(57)【要約】      （修正有）【課題】センサ素子の劣化を判定することが可能なセンサ制御装置を提供する。【解決手段】固体電解質層１１と電極１５，１６とを備えるセンサ素子１０を制御するセンサ制御装置２０であって、センサ素子１０に一定電圧を所定時間印加する電圧印加手段と、センサ素子１０に流れる電流を検出する電流検出手段と、電圧印加手段による一定電圧の印加時に、一定電圧と電流とに基づいて、センサ素子１０の抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、抵抗値に基づいて、センサ素子１０の劣化を判定する劣化判定手段と、を備える。【選択図】図１
2016061625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質層（１１）と電極（１５，１６）とを備えるセンサ素子（１０）を制御するセンサ制御装置（２０）であって、
前記センサ素子に一定電圧を所定時間印加する電圧印加手段と、
前記センサ素子に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電圧印加手段による前記一定電圧の印加時に、前記一定電圧と前記電流とに基づいて、前記センサ素子の抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、
前記抵抗値に基づいて、前記センサ素子の劣化を判定する劣化判定手段と、を備えるセンサ制御装置。
【請求項２】
前記抵抗値は、前記固体電解質層のバルク抵抗の値と、前記固体電解質層の粒界抵抗の値と、前記固体電解質層と前記電極との界面抵抗の値との合計の値であり、
前記劣化判定手段は前記電極の劣化を含む前記センサ素子の劣化を判定する、請求項１に記載のセンサ制御装置。
【請求項３】
前記電圧印加手段は、正の一定電圧と、負の一定電圧とをそれぞれ所定時間印加する、請求項１又は２に記載のセンサ制御装置。
【請求項４】
前記センサ素子を加熱するヒータと、
前記ヒータの加熱により前記センサ素子の温度を目標値に制御する素子温制御手段と、
前記抵抗値に基づいて前記目標値を設定する目標値設定手段と、をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ制御装置。
【請求項５】
前記劣化判定手段は、前記センサ素子の温度が前記目標値に制御されている状況下で、前記抵抗値に基づいて前記センサ素子の劣化を判定する、請求項４に記載のセンサ制御装置。
【請求項６】
前記センサ素子の所定の抵抗値を初期抵抗値として記憶しており、
前記目標値設定手段は、前記抵抗値算出手段により算出された前記抵抗値が前記初期抵抗値と等しくなるように、前記目標値を設定する、請求項４又は５に記載のセンサ制御装置。
【請求項７】
前記センサ素子は、内燃機関の排ガスを被検出ガスとするものであり、
前記電圧印加手段は、前記内燃機関への燃料の供給停止時に、前記一定電圧を印加する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出ガス中の特定成分のガス濃度を検出可能なセンサ素子を制御するセンサ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被検出ガス中の特定成分のガス濃度を検出可能なセンサ素子を制御するセンサ制御装置は、例えば、車載エンジンより排出される排ガス（燃焼ガス）を被検出ガスとして、同ガス中の酸素濃度（空燃比：Ａ／Ｆ）を検出する空燃比検出装置として具体化されている。空燃比の検出結果はエンジンＥＣＵ等により構成される空燃比制御システムにて用いられ、空燃比をストイキ（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や、同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等が実現される。
【０００３】
また近年では、排ガス規制や異常検出規制（ＯＢＤ）が益々強化されつつあり、ストイキ燃焼制御等の制御性向上が望まれる他、空燃比制御レンジに相当するリーン領域だけでなく大気状態にまで空燃比検出レンジを拡張させる必要が生じている。例えば、ＯＢＤ対応（排ガス規制に関わる部品の故障診断）として、エンジンの所定運転状態での燃料カット時にセンサの目詰まり等の劣化を検出する必要がある。また、排ガスエミッションの改善と共に、燃費の向上を図ることも重要であり、エンジン高負荷時のリッチ状態をフィードバック制御することも重要になってきている。
【０００４】
この種のセンサ制御装置として、特許文献１に記載のセンサ制御装置がある。特許文献１に記載のセンサ制御装置では、固体電解質層を有するセンサ素子への印加電圧を一時的に正側あるいは負側に切り換え、電圧の切り換えに伴う電圧変化量と電流変化量とから素子抵抗をアドミタンス値として算出している。その算出したアドミタンス値を用いてセンサ素子の温度を求め、センサ素子の温度が目標となる温度となるように、ヒータへの通電を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２３０９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、センサ素子の反応性が低い場合、センサの出力精度は低下し、上述した排ガスエミッション及び燃費が悪化する。センサの出力精度を向上させる手段としては、センサに対してトリミングを実施したり、調整抵抗や識別抵抗を接続したりすることが考えられるが、これらはセンサの製造段階に限られる。すなわち、センサ素子の劣化に伴いセンサの反応性が低下した場合には、センサの出力精度を担保することができなくなる。そのため、センサ素子の劣化の検出の必要性が生じる。
【０００７】
ところが、特許文献１に記載のセンサ制御装置では、固体電解質層のアドミタンス値を算出することはできるものの、電極の劣化については考慮されていない。そのため、固体電解質層の劣化のみならず、電極の劣化をも含めたセンサ素子全体の劣化については検出することができない。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、センサ素子の劣化を判定することが可能なセンサ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、固体電解質層と電極とを備えるセンサ素子を制御するセンサ制御装置であって、センサ素子に一定電圧を所定時間印加する電圧印加手段と、センサ素子に流れる電流を検出する電流検出手段と、電圧印加手段による一定電圧の印加時に、一定電圧と電流とに基づいて、センサ素子の抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、抵抗値に基づいて、センサ素子の劣化を判定する劣化判定手段と、を備える。
【００１０】
センサ素子が劣化した場合、固体電解質層の劣化に起因する抵抗の増加に加えて、電極の劣化に起因する、固体電解質層と電極との間の界面抵抗の増加も起こる。この際、電極の劣化は固体電解質層の劣化よりも早期に進行するため、センサ素子の劣化を判定するためには、電極の劣化も含めたセンサ素子の劣化を検出する必要がある。この点、上記構成では、一定電圧を印加することにより、固体電解質層のインピーダンスではなく、固体電解質層と電極とを含む全体の直流抵抗を算出している。そのため、上記構成におけるセンサ制御装置は、界面抵抗をも含む直流抵抗の増加を検出するにより、固体電解質層の劣化に加えて電極の劣化をも含む電極全体の劣化を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】センサ素子及びセンサ制御装置の全体構成を示す図である。
【図２】センサ素子の電圧‐電流特性図である。
【図３】センサ素子の等価回路図である。
【図４】（ａ）がセンサ素子に印加する電圧の波形を示しており、（ｂ）が検出される電流の波形を示している。
【図５】センサ温度と、直流抵抗との関係を示す図である。
【図６】センサ素子が劣化した場合の電圧‐電流特性図である。
【図７】センサ制御装置が実行する処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本実施形態に係るセンサ制御装置を図面に従って説明する。本実施形態では、車両に搭載される内燃機関により排出される排ガス（燃焼ガス）を被検出ガスとし、同ガス中の酸素濃度（空燃比：Ａ／Ｆ）を検出するＡ／Ｆセンサの制御装置として、センサ制御装置を具体化している。空燃比の検出結果は車両に搭載されるＥＣＵ等により構成される空燃比制御システムにて用いられる。空燃比制御システムでは、空燃比をストイキ近傍でフィードバック制御するストイキ燃焼制御や、同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等が適宜実現される。また本実施形態では、近年又は将来の排ガス規制や異常検出規制（ＯＢＤ）に対応する広域の空燃比検出や、リッチ燃焼運転時のリッチ燃焼制御、排気系に設置されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒の吸蔵ＮＯｘ放出、硫黄被毒再生等の制御を実施すべく、リッチ域から大気状態までの広い範囲で空燃比を検出可能としている。
【００１３】
まず、Ａ／Ｆセンサの構成を、図１を用いて説明する。本Ａ／Ｆセンサは積層型構造のセンサ素子１０と、センサ制御装置２０とを有している。センサ制御装置２０は、ＣＰＵ、各種メモリ、ＡＤ変換器等を備えるマイコン、及び、センサ制御回路を含んで構成されており、メモリに格納されたプログラムにより、ＣＰＵがセンサ制御回路を駆動し、センサ素子１０に各種の制御信号を送信する。加えて、センサ制御装置２０は、上位の制御装置であるＥＣＵとの間で情報の送受信を行う。
【００１４】
図１では、さらに、センサ素子１０の断面構成を示している。実際には当該センサ素子１０は図１の紙面直交方向に延びる長尺状をなし、素子全体がハウジングや素子カバー内に収容される構成となっている。センサ素子１０は、固体電解質層１１、拡散抵抗層１２、遮蔽層１３及び絶縁層１４を有し、これらが図の上下に積層されて構成されている。同素子の周囲には図示しない保護層が設けられている。長方形板状の固体電解質層１１は部分安定化ジルコニア製のシートであり、その固体電解質層１１を挟んで上下一対の電極１５，１６が対向配置されている。拡散抵抗層１２は電極１５へ排ガスを導入するための多孔質シートからなり、遮蔽層１３は排ガスの透過を抑制するための緻密層からなる。これら各層１２，１３は何れも、アルミナ、スピネル、ジルコニア等のセラミックスをシート成形法等により成形したものであるが、ポロシティの平均孔径及び気孔率の違いによりガス透過率が相違するものとなっている。
【００１５】
絶縁層１４はアルミナ等の高熱伝導性セラミックスからなり、電極１６に対面する部位には大気ダクト１７が形成されている。また、同絶縁層１４にはヒータ１８が埋設されている。ヒータ１８は、バッテリ等の電源からの通電により発熱する線状の発熱体よりなり、センサ制御装置２０からの制御信号に基づいて通電が行われ、その発熱により素子全体を加熱する。
【００１６】
電極１５，１６には、それぞれ、電源２１の正極、負極が接続されている。電源２１は、センサ制御装置２０から送信された制御信号により、電極１５，１６に電圧を印加する。加えて、電極１５，１６に流れる電流を検出する電流センサ２２が設けられており、検出された電流の値は、センサ制御装置２０へ入力される。
【００１７】
センサ素子１０において、その周囲の排ガスは拡散抵抗層１２の側方部位から導入されて電極１５に達する。排ガスがリーンの場合、排ガス中の酸素が電極１５で分解され、電極１６より大気ダクト１７に排出される。また、排ガスがリッチの場合、逆に大気ダクト１７内の酸素が電極１６で分解され、電極１５より排気側に排出される。
【００１８】
続いて、図２を用いて、センサ素子１０の電圧‐電流特性を説明する。横軸に平行な直線部分は、センサ素子１０の限界電流を示す領域（限界電流域）である。また、限界電流域よりも低電圧側は、電圧と電流とが、センサ素子１０の抵抗値である直流抵抗Ｒｉを比例係数として変化する抵抗支配域である。限界電流域の電流の値は、排ガスの空燃比の増減に伴って増減するものであり、空燃比がリーン側になるほど限界電流域の電流の値は増大し、空燃比がリッチ側になるほど限界電流域の電流の値は減少する。すなわち、限界電流域の電圧を電源２１から印加し、センサ素子１０に流れる電流を電流センサ２２が検出することに、排ガスの空燃比を得ることができる。
【００１９】
ところで、図１に示したセンサ素子１０において、固体電解質層１１は、固体電解質の粒子内の抵抗であるバルク抵抗と、粒子間の抵抗である粒界抵抗とを有している。一方、固体電解質層１１と電極１５，１６との境界面である電極界面には、電極界面の物質の通過を妨げる界面抵抗を有している。そのため、図１に示したセンサ素子１０の等価回路は、図３に示すものとなる。図３において、Ｒ１は、固体電解質層１１のバルク抵抗であり、Ｒ２は、固体電解質層１１の粒界抵抗であり、Ｒ３は、固体電解質層１１と電極１５，１６との界面抵抗である。また、Ｃ２は、固体電解質層１１の粒子間の静電容量（粒界容量）であり、Ｃ３は、固体電解質層１１と電極１５，１６との間の静電容量（界面容量）である。すなわち、センサ素子１０の等価回路は、バルク抵抗Ｒ１と、粒界抵抗Ｒ２及び粒界容量Ｃ２の並列接続体と、界面抵抗Ｒ３及び界面容量Ｃ３の並列接続体とを、直列接続したものとして表すことができる。
【００２０】
図３に示す等価回路に対して、電圧変化量ΔＶの交流電圧若しくはパルス電圧を印加した場合、等価回路には電流変化量ΔＩの電流が流れることとなる。このとき、電圧変化量ΔＶを電流変化量ΔＩにより除算することにより、固体電解質層１１のインピーダンスＺａｃのみを求めることはできる。換言すると、交流電圧若しくはパルス電圧の印加では、センサ素子１０の劣化に伴う界面抵抗Ｒ３の増加を検知することができない。
【００２１】
ところが、センサ素子１０が劣化した場合、多孔質の白金からなる電極１５が凝集され、電極１５から固体電解質層１１への酸素の通過が妨げられる。その結果として、界面抵抗Ｒ３が増加する。そのうえ、バルク抵抗Ｒ１と粒界抵抗Ｒ２との合計の抵抗値が４０Ω程度であるのに対し、界面抵抗Ｒ３は１００Ω程度である。それゆえに、センサ素子１０の劣化の際には、界面抵抗Ｒ３の増加による影響が支配的となり、センサ素子１０の劣化をより精度よく検出するには、界面抵抗Ｒ３の増加を無視することはできない。
【００２２】
そこで、本実施形態では、電圧値が一定である一定電圧Ｖｄｃをセンサ素子１０に対して所定時間印加することにより、バルク抵抗Ｒ１と、粒界抵抗Ｒ２と、界面抵抗Ｒ３との合計の抵抗値を示す、直流抵抗Ｒｉを算出する。図４（ａ）は、直流抵抗Ｒｉを算出する際にセンサ素子１０に印加される一定電圧Ｖｄｃの波形を示しており、図４（ｂ）は、一定電圧Ｖｄｃが印加された場合に、センサ素子１０に流れる電流Ｉｄｃの波形を示している。一定電圧Ｖｄｃは、互いに符号の異なる矩形波状の正負の電圧であり、その絶対値であるＶ１は、図２で示した抵抗支配域内の電圧となるように設定される。電流Ｉｄｃは、粒界容量Ｃ２および界面容量Ｃ３による過渡現象により、徐々に増加し、一定電圧Ｖｄｃの印加開始から所定時間をおいて、絶対値がＩ１である正と負の極大値をとる。そのため、一定電圧Ｖｄｃの値であるＶ１を、電流Ｉｄｃの値であるＩ１により除算することにより、直流抵抗Ｒｉを算出することができる。
【００２３】
続いて、センサ素子１０が劣化した際の素子温度Ｔと直流抵抗Ｒｉとの関係について説明する。図５に、センサ素子１０の劣化前及び劣化時の、素子温度Ｔと直流抵抗Ｒｉとの関係を示す。上述した通り、センサ素子１０の劣化に伴う界面抵抗Ｒ３の増加により、直流抵抗Ｒｉも大きくなる。そのため、センサ素子１０の温度が同一である場合には、直流抵抗Ｒｉは、劣化後にはより大きい値を示す。例えば、劣化前に素子温度Ｔの値がＴａである場合において、直流抵抗ＲｉがＲａであるとすれば、劣化後には、素子温度Ｔの値がＴａである場合に、直流抵抗ＲｉがＲｂ（＞Ｒａ）の値を示すこととなる。また、素子温度Ｔが高くなるほど直流抵抗Ｒｉが小さくなるという特性から、劣化後に直流抵抗ＲｉをＲａとするには、素子温度ＴをＴｂ（＞Ｔａ）とする必要が生ずる。
【００２４】
すなわち、同一の素子温度Ｔの場合では、劣化後は劣化前よりも直流抵抗Ｒｉが大きくなり、同一の直流抵抗Ｒｉを得るには、劣化後は劣化前よりも高い素子温度Ｔが必要となる。
【００２５】
なお、素子温度Ｔは、固体電解質層１１のインピーダンスＺａｃと対応付けられてメモリに記憶されており、センサ制御装置２０が素子温制御手段として機能し、素子温度Ｔを、目標値である目標温度Ｔｔｇｔとするフィードバック制御が行われる。具体的には、センサ素子１０へ交流電圧若しくはパルス電圧を印加し、固体電解質層１１のインピーダンスＺａｃを算出する。算出されたインピーダンスＺａｃの値が、目標温度Ｔｔｇｔに対応するインピーダンスＺａｃよりも小さければ、ヒータ１８への通電を行うことにより素子温度Ｔを上昇させ、目標温度Ｔｔｇｔに対応するインピーダンスＺａｃよりも小さければ、ヒータ１８への通電を停止し、素子温度Ｔを低下させる。
【００２６】
ここで、センサ素子１０が劣化し直流抵抗Ｒｉが増加した場合の電流‐電圧特性について、図６を用いて説明する。図中、直流抵抗Ｒｉの値がＲａである場合の電流‐電圧特性（以下、「劣化前特性」という。）を一点鎖線で示しており、直流抵抗Ｒｉの値がＲｂ（＞Ｒａ）である場合の電流‐電圧特性（以下、「劣化時特性」という。）を実線で示している。また、それぞれ、酸素濃度が同一の場合の電流‐電圧特性を示している。
【００２７】
電流‐電圧特性における抵抗支配域の直線と、縦軸とのなす角度は、直流抵抗Ｒｉの値の逆正接関数で表される。ゆえに、劣化時特性における抵抗支配域の直線と縦軸とのなす角度（ａｒｃｔａｎＲｂ）は、劣化前特性における抵抗支配域の直線と縦軸とのなす角度（ａｒｃｔａｎＲａ）よりも大きくなる。その結果として、限界電流域である、横軸に平行な直線部分が生じにくくなる。ゆえに、劣化時に、劣化前と同一の電圧を印加することにより空燃比を検出しようとすれば、その値の誤差が生じるおそれが大きくなる。
【００２８】
そこで、本実施形態に係るセンサ制御装置２０は、センサ素子１０の劣化、すなわち、直流抵抗Ｒｉの増加を検出した場合には、目標温度Ｔｔｇｔを上昇させる処理を行う。図７は、センサ制御装置２０が実施する、目標温度Ｔｔｇｔを上昇させる一連の処理を示すフローチャートである。なお、図７に示すフローチャートは、センサ制御装置２０が備えるメモリから読み出されたプログラムにより、ＣＰＵが所定の制御周期で実行する。
【００２９】
まず、実施条件を満たすか否かを判定する（Ｓ１０１）。このとき、実施条件としては、例えば、以下の条件が設定されている。
・素子温度Ｔが所定値よりも小さい場合には、直流抵抗Ｒｉの検出精度が低下するため、素子温度Ｔが所定値よりも大きい。
・素子温度Ｔの変動が大きい場合には、直流抵抗Ｒｉの検出精度が低下するため、素子温度Ｔの時間変化量が所定値よりも小さい。
・センサ素子１０の劣化が急速に進むことは少ないため、前回の劣化判定処理から、所定の時間が経過している。
【００３０】
実施条件を満たさない場合には（Ｓ１０１：ＮＯ）、一連の処理を終了し、実施条件を満たす場合には（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、内燃機関への燃料の供給停止時（燃料カット時）であるか否かの判定を行う（Ｓ１０２）。ここで、Ｓ１０２の判定を行うのは、燃料カット時には、内燃機関において燃料の燃焼が行われておらず、空燃比のフィードバック制御を行う必要がなく、ゆえに、センサ素子１０からの出力信号を検出する必要もないためである。燃料カット時であるか否かの判定は、例えば、ＥＣＵから燃料の供給を指令する信号を取得することにより行われる。
【００３１】
燃料カット時でないと判定されれば（Ｓ１０２：ＮＯ）、一連の処理を終了し、燃料カット時であれば（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、センサ制御装置２０が電圧印加手段として機能し、電源２１へ制御信号を送信して、図４で示した波形の一定電圧Ｖｄｃを、センサ素子１０へ印加する（Ｓ１０３）。この際には、素子温度Ｔのフィードバック制御も一旦停止される。
【００３２】
次いで、センサ制御装置２０が電流センサ２２からの信号を取得して電流検出手段として機能し、センサ素子１０に流れる電流Ｉｄｃの値を取得する（Ｓ１０４）。このとき、上述した通り、Ｉｄｃの立ち上がりには時間を要するため、所定時間待機したのちに、電流Ｉｄｃの検出値を取得する。なお、一定電圧Ｖｄｃの印加の開始から、予め定められた所定時間の経過を条件として電流Ｉｄｃの値を取得してよいし、電流Ｉｄｃの単位時間あたりの変化量（増加量）が所定の閾値を下回った時点の値を取得してもよい。
【００３３】
一定電圧Ｖｄｃの値及び電流Ｉｄｃの値が取得されれば、センサ制御装置２０が抵抗値算出手段として機能し、センサ素子１０に印加した一定電圧Ｖｄｃの値を、取得した電流Ｉｄｃの値により除算して、直流抵抗Ｒｉを算出する（Ｓ１０５）。このとき、一定電圧Ｖｄｃの正の値から一定電圧Ｖｄｃの負の値を減算した値を、電流Ｉｄｃの正の値から電流Ｉｄｃの負の値を減算した値により除算した値を、直流抵抗Ｒｉとすればよい。また、一定電圧Ｖｄｃの正の値を電流Ｉｄｃの正の値により除算した値と、一定電圧Ｖｄｃの負の値を電流Ｉｄｃの負の値により除算した値との平均をとり、その平均値を直流抵抗Ｒｉとしてもよい。
【００３４】
続いて、素子温度Ｔのフィードバック制御の際に用いられた目標温度Ｔｔｇｔを素子温度Ｔとして用いることにより、抵抗閾値Ｒｔｈを取得する（Ｓ１０６）。このとき、抵抗閾値Ｒｔｈは、センサ素子１０が劣化したと判断できる実験的に得られた値であり、この抵抗閾値Ｒｔｈは素子温度Ｔと対応付けられてセンサ制御装置２０のメモリに記憶されている。そして、センサ制御装置２０が劣化判定手段として機能することにより、Ｓ１０５で算出した直流抵抗Ｒｉが、Ｓ１０６で取得した抵抗閾値Ｒｔｈ以上の値であるか否かを、判定する（Ｓ１０６）。直流抵抗Ｒｉが抵抗閾値Ｒｔｈよりも小さい値である場合であれば（Ｓ１０６：ＮＯ）、センサ素子１０は劣化していないものと認められるため、一連の処理を終了する。
【００３５】
一方、直流抵抗Ｒｉが抵抗閾値Ｒｔｈ以上の値であると判定されれば（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、センサ素子１０が劣化したと認められるため、センサ制御装置２０が目標温度設定手段として機能し、目標温度Ｔｔｇｔを変更する（Ｓ１０７）。目標温度Ｔｔｇｔは、算出された直流抵抗Ｒｉの値と、検出された素子温度Ｔとに基づいて設定される。例えば、直流抵抗Ｒｉと素子温度Ｔとの関係についての演算式をメモリに予め記憶させておき、その演算式と直流抵抗Ｒｉの値と素子温度Ｔとを用いて目標温度Ｔｔｇｔを求めればよい。また、直流抵抗Ｒｉと素子温度Ｔとの関係をテーブルとしてメモリに予め記憶させておき、直流抵抗Ｒｉの値と素子温度Ｔの値とテーブルとを用いて目標温度Ｔｔｇｔを得るものとしてもよい。
【００３６】
目標温度Ｔｔｇｔを設定する際には、劣化前の直流抵抗Ｒｉの値を初期抵抗値としてメモリに予め記憶させておき、劣化時の直流抵抗Ｒｉの値が劣化前の直流抵抗Ｒｉの値と等しい値となるように、目標温度Ｔｔｇｔを設定してもよい。すなわち、図５で示したように、素子温度ＴがＴａである場合に、劣化前の直流抵抗Ｒｉの値がＲａであり、劣化時の直流抵抗Ｒｉの値がＲｂであれば、劣化時の直流抵抗Ｒｉの値がＲａとなるように、目標温度ＴｔｇｔをＴｂに設定すればよい。なお、劣化前の直流抵抗Ｒｉのとしては、設計段階や製造段階等の所定の時点で予め取得した値を用いればよい。目標温度Ｔｔｇｔが変更されれば、素子温度Ｔが目標温度Ｔｔｇｔとなるように、ヒータ１８の制御が行われる。
【００３７】
そして、得られた直流抵抗Ｒｉを記憶手段であるメモリに記憶させ（Ｓ１０８）、一連の処理を終了する。なお、メモリに記憶された直流抵抗Ｒｉの値は、次回以降のセンサ制御装置２０の起動の際にメモリから読み出され、この直流抵抗Ｒｉの値となるように目標温度Ｔｔｇｔが設定される。なお、直流抵抗Ｒｉの値の代わりに目標温度Ｔｔｇｔをメモリに記憶させるものとしてもよい。
【００３８】
上記構成により、本実施形態に係るセンサ制御装置２０は以下の効果を奏する。
【００３９】
・センサ素子１０が劣化した場合、固体電解質層１１のバルク抵抗Ｒ１及び粒界抵抗Ｒ２の増加に加えて、固体電解質層１１と電極１５との間の界面抵抗Ｒ３の増加も起こる。この点、本実施形態では、固体電解質層１１のインピーダンスＺａｃではなく、固体電解質層１１及び電極１５の全体の直流抵抗Ｒｉを算出している。そのため、本実施形態に係るセンサ制御装置２０は、電極１５の劣化に起因する界面抵抗Ｒ３の増加を含む直流抵抗Ｒｉの増加を検出することができる。
【００４０】
・算出された直流抵抗Ｒｉを用いて、目標温度Ｔｔｇｔを決定し、素子温度Ｔが目標温度Ｔｔｇｔとなるようにヒータ１８への通電を行っている。そのため、センサ素子１０が劣化し、直流抵抗Ｒｉが増加した場合においても、センサ素子１０の電流‐電圧特性は限界電流域を有するものとなり、その限界電流域に対応する電圧を印加することにより、空燃比を検出することができる。
【００４１】
・センサ素子１０の劣化時の直流抵抗Ｒｉの値が、劣化前の直流抵抗Ｒｉの値と等しくなるように、目標温度Ｔｔｇｔを設定している。そのため、センサ素子１０が劣化した場合においても、電流‐電圧特性は変化しないため、劣化前と同様に空燃比を検出することができる。
【００４２】
・直流抵抗Ｒｉを算出するために印加する一定電圧Ｖｄｃの値を、センサ素子１０の電流‐電圧特性における抵抗支配域の範囲内の値に限定している。そのため、印加した一定電圧Ｖｄｃの値を検出した電流Ｉｄｃの値により除算することで、直流抵抗Ｒｉの値を算出することができる。すなわち、複雑な演算を要することなく、直流抵抗Ｒｉを算出することができる。
【００４３】
・内燃機関へ燃料が供給される際には、直流抵抗Ｒｉを算出するための一定電圧Ｖｄｃの印加を、燃料カット時に限定している。そのため、センサ素子１０を用いた空燃比の計測と、センサ素子１０の劣化の検出とを、両立することができる。
【００４４】
・センサ素子１０の劣化が進み直流抵抗Ｒｉが増加した後にセンサ素子１０の使用を継続した場合、一般的には、同一温度における直流抵抗Ｒｉの値が減少することはない。そのため、本実施形態では、メモリに直流抵抗Ｒｉ、若しくは、目標温度Ｔｔｇｔをメモリに記憶させ、次回以降のセンサ制御装置２０の起動の際には、メモリから直流抵抗Ｒｉ、若しくは、目標温度Ｔｔｇｔをメモリから読み出すものとしている。こうすることにより、センサ制御装置２０の起動時に直流抵抗Ｒｉを検出する必要が生じず、且つ、センサ素子１０の劣化に応じた素子温度Ｔを用いた空燃比の検出を行うことができるため、空燃比の検出精度を向上させることができる。
【００４５】
＜変形例＞
・上記実施形態では、センサ素子１０に一定電圧Ｖｄｃを印加する際に、正と負の一定電圧Ｖｄｃをそれぞれ印加しているが、正の値、若しくは、負の値のいずれか一方のみの一定電圧Ｖｄｃのみを印加するものとしてもよい。この場合には、上記実施形態よりも早く直流抵抗Ｒｉを算出することができる。
【００４６】
また、走行中の燃料カット時では、間を置かずに燃料の供給が再開される可能性が高いが、例えば、アイドリングストップ時では、間を置かずに燃料の供給が再開される可能性は、走行中に比べて低い。そのため、走行中の燃料カット時には、正の値、若しくは、負の値のいずれか一方のみの一定電圧Ｖｄｃのみを印加し、アイドリングストップ時には、正と負の両方の一定電圧Ｖｄｃを印加するものとすることができる。この場合には、ＥＣＵから車速を取得し、燃料カットが行われた際の車速に基づいて、走行中の燃料カットか、アイドリングストップに伴う燃料カットかを判定する。そして、正と負の一定電圧Ｖｄｃをそれぞれ印加するか、正の値、若しくは、負の値のいずれか一方のみを印加するかを判断する等の処理を行えばよい。また、アイドリングストップからの復帰時等、ドライバビリティへの影響が少ない場合には、電流Ｉｄｃの検出後に、アイドリングストップから復帰するものとしてもよい。
【００４７】
・上記実施形態では、センサ制御装置２０を、Ａ／Ｆセンサを制御するものとしたが、他のガス濃度成分を検出対象とするガス濃度センサにも適用することができ、排ガス以外のガスを非検出ガスとすることもできる。また、内燃機関としては、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等、種々のエンジンに用いられるガス濃度センサに適用することができる。加えて、車載用途以外の用途に用いることもできる。
【符号の説明】
【００４８】
１０…センサ素子、１１…固体電解質層、１５…電極、１６…電極、２０…センサ制御装置。
【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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