(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバーに導入した被検出ガス中の酸素を排出又は汲み込むためのポンプセルと、ポンプセルを通過した後のガスから特定ガス成分の濃度を検出するためのセンサセルと、チャンバー内の残留酸素濃度を検出するためのモニタセルとを備えるガス濃度センサを用い、ポンプセルへの電圧印加時にセンサセル電流、モニタセル電流を各々計測してその時のセンサセル電流から特定ガス成分の濃度を検出するガス濃度検出装置であって、
ポンプセル電圧に対するモニタセル電流の特性上、前記チャンバー内の残留酸素量が増加する領域と前記チャンバー内の残留酸素濃度がほぼ一定となる領域とが存在することに基づきモニタセル電流が変化するポンプセル電圧を検出する手段と、
該検出した結果に基づいてポンプセル電圧の制御点を決定し、その制御点でポンプセル電圧を制御する手段と、
を備えたことを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項２】
ポンプセルに印加するためのポンプセル電圧を所定電圧幅で増加側又は減少側に段階的に変化させ、前記したモニタセル電流変化が生じるポンプセル電圧を検出する請求項１記載のガス濃度検出装置。
【請求項３】
予め規定した印加電圧特性を用いその都度のポンプセル電流に応じてポンプセル電圧を初期設定する手段を更に備え、該初期設定したポンプセル電圧を所定電圧幅で増加側又は減少側に変化させる請求項２記載のガス濃度検出装置。
【請求項４】
ポンプセル電圧を変化させるための所定電圧幅を一定幅とする請求項２又は３記載のガス濃度検出装置。
【請求項５】
ポンプセル電圧を変化させるための所定電圧幅を、変化初期は大きくし、次第に小さくする請求項２又は３記載のガス濃度検出装置。
【請求項６】
前記したモニタセル電流変化が生じるポンプセル電圧をそのまま制御点とし、ポンプセル電圧を制御する請求項１乃至５の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項７】
前記したモニタセル電流変化が生じるポンプセル電圧に対して所定のオフセット値を加算し、加算後のポンプセル電圧を制御点としてポンプセル電圧を制御する請求項１乃至５の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項８】
請求項７記載のガス濃度検出装置において、前記オフセット値は、平坦な電流域でセンサセル電流を検出するためのポンプセル電圧と、前記したモニタセル電流変化が生じるポンプセル電圧との差であり、その値はセンサ機種毎に予め設定されているガス濃度検出装置。
【請求項９】
ポンプセル電圧を変化させ前記したモニタセル電流変化が生じる第１のポンプセル電圧を検出すると共に、それに引き続き同じくポンプセル電圧を変化させモニタセル電流がほぼ一定となる第２のポンプセル電圧を検出し、該第２のポンプセル電圧を制御点としてポンプセル電圧を制御する請求項１記載のガス濃度検出装置。
【請求項１０】
請求項９記載のガス濃度検出装置において、ポンプセル電圧を所定電圧幅で段階的に変化させて前記第１のポンプセル電圧を検出し、その後、電圧変化方向を反転させてポンプセル電圧を所定電圧幅で段階的に変化させ、前記第２のポンプセル電圧を検出するガス濃度検出装置。
【請求項１１】
請求項１０記載のガス濃度検出装置において、前記第１のポンプセル電圧を検出する際には電圧変化のための所定電圧幅を大きく、前記第２のポンプセル電圧を検出する際には電圧変化のための所定電圧幅を小さくするガス濃度検出装置。
【請求項１２】
ポンプセル電圧を所定電圧幅で段階的に変化させる際、その都度の電圧変化の前後でモニタセル電流を比較し、その比較の結果により前記したモニタセル電流変化が生じるポンプセル電圧を検出する請求項２乃至８，１０，１１の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項１３】
ポンプセル電圧を所定電圧幅で段階的に変化させる際、ポンプセル電圧の初期設定値に対応するモニタセル電流を基準値とし、その基準値からの変化量により前記したモニタセル電流変化が生じるポンプセル電圧を検出する請求項２乃至８，１０，１１の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項１４】
ポンプセル電圧を所定電圧幅で段階的に変化させる際、モニタセル電流がほぼ一定となる領域以外でモニタセル電流の基準値を決定し、その基準値からの変化量により前記したモニタセル電流変化が生じるポンプセル電圧を検出する請求項２乃至８，１０，１１の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項１５】
ポンプセル電圧を所定電圧幅で段階的に変化させる際、電圧変化毎にポンプセル電圧を正負少なくとも何れかに一時的に変化させ、その時のモニタセル電流の応答波形により前記したモニタセル電流変化が生じるポンプセル電圧を検出する請求項２乃至８，１０，１１の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項１６】
前記したモニタセル電流変化が生じるポンプセル電圧を検出する際、その開始当初に、初期設定したポンプセル電圧を正負少なくとも何れかに一時的に変化させ、その都度のモニタセル電流の応答波形により前記一連の印加電圧制御を実施するかどうかを判断する請求項１乃至１５の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項１７】
ポンプセル電圧を正負少なくとも何れかに一時的に変化させ、その都度のモニタセル電流の応答波形により前記したモニタセル電流変化が生じるポンプセル電圧を検出する請求項１記載のガス濃度検出装置。
【請求項１８】
請求項１７記載のガス濃度検出装置において、ポンプセル電圧を大きさの異なる振幅で各々一時的に変化させ、各振幅でのモニタセル電流の応答波形により前記したモニタセル電流変化が生じるポンプセル電圧を検出するガス濃度検出装置。
【請求項１９】
請求項１７又は１８記載のガス濃度検出装置において、ポンプセル電圧を正負両方向に一時的に変化させて正負両方向のモニタセル電流の変化量を各々計測し、正負両方向の各々の電流変化量が一致する場合、前記したモニタセル電流変化が生じるポンプセル電圧値について変化の無い旨判定するガス濃度検出装置。
【請求項２０】
請求項１７乃至１９の何れかに記載のガス濃度検出装置において、ポンプセル電圧を正負両方向に一時的に変化させて正負両方向のモニタセル電流の変化量を各々計測し、センサ初期特性と異なるものであって且つ正負両方向の各々の電流変化量が一致しない場合、前記したモニタセル電流変化が生じるポンプセル電圧値について、モニタセル電流の変化が大きいポンプセル電圧の変化方向とは逆方向に変化した旨判定するガス濃度検出装置。
【請求項２１】
ガス濃度検出期間では、印加電圧特性に基づきポンプセル電圧を制御しつつ定期的に特定ガス成分の濃度を検出するのに対し、前記ガス濃度検出期間とは異なるポンプセル電圧補正期間では、前記したモニタセル電流変化が生じるポンプセル電圧を検出する処理とそれに基づく電圧補正の処理とを実施する請求項１乃至２０の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項２２】
前記したモニタセル電流変化が生じるポンプセル電圧に基づいて前記ガス濃度センサの劣化度合を判定する手段を更に備えた請求項１乃至２１の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項２３】
前記したモニタセル電流変化が生じるポンプセル電圧に応じてポンプセル電圧を制御する手段に代えて、前記したモニタセル電流変化が生じるポンプセル電圧に基づいて前記ガス濃度センサの劣化度合を判定する手段を備えた請求項１乃至２１の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項２４】
請求項２２又は２３記載のガス濃度検出装置において、前記したモニタセル電流変化が生じるポンプセル電圧が高電圧側に変化するほど、ガス濃度センサの劣化度合が大きい旨判定するガス濃度検出装置。
【請求項２５】
チャンバーに導入した被検出ガス中の酸素を排出又は汲み込むためのポンプセルと、ポンプセルを通過した後のガスから特定ガス成分の濃度を検出するためのセンサセルと、チャンバー内の残留酸素濃度を検出するためのモニタセルとを備えるガス濃度センサを用い、ポンプセルへの電圧印加時にセンサセル電流、モニタセル電流を各々計測してその時のセンサセル電流から特定ガス成分の濃度を検出するガス濃度検出装置であって、
ポンプセル電圧に対するセンサセル電流の特性上、前記チャンバー内の残留酸素量が増加する領域と前記チャンバー内の残留酸素濃度がほぼ一定となる領域とが存在することに基づきセンサセル電流が変化するポンプセル電圧を検出する手段と、
該検出した結果に基づいてポンプセル電圧の制御点を決定し、その制御点でポンプセル電圧を制御する手段と、
を備えたことを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項２６】
ポンプセルに印加するためのポンプセル電圧を所定電圧幅で増加側又は減少側に段階的に変化させ、前記したセンサセル電流変化が生じるポンプセル電圧を検出する請求項２５記載のガス濃度検出装置。
【請求項２７】
予め規定した印加電圧特性を用いその都度のポンプセル電流に応じてポンプセル電圧を初期設定する手段を更に備え、該初期設定したポンプセル電圧を所定電圧幅で増加側又は減少側に変化させる請求項２６記載のガス濃度検出装置。
【請求項２８】
ポンプセル電圧を変化させるための所定電圧幅を一定幅とする請求項２６又は２７記載のガス濃度検出装置。
【請求項２９】
ポンプセル電圧を変化させるための所定電圧幅を、変化初期は大きくし、次第に小さくする請求項２６又は２７記載のガス濃度検出装置。
【請求項３０】
前記したセンサセル電流変化が生じるポンプセル電圧をそのまま制御点とし、ポンプセル電圧を制御する請求項２５乃至２９の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項３１】
前記したセンサセル電流変化が生じるポンプセル電圧に対して所定のオフセット値を加算し、加算後のポンプセル電圧を制御点としてポンプセル電圧を制御する請求項２５乃至２９の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項３２】
ポンプセル電圧を変化させ前記したセンサセル電流変化が生じる第１のポンプセル電圧を検出すると共に、それに引き続き同じくポンプセル電圧を変化させセンサセル電流がほぼ一定となる第２のポンプセル電圧を検出し、該第２のポンプセル電圧を制御点としてポンプセル電圧を制御する請求項２５記載のガス濃度検出装置。
【請求項３３】
請求項３２記載のガス濃度検出装置において、ポンプセル電圧を所定電圧幅で段階的に変化させて前記第１のポンプセル電圧を検出し、その後、電圧変化方向を反転させてポンプセル電圧を所定電圧幅で段階的に変化させ、前記第２のポンプセル電圧を検出するガス濃度検出装置。
【請求項３４】
請求項３３記載のガス濃度検出装置において、前記第１のポンプセル電圧を検出する際には電圧変化のための所定電圧幅を大きく、前記第２のポンプセル電圧を検出する際には電圧変化のための所定電圧幅を小さくするガス濃度検出装置。
【請求項３５】
ポンプセル電圧を所定電圧幅で段階的に変化させる際、その都度の電圧変化の前後でセンサセル電流を比較し、その比較の結果により前記したセンサセル電流変化が生じるポンプセル電圧を検出する請求項２６乃至３１，３３，３４の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項３６】
ポンプセル電圧を所定電圧幅で段階的に変化させる際、ポンプセル電圧の初期設定値に対応するセンサセル電流を基準値とし、その基準値からの変化量により前記したセンサセル電流変化が生じるポンプセル電圧を検出する請求項２６乃至３１，３３，３４の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項３７】
ポンプセル電圧を所定電圧幅で段階的に変化させる際、センサセル電流がほぼ一定となる領域以外でセンサセル電流の基準値を決定し、その基準値からの変化量により前記したセンサセル電流変化が生じるポンプセル電圧を検出する請求項２６乃至３１，３３，３４の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項３８】
ポンプセル電圧を所定電圧幅で段階的に変化させる際、電圧変化毎にポンプセル電圧を正負少なくとも何れかに一時的に変化させ、その時のセンサセル電流の応答波形により前記したセンサセル電流変化が生じるポンプセル電圧を検出する請求項２６乃至３１，３３，３４の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項３９】
前記したセンサセル電流変化が生じるポンプセル電圧を検出する際、その開始当初に、初期設定したポンプセル電圧を正負少なくとも何れかに一時的に変化させ、その都度のセンサセル電流の応答波形により前記一連の印加電圧制御を実施するかどうかを判断する請求項２５乃至３８の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項４０】
ポンプセル電圧を正負少なくとも何れかに一時的に変化させ、その都度のセンサセル電流の応答波形により前記したセンサセル電流変化が生じるポンプセル電圧を検出する請求項２５記載のガス濃度検出装置。
【請求項４１】
請求項４０記載のガス濃度検出装置において、ポンプセル電圧を大きさの異なる振幅で各々一時的に変化させ、各振幅でのセンサセル電流の応答波形により前記したセンサセル電流変化が生じるポンプセル電圧を検出するガス濃度検出装置。
【請求項４２】
請求項４０又は４１記載のガス濃度検出装置において、ポンプセル電圧を正負両方向に一時的に変化させて正負両方向のセンサセル電流の変化量を各々計測し、正負両方向の各々の電流変化量が一致する場合、前記したセンサセル電流変化が生じるポンプセル電圧値について変化の無い旨判定するガス濃度検出装置。
【請求項４３】
請求項４０乃至４２の何れかに記載のガス濃度検出装置において、ポンプセル電圧を正負両方向に一時的に変化させて正負両方向のセンサセル電流の変化量を各々計測し、センサ初期特性と異なるものであって且つ正負両方向の各々の電流変化量が一致しない場合、前記したセンサセル電流変化が生じるポンプセル電圧値について、センサセル電流の変化が大きいポンプセル電圧の変化方向とは逆方向に変化した旨判定するガス濃度検出装置。
【請求項４４】
ガス濃度検出期間では、印加電圧特性に基づきポンプセル電圧を制御しつつ定期的に特定ガス成分の濃度を検出するのに対し、前記ガス濃度検出期間とは異なるポンプセル電圧補正期間では、前記したセンサセル電流変化が生じるポンプセル電圧を検出する処理とそれに基づく電圧補正の処理とを実施する請求項２５乃至４３の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項４５】
前記したセンサセル電流変化が生じるポンプセル電圧に基づいて前記ガス濃度センサの劣化度合を判定する手段を更に備えた請求項２５乃至４４の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項４６】
前記したセンサセル電流変化が生じるポンプセル電圧に応じてポンプセル電圧を制御する手段に代えて、前記したセンサセル電流変化が生じるポンプセル電圧に基づいて前記ガス濃度センサの劣化度合を判定する手段を備えた請求項２５乃至４４の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項４７】
請求項４５又は４６記載のガス濃度検出装置において、前記したセンサセル電流変化が生じるポンプセル電圧が高電圧側に変化するほど、ガス濃度センサの劣化度合が大きい旨判定するガス濃度検出装置。
【請求項４８】
前記制御点でのポンプセル電圧と、予め規定した印加電圧特性との差分に基づき補正値を算出し、その補正値をバックアップメモリに記憶保持する請求項１乃至２１，２５乃至４４の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項４９】
前記制御点でのポンプセル電圧を用い、予め規定した印加電圧特性を更新する請求項１乃至２１，２５乃至４４，４８の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【請求項５０】
前記ガス濃度センサは、車両用エンジンから排出される排ガスを検出対象とするセンサであり、少なくともエンジンの始動時又は停止時に前記一連の印加電圧制御、或いは劣化判定の処理を実施する請求項１乃至４９の何れかに記載のガス濃度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、限界電流式のガス濃度センサを用い、被検出ガス中の特性ガス成分の濃度を検出するガス濃度検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のガス濃度検出装置として、限界電流式のガス濃度センサを用い、例えば自動車の排ガス中のＮＯｘを検出するものがある。ガス濃度センサは基本構造として、固体電解質素子からなるポンプセルとセンサセルとを備え、ポンプセルでは、チャンバーに導入した排ガス中の酸素の排出又は汲み込みが行われ、センサセルでは、ポンプセルを通過した後のガスからＮＯｘ濃度（特定ガス成分の濃度）が検出される。これらポンプセル、センサセルは、電圧の印加に伴い酸素濃度やＮＯｘ濃度に応じて電流信号を出力する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、ガス濃度センサとして、上記したポンプセル及びセンサセルに加え、チャンバー内の酸素濃度に応じた起電力を発生するモニタセルを有するものがある。この場合、チャンバー内を所定の低酸素濃度に保つべく設定したモニタセル起電力の目標値と、実際のモニタセル起電力との偏差に基づいてポンプセルの印加電圧を制御するようにしていた。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２８８５３３６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガス濃度センサでは、個体差や経時変化等により固体電解質素子の抵抗値（素子インピーダンス）にばらつきが生じる。従って、それが原因でガス濃度の検出精度が低下するという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、センサ個体差や経時変化等に影響されることなく、ガス濃度を精度良く検出することができるガス濃度検出装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のガス濃度検出装置では、ポンプセル、センサセル及びモニタセルを備えるガス濃度センサを用い、ポンプセルへの電圧印加時にセンサセル電流、モニタセル電流を各々計測してその時のセンサセル電流から特定ガス成分の濃度を検出することを前提としている。このガス濃度検出装置において、請求項１に記載の発明では、ポンプセル電圧に対するモニタセル電流の特性上、チャンバー内の残留酸素量が増加する領域とチャンバー内の残留酸素濃度がほぼ一定となる領域とが存在することに基づきモニタセル電流が変化するポンプセル電圧（以下、「モニタセル電流が急変するポンプセル電圧」ともいう）を検出する。そして、該検出した結果に基づいてポンプセル電圧の制御点を決定し、その制御点でポンプセル電圧を制御する。
【０００８】
要するに、ポンプセル電圧（Ｖｐ）とモニタセル電流（Ｉｍ）との関係を示す特性上、ポンプセル電圧が低い領域ではモニタセル電流が急激に増大し、ポンプセル電圧がある程度高くなるとモニタセル電流がほぼ一定になる（図２（ｂ）のＶｐ−Ｉｍ特性を参照）。つまり、上記特性では、モニタセル電流が急変する変曲点が存在する。また、ポンプセル電圧（Ｖｐ）とセンサセル電流（Ｉｓ）との関係を示す特性上、ポンプセル電圧に対して平坦な電流域（平坦領域）があり、その平坦領域では特定ガス成分の濃度（例えばＮＯｘ濃度）が精度良く検出できる（図２（ｂ）のＶｐ−Ｉｓ特性を参照）。この場合、モニタセル電流の変曲点は、センサセル電流の平坦領域に重複して、或いは該平坦領域から僅かに離れて存在しており、これらモニタセル電流の変曲点とセンサセル電流の平坦領域との関係はセンサ機種毎に不変である。更に言い加えれば、モニタセル電流の変曲点とセンサセル電流の平坦領域との相関関係は、センサ個体差や経時変化等によりガス濃度センサの素子抵抗が変化しても不変である。故に、モニタセル電流の変曲点に対応するポンプセル電圧（モニタセル電流が急変するポンプセル電圧）を検出し、そのポンプセル電圧を基準として印加電圧制御を行うことにより、平坦領域で確実にセンサセル電流を検出することが可能となる。その結果、センサ個体差や経時変化等に影響されることなく、ガス濃度を精度良く検出することができる。
【０００９】
ここで、「モニタセル電流が急変するポンプセル電圧」とは、ポンプセル電圧とモニタセル電流との関係を示す特性（Ｖｐ−Ｉｍ特性）において、例えば、ポンプセル電圧を高電圧側から低電圧側に順に推移させた場合にモニタセル電流の変化量が急増する電圧値である（逆に低電圧側から高電圧側に推移させた場合は、モニタセル電流が安定し始める電圧値）。より具体的には、モニタセル電流がほぼ一定となる領域を抜けて、所定電圧間隔（例えば２〜１０ｍＶ間隔）での計測時にモニタセル電流が約１．２倍以上に増加する時の電圧値である。
【００１０】
上記請求項１の発明では、請求項２に記載したように、ポンプセル電圧を所定電圧幅で増加側又は減少側に段階的に変化させ、モニタセル電流が急変するポンプセル電圧を検出すると良い。この場合更に、請求項３に記載したように、予め規定した印加電圧特性を用いその都度のポンプセル電流に応じてポンプセル電圧を初期設定する手段を更に備え、該初期設定したポンプセル電圧を所定電圧幅で増加側又は減少側に変化させると良い。
【００１１】
また、ポンプセル電圧を変化させるための所定電圧幅に関しては、請求項４に記載したように、所定電圧幅を一定幅とする構成や、請求項５に記載したように、所定電圧幅を変化初期は大きくし、次第に小さくする構成が採用できる。特に請求項５によれば、モニタセル電流が急変するポンプセル電圧（モニタセル電流の変曲点）が精度良く検出できる。
【００１２】
上記請求項１乃至５の何れかに記載の発明では、請求項６に記載したように、モニタセル電流が急変するポンプセル電圧をそのまま制御点としてポンプセル電圧を制御すると良い。又は、請求項７に記載したように、モニタセル電流が急変するポンプセル電圧に対して所定のオフセット値を加算し、加算後のポンプセル電圧を制御点としてポンプセル電圧を制御すると良い。実際には、ポンプセル電圧に対しセンサセル電流の平坦領域に重複してモニタセル電流の変曲点が存在する場合、請求項６の発明を用いる。また、ポンプセル電圧に対しセンサセル電流の平坦領域から離れてモニタセル電流の変曲点が存在する場合、請求項７の発明を用いる。
【００１３】
上記請求項７の発明では請求項８に記載したように、前記オフセット値は、平坦な電流域でセンサセル電流を検出するためのポンプセル電圧と、モニタセル電流が急変するポンプセル電圧との差であり、その値はセンサ機種毎に予め設定されていると良い。
【００１４】
また、請求項９に記載の発明では、ポンプセル電圧を変化させモニタセル電流が急変する第１のポンプセル電圧を検出すると共に、それに引き続き同じくポンプセル電圧を変化させモニタセル電流がほぼ一定となる第２のポンプセル電圧を検出し、該第２のポンプセル電圧を制御点としてポンプセル電圧を制御する。これは、センサセル電流の平坦領域から離れてモニタセル電流の変曲点が存在する場合にポンプセル電圧の制御点を見つけるための手法であり、先ずはモニタセル電流の変曲点に相当する「第１のポンプセル電圧」を検出し、続いてモニタセル電流がほぼ一定となる「第２のポンプセル電圧」を検出する。この場合、第２のポンプセル電圧を制御点として印加電圧制御を実施することによりセンサセル電流の検出精度が向上する。
【００１５】
上記請求項９の発明では請求項１０に記載したように、ポンプセル電圧を所定電圧幅で段階的に変化させて前記第１のポンプセル電圧を検出し、その後、電圧変化方向を反転させてポンプセル電圧を所定電圧幅で段階的に変化させ、前記第２のポンプセル電圧を検出すると良い。例えば、ポンプセル電圧を所定電圧幅で減少側に変化させて第１のポンプセル電圧を検出し、その後、ポンプセル電圧を所定電圧幅で増加側に変化させて第２のポンプセル電圧を検出する。
【００１６】
また、上記請求項１０の発明では請求項１１に記載したように、前記第１のポンプセル電圧を検出する際には電圧変化のための所定電圧幅を大きく、前記第２のポンプセル電圧を検出する際には電圧変化のための所定電圧幅を小さくすると良い。つまり、上記の如く第１，第２のポンプセル電圧を検出する際、より重要なのは第２のポンプセル電圧である。本発明によれば、第１のポンプセル電圧（モニタセル電流の変曲点）を早期検出し、しかも第２のポンプセル電圧（ポンプセル電圧の制御点）を精度良く検出することができる。それに伴いガス濃度の検出精度が向上する。
【００１７】
因みに、上記請求項６乃至１１の各発明は、ポンプセル電圧の制御点をどう見つけるかを特定するものであり、それら何れかの手法を用いることでポンプセル電圧の制御点を適正に決定することができる。
【００１８】
ポンプセル電圧を所定電圧幅で段階的に変化させる際、以下の請求項１２乃至１５の何れかの手法を用い、モニタセル電流が急変するポンプセル電圧（モニタセル電流の変曲点）を検出すると良い。
【００１９】
・請求項１２に記載の発明では、その都度の電圧変化の前後でモニタセル電流を比較し、その比較の結果によりモニタセル電流が急変するポンプセル電圧を検出する。
【００２０】
・請求項１３に記載の発明では、ポンプセル電圧の初期設定値に対応するモニタセル電流を基準値とし、その基準値からの変化量によりモニタセル電流が急変するポンプセル電圧を検出する。
【００２１】
・請求項１４に記載の発明では、モニタセル電流がほぼ一定となる領域以外でモニタセル電流の基準値を決定し、その基準値からの変化量によりモニタセル電流が急変するポンプセル電圧を検出する。
【００２２】
・請求項１５に記載の発明では、電圧変化毎にポンプセル電圧を正負少なくとも何れかに一時的に変化させ、その時のモニタセル電流の応答波形によりモニタセル電流が急変するポンプセル電圧を検出する。
【００２３】
上記各手法のうち、請求項１３，１４の発明では、モニタセル電流に含まれるノイズの悪影響を抑制することができる。特に請求項１４の発明では、モニタセル電流がほぼ一定となる領域を使わず、モニタセル電流が急変し始める辺りの電流値を基準にモニタセル電流の急変（変曲点）が検出されるため、電流一定領域（モニタセル電流がほぼ一定の領域）での電流変化分が排除でき、検出精度がより一層向上する。また、請求項１５の発明では、一時的な電圧変化に対する電流波形をモニタするだけで良いため、電圧変化時におけるモニタセル電流の収束を待つ必要が無く、印加電圧制御に要する時間を短縮することが可能となる。
【００２４】
請求項１６に記載の発明では、モニタセル電流が急変するポンプセル電圧を検出する際、その開始当初に、初期設定したポンプセル電圧を正負少なくとも何れかに一時的に変化させ、その都度のモニタセル電流の応答波形により前記一連の印加電圧制御を実施するかどうかを判断する。つまり、センサ個体差や経時変化等によりポンプセル電圧に対するモニタセル電流の特性が変化する場合、初期設定したポンプセル電圧に対してモニタセル電流の変曲点が近づくことが考えられる。この場合、ポンプセル電圧の一時的な変化により特性変化の有無が正しく判断でき、必要時にのみ上記の印加電圧制御を実施することが可能となる。
【００２５】
また、請求項１７に記載の発明では、ポンプセル電圧を正負少なくとも何れかに一時的に変化させ、その都度のモニタセル電流の応答波形によりモニタセル電流が急変するポンプセル電圧を検出する。この場合、ポンプセル電圧の振幅とその時のモニタセル電流の応答波形とからモニタセル電流の変曲点が検出できる。
【００２６】
上記請求項１７の発明では請求項１８に記載したように、ポンプセル電圧を大きさの異なる振幅で各々一時的に変化させ、各振幅でのモニタセル電流の応答波形によりモニタセル電流が急変するポンプセル電圧を検出すると良い。この場合、モニタセル電流の変曲点がより正確に検出できる。
【００２７】
また、請求項１９に記載の発明では、ポンプセル電圧を正負両方向に一時的に変化させて正負両方向のモニタセル電流の変化量を各々計測し、正負両方向の各々の電流変化量が一致する場合、モニタセル電流が急変するポンプセル電圧値について変化の無い旨判定する。つまり、ポンプセル電圧がモニタセル電流の平坦領域で設定され、変曲点に対して余裕がある場合、該ポンプセル電圧を正負両方向に変化させてもそれに伴うモニタセル電流の変化は僅かであって更にその変化量が正負同等となる。この状態が元々のセンサ特性（センサ初期特性）であれば、このことからモニタセル電流の変曲点が変化していないと判定できる。そして、モニタセル電流の正負両方向の変化が不均一になった時、モニタセル電流の変曲点が変化したと判定する。
【００２８】
更に、請求項２０に記載の発明では、ポンプセル電圧を正負両方向に一時的に変化させて正負両方向のモニタセル電流の変化量を各々計測し、センサ初期特性と異なるものであって且つ正負両方向の各々の電流変化量が一致しない場合、モニタセル電流が急変するポンプセル電圧値について、モニタセル電流の変化が大きいポンプセル電圧の変化方向とは逆方向に変化した旨判定する。
【００２９】
また、請求項２１に記載したように、ガス濃度検出期間では、印加電圧特性に基づきポンプセル電圧を制御しつつ定期的に特定ガス成分の濃度を検出するのに対し、前記ガス濃度検出期間とは異なるポンプセル電圧補正期間では、モニタセル電流が急変するポンプセル電圧を検出する処理とそれに基づく電圧補正の処理とを実施すると良い。この場合、ガス濃度検出期間及びポンプセル電圧補正期間に分けて、ガス濃度検出の処理並びに電圧補正関連の処理が実施されるため、これら各処理が各々適正に実施できる。
【００３０】
また、ガス濃度センサが劣化するとセンサ素子の抵抗値（素子インピーダンス）が増大し、そのセンサ劣化時には同じポンプセル電圧で電圧制御を実施していてもチャンバー内の残留酸素量が変動する。実際には酸素排出不足となり、残留酸素量が増加する。それ故、モニタセル電流が急変するポンプセル電圧（モニタセル電流の変曲点）が変化する。そこで、請求項２２に記載したように、モニタセル電流が急変するポンプセル電圧に基づいて前記ガス濃度センサの劣化度合を判定すると良い。この場合、センサ劣化が精度良く検出できる。
【００３１】
ここで、請求項２３に記載したように、モニタセル電流が急変するポンプセル電圧に応じてポンプセル電圧を制御する手段（請求項１記載の手段）に代えて、モニタセル電流が急変するポンプセル電圧に基づいてガス濃度センサの劣化度合を判定する手段を備える構成としても良い。すなわちこの場合、本発明のガス濃度検出装置がガス濃度センサの劣化検出装置として具現化される。
【００３２】
ガス濃度センサの劣化が進行するほどモニタセル電流の変曲点が大きく変化する。すなわち、モニタセル電流の変曲点がポンプセル電圧の高電圧側に移動する。従って、請求項２４に記載したように、モニタセル電流が急変するポンプセル電圧が高電圧側に変化するほど、ガス濃度センサの劣化度合が大きい旨判定すると良い。
【００３３】
一方で、ポンプセル電圧（Ｖｐ）とセンサセル電流（Ｉｓ）との関係を示す特性上にあっても、上述したモニタセル電流と同様にセンサセル電流が急変する変曲点が存在し、その変曲点と連携して平坦領域がある（図２（ｂ）のＶｐ−Ｉｓ特性を参照）。そこで、請求項２５に記載の発明では、ポンプセル電圧に対するセンサセル電流の特性上、前記チャンバー内の残留酸素量が増加する領域と前記チャンバー内の残留酸素濃度がほぼ一定となる領域とが存在することに基づきセンサセル電流が変化するポンプセル電圧（以下、「センサセル電流が急変するポンプセル電圧」ともいう）を検出する。そして、該検出した結果に基づいてポンプセル電圧の制御点を決定し、その制御点でポンプセル電圧を制御する。
【００３４】
この場合、センサセル電流の変曲点と同電流の平坦領域との相関関係は、センサ個体差や経時変化等によりガス濃度センサの素子抵抗が変化しても不変である。故に、センサセル電流の変曲点に対応するポンプセル電圧（センサセル電流が急変するポンプセル電圧）を検出し、そのポンプセル電圧を基準として印加電圧制御を行うことにより、平坦領域で確実にセンサセル電流を検出することが可能となる。その結果、センサ個体差や経時変化等に影響されることなく、ガス濃度を精度良く検出することができる。
【００３５】
ここで、「センサセル電流が急変するポンプセル電圧」とは、ポンプセル電圧とセンサセル電流との関係を示す特性（Ｖｐ−Ｉｓ特性）において、例えば、ポンプセル電圧を高電圧側から低電圧側に順に推移させた場合にセンサセル電流の変化量が急増する電圧値である（逆に低電圧側から高電圧側に推移させた場合は、センサセル電流が安定し始める電圧値）。より具体的には、センサセル電流がほぼ一定となる領域を抜けて、所定電圧間隔（例えば２〜１０ｍＶ間隔）での計測時にセンサセル電流が約１．２倍以上に増加する時の電圧値である。
【００３６】
上記請求項２５の発明では、請求項２６に記載したように、ポンプセル電圧を所定電圧幅で増加側又は減少側に段階的に変化させ、センサセル電流が急変するポンプセル電圧を検出すると良い。この場合更に、請求項２７に記載したように、予め規定した印加電圧特性を用いその都度のポンプセル電流に応じてポンプセル電圧を初期設定する手段を更に備え、該初期設定したポンプセル電圧を所定電圧幅で増加側又は減少側に変化させると良い。
【００３７】
また、ポンプセル電圧を変化させるための所定電圧幅に関しては、請求項２８に記載したように、所定電圧幅を一定幅とする構成や、請求項２９に記載したように、所定電圧幅を変化初期は大きくし、次第に小さくする構成が採用できる。特に請求項２９によれば、センサセル電流が急変するポンプセル電圧（センサセル電流の変曲点）が精度良く検出できる。
【００３８】
上記請求項２５乃至２９の何れかに記載の発明では、請求項３０に記載したように、センサセル電流が急変するポンプセル電圧をそのまま制御点としてポンプセル電圧を制御すると良い。又は、請求項３１に記載したように、センサセル電流が急変するポンプセル電圧に対して所定のオフセット値を加算し、加算後のポンプセル電圧を制御点としてポンプセル電圧を制御すると良い。ポンプセル電圧に対しセンサセル電流の平坦領域から離れてセンサセル電流の変曲点が存在する場合、請求項３１の発明が用いられる。
【００３９】
また、請求項３２に記載の発明では、ポンプセル電圧を変化させセンサセル電流が急変する第１のポンプセル電圧を検出すると共に、それに引き続き同じくポンプセル電圧を変化させセンサセル電流がほぼ一定となる第２のポンプセル電圧を検出し、該第２のポンプセル電圧を制御点としてポンプセル電圧を制御する。これは、センサセル電流の平坦領域（特に同領域内の最適点）から離れてセンサセル電流の変曲点が存在する場合にポンプセル電圧の制御点を見つけるための手法であり、先ずはセンサセル電流の変曲点に相当する「第１のポンプセル電圧」を検出し、続いてセンサセル電流がほぼ一定となる「第２のポンプセル電圧」を検出する。この場合、第２のポンプセル電圧を制御点として印加電圧制御を実施することによりセンサセル電流の検出精度が向上する。
【００４０】
上記請求項３２の発明では請求項３３に記載したように、ポンプセル電圧を所定電圧幅で段階的に変化させて前記第１のポンプセル電圧を検出し、その後、電圧変化方向を反転させてポンプセル電圧を所定電圧幅で段階的に変化させ、前記第２のポンプセル電圧を検出すると良い。例えば、ポンプセル電圧を所定電圧幅で減少側に変化させて第１のポンプセル電圧を検出し、その後、ポンプセル電圧を所定電圧幅で増加側に変化させて第２のポンプセル電圧を検出する。
【００４１】
また、上記請求項３３の発明では請求項３４に記載したように、前記第１のポンプセル電圧を検出する際には電圧変化のための所定電圧幅を大きく、前記第２のポンプセル電圧を検出する際には電圧変化のための所定電圧幅を小さくすると良い。つまり、上記の如く第１，第２のポンプセル電圧を検出する際、より重要なのは第２のポンプセル電圧である。本発明によれば、第１のポンプセル電圧（センサセル電流の変曲点）を早期検出し、しかも第２のポンプセル電圧（ポンプセル電圧の制御点）を精度良く検出することができる。それに伴いガス濃度の検出精度が向上する。
【００４２】
因みに、上記請求項３０乃至３４の各発明は、ポンプセル電圧の制御点をどう見つけるかを特定するものであり、それら何れかの手法を用いることでポンプセル電圧の制御点を適正に決定することができる。
【００４３】
ポンプセル電圧を所定電圧幅で段階的に変化させる際、以下の請求項３５乃至３８の何れかの手法を用い、センサセル電流が急変するポンプセル電圧（センサセル電流の変曲点）を検出すると良い。
【００４４】
・請求項３５に記載の発明では、その都度の電圧変化の前後でセンサセル電流を比較し、その比較の結果によりセンサセル電流が急変するポンプセル電圧を検出する。
【００４５】
・請求項３６に記載の発明では、ポンプセル電圧の初期設定値に対応するセンサセル電流を基準値とし、その基準値からの変化量によりセンサセル電流が急変するポンプセル電圧を検出する。
【００４６】
・請求項３７に記載の発明では、センサセル電流がほぼ一定となる領域以外でセンサセル電流の基準値を決定し、その基準値からの変化量によりセンサセル電流が急変するポンプセル電圧を検出する。
【００４７】
・請求項３８に記載の発明では、電圧変化毎にポンプセル電圧を正負少なくとも何れかに一時的に変化させ、その時のセンサセル電流の応答波形によりセンサセル電流が急変するポンプセル電圧を検出する。
【００４８】
上記各手法のうち、請求項３６，３７の発明では、センサセル電流に含まれるノイズの悪影響を抑制することができる。特に請求項３７の発明では、センサセル電流がほぼ一定となる領域を使わず、センサセル電流が急変し始める辺りの電流値を基準にセンサセル電流の急変（変曲点）が検出されるため、電流一定領域（センサセル電流がほぼ一定の領域）での電流変化分が排除でき、検出精度がより一層向上する。また、請求項３８の発明では、一時的な電圧変化に対する電流波形をモニタするだけで良いため、電圧変化時におけるセンサセル電流の収束を待つ必要が無く、印加電圧制御に要する時間を短縮することが可能となる。
【００４９】
請求項３９に記載の発明では、センサセル電流が急変するポンプセル電圧を検出する際、その開始当初に、初期設定したポンプセル電圧を正負少なくとも何れかに一時的に変化させ、その都度のセンサセル電流の応答波形により前記一連の印加電圧制御を実施するかどうかを判断する。つまり、センサ個体差や経時変化等によりポンプセル電圧に対するセンサセル電流の特性が変化する場合、初期設定したポンプセル電圧に対してセンサセル電流の変曲点が近づくことが考えられる。この場合、ポンプセル電圧の一時的な変化により特性変化の有無が正しく判断でき、必要時にのみ上記の印加電圧制御を実施することが可能となる。
【００５０】
また、請求項４０に記載の発明では、ポンプセル電圧を正負少なくとも何れかに一時的に変化させ、その都度のセンサセル電流の応答波形によりセンサセル電流が急変するポンプセル電圧を検出する。この場合、ポンプセル電圧の振幅とその時のセンサセル電流の応答波形とからセンサセル電流の変曲点が検出できる。
【００５１】
上記請求項４０の発明では請求項４１に記載したように、ポンプセル電圧を大きさの異なる振幅で各々一時的に変化させ、各振幅でのセンサセル電流の応答波形によりセンサセル電流が急変するポンプセル電圧を検出すると良い。この場合、センサセル電流の変曲点がより正確に検出できる。
【００５２】
また、請求項４２に記載の発明では、ポンプセル電圧を正負両方向に一時的に変化させて正負両方向のセンサセル電流の変化量を各々計測し、正負両方向の各々の電流変化量が一致する場合、センサセル電流が急変するポンプセル電圧値について変化の無い旨判定する。つまり、ポンプセル電圧がセンサセル電流の平坦領域で設定され、変曲点に対して余裕がある場合、該ポンプセル電圧を正負両方向に変化させてもそれに伴うセンサセル電流の変化は僅かであって更にその変化量が正負同等となる。この状態が元々のセンサ特性（センサ初期特性）であれば、このことからセンサセル電流の変曲点が変化していないと判定できる。そして、センサセル電流の正負両方向の変化が不均一になった時、センサセル電流の変曲点が変化したと判定する。
【００５３】
更に、請求項４３に記載の発明では、ポンプセル電圧を正負両方向に一時的に変化させて正負両方向のセンサセル電流の変化量を各々計測し、センサ初期特性と異なるものであって且つ正負両方向の各々の電流変化量が一致しない場合、センサセル電流が急変するポンプセル電圧値について、センサセル電流の変化が大きいポンプセル電圧の変化方向とは逆方向に変化した旨判定する。
【００５４】
また、請求項４４に記載したように、ガス濃度検出期間では、印加電圧特性に基づきポンプセル電圧を制御しつつ定期的に特定ガス成分の濃度を検出するのに対し、前記ガス濃度検出期間とは異なるポンプセル電圧補正期間では、センサセル電流が急変するポンプセル電圧を検出する処理とそれに基づく電圧補正の処理とを実施すると良い。この場合、ガス濃度検出期間及びポンプセル電圧補正期間に分けて、ガス濃度検出の処理並びに電圧補正関連の処理が実施されるため、これら各処理が各々適正に実施できる。
【００５５】
また、ガス濃度センサが劣化するとセンサ素子の抵抗値（素子インピーダンス）が増大し、そのセンサ劣化時には同じポンプセル電圧で電圧制御を実施していてもチャンバー内の残留酸素量が変動する。実際には酸素排出不足となり、残留酸素量が増加する。それ故、センサセル電流が急変するポンプセル電圧（センサセル電流の変曲点）が変化する。そこで、請求項４５に記載したように、センサセル電流が急変するポンプセル電圧に基づいて前記ガス濃度センサの劣化度合を判定すると良い。この場合、センサ劣化が精度良く検出できる。
【００５６】
ここで、請求項４６に記載したように、センサセル電流が急変するポンプセル電圧に応じてポンプセル電圧を制御する手段（請求項２５記載の手段）に代えて、センサセル電流が急変するポンプセル電圧に基づいてガス濃度センサの劣化度合を判定する手段を備える構成としても良い。すなわちこの場合、本発明のガス濃度検出装置がガス濃度センサの劣化検出装置として具現化される。
【００５７】
ガス濃度センサの劣化が進行するほどセンサセル電流の変曲点が大きく変化する。すなわち、センサセル電流の変曲点がポンプセル電圧の高電圧側に移動する。従って、請求項４７に記載したように、センサセル電流が急変するポンプセル電圧が高電圧側に変化するほど、ガス濃度センサの劣化度合が大きい旨判定すると良い。
【００５８】
上記した印加電圧制御は、主にセンサ個体差や経時変化等の影響を排除するためのものであり、ポンプセル電圧が初期設定値（初期特性）から変更される場合、それは以降の制御に反映されるのが望ましい。そのため、請求項４８に記載したように、前記制御点でのポンプセル電圧と、予め規定した印加電圧特性との差分に基づき補正値を算出し、その補正値をバックアップメモリに記憶保持すると良い。又は、請求項４９に記載したように、前記制御点でのポンプセル電圧を用い、予め規定した印加電圧特性を更新すると良い。
【００５９】
請求項５０に記載の発明では、ガス濃度センサは車両用エンジンから排出される排ガスを検出対象とするセンサであり、少なくともエンジンの始動時又は停止時に前記一連の印加電圧制御、或いは劣化判定の処理を実施する。つまり、本発明における印加電圧制御（又は劣化判定の処理）では、ポンプセル電圧を一時的に変更するため、電圧変更を伴う制御期間（又は劣化判定期間）においてガス濃度検出を中断することが考えられる。従って、エンジンの始動時や停止時といった期間に上記の各処理を実施するのが望ましい。
【００６０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態におけるガス濃度検出装置は、例えば自動車用ガソリンエンジンに適用されるものであって、限界電流式のガス濃度センサを用い、被検出ガスである排ガスから酸素濃度を検出すると共に、特定ガス成分の濃度としてＮＯｘ濃度を検出する。
【００６１】
先ずはじめに、ガス濃度センサの構成を図１を用いて説明する。ガス濃度センサは、ポンプセル、モニタセル及びセンサセルからなる３セル構造を有し、排ガス中の酸素濃度とＮＯｘ濃度とを同時に検出可能な、いわゆる複合型ガスセンサとして具体化されている。
【００６２】
ガス濃度センサ１００において、酸素イオン伝導性材料からなる固体電解質（固体電解質素子）１４１，１４２は板状をなし、アルミナ等の絶縁材料からなるスペーサ１４３を介して図の上下に所定間隔を隔てて積層されている。このうち、図の上側の固体電解質１４１にはピンホール１４１ａが形成されており、このピンホール１４１ａを介して当該センサ周囲の排ガスが第１チャンバー１４４内に導入される。第１チャンバー１４４は、拡散通路としての絞り部１４５を介して第２チャンバー１４６に連通している。符号１４７は多孔質拡散層である。
【００６３】
また、図の下側の固体電解質１４２には、ポンプセル１１０及びモニタセル１２０が設けられており、ポンプセル１１０は、第１チャンバー１４４内に導入した排ガス中の酸素を排出又は汲み込む働きをすると共に、その際に排ガス中の酸素濃度を検出する。モニタセル１２０は、第２チャンバー１４６内の酸素濃度に応じた起電力、又は電圧印加時に電流出力を発生する。ここで、ポンプセル１１０は、固体電解質１４２を挟んで上下一対の電極１１１，１１２を有し、そのうち特に第１チャンバー１４４側の電極１１１はＮＯｘ不活性電極（ＮＯｘガスを分解し難い電極）である。また、モニタセル１２０も同様に、固体電解質１４２を挟んで上下一対の電極１２１，１２２を有し、そのうち特に第２チャンバー１４６側の電極１２１はＮＯｘ不活性電極（ＮＯｘガスを分解し難い電極）である。これらポンプセル１１０及びモニタセル１２０は、チャンバー１４４，１４６内に存在する酸素を分解して電極１１２，１２２より大気通路１５０側に排出する。
【００６４】
センサセル１３０は、前記モニタセル１２０に対向して設けられており、固体電解質１４１を挟んで上下一対の電極１３１，１３２を有する。センサセル１３０は、ポンプセル１１０を通過した後のガスからＮＯｘ濃度を検出するものであり、第２チャンバー１４６内でＮＯｘを分解した時に発生する酸素を電極１３２より大気通路１４８側に排出する。
【００６５】
固体電解質１４２の図の下面には絶縁層１４９が設けられ、この絶縁層１４９により大気通路１５０が形成されている。また、絶縁層１４９には、センサ全体を加熱するためのヒータ１５１が埋設されている。
【００６６】
上記構成のガス濃度センサ１００において、排ガスは多孔質拡散層１４７及びピンホール１４１ａを通って第１チャンバー１４４に導入される。そして、この排ガスがポンプセル１１０近傍を通過する際、ポンプセル１１０の電極１１１，１１２間に電圧を印加することで分解反応が起こり、第１チャンバー１４４内の酸素濃度に応じてポンプセル１１０を介して酸素が出し入れされる。なおこのとき、第１チャンバー１４４側の電極１１１がＮＯｘ不活性電極であるので、ポンプセル１１０では排ガス中のＮＯｘは分解されず、酸素のみが分解されて大気通路１５０に排出される。
【００６７】
その後、ポンプセル１１０近傍を通過した排ガスは第２チャンバー１４６に流れ込み、モニタセル１２０では、ガス中の残留酸素濃度に応じた出力が発生する。モニタセル１２０の出力は、該モニタセル１２０の電極１２１，１２２間に所定の電圧を印加することで、モニタセル電流として検出される。また、センサセル１３０の電極１３１，１３２間に所定の電圧を印加することでガス中のＮＯｘが還元分解され、その際発生する酸素が大気通路１４８に排出される。その際、センサセル１３０に流れた電流が排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度として検出される。
【００６８】
また、マイコン１７０は、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ及びＤ／Ａ変換器等を備える周知の論理演算回路で構成されている。ポンプセル１１０、モニタセル１２０及びセンサセル１３０はそれぞれに電源回路を有しており、各電源回路において、ポンプセル電流Ｉｐが電流検出器１７１で測定され、モニタセル電流Ｉｍが電流検出器１７２で測定され、センサセル電流Ｉｓが電流検出器１７３で測定される。これら各電流検出器１７１〜１７３で測定された電流値はそれぞれマイコン１７０に取り込まれる。
【００６９】
マイコン１７０は、電流検出器１７１で測定したポンプセル電流Ｉｐにより排ガス中の酸素濃度を検出すると共に、予め規定した印加電圧特性を用い、ポンプセル電流Ｉｐに応じてポンプセル電圧Ｖｐを随時設定する。また、マイコン１７０は、電流検出器１７３で測定したセンサセル電流Ｉｓにより排ガス中のＮＯｘ濃度を検出する。
【００７０】
次に、ガス濃度センサ１００の出力特性について図２を用いて説明する。図２において、（ａ）にはポンプセル電圧Ｖｐに対するポンプセル電流Ｉｐの特性（Ｖｐ−Ｉｐ特性）を示し、（ｂ）には同じくポンプセル電圧Ｖｐに対するモニタセル電流Ｉｍ、センサセル電流Ｉｓの特性（Ｖｐ−Ｉｍ特性、Ｖｐ−Ｉｓ特性）を示す。なお、図２（ａ），（ｂ）は、酸素濃度及びＮＯｘ濃度が一定のもとでの特性を示す。
【００７１】
図２（ａ）に示すように、ポンプセル１１０に流れるポンプセル電流Ｉｐはポンプセル電圧Ｖｐに対して限界電流特性を有している。限界電流域はＶ軸に対して僅かに右上がりの直線部分からなり、その領域は酸素濃度が濃いほど（リーンであるほど）ポンプセル電流Ｉｐが大きくなる方向にシフトする。限界電流域よりも低Ｖｐ側は抵抗支配域であり、その抵抗支配域の傾きは概ねポンプセル１１０の素子インピーダンスＲｉｐに一致する。
【００７２】
ポンプセル１１０の印加電圧特性として印加電圧直線ＬＸ１が規定されており、印加電圧直線ＬＸ１上でその時々のポンプセル電流Ｉｐに応じてポンプセル電圧Ｖｐが可変に制御される。因みに、ポンプセル１１０の電極１１１（第１チャンバー１４４側の電極）はＮＯｘ不活性電極であるが、ポンプセル電圧Ｖｐが大きすぎるとＮＯｘが分解されてしまうことから、印加電圧直線ＬＸ１はポンプセル１１０でＮＯｘガスを分解しないことを条件に設定される。実際には、第１チャンバー１４４内を所定の低酸素濃度（ストイキ近傍）に保持するべく印加電圧直線ＬＸ１が設定されており、例えば数ｐｐｍ〜数１０ｐｐｍ程度の僅かな残留酸素（余剰酸素）が第１チャンバー１４４内に残るようポンプセル電圧Ｖｐが制御される。
【００７３】
また、図２（ｂ）において、ポンプセル電圧Ｖｐに対するモニタセル電流Ｉｍの特性（Ｖｐ−Ｉｍ特性）を見ると、ポンプセル電圧Ｖｐが低い領域ではモニタセル電流Ｉｍが急激に増大し、ポンプセル電圧Ｖｐがある程度高くなるとモニタセル電流Ｉｍがほぼ一定になる。つまり、図２（ａ）の特性からも分かるように低Ｖｐ領域（抵抗支配域）ではポンプセル電流Ｉｐが小さく、第１チャンバー１４４内の残留酸素量が増大する。また、ポンプセル特性の限界電流域ではポンプセル電流Ｉｐがほぼ一定になることから第１チャンバー１４４内の残留酸素量がほぼ一定となる。それ故、ポンプセル電圧Ｖｐに対してモニタセル電流Ｉｍが図示の如く変化する。この場合、モニタセル電流Ｉｍが急変する変曲点（図のＡ）が存在する。なお、モニタセル電流Ｉｍの特性上どこを変曲点とみなすかは、基準となるモニタセル電流Ｉｍの変化率（傾き）を適宜設定し、その基準の変化率を満たすかどうかにより判断されれば良い。
【００７４】
また、ポンプセル電圧Ｖｐに対するセンサセル電流Ｉｓの特性（Ｖｐ−Ｉｓ特性）を見ると、ポンプセル電圧Ｖｐに対して平坦な電流域（平坦領域）があり、その平坦領域ではセンサセル電流Ｉｓが安定する。故に、図の制御点Ｂでポンプセル電圧Ｖｐが制御されれば、排ガス中のＮＯｘ濃度が精度良く検出できる。この場合、モニタセル電流Ｉｍの変曲点Ａは、センサセル電流Ｉｓの平坦領域から僅かに離れて存在している。また、変曲点Ａと制御点Ｂとは「オフセット値」だけ離れており、このオフセット値はセンサ機種毎に固有の数値である。但し、オフセット値は、如何なる基準でモニタセル電流Ｉｍの変曲点が設定されるかに応じて変わるものである。
【００７５】
次に、ガス濃度センサ１００の個体差や経時変化（劣化）等によりポンプセル１１０の素子インピーダンスＲｉｐが増加又は減少した場合について、ガス濃度センサ１００の出力特性を図３，図４を用いて説明する。なお、図３，図４において、実線で示す特性は前記図２で説明した基本特性であり、一点鎖線で示す特性はインピーダンス増加時又は減少時の特性である。
【００７６】
ポンプセル１１０の素子インピーダンスＲｉｐが増加した場合、図３（ａ）のようにポンプセル特性が図示の如く傾くため、ポンプセル電流Ｉｐが低下する。すると、第１チャンバー１４４内の残留酸素量が増大することから、図３（ｂ）に示すように、モニタセル電流Ｉｍ、センサセル電流Ｉｓが一点鎖線のように変化するようになる。この場合、センサセル電流Ｉｓの値が上昇し、センサセル電流Ｉｓの検出精度が低下する。
【００７７】
また、ポンプセル１１０の素子インピーダンスＲｉｐが減少した場合には、図４（ａ）のようにポンプセル特性が図示の如く立ち上がるため、ポンプセル電流Ｉｐが上昇する。すると、第１チャンバー１４４内の残留酸素量が減少することから、図４（ｂ）に示すように、モニタセル電流Ｉｍ、センサセル電流Ｉｓが一点鎖線のように変化するようになる。この場合、センサセル電流Ｉｓの値が低下し、やはりセンサセル電流Ｉｓの検出精度が低下する。
【００７８】
上記の通り、ポンプセル１１０の素子インピーダンスＲｉｐが不用意に変化すると、センサセル電流Ｉｓの検出精度が低下し、ひいてはＮＯｘ濃度が誤検出されてしまう。これは、素子インピーダンスＲｉｐの変化に伴いセンサセル電流Ｉｓの平坦領域が変動し、所定のポンプセル電圧Ｖｐを印加してもセンサセル電流Ｉｓが正しく検出できないことによる。そこで本実施の形態では、モニタセル電流Ｉｍの変曲点とセンサセル電流Ｉｓの平坦領域との相関関係が素子インピーダンスＲｉｐの変化によらず不変であることに着目し、モニタセル電流Ｉｍの変曲点を見つけ、その変曲点に基づいてポンプセル電圧Ｖｐを制御することを提案する。
【００７９】
すなわち、第１チャンバー１４４内の残留酸素量が変動するとそれに伴いモニタセル電流Ｉｍの変曲点が移動するが、その移動先の変曲点を見つけ、その変曲点でのポンプセル電圧にオフセット値を加算する。そして、オフセット値を加算したポンプセル電圧を制御点とし、印加電圧制御を実施する。これにより、センサセル電流Ｉｓの平坦領域に対応させてポンプセル電圧Ｖｐを制御し、センサセル電流Ｉｓの検出精度を向上させるようにする。
【００８０】
以下に、ポンプセル１１０の印加電圧制御を詳細に説明する。図５は、ポンプセル電圧の補正手順を示すフローチャートであり、本処理は、所定時間毎（例えば、数秒毎）の「ポンプセル電圧補正期間」にてマイコン１７０により実施される。ポンプセル電圧補正期間は、ＮＯｘ濃度を検出するためのガス濃度検出期間とは異なる期間に設けられている。つまり、通常のガス濃度検出期間では、印加電圧特性に基づきその時々のポンプセル電流Ｉｐに応じてポンプセル電圧Ｖｐが制御されて定期的（例えば４ｍｓｅｃ毎）にＮＯｘ濃度が検出される。また、ポンプセル電圧補正期間では、ＮＯｘ濃度検出が一時的に中断され、センサ個体差や劣化状態に応じてポンプセル電圧Ｖｐが適宜補正される。
【００８１】
図５において、先ずステップ１０１では、図２に示した印加電圧直線ＬＸ１（印加電圧特性）を用い、その都度のポンプセル電流Ｉｐに対応するポンプセル電圧Ｖｐを初期設定する（マップ演算する）。そして、そのポンプセル電圧Ｖｐをポンプセル１１０に印加する。また、ステップ１０２では、その時のモニタセル電流Ｉｍを計測し、取り込む。
【００８２】
ステップ１０３では、ガス濃度センサ１００が安定状態であるか否かを判別する。具体的には、ポンプセル電流Ｉｐの変化、すなわち排ガス中の酸素濃度の変化が予め規定した一定値以下の状態であり、且つその状態が一定時間継続していれば安定状態と判断する。ステップ１０３がＹＥＳであることを条件に後続のステップ１０４に進む。
【００８３】
ステップ１０４では、ポンプセル電圧Ｖｐを一定値だけ減少側に変化させる。具体的には、２〜１０ｍＶ間隔でポンプセル電圧Ｖｐを変化させる。その後、モニタセル電流Ｉｍの収束を待って、ステップ１０５でモニタセル電流Ｉｍの計測値を取り込む。
【００８４】
その後、ステップ１０６では、モニタセル電流Ｉｍの今回値からモニタセル電流Ｉｍの前回値を差し引き、モニタセル電流の変化量ΔＩｍを算出する。続くステップ１０７では、モニタセル電流の変化量ΔＩｍが所定の規定値よりも大きくなったか否かを判別する。モニタセル電流の変化量ΔＩｍが規定値以下であれば、ステップ１０３に戻る。これにより、再度ポンプセル電圧Ｖｐが一定値だけ減少側に変更され、その時のモニタセル電流の変化量ΔＩｍが判定される。
【００８５】
モニタセル電流の変化量ΔＩｍが規定値よりも大きくなった場合、ステップ１０８に進み、モニタセル電流Ｉｍの変曲点を決定する。すなわち、モニタセル電流Ｉｍが急変するポンプセル電圧Ｖｐを決定する。
【００８６】
その後、ステップ１０９では、モニタセル電流Ｉｍの変曲点に対応するポンプセル電圧Ｖｐにオフセット値を加算し、ポンプセル電圧Ｖｐの制御点を決定する。そして、この制御点でポンプセル電圧Ｖｐを制御する。最後に、ステップ１１０では、前記決定した制御点に基づいて印加電圧特性を補正する。なおこの場合、制御点でのポンプセル電圧Ｖｐと印加電圧特性との差分に基づき補正値を算出し、その補正値をバックアップＲＡＭやフラッシュＲＯＭ等のバックアップメモリに記憶保持しても良いし、或いは、制御点でのポンプセル電圧Ｖｐを用い、印加電圧特性を更新しても良い。
【００８７】
上記の如く補正又は更新された結果は、それ以降のＮＯｘ濃度検出時に適用される。すなわち、ガス濃度検出期間におけるポンプセル電圧制御に際し、マイコン１７０は、バックアップＲＡＭ等に格納された補正値を用いてポンプセル電圧Ｖｐを補正する。或いは、マイコン１７０は、特性更新済みの印加電圧特性を用い、その時々のポンプセル電流Ｉｐに応じてポンプセル電圧Ｖｐを制御する。
【００８８】
また、図６（ａ），（ｂ）はポンプセル電圧Ｖｐに対するモニタセル電流Ｉｍ、センサセル電流Ｉｓの変化を示す特性図であり、この特性図を参照しつつ本制御の動作順序を説明する。図６（ｂ）には、モニタセル電流Ｉｍの変化を拡大して示している。
【００８９】
先ず始めに印加電圧特性に基づいてポンプセル電圧Ｖｐとして電圧値Ｖ１が初期設定され、点ａ１でモニタセル電流Ｉｍが計測される。その後、ポンプセル電圧Ｖｐが所定電圧幅（一定幅）で減少側に変更され、その都度、モニタセル電流Ｉｍが計測される。この場合、ａ１→ａ２→ａ３→ａ４→ａ５の順にモニタセル電流Ｉｍが推移し、点ａ５でモニタセル電流Ｉｍが計測される時、今回値と前回値との差である変化量ΔＩｍが規定値以上になる。図６（ｂ）で説明すれば、ａ２〜ａ４での変化量ΔＩｍ１〜ΔＩｍ３は規定値（図５、ステップ１０７の規定値）以下となるが、ａ５での変化量ΔＩｍ４は規定値よりも大きくなる。このとき、ａ５直前の点ａ４が変曲点として検出される。
【００９０】
そして、変曲点（ａ４）に相当する電圧値Ｖ２にオフセット値が加算され、電圧値Ｖ３（制御点）にてポンプセル電圧Ｖｐが制御される。これにより、電圧値Ｖ３の印加に伴いセンサセル電流Ｉｓが平坦領域で検出される。この場合、電圧値Ｖ３と電圧値Ｖ１との差がポンプセル電圧Ｖｐの補正値になる。
【００９１】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に示す効果が得られる。
【００９２】
モニタセル電流Ｉｍの変曲点に対応するポンプセル電圧Ｖｐを検出し、そのポンプセル電圧Ｖｐを基準として印加電圧制御を行うことにより、Ｖｐ−Ｉｓ特性上の平坦領域で確実にセンサセル電流Ｉｓを検出することが可能となる。その結果、センサ個体差や経時変化等に影響されることなく、ガス濃度（ＮＯｘ濃度）を精度良く検出することができる。またこの場合、印加電圧特性（マップ）によるポンプセル電圧Ｖｐの設定値が大きくずれていた場合にも、そのズレが適正に修正できるようになる。
【００９３】
ガス濃度センサ１００の印加電圧特性が補正又は更新された結果はそれ以降のＮＯｘ濃度検出時に反映されるため、センサ個体差や経時変化等の影響を適正に排除することができる。
【００９４】
ガス濃度検出期間及びポンプセル電圧補正期間に分けて、ガス濃度検出並びに印加電圧特性又は該特性によるポンプセル電圧Ｖｐの補正が実施されるため、これら各処理が各々適正に実施できる。
【００９５】
上記実施の形態では、モニタセル電流Ｉｍの変曲点に対応するポンプセル電圧Ｖｐを検出し、そのポンプセル電圧Ｖｐを基準として印加電圧制御を行うこととしたが、これに代えて、センサセル電流Ｉｓの変曲点に対応するポンプセル電圧Ｖｐを検出し、そのポンプセル電圧Ｖｐを基準として印加電圧制御を行うことも可能である。
【００９６】
つまり、図２で説明した通り、ポンプセル電圧Ｖｐに対するモニタセル電流Ｉｍの特性（Ｖｐ−Ｉｍ特性）を見るとモニタセル電流Ｉｍが急変する変曲点が存在するが、ポンプセル電圧Ｖｐに対するセンサセル電流Ｉｓの特性（Ｖｐ−Ｉｓ特性）を見ても同様に、センサセル電流Ｉｓが急変する変曲点が存在する（図２（ｂ）では、点Ａがモニタセル電流Ｉｍの変曲点を示し、点Ｃがセンサセル電流Ｉｓの変曲点を示す）。そこで、センサセル電流Ｉｓの変曲点と同電流Ｉｓの平坦領域との関係を考慮し、センサセル電流Ｉｓの変曲点の位置に応じてポンプセル電圧Ｖｐを制御することを提案する。
【００９７】
具体的には、その処理手順は概ね上記図５に準ずれば良く、同図５中のモニタセル電流Ｉｍやその変化量ΔＩｍの記載を、センサセル電流Ｉｓやその変化量ΔＩｓに変更すれば良い。概要を説明すれば、ポンプセル電圧Ｖｐの初期設定値を印加した後、その時のセンサセル電流Ｉｓを計測し取り込む。更に、ポンプセル電圧Ｖｐを一定値ずつ段階的に減少させ、その都度のセンサセル電流の変化量ΔＩｓ（Ｉｓの今回値−前回値）を算出する。そして、センサセル電流の変化量ΔＩｓが所定の規定値よりも大きくなった時点でセンサセル電流Ｉｓの変曲点を決定する。その後、センサセル電流Ｉｓの変曲点に対応するポンプセル電圧Ｖｐにオフセット値を加算し、ポンプセル電圧Ｖｐの制御点を決定する。そして、この制御点でポンプセル電圧Ｖｐを制御する。このとき、前述の通り前記決定した制御点に基づいて印加電圧特性の補正又は更新を行い、その補正又は更新された結果はそれ以降のＮＯｘ濃度検出時に適宜適用される。
【００９８】
モニタセル電流Ｉｍの変曲点に代えてセンサセル電流Ｉｓの変曲点を検出する上記構成であっても、既述の通りＶｐ−Ｉｓ特性上の平坦領域で確実にセンサセル電流Ｉｓを検出することが可能となる。その結果、センサ個体差や経時変化等に影響されることなく、ガス濃度（ＮＯｘ濃度）を精度良く検出することができる。
【００９９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明における第２の実施の形態について、上述した第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【０１００】
上記第１の実施の形態では、ポンプセル電圧Ｖｐを所定電圧幅で変化させる際、モニタセル電流Ｉｍの今回値と前回値との差（変化量ΔＩｍ）に基づいてモニタセル電流Ｉｍの変曲点を検出したが、この構成を変更する。つまり本実施の形態では、ポンプセル電圧Ｖｐの初期設定値に対するモニタセル電流Ｉｍを基準値とし、その基準値からの変化量によりモニタセル電流Ｉｍの変曲点を検出することとしている。
【０１０１】
図７（ａ），（ｂ）はポンプセル電圧Ｖｐに対するモニタセル電流Ｉｍ、センサセル電流Ｉｓの変化を示す特性図であり、この特性図を参照しつつ本制御の動作順序を説明する。図７（ｂ）には、モニタセル電流Ｉｍの変化を拡大して示している。
【０１０２】
先ず始めに印加電圧特性に基づいてポンプセル電圧Ｖｐとして電圧値Ｖ１が初期設定され、点ａ１でモニタセル電流Ｉｍが計測される。その後、ポンプセル電圧Ｖｐが所定電圧幅で減少側に変更され、その都度、モニタセル電流Ｉｍが計測される。この場合、ａ１→ａ２→ａ３→ａ４→ａ５の順にモニタセル電流Ｉｍが推移する。これまでは前記図６で説明した通りである。但し前記図６との相違点として、本実施の形態では、電圧値Ｖ１（ポンプセル電圧の初期設定値）が印加された時のモニタセル電流（ａ１の電流値）がメモリに記憶され、ａ１の電流値を基準にモニタセル電流の変化量ΔＩｍａが判定される。
【０１０３】
この場合、図７（ｂ）に示すように、モニタセル電流の変化量としてΔＩｍａ１，ΔＩｍａ２，ΔＩｍａ３，ΔＩｍａ４が順次算出される。このとき、ΔＩｍａ４が所定の規定値よりも大きくなり、ａ５直前の点ａ４が変曲点として検出される。そして、前記図６と同様、変曲点に相当する電圧値Ｖ２にオフセット値が加算され、電圧値Ｖ３にてポンプセル電圧Ｖｐが制御される。
【０１０４】
図８は、本実施の形態におけるポンプセル電圧の補正手順を示すフローチャートであり、本処理は前記図５の処理に置き換えて実施される。図８において、前記図５との相違点はステップ２０２，２０６，２０７であり、それ以外はステップ番号のみ相違する。以下、図８を前記図５との相違点を中心に説明する。
【０１０５】
図８において、ポンプセル電圧Ｖｐを初期設定した後、その時のモニタセル電流Ｉｍを計測してＲＡＭ等のメモリに記憶する（ステップ２０１，２０２）。その後、ガス濃度センサ１００が安定状態であることを条件に、ポンプセル電圧Ｖｐを一定値だけ減少側に変化させ、モニタセル電流Ｉｍの収束を待ってモニタセル電流Ｉｍの計測値を取り込む（ステップ２０３〜２０５）。
【０１０６】
ステップ２０６では、モニタセル電流Ｉｍの今回値から前記ステップ２０２で記憶したモニタセル電流Ｉｍ（Ｉｍ記憶値）を差し引き、モニタセル電流の変化量ΔＩｍａを算出する。続くステップ２０７では、モニタセル電流の変化量ΔＩｍａが所定の規定値よりも大きくなったか否かを判別する。モニタセル電流の変化量ΔＩｍａが規定値以下であれば、ステップ２０３に戻る。これにより、再度ポンプセル電圧Ｖｐが一定値だけ減少側に変更され、その時のモニタセル電流の変化量ΔＩｍａが判定される。
【０１０７】
モニタセル電流の変化量ΔＩｍａが規定値よりも大きくなった場合、前記図５と同様に、
・モニタセル電流Ｉｍの変曲点を決定する。
【０１０８】
・変曲点でのポンプセル電圧Ｖｐにオフセット値を加算してポンプセル電圧Ｖｐの制御点を決定する。
【０１０９】
・印加電圧特性を更新する。
といった処理を実施する（ステップ２０８〜２１０）。
【０１１０】
以上第２の実施の形態では、上述した第１の実施の形態の効果に加え、以下の効果が得られる。つまり、ポンプセル電圧Ｖｐの初期設定値からの変化量によりモニタセル電流Ｉｍの変曲点を検出するため、モニタセル電流Ｉｍに含まれるノイズの悪影響を抑制することができる。
【０１１１】
本第２の実施の形態においても、モニタセル電流Ｉｍの変曲点に代えてセンサセル電流Ｉｓの変曲点を検出する構成が適用でき、かかる構成でも同等の効果が得られる。
【０１１２】
具体的には、その処理手順は概ね上記図８に準ずれば良く、同図８中のモニタセル電流Ｉｍやその変化量ΔＩｍａの記載を、センサセル電流Ｉｓやその変化量ΔＩｓａに変更すれば良い。簡単に説明すれば、ポンプセル電圧Ｖｐを初期設定した後、その時のセンサセル電流Ｉｓ（初期値）を計測してＲＡＭ等のメモリに記憶する。その後、ポンプセル電圧Ｖｐを一定値ずつ段階的に減少させ、前記記憶したＲＡＭ値（初期値）からのセンサセル電流の変化量ΔＩｓａ（Ｉｓの今回値−ＲＡＭ値）を算出する。そして、センサセル電流の変化量ΔＩｓａが所定の規定値よりも大きくなった時点でセンサセル電流Ｉｓの変曲点を決定する。その後、前記同様に、ポンプセル電圧Ｖｐの制御点を決定し、更に印加電圧特性の補正又は更新を行う。
【０１１３】
（第３の実施の形態）
また、第３の実施の形態では、ポンプセル電圧Ｖｐを所定電圧幅で変化させる際、モニタセル電流Ｉｍがほぼ一定となる領域以外でモニタセル電流Ｉｍの基準値を決定し、その基準値からの変化量によりモニタセル電流Ｉｍの変曲点を検出することとしている。
【０１１４】
図９（ａ），（ｂ）はポンプセル電圧Ｖｐに対するモニタセル電流Ｉｍ、センサセル電流Ｉｓの変化を示す特性図であり、この特性図を参照しつつ本制御の動作順序を説明する。図９（ｂ）には、モニタセル電流Ｉｍの変化を拡大して示している。
【０１１５】
先ず始めに印加電圧特性に基づいてポンプセル電圧Ｖｐとして電圧値Ｖ１が初期設定され、点ａ１でモニタセル電流Ｉｍが計測される。その後、ポンプセル電圧Ｖｐが所定電圧幅で減少側に変更され、その都度、モニタセル電流Ｉｍが計測される。この場合、ａ１→ａ２→ａ３→ａ４→ａ５の順にモニタセル電流Ｉｍが推移する。これまでは前記図６や前記図７で説明した通りである。但し本実施の形態では、電圧値Ｖ１（ポンプセル電圧Ｖｐの初期設定値）が印加された時のモニタセル電流（ａ１の電流値）がメモリに記憶され、更にその後、ａ２，ａ３でモニタセル電流Ｉｍの変化がごく僅かであれば、メモリに記憶されたモニタセル電流Ｉｍ（Ｉｍ記憶値）が順次更新される。すなわち、図例の如くａ３以前（図の右側）でモニタセル電流Ｉｍがほぼ一定である場合、Ｉｍ特性上の平坦領域にあるとみなされ、メモリのＩｍ記憶値がａ１→ａ２→ａ３でのＩｍ値に順次更新される。故に、メモリには最終的にａ３の電流値が記憶され、ａ３の電流値を基準にモニタセル電流の変化量ΔＩｍａが判定される。
【０１１６】
この場合、図９（ｂ）に示すように、モニタセル電流の変化量としてΔＩｍａ１１，ΔＩｍａ１２が順次算出され、ΔＩｍａ１２が所定の規定値よりも大きくなる。このとき、ａ５直前の点ａ４が変曲点として検出される。そして、前記図６や前記図７と同様、変曲点に相当する電圧値Ｖ２にオフセット値が加算され、電圧値Ｖ３にてポンプセル電圧Ｖｐが制御される。
【０１１７】
図１０は、本実施の形態におけるポンプセル電圧の補正手順を示すフローチャートであり、本処理は前記図５や図８の処理に置き換えて実施される。図１０において、前記図８との相違点はステップ３０６，３０７であり、それ以外はステップ番号のみ相違する。以下、図１０を前記図８との相違点を中心に説明する。
【０１１８】
図１０において、ポンプセル電圧Ｖｐを初期設定した後、その時のモニタセル電流Ｉｍを計測してＲＡＭ等のメモリに記憶する（ステップ３０１，３０２）。その後、ガス濃度センサ１００が安定状態であることを条件に、ポンプセル電圧Ｖｐを一定値だけ減少側に変化させ、モニタセル電流Ｉｍの収束を待ってモニタセル電流Ｉｍの計測値を取り込む（ステップ３０３〜３０５）。
【０１１９】
ステップ３０６では、モニタセル電流変化の推移がほぼ一定であるか否かを判別する。この場合、所定電圧幅毎のモニタセル電流の変化量が例えば１０％以下であればステップ３０７に進み、メモリ内のモニタセル電流Ｉｍ（Ｉｍ記憶値）をその時の値で更新する。モニタセル電流Ｉｍの更新後、ステップ３０３に戻る。
【０１２０】
ステップ３０６がＮＯとなりステップ３０８に進むと、モニタセル電流Ｉｍの今回値から前記ステップ３０２又は３０７で記憶したモニタセル電流Ｉｍを差し引き、モニタセル電流の変化量ΔＩｍａを算出する。続くステップ３０９では、モニタセル電流の変化量ΔＩｍａが所定の規定値よりも大きくなったか否かを判別する。モニタセル電流の変化量ΔＩｍａが規定値以下であれば、ステップ３０３に戻る。
【０１２１】
モニタセル電流の変化量ΔＩｍａが規定値よりも大きくなった場合、前記図８等と同様に、
・モニタセル電流Ｉｍの変曲点を決定する。
【０１２２】
・変曲点でのポンプセル電圧Ｖｐにオフセット値を加算してポンプセル電圧Ｖｐの制御点を決定する。
【０１２３】
・印加電圧特性を更新する。
【０１２４】
といった処理を実施する（ステップ３１０〜３１２）。
【０１２５】
以上第３の実施の形態によれば、モニタセル電流Ｉｍがほぼ一定となる領域を使わず、それ以外の領域でモニタセル電流Ｉｍの変化量から変曲点が検出される。従って、モニタセル電流Ｉｍに含まれるノイズの悪影響を抑制することができる。特にこの場合、モニタセル電流Ｉｍが急変し始める辺りのＩｍ値を基準にモニタセル電流Ｉｍの変曲点が検出されるため、電流一定領域（モニタセル電流Ｉｍがほぼ一定の領域）での電流変化分が排除でき、検出精度がより一層向上する。
【０１２６】
本第３の実施の形態においても、モニタセル電流Ｉｍの変曲点に代えてセンサセル電流Ｉｓの変曲点を検出する構成が適用でき、かかる構成でも同等の効果が得られる。
【０１２７】
具体的には、その処理手順は概ね上記図１０に準ずれば良く、同図１０中のモニタセル電流Ｉｍやその変化量ΔＩｍａの記載を、センサセル電流Ｉｓやその変化量ΔＩｓａに変更すれば良い。簡単に説明すれば、ポンプセル電圧Ｖｐを初期設定した後、その時のセンサセル電流Ｉｓ（初期値）を計測してＲＡＭ等のメモリに記憶する。このＲＡＭ値は、センサセル電流Ｉｓがほぼ一定となる領域内で順次更新される。その後、ポンプセル電圧Ｖｐを一定値ずつ段階的に減少させ、前記ＲＡＭ値からのセンサセル電流の変化量ΔＩｓａ（Ｉｓの今回値−ＲＡＭ値）を算出する。そして、センサセル電流の変化量ΔＩｓａが所定の規定値よりも大きくなった時点でセンサセル電流Ｉｓの変曲点を決定する。その後、前記同様に、ポンプセル電圧Ｖｐの制御点を決定し、更に印加電圧特性の補正又は更新を行う。
【０１２８】
（第４の実施の形態）
ガス濃度センサ１００の劣化等により素子インピーダンスが上昇し、それが原因でポンプセル特性が傾き（図３参照）、第１チャンバー１４４内の残留酸素が過剰に増加した場合、モニタセル電流Ｉｍの変曲点よりも低電圧側でポンプセル電圧Ｖｐの初期値（マップ値）が設定されることが考えられる。かかる場合、ポンプセル電圧Ｖｐを初期設定値から増加側に変化させ、モニタセル電流Ｉｍの変曲点を検出する。
【０１２９】
図１１（ａ），（ｂ）はポンプセル電圧Ｖｐに対するモニタセル電流Ｉｍ、センサセル電流Ｉｓの変化を示す特性図であり、この特性図を参照しつつ本制御の動作順序を説明する。図１１（ｂ）には、モニタセル電流Ｉｍの変化を拡大して示している。
【０１３０】
先ず始めに印加電圧特性に基づいてポンプセル電圧Ｖｐとして電圧値Ｖ１１が初期設定され、点ｂ１でモニタセル電流Ｉｍが計測される。その後、ポンプセル電圧Ｖｐが所定電圧幅で増加側に変更され、その都度、モニタセル電流Ｉｍが計測される。この場合、ｂ１→ｂ２→ｂ３→ｂ４の順にモニタセル電流Ｉｍが推移し、点ｂ４でモニタセル電流Ｉｍが計測される時、今回値と前回値との差である変化量ΔＩｍが規定値以上になる。図１１（ｂ）で説明すれば、ｂ２，ｂ３での変化量ΔＩｍ１１，ΔＩｍ１２は規定値以下となるが、ｂ４での変化量ΔＩｍ１３は規定値よりも大きくなる。このとき、ｂ４直前の点ｂ３が変曲点として検出される。
【０１３１】
そして、変曲点（ｂ３）に相当する電圧値Ｖ１２にオフセット値が加算され、電圧値Ｖ１３にてポンプセル電圧Ｖｐが制御される。これにより、電圧値Ｖ１３の印加に伴いセンサセル電流Ｉｓが平坦領域で検出される。この場合、電圧値Ｖ１３と電圧値Ｖ１１との差がポンプセル電圧Ｖｐの補正値になる。
【０１３２】
図１２は、本実施の形態におけるポンプセル電圧の補正手順を示すフローチャートであり、本処理は前記図５等の処理に置き換えて実施される。図１２の処理は、ポンプセル電圧Ｖｐを所定電圧幅で増加させるようにしたことだけが新しく、以下、図１２を前記図５等との相違点を中心に説明する。
【０１３３】
図１２において、ポンプセル電圧Ｖｐを初期設定した後、その時のモニタセル電流Ｉｍを計測し取り込む（ステップ４０１，４０２）。その後、ガス濃度センサ１００が安定状態であることを条件に、ポンプセル電圧Ｖｐを一定値だけ増加側に変化させ、モニタセル電流Ｉｍの収束を待ってモニタセル電流Ｉｍの計測値を取り込む（ステップ４０３〜４０５）。
【０１３４】
その後、モニタセル電流の変化量ΔＩｍを算出し、その変化量ΔＩｍが所定の規定値よりも小さくなったか否かを判別する（ステップ４０６，４０７）。モニタセル電流の変化量ΔＩｍが規定値以上であれば、ステップ４０３に戻る。これにより、再度ポンプセル電圧Ｖｐが一定値だけ増加側に変更され、その時のモニタセル電流の変化量ΔＩｍが判定される。
【０１３５】
モニタセル電流の変化量ΔＩｍが規定値よりも小さくなった場合、
・モニタセル電流Ｉｍの変曲点を決定する。
【０１３６】
・変曲点でのポンプセル電圧Ｖｐにオフセット値を加算してポンプセル電圧Ｖｐの制御点を決定する。
【０１３７】
・印加電圧特性を更新する。
【０１３８】
といった処理を実施する（ステップ４０８〜４１０）。
【０１３９】
以上第４の実施の形態によれば、ポンプセル電圧Ｖｐを増加側に変化させることでモニタセル電流Ｉｍの変曲点を検出し、ひいては、既述の各実施の形態と同様にセンサ個体差や経時変化等に影響されることなく、ＮＯｘ濃度を精度良く検出することができる。
【０１４０】
なお、ポンプセル電圧Ｖｐを増加側に変化させる場合にも、前記第２の実施の形態にように、ポンプセル電圧Ｖｐの初期設定値からのＩｍ変化量によりモニタセル電流Ｉｍの変曲点を検出する構成、或いは前記第３の実施の形態のように、モニタセル電流Ｉｍがほぼ一定となる領域を使わず、それ以外でのモニタセル電流Ｉｍの変化量から変曲点を検出する構成を用いることが可能である。
【０１４１】
本第４の実施の形態においても、モニタセル電流Ｉｍの変曲点に代えてセンサセル電流Ｉｓの変曲点を検出する構成が適用でき、かかる構成でも同等の効果が得られる。
【０１４２】
具体的には、その処理手順は概ね上記図１２に準ずれば良く、同図１２中のモニタセル電流Ｉｍやその変化量ΔＩｍの記載を、センサセル電流Ｉｓやその変化量ΔＩｓに変更すれば良い。簡単に説明すれば、ポンプセル電圧Ｖｐを初期設定した後、その時のセンサセル電流Ｉｓを計測し取り込む。その後、ポンプセル電圧Ｖｐを一定値ずつ段階的に増加させ、その都度のセンサセル電流の変化量ΔＩｓ（Ｉｓの前回値−今回値）を算出する。そして、センサセル電流の変化量ΔＩｓが所定の規定値よりも小さくなった時点でセンサセル電流Ｉｓの変曲点を決定する。その後、前記同様に、ポンプセル電圧Ｖｐの制御点を決定し、更に印加電圧特性の補正又は更新を行う。
【０１４３】
（第５の実施の形態）
上記各実施の形態では、ポンプセル電圧Ｖｐを所定電圧幅で段階的に変更し、その都度のモニタセル電流Ｉｍの値（電流レベル）に応じてモニタセル電流Ｉｍの変曲点を検出する構成であったが、かかる構成では、Ｖｐ変更後、モニタセル電流Ｉｍの収束を待つ必要がある。そのため、モニタセル電流Ｉｍの検出に時間を要することが考えられる。また、モニタセル電流Ｉｍの変化点を検出するために、モニタセル電流Ｉｍと同調して変化するセンサセル電流Ｉｓも変化することとなり、センサ特性に影響を及ぼすことがあると考えられる。
【０１４４】
そこで本実施の形態では、段階的な電圧変化の都度、ポンプセル電圧Ｖｐを正負少なくとも何れかに一時的に変化させ、その時のモニタセル電流Ｉｍの応答波形によりモニタセル電流Ｉｍの変曲点を検出する。その概要を図１３で説明する。
【０１４５】
図１３において、先ず始めに印加電圧特性に基づいてポンプセル電圧Ｖｐとして電圧値Ｖ１が初期設定され、その後、ポンプセル電圧Ｖｐが所定電圧幅で減少側に変更される。そのＶｐ変更の都度、該ポンプセル電圧Ｖｐが一時的に負側に振られ、それに伴うモニタセル電流Ｉｍの応答波形から変曲点の有無が確認される。この場合、ポンプセル電圧Ｖｐを一時的に変化させる電圧幅を、少なくとも所定電圧幅よりも大きくする。また、ポンプセル電圧Ｖｐを一時的に変化させる時間を、例えば２００ｍｓｅｃ以下（周波数５Ｈｚ以上）とし、より望ましくは１００ｍｓｅｃ以下（周波数１０Ｈｚ以上）とする。
【０１４６】
図では、電圧値Ｖ２でモニタセル電流Ｉｍの変曲点が検出される。そして、前述の各実施の形態と同様、変曲点に相当する電圧値Ｖ２にオフセット値が加算され、電圧値Ｖ３にてポンプセル電圧Ｖｐが制御される。
【０１４７】
図１４は、ポンプセル電圧Ｖｐの変化に伴うモニタセル電流Ｉｍ、センサセル電流Ｉｓの変化を示すタイムチャートである。図１４に示すように、ポンプセル電圧Ｖｐは段階的に減少側に変更され（Ｖａ→Ｖｂ→Ｖｃ→Ｖｄの順）、Ｖｐ変更の都度、短時間の掃引波形が加えられる。この場合、Ｖａ（Ｖ１），Ｖｂ，Ｖｃで掃引波形を加えた時はモニタセル電流Ｉｍの変化量が小さく、Ｖｄ（Ｖ２）で掃引波形を加えた時はモニタセル電流Ｉｍの変化量が大きくなる。つまり、変曲点付近ではモニタセル電流Ｉｍの応答が大きくなる。従って、モニタセル電流Ｉｍの変曲点が容易に検出できる。なお、センサセル電流Ｉｓの波形はモニタセル電流Ｉｍの波形に概ね一致する。
【０１４８】
図１５は、本実施の形態におけるポンプセル電圧の補正手順を示すフローチャートであり、本処理は前記図５等の処理に置き換えて実施される。図１５の処理では、ステップ５０２〜５０５が新規部分である。以下、図１５を前記図５等との相違点を中心に説明する。
【０１４９】
図１５において、ステップ５０１でポンプセル電圧Ｖｐを初期設定した後、ステップ５０２では、ポンプセル電圧Ｖｐを所定の振幅で掃引させる（一時的に負側に変化させる）。その後、ステップ５０３では、Ｖｐ掃引時のモニタセル電流の変化量ΔＩを計測し、続くステップ５０４では、モニタセル電流の変化量ΔＩが規定値よりも大きいか否かを判別する。ΔＩ≦規定値の場合ステップ５０５に進み、ポンプセル電圧Ｖｐを一定値だけ減少側に変化させた後、ステップ５０２に戻る。
【０１５０】
以後、ΔＩ＞規定値が成立するまでステップ５０２〜５０５を繰り返し実施し、ΔＩ＞規定値が成立するとステップ５０６に進む。この場合前述の通り、
・モニタセル電流Ｉｍの変曲点を決定する。
【０１５１】
・変曲点でのポンプセル電圧Ｖｐにオフセット値を加算してポンプセル電圧Ｖｐの制御点を決定する。
【０１５２】
・印加電圧特性を更新する。
【０１５３】
といった処理を実施する（ステップ５０６〜５０８）。
【０１５４】
以上第５の実施の形態によれば、Ｖｐ掃引波形に対する電流波形のモニタによりモニタセル電流Ｉｍの変曲点が検出されるため、電圧変化時におけるモニタセル電流Ｉｍの収束を待つ必要が無く、変曲点が短時間に検出できる。その結果、印加電圧補正に要する時間を短縮することが可能となる。
【０１５５】
なお、ポンプセル電圧Ｖｐを一時的に変化（掃引）させる方向は負側に限らず、正負両側或いは正側としても良い。正負両側にポンプセル電圧Ｖｐを掃引させる場合、掃引時におけるポンプセル電圧Ｖｐの復帰が早められる。
【０１５６】
本第５の実施の形態においても、モニタセル電流Ｉｍの変曲点に代えてセンサセル電流Ｉｓの変曲点を検出する構成が適用でき、かかる構成でも同等の効果が得られる。
【０１５７】
具体的には、その処理手順は概ね上記図１５に準ずれば良く、同図１５中のモニタセル電流Ｉｍの記載を、センサセル電流Ｉｓに変更すれば良い。簡単に説明すれば、ポンプセル電圧Ｖｐを初期設定した後、このポンプセル電圧Ｖｐを所定の振幅で掃引させ、Ｖｐ掃引時のセンサセル電流の変化量ΔＩを計測する。これを、ポンプセル電圧Ｖｐを一定値ずつ段階的に減少させながら繰り返し行い、センサセル電流の変化量ΔＩが所定の規定値よりも大きくなった時点でセンサセル電流Ｉｓの変曲点を決定する。その後、前記同様に、ポンプセル電圧Ｖｐの制御点を決定し、更に印加電圧特性の補正又は更新を行う。
【０１５８】
（第６の実施の形態）
本実施の形態では、ポンプセル電圧Ｖｐを所定電圧幅で段階的に変化させる構成を無くし、ポンプセル電圧Ｖｐの初期設定値（マップ値）を大きさの異なる振幅で各々一時的に変化させ、その都度のモニタセル電流Ｉｍの応答波形によりモニタセル電流Ｉｍの変曲点を検出する。その概要を図１６で説明する。
【０１５９】
図１６において、先ず始めに印加電圧特性に基づいてポンプセル電圧Ｖｐとして電圧値Ｖ１が初期設定される。その後、ポンプセル電圧Ｖｐが複数の振幅で一時的に負側に振られ、それに伴うモニタセル電流Ｉｍの応答波形から変曲点の有無が確認される。この場合、ポンプセル電圧Ｖｐを一時的に変化させる時間を、例えば２００ｍｓｅｃ以下（周波数５Ｈｚ以上）とし、より望ましくは１００ｍｓｅｃ以下（周波数１０Ｈｚ以上）とする。
【０１６０】
図では、各振幅でのポンプセル電圧Ｖｐの掃引により、電圧値Ｖ２でモニタセル電流Ｉｍの変曲点が検出される。そして、前述の各実施の形態と同様、変曲点に相当する電圧値Ｖ２にオフセット値が加算され、電圧値Ｖ３にてポンプセル電圧Ｖｐが制御される。
【０１６１】
図１７は、ポンプセル電圧Ｖｐの変化に伴うモニタセル電流Ｉｍ、センサセル電流Ｉｓの変化を示すタイムチャートである。図１７に示すように、ポンプセル電圧Ｖｐには、電圧値Ｖ１（Ｖｐ初期設定値）を基準にして３種類の掃引波形が加えられる。ここで、ポンプセル電圧Ｖｐの振幅はΔＶ１，ΔＶ２，ΔＶ３であり、一例としてΔＶ２はΔＶ１の２倍、ΔＶ３はΔＶ１の３倍とする。この場合、各振幅ΔＶ１〜ΔＶ３に対応するモニタセル電流Ｉｍの変化量は各々異なり、それらＩｍ変化量からモニタセル電流Ｉｍの変曲点が検出できる。
【０１６２】
図１８及び図１９は、本実施の形態におけるポンプセル電圧の補正手順を示すフローチャートであり、本処理は前記図５等の処理と同様、所定時間毎（例えば、数秒毎）の「ポンプセル電圧補正期間」にてマイコン１７０により実施される。
【０１６３】
図１８において、ステップ６０１でポンプセル電圧Ｖｐを初期設定した後、ステップ６０２〜６０７では、ポンプセル電圧Ｖｐを振幅ΔＶ１，ΔＶ２，ΔＶ３で掃引させ、その都度のモニタセル電流の変化量を計測する。すなわち、
・ステップ６０２，６０３では、ΔＶ１掃引時におけるモニタセル電流の変化量ΔＩ１を計測する。
【０１６４】
・ステップ６０４，６０５では、ΔＶ２掃引時におけるモニタセル電流の変化量ΔＩ２を計測する。
【０１６５】
・ステップ６０６，６０７では、ΔＶ３掃引時におけるモニタセル電流の変化量ΔＩ３を計測する。
【０１６６】
その後、ステップ６０８では、ΔＩ２−ΔＩ１＝Ａ、ΔＩ３−ΔＩ２＝Ｂとして、差分値Ａ，Ｂを算出する。また、図１９のステップ６０９〜６１５では、前記の如く算出したΔＩ１，Ａ，Ｂに応じてモニタセル電流Ｉｍの変曲点を検出する。ここで、モニタセル電流Ｉｍの変曲点がどのように決定されるかを図２０を参照しながら説明する。図２０では、センサ劣化等によりＶｐ−Ｉｍ特性がＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４のように変化し、それに伴いモニタセル電流Ｉｍの変曲点が１〜４に変動する状態を示す。なお、電圧値Ｖ１はポンプセル電圧の初期設定値である。
【０１６７】
図２０において、Ｘ１〜Ｘ４の各領域は、Ｉｍ変曲点を特定するためのポンプセル電圧Ｖｐの領域を示しており、詳細には、
・領域Ｘ１は、「Ｖ１−ΔＶ３」以下の電圧領域、
・領域Ｘ２は、「Ｖ１−ΔＶ３〜Ｖ１−ΔＶ２」の電圧領域、
・領域Ｘ３は、「Ｖ１−ΔＶ２〜Ｖ１−ΔＶ１」の電圧領域、
・領域Ｘ４は、「Ｖ１−ΔＶ１」以上の電圧領域、
である。
【０１６８】
図１９のステップ６０９では、ΔＶ１掃引時の電流変化量ΔＩ１が所定の基準値Ｋよりも大きいか否かを判別する。また、ステップ６１０では、差分値Ａが基準値Ｋよりも大きいか否かを判別し、ステップ６１１では、差分値Ｂが基準値Ｋよりも大きいか否かを判別する。
【０１６９】
この場合、ガス濃度センサ１００の特性が図２０の特性Ｔ４であれば、ΔＶ１掃引時の電流変化量ΔＩ１が基準値Ｋを越え、ステップ６０９がＹＥＳとなる。従って、ステップ６１２において、図２０のＸ４領域でモニタセル電流Ｉｍの変曲点を決定する。すなわち、図２０では変曲点４が認定される。
【０１７０】
また、ガス濃度センサ１００の特性が図２０の特性Ｔ３であれば、Ａ（＝ΔＩ２−ΔＩ１）が基準値Ｋを越え、ステップ６１０がＹＥＳとなる。従って、ステップ６１３において、図２０のＸ３領域でモニタセル電流Ｉｍの変曲点を決定する。すなわち、図２０では変曲点３が認定される。
【０１７１】
また、ガス濃度センサ１００の特性が図２０の特性Ｔ２であれば、Ｂ（＝ΔＩ３−ΔＩ２）が基準値Ｋを越え、ステップ６１１がＹＥＳとなる。従って、ステップ６１４において、図２０のＸ２領域でモニタセル電流Ｉｍの変曲点を決定する。すなわち、図２０では変曲点２が認定される。
【０１７２】
更に、ガス濃度センサ１００の特性が図２０の特性Ｔ１であれば、ステップ６０９〜６１１が何れもＮＯとなる。従って、ステップ６１５において、図２０のＸ１領域でモニタセル電流Ｉｍの変曲点を決定する。すなわち、図２０では変曲点１が認定される。
【０１７３】
モニタセル電流Ｉｍの変曲点を決定した後、
・変曲点でのポンプセル電圧Ｖｐにオフセット値を加算してポンプセル電圧Ｖｐの制御点を決定する。
【０１７４】
・印加電圧特性を更新する。
【０１７５】
といった処理を実施する（ステップ６１６，６１７）。
【０１７６】
但し、上記した変曲点決定の手法は一例にすぎず、より簡易にはポンプセル電圧Ｖｐを１種類又は２種類の振幅で掃引させたり、より精密にはポンプセル電圧Ｖｐを４種類以上の異なる振幅で掃引させたりすることも可能である。また、モニタセル電流の変化量から変曲点をサーチするアルゴリズムを他に構築することも可能である。
【０１７７】
以上第６の実施の形態によれば、ポンプセル電圧Ｖｐの振幅とその時のモニタセル電流Ｉｍの応答波形とからモニタセル電流Ｉｍの変曲点が良好に検出できる。なお、ポンプセル電圧Ｖｐを負側に掃引させるのに代えて、ポンプセル電圧Ｖｐを正側に掃引させることも可能である。
【０１７８】
また、上記構成に代えて、ポンプセル電圧Ｖｐを正負両方向に一時的に変化させて正負両方向のモニタセル電流Ｉｍの変化量を各々計測し、正負両方向の各々の電流変化量に応じてモニタセル電流Ｉｍの変曲点を検出する構成としても良い。この場合、図２１に示すように、ポンプセル電圧Ｖｐが電圧値Ｖ１を基準に正負両側に一時的に振られる（掃引される）。すると、モニタセル電流Ｉｍの変曲点が近いか遠いかに応じてモニタセル電流Ｉｍが大きく変化する。
【０１７９】
例えば電圧値Ｖ１の近くに変曲点が存在しない場合、図２２（ａ）に示すように、Ｖｐ掃引に伴いモニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓが僅かに変化し、更に正負何れの変化量がほぼ一致する。この場合、モニタセル電流Ｉｍの変曲点が変化していない旨判定される。これに対し、電圧値Ｖ１の近くに変曲点が存在する場合、図２２（ｂ）に示すように、Ｖｐ掃引に伴いモニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓの変化が正負両側で不均一となる。この場合、モニタセル電流Ｉｍの変曲点が変化したと判定される。特に、モニタセル電流Ｉｍの変化が大きいポンプセル電圧Ｖｐの変化方向とは逆方向（図では正電圧側）にモニタセル電流Ｉｍの変曲点が変化した旨判定される。
【０１８０】
本第６の実施の形態においても、モニタセル電流Ｉｍの変曲点に代えてセンサセル電流Ｉｓの変曲点を検出する構成が適用でき、かかる構成でも同等の効果が得られる。
【０１８１】
具体的には、その処理手順は概ね上記図１８及び図１９に準ずれば良く、同図１８及び図１９中のモニタセル電流Ｉｍの記載を、センサセル電流Ｉｓに変更すれば良い。簡単に説明すれば、ポンプセル電圧Ｖｐを初期設定した後、ポンプセル電圧Ｖｐを振幅ΔＶ１，ΔＶ２，ΔＶ３でそれぞれ掃引させ、その都度のセンサセル電流の変化量を計測する。そして、それら電流変化量に基づいてセンサセル電流Ｉｓの変曲点を検出する。その後、前記同様に、ポンプセル電圧Ｖｐの制御点を決定し、更に印加電圧特性の補正又は更新を行う。なお、センサセル電流Ｉｓの変曲点がどのように決定されるかは上記図２０で説明した通りである。
【０１８２】
また、ポンプセル電圧Ｖｐを正負両方向に一時的に変化させて正負両方向のセンサセル電流Ｉｓの変化量を各々計測し、正負両側の各々の電流変化量に応じてセンサセル電流Ｉｓの変曲点を検出する構成としても良い（図２１，図２２参照）。このとき、センサセル電流Ｉｓの変曲点が近ければＶｐ掃引に伴いセンサセル電流Ｉｓの変化が正負両側で不均一となる。故に、センサセル電流Ｉｓの変曲点が変化したと判定できる。
【０１８３】
（第７の実施の形態）
上述した各実施の形態では、モニタセル電流Ｉｍの変曲点を検出した後、その変曲点に対応するポンプセル電圧Ｖｐにオフセット値を加算してポンプセル電圧Ｖｐの制御点を算出したが、本実施の形態ではこの構成を変更する。つまり本実施の形態では、ポンプセル電圧Ｖｐを所定電圧幅で段階的に変化させてＩｍ変曲点相当の「第１のポンプセル電圧」を検出すると共に、その後、ポンプセル電圧Ｖｐの変化方向を反転させて該Ｖｐを所定電圧幅で段階的に変化させ、モニタセル電流Ｉｍがほぼ一定となる「第２のポンプセル電圧」を検出する。そして、この第２のポンプセル電圧を制御点としてポンプセル電圧Ｖｐを制御する。
【０１８４】
図２３（ａ），（ｂ）はポンプセル電圧Ｖｐに対するモニタセル電流Ｉｍ、センサセル電流Ｉｓの変化を示す特性図であり、この特性図を参照しつつ本制御の動作順序を説明する。ここで、図２３（ａ）には、ポンプセル電圧Ｖｐを減少側に変更してモニタセル電流Ｉｍの変曲点（第１のポンプセル電圧）を検出する動作を示し、図２３（ｂ）には、Ｉｍ変曲点のポンプセル電圧Ｖｐから該Ｖｐを増加側に変更してポンプセル電圧Ｖｐの制御点（第２のポンプセル電圧）を検出する動作を示す。
【０１８５】
図２３（ａ）に示すように、先ず始めに印加電圧特性に基づいてポンプセル電圧Ｖｐとして電圧値Ｖ１が初期設定され、点ａ１でモニタセル電流Ｉｍが計測される。その後、ポンプセル電圧Ｖｐが所定電圧幅で減少側に変更され、その都度、モニタセル電流Ｉｍが計測される。この場合、ａ１→ａ２→ａ３→ａ４→ａ５の順にモニタセル電流Ｉｍが推移し、ａ２〜ａ５でのモニタセル電流Ｉｍの変化の状態からモニタセル電流Ｉｍの変曲点が検出される。図では、ａ５直前の点ａ４が変曲点として検出され、その電圧値はＶ２である。
【０１８６】
また、モニタセル電流Ｉｍの変曲点（図の点ａ４）が検出された後、図２３（ｂ）に示すように、Ｉｍ変曲点での電圧値Ｖ２からポンプセル電圧Ｖｐが所定電圧幅で増加側に変更される。この場合、ａ４→ｂ１→ｂ２→ｂ３→ｂ４→ｂ５の順にモニタセル電流Ｉｍが推移し、ｂ１〜ｂ５でのモニタセル電流Ｉｍの変化の状態からポンプセル電圧Ｖｐの制御点が検出される。図では、点ｂ５がポンプセル電圧Ｖｐの制御点として検出され、その電圧値はＶ３である。そして、電圧値Ｖ３にてポンプセル電圧Ｖｐが制御される。
【０１８７】
図２４は、本実施の形態におけるポンプセル電圧の補正手順を示すフローチャートであり、本処理は前記図５等の処理に置き換えて実施される。
【０１８８】
図２４において、先ずステップ７００では変曲点の検出処理を実施する。この処理は、前述した変曲点の検出処理、すなわち図５（ステップ１０１〜１０８）、図８（ステップ２０１〜２０８）、図１０（ステップ３０１〜３１０）、図１５（ステップ５０１〜５０６）、図１８，１９（ステップ６０１〜６１５）の何れかの処理を用いれば良く、その実施によりモニタセル電流Ｉｍの変曲点が検出される。なお、Ｉｍ変曲点でのＩｍ値はＲＡＭ等のメモリに記憶保持される。
【０１８９】
Ｉｍ変曲点の検出後、ポンプセル電圧Ｖｐを一定値だけ増加側に変化させ、モニタセル電流Ｉｍの収束を待ってモニタセル電流Ｉｍの計測値を取り込む（ステップ７０１，７０２）。また、モニタセル電流変化の推移がほぼ一定であるか否かを判別し、所定電圧幅毎のモニタセル電流の変化量が例えば１０％よりも大きければ、メモリ内のモニタセル電流Ｉｍをその時の値で更新する（ステップ７０３，７０４）。
【０１９０】
モニタセル電流変化の推移がほぼ一定になると、モニタセル電流Ｉｍのメモリ記憶値から今回値を差し引いてモニタセル電流の変化量ΔＩｍａを算出し、その変化量ΔＩｍａが所定の規定値よりも小さくなったか否かを判別する（ステップ７０５，７０６）。そして、モニタセル電流の変化量ΔＩｍａが規定値よりも小さくなった場合、ステップ７０７では、その時のポンプセル電圧Ｖｐを制御点として決定する。また、続くステップ７０８では、印加電圧特性を更新する。
【０１９１】
以上第７の実施の形態によれば、上記の各実施の形態と同様に、Ｖｐ−Ｉｓ特性上の平坦領域で確実にセンサセル電流Ｉｓを検出することが可能となり、ＮＯｘ濃度を精度良く検出することができる。
【０１９２】
本実施の形態では、モニタセル電流Ｉｍの変曲点（第１のポンプセル電圧）を検出する際には電圧変化のための所定電圧幅を大きく、ポンプセル電圧Ｖｐの制御点（第２のポンプセル電圧）を検出する際には電圧変化のための所定電圧幅を小さくする構成としても良い。この場合、モニタセル電流Ｉｍの変曲点を早期検出し、しかもポンプセル電圧Ｖｐの制御点を精度良く検出することができる。それに伴いガス濃度の検出精度が向上する。
【０１９３】
本第７の実施の形態においても、モニタセル電流Ｉｍの変曲点に代えてセンサセル電流Ｉｓの変曲点を検出する構成が適用でき、かかる構成でも同等の効果が得られる。
【０１９４】
具体的には、その処理手順は概ね上記図２４に準ずれば良く、同図２４中のモニタセル電流Ｉｍやその変化量ΔＩｍａの記載を、センサセル電流Ｉｓやその変化量ΔＩｓａに変更すれば良い。簡単に説明すれば、先ず変曲点の検出処理を実施し、その時のセンサセル電流ＩｓをＲＡＭ等のメモリに記憶する。Ｉｍ変曲点の検出後、ポンプセル電圧Ｖｐを一定値ずつ段階的に増加させ、ＲＡＭ値を、センサセル電流Ｉｓがほぼ一定となる領域外で順次更新する。その後、前記ＲＡＭ値からのセンサセル電流の変化量ΔＩｓａ（ＩｓのＲＡＭ値−今回値）を算出する。そして、センサセル電流の変化量ΔＩｓａが所定の規定値よりも小さくなった時点でポンプセル電圧Ｖｐの制御点を決定し、更に印加電圧特性の補正又は更新を行う。
【０１９５】
上記構成では、センサセル電流Ｉｓの変曲点（第１のポンプセル電圧）を検出する際には電圧変化のための所定電圧幅を大きく、ポンプセル電圧Ｖｐの制御点（第２のポンプセル電圧）を検出する際には電圧変化のための所定電圧幅を小さくする構成としても良い。この場合、センサセル電流Ｉｓの変曲点を早期検出し、しかもポンプセル電圧Ｖｐの制御点を精度良く検出することができる。それに伴いガス濃度の検出精度が向上する。
【０１９６】
（第８の実施の形態）
第８の実施の形態では、本発明のガス濃度検出装置を用い、モニタセル電流Ｉｍの変曲点に基づいてガス濃度センサ１００の劣化度合を検出することを提案する。要するに、ガス濃度センサ１００の劣化時にはモニタセル電流Ｉｍの変曲点が変化し、その劣化度合が大きくなるほど、変曲点の変化も大きくなる。この場合、図２５に示すように、センサ劣化の進行に伴い、モニタセル電流Ｉｍの変曲点がポンプセル電圧Ｖｐの高電圧側に移動する。図２５では、モニタセル電流Ｉｍの変曲点がＭ１からＭ２に移動した事例を示す。
【０１９７】
上記の如くモニタセル電流Ｉｍの変曲点が移動した時、マイコン１７０は変曲点の移動量を算出し、その移動量に応じてガス濃度センサ１００の劣化度合を判定する。このとき、マイコン１７０は、変曲点の移動量が大きいほど、センサ劣化度合が大きい旨判定する。そして、センサ劣化度合が許容レベルを超えていれば、警告ランプ等によりセンサ劣化の旨をユーザに警告する。
【０１９８】
本実施の形態では、前述の通りポンプセル電圧Ｖｐを所定電圧幅で段階的に変化させることにより、モニタセル電流Ｉｍの変曲点を検出する。或いは、初期設定値よりポンプセル電圧Ｖｐを掃引させることにより、モニタセル電流Ｉｍの変曲点を検出する。
【０１９９】
上記の如くガス濃度センサ１００の劣化度合を検出する場合、モニタセル電流Ｉｍではなく、センサセル電流Ｉｓの変曲点に応じて劣化判定する構成であっても良い。この場合、図２６に示すように、センサ劣化の進行に伴い、センサセル電流Ｉｓの変曲点がポンプセル電圧Ｖｐの高電圧側に移動する。図２６では、センサセル電流Ｉｓの変曲点がＳ１からＳ２に移動した事例を示す。上記の如くセンサセル電流Ｉｓの変曲点が移動した時、マイコン１７０は変曲点の移動量を算出し、その移動量に応じてガス濃度センサ１００の劣化度合を判定する。このとき、マイコン１７０は、変曲点の移動量が大きいほど、センサ劣化度合が大きい旨判定する。そして、センサ劣化度合が許容レベルを超えていれば、警告ランプ等によりセンサ劣化の旨をユーザに警告する。
【０２００】
ここで、本発明をガス濃度センサの劣化検出装置として具現化することも可能である。すなわち、モニタセル電流Ｉｍの変曲点又はセンサセル電流Ｉｓの変曲点に応じてポンプセル電圧Ｖｐを制御（補正）する手段を持たず、ガス濃度センサ１００の劣化度合を判定する構成のみを持つ装置として実現しても良い。
【０２０１】
なお本発明は、上記以外に次の形態にて具体化できる。
【０２０２】
上記実施の形態では、ポンプセル電圧Ｖｐを所定電圧幅で変化させる際、その所定電圧幅を一定幅としたが、これを変更し、所定電圧幅を段階的に変更するようにしても良い。具体的には、所定電圧幅を変化初期は大きくし、次第に小さくする。本構成によれば、モニタセル電流Ｉｍの変曲点又はセンサセル電流Ｉｓの変曲点がより一層精度良く検出できる。
【０２０３】
ガス濃度センサの種類や構造等によっては、元々のセンサ特性においてモニタセル電流Ｉｍの変曲点がセンサセル電流Ｉｓの平坦領域に重複して存在する場合もあり、この場合には、モニタセル電流Ｉｍが急変するポンプセル電圧Ｖｐ（Ｉｍ変曲点でのＶｐ）をそのまま制御点としてポンプセル電圧Ｖｐを制御すると良い。同様に、センサセル電流Ｉｓが急変するポンプセル電圧Ｖｐ（Ｉｓ変曲点でのＶｐ）をそのまま制御点としてポンプセル電圧Ｖｐを制御することも可能である。
【０２０４】
上記実施の形態において、ポンプセル電圧Ｖｐを所定電圧幅で変化させる直前に、ポンプセル電圧補正の要否を判定する。すなわち、初期設定したポンプセル電圧Ｖｐを正負少なくとも何れかに一時的に変化させ（掃引させ）、その都度のモニタセル電流Ｉｍ又はセンサセル電流Ｉｓの応答波形を観測する。この場合、センサ個体差や経時変化等によりモニタセル電流Ｉｍの変曲点又はセンサセル電流Ｉｓの変曲点の変化が確認されれば、補正要であると判定する。これにより、必要時にのみ既述のポンプセル電圧補正を実施することが可能となる。
【０２０５】
図２の特性において、センサセル電流Ｉｓの変曲点は平坦領域を挟んで両側に２点存在する。故に、既述した低電圧側の変曲点に加え、高電圧側の変曲点も考慮してポンプセル電圧の制御を実施するようにしても良い。かかる場合にもやはり、ポンプセル電圧を正負何れかに掃引した際、変曲点にさしかかるとそれが電流波形に現れることを利用し、当該電圧制御を実施すれば良い。
【０２０６】
上記実施の形態では、印加電圧特性として図２の印加電圧直線ＬＸ１を規定したが、この印加電圧特性は他の形態のものであっても良い。例えば、ポンプセル電圧Ｖｐを固定値とする特性や、同ポンプセル電圧Ｖｐを酸素濃度レベルに応じて段階的に設定する特性としても良い。
【０２０７】
エンジンの始動時又は停止時にのみ、一連の電圧補正処理（図５等のポンプセル電圧補正処理）、或いはセンサの劣化判定処理を実施する構成としても良い。この場合、ガス濃度検出を中断することなく、ポンプセル電圧Ｖｐの補正処理や劣化判定処理を実施することが可能となる。
【０２０８】
ガス濃度センサとして、３つのセルを有するセンサ構造以外に、４つ以上のセルを有するセンサ構造を採用しても良く、このセンサを用いる場合にも既述の優れた効果を奏することができる。具体的には、ポンプセルを２つ以上に分割して設ける構造等であっても良い。
【０２０９】
ＮＯｘ濃度を検出可能なガス濃度センサの他に、特定ガス成分の濃度としてＨＣ濃度やＣＯ濃度を検出可能なガス濃度センサにも適用できる。この場合、ポンプセルにて被検出ガス中の酸素を排出し、センサセルにて酸素排出後のガス成分からＨＣやＣＯを分解してＨＣ濃度やＣＯ濃度を検出する。更に、自動車用以外のガス濃度検出装置に用いること、排ガス以外のガスを被検出ガスとすることも可能である。かかる構成においても、本発明を適用することによりガス濃度の検出精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  発明の実施の形態におけるガス濃度検出装置の概要を示す構成図。
【図２】  ガス濃度センサの出力特性を示す図。
【図３】  ガス濃度センサの出力特性を示す図。
【図４】  ガス濃度センサの出力特性を示す図。
【図５】  ポンプセル電圧の補正手順を示すフローチャート。
【図６】  ポンプセル電圧に対するモニタセル電流、センサセル電流の変化を示す特性図。
【図７】  ポンプセル電圧に対するモニタセル電流、センサセル電流の変化を示す特性図。
【図８】  第２の実施の形態におけるポンプセル電圧の補正手順を示すフローチャート。
【図９】  ポンプセル電圧に対するモニタセル電流、センサセル電流の変化を示す特性図。
【図１０】  第３の実施の形態におけるポンプセル電圧の補正手順を示すフローチャート。
【図１１】  ポンプセル電圧に対するモニタセル電流、センサセル電流の変化を示す特性図。
【図１２】  第４の実施の形態におけるポンプセル電圧の補正手順を示すフローチャート。
【図１３】  ポンプセル電圧に対するモニタセル電流、センサセル電流の変化を示す特性図。
【図１４】  ポンプセル電圧の変化に伴うモニタセル電流、センサセル電流の変化を示すタイムチャート。
【図１５】  第５の実施の形態におけるポンプセル電圧の補正手順を示すフローチャート。
【図１６】  ポンプセル電圧に対するモニタセル電流、センサセル電流の変化を示す特性図。
【図１７】  ポンプセル電圧の変化に伴うモニタセル電流の変化を示すタイムチャート。
【図１８】  第６の実施の形態におけるポンプセル電圧の補正手順を示すフローチャート。
【図１９】  図１８に引き続き、ポンプセル電圧の補正手順を示すフローチャート。
【図２０】  ポンプセル電圧に対するモニタセル電流の変化を示す特性図。
【図２１】  ポンプセル電圧に対するモニタセル電流の変化を示す特性図。
【図２２】  ポンプセル電圧の変化に伴うモニタセル電流、センサセル電流の変化を示すタイムチャート。
【図２３】  ポンプセル電圧に対するモニタセル電流、センサセル電流の変化を示す特性図。
【図２４】  第７の実施の形態におけるポンプセル電圧の補正手順を示すフローチャート。
【図２５】  ガス濃度センサの出力特性を示す図。
【図２６】  ガス濃度センサの出力特性を示す図。
【符号の説明】
１００…ガス濃度センサ、
１１０…ポンプセル、
１２０…モニタセル、
１３０…センサセル、
１４４…第１チャンバー、
１４６…第２チャンバー、
１７０…マイコン。
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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