(57)【要約】【課題】  クラックが発生しても継続してガス濃度を検知できるガス濃度センサを提供する。【解決手段】  ガス濃度センサ１０は、素子部２０を備える。素子部２０は、固体電界質基板１と、大気極２，４と、電極３，５と、拡散律速層６と、セラミック板７と、ヒータ８と、リード線９，１１〜１３とを含む。大気極２，４および電極３，５は、それぞれ、固体電界質基板１の一主面１Ａおよび反対面１Ｂに形成される。リード線９，１１は、ガス濃度センサ１０の外周に沿って配設され、それぞれ大気極２および電極３に接続される。リード線１２，１３は、ガス濃度センサ１０の中央部に配設され、それぞれ大気極４および電極５に接続される。拡散律速層６は、固体電界質基板１の反対面１Ｂに接して配設され、セラミック板７は、固体電解質基板１および大気極２，４との間に空間１４を形成するように配設される。【選択図】        図１
2005249449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス濃度を検知するガス濃度センサであって、
検出対象のガスを拡散させる拡散部材と、
前記拡散部材を介して対向するように前記拡散部材の両面に形成された第１の電極対と、
前記第１の電極対が形成された位置と異なる位置において、前記拡散部材を介して対向するように前記拡散部材の両面に形成された第２の電極対と、
一方端が前記第１の電極対に接続され、当該ガス濃度センサの外周に沿って配設された第１のリード線対と、
一方端が前記第２の電極対に接続され、当該ガス濃度センサの中央部に配設された第２のリード線対と、
前記第１および第２の電極対における検出値をそれぞれ前記第１および第２のリード線対を介して受け、その受けた検出値に基づいて前記ガス濃度を検知する濃度検知部とを備えるガス濃度センサ。
【請求項２】
前記第１の電極対は、
前記拡散部材の一主面に形成された第１の電極と、
前記拡散部材を介して前記第１の電極に対向し、前記拡散部材の前記一主面と反対面に形成された第２の電極とからなり、
前記第２の電極対は、
前記拡散部材の前記一主面に形成された第３の電極と、
前記拡散部材を介して前記第３の電極に対向し、前記拡散部材の前記一主面と反対面に形成された第４の電極とからなり、
前記第１のリード線対は、
一方端が前記第１の電極に接続され、前記拡散部材の外周に沿って前記拡散部材の前記一主面に形成された第１のリード線と、
一方端が前記第２の電極に接続され、前記拡散部材の外周に沿って前記拡散部材の前記一主面と反対面に形成された第２のリード線とからなり、
前記第２のリード線対は、
一方端が前記第３の電極に接続され、前記拡散部材の中央部の前記一主面に形成された第３のリード線と、
一方端が前記第４の電極に接続され、前記拡散部材の前記中央部の前記一主面と反対面に形成された第４のリード線とからなる、請求項１に記載のガス濃度センサ。
【請求項３】
前記拡散部材の温度を上昇させるためのヒータ部材と、
前記第１の電極対間および前記第２の電極対間のインピーダンスを目標値に設定するようにヒータ部材を制御するヒータ制御部とをさらに備え、
前記ヒータ制御部は、前記ヒータ部材に供給している電力が上限値に一定時間張り付いているとき前記第１のリード線対にクラックが発生したと判定する、請求項１または請求項２に記載のガス濃度センサ。
【請求項４】
前記ヒータ制御部は、前記クラックが発生したとき、前記目標値を変更し、その変更した目標値に前記インピーダンスを設定するように前記ヒータ部材を制御する、請求項３に記載のガス濃度センサ。
【請求項５】
前記検出対象のガスは、酸素であり、
前記拡散部材は、酸化ジルコニウムからなり、
前記第１の電極対、前記第２の電極対、前記第１のリード線対および前記第２のリード線対の各々は、白金からなる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガス濃度センサ。
【請求項６】
ガス濃度を検知するガス濃度センサの制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体であって、
前記ガス濃度センサは、
検出対象のガスを拡散させる拡散部材と、
前記拡散部材を介して対向するように前記拡散部材の両面に形成された第１の電極対と、
前記第１の電極対が形成された位置と異なる位置において、前記拡散部材を介して対向するように前記拡散部材の両面に形成された第２の電極対と、
一方端が前記第１の電極対に接続され、当該ガス濃度センサの外周に沿って配設された第１のリード線対と、
一方端が前記第２の電極対に接続され、当該ガス濃度センサの中央部に配設された第２のリード線対と、
前記第１および第２の電極対における検出値をそれぞれ前記第１および第２のリード線対を介して受け、その受けた検出値に基づいて前記ガス濃度を検知する濃度検知部と、
前記拡散部材の温度を上昇させるためのヒータ部材とを備え、
前記プログラムは、
前記ヒータ部材により前記拡散部材の温度を上昇させ、前記ガス濃度センサを活性化する第１のステップと、
前記第１のリード線対にクラックが発生したか否かを判定する第２のステップと、
前記クラックが発生したと判定されたとき、前記目標値を変更する第３のステップとをコンピュータに実行させる、コンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
【請求項７】
前記プログラムは、
前記クラックが発生しなかったと判定されたとき、前記目標値を維持する第４のステップをさらにコンピュータに実行させる、請求項６に記載のコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
【請求項８】
前記第２のステップは、
前記ヒータ部材に供給されている電力が上限値に一定時間張り付いているか否かを判定する第１のサブステップと、
前記電力が前記上限値に一定時間張り付いているとき前記クラックが発生したと判定する第２のサブステップとを含む、請求項６または請求項７に記載のコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガス濃度センサおよびその制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、センサ基板と、センサ基板の両面に形成された２つのガス検知素子部とを備えるガス検知装置を開示する。センサ基板は、ヒータを内蔵する。また、各ガス検知素子部は、ガス拡散孔を有する固体電界質基板と、固体電界質基板の両面に形成された正負の多孔質電極と、センサ基板と固体電界質基板との間に配置され、センサ基板および固体電界質基板と組み合わさって内部室を形成するスペーサとからなる。
【０００３】
また、各ガス検知素子部において、電圧が正負の多孔質電極間に印加され、正負の多孔質電極間に流れる電流を検出可能になっている。
【０００４】
ガス検知装置によりガス濃度を検知する場合、センサ基板に内蔵されたヒータを加熱して所定の作動温度にガス検知装置を保持する。そして、正負の多孔質電極に電圧を印加すると、内部室内にある一方の多孔質電極の表面において検知対象のガスがイオン化され、そのイオン化されたガス分子は、正負の多孔質電極間に印加された電圧によって固体電界質基板内を他方の多孔質電極に向かって移動する。そして、他方の多孔質電極に到達したイオン化されたガス分子は、そこで電子を放出し、もとの分子に戻り、大気中に放出される。これにより、正負の多孔質電極間に電流が流れる。
【０００５】
内部室内に流入するガスの流量は、ガス拡散孔によって制限されるため、正負の多孔質電極間に印加する電圧を変化させても、上述した電流が変化しない限界電流状態が生じる。この限界電流状態における限界電流値は、雰囲気中の検知対象ガスの濃度に応じて変化するので、ガス濃度を検知できる。
【０００６】
そして、固体電界質基板の特性、微小なガス拡散孔の大きさ、および電極の構成等は、２つのガス検知素子部間において同一に設定される。その結果、２つのガス検知素子部において得られる限界電流値は、ほぼ同等の値を有する。
【０００７】
そうすると、ガス検知装置においては、２つのガス検知素子部によって得られる２つの限界電流値が常時比較され、２つの限界電流値のいずれか一方だけが著しく低下した場合、限界電流値の低下は、ガス拡散孔の詰まりによるものと判断して、高い限界電流値のみが採用される。
【０００８】
このように、特許文献１は、検出対象のガスをセンサ内に導入するためのガス拡散孔が詰まった場合にもガス濃度を検出可能なガス検知装置を開示する。
【特許文献１】実開平５−５９３０３号公報
【特許文献２】特開平３−２６４８５８号公報
【特許文献３】特開２００２−４８７６１号公報
【特許文献４】特開２００２−６５７８４号公報
【特許文献５】特開平１０−２６５９９号公報
【特許文献６】特開平７−９８２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１に開示されたガス検知装置においては、正負の多孔質電極間に電圧を印加し、正負の多孔質電極間に流れる電流を検出するためのリード線がガス検知装置の外周部に配設されている場合、クラックの発生によりリード線が断線してガス濃度を検知できないという問題がある。
【００１０】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、クラックが発生しても継続してガス濃度を検知できるガス濃度センサを提供することである。
【００１１】
また、この発明の別の目的は、クラックが発生しても継続してガス濃度を検知できるガス濃度センサの制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明によれば、ガス濃度センサは、ガス濃度を検知するガス濃度センサであって、拡散部材と、第１および第２の電極対と、第１および第２のリード線対と、濃度検知部とを備える。拡散部材は、検出対象のガスを拡散させる。第１の電極対は、拡散部材を介して対向するように拡散部材の両面に形成される。第２の電極対は、第１の電極対が形成された位置と異なる位置において、拡散部材を介して対向するように拡散部材の両面に形成される。第１のリード線対は、一方端が第１の電極対に接続され、当該ガス濃度センサの外周に沿って配設される。第２のリード線対は、一方端が第２の電極対に接続され、当該ガス濃度センサの中央部に配設される。濃度検知部は、第１および第２の電極対における検出値をそれぞれ第１および第２のリード線対を介して受け、その受けた検出値に基づいてガス濃度を検知する。
【００１３】
好ましくは、第１の電極対は、第１および第２の電極からなる。第１の電極は、拡散部材の一主面に形成される。第２の電極は、拡散部材を介して第１の電極に対向し、拡散部材の一主面と反対面に形成される。また、第２の電極対は、第３および第４の電極からなる。第３の電極は、拡散部材の一主面に形成される。第４の電極は、拡散部材を介して第３の電極に対向し、拡散部材の一主面と反対面に形成される。さらに、第１のリード線対は、第１および第２のリード線からなる。第１のリード線は、一方端が第１の電極に接続され、拡散部材の外周に沿って拡散部材の一主面に形成される。第２のリード線は、一方端が第２の電極に接続され、拡散部材の外周に沿って拡散部材の一主面と反対面に形成される。さらに、第２のリード線対は、第３および第４のリード線からなる。第３のリード線は、一方端が第３の電極に接続され、拡散部材の中央部の一主面に形成される。第４のリード線は、一方端が第４の電極に接続され、拡散部材の中央部の一主面と反対面に形成される。
【００１４】
好ましくは、ガス濃度センサは、ヒータ部材と、ヒータ制御部とをさらに備える。ヒータ部材は、拡散部材の温度を上昇させる。ヒータ制御部は、第１の電極対間および第２の電極対間のインピーダンスを目標値に設定するようにヒータ部材を制御する。そして、ヒータ制御部は、ヒータ部材に供給している電力が上限値に一定時間張り付いているとき第１のリード線対にクラックが発生したと判定する。
【００１５】
好ましくは、ヒータ制御部は、クラックが発生したとき、目標値を変更し、その変更した目標値にインピーダンスを設定するようにヒータ部材を制御する。
【００１６】
好ましくは、検出対象のガスは、酸素である。拡散部材は、酸化ジルコニウムからなる。第１の電極対、第２の電極対、第１のリード線対および第２のリード線対の各々は、白金からなる。
【００１７】
また、この発明によれば、コンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体は、ガス濃度を検知するガス濃度センサの制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体である。ガス濃度センサは、検出対象のガスを拡散させる拡散部材と、拡散部材を介して対向するように拡散部材の両面に形成された第１の電極対と、第１の電極対が形成された位置と異なる位置において、拡散部材を介して対向するように拡散部材の両面に形成された第２の電極対と、一方端が第１の電極対に接続され、当該ガス濃度センサの外周に沿って配設された第１のリード線対と、一方端が第２の電極対に接続され、当該ガス濃度センサの中央部に配設された第２のリード線対と、第１および第２の電極対における検出値をそれぞれ第１および第２のリード線対を介して受け、その受けた検出値に基づいて前記ガス濃度を検知する濃度検知部と、拡散部材の温度を上昇させるためのヒータ部材とを備える。
【００１８】
そして、プログラムは、ヒータ部材により拡散部材の温度を上昇させ、ガス濃度センサを活性化する第１のステップと、第１のリード線対にクラックが発生したか否かを判定する第２のステップと、クラックが発生したと判定されたとき、目標値を変更する第３のステップとをコンピュータに実行させる。
【００１９】
好ましくは、プログラムは、クラックが発生しなかったと判定されたとき、目標値を維持する第４のステップをさらにコンピュータに実行させる。
【００２０】
好ましくは、第２のステップは、ヒータ部材に供給されている電力が上限値に一定時間張り付いているか否かを判定する第１のサブステップと、電力が上限値に一定時間張り付いているときクラックが発生したと判定する第２のサブステップとを含む。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によるガス濃度センサは、ガス濃度を検知するための第１および第２の電極対と、ガス濃度センサの外周に沿って配設され、第１の電極対に接続される第１のリード線対と、ガス濃度センサの中央部に配設され、第２の電極対に接続される第２のリード線対とを備える。そして、クラックは、ガス濃度センサの外周部に発生するので、ガス濃度センサにおいてクラックが発生してもガス濃度センサの中央部に配設された第２のリード線対と、第２のリード線対と接続された第２の電極対とを用いてガス濃度が検知される。
【００２２】
したがって、この発明によれば、クラックが発生してもガス濃度を継続して検知できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２４】
図１は、この発明の実施の形態によるガス濃度センサの平面図および断面図である。なお、図１の（ａ）は、平面図であり、図１の（ｂ）は、図１の（ａ）の線Ｉ−Ｉ間における断面図である。
【００２５】
図１を参照して、この発明の実施の形態によるガス濃度センサ１０は、素子部２０と、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３０とを備える。なお、ガス濃度センサ１０は、酸素濃度を検出するセンサである。
【００２６】
素子部２０は、固体電界質基板１と、大気極２，４と、電極３，５と、拡散律速層６と、セラミック板７と、ヒータ８と、リード線９，１１〜１３とを含む。
【００２７】
固体電界質基板１は、略平板形状を有し、たとえば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる。酸化ジルコニウムは、酸素が拡散し易い固体電解質である。大気極２，４および電極３，５の各々は、たとえば、白金（Ｐｔ）からなる。大気極２，４は、固体電界質基板１の一主面１Ａにスクリーン印刷により形成される。電極３は、固体電解質基板１を介して大気極２に対向するように固体電解質基板１の一主面１Ａの反対面１Ｂにスクリーン印刷により形成される。また、電極５は、固体電解質基板１を介して大気極４に対向するように固体電解質基板１の一主面１Ａの反対面１Ｂにスクリーン印刷により形成される。
【００２８】
リード線９，１１〜１３の各々は、たとえば、白金（Ｐｔ）からなる。リード線９は、スクリーン印刷により大気極２と一体的に固体電界質基板１の一主面１Ａに形成され、リード線１１は、スクリーン印刷により電極３と一体的に固体電解質基板１の一主面１Ａの反対面１Ｂに形成される。この場合、リード線９，１１は、固体電解質基板１の外周（すなわち、ガス濃度センサ１０の外周）に沿って形成される。
【００２９】
また、リード線１２は、スクリーン印刷により大気極４と一体的に固体電解質基板１の一主面１Ａに形成され、リード線１３は、スクリーン印刷により電極５と一体的に固体電解質基板１の一主面１Ａの反対面１Ｂに形成される。この場合、リード線１２，１３は、固体電解質基板１の中央部（すなわち、ガス濃度センサ１０の中央部）に形成される。
【００３０】
リード線９は、その一方端が大気極２に接続され、他方端がＥＣＵ３０に接続される。リード線１１は、その一方端が電極３に接続され、他方端がＥＣＵ３０に接続される。リード線１２は、その一方端が大気極４に接続され、他方端がＥＣＵ３０に接続される。リード線１３は、その一方端が電極５に接続され、他方端がＥＣＵ３０に接続される。
【００３１】
拡散律速層６は、たとえば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなり、電極３，５と、リード線１１，１３の一部とを覆うように固体電解質基板１の一主面１Ａの反対面１Ｂに接して配設される。そして、拡散律速層６は、ガス濃度センサ１０の周囲に存在する酸素を固体電解質基板１の方へ一定量で拡散させる。
【００３２】
セラミック板７は、たとえば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなり、略Ｌ字形の断面形状を有する。そして、セラミック板７は、一方端が拡散律速層６に接し、固体電解質基板１および大気極２，４との間に空間１４を形成するように配設される。
【００３３】
ヒータ８は、セラミック板７に内蔵される。ＥＣＵ３０は、ヒータ８の両端に接続されるとともに、リード線９，１１〜１３に接続される。ＥＣＵ３０は、ヒータ８によって固体電解質基板１を加熱し、大気極２と電極３との間のインピーダンスＺａおよび大気極４と電極５との間のインピーダンスＺｂが目標値Ｋａに設定されるようにヒータ８を制御する。また、ＥＣＵ３０は、後述する方法によってリード線９，１１にクラックが発生したか否かを判定し、クラックが発生したと判定したとき、インピーダンスＺａ，Ｚｂの目標値を目標値Ｋａから目標値Ｋｂに変え、インピーダンスＺａ，Ｚｂが目標値Ｋｂに設定されるようにヒータ８を制御する。
【００３４】
さらに、ＥＣＵ３０は、リード線９，１１を介して大気極２と電極３との間に所定の電圧Ｖａを印加し、固体電解質基板１を介して大気極２と電極３との間に流れる電流Ｉａをリード線９，１１を介して受ける。そして、ＥＣＵ３０は、電流Ｉａおよび電圧Ｖａに基づいて、インピーダンスＺａを演算する。また、ＥＣＵ３０は、リード線１２，１３を介して大気極４と電極５との間に所定の電圧Ｖｂを印加し、固体電解質基板１を介して大気極４と電極５との間に流れる電流Ｉｂをリード線１２，１３を介して受ける。そして、ＥＣＵ３０は、電流Ｉｂおよび電圧Ｖｂに基づいて、インピーダンスＺｂを演算する。
【００３５】
そうすると、ＥＣＵ３０は、リード線９，１１（またはリード線１２，１３）を介して電流Ｉａ（または電流Ｉｂ）を受けたこと、またはインピーダンスＺａ（またはＺｂ）が目標値Ｋａに設定されたことにより、ガス濃度センサ１０が活性中であると判定する。
【００３６】
さらに、ＥＣＵ３０は、電流Ｉａ（またはＩｂ）に基づいて、後述する方法によって酸素濃度を検出する。
【００３７】
素子部２０は、たとえば、自動車の排気管の壁４０Ａに取り付けられる。そして、矢印１６で示される排気管の壁４０Ａよりも下側の領域は、排気管の中であり、矢印１７で示される排気管の壁４０Ａよりも上側の領域は、排気管の外、すなわち、大気中である。したがって、素子部２０は、一部が排気管の中に配設され、残りの部分が大気中に配設されるように排気管の壁４０Ａに取り付けられ、ガス濃度センサ１０は、自動車の排気管中の酸素濃度を検知する。
【００３８】
排気管中の酸素濃度が相対的に高くなれば、拡散律速層６を介して固体電解質基板１へ到達した酸素は、電極３（または電極５）から大気極２（または大気極４）の方向へ流れ、空間１４を通って大気中へ排出される。この場合、大気極２（または大気極４）と電極３（または電極５）との間に所定の電圧Ｖａ（または電圧Ｖｂ）が印加されているので、大気極２（または大気極４）と電極３（または電極５）との間に所定の極性を有する電流Ｉａ（または電流Ｉｂ）が流れる。
【００３９】
また、排気管中の酸素濃度が相対的に低くなれば、空間１４を介して固体電解質基板１へ到達した酸素は、大気極２（または大気極４）から電極３（または電極５）の方向へ流れ、拡散律速層６を介して排気管中へ排出される。この場合、大気極２（または大気極４）と電極３（または電極５）との間には、排気管中の酸素濃度が相対的に高い場合と逆の極性を有する電流Ｉａ（または電流Ｉｂ）が流れる。
【００４０】
図２は、電流と空燃比との関係図である。図２において、縦軸は電流を表し、横軸は空燃比を表す。図２を参照して、曲線ｋ１は、大気極２と電極３との間に流れる電流Ｉａ（または大気極４と電極５との間に流れる電流Ｉｂ）と、空燃比との関係を示す。電流が零であるとき、空燃比、すなわち、排気管中の酸素濃度は１．４６である。そして、電流Ｉａが正（プラス）の領域では、空燃比は１．４６よりも大きくなり、電流Ｉａが負（マイナス）の領域では、空燃比は１．４６よりも小さくなる。
【００４１】
電流Ｉａが正であり、かつ、空燃比が１．４６以上である領域ＲＧＥ１は、酸素が相対的に多い領域であり、電流Ｉａが負であり、かつ、空燃比が１．４６よりも小さい領域ＲＧＥ２は、酸素が相対的に少ない領域である。
【００４２】
ＥＣＵ３０は、図２に示す曲線ｋ１をマップとして保持しており、リード線９，１１（またはリード線１２，１３）を介して受けた電流Ｉａ（または電流Ｉｂ）に対応する空燃比をマップ（曲線ｋ１）から抽出する。これにより、ＥＣＵ３０は、排気管中の酸素濃度を検知できる。
【００４３】
図３は、クラックが発生した場合のガス濃度センサ１０の平面図である。図３を参照して、クラックＣＲＫは、ガス濃度センサ１０の外周から入る。したがって、クラックＣＲＫが入ると、リード線９および／または１１が断線する。
【００４４】
図４は、インピーダンスと素子温度との関係図である。図４において、縦軸は、大気極２と電極３との間のインピーダンスＺａまたは大気極４と電極５との間のインピーダンスＺｂを表し、横軸は、ガス濃度センサ１０の素子温度を表す。
【００４５】
図４を参照して、曲線ｋ２は、クラックが発生しない場合におけるインピーダンスと素子温度との関係を示し、曲線ｋ３は、クラックが発生した場合におけるインピーダンスと素子温度との関係を示す。
【００４６】
クラックが発生しない場合、ヒータ８によって固体電解質基板１を加熱し、ガス濃度センサ１０の素子温度を７５０［℃］に設定することによって、インピーダンスＺａは、目標値Ｋａである３０［Ω］に設定される。そして、インピーダンスＺａが３０［Ω］に設定されている状態でクラックが発生すると、上述したようにリード線９および／またはリード線１１が断線し、インピーダンスＺａは、限界値である６０［Ω］に上昇する。
【００４７】
そうすると、ＥＣＵ３０は、固体電界質基板１の温度が低下してインピーダンスＺａが大きくなったと判定し、インピーダンスＺａを目標値Ｋａである３０［Ω］に設定するためにヒータ８に電力を供給し続ける。その結果、固体電界質基板１の温度は、７５０［℃］よりも高くなるが、インピーダンスＺａは目標値Ｋａである３０［Ω］に設定されない。そして、ＥＣＵ３０は、インピーダンスＺａを目標値Ｋａに設定するための制御を開始してから一定時間が経過してもインピーダンスＺａが目標値Ｋａに設定されないときクラックが発生したと判定する。
【００４８】
なお、ガス濃度センサ１０は、限界温度Ｔｌｉｍ以下の領域で使用される。したがって、リード線９および／またはリード線１１にクラックＣＲＫが発生した場合、ＥＣＵ３０は、上述したようにヒータ８によって固体電解質基板１を加熱し続ける結果、ガス濃度センサ１０の温度は、限界温度Ｔｌｉｍよりも高くなり、９５０［℃］に達することもある。この場合、ＥＣＵ３０は、ヒータ８に電力を供給し続け、ヒータ８に供給可能な電力が上限値に達する。つまり、リード線９および／またはリード線１１にクラックＣＲＫが発生した場合、ヒータ８に供給する電力が上限値に張り付いた状態になる。したがって、ＥＣＵ３０は、ヒータ８に供給している電力が一定時間、上限値に張り付いているとき、リード線９および／またはリード線１１にクラックＣＲＫが発生したと判定してもよい。
【００４９】
上述したように、リード線９および／またはリード線１１にクラックＣＲＫが発生した場合、インピーダンスＺａが目標値Ｋａからずれ、大気極２および電極３によって排気管中の酸素濃度を検知できなくなるが、ガス濃度センサ１０は、中央部に配設されたリード線１２，１３にそれぞれ接続された大気極４および電極５を備えており、クラックＣＲＫは、ガス濃度センサ１０の外周で発生し、リード線１２，１３がクラックＣＲＫによって断線することはないので、継続して排気管中の酸素濃度を検知できる。
【００５０】
図５は、図１に示すガス濃度センサ１０の制御動作を説明するためのフローチャートである。図５を参照して、一連の動作が開始されると、ＥＣＵ３０は、インピーダンスＺａ，Ｚｂが目標値Ｋａに設定されるようにヒータ８に電力を供給する。そして、ヒータ８は、固体電解質基板１を加熱し、インピーダンスＺａ，Ｚｂが目標値Ｋａに設定される（ステップＳ１）。より具体的には、インピーダンスＺａ，Ｚｂが７５０［℃］における３０［Ω］に設定される。
【００５１】
その後、ＥＣＵ３０は、大気極２と電極３との間に電圧Ｖａを印加し、リード線９，１１を介して電流Ｉａを受ける。また、ＥＣＵ３０は、大気極４と電極５との間に電圧Ｖｂ（＝Ｖａ）を印加し、リード線１２，１３を介して電流Ｉｂを受ける。そして、ＥＣＵ３０は、電圧Ｖａおよび電流ＩａによってインピーダンスＺａを演算し、電圧Ｖｂおよび電流ＩｂによってインピーダンスＺｂを演算する。この場合、インピーダンスＺｂは、通常、インピーダンスＺａに一致する。このようにして、素子インピーダンスが測定される（ステップＳ２）。
【００５２】
そうすると、ＥＣＵ３０は、ヒータ８に電力を供給しているか否かを判定することによってヒータ８を制御中か否かを判定し（ステップＳ３）、ヒータ８を制御中であると判定すると、さらに、ガス濃度センサ１０が活性中か否かを判定する（ステップＳ４）。より具体的には、ＥＣＵ３０は、リード線９，１１またはリード線１２，１３を介して電流Ｉａまたは電流Ｉｂを受けているか否かを判定することにより、またはステップＳ２において測定したインピーダンスＺａ，Ｚｂが目標値Ｋａに設定されているか否かを判定することによって、ガス濃度センサ１０が活性中か否かを判定する。
【００５３】
そして、ガス濃度センサ１０が活性中でないと判定されたとき、ステップＳ３，Ｓ４が繰り返し実行される。
【００５４】
ステップＳ４において、ガス濃度センサ１０が活性中であると判定されると、ＥＣＵ３０は、インピーダンスＺａ，Ｚｂを目標値Ｋａに設定するための制御を開始してから、ヒータ８に供給している電力が上限値に一定時間張り付いているか否かを判定する（ステップＳ５）。そして、ヒータ８に供給している電力が上限値に一定時間張り付いていないとき、ガス濃度センサ１０は正常であると判定する（ステップＳ６）。
【００５５】
一方、ステップＳ５において、ヒータ８に供給している電力が上限値に一定時間張り付いていると判定されたとき、ＥＣＵ３０は、クラックＣＲＫが発生したと判定し（ステップＳ７）、ランプ（図示せず）を点灯してクラックＣＲＫが発生したことを表示するとともに、クラックＣＲＫが発生したことを示すコードＣＣＲＫを記憶する（ステップＳ８）。
【００５６】
そして、ステップＳ６またはステップＳ８の後、ＥＣＵ３０は、クラックＣＲＫが検出された否かを判定する（ステップＳ９）。より具体的には、ＥＣＵ３０は、コードＣＣＲＫを記憶しているか否かによってクラックＣＲＫが検出されたか否かを判定する。
【００５７】
なお、ステップＳ６からステップＳ９へ移行したとき、ＥＣＵ３０は、クラックＣＲＫが検出されなかったと判定し、ステップＳ８からステップＳ９へ移行したとき、ＥＣＵ３０は、クラックＣＲＫが検出されたと判定する。
【００５８】
ステップＳ９において、クラックＣＲＫが検出されなかったと判定されたとき、ＥＣＵ３０は、インピーダンスＺａ，Ｚｂを目標値Ｋａに設定し、ステップＳ１で設定されたインピーダンスＺａ，Ｚａｂを維持する（ステップＳ１０）。
【００５９】
一方、ステップＳ９において、クラックＣＲＫが検出されたと判定されたとき、ＥＣＵ３０は、目標値Ｋａを目標値Ｋｂに変え、ヒータ８を制御してインピーダンスＺａ，Ｚｂを目標値Ｋｂに設定する（ステップＳ１１）。そして、ガス濃度センサ１０は、インピーダンスＺｂが目標値Ｋｂに設定された状態で、大気極４および電極５によって排気管中の酸素濃度を検知する。
【００６０】
そして、ステップＳ１０またはステップＳ１１の後、一連の動作が終了する。
【００６１】
なお、ＥＣＵ３０は、上述した動作を図５に示すフローチャートに従って一定時間毎に実行する。
【００６２】
このように、ＥＣＵ３０は、大気極２と電極３との間のインピーダンスＺａおよび大気極４と電極５との間のインピーダンスＺｂを目標値Ｋａに設定して大気極２および電極３によって排気管中の酸素濃度を検知し、クラックＣＲＫが発生すると、インピーダンスＺａ，Ｚｂの目標値を目標値Ｋａから目標値Ｋｂへ変更して大気極４および電極５によって排気管中の酸素濃度を検知するようにガス濃度センサ１０を制御する。
【００６３】
なお、ＥＣＵ３０における動作は、実際には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）によって実行され、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）は、図５に示すフローチャートの各ステップを備えるプログラムを記憶する。そして、ＣＰＵは、図５に示すフローチャートの各ステップを備えるプログラムをＲＯＭから読み出し、その読み出したプログラムを実行して図５に示すフローチャートに従ってガス濃度センサ１０を制御する。したがって、ＲＯＭは、図５に示すフローチャートの各ステップを備えるプログラムを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読取り可能な記録媒体に相当する。
【００６４】
図６は、図１に示すガス濃度センサ１０の応用例を示す図である。図６を参照して、排気管４０は、エンジン５０に連結される。インジェクター６０は、エンジンＥＣＵ７０の制御に従って燃料をエンジン５０へ供給する。エンジンＥＣＵ７０は、空燃比が所望の値になるようにインジェクター６０を制御する。ガス濃度センサ１０の素子部２０は、自動車の排気管４０に上述した態様で取り付けられる。
【００６５】
ガス濃度センサ１０は、排気管４０中の酸素濃度を上述した方法によって検知し、その検知した酸素濃度をＥＣＵ３０からエンジンＥＣＵ７０へ出力する。エンジンＥＣＵ７０は、ＥＣＵ３０からの酸素濃度に応じて、エンジン５０における空燃比を所望の空燃比になるようにインジェクター６０を制御する。そして、インジェクター６０は、エンジンＥＣＵ７０からの制御に従って燃料をエンジン５０へ供給する。
【００６６】
これによって、ガス濃度センサ１０によって検知された酸素濃度に応じて空燃比を制御できる。
【００６７】
なお、上記においては、ガス濃度センサ１０は、酸素濃度を検知すると説明したが、この発明においては、これに限らず、窒素酸化物（ＮＯｘ）等からなるガスを検知してもよい。
【００６８】
また、固体電解質基板１は、検出対象のガスを拡散させる「拡散部材」を構成する。
【００６９】
さらに、大気極２および電極３は、「第１の電極対」を構成し、大気極４および電極５は、「第２の電極対」を構成する。
【００７０】
さらに、リード線９，１１は、「第１のリード線対」を構成し、リード線１２，１３は、「第２のリード線対」を構成する。
【００７１】
さらに、酸素濃度を検知するＥＣＵ３０は、「濃度検知部」を構成する。
【００７２】
さらに、ヒータ８を制御するＥＣＵ３０は、「ヒータ制御部」を構成する。
【００７３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
この発明は、クラックが発生しても継続してガス濃度を検知できるガス濃度センサに適用される。また、この発明は、クラックが発生しても継続してガス濃度を検知できるガス濃度センサの制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】この発明の実施の形態によるガス濃度センサの平面図および断面図である。
【図２】電流と空燃比との関係図である。
【図３】クラックが発生した場合のガス濃度センサの平面図である。
【図４】インピーダンスと素子温度との関係図である。
【図５】図１に示すガス濃度センサの制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】図１に示すガス濃度センサの応用例を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１  固体電解質基板、１Ａ  一主面、１Ｂ  反対面、２，４  大気極、３，５  電極、６  拡散律速層、７  セラミック基板、８  ヒータ、９，１１〜１３  リード線、１０  ガス濃度センサ、１４  空間、１６，１７  矢印、２０  素子部、３０  ＥＣＵ、４０  排気管、４０Ａ  壁、５０  エンジン、６０  インジェクター、７０  エンジンＥＣＵ。
【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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