(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスセンサの劣化を短時間で検出する。【解決手段】センサ制御装置１は、電流制御部と第１条件判断部と第２条件判断部と劣化検出通電部と劣化電圧検出部とを備える。電流制御部は、起電力セル電圧が制御目標電圧となるようにポンプ電流を制御する。第１条件判断部は、電流制御部がポンプ電流を制御していることを示す第１劣化検出条件が成立したか否かを判断する。第２条件判断部は、第１劣化検出条件が成立した場合に、第２劣化検出条件が成立したか否かを判断する。劣化検出通電部は、第２劣化検出条件が成立した場合に、劣化検出電流を酸素濃度検出セルに流す。劣化電圧検出部は、劣化検出電流を流してから劣化検出時間が経過した時点で、酸素濃度検出セルに発生する劣化検出電圧を検出する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガスが導入される測定室と、
第１固体電解質体と、前記第１固体電解質体上に形成された一対の第１電極とを有し、一対の前記第１電極のうち一方の前記第１電極が前記測定室に面して配置され、他方の前記第１電極が基準酸素分圧雰囲気に設定される基準酸素室に配置されて、前記測定室と前記基準酸素室との間の酸素分圧差に応じた起電力セル電圧を発生させる酸素濃度検出セルと、
第２固体電解質体と、前記第２固体電解質体上に形成された一対の第２電極とを有し、一対の前記第２電極のうち一方の前記第２電極が前記測定室に面して配置されて、一対の前記第２電極の間に流れるポンプ電流に応じて、前記測定室内に導入された前記被測定ガスに含まれる酸素の汲み出しまたは汲み入れを行うポンプセルとを備えるガスセンサを制御するセンサ制御装置であって、
前記起電力セル電圧が予め設定された制御目標電圧となるように前記ポンプ電流を制御するように構成された電流制御部と、
前記電流制御部が前記ポンプ電流を制御していることを示す予め設定された第１劣化検出条件が成立したか否かを判断するように構成された第１条件判断部と、
前記第１劣化検出条件が成立したと前記第１条件判断部が判断した場合に、予め設定された第２劣化検出条件が成立したか否かを判断するように構成された第２条件判断部と、
前記第２劣化検出条件が成立したと前記第２条件判断部が判断した場合に、予め設定された一定の電流値を有する劣化検出電流を前記酸素濃度検出セルに流すように構成された劣化検出通電部と、
前記劣化検出通電部が前記酸素濃度検出セルに前記劣化検出電流を流してから予め設定された劣化検出時間が経過した時点で、前記酸素濃度検出セルに前記劣化検出電流が流れていることにより前記酸素濃度検出セルに発生する劣化検出電圧を検出するように構成された劣化電圧検出部とを備え、
前記制御目標電圧は、前記測定室内に導入された前記被測定ガスの酸素濃度が、理論空燃比の混合気が内燃機関で燃焼することにより前記内燃機関から排出されるガスの酸素濃度と等しい場合における前記起電力セル電圧であるストイキ時電圧に設定され、
前記第１劣化検出条件は、前記起電力セル電圧が、前記ストイキ時電圧を含むように設定された第１電圧範囲内であることであり、
前記第２劣化検出条件は、前記起電力セル電圧が、前記ストイキ時電圧を含み且つ前記第１電圧範囲より狭く且つ前記第１電圧範囲内に含まれるように設定された第２電圧範囲内であることであるセンサ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ制御装置であって、
前記劣化検出電圧を用いて設定された劣化判定電圧に基づいて、前記ガスセンサが劣化しているか否かを判断するように構成された劣化判断部を備えるセンサ制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のセンサ制御装置であって、
前記劣化検出通電部が前記酸素濃度検出セルに前記劣化検出電流を流してから、前記劣化検出時間より短くなるように予め設定された前劣化検出時間が経過した時点で、前記酸素濃度検出セルに前記劣化検出電流が流れていることにより前記酸素濃度検出セルに発生する前劣化検出電圧を検出するように構成された前劣化電圧検出部を備え、
前記劣化判定電圧は、前記劣化検出電圧から前記前劣化検出電圧を減算した減算値であるセンサ制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載のセンサ制御装置であって、
前記劣化判定電圧は、前記劣化検出電圧であるセンサ制御装置。
【請求項５】
請求項２に記載のセンサ制御装置であって、
前記劣化判定電圧は、前記劣化検出電圧から、前記ガスセンサが新品であるときの前記劣化検出電圧として予め設定された新品劣化検出電圧を減算した減算値であるセンサ制御装置。
【請求項６】
請求項２〜請求項５の何れか１項に記載のセンサ制御装置であって、
前記ガスセンサが劣化していると前記劣化判断部が判断した場合に、前記ガスセンサが劣化していることを報知するように構成された報知部を備えるセンサ制御装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のセンサ制御装置であって、
前記劣化検出電圧を用いて設定された劣化判定電圧に基づいて、前記ポンプ電流の電流値を補正するように構成されたポンプ電流補正部を備えるセンサ制御装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７の何れか１項に記載のセンサ制御装置であって、
予め設定された一定の電流値を有するインピーダンス検出電流を前記酸素濃度検出セルに流すように構成されたインピーダンス検出通電部と、
前記インピーダンス検出通電部が前記酸素濃度検出セルに前記インピーダンス検出電流を流してから予め設定されたインピーダンス検出時間が経過した時点で、前記酸素濃度検出セルに前記インピーダンス検出電流が流れていることにより前記酸素濃度検出セルに発生するインピーダンス検出電圧を検出するように構成されたインピーダンス電圧検出部と、
前記インピーダンス電圧検出部により検出された前記インピーダンス検出電圧を用いて、前記酸素濃度検出セルおよび前記ポンプセルを加熱するヒータの通電を制御するように構成されたヒータ制御部と、
前記劣化検出電圧を用いて設定された劣化判定電圧に基づいて、前記ヒータ制御部による制御を補正するように構成された制御補正部と
を備えるセンサ制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載のセンサ制御装置であって、
前記制御補正部は、前記劣化判定電圧に基づいて、前記ヒータを制御するための制御量の目標値を補正することにより、前記ヒータ制御部による制御を補正するセンサ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガスセンサを制御するセンサ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一対の第１電極を有する固体電解質体を備えた酸素濃度検出セルと、一対の第２電極を有する固体電解質体を備えたポンプセルとを備えるガスセンサを制御するセンサ制御装置が知られている。このようなセンサ制御装置は、酸素濃度検出セルの一対の第１電極間に生じる電圧が制御目標電圧となるように、ポンプセルの一対の第２電極間に流れるポンプ電流を制御する。
【０００３】
特許文献１には、制御目標電圧を第１目標電圧としてポンプ電流を制御している状態における第１素子抵抗と、制御目標電圧を第２目標電圧としてポンプ電流を制御している状態における第２素子抵抗との差分を用いて、酸素濃度検出セルの劣化を検出するセンサ制御装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−４８２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載のセンサ制御装置では、酸素濃度検出セルの劣化を検出するために制御目標電圧を切り替えて測定室内における酸素濃度を変化させる必要があるために、劣化検出に時間が掛かるという問題があった。
【０００６】
本開示は、ガスセンサの劣化を短時間で検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様は、ガスセンサを制御するセンサ制御装置である。ガスセンサは、被測定ガスが導入される測定室と、酸素濃度検出セルと、ポンプセルとを備える。酸素濃度検出セルは、第１固体電解質体と、第１固体電解質体上に形成された一対の第１電極とを有し、一対の第１電極のうち一方の第１電極が測定室に面して配置され、他方の第１電極が基準酸素分圧雰囲気に設定される基準酸素室に配置されて、測定室と基準酸素室との間の酸素分圧差に応じた起電力セル電圧を発生させる。ポンプセルは、第２固体電解質体と、第２固体電解質体上に形成された一対の第２電極とを有し、一対の第２電極のうち一方の第２電極が測定室に面して配置されて、一対の第２電極の間に流れるポンプ電流に応じて、測定室内に導入された被測定ガスに含まれる酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う。
【０００８】
そして、本開示のセンサ制御装置は、電流制御部と、第１条件判断部と、第２条件判断部と、劣化検出通電部と、劣化電圧検出部とを備える。
電流制御部は、起電力セル電圧が予め設定された制御目標電圧となるようにポンプ電流を制御するように構成される。
【０００９】
第１条件判断部は、電流制御部がポンプ電流を制御していることを示す予め設定された第１劣化検出条件が成立したか否かを判断するように構成される。第２条件判断部は、第１劣化検出条件が成立したと第１条件判断部が判断した場合に、予め設定された第２劣化検出条件が成立したか否かを判断するように構成される。
【００１０】
劣化検出通電部は、第２劣化検出条件が成立したと第２条件判断部が判断した場合に、予め設定された一定の電流値を有する劣化検出電流を酸素濃度検出セルに流すように構成される。
【００１１】
劣化電圧検出部は、劣化検出通電部が酸素濃度検出セルに劣化検出電流を流してから予め設定された劣化検出時間が経過した時点で、酸素濃度検出セルに劣化検出電流が流れていることにより酸素濃度検出セルに発生する劣化検出電圧を検出するように構成される。
【００１２】
制御目標電圧は、測定室内に導入された被測定ガスの酸素濃度が、理論空燃比の混合気が内燃機関で燃焼することにより内燃機関から排出されるガスの酸素濃度と等しい場合における起電力セル電圧であるストイキ時電圧に設定される。
【００１３】
第１劣化検出条件は、起電力セル電圧が、ストイキ時電圧を含むように設定された第１電圧範囲内であることである。第２劣化検出条件は、起電力セル電圧が、ストイキ時電圧を含み且つ第１電圧範囲より狭く且つ第１電圧範囲内に含まれるように設定された第２電圧範囲内であることである。
【００１４】
このように構成された本開示のセンサ制御装置は、酸素濃度検出セルに劣化検出電流を流してから劣化検出時間が経過した時点で劣化検出電圧を検出する。このため、本開示のセンサ制御装置は、ガスセンサの劣化を判断するために必要な情報（すなわち、劣化検出電圧）を短時間で取得することができ、これにより、ガスセンサの劣化を短時間で検出することができる。
【００１５】
さらに、本開示のセンサ制御装置は、第１劣化検出条件が成立した後に第２劣化検出条件が成立したか否かを判断する。このため、本開示のセンサ制御装置は、電流制御部がポンプ電流を制御しているときにガスセンサの劣化を判断することができる。
【００１６】
また、本開示の一態様では、劣化検出電圧を用いて設定された劣化判定電圧に基づいて、ガスセンサが劣化しているか否かを判断するように構成された劣化判断部を備えるようにしてもよい。これにより、本開示のセンサ制御装置は、精度良くガスセンサの劣化を検出することができる。
【００１７】
そして、本開示の一態様では、前劣化電圧検出部を備え、劣化判定電圧は、劣化検出電圧から前劣化検出電圧を減算した減算値であるようにしてもよい。前劣化電圧検出部は、劣化検出通電部が酸素濃度検出セルに劣化検出電流を流してから、前劣化検出時間が経過した時点で、酸素濃度検出セルに劣化検出電流が流れていることにより酸素濃度検出セルに発生する前劣化検出電圧を検出するように構成される。前劣化検出時間は、劣化検出時間より短くなるように予め設定される。
【００１８】
これにより、本開示のセンサ制御装置は、外乱要因の影響を受けて変動する劣化検出電圧と前劣化検出電圧との差分により、上記の外乱要因が除去された電圧を劣化判定電圧として採用することができるため、劣化検出精度を向上させることができる。なお、上記の外乱要因として、測定室内に導入される被測定ガスの酸素濃度の変動、および、被測定ガスの温度の変動などが挙げられる。
【００１９】
また、本開示の一態様では、劣化判定電圧は、劣化検出電圧であるようにしてもよい。これにより、本開示のセンサ制御装置は、劣化電圧検出部で検出された劣化検出電圧をそのまま劣化判定電圧として採用することができ、劣化検出のための処理負荷を低減することができる。
【００２０】
また、本開示の一態様では、劣化判定電圧は、劣化検出電圧から、ガスセンサが新品であるときの劣化検出電圧として予め設定された新品劣化検出電圧を減算した減算値であるようにしてもよい。これにより、本開示のセンサ制御装置は、劣化に起因した劣化検出電圧の増加量を劣化判定電圧として採用することができ、劣化検出精度を向上させることができるとともに、劣化の程度を判断することができる。
【００２１】
また、本開示の一態様では、ガスセンサが劣化していると劣化判断部が判断した場合に、ガスセンサが劣化していることを報知するように構成された報知部を備えるようにしてもよい。これにより、本開示のセンサ制御装置は、ガスセンサが劣化している場合に、ガスセンサの交換などの適切な処置をガスセンサの利用者に促すことができる。
【００２２】
また、本開示の一態様では、劣化検出電圧を用いて設定された劣化判定電圧に基づいて、ポンプ電流の電流値を補正するように構成されたポンプ電流補正部を備えるようにしてもよい。これにより、本開示のセンサ制御装置は、ガスセンサに劣化が生じていても、酸素濃度の検出精度の低下を抑制することができる。
【００２３】
また、本開示の一態様では、インピーダンス検出通電部と、インピーダンス電圧検出部と、ヒータ制御部と、制御補正部とを備えるようにしてもよい。
インピーダンス検出通電部は、予め設定された一定の電流値を有するインピーダンス検出電流を酸素濃度検出セルに流すように構成される。インピーダンス電圧検出部は、インピーダンス検出通電部が酸素濃度検出セルにインピーダンス検出電流を流してから予め設定されたインピーダンス検出時間が経過した時点で、酸素濃度検出セルにインピーダンス検出電流が流れていることにより酸素濃度検出セルに発生するインピーダンス検出電圧を検出するように構成される。
【００２４】
ヒータ制御部は、インピーダンス電圧検出部により検出されたインピーダンス検出電圧を用いて、酸素濃度検出セルおよびポンプセルを加熱するヒータの通電を制御するように構成される。制御補正部は、劣化検出電圧を用いて設定された劣化判定電圧に基づいて、ヒータ制御部による制御を補正するように構成される。
【００２５】
これにより、本開示のセンサ制御装置は、ガスセンサの劣化に起因してインピーダンス検出電圧が変動した場合であっても、ヒータによるガスセンサの温度制御の精度低下を抑制することができる。
【００２６】
また、本開示の一態様では、具体的には、制御補正部は、劣化判定電圧に基づいて、ヒータを制御するための制御量の目標値を補正することにより、ヒータ制御部による制御を補正するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】センサ制御装置を構成要素とするシステムの概略構成を示す図である。
【図２】ガスセンサの概略構成を示す図である。
【図３】センサ制御装置の概略構成を示す図である。
【図４】第１実施形態の劣化判定処理の第１部分を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態の劣化判定処理の第２部分を示すフローチャートである。
【図６】第１実施形態の濃度算出処理を示すフローチャートである。
【図７】第１実施形態の目標補正処理を示すフローチャートである。
【図８】ヒータ制御処理を示すフローチャートである。
【図９】第２実施形態の劣化判定処理を示すフローチャートである。
【図１０】第２実施形態の濃度算出処理を示すフローチャートである。
【図１１】第２実施形態の目標補正処理を示すフローチャートである。
【図１２】第３実施形態の劣化判定処理を示すフローチャートである。
【図１３】第３実施形態の濃度算出処理を示すフローチャートである。
【図１４】第３実施形態の目標補正処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（第１実施形態）
以下に本開示の第１実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態のセンサ制御装置１は、車両に搭載され、図１に示すように、ガスセンサ３を制御する。
【００２９】
センサ制御装置１は、エンジン５を制御する電子制御装置９との間で通信線８を介して、データを送受信することが可能に構成されている。以下、電子制御装置９をエンジンＥＣＵ９という。ＥＣＵは、Electronic Control Unitの略である。
【００３０】
ガスセンサ３は、エンジン５の排気管７に取り付けられ、排気ガス中の酸素濃度を広域にわたって検出するものであり、リニアラムダセンサとも呼ばれる。
ガスセンサ３は、図２に示すように、センサ素子１０と、ヒータ３０と、端子Ｉｐ＋と、端子ＣＯＭと、端子Ｖｓ＋とを備える。
【００３１】
センサ素子１０は、ポンプセル１１と、多孔質拡散層１２と、酸素濃度検出セル１３と、補強板１４とを備える。
ポンプセル１１は、部分安定化ジルコニアにより板状に形成された酸素イオン伝導性固体電解質体２１と、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成されたポンプ電極２２，２３と、ポンプ電極２２を覆う多孔質保護層２４を備える。ポンプ電極２２は、多孔質保護層２４に覆われることにより被毒物質などから保護される。ポンプ電極２２は端子Ｉｐ＋に接続され、ポンプ電極２３は端子ＣＯＭに接続される。
【００３２】
酸素濃度検出セル１３は、部分安定化ジルコニアにより板状に形成された酸素イオン伝導性固体電解質体２５と、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された検出電極２６，２７とを備える。検出電極２６は端子ＣＯＭに接続され、検出電極２７は端子Ｖｓ＋に接続される。
【００３３】
ポンプセル１１と酸素濃度検出セル１３との間には、ポンプセル１１と酸素濃度検出セル１３とを電気的に絶縁するために絶縁性材料（例えば、アルミナなど）を主体に形成された図示しない絶縁層が介在し、その絶縁層の一部に多孔質拡散層１２が設けられている。なお、多孔質拡散層１２は、センサ素子１０の内部に導入される被測定ガスの拡散律速を行うために、絶縁性材料（例えば、アルミナなど）を主体として多孔質状に形成されている。
【００３４】
ポンプセル１１と酸素濃度検出セル１３との間には、多孔質拡散層１２と図示しない絶縁層とにより包囲された中空状の測定室２８が形成されている。すなわち、測定室２８は、多孔質拡散層１２を介して測定ガス雰囲気と連通されている。また、測定室２８には、ポンプ電極２３と、検出電極２６とが配置されている。
【００３５】
補強板１４は、酸素濃度検出セル１３のうち測定室２８に対向する面とは反対側の面に、検出電極２７を挟み込むようにして密着して配置されている。これにより、補強板１４は、センサ素子１０の全体的な強度を向上させている。なお、補強板１４は、ポンプセル１１および酸素濃度検出セル１３を構成する各固体電解質体２１，２５と略同じ大きさであるとともに、セラミックを主体とする材料にて板状に形成されている。
【００３６】
このように構成されたセンサ素子１０において、酸素濃度検出セル１３の検出電極２７から検出電極２６に向かう方向に一定の微小電流Ｉｃｐを通して、測定室２８から検出電極２７の側に酸素をポンピングすることにより、検出電極２７の周囲に形成された基準酸素室２９には略一定濃度の酸素が蓄積されることになる。このようにして基準酸素室２９に蓄積された略一定濃度の酸素は、センサ素子１０において被測定ガスにおける酸素濃度を検出する際の基準酸素濃度となる。このため、検出電極２７は、自己生成基準電極とも称される。
【００３７】
ヒータ３０は、平板状に形成されており、補強板１４に積層され、ポンプセル１１、酸素濃度検出セル１３および補強板１４とともに一体化されている。ヒータ３０は、アルミナを主体とする材料にて形成され、その内部には、白金を主体とする材料にて形成されたヒータ配線３１を備えている。ヒータ３０は、後述するヒータ制御回路４２から供給される電力により、センサ素子１０の温度が活性化温度（例えば、５５０〜９００℃）となるように制御される。
【００３８】
なお、ガスセンサ３は、ヒータ３０による加熱によりセンサ素子１０が活性化することで、ガス検出が可能な状態となる。
センサ素子１０では、被測定ガスに含まれる酸素が、多孔質拡散層１２を介して測定室２８に拡散する。センサ素子１０は、理論空燃比の混合気がエンジン５で燃焼することで、エンジン５から排出される排気ガスが測定室２８に導入されている場合には、測定室２８と基準酸素室２９との間の酸素濃度差により、酸素濃度検出セル１３に４５０ｍＶの起電力を発生する特性を有する。
【００３９】
なお、酸素濃度検出セル１３は、検出電極２６と検出電極２７との間での酸素濃度差に応じた電圧を発生する特性を有する。そして、検出電極２７が面する基準酸素室２９の酸素濃度は略一定濃度である。このため、酸素濃度検出セル１３は、測定室２８の酸素濃度に応じた電圧（起電力）を検出電極２６と検出電極２７との間に発生させる。
【００４０】
ところで、内燃機関に供給される混合気の空燃比の変化に応じて、排気ガスに含まれる酸素濃度は変化し、これにより、センサ素子１０の測定室２８に含まれる酸素濃度が変化する。そこで、センサ制御装置１は、検出電極２６と検出電極２７との間の電位差が４５０ｍＶに保たれるように、ポンプセル１１に流れるポンプ電流Ｉｐを制御する。つまり、測定室２８の雰囲気が理論空燃比と同じ状態になるようにポンプ電流Ｉｐを制御することで、ポンプセル１１によって酸素のポンピングが行われる。このため、センサ制御装置１は、このポンプ電流Ｉｐの通電状態（例えば、通電方向および電流積算値など）に基づいて、排気ガス中の酸素濃度を算出することができる。以下、「測定室２８内の酸素濃度が、理論空燃比の混合気がエンジン５で燃焼することによりエンジン５から排出される排気ガスの酸素濃度と等しい状態」をストイキ状態という。なお、「ストイキ」は、「ストイキメトリー」の略である。また、上記のストイキ状態であるときの検出電極２６と検出電極２７との間の電圧（すなわち、４５０ｍＶ）をストイキ時電圧という。
【００４１】
ポンプセル１１は、ポンプ電極２２とポンプ電極２３との間に通電される電流の通電方向に応じて、測定室２８からの酸素の汲み出しと、測定室２８への酸素の汲み入れとを切換可能に構成されている。またポンプセル１１は、ポンプ電極２２とポンプ電極２３との間に通電される電流の大きさに応じて、酸素のポンピング量を調整可能に構成されている。
【００４２】
センサ制御装置１は、図３に示すように、センサ制御回路４１と、ヒータ制御回路４２と、マイクロコンピュータ４３（以下、マイコン４３）とを備える。
センサ制御回路４１は、特定用途向集積回路（すなわち、ＡＳＩＣ）で実現されている。ＡＳＩＣは、Application Specific ICの略である。
【００４３】
ヒータ制御回路４２は、ヒータ配線３１の両端が接続され、マイコン４３から入力されるＰＷＭ制御信号に基づいて、ヒータ配線３１の両端に供給される電圧をＰＷＭ制御してヒータ３０を発熱させる。ＰＷＭは、Pulse Width Modulationの略である。
【００４４】
マイコン４３は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を備える。マイクロコンピュータの各種機能は、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、ＲＯＭが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。なお、ＣＰＵが実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。
【００４５】
センサ制御回路４１は、抵抗Ｒ１，Ｒ２と、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３，ＯＰ４，ＯＰ５と、スイッチＳＷ１と、３個のスイッチＳＷ２と、２個のスイッチＳＷ３と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを備える。さらにセンサ制御回路４１は、ＰＩＤ制御回路５１と、差動増幅回路５２と、Ｉｃｐ供給回路５３と、電流源５４，５５，５６，５７と、制御部５８と、出力端子５９，６０と、受信ポート６１とを備える。
【００４６】
ガスセンサ３の端子ＣＯＭは、接続配線８１を介してＶｃｅｎｔ点に接続される。ガスセンサ３の端子Ｉｐ＋は、接続配線８２を介してオペアンプＯＰ２の出力端子に接続される。ガスセンサ３の端子Ｖｓ＋は、接続配線８３を介してオペアンプＯＰ４の非反転入力端子に接続される。なお、端子ＣＯＭの電圧と、端子Ｖｓ＋の電圧はそれぞれ、図示しない回路により、マイコン４３に入力される。
【００４７】
また端子Ｖｓ＋は、Ｉｃｐ供給回路５３に接続されている。Ｉｃｐ供給回路５３は、上述の微小電流Ｉｃｐを流す定電流源回路である。Ｉｃｐ供給回路５３、接続配線８３、酸素濃度検出セル１３および接続配線８１は、この順に接続されて、微小電流Ｉｃｐを流す電流路を構成している。
【００４８】
オペアンプＯＰ２の反転入力端子は、Ｖｃｅｎｔ点に接続される。オペアンプＯＰ２の非反転入力端子には、３．６Ｖの基準電圧が印加される。オペアンプＯＰ２の出力端子は、上述のように、接続配線８２を介してガスセンサ３の端子Ｉｐ＋に接続される。
【００４９】
オペアンプＯＰ４の非反転入力端子は、上述のように、接続配線８３を介してガスセンサ３の端子Ｖｓ＋に接続される。オペアンプＯＰ４の出力端子は、オペアンプＯＰ４の反転入力端子に接続されるとともに、スイッチＳＷ１を介してオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に接続される。コンデンサＣ１は、一端がスイッチＳＷ１とオペアンプＯＰ１と接続点に接続されるとともに、他端が接地される。
【００５０】
オペアンプＯＰ１の出力端子は、オペアンプＯＰ１の反転入力端子に接続されるとともに、ＰＩＤ制御回路５１の入力端子ＩＴに接続される。オペアンプＯＰ１は、コンデンサＣ１およびスイッチＳＷ１とともにサンプルホールド回路を形成している。
【００５１】
ＰＩＤ制御回路５１は、上述の入力端子ＩＴに加えて、基準端子ＲＴおよび出力端子ＯＴを備える。基準端子ＲＴは、Ｖｃｅｎｔ点に接続される。出力端子ＯＴは、抵抗Ｒ１を介してＶｃｅｎｔ点に接続される。
【００５２】
ＰＩＤ制御回路５１は、オペアンプＯＰ４およびオペアンプＯＰ１を介して入力端子Ｉ
Ｔに印加される端子Ｖｓ＋の電圧と、基準端子ＲＴに印加されるＶｃｅｎｔ点の電圧との間の電圧差が、制御目標電圧（本実施形態では４５０ｍＶ）となるように、ポンプ電流Ｉｐの大きさをＰＩＤ制御する。具体的には、ＰＩＤ制御回路５１にて、目標制御電圧と酸素濃度検出セル１３の両端に発生する電圧Ｖｓとの偏差がＰＩＤ演算され、オペアンプＯＰ２にフィードバックされることで、オペアンプＯＰ２は、ポンプセル１１にポンプ電流Ｉｐを流す。なお、制御目標電圧は上記のストイキ時電圧に等しい。
【００５３】
差動増幅回路５２は、ポンプ電流Ｉｐの大きさを電圧信号に変換する抵抗Ｒ１の両端電圧（すなわち、ＰＩＤ制御回路５１の出力端子ＯＴの電位Ｖｐｉｄと、電位Ｖｃｅｎｔとの差分）を差動増幅して、ガス検出信号Ｖｉｐとして出力する。差動増幅回路５２の出力端子は、センサ制御回路４１の出力端子５９に接続される。
【００５４】
オペアンプＯＰ３の反転入力端子は、抵抗を介してオペアンプＯＰ４の出力端子に接続される。オペアンプＯＰ３の非反転入力端子は、抵抗を介してオペアンプＯＰ１の出力端子に接続される。オペアンプＯＰ３の出力端子は、スイッチＳＷ２と抵抗Ｒ２とを介してオペアンプＯＰ５の非反転入力端子に接続される。コンデンサＣ２は、一端が抵抗Ｒ２とオペアンプＯＰ５と接続点に接続されるとともに、他端が接地される。オペアンプＯＰ５の出力端子は、オペアンプＯＰ５の反転入力端子に接続されるとともに、センサ制御回路４１の出力端子６０に接続される。オペアンプＯＰ５は、コンデンサＣ２、スイッチＳＷ２および抵抗Ｒ２とともに信号ホールド回路を形成している。
【００５５】
電流源５４は、一定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流す。電流源５４は、一端がスイッチＳＷ２と接続配線８３とを介してガスセンサ３の端子Ｖｓ＋に接続され、他端が接地される。
電流源５５は、一定電流−Ｉｃｏｎｓｔとは極性が逆になっている一定電流＋Ｉｃｏｎｓｔを流す。電流源５５は、一端が電源に接続され、他端がスイッチＳＷ３と接続配線８３とを介してガスセンサ３の端子Ｖｓ＋に接続される。
【００５６】
電流源５６は、一定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流す。電流源５６は、一端が電源に接続され、他端がスイッチＳＷ２と接続配線８１とを介してガスセンサ３の端子ＣＯＭに接続される。
【００５７】
電流源５７は、一定電流＋Ｉｃｏｎｓｔを流す。一端がスイッチＳＷ３と接続配線８１とを介してガスセンサ３の端子ＣＯＭに接続され、他端が接地される。
制御部５８は、ＡＳＩＣ内に構成されたロジック回路であり、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３をオン／オフする制御を実行する。制御部５８は、センサ制御回路４１の受信ポート６１を介して、マイコン４３から送信されるデータを受信する。
【００５８】
次に、酸素濃度を検出する場合におけるセンサ制御装置１の動作について説明する。
酸素濃度を検出する場合には、制御部５８は、スイッチＳＷ１をオンにし、スイッチＳＷ２，ＳＷ３をオフにする。これにより、ガスセンサ３の端子Ｖｓ＋の電圧は、ボルテージフォロアとして構成されているオペアンプＯＰ４およびオペアンプＯＰ１を介してＰＩＤ制御回路５１の入力端子ＩＴに印加される。そして、上述のように、ＰＩＤ制御回路５１は、目標制御電圧と電圧Ｖｓとの偏差に基づいてＰＩＤ演算を実行し、オペアンプＯＰ２は、ポンプセル１１にポンプ電流Ｉｐを流す。さらに、上述のように、差動増幅回路５２は、ガス検出信号Ｖｉｐをマイコン４３へ出力する。マイコン４３は、ガス検出信号Ｖｉｐの電圧値を、図示しないＡ／Ｄ変換回路を用いてデジタル値に変換した後に、マイコン４３が備えるマップまたは計算式に基づいて、ガス検出信号Ｖｉｐに対応する酸素濃度を算出する。
【００５９】
次に、酸素濃度検出セル１３のインピーダンスＲｐｖｓを検出する場合におけるセンサ
制御装置１の動作について説明する。
インピーダンスＲｐｖｓを検出する場合には、制御部５８は、スイッチＳＷ２をオンにし、スイッチＳＷ１，ＳＷ３をオフにする。これにより、スイッチＳＷ１をオフにする直前における端子Ｖｓ＋の電圧がコンデンサＣ１により保持される。このため、オペアンプＯＰ１は、スイッチＳＷ１をオフにする直前における端子Ｖｓ＋の電圧をＰＩＤ制御回路５１とオペアンプＯＰ３へ出力する。
【００６０】
さらに、電流源５６、スイッチＳＷ２、接続配線８１、酸素濃度検出セル１３、接続配線８３、スイッチＳＷ２および電流源５４が、この順に接続されて、一定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流す電流路が形成される。これにより、一定電流−Ｉｃｏｎｓｔが酸素濃度検出セル１３に流れているときにおける端子Ｖｓ＋の電圧がオペアンプＯＰ４の非反転入力端子に印加される。このため、オペアンプＯＰ４は、一定電流−Ｉｃｏｎｓｔが酸素濃度検出セル１３に流れているときにおける端子Ｖｓ＋の電圧をオペアンプＯＰ３へ出力する。
【００６１】
オペアンプＯＰ３は、差動増幅回路を構成している。このため、オペアンプＯＰ３は、オペアンプＯＰ１から入力された端子Ｖｓ＋の電圧と、オペアンプＯＰ４から入力された端子Ｖｓ＋の電圧との差分に応じた電圧を、差電圧ΔＶｓとして出力する。すなわち、オペアンプＯＰ３は、スイッチＳＷ１をオフにする直前における端子Ｖｓ＋の電圧と、一定電流−Ｉｃｏｎｓｔが流れているときにおける端子Ｖｓ＋の電圧との差に対応する差電圧ΔＶｓを出力する。そして、スイッチＳＷ２がオンであるため、差電圧ΔＶｓがオペアンプＯＰ５の非反転入力端子に印加される。これにより、オペアンプＯＰ５は、差電圧ΔＶｓを出力端子６０へ出力する。なお、差電圧ΔＶｓを、一定電流−Ｉｃｏｎｓｔの電流値で除算することにより、酸素濃度検出セル１３のインピーダンスＲｐｖｓが算出される。
【００６２】
スイッチＳＷ２をオンにしてから予め設定された第１パルスオン時間（本実施形態では、６０μｓ）が経過すると、制御部５８は、スイッチＳＷ３をオンにし、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフにする。これにより、スイッチＳＷ２をオフにする直前における差電圧ΔＶｓがコンデンサＣ２により保持される。このため、オペアンプＯＰ５は、スイッチＳＷ２をオフにする直前における差電圧ΔＶｓを出力端子６０へ出力する。
【００６３】
さらに、電流源５５、スイッチＳＷ３、接続配線８３、酸素濃度検出セル１３、接続配線８１、スイッチＳＷ３および電流源５７が、この順に接続されて、一定電流＋Ｉｃｏｎｓｔを流す電流路が形成される。これにより、一定電流＋Ｉｃｏｎｓｔが酸素濃度検出セル１３に流れる。このようにして酸素濃度検出セル１３に逆極性の電流を流すことにより、酸素濃度検出セル１３に生じる電圧Ｖｓが正常な値に戻るまでの時間を短縮する。
【００６４】
スイッチＳＷ３をオンにしてから予め設定された第２パルスオン時間（本実施形態では、６０μｓ）が経過すると、制御部５８は、スイッチＳＷ３をオフにする。その後、排気ガス中の酸素濃度に応じた電圧Ｖｓを酸素濃度検出セル１３が出力することが可能となるまでの時間として予め設定された安定化待機時間が経過すると、制御部５８は、スイッチＳＷ１をオンにする。
【００６５】
このようにセンサ制御回路４１は、排気ガス中の酸素濃度に応じたガス検出信号Ｖｉｐを出力するとともに、酸素濃度検出セル１３のインピーダンスＲｐｖｓに応じた差電圧ΔＶｓを一時的に出力する。
【００６６】
このように構成されたセンサ制御装置１において、マイコン４３は、後述する劣化判定処理、濃度算出処理、目標補正処理およびヒータ制御処理を実行する。
次に、マイコン４３が実行する劣化判定処理の手順を説明する。マイコン４３は、エンジン５が起動した直後に劣化判定処理を開始する。
【００６７】
劣化判定処理が実行されると、マイコン４３は、図４に示すように、まずＳ１０にて、ＰＩＤ制御回路５１がポンプ電流Ｉｐのフィードバック制御を実行しているか否かを判断する。ここで、ＰＩＤ制御回路５１がフィードバック制御を実行していない場合には、Ｓ１０の処理を繰り返すことにより、ＰＩＤ制御回路５１がフィードバック制御を開始するまで待機する。そして、ＰＩＤ制御回路５１がフィードバック制御を実行している場合には、Ｓ２０にて、ＲＡＭに設けられた第１タイマを起動する。第１タイマは、例えば１ｍｓ毎にインクリメントするタイマであり、起動されると、その値が０からインクリメント（すなわち、１加算）する。
【００６８】
次にＳ３０にて、端子ＣＯＭの電圧と端子Ｖｓ＋の電圧とをセンサ制御回路４１から取得し、端子Ｖｓ＋の電圧から端子ＣＯＭの電圧を減算した減算値を電圧Ｖｓとして算出する。そしてＳ４０にて、Ｓ３０で算出された電圧Ｖｓが２５０ｍＶ以上であり且つ７５０ｍＶ以下であるか否かを判断する。
【００６９】
ここで、電圧Ｖｓが２５０ｍＶ未満であるか７５０ｍＶを超えている場合には、Ｓ５０にて、予め設定された劣化判定時間（本実施形態では５秒）が経過したか否かを判断する。具体的には、マイコン４３は、第１タイマの値が劣化判定時間に相当する値以上であるか否かを判断する。ここで、劣化判定時間が経過していない場合には、Ｓ３０に移行する。一方、劣化判定時間が経過した場合には、劣化判定処理を終了する。
【００７０】
またＳ４０にて、電圧Ｖｓが２５０ｍＶ以上であり且つ７５０ｍＶ以下である場合には、Ｓ６０にて、Ｓ３０で算出された電圧Ｖｓが４００ｍＶ以上であり且つ５００ｍＶ以下であるか否かを判断する。ここで、電圧Ｖｓが４００ｍＶ未満であるか５００ｍＶを超えている場合には、Ｓ７０にて、ＲＡＭに設けられたカウンタをリセット（すなわち、０に設定）し、Ｓ３０に移行する。
【００７１】
一方、電圧Ｖｓが４００ｍＶ以上であり且つ５００ｍＶ以下である場合には、Ｓ８０にて、カウンタをインクリメントする。そしてＳ９０にて、カウンタの値が予め設定された開始判定値（本実施形態では３）以上であるか否かを判断する。ここで、カウンタの値が開始判定値未満である場合には、Ｓ３０に移行する。一方、カウンタの値が開始判定値以上である場合には、Ｓ１００にて、一定電流−Ｉｃｏｎｓｔの通電を開始する。具体的には、マイコン４３は、スイッチＳＷ２をオンにするとともにスイッチＳＷ１，ＳＷ３をオフにすることを指示する通電開始指令をセンサ制御回路４１の制御部５８へ送信する。
【００７２】
次にＳ１１０にて、ＲＡＭに設けられた第２タイマを起動する。第２タイマは、例えば１μｓ毎にインクリメントするタイマであり、起動されると、その値が０からインクリメントする。そしてＳ１２０にて、予め設定された第１検出時間（本実施形態では６０μｓ）が経過したか否かを判断する。具体的には、マイコン４３は、タイマの値が第１検出時間に相当する値以上であるか否かを判断する。
【００７３】
ここで、第１検出時間が経過していない場合には、Ｓ１２０の処理を繰り返すことにより、第１検出時間が経過するまで待機する。そして第１検出時間が経過すると、Ｓ１３０にて、マイコン４３に入力された最新の差電圧ΔＶｓを、第１差電圧ΔＶｓ１として取得する。
【００７４】
さらにＳ１４０にて、予め設定された第２検出時間（本実施形態では５ｍｓ）が経過したか否かを判断する。具体的には、マイコン４３は、タイマの値が第２検出時間に相当する値以上であるか否かを判断する。
【００７５】
ここで、第２検出時間が経過していない場合には、Ｓ１４０の処理を繰り返すことにより、第２検出時間が経過するまで待機する。そして第２検出時間が経過すると、Ｓ１５０にて、マイコン４３に入力された最新の差電圧ΔＶｓを、第２差電圧ΔＶｓ２として取得する。
【００７６】
次に、図５に示すように、Ｓ１６０にて、第２差電圧ΔＶｓ２から第１差電圧ΔＶｓ１を減算した減算値を第１劣化判定電圧ＤＶｓとして算出する。その後、Ｓ１７０にて、定電流−Ｉｃｏｎｓｔの通電を終了する。具体的には、マイコン４３は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３をオフにすることを指示する通電終了指令をセンサ制御回路４１の制御部５８へ送信する。
【００７７】
次にＳ１８０にて、第１劣化判定電圧ＤＶｓが予め設定された第１劣化判定値ＴＨ１以上であるか否かを判断する。ここで、第１劣化判定電圧ＤＶｓが第１劣化判定値ＴＨ１未満である場合には、劣化判定処理を終了する。一方、第１劣化判定電圧ＤＶｓが第１劣化判定値ＴＨ１以上である場合には、Ｓ１９０にて、酸素濃度検出セル１３が劣化している旨を示す劣化通知をエンジンＥＣＵ９へ送信し、劣化判定処理を終了する。
【００７８】
次に、マイコン４３が実行する濃度算出処理の手順を説明する。濃度算出処理は、マイコン４３の動作中において繰り返し実行される処理である。
濃度算出処理が実行されると、マイコン４３は、図６に示すように、まずＳ３１０にて、マイコン４３に入力された最新のガス検出信号Ｖｉｐを取得する。さらにＳ３２０にて、Ｓ１６０で算出された第１劣化判定電圧ＤＶｓを用いて、Ｓ３１０で取得したガス検出信号Ｖｉｐを補正する。具体的には、マイコン４３は、例えば、第１劣化判定電圧ＤＶｓの値と、補正後のガス検出信号Ｖｉｐの値との対応関係が設定された検出信号補正マップを参照して、ガス検出信号Ｖｉｐを補正する。但し、第１劣化判定電圧ＤＶｓが算出されていない場合には、第１劣化判定電圧ＤＶｓとして予め設定された初期値を用いて、ガス検出信号Ｖｉｐを補正する。
【００７９】
そしてＳ３３０にて、上述のように、マイコン４３が備えるマップまたは計算式に基づいて、Ｓ３２０で補正されたガス検出信号Ｖｉｐに対応する酸素濃度を算出し、濃度算出処理を一旦終了する。
【００８０】
次に、マイコン４３が実行する目標補正処理の手順を説明する。目標補正処理は、車両のキースイッチがオフ状態からオン状態に切り替わってマイコン４３に電源が供給されることによりマイコン４３が起動した直後に実行される。
【００８１】
目標補正処理が実行されると、マイコン４３は、図７に示すように、まずＳ４１０にて、Ｓ１６０で第１劣化判定電圧ＤＶｓが算出されたか否かを判断する。ここで、第１劣化判定電圧ＤＶｓが算出されていない場合には、Ｓ４１０の処理を繰り返すことにより、Ｓ１６０で第１劣化判定電圧ＤＶｓが算出されるまで待機する。そして、Ｓ１６０で第１劣化判定電圧ＤＶｓが算出されると、Ｓ４２０にて、ガスセンサ３の温度制御に用いる目標値である目標差電圧ΔＶｓｔｇを補正し、目標補正処理を終了する。具体的には、マイコン４３は、第１劣化判定電圧ＤＶｓの値と、補正後の目標差電圧ΔＶｓｔｇの値との対応関係が設定された目標差補正マップを参照して、目標差電圧ΔＶｓｔｇを補正する。
【００８２】
次に、マイコン４３が実行するヒータ制御処理の手順を説明する。ヒータ制御処理は、マイコン４３の動作中において繰り返し実行される処理である。
ヒータ制御処理が実行されると、マイコン４３は、図８に示すように、まずＳ５１０にて、マイコン４３に入力された最新の差電圧ΔＶｓを取得する。さらにＳ５２０にて、Ｓ５１０で取得された差電圧ΔＶｓに基づいて、差電圧ΔＶｓが目標差電圧ΔＶｓｔｇとな
るように、ヒータ３０に供給する電力のデューティ比を算出する。なお、このヒータ制御処理で取得される差電圧ΔＶｓは、上述した酸素濃度検出セル１３のインピーダンスＲｐｖｓを検出する場合に取得される差電圧ΔＶｓに相当するものである。つまり、上記第１差電圧ΔＶｓ１及び第２差電圧ΔＶｓ２とは異なるものであり、本実施形態では、酸素濃度検出セル１３のインピーダンスＲｐｖｓを検出する場合に、一定電流−Ｉｃｏｎｓｔを酸素濃度検出セル１３に対して６０μｓ通電したことで得られる差電圧ΔＶｓに相当する。
【００８３】
そしてＳ５３０にて、Ｓ５２０にて算出されたデューティ比に応じたＰＷＭ制御信号をヒータ制御回路４２へ出力して、ヒータ制御処理を終了する。
このように構成されたセンサ制御装置１は、ガスセンサ３を制御する。ガスセンサ３は、排気ガスが導入される測定室２８と、酸素濃度検出セル１３と、ポンプセル１１とを備える。
【００８４】
酸素濃度検出セル１３は、酸素イオン伝導性固体電解質体２５と、酸素イオン伝導性固体電解質体２５上に形成された一対の検出電極２６，２７とを有する。検出電極２６が測定室２８に面して配置され、検出電極２７が基準酸素分圧雰囲気に設定される基準酸素室２９に配置されて、測定室２８と基準酸素室２９との間の酸素分圧差に応じた電圧Ｖｓを発生させる。
【００８５】
ポンプセル１１は、酸素イオン伝導性固体電解質体２１と、酸素イオン伝導性固体電解質体２１上に形成された一対のポンプ電極２２，２３とを有する。ポンプ電極２３が測定室２８に面して配置されて、一対のポンプ電極２２，２３の間に流れるポンプ電流に応じて、測定室２８内に導入された排気ガスに含まれる酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う。
【００８６】
センサ制御装置１は、電圧Ｖｓが制御目標電圧となるようにポンプ電流Ｉｐを制御する。制御目標電圧は、測定室２８内に導入された排気ガスの酸素濃度が、理論空燃比の混合気がエンジン５で燃焼することによりエンジン５から排出される排気ガスの酸素濃度と等しい場合における電圧Ｖｓであるストイキ時電圧に設定される。
【００８７】
センサ制御装置１は、電圧Ｖｓが第１電圧範囲内であるか否かを判断する。第１電圧範囲は、２５０ｍＶ以上であり且つ７５０ｍＶ以下である。第１電圧範囲内であるか否かという判断条件は、ＰＩＤ制御回路５１がポンプ電流Ｉｐを制御しているか否かを判断するための条件である。また、第１電圧範囲は、ストイキ時電圧を含むように設定される。
【００８８】
センサ制御装置１は、電圧Ｖｓが第１電圧範囲内であると判断した場合に、電圧Ｖｓが第２電圧範囲内であるか否かを判断する。第２電圧範囲は、４００ｍＶ以上であり且つ５００ｍＶ以下である。第２電圧範囲は、ストイキ時電圧を含み且つ第１電圧範囲より狭く且つ第１電圧範囲内に含まれるように設定される。
【００８９】
センサ制御装置１は、電圧Ｖｓが第２電圧範囲内であると判断した場合に、一定電流−Ｉｃｏｎｓｔを酸素濃度検出セル１３に流す。
センサ制御装置１は、一定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流してから第２検出時間が経過した時点で、酸素濃度検出セル１３に一定電流−Ｉｃｏｎｓｔが流れていることにより酸素濃度検出セル１３に発生する第２差電圧ΔＶｓ２を検出する。
【００９０】
このようにセンサ制御装置１は、酸素濃度検出セル１３に一定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流してから第２検出時間が経過した時点で第２差電圧ΔＶｓ２を検出する。このため、センサ制御装置１は、ガスセンサ３の劣化を判断するために必要な情報（すなわち、第２差電
圧ΔＶｓ２）を短時間で取得することができ、これにより、ガスセンサ３の劣化を短時間で検出することができる。
【００９１】
さらにセンサ制御装置１は、電圧Ｖｓが第１電圧範囲内であると判断した後に、電圧Ｖｓが第２電圧範囲内であるか否かを判断する。このため、センサ制御装置１は、ＰＩＤ制御回路５１がポンプ電流Ｉｐを制御しているときにガスセンサ３の劣化を判断することができる。
【００９２】
またセンサ制御装置１は、一定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流してから第１検出時間が経過した時点で、酸素濃度検出セル１３に一定電流−Ｉｃｏｎｓｔが流れていることにより酸素濃度検出セル１３に発生する第１差電圧ΔＶｓ１を検出する。第１検出時間は、第２検出時間より短くなるように予め設定される。
【００９３】
そしてセンサ制御装置１は、第２差電圧ΔＶｓ２から第１差電圧ΔＶｓ１を減算した減算値を第１劣化判定電圧ＤＶｓとして算出し、この第１劣化判定電圧ＤＶｓに基づいて、ガスセンサ３が劣化しているか否かを判断する。これにより、センサ制御装置１は、精度良くガスセンサ３の劣化を検出することができる。またセンサ制御装置１は、外乱要因の影響を受けて変動する第２差電圧ΔＶｓ２と第１差電圧ΔＶｓ１との差分により、上記の外乱要因が除去された電圧を第１劣化判定電圧ＤＶｓとして採用することができるため、劣化検出精度を向上させることができる。なお、上記の外乱要因として、測定室２８内に導入される排気ガスの酸素濃度の変動、および、排気ガスの温度の変動などが挙げられる。
【００９４】
またセンサ制御装置１は、第１劣化判定電圧ＤＶｓが第１劣化判定値ＴＨ１以上である場合に、酸素濃度検出セル１３が劣化している旨を示す劣化通知をエンジンＥＣＵ９へ送信する。これにより、センサ制御装置１は、ガスセンサ３が劣化している場合に、ガスセンサ３の交換などの適切な処置をガスセンサ３の利用者に促すことができる。
【００９５】
またセンサ制御装置１は、第１劣化判定電圧ＤＶｓに基づいてガス検出信号Ｖｉｐを補正する。これにより、センサ制御装置１は、ガスセンサ３に劣化によりインピーダンスＲｐｖｓの変動が生じていても、酸素濃度の検出精度の低下を抑制することができる。
【００９６】
またセンサ制御装置１は、一定電流−Ｉｃｏｎｓｔを酸素濃度検出セル１３に流す。そしてセンサ制御装置１は、一定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流してから予め設定された第１パルスオン時間が経過した時点で、酸素濃度検出セル１３に一定電流−Ｉｃｏｎｓｔが流れていることにより酸素濃度検出セル１３に発生する差電圧ΔＶｓを検出する。
【００９７】
またセンサ制御装置１は、差電圧ΔＶｓを用いて、酸素濃度検出セル１３およびポンプセル１１を加熱するヒータ３０の通電を制御する。そしてセンサ制御装置１は、第１劣化判定電圧ＤＶｓに基づいて目標差電圧ΔＶｓｔｇを補正することにより、ヒータ３０の通電制御を補正する。
【００９８】
これにより、センサ制御装置１は、ガスセンサ３の劣化に起因して差電圧ΔＶｓが変動した場合であっても、ヒータ３０によるガスセンサ３の温度制御の精度低下を抑制することができる。
【００９９】
以上説明した実施形態において、排気ガスは被測定ガスに相当し、酸素イオン伝導性固体電解質体２５は第１固体電解質体に相当し、検出電極２６，２７は一対の第１電極に相当し、電圧Ｖｓは起電力セル電圧に相当する。
【０１００】
また、酸素イオン伝導性固体電解質体２１は第２固体電解質体に相当し、ポンプ電極２２，２３は一対の第２電極としての処理に相当する。
また、ＰＩＤ制御回路５１は電流制御部に相当し、Ｓ４０は第１条件判断部としての処理に相当し、Ｓ６０は第２条件判断部としての処理に相当し、Ｓ１００は劣化検出通電部としての処理に相当し、Ｓ１４０，Ｓ１５０は劣化電圧検出部としての処理に相当する。
【０１０１】
また、一定電流−Ｉｃｏｎｓｔは劣化検出電流に相当し、第２検出時間は劣化検出時間に相当し、第２差電圧ΔＶｓ２は劣化検出電圧に相当する。
また、Ｓ１８０は劣化判断部としての処理に相当し、第１劣化判定電圧ＤＶｓは劣化判定電圧に相当し、Ｓ１２０，Ｓ１３０は前劣化電圧検出部としての処理に相当し、第１検出時間は前劣化検出時間に相当し、第１差電圧ΔＶｓ１は前劣化検出電圧に相当する。
【０１０２】
また、Ｓ１９０は報知部としての処理に相当し、Ｓ３２０はポンプ電流補正部としての処理に相当する。
また、スイッチＳＷ２、電流源５４，５６および制御部５８はインピーダンス検出通電部に相当し、オペアンプＯＰ３はインピーダンス電圧検出部に相当し、Ｓ５１０〜Ｓ５３０はヒータ制御部としての処理に相当し、Ｓ４１０，Ｓ４２０は制御補正部としての処理に相当する。
【０１０３】
また、一定電流−Ｉｃｏｎｓｔはインピーダンス検出電流にも相当し、第１パルスオン時間はインピーダンス検出時間に相当し、差電圧ΔＶｓはインピーダンス検出電圧に相当し、目標差電圧ΔＶｓｔｇはヒータを制御するための制御量の目標値に相当する。
【０１０４】
（第２実施形態）
以下に本開示の第２実施形態を図面とともに説明する。なお第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分を説明する。共通する構成については同一の符号を付す。
【０１０５】
第２実施形態のセンサ制御装置１は、劣化判定処理、濃度算出処理および目標補正処理が変更された点が第１実施形態と異なる。
まず、第２実施形態の劣化判定処理は、Ｓ１２０，Ｓ１３０，Ｓ１６０の処理が省略された点と、Ｓ１８０の代わりにＳ１８２の処理を実行する点とが第１実施形態と異なる。
【０１０６】
すなわち、図９に示すように、まず、Ｓ１１０の処理が終了すると、Ｓ１４０の処理を実行する。また、Ｓ１５０の処理が終了すると、Ｓ１７０の処理を実行する。また、Ｓ１７０の処理が終了すると、Ｓ１８２にて、第２差電圧ΔＶｓ２が予め設定された第２劣化判定値ＴＨ２以上であるか否かを判断する。ここで、第２差電圧ΔＶｓ２が第２劣化判定値ＴＨ２未満である場合には、劣化判定処理を終了する。一方、第２差電圧ΔＶｓ２が第２劣化判定値ＴＨ２以上である場合には、Ｓ１９０に移行する。
【０１０７】
次に、第２実施形態の濃度算出処理は、Ｓ３２０の代わりにＳ３２２の処理を実行する点が第１実施形態と異なる。
すなわち、図１０に示すように、Ｓ３１０の処理が終了すると、Ｓ３２２にて、Ｓ１５０で取得した第２差電圧ΔＶｓ２を用いて、Ｓ３１０で取得したガス検出信号Ｖｉｐを補正する。具体的には、マイコン４３は、例えば、第２差電圧ΔＶｓ２の値と、補正後のガス検出信号Ｖｉｐの値との対応関係が設定された検出信号補正マップを参照して、ガス検出信号Ｖｉｐを補正する。但し、第２差電圧ΔＶｓ２が取得されていない場合には、第２差電圧ΔＶｓ２として予め設定された初期値を用いて、ガス検出信号Ｖｉｐを補正する。そして、Ｓ３２２の処理が終了すると、Ｓ３３０に移行する。
【０１０８】
次に、第２実施形態の目標補正処理は、Ｓ４１０，Ｓ４２０の代わりにＳ４１２，Ｓ４
２２の処理を実行する点が第１実施形態と異なる。
すなわち、図１１に示すように、第２実施形態の目標補正処理が実行されると、マイコン４３は、まずＳ４１２にて、Ｓ１５０で第２差電圧ΔＶｓ２が取得されたか否かを判断する。ここで、第２差電圧ΔＶｓ２が取得されていない場合には、Ｓ４１２の処理を繰り返すことにより、Ｓ１５０で第２差電圧ΔＶｓ２が取得されるまで待機する。そして、Ｓ１５０で第２差電圧ΔＶｓ２が取得されると、Ｓ４２２にて、ガスセンサ３の温度制御に用いる目標値である目標差電圧ΔＶｓｔｇを補正し、目標補正処理を終了する。具体的には、マイコン４３は、第２差電圧ΔＶｓ２の値と、補正後の目標差電圧ΔＶｓｔｇの値との対応関係が設定された目標差補正マップを参照して、目標差電圧ΔＶｓｔｇを補正する。
【０１０９】
このように構成されたセンサ制御装置１は、第２差電圧ΔＶｓ２に基づいて、ガスセンサが劣化しているか否かを判断する。これにより、センサ制御装置１は、検出された第２差電圧ΔＶｓ２をそのまま、劣化を判定するための電圧として採用することができ、劣化検出のための処理負荷を低減することができる。
【０１１０】
以上説明した実施形態において、Ｓ１８２は劣化判断部としての処理に相当し、第２差電圧ΔＶｓ２は劣化判定電圧に相当し、Ｓ３２２はポンプ電流補正部としての処理に相当する。Ｓ４１２，Ｓ４２２は制御補正部としての処理に相当する。
【０１１１】
（第３実施形態）
以下に本開示の第３実施形態を図面とともに説明する。なお第３実施形態では、第１実施形態と異なる部分を説明する。共通する構成については同一の符号を付す。
【０１１２】
第３実施形態のセンサ制御装置１は、劣化判定処理、濃度算出処理および目標補正処理が変更された点が第１実施形態と異なる。
まず、第３実施形態の劣化判定処理は、Ｓ１２０，Ｓ１３０，Ｓ１６０の処理が省略された点と、Ｓ１７４の処理が追加された点と、Ｓ１８０の代わりにＳ１８４の処理を実行する点とが第１実施形態と異なる。
【０１１３】
すなわち、図１２に示すように、まず、Ｓ１１０の処理が終了すると、Ｓ１４０の処理を実行する。また、Ｓ１５０の処理が終了すると、Ｓ１７０の処理を実行する。また、Ｓ１７０の処理が終了すると、Ｓ１７４にて、Ｓ１５０で取得された第２差電圧ΔＶｓ２から、予め設定された新品第２差電圧ΔＶｓ２＿Ｎを減算した減算値を第２劣化判定電圧ＳＶｓとして算出する。新品第２差電圧ΔＶｓ２＿Ｎは、新品のガスセンサ３について予め第２差電圧ΔＶｓ２を測定した結果である。
【０１１４】
そして、Ｓ１７４の処理が終了すると、Ｓ１８４にて、第２劣化判定電圧ＳＶｓが予め設定された第３劣化判定値ＴＨ３以上であるか否かを判断する。ここで、第２劣化判定電圧ＳＶｓが第３劣化判定値ＴＨ３未満である場合には、劣化判定処理を終了する。一方、第２劣化判定電圧ＳＶｓが第３劣化判定値ＴＨ３以上である場合には、Ｓ１９０に移行する。
【０１１５】
次に、第３実施形態の濃度算出処理は、Ｓ３２０の代わりにＳ３２４の処理を実行する点が第１実施形態と異なる。
すなわち、図１３に示すように、Ｓ３１０の処理が終了すると、Ｓ３２４にて、Ｓ１７４で算出した第２劣化判定電圧ＳＶｓを用いて、Ｓ３１０で取得したガス検出信号Ｖｉｐを補正する。具体的には、マイコン４３は、例えば、第２劣化判定電圧ＳＶｓの値と、補正後のガス検出信号Ｖｉｐの値との対応関係が設定された検出信号補正マップを参照して、ガス検出信号Ｖｉｐを補正する。但し、第２劣化判定電圧ＳＶｓが算出されていない場
合には、第２劣化判定電圧ＳＶｓとして予め設定された初期値を用いて、ガス検出信号Ｖｉｐを補正する。そして、Ｓ３２４の処理が終了すると、Ｓ３３０に移行する。
【０１１６】
次に、第３実施形態の目標補正処理は、Ｓ４１０，Ｓ４２０の代わりにＳ４１４，Ｓ４２４の処理を実行する点が第１実施形態と異なる。
すなわち、図１４に示すように、第３実施形態の目標補正処理が実行されると、マイコン４３は、まずＳ４１４にて、Ｓ１７４で第２劣化判定電圧ＳＶｓが算出されたか否かを判断する。ここで、第２劣化判定電圧ＳＶｓが算出されていない場合には、Ｓ４１４の処理を繰り返すことにより、Ｓ１７４で第２劣化判定電圧ＳＶｓが算出されるまで待機する。そして、Ｓ１７４で第２劣化判定電圧ＳＶｓが算出されると、Ｓ４２４にて、ガスセンサ３の温度制御に用いる目標値である目標差電圧ΔＶｓｔｇを補正し、目標補正処理を終了する。具体的には、マイコン４３は、第２劣化判定電圧ＳＶｓの値と、補正後の目標差電圧ΔＶｓｔｇの値との対応関係が設定された目標差補正マップを参照して、目標差電圧ΔＶｓｔｇを補正する。
【０１１７】
このように構成されたセンサ制御装置１は、第２差電圧ΔＶｓ２から、ガスセンサ３が新品であるときの第２差電圧ΔＶｓ２として予め設定された新品第２差電圧ΔＶｓ２＿Ｎを減算した減算値である第２劣化判定電圧ＳＶｓに基づいて、ガスセンサが劣化しているか否かを判断する。これにより、センサ制御装置１は、劣化に起因した第２差電圧ΔＶｓ２の増加量を、劣化を判定するための電圧として採用することができ、劣化検出精度を向上させることができるとともに、劣化の程度を判断することができる。
【０１１８】
以上説明した実施形態において、Ｓ１８４は劣化判断部としての処理に相当し、新品第２差電圧ΔＶｓ２＿Ｎは新品劣化検出電圧に相当し、第２劣化判定電圧ＳＶｓは劣化判定電圧に相当する。
【０１１９】
また、Ｓ３２４はポンプ電流補正部としての処理に相当する。Ｓ４１４，Ｓ４２４は制御補正部としての処理に相当する。
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。
【０１２０】
例えば上記実施形態では、ガスセンサとして酸素センサを用いるものを説明したが、酸素以外のガス（例えば、ＮＯｘなど）を検出するガスセンサであってもよい。
また、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【０１２１】
上述したセンサ制御装置１の他、当該センサ制御装置１を構成要素とするシステム、当該センサ制御装置１としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、センサ制御方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
【符号の説明】
【０１２２】
１…センサ制御装置、３…ガスセンサ、１１…ポンプセル、１３…酸素濃度検出セル、２１…酸素イオン伝導性固体電解質体、２２，２３…ポンプ電極、２５…酸素イオン伝導性固体電解質体、２６，２７…検出電極、２８…測定室、２９…基準酸素室、５１…ＰＩＤ制御回路
【図１】
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【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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