JP5767607B2 - ガスセンサ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスセンサを制御するガスセンサ制御装置に関する。

従来、ガスセンサの一つとして、自動車エンジンなどの内燃機関の排気通路に取り付けられ、排気ガス中の酸素濃度を検知するガスセンサが知られている。このガスセンサは、センサ素子（固体電解質体）を流れる電流の大きさが排気ガス中の酸素濃度に応じて変化することを利用して、酸素濃度の検知、ひいては排気ガスの空燃比を検知するものである。

特許文献１には、このようなガスセンサとして、検知セルとポンプセルとこれらを加熱するヒータとを備えたガスセンサが記載されている。また、この特許文献１には、ガスセンサを制御するガスセンサ制御装置により、被測定ガスが大気である場合に、被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度を検知する技術が記載されている。

特開２０１０−２８１７３２号公報

しかしながら、被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度を、より適切に検知する技術が求められている。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度を適切に検知することができるガスセンサ制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、第１固体電解質体及び当該第１固体電解質体上に形成された一対の第１電極を有し、当該一対の第１電極のうちの一方の電極が、被測定ガスが導入される測定室内に配置され、他方の電極が基準酸素濃度雰囲気に晒される検知セルと、第２固体電解質体及び当該第２固体電解質体上に形成された一対の第２電極を有し、当該一対の第２電極のうちの一方の電極が、上記測定室内に配置されてなり、上記一対の第２電極間に流すポンプ電流に応じて、上記測定室に導入された上記被測定ガスに含まれる酸素の汲み出し又は汲み入れを行うポンプセルと、を有するセンサ部、及び、上記センサ部を加熱するヒータ、を備えるガスセンサを制御するガスセンサ制御装置であって、上記一対の第１電極間の電圧が目標電圧となるように、上記一対の第２電極間に流すポンプ電流を制御する電流制御手段、上記被測定ガスの供給状況が、継続して上記被測定ガス中の酸素濃度が予め定めた規定値となる規定ガス供給状況であるか否かを判断する供給状況判断手段、上記センサ部の温度が上記センサ部が活性となる第１目標温度になるように上記ヒータを制御する第１ヒータ制御を行うヒータ制御手段であって、上記供給状況判断手段により上記被測定ガスが上記規定ガス供給状況であると判定された場合に、上記センサ部の温度が上記第１目標温度よりも高い第２目標温度となるように上記ヒータを制御する第２ヒータ制御を行うヒータ制御手段、上記目標電圧を、上記被測定ガス中のＨ₂Ｏガスが実質的に解離しない第１目標電圧に設定する電圧設定手段であって、上記供給状況判断手段により上記被測定ガスが上記規定ガス供給状況であると判定された場合に、上記目標電圧を、上記第１目標電圧よりも高く上記被測定ガス中のＨ₂Ｏガスが解離する第２目標電圧に設定する電圧設定手段、上記被測定ガスの供給状況が上記規定ガス供給状況となり、上記センサ部の温度が上記第１目標温度となり、上記一対の第１電極間の電圧が上記第１目標電圧となった状態において、上記一対の第２電極間に流れる第１ポンプ電流を検知する第１電流検知手段、上記被測定ガスの供給状況が上記規定ガス供給状況となり、上記センサ部の温度が上記第２目標温度となり、上記一対の第１電極間の電圧が上記第２目標電圧となった状態において、上記一対の第２電極間に流れる第２ポンプ電流を検知する第２電流検知手段、及び、上記第１ポンプ電流と上記第２ポンプ電流とに基づいて、上記被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度を検知するＨ₂Ｏガス濃度検知手段、を備えるガスセンサ制御装置である。

上述のガスセンサ制御装置では、被測定ガスの供給状況が規定ガス供給状況であるときに検知された第１ポンプ電流と第２ポンプ電流とに基づいて、被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度を検知する。具体的には、例えば、第２ポンプ電流から第１ポンプ電流を差し引いた差分値に基づいて、被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度を検知する。

ここで、第１ポンプ電流は、検知セルの一対の第１電極間の電圧を第１目標電圧（被測定ガス中のＨ₂Ｏガスが実質的に解離しない電圧）とした状態において検知された、ポンプセルの一対の第２電極間を流れる電流である。一方、第２ポンプ電流は、一対の第１電極間の電圧を第２目標電圧（被測定ガス中のＨ₂Ｏガスが解離する電圧）とした状態において検知された、一対の第２電極間を流れる電流である。

従って、第１ポンプ電流は、被測定ガス中のＨ₂Ｏガスが第１電極の一方の電極上で解離しない状況下で検知された電流である。一方、第２ポンプ電流は、被測定ガス中のＨ₂Ｏガスが第１電極の一方の電極上で解離する状況下（Ｈ₂Ｏガス由来の酸素イオンが発生する状況下）で検知された電流である。つまり、第２ポンプ電流は、第１ポンプ電流に比べて、被測定ガス中のＨ₂Ｏガス由来の電流分だけ大きい。従って、第１ポンプ電流と第２ポンプ電流とに基づいて、被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度を検知することができる。

しかも、上述のガスセンサ制御装置では、第１固体電解質体及び第２固体電解質体を含むセンサ部の温度を、第１目標温度（第１ポンプ電流を検知するときの温度）よりも高い第２目標温度とした状態で、第２ポンプ電流を検知する。

このように、第２ポンプ電流を検知するにあたり、第１ポンプ電流の検知時よりもセンサ部の温度を高くすることで、センサ部の温度を変化させない場合（第１電極間の電圧は同じ第２目標電圧とする）に比べて、被測定ガス中のＨ₂Ｏガスの解離を促進させることができる。さらには、検知する第２ポンプ電流を安定させる（第２目標電圧に制御される第１電極間の電圧の変動に伴う第２ポンプ電流の変動幅を小さくする）こともできる。これにより、第１目標温度のままで第２ポンプ電流を検知する場合（センサ部の温度を上昇させない場合）に比べて、被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度の検知精度を高めることができる。かくして、上述のガスセンサ制御装置によれば、被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度をより適切に検知することができる。

ところで、第１電極間の電圧を高めると、センサ部の第２固体電解質体（例えば、ジルコニア）においてブラックニングが生じやすくなることがわかっている。なお、ブラックニングとは、固体電解質体において、固体電解質体に含まれる金属酸化物が還元され、金属が生成される現象である（例えば、ＺｒＯ₂→Ｚｒ＋Ｏ₂）。第２固体電解質体にブラックニングが生じることで、第２固体電解質体の特性（イオン伝導性）が劣化し、その結果、被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度を適切に検知することができなくなる虞がある。

これに対し、上述のガスセンサ制御装置では、センサ部の温度を高くする（第２目標温度とする）ことで、第１目標温度で第２ポンプ電流を検知する場合に比べて、第２ポンプ電流が安定する第１電極間の電圧を低くすることができる。従って、上述のガスセンサ制御装置では、第１目標温度で第２ポンプ電流を検知する場合と同等の検知精度とするならば、第１目標温度で第２ポンプ電流を検知する場合に比べて、目標電圧である第２目標電圧を低くすることができる。これにより、第２固体電解質体におけるブラックニング発生の可能性を低減することができる。この点からも、上述のガスセンサ制御装置によれば、被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度をより適切に検知することができる。

なお、「被測定ガスの供給状況が、継続して被測定ガス中の酸素濃度が予め定めた規定値となる規定ガス供給状況」に該当する場合としては、例えば、被測定ガスである排気ガスが、内燃機関のフューエルカットにより、継続して大気となり、この大気が継続してガスセンサに供給される状況を挙げることができる。この大気は、被測定ガス中の酸素濃度が予め定めた規定値となる被測定ガスに相当する。
また、車両に搭載された内燃機関が、当該車両の信号待ち時等に、空燃比制御されたアイドリング状態とされ、被測定ガスである排気ガスが、継続して規定のＡ／Ｆ値（例えば、理論空燃比）の排気ガスとなり、この排気ガスが継続してガスセンサに供給される状況も挙げることができる。この排気ガスは、被測定ガス中の酸素濃度が予め定めた規定値となる被測定ガスに相当する。

さらに、上記のガスセンサ制御装置であって、前記電圧設定手段は、前記ヒータ制御手段による前記第２ヒータ制御の開始に遅れて、前記目標電圧を前記第２目標電圧に設定するガスセンサ制御装置とすると良い。

固体電解質体（例えば、ジルコニア）のブラックニングは、固体電解質体の温度が第１目標温度であるときに比べて、これよりも高い温度であるときのほうが、生じにくくなる。
ところで、ヒータ制御手段による第２ヒータ制御の開始以前に、電圧設定手段により目標電圧を第２目標電圧に設定すると、第２固体電解質体を含むセンサ部の温度が第１目標温度である状態で、第１電極間の電圧を、第１目標電圧から第２目標電圧に上昇させることになり、第２固体電解質体のブラックニングが生じやすくなる。

これに対し、上述のガスセンサ制御装置では、ヒータ制御手段による第２ヒータ制御の開始に遅れて、目標電圧を前記第２目標電圧に設定する。これにより、第２固体電解質体を含むセンサ部の温度が、第２ヒータ制御の開始によって第１目標温度よりも高くなった後に、第１電極間の電圧を、第１目標電圧から第２目標電圧に上昇させることになる。このため、前述のヒータ制御手段による第２ヒータ制御の開始以前に目標電圧を第２目標電圧に設定する場合に比べて、第２固体電解質体におけるブラックニング発生の可能性を低減することができる。

さらに、上記のガスセンサ制御装置であって、前記電圧設定手段は、前記ヒータ制御手段による前記第２ヒータ制御によって、前記センサ部の温度が前記第２目標温度に達した後に、前記目標電圧を前記第２目標電圧に設定するガスセンサ制御装置とすると良い。

上記のガスセンサ制御装置によれば、第２固体電解質体を含むセンサ部の温度が第２目標温度に達した後に、第１電極間の電圧が、第１目標電圧から第２目標電圧に向けて上昇することになる。従って、第２固体電解質体におけるブラックニング発生の可能性を、より一層低減することができる。

さらに、上記いずれかのガスセンサ制御装置であって、前記第２電流検知手段は、前記ヒータ制御手段による前記第２ヒータ制御によって前記センサ部の温度が前記第２目標温度に安定した状態で、前記第２ポンプ電流を検知するガスセンサ制御装置とすると良い。

ヒータ制御手段による第２ヒータ制御によって、第１固体電解質体及び第２固体電解質体を含むセンサ部の温度を第２目標温度まで上昇させると、ハンチングが生じて、センサ部の温度が第２目標温度に安定して制御されるまでに時間を要する場合がある。このため、センサ部の温度を第２目標温度まで上昇させた後、第２ポンプ電流が安定するまでに時間を要することがある。

これに対し、上述のガスセンサ制御装置では、センサ部の温度が第２目標温度に安定した状態で、第２ポンプ電流を検知する。すなわち、ヒータ制御手段による第２ヒータ制御によって、センサ部の温度を第２目標温度まで上昇させた後、センサ部の温度が第２目標温度に安定するのを待って、第２ポンプ電流を検知する。これにより、安定した第２ポンプ電流に基づいて、被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度を検知することができるので、検知精度をより一層高めることができる。

なお、「センサ部の温度が第２目標温度に安定した状態」とは、センサ部の温度変動が、第２目標温度±１０(deg)の温度範囲内に収まった状態をいう。

実施形態にかかる内燃機関の概略図である。 実施形態にかかるガスセンサユニットの構成図である。 実施形態にかかるＨ₂Ｏガス濃度検知のフローチャートである。 第１電極間電圧とポンプ電流との相関を示す図である。

（実施形態）
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態にかかる内燃機関１００の概略図である。内燃機関１００は自動車を駆動するためのエンジン１０１を有する。エンジン１０１には、エンジン１０１から排出される排気ガスＥＧ（被測定ガスに相当する）を車外に放出するための排気管１０２が接続されている。この排気管１０２には、全領域空燃比センサ１（ガスセンサに相当する）が配設されている。エンジン１０１から排出される排気ガスＥＧは、全領域空燃比センサ１に供給される。

全領域空燃比センサ１（以下、単にセンサ１ともいう）は、排気管１０２の排気通路を流通する排気ガスＥＧ中の特定成分（本実施形態では酸素）のガス濃度を検知するガスセンサである。このセンサ１は、ハーネス（信号線）９１を通じて、自身から離れた位置に配設されたガスセンサ制御装置３と電気的に接続されている。

ガスセンサ制御装置３は、センサ１を通電制御することで、酸素濃度を検知する。具体的には、ガスセンサ制御装置３は、バッテリ８０から電力の供給を受けて駆動し、センサ１を用いて検知した酸素濃度の検知信号を、ＥＣＵ（エンジン制御装置）５に出力する。

ＥＣＵ５は、自動車のエンジン１０１の駆動等を電子的に制御するための装置である。ＥＣＵ５には、公知の構成の図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を搭載したマイクロコンピュータが用いられる。このＥＣＵ５は、制御プログラムの実行にしたがって、燃料の噴射タイミングや点火時期の制御を行う。かかる制御を行うための情報として、ＥＣＵ５には、ガスセンサ制御装置３から排気ガスＥＧ中の酸素濃度に応じた出力（検知信号）が入力される。また、ＥＣＵ５には、その他の情報として、その他のセンサからの信号（例えば、エンジン１０１のピストン位置や回転数を検知できるクランク角、冷却水の水温、燃焼圧などの情報）も入力される。

このようなＥＣＵ５は、センサ１の出力に基づき、エンジン１０１の空燃比フィードバック制御を行う。また、ＥＣＵ５は、エンジン１０１からセンサ１への排気ガスＥＧの供給状況が、規定ガス供給状況であるか否かを判断する。

ここで、「規定ガス供給状況」とは、エンジン１０１からセンサ１へ排気ガスＥＧの供給状況が、継続して排気ガスＥＧ中の酸素濃度が予め定めた規定値となる状況をいう。本実施形態では、内燃機関１００を搭載した自動車の信号待ち時等において、エンジン１０１が空燃比制御されたアイドリング状態とされ、排気ガスＥＧである排気ガスＥＧが、継続して規定のＡ／Ｆ値（例えば、理論空燃比）の排気ガスＥＧとなり、この排気ガスＥＧが継続してセンサ１に供給される状況を、「規定ガス供給状況」としている。ＥＣＵ５は、入力した情報に基づいて、一定時間毎に、排気ガスＥＧの供給状況が、上記のような「規定ガス供給状況」であるか否かを判断する。

次に、図２を参照して、センサ１及びガスセンサ制御装置３について、詳細に説明する。なお、図２は、本実施形態にかかるガスセンサユニット４の構成図である。ガスセンサユニット４は、センサ１とガスセンサ制御装置３とにより構成されている。

センサ１は、細長板状をなすセンサ素子１０が、図示しないハウジング内に保持された構造を有する。
センサ素子１０は、ジルコニアを主体とする第１固体電解質体１３及び第２固体電解質体１１と、アルミナを主体とする絶縁基体１２，１７，１８，２４とを有している。これらは、絶縁基体１８、絶縁基体１７、第１固体電解質体１３、絶縁基体１２、第２固体電解質体１１、絶縁基体２４の順に積層されている。

第２固体電解質体１１の両面には、白金を主体とする一対の第２電極１９，２０が形成されている。また、第１固体電解質体１３の両面にも、白金を主体とする一対の第１電極２１，２２が形成されている。第１電極２２は、第１固体電解質体１３と絶縁基体１７との間に挟まれている。第１固体電解質体１３、第２固体電解質体１１、及び絶縁基体１２，１７，１８，２４は、いずれも細長い板状に形成されており、図２では、これらの長手方向と直交する断面を示している。

絶縁基体１２の長手方向（図２において紙面に直交する方向）の一端側には、第１固体電解質体１３と第２固体電解質体１１とをそれぞれ一壁面として、排気ガスＥＧを導入可能な中空の測定室２３が形成されている。測定室２３の幅方向（図２において左右方向）の両端には、それぞれ、測定室２３内に排気ガスＥＧを導入する際の流入量を規制するための多孔質状の拡散律速部１５が設けられている。なお、第２固体電解質体１１上の第２電極２０と、第１固体電解質体１３上の第１電極２１とは、測定室２３内にそれぞれ露出して配置されていると共に、互いに導通している。

第２固体電解質体１１上の第２電極１９は、セラミックス（例えば、アルミナ）からなる多孔質性の保護層２５で覆われている。つまり、排気ガスＥＧに含まれるシリコン等の被毒成分によって劣化しないように、第２電極１９が、保護層２５によって保護されている。なお、第２固体電解質体１１上に積層された絶縁基体２４には、第２電極１９を覆わないように開口が設けられており、保護層２５は、その開口内に配設されている。

第２固体電解質体１１とその両面に設けられた一対の第２電極１９，２０とは、第２電極１９，２０間に流すポンプ電流Ｉｐに応じて、外部から測定室２３内に酸素を汲み入れ、あるいは、測定室２３内に導入された排気ガスＥＧ（排気ガスＥＧ）に含まれる酸素を外部へ汲み出す「ポンプセル１０ｃ」を構成する。

また、第１固体電解質体１３とその両面に設けられた一対の第１電極２１，２２とは、「検知セル１０ｂ」を構成する。このうち、第１電極２２は、測定室２３内の酸素濃度を検知するための基準となる酸素濃度を維持する酸素基準電極として機能する。この第１電極２２は、基準酸素濃度雰囲気に晒される。このため、検知セル１０ｂの第１電極２１，２２間には、第１電極２１上に生じる酸素イオン濃度と第１電極２２上に生じる酸素イオン濃度との差異に起因して、電圧が発生する。
また、ポンプセル１０ｃと検知セル１０ｂとは、「センサ部１０ｆ」を構成する。

また、絶縁基体１７，１８の間には、白金を主体とする発熱抵抗体２６が埋設されている。絶縁基体１７，１８及び発熱抵抗体２６は、センサ部１０ｆを加熱して活性化させるための「ヒータ１０ｄ」を構成する。

次に、センサ１（センサ素子１０）を制御するガスセンサ制御装置３について、詳細に説明する。
ガスセンサ制御装置３は、マイクロコンピュータ９及び電気回路部３０を構成主体としている。マイクロコンピュータ９は、公知の構成のＣＰＵ６、ＲＯＭ７、ＲＡＭ８等を搭載したマイコンチップである。なお、ＲＯＭ７には、ＣＰＵ６に各処理を実行させるための制御プログラムなどが記憶されている。

電気回路部３０は、ヒータ制御回路３１、ポンプ電流制御回路３２、電圧検知回路３３、微小電流供給回路３４、比較ＰＩＤ回路３５、ポンプ電流検知回路３６、及び内部抵抗検知回路３７から構成される。

このうち、ヒータ制御回路３１は、発熱抵抗体２６の両端に供給される電圧ＶｈをＰＷＭ制御することで発熱抵抗体２６を発熱させ、センサ部１０ｆ（第２固体電解質体１１を含むポンプセル１０ｃ及び第１固体電解質体１３を含む検知セル１０ｂ）の加熱制御を行う。詳細には、ヒータ制御回路３１は、センサ部１０ｆの温度Ｔが目標温度Ｔｊとなるように、ヒータ１０ｄ（発熱抵抗体２６）への通電を制御する。

本実施形態では、目標温度Ｔｊとして、２つの目標温度（第１目標温度Ｔｊ１及び第２目標温度Ｔｊ２）を設けている。このうち、第１目標温度Ｔｊ１は、センサ部１０ｆが活性となる温度（本実施形態では、８３０℃）である。一方、第２目標温度Ｔｊ２は、第１目標温度Ｔｊ１よりも高い温度（本実施形態では、９５０℃）である。

なお、本実施形態では、センサ部１０ｆに含まれる第１固体電解質体１３の内部抵抗Ｒｓを制御することで、センサ部１０ｆの温度Ｔを制御する。具体的には、第１固体電解質体１３は、自身の温度に応じて内部抵抗Ｒｓが変動する特性を有しており、第１固体電解質体１３の内部抵抗Ｒｓは、自身の温度と相関関係を有している。そこで、内部抵抗検知回路３７によって第１固体電解質体１３の内部抵抗Ｒｓを検知し、これに基づいて（第１固体電解質体１３の温度をセンサ部１０ｆの温度Ｔとみなして）、センサ部１０ｆの温度Ｔを制御する。

なお、第１固体電解質体１３の内部抵抗Ｒｓは、以下のようにして検知する。まず、内部抵抗検知回路３７を構成する定電流源回路によって、検知セル１０ｂの第１電極２１，２２間に定電流Ｉを一定時間流し、それに応答して変化する第１電極２１，２２間の電圧Ｖを内部抵抗検知回路３７により測定する。そして、定電流Ｉを付与した際の電圧Ｖの変化量と定電流Ｉとに基づいて、マイクロコンピュータ９のＣＰＵ６において、内部抵抗Ｒｓの値を演算する。より詳細には、内部抵抗検知回路３７に含まれる定電流源回路によって定電流Ｉを検知セル１０ｂに流す前の第１電極２１，２２間の電圧と、上記定電流源回路から定電流Ｉを検知セル１０ｂに流してから一定時間経過後（例えば、６０μｓ経過後）の第１電極２１，２２間の電圧を、内部抵抗検知回路３７を通じてＣＰＵ６に入力する。そして、予め設定された計算式又はマップを用いて、入力した２つの電圧の差電圧（変化量）ΔＶから、内部抵抗Ｒｓの値を検知する。

従って、本実施形態では、ガスセンサ制御装置３によるセンサ１の制御が開始されると、マイクロコンピュータ９のＣＰＵ６により、第１目標温度Ｔｊ１に対応する内部抵抗Ｒｓ（センサ部１０ｆの温度Ｔが第１目標温度Ｔｊ１になったときの第１固体電解質体１３の内部抵抗Ｒｓ、これを第１目標内部抵抗Ｒｓ１とする）が設定される。そして、ヒータ制御回路３１が、第１固体電解質体１３の内部抵抗Ｒｓが第１目標内部抵抗Ｒｓ１になるように、発熱抵抗体２６への通電を制御する。これにより、センサ部１０ｆの温度Ｔが第１目標温度Ｔｊ１に制御される。本実施形態では、この制御を、第１ヒータ制御ということにする。

また、ＥＣＵ５により、排気ガスＥＧが規定ガス供給状況であると判定された場合には、マイクロコンピュータ９のＣＰＵ６により、第２目標温度Ｔｊ２に対応する内部抵抗Ｒｓ（センサ部１０ｆの温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２になったときの第１固体電解質体１３の内部抵抗Ｒｓ、これを第２目標内部抵抗Ｒｓ２とする）が設定される。そして、ヒータ制御回路３１が、第１固体電解質体１３の内部抵抗Ｒｓが第２目標内部抵抗Ｒｓ２になるように、発熱抵抗体２６への通電を制御する。これにより、センサ部１０ｆの温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２に制御される。本実施形態では、この制御を、第２ヒータ制御ということにする。
なお、本実施形態では、ヒータ制御回路３１及びマイクロコンピュータ９がヒータ制御手段に相当する。

微小電流供給回路３４は、検知セル１０ｂの第１電極２２から第１電極２１側へ微小電流Ｉｃｐを流すことにより、第１電極２１側から第１電極２２側に酸素イオンを移動させて、多孔質の第１電極２２内に基準酸素濃度雰囲気を生成する。これにより、第１電極２２は、排気ガスＥＧ中の酸素濃度を検知するための基準となる酸素基準電極として機能する。

電圧検知回路３３は、検知セル１０ｂの第１電極２１，２２間の電圧Ｖｓを検知する。
比較ＰＩＤ回路３５は、マイクロコンピュータ９のＣＰＵ６によって設定された目標電圧Ｖｊと、電圧検知回路３３にて検知した電圧Ｖｓとの比較を行う。そして、その比較結果に基づいて、ＰＩＤ制御手法により、第１電極２１，２２間の電圧Ｖｓが目標電圧Ｖｊとなるように、ポンプセル１０ｃの第２電極１９，２０間に流すポンプ電流Ｉｐの大きさや向きを制御すべく、制御指示値をポンプ電流制御回路３２に入力する。

ポンプ電流制御回路３２は、比較ＰＩＤ回路３５から得た比較結果に基づき、第１電極２１，２２間の電圧Ｖｓが目標電圧Ｖｊとなるように、ポンプセル１０ｃの第２電極１９，２０間に流すポンプ電流Ｉｐの大きさや向きを制御する。これにより、ポンプセル１０ｃによる測定室２３内への酸素の汲み入れや、測定室２３からの酸素の汲み出しが行われる。
ポンプ電流検知回路３６は、ポンプセル１０ｃの第２電極１９，２０間に流れるポンプ電流Ｉｐを検知する。

本実施形態では、比較ＰＩＤ回路３５によって電圧Ｖｓと比較される目標電圧Ｖｊを、２つの目標電圧（第１目標電圧Ｖｊ１及び第２目標電圧Ｖｊ２）に設定することができる。具体的には、電気回路部３０は、スイッチＳＷ１を通じて比較ＰＩＤ回路３５に接続された第１基準電源３８及び第２基準電源３９を有している。第１基準電源３８の電圧は、第１目標電圧Ｖｊ１とされ、第２基準電源３９の電圧は第２目標電圧Ｖｊ２とされて
いる。このため、スイッチＳＷ１を第１基準電源３８側に接続しておくことで、目標電圧Ｖｊを第１目標電圧Ｖｊ１に設定することができる。一方、スイッチＳＷ１を第２基準電源３９側に切り替えることで、目標電圧Ｖｊを第２目標電圧Ｖｊ２に設定することができる。

なお、第１目標電圧Ｖｊ１は、電圧Ｖｓが第１目標電圧Ｖｊ１となったときに、測定室２３内の排気ガスＥＧに含まれる酸素ガスは第１電極２１上で解離するが、排気ガスＥＧに含まれるＨ₂Ｏガスは第１電極２１上で実質的に解離しない電圧値（本実施形態では、４５０ｍＶ）とされている。
一方、第２目標電圧Ｖｊ２は、電圧Ｖｓが第２目標電圧Ｖｊ２となったときに、測定室２３内の排気ガスＥＧに含まれる酸素ガスのみならず、Ｈ₂Ｏガスも、第１電極２１上で解離する電圧値（本実施形態では、１０００ｍＶ）とされている。

本実施形態では、ガスセンサ制御装置３によるセンサ１の制御が開始されると、マイクロコンピュータ９により、目標電圧Ｖｊとして第１目標電圧Ｖｊ１が設定される。具体的には、スイッチＳＷ１を第１基準電源３８側に接続して、目標電圧Ｖｊを第１目標電圧Ｖｊ１に設定する。そして、ポンプ電流制御回路３２により、第１電極２１，２２間の電圧Ｖｓが第１目標電圧Ｖｊ１となるように、ポンプ電流Ｉｐが制御される。このとき、前述のように、センサ部１０ｆの温度Ｔは、第１目標温度Ｔｊ１に制御されている。この状態では、マイクロコンピュータ９は、ポンプ電流Ｉｐに基づいて、排気ガスＥＧ中の酸素濃度を検知（算出）する。

その後、センサ部１０ｆの温度Ｔが第１目標温度Ｔｊ１となり、第１電極２１，２２間の電圧Ｖｓが第１目標電圧Ｖｊ１となった状態において、ＥＣＵ５により、排気ガスＥＧの供給状況が規定ガス供給状況であると判定された場合には、まず、ポンプ電流検知回路３６は、ポンプ電流Ｉｐとして、第１ポンプ電流Ｉｐ１を検知する。

さらに、規定ガス供給状況で、センサ部１０ｆの温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２となり、第１電極２１，２２間の電圧Ｖｓが第２目標電圧Ｖｊ２となった状態において、ポンプ電流検知回路３６は、ポンプ電流Ｉｐとして、第２ポンプ電流Ｉｐ２を検知する。
なお、本実施形態では、ポンプ電流検知回路３６が、第１電流検知手段及び第２電流検知手段に相当する。

マイクロコンピュータ９は、第１ポンプ電流Ｉｐ１と第２ポンプ電流Ｉｐ２とに基づいて、排気ガスＥＧ中のＨ₂Ｏガス濃度を検知する。具体的には、第２ポンプ電流Ｉｐ２から第１ポンプ電流Ｉｐ１を差し引いた差分値ΔＩｐ（ｍＡ）に基づいて、排気ガスＥＧ中のＨ₂Ｏガス濃度を検知する。
なお、本実施形態では、ポンプ電流制御回路３２、電圧検知回路３３、及び比較ＰＩＤ回路３５により、「電流制御手段」が構成される。

次に、排気ガスＥＧの酸素濃度（空燃比）を検知する流れについて、以下に説明する。なお、排気ガスＥＧの酸素濃度を検知する際は、比較ＰＩＤ回路３５で比較対象となる目標電圧Ｖｊとして、第１目標電圧Ｖｊ１（４５０ｍＶ）が設定される。さらに、ヒータ制御回路３１の目標内部抵抗Ｒｓｊとして、第１目標内部抵抗Ｒｓ１（第１固体電解質体１３の温度Ｔが第１目標温度Ｔｊ１になったときの第１固体電解質体１３の内部抵抗Ｒｓ）が設定される。

図２に示すように、まず、微小電流供給回路３４により、検知セル１０ｂの第１電極２２から第１電極２１に向けて微小電流Ｉｃｐを流す。この通電より、第１電極２１側から第１電極２２側に、第１固体電解質体１３を通じて排気ガスＥＧ中の酸素が汲み込まれ、第１電極２２が酸素基準電極として機能する。

次いで、電圧検知回路３３は、第１電極２１，２２間の電圧Ｖｓを検知する。その後、比較ＰＩＤ回路３５は、検知された電圧Ｖｓを、第１目標電圧Ｖｊ１と比較する。次に、ポンプ電流制御回路３２は、比較ＰＩＤ回路３５による比較結果に基づいて、電圧Ｖｓが第１目標電圧Ｖｊ１となるように、ポンプセル１０ｃの第２電極１９，２０間に流すポンプ電流Ｉｐの大きさや向きを制御する。

なお、測定室２３内に導入された排気ガスＥＧの空燃比が、理論空燃比よりもリッチであった場合、排気ガスＥＧ中の酸素濃度が低いため、ポンプセル１０ｃにおいて外部から測定室２３内に酸素を汲み入れるように、第２電極１９，２０間に流すポンプ電流Ｉｐが制御される。
一方、測定室２３内に導入された排気ガスＥＧの空燃比が、理論空燃比よりもリーンであった場合、排気ガスＥＧ中には多くの酸素が存在するため、ポンプセル１０ｃにおいて測定室２３から外部へ酸素を汲み出すように、第２電極１９，２０間に流すポンプ電流Ｉｐが制御される。

ポンプ電流検知回路３６は、このときのポンプ電流Ｉｐを検知し、これをＥＣＵ５に出力する。ＥＣＵ５は、出力されるポンプ電流Ｉｐの大きさと向きに基づいて、排気ガスＥＧ中に含まれる酸素濃度、ひいては排気ガスＥＧの空燃比を特定する。このようにして、排気ガスＥＧの酸素濃度（排気ガスＥＧの空燃比）が検知される。

このように、本実施形態のガスセンサ制御装置３は、通常、センサ１を用いて、予め定められたタイミング毎に、排気ガスＥＧの酸素濃度を検知する。
但し、本実施形態のガスセンサ制御装置３は、排気ガスＥＧの供給状況が規定ガス供給状況であると判断された場合には、このセンサ１を用いて、排気ガスＥＧ中のＨ₂Ｏガス濃度を検知する。

次に、ガスセンサ制御装置３において実行されるＨ₂Ｏガス濃度検知について、図３を参照して説明する。
図３に示す各処理（Ｈ₂Ｏガス濃度検知処理）を実行させるプログラムは、マイクロコンピュータ９のＲＯＭ７（図２参照）に記憶されており、ＣＰＵ６によって実行される。図３に示す処理は、内燃機関１００の駆動中に、マイクロコンピュータ９が、「規定ガス供給状況」であることを示す信号をＥＣＵ５から受信した場合に実行される。

また、図３に示す処理が実行される前段階では、ガスセンサ制御装置３において、前述した酸素濃度検知が行われており、比較ＰＩＤ回路３５の目標電圧Ｖｊが第１目標電圧Ｖｊ１（４５０ｍＶ）に設定されて、第１電極２１，２２間の電圧Ｖｓが第１目標電圧Ｖｊ１（４５０ｍＶ）となっている。さらに、ヒータ制御回路３１の目標内部抵抗Ｒｓｊが、第１目標内部抵抗Ｒｓ１（センサ部１０ｆの温度Ｔが第１目標温度Ｔｊ１になったときの第１固体電解質体１３の内部抵抗Ｒｓ）に設定されて、センサ部１０ｆの温度Ｔが第１目標温度Ｔｊ１となっている。

マイクロコンピュータ９は、ステップＳ１において、排気ガスＥＧの供給状況が規定ガス供給状況であるか否かを判断する。具体的には、エンジン１０１からセンサ１へ排気ガスＥＧ（被測定ガス）の供給状況が、継続して排気ガスＥＧ中の酸素濃度が予め定めた規定値となる供給状況であるか否かを判断する。さらに具体的には、内燃機関１００を搭載した自動車の信号待ち時等において、エンジン１０１が空燃比制御されたアイドリング状態とされ、排気ガスＥＧのＡ／Ｆ値が継続して規定のＡ／Ｆ値（例えば、理論空燃比）となった状態で、この排気ガスＥＧが継続してセンサ１に供給される状況であるか否かを判断する。

本実施形態では、ＥＣＵ５が、各種センサ等から入力された情報に基づいて、排気ガスＥＧの供給状況が、上記の「規定ガス供給状況」であるか否かを検知する。具体的には、例えば、自動車のエンジン１０１が稼働中で、シフトレンジポジションがＤレンジで、車速が０である状態のときは、信号待ち等でエンジン１０１が空燃比制御されたアイドリング状態であると判断できるので、この場合、ＥＣＵ５は、「規定ガス供給状況」であることを検知する。

さらに、ＥＣＵ５は、「規定ガス供給状況」であることを検知したとき、「規定ガス供給状況」であることを示す信号を、マイクロコンピュータ９に送信する。マイクロコンピュータ９は、この信号を受信した場合、規定ガス供給状況である（ＹＥＳ）と判断し、一方、信号を受信していない場合は、規定ガス供給状況でない（ＮＯ）と判断する。

ステップＳ１において、排気ガスＥＧの供給状況が規定ガス供給状況でない（ＮＯ）と判断された場合は、Ｈ₂Ｏガス濃度検知処理を行うことなく終了する。
一方、排気ガスＥＧの供給状況が規定ガス供給状況である（ＹＥＳ）と判断された場合は、ステップＳ２に進み、ポンプ電流検知回路３６から出力された第１ポンプ電流Ｉｐ１を読み込む。この読み込まれた第１ポンプ電流Ｉｐ１の値は、ＲＡＭ８に記憶される。

なお、このとき、比較ＰＩＤ回路３５の目標電圧Ｖｊは、第１目標電圧Ｖｊ１（４５０ｍＶ）に設定されたままで、ヒータ制御回路３１の目標内部抵抗Ｒｓｊは、第１目標内部抵抗Ｒｓ１に設定されたままである。従って、第１ポンプ電流Ｉｐ１は、センサ部１０ｆの温度Ｔが第１目標温度Ｔｊ１（８３０℃）となり、第１電極２１，２２間の電圧Ｖｓが第１目標電圧Ｖｊ１（４５０ｍＶ）となった状態で検知される。

次いで、ステップＳ３に進み、ヒータ制御回路３１の目標内部抵抗Ｒｓｊを、第２目標内部抵抗Ｒｓ２（センサ部１０ｆの温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２であるときの第１固体電解質体１３の内部抵抗Ｒｓ）に変更する。つまり、ヒータ制御回路３１によるヒータ制御を、第２ヒータ制御に変更する。これにより、センサ部１０ｆの温度Ｔが、第２目標温度Ｔｊ２に制御される。

次に、ステップＳ４に進み、マイクロコンピュータ９は、センサ部１０ｆの温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２（９５０℃）に達したか否かを判断する。具体的には、第１固体電解質体１３の内部抵抗Ｒｓが、第２目標内部抵抗Ｒｓ２にまで低下したか否かを判断する。

ステップＳ４において、センサ部１０ｆの温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２に達していない（ＮＯ）と判断された場合は、ステップＳＤに進み、未だ、排気ガスＥＧの供給状況が規定ガス供給状況であるか否かを判断する。具体的には、ＥＣＵ５から、継続して、「規定ガス供給状況」であることを示す信号を受信している場合には、規定ガス供給状況である（ＹＥＳ）と判断する。一方、「規定ガス供給状況」であることを示す信号の受信がない場合は、規定ガス供給状況でない（ＮＯ）と判断する。

規定ガス供給状況でない（ＮＯ）と判断した場合は、ステップＳＣに進み、ヒータ制御回路３１の目標内部抵抗Ｒｓｊを、第１目標内部抵抗Ｒｓ１に変更する。これにより、ヒータ制御回路３１によるヒータ制御を、第１ヒータ制御に変更する。その後、一連の処理を終了する。

一方、ステップＳＤにおいて、規定ガス供給状況である（ＹＥＳ）と判断した場合は、再び、ステップＳ４に戻り、センサ部１０ｆの温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２（９５０℃）に達したか否かを判断する。

ステップＳ４において、センサ部１０ｆの温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２に達した（ＹＥＳ）と判断された場合は、ステップＳ５に進み、マイクロコンピュータ９は、電気回路部３０のスイッチＳＷ１を第２基準電源３９側に切り替えて、比較ＰＩＤ回路３５の目標電圧Ｖｊを、第１目標電圧Ｖｊ１から第２目標電圧Ｖｊ２（本実施形態では、１０００ｍＶ）に変更する。これにより、ポンプ電流制御回路３２によって、電圧Ｖｓが第２目標電圧Ｖｊ２となるように、ポンプ電流Ｉｐの制御が開始される。

その後、ステップＳ６に進み、マイクロコンピュータ９は、目標電圧Ｖｊを第２目標電圧Ｖｊ２に変更してから規定時間が経過したか否かを判断する。ここで、規定時間は、目標電圧Ｖｊを第２目標電圧Ｖｊ２に変更してから、ポンプ電流制御回路３２によるポンプ電流Ｉｐの制御によって、第１電極２１，２２間の電圧Ｖｓが第２目標電圧Ｖｊ２に安定するまでに要する時間である。この規定時間は、予め試験により把握して、マイクロコンピュータ９のＲＯＭ７に記憶させてある。

ステップＳ６において、規定時間が経過していない（ＮＯ）と判断された場合は、ステップＳＥに進み、先のステップＳＤと同様に、排気ガスＥＧの供給状況が規定ガス供給状況であるか否かを判断する。ステップＳＥにおいて、規定ガス供給状況でない（ＮＯ）と判断した場合は、ステップＳＢに進み、電気回路部３０のスイッチＳＷ１を第１基準電源３８側に切り替えて、目標電圧Ｖｊを第１目標電圧Ｖｊ１に戻す。さらに、ステップＳＣに進み、ヒータ制御回路３１の目標内部抵抗Ｒｓｊを、第１目標内部抵抗Ｒｓ１に戻す。これにより、ヒータ制御を、第１ヒータ制御に変更する。その後、一連の処理を終了する。一方、ステップＳＥにおいて、規定ガス供給状況である（ＹＥＳ）と判断した場合は、再びステップＳ６に戻り、前述の処理を行う。

ステップＳ６において、規定時間が経過した（ＹＥＳ）と判断された場合は、ステップＳ７に進み、マイクロコンピュータ９は、センサ部１０ｆの温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２で安定しているか否かを判断する。具体的には、電気回路部３０によって検知された第１固体電解質体１３の内部抵抗Ｒｓが、第２目標内部抵抗Ｒｓ２で安定しているか否かを判断する。

ステップＳ７において、温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２で安定していない（ＮＯ）と判断した場合は、ステップＳ８に進み、先のステップＳＤと同様に、排気ガスＥＧの供給状況が規定ガス供給状況であるか否かを判断する。ステップＳ８において、規定ガス供給状況でない（ＮＯ）と判断した場合は、ステップＳＢに進み、電気回路部３０のスイッチＳＷ１を第１基準電源３８側に切り替えて、目標電圧Ｖｊを第１目標電圧Ｖｊ１に戻す。さらに、ステップＳＣに進み、ヒータ制御回路３１の目標内部抵抗Ｒｓｊを、第１目標内部抵抗Ｒｓ１に戻す。その後、一連の処理を終了する。一方、ステップＳ８において、規定ガス供給状況である（ＹＥＳ）と判断した場合は、再びステップＳ７に戻り、前述の処理を行う。

ステップＳ７において、温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２で安定している（ＹＥＳ）と判断した場合は、ステップＳ９に進み、マイクロコンピュータ９は、ポンプ電流検知回路３６から出力された第２ポンプ電流Ｉｐ２の値を読み込み、ＲＡＭ８に記憶する。

なお、このとき、第１電極２１，２２間の電圧Ｖｓは、第２目標電圧Ｖｊ２に安定している。また、センサ部１０ｆの温度Ｔは、第２目標温度Ｔｊ２で安定している。従って、第２ポンプ電流Ｉｐ２は、温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２（９５０℃）となり、電圧Ｖｓが第２目標電圧Ｖｊ２（１０００ｍＶ）となった状態で検知される。

なお、本実施形態では、センサ部１０ｆの温度Ｔが、第２目標温度Ｔｊ２±１０(deg)の温度範囲内の変動にとどまっている状態を、センサ部１０ｆの温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２で安定した状態としている。この状態は、第１固体電解質体１３の内部抵抗Ｒｓが、第２目標内部抵抗Ｒｓ２±１０（Ω）の範囲内の変動にとどまっている状態に相当する。従って、ステップＳ７では、内部抵抗Ｒｓが、第２目標内部抵抗Ｒｓ２±１０（Ω）の範囲内の変動にとどまっている状態であるか否かを判断する。

次いで、ステップＳＡに進み、マイクロコンピュータ９は、第１ポンプ電流Ｉｐ１と第２ポンプ電流Ｉｐ２とに基づいて、排気ガスＥＧ中のＨ₂Ｏガス濃度を検知する。具体的には、第２ポンプ電流Ｉｐ２から第１ポンプ電流Ｉｐ１を差し引いた差分値ΔＩｐ（ｍＡ）に基づいて、排気ガスＥＧ中のＨ₂Ｏガス濃度を検知する。

なお、本実施形態では、予め、試験により、排気ガスＥＧ中のＨ₂Ｏガス濃度（％）と差分値ΔＩｐ（ｍＡ）との相関を把握して、マイクロコンピュータ９のＲＯＭ７に、Ｈ₂Ｏガス濃度（％）と差分値ΔＩｐ（ｍＡ）との相関関数あるいはマップを記憶させている。従って、マイクロコンピュータ９のＣＰＵ６は、この相関関数あるいはマップを利用
して、差分値ΔＩｐ（ｍＡ）から排気ガスＥＧ中のＨ₂Ｏガス濃度を検知することができ
る。

ところで、第１ポンプ電流Ｉｐ１は、排気ガスＥＧ中のＨ₂Ｏガスが第１電極２１上で実質的に解離しない状況下で検知された電流である。一方、第２ポンプ電流Ｉｐ２は、排気ガスＥＧ中のＨ₂Ｏガスが第１電極２１上で解離する状況下（Ｈ₂Ｏガス由来の酸素イオンが発生する状況下）で検知された電流である。つまり、第２ポンプ電流Ｉｐ２は、第１ポンプ電流Ｉｐ１に比べて、排気ガスＥＧ中のＨ₂Ｏガス由来の電流分だけ大きい。従って、第１ポンプ電流Ｉｐ１と第２ポンプ電流Ｉｐ２とに基づいて、排気ガスＥＧ中のＨ₂Ｏガス濃度を検知することができる。

しかも、本実施形態では、センサ部１０ｆの温度Ｔを、第１目標温度Ｔｊ１（第１ポンプ電流Ｉｐ１を検知するときの温度）よりも高い第２目標温度Ｔｊ２とした状態で、第２ポンプ電流Ｉｐ２を検知している。

このように、第２ポンプ電流Ｉｐ２を検知するにあたり、第１ポンプ電流Ｉｐ１の検知時よりもセンサ部１０ｆの温度Ｔを高くすることで、温度Ｔを変化させない場合（第１目標温度Ｔｊ１としたままの場合。なお、第１電極２１，２２間の電圧Ｖｓは同じ第２目標電圧Ｖｊ２とする）に比べて、排気ガスＥＧ中のＨ₂Ｏガスの解離を促進させることができる。さらには、検知する第２ポンプ電流Ｉｐ２を安定させる（第２目標電圧Ｖｊ２に制御される電圧Ｖｓの変動に伴う第２ポンプ電流Ｉｐ２の変動幅を小さくする）こともできる。

ここで、図４に、第１電極２１，２２間の電圧Ｖｓとポンプ電流Ｉｐとの相関関係を示す。なお、図４では、相対湿度８０％の環境下で、Ａ／Ｆを理論空燃比とし、センサ部１０ｆの温度Ｔを８３０℃（第１目標温度Ｔｊ１）に保った状態での各測定値を△で示し、これらを結んだ相関曲線を破線で示している。一方、相対湿度８０％の環境下で、Ａ／Ｆを理論空燃比とし、温度Ｔを９５０℃（第２目標温度Ｔｊ２）に保った状態での各測定値を○で示し、これらを結んだ相関曲線を実線で示している。

図４からわかるように、第１電極２１，２２間の電圧Ｖｓを同じ１０００ｍＶ（目標電圧Ｖｊ）とした場合で比べると、センサ部１０ｆの温度Ｔを８３０℃（第１目標温度Ｔｊ１）としてポンプ電流Ｉｐを検知した場合よりも、温度Ｔを９５０℃（第２目標温度Ｔｊ２）としてポンプ電流Ｉｐを検知した場合のほうが、曲線の傾き（変化率）が小さくなる。従って、電圧Ｖｓが同じ１０００ｍＶ（第２目標電圧Ｖｊ２）となった場合でも、温度Ｔを８３０℃（第１目標温度Ｔｊ１）としてポンプ電流Ｉｐを検知した場合よりも、温度Ｔを９５０℃（第２目標温度Ｔｊ２）としてポンプ電流Ｉｐを検知した場合のほうが、得られるポンプ電流Ｉｐの測定値が安定する（電圧Ｖｓの変動に伴うポンプ電流Ｉｐの変動幅が小さくなる）といえる。

これにより、温度Ｔを８３０℃（第１目標温度Ｔｊ１）としたままで、第１ポンプ電流Ｉｐ１に加えて、第２ポンプ電流Ｉｐ２をも検知する場合（温度Ｔを上昇させない場合）に比べ、排気ガスＥＧ中のＨ₂Ｏガス濃度の検知精度を高めることができる。かくして、本実施形態によれば、排気ガスＥＧ中のＨ₂Ｏガス濃度をより適切に検知することができる。

ところで、第１電極２１，２２間の電圧Ｖｓを高くすると、第２固体電解質体１１においてブラックニングが生じやすくなることがわかっている。ブラックニングとは、固体電解質体において、固体電解質体に含まれる金属酸化物が還元され、金属が生成される現象である（ＺｒＯ₂→Ｚｒ＋Ｏ₂）。第２固体電解質体１１にブラックニングが生じることで、第２固体電解質体１１の特性（イオン伝導性）が劣化し、その結果、排気ガスＥＧ中のＨ₂Ｏガス濃度を適切に検知することができなくなる虞がある。

これに対し、本実施形態のガスセンサ制御装置３では、センサ部１０ｆの温度Ｔを高くする（第２目標温度Ｔｊ２とする）ことで、第１目標温度Ｔｊ１で第２ポンプ電流Ｉｐ２を検知する場合に比べて、第２ポンプ電流Ｉｐ２が安定する第１電極２１，２２間の電圧を低くすることが可能となる。

ここで、図４を用いて具体的に説明する。目標温度を９５０℃とした場合において電圧Ｖｓ＝１０００ｍＶとしたときの曲線の傾き（変化率）は、目標温度を８３０℃とした場合において電圧Ｖｓ＝１１００ｍＶとしたときの曲線の傾き（変化率）と同等になる。従って、目標温度Ｔｊを８３０℃（第１目標温度Ｔｊ１）とし、目標電圧Ｖｊを１１００ｍＶとして、第２ポンプ電流Ｉｐ２を検知する場合と同等の検知精度を得るのであれば、目標温度Ｔｊを９５０℃（第２目標温度Ｔｊ２）とした場合には、目標電圧Ｖｊ（第２目標電圧Ｖｊ２）を１０００ｍＶまで低下させることができる。

つまり、本実施形態のガスセンサ制御装置３では、第１目標温度Ｔｊ１のままで第２ポンプ電流Ｉｐ２を検知する場合と同等の検知精度で良いとするならば、センサ部１０ｆの温度Ｔを高い温度（第２目標温度Ｔｊ２）に制御することで、第１目標温度Ｔｊ１のままで第２ポンプ電流Ｉｐ２を検知する場合に比べて、電圧Ｖｓの第２目標電圧Ｖｊ２を低くすることが可能となる。これにより、第２固体電解質体１１におけるブラックニング発生の可能性を低減することができる。このようにした場合でも、排気ガスＥＧ中のＨ₂Ｏガス濃度をより適切に検知することができる。

その後、ステップＳＢに進み、目標電圧Ｖｊを第１目標電圧Ｖｊ１に戻す。さらに、ステップＳＣに進み、ヒータ制御回路３１の目標内部抵抗Ｒｓｊを、第１目標内部抵抗Ｒｓ１に戻す。これにより、ヒータ制御回路３１によるヒータ制御を、第１ヒータ制御に戻す。これにより、一連のＨ₂Ｏガス濃度検知処理を終了する。

ところで、第２固体電解質体１１のブラックニングは、センサ部１０ｆの温度Ｔが第１目標温度Ｔｊ１であるときに比べて、これよりも高い温度であるときのほうが、生じにくい。従って、センサ部１０ｆの温度Ｔを高める第２ヒータ制御の開始以前に、目標電圧Ｖｊを第１目標電圧Ｖｊ１から第２目標電圧Ｖｊ２に切り替えると、センサ部１０ｆの温度Ｔが第１目標温度Ｔｊ１の状態で、第１電極２１，２２間の電圧Ｖｓを、第１目標電圧Ｖｊ１（４５０ｍＶ）から第２目標電圧Ｖｊ２（１０００ｍＶ）に上昇させることになり、第２固体電解質体１１にブラックニングが生じる可能性が高くなる。

これに対し、本実施形態では、第２ヒータ制御の開始に遅れて、目標電圧Ｖｊを第２目標電圧Ｖｊ２に設定している。具体的には、ステップＳ３において、ヒータ制御回路３１によるヒータ制御を、第１ヒータ制御から第２ヒータ制御に変更した後、ステップＳ５において、比較ＰＩＤ回路３５の目標電圧Ｖｊを、第１目標電圧Ｖｊ１から第２目標電圧Ｖｊ２に変更する。
これにより、センサ部１０ｆの温度Ｔが、第２ヒータ制御の開始によって第１目標温度Ｔｊ１よりも高くなった後に、第１電極２１，２２間の電圧Ｖｓを、第１目標電圧Ｖｊ１から第２目標電圧Ｖｊ２に上昇させることになる。このため、第２ヒータ制御の開始（ステップＳ３）以前に目標電圧Ｖｊを第２目標電圧Ｖｊ２に設定する（ステップＳ５）場合に比べて、第２固体電解質体１１におけるブラックニング発生の可能性を低減することができる。

しかも、本実施形態では、ステップＳ４において、センサ部１０ｆの温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２に達したことを確認した後に、ステップＳ５において、目標電圧Ｖｊを第２目標電圧Ｖｊ２に設定している。これにより、センサ部１０ｆの温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２に達した後に、第１電極２１，２２間の電圧Ｖｓを、第２目標電圧Ｖｊ２に向けて上昇させることになる。従って、第２固体電解質体１１におけるブラックニング発生の可能性を、より一層低減することができる。

また、ステップＳ３以降の第２ヒータ制御によって、センサ部１０ｆの温度Ｔを第２目標温度Ｔｊ２まで上昇させるにあっては、ハンチング（オーバーシュート）が生じて、センサ部１０ｆの温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２に安定して制御されるまでに時間を要する場合がある。これに伴い、第２ポンプ電流Ｉｐ２が安定するまでに時間を要することがある。

これに対し、本実施形態では、ステップＳ７において、センサ部１０ｆの温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２に安定したことを確認した後、ステップＳ９において、第２ポンプ電流Ｉｐ２を検知している。すなわち、温度Ｔを第２目標温度Ｔｊ２まで上昇させた後でも、温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２に安定するのを待って、第２ポンプ電流Ｉｐ２を検知する。これにより、安定した第２ポンプ電流Ｉｐ２に基づいて、排気ガスＥＧ中のＨ₂Ｏガス濃度を検知することができるので、検知精度をより一層高めることができる。

なお、本実施形態では、ステップＳ１，Ｓ８，ＳＤ，ＳＥの処理を行うマイクロコンピュータ９が、供給状況判断手段に相当する。また、ステップＳ５及びステップＳＢの処理を行うマイクロコンピュータ９が、電圧設定手段に相当する。また、ステップＳＡの処理を行うマイクロコンピュータ９が、Ｈ₂Ｏガス濃度検知手段に相当する。

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、実施形態では、センサ１とＥＣＵ５との間にガスセンサ制御装置３を設けるとともに、センサ１とガスセンサ制御装置３とでガスセンサユニット４を構成した。しかしながら、ガスセンサ制御装置３の配設態様は適宜変更可能であり、例えば、ガスセンサ制御装置３をＥＣＵ５内に組み込み、センサ１とＥＣＵ５とによってガスセンサユニットを構成するようにしてもよい。

また、実施形態では、ガスセンサとして、排気管に装着されるガスセンサ（センサ１）を例示した。しかしながら、本発明は、例えば、ＥＧＲ装置を備えるエンジンの吸気管に装着されて、吸気ガス中の特定ガス（例えば酸素）の濃度を検知するガスセンサ、及び、これを制御するガスセンサ制御装置にも適用することができる。

１ 全領域空燃比センサ（ガスセンサ）
３ ガスセンサ制御装置
４ ガスセンサユニット
５ ＥＣＵ
９ マイクロコンピュータ（供給状況判断手段、電圧設定手段、Ｈ₂Ｏガス濃度検知手段）
１０ センサ素子
１０ｂ 検知セル
１０ｃ ポンプセル
１０ｄ ヒータ
１０ｆ センサ部
１１ 第２固体電解質体
１３ 第１固体電解質体
１９，２０ 第２電極
２１，２２ 第１電極
２３ 測定室
２６ 発熱抵抗体
３０ 電気回路部
３１ ヒータ制御回路 （ヒータ制御手段）
３２ ポンプ電流制御回路（電流制御手段）
３３ 電圧検知回路（電流制御手段）
３５ 比較ＰＩＤ回路（電流制御手段）
３６ ポンプ電流検知回路（第１電流検知手段、第２電流検知手段）
３７ 内部抵抗検知回路
１００ 内燃機関
ＥＧ 排気ガス（被測定ガス）
Ｉｐ ポンプ電流
Ｉｐ１ 第１ポンプ電流
Ｉｐ２ 第２ポンプ電流
Ｖｓ 第１電極間の電圧
Ｖｊ 目標電圧
Ｖｊ１ 第１目標電圧
Ｖｊ２ 第２目標電圧

Claims (4)

1. 第１固体電解質体及び当該第１固体電解質体上に形成された一対の第１電極を有し、当該一対の第１電極のうちの一方の電極が、被測定ガスが導入される測定室内に配置され、他方の電極が基準酸素濃度雰囲気に晒される検知セルと、
   第２固体電解質体及び当該第２固体電解質体上に形成された一対の第２電極を有し、当該一対の第２電極のうちの一方の電極が、上記測定室内に配置されてなり、上記一対の第２電極間に流すポンプ電流に応じて、上記測定室に導入された上記被測定ガスに含まれる酸素の汲み出し又は汲み入れを行うポンプセルと、を有する
   センサ部、及び、
   上記センサ部を加熱するヒータ、を備える
   ガスセンサを制御する
   ガスセンサ制御装置であって、
   上記一対の第１電極間の電圧が目標電圧となるように、上記一対の第２電極間に流すポンプ電流を制御する電流制御手段、
   上記被測定ガスの供給状況が、継続して上記被測定ガス中の酸素濃度が予め定めた規定値となる規定ガス供給状況であるか否かを判断する供給状況判断手段、
   上記センサ部の温度が上記センサ部が活性となる第１目標温度になるように上記ヒータを制御する第１ヒータ制御を行うヒータ制御手段であって、上記供給状況判断手段により上記被測定ガスが上記規定ガス供給状況であると判定された場合に、上記センサ部の温度が上記第１目標温度よりも高い第２目標温度となるように上記ヒータを制御する第２ヒータ制御を行うヒータ制御手段、
   上記目標電圧を、上記被測定ガス中のＨ₂Ｏガスが実質的に解離しない第１目標電圧に設定する電圧設定手段であって、上記供給状況判断手段により上記被測定ガスが上記規定ガス供給状況であると判定された場合に、上記目標電圧を、上記第１目標電圧よりも高く上記被測定ガス中のＨ₂Ｏガスが解離する第２目標電圧に設定する電圧設定手段、
   上記被測定ガスの供給状況が上記規定ガス供給状況となり、上記センサ部の温度が上記第１目標温度となり、上記一対の第１電極間の電圧が上記第１目標電圧となった状態において、上記一対の第２電極間に流れる第１ポンプ電流を検知する第１電流検知手段、
   上記被測定ガスの供給状況が上記規定ガス供給状況となり、上記センサ部の温度が上記第２目標温度となり、上記一対の第１電極間の電圧が上記第２目標電圧となった状態において、上記一対の第２電極間に流れる第２ポンプ電流を検知する第２電流検知手段、及び、
   上記第１ポンプ電流と上記第２ポンプ電流とに基づいて、上記被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度を検知するＨ₂Ｏガス濃度検知手段、を備える
   ガスセンサ制御装置。
2. 請求項１に記載のガスセンサ制御装置であって、
   前記電圧設定手段は、
   前記ヒータ制御手段による前記第２ヒータ制御の開始に遅れて、前記目標電圧を前記第２目標電圧に設定する
   ガスセンサ制御装置。
3. 請求項２に記載のガスセンサ制御装置であって、
   前記電圧設定手段は、
   前記ヒータ制御手段による前記第２ヒータ制御によって、前記センサ部の温度が前記第２目標温度に達した後に、前記目標電圧を前記第２目標電圧に設定する
   ガスセンサ制御装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のガスセンサ制御装置であって、
   前記第２電流検知手段は、
   前記ヒータ制御手段による前記第２ヒータ制御によって前記センサ部の温度が前記第２目標温度に安定した状態で、前記第２ポンプ電流を検知する
   ガスセンサ制御装置。

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