(57)【要約】【課題】ガス濃度の検出精度を向上することである。【解決手段】固体電解質材１１２に１対の電極１２１，１２２を形成したポンプセル１ａへの電圧印加時に流れる電流の検出により、被測定ガス中のガス濃度が検出され、かつ、印加電圧の調整が、印加電圧が離散値をとるデジタル制御方式の給電制御手段２０によりなされるものにおいて、検出電流の変化量を制限し、検出電流をなます手段２０１，２０２を設ける。ポンプセル１ａの印加電圧が変化する過渡状態において、セル１ａの容量成分に基因して検出電流に尖頭成分が生じても、前記手段２０１，２０２により前記尖頭成分の影響による検出誤差を除去する。これにより、検出精度を向上せしめる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体の内部に設けられ、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、固体電解質材と１対の電極とで、前記チャンバー内に臨む電極の表面における被測定ガスの組成に応じたガス検出信号を出力するセルとなし、該セルとして、前記１対の電極への給電でチャンバー内外間で酸素を輸送せしめるポンプセルを具備するガスセンサと、前記ポンプセルの酸素輸送量を検出する酸素輸送量検出手段と、離散値をとる前記ポンプセルへの給電信号を生成して、前記ポンプセルの給電を制御する給電制御手段とを具備するガス濃度検出装置において、
前記酸素輸送量の検出信号の変化量を制限する変化量制限手段を具備せしめたガス濃度検出装置。
【請求項２】
基体の内部に設けられ、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、固体電解質材と１対の電極とで、前記チャンバー内に臨む電極の表面における被測定ガスの組成に応じたガス検出信号を出力するセルとなし、該セルとして、前記１対の電極への給電でチャンバー内外間で酸素を輸送せしめるポンプセルを具備するガスセンサと、前記ポンプセルの酸素輸送量を検出する酸素輸送量検出手段と、離散値をとる前記ポンプセルへの給電信号を生成して、前記ポンプセルの給電を制御する給電制御手段とを具備するガス濃度検出装置において、
前記酸素輸送量の検出信号になまし処理をするなまし手段を具備せしめたガス濃度検出装置。
【請求項３】
請求項２記載のガス濃度検出装置において、前記検出信号のなまし処理に先立ち、検出信号の変化量を制限する変化量制限手段を具備せしめたガス濃度検出装置。
【請求項４】
基体の内部に設けられ、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、固体電解質材と１対の電極とで、前記電極表面における被測定ガスの組成に応じたガス検出信号を出力するセルとなし、該セルとして、前記電極からの給電でチャンバー内外間で酸素を輸送せしめるポンプセルを具備するガスセンサと、前記ポンプセルの酸素輸送量を検出する酸素輸送量検出手段と、離散値をとる前記ポンプセルへの給電信号を生成して、前記ポンプセルの給電を制御する給電制御手段とを具備するガス濃度検出装置において、
前記給電信号になまし処理をするなまし手段を具備せしめたガス濃度検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか記載のガス濃度検出装置において、前記変化量制限手段若しくはなまし手段は、入力信号を積分する積分手段により構成したガス濃度検出装置。
【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、前記給電制御手段を、前記酸素輸送量の検出信号に基づいて前記給電信号の目標値を演算するように設定したガス濃度検出装置。
【請求項７】
請求項１ないし６いずれか記載のガス濃度検出装置において、前記ガスセンサには、前記セルとして、前記チャンバー若しくは該チャンバーと連通する別のチャンバー内の残留酸素濃度の検出信号を出力する別のポンプセルを具備せしめ、
前記給電制御手段を、前記残留酸素濃度の検出信号に基づいて前記給電信号の目標値を演算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、前記給電制御手段は、ＰＷＭ信号を平均化し、該ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて前記ポンプセルに印加する直流電圧へ変換する構成とし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、前記給電制御手段は、ポンプセル印加電圧の範囲を所定の二値の間に設定するガス濃度検出装置。
【請求項１０】
請求項９記載のガス濃度検出装置において、前記給電制御手段を、ＰＷＭ信号を変調信号として、ポンプセルへの電源電圧を前記二値の間で切り換える変調手段を具備する構成と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の成分の濃度を検出して、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とで酸素が行き来可能にチャンバーを形成し、固体電解質材に１対の電極を形成したセルによりチャンバー内の酸素を汲み出し又は汲み込むようにしたものがある。このものでは、電極間に、電極と接続された信号線を介して電圧を印加して固体電解質材の内部にキャリアとしての酸素イオンを移動させることで、酸素を輸送し、汲み出し又は汲み込むようになっている。このような構成のセルを複数設けて、ＮＯｘ　やＨＣ，ＣＯを検出可能としたものもある。
【０００４】
このものでは、例えば第１のチャンバーでは第１のポンプセルにより酸素を汲み出し、第１のチャンバーと絞りを介して連通する第２のチャンバーを酸素のごく希薄な領域とする。そして、ＮＯｘ　等の目的のガス成分に対し活性な金属で電極を構成した第２のポンプセルを設けて、電極表面で、前記ガス成分を還元若しくは酸化させて電極表面の酸素濃度を変化させ、第２のポンプセルの電極間に流れる電流値からＮＯｘ　等の濃度を検出する。したがって、第２のチャンバー内の残存酸素を極力少なく、かつ、酸素濃度が変化した場合も速やかにポンプセルが応答して残留酸素をポンピングすることで、ガス濃度の検出精度を確保することが可能となる。
【０００５】
これを可能にする方法として、マップによる方法がある。図１７は、ポンプセルの印加電圧とポンプセルに流れる電流の関係を示すもので、ポンプセルの電極間への印加電圧（以下、適宜、ポンプセル印加電圧という）を上げていくと、ポンプセルの酸素汲み出し能力が上昇して、電極間に流れる電流（以下、適宜、ポンプセル電流という）も上昇するが、チャンバー外の酸素濃度、すなわち、被測定ガスの酸素濃度に応じた電流値（限界電流）で飽和する。チャンバー外の酸素濃度が上昇すれば、その分、酸素汲み出し能力が要求されて、限界電流を流すのに必要なポンプセル印加電圧の下限値も高くなる。このため、酸素の輸送量を示すポンプセル電流等に基づいてポンプセル印加電圧の目標値を設定し、これに応じた指令電圧を出力して、ポンプセル印加電圧を調整している。マップはポンプセル電流とポンプセル印加電圧とについて図１７中に示すような関係を持っており、これにしたがって目標値が設定され、ポンプセル電流ごとに適正なポンプセル印加電圧に調整されることになる。
【０００６】
また、ポンプセル電流を設定する方法として、チャンバー内の残留酸素濃度に応じた限界電流を流すセルや、残留酸素濃度に応じた起電力を出力するセルを別に設け、かかるセンサの出力値が一定となるように、ポンプセル印加電圧を調整するものもある。
【０００７】
ポンプセルの特性は、図１８に示すように、ガスセンサの製造ばらつき等に基因した個体差で微妙にばらつきがある。このため、画一的に標準的なマップデータを用いるのではなく、ガスセンサ個々にマップを最適化し、個体差を吸収する必要がある。
【０００８】
また、前記のごとく、限界電流式のものでは第１のポンプセルの電流値から酸素濃度（空燃比）が検出できるため、前記複数セル構造のガスセンサを、空燃比とＮＯｘ　等とが検出可能な複合センサとすることが可能であるが、かかる場合に、空燃比の検出精度を確保するには、ガスセンサ個々にマップを最適化し、個体差を吸収する必要がある。
【０００９】
組み合わされるガスセンサ個々の特性に合わせてマップを調整することを考慮すると、ポンプセル印加電圧を調整する手段として、マイクロコンピュータは適している。マイクロコンピュータのＲＯＭを書き換えるだけでマップの精密な調整ができ、コスト的にも優れているからである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ポンプセル印加電圧を調整する手段としてマイクロコンピュータを用いた場合、次の問題がある。マイクロコンピュータは、Ｄ／Ａコンバータからポンプセル印加電圧を規定する給電信号を出力し、給電信号が所定の階調の離散値をとる。このため、図１９に示すように、ポンプセル印加電圧の変更時にはステップ状にポンプセル印加電圧が変化し、この過渡時に、ポンプセル電流に、セルのサセプタンス成分に応じて尖頭成分が含まれ、ポンプセル電流の変動ΔＩが生じる。この変動ΔＩにより、酸素濃度の検出精度が低下し、また、ポンプセル印加電圧が適正に設定できなくなるおそれがある。また、ＮＯｘ　やＣＯを検出可能としたものでは、ＮＯｘ　やＣＯの還元や酸化による分のチャンバー内の酸素濃度との差分に基づいてその濃度を求めるため、これらのガス濃度の検出精度の低下をもたらす。
【００１１】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、ガス濃度を高精度に検出する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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、基体の内部に設けられ、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、固体電解質材と１対の電極とで、前記チャンバー内に臨む電極の表面における被測定ガスの組成に応じたガス検出信号を出力するセルとなし、該セルとして、前記１対の電極への給電でチャンバー内外間で酸素を輸送せしめるポンプセルを具備するガスセンサと、前記ポンプセルの酸素輸送量を検出する酸素輸送量検出手段と、離散値をとる前記ポンプセルへの給電信号を生成して、前記ポンプセルの給電を制御する給電制御手段とを具備するガス濃度検出装置において、
前記酸素輸送量の検出信号の変化量を制限する変化量制限手段を具備せしめる。
【００１３】
ポンプセルの給電がステップ状に変化する過渡状態において、酸素輸送量の検出信号にポンプセルのサセプタンスに基因した尖頭成分が含まれても、酸素輸送量の検出値の変動が抑制されるから、大きな検出誤差を伴うことなく、ポンプセルの酸素輸送量が高精度に知られる。これにより，ガス濃度を高精度に検出することができる。
【００１４】
請求項２記載の発明では、基体の内部に設けられ、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、固体電解質材と１対の電極とで、前記チャンバー内に臨む電極の表面における被測定ガスの組成に応じたガス検出信号を出力するセルとなし、該セルとして、前記１対の電極への給電でチャンバー内外間で酸素を輸送せしめるポンプセルを具備するガスセンサと、前記ポンプセルの酸素輸送量を検出する酸素輸送量検出手段と、離散値をとる前記ポンプセルへの給電信号を生成して、前記ポンプセルの給電を制御する給電制御手段とを具備するガス濃度検出装置において、
前記酸素輸送量の検出信号になまし処理をするなまし手段を具備せしめる。
【００１５】
ポンプセルの給電がステップ状に変化する過渡状態において、酸素輸送量の検出信号にポンプセルのサセプタンスに基因した尖頭成分が含まれても、酸素輸送量の検出信号がなまされるから、大きな検出誤差を伴うことなく、ポンプセルの酸素輸送量が高精度に知られる。これにより，ガス濃度を高精度に検出することができる。
【００１６】
請求項３記載の発明では、請求項２の発明の構成において、前記検出信号のなまし処理に先立ち、検出信号の変化量を制限する変化量制限手段を具備せしめる。
【００１７】
検出信号の変化量の制限で、ポンプセルの酸素輸送量の検出信号に含まれる前記尖頭成分が低減されてから、なまし処理がなされるので、より大きな尖頭成分の低減効果を得ることができる。また、予め検出信号の変化量の制限で尖頭成分を低減しておくので、なましの程度をある程度抑えても十分な尖頭成分の低減効果が得られ、応答性をも十分に確保することができる。
【００１８】
請求項４記載の発明では、基体の内部に設けられ、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、固体電解質材と１対の電極とで、前記電極表面における被測定ガスの組成に応じたガス検出信号を出力するセルとなし、該セルとして、前記電極からの給電でチャンバー内外間で酸素を輸送せしめるポンプセルを具備するガスセンサと、前記ポンプセルの酸素輸送量を検出する酸素輸送量検出手段と、離散値をとる前記ポンプセルへの給電信号を生成して、前記ポンプセルの給電を制御する給電制御手段とを具備するガス濃度検出装置において、
前記給電信号になまし処理をするなまし手段を具備せしめる。
【００１９】
給電信号がなまされるから、ポンプセルの酸素輸送量の検出信号にポンプセルのサセプタンスに基因した尖頭成分が含まれるのを抑制することができる。これにより、ポンプセルの酸素輸送量が高精度に知られる。これにより，ガス濃度を高精度に検出することができる。
【００２０】
請求項５記載の発明では、請求項１ないし４の発明の構成において、前記変化量制限手段若しくはなまし手段は、入力信号を積分する積分手段により構成する。
【００２１】
ステップ状に変化する検出信号や給電信号の高周波成分が積分手段により除去され、これらの信号が、変化量が制限されるとともに、なまされる。
【００２２】
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、前記給電制御手段を、前記酸素輸送量の検出信号に基づいて前記給電信号の目標値を演算するように設定する。
【００２３】
ポンプセルの酸素輸送量が高精度に知られることで、酸素輸送量に基づいて制御されるポンプセルの給電信号に適正値が与えられる。これにより、チャンバー内の酸素濃度が安定化する。
【００２４】
請求項７記載の発明では、請求項１ないし６の発明の構成において、前記ガスセンサには、前記セルとして、前記チャンバー内の残留酸素濃度の検出信号を出力するモニタセルを具備せしめ、
前記給電制御手段を、前記残留酸素濃度の検出信号に基づいて前記給電信号の目標値を演算するように設定する。
【００２５】
チャンバー内の残留酸素濃度が変動すると、給電信号が変化することになるから、請求項１または２の発明は、かかるモニタセルによりポンプセルの給電を制御する方式のガス濃度検出装置にも好適に適用することができる。
【００２６】
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、前記給電制御手段は、ＰＷＭ信号を平均化し、該ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて前記ポンプセルに印加する直流電圧へ変換する構成とする。
【００２７】
Ｄ／ＡコンバータによらずにＰＷＭ信号のデューティ比の設定で給電量を調整することができる。
【００２８】
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、前記給電制御手段は、ポンプセル印加電圧の範囲を所定の二値の間に設定する。
【００２９】
前記二値を必要な電圧出力の上限と下限に設定すれば、必要な電圧出力の範囲を確保しつつ、分解能を高めることができる。
【００３０】
請求項１０記載の発明では、請求項９の発明の構成において、前記給電制御手段を、ＰＷＭ信号を変調信号として、ポンプセルへの電源電圧を前記二値の間で切り換える変調手段を具備する構成とする。
【００３１】
変調出力が、所定の二値の間のデューティ比に応じた平均電圧となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に本発明を適用した第１実施形態になるガス濃度検出装置を示す。本実施形態は例えば自動車の内燃機関用に適用したものである。
【００３３】
ガス濃度検出装置のガスセンサ１は例えばエンジンから排出される排気ガスが流通する排気管に設けられ、車室側や車両の下部などに設けられたガスセンサ１の制御回路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ＣＰＵ２０で、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　またはＨＣ，ＣＯ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。以下、ＮＯｘ　濃度を検出するものとして説明する。
【００３４】
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により構成された層１１５等が板厚方向に積層する基体１０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。
【００３５】
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１０４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が内燃機関に適用される場合には、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。
【００３６】
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、限界電流特性を形成するとともに、排気微粒子のチャンバー１０１内への侵入を防止している。
【００３７】
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。
【００３８】
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１１２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とで別のポンプセルであるモニタセル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　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。
【００３９】
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。
【００４０】
ガスセンサ１において、ガスセンサ１の周囲を流れる被測定ガスであ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ー側ポンプ電極１２２で分解、イオン化して固体電解質層１１１を輸送され、大気側ポンプ電極１２１から大気ダクト１０４へと排出される。ポンプセル１ａの電極１２１，１２２間への印加電圧を十分に大きくすれば、第１チャンバー１０１内への酸素の流入はピンホール１０６の拡散抵抗が支配的となって、ポンプセル１ａに限界電流が流れる。この電流値から被測定ガスであるガスセンサ１の外部の排気ガス中の酸素濃度が知られる。チャンバー側ポンプ電極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。
【００４１】
排気ガスは第１チャンバー１０１から絞り部１０３を介して第１チャンバー１０２へと拡散するから、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、チャンバー側センサ電極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、チャンバー側センサ電極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。
【００４２】
次にガス濃度検出装置の電気的構成について説明する。制御回路は、ＣＰＵ２０等を共通として、ポンプセル１ａ用の回路３ａ、モニタセル１ｂ用の回路３ｂ、センサセル１ｃ用の回路３ｃが設けられている。
【００４３】
本実施形態の特徴部分であるポンプセル１ａ用の回路３ａについて詳細に説明する。ＣＰＵ２０で演算された指令値がＤ／Ａコンバータ２１１でアナログ化され、給電信号であるＤ／Ａコンバータ２１１の出力電圧が電圧フォロア用のオペアンプ４１に入力している。オペアンプ４１からポンプセル１ａの大気側ポンプ電極１２２に指令電圧Ｖｐ’が印加される。一方、基準電圧源５１の出力電圧が入力する電圧フォロア用のオペアンプ５２からチャンバ側ポンプ電極１２１に基準電圧Ｖｐ”が印加される。チャンバ側ポンプ電極１２１への通電線の途中には、酸素輸送量検出手段である電流検出用の抵抗器６１が介設されており、酸素輸送量の検出信号である抵抗器６１の両端の電圧がそれぞれＡ／Ｄコンバータ２２１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（Ｖｐ’−Ｖｐ”）が印加され（以下、適宜、この印加電圧を、ポンプセル電圧Ｖｐ　という）、電極１２１，１２２間に電流（以下、適宜、ポンプセル電流という）Ｉｐ　が流れると、これが抵抗器６１の電圧降下として検出されることになる。
【００４４】
モニタセル１ｂ用の回路３ｂ、センサセル１ｃ用の回路３ｃについても、詳細は省略するが、オペアンプや電流検出用の抵抗器により構成され、モニタセル１ｂの電極１２３，１２５間への電圧（以下、適宜、モニタセル印加電圧という）Ｖｍ　の印加時に電極１２３，１２５間に流れる電流（以下、適宜、モニタセル電流Ｉｍ　という）や、センサセル１ｃの電極１２４，１２５間への電圧（以下、適宜、センサセル印加電圧という）Ｖｓ　の印加時に電極１２４，１２５間に流れる電流（以下、適宜、センサセル電流という）Ｉｓ　が検出される。モニタセル１ｂについては実質的にポンプセル１ａのものと同等の回路構成で、Ｄ／Ａコンバータの出力電圧に応じてモニタセル印加電圧Ｖｍ　を調整可能である。
【００４５】
また、制御回路では、セル１ａ〜１ｃのインピーダンスが検出されるようになっており、後述するヒータ１３の通電制御に供される。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、モニタセル１ｂ用の回路３ｂのＤ／Ａコンバータの出力電圧が正側または負側に瞬間的に変化せしめられ、モニタセル電圧Ｖｍ　に交流成分が含められる。ＣＰＵ２０では、この時のモニタセル印加電圧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。
【００４６】
次にヒータ１３の駆動系について説明する。ヒータ１３は図示しないバッテリから通電されるようになっており、通電がＣＰＵ２０から出力されるＰＷＭ信号によりオンオフし、その駆動デューティに応じた電流に調整される。ＰＷＭ信号は前記インピーダンスに基づいて設定される。セルのインピーダンスが固体電解質層１１１，１１２の温度に応じた値を示すことを利用し、検出インピーダンスが予め設定した規定値になるようにＰＷＭ信号をフィードバック制御することで、活性温度に維持する。
【００４７】
次にＣＰＵ２０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。図５はポンプセル印加電圧Ｖｐ　の調整処理を示すもので、ステップＳ１０１ではポンプセル印加電圧Ｖｐ　の調整タイミングか否かを判定し、肯定判断されるとステップＳ１０２に進み、否定判断されるとステップＳ１０１に戻る。ポンプセル印加電圧調整タイミングは例えば１０ｍｓ間隔で設定されており、１０ｍｓ間隔でステップＳ１０２以降の処理が実行されることになる。
【００４８】
ステップＳ１０２では、抵抗器６１の両端の電圧をＡ／Ｄコンバータ２２１によりサンプリングするポンプセル電流Ａ／Ｄ処理を実行し、ポンプセル電流Ｉｐ　を計測する（以下、適宜、このポンプセル電流Ｉｐ　をＡ／Ｄ計測値という）。
【００４９】
ステップＳ１０３〜Ｓ１０５は変化量制限手段としての処理で、ステップＳ１０３ではＡ／Ｄ計測値の前回値との差が規定値以上になっているか否かを判定する。肯定判断されると、ステップＳ１０４で、前記前回値に規定値を加算若しくは減算してこれを今回値とし、ステップＳ１０６に進む。今回値が前回値よりも大きい場合は加算で、今回値が前回値よりも小さい場合は減算である。これにより、ポンプセル電流Ｉｐ　の変化量が±前記規定値以内に制限される。否定判断されるとステップＳ１０５で、ステップＳ１０２でのＡ／Ｄ計測値をそのまま今回値とし、ステップＳ１０６に進む。
【００５０】
ステップＳ１０６はなまし手段としての処理で、ポンプセル電流Ｉｐ　の今回値に対してなまし処理を実行する。すなわち、次式（１）により、今回値を更新する。式中、Ｘ（ｉ）　は今回値、Ｘ（ｉ−１）　は前回値である。ｋはなまし係数である。
Ｘ（ｉ）　＝Ｘ（ｉ−１）　＋（Ｘ（ｉ）　−Ｘ（ｉ−１）　）／ｋ・・・（１）
【００５１】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６でなまされた後のポンプセル電流Ｉｐ　によりポンプセル印加電圧Ｖｐ　の目標値（以下、適宜、目標印加電圧という）を、印加電圧マップにしたがってマップ演算する。
【００５２】
続くステップＳ１０８は、給電制御手段としての処理で、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　をステップＳ１０７で演算された目標印加電圧に変更し、本フローを終了する。ポンプセル印加電圧Ｖｐ　の変更は、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　が目標印加電圧となるように、Ｄ／Ａコンバータ２１１の出力電圧である電圧Ｖｐ’を変更することでなされる。
【００５３】
なお、図１中には、本フローを機能ブロックで示しており、変化量制限部２０１がステップＳ１０３〜Ｓ１０５に相当し、なまし処理部２０２がステップＳ１０６に相当し、ポンプセル印加電圧制御部２０３がステップＳ１０７に相当する。酸素濃度信号出力部２０４はステップＳ１０６でなまされた後のＡ／Ｄ計測値を被測定ガス中の酸素濃度の信号（Ａ／Ｆ信号）として出力する処理機能を表している。
【００５４】
本ガス濃度検出装置はこのように構成されているので、次の効果を奏する。Ｄ／Ａコンバータ２１１の出力電圧Ｖｐ’が離散値をとり、その結果、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　が離散値をとる。そして、Ａ／Ｄコンバータ２２１でサンプリングされた段階のポンプセル電流Ｉｐ　に前掲図１９に示すような尖頭成分が含まれていても、これが変化量制限部２０１、およびなまし処理部２０２で除去され、高精度にポンプセル電流Ｉｐ　を得ることができる。これにより、適正にポンプセル印加電圧Ｖｐ　を調整することができる。
【００５５】
ポンプセル電流Ｉｐ　が高精度に得られることで、被測定ガスの酸素濃度（Ａ／Ｆ）が高精度に得られる。
【００５６】
また、誤差を含むポンプセル電流Ｉｐ　の検出値によりポンプセル印加電圧Ｖｐ　が調整されるのを回避することができるので、チャンバー１０１，１０２内の残留酸素濃度が安定化し、モニタセル１ｂ、センサセル１ｃによるＮＯｘ　濃度の検出精度が向上する。
【００５７】
本発明の効果を図６、図７、図８に示す実験の結果により説明する。図６は燃料カット時のディーゼルエンジンの排気ガス中の酸素濃度の検出値の経時変化を示すもので、前記なまし処理部２０２から出力されたポンプセル電流Ｉｐ　に相当するものである（以下、これを本発明という）。また、図には、Ａ／Ｄコンバータ２２１でサンプリングされたＡ／Ｄ計測値に相当する酸素濃度を併せて示している（以下、これを比較例という）。いずれも、燃料カットにより、通常の大気中の酸素濃度値に向かって上昇していくが、比較例では、スパイク性の異常値をとる場合があるのに対し、本発明では、酸素濃度値がスムーズに上昇していく。
【００５８】
図７はポンプセル電流Ｉｐ　に基づいて調整されるポンプセル印加電圧Ｖｐ　を示したものである。図８は、Ａ／Ｄ計測値の変化量（図中、ポンプセル電流変化量）を示したものである。これは、１０ｍｓでサンプリングされるＡ／Ｄ計測値の差分をとったものである。
【００５９】
図例では、ポンプセル電流変化量は、燃料カットに伴う上昇分が最大で０．０５ｍＡ／１０ｍｓある。燃料カット時が最も大きく酸素濃度が変化するときであるから、これによりポンプセル電流Ｉｐ　の応答速度の最大値を０．０５ｍＡ／１０ｍｓと見積もることができる。一方、ピーク値は０．２ｍＡ／１０ｍｓに達する。これは前記スパイク性の異常値に対応し、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　がステップ状に変化することで、ポンプセル１ａの電極１２１，１２２間の寄生容量と固体電解質層１１２の容量成分によるサセプタンスが寄与するためである。
【００６０】
ここで、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　の変化量をΔＶ１　とすると、ポンプセル１ａのインピーダンスをＺＡＣとして、ポンプセル電流変化量ΔＩ１　は、ΔＩ１　＝ΔＶ１　／ＺＡＣと表せる。ここでポンプセル印加電圧Ｖｐ　の変化幅ΔＶ１　は最小値をＤ／Ａコンバータ２１１の分解能が規定し、これは現在入手可能な１２ｂｉｔのもので１ＬＳＢが１．２２ｍＶとなる。ポンプセル１ａのインピーダンスＺＡＣを２０Ωとして、Ｄ／Ａコンバータ２１１の出力電圧が離散値をとることに基因したポンプセル電流変化量ΔＩ１　は６０μＡ程度と見積もることができる。これは、ガソリンエンジンのリーンバーンやＤｉ、ディーゼルエンジンの大量ＥＧＲでよく使われるＡ／Ｆ２３の点においては１Ａ／Ｆという大きな誤差となる。また、酸素濃度では１％の誤差に相当する。
【００６１】
そこで、ポンプセル電流変化量の制限の規定値を６０μＡとすると、実際のエンジンの酸素濃度変化に対応したポンプセル電流Ｉｐ　の変化の応答速度を損なわずに誤差を低減することができる。図６の本発明のデータは、規定値を６０μＡとしたときのものである。
【００６２】
そして、ポンプセル電流Ｉｐ　についてなまし処理を行うことで、さらにポンプセル電流Ｉｐ　の検出誤差の低減を図ることができる。なまし処理におけるなまし係数ｋは、ポンプセル電流Ｉｐ　の尖頭成分の除去作用と、ポンプセル電流Ｉｐ　の変化の応答速度とを考慮して設定するのがよい。発明者らによれば１／８〜１／１６で好適な結果を得た。図６の本発明のデータは、なまし処理においてｋ＝１／１６としたもので、図より知られるように、なまし処理を行わない比較例の全体的なプロファイルと略同じで、実際の酸素濃度に応答性よく追随していることが分かる。
【００６３】
また、本実施形態によれば、ハードウェア構成は従来のものと同じであるので、実施が容易である。
【００６４】
なお、変化量制限処理となまし処理とは、必ずしも両方行う必要はなく、要求される仕様によってはいずれか一方の処理だけでもよい。
【００６５】
（第２実施形態）
図９に本発明の第２実施形態になるガス濃度検出装置を示す。第１実施形態と実質的に同じ作動をする部分には同じ番号を付して、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００６６】
ポンプセル１ａ用の回路３ａＡは、ポンプセル電流Ｉｐ　を検出するための、検出用抵抗器６１のオペアンプ５２側端の電圧出力が電圧フォロアのオペアンプ６２に入力し、オペアンプ６２からローパスフィルタ６３を介してＡ／Ｄコンバータ２１２に入力するようになっている。ローパスフィルタ６３は抵抗器６３１とコンデンサ６３２とからなる積分手段である積分回路である。Ａ／Ｄコンバータ２１２でサンプリングされたポンプセル電流Ｉｐ　の検出値はＣＰＵ２０Ａに入力する。
【００６７】
ＣＰＵ２０Ａでは、ポンプセル印加電圧制御部２０３が、Ａ／Ｄコンバータ２１２から入力したポンプセル電流Ｉｐ　（Ａ／Ｄ計測値）に基づいて直接にポンプセル印加電圧Ｖｐ　を変更する。
【００６８】
本実施形態によれば、ローパスフィルタ６３によりポンプセル電流Ｉｐ　の検出信号になまし処理がなされ、第１実施形態のごとく、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　が変更される過渡状態において発生するポンプセル電流Ｉｐ　の尖頭成分を除去することができる。本実施形態によれば、制御負担がない。
【００６９】
なお、本実施形態では、予めポンプセル電流Ｉｐ　の尖頭成分を変化量制限によりある程度除いておくということができないため、十分にポンプセル電流Ｉｐ　の尖頭成分を除去しようとすれば、ローパスフィルタ６３のカットオフ周波数ｆｃ　を十分に小さく（例えば０．５Ｈｚ）しておく必要があり、応答遅れがある程度許容される用途に好適である。
【００７０】
（第３実施形態）
図１０に本発明の第３実施形態になるガス濃度検出装置を示す。第１実施形態では、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　の調整をＤ／Ａコンバータの出力値を変更することで行っていたが、本発明では、別の手段により行うようにしたものである。第１実施形態と実質的に同じ作動をする部分には同じ番号を付して、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００７１】
ＣＰＵ２０Ｂのポンプセル印加電圧制御部２０３Ｂは、印加電圧マップに基づいて得られたポンプセル印加電圧Ｖｐ　に応じてＰＷＭ信号の駆動デューティを演算する。かかる駆動デューティのＰＷＭ信号がＣＰＵ２０Ｂから出力される。
【００７２】
ＰＷＭ信号は、ポンプセル１ａ用の回路３ａＢのＦＥＴ４３３のゲートに入力している。ＦＥＴ４３３は、ＰＷＭ信号を変調信号として電源４２を変調する変調部４３を構成している。電源４２は一定の電圧を出力する。変調部４３は給電信号である出力がローパスフィルタ４４を介して大気側ポンプ電極１２２に印加される。変調部４３は、電源４２と接地との間に直列に接続された抵抗器４３１，４３２および前記ＦＥＴ４３３からなり、電源４２から抵抗器４３１を介してローパスフィルタ４４に給電がなされる。ローパスフィルタ４４は、抵抗器４４１，４４２、コンデンサ４４３、４４４およびオペアンプ４４５を備えた積分回路である。
【００７３】
本実施形態によれば、ＦＥＴ４３３のゲートに入力するＰＷＭ信号が「１」でＦＥＴ４３３がオンすると、抵抗器４３２が新たにローパスフィルタ４４の入力部と接地間に介設される分、ローパスフィルタ４４の入力側の抵抗値が減少し、ローパスフィルタ４４の入力部の電位が低下する。すなわち、ＰＷＭ信号が「１」か「０」かで、ローパスフィルタ４４の入力電圧が高低二値の離散値をとる。高い方の値をとる期間と低い方の値をとる期間との比がＰＷＭ信号のデューティ比で決定されることになる。このように、電源４２の出力電圧がＰＷＭ信号により変調される。
【００７４】
変調部４３からの出力電圧はローパスフィルタ４４でなまされて、ポンプセル１ａの大気側ポンプ電極１２２に印加されることになる。この印加電圧はローパスフィルタ４４の平滑作用により、略一定値をとりＤＣ信号化するが、その大きさはＰＷＭ信号のデューティ比で決定され、デューティ比に応じて高低２つの離散値で挟まれた範囲内の値をとる。すなわち、ＰＷＭ信号のオンデューティが高いほど、前記低い方の値に近くなり、オンデューティが低いほど、前記高い方の値に近くなる。
【００７５】
本実施形態では、ローパスフィルタ４４の入力電圧の範囲が抵抗器４３１，４３２の抵抗値で決まる高低２つの離散値で挟まれた範囲となるが、この範囲を、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　として実際に必要な範囲が得られるように設定することで、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　の分解能を高くすることができる。なお、ローパスフィルタ４４はカットオフ周波数ｆｃ　を１０７Ｈｚ程度にして良好な結果を得た。
【００７６】
（第４実施形態）
図１１に本発明の第４実施形態になるガス濃度検出装置を示す。第１実施形態では、ポンプセル電流Ｉｐ　の検出値に変化量制限およびなまし処理をした後、これに基づいてポンプセル印加電圧Ｖｐ　を演算し、Ｄ／Ａコンバータ２１１の出力電圧を設定したが、本実施形態は、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　の制御を別の方式で行うようにしたものである。第１実施形態と実質的に同じ作動をする部分には同じ番号を付して、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００７７】
モニタセル１ｂ用の回路３ｂＣは、大気側センサ／モニタ電極１２５に、基準電圧源７１の出力が入力する電圧フォロア用のオペアンプ７２から基準電圧Ｖｍ’が印加されるようになっている。一方、モニタセル１ｂのチャンバー側モニタ電極１２３には、基準電圧源８１の出力が入力する電圧フォロア用のオペアンプ８２から基準電圧Ｖｍ”が印加される。これにより、モニタセル１ｂの電極１２３，１２５間にモニタセル電圧Ｖｍ　が印加され、電極１２３，１２５間にモニタセル電流Ｉｍ　が流れると、これが電流検出用の抵抗器８３の電圧降下としてＡ／Ｄコンバータ２２２で検出される。
【００７８】
ＣＰＵ２０Ｃのポンプセル印加電圧制御部２０３Ｃは、モニタセル電流Ｉｍ　が予め設定した規定値となるようにポンプセル印加電圧Ｖｐ　を演算する。ここでは、例えば、比例項や積分項を演算してポンプセル印加電圧を演算するＰＩＤ制御等によるフィードバック制御の演算が用いられる。演算結果に基づいてＤ／Ａコンバータ２１１の出力電圧Ｖｐ’が調整される。ポンプセル印加電圧制御部２０３Ｃは、ＣＰＵ２０のプログラム上で実現される。
【００７９】
かかるポンプセル１ａの制御方式のガス濃度検出装置においても、Ｄ／Ａコンバータ２１１の出力電圧が離散値をとるから、ポンプセル電流Ｉｐ　に尖頭成分を含み、被測定ガスの酸素濃度の検出精度を低下させることとになる。Ａ／Ｄコンバータ２１２でサンプリングされたポンプセル電流Ｉｐ　の検出信号を入力として、変化量制限部２０１、なまし処理部２０２を設けることで、第１実施形態と同様に、被測定ガスの酸素濃度の検出精度を向上せしめることができる。
【００８０】
（第５実施形態）
図１２に本発明の第５実施形態になるガス濃度検出装置を示す。ポンプセル印加電圧Ｖｐ　の制御を前記第４実施形態とも異なる別の方式で行うようにしたものである。前記各実施形態と実質的に同じ作動をする部分には同じ番号を付して、相違点を中心に説明する。
【００８１】
モニタセル１ｂの回路３ｂＤは、大気側センサ／モニタ電極１２５に、基準電圧源７３が入力する電圧フォロア用のオペアンプ７４から基準電圧Ｖ０　が印加されるようになっている。一方、モニタセル１ｂのチャンバー側モニタ電極１２３には抵抗値の大きな抵抗器８４が接続され、その両端間電圧がローパスフィルタ８５に入力している。モニタセル１ｂの両電極１２３，１２５間には、チャンバー１０２と大気ダクト１０５間の酸素分圧比に応じて起電力ｅｍ　が発生するから、チャンバー１０２内の酸素濃度が変化すると、ローパスフィルタ８５への入力電圧が変化することになる。起電力ｅｍ　は、チャンバー１０２内に酸素が十分存在するときには約０．９Ｖあり、ストイキ点で急激に低下してリッチ側では約０．１Ｖとなる特性を有している。
【００８２】
ローパスフィルタ８５は抵抗器８５１とコンデンサ８５２とからなる積分回路である。ローパスフィルタ８５の出力は電圧フォロアのオペアンプ８６を介してＡ／Ｄコンバータ２２２に入力している。
【００８３】
ＣＰＵ２０Ｄではポンプセル印加電圧制御部２０３Ｄが、モニタセル起電力ｅｍ　に基づいてポンプセル印加電圧Ｖｐ　を演算する。例えば、前記のごとく、モニタセル起電力ｅｍ　がストイキ点を挟み約０．９Ｖ〜約０．１Ｖの範囲で変化するから、例えば、モニタセル起電力ｅｍ　が０．４５Ｖになるように、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　を演算する。演算結果に基づいてＤ／Ａコンバータ２１１の出力値が調整される。ポンプセル印加電圧制御部２０３Ｄは、ＣＰＵ２０Ｄのプログラム上で実現される。
【００８４】
かかるポンプセル１ａの制御方式のガス濃度検出装置においても、Ｄ／Ａコンバータ２１１の出力値が離散値をとるから、ポンプセル電流Ｉｐ　に尖頭成分を含み、被測定ガスの酸素濃度の検出精度を低下させることになる。したがって、Ａ／Ｄコンバータ２２１でのポンプセル電流Ｉｐ　の検出信号を入力として、変化量制限部２０１、なまし処理部２０２を設けることで、被測定ガスの酸素濃度の検出精度を向上せしめることができる。
【００８５】
また、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　の変化量が抑制されることで、ポンプセル電流Ｉｐ　の尖頭成分が抑制され、前記被測定ガスの酸素濃度の検出精度がさらに向上する。
【００８６】
なお、モニタセル起電力ｅｍ　の検出信号が急激に変化するようなことがあっても、ローパスフィルタ８５でなまされるから、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　の変化量が抑制される。これにより、チャンバー１０２内の残留酸素濃度の収束性が向上する。
【００８７】
（第６実施形態）
図１３に本発明の第６実施形態になるガス濃度検出装置を示す。ガスセンサを構造の異なる別のガスセンサに変えたもので、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　の制御方式は前記第５実施形態と実質的に同じものである。第１実施形態と実質的に同じ作動をする部分には同じ番号を付して、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００８８】
本実施形態のガスセンサ１Ｅは、図１４に示すように、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、ジルコニア等の固体電解質にヒータ１７を埋め込んだ層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。
【００８９】
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１Ｅ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１Ｅの長手方向に配置された２つのチャンバー１４１，１４２が形成されている。律速層１５４は、ガスセンサ１Ｅの先端側で第１のチャンバー１４１にガスセンサ１Ｅ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。
【００９０】
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１Ｅの基端で大気に開放している。ガスセンサ１Ｅ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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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（以下、適宜、第２のポンプセルという）１ｇが構成される。この第２ポンプセル１ｇはセンサセル１ｆと同様に、一方の電極１６４，１６６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。
【００９５】
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。
【００９６】
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１Ｅ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。
【００９７】
モニタセル１ｅ用の回路３ｅは、第５実施形態のモニタセル用の回路と同様に、基準電圧源７３、オペアンプ７４、抵抗器８４、ローパスフィルタ８５、およびオペアンプ８６が設けてあり、第１チャンバー１４１の残留酸素濃度が検出されるようになっている
【００９８】
ＣＰＵ２０Ｅではポンプセル印加電圧制御部２０３Ｅが、モニタセル起電力ｅｍ　が所定値となるように、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　を演算し、Ｄ／Ａコンバータ２１１の出力電圧を調整する。これにより、第１チャンバー１４１内の酸素は、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排出される。これにより、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。
【００９９】
そして、第２ポンプセル１ｇ用の回路３ｇにより、大気側センサ／モニタ電極１６５側を正として、電極１６５，１６６間に電圧Ｖｐ２が印加され、第２チャンバー１４２内の残留酸素が第２ポンプセル１ｇにより排出される。そして、電極１６５，１６６間に流れる電流Ｉｐ２が検出される。
【０１００】
一方、センサセル１ｆ用の回路３ｃにより、大気側センサ／モニタ電極１６５側を正として、電極１６５，１６４間に電圧Ｖｓ　が印加される。そして、電極１６５，１６４間に、第２チャンバー１４２に面した電極１６４におけるＮＯｘ　の分解に基因したセンサセル電流Ｉｓ　が検出される。
【０１０１】
かかるポンプセル１ａの制御方式のガス濃度検出装置においても、Ｄ／Ａコンバータ２１１の出力電圧が離散値をとるから、ポンプセル電流Ｉｐ　の検出信号を入力として、変化量制限部２０１、なまし処理部２０２を設けることで、被測定ガスの酸素濃度の検出精度を向上せしめることができる。
【０１０２】
また、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　の変化量が抑制されることで、前記被測定ガスの酸素濃度の検出精度がさらに向上する。
【０１０３】
なお、モニタセル起電力ｅｍ　の検出信号が急激に変化するようなことがあっても、ローパスフィルタ８５でなまされるから、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　の変化量が抑制される。これにより、チャンバー１４１内の残留酸素濃度の収束性が向上する。
【０１０４】
（第７実施形態）
図１５に本発明の第７実施形態になるガス濃度検出装置を示す。第１実施形態と実質的に同じ作動をする部分には同じ番号を付して、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【０１０５】
ポンプセル１ａ用の回路３ａＦは、給電信号であるＤ／Ａコンバータ２１１の出力電圧が入力する電圧フォロア用のオペアンプ４１の出力電圧を入力として、ローパスフィルタ４５が設けてあり、ローパスフィルタ４５からポンプセル１ａの大気側ポンプ電極１２２に電圧Ｖｐ’が印加されるようになっている。ローパスフィルタ４５は抵抗器４５１とコンデンサ４５２とからなる積分回路である。
【０１０６】
ＣＰＵ２０Ｆでは、ポンプセル印加電圧制御部２０３が、Ａ／Ｄコンバータ２２１でサンプリングされたポンプセル電流Ｉｐ　の検出信号に基づいて、直接にポンプセル印加電圧Ｖｐ　を調整する。
【０１０７】
本実施形態によれば、ローパスフィルタ４５によりポンプセル印加電圧Ｖｐ　の変化が抑制されるので、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　が変更される過渡状態において、ポンプセル１ａのサセプタンス成分に基因して発生するポンプセル電流Ｉｐ　の尖頭成分を除去することができる。これにより、被測定ガスの酸素濃度の検出精度、ＮＯｘ　の検出精度が向上する。また、本実施形態によれば、制御負担がない。
【０１０８】
なお、本実施形態の構成により十分にポンプセル電流Ｉｐ　の尖頭成分を除去しようとすれば、ローパスフィルタ４５のカットオフ周波数ｆｃ　を十分に小さくしておくのがよい。例えば、０．５Ｈｚに設定すると、Ｄ／Ａコンバータ２１１の最小分解能が２ｍＶのとき、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　をこの２ｍＶ変化させたときのポンプセル電流変化量が０．１ｍＡ（Ａ／Ｆ１．２相当）から０．００５ｍＡ（Ａ／Ｆ０．０６相当）と、実質的に無視し得るレベルまで検出誤差を低減することができた。
【０１０９】
（第８実施形態）
図１６に本発明の第８実施形態になるガス濃度検出装置を示す。第１実施形態と実質的に同じ作動をする部分には同じ番号を付して、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【０１１０】
本実施形態は、第３実施形態と基本的に同じ構成をとっており、第３実施形態と同様に、変調部４３の出力電圧をなますローパスフィルタ４６が設けられている。ローパスフィルタ４６は、抵抗器４６１，４６２、コンデンサ４６３、４６４およびオペアンプ４６５を備えた積分回路である。相違点は、ローパスフィルタ４６のカットオフ周波数を、第３実施形態のローパスフィルタ４５よりも低くしたことである。これにより、ＰＷＭ信号により変調された電源電圧を平滑化するだけではなく、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　が急激に変化するような場合でも、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　の変化量を制限する効果、ポンプセル印加電圧Ｖｐ　をなます効果が付加される。
【０１１１】
これに対応して、ポンプセル電流Ｉｐ　を入力とする変化量制限部およびなまし処理部は省略可能となり、マイクロコンピュータの負荷を軽減することができる。ポンプセル印加電圧制御部２０３Ｂは、Ａ／Ｄコンバータ２２１でサンプリングされたポンプセル電流Ｉｐ　の検出信号に基づいて直接にポンプセル印加電圧Ｖｐ　が演算される。
【０１１２】
なお、本実施形態では、ローパスフィルタ４６により、ポンプセル電流Ｉｐ　に尖頭成分が含まれない程度までポンプセル印加電圧Ｖｐ　をなますため、ローパスフィルタ４６のカットオフ周波数ｆｃ　は十分に小さくする必要がある。発明者らによれば、カットオフ周波数ｆｃ　を第７実施形態のごとく０．５Ｈｚとして、好適な結果を得た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態になるガス濃度検出装置の構成図である。
【図２】前記ガス濃度検出装置の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ＣＰＵで実行される制御内容を示すフローチャートである。
【図６】前記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７】前記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８】前記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９】本発明の第２実施形態になるガス濃度検出装置の構成図である。
【図１０】本発明の第３実施形態になるガス濃度検出装置の構成図である。
【図１１】本発明の第４実施形態になるガス濃度検出装置の構成図である。
【図１２】本発明の第５実施形態になるガス濃度検出装置の構成図である。
【図１３】本発明の第６実施形態になるガス濃度検出装置の構成図である。
【図１４】前記ガス濃度検出装置のガスセンサの要部断面図である。
【図１５】本発明の第７実施形態になるガス濃度検出装置の構成図である。
【図１６】本発明の第８実施形態になるガス濃度検出装置の構成図である。
【図１７】ガス濃度検出装置の制御方式を示す第１のグラフである。
【図１８】ガス濃度検出装置の制御方式を示す第２のグラフである。
【図１９】従来のガス濃度検出装置の課題を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
１，１Ｅ　ガスセンサ
１ａ，１ｄ　ポンプセル
１ｂ，１ｅ　モニタセル（別のボンプセル）
１ｃ，１ｆ　センサセル
１ｇ　別のポンプセル
１０，１４　基体
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
２０１　変化量制限部（変化量制限手段）
２０２　なまし処理部（なまし手段）
２０３，２０３Ｂ，２０３Ｃ，２０３Ｄ，２０３Ｅ　ポンプセル印加電圧制御部（給電制御手段）
４３　変調部（変調手段）
４４，４５，４６，６３　ローパスフィルタ（積分手段）
６１　抵抗器（酸素輸送量検出手段）
【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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