(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１固体電解質体、
この第１固体電解質体上にそれぞれ形成され基準酸素分圧の基準ガスに曝される基準電極、及び
被測定ガスが流入する測定室内の測定室内ガスに曝される第１測定室電極を有し、
上記基準酸素分圧と上記測定室内ガスの酸素分圧との差に応じた起電力を発生する起電力セル、及び、
第２固体電解質体、
この第２固体電解質体上にそれぞれ形成され上記測定室内ガスに曝される第２測定室電極、及び
上記被測定ガスまたは外気に曝されるポンプ電極を有し、
上記測定室内の酸素を、上記被測定ガスまたは上記外気に汲み出しまたは汲み入れるポンプセル、を備える
ガスセンサの制御装置であって、
上記基準電極と上記第１測定室電極との間に生じる起電力セル電圧が、上記測定室内ガスがストイキオメトリーであるときに上記起電力セルに生じるストイキ時電圧になるように、上記ポンプセルを流れるポンプ電流を制御する電流制御手段と、
一定の第１電流を流す第１電流パルスを上記起電力セルに加え、上記第１電流パルスの印加中で、かつ、上記第１電流パルスの印加開始から０．２ｍｓｅｃ以上経過した第１時刻に、上記起電力セルに生じる第１セル電圧を検知する第１検知手段と、
上記起電力セル電圧が上記ストイキ時電圧であるときに、上記第１検知手段による上記第１セル電圧の検知を指示する検知指示手段と、を備える
ガスセンサの制御装置であって、
前記第１電流パルスの印加開始から経過時間が０．２ｍｓｅｃ経過前の第２時刻に上記起電力セルに生じた第２セル電圧を検知する第２検知手段と、
前記第１セル電圧と上記第２セル電圧との差電圧に基づいて、ガスセンサの劣化を判定する劣化判定手段と、を備える
ガスセンサの制御装置。
【請求項２】
第１固体電解質体、
この第１固体電解質体上にそれぞれ形成され基準酸素分圧の基準ガスに曝される基準電極、及び
被測定ガスが流入する測定室内の測定室内ガスに曝される第１測定室電極を有し、
上記基準酸素分圧と上記測定室内ガスの酸素分圧との差に応じた起電力を発生する起電力セル、及び、
第２固体電解質体、
この第２固体電解質体上にそれぞれ形成され上記測定室内ガスに曝される第２測定室電極、及び
上記被測定ガスまたは外気に曝されるポンプ電極を有し、
上記測定室内の酸素を、上記被測定ガスまたは上記外気に汲み出しまたは汲み入れるポンプセル、を備える
ガスセンサの制御装置であって、
上記基準電極と上記第１測定室電極との間に生じる起電力セル電圧が、上記測定室内ガスがストイキオメトリーであるときに上記起電力セルに生じるストイキ時電圧になるように、上記ポンプセルを流れるポンプ電流を制御する電流制御手段と、
一定の第１電流を流す第１電流パルスを上記起電力セルに加え、上記第１電流パルスの印加中で、かつ、上記第１電流パルスの印加開始から０．２ｍｓｅｃ以上経過した第１時刻に、上記起電力セルに生じる第１セル電圧を検知する第１検知手段と、
上記起電力セル電圧が上記ストイキ時電圧であるときに、上記第１検知手段による上記第１セル電圧の検知を指示する検知指示手段と、を備える
ガスセンサの制御装置であって、
前記第１電流パルス印加直前の開始時刻に上記起電力セルに生じた開始時セル電圧を検知する初期検知手段と、
前記第１セル電圧と上記開始時セル電圧との差電圧に基づいて、ガスセンサの劣化を判定する劣化判定手段と、を備える
ガスセンサの制御装置。
【請求項３】
第１固体電解質体、
この第１固体電解質体上にそれぞれ形成され基準酸素分圧の基準ガスに曝される基準電極、及び
被測定ガスが流入する測定室内の測定室内ガスに曝される第１測定室電極を有し、
上記基準酸素分圧と上記測定室内ガスの酸素分圧との差に応じた起電力を発生する起電力セル、及び、
第２固体電解質体、
この第２固体電解質体上にそれぞれ形成され上記測定室内ガスに曝される第２測定室電極、及び
上記被測定ガスまたは外気に曝されるポンプ電極を有し、
上記測定室内の酸素を、上記被測定ガスまたは上記外気に汲み出しまたは汲み入れるポンプセル、を備える
ガスセンサの制御装置であって、
上記基準電極と上記第１測定室電極との間に生じる起電力セル電圧が、上記測定室内ガスがストイキオメトリーであるときに上記起電力セルに生じるストイキ時電圧になるように、上記ポンプセルを流れるポンプ電流を制御する電流制御手段と、
一定の第１電流を流す第１電流パルスを上記起電力セルに加え、上記第１電流パルスの印加中で、かつ、上記第１電流パルスの印加開始から０．２ｍｓｅｃ以上経過した第１時刻に、上記起電力セルに生じる第１セル電圧を検知する第１検知手段と、
上記起電力セル電圧が上記ストイキ時電圧であるときに、上記第１検知手段による上記第１セル電圧の検知を指示する検知指示手段と、を備える
ガスセンサの制御装置であって、
前記第１セル電圧と予め記憶していた上記ガスセンサが新品時の新品第１セル電圧との差電圧に基づいて、ガスセンサの劣化を判定する劣化判定手段と、を備える
ガスセンサの制御装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のガスセンサの制御装置であって、
前記劣化判定手段で前記ガスセンサの劣化と判定されたときに、上記ガスセンサの劣化を警告する劣化警告手段、を備える
ガスセンサの制御装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のガスセンサの制御装置であって、
前記ポンプ電流に対応した量を、前記第１セル電圧に基づく量で補正するポンプ電流補正手段と、
上記補正済のポンプ電流に対応した量を、外部に向けて出力する出力手段と、を備える
ガスセンサの制御装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のガスセンサの制御装置であって、
前記ガスセンサは、前記起電力セル及び前記ポンプセルを加熱するヒータを有し、
前記第１電流パルスよりも短く一定の第２電流を流す第２電流パルスを上記起電力セルに印加し、上記第２電流パルス印加中で、かつ、上記第２電流パルスの印加開始から０．２ｍｓｅｃ経過前の第３時刻に、前記起電力セルに生じる第３セル電圧を検知する第３検知手段と、
上記第３セル電圧を用いて、上記ヒータの通電を制御するヒータ制御手段と、
前記第１検知手段で検知した前記第１セル電圧に基づく量で、上記ヒータ制御手段における制御を補正するヒータ制御補正手段と、を備える
ガスセンサの制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載のガスセンサの制御装置であって、
前記ヒータ制御補正手段は、
前記第１セル電圧に基づく量で、前記ヒータ制御手段における目標値を補正する
ガスセンサの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の排気ガス等の被測定ガス中に含まれる特定ガス（酸素，ＮＯｘなど)の濃度を検知できるガスセンサとして、空燃比センサやＮＯｘセンサなどが知られている。例えば、酸素濃度に応じて出力がリニアに変化する全領域空燃比センサでは、ジルコニアを主体とした固体電解質体からなる起電力セルとポンプセルとの間に、外部から被測定ガスを導入可能な中空の測定室が形成された検出素子を有している。そして、起電力セルの電極間に生じる起電力セル電圧が目標電圧になるように、ポンプセルの電極間に流れるポンプ電流を制御して、測定室内に導入された測定室内ガス中の酸素の汲み入れ汲み出しを行い、汲み出し等に要したポンプ電流の大きさによって被測定ガスの酸素濃度を検知する。目標電圧は、通常、測定室内ガスの酸素濃度が理論空燃比（ストイキオメトリー、以下、ストイキとも略称する)となる値(具体的には、目標電圧＝４５０ｍＶ)に設定されている。
【０００３】
ところで、このようなガスセンサの検出素子をなす起電力セルやポンプセルは、使用等による劣化に伴いセルインピーダンスが増加することが知られている。即ち、劣化した起電力セル等では、劣化前に比して、同一温度とした場合のセルインピーダンスが相対的に高くなる。ガスセンサには、起電力セル等を加熱するヒータを有し、セル温度を一定に制御すべく、セルインピーダンスが一定となるようにヒータへの通電をフィードバック制御するものがある。このようなガスセンサでは、起電力セル等が劣化してセルインピーダンスが高くなると、このセルインピーダンスを目標値に近づけるべくセルインピーダンスを下げる方向、即ち、素子温度を上げる方向にヒータの通電制御がなされることになる。すると、ガスセンサが過昇温となり劣化がさらに促進されるほか、ポンプセルの出力に偏りが生じるなどの問題があった。
【０００４】
この問題を解決するため、例えば、特許文献１には、検出素子（起電力セル等）のセルインピーダンスが増加した劣化状態を判定する劣化判定手段と、検出素子が劣化状態であると判定されたときに目標抵抗を増加させる目標抵抗変更手段とを備えた酸素濃度検出装置が開示されている。そして、具体的な劣化判定手段として、ヒータに供給されるヒータ供給電力と所定の判定値とを比較するヒータ供給電力比較手段が示されている。
【０００５】
ところで、上述したように目標電圧は、通常、測定室内ガスの酸素濃度が理論空燃比となる値(具体的には、目標電圧＝４５０ｍＶ)に設定する。つまり、通常の制御状態では、測定室内ガスは、理論空燃比の酸素濃度に制御されている。しかし、上述の目標電圧を変更すれば、測定室内ガスを、リッチ雰囲気やリーン雰囲気に制御することも可能である。
【０００６】
一方、検知されるセルインピーダンスが、測定室内ガスの酸素濃度の違いにも影響されることも判ってきた。具体的には、測定室内ガスがリッチ状態のときに検知されるセルインピーダンスは、リーン状態のときに検知されるセルインピーダンスに比べて大きい。しかも、検出素子が使用等により劣化した場合には、セルインピーダンスが劣化前に比べて相対的に高くなることに加えて、測定室内ガスがリッチ状態のときに検知されるセルインピーダンスとリーン状態のときに検知されるセルインピーダンスとの差も、劣化前に比べて大きくなることが判ってきた。
【０００７】
そこで、特許文献２では、起電力セル電圧の目標電圧を変更して、電流制御手段でポンプ電流を制御することにより、測定室内ガスについて酸素濃度の異なる２つの状態を作り出し、これらの状態における第１素子抵抗と第２素子抵抗との差分を用いて、ガスセンサの劣化を検知する劣化検知手段を備えたガスセンサ制御装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２６５９９号公報
【特許文献２】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】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載のように、ヒータ供給電力比較手段で、ヒータに供給されるヒータ供給電力と所定の判定値とを比較するのでは、検出素子の劣化の検知が間接的で精度が低い。また、特許文献２に記載のように、目標電圧を切り替えて測定室内ガスの酸素濃度を変化させて劣化検知を行う場合には、検知に時間が掛かる上、劣化検知の間、適切に酸素濃度(空燃比)を検知するのが難しい。
【００１０】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、ガスセンサの起電力セル等の劣化を、適切かつ短時間で検知できるガスセンサの制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明の一態様は、第１固体電解質体、この第１固体電解質体上にそれぞれ形成され基準酸素分圧の基準ガスに曝される基準電極、及び被測定ガスが流入する測定室内の測定室内ガスに曝される第１測定室電極を有し、上記基準酸素分圧と上記測定室内ガスの酸素分圧との差に応じた起電力を発生する起電力セル、及び、第２固体電解質体、この第２固体電解質体上にそれぞれ形成され上記測定室内ガスに曝される第２測定室電極、及び上記被測定ガスまたは外気に曝されるポンプ電極を有し、上記測定室内の酸素を、上記被測定ガスまたは上記外気に汲み出しまたは汲み入れるポンプセル、を備えるガスセンサの制御装置であって、上記基準電極と上記第１測定室電極との間に生じる起電力セル電圧が、上記測定室内ガスがストイキオメトリーであるときに上記起電力セルに生じるストイキ時電圧になるように、上記ポンプセルを流れるポンプ電流を制御する電流制御手段と、一定の第１電流を流す第１電流パルスを上記起電力セルに加え、上記第１電流パルスの印加中で、かつ、上記第１電流パルスの印加開始から０．２ｍｓｅｃ以上経過した第１時刻に、上記起電力セルに生じる第１セル電圧を検知する第１検知手段と、上記起電力セル電圧が上記ストイキ時電圧であるときに、上記第１検知手段による上記第１セル電圧の検知を指示する検知指示手段と、を備えるガスセンサの制御装置である。
【００１２】
前述したように、ガスセンサの起電力セル及びポンプセルが劣化すると、セルインピーダンスがそれぞれ増加する。しかも、その増加の程度には周波数依存性があり、低周波領域、具体的には、１００Ｈｚ以下の周波数領域、特に５０Ｈｚ以下の周波数領域で、劣化によりセルインピーダンスが大きく増加し、０．２ｍｓｅｃ（＝２００μｓｅｃ）以上の長さのパルスを与えた場合に、その影響が顕在化することが判ってきた。加えて、前述したように、セルインピーダンスは、測定室内ガスの酸素濃度の違いにも影響される。
【００１３】
そこで、本ガスセンサの制御装置では、起電力セル電圧がストイキ時電圧である条件下で、即ち、測定室内ガスがストイキに制御されている状態で、０．２ｍｓｅｃ以上継続する第１電流パルスを起電力セルに印加し、印加開始から０．２ｍｓｅｃ以上経過した第１時刻における起電力セルに生じる第１セル電圧を検知する。なお、この第１セル電圧は、起電力セルに生じるセルインピーダンスの大きさに比例する。
これにより、測定室内ガスの酸素濃度の影響を受けることなく、劣化の影響を受けた起電力セルの第１セルインピーダンスに対応した第１セル電圧を、適切にかつ短時間で検知できる。そして、この第１セル電圧を用いることで、起電力セルを含むガスセンサの劣化の程度を、適切にかつ短時間で検知することができる。
【００１４】
なお、起電力セル電圧がストイキ時電圧となって、第１検知手段により第１セル電圧を検知するタイミングとしては、例えば、車両のエンジンを始動させ、ガスセンサが活性化し、かつ起電力セル電圧に基づくポンプセルへの通電制御が開始された直後で、その起電力セル電圧がストイキ時電圧となったタイミングや、エンジンブレーキ時など車両走行中にエンジンへの燃料供給がカットされたフューエルカット(以下、ＦＣとも略称する)期間のうち、起電力セル電圧がストイキ時電圧となったタイミングが挙げられる。また、前回の第１セル電圧の取得から所定期間経過後（例えば、３０日経過後）あるいは所定走行時間経過後（例えば、走行１０００時間経過後）で、起電力セル電圧がストイキ時電圧となったタイミングや、運転者がキースイッチをＯＦＦとしてエンジン停止を指示した後で、かつ、起電力セル電圧がストイキ時電圧となったタイミングも挙げられる。
【００１５】
また、起電力セルに加える第１電流パルスは、起電力セルに一定の第１電流を流す方形波状であり、起電力セルにこの第１電流パルスを流すことにより、起電力セルのセルインピーダンスに応じたセル電圧が発生する。前述したように、セルインピーダンスは周波数特性を有しているので、第１電流パルスを印加した後、発生するセル電圧は、時間と共に変化する。例えば、第１電流パルスの印加開始から６０μｓｅｃ時点のセル電圧に比して、５０００μｓｅｃ時点のセル電圧の方が大きくなる。なお、各時点での起電力セルのセルインピーダンスは、当該時点でのセル電圧から第１電流パルスの印加開始時点(開始時刻ｔ０)でのセル電圧を差し引いて、第１電流で除すれば得られる。
第１時刻において第１セル電圧を検知した後は、第１電流パルスの印加を速やかに停止するのが好ましく、第１時刻は長くとも５０ｍｓｅｃ以下、従って、第１電流パルスの長さも５０ｍｓｅｃ以下とすると良い。長すぎると、第１電流パルスの印加に伴う測定室の酸素分圧の変化が大きくなり、第１電流パルスの終了後、直ちに、酸素濃度の検知に戻れなくなるためである。
【００１６】
第１セル電圧を検知する第１検知手段としては、第１セル電圧を直接取得するように構成された回路及び処理を含む手段のほか、第１セル電圧と他電圧との差電圧など、他の量を取得することにより、間接に第１セル電圧を取得するように構成された回路及び処理を含む手段も含む。
【００１７】
また、前述のガスセンサの制御装置であって、前記第１電流パルスの印加開始から経過時間が０．２ｍｓｅｃ経過前の第２時刻に上記起電力セルに生じた第２セル電圧を検知する第２検知手段と、前記第１セル電圧と上記第２セル電圧との差電圧に基づいて、ガスセンサの劣化を判定する劣化判定手段と、を備えるガスセンサの制御装置とすると良い。
【００１８】
起電力セルのセルインピーダンスは、前述した測定室内ガスの酸素濃度の違いのほか、被測定ガスの温度変化などの外乱要因によっても影響されるので、これを除外して劣化の有無や程度を判定するのが望ましい。
この制御装置では、第１セル電圧を検知するのと同じ第１電流パルスにおける第２時刻に起電力セルに生じた第２セル電圧を検知し、第１セル電圧と第２セル電圧との差電圧に基づいて、ガスセンサの劣化を判定する。このため、測定室内ガスの酸素濃度、被測定ガスの温度変化などの外乱要因による影響をキャンセルして、劣化の判定を行うことができ、より適切に劣化の有無や程度を判定することができる。
しかも、同じ第１電流パルスを印加した場合のうち、比較的時間経過の短い段階の第２時刻における第２セル電圧と、比較的時間経過の長い第１時刻における第１セル電圧との差電圧を得るので、低周波領域におけるセルインピーダンスの劣化によるセル電圧の変化が現れやすく、この点からも、より適切に劣化の有無や程度を判定することができる。
【００１９】
なお、第２セル電圧を検知する第２検知手段としては、前述の第１検知手段と同様、第２セル電圧を直接取得するように構成された回路及び処理を含む手段のほか、第２セル電圧と他電圧との差電圧など、他の量を取得することにより、間接に第２セル電圧を取得するように構成された回路及び処理を含む手段も含む。
【００２０】
また劣化判定手段では、第１セル電圧と第２セル電圧との差電圧に基づいて、ガスセンサの劣化を判定すれば良く、第１セル電圧と第２セル電圧との差電圧のほか、この差電圧を第１電流パルスで流した一定電流で除した起電力セルのセルインピーダンスを用いて、劣化を判定しても良い。
【００２１】
あるいは、前述のガスセンサの制御装置であって、前記第１電流パルス印加直前の開始時刻に上記起電力セルに生じた開始時セル電圧を検知する初期検知手段と、前記第１セル電圧と上記開始時セル電圧との差電圧に基づいて、ガスセンサの劣化を判定する劣化判定手段と、を備えるガスセンサの制御装置とすると良い。
【００２２】
前述したように、起電力セルのセルインピーダンスは、前述した測定室内ガスの酸素濃度の違いのほか、被測定ガスの温度変化などの外乱要因によっても影響されるので、これを除外して劣化の有無や程度を判定するのが望ましい。
この制御装置では、同じ第１電流パルスにおける開始時刻に起電力セルに生じた開始時セル電圧を検知し、第１セル電圧と開始時セル電圧との差電圧に基づいて、ガスセンサの劣化を判定する。このため、被測定ガスの温度変化などの外乱要因による影響をキャンセルして、劣化の判定を行うことができ、より適切に劣化の有無や程度を判定することができる。
【００２３】
あるいは、前述のガスセンサの制御装置であって、前記第１セル電圧と予め記憶していた上記ガスセンサが新品時の新品第１セル電圧との差電圧に基づいて、ガスセンサの劣化を判定する劣化判定手段と、を備えるガスセンサの制御装置とすると良い。
【００２４】
この制御装置では、第１セル電圧と予め記憶していたガスセンサが新品時つまり劣化前の新品第１セル電圧との差電圧に基づいて、ガスセンサの劣化を判定する。このため、個々のガスセンサにおける新品第１セル電圧のばらつきをキャンセルでき、劣化による第１セル電圧の増加分が明確になり、より適切に劣化の有無や程度を判定することができる。
【００２５】
前３項のいずれかに記載のガスセンサの制御装置であって、前記劣化判定手段で前記ガスセンサの劣化と判定されたときに、上記ガスセンサの劣化を警告する劣化警告手段、を備えるガスセンサの制御装置とすると良い。
【００２６】
この制御装置では、ガスセンサの劣化と判定されたときに、ガスセンサの劣化を警告する。このため、警告に従って、ガスセンサの交換など適切な処理を取ることができる。
【００２７】
警告としては、車両の運転席の計器板(インスツルメントパネル)の警告灯を点灯させる、あるいは音声によって警告を発するなどにより、運転者にガスセンサの交換を促すなどが挙げられる。
【００２８】
上述のいずれかに記載のガスセンサの制御装置であって、前記ポンプ電流に対応した量値を、前記第１セル電圧に基づく量で補正するポンプ電流補正手段と、上記補正済のポンプ電流に対応した値を、外部に向けて出力する出力手段と、を備えるガスセンサの制御装置とすると良い。
【００２９】
ガスセンサが劣化すると、起電力セル及びポンプセルのセルインピーダンスが増加するほか、起電力セル、ポンプセルの応答性が低下するなどの特性劣化が生じる。これに伴い、ガスセンサの出力(ポンプ電流の値)が変化(ドリフト)する。
これに対し、このガスセンサの制御装置では、検知した第１セル電圧に基づく量で、取得したポンプ電流に対応した量を補正するので、ガスセンサに劣化が生じていても、これを補正して適切なガス検出信号を外部に出力することができる。
【００３０】
なお、ポンプ電流に対応した量としては、例えば、ポンプ電流を抵抗により電圧変換したガス検出信号が挙げられる。
また、第１セル電圧に基づく量としては、例えば、前述の第１セル電圧と第２セル電圧との差電圧や、第１セル電圧と開始時セル電圧との差電圧や、第１セル電圧と新品第１セル電圧との差電圧などの量が挙げられる。また、これらの差電圧を、第１電流で除したインピーダンス差も挙げられる。
【００３１】
さらに上述のいずれか１項に記載のガスセンサの制御装置であって、前記ガスセンサは、前記起電力セル及び前記ポンプセルを加熱するヒータを有し、前記第１電流パルスよりも短く一定の第２電流を流す第２電流パルスを上記起電力セルに印加し、上記第２電流パルス印加中で、かつ、上記第２電流パルスの印加開始から０．２ｍｓｅｃ経過前の第３時刻に、前記起電力セルの第３セル電圧を検知する第３検知手段と、上記第３セル電圧を用いて、上記ヒータの通電を制御するヒータ制御手段と、前記第１検知手段で検知した前記第１セル電圧に基づく量で、上記ヒータ制御手段における制御を補正するヒータ制御補正手段と、を備えるガスセンサの制御装置とすると良い。
【００３２】
第３セル電圧を用いてヒータの通電を制御するヒータ制御手段では、ガスセンサの劣化により起電力セルの第３セル電圧が大きくなると、あたかも素子温度が低いことが原因のように見える。このため、ヒータ制御手段は、ヒータ温度を高くするようにヒータを制御する。即ち、起電力セル（ガスセンサ）の温度が、設定よりも高い値に維持される。すると、測定室に導入される被測定ガスの量、従って、ポンプ電流で排出するべき酸素の量が増加する。このため、導入される被測定ガスの酸素濃度が同じであっても、酸素の導入量の増加に起因して，ポンプセルに流されるポンプ電流が、劣化前に比して増加する。
これに対し、このガスセンサの制御装置では、ヒータ制御補正手段により、ヒータ制御手段の制御を第１セル電圧に基づく量で補正する。これにより、ガスセンサの劣化に伴うヒータ温度のずれが無くなり、ヒータ温度のずれによるポンプ電流の増加が是正され、適切なガス検出信号を外部に出力することができる。
【００３３】
なお、第２電流パルスは、起電力セルに一定の第２電流を流す方形波状であり、起電力セルにこの第２電流パルスを流すことにより、起電力セルのセルインピーダンスに応じたセル電圧が発生する。
第２電流の大きさは、第１電流と異なっていても良いが、同じとすると良い。第１電流(第２電流)を流す回路構成を容易にできるからである。
第３セル電圧を検知する第３時刻は、第２電流パルスの印加開始から０．２ｍｓｅｃ経過前で有れば良いが、前述の第２検知手段を備える場合には、前述の第２セル電圧を検知する第２時刻と同じとすると良い。このようにすると、第２セル電圧の検知を、第３セル電圧の検知を同じ回路で行わせることができる。なお、第３時刻での起電力セルのセルインピーダンスは、当該第３時刻での第３セル電圧から第２電流パルスの印加開始時点でのセル電圧を差し引いて、第２電流で除すれば得られる。
【００３４】
ヒータ制御手段における制御の補正の手法としては、例えば、検知した第３セル電圧は、劣化に伴って高くなるので、劣化による抵抗上昇の分を相殺するように（低くなるように）、第１検知手段で検知した第１セル電圧に基づく量で、得られた第３セル電圧を補正する手法や、劣化による第３セル電圧の上昇に合わせて、第１セル電圧に基づく量で、ヒータ制御手段の目標値を補正する手法などが挙げられる。
【００３５】
さらに上述のガスセンサの制御装置であって、前記ヒータ制御補正手段は、前記第１セル電圧に基づく量で、前記ヒータ制御手段における目標値を補正するガスセンサの制御装置である。
【００３６】
ヒータ制御手段における補正手法としては、検知した第３セル電圧を補正する手法も採用しうる。但し、この場合には、第３セル電圧を検知するごとに補正の処理を行う必要がある。
これに対し、上述のガスセンサの制御装置では、第１セル電圧に基づく量でヒータ制御手段における目標値を補正するので、一旦補正をすれば、次に目標値を補正するまで（次に第１セル電圧を取得するまで）、補正を行う必要が無く、処理が容易である。具体的には、劣化による第１セル電圧の増加から、劣化による第３セル電圧の変化（増加）を推定し、その増加分を目標値に加えて、これを大きくする手法が挙げられる。また、取得した第１セル電圧に応じた補正係数を、目標値に乗ずることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態に係るガスセンサ制御装置及びガスセンサを排気管に装着してエンジンの制御に利用した場合の全体構成を示す説明図である。
【図２】実施形態に係るガスセンサ制御装置の概略構成を示す説明図である。
【図３】ガスセンサの概略構成を示す断面説明図である。
【図４】電流パルス印加時間ｔと検知される起電力セルのセル電圧Ｖｓとの関係を、新品及び劣化品について示すグラフである。
【図５】実施形態に係り、ガスセンサ制御装置のマイクロプロセッサにおける、２−１差電圧ＤＶｓ２１検知・記憶処理の処理動作を示すフローチャートである。
【図６】実施形態に係り、図５に示す２−１差電圧ＤＶｓ２１検知処理のうち、差電圧ΔＶｓ０２Ｄ，ΔＶｓ０１Ｄの検知処理の処理動作を示すフローチャートである。
【図７】実施形態に係り、ガスセンサ制御装置のマイクロプロセッサにおける、劣化検知及び劣化警告処理の処理動作を示すフローチャートである。
【図８】実施形態に係り、ガスセンサ制御装置のマイクロプロセッサにおける、ガス検出信号の劣化補正の処理動作を示すフローチャートである。
【図９】実施形態に係り、ガスセンサ制御装置のマイクロプロセッサにおける、ヒータ温度制御のための目標差電圧補正の処理動作を示すフローチャートである。
【図１０】実施形態に係り、ガスセンサ制御装置のマイクロプロセッサにおける、ヒータ温度制御の処理動作を示すフローチャートである。
【図１１】変形形態１に係り、ガスセンサ制御装置のマイクロプロセッサにおける、０−１差電圧ΔＶｓ０１検知・記憶処理の処理動作を示すフローチャートである。
【図１２】変形形態１に係り、図１１に示す０−１差電圧ΔＶｓ０１検知処理のうち、セル電圧Ｖｓ１Ｄの検知処理の処理動作を示すフローチャートである。
【図１３】変形形態１に係り、ガスセンサ制御装置のマイクロプロセッサにおける、劣化検知及び劣化警告処理の処理動作を示すフローチャートである。
【図１４】変形形態１に係り、ガスセンサ制御装置のマイクロプロセッサにおける、ガス検出信号の劣化補正の処理動作を示すフローチャートである。
【図１５】変形形態１に係り、ガスセンサ制御装置のマイクロプロセッサにおける、ヒータ温度制御のための目標差電圧補正の処理動作を示すフローチャートである。
【図１６】変形形態２に係り、ガスセンサ制御装置のマイクロプロセッサにおける、第１差電圧ＳＶｓ１検知・記憶処理の処理動作を示すフローチャートである。
【図１７】変形形態２に係り、ガスセンサ制御装置のマイクロプロセッサにおける、劣化検知及び劣化警告処理の処理動作を示すフローチャートである。
【図１８】変形形態２に係り、ガスセンサ制御装置のマイクロプロセッサにおける、ガス検出信号の劣化補正の処理動作を示すフローチャートである。
【図１９】変形形態２に係り、ガスセンサ制御装置のマイクロプロセッサにおける、ヒータ温度制御のための目標差電圧補正の処理動作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】
【００３８】
（実施形態）
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係るガスセンサ制御装置１及びガスセンサ２をエンジンの制御に用いた場合の全体構成を示す図である。また、図２は、ガスセンサ制御装置１の概略構成を示す図である。
ガスセンサ２は、車両（図示しない）のエンジンＥＮＧの排気管ＥＰに装着され、排気ガスＥＧ（被測定ガス）中の酸素濃度（空燃比）を検出して、エンジンＥＮＧにおける空燃比フィードバック制御に用いる全領域空燃比センサ（酸素センサ）である。このガスセンサ２は、図２に示すように、酸素濃度を検出するセンサ部３、及びセンサ部３を加熱するヒータ部４を有する。
ガスセンサ制御装置１は、このガスセンサ２に接続され、これを制御する。また、ガスセンサ制御装置１は、接続バス１０１を介して、車両のＣＡＮバス１０２に接続され、ＥＣＵ１００との間でデータの送受信が可能とされている。ガスセンサ制御装置１は、マイクロプロセッサ５０と、ガスセンサ２のセンサ部３を制御するセンサ制御回路６０と、ヒータ部４を通電制御するヒータ制御回路７０とを備えている。
【００３９】
まず、ガスセンサ２について説明する。図３は、ガスセンサ２の概略構成を示す断面説明図である。ガスセンサ２はセンサ部３と、これに積層されたヒータ部４とからなる。このうち、センサ部３は、ポンプセル１０と、多孔質層１８と、起電力セル２０とを、この順に積層してなり、ヒータ部４は、起電力セル２０に積層されている。
【００４０】
起電力セル２０は、ジルコニアを主体とした酸素イオン伝導性を有する固体電解質体からなる板状の電解質層２１を基体とし、その両面に多孔質の白金を主体とする一対の電極２２，２３（多孔質電極）を有する。具体的には、電解質層２１の一方の面（図中、下面）である基準室側面２１ｅに基準電極２３が、他方の面（図中、上面）である測定室側面２１ｉに第１測定室電極２２が、それぞれ形成されている。
また、ポンプセル１０も、ジルコニアを主体とした酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体からなる電解質層１１を基体とし、その両面に多孔質の白金を主体とする一対の電極１２，１３（多孔質電極）が形成されている。具体的には、電解質層１１の一方の面（図中、上面）である外側面１１ｅに外側電極１２が、他方の面（図中、下面）である測定室側面１１ｉに第２測定室電極１３が、それぞれ形成されている。
【００４１】
ポンプセル１０の電解質層１１の測定室側面１１ｉは、起電力セル２０の電解質層２１の測定室側面２１ｉと対向し、電解質層１１と電解質層２１の間には、多孔質層１８が介在している。多孔質層１８は、電解質層１１の測定室側面１１ｉ及び電解質層２１の測定室側面２１ｉの周縁のうち、図３中左右両側に所定の長さ（奥行き方向寸法）を有する形態で設けられている。また、電解質層１１と電解質層２１との間には、多孔質層１８のほかに、アルミナを主体とした絶縁層（図示しない）が設けられている。かくして、この絶縁層の内側面、多孔質層１８の内側面、測定室側面１１ｉ及び測定室側面２１ｉによって囲まれた中空の空間が、多孔質層１８を介して排気ガスＥＧを導入可能な中空の測定室３Ｓをなしている。
【００４２】
この測定室３Ｓには、ポンプセル１０の第２測定室電極１３及び、起電力セル２０の第１測定室電極２２が露出している。これらの測定室電極１３，２２は、互いに電気的に導通すると共に、センサ部３の端子ＣＯＭに接続している。また、ポンプセル１０の外側電極１２はセンサ部３の端子Ｉｐ＋に接続し、起電力セル２０の基準電極２３はセンサ部３の端子Ｖｓ＋に接続している。測定室３Ｓには、多孔質層１８を通じて排気ガスＥＧが導入されている。
【００４３】
また、ポンプセル１０の外側電極１２全体は、外側電極１２の被毒を抑制する保護層１５に覆われている。この保護層１５は、多孔質のセラミック等からなり、排気ガスＥＧに曝される。
【００４４】
ヒータ部４は、起電力セル２０の電解質層２１の基準室側面２１ｅ(図中、下側)に積層されており、白金からなるヒータ抵抗体４１を、一対のアルミナ層４２，４３で挟んだ構成を有している。ヒータ部４によりセンサ部３を昇温させることにより、センサ部３の電解質層１１，２１を活性化させ、電解質層１１，２１中を酸素イオンが移動可能となる。ヒータ部４（アルミナ層４２，４３）は、起電力セル２０の基準電極２３の全体を覆うことによって、この基準電極２３を封止している。なお、多孔質の基準電極２３内部の空間（空孔）は、次述する内部基準酸素源として機能する基準酸素室２４を構成している。
【００４５】
次いで、図２を参照しつつ、ガスセンサ制御装置１について説明する。センサ制御回路６０は、ＡＳＩＣを中心に構成され、接続配線８１，８２，８３（具体的には、回路基板上の配線及びリード線）を介して、センサ部３の３つの端子Ｖｓ＋，Ｉｐ＋，ＣＯＭにそれぞれ接続されている。センサ制御回路６０は、センサ部３の起電力セル２０に所定の大きさの微小電流Ｉｃｐを流しつつ、起電力セル２０の両端（第１測定室電極２２と基準電極２３との間)に発生する起電力セル電圧Ｖｓが４５０ｍＶ（＝目標電圧Ｖｒｆ（後述する））になるように、ポンプセル１０に流すポンプ電流Ｉｐをフィードバック制御して、測定室３Ｓ内の測定室内ガスＥＧＳ中の酸素の汲み入れ汲み出しを行う。ここで、ポンプセル１０に流されるポンプ電流Ｉｐの大きさ及び電流の方向は、多孔質層１８を通じて測定室３Ｓ内に導入される排気ガスＥＧ中の酸素濃度（空燃比）に応じて変化することから、このポンプ電流Ｉｐの電流値（大きさ及び正負）を検知することで、排気ガスＥＧ中の酸素濃度を検知することができる。なお、微小電流Ｉｃｐは、起電力セル２０に対して、測定室３Ｓの酸素を基準電極２３（多孔質電極）に向けて汲み出す方向の電流とされている。このため、多孔質の基準電極２３の空孔からなる基準酸素室２４は、所定の酸素分圧の基準ガスＲＧを有する内部基準酸素源となっている。
【００４６】
このセンサ制御回路６０では、センサ部３の端子ＣＯＭ及び端子Ｖｓ＋の電位は、それぞれ図示しない回路により、ＣＯＭポート５５及びＶｓポート５６を通じてマイクロプロセッサ５０に入力される。起電力セル電圧Ｖｓは、マイクロプロセッサ５０において、Ｖｓポート５６とＣＯＭポート５５に入力された電位の差電圧として算出される。
また、ポンプ電流Ｉｐの大きさは、電圧信号に変換されたガス検出信号Ｖｉｐとして差動増幅回路６１で検出され、出力端子６０ｂからマイクロプロセッサ５０に向けて出力される。
加えてセンサ制御回路６０は、このガス検出信号Ｖｉｐの検出のほかに、後述するように電流パルスを利用して、センサ部３の起電力セル２０のセルインピーダンスＲｖｓに応じて変化する差電圧ΔＶｓの検出を行い、差電圧出力端子６０ｃから出力する。マイクロプロセッサ５０は、ガス検出信号Ｖｉｐ及び差電圧ΔＶｓを、Ａ／Ｄ入力ポート５１，５２を通じて入力可能にされている。なお、検出されたガス検出信号Ｖｉｐの値は、接続バス１０１を通じて、ＥＣＵ１００に向けて送出される。
【００４７】
ヒータ制御回路７０は、バッテリＢＴ及び接地電位ＧＮＤに接続しているほか、２本のリード線７１，７２を介して、ガスセンサ２のヒータ部４に接続すると共に、マイクロプロセッサ５０のＰＷＭ出力ポート５４に接続されている。ヒータ制御回路７０は、ＰＷＭ出力ポート５４から出力されるＰＷＭパルスにより、ヒータ部４への通電をＰＷＭ制御する。
【００４８】
次いで、ガスセンサ２のセンサ部３を用いて酸素濃度を測定する際の、センサ制御回路６０の動作について説明する。このセンサ制御回路６０は、検出抵抗Ｒ１のほか、第１〜第５オペアンプＯＰ１〜ＯＰ５、第１スイッチＳＷ１、３つの第２スイッチＳＷ２、２つの第３スイッチＳＷ３、ＰＩＤ制御回路６９、差動増幅回路６１、Ｉｃｐ供給回路６２、電流源６３，６４，６５，６６、制御部６７などから構成されている。
センサ部３の端子ＣＯＭは、接続配線８３を介してＶｃｅｎｔ点に接続している。また、端子Ｉｐ＋は、接続配線８２を介して、第２オペアンプＯＰ２の出力端子に接続している。さらに、端子Ｖｓ＋は、接続配線８１を介して、第４オペアンプＯＰ４の非反転入力端子＋に接続している。また、端子Ｖｓ＋は、Ｉｃｐ供給回路６２にも接続している。このＩｃｐ供給回路６２は、前述した所定値の微小電流Ｉｃｐを起電力セル２０に流す定電流回路である。さらに、Ｉｃｐ供給回路６２、接続配線８１、起電力セル２０、接続配線８３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。
【００４９】
酸素濃度を測定する際には、制御部６７により第１スイッチＳＷ１がオン（第２，第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３はオフ)とされている。これにより、センサ部３の端子Ｖｓ＋の電位は、接続配線８１並びに、電圧フォロア回路をなす第４オペアンプＯＰ４及び第１オペアンプＯＰ１を介して、ＰＩＤ制御回路６９の入力端子ＩＴに入力される。なお、制御部６７は、センサ制御回路６０をなすＡＳＩＣ内に構成されたロジック回路である。この制御部６７は、センサ制御回路６０のコマンド受信ポート６０ｄを通じて、マイクロプロセッサ５０のシリアル送信ポート５３と接続しており、マイクロプロセッサ５０からの指令に基づいて、第１スイッチＳＷ１から第３スイッチＳＷ３のオンオフの制御などを行う。
【００５０】
また、第２オペアンプＯＰ２のうち、一方の入力端子はＶｃｅｎｔ点に接続され、他方の入力端子には基準電圧Ｖｃ（＝＋３．６Ｖ）が印加されている。第２オペアンプＯＰ２の出力端子は、接続配線８２を介して、センサ部３の端子Ｉｐ＋に接続されている。なお、Ｖｃｅｎｔ点は、ＰＩＤ制御回路６９の基準端子ＲＴにも接続されている。
【００５１】
ＰＩＤ制御回路６９は、上述の入力端子ＩＴ及び基準端子ＲＴに加えて、出力端子ＯＴを有し、第４オペアンプＯＰ４及び第１オペアンプＯＰ１を介して入力されたセンサ部３の端子Ｖｓ＋の電位（入力端子ＩＴ）とＶｃｅｎｔ点の電位（基準端子ＲＴ）との電位差が目標電圧Ｖｒｆ（＝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６９において、目標電圧Ｖｒｆ（＝４５０ｍＶ）と起電力セル２０の両電極２２，２３の間に発生する起電力セル電圧Ｖｓとの偏差がＰＩＤ演算され、第２オペアンプＯＰ２にフィードバックされることで、第２オペアンプＯＰ２は、ポンプセル１０にポンプ電流Ｉｐを流す。
【００５２】
さらに、センサ制御回路６０は、ポンプ電流Ｉｐの大きさを検出し、電圧信号に変換する検出抵抗Ｒ１を備え、この検出抵抗Ｒ１の両端電圧（電位Ｖｃｅｎｔと電位Ｖｐｉｄとの差電圧）は、差動増幅回路６１により差動増幅され、ガス検出信号Ｖｉｐとして出力端子６０ｂからマイクロプロセッサ５０に向けて出力される。前述したように、ポンプ電流Ｉｐの大きさ及び電流の方向は、排気ガスＥＧの酸素濃度（空燃比）に応じて変化するので、ポンプ電流Ｉｐを電圧信号に変換したガス検出信号Ｖｉｐから、排気ガスＥＧの酸素濃度を検知することができる。マイクロプロセッサ５０では、このガス検出信号（酸素濃度信号）ＶｉｐをＡ／Ｄ入力ポート５１を通じ、デジタル値に変換して取得し、取得した値を接続バス１０１を通じて、ＥＣＵ１００に向けて送出する。
【００５３】
次に、センサ制御回路６０を用いた、センサ部３の起電力セル２０のセルインピーダンスＲｖｓ（第１セルインピーダンスＲｉｖｓ，第２セルインピーダンスＲｐｖｓ）の検知について説明する。但し、本実施形態のセンサ制御回路６０では、セルインピーダンスＲｖｓそのものを検知するのに代えて、セルインピーダンスＲｖｓに応じて変化する差電圧ΔＶｓを検知する。
センサ制御回路６０において、第１オペアンプＯＰ１は、第１スイッチＳＷ１及びコンデンサＣ１と共にサンプルホールド回路を形成している。セルインピーダンスＲｖｓの検知（差電圧ΔＶｓの検知）を行う際には、第１スイッチＳＷ１を、制御部６７によりオンからオフに切り換える。これにより、このサンプルホールド回路は、差電圧ΔＶｓの検出動作を行う直前（開始時刻ｔ０）のセンサ部３の端子Ｖｓ＋（起電力セル２０の基準電極２３）の電位（第４オペアンプＯＰ４の出力）を保持する。このため、後述する差電圧ΔＶｓの検出動作を行っている間（第１スイッチＳＷ１がオフの間）は、差電圧ΔＶｓの検出動作を行う直前の端子Ｖｓ＋の電位（第１オペアンプＯＰ１に保持されたホールド電圧）が、ＰＩＤ制御回路６９の入力端子ＩＴに入力されてＰＩＤ制御に用いられる。また、このホールド電圧を用いてＰＩＤ制御されたガス検出信号Ｖｉｐが、出力端子６０ｂから出力される。
【００５４】
さらに制御部６７は、第１スイッチＳＷ１をオフにした後、３つの第２スイッチＳＷ２をそれぞれオフからオンに切り換える。なお、第３スイッチＳＷ３はオフとしたままとする。各第２スイッチＳＷ２をオンとした期間だけ一時的に、電流源６５、第２スイッチＳＷ２、接続配線８３、端子ＣＯＭ（第１測定室電極２２）、起電力セル２０、端子Ｖｓ＋（基準電極２３）、接続配線８１、第２スイッチＳＷ２、電流源６３の順の電流経路が形成され、起電力セル２０に一定の定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流す方形波状の電流パルスが印加される。
【００５５】
第３オペアンプＯＰ３は、差動増幅回路を構成しており、第１オペアンプＯＰ１に保持されたホールド電圧（直前の端子Ｖｓ＋の電位）と、起電力セル２０に定電流−Ｉｃｏｎｓｔの電流パルスを流した際に、これに応答して生じる端子Ｖｓ＋（基準電極２３）の電位（第４オペアンプＯＰ４の出力）との差に対応する電圧を出力する。この出力電圧が、差電圧ΔＶｓである。この差電圧ΔＶｓは、起電力セル２０に、定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流さない場合（各第２スイッチＳＷ２をオンとする直前）と、定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流した場合（各第２スイッチＳＷ２をオンとした場合）とで、起電力セル２０に生じる起電力セル電圧Ｖｓの差を示している。この差電圧ΔＶｓは、定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流した起電力セル２０のセルインピーダンスＲｖｓに比例した大きさとなる。
なお、起電力セル２０に開始時刻ｔ０以降、電流パルスを印加し続けた場合、起電力セル電圧Ｖｓは、図４に示すように、徐々に増加する傾向を示す。また、図４において、新品（破線）と劣化品（実線）の２つのグラフで示すように、起電力セル電圧Ｖｓは（従って、セルインピーダンスＲｖｓ及び差電圧ΔＶｓも）、ガスセンサ２（センサ部３）の使用と共に、即ち劣化と共に、その大きさが増加する傾向を示す。
【００５６】
第３オペアンプＯＰ３から出力された差電圧ΔＶｓは、第２スイッチＳＷ２、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ２、及び第５オペアンプＯＰ５で構成されるサンプルホールド回路に入力される。このサンプルホールド回路（第５オペアンプＯＰ５）の出力電圧ΔＶｓは、第２スイッチＳＷ２がオンである場合には、第３オペアンプＯＰ３から入力された差電圧ΔＶｓと同様に変化するが、第２スイッチＳＷ２がオフになった場合には、第２スイッチＳＷ２がオフとされた時点での差電圧ΔＶｓをコンデンサＣ２により保持し、出力端子６０ｃから出力し続ける。即ち、第２スイッチＳＷ２をオンとする、差電圧ΔＶｓの検出動作の間は、第３オペアンプＯＰ３で生成した差電圧ΔＶｓがそのまま第５オペアンプＯＰ５から出力される。一方、第２スイッチＳＷ２をオフとして、差電圧ΔＶｓの検出動作を終了した後は、第５オペアンプＯＰ５に保持された、第２スイッチＳＷ２をオフとした時点での、一定の差電圧ΔＶｓが出力され続ける。
【００５７】
マイクロプロセッサ５０は、出力端子６０ｃから出力された差電圧ΔＶｓを、Ａ／Ｄ入力ポート５２を通じて、所定時間間隔毎にデジタル値に変換して取得する。これにより、マイクロプロセッサ５０では、この差電圧ΔＶｓから、起電力セル２０のセルインピーダンスＲｖｓを検知（算出）することが可能となる。
なお、第２スイッチＳＷ２をオンとして、定電流−Ｉｃｏｎｓｔの電流パルスを流す期間、即ち、差電圧ΔＶｓの検出動作の期間（電流パルスの印加の開始時刻ｔ０及び終了時刻）は、制御部６７により制御される。本実施形態では、後述するように、印加終了時刻を、第１時刻ｔ１＝５０００μｓｅｃ（＝５．０ｍｓｅｃ）、及び第３時刻ｔ３＝６０μｓｅｃの２種類使い分ける。
【００５８】
また前述のように、第２スイッチＳＷ２をオフとした後も、第５オペアンプＯＰ５からは、第２スイッチＳＷ２をオフとして時点での差電圧ΔＶｓが出力され続ける。このため、マイクロプロセッサ５０は、差電圧ΔＶｓの検出動作中に差電圧ΔＶｓを取得する必要はなく、第２スイッチＳＷ２がオフとなった後の任意のタイミングで、第５オペアンプＯＰ５が保持して出力している差電圧ΔＶｓを取得することができる。
【００５９】
差電圧ΔＶｓの検出動作が終了すると、制御部６７は、第２スイッチＳＷ２をオフとし、その後、第３スイッチＳＷ３を所定期間に亘りオンとする。この間も第１スイッチＳＷ１はオフのままである。第３スイッチＳＷ３をオンとすることにより、電流源６４、第３スイッチＳＷ３、接続配線８１、端子Ｖｓ＋（基準電極２３）、起電力セル２０、端子ＣＯＭ（第１測定室電極２２）、接続配線８３、第３スイッチＳＷ３、及び電流源６６の順に並ぶ電流経路が形成され、起電力セル２０に定電流＋Ｉｃｏｎｓｔの逆電流パルスが所定時間に亘り印加される。
【００６０】
この定電流＋Ｉｃｏｎｓｔの逆電流パルスは、上述した定電流−Ｉｃｏｎｓｔの電流パルスとは逆極性である。本実施形態では、第３スイッチＳＷ３をオンとする所定期間の長さは、６０μｓｅｃとしている。このようにして起電力セル２０に逆極性の電流パルスを流すことにより、起電力セル２０に生じる起電力セル電圧Ｖｓ＋が正常な値の戻るまでの時間を短縮する。起電力セル２０に定電流−Ｉｃｏｎｓｔの電流パルスを印加したことにより、起電力セル２０を構成する電解質層（固体電解質体）の配向現象が生じ、起電力セル２０に生じる起電力セル電圧Ｖｓ＋が影響されて、測定室内ガスＥＧＳの酸素濃度に応じて、基準電極２３と第１測定室電極２２との間に生じるべき正しい起電力セル電圧を出力できない状態となっている。これを、逆電流パルスによって強制的に電解質層（固体電解質体）の配向現象を打ち消すためである。
【００６１】
そこで、制御部６７は、第３スイッチＳＷ３をオンにして、６０μｓｅｃ間、起電力セル２０に定電流＋Ｉｃｏｎｓｔの逆電流パルスを流した後、第３スイッチＳＷ３をオフとする。その後、起電力セル２０が、測定室内ガスＥＧＳの酸素濃度に応じた起電力セル電圧Ｖｓ＋を出力するまでの所定の安定化待機時間を経過した後、第１スイッチＳＷ１をオンに戻す。
【００６２】
このように、センサ制御回路６０では、排気ガスＥＧの酸素濃度に応じたガス検出信号Ｖｉｐの検出することができるほか、ガス検出信号Ｖｉｐの検出を行う状態から一時的に切り換えて、起電力セル２０のセルインピーダンスＲｖｓに応じて変化する差電圧ΔＶｓの検出し、再び、ガス検出信号Ｖｉｐの検出を行う状態に戻ることができる。差電圧ΔＶｓを検出している間は、ガス検出信号Ｖｉｐとしては、切り換え直前の起電力セル電圧Ｖｓ＋を用いてＰＩＤ制御された値が出力される。また、差電圧ΔＶｓの検出を終えた後、再びガス検出信号Ｖｉｐの検出を行う状態に戻ると、差電圧ΔＶｓが保持された状態となる。この一連の動作は、マイクロプロセッサ５０が、シリアル送信ポート５３を通じて、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の切り換えを指示する指示信号を制御部６７に送信することにより行われる。
【００６３】
前述したように、差電圧ΔＶｓは、センサ制御回路６０の出力端子６０ｃから出力され、Ａ／Ｄ入力ポート５２を通じてマイクロプロセッサ５０に入力される。かくして、マイクロプロセッサ５０は、差電圧ΔＶｓの値を定期的に検出する。なお、この差電圧ΔＶｓを電流パルスとして流した定電流Ｉｃｏｎｓｔで除すれば、起電力セル２０のセルインピーダンスＲｖｓが得られる。
【００６４】
本実施形態のガスセンサ制御装置１では、ガスセンサ２のヒータ部４（ヒータ抵抗体４１）にヒータ制御回路７０を用いて通電し、センサ部３を所定の保持温度（本実施形態では７２０℃）に加熱制御している。これにより、電解質層１１，２１にそれぞれ酸素イオン伝導性を発現させる（活性化させる）。
【００６５】
起電力セル２０の電解質層２１は、その温度によって、セルインピーダンスＲｖｓが変化する。具体的には、高温であるほどセルインピーダンスＲｖｓが小さくなる。そこで本実施形態では、ガスセンサ制御装置１において、ヒータ制御回路７０を用いて制御するに当たり、起電力セル２０に長さ６０μｓｅｃの定電流−Ｉｃｏｎｓｔの第２電流パルスを印加し、セルインピーダンスＲｖｓとして、第２電流パルスの印加開始から６０μｓｅｃ経過した第３時刻ｔ３における第３セルインピーダンスＲｐｖｓを取得して、これを用いてヒータ部４（ヒータ抵抗体４１）のフィードバック制御を行っている。
【００６６】
具体的には、酸素濃度を検出している状態、即ち、起電力セル電圧Ｖｓが、目標電圧Ｖｒｆ（＝４５０ｍＶ）となるようにポンプ電流Ｉｐを制御した状態で、前述のようにセンサ制御回路６０のスイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り換え、起電力セル２０に、後述する第１電流パルスよりも短い、長さ６０μｓｅｃで定電流−Ｉｃｏｎｓｔの大きさの第２電流パルスを印加する。そして、マイクロプロセッサ５０で、開始時刻ｔ０における起電力セル電圧である開始時セル電圧Ｖｓ０と、第２電流パルスの印加開始から６０μｓｅｃ経過した第３時刻ｔ３における起電力セル電圧である第３セル電圧Ｖｓ３との差電圧ΔＶｓ（＝Ｖｓ３−Ｖｓ０）を、Ａ／Ｄ入力ポート５２を通じて取得する。マイクロプロセッサ５０は、この第３セルインピーダンスＲｐｖｓに対応する差電圧ΔＶｓ（後述する０−３差電圧ΔＶｓ０３）が、所定の保持温度（７２０℃）であるときに起電力セル２０に生じる目標インピーダンスＲｔｇに対応するΔＶｓｔｇに等しくなるように、ヒータ部４に加える電力をフィードバック制御する。具体的には、差電圧ΔＶｓ（０−３差電圧ΔＶｓ０３）に応じて、ヒータ制御回路７０を通じてヒータ部４に印加するべきＰＷＭパルスのデューティ比を演算し、ＰＷＭ出力ポート５４から、ヒータ制御回路７０に向けて演算したデューティ比のＰＷＭパルスを出力する。これにより、ヒータ部４（ヒータ抵抗体４１）への通電がヒータ制御回路７０によりオンオフされ、ＰＷＭ方式でフィードバック制御される。かくして、ガスセンサ２は、そのセンサ部３が所定の保持温度となるように加熱制御され、排気ガスＥＧの酸素濃度を適切に検出することが可能となる。なお本実施形態のガスセンサ制御装置１では、第２電流パルスの印加による第２セルインピーダンスＲｐｖｓ、具体的には、０−３差電圧ΔＶｓ０３の検知を、１００ｍｓｅｃ毎に行っている。ヒータ部４（ヒータ抵抗体４１）への通電におけるデューティ比のフィードバック制御を頻繁に行い、センサ部３（起電力セル２０，ポンプセル１０）の温度を、より精度良く所定の保持温度に保つためである。
【００６７】
ところで、ガスセンサ２のポンプセル１０及び起電力セル２０は、ガスセンサ２の使用により劣化すると、そのインピーダンスがそれぞれ増加することが判ってきた。即ち、新品のガスセンサ２の起電力セル２０に、定電流−Ｉｃｏｎｓｔの電流パルスを開始時刻ｔ０から印加し続けると、起電力セル２０に生じる起電力セル電圧Ｖｓは、図４に太い破線で示すように、電流パルスの印加時間ｔの増加と共に増加する。
一方、長時間使用してセンサ部３（起電力セル２０，ポンプセル１０）に劣化を生じた劣化品のガスセンサ２について、同様に定電流−Ｉｃｏｎｓｔの電流パルスを開始時刻ｔ０から印加し続けた場合も、起電力セル２０に生じる起電力セル電圧Ｖｓは、図４に太い実線で示すように、電流パルスの印加時間ｔの増加と共に増加する。
【００６８】
但し、新品と劣化品の起電力セル電圧Ｖｓの変化について比較すると、太い実線で示す劣化品のガスセンサ２の方が、太い破線で示す新品に比して、起電力セル電圧Ｖｓが大きくなる。しかも、例えば、電流パルスの印加開始（開始時刻ｔ０）から、６０μｓｅｃ経過後の第２時刻ｔ２（第３時刻ｔ３も同じ）における新品についての新品第２セル電圧Ｖｓ２Ｎと、劣化品についての劣化第２セル電圧Ｖｓ２Ｄとの差電圧ＳＶｓ２（＝Ｖｓ２Ｄ−Ｖｓ２Ｎ）に比して、５０００μｓｅｃ（＝５ｍｓｅｃ）経過後の第１時刻ｔ１における新品についての新品第１セル電圧Ｖｓ１Ｎと、劣化品についての劣化第１セル電圧Ｖｓ１Ｄとの差電圧ＳＶｓ１（＝Ｖｓ１Ｄ−Ｖｓ１Ｎ）が大きくなる（ＳＶｓ１＞ＳＶｓ２）。即ち、新品と劣化品とのセル電圧Ｖｓの差電圧ＳＶｓが、時間ｔの経過と共に、大きくなることが判る。
【００６９】
なお、新品のガスセンサ２について、第２時刻ｔ２＝６０μｓｅｃに、前述の第５オペアンプＯＰ５から得られる新品０−２差電圧ΔＶｓ０２Ｎは、開始時刻ｔ０における起電力セル電圧である新品開始時セル電圧Ｖｓ０Ｎと、第２時刻ｔ２における起電力セル電圧である新品第２セル電圧Ｖｓ２Ｎとの差電圧である。
また、劣化品のガスセンサ２について、第２時刻ｔ２＝６０μｓｅｃに、前述の第５オペアンプＯＰ５から得られる劣化０−２差電圧ΔＶｓ０２Ｄは、開始時刻ｔ０における起電力セル電圧である劣化開始時セル電圧Ｖｓ０Ｄと、第２時刻ｔ２における起電力セル電圧である劣化第２セル電圧Ｖｓ２Ｄとの差電圧である。
また、第２時刻ｔ２における起電力セル２０の第２セルインピーダンスＲｐｖｓ（ＲｐｖｓＮ，ＲｐｖｓＤ）は、新品０−２差電圧ΔＶｓ０２Ｎあるいは劣化０−２差電圧ΔＶｓ０２Ｄを、定電流−Ｉｃｏｎｓｔで除することで得ることができる。
【００７０】
加えてこの図４には、前述したように、ガスセンサ２に第２電流パルスを加えることにより、（本実施形態では第２時刻ｔ２と同じ）第３時刻ｔ３＝６０μｓｅｃに、第５オペアンプＯＰ５から得られる０−３差電圧ΔＶｓ０３も示してある。前述したように、０−３差電圧ΔＶｓ０３は、開始時セル電圧Ｖｓ０と第３セル電圧Ｖｓ３との差電圧である。
また、第３時刻ｔ３における起電力セル２０の第３セルインピーダンスＲｐｖｓは、０−３差電圧ΔＶｓ０３を、第２パルス電流で流す定電流−Ｉｃｏｎｓｔで除することで得ることができる。
【００７１】
さらに、新品のガスセンサ２について、第１時刻ｔ１＝５０００μｓｅｃに、前述の第５オペアンプＯＰ５から得られる新品０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｎは、開始時刻ｔ０における起電力セル電圧である新品開始時セル電圧Ｖｓ０Ｎと、第１時刻ｔ１における起電力セル電圧である新品第１セル電圧Ｖｓ１Ｎとの差電圧である。
また、劣化品のガスセンサ２について、第１時刻ｔ１＝５０００μｓｅｃに、前述の第５オペアンプＯＰ５から得られる劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄは、開始時刻ｔ０における起電力セル電圧である劣化開始時セル電圧Ｖｓ０Ｄと、第１時刻ｔ１における起電力セル電圧である劣化第１セル電圧Ｖｓ１Ｄとの差電圧である。
また、第１時刻ｔ１における起電力セル２０の第１セルインピーダンスＲｉｖｓ（ＲｉｖｓＮ，ＲｉｖｓＤ）は、新品０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｎあるいは劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄを、同じく定電流−Ｉｃｏｎｓｔで除することで得ることができる。
【００７２】
従って、図４から理解できるように、新品と劣化品についての第２セルインピーダンスＲｐｖｓＮとＲｐｖｓＤとの第２インピーダンス差ＳＲｐｖｓ（あるいは新品０−２差電圧ΔＶｓ０２Ｎと劣化０−２差電圧ΔＶｓ０２Ｄとの差電圧ＳＶｓ２）に比して、新品と劣化品についての第１セルインピーダンスＲｉｖｓＮとＲｉｖｓＤとの第１インピーダンス差ＳＲｉｖｓ（あるいは新品０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｎと劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄとの差電圧ＳＶｓ１）が大きくなる。これは、起電力セル２０及びポンプセル１０の劣化の程度（劣化によるセルインピーダンスＲｖｓ（差電圧ＳＶｓ）の増加の程度）には周波数依存性があり、低周波領域、具体的には、１００Ｈｚ以下の周波数領域、特に５０Ｈｚ以下の周波数領域で、劣化によるセルインピーダンスの増加が大きく現れることを示している。
【００７３】
そこで、本実施形態のガスセンサ制御装置１では、センサ制御回路６０のスイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り換え、起電力セル２０に、長さ５０００μｓｅｃ（＝５．０ｍｓｅｃ）で定電流−Ｉｃｏｎｓｔの大きさの第１電流パルスを印加する。そして、マイクロプロセッサ５０で、第１電流パルスの印加開始（開始時刻ｔ０）から６０μｓｅｃ経過した第２時刻ｔ２に得られた劣化０−２差電圧ΔＶｓ０２Ｄ、及び５０００μｓｅｃ経過した第１時刻ｔ１に得られた劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄを、Ａ／Ｄ入力ポート５２を通じてそれぞれ取得する（あるいは、これらを定電流−Ｉｃｏｎｓｔで除して、劣化第２セルインピーダンスＲｐｖｓＤ及び劣化第１セルインピーダンスＲｉｖｓＤを得る）。これにより、ガスセンサ２（センサ部３，起電力セル２０）の劣化の程度を検知することができる。
なお、本実施形態では、第１時刻ｔ１をｔ１＝５０００μｓｅｃとしたが、このように第１時刻ｔ１を２００μｓｅｃよりも大きい時刻とし、第１セルインピーダンスＲｉｖｓを、電流パルスの印加から２００μｓｅｃ以上経過した後に取得するとよい。セルインピーダンスＲｖｓの劣化に伴う周波数特性の変化を考慮すると、５０Ｈｚ以下の低周波領域で，大きなセルインピーダンスとなるので、この影響が現れる電流パルスの印加から２００μｓｅｃ以降に得たセルインピーダンスＲｉｖｓ（あるいは劣化０−２差電圧ΔＶｓ０２Ｄ）を用いて、劣化の大きさを評価すると、適切にかつ短時間で劣化を評価できるからである。
【００７４】
ところで、前述したように、起電力セル２０のセルインピーダンスＲｖｓは、測定室内ガスＥＧＳの酸素濃度の違いにも影響される。具体的には、同じ長さ５０００μｓｅｃの第１電流パルスを印加して、同様に第１セルインピーダンスＲｉｖｓを検知しても、測定室内ガスＥＧＳがリッチ状態のときに検知されるセルインピーダンスＲｖｓの値は、測定室内ガスＥＧＳがリーン状態のときに検知されるセルインピーダンスＲｖｓの値に比べて大きくなる。そこで本実施形態では、この影響を抑えるべく、測定室３Ｓにおける測定室内ガスＥＧＳがストイキ状態となっている条件下で、第１電流パルスを起電力セルに印加して、２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄ、あるいは２−１インピーダンス差ΔＲｖｓを検知する。
【００７５】
なお、エンジンＥＮＧが駆動され、ガスセンサ２で排気ガスＥＧの酸素濃度を検知しているときには、前述のように、第２電流パルスの印加及び第２セルインピーダンスＲｐｖｓを、１００ｍｓｅｃ毎に行っており、その途中で、長い第１電流パルスを印加し、第２セルインピーダンスＲｐｖｓ及び第１セルインピーダンスＲｉｖｓを検知することは好ましいとはいえない。第１電流パルスを印加している間は、現実の排気ガスＥＧの酸素濃度検知が不能となるからである。また、起電力セル２０の温度の検知及びヒータ部４の通電制御のために第２セルインピーダンスＲｐｖｓを繰り返し短い時間間隔で（例えば、本実施形態では１００ｍｓｅｃ毎に）検知するのとは異なり、ガスセンサ２の劣化の程度を、短時間で繰り返し検知することは求められない。
【００７６】
そこで、本実施形態のガスセンサ制御装置１では、運転者が車両のキースイッチをオフとして、エンジンＥＮＧを停止させた場合に、劣化の評価を行うこととした。即ち、エンジンＥＮＧを停止させた後も、暫時ガスセンサ制御装置１によるガスセンサ２の制御を継続し、測定室内ガスＥＧＳがストイキ状態となった場合、即ち、起電力セル２０の起電力セル電圧Ｖｓが、測定室内ガスＥＧＳがストイキ状態であることを示す、所定の起電力セル電圧であるストイキ時電圧Ｖｓｓ（具体的には、Ｖｓ＝Ｖｓｓ＝４５０ｍＶ）となった時点で、前述のようにして、第２時刻ｔ２＝６０μｓｅｃに劣化０−２差電圧ΔＶｓ０２Ｄ（第２セルインピーダンスＲｐｖｓＤ）を検知し、さらに、第１時刻ｔ１＝５０００μｓｅｃに劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄ（第１セルインピーダンスＲｉｖｓＤ）を検知し、劣化２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄ（２−１インピーダンス差ΔＲｖｓ）を記憶した後、ガスセンサ制御装置１を停止させる。さらに、次回のエンジンＥＮＧ始動時に、前回の運転後に、劣化２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄ（２−１インピーダンス差ΔＲｖｓ）を用いて、ガスセンサ２の劣化を評価する。
【００７７】
即ち、本実施形態のガスセンサ制御装置１では、新品ではない使用中のガスセンサ２について、そのマイクロプロセッサ５０により、以下のようにして２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄ（あるいは２−１インピーダンス差ΔＲｖｓ）を検知し記憶するＤＶｓ２１Ｄ検知・記憶処理を行う（図５参照）。この処理は、マイクロプロセッサ５０が実行するメインルーチンからの呼び出しで実行される。マイクロプロセッサ５０では、ガス検出信号Ｖｉｐの取得処理、ヒータ部４の通電制御の処理のほか、このＤＶｓ２１Ｄ検知・記憶処理、劣化検知・劣化警告処理（後述する）、ガス検出信号の劣化補正処理（後述する）、目標差電圧補正処理（後述する）などを行う。
なお以下では、上述した新品と劣化品との対比を離れて、使用中のガスセンサ２についてのセルインピーダンス、セル電圧、差電圧等に、新品ではないという意味で劣化の文字を含んだ各符号を流用して説明することとする。
【００７８】
ＤＶｓ２１Ｄ検知・記憶処理のうち、まずステップＳ１では、後述するタイマのリセットなど処置の初期設定を行う。その後ステップＳ２に進み、エンジンの停止指示がなされたか否かを検知する。具体的には、運転者により、車両のキースイッチ（図示しない）がＯＦＦとされたか（運転中のＯＮ状態からＯＦＦ状態に変更されたか）否かを検知する。ここで、車両のキースイッチがＯＦＦとされるまで待ち（Ｎｏ）、キースイッチがＯＦＦとされた場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、第１タイマをスタートさせる。なお、ステップＳ４に破線で示すように、車両（エンジン）では、キースイッチがＯＦＦとされたことにより、エンジン停止処理がなされる。
【００７９】
エンジンの停止に伴い、排気管ＥＰへの燃料を燃焼させた排気ガスＥＧの供給が停止するので、エンジン駆動に伴う排気ガスＥＧにおける酸素濃度の変動がなくなる。この一方、ガスセンサ２では、測定室３Ｓ内の測定室内ガスＥＧＳがストイキになるように制御が継続されているので、測定室３Ｓ内では、速やかに測定室内ガスＥＧＳがストイキ状態となる。即ち、起電力セル電圧Ｖｓが、測定室内ガスＥＧＳがストイキ状態であることを示すストイキ時電圧Ｖｓｓ（具体的には、Ｖｓｓ＝４５０ｍＶ）となる。そこで、ステップＳ５では、起電力セル電圧Ｖｓが、Ｖｓ＝Ｖｓｓであるか否かを検知する。なお、前述したように、起電力セル電圧Ｖｓは、マイクロプロセッサ５０のＶｓポート５６及びＣＯＭポート５５に入力された電位の差電圧である。ここで、Ｖｓ＝Ｖｓｓでない場合（Ｎｏ，即ち、Ｖｓ≠Ｖｓｓの場合）には、ステップＳ６に進み、第１タイマが、５秒以上経過したか否かを検知する。５秒経過未満の場合には、ステップＳ５に戻る。即ち、ステップＳ５，６を繰り返して、Ｖｓ＝Ｖｓｓとなるのを待つ。但し、第１タイマが、５秒以上経過している場合には、何らかの理由で、Ｖｓ＝Ｖｓｓとならないと判断して、ステップＳ１２に進む。一方、ステップＳ５において、Ｙｅｓ即ち、Ｖｓ＝Ｖｓｓとなった場合には、ステップＳ７に進む。このステップＳ５が、検知指示手段に相当する。
【００８０】
ステップＳ７では、前述したように、マイクロプロセッサ５０のシリアル送信ポート５３を通じて、センサ制御回路６０の制御部６７を操作し、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り換え、起電力セル２０に、長さ５０００μｓｅｃで定電流−Ｉｃｏｎｓｔの大きさの方形波状の第１電流パルスを印加する。
【００８１】
続くステップＳ８では、第１電流パルスの印加開始（開始時刻ｔ０）から第２時刻ｔ２＝６０μｓｅｃ経過時点で第５オペアンプＯＰ５から得られた劣化０−２差電圧ΔＶｓ０２Ｄを、Ａ／Ｄ入力ポート５２を通じてマイクロプロセッサ５０で取得する。具体的には、図６に示すように、第１パルスの印加と共に、ステップＳ８１で第２タイマをスタートさせ、ステップＳ８２で第２タイマＴ２がＴ２≧６０μｓｅｃとなるまで待ち、ステップＳ８３で劣化０−２差電圧ΔＶｓ０２Ｄを取得する。なお、取得した劣化０−２差電圧ΔＶｓ０２Ｄに代えて、これを定電流Ｉｃｏｎｓｔで除して、劣化第２セルインピーダンスＲｐｖｓＤの値を得ても良い。
【００８２】
得られた劣化０−２差電圧ΔＶｓ０２Ｄ（あるいは劣化第２セルインピーダンスＲｐｖｓＤ）は、セルインピーダンスの周波数特性上、起電力セル２０（ガスセンサ２）のインピーダンス劣化の影響が(次述する劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄに比して)少ない。
劣化０−２差電圧ΔＶｓ０２Ｄは、劣化開始時セル電圧Ｖｓ０Ｄと劣化第２セル電圧Ｖｓ２Ｄとの差電圧である（ΔＶｓ０２Ｄ＝Ｖｓ２Ｄ−Ｖｓ０Ｄ）から、ステップＳ８３は、間接に、劣化第２セル電圧Ｖｓ２Ｄを検知している。即ち、ステップＳ８３は、第２検出手段に相当する。
【００８３】
続くステップＳ９では、第１電流パルスの印加開始（開始時刻ｔ０）から第１時刻ｔ１＝５０００μｓｅｃ経過時点で第５オペアンプＯＰ５から得られた劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄを、Ａ／Ｄ入力ポート５２を通じてマイクロプロセッサ５０で取得する。具体的には、図６に示すように、ステップＳ９１で第２タイマＴ２がＴ２≧５０００μｓｅｃとなるまで待ち、ステップＳ９２で劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄを取得する。なお、取得した劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄを定電流Ｉｃｏｎｓｔで除し、劣化第１セルインピーダンスＲｉｖｓＤの値を得ても良い。
【００８４】
得られた劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄ（あるいは劣化第１セルインピーダンスＲｉｖｓＤ）は、セルインピーダンスの周波数特性上、起電力セル２０（ガスセンサ２）のインピーダンス劣化による影響を多く含み、劣化０−２差電圧ΔＶｓ０２Ｄ（あるいは劣化第１セルインピーダンスＲｉｖｓＤ）よりも大きな値となっている。
劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄは、劣化開始時セル電圧Ｖｓ０Ｄと劣化第１セル電圧Ｖｓ１Ｄとの差電圧である（ΔＶｓ０１Ｄ＝Ｖｓ１Ｄ−Ｖｓ０Ｄ）から、ステップＳ９２は、間接に、劣化第１セル電圧Ｖｓ１Ｄを検知している。即ち、ステップＳ９２は、第１検出手段に相当する。
【００８５】
その後、ステップＳ１０では、２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄを、ＤＶｓ２１Ｄ＝ΔＶｓ０１Ｄ−ΔＶｓ０２Ｄの式により算出し、マイクロプロセッサ５０内のメモリ（図示しない）に記憶する。２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄは、図４から容易に理解できるように、ＤＶｓ２１Ｄ＝ΔＶｓ０１Ｄ−ΔＶｓ０２Ｄ＝Ｖｓ１Ｄ−Ｖｓ２Ｄであり、劣化第１セル電圧Ｖｓ１Ｄと劣化第２セル電圧Ｖｓ２Ｄの差電圧にもなっている。なお、２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄの算出に代えて、２−１インピーダンス差ΔＲｖｓを、ΔＲｖｓ＝ＲｉｖｓＤ−ＲｐｖｓＤ＝（ΔＶｓ０１Ｄ−ΔＶｓ０２Ｄ）／Ｉｃｏｎｓｔの式で算出し、メモリに記憶しても良い。
【００８６】
続くステップＳ１１では、印加している第１電流パルスの印加を停止する。さらに、ステップＳ１２では、既にキースイッチがＯＦＦとされている（ステップＳ２参照）ことから、ガスセンサ２及びガスセンサ制御装置１のＯＦＦとする停止処理を行う。
このようにして本実施形態では、キースイッチをＯＦＦとする毎に、マイクロプロセッサ５０内のメモリに２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄ（２−１インピーダンス差ΔＲｖｓ）が記憶される。
【００８７】
なお、ガスセンサ２のＰＩＤ制御を行うセンサ制御回路６０が電流制御手段に相当する。また、ステップＳ９２が第１検知手段に相当する。
【００８８】
次いで、例えば翌日など、その後に車両を起動（エンジンＥＮＧを始動）させた場合の処理について説明する。まず、劣化検知・劣化警告処理について、図７を参照して説明する。運転者がキースイッチをＯＦＦからＯＮに変更すると、即ち、エンジンＥＮＧの始動をさせると、マイクロプロセッサ５０が起動し、ステップＳＳ１では、マイクロプロセッサ５０に記憶されていた２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄ（２−１インピーダンス差ΔＲｖｓ）を読み出す。
【００８９】
続くステップＳＳ２では、２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄ（２−１インピーダンス差ΔＲｖｓ）が、第１しきい値ＴＨ１以上となった（ＤＶｓ２１Ｄ≧ＴＨ１）か否かを判定する(あるいは、ΔＲｖｓ≧ＴＨ１’か否かを判定する）。ここでＮｏ、即ち、ＤＶｓ２１Ｄ＜ＴＨ１（あるいはΔＲｖｓ＜ＴＨ１’）の場合には、ガスセンサ２の劣化がさほど進行していないと考えられる。そこで、マイクロプロセッサ５０からＥＣＵ１００への通知等は行わない。これにより、ステップＳＳ５では、ＥＣＵ１００において、通常のエンジン駆動処理が行われ、劣化警告ランプの点灯も行わない。
【００９０】
一方、ステップＳＳ２においてＹｅｓ、即ち、ＤＶｓ２１Ｄ≧ＴＨ１（あるいはΔＲｖｓ≧ＴＨ１’）の場合には、ガスセンサ２の劣化が進行し、２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄが第１しきい値ＴＨ１以上となったと考えられる。そこで、ステップＳＳ３に進み、マイクロプロセッサ５０からＥＣＵ１００へガスセンサ２の劣化異常を通知する。これを受けて、破線で示すステップＳＳ４において、ＥＣＵ１００は、劣化警告ランプを点灯させ、運転者に対し、ガスセンサ２の交換等を促す。
なお、上述のステップＳＳ２が劣化判定手段に相当し、ステップＳＳ３が劣化警告手段に相当する。
【００９１】
起電力セル２０のセルインピーダンスＲｖｓは、測定室内ガスＥＧＳの酸素濃度の違いのほか、排気ガスＥＧの温度などの外乱要因によっても影響されるので、これを除外して、起電力セル２０の劣化の有無や程度を判定するのが望ましい。
本実施形態の制御装置１では、同じ第１電流パルスにおける第２時刻ｔ２に起電力セルに生じた劣化第２セル電圧Ｖｓ２Ｄと、第１時刻ｔ１に生じた劣化第１セル電圧Ｖｓ１Ｄとを検知し、これらの差電圧である２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄに基づいて、ガスセンサの劣化を判定する。このため、排気ガスＥＧの温度など起電力セル２０の外乱要因による影響をキャンセルして、劣化の判定を行うことができ、より適切に劣化の有無や程度を判定することができる。
しかも、同じ第１電流パルスを印加した場合のうち、比較的時間経過の短い段階の第２時刻ｔ２（＝６０μｓｅｃ）における第２セル電圧Ｖｓ２Ｄと、比較的時間経過の長い第１時刻ｔ１（＝５０００μｓｅｃ）における第１セル電圧Ｖｓ１Ｄとの間の２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄを判定に用いるので、低周波領域におけるセルインピーダンスの劣化によるセル電圧の変化が反映されやすく、この点からも、より適切に劣化の有無や程度を判定することができる。
【００９２】
さらに本実施形態では、取得した２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄ（あるいは２−１インピーダンス差ΔＲｖｓ）を用いて、ガス検出信号Ｖｉｐを補正する（図８参照）。前述したように、センサ制御回路６０では、ポンプ電流Ｉｐの大きさは、電圧信号に変換されたガス検出信号Ｖｉｐとして差動増幅回路６１で検出され、マイクロプロセッサ５０は出力端子６０ｂを通じて、ガス検出信号Ｖｉｐを取得する（ステップＳＴ１）。
【００９３】
本実施形態では、このガス検出信号Ｖｉｐの出力に先立ち、ガス検出信号Ｖｉｐを、劣化第１セル電圧Ｖｓ１Ｄに基づく量である、２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄ（あるいは２−１インピーダンス差ΔＲｖｓ）を用いて補正する（ステップＳＴ２）。具体的には、例えば、２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄ（あるいは２−１インピーダンス差ΔＲｖｓ）と取得したガス検出信号Ｖｉｐとから、補正済のガス検出信号Ｖｉｐが得られるテーブルを予め作成しておき、これを用いて、補正済のガス検出信号Ｖｉｐを取得する。
【００９４】
その後、マイクロプロセッサ５０は、補正済のガス検出信号ＶｉｐをＥＣＵ１００に向けて出力する(ステップＳＴ３）。ＥＣＵ１００では、補正済のガス検出信号Ｖｉｐを用いて、エンジンＥＮＧの駆動制御等を行う。このように、本実施形態では、ガスセンサ２の劣化による影響を抑制した補正済のガス検出信号Ｖｉｐを得て、これを出力することができる。
なお、上述のステップＳＴ２がポンプ電流補正手段に相当し、ステップＳＴ３が出力手段に相当する。
【００９５】
前述したように、マイクロプロセッサ５０は、センサ制御回路６０を用いて、１００ｍｓｅｃ毎に第２パルス電流を起電力セル２０に印加し、第２パルス電流の印加開始（開始時刻ｔ０）から第２時刻ｔ２と同じ第３時刻ｔ３＝６０μｓｅｃ経過後に、０−３差電圧ΔＶｓ０３（あるいはさらに第３セルインピーダンスＲｐｖｓＤ）を取得し、この０−３差電圧ΔＶｓ０３が目標差電圧ΔＶｓｔｇとなるように（あるいは第３セルインピーダンスＲｐｖｓＤが目標インピーダンスＲｔｇ）となるように、ヒータ制御回路７０を用いて、ガスセンサ２のヒータ部４（ヒータ抵抗体４１）への通電を制御することにより、ガスセンサ２の温度を所定の温度に制御している。しかし、ガスセンサの劣化により、起電力セル２０（電解質層２１）の第３セルインピーダンスＲｐｖｓＤが大きくなると、あたかも素子温度が低いために第３セルインピーダンスＲｐｖｓＤが大きくなったよう見える。このため、マイクロプロセッサ５０は、ヒータ部４の温度が高くなるようにヒータ部４への通電を制御する。これにより、起電力セル２０（ガスセンサ）の温度が、設定よりも高い値に維持されてしまう。またこれに伴い、ポンプセル１０に流されるポンプ電流Ｉｐが劣化前に比して増加し、ポンプ電流Ｉｐ（ガス検出信号Ｖｉｐ）が偏る。
【００９６】
本実施形態のガスセンサの制御装置１では、これを抑制すべく、ヒータ制御補正手段において、取得した第１セル電圧Ｖｓ１Ｄに基づいて得た量である、２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄ（あるいは２−１インピーダンス差ΔＲｖｓ）で、ヒータ制御手段ＳＶ２の制御を補正する。具体的には図９に示すように、まず取得した２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄ（あるいは２−１インピーダンス差ΔＲｖｓ）を用いて、ガスセンサ２の温度制御に用いる目標値である目標差電圧ΔＶｓｔｇ（あるいは目標インピーダンスＲｔｇ）を補正する（ステップＳＵ１）。本実施形態では、取得した２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄの値毎に定めた補正値を目標差電圧ΔＶｓｔｇに加えて、補正済の目標差電圧ΔＶｓｔｇとする（または、取得した２−１インピーダンス差ΔＲｖｓの値毎に予め定めた補正値を目標インピーダンスＲｔｇに加えて、補正済の目標インピーダンスＲｔｇとする）。
【００９７】
その後、この補正済の目標差電圧ΔＶｓｔｇ（または補正済の目標インピーダンスＲｔｇ）を用いて、通常通りのヒータ温度制御を行う。即ち、図１０に示すように、まずマイクロプロセッサ５０は、センサ制御回路６０を用いて、０−３差電圧ΔＶｓ０３（または第３セルインピーダンスＲｐｖｓ）を取得する（ステップＳＶ１）。次いで、この０−３差電圧ΔＶｓ０３が補正済の目標差電圧ΔＶｓｔｇとなるように（または第３セルインピーダンスＲｐｖｓが補正済の目標インピーダンスＲｔｇとなるように）、ヒータ制御回路７０を用いて、ガスセンサ２のヒータ部４（ヒータ抵抗体４１）への通電を制御する（ステップＳＶ２）。これにより、ガスセンサ２に劣化が生じた場合でも、起電力セル２０（ガスセンサ２）が所定の温度となるようにヒータ制御を行うことができる。
【００９８】
本実施形態のガスセンサ制御装置１では、２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄで目標差電圧ΔＶｓｔｇを補正した（あるいは２−１インピーダンス差ΔＲｖｓで目標インピーダンスＲｔｇを補正した）。具体的には、目標差電圧ΔＶｓｔｇに２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄに応じた補正値を加えた（あるいは、目標インピーダンスＲｔｇに２−１インピーダンス差ΔＲｖｓに応じた補正値を加えた）。このため、一旦補正をすれば、次に目標差電圧ΔＶｓｔｇ（あるいは目標インピーダンスＲｔｇ）の補正値を変更するまで、具体的には、キースイッチがＯＦＦとされて新たに２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄ（あるいは２−１インピーダンス差ΔＲｖｓ）が算出され、その後、キースイッチをＯＮとするまで、目標差電圧ΔＶｓｔｇ（あるいは目標インピーダンスＲｔｇ）の補正を行う必要が無く、処理が容易である。
なお、上述のステップＳＶ１が第３検知手段に相当し、ステップＳＶ２がヒータ制御手段に相当する。また、ステップＳＵ１がヒータ制御補正手段に相当する。
【００９９】
（変形形態１）
次いで、変形形態１のガスセンサ２の制御装置１Ａについて、図１１〜図１５のフローチャートを参照して説明する。
上述した実施形態の制御装置１では、ガスセンサ２の劣化を検知するに当たり、ステップＳ５により、起電力セル電圧Ｖｓがストイキ時電圧Ｖｓｓであるタイミングに、起電力セル２０に第１電流パルスを印加した。そして、劣化開始時セル電圧Ｖｓ０Ｄと劣化第２セル電圧Ｖｓ２Ｄとの差電圧である劣化０−２差電圧ΔＶｓ０２Ｄと、劣化開始時セル電圧Ｖｓ０Ｄと劣化第１セル電圧Ｖｓ１Ｄとの差電圧である劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄとを得た。そして、これらの差である２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄ（あるいは、２−１インピーダンス差ΔＲｖｓ）を算出し、これを用いてガスセンサ２（起電力セル２０）の劣化の有無を判断し、あるいは、ガス検出信号Ｖｉｐやヒータ温度制御の補正を行った。
【０１００】
これに対し、本変形形態１のガスセンサ２の制御装置１Ａでは、ガスセンサ２の劣化を検知するに当たり、ステップＳ５により、起電力セル電圧Ｖｓがストイキ時電圧Ｖｓｓであるタイミングで、第１電流パルスを印加する点は同じであるが、第２時刻ｔ２において劣化０−２差電圧ΔＶｓ０２Ｄを取得せず、第１時刻ｔ１で取得した劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄのみを用いて、ガスセンサ２（起電力セル２０）の劣化の有無を判断し、あるいは、ガス検出信号Ｖｉｐやヒータ温度制御の補正を行う点で異なり、他は同じである。
そこで、以下では、実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様な部分の説明は省略あるいは簡略化する。
【０１０１】
図１１に示すΔＶｓ０１Ｄの検知・記憶処理は、図５に示す実施形態のＤＶｓ２１Ｄ検知・記憶処理とほぼ同じであるが、ステップＳ８が無く、ステップＳ９ａ，１０ａが異なるので、これらについて説明する。
ステップＳ９ａでは、第１電流パルスの印加開始（開始時刻ｔ０）から第１時刻ｔ１＝５０００μｓｅｃ経過時点で第５オペアンプＯＰ５から得られた劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄを、Ａ／Ｄ入力ポート５２を通じてマイクロプロセッサ５０で取得する。具体的には、図１２に示すように、第１パルスの印加と共に、ステップＳ９０ａで第２タイマをスタートさせ、ステップＳ９１で第２タイマＴ２がＴ２≧５０００μｓｅｃとなるまで待ち、ステップＳ９２で劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄを取得する。なお、取得した劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄを定電流Ｉｃｏｎｓｔで除し、劣化第１セルインピーダンスＲｉｖｓＤを得ても良い。
【０１０２】
その後、ステップＳ１０ａでは、ステップＳ９ａで取得した劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄを、マイクロプロセッサ５０内のメモリ（図示しない）に記憶する。なお、２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄの算出に代えて、劣化第１セルインピーダンスＲｉｖｓＤを、メモリに記憶しても良い。その後は、実施形態と同じく、第１電流パルスの印加を停止し、ガスセンサ２及びガスセンサ制御装置１のＯＦＦとする停止処理を行う（ステップＳ１１，１２）。
【０１０３】
また、図１３に示す劣化検知・劣化警告処理も、図７に示す実施形態の劣化検知・劣化警告処理とほぼ同じであるが、ステップＳＳ１ａ，ＳＳ２ａが異なるので、これらについて説明する。
エンジンＥＮＧの始動をさせると、マイクロプロセッサ５０が起動し、ステップＳＳ１ａでは、マイクロプロセッサ５０に記憶されていた劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄ（あるいは劣化第１セルインピーダンスＲｉｖｓＤ）を読み出す。
【０１０４】
続くステップＳＳ２ａでは、劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄ（あるいは劣化第１セルインピーダンスＲｉｖｓＤ）が、第２しきい値ＴＨ２以上となった（ΔＶｓ０１Ｄ≧ＴＨ２）か否かを判定する(あるいは、ＲｉｖｓＤ≧ＴＨ２’か否かを判定する）。ここでＮｏの場合には、マイクロプロセッサ５０からＥＣＵ１００への通知等は行なわず、ステップＳＳ５で、ＥＣＵ１００において通常のエンジン駆動処理が行われ、劣化警告ランプの点灯も行わない。
【０１０５】
一方、ステップＳＳ２ａにおいてＹｅｓ、即ち、ΔＶｓ０１Ｄ≧ＴＨ２(あるいは、ＲｉｖｓＤ≧ＴＨ２’）の場合には、ガスセンサ２の劣化が進行したと考えられるので、ステップＳＳ３に進み、ＥＣＵ１００へガスセンサ２の劣化異常を通知する。これを受けて、破線で示すステップＳＳ４において、ＥＣＵ１００は劣化警告ランプを点灯させ、運転者に対しガスセンサ２の交換等を促す。
なお、上述のステップＳＳ２ａも劣化判定手段に相当する。
【０１０６】
実施形態でも説明したように、起電力セル２０のセルインピーダンスＲｖｓは、測定室内ガスＥＧＳの酸素濃度の違いのほか、排気ガスＥＧの温度などの外乱要因によっても影響される。
本変形形態１の制御装置１Ａでも、開始時刻ｔ０に起電力セルに生じた劣化開始時セル電圧Ｖｓ０Ｄと、その後の第１時刻に生じた劣化第１セル電圧Ｖｓ１Ｄとの差電圧である０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄに基づいて、ガスセンサの劣化を判定する。このため、起電力セル２０の外乱要因による影響をキャンセルして、劣化の判定を行うことができ、より適切に劣化の有無や程度を判定することができる。
しかも、１つの第１電流パルスのうち、開始時刻ｔ０における開始時セル電圧Ｖｓ０Ｄと、比較的時間経過の長い第１時刻ｔ１（＝５０００μｓｅｃ）における第１セル電圧Ｖｓ１Ｄとの間の０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄを判定に用いるので、低周波領域におけるセルインピーダンスの劣化によるセル電圧の変化が反映されやすく、この点からも、より適切に劣化の有無や程度を判定することができる。
【０１０７】
さらに本変形形態１でも、実施形態（図８参照）と同様に、ガス検出信号Ｖｉｐを補正するが、ステップＳＴ２ａにおいて、先に取得した０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄ（あるいは劣化第１セルインピーダンスＲｉｖｓＤ）を用いて、ガス検出信号Ｖｉｐを補正する点で異なる（図１４参照）。即ち、ステップＳＴ２ａでは、ガス検出信号Ｖｉｐの出力に先立ち、ガス検出信号Ｖｉｐを、劣化第１セル電圧Ｖｓ１Ｄに基づく量である、０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄ（あるいは劣化第１セルインピーダンスＲｉｖｓＤ）を用いて補正する。具体的には、例えば、０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄ（あるいは劣化第１セルインピーダンスＲｉｖｓＤ）と取得したガス検出信号Ｖｉｐとから、補正済のガス検出信号Ｖｉｐが得られるテーブルを予め作成しておき、これを用いて、補正済のガス検出信号Ｖｉｐを取得する。なお、上述のステップＳＴ２ａが、ポンプ電流補正手段に相当する。
【０１０８】
加えて、本変形形態１のガスセンサの制御装置１Ａでも、実施形態（図９，図１０参照）と同じく、補正した目標差電圧ΔＶｓｔｇを用いてヒータ制御を行う（図１０参照）が、ステップＳＵ１ａにおいて、０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄ（あるいは劣化第１セルインピーダンスＲｉｖｓＤ）で目標差電圧ΔＶｓｔｇ（あるいは目標インピーダンスＲｔｇ）の補正を行う（図１５参照）点で異なる。即ち、本変形形態１では、ステップＳＵ１ａにおいて、０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄ（あるいは劣化第１セルインピーダンスＲｉｖｓＤ）で補正された、補正済の目標差電圧ΔＶｓｔｇ（あるいは目標インピーダンスＲｔｇ）を得る。そして、この補正済の目標差電圧ΔＶｓｔｇ（あるいは目標インピーダンスＲｔｇ）を用いて、実施形態と同様に、ヒータ制御を行う（図１０参照）。
【０１０９】
（変形形態２）
次いで、変形形態１のガスセンサ２の制御装置１Ｂについて、図１６〜図１９のフローチャートを参照して説明する。
前述した実施形態及び変形形態１の制御装置１，１Ａでは、ガスセンサ２の劣化を検知するに当たり、ステップＳ５により、起電力セル電圧Ｖｓがストイキ時電圧Ｖｓｓであるタイミングで、起電力セル２０に第１電流パルスを印加した。そして、実施形態では、劣化０−２差電圧ΔＶｓ０２Ｄと劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄを得て、２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄ（あるいは、２−１インピーダンス差ΔＲｖｓ）を算出し、これを用いてガスセンサ２（起電力セル２０）の劣化の有無を判断し、あるいは、ガス検出信号Ｖｉｐやヒータ温度制御の補正を行った。また、変形形態１では、劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄのみを得て、これを用いてガスセンサ２（起電力セル２０）の劣化の有無を判断し、あるいは、ガス検出信号Ｖｉｐやヒータ温度制御の補正を行った。
【０１１０】
本変形形態２の制御装置１Ｂでも、ガスセンサ２の劣化を検知するに当たり、ステップＳ５により、起電力セル電圧Ｖｓがストイキ時電圧Ｖｓｓであるタイミングで、起電力セル２０に第１電流パルスを印加する点は、実施形態及び変形形態１と同じである。また、劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄ（あるいは劣化第１セルインピーダンスＲｉｖｓＤ）のみを得る点は、変形形態１と同じである。
但し、本変形形態２の制御装置１Ｂでは、予め得ておいた新品のガスセンサ２についての新品０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｎ（あるいは新品第１セルインピーダンスＲｉｖｓＮ）を記憶しておく。そして、各時点で取得する劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄと記憶していた新品０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｎとの差電圧である第１差電圧ＳＶｓ１（あるいは、劣化第１セルインピーダンスＲｉｖｓＤと新品第１セルインピーダンスＲｉｖｓＮとの差電圧である第１インピーダンス差ＳＲｉｖｓ）を用いて、ガスセンサ２（起電力セル２０）の劣化の有無を判断し、あるいは、ガス検出信号Ｖｉｐやヒータ温度制御の補正を行う点で異なり、他は同じである。
そこで、以下では、実施形態あるいは変形形態１と異なる部分を中心に説明し、同様な部分の説明は省略あるいは簡略化する。
【０１１１】
図１６に示すＳＶｓ１の検知・記憶処理は、図５に示す実施形態のＤＶｓ２１Ｄ検知・記憶処理、及び図１１に示す変形形態１のΔＶｓ０１Ｄの検知・記憶処理とほぼ同じであるが、ステップＳ１０ｂが異なるので、これについて説明する。
変形形態１と同じく（図１１，図１２参照）、起電力セル電圧Ｖｓがストイキ時電圧Ｖｓｓである条件（ステップＳ５でＹｅｓ）下で、ステップＳ９ａ（ステップＳ９２）で、第５オペアンプＯＰ５から得られた劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄ（あるいは、劣化第１セルインピーダンスＲｉｖｓＤ）を取得する。
【０１１２】
その後、ステップＳ１０ｂでは、劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄと、予め記憶していた新品のガスセンサ２についての新品０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｎとの差電圧である第１差電圧ＳＶｓ１を算出し（ＳＶｓ１＝ΔＶｓ０１Ｄ−ΔＶｓ０１Ｎ）、マイクロプロセッサ５０内のメモリ（図示しない）に記憶する。なお、第１差電圧ＳＶｓ１の算出に代えて、劣化第１セルインピーダンスＲｉｖｓＤと、予め記憶していた新品第１セルインピーダンスＲｉｖｓＮとの差電圧である第１インピーダンス差ＳＲｉｖｓを算出し（ＳＲｉｖｓ＝ＲｉｖｓＤ−ＲｉｖｓＮ）、メモリに記憶しても良い。その後は、実施形態及び変形形態１と同じく、第１電流パルスの印加を停止し、ガスセンサ２及びガスセンサ制御装置１のＯＦＦとする停止処理を行う（ステップＳ１１，１２）。
【０１１３】
また、図１７に示す劣化検知・劣化警告処理も、図７，図１３に示す実施形態及び変形形態１の劣化検知・劣化警告処理とほぼ同じであるが、ステップＳＳ１ｂ，ＳＳ２ｂが異なるので、これらについて説明する。
エンジンＥＮＧの始動をさせると、マイクロプロセッサ５０が起動し、ステップＳＳ１ｂでは、マイクロプロセッサ５０に記憶されていた第１差電圧ＳＶｓ１（あるいは第１インピーダンス差ＳＲｉｖｓ）を読み出す。
【０１１４】
続くステップＳＳ２ｂでは、第１差電圧ＳＶｓ１（あるいは第１インピーダンス差ＳＲｉｖｓ）が、第３しきい値ＴＨ３以上となった（ＳＶｓ１≧ＴＨ３）か否かを判定する(あるいは、ＳＲｉｖｓ≧ＴＨ３’か否かを判定する）。ここでＮｏの場合には、ステップＳＳ５で、ＥＣＵ１００において通常のエンジン駆動処理が行われ、劣化警告ランプの点灯も行わない。一方、ステップＳＳ２ｂにおいてＹｅｓ、即ち、ＳＶｓ１≧ＴＨ３(あるいは、Ｒｉｖｓ≧ＴＨ３’）の場合には、ステップＳＳ３に進み、ＥＣＵ１００へガスセンサ２の劣化異常を通知する。
なお、上述のステップＳＳ２ｂも劣化判定手段に相当する。
【０１１５】
実施形態及び変形形態１でも説明したように、起電力セル２０のセルインピーダンスＲｖｓは、測定室内ガスＥＧＳの酸素濃度の違いのほか、排気ガスＥＧの温度などの外乱要因によっても影響される。
本変形形態２の制御装置１Ｂでも、劣化開始時セル電圧Ｖｓ０Ｄと劣化第１セル電圧Ｖｓ１Ｄとの差電圧である０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄに基づいて、ガスセンサの劣化を判定するので、外乱要因による影響をキャンセルして、劣化の判定を行うことができ、より適切に劣化の有無や程度を判定することができる。
しかも、１つの第１電流パルスのうち、開始時刻ｔ０における開始時セル電圧Ｖｓ０Ｄと、比較的時間経過の長い第１時刻ｔ１（＝５０００μｓｅｃ）における第１セル電圧Ｖｓ１Ｄとの間の０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄに基づく第１差電圧ＳＶｓ１を判定に用いるので、低周波領域におけるセルインピーダンスの劣化によるセル電圧の変化が反映されやすく、この点からも、より適切に劣化の有無や程度を判定することができる。
さらに、劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄから新品０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｎを差し引いて、第１差電圧ＳＶｓ１を得るので、個々のガスセンサ２における新品０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｎ（従って、新品第１セル電圧Ｖｓ１Ｎ）のばらつきをキャンセルでき、劣化によって生じた起電力セル２０のセルインピーダンスの増加分が明確になり、より適切に劣化の有無や程度を判定することができる。
【０１１６】
さらに本変形形態２でも、実施形態（図８参照）及び変形形態１（図１４参照）と同様に、ガス検出信号Ｖｉｐを補正するが、ステップＳＴ２ｂにおいて、先に取得した第１差電圧ＳＶｓ１（あるいは第１インピーダンス差ＳＲｉｖｓ）を用いて、ガス検出信号Ｖｉｐを補正する点で異なる（図１８参照）。即ち、ステップＳＴ２ｂでは、ガス検出信号Ｖｉｐの出力に先立ち、ガス検出信号Ｖｉｐを、劣化第１セル電圧Ｖｓ１Ｄに基づく量である、第１差電圧ＳＶｓ１（あるいは第１インピーダンス差ＳＲｉｖｓ）を用いて補正する。具体的には、例えば、第１差電圧ＳＶｓ１（あるいは第１インピーダンス差ＳＲｉｖｓ）と取得したガス検出信号Ｖｉｐとから、補正済のガス検出信号Ｖｉｐが得られるテーブルを予め作成しておき、これを用いて、補正済のガス検出信号Ｖｉｐを取得する。なお、上述のステップＳＴ２ｂも、ポンプ電流補正手段に相当する。
【０１１７】
加えて、本変形形態２のガスセンサの制御装置１Ｂでも、実施形態（図９，図１０参照）及び変形形態１（図１５，図１０参照）と同じく、補正した目標差電圧ΔＶｓｔｇを用いてヒータ制御を行う（図１０参照）が、ステップＳＵ１ｂにおいて、第１差電圧ＳＶｓ１（あるいは第１インピーダンス差ＳＲｉｖｓ）で目標差電圧ΔＶｓｔｇ（あるいは目標インピーダンスＲｔｇ）の補正を行う（図１９参照）点で異なる。即ち、本変形形態２では、ステップＳＵ１ｂにおいて、第１差電圧ＳＶｓ１（あるいは第１インピーダンス差ＳＲｉｖｓ）で補正された、補正済の目標差電圧ΔＶｓｔｇ（あるいは目標インピーダンスＲｔｇ）を得る。そして、この補正済の目標差電圧ΔＶｓｔｇ（あるいは目標インピーダンスＲｔｇ）を用いて、実施形態と同様に、ヒータ制御を行う（図１０参照）。
【０１１８】
以上において、本発明のガスセンサ制御装置を、実施形態及び変形形態１，２に即して説明したが、本発明は上述の実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態等では、ガスセンサ２として、排気ガスＥＧ中の酸素濃度（空燃比）を検出する空燃比センサに本発明を適用した例を示したが、「ガスセンサ」は、空燃比センサに限られず、窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検出するＮＯｘセンサなどであっても良い。
また、ガスセンサは排気管に装着されるものに限定されず、ＥＧＲ装置を備えるエンジンの吸気管に装着されて、吸気ガス中の酸素濃度を検出するガスセンサに本発明を適用しても良い。
【０１１９】
また、実施形態等では、ヒータ部４の温度制御に当たり、目標差電圧ΔＶｓｔｇ（あるいは目標インピーダンスＲｔｇ）を補正した（ステップＳＵ１参照）が、これに代えて、目標差電圧ΔＶｓｔｇ（あるいは目標インピーダンスＲｔｇ）は変えず、例えば１００ｍｓｅｃ毎に、第３セルインピーダンスＲｐｖｓを取得するたびに、これを、２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄ、劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄ、第１差電圧ＳＶｓ１などで補正し、補正済の第３セルインピーダンスＲｐｖｓを用いてヒータ部４の温度制御を行っても良い。さらに、実施形態等では、ガスセンサ２の劣化の有無を判断し、劣化を検知した場合には、ガス検出信号Ｖｉｐの補正、及びヒータ温度制御の補正の双方を行うようにした例を示した。しかし、ガスセンサ２の劣化を検知した場合に、ガス検出信号Ｖｉｐの補正及びヒータ温度制御の補正のうち、一方のみ行うようにしても良い。
【０１２０】
また、実施形態では、２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄ、劣化０−１差電圧ΔＶｓ０１Ｄ、第１差電圧ＳＶｓ１などを検知し記憶するタイミングを、車両の運行を終えて、運転者がキースイッチをＯＦＦにした後で、起電力セル電圧Ｖｓがストイキ時電圧Ｖｓｓであるタイミングとした（図５，図１１，図１６、ステップＳ２〜Ｓ５参照）。しかし、２−１差電圧ＤＶｓ２１Ｄ等を検知するタイミングとしては、起電力セル電圧Ｖｓがストイキ時電圧Ｖｓｓであるタイミングの中で、適宜設定すれば良い。
【０１２１】
また、実施形態等では、ガスセンサ制御装置１等をＥＣＵ１００とは別体とする態様を示した（図１参照）が、本発明の「ガスセンサ制御装置」はこれに限られない。例えば、実施形態のガスセンサ制御装置１における機能部品（具体的には、センサ制御回路６０、ヒータ制御回路７０、マイクロプロセッサ５０）をＥＣＵ１００内に設置し、このＥＣＵ１００にガスセンサ２を接続する態様、即ち、ＥＣＵ１００を「ガスセンサ制御装置」として兼用させる態様としても良い。
【符号の説明】
【０１２２】
１ ，１Ａ，１Ｂ ガスセンサ制御装置(ガスセンサの制御装置)
２  ガスセンサ
３  センサ部
３Ｓ  測定室
４  ヒータ部（ヒータ）
１０  ポンプセル
１１  電解質層（第２固体電解質体）
１２  外側電極（ポンプ電極）
１３  第２測定室電極
２０  起電力セル
２１  電解質層（第１固体電解質体）
２２  第１測定室電極
２３  基準電極
２４  基準酸素室
Ｉｐ  ポンプ電流
Ｖｓ  起電力セル電圧
Ｖｓｓ  （測定室内ガスがストイキ状態であるときの起電力セル電圧である）ストイキ時電圧
Ｖｓ１Ｎ  （第１時刻ｔ１における、新品の起電力セル電圧である）新品第１セル電圧
Ｖｓ２Ｎ  （第２時刻ｔ２における、新品の起電力セル電圧である）新品第２セル電圧
Ｖｓ０Ｎ  （開始時刻ｔ０における、新品の起電力セル電圧である）新品開始時セル電圧
Ｖｓ１Ｄ  （第１時刻ｔ１における、劣化品の起電力セル電圧である）劣化第１セル電圧（第１セル電圧）
Ｖｓ２Ｄ  （第２時刻ｔ２における、劣化品の起電力セル電圧である）劣化第２セル電圧
Ｖｓ０Ｄ  （開始時刻ｔ０における、劣化品の起電力セル電圧である）劣化開始時セル電圧
Ｖｓ０  （開始時刻ｔ０における、起電力セル電圧である）開始時セル電圧
Ｖｓ３  （第３時刻ｔ３における起電力セル電圧である）第３セル電圧
ΔＶｓ  差電圧
ΔＶｓｔｇ  目標差電圧（ヒータ制御手段の目標値）
ΔＶｓ０１Ｎ  （第１セル電圧Vs1Nと開始時セル電圧Vs0Nとの）新品０−１差電圧
ΔＶｓ０２Ｎ  （第２セル電圧Vs2Nと開始時セル電圧Vs0Nとの）新品０−２差電圧
ΔＶｓ０１Ｄ  （第１セル電圧Vs1Dと開始時セル電圧Vs0Dとの）劣化０−１差電圧
ΔＶｓ０２Ｄ  （第２セル電圧Vs2Dと開始時セル電圧Vs0Dとの）劣化０−２差電圧
ΔＶｓ０３  （第３セル電圧Vs3Dと開始時セル電圧Vs0Dとの）０−３差電圧
ＤＶｓ２１Ｄ  （第１セル電圧Vs1Dと第２セル電圧Vs2Dとの）２−１差電圧
ＳＶｓ１  （第１セル電圧Vs1Dと新品第１セル電圧Vs1Nとの）第１差電圧
ＳＶｓ２  （第２セル電圧Vs2Dと新品第２セル電圧Vs2Nとの）第２差電圧
Ｒｖｓ  セルインピーダンス
Ｒｉｖｓ，ＲｉｖｓＮ，ＲｉｖｓＤ  （起電力セルの第１時刻ｔ１における）第１セルインピーダンス
ＲｉｖｓＮ  新品第１セルインピーダンス
ＲｉｖｓＤ  劣化第１セルインピーダンス
Ｒｐｖｓ，ＲｐｖｓＮ，ＲｐｖｓＤ  （起電力セルの第２時刻ｔ２における，第３時刻ｔ３における）第２セルインピーダンス，第３セルインピーダンス
ＲｐｖｓＮ  新品第２セルインピーダンス
ＲｐｖｓＤ  劣化第２セルインピーダンス
ΔＲｖｓ  （起電力セルの第２時刻ｔ２におけるセルインピーダンスRpvsDと、第１時刻ｔ１におけるセルインピーダンスRivsDとの）２−１インピーダンス差
ＳＲｉｖｓ  （起電力セルの第１時刻ｔ１における、新品セルインピーダンスRivsNと劣化セルインピーダンスRivsDとの）第１インピーダンス差
ＤＶｓ２１Ｄ，ΔＶｓ０１Ｄ，ＳＶｓ１，ΔＲｖｓ，ＲｉｖｓＤ，ＳＲｉｖｓ  第１セル電圧に基づく量
Ｖｉｐ  ガス検出信号（酸素濃度信号、ポンプ電流に対応した量）
５０  マイクロプロセッサ
６０  センサ制御回路（電流制御手段、第１検知手段、第２検知手段）
７０  ヒータ制御回路
８１，８２，８３  接続配線
ｔ０  開始時刻
ｔ１  第１時刻
ｔ２  第２時刻
ｔ３  第３時刻
ＥＮＧ  エンジン
ＥＰ  排気管
ＥＧ  排気ガス（被測定ガス）
ＥＧＳ  測定室内ガス
ＲＧ  基準ガス
１００  ＥＣＵ
Ｖｒｆ  目標電圧
ＴＨ１  第１しきい値
ＴＨ２  第２しきい値
ＴＨ３  第３しきい値）
Ｒｔｇ  目標インピーダンス（ヒータ制御手段の目標値）
Ｓ９２  第１検知手段
Ｓ８  第２検知手段
Ｓ７  初期検知手段
Ｓ５  検知指示手段
ＳＳ２，ＳＳ２ａ，ＳＳ２ｂ  劣化判定手段
ＳＳ３，ＳＳ４  劣化警告手段
ＳＴ２，ＳＴ２ａ，ＳＴ２ｂ  ポンプ電流補正手段
ＳＴ３ 出力手段
ＳＶ１ 第３検知手段
ＳＶ２ ヒータ制御手段
ＳＵ１，ＳＵ１ａ，ＳＵ１ｂ  ヒータ制御補正手段
【図１】
0006700910.tif 000002
【図２】
0006700910.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0006700910.tif 000007
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
0006700910.tif 000019
【図１９】
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