(57)【要約】【課題】ガスセンサの検出精度を向上することである。【解決手段】ポンプセル１ａへの印加電圧を、現在の印加電圧よりも高電圧側で掃引し、センサセルが出力するＮＯｘ　濃度検出信号がポンプセル１ａにおけるＮＯｘ　の分解で急変する点を検出する急変点検出手段２８と、検出急変点に基づいてポンプセル１ａへの印加電圧を補正する印加電圧補正手段２８とを具備せしめることで、ガスセンサ１の劣化によるセル１ａ，１ｂ，１ｃの内部抵抗の変化で急変点が変動しても、ポンプセル１ａへの印加電圧が正常にＮＯｘ　濃度を検出可能な電圧域に調整されるようにする。【選択図】　　　　図１
2004138432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガスが所定の拡散抵抗の元で導入されるチャンバーのチャンバー壁の一部を酸素導電性の固体電解質材により構成するとともに、該固体電解質材に１対の電極を一方の電極がチャンバー内に臨むように形成して固体電解質材と１対の電極とでセルをなし、
該セルとして、１対の電極間に電圧を限界電流域で印加することにより、被測定ガス中の酸素をチャンバー内から排出するポンプセルと、チャンバー内の特定ガスの濃度に応じて特定ガス検出信号を出力するセンサセルとを有するガス濃度検出装置において、
ポンプセルへの印加電圧を、現時点の印加電圧よりも高電圧側で掃引し、特定ガス検出信号が急変する点を検出する急変点検出手段と、
検出急変点に基づいてポンプセルへの印加電圧を補正する印加電圧補正手段とを具備せしめたことを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項２】
被測定ガスが所定の拡散抵抗の元で導入されるチャンバーのチャンバー壁の一部を酸素導電性の固体電解質材により構成するとともに、該固体電解質材に１対の電極を一方の電極がチャンバー内に臨むように形成して固体電解質材と１対の電極とでセルをなし、
該セルとして、１対の電極間に電圧を限界電流域で印加することにより、被測定ガス中の酸素をチャンバー内から排出するポンプセルと、特定ガスの濃度に応じた量の酸素を限界電流域でチャンバー内から排出するセンサセルとを有するガス濃度検出装置において、
センサセルへの印加電圧を、現時点の印加電圧よりも高電圧側で掃引し、センサセルに流れる電流が急変する点を検出する急変点検出手段と、
検出急変点に基づいてセンサセルへの印加電圧を補正する印加電圧補正手段とを具備せしめたことを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項３】
被測定ガスが所定の拡散抵抗の元で導入されるチャンバーのチャンバー壁の一部を酸素導電性の固体電解質材により構成するとともに、該固体電解質材に１対の電極を一方の電極がチャンバー内に臨むように形成して固体電解質材と１対の電極とでセルをなし、
該セルとして、１対の電極間に電圧を限界電流域で印加することにより、被測定ガス中の酸素をチャンバー内から排出するポンプセルと、特定ガスの濃度に応じた量の酸素を限界電流域でチャンバー内から排出するセンサセルとを有するガス濃度検出装置において、
ポンプセルへの印加電圧を、現時点の印加電圧よりも高電圧側で掃引し、センサセルに流れる電流が急変する点を検出する第１の急変点検出手段と、
該第１の急変点検出手段により検出された急変点に基づいてポンプセルへの印加電圧を補正する第１の印加電圧補正手段と、
センサセルへの印加電圧を、現時点の印加電圧よりも高電圧側で掃引し、センサセルに流れる電流が急変する点を検出する第２の急変点検出手段と、
該第２の急変点検出手段により検出された急変点に基づいてセンサセルへの印加電圧を補正する第２の印加電圧補正手段とを具備せしめたことを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項４】
請求項１または３いずれか記載のガス濃度検出装置において、前記特定ガスはＮＯｘ　であり、
前記印加電圧補正手段は、前記急変点を前記ポンプセルのＮＯｘ　分解開始電圧とみなして、前記ポンプセル印加電圧がＮＯｘ　分解電圧よりも所定の電圧だけ低電圧側となるように前記ポンプセル印加電圧を補正するガス濃度検出装置。
【請求項５】
請求項２または３いずれか記載のガス濃度検出装置において、前記特定ガスはＮＯｘ　であり、
前記印加電圧補正手段は、前記急変点をＨ２　Ｏ分解開始電圧とみなして、これよりも所定の電圧だけ低電圧側となるように前記センサセル印加電圧を補正するガス濃度検出装置。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれか記載のガス濃度検出装置において、前記急変点検出手段は、印加電圧を所定の刻み幅で高電圧側に段階的に加算するとともに、前記刻み幅の印加電圧の変化に対する特定ガス検出信号若しくはセンサセル電流の変化が予め設定した規定値を所定方向に越えたか否かを判定し、肯定判断されたときの印加電圧値に基づいて急変点を判ずるように設定したガス濃度検出装置。
【請求項７】
請求項６記載のガス濃度検出装置において、前記急変点検出手段は、前記肯定判断が連続する回数をカウントし、カウント回数が予め設定した規定回数を越えると、前記急変点に達したものとするように設定したガス濃度検出装置。
【請求項８】
請求項１ないし７いずれか記載のガス濃度検出装置において、所定条件のときに前記急変点検出手段を非作動とする検出禁止手段を具備せしめたガス濃度検出装置。
【請求項９】
請求項８記載のガス濃度検出装置において、前記ガスセンサは、内燃機関から排出される排気ガスを被測定ガスとするものであり、
前記検出禁止手段は、内燃機関の運転状態が予め設定した所定の状態か否かを判定し、否定判断されると、前記急変点検出手段を非作動とするように設定したガス濃度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス濃度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスセンサは種々の分野で用いられており、例えば、内燃機関の排気管に設けられて、内燃機関本体から排出される排気ガス中の酸素等の特定ガスの濃度を検出して、その検出信号を機関本体各部の制御に供するようになっている。
【０００３】
内燃機関用のガスセンサは、今日、ジルコニア等の酸素イオン導電性の固体電解質材を用いたものが一般的である。例えば、被測定ガスが存在するガスセンサ外部とガスセンサ内部のチャンバーとで酸素が所定の拡散抵抗の元で行き来可能とし、チャンバー壁の一部を構成する固体電解質材に１対の電極を形成して、特定ガスを検出するためのセルとしたものが知られている。
【０００４】
セルは、電極間に直流の電圧を印加すると、電極位置にて酸素が分解してイオン化して固体電解質材中を移動するので、チャンバー内の酸素を汲み出し又は汲み込むポンプセルとなる。図２２にポンプセルにおける、印加電圧（以下、適宜、ポンプセル電圧という）Ｖｐ　に対する、ポンプセルに流れる電流（以下、適宜、ポンプセル電流という）Ｉｐ　の特性を示す。ポンプセル電圧Ｖｐ　が低電圧側では、ポンプセル電流Ｉｐ　は０からポンプセル電圧Ｖｐ　に応じて上昇する。ここで、ポンプセル電流Ｉｐ　がポンプセル電圧Ｖｐ　に応じて上昇する傾向となるのは、この電圧域では、チャンバ内に所定の拡散抵抗の元で導入される被測定ガス中の酸素の分解能力が不足するために、被測定ガスの酸素濃度よりもポンプセルの内部抵抗がポンプセル電流Ｉｐ　を規定するためである。一方、ポンプセル電圧Ｖｐ　がさらに上昇すると、酸素分解能力が十分で、チャンバ内に所定の拡散抵抗の元で導入される被測定ガス中の酸素の流量とチャンバーから排出される酸素流量とがバランスし、被測定ガスの酸素濃度がポンプセル電流Ｉｐ　を規定することになる。すなわち、ポンプセル電圧Ｖｐ　の変化に対してポンプセル電流Ｉｐ　が変化しない限界電流域が生じる。ポンプセルをこの限界電流域で作動させることで、ポンプセル電流Ｉｐ　から酸素濃度が知られる。
【０００５】
なお、ポンプセルの内部抵抗がポンプセル電流Ｉｐ　を規定する低電圧側の電圧域では、ポンプセル電圧Ｖｐ　が低いほど酸素分解能力が不足してチャンバ内により多くの酸素が残留する（以下、この電圧域を適宜、残留電圧域という）。また、高電圧側には、後述するＮＯｘ　分解電圧域があり、これらの電圧域に挟まれた範囲が、正常に酸素濃度を検出することができる電圧域（以下、適宜、正常検出電圧域という）である。
【０００６】
また、ガスセンサにはＮＯｘ　やＣＯ、ＨＣを特定ガスとして検出可能としたものもある。例えばＮＯｘ　の検出用のものでは、前記ポンプセルとともに別のセルを設け、チャンバー内に臨むこの別のセルの電極を、ＮＯｘ　に対し還元活性な貴金属により構成し、ＮＯｘ　の分解により発生する酸素を検出することで、ＮＯｘ　の濃度が知られるようにしている（以下、この別のセルをセンサセルという）。ＮＯｘ　の検出方法としては、例えば次のようなものがある。ポンプセルと同様に、電極間に直流の電圧を印加し、チャンバー内の酸素を排出するようにする。
【０００７】
図２３はかかるセンサセルにおける、印加電圧（以下、適宜、センサセル電圧という）Ｖｓ　に対する、センサセルに流れる電流（以下、適宜、センサセル電流という）Ｉｓ　の特性を示すものである。前記ポンプセルと同等の傾向の特性を示し、低電圧の電圧域では、内部抵抗がセンサセル電流Ｉｓ　を規定し、さらにセンサセル電圧Ｖｓ　を上昇させると、限界電流域となる。内部抵抗がセンサセル電流Ｉｓ　を規定する低電圧の電圧域では、チャンバ内に酸素やＮＯｘ　に対する分解能力が不足し、酸素やＮＯｘ　が多量に残留する（以下、この電圧域を、適宜、残留電圧域という）。高電圧側には、ＮＯｘ　よりも低活性のＨ２　Ｏを分解する電圧域（以下、適宜、低活性ガス分解電圧域若しくはＨ２　Ｏ分解電圧域という）がある。これらの電圧域に挟まれた範囲が、正常にＮＯｘ　濃度を検出することができる電圧域（以下、適宜、正常検出電圧域という）である。正常検出電圧域は限界電流域であり、センサセル電流Ｉｓ　が、チャンバー内の残留酸素濃度およびＮＯｘ　濃度に応じた電流となる。
【０００８】
直流の電圧を印加して酸素やＮＯｘ　等のガスを分解して該ガスをチャンバ内から排出するセルはこのような特性を有しており、チャンバ内に残留する酸素は、検出対象のＮＯｘ　に対し、酸素が検出精度を低下させる妨害ガスとなる。したがって、チャンバー内の酸素はポンプセルにより排出して、チャンバー内に残留酸素があまり残らないようにしなければならない。なお、３セル構造のものでは、センサセルと同等の構造でチャンバー内に臨む電極にＮＯｘ　に不活性なものを用いたモニタセルを設けたものがある。
【０００９】
図２４には、この３セル構造のガスセンサにおける、所定の酸素濃度のときの、ポンプセル電圧Ｖｐ　に対する各セルの電流を示す。ポンプセル電流Ｉｐ　、センサセル電流Ｉｓ　、さらに前記モニタセルに流れる電流（以下、適宜、モニタセル電流という）Ｉｍ　を示している。なお、ポンプセル電流Ｉｐ　と、センサセル電流Ｉｓ　、モニタセル電流Ｉｍ　とではスケールは異なる。このガスセンサの検出原理は、センサセル電流Ｉｓ　とモニタセル電流Ｉｍ　との差分（Ｉｓ　−Ｉｍ　）の演算により、残留酸素の影響を相殺して、ＮＯｘ　濃度検出を可能としたことにある。しかしながら、排気ガスを被測定ガスとするものの場合、センサセルに流れる電流のうち、ＮＯｘ　の分解に基因した分はｎＡのオーダであり、チャンバ内残留酸素の排出による分はｍＡオーダであるので、残留酸素がＮＯｘ　の検出精度に影響するのは否めない。すなわち、残留電圧域では、残留酸素が多い分、センサセル電流Ｉｓ　、モニタセル電流Ｉｍ　が大きく、ｎＡオーダの、ＮＯｘ　に基因した電流を抽出することができない。
【００１０】
また、次の問題もある。ポンプセル電圧Ｖｐ　が高すぎると、ポンプセルで酸素を分解、排出するだけではなく、特定ガスであるＮＯｘ　を分解してしまう（以下、この電圧域を適宜、特定ガス分解電圧域若しくはＮＯｘ　分解電圧域という）。これは、センサセル電流Ｉｓ　を減らすように働くから、センサセル電流Ｉｓ　が、ポンプセルにおけるＮＯｘ　の分解の分、モニタセル電流Ｉｍ　側に接近し、モニタセル電流Ｉｍ　と略同等の微小電流となってしまう。差分（Ｉｓ　−Ｉｍ　）にＮＯｘ　濃度が適正に反映されず、検出誤差が増大する。
【００１１】
このように、ポンプセル電圧Ｖｐ　が適正値にないと特定ガスの検出精度を低下させる。
【００１２】
ここで、残留電圧域は酸素分解能力が不足している領域であるから、酸素分解能力が要求される酸素濃度の高濃度側では、比較的、高電圧側に位置する。また、特定ガス分解電圧域は酸素分解能力の過剰によるものであるから、酸素分解能力をさほど要求されない酸素の低濃度域では、比較的低電圧側に位置する。排気ガスのような、酸素濃度がリーン側へ、またリッチ側へと大きく変化するガスが被測定ガスとなるものでは、同じポンプセル電圧Ｖｐ　のとき、酸素濃度が高濃度側では、残留電圧域に対して余裕がなく、低濃度側では、特定ガス分解電圧域に対して余裕がない。すなわち、残留電圧域と特定ガス分解電圧域とで挟まれた、正常なガス濃度の検出が可能な正常検出電圧域が酸素濃度が低濃度のときには低電圧側にシフトし、高濃度のときには高電圧側にシフトする。
【００１３】
そこで、検出されたポンプセル電流Ｉｐ　に応じてポンプセル電圧Ｖｐ　を制御するものがある（例えば、特許文献１参照）。この技術では、ポンプセル電流Ｉｐ　が大きいほど高いポンプセル電圧Ｖｐ　が与えられるような印加電圧線を記憶しておき、該印加電圧線にしたがってポンプセル電圧Ｖｐ　を制御する。この技術によれば、酸素濃度の変化によって正常検出電圧域がシフトしても、これに追随してポンプセル電圧Ｖｐ　が適正化される。図２２中に、この印加電圧線を示す。印加電圧線は残留電圧域の特性線の傾きを考慮して、したがって、内部抵抗を考慮して設定されている。
【００１４】
【特許文献１】
特開２０００−１７１４３９
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記内部抵抗が異なれば適正な印加電圧線も異なるから、この内部抵抗がガスセンサの劣化により変化すると、印加電圧線がそのポンプセルの特性と整合せず、検出精度を低下させるおそれがある。図２５のポンプセル特性は劣化前のポンプセルの作動特性とともに劣化時の作動特性を示すもので、一点鎖線が劣化時である。この例では、内部抵抗が増大して酸素分解能力が減じられる分、ＮＯｘ　分解電圧域も高電圧側にシフトする。印加電圧線上に残留電圧域が位置する場合が生じている。
【００１６】
また、センサセルでも内部抵抗の変化で正常検出電圧域がシフトするから、センサセルにおける内部抵抗の変化がＮＯｘ　濃度の検出精度に影響する。図２６は、劣化前のセンサセルの特性（実線）とともに、内部抵抗が小さくなった場合（二点鎖線）と内部抵抗が大きくなった場合（一点鎖線）とを併せて示している。内部抵抗が大きくなれば、酸素やＮＯｘ　の分解能力が不足して、残留電圧域が高電圧側にシフトする。センサセル電圧が残留電圧域に入れば、ＮＯｘ　を高精度に検出することができない。また、内部抵抗が小さくなれば、ＮＯｘ　分解能力が過剰になって、Ｈ２　Ｏ分解電圧域が低圧側にシフトする。センサセル電圧がＨ２　Ｏ分解電圧域に入れば、Ｈ２　Ｏの分解で発生する酸素の分、ＮＯｘ　の検出誤差となる。
【００１７】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、ガスセンサが劣化しても、特定ガスの検出精度を高精度に保つことのできるガス濃度検出装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、被測定ガスが所定の拡散抵抗の元で導入されるチャンバーのチャンバー壁の一部を酸素導電性の固体電解質材により構成するとともに、該固体電解質材に１対の電極を一方の電極がチャンバー内に臨むように形成して固体電解質材と１対の電極とでセルをなし、
該セルとして、１対の電極間に電圧を限界電流域で印加することにより、被測定ガス中の酸素をチャンバー内から排出するポンプセルと、チャンバー内の特定ガスの濃度に応じて特定ガス検出信号を出力するセンサセルとを有するガス濃度検出装置において、
ポンプセルへの印加電圧を、現時点の印加電圧よりも高電圧側で掃引し、特定ガス検出信号が急変する点を検出する急変点検出手段と、
検出急変点に基づいてポンプセルへの印加電圧を補正する印加電圧補正手段とを具備せしめる。
【００１９】
ポンプセルへの印加電圧を掃引して特定ガス分解電圧域に入るとチャンバー内の特定のガスの濃度が変化する。これにより、特定ガス検出信号が急変する。急変点より、特定ガス分解電圧域がどれだけ変動したかが知られる。この変動の大きさは内部抵抗の変化によるものであり、正常検出電圧域の変動の大きさとみなせる。検出急変点に基づいてポンプセルへの印加電圧を補正することで、印加電圧を、ガスセンサ劣化後の正常検出電圧域に入れることができる。これにより、高い検出精度を維持することができる。
【００２０】
請求項２記載の発明では、被測定ガスが所定の拡散抵抗の元で導入されるチャンバーのチャンバー壁の一部を酸素導電性の固体電解質材により構成するとともに、該固体電解質材に１対の電極を一方の電極がチャンバー内に臨むように形成して固体電解質材と１対の電極とでセルをなし、
該セルとして、１対の電極間に電圧を限界電流域で印加することにより、被測定ガス中の酸素をチャンバー内から排出するポンプセルと、特定ガスの濃度に応じた量の酸素を限界電流域でチャンバー内から排出するセンサセルとを有するガス濃度検出装置において、
センサセルへの印加電圧を、現時点の印加電圧よりも高電圧側で掃引し、センサセルに流れる電流が急変する点を検出する急変点検出手段と、
検出急変点に基づいてセンサセルへの印加電圧を補正する印加電圧補正手段とを具備せしめる。
【００２１】
センサセル印加電圧を掃引して、特定ガスよりも低活性のガスの分解電圧域に入ると、チャンバー内の酸素濃度が急に変化する。これにより、センサセル電流が急変する。急変点より、低活性ガス分解電圧域がどれだけ変動したかが知られる。検出急変点に基づいてセンサセル印加電圧を補正することで、センサセル印加電圧が、ガスセンサ劣化後の正常検出電圧域に入る。これにより、高い検出精度を維持することができる。
【００２２】
請求項３記載の発明では、被測定ガスが所定の拡散抵抗の元で導入されるチャンバーのチャンバー壁の一部を酸素導電性の固体電解質材により構成するとともに、該固体電解質材に１対の電極を一方の電極がチャンバー内に臨むように形成して固体電解質材と１対の電極とでセルをなし、
該セルとして、１対の電極間に電圧を限界電流域で印加することにより、被測定ガス中の酸素をチャンバー内から排出するポンプセルと、特定ガスの濃度に応じた量の酸素を限界電流域でチャンバー内から排出するセンサセルとを有するガス濃度検出装置において、
ポンプセルへの印加電圧を、現時点の印加電圧よりも高電圧側で掃引し、センサセルに流れる電流が急変する点を検出する第１の急変点検出手段と、
該第１の急変点検出手段により検出された急変点に基づいてポンプセルへの印加電圧を補正する第１の印加電圧補正手段と、
センサセルへの印加電圧を、現時点の印加電圧よりも高電圧側で掃引し、センサセルに流れる電流が急変する点を検出する第２の急変点検出手段と、
該第２の急変点検出手段により検出された急変点に基づいてセンサセルへの印加電圧を補正する第２の印加電圧補正手段とを具備せしめる。
【００２３】
ポンプセルへの印加電圧を掃引して特定ガス分解電圧域に入るとチャンバー内の特定のガスの濃度が変化する。これにより、センサセル電流が急変する。急変点より、特定ガス分解電圧域がどれだけ変動したかが知られる。この変動の大きさは内部抵抗の変化によるものであり、正常検出電圧域の変動の大きさとみなせる。検出急変点に基づいてポンプセルへの印加電圧を補正することで、印加電圧を、ガスセンサ劣化後の正常検出電圧域に入れることができる。
【００２４】
また、センサセル印加電圧を掃引して、特定ガスよりも低活性のガスの分解電圧域に入ると、チャンバー内の酸素濃度が急に変化する。これにより、センサセル電流が急変する。急変点より、低活性ガス分解電圧域がどれだけ変動したかが知られる。検出急変点に基づいてセンサセル印加電圧を補正することで、センサセル印加電圧が、ガスセンサ劣化後の正常検出電圧域に入る。
【００２５】
これにより、高い検出精度を維持することができる。
【００２６】
請求項４記載の発明では、請求項１または３の発明の構成において、前記特定ガスはＮＯｘ　であり、
前記印加電圧補正手段は、前記急変点を前記ポンプセルのＮＯｘ　分解開始電圧とみなして、前記ポンプセル印加電圧がＮＯｘ　分解電圧よりも所定の電圧だけ低電圧側となるように前記ポンプセル印加電圧を補正する構成とする。
【００２７】
ポンプセルへの印加電圧を特定ガスであるＮＯｘ　の分解開始電圧に対して所定電圧低くすることで、印加電圧を、ＮＯｘ　の分解開始電圧の変動すなわち内部抵抗の変動に対して適正値を維持することができる。所定電圧は、ＮＯｘ　の分解開始電圧に対する余裕度等を考慮して設定する。
【００２８】
請求項５記載の発明では、請求項２または３の発明の構成において、前記特定ガスはＮＯｘ　であり、
前記印加電圧補正手段は、前記急変点をＨ２　Ｏ分解開始電圧とみなして、これよりも所定の電圧だけ低電圧側となるように前記センサセル印加電圧を補正する構成とする。
【００２９】
センサセルへの印加電圧を、センサセルが検出しようとするＮＯｘ　よりも低活性のＨ２　Ｏの分解開始電圧に対して所定電圧低くすることで、印加電圧を、Ｈ２　Ｏの分解開始電圧の変動すなわち内部抵抗の変動に対して適正値を維持することができる。所定電圧は、Ｈ２　Ｏの分解開始電圧に対する余裕度等を考慮して設定する。
【００３０】
請求項６記載の発明では、請求項１ないし５の発明の構成において、前記急変点検出手段は、印加電圧を所定の刻み幅で高電圧側に段階的に加算するとともに、前記刻み幅の印加電圧の変化に対する特定ガス検出信号若しくはセンサセル電流の変化が予め設定した規定値を所定方向に越えたか否かを判定し、肯定判断されたときの印加電圧値に基づいて急変点を判ずるように設定する。
【００３１】
簡単な制御で急変点が得られるので、構成を簡略化することができる。
【００３２】
請求項７記載の発明では、請求項６の発明の構成において、前記急変点検出手段は、前記肯定判断が連続する回数をカウントし、カウント回数が予め設定した規定回数を越えると、前記急変点に達したものとするように設定する。
【００３３】
図２４、図２５より知られるように、正常検出電圧域から一旦、残留電圧域や特定ガス分解電圧域、低活性ガス分解電圧域に入ると、電圧変化幅に応じて残留酸素量は増大し、特定ガスや低活性ガスの分解量は増大する。したがって、前記肯定判断が連続する回数に応じて急変点の検出精度を高め、誤検出を防止することができる。
【００３４】
請求項８記載の発明では、請求項１ないし７の発明の構成において、所定条件のときに前記急変点検出手段を非作動とする検出禁止手段を具備せしめる。
【００３５】
酸素や特定ガスを含む各成分ガスの濃度や、ガスセンサの温度状態が一定していることを所定条件とすれば、印加電圧の掃引中に被測定ガスの成分ガスの濃度が変化して、これを急変点と誤判断することを防止することができる。これにより、さらに検出精度の高精度化を図ることができる。
【００３６】
請求項９記載の発明では、請求項８の発明の構成において、前記ガスセンサは、内燃機関から排出される排気ガスを被測定ガスとするものであり、
前記検出禁止手段は、内燃機関の運転状態が予め設定した所定の状態か否かを判定し、否定判断されると、前記急変点検出手段を非作動とするように設定する。
【００３７】
内燃機関の運転状態の所定状態を、定常走行状態のように排気ガスの状態が一定している状態とすれば、特定ガスの濃度や、ガスセンサの温度状態が変動しやすい排気ガス用のガス濃度検出装置に本発明を好適に適用することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に本発明のガス濃度検出装置を示す。本実施形態は自動車の内燃機関用に適用したものとして説明する。
【００３９】
ガスセンサ１は例えばエンジンから排出される被測定ガスである排気ガスが流通する排気管に設けられ、車室側に設けられたガスセンサ１の制御回路２と配線用のケーブルにより接続される。制御回路を構成するマイクロコンピュータ２８では、ガスセンサ１からの各信号に基づいて排気ガス中の酸素濃度およびＮＯｘ　濃度（以下、適宜、ガス濃度という）を演算処理し、その結果を出力する。
【００４０】
ガスセンサ１は図２、図３、図４に示すように、ジルコニア等の酸素イオン導電性の固体電解質材である固体電解質層１１１，１１２、アルミナ等の絶縁材料からなる絶縁層１１３，１１４、アルミナ等の絶縁材料やジルコニア等の固体電解質材からなる層１１５等が板厚方向に積層する積層構造を有し、面方向に細長の全体形状が与えられている。固体電解質層１１１，１１２で挟まれた絶縁層１１４は一部が板厚方向に打ち抜かれており、固体電解質層１１１，１１２の間に、絞り部１０３を介して互いに連通する２つのチャンバー１０１，１０２が形成される。チャンバー１０１，１０２はガスセンサ１の長手方向に配置され、ガスセンサ１の先端側の第１のチャンバー１０１よりもガスセンサ１の基端側の第２のチャンバー１０２は２倍程度幅広である。
【００４１】
各固体電解質層１１１，１１２をそれぞれ挟んでチャンバー１０１，１０２と反対側には各固体電解質層１１１，１１２をダクト壁の一部とする大気ダクト１０４，１０５がそれぞれ形成されている。各大気ダクト１０４，１０５はガスセンサ１の基端で大気に開放している。第１の大気ダクト１０４は固体電解質層１１２を挟んで第１チャンバー１０１と対向する位置まで伸びており、第２のダクト１０５は固体電解質層１１１を挟んで第２チャンバー１０２と対向する位置まで伸びている。ガスセンサ１はこれを保持するホルダ部材等とともに排気管の管壁を貫通して設けられて、大気ダクト１０４，１０５は排気管外部と連通し、基準酸素濃度の空間となる。
【００４２】
第１のチャンバー１０１位置で、図２中、上側の固体電解質層１１１には、これを板厚方向に貫通するピンホール１０６が形成されており、ピンホール１０６を介して当該ガスセンサ１の周囲の排気ガスが第１チャンバー１０１内に導入される。ピンホール１０６の開口端は多孔質アルミナ等の多孔質拡散層１１６により覆われており、排気微粒子のチャンバー１０１内への侵入を防止している。
【００４３】
第１チャンバー１０１位置で固体電解質層１１２の上下面には固体電解質層１１２を挟んで対向する１対の電極１２１，１２２が形成されており、固体電解質層１１２と電極１２１，１２２とでポンプセル１ａが構成される。ポンプセル１ａを構成する電極１２１，１２２のうち、チャンバー１０１に面した電極１２１はＮＯｘ　の分解（還元）に不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属により構成されている。以下、適宜、チャンバー１０１に面した電極１２１をチャンバー側ポンプ電極１２１といい、大気ダクト１０４に面した電極１２２を大気側ポンプ電極１２２という。
【００４４】
第２チャンバー１０２位置で固体電解質層１１１の上下面には、大気ダクト１０５に面した電極１２５を共通として、固体電解質層１１１を挟んで対向する２組の１対の電極１２３，１２５、電極１２４，１２５が形成されている。固体電解質層１１１と電極１２３，１２５とでモニタセル１ｂが構成される。また、固体電解質層１１１と電極１２４，１２５とでセンサセル１ｃが構成される。チャンバー１０２に面した電極１２３，１２４のうち、モニタセル１ｂの電極１２３がＮＯｘ　の分解（還元）に不活性なＡｕ−Ｐｔ　等の貴金属により構成され、センサセル１ｃの電極１２４がＮＯｘ　の分解（還元）に活性なＰｔ−Ｒｈ等の貴金属により構成される。以下、適宜、モニタセル１ｂのチャンバー１０２に面した電極１２３をチャンバー側モニタ電極１２３といい、センサセル１ｃのチャンバー１０２に面した電極１２４をチャンバー側センサ電極１２４という。また、モニタセル１ｂとセンサセル１ｃとに共通の大気ダクト１０５に面した電極１２５を大気側センサ／モニタ電極１２５という。
【００４５】
また、固体電解質層１１２とともに大気ダクト１０４のダクト壁をなす層１１５には、Ｐｔ等の線パターンが埋設されて、ガスセンサ１全体を加熱するヒータ１３としてある。ヒータ１３は通電によりジュール熱を発生する電気式のものである。
【００４６】
ガスセンサ１において、ガスセンサ１の周囲を流れる排気ガスが多孔質拡散層１１６およびピンホール１０６を通って第１チャンバー１０１に導入されるが、ポンプセル１ａに大気側ポンプ電極１２２側を正として電極１２１，１２２間に電圧を印加すると、排気ガス中の酸素がチャンバ側ポンプ電極１２２で分解、イオン化して固体電解質層１１２を通り大気ダクト１０４へと排出される。このとき、第１チャンバー１０１内への酸素の流入はピンホール１０６と多孔質拡散層１１６の流通抵抗が支配的となっている。ポンプセル１ａの電極１２１，１２２間への印加電圧を限界電流域に設定すればその電流値から排気ガス中の酸素濃度が知られる。チャンバ側ポンプ電極１２１がＮＯｘ　の分解に不活性であるからＮＯｘ　は第１チャンバー１０１内に残留する。
【００４７】
排気ガスは第１チャンバー１０１から絞り部１０３を介して第２チャンバー１０２へと所定の拡散抵抗の元で拡散し、第２チャンバー１０２には酸素濃度が低下した排気ガスが存在している。モニタセル１ｂ、センサセル１ｃに、大気側センサ／モニタ電極１２５側を正として、電極１２３，１２５間および電極１２４，１２５間に電圧を印加すると、各セル１ｂ，１ｃではチャンバー１０２内の余剰酸素が大気ダクト１０５へと排出され、限界電流が流れる。ここで、第２チャンバー１０２に面した電極１２３，１２４のうち、チャンバ側センサ電極１２４のみがＮＯｘ　の分解に対して活性であるから、センサセル１ｃに流れる電流の方がモニタセル１ｂに流れる電流よりも、チャンバ側センサ電極１２４においてＮＯｘ　が分解することで生じる酸素イオンの分、多くなる。モニタセル１ｂに流れる電流とセンサセル１ｃに流れる電流との差に基づいて排気ガスのＮＯｘ　濃度が得られることになる。
【００４８】
次にガス濃度検出装置の電気的構成について説明する。制御回路２は、ＣＰＵ、Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ０〜Ａ／Ｄ５）、Ｄ／Ａコンバータ（Ｄ／Ａ０〜Ｄ／Ａ４）、Ｉ／Ｏポート（Ｉ／Ｏ０，Ｉ／Ｏ１）等を備えた一般的な構成のマイクロコンピュータ２８を有している。マイクロコンピュータ２８はポンプセル１ａ、モニタセル１ｂの電源を構成し、ポンプセル１ａ、モニタセル１ｂへの印加電圧の指令電圧をＤ／Ａ１，Ｄ／Ａ０より適宜、出力する。また、マイクロコンピュータ２８は、各セル１ａ〜１ｃに流れる電流を検出すべく、ガス検出信号をＡ／Ｄ０〜Ａ／Ｄ５から取り込む。そして、セル１ａ〜１ｃでの検出電流に基づいて排気ガス中の酸素濃度やＮＯｘ　濃度を演算し、その結果をＤ／Ａ４，Ｄ／Ａ３より外部出力する。また、マイクロコンピュータ２８はＩ／Ｏ０，Ｉ／Ｏ１から制御信号を出力する。
【００４９】
詳細には、ポンプセル１ａの大気ポンプ電極１２２には基準電圧源２１１の出力が入力する電圧フォロア用のオペアンプ２１２から基準電圧Ｖａ　が印加され、チャンバ側ポンプ電極１２１には、マイクロコンピュータ２８のＤ／Ａ１からの指令電圧がローパスフィルタ（以下、適宜、ＬＰＦという）２３１を介して入力するオペアンプ２３２から電流検出用の抵抗器２３３を介して、電圧Ｖｂ　が印加される。電圧Ｖｂ　およびオペアンプ２３２の出力電圧Ｖｄ　はマイクロコンピュータ２８のＡ／Ｄ２、Ａ／Ｄ３で取り込まれる。これにより、ポンプセル１ａの電極１２１，１２２間には電圧（Ｖａ　−Ｖｂ　）がポンプセル電圧Ｖｐ　として印加され、電極１２１，１２２間にポンプセル電流Ｉｐ　が流れると、これが抵抗器２３３の電圧降下（Ｖｂ　−Ｖｄ　）として検出されることになる。前記ＬＰＦ２３１は、例えば抵抗器およびコンデンサからなる一次フィルタとして構成される。離散値をとるマイクロコンピュータ２８からの指令電圧の波形がＬＰＦ２３１によりなまされてオペアンプ２３２に入力する。
【００５０】
モニタセル１ｂ、センサセル１ｃに対しても同様の検出回路が設けられている。すなわち、モニタセル１ｂ、センサセル１ｃの共通の電極１２５には基準電圧源２２１の出力が入力する電圧フォロアのオペアンプ２２２から基準電圧Ｖｆ　が印加されている。モニタセル１ｂのチャンバ側モニタ電極１２３には、マイクロコンピュータ２８のＤ／Ａ０からの指令電圧がＬＰＦ２４１を介して入力するオペアンプ２４２から電流検出用の抵抗器２４３を介して、電圧Ｖｃ　が印加される。電圧Ｖｃ　およびオペアンプ２４２の出力電圧Ｖｅ　はマイクロコンピュータ２８のＡ／Ｄ０、Ａ／Ｄ１で取り込まれる。これにより、モニタセル１ｂの電極１２３，１２５間には電圧（Ｖｆ　−Ｖｃ　）がモニタセル電圧Ｖｍ　として印加され、電極１２３，１２５間にモニタセル電流Ｉｍ　が流れると、これが抵抗器２４３の電圧降下（Ｖｃ　−Ｖｅ　）として検出されることになる。
【００５１】
一方、センサセル１ｃのチャンバ１０２に面した電極１２４には、マイクロコンピュータ２８のＤ／Ａ２からの指令電圧がＬＰＦ２５１を介して入力するオペアンプ２５２から電流検出用の抵抗器２５３を介して、電圧Ｖｇが印加される。オペアンプ２５２の出力電圧Ｖｈ、および電圧Ｖｇはマイクロコンピュータ２８のＡ／Ｄ４、Ａ／Ｄ５を介してＣＰＵに取り込まれる。これにより、センサセル１ｃの電極１２４，１２５間には電圧（Ｖｆ　−Ｖｇ）がセンサセル電圧Ｖｓ　として印加され、電極１２４，１２５間にセンサセル電流Ｉｓ　が流れると、これが抵抗器２５３の電圧降下（Ｖｇ−Ｖｈ）として検出されることになる。
【００５２】
また、制御回路２では、セル１ａ〜１ｃのインピーダンスが検出されるようになっている。インピーダンスの検出は、代表としてモニタセル１ｂを対象としてなされ、検出されるインピーダンスは両電極１２３，１２５間のインピーダンスである。すなわち、インピーダンス検出時には、Ｄ／Ａ０からの指令電圧が正側または負側に瞬間的に変化せしめられる。この電圧変化はＬＰＦ２４１でなまされて、チャンバ側モニタ電極１２３への印加電圧Ｖｃ　、したがってモニタセル電圧Ｖｍ　に交流成分が含められる。この交流成分は、１ｋＨｚ以上が望ましく、ＬＰＦ２４１の時定数は１５μｓｅｃ程度に設定される。マイクロコンピュータ２８では、この時のモニタセル電圧Ｖｍ　の電圧変化およびモニタセル電流Ｉｍ　の電流変化に基づいてインピーダンスが求められる。
【００５３】
なお、モニタセル電流Ｉｍ　検出用の抵抗器２４３と並列に別のモニタセル電流Ｉｍ　検出用の抵抗器２４４が設けられている。抵抗器２４４はスイッチ２４５により断接切り換え自在である。スイッチ２４５はマイクロコンピュータ２８のＩ／Ｏ１からの制御信号でオンオフし、オン時にはモニタセル電流Ｉｍ　検出用の抵抗器の抵抗値を小さくすることができる。スイッチ２４５のオンによりモニタセル電流Ｉｍ　検出用の抵抗器の抵抗値を小さくするのは、インピーダンスの検出時であるが、これは、濃度検出時に比してモニタセル電流Ｉｍ　が大きくなるため、インピーダンスの検出時とガス濃度検出時とで電流検出電圧（Ｖｃ　−Ｖｅ　）がアンバランスにならないようにしたものである。
【００５４】
次にヒータ１３の駆動系について説明する。ヒータ１３はバッテリ２６から通電されるようになっており、通電はＭＯＳＦＥＴ２７２によりオンとオフとに切り換えられるようになっている。ＭＯＳＦＥＴ２７２のゲートには、マイクロコンピュータ２８のＩ／Ｏ０からＭＯＳＦＥＴドライバ２７１を介して駆動信号が入力して、前記オンとオフとを切り換えられる。ヒータ１３の通電制御はパルス状に電圧を印加するＰＷＭ制御でなされ、駆動電流（駆動電力）の調整が、所定周期内の前記パルスのオン期間の長さ（駆動デューティ）を増減することでなされる。
【００５５】
次にマイクロコンピュータ２８で実行される制御プログラムとともに本ガス濃度検出装置の作動について説明する。先ず、図５、図６のフローチャートにより、ガス濃度を検出する基本的な制御について説明する。
【００５６】
図５はメインルーチンの概要を示すもので、制御回路２の電源オンにより起動する。先ずステップＳ１０１では前回のガス濃度の検出時から所定時間Ｔａ　が経過したか否かを判定する。所定時間Ｔａ　はガス濃度検出の周期に相当する時間であり、例えば４ｍｓ程度に設定される。
【００５７】
ステップＳ１０１が肯定判断されるとステップＳ１０２に進み、ガス濃度の検出処理を実行する。ガス濃度の検出処理では、その時々のポンプセル電流Ｉｐ　に応じた指令電圧を設定するとともに、その指令電圧出力時のポンプセル電流Ｉｐ　を検出する。指令電圧の設定は、印加電圧線を特定する、マイクロコンピュータ２８の図示しないＲＯＭに格納された印加電圧マップにしたがって設定される。そして、ポンプセル電流Ｉｐ　を酸素濃度に換算する。さらに、その時々のモニタセル電流Ｉｍ　、センサセル電流Ｉｓ　を検出する。そして、モニタセル電流Ｉｍ　とセンサセル電流Ｉｓ　との差分をＮＯｘ　濃度に換算する。
【００５８】
続くステップＳ１０３では、前回のインピーダンスの検出時から所定時間Ｔｂ　が経過したか否かを判定する。所定時間Ｔｂ　はインピーダンス検出の周期に相当する時間であり、例えばエンジン運転状態に応じて１２８ｍｓｅｃ、２ｓｅｃ等の時間が選択的に設定される。
【００５９】
ステップＳ１０３が肯定判断されるとステップＳ１０４に進んでインピーダンスの検出処理を実行し、ステップＳ１０５で検出インピーダンスに基づいてヒータ１３の通電制御を実行する。
【００６０】
インピーダンスの検出処理（ステップＳ１０４）は、図６に示すように、ステップＳ２０１で、Ｄ／Ａ０からの指令電圧を例えば正側にごく短時間（数十〜数百μｓｅｃ）シフトし、モニタセル電圧Ｖｍ　を変化させるとともに、ステップＳ２０２で、このときのモニタセル電圧Ｖｍ　の変化ΔＶｍ　と、モニタセル電流Ｉｍ　の変化ΔＩｍ　とを計測する。なお、ステップＳ２０１実行前にＩ／Ｏ１によりインピーダンス検出用に抵抗器２４４が接続される。ステップＳ２０３では計測結果に基づいてインピーダンスを算出する。すなわち、モニタセル電流変化ΔＩｍ　とモニタセル電圧変化ΔＶｍ　との比（ΔＶｍ　／ΔＩｍ　）を算出して、これをインピーダンスとする。モニタセル電圧Ｖｍ　の変化はＬＰＦ２４１の作用で波形の立ち上がりと立ち下がりがなまされたものとなり、モニタセル１ｂのサセプタンス成分の影響でモニタセル電流Ｉｍ　に過大な尖頭成分が現れるのを防止し、インピーダンスの検出精度を高めている。このインピーダンスは、図７に示すように、固体電解質層１１１，１１２の温度状態を示しており、温度が高いほど小さくなる。固体電解質の活性温度域まで上昇すると、良好に酸素イオンが流れることになる。
【００６１】
ヒータ通電制御（ステップＳ１０５）は、例えば、検出インピーダンスが目標インピーダンスの７５％になるまでは、駆動デューティを１００％に固定する固定デューティ制御を実行し、目標インピーダンスの７５％を越えると、ＰＩ制御を実行し、目標インピーダンスに収束せしめる。
【００６２】
次に、本発明の特徴部分であるポンプセル電圧Ｖｐ　の補正処理について、図８を用いて説明する。ステップＳ３０１，Ｓ３０２は検出禁止手段としての処理で、ポンプセル電圧補正ロジックを開始する条件が成立しているか否かを判定する処理である。ステップＳ３０１では、エンジン条件が成立しているか否かを判定する。エンジン条件は、例えば、運転状態が、１００ｋｍ／ｈ程度の高速、高負荷、ＥＧＲオフの定常走行状態か否かに基づいて判ずる。かかる状態のときＮＯｘ　濃度が最も一定しているからである。したがって、前記条件以外でもＮＯｘ　濃度が一定となる条件であればよい。負荷は例えばスロットル開度に基づいて判断する。これらの運転状態の情報は、通常の内燃機関の制御において一般的に用いられるものであり、新たにセンサ類を設けることなく実施できる。
【００６３】
肯定判断されると、ステップＳ３０２で、センサ温度（インピーダンス）が予め設定した所定温度であるか否かを判定する。これは、検出インピーダンス若しくはこれより換算したセンサ温度が目標値±規定値の範囲内か否かを判定する。これは、エンジン状態の急変で、排気ガス温度や排気ガス流速が過渡的に急変し、センサ温度が変化する場合があり、かかる場合にポンプセル電圧Ｖｐ　の補正を許容するのは、内部抵抗が劣化だけではなく後述するようにセンサ温度によっても変化する事情を考慮すると、適正な劣化に対する補正処理とはならないことを考慮したものである。ステップＳ３０２が肯定判断されると、ポンプセル電圧補正ロジック開始条件成立として、ステップＳ３０３以降の処理が実行される。ステップＳ３０１，Ｓ３０２のいずれかで否定判断されると、ポンプセル電圧補正ロジック開始条件不成立として、ステップＳ３１５に進む。
【００６４】
ステップＳ３０３〜Ｓ３１２は急変点検出手段としての処理である。ステップＳ３０３ではセンサセル電流Ｉｓ　を検出する。
【００６５】
ステップＳ３０４では前回のポンプセル電圧Ｖｐ　に予め設定した電圧（以下、適宜、刻み電圧という）Ｖを加算し、Ｖｐ’として印加する。前回のポンプセル電圧Ｖｐ　は最初のステップＳ３０４の実行時には、現時点である本フローの実行開始時におけるポンプセル電圧Ｖｐ　である。続くステップＳ３０５で、Ｖｐ’印加後のセンサセル電流Ｉｓ’を検出する。
【００６６】
ステップＳ３０６では、ステップＳ３０３で得られたセンサセル電流Ｉｓ　からステップＳ３０５で得られたセンサセル電流Ｉｓ’を減じてＩｓ　変化量ΔＩｓ　とし、ステップＳ３０７で、Ｉｓ　変化量ΔＩｓ　が規定値以上か否かを判定する。
【００６７】
ポンプセル電圧Ｖｐ　が加算されてもポンプセル１ａが正常検出電圧域で作動していれば、ステップＳ３０７は否定判断される。そこで、先ず、否定判断された場合から説明する。
【００６８】
ステップＳ３０７が否定判断されると、ステップＳ３０８で、Ｖｐ’の値を新たな前回のポンプセル電圧Ｖｐ　として記憶し、ステップＳ３０９で、カウンタＡをクリアする（Ａ＝０）。カウンタＡはステップＳ３０７が連続して肯定判断された回数をカウントするもので、本処理によってクリアすることで、ステップＳ３０７が連続して肯定判断された回数が得られることになる。ステップＳ３０９の実行後、ステップＳ３０１に戻る。
【００６９】
ステップＳ３０７が肯定判断されると、ステップＳ３１０で、このときのポンプセル電圧Ｖｐ’をＩｓ　変化点として記憶するとともに、Ｖｐ’の値を新たな前回のポンプセル電圧Ｖｐ　として記憶する。
【００７０】
ステップＳ３１１ではカウンタＡを「１」インクリメントし、ステップＳ３１２でそのカウンタＡが規定回数（例えば３回）に達したか否かを判定する。肯定判断されると、ステップＳ３１３に進み、否定判断されるとステップＳ３０１に戻る。
【００７１】
したがって、変化量ΔＩｓ　が連続して３回規定値を越えた（ステップＳ３０７）ことを条件として、ステップＳ３１３が実行されることになる。
【００７２】
ステップＳ３１３では、ステップＳ３１０で記憶されたＶｐ’から予め設定した所定電圧を減じ、これを補正後のポンプセル電圧Ｖｐ　とする。なお、Ｖｐ’は３つ記憶されていることになるが、例えば、Ｖｐ’のうち最初のものを、特定ガス濃度検出信号であるセンサセル電流Ｉｓ　が急変する急変点であるＩｓ　変化点の電圧値とする。
【００７３】
次いで、ステップＳ３１４では、ステップＳ３１３で得られたポンプセル電圧Ｖｐ　に応じて印加電圧線を補正する。補正は、具体的には、ポンプセル電流Ｉｐ　が、本ポンプセル電圧Ｖｐ　補正処理実行開始時点におけるポンプセル電流Ｉｐ　の値をとるときに、ポンプセル電圧Ｖｐ　がステップＳ３１３で得られたポンプセル電圧Ｖｐ　の電圧値となるように、印加電圧線の傾きを調整することで行う。補正後の印加電圧線はマイクロコンピュータ２８のメモリに記憶する。
【００７４】
続くステップＳ３１６ではカウンタＡをクリアし、ポンプセル電圧Ｖｐ　補正処理を終了する。なお、ポンプセル電圧Ｖｐ　補正処理開始条件が成立するか否かを判定するステップＳ３０１，Ｓ３０２が否定判断されたときに実行されるステップＳ３１５では、ポンプセル電圧Ｖｐ　をポンプセル電圧Ｖｐ　補正処理開始前の値に戻し、カウンタＡをクリアするステップＳ３１６に進む。
【００７５】
以下、通常制御時において、ステップＳ３１４で得られた補正後の印加電圧線にしたがってポンプセル電圧Ｖｐ　の制御がなされることになる。
【００７６】
本ガス濃度検出装置は以上のような構成を有しており、その特徴について以下に説明する。
【００７７】
図９はポンプセル１ａの特性を示すもので、実線が通常活性時のもので、一点鎖線が通常活性時よりも低い温度のときのものである。また、二点鎖線は通常活性時よりも高い温度のときのものである。これは温度によってポンプセル１ａの内部抵抗Ｒｉ　が変化するために発生し、低温時には、限界電流域が高電圧側にシフトする。すなわち、低温であるほど内部抵抗Ｒｉ　が大きくなることを示している。一方、高温時には、限界電流域が低電圧側にシフトする。すなわち、高温であるほど内部抵抗Ｒｉ　が小さくなることを示している。
【００７８】
ガスセンサの劣化により内部抵抗Ｒｉ　が大きくなった時、図１０に示すように、ガスセンサ１の劣化により内部抵抗Ｒｉ　が大きくなり、破線のような特性になる。したがって、ＮＯｘ　濃度の検出精度を低下させる。図例は、内部抵抗Ｒｉ　が増大する低温時のものであり、通常活性時には正常検出電圧域であった電圧域が、残留電圧域へと変化している様子を示している。
【００７９】
前記ヒータ制御は、検出インピーダンスが一定となるようにヒータ制御を行うものであるが、次のように、ポンプセル１ａの劣化による内部抵抗Ｒｉ　の変化まで吸収することができない。前記のごとく、インピーダンスの検出は、モニタセル電圧Ｖｍ　を瞬間的に変化させてその電圧変化ΔＶｍ　に対するモニタセル電流Ｉｍ　の電流変化ΔＩｍ　を検出し、ΔＶｍ　／ΔＩｍ　よりインピーダンスを求めている。この方法は、検出期間が短時間で、インピーダンス検出期間の前後でガスセンサ１のチャンバー１０１，１０２内の酸素濃度やＮＯｘ　濃度が実質的に変化しないため、ヒータ制御には優れている。
【００８０】
しかしながら、モニタセル電圧Ｖｍ　を動的に変化させることで、電流変化ΔＩｍ　はモニタセル１ｂのサセプタンス成分に応じた値をとる。すなわち、このようにして得られたインピーダンスは交流的なインピーダンスである。一方、図９等に示したＶｐ　−Ｉｐ　特性はポンプセル電圧Ｖｐ　を静的に掃引したときのものであり、特性線の傾きである前記内部抵抗Ｒｉ　は直流的なインピーダンスである。この相違に、インピーダンスが一定となるようにヒータ制御を行ってもガスセンサ１の劣化による内部抵抗Ｒｉ　の変化まで吸収することができない原因がある。
【００８１】
これについて詳述する。ガスセンサの一般的なセルの構造は図２〜図４からも知られるように、固体電解質材に貴金属等で構成された電極を表面に形成したものである。図１１にセルの等価回路を示す。一方の電極部には抵抗成分Ｒａ　に対して並列にコンデンサ成分Ｃａ　が含まれ、他方の電極部には抵抗成分Ｒｃ　に対して並列にコンデンサ成分Ｃｃ　が含まれる。これらと直列に抵抗成分Ｒｂ　が接続されている。なお、以下の説明において、記号Ｒａ　等をその抵抗値としても用い、Ｃａ　等をその静電容量としても用いるものとする。さて、素子インピーダンスを電圧変化に対する電流変化でみる場合、すなわちセルに交流電圧を印加すると、このときコンデンサ成分Ｃａ　，Ｃｃ　のリアクタンスは小さいから、インピーダンスは実質的にＲｂ　であり、これがインピーダンス検出処理（ステップＳ１０４）で検出されるインピーダンスとなる。
【００８２】
一方、ガス検出作動時のようにセルに直流電圧を印加すると、コンデンサ成分Ｃａ　，Ｃｃ　には電流が流れないので、直流インピーダンスは（Ｒａ　＋Ｒｂ　＋Ｒｃ　）＝Ｒｉ　である。
【００８３】
電極部は、通常、微視的には微細な粒上の貴金属が固体電解質材の表面に均一に分散したものであるが、凝集等の劣化が進行すると、固体電解質材との対向面積が減じられる等の変化が生じて、Ｒａ　，Ｒｃ　が増大するので、Ｒｂ　がヒータ制御により一定に保たれてもセルの内部抵抗Ｒｉ　が増大し、図２５に示したような特性変化が生じることになる。
【００８４】
なお、直流的なインピーダンスである内部抵抗Ｒｉ　を検出してＲｉ　が一定になるようにヒータ制御する方法も考えられるが、前記のごとくガスセンサ１の劣化は通常、内部抵抗Ｒｉ　を増大させるから、これを抑えるべくヒータ通電を増大してセンサ温度を上昇する方向にヒータ制御が働く。このため、過剰な加熱によるガスセンサの破壊が生じるおそれがある。
【００８５】
また、内部抵抗Ｒｉ　が一定になるようにヒータ制御する方法の影響はセンサセル１ｃにも影響する。図１２にセンサセル１ｃの特性を示す。実線が通常活性時のものであり、一点鎖線が通常活性時よりも低い温度のときのもので、二点鎖線が通常活性時よりも高い温度のときのものである。前記のごとく内部抵抗Ｒｉ　が一定になるようにヒータ制御する方法の元では、インピーダンスの検出に用いられるモニタセル１ｂの内部抵抗の増大を伴う劣化により、センサ温度が上昇する。すると、センサセル１ｃにおいては内部抵抗が小さくなるから、限界電流域は低電圧側にシフトし、Ｈ２　Ｏ分解電圧域も低圧側にシフトしてくる。このため、Ｈ２　Ｏが分解されてしまい、ＮＯｘ　濃度の検出精度を低下させる。
【００８６】
次に、本発明による効果について説明する。図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）はポンプセル電圧Ｖｐ　に対するポンプセル電流Ｉｐ　、センサセル電流Ｉｓ　の特性を示すもので、ポンプセル１ａが劣化し内部抵抗Ｒｉ　が増大する前のものである。ポンプセル電圧Ｖｐ　は印加電圧線上に設定されるが、このポンプセル電圧Ｖｐ　に対して刻み電圧Ｖを加算してその都度、Ｉｓ　変化量ΔＩｓ　が規定値以上か否かをみていくことになる。図中の数字「１」〜「７」は、何回目の電圧加算かを示すものである。
【００８７】
そして、センサセル電流Ｉｓ　は、最初は実質的に一定値をとって変化量ΔＩｓ　が規定値を越えることはない。しかし、ポンプセル電圧Ｖｐ　が高くなるほどガスの分解能力が高くなるから、あるポンプセル電圧Ｖｐ　からポンプセル１ａでチャンバー１０１内のＮＯｘ　の分解が開始され、相対的にセンサセル１ｃで分解されるＮＯｘ　の量が減少する。これにより、センサセル電流Ｉｓ　が低下して、Ｉｓ　変化量ΔＩｓ　が規定値を越える。図例では、５回目の電圧加算で、Ｉｓ　変化量ΔＩｓ　が規定値を越える。そして、さらに６回目、７回目と電圧加算を重ねていき、このときにもそれぞれ、Ｉｓ　変化量ΔＩｓ　が規定値を越えることで、５回目以降、ポンプセル１ａでＮＯｘ　分解電圧域に入ったことが確実となる。
【００８８】
ポンプセル電圧Ｖｐ　補正処理では、５回目の電圧加算でポンプセル１ａがＮＯｘ　分解電圧域に入ったものとして、このときのポンプセル電圧Ｖｐ　をＩｓ　変化点）とし、図１３（Ｂ）に示すように、補正処理直前のポンプセル電流Ｉｐ　のときのポンプセル電圧Ｖｐ　が、Ｉｓ　急変点よりも一定電圧だけ低い電圧値となるように、印加電圧線の傾きを補正する。図１３（Ｂ）中、破線が補正後の印加電圧線である。ここで、Ｉｓ　変化点は正常にＮＯｘ　濃度の検出ができなくなる点であるから、一定電圧は、Ｉｓ　変化点に対する余裕度を考慮して決定する。
【００８９】
次に、ポンプセル１ａの劣化によりその内部抵抗Ｒｉ　が増大している場合について図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）により説明する。この例では、内部抵抗の増大により、ＮＯｘ　分解電圧域はさらに高電圧側にシフトしている。このため、ポンプセル電圧Ｖｐ　補正処理において、８回目の電圧加算で初めて、Ｉｓ　変化量ΔＩｓ　が規定値を越える。したがって、補正後の印加電圧線は劣化のないときよりもさらに高電圧側の値をとる。これにより、図１４（Ｂ）より知られるように、印加電圧線は、補正前には、残留電圧域に入っていたのに対して、補正をすることで、残留電圧域から正常検出電圧域に補正できる。勿論、印加電圧線はＩｓ　変化点よりも一定電圧低いところを通るから、ＮＯｘ　分解電圧域に対しても余裕があるため、高精度にＮＯｘ　濃度を検出することができるようになる。
【００９０】
また、本ガス濃度検出装置は、内部抵抗の変化に着目しているが、残留電圧域のシフトをみるのではなく、ポンプセル電圧Ｖｐ　を現時点のポンプセル電圧Ｖｐ　である補正直前のポンプセル電圧Ｖｐ　よりも高電圧側で掃引し、ＮＯｘ　分解電圧域のシフトをみている。センサセル電流Ｉｓ　はＮＯｘ　濃度をみるためのものであり、ｎＡオーダの電流が流れる。したがって、ポンプセル１ａにおけるＮＯｘ　の分解を良好に検出することができ、Ｉｓ　変化点の特定を正確になし得る。
【００９１】
また、ヒータ制御は交流的なインピーダンスに基づいてなされているので、各セルの温度が過昇することはない。
【００９２】
（第２実施形態）
本実施形態はセンサセルにおける内部抵抗の増大に対してセンサセルの動作特性を適正化するものである。基本的な構成は第１実施形態と同じであり、センサセル電圧Ｖｓ　の補正処理が実行される点が相違している。以下の説明において、実質的に同じ部分については同じ記号を付して第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００９３】
センサセル電圧Ｖｓ　の補正処理はマイクロコンピュータで実行される。これを図１５に示す。ステップＳ４０１，Ｓ４０２は第１実施形態のステップＳ３０１，Ｓ３０２と同様の処理であり、センサセル電圧補正ロジックを開始する条件が成立しているか否かを判定する。ステップＳ４０２が肯定判断されると、センサセル電圧補正ロジック開始条件成立として、ステップＳ４０３以降の処理が実行される。ステップＳ４０１，Ｓ４０２のいずれかで否定判断されると、センサセル電圧補正ロジック開始条件不成立として、ステップＳ４１５に進む。
【００９４】
ステップＳ４０３〜Ｓ４１２は急変点検出手段としての処理である。ステップＳ４０３ではセンサセル電流Ｉｓ　を検出する。
【００９５】
ステップＳ４０４では前回のセンサセル電圧Ｖｓ　に予め設定した電圧（以下、適宜、刻み電圧という）Ｖを加算し、Ｖｓ’として印加する。前回のセンサセル電圧Ｖｓ　は、最初のステップＳ４０４の実行時には、現時点である本フローの実行開始時におけるセンサセル電圧Ｖｓ　である。続くステップＳ４０５で、Ｖｓ’印加後のセンサセル電流Ｉｓ’を検出する。
【００９６】
ステップＳ４０６では、ステップＳ４０５で得られたセンサセル電流Ｉｓ’からステップＳ４０３で得られたセンサセル電流Ｉｓ　を減じてＩｓ　変化量ΔＩｓ　とし、ステップＳ４０７で、Ｉｓ　変化量ΔＩｓ　が規定値以上か否かを判定する。
【００９７】
センサセル電圧Ｖｓ　が加算されてもセンサセル１ｃが正常検出電圧域で作動していれば、ステップＳ４０７は否定判断される。そこで、先ず、否定判断された場合から説明する。
【００９８】
ステップＳ４０７が否定判断されると、ステップＳ４０８で、Ｖｓ’の値を新たな前回のセンサセル電圧Ｖｓ　として記憶し、ステップＳ４０９で、カウンタＢをクリアする（Ｂ＝０）。カウンタＢはステップＳ４０７が連続して肯定判断された回数をカウントするもので、本処理によってクリアすることで、ステップＳ４０７が連続して肯定判断された回数が得られることになる。ステップＳ４０９の実行後、ステップＳ４０１に戻る。
【００９９】
ステップＳ４０７が肯定判断されると、ステップＳ４１０で、このときのセンサセル電圧Ｖｓ’をＩｓ　変化点として記憶するとともに、Ｖｓ’の値を新たな前回のポンプセル電圧Ｖｓ　として記憶する。
【０１００】
ステップＳ４１１ではカウンタＢを「１」インクリメントし、ステップＳ４１２でそのカウンタＢが規定回数（例えば３回）に達したか否かを判定する。肯定判断されると、ステップＳ４１３に進み、否定判断されるとステップＳ４０１に戻る。
【０１０１】
したがって、変化量ΔＩｓ　が連続して３回規定値を越えた（ステップＳ４０７）ことを条件として、ステップＳ４１３が実行されることになる。
【０１０２】
ステップＳ４１３では、Ｈ２　Ｏ分解開始電圧であるＩｓ　変化点の電圧値としてのステップＳ４１０で記憶されたＶｓ’から予め設定した電圧を減じ、これを補正後のセンサセル電圧Ｖｓ　とする。なお、Ｖｓ’は３つ記憶されていることになるが、Ｖｓ’のうち最初のものをＩｓ　変化点の電圧値として補正を行う。
【０１０３】
次いで、ステップＳ４１４では、センサセル電圧Ｖｓ　を、ステップＳ４１３で得られた値で再設定することにより補正する。
【０１０４】
続くステップＳ４１６ではカウンタＢをクリアし、センサセル電圧Ｖｓ　補正処理を終了する。なお、センサセル電圧Ｖｓ　補正処理開始条件が成立するか否かを判定するステップＳ４０１，Ｓ４０２が否定判断されたときには、ステップＳ４１５で、センサセル電圧Ｖｓ　をセンサセル電圧Ｖｓ　補正処理開始前の値に戻し、カウンタＢをクリアするステップＳ４１６に進む。
【０１０５】
センサセル電圧補正処理はこのようになっており、次のようにセンサセル電圧を適正化することができる。図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）はセンサセル電圧Ｖｓ　に対するセンサセル電流Ｖｓ　の特性を示すもので、センサセル１ｃが劣化し内部抵抗Ｒｉ　が増大する前のものである。また、図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）はセンサセル電圧Ｖｓ　に対するセンサセル電流Ｉｓ　の特性を示すもので、センサセル１ｃが劣化し内部抵抗Ｒｉ　が増大した後のものである。図中の数字「１」〜「１５」は、ポンプセル電圧補正処理（図１３、図１４）と同様に、何回目の電圧加算かを示すものである。いずれの場合も、何回目かの電圧加算で、Ｈ２　Ｏ分解電圧域に移行する。
【０１０６】
センサセル１ｃの劣化前では、７回目の電圧加算から、８回目、９回目と、Ｉｓ　変化量ΔＩｓ　が規定値以上となるのに対し、センサセル１ｃの劣化後では、１３回目の電圧加算から、１４回目、１５回目と、Ｉｓ　変化量ΔＩｓ　が規定値以上となり、それぞれ、Ｉｓ　変化量ΔＩｓ　が規定値以上となった時のセンサセル電圧Ｖｓ　に基づいて、設定電圧が補正される。これにより、センサセル１ｃが劣化して大きくＨ２　Ｏ分解電圧域が劣化変動して、補正前の設定電圧が残留電圧域に入ってしまうような場合でも、センサセル電圧Ｖｓ　が適正化される。
【０１０７】
このように、センサセル１ｃの内部抵抗が変化しても、ＮＯｘ　の検出精度が低下するのを防止することができる。
【０１０８】
なお、前記各実施形態では、Ｉｓ　変化点の検出は刻み電圧Ｖだけポンプセル電圧Ｖｐ　、センサセル電圧Ｖｓ　が変化したときのＩｓ　電流変化量に基づいて判断しているが、必ずしもこれに限定されるものではない。また、Ｉｓ　電流変化量が規定値を越える回数が規定回数を越えたときにＩｓ　変化点が検出されたものとすることで、Ｉｓ　変化点の検出確度を高めているが、検出確度を高める方法としては同じポンプセル電圧Ｖｐ　、センサセル電圧Ｖｓ　のときにおけるＩｓ　電流変化量を複数回求めることで、Ｉｓ　変化点の検出確度を高めるのもよい。また、要求される精度によっては、Ｉｓ　電流変化量が規定値を越えたら即、Ｉｓ　変化点が検出されたものとしてもよい。
【０１０９】
なお、本実施形態では、ポンプセル電圧Ｖｐ　をポンプセル電流Ｉｐ　に基づいて印加電圧マップにしたがって設定する図１８に示す制御方式をとっているが、図１９に示すように、モニタセル電流Ｉｍ　に基づいて、モニタセル電流Ｉｍ　が所定値をとるようにポンプセル電圧Ｖｐ　をフィードバック制御するものにも、以下、に説明するように、本発明は適用することができる。
【０１１０】
この制御方式では、チャンバー１０１，１０２内の酸素濃度が上昇すればポンプセル電圧Ｖｐ　を上げ、酸素濃度が減少すればポンプセル電圧Ｖｐ　を下げることで、チャンバー１０１，１０２内の酸素濃度をごく低い一定値に維持する。ここで、排気ガスが、酸素濃度がごく低いリッチの状態からフューエルカット等で極リーン状態に変化した場合を考えると、モニタセル１ｂのチャンバ側電極１２３にＨＣ等の未燃成分等が付着して、モニタセル１ｂのガス反応の応答性が悪化する場合がある。これは排気ガスがリッチの際に前記未燃成分等がチャンバ側電極１２３に付着するためで、前記極リーンになって、チャンバ１０１，１０２内に酸素が増えても、モニタセル１ｂはチャンバ１０１，１０２内をリッチとみなしており、ポンプセル電圧Ｖｐ　を上げる制御はなされない。チャンバ側電極１２３に付着した前記未燃成分等が離脱した時にはチャンバ１０１，１０２内は多くの酸素で満たされている。ここでポンプセル電圧Ｖｐ　を上げることになるが、フィードバック量が大きすぎるとポンプセル電圧Ｖｐ　が過大になり、ポンプセル１ａを破壊するので、フィードバックゲインやポンプセル電圧Ｖｐ　が制限されるようになっている。
【０１１１】
このため、ガスセンサ１の劣化でモニタセル電流Ｉｍ　が大きく動いても、ポンプセル電圧Ｖｐ　の調整が制限され、ポンプセル電圧Ｖｐ　が不足する等の問題が生じる。
【０１１２】
そこで、前記第１実施形態のポンプセル電圧Ｖｐ　補正処理のように、ポンプセル１ａにおけるＮＯｘ　分解電圧域のシフトを監視し、シフト量に応じてポンプセル電圧Ｖｐ　のフィードバック量にオフセット補正をしたりフィードバックゲインを調整することで、ガスセンサ１の劣化に基因したポンプセル電圧Ｖｐ　の不足等を回避することができる。例えば、内部抵抗の増大でＮＯｘ　分解電圧域が高電圧側にシフトしたら、補正前よりもポンプセル電圧Ｖｐ　が増大するようにオフセット補正する。
【０１１３】
また、ガスセンサの構造についても図例のものに限られない。図２０は本発明を適用し得るガスセンサの別の例を示すもので、このガスセンサ１Ａは、ジルコニア等の固体電解質材である固体電解質層１５１，１５２，１５３、多孔質アルミナ等の絶縁材料からなる律速層１５４、アルミナ等の絶縁材料からなる絶縁層やジルコニア等で構成される層１５５等が板厚方向に積層する積層構造を有し、面方向に細長の全体形状が与えられている。
【０１１４】
固体電解質層１５２および律速層１５４は固体電解質層１５１と固体電解質層１５３とで挟まれた同じ層を形成しており、ガスセンサの先端側に律速層１５４が位置し、基端側に固体電解質層１５２が位置する。固体電解質層１５２および律速層１５４は、一部が板厚方向に打ち抜かれており、固体電解質層１５１，１５２の間に、ガスセンサ１Ａの長手方向に配置された２つのチャンバー１４１，１４２が形成される。律速層１５４は、ガスセンサの先端側で第１のチャンバー１４１にガスセンサ１Ａ外部の被測定ガスを導入するとともに、第１のチャンバー１４１と第２のチャンバー１４２との境界部で両チャンバー１４１，１４２を連通せしめている。
【０１１５】
固体電解質層１５３を挟んでチャンバー１４１，１４２と反対側には固体電解質層１５３をダクト壁の一部とする大気ダクト１４３が形成されている。大気ダクト１４３は先端側が固体電解質層１５３を挟んで第１チャンバー１４１と対向する位置まで伸び、ガスセンサ１Ａの基端で大気に開放している。ガスセンサ１Ａが内燃機関に適用される場合には、ガスセンサ１Ａがこれを保持するホルダ部材等とともに排気管の管壁を貫通して設けられて、大気ダクト１４３が排気管外部と連通する。
【０１１６】
第１チャンバー１４１位置で固体電解質層１５１の上下面には固体電解質層１５１を挟んで対向する１対の電極１６１，１６２が形成されており、固体電解質層１５１と電極１６１，１６２とでポンプセル１ｄが構成される。ポンプセル１ｄを構成する電極１６１，１６２のうち、チャンバー１４１に面した電極１６１はＮＯｘ　の分解（還元）に不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属により構成されている。
【０１１７】
また、第１チャンバー１４１および大気ダクト１４３位置で固体電解質層１５３の上下面には固体電解質層１５３を挟んで対向する１対の電極１６３，１６５が形成されており、固体電解質層１５３と電極１６３，１６５とでモニタセル１ｅが構成される。モニタセル１ｅを構成する電極１６３，１６５のうち、チャンバー１４１に面した電極１６３はＮＯｘ　の分解（還元）に不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属により構成されている。なお、大気ダクト１４３に面した電極１６５は第２チャンバー１４２位置まで伸びる、電極１６３よりも長い電極であり、後述するセンサセル１ｆ、別のポンプセル１ｇと共通の電極である。
【０１１８】
第２チャンバー１４２位置で固体電解質層１５３の上下面には、固体電解質層１５３を挟んで対向する１対の電極１６４，１６５が形成されている。固体電解質層１５３と電極１６４，１６５とでセンサセル１ｆが構成される。
【０１１９】
また、第２チャンバー１４２に面して固体電解質層１５１には、電極１６６が形成されており、固体電解質層１５１〜１５３と電極１６６，１６５とで別のポンプセル１ｇが構成される。この別のポンプセル１ｇはセンサセル１ｆと同様に、一方の電極１６６が第２チャンバー１４２に面し、他方の電極１６５が大気ダクト１４３に面した構造をなっている。
【０１２０】
第２チャンバー１４２に面した電極１６４，１６６のうち、センサセル１ｆの電極１６４はＮＯｘ　の分解（還元）に活性なＰｔ−Ｒｈ等の貴金属により構成され、別のポンプセル１ｇの電極１６６がＮＯｘ　の分解（還元）に不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属により構成される。
【０１２１】
また、固体電解質層１５３とともに大気ダクト１４３のダクト壁をなす層１５５には、Ｐｔ等の線パターンが埋設されて、ガスセンサ１Ａ全体を加熱するヒータ１７としてある。ヒータ１７は通電によりジュール熱を発生する電気式のものである。
【０１２２】
このガスセンサ１Ａでは、モニタセル１ｅで発生する起電圧に基づいて、該起電圧が基準電圧となるように、すなわち、第１チャンバー１４１内の酸素濃度が一定かつ低濃度となるように、ポンプセル１ｄの印加電圧がフィードバック制御され、第１チャンバー１４１内の酸素が排出される。第１チャンバー１４１と連通する第２チャンバー１４２内の酸素も同程度に排出される。
【０１２３】
そして、第２チャンバー１４２内に残った酸素が別のポンプセル１ｇにより排出される。センサセル１ｆには、第２チャンバー１４２に面した電極１６４におけるＮＯｘ　の分解に基因した電流が流れる。この電流は第２チャンバー１４２内のＮＯｘ　の濃度に応じたものとなる。
【０１２４】
かかる構造のガスセンサ１Ａにおいても、第１ポンプセル電圧Ｖｐ１のフィードバック量に、検出されたＩｓ　変化──基づいてオフセット補正を加えたり、フィードバックゲインを補正することで、ガスセンサ１Ａの劣化によるＮＯｘ　濃度の検出精度の低下を防止することができる。勿論、センサセル１ｆの設定電圧の補正についても、前記センサセル電圧Ｖｓ　補正処理を適用することができる。
【０１２５】
本発明は、あるいは、図２１に示すガスセンサにも適用することができる。ガスセンサ１Ｂは、電極の構成以外は図２２のものと同じである。電極は、図２２の電極１６３を省略した構成となっている。そして、固体電解質層１５１とこれを挟む電極１６１，１６２とにより第１のポンプセル１ｄが構成され、固体電解質層１５１〜１５３と電極１６１，１６５とにより第１のモニタセル１ｈが構成される。第１のモニタセル１ｈで発生する起電圧に基づいて、該起電圧が基準電圧となるように、すなわち、第１チャンバー１４１内の酸素濃度が一定かつ低濃度となるように、第１ポンプセル１ｄの電極１６１，１６２間への印加電圧がフィードバック制御され、第１チャンバー１４１内の酸素が排出される。
【０１２６】
また、固体電解質層１５１とこれを挟む電極１６６，１６２とにより第２のポンプセル１ｉが構成され、固体電解質層１５１〜１５３と電極１６６，１６５とにより第２のモニタセル１ｊが構成される。第２のモニタセル１ｊで発生する起電圧に基づいて、該起電圧が基準電圧となるように、すなわち、第２チャンバー１４２内の酸素濃度が一定かつ低濃度となるように、第２ポンプセル１ｉの電極１６６，１６２間への印加電圧がフィードバック制御され、第２チャンバー１４２内の酸素が排出される。
【０１２７】
固体電解質層１５３とこれを挟む電極１６４，１６５とによりセンサセル１ｆが構成され、第２チャンバー１４２に面した電極１６４におけるＮＯｘ　の分解に基因した電流が流れる。この電流は第２チャンバー１４２内のＮＯｘ　の濃度に応じたものとなる。
【０１２８】
かかる構造のガスセンサ１Ｂにおいても、第１ポンプセル電圧Ｖｐ１のフィードバック量に、検出されたＩｓ　変化点に基づいてオフセット補正を加えたり、フィードバックゲインを補正することで、ガスセンサ１Ｂの劣化によるＮＯｘ　濃度の検出精度の低下を防止することができる。この場合、第２のポンプセル１ｉの印加電圧Ｖｐ２を補正することもできる。勿論、センサセル１ｆの設定電圧の補正についても、前記センサセル電圧Ｖｓ　補正処理を適用することができる。
【０１２９】
また、ガスセンサ１Ａ，１Ｂは共通の固体電解質層により複数のポンプセルが構成され、素子インピーダンスとしてかかる複数のポンプセルの複合インピーダンスが一定になるようにヒータ制御を行うものにも、本発明は好適に適用することができる。
【０１３０】
前記各ガスセンサ１〜１Ｂは、センサセル１ｃが、限界電流域で電圧を印加して、そのとき流れる電流を特定ガス濃度検出信号とするものであるが、前記第１実施形態に対応する発明では、起電力を特定ガス濃度検出信号とするものにも適用することができる。
【０１３１】
また、ヒータ制御を、ヒータ自身の抵抗を検出して、該抵抗が一定となるように行うものにも、本発明は好適に適用することができる。セルの電極部で劣化が生じてもセンサ温度を一定に制御し得るからである。
【０１３２】
また、前記各実施形態では、所定の条件（ステップＳ３０１，Ｓ３０２、ステップＳ４０１，Ｓ４０２）が成立したときにのみポンプセル電圧Ｖｐ　、センサセル電圧Ｖｓ　の補正を許可することで、特定ガスであるＮＯｘ　の濃度が大きく変動する内燃機関の排気ガスを被測定ガスとするものにも好適に適用可能としているが、要求される仕様によっては、２つの条件のうち一方、例えばセンサ温度の条件（ステップＳ３０２，Ｓ４０２）を省略してもよい。また、所定の条件が成立しているか否かの判定そのものを省略してもよい。所定の条件に基づいてポンプセル電圧Ｖｐ　、センサセル電圧Ｖｓ　の補正処理の可否を決定する処理を含めるか否かは、ポンプセル電圧Ｖｐ　、センサセル電圧Ｖｓ　の補正処理に要する時間に比して、特定ガスの変動スパンが十分に長いか否か等を考慮して決定するのがよい。
【０１３３】
また、第１実施形態のポンプセル電圧補正と第２実施形態のセンサセル電圧補正とを時間をずらして実行することで、より高精度な特定ガスの検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１のガス濃度検出装置の構成図である。
【図２】前記ガスセンサの要部断面図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図２におけるＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】前記ガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータで実行されるガス濃度検出の制御内容を示す第１のフローチャートである。
【図６】前記ガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータで実行されるガス濃度検出の制御内容を示す第２のフローチャートである。
【図７】前記ガス濃度検出の制御内容を説明するグラフである。
【図８】前記ガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータで実行されるポンプセル電圧の補正処理の内容を示すフローチャートである。
【図９】前記ポンプセル電圧補正処理の制御内容を説明する第１のグラフである。
【図１０】前記ポンプセル電圧補正処理の制御内容を説明する第２のグラフである。
【図１１】前記ガスセンサを構成するセルの等価回路である。
【図１２】前記ポンプセル電圧補正処理の制御内容を説明する第３のグラフである。
【図１３】（Ａ）は前記ポンプセル電圧補正処理の制御内容を説明する第４のグラフであり、（Ｂ）は前記ポンプセル電圧補正処理の制御内容を説明する第５のグラフである。
【図１４】（Ａ）は前記ポンプセル電圧補正処理の制御内容を説明する第６のグラフであり、（Ｂ）は前記ポンプセル電圧補正処理の制御内容を説明する第７のグラフである。
【図１５】前記ガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータで実行されるセンサセル電圧の補正処理の内容を示すフローチャートである。
【図１６】（Ａ）は前記センサセル電圧補正処理の制御内容を説明する第１のグラフであり、（Ｂ）は前記センサセル電圧補正処理の制御内容を説明する第２のグラフである。
【図１７】（Ａ）は前記センサセル電圧補正処理の制御内容を説明する第３のグラフであり、（Ｂ）は前記センサセル電圧補正処理の制御内容を説明する第４のグラフである。
【図１８】ガス濃度検出装置のガスセンサの断面、および該ガスセンサの制御方式を示す図である。
【図１９】ガス濃度検出装置の変形例のガスセンサの断面、および該ガスセンサの制御方式を示す図である。
【図２０】本発明に用い得る別のガスセンサの断面、および該ガスセンサの制御方式を示す図である。
【図２１】本発明に用い得るさらに別のガスセンサの断面、および該ガスセンサの制御方式を示す図である。
【図２２】従来のガス濃度検出装置の作動を説明する第１のグラフである。
【図２３】従来のガス濃度検出装置の作動を説明する第２のグラフである。
【図２４】従来のガス濃度検出装置の作動を説明する第３のグラフである。
【図２５】従来のガス濃度検出装置の作動を説明する第４のグラフである。
【図２６】従来のガス濃度検出装置の作動を説明する第５のグラフである。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ　ガスセンサ
１ａ，１ｄ，１ｇ，１ｉ　ポンプセル
１ｂ，１ｈ，１ｊ　モニタセル
１ｃ，１ｆ　センサセル
１３，１７　ヒータ
１０１，１０２，１０４，１０５　チャンバー
１１１，１１２，１５１，１５２，１５３　固体電解質層（固体電解質材）
１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，１６１，１６２，１６３，１６４，１６５，１６６　電極
２８　マイクロコンピュータ（急変点検出手段、印加電圧補正手段、検出禁止手段）
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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