(57)【要約】【課題】ガスセンサに一体に設けられたヒータをＰＷＭ制御する際に、通電状態が切り換わるときに発生するノイズの影響を回避することである。【解決手段】マイクロコンピュータ２８において、所定間隔でサンプリングされたガスセンサ１からのセンサ信号に移動平均処理を行う。移動平均の範囲をヒータ１３のＰＷＭ制御周期の自然数倍に設定することで、移動平均で演算されるサンプリング値に、ＰＷＭ制御周期の立ち上がりエッジで発生する第１の種類のノイズを含むものと、立ち下がりエッジで発生する第２の種類のノイズを含むものとを同数とする。第１の種類のノイズと第２の種類のノイズとでは逆方向に現れるから、これらが相殺してノイズの影響を好適に回避することができる。【選択図】　　　　図１
2004093386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質材が用いられ、被測定ガス中の特定成分の濃度に応じた電気的変化を生じさせるセルと前記固体電解質材を加熱するヒータとを備えたガスセンサと、前記固体電解質材の温度が活性温度となるように前記ヒータへの通電制御を実行するとともに、前記セルの電気的変化に基因して出力される前記ガスセンサからの出力信号に基づいて被測定ガス中の特定成分の濃度を検出する検出制御を実行する検出制御回路とを有するガス濃度検出装置において、
前記検出制御回路には、前記ヒータへの通電状態が変化する時に前記出力信号に含まれるノイズ成分であって、前記通電状態の変化の方向によって正負が逆に現れるノイズ成分が相殺するように、前記ガスセンサからの出力信号に対して平均処理を実行する平均処理手段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】
請求項１記載のガス濃度検出装置において、前記ヒータへの通電制御は、前記ヒータへの通電状態を繰り返しオンとオフとにスイッチングするＰＷＭ制御であり、前記通電状態の変化は、オン時の立ち上がりおよびオフ時の立ち下がりであるガス濃度検出装置。
【請求項３】
請求項２記載のガス濃度検出装置において、平均処理の時間範囲の長さを、各時間範囲における最初の通電状態のスイッチングと最後の通電状態のスイッチングとのうち一方がオンに切り換えるスイッチングで、他方がオフに切り換えるスイッチングとなるように設定したことを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項４】
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、前記検出制御は、前記ガスセンサからの出力信号を所定間隔でサンプリングし、サンプリング値を得るように設定したガス濃度検出装置。
【請求項５】
請求項４記載のガス濃度検出装置において、前記平均処理は、移動平均であるガス濃度検出装置。
【請求項６】
請求項５記載のガス濃度検出装置において、前記移動平均処理の時間範囲の長さを、前記ＰＷＭ制御の周期の自然数倍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ＰＷＭ制御周期が前記ガスセンサ出力信号のサンプリング周期の自然数倍であるガス濃度検出装置。
【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、前記検出制御回路には、前記ガスセンサ出力信号を入力として、高周波成分を除去する高周波成分除去手段を具備せしめたガス濃度検出装置。
【請求項９】
固体電解質材が用いられ、被測定ガス中の特定成分の濃度に応じた電気的変化を生じさせるセルと前記固体電解質材を加熱するヒータとを備えたガスセンサと、前記固体電解質材の温度が活性温度となるように前記ヒータへの通電制御を、前記ヒータへの通電状態が繰り返しオンとオフとにスイッチングするＰＷＭ制御により実行するとともに、前記セルの電気的変化に基因して出力される前記ガスセンサからの出力信号に基づいて被測定ガス中の特定成分の濃度を検出する検出制御を実行する検出制御回路とを有するガス濃度検出装置において、
前記検出制御回路には、ガスセンサ出力信号の変化量が予め設定した上限値を越えるときに、前記ガスセンサ出力信号に応じた検出値を前回の検出値を中心とする許容範囲内に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１０】
固体電解質材が用いられ、被測定ガス中の特定成分の濃度に応じた電気的変化を生じさせるセルと前記固体電解質材を加熱するヒータとを備えたガスセンサと、前記固体電解質材の温度が活性温度となるように前記ヒータへの通電制御を、前記ヒータへの通電状態が繰り返しオンとオフとにスイッチングするＰＷＭ制御により実行するとともに、前記セルの電気的変化に基因して出力される前記ガスセンサからの出力信号に基づいて被測定ガス中の特定成分の濃度を検出する検出制御を実行する検出制御回路とを有するガス濃度検出装置において、
前記検出制御回路には、前記ガスセンサ出力信号または該ガスセンサ出力信号に応じた検出値を入力として、高周波成分を除去する高周波成分除去手段を具備せしめたガス濃度検出装置。
【請求項１１】
固体電解質材が用いられ、被測定ガス中の特定成分の濃度に応じた電気的変化を生じさせるセルと前記固体電解質材を加熱するヒータとを備えたガスセンサと、前記固体電解質材の温度が活性温度となるように前記ヒータへの通電制御を、前記ヒータへの通電状態が繰り返しオンとオフとにスイッチングするＰＷＭ制御により実行するとともに、前記セルの電気的変化に基因して出力される前記ガスセンサからの出力信号に基づいて被測定ガス中の特定成分の濃度を検出する検出制御を実行する検出制御回路とを有するガス濃度検出装置において、
前記検出制御回路には、前記ガスセンサからの出力信号のサンプリングのタイミングに基づいて、前記ガスセンサ出力信号のサンプリングが無効か否かを判定するサンプリング有効タイミング判定手段を具備せしめ、
該サンプリング有効タイミング判定手段は、ヒータ通電状態がスイッチングされるタイミングのときには肯定判断されるように設定したことを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１いずれか記載のガス濃度検出装置において、前記ガスセンサを、前記セルとして、チャンバーに導入された被測定ガス中の酸素を汲み出しまたは汲み込む第１の種類のセルと、該第１の種類のセルにより酸素が汲み出しまたは汲み込まれた後の被測定ガスから特定成分の濃度を検出する第２の種類のセルとを有する構造としたガス濃度検出装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１２いずれか記載のガス濃度検出装置において、前記ガスセンサを、前記セルと前記ヒータとが一体の積層構造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】
ガス濃度検出装置は、被測定ガスの組成に応じた信号を出力するガスセンサを有し、ガスセンサからの出力信号に基づいて検出制御回路で被測定ガス中の特定成分の濃度を検出するもので、例えば内燃機関に適用したものがよく知られている。このものでは、ガスセンサが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濃度を得、これが機関本体各部の制御に供される。
【０００３】
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または汲み込み可能としたものがある。このものでは、電極間に電圧を印加して酸素を汲み出すことで電極間に限界電流を流し、限界電流の値から例えば酸素濃度が知られる。また、このような構成のセルを複数設けて、ＮＯｘ　やＣＯ、ＨＣを検出可能としたものもある。
【０００４】
固体電解質材が用いられるガスセンサは、ガス濃度を検出可能な状態とすべく固体電解質材を活性温度まで上昇させる必要があり、固体電解質材を活性温度まで高めるための電気式のヒータが一体的に設けられている。ヒータの通電の制御は、通電量の調整が簡単で精度がよいことから、ＰＷＭ制御でなされるものが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガスセンサにはヒータが一体的に設けられるため、ヒータに流れる電流が、リーク、容量結合、誘導により、ガスセンサからの出力信号に影響するおそれがある。発明者らにより、前記ＰＷＭ制御によりヒータに通電がなされる場合には、通電状態がオンとオフとにスイッチングされるタイミングでガスセンサ出力信号に影響のある急峻な尖頭成分を有するノイズが含まれることが判明した。
【０００６】
このため、ガス濃度を高精度に検出することができないおそれがある。
【０００７】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、ヒータ通電の影響を抑制して高精度にガス濃度の検出が可能なガス濃度検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、固体電解質材が用いられ、被測定ガス中の特定成分の濃度に応じた電気的変化を生じさせるセルと前記固体電解質材を加熱するヒータとを備えたガスセンサと、前記固体電解質材の温度が活性温度となるように前記ヒータへの通電制御を実行するとともに、前記セルの電気的変化に基因して出力される前記ガスセンサからの出力信号に基づいて被測定ガス中の特定成分の濃度を検出する検出制御を実行する検出制御回路とを有するガス濃度検出装置において、
前記検出制御回路には、前記ヒータへの通電状態が変化する時に前記出力信号に含まれるノイズ成分であって、前記通電状態の変化の方向によって正負が逆に現れるノイズ成分が相殺するように、前記ガスセンサからの出力信号に対して平均処理を実行する平均処理手段を具備せしめる。
【０００９】
ヒータの通電状態が変化することで、ヒータのパワーアップ時とダウン時とでガスセンサ出力信号に対する影響が逆方向に現れることから、これに基因したノイズ成分を相殺するように平均処理をすることで、ガス濃度の検出精度が向上する。
【００１０】
請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記ヒータへの通電制御は、前記ヒータへの通電状態を繰り返しオンとオフとにスイッチングするＰＷＭ制御であり、前記通電状態の変化は、オン時の立ち上がりおよびオフ時の立ち下がりであることを特徴とする。
【００１１】
ＰＷＭ制御においてヒータ通電がオンとオフとに交互にスイッチングされ、オン若しくはオフの一方はＰＷＭ制御周期で現れ、その間に、オン若しくはオフの他方が１回ずつ現れるから、平均処理の時間範囲の設定が容易である。
【００１２】
請求項３記載の発明では、請求項２記載のガス濃度検出装置において、平均処理の時間範囲の長さを、各時間範囲における最初の通電状態のスイッチングと最後の通電状態のスイッチングとのうち一方がオンに切り換えるスイッチングで、他方がオフに切り換えるスイッチングとなるように設定する。
【００１３】
ＰＷＭ制御においてヒータ通電がオンとオフとに交互にスイッチングされるから、平均処理の時間範囲の長さを、各時間範囲における最初の通電状態のスイッチングと最後の通電状態のスイッチングとのうち一方がオンに切り換えるスイッチングで、他方がオフに切り換えるスイッチングとなるように設定することで、平均処理の時間範囲に、ヒータの通電状態がオンからオフになる場合とオフからオンになる場合とが同じ数だけ現れる。オンからオフになる場合とオフからオンになる場合とでセンサ出力信号に含まれるノイズの尖頭成分の方向は逆になるから、平均処理が、ＰＷＭ制御に基因したノイズの尖頭成分を相殺する方向に作用する。これにより、ガス濃度の検出精度を向上させることができる。
【００１４】
また、平均処理の時間範囲の長さを、各時間範囲における最初の通電状態のスイッチングと最後の通電状態のスイッチングとのうち一方がオンに切り換えるスイッチングで、他方がオフに切り換えるスイッチングとなるように設定するだけであるから、各通電状態のスイッチングタイミングを検出する必要がなく、制御負担が軽い。
【００１５】
請求項４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、前記検出制御は、前記ガスセンサからの出力信号を所定間隔でサンプリングし、サンプリング値を得るように設定する。
【００１６】
ガスセンサ出力信号を所定間隔でサンプリングし、平均処理することにより、ガスセンサ出力信号へのヒータ通電状態の変化による影響を相殺する。
【００１７】
請求項５記載の発明では、請求項４の発明の構成において、前記平均処理は、移動平均であることを特徴とする。
【００１８】
前記ガスセンサからの出力信号をサンプリングする所定間隔と同じ周期で、平均値が得られる。
【００１９】
請求項６記載の発明では、請求項１の発明の構成において、請求項５の発明の構成において、前記移動平均処理の時間範囲の長さを、前記ＰＷＭ制御の周期の自然数倍に設定する。
【００２０】
これにより、移動平均処理の各範囲における最初の通電状態のスイッチングと最後の通電状態のスイッチングとで逆のスイッチングとなるように、移動平均処理の範囲の長さを設定することができる。
【００２１】
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ＰＷＭ制御周期が前記ガスセンサ出力信号のサンプリング周期の自然数倍であるように設定する。
【００２２】
移動平均処理の範囲の長さを、最短で、ＰＷＭ制御周期から設定することができ、設計の自由度が向上する。
【００２３】
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、前記検出制御回路には、前記ガスセンサ出力信号を入力として、高周波成分を除去する高周波成分除去手段を具備せしめる。
【００２４】
ＰＷＭ制御に基因したノイズの尖頭成分がなまされて、ノイズの出力期間が長くなる。したがって、ＰＷＭ制御に基因したノイズを含むセンサ出力信号を確実にサンプリングすることができる。駆動デューティに応じてヒータ通電状態のスイッチングのタイミングに対するセンサ出力信号のサンプリングタイミングが変動しても、平均処理により、確実に、ＰＷＭ制御に基因したノイズが相殺されるようにすることができる。これにより、ガス濃度の検出精度をさらに向上させることができる。
【００２５】
請求項９記載の発明では、固体電解質材が用いられ、被測定ガス中の特定成分の濃度に応じた電気的変化を生じさせるセルと前記固体電解質材を加熱するヒータとを備えたガスセンサと、前記固体電解質材の温度が活性温度となるように前記ヒータへの通電制御を、前記ヒータへの通電状態が繰り返しオンとオフとにスイッチングするＰＷＭ制御により実行するとともに、前記セルの電気的変化に基因して出力される前記ガスセンサからの出力信号に基づいて被測定ガス中の特定成分の濃度を検出する検出制御を実行する検出制御回路とを有するガス濃度検出装置において、
前記検出制御回路には、ガスセンサ出力信号の変化量が予め設定した上限値を越えるときに、前記ガスセンサ出力信号に応じた検出値を前回の検出値を中心とする許容範囲内に制限する変化量制限手段を具備せしめる。
【００２６】
ヒータの通電状態がスイッチングされる時にセンサ出力信号に尖頭成分を含むノイズが含まれても、その大きさが制限されるから、ガス濃度の検出誤差を低減することができる。これにより、ガス濃度の検出精度を向上させることができる。
【００２７】
請求項１０記載の発明では、固体電解質材が用いられ、被測定ガス中の特定成分の濃度に応じた電気的変化を生じさせるセルと前記固体電解質材を加熱するヒータとを備えたガスセンサと、前記固体電解質材の温度が活性温度となるように前記ヒータへの通電制御を、前記ヒータへの通電状態が繰り返しオンとオフとにスイッチングするＰＷＭ制御により実行するとともに、前記セルの電気的変化に基因して出力される前記ガスセンサからの出力信号に基づいて被測定ガス中の特定成分の濃度を検出する検出制御を実行する検出制御回路とを有するガス濃度検出装置において、
前記検出制御回路には、前記ガスセンサ出力信号または該ガスセンサ出力信号に応じた検出値を入力として、高周波成分を除去する高周波成分除去手段を具備せしめる。
【００２８】
ヒータの通電状態がスイッチングされる時にセンサ出力信号に尖頭成分を含むノイズが含まれても、高周波成分の除去で、なまされ、その大きさが抑制される。これにより、ガス濃度の検出精度を向上させることができる。
【００２９】
請求項１１記載の発明では、固体電解質材が用いられ、被測定ガス中の特定成分の濃度に応じた電気的変化を生じさせるセルと前記固体電解質材を加熱するヒータとを備えたガスセンサと、前記固体電解質材の温度が活性温度となるように前記ヒータへの通電制御を、前記ヒータへの通電状態が繰り返しオンとオフとにスイッチングするＰＷＭ制御により実行するとともに、前記セルの電気的変化に基因して出力される前記ガスセンサからの出力信号に基づいて被測定ガス中の特定成分の濃度を検出する検出制御を実行する検出制御回路とを有するガス濃度検出装置において、
前記検出制御回路には、前記セルからの出力信号のサンプリングのタイミングに基づいて、前記ガスセンサからの出力信号のサンプリングが無効か否かを判定するサンプリング有効タイミング判定手段を具備せしめ、
該サンプリング有効タイミング判定手段は、ヒータ通電状態がスイッチングされるタイミングのときには肯定判断されるように設定する。
【００３０】
ヒータの通電状態がスイッチングされる時にセンサ出力信号に尖頭成分を含むノイズが含まれても、そのタイミングでは、ガスセンサ出力信号はサンプリングされないから、ＰＷＭ制御に基因したノイズの影響を防止することができる。これにより、ガス濃度の検出精度を向上させることができる。
【００３１】
請求項１２記載の発明では、請求項１ないし１１の発明の構成において、前記ガスセンサを、前記セルとして、チャンバーに導入された被測定ガス中の酸素を汲み出しまたは汲み込む第１の種類のセルと、該第１の種類のセルにより酸素が汲み出しまたは汲み込まれた後の被測定ガスから特定成分の濃度を検出する第２の種類のセルとを有する構造とする。
【００３２】
例えば、内燃機関の排気ガス中の窒素酸化物は、酸素濃度に比してごく微量である。この窒素酸化物のような特定成分の検出には、前記構造のガスセンサが用いられ、第１の種類のセルで酸素が希薄になった状態で第２の種類のセルにおける前記電気的変化に基因して出力される出力信号に基づいて濃度検出がなされるが、前記のごとく特定成分が微量であることで、特にヒータの通電状態が変化する時に前記出力信号に含まれるノイズ成分の影響が大きい。したがって、本発明を、前記のガスセンサを使ったガス濃度検出に適用したときに、特に顕著な作用を発揮する。
【００３３】
請求項１３記載の発明では、請求項１ないし１２の発明の構成において、前記ガスセンサを、前記セルとヒータとが一体の積層構造とする。
【００３４】
ヒータがセルと一体的に設けられるため、セルからのガスセンサ出力信号に、ヒータのＰＷＭ制御に基因したノイズが特に乗りやすく、本発明を適用したときに特に顕著な作用を発揮する。
【００３５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１、図２、図３、図４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。
【００３６】
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、車室側に設けられたガスセンサ１の検出制御回路２と配線用のケーブルにより接続される。検出制御回路２を構成するマイクロコンピュータ２８では、ガスセンサ１からの各出力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。
【００３７】
ガスセンサ１は、図２〜図４に示すように、本体部分である基体１０が、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。
【００３８】
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する。
【００３９】
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。
【００４０】
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とで第１の種類のセルであるポンプセル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。
【００４１】
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１対の電極が２組形成されている。固体電解質層１１１と電極１２３，１２５とで第２の種類の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とで第２の種類のセルであるセンサセル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。
【００４２】
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、前記セル１ａ〜１ｃと一体化しており、固体電解質層１１１，１１２を含むガスセンサ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。
【００４３】
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に大気ダクト１０４に面した電極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、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。電極１２１がＮＯｘ　の分解に不活性であるから、ＮＯｘ　はチャンバー１０１内に残留する。
【００４４】
排気ガスは第１チャンバー１０１から第２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、大気ダクト１０５に面した電極１２５側を正として電圧を印加すると、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、センサセル１ｃの電極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を流れる電流の方がモニタセル１ｂを流れる電流よりも、センサセル１ｃの電極１２４においてＮＯｘ　の分解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中のＮＯｘ　濃度が得られることになる。
【００４５】
次にガス濃度検出装置の電気的構成について説明する。検出制御回路２は、マイクロコンピュータ２８を中心に、各セル１ａ〜１ｃと１対１に対応して設けられたセル用回路２ａ，２ｂ，２ｃ、ヒータ用回路２ｄ等から構成されている。
【００４６】
セル用回路２ａ〜２ｃは、セル１ａ〜１ｃの電極１２１，１２２間、電極１２３，１２５間、電極１２４，１２５間に電圧を印加する電圧印加回路２１１，２１２，２１３と、電極１２１，１２２間等に流れる電流を検出する電流検出回路２２１，２２２，２２３とを有している。ポンプセル１ａ用の電流検出回路２２１の出力、モニタセル１ｂ用の電流検出回路２２２の出力は、それぞれ、１対１に対応して設けられたローパスフィルタ回路（以下、適宜、ＬＰＦという）２４１，２４２を介して、マイクロコンピュータ２８のＡ／Ｄコンバータでサンプリングされ、ポンプセル１ａに流れる電流（以下、適宜、ポンプセル電流という）、モニタセル１ｂに流れる電流（以下、適宜、モニタセル電流という）が得られる。
【００４７】
また、センサセル１ｃ用の電流検出回路２２３の出力、およびモニタセル１ｂ用の電流検出回路２２３の出力とを入力として、ＮＯｘ　信号検出回路２３が設けられており、両入力の差分（以下、適宜、ＮＯｘ　検出信号という）を出力する。出力は、ハードウエア構成のＬＰＦ２４３を介してマイクロコンピュータのＡ／Ｄコンバータでサンプリングされる。
【００４８】
ハードウエア構成のＬＰＦ２４１〜２４３は、図４に示すように、抵抗器３１とコンデンサ３２とからなる高周波成分除去手段である積分回路が好適に用いられ得る。勿論、インダクタと抵抗器とからなる構成、オペアンプを使ったアクティブフィルタとした構成でもよい。
【００４９】
なお、以下、ＬＰＦ２４１〜２４３の出力をそれぞれガスセンサ出力信号であるセンサ信号という。
【００５０】
また、ヒータ用回路２ｄはヒータ１３に通電するヒータ駆動回路２５を有し、マイクロコンピュータ２８のＰＷＭ出力によりヒータ１３への通電がＰＷＭ制御される。また、ヒータ用回路２ｄは、ヒータ１３に流れる電流を検出する電流検出回路２６と、ヒータ１３の両端間の印加電圧を検出するヒータ電圧検出回路２７とを有しており、ヒータ電流検出回路２６からの検出電流に応じた電流検出信号、およびヒータ電圧検出回路２７からの検出電圧に応じた電圧検出信号が、マイクロコンピュータ２８のＡ／Ｄコンバータで取り込まれる。ヒータ１３に流れる電流値およびヒータ１３の印加電圧値は、ヒータ駆動回路２５へのＰＷＭ出力にフィードバックされる。すなわち、ＰＷＭ制御周期内におけるヒータ１３の通電時間の長さ（駆動デューティ）が増減されて、ヒータ１３の加熱力が調整される。
【００５１】
また、検出制御回路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間のものである。すなわち、インピーダンス検出時には、マイクロコンピュータ２８のＤ／Ａコンバータからモニタセル１ｂ用の電圧印加回路２１２の指令電圧が正側または負側に瞬間的（数十〜数百μｓｅｃ）にシフトする。印加電圧の変化に伴うモニタセル電流の変化は電流検出回路２２２で検出される。ここで、モニタセル１ｂへの印加電圧の電圧変化は電圧印加回路２１２の図示しないハードウェア構成のＬＰＦでなまされて、モニタセル１ｂの電極１２３，１２５間への印加電圧に特定の交流成分が含められるようになっており、モニタセル１ｂのコンデンサ成分の影響でモニタセル電流Ｉに過大な尖頭成分が現れるのを防止し、インピーダンスＺＡＣの検出精度を高めている。マイクロコンピュータ２８では、この時の印加電圧の変化電圧および変化電流に基づいてインピーダンスＺＡＣが求められる。
【００５２】
図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３に示すフローチャートにより、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。
【００５３】
図６はメインルーチンの概要を示すもので、検出制御回路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間隔である所定時間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。
【００５４】
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。
【００５５】
ガス濃度検出処理は図７に示すように、ステップＳ２０１で、その時々のポンプセル電流に応じた指令電圧をＤ／Ａコンバータから出力して、ポンプセル１ａに指令電圧に応じた電圧を印加する。電圧制御信号はマイクロコンピュータ２８のＲＯＭに格納されたマップに基づき設定される。ステップＳ２０２で、その指令電圧出力時のセンサ信号をＡ／Ｄコンバータでサンプリングし、サンプリング値を検出値とする。そして、ステップＳ２０３で、サンプリングされたセンサ信号からガス濃度への変換処理を実行する。
【００５６】
図８はガス濃度への変換処理を示すもので、ステップＳ３０１では変化量制限処理を実行する。変化量制限処理は変化量制限手段としての処理である。
【００５７】
図９は変化量制限処理を示すもので、ステップＳ４０１では、センサ信号の検出値Ｘについて次の判定を実行する（なお、Ｘに添え字ｉを付して今回検出値を表し、添え字ｉ−１を付して前回検出値を表すものとする）。すなわち、今回検出値Ｘｉ　と前回検出値Ｘｉ−１　との偏差をセンサ信号の変化量として、予め設定した上限値である変化量制限値ΔＸと比較し、｜Ｘｉ　−Ｘｉ−１　｜がΔＸ以上であるか否かを判定する。否定判断されると、ステップＳ４０２で、今回検出値Ｘｉ　をそのまま今回検出値Ｘｉ　とする。
【００５８】
｜Ｘｉ　−Ｘｉ−１　｜がΔＸ以上でステップＳ４０１が肯定判断されると、ステップＳ４０３で、Ｘｉ　±ΔＸを今回検出値Ｘｉ　とする。ここで、Ｘｉ　＞Ｘｉ−１　であれば、前回検出値Ｘｉ−１　よりも変化量制限値ΔＸを越える幅で大きくなっているので、Ｘｉ−１　＋ΔＸを今回検出値とし、リターンに抜ける。一方、Ｘｉ　＜Ｘｉ−１　であれば、前回検出値Ｘｉ−１　よりも変化量制限値ΔＸを越える幅で小さくなっているので、Ｘｉ−１　−ΔＸを今回検出値Ｘｉ　とし、リターンに抜ける。したがって、今回検出値は、所定範囲である±ΔＸの範囲に制限されることになる。
【００５９】
変化量制限処理（ステップＳ３０１）に続くステップＳ３０２ではなまし処理を実行する。
【００６０】
図１０はなまし処理を示すもので、ステップＳ５０１では次式（１）によりなまし処理を実行してなまし値Ｙを算出し、リターンに抜ける。なお、Ｙに添え字ｉを付して今回なまし値を、添え字ｉ−１を付して前回なまし値を表すものとする。式中、ｎは自然数で、要求されるなまし効果に応じて、予め実験等により設定される。例えばｎ＝２とする。
Ｙｉ　＝Ｙｉ−１　×（ｎ−１）／ｎ＋Ｘｉ　×１／ｎ・・・（１）
【００６１】
なまし処理（ステップＳ３０２）に続くステップＳ３０３では移動平均処理を実行する。移動平均処理は平均処理手段としての処理である。
【００６２】
図１１は移動平均処理の内容を示すもので、ステップＳ６０１では、今回なまし値Ｙｉ　を、移動平均計算用データバッファへ格納する。移動平均計算用データバッファは、移動平均の範囲内の複数のなまし値を一時に格納するもので、連続して得られた前記複数のなまし値が格納される。格納処理では、通常の移動平均処理と同様に、今回なまし値Ｙｉ　を格納する前の格納データのうちで、最先のものを今回なまし値Ｙｉ　により上書きする。
【００６３】
ステップＳ６０２では、移動平均計算用データバッファの格納データの平均を算出して、当該タイミングにおける移動平均値とする。そして、ポンプセル電流についての移動平均値を酸素濃度に換算する。さらに、その時のＮＯｘ　検出電流についての移動平均値をＮＯｘ　濃度に換算する。実行後、リターンに抜ける。
【００６４】
ステップＳ２０３に続くステップＳ２０４では、各ガス濃度はステップＳ２０４でシリアルポートから出力し、リターンに抜ける。
【００６５】
ガス濃度検出処理（ステップＳ１０２）に続くステップ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。
【００６６】
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。
【００６７】
図１２はインピーダンスの検出処理（ステップＳ１０４）を示すもので、ステップＳ７０１で、モニタセル１ｂ用の電圧印加回路２１２への指令電圧を短時間シフトし、モニタセル１ｂの印加電圧を変化させるとともに、ステップＳ７０２で、このときのモニタセル印加電圧の変化電圧ΔＶと、モニタセル電流の変化電流ΔＩとを計測する。計測結果に基づいてステップＳ７０３でインピーダンスＺＡＣを算出し、リターンに抜ける。インピーダンスＺＡＣの算出では、変化電流ΔＩと変化電圧ΔＶから比（ΔＶ／ΔＩ）を演算して、これをインピーダンスＺＡＣとする。このインピーダンスは固体電解質層１１１，１１２の温度に依存し、温度が高いほど小さくなる。いわゆる活性温度まで上昇すると、良好に酸素イオンが流れ得る。
【００６８】
図１３はヒータ１３の通電制御（ステップＳ１０５）を示すもので、ステップＳ８０１では、昇温時ヒータ制御の実施条件を判定する。具体的にはインピーダンスＺＡＣが所定のしきい値以上であるか否かを判定する。このしきい値は固体電解質の活性温度域に対応する目標インピーダンスよりも、少し大きなインピーダンス値をとる。エンジン始動直後にはガスセンサ１は未だ十分に温まっておらず、肯定判断される。したがって、エンジン始動後、暫くはステップＳ８０１は肯定判断されることになる。
【００６９】
ステップＳ８０１が肯定判断されると、ステップＳ８０２に進み、昇温時ヒータ制御を実行する。昇温時ヒータ制御は、前記しきい値に相当する温度まで速やかに昇温するためのもので、基本的に駆動デューティを大きくとる。続くステップＳ８０３のデューティガードは駆動デューティをその上限値で制限する処理であり、実行後、リターンに抜ける。
【００７０】
ステップＳ８０１が否定判断されると、ステップＳ８０４でインピーダンスＺＡＣをフィードバック制御する。これは一般的なＰＩ制御とし得る。すなわち、インピーダンスＺＡＣの目標インピーダンスに対する偏差にゲインを乗じて比例項を演算するとともに、前記偏差を現在まで積算したものにゲインを乗じて積分項を演算し、これら比例項および積分項に基づいて駆動デューティを設定する。続くステップＳ８０５のデューティガードは駆動デューティをその上限値で制限する処理であり、実行後、リターンに抜ける。
【００７１】
なお、インピーダンスＺＡＣをフィードバック制御するのではなく、変化電流ΔＩと変化電圧ΔＶとに基づいてアドミタンスを演算し、アドミタンスをフィードバック制御するようにしてもよい。アドミタンスはインピーダンスＺＡＣの逆数であり、インピーダンスＺＡＣのごとく、固体電解質層１１１，１１２の温度状態のパラメータとし得るからである。
【００７２】
本ガス濃度検出装置は、このように構成されており、ガスセンサ１が、所定の温度に維持された状態で、酸素濃度、ＮＯｘ　濃度が検出される。
【００７３】
さて、ステップＳ３０３では移動平均処理を実行しているが、この移動平均の範囲について説明する。図１４のタイミングチャートには、ヒータ通電状態（オン、オフ）、センサ信号とともに、センサ信号検出タイミングを矢印で示している。図例ではヒータ１３のＰＷＭ制御周期（ヒータのオンから次のオンまでの時間）内に、３２回のセンサ信号の検出タイミングがある。そして、前記移動平均計算用データバッファには、ヒータ１３のＰＷＭ制御周期内にサンプリングされるセンサ信号の数と同じ３２の領域が前記今回なまし値を格納するために用意されており、ヒータ１３のＰＷＭ制御周期と同じ時間の間にサンプリングされたセンサ信号に基づいて、移動平均が算出されることになる。
【００７４】
したがって、移動平均が算出される３２個の今回なまし値には、ヒータ通電状態がオンに切り換わるタイミングとオフに切り換わるタイミングでサンプリングされたセンサ信号が含まれていることになる。
【００７５】
これにより、次の効果を奏する。すなわち、比較のため単になまし処理をした場合を考えると、移動平均をとっただけでは、センサ信号に含まれるノイズが移動平均の範囲に応じて圧縮されるだけで、排気ガス中のＮＯｘ　のようにごく微量のガスについて濃度を検出するには、ヒータ通電のＰＷＭ制御に基因したノイズのレベルを考慮すると必ずしも十分ではない。例えば、ＰＷＭ制御の駆動デューティの大きさによって、ヒータ通電状態がオン状態に切り換わるタイミングでサンプリングされたセンサ信号の数と、オフ状態に切り換わるタイミングでサンプリングされたセンサ信号の数とがアンバランスとなる場合が現れ、アンバランスとなる場合にも、オン状態に切り換わるタイミングでサンプリングされたセンサ信号の数の方が多い場合とオフ状態に切り換わるタイミングでサンプリングされたセンサ信号の数の方が多い場合とで、ヒータ通電のＰＷＭ制御に基因したノイズのセンサ信号に及ぼす影響が逆方向となる。したがって、依然としてヒータ通電の影響で検出濃度の精度が低下する。
【００７６】
これに対して、本実施形態では、ヒータ通電状態がオン状態に切り換わるタイミング、オフ状態に切り換わるタイミングでは、図のように、センサ信号に大きなノイズ成分が混入するが、通電状態の切り換わり方向が反対のため、ノイズ成分も逆方向に現れる。したがって、ノイズ成分は相殺されて、移動平均値に前記ノイズ成分による誤差が含まれるのを抑制することができる。
【００７７】
なお、移動平均の範囲は、ヒータ１３のＰＷＭ制御周期と同じ時間である必要はなく、ＰＷＭ制御周期の自然数倍であればよい。ヒータ通電状態がオン状態に切り換わるタイミングでサンプリングされたセンサ信号とオフ状態に切り換わるタイミングでサンプリングされたセンサ信号とが同数となり、そのタイミングでサンプリングされたセンサ信号に混入するノイズ成分が相殺するからである。
【００７８】
また、本実施形態では、センサ信号がＬＰＦ２４１，２４３でなまされており、ヒータ通電状態が切り換わるタイミング直後の期間に、センサ信号のノイズ成分により信号が急激な変動を妨げるように拡散する。したがって、次の効果がある。すなわち、図１４のセンサ信号より知られるように、ごく短時間の間に急峻に変化するから、電流検出回路２２１、ＮＯｘ　信号検出回路２３からのセンサ信号を直接にＡ／Ｄコンバータでサンプリングするとすれば、ノイズの出力期間がサンプリング周期に比して短いと、センサ信号ノイズの発生時に取り込めないおそれがあり、前記ＰＷＭ制御に基因したノイズが移動平均によっても相殺できない場合がある。これは、ヒータ通電状態のオンからオフへのスイッチングとオフからオンへのスイッチングとのうち一方が駆動デューティに応じて変化するため、ＰＷＭ制御に対するセンサ信号のサンプリングタイミングを最適化することができないということを意味する。
【００７９】
これに対して本実施形態では、ヒータ通電状態がスイッチングされるタイミング直後の期間に図１４のようにセンサ信号のノイズ成分により信号が急激な変動を妨げるように拡散するが、その大きさはＬＰＦ２４１，２４３でなまされる前のノイズレベルに応じたものである。したがって、センサ信号に尖頭状のノイズが発生した瞬間にセンサ信号をサンプリングしなくとも、ＬＰＦ２４１，２４３でなまされる前のノイズ成分の大きさおよび方向が、サンプリングされたセンサ信号に反映される。したがって、ＰＷＭ制御に基因してセンサ信号に混入するノイズ成分を相殺する効果を十分に引き出すことができる。
【００８０】
また、移動平均の範囲をＰＷＭ制御周期の自然数倍とすることで、ヒータ通電状態が切り換わるタイミングを検出する必要がないので、制御負担が軽い。
【００８１】
なお、駆動デューティに応じて変化する方のスイッチングタイミングの最小変化幅を、センサ信号のサンプリング周期若しくはその自然数倍に設定することで、ＰＷＭ制御に対するセンサ信号のサンプリングタイミングを最適化すれば、ある程度、センサ信号に尖頭状のノイズが発生した瞬間にセンサ信号をサンプリングすることができるようになる。
【００８２】
また、本ガス濃度検出装置では、変化量制限を設けているので、通電状態がオンに切り換わる時とオフに切り換わる時とで、ＰＷＭ制御に基因してセンサ信号に混入するノイズの大きさが異なるような場合でも、移動平均値にオフセットが乗らず、ノイズ成分の影響をさらに減じることができる。また、突発的なノイズによる影響をも良好に排除することができる。
【００８３】
なお、本ガス濃度検出装置では、なまし処理を実行しているので、さらに、ＰＷＭ制御に基因してセンサ信号に混入するノイズ成分の影響を排除することができる。また、ＬＰＦ２４１，２４３と、前記なまし処理とのうち、いずれかを省略することで、構成を簡略化することもできる。この場合、ＰＷＭ制御に基因してセンサ信号にノイズ成分が混入する時間がごく短時間の場合には、前記のごとくＡ／Ｄコンバータでサンプリングできない場合も生じることから、精度上は図５のようなアナログ式のＬＰＦを残すのが望ましい。一方、前記なまし処理を残す場合には、構成を簡略化することができる。また、これらの手段は、両方省略してもよいし、あるいは逆に、変化量制限処理や移動平均処理等を省略してこれらだけで実施することも可能である。どれも、単独で、ノイズ成分を除去する作用を発揮するからである。
【００８４】
（第２実施形態）
図１５に本発明の別のガス濃度検出装置のマイクロコンピュータで実行されるセンサ信号検出処理のフローを示す。本実施形態は、第１実施形態において、センサ信号検出処理を別の内容に変えたもので、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説明する。
【００８５】
ステップＳ９０１では、ヒータ出力チェック１を実行する。ヒータ出力チェック１はヒータ通電状態がオン状態かオフ状態かを確認する処理であり、ＰＷＭ出力から判断される。確認結果は例えば、オンのときに所定のフラグをセットすることで記憶される。
【００８６】
ステップＳ９０２では、Ａ／Ｄコンバータでセンサ信号をサンプリングするセンサ信号サンプリング処理を実行する。
【００８７】
続くステップＳ９０３は前記ステップＳ９０１とともにサンプリング有効タイミング判定手段としての処理で、ヒータ出力チェック２を実行する。ヒータ出力チェック２はヒータ出力チェック１と同じで、センサ信号検出処理を挟んで２回、ヒータ通電状態がオン状態かオフ状態かが確認されることになる。確認結果はヒータ出力チェック１と同様に記憶される。
【００８８】
ステップＳ９０４では、前記ステップＳ９０１，Ｓ９０３の確認結果に基づいて、ヒータ通電状態に変化があったか否かを判定する。前記所定フラグが異なる値であれば肯定判断する。これは、ステップＳ９０２でサンプリングされたセンサ信号が、ヒータ通電状態がオンからオフ、若しくはオフからオンに切り換わる過渡状態において検出されたことを意味する。また、肯定判断されると、タイマがカウントをスタートする。このタイマのカウント値については後述する。
【００８９】
肯定判断されると、ステップＳ９０６で、前回検出値を今回検出値とし、リターンに抜ける。
【００９０】
ヒータ通電状態に変化がなく、ステップＳ９０４が否定判断されると、ステップＳ９０６で、直近のヒータ状態変化からの経過時間、すなわち前記タイマのカウント値が予め設定した基準時間を越えたか否かを判定する。経過時間が短いほど、ステップＳ９０２でサンプリングしたセンサ信号に、ヒータ１３のＰＷＭ制御に基因したノイズ成分が残っているおそれがあることを意味する。したがって、前記基準時間は、ノイズ成分が残っているおそれがないと判断し得る経過時間の下限を考慮して設定する。
【００９１】
直近のヒータ状態変化の直後で基準時間を越えておらず、ステップＳ９０５が否定判断されると、前回検出値を今回検出値とする前記ステップＳ９０６に進む。
【００９２】
直近のヒータ状態変化から十分に時間が経過して基準時間を越え、ステップＳ９０５が肯定判断されると、ステップＳ９０７で今回サンプリング値を今回検出値とする。
【００９３】
したがって、所定周期でＡ／Ｄコンバータでサンプリングされるセンサ信号のうち、ヒータ通電状態の切り換わり時から基準時間経過までにサンプリングされたものは、ノイズ成分が残っているおそれありとして、マイクロコンピュータ２８に最終的に取り込まれず、当該サンプリングタイミングにおけるセンサ信号として、前回、適正に取り込まれたセンサ信号に代替されることになる。
【００９４】
これにより、ヒータ通電のＰＷＭ制御に基因したガス濃度の検出誤差を抑制することができる。
【００９５】
なお、前記各実施形態では、印加電圧マップにしたがってポンプ印加電圧を設定する制御方式をとっているが、別の制御方式を採用することもできる。図１６はこの一例を示すもので、モニタ電流Ｉｍ　をマイクロコンピュータに取り込んで、モニタ電流Ｉｍ　が所定の基準電流となるようにポンプ印加電圧をフィードバック制御するようにしてもよい。
【００９６】
また、ガスセンサの構造も本実施形態の図例のものに限られない。図１７は本発明を適用し得るガスセンサの一例を示すもので、このガスセンサは、本体部分である基体１４が、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やジルコニア等の固体電解質材からなる層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。
【００９７】
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とで挟まれて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１５１，１５３の間に、ガスセンサ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。
【００９８】
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、ガスセンサの基端で大気に開放している。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１４３は排気管外部と連通する。
【００９９】
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。
【０１００】
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とで第２の種類のセルであるモニタセル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。
【０１０１】
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とで第２の種類のセルであるセンサセル１ｆが構成される。
【０１０２】
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、第１の種類のポンプセルである別のポンプセル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に面した構造をとる。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
このガスセンサでは、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減少する。
【０１０６】
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で分解したＮＯｘ　の濃度に応じた電流が流れる。
【０１０７】
また、本発明はＮＯｘ　濃度検出用のものに限られず、ＣＯ、ＨＣを検出するセンサ、単一のセル構成で単に酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサを備えたガス濃度検出装置にも適用することができる。また、ガスセンサは、セルが設けられる基体にヒータが埋設される構造のものだけではなく、ヒータが一体に設けられるものであれば、特に好適に適用することができる。勿論、一体でなくとも、ヒータへの通電状態が変化する時に出力信号にノイズ成分が含まれるのであれば、その影響を除去する技術として本発明が適用できるのは勿論である。
【０１０８】
また、前記各実施形態では、ヒータの通電がＰＷＭ制御によるものであり、前記通電状態の変化として、特にオン時の立ち上がりおよびオフ時の立ち下がりに注目したが、ヒータの通電状態が変化するとき、特にステップ状に変化する場合のノイズ低減にも広く応用することができる。
【０１０９】
また、平均処理を移動平均とすることで、センサ出力信号のサンプリング周期と同じ周期で平均値が得られるようにしているが、平均処理の時間範囲と同じ長さの周期でのみ平均値を得る、順次、得られる平均値の時間範囲が重なり合わない平均処理でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第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の一部の回路図である。
【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制御内容を示す第１のフローチャートである。
【図７】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制御内容を示す第２のフローチャートである。
【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制御内容を示す第３のフローチャートである。
【図９】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制御内容を示す第４のフローチャートである。
【図１０】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制御内容を示す第５のフローチャートである。
【図１１】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制御内容を示す第６のフローチャートである。
【図１２】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制御内容を示す第７のフローチャートである。
【図１３】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制御内容を示す第８のフローチャートである。
【図１４】前記ガス濃度検出装置の作動を説明するタイミングチャートである。
【図１５】本発明の第２の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制御内容を示すフローチャートである。
【図１６】本発明のガス濃度検出装置のガスセンサの制御方式の変形例を示す図である。
【図１７】本発明のガス濃度検出装置のガスセンサの変形例を示す図である。
【符号の説明】
１　ガスセンサ
１ａ，１ｄ，１ｇ　ポンプセル（第１の種類のセル）
１ｂ，１ｅ　モニタセル（第２の種類のセル）
１ｃ，１ｆ　センサセル（第２の種類のセル）
１０，１４　基体
１０１，１０２，１４２，１４２　チャンバー
１３，１７　ヒータ
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
２　検出制御回路
２４１，２４２，２４３　ＬＰＦ（高周波除去手段）
２８　マイクロコンピュータ（平均処理手段、変化量制限手段、サンプリング有効タイミング判定手段）
【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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