JP6730957B2

JP6730957B2 - 制御装置

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Publication number: JP6730957B2
Application number: JP2017086979A
Authority: JP
Inventors: 松本　徹; 徹松本; 隆仁増子; 克英秋元; 啓太 ▲高▼木; 竜大伊藤; 貴史西尾; 由規佐藤; 亮寺元
Original assignee: Mazda Motor Corp; Denso Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp; Denso Corp
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2037-04-26
Also published as: US20200123959A1; CN110573871B; US11384675B2; JP2018185222A; CN110573871A; DE112018002211T5; WO2018198568A1

Description

本開示は、ガス濃度を測定するガスセンサの制御装置に関する。

内燃機関を有する車両の排気通路には、排ガスに含まれる特定のガス（例えば酸素）の濃度を測定するためのガスセンサが設けられる。例えばＯ₂センサやＡ／Ｆセンサのように、酸素濃度を測定するためのガスセンサは、酸素イオンを透過させる固体酸化物層を有しており、被検知空間の酸素濃度に応じてその起電力を変化させる構成となっている。

ガスセンサによるガス濃度の測定を正確に行うためには、ガスセンサの温度を活性温度範囲内に保つ必要がある。この活性温度範囲は比較的狭い温度範囲であるから、ガスセンサが排ガスによって加熱されるのみでは、ガスセンサの温度を活性温度範囲に保つことは難しい。このため、ガスセンサにはこれを加熱するためのヒーターが設けられ、当該ヒーターへの通電によってガスセンサの温度が活性温度範囲内となるように調整されるのが一般的である。

上記のような温度調整を行うために、ガスセンサの温度を測定するための温度センサを別途設けることも考えられる。しかしながら、部品コストの上昇に鑑みれば、そのような構成は好ましくない。そこで、ガスセンサの温度とインピーダンスとの間に相関関係があることを利用して、ガスセンサのインピーダンスを測定することによってガスセンサの温度を推定することが行われている。

例えば下記特許文献１に記載の酸素センサ素子インピーダンス検出装置（すなわちガスセンサの制御装置）では、ガスセンサによるガス濃度の測定を一時的に中断した状態で、ガスセンサに対して掃引電圧を印加する。その後、ガスセンサにおける電圧の増加量を、電流の増加量で除することにより、ガスセンサのインピーダンスを算出する。ガスセンサのインピーダンスを算出した後は、ガスセンサによるガス濃度の測定を再開する。

特開２００４−１７７１７８号公報

上記特許文献１に記載の制御装置では、ガスセンサに対して掃引電圧を印加してインピーダンスの算出を行った後に、掃引電圧を０に戻してガス濃度の測定を再開させている。しかしながら、ガスセンサには、掃引電圧の印加によって電荷が蓄積（つまり充電）されており、掃引電圧が０に戻された後においては当該電荷がガスセンサから放電される。その結果、ガスセンサの測定値を示す起電力が、上記のような放電の影響によって変化してしまうことがある。すなわち、ガス濃度に対応した起電力とは異なる起電力が、ガスセンサから出力されてしまうことがある。

このような現象を防止するために、掃引電圧を０に戻してガス濃度の測定を再開させる前に、ガスセンサに対して上記の掃引電圧とは逆方向の電圧（以下では「逆掃引電圧」とも称する）を印加することも行われている。逆方向の電圧を印加することにより、ガスセンサに蓄積された電荷の放電を促進し、上記のような起電力への影響を抑制することができる。

ガス濃度の測定が再開された時点において、ガスセンサに蓄積されている電荷の量を問題ない程度に低く抑えるためには、逆掃引電圧の絶対値を掃引電圧の絶対値に一致させることが好ましい。また、逆掃引電圧が印加されている期間の長さを、掃引電圧が印加されていた期間の長さに一致させることが好ましい。

しかしながら、掃引電圧等をガスセンサに印加するための回路においては、回路を構成する抵抗等の部品公差や温度等のばらつきに起因して、掃引電圧及び逆掃引電圧のそれぞれの絶対値がばらついてしまうことがある。このため、逆掃引電圧の絶対値と掃引電圧の絶対値とを、互いに正確に一致させることは困難である。両者を正確に一致させるために、部品公差を厳しく管理したり、温度変化を抑制するための機構を別途設けたりすることは、部品コストの観点から現実的ではない。

本開示は、インピーダンスの測定に起因したガスセンサへの電荷の蓄積を抑制し、ガスセンサによるガス濃度の測定を正確に行うことのできる制御装置、を提供することを目的とする。

本開示に係る制御装置は、ガス濃度を測定するガスセンサ（２００）の制御装置（１００）であって、ガスセンサのインピーダンスを測定するために、ガスセンサに対して電圧を印加する電圧印加部（Ｆ１，Ｆ２）と、電圧印加部の動作を制御する動作制御部（１１０）と、ガスセンサに流れる電流、又はガスセンサに印加される電圧、のうち少なくともいずれか一方を測定する掃引測定部（１２０）と、を備える。動作制御部は、第１期間（ＴＭ１１）において、ガスセンサに第１方向の電流が流れるよう、電圧印加部を動作させる第１制御と、第１期間に続く第２期間（ＴＭ１２）において、ガスセンサに第１方向とは逆の第２方向の電流が流れるよう、電圧印加部を動作させる第２制御と、を繰り返し行うものであり、第１制御が行われているときにおいて掃引測定部で測定された値の絶対値、である第１測定値と、第２制御が行われているときにおいて掃引測定部で測定された値の絶対値、である第２測定値と、の比較に基づいて、次回以降における第１期間及び第２期間のうち少なくとも一方の長さを変更する。

このような構成の制御装置では、第１期間においてガスセンサに第１方向の電流が流された後、第２期間においてガスセンサに第２方向の電流が流される。第１期間ではインピーダンスの測定が行われ、第２期間ではガスセンサに蓄えられた電荷の除去が行われる。また、上記制御装置では、掃引測定部によって測定された第１測定値と第２測定値とに基づいて、第１期間及び第２期間のうち少なくとも一方の長さが変更される。

このため、部品のばらつき等に起因して、第１測定値と第２測定値とが互いに異なっている場合であっても、第１期間及び第２期間のうち少なくとも一方の長さを変更することにより、ガスセンサに蓄積された電荷を概ね０に抑えることが可能となる。インピーダンスの測定が行われた後の起電力が、蓄積された電荷によって変動してしまうことが防止されるので、ガスセンサによるガス濃度の測定を正確に行うことができる。

本開示によれば、インピーダンスの測定に起因したガスセンサへの電荷の蓄積を抑制し、ガスセンサによるガス濃度の測定を正確に行うことのできる制御装置、が提供される。

図１は、第１実施形態に係るガスセンサ及び制御装置の構成を模式的に示す図である。図２は、インピーダンスの測定が行われる際において、ガスセンサに流れる掃引電流の時間変化を示す図である。図３は、インピーダンスの測定が行われる際において、ガスセンサに流れる掃引電流の時間変化を示す図である。図４は、インピーダンスの測定が行われる際において、ガスセンサに流れる掃引電流の時間変化を示す図である。図５は、第２期間等の長さが変更されるタイミングについて説明するための図である。図６は、第２期間等の長さを調整する方法について説明するための図である。図７は、図１の制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。図８は、図１の制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。図９は、図１の制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。図１０は、図１の制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。図１１は、第１測定値と第２測定値との差と、ガスセンサの起電力変動量と、の関係を示す図である。図１２は、第２実施形態に係る制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。図１３は、第３実施形態に係る制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。図１４は、第４実施形態に係る制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。図１５は、第５実施形態に係る制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。図１６は、第６実施形態に係る制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。図１７は、第７実施形態に係る制御装置によってインピーダンスの測定が行われる際において、ガスセンサに流れる掃引電流の時間変化を示す図である。図１８は、第７実施形態に係る制御装置によってインピーダンスの測定が行われる際において、ガスセンサに流れる掃引電流の時間変化を示す図である。図１９は、第７実施形態に係る制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。図２０は、第８実施形態に係る制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。図２１は、第９実施形態に係る制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。図２２は、ガスセンサの温度とインピーダンスとの関係を示す図である。図２３は、比較例に係る制御装置によってインピーダンスの測定が行われる際において、ガスセンサに流れる掃引電流の時間変化を示す図である。図２４は、比較例に係る制御装置によってインピーダンスの測定が行われた場合に、ガスセンサの起電力が時間と共に変化していく様子を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１を参照しながら、第１実施形態に係る制御装置１００及びガスセンサ２００のそれぞれの構成について説明する。ガスセンサ２００は、車両の排気通路（不図示）に設けられるものであり、当該排気通路を通る排ガスの酸素濃度を測定するためのＯ₂センサである。制御装置１００は、ガスセンサ２００に対する電圧の印加等を行うことにより、ガスセンサ２００によるガス濃度の測定を実行するための装置である。

先ず、ガスセンサ２００の構成について説明する。ガスセンサ２００は、部分安定化ジルコニアによって形成された固体酸化物層と、固体酸化物層の両面に形成された一対の電極層とを有している（いずれも不図示）。一方の電極層には、排気通路を流れる排ガスが導入される。他方の電極層には大気が導入される。ガスセンサ２００では、排ガスの酸素濃度と大気の酸素濃度との差に応じて、固体酸化物層を酸素イオンが通過する。このため、ガスセンサ２００では、排ガスの酸素濃度に応じた大きさの起電力が生じる。

図１には、上記のように構成されたガスセンサ２００の等価回路が示されている。抵抗Ｒ２１、Ｒ２２は、ガスセンサ２００を構成する各層の抵抗成分を示すものである。コンデンサＣ２１、Ｃ２２は、ガスセンサ２００を構成する各層の容量成分を示すものである。電源Ｖ２０は、ガスセンサ２００の起電力、すなわち排ガスの酸素濃度に応じた大きさの起電力の発生源を模式的に示すものである。当該起電力は、排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側であるときには概ね１Ｖとなり、排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側であるときには概ね０Ｖとなる。空燃比が理論空燃比の近傍となる領域においては、上記の起電力が１Ｖと０Ｖとの間で急激に変化する。

ガスセンサ２００の起電力は、ガスセンサ２００の一方側の端部Ｐ２１と、他方側の端部Ｐ２２との間の電位差として、制御装置１００に向けて出力される。端部Ｐ２１は、制御装置１００が有する端子Ｔ１に接続されている。端部Ｐ２２は、制御装置１００が有する端子Ｔ２に接続されている。

ところで、ガスセンサ２００による酸素濃度の測定を正確に行うためには、ガスセンサ２００の温度（具体的には固体酸化物層の温度）を活性温度範囲内に保つ必要がある。この活性温度範囲は比較的狭い温度範囲であるから、ガスセンサ２００が排ガスによって加熱されるのみでは、ガスセンサ２００の温度を活性温度範囲に保つことは難しい。そこで、ガスセンサ２００には、ガスセンサ２００を加熱するためのヒーターＨＴが設けられている。ヒーターＨＴに供給される電流の大きさを制御装置１００が制御することにより、ガスセンサ２００の温度が上記の活性温度範囲内となるように調整される。

制御装置１００が上記のような温調制御を行うに当たっては、制御装置１００がガスセンサ２００の温度を把握する必要がある。このため、ガスセンサ２００の温度を測定するための温度センサを別途設けることも考えられる。しかしながら、部品コストの上昇に鑑みれば、そのような構成は好ましくない。

そこで、本実施形態に係る制御装置１００は、ガスセンサ２００のインピーダンス（具体的には固体酸化物層のインピーダンス）を定期的に測定し、当該インピーダンスに基づいてガスセンサ２００の温度を推測することとしている。図１の等価回路に示される抵抗Ｚ２０は、ガスセンサ２００のインピーダンスを示すものである。

図２２には、ガスセンサ２００の温度とインピーダンスとの関係が示されている。同図に示されるように、ガスセンサ２００の温度が高くなるほど、ガスセンサ２００のインピーダンスは小さくなる傾向がある。図２２に示される対応関係は予め測定されており、制御装置１００が有する記憶装置（不図示のメモリ）に記憶されている。制御装置１００は、後に説明する方法によって測定されるガスセンサ２００のインピーダンスと、図２２に示される対応関係とに基づいて、ガスセンサ２００の温度を推測する。制御装置１００は、推測されたガスセンサ２００の温度に基づいて、ヒーターＨＴに印加される電圧のデューティ比を調整する。

引き続き図１を参照しながら、制御装置１００の構成について説明する。制御装置１００には、電源ラインＰＬ１、ＰＬ２が設けられている。電源ラインＰＬ１は、ガスセンサ２００の端部Ｐ２２における電位を、接地電位から＋側に所定量だけオフセットさせるための定電圧源である。電源ラインＰＬ２は、オペアンプＯＰに動作用の電力を供給するための定電圧源である。

電源ラインＰＬ１と接地ラインとの間には、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２とが直列に配置されている。抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２との間の点Ｐ１１は、オペアンプＯＰの非反転入力部に接続されている。

オペアンプＯＰの出力部は、抵抗Ｒ１３及び端子Ｔ２を介してガスセンサ２００の端部Ｐ２２に接続されている。また、オペアンプＯＰの出力部から伸びる線の途中と接地ラインとの間には、コンデンサＣ１１が配置されている。

オペアンプＯＰの出力部から伸びる線は途中で分岐しており、分岐した線がオペアンプＯＰの反転入力部に接続されている。このため、ガスセンサ２００による酸素濃度の測定が行われているときには、ガスセンサ２００の端部Ｐ２２の電位は、点Ｐ１１と同一の電位（本実施形態では２Ｖ）に維持される。ガスセンサ２００の端部Ｐ２１の電位は、端部Ｐ２２の電位に対し、ガスセンサ２００の起電力を加えた電位となる。このため、ガスセンサ２００は、酸素濃度に応じて端部Ｐ２２の電位を変化させることとなる。端部Ｐ２２の電位は、排ガスの酸素濃度に応じて概ね２Ｖと３Ｖとの間で変化する。

制御装置１００には、電源ラインＰＬ１、ＰＬ２に加えて電源ラインＰＬ３が設けられている。電源ラインＰＬ３は、ガスセンサ２００のインピーダンスを測定する際において、ガスセンサ２００に対して後述の掃引電圧を印加するために設けられた定電圧源である。電源ラインＰＬ３と接地ラインとの間には、抵抗Ｒ１４、スイッチング素子Ｆ１、スイッチング素子Ｆ２、及び抵抗Ｒ１２が、この順に並ぶよう直列に配置されている。

スイッチング素子Ｆ１、Ｆ２は、いずれも電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。スイッチング素子Ｆ１、Ｆ２のそれぞれのスイッチング動作は、後述の動作制御部１１０によって個別に制御される。

スイッチング素子Ｆ１とスイッチング素子Ｆ２との間の点Ｐ１４は、端子Ｔ１を介してガスセンサ２００の端部Ｐ２１に接続されている。点Ｐ１４と端子Ｔ１とを繋ぐ線の途中と接地ラインとの間には、抵抗Ｒ１６とコンデンサＣ１２とが互いに並列に配置されている。

ガスセンサ２００による酸素濃度の測定が行われているときには、スイッチング素子Ｆ１、Ｆ２はいずれも開状態とされる。このため、点Ｐ１４の電位は、電源ラインＰＬ３の影響を受けることなく、端部Ｐ２２の電位にガスセンサ２００の起電力を加えたものと等しくなっている。

後に説明するように、ガスセンサ２００のインピーダンスの測定が行われる際には、スイッチング素子Ｆ２を開状態としたまま、スイッチング素子Ｆ１を所定のデューティ比で開閉させる制御が行われる。これにより、ガスセンサ２００には、端部Ｐ２１から端部Ｐ２２に向かう方向（以下では、当該方向を「第１方向」とも称する）に電圧が印加された状態となる。

また、ガスセンサ２００のインピーダンスの測定が行われた直後には、スイッチング素子Ｆ１が開状態に戻されると共に、スイッチング素子Ｆ２を所定のデューティ比で開閉させる制御が行われる。これにより、ガスセンサ２００には、端部Ｐ２２から端部Ｐ２１に向かう方向（以下では、当該方向を「第２方向」とも称する）に電圧が印加された状態となる。

上記のような動作を行うスイッチング素子Ｆ１、Ｆ２は、ガスセンサ２００のインピーダンスを測定するために、ガスセンサ２００に対する電圧の印加を行う部分、ということができる。このようなスイッチング素子Ｆ１、Ｆ２は、本実施形態における「電圧印加部」に該当する。

制御装置１００は、動作制御部１１０と、測定部１２０と、ヒーター制御部１３０と、マスク設定部１４０と、を更に備えている。これらは、それぞれが個別のＩＣとして構成されている。ただし、動作制御部１１０等の具体的な構成は上記のようなものに限定されない。例えば、動作制御部１１０、測定部１２０、及びヒーター制御部１３０の全体が単一のＩＣとして構成されていてもよい。また、動作制御部１１０等のいずれかが、１つではなく複数のＩＣの組み合わせによって構成されていてもよい。

動作制御部１１０は、電圧印加部であるスイッチング素子Ｆ１、Ｆ２のそれぞれに制御信号を送信し、これによりそれぞれの開閉動作を個別に制御する部分である。

測定部１２０は、ガスセンサ２００に流れる電流、及びガスセンサ２００に印加される電圧、等を測定する部分である。図１に示されるように、測定部１２０には、抵抗Ｒ１３とオペアンプＯＰとの間の点Ｐ１２の電位と、抵抗Ｒ１３と端部Ｐ２２との間の点Ｐ１３の電位と、が入力されている。測定部１２０は、点Ｐ１２と点Ｐ１３との間の電位差に基づいて、抵抗Ｒ１３を流れる電流、すなわちガスセンサ２００に流れる電流の大きさを測定（算出）することができる。

また、測定部１２０には、点Ｐ１４と端部Ｐ２１との間の点Ｐ１５の電位、も入力されている。測定部１２０は、点Ｐ１５と点Ｐ１３との間の電位差に基づいて、ガスセンサ２００の端部Ｐ２１と端部Ｐ２２との電位差を測定することができる。

スイッチング素子Ｆ１、Ｆ２がいずれも開状態となっており、ガスセンサ２００による酸素濃度の測定が行われているときには、点Ｐ１５と点Ｐ１３との間の電位差は、ガスセンサ２００の起電力に等しくなる。測定部１２０は、ガスセンサ２００の起電力に基づいて、現時点における排ガスの酸素濃度を算出することができる。

後に説明するように、測定部１２０は、ガスセンサ２００に印加された電圧（点Ｐ１５と点Ｐ１３との間の電位差）の変化量と、ガスセンサ２００を流れる電流の変化量とに基づいて、ガスセンサ２００のインピーダンスを算出する機能をも有している。

測定部１２０は、機能的な制御ブロックとしてセンサ温度推定部１２１を有している。センサ温度推定部１２１は、ガスセンサ２００のインピーダンスと、図２２に示される対応関係とに基づいて、現時点におけるガスセンサ２００の温度を推定する部分である。

測定部１２０には、上記のように点Ｐ１２等の電位が入力される他、温度センサ１５０による測定値も入力される。温度センサ１５０は、動作中における制御装置１００の温度を測定するために設けられたセンサであって、本実施形態における「温度測定部」に該当する。温度センサ１５０によって温度が測定される箇所は、制御装置１００のうち、抵抗Ｒ１４や抵抗Ｒ１５の近傍であることが好ましい。

ヒーター制御部１３０は、ガスセンサ２００のヒーターＨＴに対する電流の供給を行う部分である。ヒーター制御部１３０は、センサ温度推定部１２１で推定されたガスセンサ２００の温度（つまり、ガスセンサ２００のインピーダンスに基づいて推定される温度）が、活性温度範囲内に保たれるように、ヒーターＨＴに印加される電圧のデューティ比を調整する。

マスク設定部１４０は、マスク期間ＴＭ１０の設定を行う部分である。マスク期間ＴＭ１０については後に説明する。

制御装置１００が、ガスセンサ２００のインピーダンスを測定するために行う処理の概要について、図２を参照しながら説明する。既に述べたように、インピーダンスの測定が行われる際には、ガスセンサ２００には第１方向に電圧が印加され、これによりガスセンサ２００には電流が流れる。以下の説明においては、ガスセンサ２００に印加される電圧のことを「掃引電圧」とも称し、ガスセンサ２００を流れる電流のことを「掃引電流」とも称する。また、掃引電圧及び掃引電流の値の正負は、いずれも第１方向を正とし、第２方向を負とする。図２に示されるのは、測定部１２０によって測定される掃引電流（実際には抵抗Ｒ１３を流れる電流）の時間変化である。

ガスセンサ２００のインピーダンスが測定される際には、ガスセンサ２００による酸素濃度の測定を行うことができなくなる。このため、制御装置１００は、酸素濃度の測定を一時的に禁止するための期間としてマスク期間ＴＭ１０を設定し、このマスク期間ＴＭ１０においてインピーダンスの測定を行う。図２の例では、時刻ｔ０から時刻ｔ４０までの期間がマスク期間ＴＭ１０として設定されている。マスク期間ＴＭ１０の設定は、マスク設定部１４０によって行われる。

マスク期間ＴＭ１０が終了すると、ガスセンサ２００による酸素濃度の測定が再開される。以下では、ガスセンサ２００による酸素濃度の測定が行われる期間、すなわちマスク期間ＴＭ１０以外の期間のことを、「濃度測定期間ＴＭ２０」とも称する。

マスク期間ＴＭ１０の設定、及び当該マスク期間ＴＭ１０におけるインピーダンスの測定は、所定の周期が経過する毎に繰り返し実行される。このため、マスク期間ＴＭ１０と濃度測定期間ＴＭ２０とが交互に繰り返されることとなる。

マスク期間ＴＭ１０となった直後の時刻ｔ１０において、動作制御部１１０は、スイッチング素子Ｆ２を開状態としたままで、スイッチング素子Ｆ１を所定のデューティ比で開閉動作させ始める。これにより、ガスセンサ２００には、端部Ｐ２１から端部Ｐ２２に向かう第１方向に掃引電圧が印加される。上記のデューティ比は、ガスセンサ２００を流れる掃引電流の大きさが、所定の目標値（Ｉ１０）に一致するように予め設定されたものである。このため、図２の例では、時刻ｔ１０以降における掃引電流の大きさはＩ１０となっている。ガスセンサ２００に対して第１方向の掃引電圧が印加されている状態は、所定の第１期間ＴＭ１１において継続される。

第１期間ＴＭ１１において、ガスセンサ２００に掃引電圧を印加する制御は、ガスセンサ２００に第１方向の電流が流れるよう、電圧印加部であるスイッチング素子Ｆ１を動作させる制御、ということができる。当該制御のことを、以下では「第１制御」とも称する。

第１期間ＴＭ１１において、測定部１２０は、掃引電圧の増加量を掃引電流の増加量によって除することにより、ガスセンサ２００のインピーダンスを算出する。掃引電圧の増加量、及び、掃引電流の増加量は、いずれも測定部１２０によって測定されたものである。

インピーダンスの算出が完了し、第１期間ＴＭ１１が終了した以降は、ガスセンサ２００による酸素濃度の測定を直ちに再開してもよいように思われる。しかしながら、第１期間ＴＭ１１が終了した時点のガスセンサ２００には、掃引電圧の印加によって電荷が蓄積（つまり充電）された状態となっている。このため、第１期間ＴＭ１１が終了し掃引電圧が０に戻された後においては、比較的長時間に亘って上記電荷がガスセンサ２００から放電される。その結果、ガスセンサ２００の測定値を示す起電力が、上記のような放電の影響によって一時的に変化してしまう可能性がある。すなわち、ガス濃度に対応した起電力とは異なる起電力が、ガスセンサ２００から出力されてしまう可能性がある。

そこで、本実施形態に係る制御装置１００では、第１期間ＴＭ１１が終了した時刻ｔ２０以降において、スイッチング素子Ｆ１を開状態に戻した上で、スイッチング素子Ｆ２を所定のデューティ比で開閉動作させ始める。これにより、ガスセンサ２００には、端部Ｐ２２から端部Ｐ２１に向かう第２方向に掃引電圧が印加される。これにより、ガスセンサ２００からの電荷の放出が促進される。

上記のデューティ比は、ガスセンサ２００を流れる掃引電流の大きさが、所定の目標値（−Ｉ１０）に一致するように予め設定されたものとなっている。このため、図２の例では、時刻ｔ２０以降における掃引電流の大きさは−Ｉ１０となっている。ガスセンサ２００に対して第２方向の掃引電圧が印加されている状態は、所定の第２期間ＴＭ１２において継続される。図２の例では、時刻ｔ２０から時刻ｔ３０までの期間が第２期間ＴＭ１２となっている。尚、マスク設定部１４０は、第１期間ＴＭ１１及び第２期間ＴＭ１２の両方を含む期間として、ガス濃度の測定が一時的に禁止されるマスク期間ＴＭ１０を設定している。

第２期間ＴＭ１２において、ガスセンサ２００に掃引電圧を印加する制御は、ガスセンサ２００に第１方向とは逆の第２方向の電流が流れるよう、電圧印加部であるスイッチング素子Ｆ２を動作させる制御、ということができる。当該制御のことを、以下では「第２制御」とも称する。

第１制御においてガスセンサ２００に流れる掃引電流の目標値（Ｉ１０）と、第２制御においてガスセンサ２００に流れる掃引電流の目標値（−Ｉ１０）とは、それぞれの絶対値において互いに等しくなっている。換言すれば、第１制御における掃引電流の絶対値と、第２制御における掃引電流の絶対値とが互いに等しくなるように、スイッチング素子Ｆ１、Ｆ２の開閉動作中におけるデューティ比が予め設定されている。

また、第１制御が行われる第１期間ＴＭ１１の長さと、第２制御が行われる第２期間ＴＭ１２の長さとは、基本的には同じとされる。これにより、第１期間ＴＭ１１においてガスセンサ２００に蓄えられる電荷の量と、第２期間ＴＭ１２においてガスセンサ２００から放出される電荷の量とが、概ね一致することとなる。その結果、ガスセンサ２００による酸素濃度の測定が再開された時点（時刻ｔ４０）においては、ガスセンサ２００の起電力に対する電荷の影響はほとんど無い。

以上のような掃引電圧の印加が行われるマスク期間ＴＭ１０は、既に述べたように繰り返し設定される。このため、制御装置１００では、スイッチング素子Ｆ１等（電圧印加部）による掃引電圧の印加、及び測定部１２０による掃引電流の測定が、繰り返し実行されることとなる。

ところで、部品公差や温度ばらつきなどに起因して、例えば抵抗Ｒ１４の抵抗値が設計値から乖離してしまった場合には、第１期間ＴＭ１１における掃引電流の値が、目標値であるＩ１０とは異なる値になってしまうことがある。同様に、第２期間ＴＭ１２における掃引電流の値が、目標値である−Ｉ１０とは異なる値になってしまうことがある。

図２３には、ガスセンサ２００に対する掃引電圧の印加が、比較例に係る制御装置により実行された場合における、掃引電流の時間変化の例が示されている。図２３の例では、第１期間ＴＭ１１における掃引電流の値が、部品のばらつきの影響によって目標値（Ｉ１０）よりも大きな値（Ｉ１１）となってしまっている。一方、第１期間ＴＭ１１における掃引電流の値は、目標値である−Ｉ１０に一致している。また、図２３の例では、第１期間ＴＭ１１の長さと第２期間ＴＭ１２の長さとが、互いに同一となっている。

掃引電圧が図２３のように印加された場合には、第１期間ＴＭ１１においてガスセンサ２００に蓄えられた電荷の量が、第２期間ＴＭ１２においてガスセンサ２００から放出された電荷の量よりも多くなる。このため、濃度測定期間ＴＭ２０となりガス濃度の測定が開始される時刻ｔ４０においては、残留電荷の影響によってガスセンサ２００の起電力が＋側にシフトしてしまい、酸素濃度に対応する起電力とは異なるものとなってしまう。

更に、図２３に示されるような掃引電圧の印加が繰り返されると、ガスセンサ２００に蓄えられる電荷の量も次第に大きくなり、図２４に示されるようにガスセンサ２００の起電力も次第に大きくなってしまう。つまり、実際に測定されるガスセンサ２００の起電力と、酸素濃度に対応する起電力（図２４の例では０Ｖである）との乖離が、時間の経過とともに大きくなってしまう。

このような起電力の乖離を防止するために、本実施形態に係る制御装置１００では、第１期間ＴＭ１１及び第２期間ＴＭ１２のうち少なくとも一方の長さを変更することとしている。その具体的な例について、図３を参照しながら説明する。

図３（Ａ）に示されるのは、先に説明した図２の場合と同様に、第１期間ＴＭ１１における掃引電流の値と、第２期間ＴＭ１２における掃引電流の値とが、それぞれ目標値（Ｉ１０、−Ｉ１０）に一致している場合における掃引電流の時間変化である。

制御装置１００は、第１制御が行われている第１期間ＴＭ１１においてガスセンサ２００を実際に流れる掃引電流の値を、時刻ｔ１９１において測定部１２０により測定している。時刻ｔ１９１は、第１期間ＴＭ１１が開始された時刻ｔ１０から、所定の期間（第１期間ＴＭ１１よりも短い期間）が経過した時刻として、予め設定された時刻である。第１期間ＴＭ１１において測定部１２０により測定された掃引電流の絶対値のことを、以下では「第１測定値」とも称する。

同様に、制御装置１００は、第２制御が行われている第２期間ＴＭ１２においてガスセンサ２００を実際に流れる掃引電流の値を、時刻ｔ２９１において測定部１２０により測定している。時刻ｔ２９１は、第２期間ＴＭ１２が開始された時刻ｔ２０から、所定の期間（第２期間ＴＭ１２よりも短い期間）が経過した時刻として、予め設定された時刻である。第２期間ＴＭ１２において測定部１２０により測定された掃引電流の絶対値のことを、以下では「第２測定値」とも称する。

図３（Ｂ）に示されるのは、先に説明した図２３の例と同様に、第１期間ＴＭ１１における掃引電流の値が、目標値Ｉ１０よりも大きなＩ１１となってしまった場合における掃引電流の時間変化である。図３（Ｂ）の例では、第１測定値（Ｉ１１）が第２測定値（Ｉ１０）よりも大きくなる。

第１測定値が第２測定値よりも大きい場合には、制御装置１００の動作制御部１１０は、第２期間ＴＭ１２の長さを図３（Ａ）の場合よりも長くなるように変更する。図３（Ｂ）の例では、第２期間ＴＭ１２が終了する時刻が、時刻ｔ３０よりも後の時刻ｔ３１に変更されている。その結果、図３（Ｂ）の第２期間ＴＭ１２の長さは、図３（Ｂ）の第１期間ＴＭ１１の長さよりも長くなっている。

図３の例では、第１期間ＴＭ１１となった後に、測定部１２０による測定(第１測定値の取得）が行われるタイミング、すなわち時刻ｔ１０から時刻ｔ１９１までの期間の長さは、図３（Ａ）と図３（Ｂ）との間で変更されていない。また、第２期間ＴＭ１２となった後に、測定部１２０による測定(第２測定値の取得）が行われるタイミング、すなわち時刻ｔ２０から時刻ｔ２９１までの期間の長さは、図３（Ａ）と図３（Ｂ）との間で変更されていない。

尚、図３（Ｂ）では、第２期間ＴＭ１２が延長されたことに伴って、マスク期間ＴＭ１０も延長されている。具体的には、マスク期間ＴＭ１０が終了する時刻が、時刻ｔ４０から時刻ｔ４５へと変更されている。マスク設定部１４０がこのような処理を行うことにより、第２期間ＴＭ１２が終了するよりも前の時点でガス濃度の測定が開始されてしまうような事態が防止される。

図３（Ｂ）では、第２期間ＴＭ１２が長くなったことにより、第２期間ＴＭ１２においてガスセンサ２００から放出される電荷の量が大きくなる。つまり、第１期間ＴＭ１１においてガスセンサ２００に蓄えられる電荷が増加しただけでなく、第２期間ＴＭ１２においてガスセンサ２００から放出される電荷も増加している。このため、ガス濃度の測定が再開される時点（時刻ｔ４５）においてガスセンサ２００に蓄えられている電荷の量が、図２３に示される例に比べて小さく抑えられる。マスク期間ＴＭ１０におけるガスセンサ２００への電荷の蓄積が抑制されるので、ガスセンサ２００によるガス濃度の測定を正確に行うことが可能となる。

尚、第２測定値がＩ１０よりも小さくなり、その結果として第１測定値が第２測定値よりも大きくなった場合にも、やはり第２期間ＴＭ１２が長くなるように変更される。この場合でも、上記と同様にガスセンサ２００への電荷の蓄積が抑制される。

上記とは逆に、第１測定値が第２測定値よりも小さくなった場合の例について、図４を参照しながら説明する。図４（Ａ）に示されるのは、先に説明した図２の場合と同様に、第１期間ＴＭ１１における掃引電流の値と、第２期間ＴＭ１２における掃引電流の値とが、それぞれ目標値（Ｉ１０、−Ｉ１０）に一致している場合における掃引電流の時間変化である。

図４（Ｂ）に示されるのは、第１期間ＴＭ１１における掃引電流の値が、目標値Ｉ１０よりも小さなＩ０９となってしまった場合における掃引電流の時間変化である。図４（Ｂ）の例では、第１測定値（Ｉ０９）が第２測定値（Ｉ１０）よりも小さくなる。

このように第１測定値が第２測定値よりも小さい場合には、制御装置１００の動作制御部１１０は、第１期間ＴＭ１１の長さを図４（Ａ）の場合よりも長くなるように変更する。図４（Ｂ）の例では、第１期間ＴＭ１１が終了する時刻（第２期間ＴＭ１２の開始時刻でもある）が、時刻ｔ２０よりも後の時刻ｔ２１に変更されている。

また、これに合わせて、第２期間ＴＭ１２が終了する時刻が、時刻ｔ３０から時刻ｔ３２へと変更されている。このため、図４（Ｂ）における第２期間ＴＭ１２の長さは、図４（Ａ）における第２期間ＴＭ１２の長さと同一である。

以上のような変更が行われた結果、図４（Ｂ）の第１期間ＴＭ１１の長さは、図４（Ｂ）の第２期間ＴＭ１２の長さよりも長くなっている。

図４（Ｂ）では、第２期間ＴＭ１２において測定部１２０による測定(第２測定値の取得）が行われる時刻が、時刻ｔ２９１から時刻ｔ２９２へと変更されている。ただし、時刻ｔ２１から時刻ｔ２９２までの期間の長さは、図４（Ａ）における時刻ｔ２０から時刻ｔ２９１までの期間の長さと同じである。

このため、図４の例でも、第２期間ＴＭ１２となった後に、測定部１２０による測定(第２測定値の取得）が行われるタイミングは、図４（Ａ）と図４（Ｂ）との間で変更されていない。また、第１期間ＴＭ１１となった後に、測定部１２０による測定(第１測定値の取得）が行われるタイミングも、図４（Ａ）と図４（Ｂ）との間で変更されていない。

尚、図４（Ｂ）では、第１期間ＴＭ１１が延長されたことに伴って、マスク期間ＴＭ１０も延長されている。具体的には、マスク期間ＴＭ１０が終了する時刻が、時刻ｔ４０から時刻ｔ４６へと変更されている。マスク設定部１４０がこのような処理を行うことにより、第２期間ＴＭ１２が終了するよりも前の時点でガス濃度の測定が開始されてしまうような事態が防止される。

図４（Ｂ）では、第１期間ＴＭ１１においてガスセンサ２００に単位時間あたりに蓄えられる電荷の量が、図４（Ａ）の場合に比べて小さくなっている。しかしながら、図４（Ｂ）では第１期間ＴＭ１１が長くなっているので、第１期間ＴＭ１１においてガスセンサ２００に蓄えられる電荷の量（総量）は、図４（Ａ）の場合とほぼ同じとなっている。その結果、第１期間ＴＭ１１においてガスセンサ２００に蓄えられる電荷の量と、第２期間ＴＭ１２においてガスセンサ２００から放出される電荷の量との差を、図４（Ａ）の場合と同程度に小さく抑えることができる。マスク期間ＴＭ１０におけるガスセンサ２００への電荷の蓄積が抑制されるので、ガスセンサ２００によるガス濃度の測定を正確に行うことが可能となる。

尚、第２測定値がＩ１０よりも大きくなり、その結果として第１測定値が第２測定値よりも小さくなった場合にも、やはり第１期間ＴＭ１１が長くなるように変更される。この場合でも、上記と同様にガスセンサ２００への電荷の蓄積が抑制される。

以上に述べたように、制御装置１００では、掃引電圧が印加される方向によって掃引電流の絶対値に差が出ることを防止するのではなく、差が出てしまうことを前提とした上で、第１期間ＴＭ１１等の長さを調整することによって測定精度の低下を防止している。このため、部品の公差を小さく抑えることによるコストアップ等の問題が生じることが無い。

ところで、以上に説明したような第１期間ＴＭ１１や第２期間ＴＭ１２の変更は、第１測定値及び第２測定値が取得されたのと同じマスク期間ＴＭ１０において、直ちに実行することは難しい。このため、動作制御部１１０は、第１測定値と第２測定値との比較に基づいた第１期間ＴＭ１１等の長さの変更を、第１測定値等が取得されたマスク期間ＴＭ１０において行うのではなく、次のマスク期間ＴＭ１０において行う。

図５に示される例では、時刻ｔ０から始まるマスク期間ＴＭ１０において取得された第１測定値が、同期間において測定された第２測定値よりも大きくなっている。ただし、このマスク期間ＴＭ１０においては、第１期間ＴＭ１１の長さと第２期間ＴＭ１２の長さとは互いに等しいままとされている。

その後、時刻ｔ１００から始まる次のマスク期間ＴＭ１０においては、時刻ｔ０から始まるマスク期間ＴＭ１０において取得された第１測定値及び第２測定値との比較に基づいて、第２期間ＴＭ１２が長くなるように変更されている。このように、動作制御部１１０は、今回測定された第１測定値と第２測定値との比較に基づいて、次回における第１期間ＴＭ１１や第２期間ＴＭ１２の長さを変更する、

尚、時刻ｔ１００から始まるマスク期間ＴＭ１０においても、第１測定値及び第２測定値が取得され、それぞれの長さが比較される。当該比較に基づいて、さらに次のマスク期間ＴＭ１０における第１期間ＴＭ１１の長さ、又は第２期間ＴＭ１２の長さが変更されることとなる。

以上のように、本実施形態に係る制御装置１００では、第１制御が行われているときにおいて測定部１２０で測定された値の絶対値、である第１測定値と、第２制御が行われているときにおいて測定部１２０で測定された値の絶対値、である第２測定値と、の比較に基づいて、第１期間ＴＭ１１及び第２期間ＴＭ１２のうち一方の長さが変更される。第１測定値及び第２測定値を取得する測定部１２０は、本実施形態における「掃引測定部」に該当する。

本実施形態の測定部１２０は、第１測定値及び第２測定値を取得する機能に加えて、点Ｐ１５の電位等を測定する機能をも有している。このような態様に替えて、測定部１２０が第１測定値及び第２測定値を取得する機能、具体的には掃引電流を測定する機能のみを有しており、他の機能は別のＩＣが担うような構成としてもよい。

以上においては、第１期間ＴＭ１１において測定部１２０により測定された掃引電流の絶対値（第１測定値）と、第２期間ＴＭ１２において測定部１２０により測定された掃引電流の絶対値（第２測定値）とに基づいて、第１期間ＴＭ１１や第２期間ＴＭ１２の長さが変更される例について説明した。このような態様に替えて、第１期間ＴＭ１１において測定部１２０により測定された掃引電圧の絶対値と、第２期間ＴＭ１２において測定部１２０により測定された掃引電圧の絶対値とに基づいて、第１期間ＴＭ１１や第２期間ＴＭ１２の長さが変更されることとしてもよい。

つまり、第１期間ＴＭ１１において取得された点Ｐ１５と点Ｐ１３との間の電位差の絶対値、を第１測定値として用い、第２期間ＴＭ１２において取得された点Ｐ１５と点Ｐ１３との間の電位差の絶対値、を第２測定値として用いるような態様であってもよい。その場合の第１期間ＴＭ１１等の具体的な変更方法は、これまでに説明したものと同じである。

この場合、掃引測定部である測定部１２０が、第１測定値及び第２測定値を取得する機能、具体的には掃引電圧を測定する機能のみを有しており、他の機能は別のＩＣが担うような構成としてもよい。

本実施形態における動作制御部１１０は、第１期間ＴＭ１１において測定部１２０で測定された値の時間積分値と、第２期間ＴＭ１２において測定部１２０で測定された値の時間積分値とが、それぞれの絶対値において互いに一致するように、第１期間ＴＭ１１や第２期間ＴＭ１２の長さを変更する。

「第１期間ＴＭ１１において測定部１２０で測定された値の時間積分値」とは、その絶対値が図６に示される面積Ｓ１に相当するものである。このような時間積分値は、図３の時刻ｔ１９１において取得された第１測定値に、第１期間ＴＭ１１の長さを掛けることによって算出することができる。また、第１期間ＴＭ１１において第１測定値の取得を複数回行って、より正確に時間積分値を算出することとしてもよい。

「第２期間ＴＭ１２において測定部１２０で測定された値の時間積分値」とは、その絶対値が図６に示される面積Ｓ２に相当するものである。このような時間積分値は、図３の時刻ｔ２９１において取得された第２測定値に、第２期間ＴＭ１２の長さを掛けることによって算出することができる。また、第２期間ＴＭ１２において第２測定値の取得を複数回行って、より正確に時間積分値を算出することとしてもよい。

本実施形態では、第１期間ＴＭ１１における時間積分値の絶対値（図６の面積Ｓ１）と、第２期間ＴＭ１２における時間積分値の絶対値（図６の面積Ｓ２）とを互いに一致させる。これにより、第１期間ＴＭ１１においてガスセンサ２００に蓄えられる電荷の量と、第２期間ＴＭ１２においてガスセンサ２００から放出される電荷の量とを、ほぼ正確に一致させることができる。その結果、ガス濃度の測定が開始される時点における電荷の量がほぼ０となるので、ガス濃度の測定をより正確に行うことができる。

尚、第１期間ＴＭ１１における時間積分値の絶対値（図６の面積Ｓ１）と、第２期間ＴＭ１２における時間積分値の絶対値（図６の面積Ｓ２）とを互いに一致させるために、第１期間ＴＭ１１の長さ、及び第２期間ＴＭ１２の長さの一方ではなく両方を、動作制御部１１０が変更することとしてもよい。

以上に説明した制御を実現するために、制御装置１００によって実行される具体的な処理の内容について説明する。

先ず、酸素濃度の測定のために実行される処理について、図７を参照しながら説明する。図７に示される一連の処理は、所定の制御周期が経過する毎に、制御装置１００によって繰り返し実行されるものである。

最初のステップＳ０１では、現時点がマスク期間ＴＭ１０であるか否かが判定される。現時点がマスク期間である場合には、ガスセンサ２００によるガス濃度の測定を行うことができない。このため、図７に示される一連の処理を終了する。

現時点がマスク期間ＴＭ１０でない場合には、ステップＳ０２に移行する。ステップＳ０２では、ガスセンサ２００の起電力が取得される。具体的には、図１の点Ｐ１５と点Ｐ１３との間における電位差が、上記の起電力として測定部１２０により取得される。

ステップＳ０２に続くステップＳ０３では、起電力に対応した酸素濃度が算出され、当該酸素濃度に基づいて内燃機関の動作制御が行われる。本実施形態における制御装置１００は、ガスセンサ２００の制御を行う機能に加えて、内燃機関の動作を制御する機能をも有している。つまり、制御装置１００は所謂エンジンＥＣＵとして構成されている。

このような態様に替えて、エンジンＥＣＵとは別に、制御装置１００がガスセンサ２００の制御を行う専用の装置として構成されているような態様であってもよい。この場合、算出された酸素濃度を示す信号が、制御装置１００からエンジンＥＣＵへと出力されることとなる。尚、図１の点Ｐ１５と点Ｐ１３との間における電位差が、酸素濃度を示す信号としてそのままエンジンＥＣＵに出力されるような態様であってもよい。

ガスセンサ２００のインピーダンスを測定するために実行される処理について、図８を参照しながら説明する。図８に示される一連の処理は、所定の制御周期が経過する毎に、制御装置１００によって繰り返し実行されるものである。また、当該処理は、図７に示される一連の処理と並行して実行されるものである。

最初のステップＳ１１では、開始条件の確認が行われる。「開始条件」とは、インピーダンスの測定を、第１期間ＴＭ１１や第２期間ＴＭ１２を変更しながら行うために必要な条件として、予め設定された条件である。ステップＳ１１で行われる処理の更に詳細な内容について、図９を参照しながら説明する。

ステップＳ３１では、センサ温度推定部１２１で推定されたガスセンサ２００の温度が、所定温度を超えているか否かが判定される。この「所定温度」は、ガスセンサ２００が動作し得る最低限の温度として予め設定された温度である。ヒーターＨＴで加熱されることにより、ガスセンサ２００の温度が所定温度を超えていた場合には、ステップＳ３２に移行する。ステップＳ３２では、開始条件が成立したとの判定がなされる。

一方、ステップＳ３１においてガスセンサ２００の温度が所定温度を超えていなかった場合には、ステップＳ３３に移行する。ステップＳ３３では、開始条件が成立しないとの判定がなされる。

このように、本実施形態では、ヒーターＨＴへの通電が行われ、センサ温度推定部１２１で推定されたガスセンサ２００の温度が所定温度を超えていること、が上記の開始条件として設定されている。

このため、動作制御部１１０は、ヒーターＨＴへの通電が行われ、センサ温度推定部１２１で推定された温度が所定温度を超えた後に、第１期間ＴＭ１１及び第２期間ＴＭ１２のうち少なくとも一方の長さを変更する処理を開始することとなる。これにより、ガスセンサ２００におけるガス濃度の測定を未だ正確には行い得ない状態であるにもかかわらず、第１期間ＴＭ１１等の調整が無駄に行われてしまうような事態を防止することができる。

図８に戻って説明を続ける。ステップＳ１１に続くステップＳ１２では、ステップＳ１１において開始条件が成立していたか否かが判定される。開始条件が成立していなければ、ステップＳ２７に移行する。

ステップＳ２７では、ガスセンサ２００のインピーダンスが測定される。ここでは、第１期間ＴＭ１１及び第２期間ＴＭ１２を変更することなく、図２３の例のようにそれぞれの長さを固定した状態でインピーダンスが測定される。具体的には、後述のステップＳ１３以降に行われる一連の処理のうち、ステップＳ２５を除いたものと同一の処理が行われる。その後、図８に示される一連の処理を終了する。

尚、処理負荷が問題となるような場合には、ステップＳ２７では、後述のステップＳ１３以降に行われる一連の処理のうち、ステップＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２５を除いたものと同一の処理が行われることとしてもよい。

ステップＳ１２において開始条件が成立していれば、ステップＳ１３に移行する。ステップＳ１３では、マスク期間ＴＭ１０を開始する処理がマスク設定部１４０によって実行される。つまり、ステップＳ１３が実行された以降の期間が、図３等を参照しながら説明したマスク期間ＴＭ１０として設定される。

ステップＳ１３に続くステップＳ１４では、ガスセンサ２００に第１方向の掃引電圧を印加する処理、すなわち第１制御が開始される。既に述べたように、当該処理はスイッチング素子Ｆ１を開閉動作させる処理であり、動作制御部１１０によって実行されるものである。ステップＳ１４の処理が実行された時点から、図３等に示される第１期間ＴＭ１１が開始される。

ステップＳ１４に続くステップＳ１５では、掃引電流を取得するタイミングか否かが判定される。ここでいう「掃引電流を取得するタイミング」とは、例えば図３（Ａ）の時刻ｔ１９１に対応するものであって、「第１測定値を取得するタイミング」ともいえるものである。ここでは、ステップＳ１４の処理が開始されてから所定の期間が経過したか否かに基づいて、現在が上記のタイミングか否かが判定される。

現在が掃引電流を取得するタイミングではないと判定された場合には、ステップＳ１５の処理が繰り返し実行される。現在が掃引電流を取得するタイミングであると判定された場合には、ステップＳ１６に移行する。

ステップＳ１６では、ガスセンサ２００を流れる掃引電流の値が測定部１２０によって測定され、当該値の絶対値が第１測定値として取得される。

ステップＳ１６に続くステップＳ１７では、ガスセンサ２００に印加された掃引電圧の値（点Ｐ１５と点Ｐ１３との間の電位差）が、測定部１２０によって取得される。

ステップＳ１７に続くステップＳ１８では、ステップＳ１６で測定された掃引電流の値と、ステップＳ１７で測定された掃引電圧の値とに基づいて、ガスセンサ２００のインピーダンスが算出される。具体的には、掃引電圧の増加量を掃引電流の増加量によって除することによりインピーダンスが算出される。

ステップＳ１８で算出されたインピーダンスは、ヒーター制御部１３０が行う制御、すなわち、ヒーターＨＴに印加される電圧のデューティ比を調整し、ガスセンサ２００の温度を活性温度範囲内に維持する制御に用いられる。当該制御は、図８に示される一連の処理と並行して実行されている。

ステップＳ１８に続くステップＳ１９では、ステップＳ１４の処理が行われた時点から第１期間ＴＭ１１が経過したか否かが判定される。尚、当該判定に用いられる第１期間ＴＭ１１の長さは、図８に示される一連の処理が前回の制御周期において実行された際に、後述のステップＳ２５によって設定（変更）された第１期間ＴＭ１１の長さである。

第１期間ＴＭ１１が未だ経過していなければ、ステップＳ１９の処理が繰り返し実行され、第１制御が継続される。第１期間ＴＭ１１が経過していれば、ステップＳ２０に移行する。ステップＳ２０では、ガスセンサ２００に第２方向の掃引電圧を印加する処理、すなわち第２制御が開始される。既に述べたように、当該処理はスイッチング素子Ｆ２を開閉動作させる処理であり、動作制御部１１０によって実行されるものである。ステップＳ２０の処理が実行された時点から、図３等に示される第２期間ＴＭ１２が開始される。

ステップＳ２０に続くステップＳ２１では、掃引電流を取得するタイミングか否かが判定される。ここでいう「掃引電流を取得するタイミング」とは、例えば図３（Ａ）の時刻ｔ２９１に対応するものであって、「第２測定値を取得するタイミング」ともいえるものである。ここでは、ステップＳ２０の処理が開始されてから所定の期間が経過したか否かに基づいて、現在が上記のタイミングか否かが判定される。

現在が掃引電流を取得するタイミングではないと判定された場合には、ステップＳ２１の処理が繰り返し実行される。現在が掃引電流を取得するタイミングであると判定された場合には、ステップＳ２２に移行する。

ステップＳ２２では、ガスセンサ２００を流れる掃引電流の値が測定部１２０によって測定され、当該値の絶対値が第２測定値として取得される。

ステップＳ２２に続くステップＳ２３では、ステップＳ２０の処理が行われた時点から第２期間ＴＭ１２が経過したか否かが判定される。尚、当該判定に用いられる第２期間ＴＭ１２の長さは、図８に示される一連の処理が前回の制御周期において実行された際に、後述のステップＳ２５によって設定（変更）された第２期間ＴＭ１２の長さである。

第２期間ＴＭ１２が未だ経過していなければ、ステップＳ２３の処理が繰り返し実行され、第２制御が継続される。第２期間ＴＭ１２が経過していれば、ステップＳ２４に移行する。ステップＳ２４では、スイッチング素子Ｆ２の開閉動作が停止され、スイッチング素子Ｆ２が開状態に戻される。これにより第２制御が終了される。

ステップＳ２４に続くステップＳ２５では、ステップＳ１６で取得された第１測定値、及びステップＳ２２で取得された第２測定値に基づいて、第１期間ＴＭ１１又は第２期間ＴＭ１２のうち少なくとも一方の長さを変更する処理が行われる。ステップＳ２５で行われる処理の更に詳細な内容について、図１０を参照しながら説明する。

ステップＳ４１では、第１測定値が第２測定値よりも大きいか否かが判定される。第１測定値が第２測定値よりも大きい場合には、ステップＳ４２に移行する。ステップＳ４２では、図３（Ｂ）を参照しながら説明したように、第２期間ＴＭ１２を長くする処理が行われる。尚、このように長さが変更された第２期間ＴＭ１２は、図８に示される一連の処理が次の制御周期において実行された際に、ステップＳ２３における判定で用いられることとなる。

ステップＳ４１において、第１測定値が第２測定値よりも大きくなかった場合には、ステップＳ４３に移行する。ステップＳ４３では、第１測定値が第２測定値よりも小さいか否かが判定される。第１測定値が第２測定値よりも小さい場合にはステップＳ４４に移行する。ステップＳ４４では、図４（Ｂ）を参照しながら説明したように、第１期間ＴＭ１１を長くする処理が行われる。尚、このように長さが変更された第１期間ＴＭ１１は、図８に示される一連の処理が次の制御周期において実行された際に、ステップＳ１９における判定で用いられることとなる。

ステップＳ４３において、第１測定値が第２測定値よりも小さくなかった場合には、図１０に示される一連の処理を終了する。この場合は、第１測定値と第２測定値とが互いに等しかったということである。このため、第１期間ＴＭ１１及び第２期間ＴＭ１２の長さはいずれも変更されない。

図８に戻って説明を続ける。ステップＳ２５に続くステップＳ２６では、マスク期間ＴＭ１０を終了する処理がマスク設定部１４０によって実行される。当該処理が行われた時刻は、例えば図３（Ａ）における時刻ｔ４０に相当する。

以上のような処理が制御装置１００で行われることにより、図３及び図４に示される態様の制御が実現される。

図１１を参照しながら、本実施形態におけるインピーダンスの測定が上記のように行われることの効果について説明する。図１１のグラフにおける横軸は、第１測定値から第２測定値を差し引くことによって得られる値であり、本実施形態の場合は「電流差」といえるものである。同グラフにおける縦軸は、インピーダンスの測定が所定の回数だけ繰り返し実行された後において、点Ｐ１５と点Ｐ１３との間の電位差からガスセンサ２００の起電力を差し引いたものである。つまり、測定部１２０によって測定されるガスセンサ２００の起電力が、ガス濃度に対応した（正しい）値から、蓄積された電荷の影響によってどの程度変動したかを示すものである。以下では、当該縦軸に示される値のことを「起電力変動量」とも称する。

図１１において線Ｌ１で示されるのは、第１期間ＴＭ１１の長さ及び第２期間ＴＭ１２の長さをいずれも変化させず、常に一定の長さとした場合における起電力変動量の時間変化である。この場合、第１測定値と第２測定値との差が大きくなるほど、ガスセンサ２００に蓄積される電荷も多くなるので、起電力変動量も大きくなる。

図１１において点Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３で示されているのは、第１期間ＴＭ１１の長さ及び第２期間ＴＭ１２の長さが上記のように変更された場合における、起電力変動量の実測値である。これらの点Ｄ１等に示されるように、本実施形態に係る制御装置１００が行う制御によれば、第１測定値と第２測定値との差によることなく、起電力変動量は非常に小さい範囲（±５ｍＶ以内）に抑えられている。その結果、濃度測定期間ＴＭ２０におけるガス濃度の測定を正確に行うことができる。

第２実施形態について、図１２を参照しながら説明する。本実施形態では、図８のステップＳ１１で行われる処理の内容、具体的には開始条件の内容においてのみ第１実施形態と異なっている。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明する。

図１２に示される一連の処理は、図８のステップＳ１１で行われる処理の具体的な流れを示すものであり、図９に示される一連の処理に換えて実行されるものである。

最初のステップＳ５１では、ヒーター制御部１３０によってヒーターＨＴへの通電が開始された時点から、所定期間が経過したか否かが判定される。この「所定期間」は、ヒーターＨＴによる加熱が開始されてから、ガスセンサ２００の温度が十分な温度（ガスセンサ２００が動作し得る最低限の温度）に到達するまでに要する期間として、予め設定された期間である。

ステップＳ５１において、ヒーターＨＴへの通電が開始された時点から所定期間が経過していた場合には、ステップＳ５２に移行する。ステップＳ５２では、開始条件が成立したとの判定がなされる。

一方、ステップＳ５１において、ヒーターＨＴへの通電が開始された時点から所定期間が経過していなかった場合には、ステップＳ５３に移行する。ステップＳ５３では、開始条件が成立しないとの判定がなされる。

このように、本実施形態では、ヒーターＨＴへの通電が開始されてから所定期間が経過していること、が開始条件として設定されている。このため、動作制御部１１０は、ヒーターへの通電が開始されてから所定期間が経過した後に、第１期間及び第２期間のうち少なくとも一方の長さを変更する処理を開始することとなる。これにより、ガスセンサ２００におけるガス濃度の測定を未だ行い得ない状態であるにもかかわらず、第１期間ＴＭ１１等の調整が無駄に行われてしまうような事態を防止することができる。このような態様でも、第１実施形態において説明したものと同様の効果を奏する。

第３実施形態について、図１３を参照しながら説明する。本実施形態では、図８のステップＳ１１で行われる処理の内容、具体的には開始条件の内容においてのみ第１実施形態と異なっている。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明する。

図１３に示される一連の処理は、図８のステップＳ１１で行われる処理の具体的な流れを示すものであり、図９に示される一連の処理に換えて実行されるものである。

最初のステップＳ６１では、温度センサ１５０によって制御装置１００の温度（本体温度）が取得される。ステップＳ６１に続くステップＳ６２では、ステップＳ６２で取得された制御装置１００の温度が、前回の制御周期において取得された制御装置１００の温度から変動したか否かが判定される。例えば、前回取得された温度と今回取得された温度との差の絶対値が、所定の閾値を越えていれば、制御装置１００の温度が変動したと判定される。

ステップＳ６２において、制御装置１００の温度が変動したと判定された場合には、ステップＳ６３に移行する。ステップＳ６３では、開始条件が成立したとの判定がなされる。

一方、ステップＳ６２において、制御装置１００の温度が変動していないと判定された場合には、ステップＳ６４に移行する。ステップＳ６４では、開始条件が成立しないとの判定がなされる。

このように、本実施形態では、制御装置１００の温度が変動したこと、が開始条件として設定されている。このため、動作制御部１１０は、温度センサ１５０で測定された温度が変動した際に、第１期間ＴＭ１１及び第２期間ＴＭ１２のうち少なくとも一方の長さを変更する処理を開始することとなる。これにより、抵抗Ｒ１４等の抵抗値が温度によって変化しておらず、第１期間ＴＭ１１等を調整する必要性が低い状況であるにもかかわらず、第１期間ＴＭ１１等の調整が無駄に行われてしまうような事態を防止することができる。このような態様でも、第１実施形態において説明したものと同様の効果を奏する。

第４実施形態について、図１４を参照しながら説明する。本実施形態では、図８のステップＳ１１で行われる処理の内容、具体的には開始条件の内容においてのみ第１実施形態と異なっている。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明する。

図１４に示される一連の処理は、図８のステップＳ１１で行われる処理の具体的な流れを示すものであり、図９に示される一連の処理に換えて実行されるものである。

最初のステップＳ７１では、図８のうちステップＳ１３以降の処理が前回行われてから、所定期間が経過したかどうかが判定される。所定期間が経過していれば、ステップＳ７２に移行する。ステップＳ７２では、開始条件が成立したとの判定がなされる。一方、ステップＳ７１において、所定期間が経過していないと判定された場合には、ステップＳ７３に移行する。ステップＳ７３では、開始条件が成立しないとの判定がなされる。

このように、本実施形態では、ステップＳ１３以降の処理が前回行われてから所定期間が経過したこと、が開始条件として設定されている。このため、動作制御部１１０は、所定期間が経過する毎に、第１期間ＴＭ１１及び第２期間ＴＭ１２のうち少なくとも一方の長さを変更する処理を開始することとなる。

複雑な処理を経ることなく、インピーダンスの測定が定期的に且つ適切に実行されるので、制御装置１００の処理負荷を軽減することができる。このような態様でも、第１実施形態において説明したものと同様の効果を奏する。

第５実施形態について、図１５を参照しながら説明する。本実施形態では、図８のステップＳ２５で行われる処理の内容においてのみ第１実施形態と異なっている。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明する。

図１５に示される一連の処理は、図８のステップＳ２５で行われる処理の具体的な流れを示すものであり、図１０に示される一連の処理に換えて実行されるものである。当該処理は、図１０に示される一連の処理の冒頭に、ステップＳ８１及びステップＳ８２を追加したものとなっている。

制御装置１００は、ガスセンサ２００に掃引電圧が印加された回数（インピーダンスの測定が実行された回数ともいえる）をカウントしており、当該回数を記憶している。以下では、当該回数のことを「印加回数」とも称する。最初のステップＳ８１では、印加回数が所定回数に到達しているか否か、が判定される。印加回数が所定回数に到達していれば、ステップＳ８２に移行する。

ステップＳ８２では、印加回数が０にリセットされる。ステップＳ８２に続くステップＳ４１以降においては、図１０を参照しながら説明したものと同様の処理が行われる。このため、その具体的な説明を省略する。

ステップＳ８１において、印加回数が所定回数に到達していなければ、第１期間ＴＭ１１や第２期間ＴＭ１２の長さを変更することなく、図１５に示される一連の処理を終了する。

以上のような処理が実行される結果、本実施形態の動作制御部１１０では、ガスセンサ２００に対する掃引電圧の印加が行われた回数が所定回数に到達する毎に、第１期間ＴＭ１１及び第２期間ＴＭ１２のうち少なくとも一方の長さを変更する処理を行うこととなる。例えば、第１期間ＴＭ１１の長さを変更する処理が行われると、その後の印加回数が所定回数に到達するまでの間は、第１期間ＴＭ１１の長さを変更後の長さに維持した状態のまま、掃引電圧の印加及びインピーダンスの測定が繰り返し実行される。このため、制御周期毎に第１期間ＴＭ１１等の変更が行われる場合に比べて、制御装置１００の処理負荷を軽減することができる。このような態様でも、第１実施形態において説明したものと同様の効果を奏する。

第６実施形態について、図１６を参照しながら説明する。本実施形態では、図８のステップＳ２５で行われる処理の内容においてのみ第１実施形態と異なっている。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明する。

図１６に示される一連の処理は、図８のステップＳ２５で行われる処理の具体的な流れを示すものであり、図１０に示される一連の処理に換えて実行されるものである。

本実施形態でも上記の第５実施形態と同様に、制御装置１００は印加回数のカウントを行っている。更に制御装置１００は、図８に示される一連の処理を実行する毎に、測定部１２０で取得された第１測定値及び第２測定値を履歴として記憶している。

最初のステップＳ９１では、印加回数が所定回数に到達しているか否か、が判定される。この所定回数は、第１測定値や第２測定値のそれぞれの平均値を算出するために必要な第１測定値等の個数として、予め設定されたものである。印加回数が所定回数に到達していれば、ステップＳ９２に移行する。ステップＳ９２では、印加回数が０にリセットされる。

ステップＳ９２に続くステップＳ９３では、上記の所定回数と同じ数だけ取得された第１測定値の平均値が算出される。また、上記の所定回数と同じ数だけ取得された第２測定値の平均値が算出される。その後、第１測定値の平均値が、第２測定値の平均値よりも大きいか否かが判定される。

第１測定値の平均値が第２測定値の平均値よりも大きい場合には、ステップＳ９４に移行する。ステップＳ９４では、図３（Ｂ）を参照しながら説明したように、第２期間ＴＭ１２を長くする処理が行われる。

ステップＳ９３において、第１測定値の平均値が第２測定値の平均値よりも大きくなかった場合には、ステップＳ９５に移行する。ステップＳ９５では、第１測定値の平均値が第２測定値の平均値よりも小さいか否かが判定される。第１測定値の平均値が第２測定値の平均値よりも小さい場合にはステップＳ９６に移行する。ステップＳ９６では、図４（Ｂ）を参照しながら説明したように、第１期間ＴＭ１１を長くする処理が行われる。

ステップＳ９５において、第１測定値の平均値が第２測定値の平均値よりも小さくなかった場合には、図１６に示される一連の処理を終了する。この場合は、第１測定値の平均値と第２測定値の平均値とが互いに等しかったということである。このため、第１期間ＴＭ１１及び第２期間ＴＭ１２の長さはいずれも変更されない。

ステップＳ９１において、印加回数が所定回数に到達していなければ、第１期間ＴＭ１１や第２期間ＴＭ１２の長さを変更することなく、図１６に示される一連の処理を終了する。

以上のように、本実施形態では、ガスセンサ２００に対する掃引電圧の印加、及び測定部１２０による掃引電流の測定（掃引電圧の測定でもよい）がそれぞれ複数回行われた後に、動作制御部１１０が、第１測定値の平均値と、第２測定値の平均値との比較に基づいて、次回以降における第１期間ＴＭ１１及び第２期間ＴＭ１２のうち少なくとも一方の長さを変更する。

具体的には、第１測定値の平均値が第２測定値の平均値よりも大きい場合には、動作制御部１１０は次回以降における第２期間ＴＭ１２を長くなるように変更し、第１測定値の平均値が第２測定値の平均値よりも小さい場合には、動作制御部１１０は次回以降における第１期間ＴＭ１１を長くなるように変更する。

このため、例えばノイズ等の影響によって第１測定値や第２測定値が一時的にばらついた場合であっても、第１期間ＴＭ１１や第２期間ＴＭ１２の長さに対する影響を軽減することができる。これにより、ガス濃度の測定をより安定的に行うことができる。

第７実施形態について説明する。本実施形態に係る制御装置１００でも、起電力に対する蓄積電荷の影響を防止するために、第１期間ＴＭ１１及び第２期間ＴＭ１２のうち少なくとも一方の長さを変更することとしている。ただし、その変更の態様は第１実施形態の場合と異なっている。具体的な例について、図１７を参照しながら説明する。

図１７（Ａ）に示されるのは、先に説明した図２の場合と同様に、第１期間ＴＭ１１における掃引電流の値と、第２期間ＴＭ１２における掃引電流の値とが、それぞれ目標値（Ｉ１０、−Ｉ１０）に一致している場合における掃引電流の時間変化である。

図１７（Ｂ）に示されるのは、第１期間ＴＭ１１における掃引電流の値が、目標値Ｉ１０よりも大きなＩ１１となってしまった場合における掃引電流の時間変化である。図１７（Ｂ）の例では、第１測定値（Ｉ１１）が第２測定値（Ｉ１０）よりも大きくなる。

第１測定値が第２測定値よりも大きい場合には、本実施形態の動作制御部１１０は、第１期間ＴＭ１１の長さを図１７（Ａ）の場合よりも短くなるように変更する。図１７（Ｂ）の例では、第１期間ＴＭ１１が終了する時刻（第２期間ＴＭ１２の開始時刻でもある）が、時刻ｔ２０よりも前の時刻ｔ１９に変更されている。

また、これに合わせて、第２期間ＴＭ１２が終了する時刻が、時刻ｔ３０から時刻ｔ２９へと変更されている。このため、図１７（Ｂ）における第２期間ＴＭ１２の長さは、図１７（Ａ）における第２期間ＴＭ１２の長さと同一である。

以上のような変更が行われた結果、図１７（Ｂ）の第１期間ＴＭ１１の長さは、図１７（Ｂ）の第１期間ＴＭ１１の長さよりも短くなっている。

尚、図１７（Ｂ）では、第１期間ＴＭ１１が短縮されたことに伴って、マスク期間ＴＭ１０も短縮されている。具体的には、マスク期間ＴＭ１０が終了する時刻が、時刻ｔ４０から時刻ｔ３３へと変更されている。マスク設定部１４０がこのような処理を行うことにより、濃度測定期間ＴＭ２０への移行及びガス濃度の測定を早期に行うことができる。

図１７（Ｂ）では、第１期間ＴＭ１１においてガスセンサ２００に単位時間あたりに蓄えられる電荷の量が、図１７（Ａ）の場合に比べて大きくなっている。しかしながら、図１７（Ｂ）では第１期間ＴＭ１１が短くなっているので、第１期間ＴＭ１１においてガスセンサ２００に蓄えられる電荷の量（総量）は、図１７（Ａ）の場合とほぼ同じとなっている。

その結果、第１期間ＴＭ１１においてガスセンサ２００に蓄えられる電荷の量と、第２期間ＴＭ１２においてガスセンサ２００から放出される電荷の量との差を、図１７（Ａ）の場合と同程度に小さく抑えることができる。マスク期間ＴＭ１０におけるガスセンサ２００への電荷の蓄積が抑制されるので、ガスセンサ２００によるガス濃度の測定を正確に行うことが可能となる。

尚、第２測定値がＩ１０よりも小さくなり、その結果として第１測定値が第２測定値よりも大きくなった場合にも、やはり第１期間ＴＭ１１が短くなるように変更される。この場合でも、上記と同様にガスセンサ２００への電荷の蓄積が抑制される。

以上のように、本実施形態の動作制御部１１０は、第１測定値が第２測定値よりも大きい場合には、第１期間ＴＭ１１を短くなるように変更する。このとき、第１期間ＴＭ１１となってから図１７（Ａ）と同じタイミング（ｔ１９１）で第１測定値の取得を試みても、その時点では第１期間ＴＭ１１が終了してしまっているので、第１測定値を正確に取得することができない。

このため、本実施形態のように第１期間ＴＭ１１が短くなるように変更された場合には、測定部１２０による測定（第１測定値の取得）が行われるタイミングも変更される。図１７（Ｂ）の例では、時刻ｔ１９１よりも早い時刻ｔ１８１において第１測定値が取得されるよう、上記のタイミングが変更される。時刻ｔ１０から時刻ｔ１８１までの期間は、変更後における第１期間ＴＭ１１よりも短い。第１測定値が取得されるタイミングを上記のように変更することで、第１期間ＴＭ１１における第１測定値を正確に取得することができる。

尚、図１７（Ｂ）の例では、第２期間ＴＭ１２となってから第２測定値が取得されるタイミングは変更されない。図１７（Ｂ）においては、時刻ｔ２９１よりも早い時刻ｔ２８１において第２測定値が取得されるのであるが、時刻ｔ１９から時刻ｔ２８１までの期間の長さは、図１７（Ａ）における時刻ｔ２０から時刻ｔ２９１までの期間の長さと同じである。

上記とは逆に、第１測定値が第２測定値よりも小さくなった場合の例について、図１８を参照しながら説明する。図１８（Ａ）に示されるのは、先に説明した図２の場合と同様に、第１期間ＴＭ１１における掃引電流の値と、第２期間ＴＭ１２における掃引電流の値とが、それぞれ目標値（Ｉ１０、−Ｉ１０）に一致している場合における掃引電流の時間変化である。

図１８（Ｂ）に示されるのは、第１期間ＴＭ１１における掃引電流の値が、目標値Ｉ１０よりも小さなＩ０９となってしまった場合における掃引電流の時間変化である。図１８（Ｂ）の例では、第１測定値（Ｉ０９）が第２測定値（Ｉ１０）よりも小さくなる。

このように第１測定値が第２測定値よりも小さい場合には、制御装置１００の動作制御部１１０は、第２期間ＴＭ１２の長さを図１８（Ａ）の場合よりも短くなるように変更する。図１８（Ｂ）の例では、第２期間ＴＭ１２が終了する時刻が、時刻ｔ３０よりも前の時刻ｔ２９に変更されている。

以上のような変更が行われた結果、図１８（Ｂ）の第２期間ＴＭ１２の長さは、図１８（Ｂ）の第１期間ＴＭ１１の長さよりも短くなっている。

図１８（Ｂ）では、第２期間ＴＭ１２が短縮されたことに伴って、マスク期間ＴＭ１０も短縮されている。具体的には、マスク期間ＴＭ１０が終了する時刻が、時刻ｔ４０から時刻ｔ３９へと変更されている。マスク設定部１４０がこのような処理を行うことにより、濃度測定期間ＴＭ２０への移行及びガス濃度の測定を早期に行うことができる。

図１７（Ｂ）では、第２期間ＴＭ１２が短くなったことにより、第２期間ＴＭ１２においてガスセンサ２００から放出される電荷の量が小さくなる。つまり、第１期間ＴＭ１１においてガスセンサ２００に蓄えられる電荷が減少しただけでなく、第２期間ＴＭ１２においてガスセンサ２００から放出される電荷も減少している。

その結果、第１期間ＴＭ１１においてガスセンサ２００に蓄えられる電荷の量と、第２期間ＴＭ１２においてガスセンサ２００から放出される電荷の量との差を、図１８（Ａ）の場合と同程度に小さく抑えることができる。マスク期間ＴＭ１０におけるガスセンサ２００への電荷の蓄積が抑制されるので、ガスセンサ２００によるガス濃度の測定を正確に行うことが可能となる。

尚、第２測定値がＩ１０よりも大きくなり、その結果として第１測定値が第２測定値よりも小さくなった場合にも、やはり第２期間ＴＭ１２が短くなるように変更される。この場合でも、上記と同様にガスセンサ２００への電荷の蓄積が抑制される。

以上のように、本実施形態の動作制御部１１０は、第１測定値が第２測定値よりも小さい場合には、第２期間ＴＭ１２を短くなるように変更する。このとき、第２期間ＴＭ１２となってから図１８（Ａ）と同じタイミング（ｔ２９１）で第２測定値の取得を試みても、その時点では第２期間ＴＭ１２が終了してしまっているので、第２測定値を正確に取得することができない。

このため、本実施形態のように第２期間ＴＭ１２が短くなるように変更された場合には、測定部１２０による測定（第２測定値の取得）が行われるタイミングも変更される。図１８（Ｂ）の例では、時刻ｔ２９１よりも早い時刻ｔ２８１において第１測定値が取得されるよう、上記のタイミングが変更される。時刻ｔ２０から時刻ｔ２８１までの期間は、変更後における第２期間ＴＭ１２よりも短い。第２測定値が取得されるタイミングを上記のように変更することで、第２期間ＴＭ１２における第２測定値を正確に取得することができる。

図１８（Ｂ）の例では、第１期間ＴＭ１１となってから第１測定値が取得されるタイミング（ｔ１９１）は変更されない。

以上のように、本実施形態では、第１期間Ｔ１１や第２期間Ｔ１２が短くなる場合に、第１測定値を取得するタイミング、もしくは第２測定値を取得するタイミングが適宜変更される。このような変更による処理負荷が問題となるような場合には、第１実施形態（図３、４）のように、第１期間Ｔ１１や第２期間Ｔ１２を長くする態様の方が好ましい。

尚、以上に説明したような第１期間ＴＭ１１や第２期間ＴＭ１２の変更は、第１実施形態において図５を参照しながら説明した方法と同様に、今回ではなく次のマスク期間ＴＭ１０において行われる。

本実施形態における動作制御部１１０も、第１実施形態において図６を参照しながら説明した方法と同様に、第１期間ＴＭ１１において測定部１２０で測定された値の時間積分値（図６の面積Ｓ１）と、第２期間ＴＭ１２において測定部１２０で測定された値の時間積分値（図６の面積Ｓ２）とが、それぞれの絶対値において互いに一致するように、第１期間ＴＭ１１や第２期間ＴＭ１２の長さを変更する。

以上に説明した制御を実現するために、制御装置１００によって実行される具体的な処理の内容について説明する。本実施形態においても、図７乃至９を参照しながら説明した第１実施形態と同様の処理が行われる。ただし、本実施形態において行われる処理は、第１実施形態のうち図１０に示される一連の処理（つまり、図８のステップＳ２５で行われる処理）を、図１９に示される一連の処理に置き換えたものとなっている。

図１９に示される処理のうち最初のステップＳ１０１では、第１測定値が第２測定値よりも大きいか否かが判定される。第１測定値が第２測定値よりも大きい場合には、ステップＳ１０２に移行する。ステップＳ１０２では、図１７（Ｂ）を参照しながら説明したように、第１期間ＴＭ１１を短くする処理が行われる。尚、このように長さが変更された第１期間ＴＭ１１は、図８に示される一連の処理が次の制御周期において実行された際に、ステップＳ１９における判定で用いられることとなる。

ステップＳ１０１において、第１測定値が第２測定値よりも大きくなかった場合には、ステップＳ１０３に移行する。ステップＳ１０３では、第１測定値が第２測定値よりも小さいか否かが判定される。第１測定値が第２測定値よりも小さい場合にはステップＳ１０４に移行する。ステップＳ１０４では、図１８（Ｂ）を参照しながら説明したように、第２期間ＴＭ１２を短くする処理が行われる。尚、このように長さが変更された第２期間ＴＭ１２は、図８に示される一連の処理が次の制御周期において実行された際に、ステップＳ２３における判定で用いられることとなる。

ステップＳ１０３において、第１測定値が第２測定値よりも小さくなかった場合には、図１９に示される一連の処理を終了する。この場合は、第１測定値と第２測定値とが互いに等しかったということである。このため、第１期間ＴＭ１１及び第２期間ＴＭ１２の長さはいずれも変更されない。

以上のような処理が制御装置１００で行われることにより、図１７及び図１８に示される態様の制御が実現される。

第８実施形態について、図２０を参照しながら説明する。本実施形態では、図８のステップＳ２５で行われる処理の内容においてのみ上記の第７実施形態と異なっている。以下では、第７実施形態と異なる点について主に説明する。

図２０に示される一連の処理は、図８のステップＳ２５で行われる処理の具体的な流れを示すものであり、図１９に示される一連の処理に換えて実行されるものである。

本実施形態でも第５実施形態（図１５）と同様に、制御装置１００は印加回数のカウントを行っている。更に制御装置１００は、図８に示される一連の処理を実行する毎に、測定部１２０で取得された第１測定値及び第２測定値を履歴として記憶している。

最初のステップＳ１１１では、印加回数が所定回数に到達しているか否か、が判定される。この所定回数は、第１測定値や第２測定値のそれぞれの平均値を算出するために必要な第１測定値等の個数として、予め設定されたものである。印加回数が所定回数に到達していなければ、第１期間ＴＭ１１や第２期間ＴＭ１２の長さを変更することなく、図２０に示される一連の処理を終了する。印加回数が所定回数に到達していれば、ステップＳ１１２に移行する。

ステップＳ１１２では、印加回数が０にリセットされる。ステップＳ１１２に続くステップＳ１１３では、上記の所定回数と同じ数だけ取得された第１測定値の平均値が算出される。また、上記の所定回数と同じ数だけ取得された第２測定値の平均値が算出される。その後、第１測定値の平均値が、第２測定値の平均値よりも大きいか否かが判定される。

第１測定値の平均値が第２測定値の平均値よりも大きい場合には、ステップＳ１１４に移行する。ステップＳ１１４では、図１７（Ｂ）を参照しながら説明したように、第１期間ＴＭ１１を短くする処理が行われる。

ステップＳ１１３において、第１測定値の平均値が第２測定値の平均値よりも大きくなかった場合には、ステップＳ１１５に移行する。ステップＳ１１５では、第１測定値の平均値が第２測定値の平均値よりも小さいか否かが判定される。第１測定値の平均値が第２測定値の平均値よりも小さい場合にはステップＳ１１６に移行する。ステップＳ１１６では、図１８（Ｂ）を参照しながら説明したように、第２期間ＴＭ１２を短くする処理が行われる。

ステップＳ１１５において、第１測定値の平均値が第２測定値の平均値よりも小さくなかった場合には、図２０に示される一連の処理を終了する。この場合は、第１測定値の平均値と第２測定値の平均値とが互いに等しかったということである。このため、第１期間ＴＭ１１及び第２期間ＴＭ１２の長さはいずれも変更されない。

具体的には、第１測定値の平均値が第２測定値の平均値よりも大きい場合には、動作制御部１１０は次回以降における第１期間ＴＭ１１を短くなるように変更し、第１測定値の平均値が第２測定値の平均値よりも小さい場合には、動作制御部１１０は次回以降における第２期間ＴＭ１２を短くなるように変更する。

第９実施形態について、図２１を参照しながら説明する。本実施形態では、図８のステップＳ２５で行われる処理の内容においてのみ第１実施形態と異なっている。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明する。

図２１に示される一連の処理は、図８のステップＳ２５で行われる処理の具体的な流れを示すものであり、図１０に示される一連の処理に換えて実行されるものである。

最初のステップＳ１２１では、第１期間ＴＭ１１において測定部１２０で測定された値（掃引電流又は掃引電圧）の時間積分値が、所定の設計値に一致しているか否かが判定される。「第１期間ＴＭ１１において測定部１２０で測定された値の時間積分値」とは、その絶対値が図６に示される面積Ｓ１に相当するものである。このような時間積分値は、図３の時刻ｔ１９１において取得された第１測定値に、第１期間ＴＭ１１の長さを掛けることによって算出することができる。また、第１期間ＴＭ１１において第１測定値の取得を複数回行って、より正確に時間積分値を算出することとしてもよい。

また、上記における「所定の設計値」とは、第１測定値が目標値に一致しており、且つ第１期間ＴＭ１１の長さが当初の設計値通りであった場合における、上記の時間積分値のことである。

時間積分値が設計値に一致していれば、第１期間ＴＭ１１の長さを変更することなく、後述のステップＳ１２３に移行する。時間積分値が設計値に一致していなければ、ステップＳ１２２に移行する。ステップＳ１２２では、時間積分値が設計値に一致するように、第１期間ＴＭ１１の長さが変更される。例えば、時間積分値が設計値よりも小さい場合には、第１期間ＴＭ１１がそれまでよりも長くなるように変更される。

ステップＳ１２２に続くステップＳ１２３では、第２期間ＴＭ１２において測定部１２０で測定された値（掃引電流又は掃引電圧）の時間積分値が、所定の設計値に一致しているか否かが判定される。「第２期間ＴＭ１２において測定部１２０で測定された値の時間積分値」とは、その絶対値が図６に示される面積Ｓ２に相当するものである。このような時間積分値は、図３の時刻ｔ２９１において取得された第２測定値に、第２期間ＴＭ１２の長さを掛けることによって算出することができる。また、第２期間ＴＭ１２において第２測定値の取得を複数回行って、より正確に時間積分値を算出することとしてもよい。

また、上記における「所定の設計値」とは、第２測定値が目標値に一致しており、且つ第２期間ＴＭ１２の長さが当初の設計値通りであった場合における、上記の時間積分値のことである。

時間積分値が設計値に一致していれば、第２期間ＴＭ１２の長さを変更することなく、図２１に示される一連の処理を終了する。時間積分値が設計値に一致していなければ、ステップＳ１２４に移行する。ステップＳ１２４では、時間積分値が設計値に一致するように、第２期間ＴＭ１２の長さが変更される。例えば、時間積分値が設計値よりも小さい場合には、第２期間ＴＭ１２がそれまでよりも長くなるように変更される。

以上のような処理が行われることにより、第１期間ＴＭ１１においてガスセンサ２００に蓄えられる電荷の量と、第２期間ＴＭ１２においてガスセンサ２００から放出される電荷の量とを、いずれも設計通りの値に近づけることができる。これによって両者の差を小さくし、ガス濃度の測定を正確に行うことが可能となる。尚、図２１に示されるステップＳ１２１からステップＳ１２２までの処理と、ステップＳ１２３からステップＳ１２４までの処理とは、いずれか一方のみが実行され、他方は実行されない態様としてもよい。

以上のように、本実施形態における動作制御部１１０は、第１期間ＴＭ１１において測定部１２０で測定された値の時間積分値、及び、第２期間ＴＭ１２において掃引測定部で測定された値の時間積分値、のうち少なくとも一方が所定の設計値に一致するように、
第１期間ＴＭ１１及び第２期間ＴＭ１２のうち少なくとも一方の長さを変更する。このような態様であっても、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。

尚、第１期間ＴＭ１１の長さ及び第２期間ＴＭ１２の長さの両方が変更された場合には、変更後における第１期間ＴＭ１１と第２期間ＴＭ１２との両方がマスク期間ＴＭ１０に包含されるように、マスク設定部１４０がマスク期間ＴＭ１０の長さを変更する。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

１００：制御装置
１１０：動作制御部
１２０：測定部
Ｆ１，Ｆ２：スイッチング素子
２００：ガスセンサ

Claims

ガス濃度を測定するガスセンサ（２００）の制御装置（１００）であって、
前記ガスセンサのインピーダンスを測定するために、前記ガスセンサに対して電圧を印加する電圧印加部（Ｆ１，Ｆ２）と、
前記電圧印加部の動作を制御する動作制御部（１１０）と、
前記ガスセンサに流れる電流、又は前記ガスセンサに印加される電圧、のうち少なくともいずれか一方を測定する掃引測定部（１２０）と、を備え、
前記動作制御部は、
第１期間（ＴＭ１１）において、前記ガスセンサに第１方向の電流が流れるよう、前記電圧印加部を動作させる第１制御と、
前記第１期間に続く第２期間（ＴＭ１２）において、前記ガスセンサに前記第１方向とは逆の第２方向の電流が流れるよう、前記電圧印加部を動作させる第２制御と、を繰り返し行うものであり、
前記第１制御が行われているときにおいて前記掃引測定部で測定された値の絶対値、である第１測定値と、
前記第２制御が行われているときにおいて前記掃引測定部で測定された値の絶対値、である第２測定値と、の比較に基づいて、次回以降における前記第１期間及び前記第２期間のうち少なくとも一方の長さを変更する制御装置。
前記動作制御部は、
前記第１測定値が前記第２測定値よりも大きい場合には、次回以降における前記第２期間を長くなるように変更し、
前記第１測定値が前記第２測定値よりも小さい場合には、次回以降における前記第１期間を長くなるように変更する、請求項１に記載の制御装置。
前記動作制御部は、
前記第１測定値が前記第２測定値よりも大きい場合には、次回以降における前記第１期間を短くなるように変更し、
前記第１測定値が前記第２測定値よりも小さい場合には、次回以降における前記第２期間を短くなるように変更する、請求項１に記載の制御装置。
前記第１期間又は前記第２期間が短くなるように変更された場合には、前記掃引測定部による測定が行われるタイミングも変更される、請求項３に記載の制御装置。
前記電圧印加部による電圧の印加、及び前記掃引測定部による電流又は電圧の測定は、繰り返し実行されるものであり、
前記動作制御部は、今回測定された前記第１測定値と前記第２測定値との比較に基づいて、次回における前記第１期間及び前記第２期間のうち少なくとも一方の長さを変更する、請求項１に記載の制御装置。
前記ガスセンサよる前記ガス濃度の測定が一時的に禁止されるマスク期間（ＴＭ１０）を、前記第１期間及び前記第２期間を含む期間として設定するマスク設定部を更に備え、
前記第１期間及び前記第２期間のうち少なくとも一方の長さが変更された場合には、前記マスク設定部が前記マスク期間の長さを変更する、請求項１に記載の制御装置。
前記動作制御部は、前記第１期間において前記掃引測定部で測定された値の時間積分値と、前記第２期間において前記掃引測定部で測定された値の時間積分値とが、それぞれの絶対値において互いに一致するように、次回以降における前記第１期間及び前記第２期間のうち少なくとも一方の長さを変更する、請求項１に記載の制御装置。
前記動作制御部は、前記第１期間において前記掃引測定部で測定された値の時間積分値、及び、前記第２期間において前記掃引測定部で測定された値の時間積分値、のうち少なくとも一方が所定の設計値に一致するように、次回以降における前記第１期間及び前記第２期間のうち少なくとも一方の長さを変更する、請求項１に記載の制御装置。
前記ガスセンサを加熱するヒーター（ＨＴ）と、
前記ガスセンサのインピーダンスに基づいて、前記ガスセンサの温度を推定するセンサ温度推定部（１２１）と、を更に備え、
前記動作制御部は、前記ヒーターへの通電が行われ、前記センサ温度推定部で推定された温度が所定温度を超えた後に、前記第１期間及び前記第２期間のうち少なくとも一方の長さを変更する処理を開始する、請求項１に記載の制御装置。
前記ガスセンサを加熱するためのヒーターを更に備え、
前記動作制御部は、前記ヒーターへの通電が開始されてから所定期間が経過した後に、前記第１期間及び前記第２期間のうち少なくとも一方の長さを変更する処理を開始する、請求項１に記載の制御装置。
前記電圧印加部による電圧の印加、及び前記掃引測定部による電流又は電圧の測定が、それぞれ複数回行われた後に、
前記動作制御部は、前記第１測定値の平均値と、前記第２測定値の平均値との比較に基づいて、次回以降における前記第１期間及び前記第２期間のうち少なくとも一方の長さを変更する、請求項１に記載の制御装置。
前記動作制御部は、
前記第１測定値の平均値が前記第２測定値の平均値よりも大きい場合には、次回以降における前記第２期間を長くなるように変更し、
前記第１測定値の平均値が前記第２測定値の平均値よりも小さい場合には、次回以降における前記第１期間を長くなるように変更する、請求項１１に記載の制御装置。
前記動作制御部は、
前記第１測定値の平均値が前記第２測定値の平均値よりも大きい場合には、次回以降における前記第１期間を短くなるように変更し、
前記第１測定値の平均値が前記第２測定値の平均値よりも小さい場合には、次回以降における前記第２期間を短くなるように変更する、請求項１１に記載の制御装置。
制御装置の温度を測定する温度測定部（１５０）を更に備え、
前記動作制御部は、前記温度測定部で測定された温度が変動した際に、前記第１期間及び前記第２期間のうち少なくとも一方の長さを変更する処理を行う、請求項１に記載の制御装置。
前記動作制御部は、所定期間が経過する毎に、前記第１期間及び前記第２期間のうち少なくとも一方の長さを変更する処理を行う、請求項１に記載の制御装置。
前記電圧印加部による電圧の印加、及び前記掃引測定部による電流又は電圧の測定は、繰り返し実行されるものであり、
前記動作制御部は、前記電圧印加部による電圧の印加が行われた回数が所定回数に到達する毎に、前記第１期間及び前記第２期間のうち少なくとも一方の長さを変更する処理を行う、請求項１に記載の制御装置。