(57)【要約】【課題】排気ガスセンサ（空燃比センサ）を車両に搭載した後の使用過程において、排気ガスセンサの素子電極を活性化できるようにする。【解決手段】エンジンが停止中で排気ガスの空燃比がリッチ（ストイキも含む）であるときに、空燃比センサの素子温度を電極活性処理の温度（例えば９００℃）に保持した状態で、空燃比センサの素子電極に、通常制御時の検出用電圧（例えば０．４Ｖ）よりも高い電圧（例えば２Ｖ）を印加して電極表面の活性化を行う（ステップＳＴ１〜ＳＴ５）。このように、エンジン停止中に電極活性処理を実施することにより、空燃比センサを車両に搭載した後の使用過程において素子電極を活性することが可能となり、センサの特性劣化を抑制することができる。【選択図】図４
2008180613.tif 000002
【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た排気ガスセンサを有するガスセンサ装置であって、前記内燃機関の停止中に、前記排気ガスセンサの素子電極に検出用電圧よりも高い電圧を印加して、当該素子電極を活性化する処理を実行する電極活性処理手段を備えていることを特徴とするガスセンサ装置。
【請求項２】
請求項１記載のガスセンサ装置において、
前記素子電極を活性化する電極活性処理を、前記内燃機関の停止中で排気ガスの空燃比がリッチであるときに行うことを特徴とするガスセンサ装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のガスセンサ装置において、
前記排気ガスセンサのセンサ素子の温度を、当該センサ素子の活性化温度よりも高い温度に設定した状態で、前記電極活性処理を行うことを特徴とするガスセンサ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のガスセンサ装置において、
排気ガスセンサの素子電極に検出用電圧を印加する回路を利用して、前記内燃機関の停止中に、素子電極の印加電圧を前記検出用電圧から当該検出用電圧よりも高い電圧に切り替えて、前記電極活性処理を行うことを特徴とするガスセンサ装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のガスセンサ装置において、
前記排気ガスセンサが、板状の固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の面に形成された大気側電極と、前記固体電解質層の他方の面に形成された排気側電極と、前記排気側電極を覆う拡散抵抗層とからなるセンサ素子を有する積層型の空燃比センサであることを特徴とするガスセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に配置された排気ガスセンサを有するガスセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）においては、通常、エンジンの排気通路に配置した触媒によって、排気ガスに含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等）を浄化するようにしている。この触媒による浄化作用は、混合気が理論空燃比で燃焼されるときに最も効率が高くなる。
【０００３】
そこで、エンジンの排気通路に配置した排気ガスセンサ（空燃比センサ）によって排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出した酸素濃度から得られる実際の空燃比が目標空燃比（理論空燃比）に一致するように燃料噴射量をフィードバック制御している。
【０００４】
このような燃料噴射量フィードバック制御に用いられる排気ガスセンサとして、固体電解質層（例えば部分安定化ジルコニア製）に、大気側電極（例えば白金電極）、排気側電極（例えば白金電極）及び拡散抵抗層を設けてセンサ素子を構成し、このセンサ素子の大気側電極を大気に解放するとともに、排気側電極を排気通路内の排気ガスに接触させた状態で、これら排気側電極と大気側電極との間に検出用電圧を印加したときの電流状態（センサ電流）から排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサが知られている。
【０００５】
空燃比センサでは、検出精度を維持するために、センサ素子を活性状態に保つ必要がある。そのため、センサ素子を加熱するヒータ（例えば電気ヒータ）を設け、素子温度が所定の活性化温度（例えば７５０℃）となるようにヒータへの通電を制御している。
【０００６】
このようなヒータの通電制御を行うには、センサ素子の温度を検出する必要があるが、一般には素子温度を直接検出するのではなく、センサ素子の素子インピーダンス（交流インピーダンス）と素子温度との間に相関関係があることを利用し、素子インピーダンスを検出し、その検出した素子インピーダンスに基づいて素子温度を間接的に検出している。
【０００７】
ここで、空燃比センサ等のガスセンサにおいて、良好な応答性を得るには、素子電極を活性化する必要がある。ガスセンサの電極活性化に関する技術として、下記の特許文献１及び２に記載の技術がある。
【０００８】
特許文献１に記載の技術では、ガスセンサを実機に搭載した際のセンサ特性の初期変動を抑制することを目的として、センサ製造工程において、所定の雰囲気下で検出素子を加熱した状態で、検出素子の電極に交番電圧を印加して電極の活性を促す処理（エージング）を施している。
【０００９】
また、特許文献２に記載の技術では、酸素センサの白金電極素子の表面に低融点化合物を付着させた後、密閉構造の容器内に白金電極素子を収容した状態で高温加熱処理して白金電極素子の表面に低融点化合物層を形成し、その低融点化合物層を硝酸等の可溶性液体中に浸漬するというような特殊処理を施すことによって、センサの応答性を向上させている。
【特許文献１】特開２００４−２９４０７９号公報
【特許文献２】特開昭６１−２０２１５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、空燃比センサ等の排気ガスセンサでは、使用に伴って素子電極の表面が酸化し、素子表面での電極反応の遅れや見かけ上の素子内部抵抗の増加が発生して応答性などのセンサ特性が劣化する。このような電極表面の酸化は、素子インピーダンスを変化させる処理では解消することができず、この点の改良が望まれている。
【００１１】
なお、上記した特許文献１に記載の技術は、ガスセンサの製造工程においてエージング処理を施す技術であり、ガスセンサを車両に搭載した後の使用過程で実施することはできない。また、特許文献２に記載の技術では、密閉構造の容器内での高温加熱や可溶性液体中への浸漬工程が必要であるため、この場合も、酸素センサを車両に搭載した後の使用過程で実施することはできない。
【００１２】
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、排気ガスセンサを車両に搭載した後の使用過程において、排気ガスセンサの素子電極を活性化することが可能なガスセンサ装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、内燃機関の排気通路に配置された排気ガスセンサを有するガスセンサ装置であって、前記内燃機関の停止中に、前記排気ガスセンサ（空燃比センサ）の素子電極に検出用電圧よりも高い電圧を印加して当該素子電極を活性化する処理を実行する電極活性処理手段を備えていることを特徴としている。
【００１４】
本発明において排気ガスセンサの具体的な例として、板状の固体電解質層と、その固体電解質層の一方の面に形成された大気側電極と、固体電解質層の他方の面に形成された排気側電極と、この排気側電極を覆う拡散抵抗層とからなるセンサ素子を有する積層型の空燃比センサを挙げることができる。
【００１５】
本発明によれば、内燃機関の停止中に、排気ガスセンサの素子電極に検出用電圧よりも高い電圧を印加するので、排気ガスセンサを車両に搭載した後の使用過程において、素子電極表面を活性化することが可能になる。この点について説明する。
【００１６】
まず、空燃比センサにおいては、素子電極の表面で酸素をイオン化しており、その酸素イオンが電極表面に吸着・固着してセンサの応答性が悪くなる。このようにして電極表面生じた酸化物は、検出用電圧レベルの電圧印加では除去することはできない。
【００１７】
そこで、本発明では、電極活性処理の際に素子電極に印加する電圧を検出用電圧よりも高い電圧とする。そして、このように素子電極への印加電圧を高くすると、電極表面において電極反応が起こりやすくなって、電極表面に堆積している酸化物中の酸素がイオン化される。この酸素イオンは、排気ガス中に存在する一酸化炭素ＨＣや、大気中に存在する水素Ｈ2と触媒反応して二酸化炭素ＣＯ2や水Ｈ2Ｏを生成する。この還元作用により、電極表面から酸素が離脱して素子電極の表面が活性化される。これによってセンサの特性劣化を抑制することができる。
【００１８】
本発明において、素子電極に電圧を印加して当該素子電極を活性化する電極活性処理を、内燃機関の停止中で排気ガスの空燃比がリッチ（ストイキも含む）であるときに行う。このように電極活性処理を排気ガスの空燃比がリッチの状態つまり酸素濃度が低い雰囲気中で実施することで、素子電極の表面活性化を効果的に行うことができ、排気ガスセンサの劣化抑制効果を更に向上させることができる。
【００１９】
本発明において、内燃機関の停止直後で排気ガスの空燃比がリッチ（ストイキも含む）であるときに素子電極を活性化する電極活性処理を行うことが好ましい。
【００２０】
本発明において、排気ガスセンサのセンサ素子の温度を、当該センサ素子の活性化温度よりも高い温度に設定した状態で前記電極活性処理を行う。このような温度設定を行うことにより、素子電極の活性化のエネルギ（電極反応を起こすエネルギ）を更に大きくすることができるので、排気ガスセンサの特性劣化をより効果的に抑制することができる。
【００２１】
本発明の具体的な構成として、排気ガスセンサの素子電極に検出用電圧を印加する制御回路を利用して、内燃機関の停止中に、素子電極の印加電圧を前記検出用電圧から当該検出用電圧よりも高い電圧に切り替えて素子電極の活性化を行うという構成を挙げることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、排気ガスセンサを車両に搭載した後の使用過程において、排気ガスセンサの素子電極を活性化することが可能であり、排気ガスセンサの特性劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
まず、本発明を適用するエンジン（内燃機関）について説明する。
【００２５】
−エンジン−
図１は本発明を適用するエンジン１０１の一例を示す概略構成を示す図である。なお、図１にはエンジン１０１の１気筒の構成のみを示している。
【００２６】
この例のエンジン１０１は、例えば４気筒ガソリンエンジンであって、燃焼室１０１ａを形成するピストン１０１ｂ及び出力軸であるクランクシャフト１１５を備えている。ピストン１０１ｂはコネクティングロッド１１６を介してクランクシャフト１１５に連結されており、ピストン１０１ｂの往復運動がコネクティングロッド１１６によってクランクシャフト１１５の回転へと変換される。
【００２７】
クランクシャフト１１５には、外周面に複数の突起（歯）１１７ａ・・１１７ａを有するシグナルロータ１１７が取り付けられている。シグナルロータ１１７の側方近傍にはクランクポジションセンサ（エンジン回転数センサ）１２４が配置されている。クランクポジションセンサ１２４は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１１５が回転する際にシグナルロータ１１７の突起１１７ａに対応するパルス状の信号（出力パルス）を発生する。
【００２８】
エンジン１０１のシリンダブロック１０１ｃには、エンジン水温（冷却水温）を検出する水温センサ１２１が配置されている。エンジン１０１の燃焼室１０１ａには点火プラグ１０３が配置されている。点火プラグ１０３の点火タイミングはイグナイタ１０４によって調整される。イグナイタ１０４はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２００によって制御される。
【００２９】
エンジン１０１の燃焼室１０１ａには吸気通路１１１と排気通路１１２とが接続されている。吸気通路１１１と燃焼室１０１ａとの間に吸気バルブ１１３が設けられており、この吸気バルブ１１３を開閉駆動することにより、吸気通路１１１と燃焼室１０１ａとが連通または遮断される。また、排気通路１１２と燃焼室１０１ａとの間に排気バルブ１１４が設けられており、この排気バルブ１１４を開閉駆動することにより、排気通路１１２と燃焼室１０１ａとが連通または遮断される。これら吸気バルブ１１３及び排気バルブ１１４の開閉駆動は、クランクシャフト１１５の回転が伝達される吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの各回転によって行われる。
【００３０】
吸気通路１１１には、エアクリーナ１０７、熱線式のエアフロメータ１２２、吸気温センサ１２３（エアフロメータ１２２に内蔵）、及び、エンジン１０１の吸入空気量を調整するための電子制御式のスロットルバルブ１０５が配置されている。スロットルバルブ１０５はスロットルモータ１０６によって駆動される。スロットルバルブ１０５の開度はスロットル開度センサ１２５によって検出される。
【００３１】
エンジン１０１の排気通路１１２には、排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサ（排気ガスセンサ）１及び三元触媒１０８などが配置されている。空燃比センサ１の詳細については後述する。
【００３２】
そして、吸気通路１１１には燃料噴射用のインジェクタ（燃料噴射弁）１０２が配置されている。インジェクタ１０２には、燃料タンクから燃料ポンプによって所定圧力の燃料が供給され、吸気通路１１１に燃料が噴射される。この噴射燃料は吸入空気と混合されて混合気となってエンジン１０１の燃焼室１０１ａに導入される。燃焼室１０１ａに導入された混合気（燃料＋空気）は点火プラグ１０３にて点火されて燃焼・爆発する。この混合気の燃焼室１０１ａ内での燃焼・爆発によりピストン１０１ｂが往復運動してクランクシャフト１１５が回転する。以上のエンジン１０１は運転状態はＥＣＵ２００によって制御される。
【００３３】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ２０１（図３参照）、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びバックアップＲＡＭなどを備えている。ＲＯＭは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭはＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭはエンジン１０１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００３４】
ＥＣＵ２００には、図１に示すように、水温センサ１２１、エアフロメータ１２２、吸気温センサ１２３、クランクポジションセンサ１２４、スロットル開度センサ１２５、及び、空燃比センサ１などの各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ２００には、インジェクタ１０２、点火プラグ１０３のイグナイタ１０４、及び、スロットルバルブ１０５のスロットルモータ１０６などが接続されている。
【００３５】
そして、ＥＣＵ２００は、上記した各種センサの検出信号に基づいて、燃料噴射量フィードバック制御及び点火プラグ３の点火時期制御などを含むエンジン１の各種制御を実行する。また、ＥＣＵ２００は、後述する空燃比センサ１の制御、ヒータ２の通電制御、及び、空燃比センサ１の電極活性処理を実行する。
【００３６】
−空燃比センサ−
次に、空燃比センサ１の構造について説明する。
【００３７】
この例の空燃比センサ１は、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する積層型の空燃比センサであって、図２に示すように、センサ素子１０、通気性の内カバー１６及び外カバー１７などを備えている。また、空燃比センサ１には、センサ素子１０を加熱するためのヒータ２が組み込まれている。
【００３８】
センサ素子１０は、板状の固体電解質層（例えば部分安定化ジルコニア製）１１、この固体電解質層１１の一方の面に形成された大気側電極（例えば白金電極）１２、固体電解質層１１の他方の面に形成された排気側電極（例えば白金電極）１３、及び、拡散抵抗層（例えば多孔質のセラミック）１４などによって構成されている。
【００３９】
センサ素子１０の大気側電極１２は大気ダクト１５内に配置されている。大気ダクト１５内は大気に解放されており、この大気ダクト１５内に流入した大気が大気側電極１２に接触する。
【００４０】
排気側電極１３の表面は拡散抵抗層１４にて覆われており、排気通路１１２を流れる排気ガスの一部が、拡散抵抗層１４によって拡散された状態で排気側電極１３に接触する。なお、排気ガスは、外カバー１７の小孔１７ａ及び内カバー１６の小孔１６ａを通過してセンサ素子１０（排気側電極１３）に達する。
【００４１】
ヒータ２は、車載のバッテリ電源ＶＢからの通電により発熱する線状の発熱体によって構成されており、その発熱体の発熱によってセンサ素子１０の全体を加熱する。
【００４２】
以上の構造の空燃比センサ１において、大気側電極１２と排気側電極１３との間に、後述する検出用電圧ＶＲ（＝［ＶAF＋］−［ＶAF−］）が印加され、この電圧印加によって空燃比センサ１に、排気ガス中の酸素濃度に応じた電流が流れる。
【００４３】
具体的に説明すると、排気ガスの空燃比がリーンである場合、排気ガス中の余剰酸素が排気側電極１３での電極反応により電子を受け取ってイオン化される。その酸素イオンが固体電解質層１１の内部を排気側電極１３→大気側電極１２の向きに移動し、大気側電極１２に到達すると、そこで電子が離脱され酸素に戻って大気ダクト１５に排出される。このような酸素イオンの移動によって、大気側電極１２→排気側電極１３の向きに電流（正電流）が流れる。
【００４４】
一方、排気ガスの空燃比がリッチである場合、リーンの場合とは逆に、大気ダクト１５内の酸素が大気側電極１２での電極反応により電子を受け取ってイオン化される。その酸素イオンが、固体電解質層１１の内部を大気側電極１２→排気側電極１３の向き移動した後、拡散抵抗層１４の内部に存在する未燃成分ＨＣ，ＣＯ，Ｈ2との触媒反応により二酸化炭素ＣＯ2や水Ｈ2Ｏが生成される。このような酸素イオンの移動によって、排気側電極１３→大気側電極１２の向きに電流（負電流）が流れる。
【００４５】
そして、空燃比センサ１に流れる電流（センサ電流Ｉｓ）の値は排気ガスの空燃比に応じて変化するので、センサ電流Ｉｓの値と排気ガス空燃比との関係を実験・計算等によって求めておけば、センサ電流Ｉｓの値を検出することで排気ガスの空燃比を算出することができる。また、センサ電流Ｉｓの増減は、空燃比の増減（リーン・リッチの程度）に対応しており、排気ガスの空燃比がリーン側になるほどセンサ電流Ｉｓは増大し、空燃比がリッチ側になるほどセンサ電流Ｉｓは減少する。
【００４６】
−制御回路−
次に、空燃比センサ１の制御を行う制御回路２０の構成を図３を参照して説明する。なお、空燃比センサ１の制御回路２０はＥＣＵ２００の内部に組み込まれている。
【００４７】
この例の空燃比センサ１の制御回路２０は、オペアンプＯＰ１〜ＯＰ４、シャント抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２〜Ｒ７、基準電圧発生回路２１、パルス印加回路２２、及び、トランジスタ２３などを備えている。
【００４８】
基準電圧発生回路２１は、電源ＶＣとグランドとの間に直列接続された３つの抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３によって構成されており、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２との間で電圧ＶAF＋（３．３Ｖ）が生成され、抵抗Ｒ１２とＲ１３との間で電圧ＶFA−（２．９Ｖ）が生成される。
【００４９】
抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２との間で生成された電圧ＶAF＋は、オペアンプＯＰ３及びパルス印加回路２２を介して、オペアンプＯＰ１のマイナス側端子に印加される。また、抵抗Ｒ１２と抵抗Ｒ１３との間で生成された電圧ＶAF−は、オペアンプＯＰ２のプラス側端子に直接印加される。
【００５０】
オペアンプＯＰ１の出力端子は、シャント抵抗Ｒ１を介して空燃比センサ１のプラス側入力端子（大気側電極１２側の端子）１ａに接続されるとともに、抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して当該オペアンプＰ１のマイナス側端子に接続されている。
【００５１】
オペアンプＯＰ２の出力端子は、抵抗Ｒ３，Ｒ５を介して空燃比センサ１のマイナス側入力端子（排気側電極１３側の端子）１ｂに接続されるとともに、抵抗Ｒ３，Ｒ４を介して当該オペアンプＯＰ２のマイナス側端子に接続されている。
【００５２】
空燃比センサ１のプラス側入力端子１ａにはオペアンプＯＰ１から電圧ＶAF＋が印加される。また、空燃比センサ１のマイナス側入力端子１ｂにはオペアンプＯＰ２から電圧ＶAF−が印加される。これによって、空燃比センサ１の入力端子１ａ，１ｂ間（大気側電極１２と排気側電極１３との間）に、電圧ＶAF＋（３．３Ｖ）と電圧ＶAF−（２．９Ｖ）との差電圧（＝［ＶAF＋］−［ＶAF−］＝０．４Ｖ）が、排気ガス中の酸素濃度を検出するための検出用電圧ＶＲとして印加される。
【００５３】
オペアンプＯＰ３の出力端子とオペアンプＯＰ１のプラス側端子との間にはパルス印加回路２２が設けられている。パルス印加回路２２は、オペアンプＯＰ１のプラス側端子に印加する電圧、つまり、空燃比センサ１のプラス側入力端子１ａ（大気側電極１２）に印加する電圧ＶAF＋（３．３Ｖ）を、所定の変化幅ΔＶAF（例えばΔＶAF＝０．２Ｖ）でプラス側とマイナス側に所定周期で変化させる回路である。
【００５４】
ヒータ２の一端はバッテリ電源ＶＢに接続されている。ヒータ２の他端にはトランジスタ２３が接続されている。トランジスタ２３のベースはＣＰＵ２０１に接続されており、そのＣＰＵ２０１からのヒータ制御信号に応じてトランジスタ２３がＯＮ／ＯＦＦすることによってヒータ２の通電が制御される。
【００５５】
以上の回路構成において、オペアンプＯＰ１と空燃比センサ１との間に接続されたシャント抵抗Ｒ１には、空燃比センサ１に流れる電流（センサ電流Ｉｓ）と同じ電流が流れるので、そのシャント抵抗Ｒ１の両端電位差（Ｖ１−Ｖ２）は、センサ電流Ｉｓに比例した値となる。従って、シャント抵抗Ｒ１の両端電位差（Ｖ１−Ｖ２）を算出することで、空燃比センサ１のセンサ電流Ｉｓを検出できる。
【００５６】
そこで、この例では、シャント抵抗Ｒ１の空燃比センサ１側の電圧Ｖ１をオペアンプＯＰ４のプラス側端子に抵抗Ｒ６を介して導き、シャント抵抗Ｒ１の空燃比センサ１側とは反対側の電圧Ｖ２をオペアンプＯＰ４のマイナス側端子に抵抗Ｒ７を介して導いて、それら電圧の差（Ｖ１−Ｖ２）を演算・増幅している。
【００５７】
オペアンプＯＰ４の出力信号Ｖ３は、センサ電流検出用のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２４によってデジタル変換された後にＣＰＵ２０１に入力される。ＣＰＵ２０１では、オペアンプＯＰ４の出力信号Ｖ３（デジタル変換後）からセンサ電流Ｉｓを算出し、そのセンサ電流Ｉｓに基づいて排気ガスの空燃比を算出する。
【００５８】
また、ＣＰＵ２０１には、シャント抵抗Ｒ１の両端の電圧Ｖ１，電圧Ｖ２が、それぞれインピーダンス検出用のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２５，２６を介して入力される。ＣＰＵ２０１では、それら入力電圧Ｖ１，Ｖ２、及び、空燃比センサ１のプラス側入力端子１ａ（大気側電極１２）に印加する電圧ＶAF＋の変化幅ΔＶAFに基づいて空燃比センサ１の素子インピーダンス（交流インピーダンス）を算出する。
【００５９】
そして、ＥＣＵ２００は、上記の処理で算出した実際の空燃比が目標空燃比に一致するように、インジェクタ１０２から吸気通路１１１に噴射する燃料噴射量をフィードバック制御する。
【００６０】
また、ＥＣＵ２００は、上記の処理で算出した空燃比センサ１の素子インピーダンスに基づいてセンサ素子１０の温度を求め、その実際の素子温度が目標値７５０℃（センサ素子の活性化温度）に一致するように、トランジスタ２３へのヒータ制御信号のデューティ比を算出してヒータ２の通電制御を行う。
【００６１】
なお、この例において、通常制御時には、センサ素子１０の素子温度の目標値を７５０℃（素子インピーダンス＝３０Ω）としているが、後述する電極活性処理を実施する際には、センサ素子１０の素子温度の目標値を７５０℃から９００℃に変更する。
【００６２】
以上の空燃比センサ１及び制御回路２０を含むＥＣＵ２００によってガスセンサ装置が構成されている。
【００６３】
ところで、空燃比センサ１においては、上述したように、大気側電極１２と排気側電極１３との間に検出用電圧ＶＲを印加することにより、電極表面で酸素を反応させてイオン化しており、その酸素イオンが電極表面に吸着・固着してセンサの応答性が悪くなる。このようにして電極表面に生じた酸化物は、検出用電圧レベルの電圧印加では除去することはできない。
【００６４】
そこで、この例では、エンジン１０１の停止中に、空燃比センサ１の大気側電極１２と排気側電極１３との間に、検出用電圧ＶＲ（０．４Ｖ）よりも高い電圧（電極活性処理時の電圧ＶＰ＝２Ｖ）を印加して電極表面を活性化することによって、センサの特性劣化を抑制する。
【００６５】
その電極活性処理時に電圧ＶＰを印加する電圧印加手段と、電極活性処理について以下に説明する。
【００６６】
−電極活性処理時の電圧印加手段−
この例では、図３に示すように、空燃比センサ１の制御回路２０を利用し、基準電圧発生回路２１とオペアンプＯＰ２との間に印加電圧切り替え点２７を設け、この印加電圧切り替え点２７とグランドとの間にスイッチ２８及び抵抗Ｒ２０を直列に接続している。スイッチ２８のＯＮ／ＯＦＦはＣＰＵ２０１によって制御される。
【００６７】
スイッチ２８は、通常制御時にはＯＦＦに設定されており、空燃比センサ１のマイナス側入力端子１ｂに、基準電圧発生回路２１の抵抗Ｒ１２とＲ１３との間で生成された電圧ＶAF−（２．９Ｖ）が印加され、上記したように、空燃比センサ１の入力端子１ａ，１ｂ間（大気側電極１２と排気側電極１３との間）には検出用電圧ＶＲ（０．４Ｖ）が印加される。
【００６８】
一方、電極活性処理時にはスイッチ２８をＯＮに設定する。スイッチ２８がＯＮになると、印加電圧切り替え点２７が抵抗２０を介してグランドに接続され、空燃比センサ１のマイナス側入力端子１ｂに電極活性電圧ＶP−（１．３Ｖ）が印加される。これによって空燃比センサ１の入力端子１ａ，１ｂ間（大気側電極１２と排気側電極１３との間）には電圧ＶAF＋（３．３Ｖ）と電圧ＶP−（１．３Ｖ）との差電圧（［ＶAF＋］−［ＶP−］＝２．０Ｖ）が印加される。
【００６９】
このようにスイッチ２８をＯＦＦからＯＮに切り替えることにより、空燃比センサ１の大気側電極１２と排気側電極１３との間に印加される電圧を、検出用電圧ＶＲ（０．４Ｖ）から電極活性処理時の電圧ＶＰ（２Ｖ）に切り替えることができる。また、スイッチ２８をＯＦＦとすることにより、印加電圧を通常制御時の検出用電圧ＶＲ（０．４Ｖ）に戻すことができる。
【００７０】
−電極活性処理−
次に、ＥＣＵ２００が実行する電極活性処理の具体的な例を、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。この電極活性処理ルーチンは、所定時間周期（例えば数ｍｓｅｃ）で繰り返し実行される。
【００７１】
まず、ステップＳＴ１において、エンジン１０１が停止時（停止直後）であるか否かを判定し、その判定結果が否定判定である場合は、このルーチンを一旦抜ける。ステップＳＴ１の判定結果が肯定判定である場合、ステップＳＴ２に進む。なお、エンジン１０１の停止時は、例えばイグニッションスイッチＯＦＦを条件に判定する。
【００７２】
ステップＳＴ２では、空燃比センサ１の出力信号から算出する空燃比がリーンであるか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合は、このルーチンを一旦抜ける。ステップＳＴ２の判定結果が否定判定である場合つまり空燃比がストイキ〜リッチである場合はステップＳＴ３に進む。
【００７３】
ステップＳＴ３では、制御温度の目標値を通常制御時（７５０℃）から電極活性処理時（９００℃）に変更する。この制御温度目標値の変更を行った後は、空燃比センサ１のセンサ素子１０の温度が、変更後の目標値９００℃に一致するように、トランジスタ２３へのヒータ制御信号のデューティ比を算出してヒータ２の通電制御を行う。
【００７４】
ステップＳＴ４では、上記ヒータ２の通電制御により、センサ素子１０の温度が目標値９００℃に達しているか否かを判定し、その判定結果が肯定判定（素子温度≧９００℃）となった時点でステップＳＴ５に進む。
【００７５】
ステップＳＴ５では、図３に示すスイッチ２８をＯＮとして、空燃比センサ１の大気側電極１２と排気側電極１３との間に印加する印加電圧の切り替え（０．４Ｖ→２Ｖ）を行って、大気側電極１２と排気側電極１３との間に、検出用電圧ＶＲ（０．４Ｖ）よりも高い電圧ＶＰ（２Ｖ）を印加する。
【００７６】
このようにして大気側電極１２・排気側電極１３への印加電圧を高くすると、電極表面において電極反応が起こりやすくなって、素子電極表面に堆積している酸化物中の酸素がイオン化される。この酸素イオンは、排気ガス中に含まれている一酸化炭素ＨＣや大気中に存在する水素Ｈ2と触媒反応して二酸化炭素ＣＯ2や水Ｈ2Ｏを生成する。この還元作用により、電極表面から酸素が離脱して大気側電極１２・排気側電極１３の表面が活性化される。これによってセンサの特性劣化を抑制することができる。
【００７７】
そして、以上の印加電圧の切り替えを行った時点から、所定時間（例えば１ｍｉｎ程度）が経過した時点（ステップＳＴ６が肯定判定となった時点）で、通常制御に復帰して（ステップＳＴ７）、このルーチンを一旦終了する。
【００７８】
なお、印加電圧の切り替え（０．４Ｖ→２Ｖ）を行った時点からの経時時間つまり電極活性の処理時間は、２Ｖの電圧を印加したときの電極表面の活性状況を、予め実験・計算等によって調べておき、その結果を考慮して経験的に求めた時間を設定すればよい。
【００７９】
以上のように、この例では、エンジン１０１の停止時に空燃比センサ１の大気側電極１２と排気側電極１３との間に、検出用電圧ＶＲよりも高い電圧ＶＰを印加するので、空燃比センサ１を車両に搭載した後の使用過程において、大気側電極１２、排気側電極１３の表面を活性化することが可能となり、センサの特性劣化を抑制することができる。
【００８０】
しかも、電極活性処理を、エンジン１０１の停止時で空燃比がリッチの状態つまり酸素濃度が低い雰囲気中で実施しているので、素子電極の表面活性化を効果的に行うことができ、空燃比センサ１の劣化抑制効果を更に向上させることができる。
【００８１】
ここで、電極活性処理の際に空燃比センサ１の大気側電極１２と排気側電極１３との間に２Ｖの電圧を印加すると、空燃比を検出できなくなるため、エンジン１０１の運転中に電極活性処理を行うと制御上の不都合が生じる。これを回避するため、本発明では、エンジン１０１の停止時に電極活性処理を行っている。
【００８２】
−他の実施形態−
以上の例では、電極活性処理をエンジン１０１の停止時（イグニッションスイッチＯＦＦ時）に実施しているが、これに限られることなく、エンジン１０１の停止中で排気ガスの空燃比がリッチ（ストイキも含む）であることを条件に電極活性処理を実施するようにしてもよい。
【００８３】
以上の例では、電極活性処理時に空燃比センサ１の大気側電極１２と排気側電極１３との間に印加する電圧ＶＰを２Ｖとしているが、これに限定されることなく、電極表面に吸着・固着した酸化物を除去できる電圧であれば、２Ｖ以外の電圧を印加してもよい。ただし、電極活性処理時の印加電圧ＶＰは、上記した理由により空燃比の検出用電圧ＶＲよりも高い値とする。
【００８４】
以上の例では、電極活性処理時のセンサ素子１０の温度を９００℃に設定しているが、これに限定されることなく、センサ素子１０の活性化温度以上で電極活性処理を促進できる温度であれば、９００℃以外の温度を設定してもよい。
【００８５】
以上の例では、４気筒ガソリンエンジンに搭載されるガスセンサ装置に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば筒６気筒ガソリンエンジンなど、他の任意の気筒数の多気筒ガソリンエンジンに搭載されるガスセンサ装置にも適用できる。また、本発明はＶ型多気筒ガソリンエンジンや縦置き式多気筒ガソリンエンジンに搭載されるガスセンサ装置にも適用できる。
【００８６】
また、ポート噴射型ガソリンエンジンに限られることなく、筒内直噴型ガソリンエンジン搭載されるガスセンサ装置にも適用可能である。さらに、ガソリンエンジンに限られることなく、ディーゼルエンジンに搭載されるガスセンサ装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明を適用するエンジンの一例を示す概略構成図である。
【図２】空燃比センサの構造を示す断面図である。
【図３】空燃比センサの制御回路の構成を示す回路図である。
【図４】電極活性処理の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８８】
１  空燃比センサ
１ａ  プラス側入力端子
１ｂ  マイナス側入力端子
１０  センサ素子
１１  固体電解質層
１２  大気側電極
１３  排気側電極
１４  拡散抵抗層
２  ヒータ
２０  制御回路
２１  基準電圧発生回路
２３  トランジスタ（ヒータＯＮ／ＯＦＦ用）
２８  スイッチ
ＯＰ１〜ＯＰ４  オペアンプ
Ｒ１  シャント抵抗
１０１  エンジン
１０２  インジェクタ
１１１  吸気通路
１１２  排気通路
２００  ＥＣＵ
２０１  ＣＰＵ
【図１】
2008180613.tif 000003
【図２】
2008180613.tif 000004
【図３】
2008180613.tif 000005
【図４】
2008180613.tif 000006