(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスセンサ素子を作動させて得た特定ガス成分の濃度に対応する検知電流を用いて、前記特定ガス成分の濃度に関連する濃度信号を出力するセンサ制御装置であって、
第１入力端に入力された第１入力電圧及び第２入力端に入力された第２入力電圧を差動増幅する差動増幅部と、
前記検知電流が流れる検出抵抗器の一端の第１検知電圧を前記第１入力電圧とし、前記検出抵抗器の他端の第２検知電圧を前記第２入力電圧とする場合と、第１基準電圧を前記第１入力電圧とし、第２基準電圧を前記第２入力電圧とする場合と、を切り換える第１スイッチと、
を備えるセンサ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ制御装置であって、
前記第１基準電圧及び前記第２基準電圧を出力する基準電圧電源部であって、
前記第１基準電圧を分圧抵抗器で分圧して前記第２基準電圧とする、または、
所定電圧をそれぞれ分圧抵抗器で分圧して前記第１基準電圧及び前記第２基準電圧とする
基準電圧電源部を備える
センサ制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のセンサ制御装置であって、
前記分圧抵抗器の抵抗値の精度を、前記差動増幅部の増幅率決定に関与する抵抗器の抵抗値の精度よりも、高精度としてなる
センサ制御装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のセンサ制御装置であって、
前記差動増幅部を、
互いに異なる前記第１入力電圧と前記第２入力電圧とを差動増幅する状態と、
上記差動増幅部のオフセット電圧のみが出力される状態と、に切り換える
第２スイッチを備える
センサ制御装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のセンサ制御装置と、
前記ガスセンサ素子と、を備える
ガスセンサシステム。
【請求項６】
ガスセンサ素子を作動させて得た特定ガス成分の濃度に対応する検知電流を用いて、前記特定ガス成分の濃度に関連する濃度信号を出力するセンサ制御装置であって、
第１入力端に入力された第１入力電圧及び第２入力端に入力された第２入力電圧を差動増幅する差動増幅部と、
前記検知電流が流れる検出抵抗器の一端の第１検知電圧を前記第１入力電圧とし、前記検出抵抗器の他端の第２検知電圧を前記第２入力電圧とする場合と、第１基準電圧を前記第１入力電圧とし、第２基準電圧を前記第２入力電圧とする場合と、を切り換える第１スイッチと、を備える
センサ制御装置の制御方法であって、
前記第１基準電圧を前記第１入力電圧とし、前記第２基準電圧を前記第２入力電圧として、上記センサ制御装置から前記第１基準電圧、前記第２基準電圧及び前記差動増幅部の増幅率に対応した基準増幅信号を出力させる基準信号出力ステップと、
前記第１検知電圧を前記第１入力電圧とし、前記第２検知電圧を前記第２入力電圧として、上記センサ制御装置から前記濃度信号を出力させる濃度信号出力ステップと、
を備えるセンサ制御装置の制御方法。
【請求項７】
請求項６に記載のセンサ制御装置の制御方法であって、
前記基準信号出力ステップを、前記ガスセンサ素子の活性化前の段階に行う
センサ制御装置の制御方法。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載のセンサ制御装置の制御方法であって、
前記基準信号出力ステップを、前記ガスセンサ素子の活性化後、前記センサ制御装置から前記濃度信号を出力させる必要がないときに行う
センサ制御装置の制御方法。
【請求項９】
請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載のセンサ制御装置の制御方法であって、
前記センサ制御装置は、前記差動増幅部を、互いに値の異なる前記第１入力電圧と前記第２入力電圧とを差動増幅する状態と、上記差動増幅部のオフセット電圧のみが出力される状態とに切り換える第２スイッチを備え、
上記センサ制御装置から前記差動増幅部のオフセット電圧に対応したオフセット信号を出力させるオフセット信号出力ステップを備える
センサ制御装置の制御方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のセンサ制御装置の制御方法であって、
前記オフセット信号出力ステップを、前記ガスセンサ素子の活性化前の段階で行う
センサ制御装置の制御方法。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載のセンサ制御装置の制御方法であって、
前記オフセット信号出力ステップを、前記ガスセンサ素子の活性化後、前記センサ制御装置から前記濃度信号を出力させる必要がないときに行う
センサ制御装置の制御方法。
【請求項１２】
ガスセンサ素子と、
前記ガスセンサ素子を作動させて得た特定ガス成分の濃度に対応する検知電流を用いて、前記特定ガス成分の濃度に関連する濃度信号を出力するセンサ制御装置であって、
第１入力端に入力された第１入力電圧及び第２入力端に入力された第２入力電圧を差動増幅する差動増幅部、及び、
前記検知電流が流れる検出抵抗器の一端の第１検知電圧を前記第１入力電圧とし、前記検出抵抗器の他端の第２検知電圧を前記第２入力電圧とする場合と、第１基準電圧を前記第１入力電圧とし、第２基準電圧を前記第２入力電圧とする場合と、を切り換える第１スイッチを備える
センサ制御装置と、を用いた
特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法であって、
前記第１基準電圧を前記第１入力電圧とし、前記第２基準電圧を前記第２入力電圧として、前記第１基準電圧、前記第２基準電圧及び前記差動増幅部の増幅率に対応した基準増幅信号を前記センサ制御装置から出力させ、前記差動増幅部の増幅率を検知する増幅率検知ステップと、
前記第１検知電圧を前記第１入力電圧とし、前記第２検知電圧を前記第２入力電圧として、前記濃度信号を前記センサ制御装置から出力させ、前記増幅率を用いて、前記特定ガス成分に関する濃度情報の検知する濃度情報検知ステップと、を備える
特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法であって、
前記センサ制御装置は、前記差動増幅部を、互いに異なる前記第１入力電圧と前記第２入力電圧とを差動増幅する状態と、上記差動増幅部のオフセット電圧のみが出力される状態と、に切り換える第２スイッチを備え、
前記差動増幅部のオフセット電圧に対応したオフセット信号を前記センサ制御装置から出力させ、前記差動増幅部のオフセット電圧を検知するオフセット検知ステップを備え、
前記濃度情報検知ステップは、前記増幅率及び前記オフセット電圧に基づいて、前記特定ガス成分に関する濃度情報を検知する
特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサ素子を作動させて得た特定ガス成分（例えば酸素）の濃度に対応する検知電流を用いて、特定ガス成分の濃度に関連する濃度信号を出力するセンサ制御装置、これを用いたガスセンサシステム、このようなセンサ制御装置の制御方法、及び特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の排気ガス規制が年々厳しくなるに伴って、内燃機関の精密な空燃比制御が求められている。このため、排気ガスセンサやその制御装置にも、より高い検知精度が要求されている。一般に、現在多くのガソリン自動車で用いられている三元触媒を用いた内燃機関では、理論空燃比で運転されている場合が最も触媒の効率が良く、有害な排気ガスの浄化効率が高い。従って、如何に理論空燃比に近づけて運転を制御できるかが、排気ガスを低公害なものとする上で重要になってくる。
【０００３】
このような制御のために用いられる酸素センサとしては、一般に、排気ガス中の酸素濃度に対応して二値的なセンシング出力を発するλセンサと、酸素濃度の広い範囲にわたってリニアリティを保ってセンシング出力を発する全領域酸素センサとが知られている。特に、全領域酸素センサは、高い精度で空燃比制御を行うことができる。また、全領域酸素センサは、空燃比を理論空燃比近傍でフィードバック制御するストイキ燃焼制御の他、空燃比を所定のリーン領域でフィードバック制御するリーン燃焼制御なども精度良く行うこともできる。
【０００４】
一般に、全領域酸素センサは、排気ガス中の酸素濃度に対応した検知電流をセンシング出力とする。このため、センサ制御装置では、その初段でこの検知電流の電流値を検出する。例えば特許文献１，２には、その電流検出部の具体的手段が開示されている。即ち、これらの従来技術では、ガスセンサ素子からの検知電流を検出抵抗器に流し、この検出抵抗器の両端の電圧を差動増幅回路において差動増幅して、検知電流に対応した電圧出力を得ている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１−１５２３５６号公報
【特許文献２】特開２００４−２０５４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような差動増幅回路は、回路中の素子の特性ばらつきやその温度特性などによる特性変動が避けられない。従って、エンジン制御をより精度良く行うためには、このような要因による影響をも排除することが望まれる。
【０００７】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、酸素などの特定ガス成分の濃度に関連する濃度信号から、特定ガス成分に関する濃度情報を高い精度で取得可能とするセンサ制御装置、これを用いたセンサシステム、センサ制御装置の制御方法、及び、特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
その解決手段は、ガスセンサ素子を作動させて得た特定ガス成分の濃度に対応する検知電流を用いて、前記特定ガス成分の濃度に関連する濃度信号を出力するセンサ制御装置であって、第１入力端に入力された第１入力電圧及び第２入力端に入力された第２入力電圧を差動増幅する差動増幅部と、前記検知電流が流れる検出抵抗器の一端の第１検知電圧を前記第１入力電圧とし、前記検出抵抗器の他端の第２検知電圧を前記第２入力電圧とする場合と、第１基準電圧を前記第１入力電圧とし、第２基準電圧を前記第２入力電圧とする場合と、を切り換える第１スイッチと、を備えるセンサ制御装置である。
【０００９】
本発明のセンサ制御装置では、第１スイッチにより、検出抵抗器の一端の第１検知電圧を第１入力電圧とし、検出抵抗器の他端の第２検知電圧を第２入力電圧とした場合に、差動増幅部で検出抵抗器の両端の電圧を差動増幅するので、この差動増幅部からガスセンサ素子の検知電流に対応した出力電圧を得ることができる。そしてセンサ制御装置からはこの出力電圧あるいはこれに対応する信号を濃度信号として出力する。この濃度信号を用いれば、酸素濃度など特定ガスの濃度や空燃比など特定ガスに関する濃度情報を検知することが可能となる。
【００１０】
一方、第１スイッチにより、既知の第１基準電圧を第１入力電圧とし、同じく既知の第２基準電圧を第２入力電圧とした場合、差動増幅部はこれら第１，第２基準電圧の差分を増幅するので、センサ制御装置からは、この差分を増幅した出力電圧あるいはこれに対応する信号（基準増幅信号）を出力する。従って、この信号（基準増幅信号）を用いれば、その時点における差動増幅部の実際の増幅率を知ることができる。このようにして、センサ制御装置が起動している際に差動増幅部の実際の増幅率を取得することで、この増幅率に基づいて、濃度信号からより正確な特定ガスに関する濃度情報を得ることが可能となる。
従って、回路素子の特性ばらつきにより差動増幅部の増幅率がばらついている場合でも、従来よりもより高い精度で特定ガスに関する濃度情報を検知することが可能となる。また、差動増幅部の温度変化などによって生じる増幅率のドリフト、経時的な劣化等による増幅率の変化を生じたとしても、これらの変化に影響されることなく、精度良く特定ガスに関する濃度情報を検知することができる。
【００１１】
なお、特定ガス成分に関する濃度情報を検知するに当たっては、基準増幅信号に基づき得られた実際の増幅率そのものを用いて濃度情報を算出する手法のほか、本来得られるべき増幅率（設計値としての増幅率）を用いて、一旦濃度情報を算出しておき、得られた実際の増幅率を用いてこれを補正することで、実際の増幅率を反映した濃度情報を得る手法を取ることもできる。
【００１２】
また、特定ガス成分の濃度に対する検知電流を出力するガスセンサ素子としては、少なくともポンプセルと起電力セルとを含む２セル以上の積層型のガスセンサ素子を挙げることができる他、いわゆる限界電流方式で制御する１セルタイプのガスセンサ素子をも含む。
また、差動増幅部としては、例えば、バイポーラトランジスタやＭＯＳトランジスタ、抵抗器などの個別部品で構成した差動増幅回路が挙げられる。また、オペアンプ及び抵抗器で構成した差動増幅回路、ＡＳＩＣ中に構成したオペアンプ回路及び抵抗器で構成した差動増幅回路などが挙げられる。オペアンプを用いた差動増幅回路は、増幅率の設定やオフセット電圧の設定、負帰還回路の構成を容易に行えるため好ましい。
また、増幅率は、得られる第１，第２検知電圧の大きさを考慮して適宜選択すれば良く、×１倍を超える場合の他、×１倍の場合や、×１倍を下回る場合もあり得る。
また、第１スイッチとしては、リレー等の適宜のスイッチ素子を用いることもできる。但し、耐久性等を考慮すると、ＦＥＴなどの半導体素子を用いた半導体スイッチを用いるのが好ましい。後述する第２スイッチも同様である。
【００１３】
本明細書におけるセンサ制御装置は、前述の差動増幅部、第１スイッチを備えるものであれば良く、センサ制御装置内に、検出抵抗器を含む必要はない。後述する基準電圧電源部をなす部品や実施形態において示すＰＩＤ制御回路の制御定数を決定するための抵抗器やコンデンサ等についても同様である。従って、センサ制御装置として、単一の部材上に構成したものを想定する場合、例えば、単一の基板（チップ）上に形成され、検出抵抗器等を含まないＡＳＩＣやハイブリッドＩＣを想定することができる。
一方、検出抵抗器や基準電圧電源部をなす部品等を、このＡＳＩＣ等の外付け部品としたもの全体をセンサ制御装置とすることもできる。さらに、これらを一体の部材とした例として、差動増幅部、第１スイッチを備えるＡＳＩＣ等と、検出抵抗器や基準電圧電源部をなす部品等の外付け部品を、同じ基板に搭載したボードやハイブリッドＩＣを挙げることもできる。
【００１４】
更に、上記のセンサ制御装置であって、前記第１基準電圧及び前記第２基準電圧を出力する基準電圧電源部であって、前記第１基準電圧を分圧抵抗器で分圧して前記第２基準電圧とする、または、所定電圧をそれぞれ分圧抵抗器で分圧して前記第１基準電圧及び前記第２基準電圧とする基準電圧電源部を備えるセンサ制御装置とすると良い。
【００１５】
このような基準電圧電源部を備えていれば、容易に基準とする２つの電圧（第１，第２基準電圧）が得られる。その上、基準電圧電源部が第１基準電圧およびこれを分圧抵抗器で分圧してなる第２基準電圧を出力するものである場合には、第１基準電圧が変動しても、その変動に伴って第２基準電圧が同方向に変動するので、変動による影響が少なくて済む。同様に、基準電圧電源部が所定電圧をそれぞれ分圧抵抗器で分圧してなる第１，第２基準電圧を出力するものである場合には、所定電圧が変動しても、その変動に伴って第１，第２基準電圧が同方向に変動するので、この場合も所定電圧の変動による影響が少なくて済む。
【００１６】
更に、上記のセンサ制御装置であって、前記分圧抵抗器の抵抗値の精度を、前記差動増幅部の増幅率決定に関与する抵抗器の抵抗値の精度よりも、高精度としてなるセンサ制御装置とすると良い。
【００１７】
このように基準電圧電源部において分圧に用いる分圧抵抗器の抵抗値の精度を高くしておくと、正確な第１，第２基準電圧の電圧値が得られる。このように正確な第１，第２基準電圧を差動増幅部に入力し増幅させると、その出力電圧から、差動増幅部の増幅率の誤差を、精度良く検知することができる。
【００１８】
更に、上記のいずれかに記載のセンサ制御装置であって、前記差動増幅部を、互いに異なる前記第１入力電圧と前記第２入力電圧とを差動増幅する状態と、上記差動増幅部のオフセット電圧のみが出力される状態と、に切り換える第２スイッチを備えるセンサ制御装置とすると良い。
【００１９】
本発明のセンサ制御装置では、第２スイッチの切り換えにより、差動増幅部が、互いに異なる第１入力電圧と第２入力電圧とを差動増幅する状態、つまり通常の差動増幅可能な状態のほか、差動増幅部のオフセット電圧のみが出力される状態を選択できる。
【００２０】
従って、差動増幅部により第１入力電圧と第２入力電圧とを差動増幅することで、ガスセンサ素子の検知電流に対応した濃度信号を得ることができる。
その一方、差動増幅部のオフセット電圧のみが出力される状態とすることで、センサ制御装置からは、このオフセット電圧あるいはこれに対応する信号（オフセット信号）を出力する。従って、この信号（オフセット信号）を用いれば、その時点における差動増幅部の実際のオフセット電圧を知ることができる。
このようにして、センサ制御装置が起動している際に差動増幅部の実際のオフセット電圧を取得することで、前述のようにして得た増幅率と共に、このオフセット電圧に基づいて、濃度信号からより正確な特定ガス成分に関する濃度情報を得ることが可能となる。
また、差動増幅部の温度変化などによって生じるオフセット電圧のドリフト、経時的な劣化等によるオフセット電圧の変化が生じたとしても、これを考慮してこの変化に影響されることなく、精度良く特定ガス成分に関する濃度情報を検知することができる。
【００２１】
なお、特定ガス成分に関する濃度情報を検知するに当たっては、得られた実際のオフセット電圧そのものを用いて濃度情報を算出する手法が挙げられる。またこのほか、本来得られるべきオフセット電圧（設計値としてのオフセット電圧）を用いて、一旦濃度情報を算出しておき、得られた実際のオフセット電圧を用いてこれを補正することで、実際のオフセット電圧を反映した濃度情報を得る手法を取ることもできる。
【００２２】
また、本明細書において、オフセット電圧とは、差動増幅部の第１入力端と第２入力端に等しい入力がなされた場合に出力される出力信号の電圧値をいう。
従って、例えば、差動増幅部の第１入力端と第２入力端とを互いに短絡させると、差動増幅部からは、オフセット電圧のみが出力される。差動増幅器における第１，第２入力電圧と出力電圧との関係は、出力電圧＝（第１入力電圧−第２入力電圧）×増幅率＋オフセット電圧という関係となる。
また、差動増幅部を、自身のオフセット電圧のみが出力される状態とするには、実質的に差動増幅する第１入力電圧と第２入力電圧とを強制的に等しくすることができる回路を設ければよい。例えば、差動増幅部に、オペアンプ回路と増幅率等の特定を決める抵抗器等の受動部品とを用いる場合には、オペアンプ回路に反転入力端子及び非反転入力端子にそれぞれ接続された入力抵抗器のうち、オペアンプとは逆側の端部同士間を短絡する短絡路を設ける回路構成が挙げられる。
【００２３】
即ち、上記のセンサ制御装置であって、前記差動増幅部は、オペアンプ回路と、上記オペアンプ回路の反転入力端子に接続され前記第１入力電圧を伝える第１入力抵抗器と、上記オペアンプ回路の非反転入力端子に接続され前記第２入力電圧を伝える第２入力抵抗器と、を含み、前記第２スイッチは、上記第１入力抵抗器と第２入力抵抗器のうち、上記オペアンプとは逆側の端部同士間を短絡する短絡路を開閉するセンサ制御装置とするのが好ましい。
このように構成されたセンサ制御装置では、短絡路及びこれを開閉する第２スイッチを設けるという簡易な構成で、第２スイッチにより、差動増幅部を、互いに異なる第１入力電圧と第２入力電圧とを差動増幅する状態と、差動増幅部のオフセット電圧のみが出力される状態と、を切り換えることができる。
【００２４】
さらに他の解決手段は、上記いずれか一項に記載のセンサ制御装置と、前記ガスセンサ素子と、を備えるガスセンサシステムである。
【００２５】
本発明のガスセンサシステムでは、センサ制御装置に第１スイッチを備えている。従って、この第１スイッチの切り換えによって、差動増幅部で第１，第２検知電圧に応じた、従って検知電流に応じた出力電圧を得、これあるいはこれに対応した濃度信号を用いて特定ガス成分に関する濃度情報を検知することができる。
さらにこのほか、第１スイッチの切り換えによって、第１，第２基準電圧を差動増幅部に入力することで、第１，第２基準電圧及び差動増幅部の増幅率に応じた信号（基準増幅信号）を出力させることができる。第１，第２基準電圧は既知であるので、この信号から、差動増幅部のその時点での増幅率を知ることができる。
従って、差動増幅部の温度変化などによって生じる増幅率のドリフト、経時的な劣化等による差動増幅部の増幅率に変化が生じたとしても、上述のようにして取得した増幅率を用いることで、増幅率の変化に影響されることなく、高い精度で特定ガス成分に関する濃度情報を検知することができる。
【００２６】
また、他の解決手段は、ガスセンサ素子を作動させて得た特定ガス成分の濃度に対応する検知電流を用いて、前記特定ガス成分の濃度に関連する濃度信号を出力するセンサ制御装置であって、第１入力端に入力された第１入力電圧及び第２入力端に入力された第２入力電圧を差動増幅する差動増幅部と、前記検知電流が流れる検出抵抗器の一端の第１検知電圧を前記第１入力電圧とし、前記検出抵抗器の他端の第２検知電圧を前記第２入力電圧とする場合と、第１基準電圧を前記第１入力電圧とし、第２基準電圧を前記第２入力電圧とする場合と、を切り換える第１スイッチと、を備えるセンサ制御装置の制御方法であって、前記第１基準電圧を前記第１入力電圧とし、前記第２基準電圧を前記第２入力電圧として、上記センサ制御装置から前記第１基準電圧、前記第２基準電圧及び前記差動増幅部の増幅率に対応した基準増幅信号を出力させる基準信号出力ステップと、前記第１検知電圧を前記第１入力電圧とし、前記第２検知電圧を前記第２入力電圧として、上記センサ制御装置から前記濃度信号を出力させる濃度信号出力ステップと、を備えるセンサ制御装置の制御方法である。
【００２７】
本発明のセンサ制御装置の制御方法によれば、基準信号出力ステップでは、第１基準電圧を第１入力電圧とし、第２基準電圧を前記第２入力電圧として、差動増幅部の増幅率に対応した基準増幅信号を出力させる。これにより、この時点での差動増幅部の増幅率を知ることができる。また、濃度信号出力ステップでは、第１検知電圧を第１入力電圧とし、第２検知電圧を第２入力電圧として、濃度信号を出力させる。従って、この濃度信号を用いて、特定ガス成分に関する濃度情報を検知するに当たり、差動増幅部の増幅率を考慮して、酸素濃度など特定ガス成分に関する濃度情報をより正確に検知することができる。
【００２８】
更に、上記のセンサ制御装置の制御方法であって、前記基準信号出力ステップを、前記ガスセンサ素子の活性化前の段階に行うセンサ制御装置の制御方法とすると良い。
【００２９】
本発明の制御方法では、基準信号出力ステップをガスセンサ素子の活性化前の段階で行わせる。これにより、差動増幅部の増幅率を予め取得できるから、ガスセンサ素子が活性化した後に、濃度信号出力ステップを行うことで、濃度信号と増幅率を用いて、特定ガス成分に関する濃度情報を正確にかつ直ちに取得できる。
なお、ガスセンサ素子が活性化前であるか否かを検知する手法としては、活性化前であるか否かを適宜検知できる公知のいずれの手法をも採用できる。例えば、ガスセンサ素子を加熱するヒータへの通電開始からの通電時間や積算電力量、ガスセンサ素子の各端子に現れる電位の変化、エンジンを冷却する冷却水の温度などを用いて、活性化前であるか否かを判断することができる。さらに具体的には、例えば、ポンプセルと起電力セルとを有するガスセンサ素子において、いずれかのセルの内部インピーダンスを検知して、活性化したか否かを判断する手法が挙げられる。
【００３０】
更に、上記のいずれかに記載のセンサ制御装置の制御方法であって、前記基準信号出力ステップを、前記ガスセンサ素子の活性化後、定期的に行うセンサ制御装置の制御方法とするのが好ましい。
【００３１】
一般に、差動増幅部の増幅率は、常に一定とは限らない。たとえば、周囲の温度により変動するなど、時間と共に変化する。
これに対し、本発明のセンサ制御装置の制御方法では、基準信号出力ステップを、ガスセンサ素子の活性化後、定期的に行う。このため、たとえ差動増幅部の増幅率が変化したとしても、この定期的に取得した増幅率と、濃度信号とを用いることで、常に高い精度で、特定ガス成分に関する濃度情報を検知できる。
なお、基準信号出力ステップを行う間隔としては、ガスセンサ素子及びセンサ制御装置を用いる環境等によって適宜設定すればよい。
【００３２】
更に、上記のいずれかに記載のセンサ制御装置の制御方法であって、前記基準信号出力ステップを、前記ガスセンサ素子の活性化後、前記センサ制御装置から前記濃度信号を出力させる必要がないときに行うセンサ制御装置の制御方法とすると良い。
【００３３】
本発明の制御方法では、基準信号出力ステップを、ガスセンサ素子の活性化後、センサ制御装置から濃度信号を出力させる必要がないときに行う。このようにすることで、当該期間が特定ガスに関する濃度情報を検知する必要のある期間であるにも拘わらず、基準信号出力ステップを行うことによって、センサ制御装置から濃度信号を出力させられなくなる状況を無くすることができる。これにより、適切な時期に特定ガス成分に関する濃度情報を検知でき、エンジン制御などを適切に行うことができる。
【００３４】
なお、センサ制御装置から濃度信号を出力させる必要がないときとしては、ガスセンサ素子及びセンサ制御装置を用いる用途や環境によって異なるが、例えば、ガスセンサ素子が活性化する前の期間が挙げられる。また例えば、ガスセンサ素子及びセンサ制御装置を自動車に搭載し、これらを用いて排気ガス中の酸素濃度や空燃比を計測する場合には、走行中において、運転者がアクセルを離したとき（エンジンブレーキ時）が挙げられる。この場合には、エンジンに燃料を噴射しないので、酸素濃度や空燃比を計測する必要がないからである。
【００３５】
更に、上記のいずれか一項に記載のセンサ制御装置の制御方法であって、前記センサ制御装置は、前記差動増幅部を、互いに値の異なる前記第１入力電圧と前記第２入力電圧とを差動増幅する状態と、上記差動増幅部のオフセット電圧のみが出力される状態とに切り換える第２スイッチを備え、上記センサ制御装置から前記差動増幅部のオフセット電圧に対応したオフセット信号を出力させるオフセット信号出力ステップを備えるセンサ制御装置の制御方法とすると良い。
【００３６】
本発明の制御方法によれば、オフセット信号出力ステップにおいて、差動増幅部からオフセット電圧を出力させ、センサ制御装置からオフセット信号を出力させる。このオフセット信号からは、差動増幅部のオフセット電圧を知ることができるから、前述の増幅率のと共に、濃度信号から特定ガス成分に関する濃度情報検知の際に、これらの値を用いれば、更に高い精度で特定ガス成分の濃度を得ることができる。
なお、オフセット信号出力ステップは、前述の基準信号出力ステップと相前後して行うようにするのが好ましい。差動増幅部の増幅率とオフセット電圧とを同時期に求めておくのが好ましいからである。
【００３７】
更に、上記のセンサ制御装置の制御方法であって、前記オフセット信号出力ステップを、前記ガスセンサ素子の活性化前の段階で行うセンサ制御装置の制御方法とすると良い。
【００３８】
本発明の制御方法では、オフセット信号検出ステップをガスセンサ素子の活性化前の段階で行う。これにより、差動増幅部のオフセット電圧を予め取得できるから、ガスセンサ素子が活性化した後に、オフセット信号出力ステップを行うことで、濃度信号と前述の増幅率及びオフセット電圧を用いて、特定ガス成分に関する濃度情報を正確にかつ直ちに取得できる。
【００３９】
更に、上記のいずれかに記載のセンサ制御装置の制御方法であって、前記オフセット信号出力ステップを、前記ガスセンサ素子の活性化後、定期的に行うセンサ制御装置の制御方法とするのが好ましい。
【００４０】
一般に、差動増幅部のオフセット電圧も、常に一定とは限らない。たとえば、周囲の温度により変動するなど、時間と共に変化する。
これに対し、本発明のセンサ制御装置の制御方法では、オフセット信号出力ステップを、ガスセンサ素子の活性化後、定期的に行う。このため、たとえ差動増幅部のオフセット電圧が変化したとしても、この定期的に取得したオフセット電圧と、前述の増幅率と、濃度信号とを用いることで、常に高い精度で、特定ガス成分に関する濃度情報を検知できる。
なお、オフセット信号出力ステップを行う間隔としては、ガスセンサ素子及びセンサ制御装置を用いる環境等によって適宜設定すればよい。
【００４１】
さらに、前２項のいずれかに記載のセンサ制御装置の制御方法であって、前記オフセット信号出力ステップを、前記ガスセンサ素子の活性化後、前記センサ制御装置から前記濃度信号を出力させる必要がないときに行うセンサ制御装置の制御方法とすると良い。
【００４２】
本発明の制御方法では、オフセット信号出力ステップを、ガスセンサ素子の活性化後、センサ制御装置から濃度信号を出力させる必要がないときに行う。このようにすることで、当該期間が特定ガスに関する濃度情報を検知する必要のある期間であるにも拘わらず、オフセット信号出力ステップを行うことによって、センサ制御装置から濃度信号を出力させられなくなる状況を無くすことができる。これにより、適切な時期に特定ガス成分に関する濃度情報を検知でき、エンジン制御などを適切に行うことができる。
【００４３】
さらに他の解決手段は、ガスセンサ素子と、前記ガスセンサ素子を作動させて得た特定ガス成分の濃度に対応する検知電流を用いて、前記特定ガス成分の濃度に関連する濃度信号を出力するセンサ制御装置であって、第１入力端に入力された第１入力電圧及び第２入力端に入力された第２入力電圧を差動増幅する差動増幅部、及び、前記検知電流が流れる検出抵抗器の一端の第１検知電圧を前記第１入力電圧とし、前記検出抵抗器の他端の第２検知電圧を前記第２入力電圧とする場合と、第１基準電圧を前記第１入力電圧とし、第２基準電圧を前記第２入力電圧とする場合と、を切り換える第１スイッチを備えるセンサ制御装置と、を用いた特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法であって、前記第１基準電圧を前記第１入力電圧とし、前記第２基準電圧を前記第２入力電圧として、前記第１基準電圧、前記第２基準電圧及び前記差動増幅部の増幅率に対応した基準増幅信号を前記センサ制御装置から出力させ、前記差動増幅部の増幅率を検知する増幅率検知ステップと、前記第１検知電圧を前記第１入力電圧とし、前記第２検知電圧を前記第２入力電圧として、前記濃度信号を前記センサ制御装置から出力させ、前記増幅率を用いて、前記特定ガス成分に関する濃度情報の検知する濃度情報検知ステップと、を備える特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法である。
【００４４】
本発明の特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法によれば、増幅率検知ステップでは、第１基準電圧を第１入力電圧とし、第２基準電圧を前記第２入力電圧として、センサ制御装置から差動増幅部の増幅率に対応した基準増幅信号を出力させる。そして、この基準増幅信号を用いて、差動増幅部のその時点での増幅率を検知する。
さらに、濃度情報検知ステップでは、第１検知電圧を第１入力電圧とし、第２検知電圧を第２入力電圧として、センサ制御装置から濃度信号を出力させる。そして、すでに得た差動増幅部の増幅率を用いて、特定ガス成分に関する濃度情報を検知する。これにより、特定ガス成分に関する濃度情報をより正確に検知できる。
【００４５】
なお、濃度情報検知ステップでは、増幅率検知ステップで得られた実際の増幅率そのものを用いて濃度情報を算出する手法を取ることができる。またこのほか、本来得られるべき増幅率（設計値としての増幅率）を用いて、一旦濃度情報を算出しておき、得られた実際の増幅率を用いてこれを補正することで、実際の増幅率を反映した濃度情報を得る手法を取ることもできる。
【００４６】
さらに、上記の特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法であって、前記増幅率検知ステップを、前記ガスセンサ素子の活性化前の段階で行う特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法とするのが好ましい。
【００４７】
本発明の濃度情報の検知方法では、増幅率検知ステップをガスセンサ素子の活性化前の段階で行う。これにより、差動増幅部の増幅率を予め取得できるから、ガスセンサ素子が活性化した後に、濃度情報検知ステップを行うことで、濃度信号と増幅率を用いて、特定ガス成分に関する濃度情報を正確に、かつ直ちに取得できる。
【００４８】
また、上記いずれかに記載の特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法であって、前記増幅率検知ステップを、前記ガスセンサ素子の活性化後、定期的に行う特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法とするのが好ましい。
【００４９】
本発明の濃度情報の検知方法では、増幅率検知ステップを、ガスセンサ素子の活性化後、定期的に行う。このようにすることで、この定期的に取得した増幅率を用いて、濃度情報検知ステップにおいて特定ガス成分に関する濃度情報を常に高い精度で検知できる。
【００５０】
さらに上記いずれか一項に記載の特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法であって、前記増幅率検知ステップを、前記ガスセンサ素子の活性化後、前記センサ制御装置から前記濃度信号を出力させる必要がないときに行う特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法とするのが好ましい。
【００５１】
本発明の濃度情報の検知方法では、増幅率検知ステップを、ガスセンサ素子の活性化後、センサ制御装置から濃度信号を出力させる必要がないときに行う。このようにすることで、当該期間が特定ガスに関する濃度情報を検知する必要のある期間であるにも拘わらず、増幅率検知ステップを行うことによって、センサ制御装置から濃度信号を出力させられず、適切に特定ガスに関する濃度情報を検知できなくなる状況を無くすることができる。これにより、適切にエンジン制御などを行わせることができる。
【００５２】
さらに、上記いずれか一項に記載の特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法であって、前記センサ制御装置は、前記差動増幅部を、互いに異なる前記第１入力電圧と前記第２入力電圧とを差動増幅する状態と、上記差動増幅部のオフセット電圧のみが出力される状態と、に切り換える第２スイッチを備え、前記差動増幅部のオフセット電圧に対応したオフセット信号を前記センサ制御装置から出力させ、前記差動増幅部のオフセット電圧を検知するオフセット検知ステップを備え、前記濃度情報検知ステップは、前記増幅率及び前記オフセット電圧に基づいて、前記特定ガス成分に関する濃度情報を検知する特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法とすると良い。
【００５３】
本発明の濃度情報の検知方法によれば、オフセット検知ステップにおいて、差動増幅部からオフセット電圧を出力させ、センサ制御装置からオフセット信号を出力させる。そして、このオフセット信号を用いて差動増幅部のオフセット電圧を検知する。
さらに、濃度情報検知ステップでは、増幅率及びオフセット電圧に基づいて、特定ガス成分に関する濃度情報を検知する。
これにより、差動増幅部の増幅率のみならずオフセット電圧まで考慮した、さらに高い精度での特定ガス成分に関する濃度情報の検知ができる。
【００５４】
なお、濃度情報検知ステップでは、オフセット検知ステップで得られた実際のオフセット電圧そのものを用いて濃度情報を算出する手法を取ることができる。またこのほか、本来得られるべきオフセット電圧（設計値としてのオフセット電圧）を用いて、一旦濃度情報を算出しておき、得られた実際のオフセット電圧を用いてこれを補正することで、実際のオフセット電圧を反映した濃度情報を得る手法を取ることもできる。
【００５５】
さらに、上記の特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法であって、前記オフセット検知ステップを、前記ガスセンサ素子の活性化前の段階で行う特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法とするのが好ましい。
【００５６】
本発明の濃度情報の検知方法では、オフセット検知ステップをガスセンサ素子の活性化前の段階で行う。これにより、差動増幅部のオフセット電圧を予め取得できるから、ガスセンサ素子が活性化した後に、濃度情報検知ステップを行うことで、このオフセット電圧と濃度信号と前述の増幅率とを用いて、特定ガス成分に関する濃度情報を正確に、かつ直ちに取得できる。
【００５７】
さらに前２項のいずれかに記載の特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法であって、前記オフセット検知ステップを、前記ガスセンサ素子の活性化後、定期的に行う特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法とするのが好ましい。
【００５８】
差動増幅部のオフセット電圧も、増幅率と同様、通常、温度特性を有するので、差動増幅部の周囲にの温度が変化するとこれと共に変化する。
これに対し、本発明の濃度情報の検知方法では、オフセット検知ステップを、ガスセンサ素子の活性化後、定期的に行う。このようにすることで、その定期的に取得した差動増幅部のオフセット電圧及び前述の増幅率を用いて、特定ガス成分に関する濃度情報を常に高い精度で検知できる。
【００５９】
さらに前３項のいずれかに記載の特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法であって、前記オフセット検知ステップを、前記ガスセンサ素子の活性化後、前記センサ制御装置から前記濃度信号を出力させる必要がないときに行う特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法とするのが好ましい。
【００６０】
本発明の濃度情報の検知方法では、オフセット検知ステップを、ガスセンサ素子の活性化後、センサ制御装置から濃度信号を出力させる必要がないときに行う。このようにすることで、当該期間が特定ガスに関する濃度情報を検知する必要のある期間であるにも拘わらず、オフセット検出ステップを行うことによって、センサ制御装置から濃度信号を出力させられず、適切に特定ガスに関する濃度情報を検知できなくなる状況を無くすことができる。これにより、適切にエンジン制御などを適切に行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
以下、本発明の実施形態を、図１〜図５を参照しつつ説明する。
本実施形態に係るガスセンサシステム１０の等価回路図を、図１に示す。ガスセンサシステム１０は、ガスセンサ素子１６０、センサ制御装置１００、及びエンジン制御装置１５０を含む。
このうち、ガスセンサ素子１６０は、後述する構成を有し、図示しないエンジンの排気管に装着され、排気ガス中の酸素濃度（空燃比）に対応した検知電流Ｉｐが流れる空燃比センサである。
【００６２】
また、センサ制御装置１００は、ＡＳＩＣとして構成された制御回路１１０のほか、これに外付けされた基準電圧電源部１４０、検出抵抗器Ｒｄ、抵抗器Ｒ１、及び、ＰＩＤ制御回路１２３の制御定数を与える抵抗器Ｒ２〜Ｒ４とコンデンサＣ１〜Ｃ３を含み、これらは、１つのボード上に搭載されている。このセンサ制御装置１００（制御回路１１０）は、エンジン制御装置１５０の指示に基づき、ガスセンサ素子１６０を制御して、酸素濃度（空燃比）に応じた濃度信号ＳＣ等をエンジン制御装置１５０に向けて出力する。
エンジン制御装置１５０は、センサ制御装置１００（制御回路１１０）から出力された濃度信号ＳＣを用いて排気ガス中の酸素濃度（空燃比）を検知し、図示しないガソリンエンジンの制御を行う。
【００６３】
なお、本実施形態では外付けとしたが、基準電圧電源部１４０、検出抵抗器Ｒｄ、抵抗器Ｒ１、あるいは、抵抗器Ｒ２〜Ｒ４とコンデンサＣ１〜Ｃ３のいずれか、あるいはすべてを、適宜、制御回路１１０と共に１つの基板内に収めるようにしても良い。
【００６４】
図１に示すように、ガスセンサ素子１６０と制御回路１１０とは、ガスセンサ素子１６０の各端子Ｖｓ＋，ＣＯＭ，Ｉｐ＋と、制御回路１１０の端子ＶＳ＋，Ｖｃｅｎｔ，ＩＰ＋とで、それぞれ電気的に接続している。
また、制御回路１１０とエンジン制御装置１５０とは、制御回路１１０の端子ＶＩＰ，ＣＩと、エンジン制御装置１５０の端子ＡＤ，ＣＴとの間で、それぞれ信号伝達可能となっている。更に、制御回路１１０とエンジン制御装置１５０とは、制御回路１１０の端子ＣＣ５，Ｇ−ＶＩＰＣＡＬと、エンジン制御装置１５０の端子ＶＣＣＡとが、基準電圧電源部１４０を介して電気的に接続している。
【００６５】
ガスセンサ素子１６０は、ポンプセル１６３と起電力セル１６５とを、排気ガスを導入可能な中空の測定室を構成するスペーサを介して積層した構成を有し、起電力セル１６５のうち測定室に面する側とは逆側に位置する電極を遮蔽層により閉塞した公知の構成を有するものである。ポンプセル１６３及び起電力セル１６５は、それぞれ、板状で酸素イオン伝導性を有する固体電解質を基体とし、その両面には多孔質の白金により電極が形成されている。ポンプセル１６３の電極の一端（図中左端）と、起電力セル１６５の電極の一端（図中右端）とは、互いに導通すると共に、ガスセンサ素子１６０の出力端子である端子ＣＯＭに接続している。また、ポンプセル１６３の電極の他端（図中右端）は、ガスセンサ素子１６０の出力端子である端子Ｉｐ＋に接続し、起電力セル１６５の電極の他端（図中左端）は、ガスセンサ素子１６０の端子Ｖｓ＋に接続している。
【００６６】
センサ制御装置１００は、ガスセンサ素子１６０の起電力セル１６５に微少電流Ｉｃｐを流しつつ、起電力セル１６５の両端に発生する起電力セル電圧Ｖｓが４５０ｍＶになるように、ポンプセル１６３に流すポンプセル電流（検知電流）Ｉｐを制御して、測定室に導入された排気ガス中の酸素の汲み入れ汲み出しを行う。なお、ポンプセル１６３に流れるポンプセル電流Ｉｐの電流値及び電流の方向は、空燃比（換言すれば、排気ガス中の酸素濃度）に応じて変化することから、このポンプセル電流Ｉｐの向きと大きさを検知することで、空燃比（排気ガス中の酸素濃度）を検知できる。
【００６７】
エンジン制御装置１５０は、Ａ／Ｄ変換器１５１とＣＰＵ１５３とを有する。このうちＡ／Ｄ変換器１５１は、入力端子である端子ＡＤを介して、制御回路１１０の端子ＶＩＰから出力される出力信号（濃度信号ＳＣ等）を取り込んでデジタル値に変換し、これをＣＰＵ１５３に出力する。ＣＰＵ１５３は、デジタル化された制御回路１１０の出力信号に基づいて、後述するように空燃比、増幅率、オフセット電圧を算出する。また、エンジン制御装置１５０は、その端子ＣＴ及び制御回路１１０の端子ＣＩを通じて、制御回路１１０中のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオン・オフを制御する。更に、このエンジン制御装置１５０は、出力端子である端子ＶＣＣＡを介して、基準電圧電源部１４０に所定の電圧を出力できる。
【００６８】
センサ制御装置１００のうち、制御回路１１０は、ガスセンサ素子１６０の起電力セル１６５に微少電流Ｉｃｐを供給し、ポンプセル電流Ｉｐを制御する制御部１２０と、ポンプセル電流Ｉｐが流れることにより検出抵抗器Ｒｄの両端に発生する検知電圧Ｖｄを用いて、エンジン制御装置１５０へこの情報を送るための出力処理部１３０とを有する。
【００６９】
このうち制御部１２０には、起電力セル１６５に微少電流Ｉｃｐを通電するための定電流源１２１、入力バッファ１２２、出力バッファ１２６、及び、ＰＩＤ制御回路１２３が含まれる。出力バッファ１２６は、端子ＣＯＭの電位を一定（３．６Ｖ）に保持するようにして、端子ＩＰ＋を介してポンプセル１６３に正負にわたるポンプセル電流Ｉｐを流す。ＰＩＤ制御回路１２３は、入力バッファ１２２を介して接続したガスセンサ素子１６０の端子Ｖｓ＋（制御回路１１０の端子ＶＳ＋）の電位と、端子Ｖｃｅｎｔとの電位差が常に４５０ｍＶとなるように、ポンプセル１６５に流すポンプセル電流Ｉｐの大きさを決定するためのＰＩＤ制御を行う。なお、ＰＩＤ制御回路１２３に導通する端子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐｏｕｔには、ＰＩＤ制御の定数を決定するためのコンデンサＣ１〜Ｃ３及び抵抗器Ｒ２〜Ｒ４がそれぞれ接続している。
【００７０】
一方、検出抵抗器Ｒｄは、図１に示すように、ポンプセル電流Ｉｐが流れる電流路内に配置されているため、その両端には、ポンプセル電流Ｉｐの大きさに応じた検知電圧Ｖｄ（Ｖ）が発生する。本実施形態では、検出抵抗器Ｒｄの抵抗値を、Ｒｄ＝３００Ωとしてあるため、ポンプセル電流Ｉｐ（Ａ）は、Ｉｐ＝Ｖｄ／３００の式によって求められる。また、検出抵抗器Ｒｄの一端Ｒｄ１の電位（端子Ｖｃｅｎｔの電位）を第１検知電圧Ｖｄ１とし、検出抵抗器Ｒｄの他端の電位（端子Ｐｏｕｔの電位）を第２検知電圧Ｖｄ２としたとき、検知電圧Ｖｄは、第１検知電圧Ｖｄ１と第２検知電圧Ｖｄ２との差分として与えられる（Ｖｄ＝Ｖｄ１−Ｖｄ２）。
【００７１】
一方、制御回路１１０のうち、出力処理部１３０は、バッファとして動作するオペアンプＯＰ１，ＯＰ２と、差動増幅回路（差動増幅部）１３１と、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を有する。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は連動して動作するように構成されており、切り換えにより、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２の非反転入力端子に、第１検知電圧Ｖｄ１，第２検知電圧Ｖｄ２がそれぞれ入力される状態と、後述する第１基準電圧Ｖｂ１，第２基準電圧Ｖｂ２がそれぞれ入力される状態とを選択できる。
なお、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２を併せたものが、本発明の第１スイッチに相当する。
【００７２】
差動増幅回路１３１は、第１入力端１３２に入力された第１入力電圧Ｖｉ１と、第２入力端１３３に入力された第２入力電圧Ｖｉ２とを、所定の増幅率で差動増幅し、出力信号を端子ＶＩＰに向けて出力する。
差動増幅回路１３１のうち、オペアンプＯＰ３及び抵抗器Ｒ５〜Ｒ１０により差動増幅回路の基本形が構成され、その増幅率Ｇは、抵抗器Ｒ５〜Ｒ１０により決定される。なお、各抵抗器の抵抗値は、Ｒ５＝Ｒ７、Ｒ６＝Ｒ８、Ｒ９＝Ｒ１０とされている。
また、オペアンプＯＰ３の非反転入力端子には、バッファとして動作するオペアンプＯＰ４及び抵抗器Ｒ１０を介して所定の基準オフセット電圧Ｖｏｆｆが加えられている。この基準オフセット電圧Ｖｏｆｆは、差動増幅回路１３１から出力される出力信号の基準電圧を定めるものである。
かくして、この差動増幅回路１３１のうち、オペアンプＯＰ３の非反転入力端子（＋端子）には、抵抗器Ｒ５，Ｒ６を介して第１入力電圧Ｖｉ１、及び、基準オフセット電圧Ｖｏｆｆが加えられる。一方、オペアンプＯＰ３の反転入力端子（−端子）には、抵抗器Ｒ７，Ｒ８を介して第２入力電圧Ｖｉ２、及び、帰還抵抗器Ｒ９を介してオペアンプＯＰ３自身の出力が負帰還入力される。
【００７３】
このように構成した差動増幅回路１３１を用いると、第１，第２入力信号Ｖｉ１，Ｖｉ２に共通して含まれるコモンモードノイズを効果的に除去することができる。このため、ノイズの少ない適切な出力信号を端子ＶＩＰに向けて出力できる。
また、差動増幅回路１３１から出力される出力信号は、この基準オフセット電圧Ｖｏｆｆにほぼ等しいオフセット電圧ＯＦＳ（ＯＦＳ≒Ｖｏｆｆ）を有した値となる。但し、この差動増幅回路１３１のオフセット電圧ＯＦＳは、オペアンプＯＰ３の非反転入力端子に入力した基準オフセット電圧Ｖｏｆｆとは必ずしも一致しない。オペアンプＯＰ３自身がオフセット電圧を有している場合には、この値もオフセット電圧ＯＦＳに加えられるからである。
【００７４】
本実施形態の差動増幅回路１３１は、具体的には、増幅率Ｇ＝４．５、基準オフセット電圧Ｖｏｆｆ＝２．３Ｖ≒ＯＦＳとされている。従って、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り換えて、第１，第２検知電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２を第１，第２入力信号Ｖｉ１，Ｖｉ２とした場合、前述したように検出抵抗器Ｒｄの抵抗値は３００Ωであるので、ポンプセル電流Ｉｐ（Ａ）と、出力信号である濃度信号ＳＣ（Ｖ）との関係は以下の式で表される。
ＳＣ（Ｖ）＝（Ｖｄ１−Ｖｄ２）×Ｇ＋ＯＦＳ    …（式１）
＝Ｉｐ×３００×Ｇ＋ＯＦＳ          …（式２）
＝Ｉｐ×３００×４．５＋２．３
このように、ポンプセル電流Ｉｐの変化に応じて、差動増幅回路１３１から出力される濃度信号ＳＣは、ポンプセル電流Ｉｐと一次関数の関係となる。
【００７５】
差動増幅回路１３１から出力された濃度信号ＳＣは、制御回路１１０（センサ制御装置１００）の端子ＶＩＰから出力されてエンジン制御装置１５０の端子ＡＤに入力される。エンジン制御装置１５０では、濃度信号ＳＣをＡ／Ｄ変換器１５１によりデジタル値に変換し、ＣＰＵ１５３によって所定の処理が行われ、ポンプセル電流Ｉｐあるいはこれに対応する値を求め、排気ガス中の酸素濃度（空燃比）を検知する。そして、得られた酸素濃度（空燃比）を用いて、燃料噴射制御などのエンジン制御を行う。
【００７６】
さらに、この差動増幅回路１３１には、オペアンプＯＰ３の非反転入力端子に直列に接続されている抵抗器Ｒ５とＲ６との間のノード１３４Ａと、反転入力端子に直列に接続されている抵抗器Ｒ７とＲ８との間のノード１３４Ｂとを短絡させる短絡路１３４を有しており、スイッチＳＷ３は、この短絡路１３４を開閉する。
このスイッチＳＷ３は、差動増幅回路１３１から濃度信号ＳＣを出力させる場合、及び後述する基準増幅信号ＳＧを出力させる場合には、オフとされている、即ち、短絡路１３４を開路している。
【００７７】
ついで、スイッチＳＷ３がオン、即ち、短絡路１３４が閉路されノード１３４Ａとノード１３４Ｂとの間が短絡された場合（オフセットキャリブレーション時）について説明する。
スイッチＳＷ３がオンとされると、抵抗器Ｒ５とＲ６との間のノード１３４Ａと、抵抗器Ｒ７とＲ８との間のノード１３４Ｂとが短絡、即ち、第１，第２入力端１３２，１３３の第１，第２入力電圧Ｖｉ１，Ｖｉ２が異なる値であっても、ノード１３４Ａとノード１３４Ｂの電位が強制的に同電位とされる。従って、スイッチＳＷ３がオンとされると、実質的に、第１，第２入力端１３２，１３３の第１，第２入力電圧Ｖｉ１，Ｖｉ２に同じ入力を加えたのと同じことになる。従って、この差動増幅回路１３１からは、第１，第２入力電圧Ｖｉ１，Ｖｉ２とは関係せず、差動増幅回路１３１のオフセット電圧ＯＦＳのみを含む出力信号（オフセット検知信号）ＳＯが端子ＶＩＰに向けて出力される。
【００７８】
なお、本実施形態の差動増幅回路１３１では、ノード１３４Ａ及びノード１３４Ｂよりも前段側（図１中左側）には、抵抗器Ｒ５，Ｒ７が設けられている。このため、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２（バッファ）から、互いに異なる値の第１，第２入力電圧Ｖｉ１，Ｖｉ２が出力されていても、抵抗器Ｒ５，短絡路１３４，抵抗器Ｒ７を通じて流れるオペアンプＯＰ１，ＯＰ２からの出力電流（短絡電流）は、抵抗器Ｒ５，Ｒ７によりその大きさが制限されるため、不具合を生じることがない。
また、このスイッチＳＷ３は、本発明の第２スイッチに相当する。
【００７９】
前述したように、スイッチＳＷ３をオンとすることで、差動増幅回路１３１からは、オフセット検知信号ＳＯが出力される。このオフセット検知信号電圧ＳＯは、制御回路１１０（センサ制御装置１００）の端子ＶＩＰを介して、エンジン制御装置１５０の端子ＡＤに入力され、Ａ／Ｄ変換器１５１によりデジタル値に変換され、ＣＰＵ１５３によって処理される。前述したように、オフセット検知信号ＳＯは、差動増幅回路１３１のオフセット電圧ＯＦＳのみを含む出力信号であるから、このオフセット検知信号ＳＯから、スイッチＳＷ３がオンした時点における差動増幅回路１３１のオフセット電圧ＯＦＳを検知できる。
【００８０】
一般に、差動増幅回路の出力信号に含まれるオフセット電圧は、必ずしも一定ではなく、各個体によるバラツキを有する。また、周囲の温度変化による温度特性や経時劣化に起因して変化する。本実施形態においては、基準オフセット電圧Ｖｏｆｆを発生する電源の温度特性や経時的変化、オペアンプＯＰ３の特性バラツキや温度特性、経時変化、抵抗器Ｒ５〜Ｒ１０の抵抗値のバラツキや温度特性、経時変化などによっても、差動増幅回路１３１のオフセット電圧ＯＦＳは異なった値となる。つまり、オフセット電圧ＯＦＳは、各個体毎にバラツキを有するほか、時間とともに変化する。
【００８１】
これに対し、本実施形態のガスセンサシステム１０（センサ制御装置１００）では、前述したように、スイッチＳＷ３をオンとすることにより、オフセット検知信号ＳＯから、各時点での差動増幅回路１３１のオフセット電圧ＯＦＳを検知できる。
従って、本実施形態のガスセンサシステム１０（センサ制御装置１００）では、適切な時期にスイッチＳＷ３をオンとすることで、その時点での差動増幅回路１３１のオフセット電圧ＯＦＳを検知することができる。
そして、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り換えて、第１，第２検知電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２を第１，第２入力信号Ｖｉ１，Ｖｉ２とし、差動増幅回路１３１から濃度信号ＳＣを出力させる。そこで、前述の式２：ＳＣ＝Ｉｐ×３００×Ｇ＋ＯＦＳに、算出したオフセット電圧ＯＦＳを適用することにより、ポンプセル電流Ｉｐを正確に求め、また、酸素濃度（空燃比）を正確に検知することができる。従って、より適切に燃料噴射制御などのエンジン制御を行うことができる。
【００８２】
次に、基準電圧電源部１４０及びこれを用いた増幅率Ｇの検知について説明する。
基準電圧電源部１４０は、レギュレータ１４３と、この出力を分圧する基準抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２とを有する。レギュレータ１４３は、エンジン制御装置１５０の端子ＶＣＣＡに接続して駆動され、高精度の第１基準電圧Ｖｂ１を出力する。なお、本実施形態では、第１基準電圧Ｖｂ１は、５Ｖとしてある。この第１基準電圧Ｖｂ１は、制御回路１１０の端子ＣＣ５に入力され、さらに、スイッチＳＷ１に接続している。
また、この第１基準電圧Ｖｂ１は、直接に接続された基準抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２により分圧されており、これらの分圧点からは、４．５Ｖの第２基準電圧Ｖｂ２が得られる。この第２基準電圧Ｖｂ２は、制御回路１１０の端子Ｇ−ＶＩＰＣＡＬに入力され、さらに、スイッチＳＷ２に接続している。
この基準電圧電源部１４０では、上述のように、第１基準電圧Ｖｂ１を基準抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２で分圧して第２基準電圧Ｖｂ２を得ている。このようにすると、万一、レギュレータ１４３から出力される第１基準電圧Ｖｂ１が、何らかの理由で変動したとしても、その変動に伴って第２基準電圧Ｖｂ２も同方向に変動するので、これらの差電圧については、変動が抑制される。
【００８３】
なお、基準電圧電源部１４０に含まれる基準抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２の抵抗値は、差動増幅回路１３１に含まれ、この増幅率決定に関与する抵抗器Ｒ５〜Ｒ１０に比して、高精度の抵抗器を用いている。具体的には、抵抗器Ｒ５〜Ｒ１０の抵抗値の精度（狙いとする抵抗値に対するバラツキ度合い）が２〜３％程度であるのに対し、基準抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２の抵抗値の精度は１％程度としてある。このため、基準抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２に抵抗値のバラツキによる第１，第２基準電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２の電圧値の精度よりも、抵抗器Ｒ５〜Ｒ１０の抵抗値のバラツキによる差動増幅器１３１の増幅率Ｇのバラツキの方が大きい。
しかし、ゲインキャリブレーションにおいて、高精度の第１，第２基準電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２を用いることにより、増幅率Ｇを差動増幅器１３１が本来有している増幅率Ｇのバラツキよりも高精度に測定することができるから、抵抗値のバラツキが相対的に大きい抵抗器Ｒ５〜Ｒ１０を用いながら、濃度信号ＳＣから高精度にポンプセル電流Ｉｐや酸素濃度（空燃比）を検知することが可能となる。
【００８４】
図１から容易に理解できるように、スイッチＳＷ１では、切り換えにより、第１検知電圧Ｖｄ１及び第１基準電圧Ｖｂ１のいずれかを選択して、第１入力電圧Ｖｉ１とすることができる。スイッチＳＷ２では、切り換えにより、第２検知電圧Ｖｄ２及び第２基準電圧Ｖｂ２のいずれかを選択して、第２入力電圧Ｖｉ２とすることができる。
そこで、以下では、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り換えて、第１，第２基準電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２を第１，第２入力電圧Ｖｉ１，Ｖｉ２とした場合（ゲインキャリブレーション時）について説明する。なお、スイッチＳＷ３はオフとしておく。
【００８５】
この場合、第１入力電圧Ｖｉ１として、Ｖｉ１＝５．０Ｖが、第２入力信号Ｖｉ２として、Ｖｉ２＝４．５Ｖが、差動増幅回路１３１に入力される。すると、差動増幅回路１３１からは、これら第１，第２基準電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２の差分（０．５Ｖ）を差動増幅回路１３１で増幅した基準増幅信号ＳＧが、端子ＶＩＰに向けて出力される。
第１，第２基準電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２を第１，第２入力信号Ｖｉ１，Ｖｉ２とした場合、基準増幅信号ＳＧ（Ｖ）との関係は以下の式で表される。
ＳＣ（Ｖ）＝（Ｖｂ１−Ｖｂ２）×Ｇ＋ＯＦＳ    …（式３）
＝０．５×Ｇ＋ＯＦＳ
この基準増幅信号ＳＧは、制御回路１１０（センサ制御装置１００）の端子ＶＩＰを介して、エンジン制御装置１５０の端子ＡＤに入力され、Ａ／Ｄ変換器１５１によりデジタル値に変換され、ＣＰＵ１５３によって処理される。
前述したように、オフセット電圧ＯＦＳは、前述したようにスイッチＳＷ３をオンとして求めておくことができる。また、第１，第２基準電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２の値は既知であるから、この基準増幅信号ＳＧから、その時点における差動増幅回路１３１の増幅率Ｇを検知できる。
【００８６】
一般に、差動増幅回路の増幅率は、必ずしも一定ではなく、各個体によるバラツキを有する。また、周囲の温度変化による温度特性や経時劣化に起因して変化する。本実施形態においては、基準オフセット電圧Ｖｏｆｆを発生する電源の温度特性や経時的変化、オペアンプＯＰ３の特性バラツキや温度特性、経時変化、抵抗器Ｒ５〜Ｒ１０の抵抗値のバラツキや温度特性、経時変化などによっても、差動増幅回路１３１の増幅率Ｇは異なった値となる。つまり、増幅率Ｇは、各個体毎にバラツキを有するほか、時間とともに変化する。
【００８７】
これに対し、本実施形態のガスセンサシステム１０（センサ制御装置１００）では、前述したように、スイッチＳＷ３をオンとすることにより、オフセット検知信号ＳＯから、各時点での差動増幅回路１３１のオフセット電圧ＯＦＳを検知できる。さらに、スイッチＳＷ３がオフの状態で、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り換えて、第１，第２基準電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２を差動増幅回路１３１に入力することにより、基準増幅信号ＳＧから、各時点での差動増幅回路１３１の増幅率Ｇを検知できる。
従って、本実施形態のガスセンサシステム１０（センサ制御装置１００）では、適切な時期にスイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り換えることで、その時点での差動増幅回路１３１の増幅率Ｇを検知することができる。
そして、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り換えて、第１，第２検知電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２を第１，第２入力信号Ｖｉ１，Ｖｉ２とし、差動増幅回路１３１から濃度信号ＳＣを出力させる。そこで、前述の式２：ＳＣ＝Ｉｐ×３００×Ｇ＋ＯＦＳに、算出したオフセット電圧ＯＦＳ及び増幅率Ｇを適用することにより、ポンプセル電流Ｉｐを更に正確に求め、酸素濃度（空燃比）を更に正確に検知することができる。従って、さらに適切に燃料噴射制御などのエンジン制御を行うことができる。
【００８８】
なお、本実施形態では、オフセット電圧ＯＦＳは、前述したようにスイッチＳＷ３をオンとすることで求めることができる。しかし、スイッチＳＷ３及び短絡路１３４を設けない場合、あるいは、オフセット電圧ＯＦＳが基準オフセット電圧Ｖｏｆｆとほぼ等しいと考えられる場合には、別途、オフセット電圧ＯＦＳを求めることなく、これに代えて、基準オフセット電圧Ｖｏｆｆを用いて、増幅率Ｇを求め、あるいは、濃度信号ＳＣから、ポンプセル電流Ｉｐや酸素濃度（空燃比）を検知することもできる。
【００８９】
なお、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、エンジン制御装置１５０のＣＰＵ１５３において実行される制御プログラムに応じて、エンジン制御装置１５０の通信出力端子である端子ＣＴから、制御回路１１０の通信入力端子である端子ＣＩを通じて入力される指示入力により、切り換え制御される。
【００９０】
次いで、ガスセンサシステム１０及びセンサ制御装置１００の具体的な制御方法について、図２〜図５に示すフローチャートに基づいて説明する。
自動車のキーがオン状態となると、ガスセンサシステム１０及びセンサ制御装置１００の制御が開始される。まず、ステップＳ１において、エンジン制御装置１５０の初期化を行う。具体的には、各フラグや各数値を初期化すると共に、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３をオフ状態にする。この段階では、ポンプセル１６３には、まだポンプセル電流（検知電流）Ｉｐを流さない（Ｉｐ＝０）。ガスセンサ素子１６０がまだ十分に暖まっていない（活性化していない）からである。
【００９１】
次に、ステップＳ２のサブルーチン（図３参照）に進み、ガスセンサ素子１６０の活性化前におけるオフセットキャリブレーション（オフセット検知ステップ）を行う。
まず、ステップＳ２１において、スイッチＳＷ３をオン状態とする。具体的には、エンジン制御装置１５０から、端子ＣＴを通じて、センサ制御装置１００の差動増幅回路１３１におけるスイッチＳＷ３をオンとし、短絡路１３４を短絡させる。これにより、前述したように、差動増幅回路１３１からオフセット検知信号ＳＯが出力されるから、Ａ／Ｄ変換器１５１を用いてこれをエンジン制御装置１５０で取得する（ステップＳ２２）。なお、このステップが、センサ制御装置の制御方法におけるオフセット信号出力ステップに相当する。
【００９２】
ついで、ステップＳ２３において、前述の式２等を用い、差動増幅回路１３１のオフセット電圧ＯＦＳを算出し、所定の場所に記憶（更新）する。その後、ステップＳ２４において、エンジン制御装置１５０から、端子ＣＴを通じて、センサ制御装置１００の差動増幅回路１３１におけるスイッチＳＷ３をオフとし、短絡路１３４を開路させ、メインルーチンに戻る。このようにして、このガスセンサ素子１６０の活性化前の段階における、差動増幅回路１３１のオフセット電圧ＯＦＳを取得、更新する。
【００９３】
次に、ステップＳ３のサブルーチン（図４参照）に進み、ガスセンサ素子１６０の活性化前のゲインキャリブレーション（増幅率検知ステップ）を行う。
まず、ステップＳ３１において、スイッチＳＷ１を制御回路１００の端子ＣＣ５側に切り換え、スイッチＳＷ２を端子Ｇ−ＶＩＰＣＡＬ側に切り換える。即ち、第１，第２基準電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２を第１，第２入力電圧Ｖｉ１，Ｖｉ２とする。具体的には、エンジン制御装置１５０から、端子ＣＴを通じて、センサ制御装置１００の差動増幅回路１３１におけるスイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り換える。これにより、前述したように、差動増幅回路１３１から基準増幅信号ＳＧが出力されるから、Ａ／Ｄ変換器１５１を用いてこれをエンジン制御装置１５０で取得する（ステップＳ３２）。なお、このステップが、センサ制御装置の制御方法における基準信号出力ステップに相当する。
【００９４】
ついで、ステップＳ３３において、前述の式２等を用い、差動増幅回路１３１の増幅率Ｇを算出し、所定の場所に記憶（更新）する。その後、ステップＳ３４において、スイッチＳＷ１を制御回路１００の端子Ｖｃｅｎｔ側に切り換え、スイッチＳＷ２を端子Ｐｏｕｔ側に切り換える。即ち、第１，第２検知電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２を第１，第２入力電圧Ｖｉ１，Ｖｉ２とする。具体的には、エンジン制御装置１５０から、端子ＣＴを通じて、センサ制御装置１００の差動増幅回路１３１におけるスイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り換える。その後、メインルーチンに戻る。このようにして、このガスセンサ素子１６０の活性化前の段階における、差動増幅回路１３１の増幅率Ｇを取得、更新する。
【００９５】
次に、ステップＳ４に進み、ガスセンサ素子１６０が活性化したか否かを判断する。これの判断手法として、本実施形態では、起電力セル１６５の内部インピーダンスを検知するインピーダンス検出回路（図示しない）を別途設け、この内部インピーダンスの大きさから活性化したか否かを判断した。起電力セル１６５の内部インピーダンスを検知する手法については、特許第３６４５６６５号公報にて公知であるため、ここでの詳述は省略する。
このステップＳ４において、ＮＯ、即ち、ガスセンサ素子が、まだ活性化していないと判断された場合には、ガスセンサ素子１６０が活性化する（Ｙｅｓとなる）まで、このステップＳ２〜Ｓ４を繰り返す。ガスセンサ素子１６０を活性化させる段階で、ガスセンサ素子１６０の温度も大きく上昇するが、センサ制御装置１００（制御回路１１０）の温度も大きく変化する場合が多い。従って、ガスセンサ素子１６０が活性化したと判断された直後にも、適切なオフセット電圧ＯＦＳ及び増幅率Ｇを用いて、適切にポンプセル電流Ｉｐや酸素濃度（空燃比）を計測できるよう、これらを最新の値に更新しておくのが好ましいからである。
【００９６】
一方、ステップＳ４において、ＹＥＳ（活性化した）と判断された場合には、ステップＳ５に進み、タイマをスタートさせる。
次に、ステップＳＢに進み、１０ｍｓｅｃ経過したか否かを判断する。このステップＳＢにおいて、ＮＯ、即ち、１０ｍｓｅｃ経過していない場合には、１０ｍｓｅｃ経過するまでこのステップＳＢを繰り返す。一方、１０ｍｓｅｃ経過し、ＹＥＳと判断された場合には、次のステップＳ６に進む。なお、ここで判断する経過時間は、タイマの計測時間とは関係しない。
ステップＳ６では、差動増幅回路１３１に第１，第２検知電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２を入力し、濃度信号ＳＣを出力させ、Ａ／Ｄ変換器１５１を用いてこれをエンジン制御装置１５０で取得する。なお、このステップが、センサ制御装置の制御方法における濃度信号出力ステップに相当する。
【００９７】
次に、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、タイマが所定時間を経過したか否かを判断する。この所定時間は、どの程度の頻度で定期的にオフセットキャリブレーション（ステップＳ２）及びゲインキャリブレーション（ステップＳ３）を行うかを決めるもので、本実施形態では、５秒間とした。
【００９８】
ステップＳ７でＮＯと判断された場合には、ステップＳ８（図５参照）のサブルーチンに進み、酸素濃度（空燃比）の検知（濃度情報検知ステップ）を行う。
具体的には、まず、ステップＳ８１において、すでに取得記憶してある差動増幅回路１３１の増幅率Ｇ及びオフセット電圧ＯＦＳを用いて、前述の式２等を用い、ポンプセル電流Ｉｐを算出する。このポンプセル電流Ｉｐは、近時に取得した増幅率Ｇ及びオフセット電圧ＯＦＳを用いて算出するので、予め与えられた設計値としての増幅率やオフセット電圧を用いる場合に比して、増幅率Ｇ及びオフセット電圧ＯＦＳのバラツキや変化を反映することができ、より正確にポンプセル電流Ｉｐを算出することができる。
ついで、ステップＳ８２において、ポンプセル電流Ｉｐを用いて、排気ガス中の酸素濃度（空燃比）を検知する。ここでも、正確なポンプセル電流Ｉｐを用いたことから、排気ガス中の酸素濃度（空燃比）をより正確に検知することができる。その後、メインルーチンに戻る。
【００９９】
続いて、ステップＳ９において、得られた酸素濃度（空燃比）を用いて、エンジンの燃料制御（空燃比制御）等の制御を行い、ステップＳＢに戻る。かくして、１０ｍｓｅｃの経過（ステップＳＢ）、濃度信号ＳＣの取得（ステップＳ６）と、酸素濃度（空燃比）の検知（ステップＳ８）、エンジンの燃料制御（空燃比制御、ステップＳ９）を、ステップＳ７でＹｅｓと判断されるまで、繰り返し行う。このようにして、正確な酸素濃度（空燃比）に基づいて、より適切なエンジンの燃料制御等を行うことができる。
なお、ステップＳ８１において、数値処理の関係で、ポンプセル電流Ｉｐそのものの値ではなく、ポンプセル電流Ｉｐに対応する値を算出し、ステップＳ８２において、これを用いて、排気ガス中の酸素濃度（空燃比）を検知しても良い。また、ステップＳ８２において、排気ガス中の酸素濃度（空燃比）そのものの値ではなく、これに対応する値を検知し、ステップＳ９において、これを用いて、エンジンの燃料制御（空燃比制御）を行っても良い。
【０１００】
一方、ステップＳ７において、ＹＥＳ（所定時間経過）と判断された場合には、ステップＳ２のサブルーチン（図３参照）に進み、ガスセンサ素子１６０の活性化後のオフセットキャリブレーション（オフセット検知ステップ）を行い、当該時点における差動増幅回路１３１のオフセット電圧ＯＦＳを取得し、更新する。なお、ステップＳ２のオフセットキャリブレーション（オフセット検知ステップ）の内容は、すでに説明したので、説明を省略する。ステップＳ２２が、センサ制御装置の制御方法におけるオフセット信号出力ステップに相当することも同様である。
【０１０１】
さらに、ステップＳ３のサブルーチン（図４参照）に進み、ガスセンサ素子１６０の活性化後のゲインキャリブレーション（増幅率検知ステップ）を行い、当該時点における差動増幅回路１３１の増幅率Ｇを取得し、更新する。なお、ステップＳ３のゲインキャリブレーション（増幅率検知ステップ）の内容は、すでに説明したので、説明を省略する。ステップＳ３２が、センサ制御装置の制御方法における基準信号出力ステップに相当することも同様である。
【０１０２】
次に、ステップＳＡに進み、タイマを再びスタートさせる。その後は、前述したステップＳＢに戻り、ステップＳ７でＹｅｓと判断されるまで、１０ｍｓｅｃの経過（ステップＳＢ）と、濃度信号ＳＣの取得（ステップＳ６）と、酸素濃度（空燃比）の検知（ステップＳ８）と、エンジンの燃料制御（空燃比制御、ステップＳ９）とを繰り返し行う。
【０１０３】
以上で説明したように、本実施形態のガスセンサシステム１０（センサ制御装置１００）及びこれの制御方法では、たとえ差動増幅回路１３１の有するオフセット電圧ＯＦＳや増幅率Ｇが変動したとしても、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の切り換えにより、各時点における差動増幅回路１３１の有するオフセット電圧ＯＦＳや増幅率Ｇを取得し、ポンプセル電流Ｉｐや酸素濃度（空燃比）を高精度に求めることができる。
【０１０４】
また、本実施形態のガスセンサシステム１０（センサ制御装置１００）及びこれの制御方法（酸素濃度測定方法）では、オフセットキャリブレーション（オフセット検知ステップ）及びゲインキャリブレーション（増幅率検知ステップ）を、まず、ガスセンサ素子１６０の活性化前の段階で行う。このようにすることで、ガスセンサ素子１６０が活性化した際には、予め取得したオフセット電圧ＯＦＳと増幅率Ｇに基づいて、正確な酸素濃度（空燃比）を直ちに取得できる。
また更に、オフセットキャリブレーション及びゲインキャリブレーションを、ガスセンサ素子１６０の活性化後、定期的にも行う。このようにすることで、オフセット電圧ＯＦＳ及び増幅率Ｇが変動したとしても、その都度取得したオフセット電圧ＯＦＳと増幅率Ｇに基づき、酸素濃度（空燃比）を算出できるので、より正確な酸素濃度（空燃比）を取得できる。
【０１０５】
（変形形態１）
ついで、上述の実施形態についての第１の変形形態について、図６を参照して説明する。実施形態１で説明した制御方法（酸素濃度測定方法）では、ステップＳ５，ＳＡにおいてタイマをスタートさせるとともに、ステップＳ７においてタイマが所定時間経過したか否かを検知し、定期的にオフセットキャリブレーション（Ｓ２）及びゲインキャリブレーション（Ｓ３）を行わせる。
これに対し、本変形形態１の制御方法（酸素濃度測定方法）では、オフセットキャリブレーション（Ｓ２）及びゲインキャリブレーション（Ｓ３）をして良い時期であり、かつ、これらをする必要があるときに、これらを行うように制御する。
従って、実施形態１と異なる部分を中心に説明し、同様の部分については説明を省略あるいは簡略化する。
【０１０６】
まず、ステップＳ１〜Ｓ４については、実施形態と同様である。
なお、ステップＳ２のオフセットキャリブレーション（オフセット検知ステップ）についてのサブルーチン、及びステップＳ３のゲインキャリブレーション（増幅率検知ステップ）についてのサブルーチンについても同様である。ステップＳ２２が、センサ制御装置の制御方法におけるオフセット信号出力ステップに相当すること、及びステップＳ３２が、センサ制御装置の制御方法における基準信号出力ステップに相当すことも同様である。
【０１０７】
ついで、ステップＳ４でＹｅｓと判断されると、ステップＳ４１に進み、キャリブレーションフラグをリセットする。このフラグについては後述する。
次に、ステップＳＢに進み、前述の実施形態と同様に、１０ｍｓｅｃ経過したか否かを判断し、１０ｍｓｅｃ経過した後に、次のステップＳ６に進む。
ステップＳ６では、前述の実施形態と同様、差動増幅回路１３１に第１，第２検知電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２を入力し、濃度信号ＳＣを出力させ、Ａ／Ｄ変換器１５１を用いてこれをエンジン制御装置１５０で取得する。なお、このステップが、センサ制御装置の制御方法における濃度信号出力ステップに相当する。
【０１０８】
さらに、ステップＳ４２に進み、キャリブレーションフラグがセットされているか否かを判断する。ここで、Ｎｏ（セットされていない）と判断された場合には、前述の実施形態と同じステップＳ８，Ｓ９に進み、ステップＳ２，Ｓ３で取得したオフセット電圧ＯＦＳ及び増幅率Ｇを用いて、ポンプセル電流Ｉｐ及び排気ガス中の酸素濃度（空燃比）を算出する。
【０１０９】
さらに、ステップＳ４４に進み、現在が、キャリブレーションが可能な期間であるか否かを判断する。キャリブレーションが可能な期間としては、具体的には、当該期間が、走行時において、運転者がアクセルを離し、エンジンには燃料が噴射されず、排気ガスの酸素濃度（空燃比）を測定する必要がない期間である（具体的には、フューエルカット時）など、ポンプセル電流Ｉｐ及び排気ガス中の酸素濃度（空燃比）を算出する必要が無く、スイッチＳＷ１，ＳＷ２、あるいはＳＷ３を切り換えて、オフセット電圧ＯＦＳや増幅率Ｇを測定しても、影響のない期間が挙げられる。
現在が、キャリブレーションが可能な期間である（Ｙｅｓ）と判断された場合には、ステップＳ４５に進む。一方、現在はキャリブレーションが可能な期間ではない（Ｎｏ）と判断された場合には、ステップＳ４５，Ｓ４６をスキップして、ステップＳＢに戻る。
【０１１０】
ステップＳ４５では、さらに、キャリブレーションが必要な時期であるか否かについて判断する。キャリブレーションが必要な時期としては、前回のキャリブレーションから或る程度時間が経過している場合が挙げられる。また、あるいは何らかの理由で、差動増幅回路１３１の増幅率Ｇやオフセット電圧ＯＦＳの変動が疑われる場合も挙げられる。
キャリブレーションが必要な時期である（Ｙｅｓ）と判断された場合には、ステップＳ４６に進む。一方、キャリブレーションが必要な時期ではない（Ｎｏ）と判断された場合には、ステップＳ４６をスキップして、ステップＳＢに戻る。
【０１１１】
ステップＳ４６では、キャリブレーションフラグをセットし、その後ステップＳＢに戻る。このキャリブレーションフラグは、前述したステップＳ４２において、セットされているか否かを判断したフラグである。
【０１１２】
一方、ステップＳ４２で、Ｙｅｓ（セットされている）と判断された場合には、実施形態及びガスセンサ素子の活性化前と同じステップＳ２のサブルーチン（図３参照）に進む。ここで、ガスセンサ素子１６０の活性化後のオフセットキャリブレーション（オフセット検知ステップ）を行い、当該時点における差動増幅回路１３１のオフセット電圧ＯＦＳを取得し、更新する。なお、ステップＳ２のオフセットキャリブレーション（オフセット検知ステップ）の内容は、実施形態においてすでに説明したので、説明を省略する。ステップＳ２２が、センサ制御装置の制御方法におけるオフセット信号出力ステップに相当することも同様である。
【０１１３】
さらに、ステップＳ３のサブルーチン（図４参照）に進み、ガスセンサ素子１６０の活性化後のゲインキャリブレーション（増幅率検知ステップ）を行い、当該時点における差動増幅回路１３１の増幅率Ｇを取得し、更新する。なお、ステップＳ３のゲインキャリブレーション（増幅率検知ステップ）の内容も、実施形態ですでに説明したので、説明を省略する。ステップＳ３２が、センサ制御装置の制御方法における基準信号出力ステップに相当することも同様である。
【０１１４】
次に、ステップＳ４３に進み、キャリブレーションフラグをリセットする。その後は、前述したステップＳＢに戻る。したがって、再び、ステップＳ４６でキャリブレーションフラグがセットされるまで、１０ｍｓｅｃの経過（ステップＳＢ）と、濃度信号ＳＣの取得（ステップＳ６）と、酸素濃度（空燃比）の検知（ステップＳ８）と、エンジンの燃料制御（空燃比制御、ステップＳ９）とを繰り返し行う。
【０１１５】
（変形形態２）
次いで、実施形態の第２の変形形態について、図７を参照して説明する。
前述の実施形態においては、基準電圧電源部１４０において、２つの基準抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２を用いて、第１，第２基準電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２を得た。
これに対し、本変形形態２では、基準電圧電源部２４０において、基準電圧Ｖｂを発生するレギュレータ２４３を用い、この基準電圧Ｖｂを、直列に接続した３つの基準抵抗器Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３で分圧した。そして、基準抵抗器Ｒ２１とＲ２２の間のノードを端子ＣＣ５に接続し、第１基準電圧Ｖｂ１を供給する。また、基準抵抗器Ｒ２２とＲ２３の間のノードを端子Ｇ−ＶＩＰＣＡＬに接続し、第２基準電圧Ｖｂ２を供給する。
この基準電圧電源部２４０でも、実施形態の基準電圧電源部１４０と同様、万一、レギュレータ２４３から出力される基準電圧Ｖｂが変動したとしても、その変動に伴って、第１，第２基準電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２も同方向に変動するので、第１基準電圧Ｖｂ１と第２基準電圧Ｖｂ２と差電圧については、変動が抑制されるから、基準電圧Ｖｂの変動ほどには影響が少なくて済む利点がある。
【０１１６】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態及び変形形態１，２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。
前述の実施形態では、ガスセンサ素子１６０が活性化した後には、タイマにより所定時間毎（定期的、本実施形態では５秒ごと）にオフセットキャリブレーション及びゲインキャリブレーションを行っている。しかしながら、差動増幅回路１３１を含む制御回路１１０等の周囲の温度変化は、たとえば、自動車を走行開始後、ある程度時間が経過すれば小さくなると考えられる。従って、状況に応じて、タイマの設定時間を変更するなど、オフセットキャリブレーション及びゲインキャリブレーションを定期的に行いつつも、キャリブレーションの間隔を適宜変更することもできる。
【０１１７】
また、実施形態等では、キャリブレーション（ステップＳ２，Ｓ３）で得られた、各時点での実際の増幅率Ｇ及びオフセット電圧ＯＦＳそのものを用いて、酸素濃度（空燃比）を検知した例を示した。
しかしこのほか、本来得られるべき増幅率及びオフセット電圧（設計値としての増幅率及びオフセット電圧）を用いて、一旦、仮の酸素濃度（空燃比）を算出する。しかる後、キャリブレーション（ステップＳ２，Ｓ３）で得られた各時点での実際の増幅率Ｇ及びオフセット電圧ＯＦＳを用いて、算出した仮の酸素濃度（空燃比）を補正することで、実際の増幅率Ｇ及びオフセット電圧ＯＦＳを反映した、より正確な酸素濃度（空燃比）を得る手法を取ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】実施形態に係るセンサ制御装置及びガスセンサシステムの回路構成を説明するための回路図である。
【図２】実施形態に係るセンサ制御装置の制御及びガスセンサシステムの制御について説明するフローチャートである。
【図３】オフセットキャリブレーションのサブルーチンについて説明するフローチャートである。
【図４】ゲインキャリブレーションのサブルーチンについて説明するフローチャートである。
【図５】酸素濃度算出（空燃比算出）のサブルーチンについて説明するフローチャートである。
【図６】実施形態に係るセンサ制御装置及びガスセンサシステムについての、変形形態１に係る制御について説明するフローチャートである。
【図７】変形形態２に係る基準電圧電源部の回路構成を説明する回路図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１０，２０  ガスセンサシステム
１００，２００  センサ制御装置
１１０  制御回路（センサ制御装置）
ＶＩＰ，ＣＩ，ＣＣ５，Ｇ−ＶＩＰＣＡＬ，ＩＰ＋，Ｖｃｅｎｔ，Ｐｏｕｔ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｉｃｐ＋  （制御回路の）端子
１３１  差動増幅回路（差動増幅部）
１３２  （差動増幅回路の）第１入力端
１３３  （差動増幅回路の）第２入力端
１３４  （ノード１３４Ａ，１３４Ｂ間を短絡する）短絡路
１３４Ａ  ノード（第１入力抵抗器Ｒ６のうちオペアンプＯＰ３とは逆側の端部）
１３４Ｂ  ノード（第２入力抵抗器Ｒ８のうちオペアンプＯＰ３とは逆側の端部）
ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３，ＯＰ４  オペアンプ
Ｒ９  帰還抵抗器（増幅率決定に関与する抵抗器）
Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８  抵抗器（増幅率決定に関与する抵抗器）
Ｒ６  抵抗器（第１入力抵抗器）
Ｒ８  抵抗器（第２入力抵抗器）
Ｒ５  抵抗器（第３入力抵抗器）
Ｒ７  抵抗器（第４入力抵抗器）
Ｇ  （差動増幅回路の）増幅率
ＯＦＳ  （差動増幅回路の）オフセット出力電圧（オフセット電圧）
Ｖｉ１  第１入力電圧
Ｖｉ２  第２入力電圧
ＳＷ１，ＳＷ２  スイッチ（第１スイッチ）
ＳＷ３  スイッチ（第２スイッチ）
１４０，２４０  基準電圧電源部
Ｖｂ１  第１基準電圧
Ｖｂ２  第２基準電圧
ＳＣ  濃度信号
ＳＧ  基準増幅信号
ＳＯ  オフセット検知信号
１５０  エンジン制御装置
１６０  ガスセンサ素子
Ｉｐ  ポンプセル電流（検知電流）
Ｒｄ  検出抵抗器
Ｒｄ１  （検出抵抗器の）一端
Ｒｄ２  （検出抵抗器の）他端
Ｖｄ１  第１検知電圧
Ｖｄ２  第２検知電圧
【図１】
0004659632.tif 000002
【図２】
0004659632.tif 000003
【図３】
0004659632.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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