(57)【要約】【課題】センサ素子のインピーダンス検出機能および異常検知の機能を維持しつつ、入力回路構成を単純化して部品点数を削減することができるガスセンサ装置を提供する。【解決手段】センサ素子１１と、センサ素子１１の一方の端子に高電圧および低電圧の一方を切り替え選択して印加する入力部２０と、センサ素子１１の他方の端子にオフセット電圧を印加するオフセット部３０と、センサ素子１１の出力の値に基づいて特定ガス濃度（酸素濃度）を算出する演算部６０と、が設けられ、演算部６０および入力部２０の間に配置された第１フィルタ部４０と、演算部６０およびオフセット部３０の間に配置され、第１フィルタ部４０よりも時定数が小さな第２フィルタ部５０と、が更に設けられていることを特徴とする。【選択図】図１
2013072393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
雰囲気中の特定ガス濃度に応じて出力の値が変化するセンサ素子と、
該センサ素子の一方の端子に電気的に接続され、前記一方の端子に高電圧および低電圧の一方を切り替え選択して印加する入力部と、
前記センサ素子の他方の端子に電気的に接続され、前記他方の端子に接地電圧からオフセットされた所定電圧を印加するオフセット部と、
前記一方の端子および前記他方の端子と電気的に接続され、前記センサ素子の出力の値に基づいて、前記特定ガス濃度を算出する演算部と、
が設けられたガスセンサ装置であって、
前記演算部における前記一方の端子と電気的に接続される第１接続端、および、前記入力部の間に配置された第１フィルタ部と、
前記演算部における前記他方の端子と電気的に接続される第２接続端、および、前記オフセット部の間に配置され、前記第１フィルタ部よりも時定数が小さな第２フィルタ部と、
が更に設けられていることを特徴とするガスセンサ装置。
【請求項２】
給電されることにより発熱して前記センサ素子を加熱する加熱部と、
前記演算部により求められた前記センサ素子の温度に基づいて前記加熱部への給電を制御する給電制御部と、
が更に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ装置。
【請求項３】
前記第１接続端と前記一方の端子の間には、前記センサ素子に対する、前記入力部から印加された前記高電圧または前記低電圧の影響を取り除く影響除去部がさらに設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のガスセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関においては、消費燃料の低減を図るためや、排気ガスの浄化を図るために、燃焼室に送り込まれるガスと燃料との割合である混合比を調節する制御が一般的になっている。この混合比を制御するために、吸気ガスに含まれる特定ガス成分（例えば酸素）の割合や、排気ガスに含まれる特定ガス成分の割合を測定するために、ガスセンサが用いられている。
【０００３】
ガスセンサは、測定対象であるガス中に配置される固体電解質体から構成されるセンサ素子を備え、このセンサ素子から特定ガス成分の割合である特定ガス成分の濃度（例えば酸素濃度）に関する出力値が出力される。酸素濃度を検出する酸素センサの場合、酸素濃度が所定の濃度よりも薄いか、濃いか、言い換えると酸素に対する燃料との割合が所定の割合よりも高い（Ｒｉｃｈ）か、低い（Ｌｅａｎ）か、の出力を行うセンサであるλセンサが用いられており、より正確な酸素濃度の値を検出するためにセンサ素子の温度を安定に制御する方法等、種々の方法がこれまでに提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００４】
なお、固体電解質体のセンサ素子の温度を安定に制御する手法としては、センサ素子のインピーダンスを検出した上で、検出したインピーダンスが目標となるように、センサ素子に付設した加熱部への給電を制御する手法等が知られている。
【０００５】
その一方で、酸素センサの機能に異常をきたしていると、正確な酸素濃度の値を検出することができないため、酸素センサの機能異常を検出できることも必要となる。機能異常を検出する方法としては、酸素センサ（センサ素子）のマイナス端子をオフセットさせる方法等、種々の方法がこれまでに提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−０２０８０４号公報
【特許文献２】特開２００６−３４３３０６号公報
【特許文献３】特開２００５−１７１８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、センサ素子のインピーダンス検出の機能および異常検知の機能のいずれか一方の機能を有するセンサ装置は提供されているが、両機能を有するセンサ装置を実現しようとすると、インピーダンス検出の機能を実現する回路と、異常検知の機能を実現する回路とをそれぞれ備える必要が生じる。つまり、酸素センサ装置を構成する電子部品等の部品点数が増加すると共に、回路構成が複雑になるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、センサ素子のインピーダンス検出の機能および異常検知の機能を維持しつつ、入力回路構成を単純化して部品点数を削減することができるガスセンサ装置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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のガスセンサ装置は、雰囲気中の特定ガス濃度に応じて出力の値が変化するセンサ素子と、該センサ素子の一方の端子に電気的に接続され、前記一方の端子に高電圧および低電圧の一方を切り替え選択して印加する入力部と、前記センサ素子の他方の端子に電気的に接続され、前記他方の端子に接地電圧からオフセットされた所定電圧を印加するオフセット部と、前記一方の端子および前記他方の端子と電気的に接続され、前記センサ素子の出力の値に基づいて、前記特定ガス濃度を算出する演算部と、が設けられたガスセンサ装置であって、前記演算部における前記一方の端子と電気的に接続される第１接続端、および、前記入力部の間に配置された第１フィルタ部と、前記演算部における前記他方の端子と電気的に接続される第２接続端、および、前記オフセット部の間に配置され、前記第１フィルタ部よりも時定数が小さな第２フィルタ部と、が更に設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明のガスセンサ装置によれば、演算部の第１接続端に対しては第１フィルタ部を介して電圧信号を入力させ、演算部の第２接続端に対しては第１フィルタ部よりも時定数が小さな第２フィルタ部を介して電圧信号を入力させている。これにより、簡素な回路構成で特定ガス成分濃度の測定機能と、センサ素子のインピーダンス検出機能および異常の検知機能とを実現することができる。
【００１１】
具体的には、第１接続端に第２フィルタ部よりも時定数が大きな第１フィルタ部を配置しているため、値の変動周期が比較的長いセンサ素子の出力値を第１接続端で測定でき、演算部において雰囲気に含まれる特定ガス濃度を算出することができる。その一方で、第２接続端に第１フィルタ部よりも時定数が小さな第２フィルタ部を配置しているため、値の変動周期が比較的短い、入力部により印加される電圧が変化した際のセンサ素子のインピーダンスを第２接続端にて検出することができる。さらに、センサ素子の他方の端子には、所定電圧のオフセット電圧が印加されているため、センサ素子や、ガスセンサ装置の配線において断線やショート等の異常が発生した際に、第１接続端や第２接続端で測定される電圧に変動が生じ、異常の発生を検知することができる。
【００１２】
なお、演算部は第２接続端で測定するインピーダンスの変化に基づいてセンサ素子の劣化、例えば経時的なインピーダンスの変化に基づいてセンサ素子の経時的な劣化を検出してもよい。入力部における高電圧と低電圧との切り替えはスイッチング素子によって実現してもよいし、容量結合によって実現してもよく、その切り替え形式を特に限定するものではない。
【００１３】
上記発明においては、給電されることにより発熱して前記センサ素子を加熱する加熱部と、前記演算部により求められた前記センサ素子のインピーダンスに基づいて前記加熱部への給電を制御する給電制御部と、が更に設けられていることが望ましい。
【００１４】
このように、演算部により求められたセンサ素子のインピーダンスに基づいてヒータでの発熱量を制御することにより、センサ素子の温度を所望の温度に正確に制御することができる。具体的には、センサ素子のインピーダンスが所望の値よりも高い場合には、ヒータへの給電量を増やしてヒータの発熱量を増やす。センサ素子の温度はヒータから伝わる熱により上昇する。逆に、センサ素子のインピーダンスが所望の値よりも低い場合には、ヒータへの給電量を減らしてヒータの発熱量を減らす。ヒータから伝わる熱量よりも放熱される熱量が上回り、センサ素子の温度は下がる。
【００１５】
上記発明において前記第１接続端と前記一方の端子の間には、前記センサ素子に対する、前記入力部から印加された前記高電圧または前記低電圧の影響を取り除く影響除去部がさらに設けられていることが望ましい。
【００１６】
このように、影響除去部を設けることにより、入力部から、例えば高電圧をパルス状に印加した後であっても、影響除去部が設けられていない場合と比較して早いタイミングで、センサ素子から特定ガス成分濃度に応じた出力を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のガスセンサ装置によれば、演算部の第１接続端に対しては第１フィルタ部を介して電圧信号を入力させる一方、第２接続端に対しては第１フィルタ部よりも時定数が小さな第２フィルタ部を介して電圧信号を入力させることにより、センサ素子のインピーダンス検出の機能および異常検知の機能を実現しつつ、入力回路構成を単純化して部品点数を削減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ装置の構成を説明する図である。
【図２】図１の入力部により印加される入力信号を説明する図である。
【図３】図１のガスセンサ装置における酸素濃度の測定およびセンサ素子のインピーダンス測定を説明するフローチャートである。
【図４】図１の第１入力ポートおよび第２入力ポートで測定された信号を説明するグラフである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るガスセンサ装置の構成を説明する図である。
【図６】図２の第１入力ポートおよび第２入力ポートで測定された信号を説明するグラフである。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るガスセンサ装置の構成を説明する図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係るガスセンサ装置の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ装置１ついて図１から図４を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るガスセンサ装置１の構成を説明する図である。本実施形態では、本発明のガスセンサ装置を内燃機関から排出される排気ガス雰囲気中、または、内燃機関に吸入される空気に含まれる吸気雰囲気中の酸素濃度（特定ガス濃度）を測定する酸素センサ、例えばλセンサを用いたガスセンサ装置１に適用して説明する。
【００２０】
ガスセンサ装置１には、図１に示すように、センサ素子１１およびヒータ１２を有する酸素センサ１０と、入力部２０と、オフセット部３０と、第１フィルタ部４０と、第２フィルタ部５０と、マイコン部（演算部）６０と、が主に設けられている。
【００２１】
センサ素子１１は、有底筒状ないしは板状をなした酸素イオン伝導性の固体電解質体に一対の電極を形成した構成をなし、雰囲気中の酸素濃度に応じて出力する電圧が変化する素子である。なお、一対の電極の一方は固体電解質体の表面に形成されて被測定ガス（雰囲気）に晒され、他方は固体電解質体の裏面に形成されて基準ガス（大気）に晒される。このような構成のセンサ素子１１の出力電圧は、一対の端子であるプラス側端子（一方の端子）ＯＺ＋と、マイナス側端子（他方の端子）ＯＺ−の間の電圧として出力される。センサ素子１１が酸素濃度を測定するセンサとして機能するためには、センサ素子１１を所定の温度に加熱する必要がある。
【００２２】
センサ素子１１とともに酸素センサ１０を構成するヒータ１２は、電力を供給されることにより発熱し、センサ素子１１の温度を所定の温度に保つものである。ヒータ１２は、熱を発生させる抵抗であり、マイコン部６０の制御信号に基づいてヒータ抵抗（加熱部）１３への通電を制御するスイッチ素子である通電制御部（給電制御部）１４と電気的に接続されている。なお、センサ素子１１およびヒータ１２としては、公知の素子および加熱手段を用いることができる。
【００２３】
入力部２０は、センサ素子１１のインピーダンス測定（検出）に用いられる入力信号である電圧変化を印加するものである。入力部２０は、センサ素子１１のプラス側端子ＯＺ＋に入力信号が印加可能となるように電気的に接続されている。入力部２０は、所定電圧（例えば＋５Ｖ）を供給する電源部２１と、マイコン部６０から出力される制御信号に基づいて電源部２１とプラス側端子ＯＺ＋との間の接続（ＯＮ）および遮断（ＯＦＦ）を切り替え制御するスイッチ素子２２と、から主に構成されている。
【００２４】
本実施形態では、入力部２０が印加する入力信号を、図２に示すような、複数のパルス状の電圧変化である例に適用して説明する。具体的には、電圧が＋５Ｖ、パルス幅が数ｍｓから数十ｍｓに設定されたパルス状電圧が、数百ｍｓから数ｓの時間間隔をあけて連続して印加される入力信号である例に適用して説明する。
【００２５】
なお、入力信号としては、上述のようにパルス状電圧が所定の周期で定常的に繰り返し印加されるものであってもよいし、センサ素子１１のインピーダンス測定を行う場合にのみ、一つまたは複数のパルス状電圧を印加してもよい。また、入力信号の波形は、上述のようにパルス状または矩形波状の形状のように、高電圧の値および低電圧の値から形成される形状であってもよいし、正弦波のように連続して変化する形状であってもよい。さらに、入力部２０がスイッチ素子２２を用いて入力信号の電圧を変化させてもよいし、容量結合（キャパシタの直列結合）を用いて入力信号の電圧を変化させてもよい。
【００２６】
オフセット部３０は、センサ素子１１およびセンサ素子１１につながれた回路の異常検出に用いられるものである。具体的には、オフセット部３０は、センサ素子１１のマイナス側端子ＯＺ−に所定の電圧（例えば＋１Ｖ）を印加するものである。オフセット部３０は、所定電圧（例えば＋５Ｖ）を供給する電源部３１と、電源部３１およびマイナス側端子ＯＺ−の間に配置された第１オフセット抵抗３２と、マイナス側端子ＯＺ−およびグランドの間に配置された第２オフセット抵抗３３と、から主に構成されている。マイナス側端子ＯＺ−に印加される電圧の値は、電源部３１から供給される電圧と、第１オフセット抵抗３２の抵抗値（例えば４ｋΩ）および第２オフセット抵抗３３の抵抗値（例えば１ｋΩ）の比と、によって規定される。
【００２７】
第１フィルタ部４０は、センサ素子１１から出力される電圧信号に含まれる酸素濃度の値に係る信号成分をマイコン部６０に入力させる雰囲気検出用のフィルタである。本実施形態では、第１フィルタ部４０のフィルタ定数は、第２フィルタ部５０のフィルタ定数よりも大きな値に設定されている。具体的には、数十ｍｓから数ｓの範囲内の所定の値に設定されている。
【００２８】
第１フィルタ部４０は、センサ素子１１のプラス側端子ＯＺ＋とマイコン部６０との間をつなぐ配線のうち、入力部２０とマイコン部６０の間に配置されている。第１フィルタ部４０は、第１フィルタ抵抗４１と、第１フィルタコンデンサ４２と、から主に構成されている。本実施形態では、第１フィルタ抵抗４１が１００ｋΩの抵抗であり、第１フィルタコンデンサ４２が０．１μＦの容量である例に適用して説明する。
【００２９】
第２フィルタ部５０は、センサ素子１１のインピーダンスを反映した信号成分をマイコン部６０に入力させるインピーダンス測定用のフィルタである。本実施形態では、第２フィルタ部５０のフィルタ定数は、数μｓから数百μｓの範囲内の所定値に設定されている。
【００３０】
第２フィルタ部５０は、センサ素子１１のマイナス側端子ＯＺ−とマイコン部６０とをつなぐ配線のうち、オフセット部３０とマイコン部６０の間に配置されている。第２フィルタ部５０は、第２フィルタ抵抗５１と、第２フィルタコンデンサ５２と、から主に構成されている。本実施形態では、第２フィルタ抵抗５１が１００ｋΩの抵抗であり、第２フィルタコンデンサ５２が０．００１μＦの容量である例に適用して説明する。
【００３１】
マイコン部６０は、センサ素子１１の出力である電圧信号に基づいて、雰囲気中の酸素濃度の値を算出する演算処理部であり、同時に、センサ素子１１のインピーダンスを検出（測定）し、さらにセンサ素子１１のインピーダンス（換言すれば、温度）が酸素濃度の測定に適した目標のインピーダンス（換言すれば、目標温度）に維持されるようにヒータ１２の発熱を制御する制御部でもある。さらに、センサ素子１１、および、センサ素子１１とマイコン部６０の間に配置された回路における短絡などの異常発生の有無を検出する検出部でもある。
【００３２】
マイコン部６０は、具体的には、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェース等を有するマイクロコンピュータであり、ＲＯＭ等の記憶装置に記憶している制御プログラムを実行することにより、酸素濃度の算出や、センサ素子１１のインピーダンス測定などの演算処理などを実行するものである。なお、マイコン部６０における酸素濃度の算出方法や、センサ素子１１のインピーダンス測定方法等は、公知の方法を用いることができ、特に限定するものではない。
【００３３】
マイコン部６０には、アナログ入力ポートである、センサ素子１１のプラス側端子ＯＺ＋と電気的に接続される第１入力ポート（第１接続端）ＡＤｉｎ１と、マイナス側端子ＯＺ−と電気的に接続される第２入力ポート（第２接続端）ＡＤｉｎ２と、が設けられている。さらにマイコン部６０には、ディジタル出力である、入力部２０のスイッチ素子２２に制御信号を出力する第１出力ポートＤｏｕｔ１と、通電制御部１４に制御信号を出力する第２出力ポートＤｏｕｔ２と、が設けられている。
【００３４】
次に、上記の構成からなるガスセンサ装置１における酸素濃度の測定およびセンサ素子１１のインピーダンス測定について図３のフローチャートを参照しながら説明する。
酸素濃度の測定およびセンサ素子１１のインピーダンス測定が開始されると、マイコン部６０は、各種パラメータの値を初期化する処理を実行する（Ｓ１０）。例えば、入力部２０からパルス状の入力信号を印加するタイミング判定に用いるタイマＴの値を０にするとともに、演算により求められたセンサ素子１１のインピーダンスＲｉ（ｎ）の値を０にするなどの処理を実行する。
【００３５】
初期化処理が終わると、マイコン部６０はメイン周期の判定処理を実行する（Ｓ１１）。具体的には、初期化処理が終了してからの経過時間、または、後述するヒータ制御処理（Ｓ１９）が実行されてからの経過時間が、１０ｍｓを経過しているか否かの判定処理を実行する。上述の経過時間が１０ｍｓを経過していない場合（ＮＯの場合）には、経過時間が１０ｍｓを経過するまでＳ１１の判定処理を繰り返し実行する。
【００３６】
上述の経過時間が１０ｍｓを経過していると判断された場合（Ｓ１１：ＹＥＳの場合）には、マイコン部６０は、第１入力ポートＡＤｉｎ１からセンサ素子１１の出力電圧を取得する処理を実行する（Ｓ１２）。マイコン部６０は第１入力ポートＡＤｉｎ１から取得した出力電圧の値に基づいて、センサ素子１１が接している雰囲気中の酸素濃度の値を算出する処理を実行する。なお、出力電圧の値から酸素濃度の値を算出する方法は、公知の方法を用いることができ、特に算出内容を限定するものではない。
【００３７】
その後、マイコン部６０は、タイマＴの値が５０を超えたか否かの判定処理を実行する（Ｓ１３）。言い換えると、タイマＴは、１０ｍｓ経過するごとに値が１つ増えるため（Ｓ１８参照）、５００ｍｓが経過したか否かの判定処理が実行される。
【００３８】
タイマＴの値が５０を超えたと判定された場合（Ｓ１３：ＹＥＳの場合）には、マイコン部６０は、第２入力ポートＡＤｉｎ２からセンサ素子１１のインピーダンスを測定する処理を実行する（Ｓ１４）。具体的には、マイコン部６０は、第１出力ポートＤｏｕｔ１から入力部２０のスイッチ素子２２を制御する制御信号を出力する。制御信号が入力された入力部２０は、パルス状の電圧変化である入力信号をセンサ素子１１に印加する。第２入力ポートＡＤｉｎ２では、入力信号が印加されている期間でのセンサ素子１１のインピーダンスを反映した電圧が測定される。
【００３９】
マイコン部６０は、第２入力ポートＡＤｉｎ２で測定されたセンサ素子１１のインピーダンスを反映した電圧に基づいて、現在のセンサ素子１１のインピーダンスＲｉ（ｎ）を求める（Ｓ１５）。インピーダンスＲｉ（ｎ）を求める方法としては、計算式に基づいてインピーダンスＲｉ（ｎ）を算出する方法であってもよいし、予め準備されたマップに基づいてインピーダンスＲｉ（ｎ）を求める方法であってもよく、特に求める方法を限定するものではない。
【００４０】
インピーダンスＲｉ（ｎ）が算出（測定）されるとマイコン部６０は、タイマＴの値を０に設定（リセット）する処理を実行する（Ｓ１６）。言い換えると、次回のセンサ素子１１のインピーダンス測定のタイミングを設定する処理を開始する。
【００４１】
その一方で、Ｓ１３の判定において、タイマＴの値が５０を超えていないと判定された場合（Ｓ１３：ＮＯの場合）には、マイコン部６０は、前回のセンサ素子１１のインピーダンス測定で算出されたインピーダンスの算出値Ｒｉ（ｎ−１）を保持する処理を実行する（Ｓ１７）。つまり、図３のフローチャートに示すように、Ｒｉ（ｎ）＝Ｒｉ（ｎ−１）とする処理を実行する。
【００４２】
さらに、マイコン部６０は、タイマＴの値を１つ増やす処理を実行する（Ｓ１８）。つまりタイマＴをカウントする処理を実行する。
上述のように、タイマＴの値が０に設定されると（Ｓ１６）、または、タイマＴの値が１つ増やされると（Ｓ１８）、マイコン部６０は、ヒータ１２の通電を制御する処理を実行する（Ｓ１９）。マイコン部６０には、センサ素子１１の制御目標インピーダンスである目標値Ｒｉが予め記憶されている。マイコン部６０は、予め記憶された目標ＲｉとＳ１５にて算出したインピーダンスＲｉ（ｎ）との差に基づいて、ヒータ１２に対してＰＩ制御またはＰＩＤ制御などの通電フィードバック制御（ＰＷＭ通電制御）を実施する。これにより、ヒータ１２の通電フィードバック制御を通じて、センサ素子１１のインピーダンス（換言すれば、温度）が目標値Ｒｉ（換言すれば、目標温度）に維持されることになる。
【００４３】
ヒータ１２の通電制御が実行されると、マイコン部６０は、Ｓ１１のメイン周期の判定処理に戻り、上述の処理を繰り返し実行する。このような制御処理が繰り返し実行されることにより、マイコン部６０の第１入力ポートＡＤｉｎ１では、図４（ａ）に示すようなセンサ素子１１の出力信号である電圧の変化が測定される。本実施の形態では、上述した第１フィルタ部４０が設けられているため、第１入力ポートＡＤｉｎ１には、変動周期が長い電圧信号、つまりセンサ素子１１の出力である電圧信号が主に入力される。
【００４４】
図４（ａ）における実線で示しているグラフは、センサ素子１１の出力信号である。ここでは、測定の途中で酸素濃度が一時的に変化したことにより出力信号の値が＋１Ｖから＋２Ｖに一時的に変化した状態を示している。また、点線で示しているグラフは、入力部２０から入力されたパルス状の入力信号である。第１フィルタ部４０により、パルス状の入力信号を遮断しているものの、弱い信号が第１フィルタ部４０を透過して第１入力ポートＡＤｉｎ１に入力されている状態を示している。
【００４５】
また、マイコン部６０の第２入力ポートＡＤｉｎ２では、図４（ｂ）に示すようなセンサ素子１１のインピーダンスに関するパルス状の電圧変化が測定される。本実施の形態では、上述した第２フィルタ部５０が設けられているため、第２入力ポートＡＤｉｎ２には、変動周期が短い電圧信号、つまり入力部２０により印加されたパルス状の入力信号、言い換えるとセンサ素子１１のインピーダンスを反映した電圧変化が主に入力される。
【００４６】
本実施形態では、オフセット部３０により＋１Ｖのオフセット電圧がセンサ素子１１に印加されているため、図４（ｂ）にも＋１Ｖのオフセット電圧を示す横方向に延びる実線が示されている。その一方で、センサ素子１１の出力電圧は、第２フィルタ部５０によって除去されているため、図４（ａ）に示すようなセンサ素子１１の出力電圧に基づく電圧変化は現れていない。
【００４７】
第２入力ポートＡＤｉｎ２に入力されるパルス状の電圧変化の高電圧側のピーク値は、センサ素子１１のインピーダンスの値に応じて変化するため、図４（ｂ）では、パルス状電圧の高電圧側のピーク値が変化している状態が示されている。
【００４８】
上記の構成によれば、簡素な回路構成で酸素濃度の測定機能と、センサ素子１１のインピーダンス測定機能および異常の検知機能とを実現することができる。
具体的には、第１入力ポートＡＤｉｎ１に第２フィルタ部５０よりも時定数が大きな第１フィルタ部４０を配置しているため、値の変動周期が比較的長いセンサ素子１１の出力値を第１入力ポートＡＤｉｎ１で測定でき、マイコン部６０において雰囲気に含まれる酸素濃度を算出することができる。その一方で、第２入力ポートＡＤｉｎ２に第１フィルタ部４０よりも時定数が小さな第２フィルタ部５０を配置しているため、値の変動周期が比較的短い、入力部２０によりパルス状の電圧が印加された際のセンサ素子１１のインピーダンスを第２入力ポートＡＤｉｎ２にて測定できる。
【００４９】
さらに、センサ素子１１のマイナス側端子ＯＺ−には、オフセット電圧が印加されているため、センサ素子１１や、ガスセンサ装置１において断線やショート等の異常が発生した際に、第１入力ポートＡＤｉｎ１や第２入力ポートＡＤｉｎ２で測定される電圧に変動が生じ、異常の発生を検知することができる。
【００５０】
また、マイコン部６０において算出されたセンサ素子１１のインピーダンスＲｉ（ｎ）に基づいてヒータ１２での発熱量（通電量）を制御することにより、センサ素子１１のインピーダンス（換言すれば、温度）を目標インピーダンスである目標Ｒｉ（換言すれば、目標温度）に維持することができる。
【００５１】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係るガスセンサ装置１０１ついて図５および図６を参照して説明する。本実施形態のガスセンサ装置１０１の基本構成は、第１の実施形態のガスセンサ装置１がポジティブ計測の回路構成を有しているのに対して、ネガティブ計測の回路構成を有している点が異なっている。よって、本実施形態においては、図５および図６を用いて回路構成が異なる部分のみを説明し、共通する部分の説明を省略する。
【００５２】
ガスセンサ装置１０１には、図５に示すように、センサ素子１１およびヒータ１２（ヒータ抵抗１３）を有する酸素センサ１０と、入力部１２０と、オフセット部１３０と、第１フィルタ部４０と、第２フィルタ部５０と、マイコン部６０と、が主に設けられている。
【００５３】
入力部１２０は、センサ素子１１のインピーダンス測定に用いられるものであり、具体的にはセンサ素子１１のインピーダンス測定に用いられる入力信号である電圧変化を印加するものである。入力部１２０は、センサ素子１１のプラス側端子ＯＺ＋に入力信号が印加可能となるように電気的に接続されている。入力部１２０は、マイコン部６０から出力される制御信号に基づいてグランドとプラス側端子ＯＺ＋との間の接続（ＯＮ）および遮断（ＯＦＦ）を切り替え制御するスイッチ素子１２２と、から主に構成されている。
【００５４】
オフセット部１３０は、センサ素子１１およびセンサ素子１１につながれた配線の異常検出に用いられるものである。具体的には、オフセット部１３０は、センサ素子１１のマイナス側端子ＯＺ−に所定の電圧（例えば＋４Ｖ）を印加するものである。オフセット部１３０は、所定電圧（例えば＋５Ｖ）を供給する電源部３１と、電源部３１およびマイナス側端子ＯＺ−の間に配置された第１オフセット抵抗１３２と、マイナス側端子ＯＺ−およびグランドの間に配置された第２オフセット抵抗１３３と、から主に構成されている。マイナス側端子ＯＺ−に印加される電圧の値は、電源部３１から供給される電圧と、第１オフセット抵抗１３２の抵抗値（例えば１ｋΩ）および第２オフセット抵抗１３３の抵抗値（例えば４ｋΩ）の比と、によって規定される。
【００５５】
上記の構成からなるガスセンサ装置１０１における酸素濃度の測定およびセンサ素子１１のインピーダンス測定については、第１の実施形態のガスセンサ装置１における制御と同様であるため、その説明を省略する。ここでは、第１の実施形態とは異なる点、具体的には、マイコン部６０の第１入力ポートＡＤｉｎ１および第２入力ポートＡＤｉｎ２に入力される電圧信号についてのみ説明する。
【００５６】
本実施形態のマイコン部６０の第１入力ポートＡＤｉｎ１では、図６（ａ）に示すようなセンサ素子１１の出力信号である電圧の変化が測定される。図６（ａ）における実線で示しているグラフは、センサ素子１１の出力信号である。ここでは、測定の途中で酸素濃度が一時的に変化したことにより出力信号の値が＋４Ｖから＋５Ｖに一時的に変化した状態を示している。また、点線で示しているグラフは、入力部１２０から入力されたパルス状の入力信号である。
【００５７】
また、マイコン部６０の第２入力ポートＡＤｉｎ２では、図６（ｂ）に示すようなセンサ素子１１のインピーダンスを反映したパルス状の電圧変化が測定される。本実施形態では、オフセット部１３０により＋４Ｖのオフセット電圧がセンサ素子１１に印加されているため、図６（ｂ）にも＋４Ｖのオフセット電圧を示す横方向に延びる実線が示されている。第２入力ポートＡＤｉｎ２に入力されるパルス状の電圧変化の低電圧側のピーク値は、センサ素子１１のインピーダンスの値に応じて変化するため、図６（ｂ）では、パルス状電圧の低電圧側のピーク値が変化している状態が示されている。
【００５８】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態に係るガスセンサ装置２０１ついて図７を参照して説明する。本実施形態のガスセンサ装置２０１の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、入力部からセンサ素子１１に印加された入力信号の影響を除去する構成が付加されている点が異なっている。よって、本実施形態においては、図７を用いて影響を除去する構成についてのみを説明し、共通する部分の説明を省略する。
【００５９】
本実施形態のガスセンサ装置２０１には、図７に示すように、センサ素子１１およびヒータ１２（ヒータ抵抗１３）を有する酸素センサ１０と、入力部２０と、オフセット部３０と、第１フィルタ部４０と、第２フィルタ部５０と、マイコン部６０と、電荷抜き部（影響除去部）２７０と、が主に設けられている。
【００６０】
電荷抜き部２７０は、入力部２０から印加されたパルス状の電圧信号による、センサ素子１１の出力信号の変動を取り除くものである。具体的には、入力部２０を通じてパルス状の入力信号が印加されることによって、当該入力信号を印加して所定の期間は、センサ素子１１の出力信号の値は、酸素濃度を表す値からズレた値となる。電荷抜き部２７０は、センサ素子１１の出力信号に含まれるパルス状の入力信号の影響を取り除き、センサ素子１１の出力信号の値を、酸素濃度を表す値に戻すものである。
【００６１】
電荷抜き部２７０には、電荷抜き抵抗２７１と、電荷抜きスイッチ素子２７２と、が主に設けられている。
電荷抜き抵抗２７１は、センサ素子１１のプラス側端子ＯＺ＋と、第１フィルタ部４０との間に電気的に接続された抵抗である。本実施形態では、電荷抜き抵抗２７１は、１ｋΩ程度の値を持つ抵抗である例に適用して説明する。
【００６２】
電荷抜きスイッチ素子２７２は、電荷抜き抵抗２７１とグランドとの間に配置されたスイッチ素子であり、マイコン部６０の第３出力ポートＤｏｕｔ３から出力される制御信号に基づいて、プラス側端子ＯＺ＋とグランドとの間の接続（ＯＮ）および遮断（ＯＦＦ）を切り替え制御するものである。
【００６３】
次に、本実施形態のガスセンサ装置２０１の電荷抜き部２７０における動作について説明する。なお、本実施形態のガスセンサ装置２０１における酸素濃度の測定およびセンサ素子１１のインピーダンス測定については、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００６４】
マイコン部６０は、入力部２０によるパルス状の電圧信号の印加が終了した後に、電荷抜き部２７０の制御処理を実行する。具体的には、マイコン部６０は、第１出力ポートＤｏｕｔ１から入力部２０のスイッチ素子２２を所定の期間だけＯＮさせ、その後、スイッチ素子２２をＯＦＦさせる制御信号を出力する。マイコン部６０は、続いて、第３出力ポートＤｏｕｔ３から電荷抜き部２７０の電荷抜きスイッチ素子２７２を、所定の期間だけＯＮさせ、その後、電荷抜きスイッチ素子２７２をＯＦＦさせる制御信号を出力する。
【００６５】
上述のように電荷抜きスイッチ素子２７２がＯＮにされると、センサ素子１１のプラス側端子ＯＺ＋が、電荷抜き部２７０を介してグランドに接続される。これにより、パルス状の電圧信号の印加によってセンサ素子１１に蓄積された電荷は、グランドに抜けることになる。電荷抜きスイッチ素子２７２がＯＦＦにされると、プラス側端子ＯＺ＋とグランドとは切り離され、センサ素子１１の出力信号がマイコン部６０に入力される。
【００６６】
上記の構成によれば、電荷抜き部２７０を設けることにより、入力部２０から＋５Ｖの電圧をパルス状に印加した後であっても、電荷抜き部２７０が設けられていない場合と比較して早いタイミングで、センサ素子１１から酸素濃度に応じた出力を得ることができる。
【００６７】
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態に係るガスセンサ装置３０１ついて図８を参照して説明する。本実施形態のガスセンサ装置３０１の基本構成は、第３の実施形態のガスセンサ装置２０１がポジティブ計測の回路構成を有しているのに対して、ネガティブ計測の回路構成を有している点が異なっている。よって、本実施形態においては、図８を用いて回路構成が異なる部分のみを説明し、共通する部分の説明を省略する。
【００６８】
本実施形態のガスセンサ装置３０１には、図８に示すように、センサ素子１１およびヒータ１２（ヒータ抵抗１３）を有する酸素センサ１０と、入力部２０と、オフセット部３０と、第１フィルタ部４０と、第２フィルタ部５０と、マイコン部６０と、電荷抜き部（影響除去部）３７０と、が主に設けられている。
【００６９】
電荷抜き部３７０は、入力部２０から印加されたパルス状の電圧信号による、センサ素子１１の出力信号の変動を取り除くものである。電荷抜き部３７０には、所定電圧（例えば＋５Ｖ）を供給する電荷抜き電源３７１と、電荷抜きスイッチ素子３７２と、電荷抜き抵抗３７３と、が主に設けられている。
【００７０】
電荷抜き抵抗３７３は、センサ素子１１のプラス側端子ＯＺ＋と、第１フィルタ部４０との間に電気的に接続された抵抗である。本実施形態では、電荷抜き抵抗３７３は、１ｋΩ程度の値を持つ抵抗である例に適用して説明する。
【００７１】
電荷抜きスイッチ素子３７２は、電荷抜き電源３７１と電荷抜き抵抗３７３との間に配置されたスイッチ素子であり、マイコン部６０の第３出力ポートＤｏｕｔ３から出力される制御信号に基づいて、電荷抜き電源３７１とプラス側端子ＯＺ＋との間の接続（ＯＮ）および遮断（ＯＦＦ）を切り替え制御するものである。
【００７２】
なお、本実施形態のガスセンサ装置３０１の電荷抜き部３７０における動作については、第３の実施形態のガスセンサ装置２０１の電荷抜き部２７０における動作と同様であるため、その説明を省略する。
【００７３】
以上において、本発明を上述した各種実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態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。例えば、上記の実施形態では、センサ素子１１として、酸素濃度を測定するものを例示したが、酸素以外の特定ガス成分濃度を測定するセンサ素子１１を用いても良い。
【符号の説明】
【００７４】
１，１０１，２０１，３０１…ガスセンサ装置、１１…センサ素子、１３…ヒータ抵抗（加熱部）、１４…通電制御部（給電制御部）、２０，１２０…入力部、３０，１３０…オフセット部、４０…第１フィルタ部、５０…第２フィルタ部、６０…マイコン部（演算部）、ＯＺ＋…プラス側端子（一方の端子）、ＯＺ−…マイナス側端子（他方の端子）、ＡＤｉｎ１…第１入力ポート（第１接続端）、ＡＤｉｎ２…第２入力ポート（第２接続端）、２７０，３７０…電荷抜き部（影響除去部）
【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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