(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、センサ素子と、該センサ素子の少なくとも一部を覆う多孔質保護層と、を含むガスセンサと、
前記ガスセンサに設けられ、前記センサ素子を加熱するヒータ部と、
前記ヒータ部を通電制御するヒータ制御部と
を備え、
前記多孔質保護層は、セラミックス粒子を含んでおり、
前記セラミックス粒子は、レーザ散乱法に基づく平均粒径が１２μｍ以下であり、かつ、窒素吸着法に基づく比表面積が２０ｍ２／ｇ以下であり、
ここで前記ヒータ制御部は、
前記内燃機関の始動時に、前記センサ素子の温度が所定の始動温度となるように、前記ヒータ部への通電を行う始動時通電処理と、
前記始動時通電処理の後、前記センサ素子の温度が該センサ素子の活性化温度に維持されるように、前記ヒータ部への通電を行う通常通電処理と
を実行し得るように構成されており、
前記始動時通電処理における前記始動温度は、前記通常通電処理における制御温度よりも高い温度に設定されている、ガスセンサ制御装置。
【請求項２】
前記始動時通電処理における始動温度は、前記センサ素子の活性化温度以上の温度に設定されている、請求項１に記載のガスセンサ制御装置。
【請求項３】
前記始動時通電処理における始動温度は、７５０℃〜９００℃の範囲内に設定されている、請求項２に記載のガスセンサ制御装置。
【請求項４】
前記排気通路には、温度センサが配置されており、
前記ヒータ制御部は、前記温度センサに電気的に接続されており、
ここで前記ヒータ制御部は、前記始動時通電処理を実施している間に、前記温度センサによって前記排気通路内の温度を測定し、
当該温度の測定値が所定の基準値を超えた場合に、前記始動時通電処理を終了するように構成されている、請求項１〜３の何れか一つに記載のガスセンサ制御装置。
【請求項５】
前記始動時通電処理の温度に対する基準値は、１００℃〜１５０℃の範囲内に設定された値である、請求項４に記載のガスセンサ制御装置。
【請求項６】
前記ヒータ制御部は、前記始動時通電処理の継続時間が所定の基準値を上回った場合に、前記始動時通電処理を終了するように構成されている、請求項１〜３の何れか一つに記載のガスセンサ制御装置。
【請求項７】
前記始動時通電処理の継続時間に対する基準値は、４００秒〜６００秒の範囲内に設定された値である、請求項６に記載のガスセンサ制御装置。
【請求項８】
前記多孔質保護層の最大厚みが、８０μｍ以下である、請求項１〜７の何れか一つに記載のガスセンサ制御装置。
【請求項９】
内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化触媒を該内燃機関の排気通路に配置した排ガス浄化装置であって、
請求項１〜８の何れかに記載のガスセンサ制御装置を備える、排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、大気中の特定のガスを検知するためガス検知素子を用いたガスセンサが使用されている。この種のガスセンサは、例えば自動車の排ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）や酸素（Ｏ２）等の特定ガス成分の濃度を検知することができるため、自動車エンジン等の内燃機関の排気通路に設けられ、内燃機関や排ガス浄化装置の制御に用いられている。
【０００３】
排ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ素子としては、例えば、ＺｒＯ２固体電解質を用いた、酸素濃淡起電力式のものが知られている。上記酸素センサ素子９０は、図１７に示すように、有底円筒体であって、内側電極９４ａ、固体電解質層９２、外側電極９４ｂおよび拡散抵抗層９６を順に積層したものである。内側電極９４ａの内側には、ヒータ９７が挿入されている。排ガスは、拡散抵抗層９６の微小孔を介して外側電極９４ｂに達し、外側電極９４ｂと内側電極９４ａとの間でセンサ出力を得る。拡散抵抗層９６は、外側電極９４ｂに到達する排ガスの流量を制限するとともに、外側電極９４ｂを保護する機能を持たせるため、緻密な多孔質のセラミックコーティング膜により形成されている。
【０００４】
この種のガスセンサ素子を自動車用排ガスセンサに用いる場合、５００℃以上もの高温雰囲気で加熱して活性化する必要があることから、排ガス中の水滴がガスセンサに付着すると、部分急冷による熱応力が生じ、ガスセンサに割れが生じるという課題がある。そこで、上記課題を解決するために、上記ガスセンサの周囲を多孔質保護層９８（図１７参照）で覆うことで、被水してもガスセンサに直接水滴が当たらず、熱応力を緩和する技術が提案されている。特許文献１には、多孔質保護層を備えたガスセンサにおいて、多孔質保護層をアルミナ粒子で形成することが記載されている。同公報では、多孔質保護層は、平均粒子径２２μｍ±４μｍのアルミナ粒子と粒径１０μｍ以下のアルミナ粒子により形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２５２８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、内燃機関の始動時には、排気通路内に前回の機関停止後の排気通路内に排ガスが凝縮して水が残っている場合がある。本発明者は、上述した多孔質保護層を備えたガスセンサに関する種々の検討を行った結果、排気通路内に残った凝縮水がガスセンサに付着すると、安定したセンサ特性が得られず、センサ応答性が低下するという問題を見出した。詳しくは、本発明者は、凝縮水に含まれるＭｎ成分に着目した。すなわち、凝縮水には、ガソリン等に含まれるＭｎ成分が濃縮しており、かかるＭｎ濃縮凝縮水がガスセンサに付着すると、多孔質保護層上にＭｎ酸化物として堆積する。その状態でガスセンサに高酸素濃度の排ガスが流入すると、多孔質保護層上に堆積したＭｎ酸化物が酸化され、Ｍｎ３Ｏ４＋Ｏ２→Ｍｎ２Ｏ３の酸化反応が進行し、排ガス中の酸素が消費される。そのため、センサ電極に到達する排ガスの酸素濃度が実際よりも低くなり、その状態は、上記酸化反応が終了するまで継続する。したがって、上記酸化反応が終了するまでの間は、実際の酸素濃度よりも低い値を示すようになり、ガスセンサに高酸素濃度排ガスが流入した場合の応答が遅延してしまう。
【０００７】
一方、ガスセンサに低酸素濃度の排ガスが流入すると、多孔質保護層上に堆積したＭｎ酸化物が還元され、逆の反応、即ち、Ｍｎ２Ｏ３→Ｍｎ３Ｏ４＋Ｏ２の還元反応が進行し、排ガス中に酸素が放出される。そのため、センサ電極に到達する排ガスの酸素濃度が実際よりも高くなり、その状態は、上記還元反応が終了するまで継続する。したがって、上記還元反応が終了するまでの間は、実際の酸素濃度よりも高い値を示すようになり、ガスセンサに低酸素濃度排ガスが流入した場合の応答が遅延してしまう。このように、凝縮水中のＭｎがガスセンサに付着すると、Ｍｎの酸化還元によるＯＳＣ反応（Ｍｎ酸化物の価数変化による酸素濃度検出の遅延）が起こるため、センサの応答性が低下してしまう。したがって、上記Ｍｎのガスセンサへの付着を有効に防止できるような機構が求められている。
【０００８】
本発明は、上述した問題を解決するために創出されたものであり、その主な目的は、センサ応答性の低下を防止することができるガスセンサ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、多孔質保護層を備えたガスセンサにおいて、センサ応答性が低下する要因は、多孔質保護層上に堆積したＭｎの酸化還元によるＯＳＣ反応であることに思い至り、さらに、かかるＭｎの堆積を防止する機構として、多孔質保護層において小径かつ低比表面積のセラミックス粒子を使用し、さらにエンジン始動直後にガスセンサを高温に加熱することが効果的であることを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
即ち、本発明によって提供されるガスセンサ制御装置は、内燃機関の排気通路に配置され、センサ素子と、該センサ素子の少なくとも一部を覆う多孔質保護層と、を含むガスセンサと、上記ガスセンサに設けられ、上記センサ素子を加熱して活性化させるヒータ部と、上記ヒータ部を通電制御するヒータ制御部とを備えている。上記多孔質保護層は、セラミックス粒子を含んでおり、上記セラミックス粒子は、レーザ散乱法に基づく平均粒子径が１２μｍ以下であり、かつ、窒素吸着法に基づく比表面積が２０ｍ２／ｇ以下である。ここで上記ヒータ制御部は、上記内燃機関の始動時に、上記センサ素子の温度が所定の始動温度となるように、上記ヒータ部への通電を行う始動時通電処理と、上記始動時通電処理の後、上記センサ素子の温度が該センサ素子の活性化温度に維持されるように、上記ヒータ部への通電を行う通常通電処理とを実行し得るように構成されている。
【００１１】
本発明の構成では、ガスセンサの多孔質保護層を構成するセラミックス粒子が小径（１２μｍ以下）かつ低比表面積（２０ｍ２／ｇ以下）に調整されている。このように小径かつ低比表面積のセラミックス粒子から多孔質保護層が構成されることにより、多孔質保護層に凝縮水が染み込みにくくなる。そのため、凝縮水に含まれるＭｎが多孔質保護層に付着しにくくなる。さらに、ここに開示されるガスセンサ制御装置では、エンジン始動直後においてガスセンサを一時的に高温に加熱するので、ガスセンサに付着したＭｎが凝縮水とともに弾き飛ばされ、ガスセンサにほとんど付着しない。このことにより、多孔質保護層へのＭｎの付着が適切に防止され、ガスセンサがクリーンに保たれる。したがって、本発明によれば、従来のようなＭｎ付着に起因するセンサ応答遅れが好適に防止され、センサ応答性が格段に向上する。
【００１２】
上記始動時通電処理における所定の始動温度は、ガスセンサに付着した凝縮水が多孔質保護層に染み込まないような温度に設定することが好ましい。上記始動温度が低すぎると、ガスセンサに凝縮水が付着した際、多孔質保護層に染み込みやすくなる。このように多孔質保護層に凝縮水が浸み込むと、凝縮水中のＭｎが多孔質保護層上に堆積して酸化還元反応を起こすので、センサ応答性が低下する。したがって、上記始動温度は、ガスセンサに付着した凝縮水が多孔質保護層に染み込まないような温度に設定することが好ましい。例えば、上記始動時通電処理における始動温度は、上記センサ素子の活性化温度以上の温度（好ましくは活性化温度よりも高い温度）に設定されているとよい。上記始動温度は、７００℃を上回る温度、例えば７５０℃以上（例えば７５０℃〜９００℃）、好ましくは８００℃以上、特に好ましくは９００℃以上に設定することが望ましい。かかる温度範囲内で始動時通電処理を実施する場合、ガスセンサに付着した凝縮水を好適に撥水することができる。
【００１３】
ここで開示されるセラミックス粒子の平均粒径としては、概ね１２μｍ以下である。例えば、平均粒径が凡そ１０μｍ以下のセラミックス粒子の使用が好ましく、より好ましくは８μｍ以下であり、特に好ましくは６μｍ以下である。セラミックス粒子の平均粒径が１２μｍよりも大きすぎると、多孔質保護層に小径のセラミックス粒子を用いることによる耐被水性向上効果が低下傾向になる場合がある。また、上記始動時通電処理によって弾き飛ばされたＭｎがセラミックス粒子に付着しやすくなる。そのため、上記始動時通電処理を行っても、所望の効果が十分に発揮されない場合があり得る。
【００１４】
ここで開示されるセラミックス粒子は、ＢＥＴ比表面積が概ね２０ｍ２／ｇ以下の範囲にあることが好ましい。このようなＢＥＴ比表面積を満たすセラミックス粒子は、ガスセンサの多孔質保護層に用いられ、より高い性能を安定して発揮し得るものであり得る。例えば、排ガス中の水分と接触しても染み込みの少ない（例えば染み込み深さが８０μｍ以下に抑制された）ガスセンサを形成することができる。ＢＥＴ比表面積の好適範囲は、通常は２０ｍ２／ｇ以下が適当であり、好ましくは１５ｍ２／ｇ以下であり、特に好ましくは１０ｍ２／ｇ以下である。
【００１５】
ここに開示されるガスセンサ制御装置の好ましい一態様では、上記排気通路には、温度センサが配置されており、上記ヒータ制御部は、上記温度センサに電気的に接続されている。ここで上記ヒータ制御部は、上記始動時通電処理を実施している間に、上記温度センサによって上記排気通路内の温度を測定し、当該温度の測定値が所定の基準値を超えた場合に、上記始動時通電処理を終了するように構成されている。上記始動時通電処理の温度に対する基準値は、例えば１００℃〜１５０℃の範囲内に設定するとよい。かかる構成によると、排気通路内に残った凝縮水が気化した直後、すなわち、凝縮水がガスセンサに付着する虞がなくなった直後に始動時通電処理を終了することができる。これにより、始動時通電処理が必要以上に長くなることを防止して、適切なタイミングで通常通電処理に切り替えることができる。上記温度に対する基準値は、１００℃〜１２０℃の範囲内に設定されることがより好ましい。
【００１６】
ここに開示されるガスセンサ制御装置の好ましい一態様では、上記ヒータ制御部は、上記始動時通電処理の継続時間が所定の基準値を上回った場合に、上記始動時通電処理を終了するように構成されている。かかる構成によると、排気通路内に温度センサを配置する必要がないため、装置構成を簡略化することができる。上記継続時間に対する基準値は、概ね４００秒〜５００秒、例えば７分〜８分の範囲内に設定されることがより好ましい。
【００１７】
ここに開示されるガスセンサ制御装置の好ましい一態様では、前記多孔質保護層の最大厚みが、８０μｍ以下である。多孔質保護層の最小厚みを８０μｍ以下とすることで、ガスセンサの応答性をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る排ガス浄化装置およびガスセンサ制御装置を模式的に示した図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るガスセンサを模式的に示した断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るガスセンサ制御装置の制御フローを説明するためのフローチャートである。
【図４】エンジン始動時間と排気管温度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の他の実施形態に係るガスセンサ制御装置の制御フローを説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の他の実施形態に係るガスセンサ制御装置の制御フローを説明するためのフローチャートである。
【図７】セラミックス粒子の比表面積と染み込み深さとの関係を示すグラフである。
【図８】セラミックス粒子の平均粒径と染み込み深さとの関係を示すグラフである。
【図９】センサ制御温度と染み込み深さとの関係を示すグラフである。
【図１０】実施例１に係るガスセンサのＭｎ耐久試験後における断面ＳＥＭ像である。
【図１１】比較例１に係るガスセンサのＭｎ耐久試験後における断面ＳＥＭ像である。
【図１２】比較例２に係るガスセンサのＭｎ耐久試験後における断面ＳＥＭ像である。
【図１３】比較例３に係るガスセンサのＭｎ耐久試験後における断面ＳＥＭ像である。
【図１４】実施例１に係るガスセンサのＭｎ耐久試験前後におけるセンサ出力応答を示すグラフである。
【図１５】比較例１に係るガスセンサのＭｎ耐久試験前後におけるセンサ出力応答を示すグラフである。
【図１６】比較例３に係るガスセンサのＭｎ耐久試験前後におけるセンサ出力応答を示すグラフである。
【図１７】従来のガスセンサを模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
【００２０】
（第１実施形態）
ここでは、先ず、本発明の一実施形態に係る排ガス浄化装置の構成について説明する。ここで開示される排ガス浄化装置は、内燃機関の排気系に設けられている。以下、図１を参照しながら内燃機関および排ガス浄化装置を説明する。図１は、内燃機関１と、該内燃機関１の排気系に設けられた排ガス浄化装置１００を模式的に示す図である。
【００２１】
＜内燃機関＞
内燃機関（エンジン）には、酸素と燃料ガスとを含む混合気が供給される。内燃機関は、この混合気を燃焼させ、燃焼エネルギーを力学的エネルギーに変換する。このときに燃焼された混合気は排ガスとなって後述の排気系に排出される。図１に示す構成の内燃機関１は、自動車のガソリンエンジンを主体として構成されているが、ガソリンエンジン以外のエンジン（例えばディーゼルエンジン等）を用いることもできる。
【００２２】
図１に示す構成の内燃機関１は、シリンダブロック１２上にシリンダヘッド１３が連結されている。シリンダブロック１２には、複数のシリンダボア１４が形成されている。シリンダボア１４には、ピストン１５がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。シリンダブロック１２の下部には、クランクシャフト（図示せず）が回転自在に支持されている。各ピストン１５はコネクティングロッド１６を介してクランクシャフトにそれぞれ連結されている。以下では、一つの気筒についてのみ説明する。
【００２３】
燃焼室１７は、シリンダブロック１２とシリンダヘッド１３とピストン１５により構成されている。燃焼室１７には、それぞれ吸気ポート１８および排気ポート１９が連通している。吸気ポート１８と燃焼室１７との間には、吸気バルブ２０の下端部が位置している。かかる吸気バルブ２０の上下移動により、吸気ポート１８が開閉される。排気ポート１９と燃焼室１７との間には、排気バルブ２１の下端部が位置している。かかる排気バルブ２１の上下移動により、排気ポート１９が開閉される。以下の説明では、吸気ポート１８よりも上流側に設けられ、内燃機関１に空気（酸素）を供給する系を「吸気系」と称し、排気ポート１９よりも下流側に設けられ、内燃機関１で生じた排ガスを外部に排出する系を「排気系」と称する。
【００２４】
上記内燃機関１の吸気系について説明する。上記内燃機関１を吸気系に連通させる吸気ポート１８にはインテークマニホールド２２が接続されている。当該インテークマニホールド２２は吸気管２３に接続されており、吸気管２３にはエアクリーナ２４が接続されている。エアクリーナ２４の下流側（内燃機関１側）には、エアフロメータ（図示せず）が配置されている。エアフロメータは、吸気管２３へ供給される吸入空気量を検出するセンサである。吸気管２３におけるエアフロメータのさらに下流側には、スロットル弁２５が設けられている。このスロットル弁２５を開閉することで内燃機関１に供給される空気の量を調整できる。また、スロットル弁２５の近傍には、スロットル弁２５の開度を検出するスロットルセンサ（図示省略）が配置されてもよい。
【００２５】
次に、内燃機関１の排気系について説明する。上記内燃機関１を排気系に連通させる排気ポート１９は、エキゾーストマニホールド２８が接続されている。エキゾーストマニホールド２８は、排ガスが流通する排気管２９に接続されている。
【００２６】
＜排ガス浄化装置＞
ここで開示される排ガス浄化装置は、上記内燃機関１の排気系に設けられている。この排ガス浄化装置は、触媒部４０と制御部３０とを備え、上記排出される排ガスに含まれる有害成分（例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ））を浄化する。
【００２７】
＜触媒部＞
次に、触媒部４０について詳細に説明する。触媒部４０は、上記エンジン１に連通する排気管２９に設けられており、具体的には図１に示すように、排気管２９の下流側に設けられている。触媒部４０の種類は特に限定されない。触媒部４０は、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｄ）等の貴金属が担持されたモノリス触媒であってもよい。ここで開示される触媒部４０は、基材、該基材上に担持されている担体および該担体に担持される貴金属触媒（典型的には、白金族に属する金属触媒）とから構成されている。基材としては、従来のこの種の用途に用いられる種々の素材および形態のものが使用可能である。例えば、高耐熱性を有するコージェライト、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミックスまたは合金（ステンレス等）から形成されたハニカム構造を備えるハニカム基材などを好適に採用することができる。基材の形状はハニカム形状の他にフォーム形状、ペレット形状などとすることができる。また、基材全体の外形は円筒形状の他に楕円筒形状、多角形筒形状を採用することができる。なお、触媒部４０は、貴金属が担持されたＤＰＦ等であってもよい。排気管２９には、排ガス中に燃料を噴射する排気系燃料噴射弁が設けられていてもよい。排気系燃料噴射弁は、排ガス中に燃料を噴射することで、触媒部４０に供給される排ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を調整することができる。
【００２８】
触媒部４０よりも下流側の排気管２９には、ガスセンサ５０が配置されている。このガスセンサ５０は、触媒部４０よりも下流側の排気管２９に流れる排ガス中の特定ガス成分（ここでは酸素）の濃度を検出するセンサであり、排ガスの空燃比を検出するためのセンサである。ガスセンサ５０の配置位置は、上記排ガスの酸素濃度を測定できれば図１に図示される位置に限定されるものではない。かかるガスセンサ５０は、少なくとも空燃比がリッチ側またはリーン側にあることを検出できるセンサであればよい。例えば、ガスセンサは、排気ガス中の酸素濃度に応じてリニアに空燃比を検出するセンサ（例えば、限界電流式酸素センサ）であってもよい。あるいは、ガスセンサ５０として、センサ素子の起電力を出力する酸素センサを用いてもよい。なお、ガスセンサ５０は、触媒部４０よりも上流側の排気管２９に配置してもよい。また、その数は１つに限らず、複数のガスセンサ５０を配置してもよい。例えば、触媒部４０の上流側と下流側の双方に、それぞれガスセンサ５０を配置してもよい。
【００２９】
＜制御部（ＥＣＵ：Engine Control Unit）＞
制御部（ＥＣＵ）３０は、主としてデジタルコンピュータから構成されており、排ガス浄化装置１００の稼働における制御装置として機能する。制御部３０は、例えば、読み込み専用の記憶装置であるＲＯＭ、読み書き可能な記憶装置であるＲＡＭ、任意の演算や判別を行うＣＰＵ、入力ポートおよび出力ポートを有している。制御部３０は、エンジン部１およびガスセンサ５０の間の制御を行うユニットであり、エンジン１およびガスセンサ５０とは電気的に接続している。ガスセンサ５０からの出力信号は、対応するＡＤ変換器（図示せず）を介して制御部３０の入力ポートに入力される。一方、制御部３０の出力ポートは、対応する駆動回路を介してインジェクタ２６、スロットル弁２５の駆動用ステップモータおよび点火プラグ２７等に接続されている。制御部３０では、ガスセンサ５０への通電の制御が行われるとともに、ガスセンサ５０からの出力に基づき、エンジン１の空燃比フィードバック制御が行われる。例えば、制御部３０は、検出した吸入空気量、スロットル開度（またはアクセル開度）、エンジン回転数等のエンジン運転状態に基づいて、インジェクタ２６の燃料噴射タイミングや点火プラグ２７の点火時期等を制御することが可能である。
【００３０】
＜ガスセンサ制御装置＞
かかる排ガス浄化装置１００の一部として、本実施形態にかかるガスセンサ制御装置１０が設けられている。以下、ガスセンサ制御装置１０について説明する。
【００３１】
＜ガスセンサ＞
まず、図２を参照しながら、ガスセンサ５０の構造について説明する。図２は、本実施形態のガスセンサの主要部の構成の一例を示す模式図であり、その横断面を示したものである。ガスセンサ５０は、排ガス中の酸素濃度を検出するためのセンサ素子６０と、センサ素子６０を加熱するためのヒータ部７０と、センサ素子６０およびヒータ７０の周囲を排気ガス中の水分から防護する多孔質保護層５２とから構成されている。
【００３２】
センサ素子６０は、固体電解質体６２を備えている。固体電解質体６２は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質から構成されている。かかる固体電解質としては、例えば、ジルコニア（例えば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ））などが挙げられる。また、固体電解質体６２の外側には測定電極６４ａが形成されており、測定電極６４ａよりも外側には、固体電解質体６２を一壁面としつつ、排ガスを導入可能な測定ガス空間６６ａが形成されている。測定ガス空間６６ａは、固体電解質体６２と拡散抵抗層６８と遮蔽層６９とにより画成されている。遮蔽層６９は、ガスを不透過な内部構造をなし、ここではアルミナから構成されている。拡散抵抗層６８は、測定電極６４ａに対する排ガスの導入量を規制するために測定電極６４ａの周囲の測定ガス空間６６ａを画成する位置（ここでは測定ガス空間６６ａの幅方向の両端）に設けられており、排ガスは拡散抵抗層６８を介して測定ガス空間６６ａ内に導入される。拡散抵抗層６８の材料としては、アルミナ、ジルコニア、セリア等の多孔材を構成し得る材料を用いればよい。一方、固体電解質体６２の内側には、基準電極６４ｂが形成されており、この基準電極６４ｂを包囲するように大気等の基準ガスを導入可能な基準ガス空間６６ｂが形成されている。基準ガス空間６６ｂは、固体電解質体６２と保護層６５とにより画成されている。保護層６５は、ガスを不透過な内部構造をなし、ここではアルミナから構成されている。基準電極６４ｂおよび測定電極６４ａは共に、白金等の触媒活性の高い貴金属から構成されている。
【００３３】
ヒータ部７０は、アルミナを主体とする絶縁基体７２と、絶縁基体７２上に積層された発熱抵抗体７４とから構成されている。ジルコニア等からなる固体電解質体６２は、常温では絶縁性を示すが、高温環境下になると活性化され、高い酸素イオン伝導性を示すようになる。ヒータ部７０は、上記固体電解質体６２の加熱領域を形成してその活性化温度となるように加熱制御される。この実施形態では、ヒータ部７０は、固体電解質体６２の基準電極６４ｂ側において保護層６５の外層に配設されている。発熱抵抗体７４は、例えば、白金等の抵抗体から構成されている。
【００３４】
多孔質保護層５２は、多数のセラミックス粒子を結合させた多孔質体により構成されており、水分がセンサ素子６０に到達してセンサ素子６０が被水割れするのを抑制するために設けられている。この実施形態では、センサ素子６０およびヒータ部７０は、図示する横断面形状において、その隅角部がテーパー状に切欠かれており、この切欠きによって、センサ素子６０およびヒータ部７０の当該箇所における多孔質保護層５２の厚みが調整されている。この実施形態では、部位ごとに厚みｔ１〜ｔ５が相違している。この部位ごとに異なる多孔質保護層５２の最大厚みは、概ね８０μｍ以下であることが好ましい。多孔質保護層５２の厚みが８０μｍ以下の場合には、ガスセンサ５０のセンサ活性時間が向上する。そのため、例えばＥｕｒｏＶＩにおけるエミッション排出量に関する規定を満足するセンサ活性時間を下回ることが可能になる。すなわち、図２において、厚みｔ１〜ｔ５の中で最も厚い厚みがこの８０μｍとなるように多孔質保護層５２が形成されていることが好ましい。一方、多孔質保護層５２の厚みが薄すぎると、水分がセンサ素子６０に到達してセンサ素子６０が被水割れするのを抑制できないことがあるため、通常は、最小厚みが凡そ３０μｍ以上（好ましくは４０μｍ以上、特に好ましくは５０μｍ以上）の多孔質保護層５２を形成することが好ましい。
【００３５】
多孔質保護層５２は、例えば、アルミナ、スピネル、ムライト等を主体とする金属酸化物や炭化珪素等の金属炭化物などのセラミックス粒子から構成されている。必要に応じてセラミックス粒子に貴金属粒子を担持させてもよい。かかる貴金属粒子としては、パラジウムやロジウムを単独で、もしくはパラジウム、ロジウムおよび白金のうちの２種以上の合金を使用することができる。
【００３６】
上記セラミックス粒子の平均粒径としては、概ね１２μｍ以下である。例えば、平均粒径が凡そ１０μｍ以下のセラミックス粒子の使用が好ましく、より好ましくは８μｍ以下であり、特に好ましくは６μｍ以下である。このように小径のセラミックス粒子から多孔質保護層５２が構成されることにより、多孔質保護層５２の耐被水性が向上し、凝縮水が染み込みにくくなる。例えば、排ガス中の水分と接触しても染み込みの少ないガスセンサ（例えば染み込み深さが８０μｍ以下に抑制されたガスセンサ）を形成することができる。このことは、所望するセンサ活性時間（例えばＥｕｒｏＶＩにおけるエミッション排出量に関する規定を満足するセンサ活性時間以下、典型的には５秒以下）を担保するための多孔質保護層５２の厚み８０μｍ以下と一致するものである。セラミックス粒子の平均粒径が大きすぎると、上記小径化に伴う耐被水性向上効果が低下傾向になることに加えて、後述する始動時通電処理によって弾き飛ばされたＭｎがセラミックス粒子に付着しやすくなる。そのため、始動時通電処理を行っても、所望の効果が十分に発揮されない場合があり得る。一方、セラミックス粒子の平均粒径が小さすぎると、ガスの拡散性が阻害され、センサ出力が変化するため、通常は、平均粒径が凡そ１μｍ以上のセラミックス粒子を用いることが好ましい。セラミックス粒子の平均粒径は当該分野で公知の方法、例えばレーザ散乱法に基づく測定によって求めることができる。
【００３７】
ここで開示される多孔質保護層５２を構成するセラミックス粒子は、ＢＥＴ比表面積が概ね２０ｍ２／ｇ以下の範囲にあることが好ましい。このようなＢＥＴ比表面積を満たすセラミックス粒子は、ガスセンサの多孔質保護層に用いられ、より高い性能を安定して発揮するガスセンサを形成し得るものであり得る。例えば、排ガス中の水分と接触しても染み込みの少ないガスセンサを形成することができ、このことは、所望するセンサ活性時間（例えばＥｕｒｏＶＩにおけるエミッション排出量に関する規定を満足するセンサ活性時間以下、例えば５秒以下）を担保するための多孔質保護層５２の厚み：８０μｍ以下と一致するものである。ＢＥＴ比表面積の好適範囲は、通常は２０ｍ２／ｇ以下が適当であり、好ましくは１５ｍ２／ｇ以下であり、特に好ましくは１０ｍ２／ｇ以下である。セラミックス粒子の比表面積の下限値は、特に限定されないが、例えば０．１ｍ２／ｇ以上である。なお、比表面積の値としては、一般的な窒素吸着法による測定値を採用することができる。
【００３８】
上記多孔質保護層５２の形成方法としては、セラミックス粒子（典型的には粒状）その他の多孔質保護層形成成分（例えばバインダ、分散剤など）を適当な溶媒（例えば水）に分散したスラリーを調製し、このスラリーをセンサ素子６０およびヒータ部７０の表面に塗布して焼成させる方法を好ましく採用することができる。
【００３９】
このように構成されたガスセンサ５０において、固体電解質体６２およびその両面にある一対の電極６４ａ、６４ｂは、両電極間の酸素濃度に応じて起電力を発生させる酸素濃度検出セルとして機能する。すなわち、一対の電極６４ａ、６４ｂに対し、酸素濃度差と電流がリニアな相間を有する電圧を印加し、一方の電極（測定電極）６４ａに被測定ガスを接触させ、他方の電極（基準電極）６４ｂには大気等の基準ガスを接触させ、双方の酸素濃度差に応じて電極間に生じる電流値を測定し、測定電流に基づいてエンジンの空燃比を特定することができる。
【００４０】
上記多孔質保護層５２で覆われたガスセンサ５０では、エンジン停止後の排気通路内に排ガスが凝縮して水が残っている場合があり、かかる凝縮水に含まれるＭｎがガスセンサ５０に付着すると、かかるガスセンサ５０に付着したＭｎが原因で、センサ応答性が低下するという問題がある。すなわち、凝縮水に含まれるＭｎがガスセンサ５０に付着すると、多孔質保護層５２上にＭｎ酸化物として堆積する。この場合、Ｍｎ酸化物の酸化還元反応により測定電極６４ａに到達する排ガスの酸素濃度が変化するため、上記酸化還元反応が完了するまでの期間においてセンサ応答性が低下する。そこで、本実施形態では、かかるＭｎの堆積を防止する機構として、多孔質保護層５２において小径かつ低比表面積のセラミックス粒子を使用し、さらにエンジン始動直後にガスセンサを一時的に高温に加熱することとした。
【００４１】
即ち、図１および図２に示す構成のガスセンサ制御装置１０では、制御部（ＥＣＵ）３０は、ヒータ制御部３２を備えている。ヒータ制御部３２は、エンジンの始動時に、センサ素子６０の温度が所定の始動温度となるように、ヒータ部７０への通電を行う始動時通電処理を実行するように構成されている。また、ヒータ制御部３２は、上記始動時通電処理の後、センサ素子６０の温度が該センサ素子６０の活性化温度に維持されるように、ヒータ部７０への通電を行う通常通電処理を実行するように構成されている。
【００４２】
上記始動時通電処理における所定の始動温度は、ガスセンサに付着した凝縮水が多孔質保護層に染み込まないような温度に設定することが好ましい。具体的には、図９に示すように、始動温度が低すぎると、ガスセンサ５０に凝縮水が付着した際、多孔質保護層５２に染み込みやすくなる。このように多孔質保護層５２に凝縮水が浸み込むと、凝縮水中のＭｎが多孔質保護層５２上に堆積して酸化還元反応を起こすので、センサ応答性が低下する。したがって、上記始動温度は、ガスセンサ５０に付着した凝縮水が多孔質保護層５２に染み込まないような温度に設定することが好ましい。例えば、図９のグラフに基づくと、上記始動温度は、７００℃を上回る温度、好ましくは７５０℃以上、より好ましくは８００℃以上、特に好ましくは９００℃以上に設定することが望ましい。かかる温度範囲内で始動時通電処理を実施する場合、ガスセンサ５０に付着した凝縮水を好適に撥水することができる。上記始動時通電処理における所定の始動温度は、通常の制御温度以上の温度（好ましくは通常の制御温度よりも高い温度）に設定することが好ましい。例えば、始動温度は、通常の制御温度よりも５０℃以上（例えば５０℃〜２００℃又はそれ以上）高い温度に設定されていることが好ましい。このようにヒータを通常の制御温度（例えば５５０℃）よりも高い温度で通電制御し、ガスセンサを通常よりも高い温度（例えば７５０℃）に加熱することで、ガスセンサ５０に付着した凝縮水をより効果的に弾き飛ばすことができる。上述した始動温度の値は、あらかじめ制御部３０に設定しておくとよい。
【００４３】
上記通常通電処理における活性化温度（通常の制御温度）は、センサ素子６０が好適に活性化するような温度範囲内に設定することが好ましい。例えば、ガスセンサ５０が酸素センサの場合、５００℃〜６００℃の温度範囲内に設定することが好ましい。また、ガスセンサ５０が全領域空燃比センサの場合、７００℃〜８００℃の温度範囲内に設定することが好ましい。上述の温度範囲内で通常通電処理を実施する場合、センサ素子６０を好適に活性化することができる。上述した通常の制御温度の値は、あらかじめ制御部３０に設定しておくとよい。
【００４４】
図１に示す構成のガスセンサ制御装置１０は、ヒータ制御回路３４を備えている。ヒータ制御回路３４は、制御部３０に電気的に接続されている。ヒータ制御回路３４は、ガスセンサ５０に設けられたヒータ部７０の発熱抵抗体７４に接続され、発熱抵抗体７４の両端に電圧を印加する。これにより、発熱抵抗体７４を発熱させて、センサ素子６０を加熱する。また、制御部３０は、イグニッションスイッチ（図示せず）と電気的に接続されている。制御部３０は、イグニッションスイッチがオンになると、ヒータ制御回路３４に対して、始動時通電処理用パルス信号を出力する。該信号を受信したヒータ制御回路３４は、制御部３０から出力された始動時通電処理用パルス信号に応じて、センサ素子６０の温度が所定の始動温度となるように、発熱抵抗体７４の両端に電圧を印加する。これにより、センサ素子６０が所定の始動温度となるように加熱される。
【００４５】
また、ここで開示されるガスセンサ制御装置１０では、排気通路２９に温度センサ５４が配置されている。温度センサ５４は、制御部３０と電気的に接続されている。制御部３０は、上記始動時通電処理を実施している間に、温度センサ５４によって排気通路２９内の温度を測定し、当該温度の測定値が所定の基準値を超えた場合に、始動時通電処理を終了するように構成されている。具体的には、制御部３０は、排気通路２９内の温度の測定値が所定の基準値を超えると、ヒータ制御回路３４に対して通常通電処理用パルス信号を出力する。該信号を受信したヒータ制御回路３４は、制御部３０から出力された通常通電処理用パルス信号に応じて、センサ素子６０の温度が該センサ素子６０の活性化温度（例えば５５０℃）に維持されるように、発熱抵抗体７４の両端に電圧を印加する。これにより、センサ素子６０の温度が活性化温度に維持される。上記温度に対する基準値は、排気通路２９内に溜まった凝縮水が完全に気化するような温度に設定することが好ましい。例えば上記温度に対する基準値は、１００℃〜１５０℃（好ましくは１００℃〜１２０℃）の範囲内に設定された値であるとよい。
【００４６】
このように構成されたガスセンサ制御装置１０の動作について説明する。図３は、本実施形態に係るガスセンサ制御装置１０により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【００４７】
先ず、本実施形態にかかるガスセンサ制御装置１０では、ステップＳ１０において、エンジン始動要求の判定をする。この判定は、入力されるイグニッション信号に基づいて行われる。制御部３０がイグニッションのエンジン始動要求信号を受信していない場合、「エンジン始動要求なし」と判定（ＮＯ）し、以下の制御を実施せずに処理ルーチンが終了する。一方、制御部３０がイグニッションのエンジン始動要求信号を受信した場合は、「エンジン始動要求あり」と判定（ＹＥＳ）し、ステップＳ１１を実施する。
【００４８】
上記エンジンの始動要求の判定結果がＹＥＳになると、ステップＳ１１において、センサ素子６０の温度が所定の始動温度となるように、ヒータ部７０への通電を行う始動時通電処理を実行する。具体的には、制御部３０は、ヒータ制御回路３４に対して、始動時通電処理用パルス信号を出力し、該信号を受信したヒータ制御回路３４は、センサ素子６０の温度が所定の始動温度となるように、発熱抵抗体７４の両端に電圧を印加する。これにより、センサ素子６０が所定の始動温度となるように加熱される。
【００４９】
次いで、ステップＳ１２において、制御部３０は、排気通路２９内の温度（Ｔ）が所定の基準値ｔｅｍを超えたか否かを判定する。排気通路２９内の温度（Ｔ）が所定の基準値ｔｅｍに超えていない（すなわちＴ≦ｔｅｍ）と判定した場合、ステップＳ１１に戻って始動時通電処理を続行する。一方、排気通路２９内の温度（Ｔ）が所定の基準値ｔｅｍに超えた（すなわちＴ＞ｔｅｍ）と判定した場合、始動時通電処理を終了させるタイミングであると判断し、次のステップＳ１３に進む。
【００５０】
ステップＳ１３では、センサのヒータ制御を始動時通電処理から通常通電処理に切り替える。すなわち、制御部３０は、センサ素子６０の温度が該センサ素子の活性化温度に維持されるように、ヒータ部７０への通電を行う通常通電処理を実行する。具体的には、制御部３０は、ヒータ制御回路３４に対して通常通電処理用パルス信号を出力し、該信号を受信したヒータ制御回路３４は、センサ素子６０の温度が所定の活性化温度となるように、発熱抵抗体７４の両端に電圧を印加する。これにより、センサ素子６０の温度が活性化温度に維持され、これ以降は通常のセンサ制御が行われる。このようにして、エンジン停止直後のガスセンサを高温（例えば７５０℃以上）に加熱した後、通常の通電処理に切り替えることができる。
【００５１】
ここで開示されるガスセンサ制御装置１０によると、エンジン始動直後からガスセンサ５０を高温に加熱するので、ガスセンサ５０に付着した若しくはガスセンサ５０の周辺に存在するＭｎが凝縮水とともに弾き飛ばされ、ガスセンサ５０にほとんど付着しない。そのため、多孔質保護層５２へのＭｎの付着が適切に防止され、ガスセンサ５０がクリーンに保たれる。したがって、上記ガスセンサ制御装置１０によると、従来のようなＭｎ付着に起因するセンサの応答遅れが好適に防止され、センサ応答性が格段に向上する。
【００５２】
この実施形態では、制御部３０は、始動時通電処理を実施している間に、温度センサ５４によって排気通路２９内の温度を測定し、当該温度の測定値が所定の基準値（例えば１００℃）を超えた場合に、上記始動時通電処理を終了する。かかる構成によると、排気通路２９内に溜まった凝縮水が気化した直後、すなわち、凝縮水がガスセンサ５０に付着する虞がなくなった直後に始動時通電処理を終了することができる。これにより、始動時通電処理が必要以上に長くなることを防止して、適切なタイミングで通常通電処理に切り替えることができる。
【００５３】
なお、本発明者の検討によれば、上記エンジン始動直後のセンサ加熱による染み込み防止効果については、大径（例えば２０μｍ以上）かつ高比表面積（例えば７０ｍ２／ｇ以上）のセラミックス粒子を含むガスセンサを用いた場合では同程度の効果が得られないことが後述する試験例により確認された（図９のグラフ参照）。したがって、上記エンジン始動直後のセンサ加熱と、小径かつ低比表面積のセラミックス粒子を含むガスセンサ５０とを組み合わせて適用することにより、かかる組み合わせによる相乗効果として、Ｍｎの付着がより良く抑制されたガスセンサ制御装置が提供され得る。
【００５４】
（第２実施形態）
以上、本発明の一実施形態にかかるガスセンサ制御装置１０において実行されるヒータ制御方法について説明した。次に、本発明の他の一実施形態にかかるガスセンサ制御装置１０によって実行可能なヒータ制御方法について説明する。
【００５５】
この実施形態では、制御部３０は、始動時通電処理の継続時間が所定の基準値を上回った場合に、始動時通電処理を終了するように構成されている。上記始動時通電処理の継続時間に対する基準値は、エンジンが始動してから排気管２９内の温度が１００℃に到達している状態、すなわち排気管２９内の凝縮水が気化している状態のときに、始動時通電処理を終了するように設定することが好ましい。具体的には、図４に示すように、外気温−１０℃のアイドリング状態においてエンジンを始動すると、排気管２９内の温度が上昇し、概ね４００秒を超えると１００℃に達する。この場合、上記始動時通電処理の継続時間に対する基準値は、概ね４００秒以上、好ましくは４００秒〜６００秒、特に好ましくは７分〜８分に設定することが望ましい。
【００５６】
このように構成されたガスセンサ制御装置１０の動作について説明する。図５は、この実施形態に係るガスセンサ制御装置１０により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【００５７】
先ず、本実施形態にかかるガスセンサ制御装置１０では、ステップＳ２０において、エンジン始動要求の判定をする。この判定は、入力されるイグニッション信号に基づいて行われる。制御部３０がイグニッションのエンジン始動要求信号を受信していない場合、「エンジン始動要求なし」と判定（ＮＯ）し、以下の制御を実施せずに処理ルーチンが終了する。一方、制御部３０がイグニッションのエンジン始動要求信号を受信した場合は、「エンジン始動要求あり」と判定（ＹＥＳ）し、ステップＳ２１を実施する。
【００５８】
上記エンジンの始動要求の判定結果がＹＥＳになると、制御部３０は、ステップＳ２１において、センサ素子６０の温度が所定の始動温度となるように、ヒータ部７０への通電を行う始動時通電処理を実行する。これにより、センサ素子６０の温度が所定の始動温度となるように上昇する。また、制御部３０は、内部タイマーをスタートさせて、始動時通電処理の継続時間（Ａ）の測定を開始する。次いで、ステップＳ２２では、制御部３０は、始動時通電処理の継続時間（Ａ）が所定の基準値ａ１に達したか否かを判定する。ここでの判定結果がＮＯの場合、ステップＳ２１に戻って始動時通電処理を続行する。一方、判定結果がＹＥＳの場合、始動時通電処理を終了させるタイミングであると判断し、次のステップＳ２３に進む。
【００５９】
ステップＳ２３では、センサのヒータ制御を始動時通電処理から通常通電処理に切り替える。すなわち、制御部３０は、センサ素子６０の温度が該センサ素子の活性化温度に維持されるように、ヒータ部７０への通電を行う通常通電処理を実行する。これにより、センサ素子６０の温度が活性化温度に維持され、これ以降は通常のセンサ制御が行われる。このようにして、エンジン停止直後のガスセンサを高温（例えば７５０℃以上）に加熱した後、通常の通電処理に移行することができる。かかる構成によると、排気管２９内に温度センサ５４を配置する必要がないため、上述した第１実施形態に比べて装置構成を簡略化することができる。
【００６０】
（第３実施形態）
以上、本発明の一実施形態にかかるガスセンサ制御装置１０において実行されるヒータ制御方法について説明した。次に、本発明の他の一実施形態にかかるガスセンサ制御装置１０によって実行可能なヒータ制御方法について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。
【００６１】
先ず、本実施形態にかかるガスセンサ制御装置１０では、ステップＳ３０において、エンジン始動要求の判定をする。この判定は、入力されるイグニッション信号に基づいて行われる。制御部３０がイグニッションのエンジン始動要求信号を受信していない場合、「エンジン始動要求なし」と判定（ＮＯ）し、以下の制御を実施せずに処理ルーチンが終了する。一方、制御部３０がイグニッションのエンジン始動要求信号を受信した場合は、「エンジン始動要求あり」と判定（ＹＥＳ）し、ステップＳ３１を実施する。
【００６２】
ステップＳ３１では、制御部３０は、センサ素子６０の温度が所定の始動温度となるように、ヒータ部７０への通電を行う始動時通電処理を実行する。これにより、センサ素子６０の温度が所定の始動温度となるように上昇する。また、制御部３０は、内部タイマーをスタートさせて、始動時通電処理の継続時間（Ａ）の測定を開始する。次いで、ステップＳ３２において、制御部３０は、始動時通電処理の継続時間（Ａ）が所定の基準値ａ１に達したか否かを判定する。ここでの判定結果がＹＥＳの場合、始動時通電処理を終了させるタイミングであると判断し、ステップＳ３４に進む。一方、判定結果がＮＯの場合、次のステップＳ３３に進む。
【００６３】
ステップＳ３３では、制御部３０は、排気通路２９内の温度Ｔが所定の基準値ｔｅｍに達したか否かを判定する。ここでの判定結果がＮＯの場合、ステップＳ３１に戻って始動時通電処理を続行する。一方、判定結果がＹＥＳの場合、始動時通電処理を終了させるタイミングであると判断し、次のステップＳ３４に進む。ステップＳ３４では、ヒータ制御部３２は、センサ素子６０の温度が該センサ素子の活性化温度に維持されるように、ヒータ部７０への通電を行う通常通電処理を実行する。これにより、センサ素子６０の温度が活性化温度に維持され、これ以降は通常のセンサ制御が行われる。このようにして、エンジン停止直後のガスセンサを所定の始動温度まで加熱した後、通常の通電処理に移行することができる。
【００６４】
かかる構成によると、始動時通電処理と通常通電処理との切り替えを始動時通電処理の継続時間に基づいて行うとともに、運転状態によって排気管２９内の温度が想定よりも早く上昇した場合には、始動時通電処理を即座に終了することができる。これにより、始動時通電処理が必要以上に長くなることを防止して、適切なタイミングで通常通電処理に切り替えることができる。
【００６５】
以下、本発明に関する試験例を説明するが、本発明を以下の試験例に示すものに限定することを意図したものではない。
【００６６】
＜試験例１：比表面積と染み込み深さとの関係＞
ガスセンサの多孔質保護層を構成するアルミナ粒子の比表面積を種々変化させてテストピースを作成し、それぞれのテストピースにおける水分の染み込み深さを検証する試験を行った。ここでは、それぞれのガスセンサを７００℃に加熱して、多孔質保護層に０．３μＬの水滴を滴下した。そして、水滴の染み込み深さ（水滴が染み込んだ部分の膜厚）を測定した。なお、比表面積の値としては、窒素吸着法による測定値を採用した（以下、同じ）。結果を図７に示す。図７は、多孔質保護層の比表面積（横軸）と水分の染み込み深さ（縦軸）との関係を示すグラフである。
【００６７】
図７に示すように、多孔質保護層の比表面積が小さくなるほど、染み込み深さは低下傾向となった。ここで供試したガスセンサの場合、比表面積を２０ｍ２／ｇ以下にすることによって、８０μｍ以下という極めて低い染み込み深さを達成できた。染み込み深さを低減する観点からは、比表面積は２０ｍ２／ｇ以下が適当であり、好ましくは１５ｍ２／ｇ以下であり、特に好ましくは１０ｍ２／ｇ以下である。
【００６８】
＜試験例２：平均粒径と染み込み深さとの関係＞
ガスセンサの多孔質保護層を構成するアルミナ粒子の平均粒径を種々変化させてガスセンサ（テストピース）を作成し、それぞれのテストピースにおける水分の染み込み深さを検証する試験を行った。ここでは、それぞれのガスセンサを７００℃に加熱して、多孔質保護層に０．３μＬの水滴を滴下した。そして、水滴の染み込み深さを測定した。なお、アルミナ粒子の平均粒径（Ｄ５０径）は、レーザ散乱法に基づく測定によって求めた（以下、同じ）。結果を図８に示す。図８は、平均粒径（縦軸）と染み込み深さ（横軸）との関係を示すグラフである。
【００６９】
図８に示すように、多孔質保護層を構成するセラミックス粒子の平均粒径が小さくなるほど染み込み深さは低下傾向となった。ここで供試したガスセンサの場合、平均粒径を１２μｍ以下にすることによって、８０μｍ以下という極めて低い染み込み深さを達成できた。染み込み深さを低減する観点からは、セラミックス粒子の平均粒径は１２μｍ以下が適当であり、好ましくは１０μｍ以下であり、特に好ましくは５μｍ以下である。
【００７０】
＜試験例３：センサ制御温度と染み込み深さとの関係＞
小径（８μｍ）かつ低比表面積（０．９ｍ２／ｇ）のアルミナ粒子からなる多孔質保護層を備えたガスセンサ（テストピース）を作成し、センサの制御温度を種々変化させて水分の染み込み深さを検証する試験を行った。比較のために、大径（２０μｍ）かつ高比表面積（７０ｍ２／ｇ）のアルミナ粒子からなる多孔質保護層を備えたガスセンサ（テストピース）を作成し、同様の手法で染み込み深さを検証した。結果を図９に示す。図９は、センサ制御温度（横軸）と染み込み深さ（縦軸）との関係を示すグラフである。
【００７１】
図９に示すように、センサの制御温度が高くなるほど染み込み深さは低下傾向となった。ここで供試したガスセンサの場合、小径かつ低比表面積のアルミナ粒子を使用し、かつセンサの制御温度を７００℃以上にすることによって、５０μｍ以下という極めて低い染み込み深さを達成できた。染み込み深さを低減する観点からは、センサの制御温度を７００℃以上にすることが適当であり、好ましくは７５０℃以上であり、特に好ましくは９００℃以上である。同図より、エンジン始動直後のセンサ加熱による染み込み防止効果については、小径かつ低比表面積のセラミックス粒子を用いた場合に特に有効に発揮されることが確認された。
【００７２】
ここで開示されるガスセンサ制御装置の好適例として、多孔質保護層を構成するセラミックス粒子の平均粒径が１２μｍ以下、比表面積が２０ｍ２／ｇ以下であり、かつエンジン始動直後の始動温度が７５０℃以上に設定されているもの、セラミックス粒子の平均粒径が１０μｍ以下、比表面積が１５ｍ２／ｇ以下であり、かつエンジン始動直後の始動温度が８００℃以上に設定されているもの、セラミックス粒子の平均粒径が５μｍ以下、比表面積が１０ｍ２／ｇ以下であり、かつエンジン始動直後の始動温度が９００℃以上に設定されているもの、等が挙げられる。このようなセラミックス粒子の平均粒径、比表面積、および始動温度を設定することにより、凝縮水の染み込み（ひいてはＭｎの付着）をより良く抑制することができる。
【００７３】
＜試験例４：Ｍｎ耐久試験＞
（１）実施例１
本例では、表１に示すように、小径かつ低比表面積のアルミナ粒子からなる多孔質保護層を備えたガスセンサ（図２参照）を作成した。多孔質保護層の最大厚みは８０μｍとした。かかるガスセンサについて、Ｍｎ耐久試験を行った。Ｍｎ耐久試験は、排気管中の凝縮水に含まれるＭｎ濃度を１０倍に濃縮したＭｎ水溶液（Ｍｎ濃度：６０００ｐｐｍ）を、７５０℃に加熱したガスセンサの多孔質保護層に５μＬ滴下し、乾燥後にまた滴下するというサイクルを５０回繰り返すことにより行った。Ｍｎ耐久試験後におけるガスセンサの断面ＳＥＭ像を図１０に示す。図１０のＳＥＭ像では、多孔質保護層の変色はなく、Ｍｎの付着は認められなかった。
（２）比較例１
本例では、実施例１と同様に、小径かつ低比表面積のアルミナ粒子からなる多孔質保護層を備えたガスセンサを作成した。かかるガスセンサについて、実施例１と同様にＭｎ耐久試験を行った。ただし、ガスセンサの加熱は行わず、センサ素子の温度は室温とした。Ｍｎ耐久試験後におけるガスセンサの断面ＳＥＭ像を図１１に示す。図１１のＳＥＭ像では、多孔質保護層が少し黒く変色しており、若干のＭｎの付着が認められた。
（３）比較例２
本例では、表１に示すように、大径かつ高比表面積のアルミナ粒子からなる多孔質保護層を備えたガスセンサを作成した。かかるガスセンサについて、実施例１と同様にＭｎ耐久試験を行った。Ｍｎ耐久試験後におけるガスセンサの断面ＳＥＭ像を図１２に示す。図１２のＳＥＭ像では、多孔質保護層が黒く変色しており、Ｍｎの付着が認められた。
（４）比較例３
本例では、比較例２と同様に、大径かつ高比表面積のアルミナ粒子からなる多孔質保護層を備えたガスセンサを作成した。かかるガスセンサについて、比較例２と同様にＭｎ耐久試験を行った。ただし、ガスセンサの加熱は行わず、センサ素子の温度は室温とした。Ｍｎ耐久試験後におけるガスセンサの断面ＳＥＭ像を図１３に示す。図１３のＳＥＭ像では、多孔質保護層が黒く変色しており、Ｍｎの付着が認められた。
【００７４】
図１０〜図１３のＳＥＭ像の比較から、小径かつ低比表面積のアルミナ粒子からなる多孔質保護層を備えたガスセンサを用い、かつ該ガスセンサを７５０℃に加熱することによって、Ｍｎ耐久試験後においても多孔質保護層の変色ひいてはＭｎの付着を適切に防止できることが確認された。
【００７５】
【表１】
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【００７６】
＜試験例５：センサ応答試験＞
上記実施例１および比較例１〜３のガスセンサについて、上述のＭｎ耐久試験の前後におけるセンサ応答出力を測定した。センサ応答出力の測定は、各例のガスセンサをガス検出器に組み付け、所定の酸素濃度を有する試験ガス中に該センサを保持することにより行った。その際、センサ素子の温度が７００℃に維持されるようにヒータへの通電を行った。上記センサ応答出力測定を上述のＭｎ耐久試験の前後に行った。図１４に、実施例１に係るＭｎ耐久試験前後におけるセンサ応答出力を示す。図１５に、比較例１に係るＭｎ耐久試験前後におけるセンサ応答出力を示す。図１６に、比較例３に係るＭｎ耐久試験前後におけるセンサ応答出力を示す。
【００７７】
図１４に示すように、小径かつ低比表面積のアルミナ粒子からなる多孔質保護層を備えたガスセンサを用い、かつガスセンサを７５０℃に加熱した実施例１では、Ｍｎ耐久試験前後においてセンサ応答出力がほとんど変わらず、良好な結果が得られた。これに対し、図１５および図１６に示すように、Ｍｎ耐久試験時にガスセンサを加熱しなかった比較例１、３では、Ｍｎ耐久試験後のセンサ出力応答が耐久前に比べて遅延した。ここでは省略するが、比較例２についても比較例１、３と同様の傾向が得られた。比較例１〜３では、多孔質保護層に付着したＭｎに起因して上記遅延が生じたものと解される。
以上から、小径かつ低比表面積のアルミナ粒子からなる多孔質保護層を備えたガスセンサを用い、かつガスセンサを７５０℃に加熱することにより、多孔質保護層へのＭｎの付着を防止して、該Ｍｎに起因するセンサ応答遅れを解消できることが確かめられた。
【００７８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【符号の説明】
【００７９】
１      内燃機関（エンジン）
１０    ガスセンサ制御装置
２９    排気管（排気通路）
３０    制御部
３２    ヒータ制御部
３４    ヒータ制御回路
４０    触媒部
５０    ガスセンサ
５２    多孔質保護層
５４    温度センサ
６０    センサ素子
６２    固体電解質体
６４ａ  測定電極
６４ｂ  基準電極
６５    保護層
６６ａ  測定ガス空間
６６ｂ  基準ガス空間
６８    拡散抵抗層
６９    遮蔽層
７０    ヒータ部
７２    絶縁基体
７４    発熱抵抗体
１００  排ガス浄化装置
【図１】
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【図２】
0005783424.tif 000004
【図３】
0005783424.tif 000005
【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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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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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