は、掃引中電圧Ｖａ２と、掃引電圧Ｖｍと、ステップＳ９で算出された基準電圧Ｖｆとを用いて、端子電圧変化量ΔＶｋを算出する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０は、上述の式（１）に相当する処理である。
【００９９】
電流変化量算出部２３６は、掃引前の素子電流Ｉｋと、掃引中の素子電流Ｉｋとを素子電流算出部２３５から受け、その受けた２つの素子電流Ｉｋを用いて電流変化量ΔＩｋを算出する（ステップＳ１１）。
【０１００】
インピーダンス算出部２３７は、端子電圧変化量ΔＶｋを電圧変化量算出部２３４から受け、電流変化量ΔＩｋを電流変化量算出部２３６から受ける。インピーダンス算出部２３７は、その受けた端子電圧変化量ΔＶｋをその受けた電流変化量ΔＩｋで除算することにより、センサ素子１のインピーダンスＲｓを算出する（ステップＳ１２）。
【０１０１】
なお、図５は、検出期間において基準電圧Ｖｆが増加する場合を示しているが、基準電圧Ｖｆが検出期間において減少する場合があり得る。この場合であっても、式（１）及び式（２）を用いることにより、基準電圧変化量ΔＶｆを誤差として含まない端子電圧変化量ΔＶｋを算出できる。基準電圧Ｖｆが検出期間において減少する例としては、フューエルカットが終了して、エンジンの燃焼室内への燃料の供給が再開された場合が挙げられる。
【０１０２】
以上説明したように、インピーダンス検出装置２３は、掃引前電圧Ｖａ１と、掃引後電圧Ｖａ３とに基づいて、掃引中電圧Ｖａ２の取得時における基準電圧Ｖｆを算出する。インピーダンス検出装置２３は、基準電圧Ｖｆと、掃引電圧Ｖｍと、掃引前電圧Ｖａ１とを掃引中電圧Ｖａ２から減算して、端子電圧変化量ΔＶｋを算出する。これにより、インピーダンス検出装置２３は、誤差の小さい端子電圧変化量ΔＶｋを取得することができるため、センサ素子１のインピーダンスＲｓを高い精度で検出することができる。
【０１０３】
｛変形例｝
上記実施の形態では、基準電圧算出部２３３が、式（２）を用いて、掃引中電圧Ｖａ２の取得時における基準電圧Ｖｆを算出する例を説明したが、これに限られない。例えば、基準電圧算出部２３３は、基準電圧Ｖｆが非線形的に増加するという想定の下で、基準電圧Ｖｆを算出してもよい。あるいは、基準電圧算出部２３３は、掃引後電圧Ｖａ３から掃引前電圧Ｖａ１を減算して減算値を取得し、その取得した減算値に１以下の係数を乗じて基準電圧変化量ΔＶｆを取得してもよい。
【０１０４】
つまり、基準電圧算出部２３３が、掃引前電圧及び掃引後電圧に基づいて基準電圧Ｖｆを取得するのであれば、基準電圧Ｖｆの取得方法は特に限定されない。この場合であっても、基準電圧Ｖｆの変動を考慮して端子電圧変化量ΔＶｋを取得することができるため、インピーダンスＲｓの精度を向上させることができる。
【０１０５】
上記実施の形態では、基準電圧算出部２３３が、掃引前電圧Ｖａ１と掃引後電圧Ｖａ３とを用いて基準電圧Ｖｆを取得する例を説明したが、これに限られない。例えば、基準電圧算出部２３３は、掃引電圧Ｖｍの供給前に、基準電圧変化量ΔＶｆを取得し、取得した基準電圧変化量ΔＶｆに基づいて掃引中電圧Ｖａ２の取得時における基準電圧Ｖｆを算出してもよい。例えば、基準電圧算出部２３３は、図５に示す時刻ｔｂ１’において、正極端子１Ａの電圧Ｖａを取得する。時刻ｔｂ１’は、時刻ｔｂ１と時刻ｔｂ２との間の時刻である。基準電圧算出部２３３は、掃引前電圧Ｖａ１と、時刻ｔｂ１’に取得した電圧Ｖａとに基づいて、時刻ｔｂ３における基準電圧Ｖｆを算出する。
【０１０６】
つまり、基準電圧算出部２３３は、掃引前電圧Ｖａ１と、掃引電圧Ｖｍが正極端子１Ａに供給されない異なる時刻における正極端子１Ａの電圧Ｖａとに基づいて、基準電圧Ｖｆを算出すればよい。電圧変化量算出部２３４は、基準電圧Ｖｆの変動を考慮して端子電圧変化量ΔＶｋを算出することができるため、インピーダンスＲｓの検出精度を向上させることができる。
【０１０７】
上記実施の形態では、センサ素子１が限界電流式の酸素センサ素子である場合を説明したが、これに限られない。センサ素子１は、濃淡電池式の酸素センサ素子であってもよい。
【０１０８】
上記実施の形態では、インピーダンス検出装置２３が、掃引電圧Ｖｍを供給した後に引き戻し電圧Ｖｒを供給する例を説明したが、これに限られない。インピーダンス検出装置２３は、引き戻し電圧Ｖｒを供給しなくてもよい。この場合、インピーダンス検出装置２３は、掃引電圧Ｖｍの供給を停止してから所定時間を経過した後に、掃引後電圧Ｖａ３を取得すればよい。
【０１０９】
上記実施の形態では、インピーダンス検出装置２３が空燃比センサ１００に用いられる例を説明したが、これに限られない。インピーダンス検出装置２３は、排気だけでなく、様々なガス中の特定成分の濃度を検出するセンサ素子のインピーダンスを検出するために用いることができる。
【０１１０】
また、上記実施の形態において、インピーダンス検出装置２３の各機能ブロックは、ＬＳＩなどの半導体装置により個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全部を含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【０１１１】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。
【０１１２】
また、インピーダンス検出装置２３の各機能ブロックにより実行される処理の一部又は全部は、プログラムにより実現されるものであってもよい。そして、機能ブロックの処理の一部又は全部は、コンピュータにおいて、中央演算装置（ＣＰＵ）により行われる。また、それぞれの処理を行うためのプログラムは、ハードディスク、ＲＯＭなどの記憶装置に格納されており、ＲＯＭにおいて、あるいはＲＡＭに読み出されて実行される。
【０１１３】
また、上記実施の形態の各処理をハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェア（ＯＳ（オペレーティングシステム）、ミドルウェア、あるいは、所定のライブラリとともに実現される場合を含む。）により実現してもよい。さらに、ソフトウェアおよびハードウェアの混在処理により実現しても良い。
【０１１４】
例えば、上記実施の形態（変形例を含む）の各機能ブロックを、ソフトウェアにより実現する場合、図７に示したハードウェア構成（例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力部、出力部等をバスＢｕｓにより接続したハードウェア構成）を用いて、各機能部をソフトウェア処理により実現するようにしてもよい。
【０１１５】
また、上記実施の形態における処理方法の実行順序は、必ずしも、上記実施の形態の記載に制限されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、実行順序を入れ替えてもよい。
【０１１６】
前述した方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム及びそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、本発明の範囲に含まれる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、大容量ＤＶＤ、次世代ＤＶＤ、半導体メモリを挙げることができる。
【０１１７】
上記コンピュータプログラムは、上記記録媒体に記録されたものに限られず、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク等を経由して伝送されるものであってもよい。
【０１１８】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１１９】
１００  センサ装置
１  センサ素子
２  センサ制御装置
３  ヒータ
２１  一定電圧供給部
２２  電流検出部
２３  インピーダンス検出装置
２６  掃引電圧供給部
２３１  掃引制御部
２３２  電圧取得部
２３３  基準電圧算出部
２３４  電圧変化量算出部
２３５  素子電流算出部
２３６  電流変化量算出部
２３７  インピーダンス算出部
【図１】
2019207209.tif 000005
【図２】
2019207209.tif 000006
【図３】
2019207209.tif 000007
【図４】
2019207209.tif 000008
【図５】
2019207209.tif 000009
【図６】
2019207209.tif 000010
【図７】
2019207209.tif 000011