特許 5788834 ガスセンサ制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5788834

(24)【登録日】2015年8月7日

(45)【発行日】2015年10月7日

(54)【発明の名称】ガスセンサ制御装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/416 20060101AFI20150917BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/46 311J

【請求項の数】5

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2012-125404(P2012-125404)

(22)【出願日】2012年5月31日

(65)【公開番号】特開2013-250166(P2013-250166A)

(43)【公開日】2013年12月12日

【審査請求日】2014年5月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】特許業務法人コスモス特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石黒 靖浩

(72)【発明者】

【氏名】秋山 優

(72)【発明者】

【氏名】照井 智久

(72)【発明者】

【氏名】藤林 和久

【審査官】 櫃本 研太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−０８５３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−０７６４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２８１７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２６５５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１２８１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１７５６５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／４０９

Ｇ０１Ｎ ２７／４１

Ｇ０１Ｎ ２７／４１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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、
上記ヒータを制御するヒータ制御手段であって、
上記センサ部の温度が、上記センサ部が活性化する活性化温度よりも高い第１目標温度になるように、上記ヒータを制御する第１ヒータ制御手段を含む
ヒータ制御手段、
上記目標電圧を設定する電圧設定手段であって、
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第１電圧設定手段と、
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第２電圧設定手段とを含む
電圧設定手段、
上記センサ部の温度が、上記活性化温度よりも高く上記第１目標温度以下の規定温度に達したか否かを判断する温度判断手段、
上記温度判断手段により、上記センサ部の温度が上記規定温度に達していないと判断された場合に、上記電圧設定手段が上記目標電圧を上記第２目標電圧に設定するのを不可とする手段、
上記温度判断手段により、上記センサ部の温度が上記規定温度に達したと判断された場合に、上記電圧設定手段が上記目標電圧を上記第２目標電圧に設定するのを許可する許可手段、
上記被測定ガスの供給状況が上記規定ガス供給状況であり、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であり、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。

【請求項2】

請求項１に記載のガスセンサ制御装置であって、
前記規定温度が、前記活性化温度から前記第１目標温度までの温度範囲のうち、中央の温度以上の温度に設定されてなる
ガスセンサ制御装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のガスセンサ制御装置であって、
前記ヒータ制御手段は、
前記規定ガス供給状況であり、上記第１電流検知手段により上記第１ポンプ電流が検知された後に、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前記ヒータを制御する第２ヒータ制御手段を含み、
前記第２電流検知手段は、
上記第２ヒータ制御手段による上記ヒータの制御下で、上記センサ部の温度が上記第２目標温度となった状態において、前記一対の第２電極間に流れる前記第２ポンプ電流を検知する
ガスセンサ制御装置。

【請求項4】

請求項３に記載のガスセンサ制御装置であって、
前記第２電圧設定手段は、
前記第２ヒータ制御手段による前記ヒータの制御によって、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。

【請求項5】

請求項３または請求項４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、
前記第２ヒータ制御手段による前記ヒータの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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

特許文献１には、このようなガスセンサとして、第１固体電解質体を有する検知セルと、第２固体電解質体を有するポンプセルと、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。

【0004】

具体的には、特許文献１に記載されている装置は、被検出ガスが大気であると判別されているときに検出された第１電流（検知セルの第１電極間の電圧を第１電圧とした状態でポンプセルの第２電極間に流れる電流）と、第２電流（第１電極間の電圧を第１電圧よりも大きい第２電圧とした状態で第２電極間に流れる電流）とに基づいて、被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度を検知する。なお、第１電圧は、第１電極上で被測定ガス中のＨ₂Ｏガスが実質的に解離しない電圧である。一方、第２電圧は、第１電極上で被測定ガス中のＨ₂Ｏガスが解離する電圧である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−２８１７３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、検知セルの第１電極間の電圧を高める（第２電圧にする）と、ポンプセルの第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。ここで、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
くなる虞があった。

【0007】

ところで、ガスセンサ（これを搭載した車両等）の起動段階では、当初、検知セルとポンプセルとからなるセンサ部は低温となっており、第１固体電解質体及び第２固体電解質体が酸素イオン伝導性を示さないことが多い。そこで、第１固体電解質体及び第２固体電解質体が適切な酸素イオン伝導性を示すようにするために、センサ部の温度が目標温度（例えば８３０℃）となるようにセンサ部をヒータで加熱する一方、早期に酸素濃度検知を可能とすべく、センサ部の温度が活性化温度（例えば６２０℃）に達した段階で、検知セルに第１電圧を印加し、ガスセンサによる酸素濃度の検知を開始するようにしている。

【0008】

固体電解質体のブラックニングは、活性化温度以上の温度範囲においては、温度が低いほど生じやすい。
このため、センサ部の温度が活性化温度に達した段階で、Ｈ₂Ｏガス濃度を検知すべく、検知セルの第１電極間の電圧を、第１電圧よりも高い第２電圧になるように制御すると、特にブラックニングが生じやすくなる。

【0009】

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、Ｈ₂Ｏガス濃度の検知に起因する第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ガスセンサ制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

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、上記ヒータを制御するヒータ制御手段であって、上記センサ部の温度が、上記センサ部が活性化する活性化温度よりも高い第１目標温度になるように、上記ヒータを制御する第１ヒータ制御手段を含むヒータ制御手段、上記目標電圧を設定する電圧設定手段であって、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第１電圧設定手段と、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第２電圧設定手段とを含む電圧設定手段、上記センサ部の温度が、上記活性化温度よりも高く上記第１目標温度以下の規定温度に達したか否かを判断する温度判断手段、上記温度判断手段により、上記センサ部の温度が上記規定温度に達していないと判断された場合に、上記電圧設定手段が上記目標電圧を上記第２目標電圧に設定するのを不可とする手段、上記温度判断手段により、上記センサ部の温度が上記規定温度に達したと判断された場合に、上記電圧設定手段が上記目標電圧を上記第２目標電圧に設定するのを許可する許可手段、上記被測定ガスの供給状況が上記規定ガス供給状況であり、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であり、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。

【0011】

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ポンプ電流の値から第１ポンプ電流の値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。

【0012】

ここで、第１ポンプ電流は、検知セルの第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、ポンプセルの第２電極間を流れる電流である。一方、第２ポンプ電流は、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、第２電極間を流れる電流である。

【0013】

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ポンプ電流の値は、第１ポンプ電流の値に比べて、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。

【0014】

また、上述のガスセンサ制御装置では、温度判断手段により、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が、活性化温度よりも高く且つ第１目標温度以下の規定温度に達したと判断された場合に、電圧設定手段によって目標電圧を第２目標電圧に設定することを許可する。つまり、本制御装置では、センサ部の温度が活性化温度よりも高い規定温度以上になった場合に、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が可能となる。

【0015】

かくして、被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度を検知するべく、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ても、第２固体電解質体においてブラックニングが発生する可能性を低減することができる。特に、ガスセンサの起動から間もない場合など、センサ部の温度が低い段階（第１目標温度よりも低い段階）において、被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度を検知するべく、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場合においても、第２固体電解質体においてブラックニングが発生する可能性を低減することができる。

【0016】

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、車両に搭載された内燃機関が、当該車両の停車中等において、安定し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）の排気ガスとなって、ガスセンサに供給される状況を挙げることができる。この場合、この排気ガスが、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、内燃機関のフューエルカットにより、被測定ガスである排気ガスが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も挙げることができる。この場合、大気が、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。

【0017】

また、活性化温度とは、センサ部が活性化する温度をいう。さらに、活性化とは、センサ部に含まれる第１固体電解質体及び第２固体電解質体において酸素イオン伝導性が生じて、ガスセンサ用の素子として、酸素濃度の検知に使用可能な状態になることをいう。

【0018】

さらに、上記のガスセンサ制御装置であって、前記規定温度が、前記活性化温度から前記第１目標温度までの温度範囲のうち、中央の温度以上の温度に設定されてなるガスセンサ制御装置とすると良い。

【0019】

上述のガスセンサ制御装置では、規定温度（目標電圧を第２目標電圧に変更することを許可する温度）を、活性化温度よりも第１目標温度に近い温度に設定する。これにより、規定温度を活性化温度に近い温度とした場合に比べて、目標電圧を第２目標電圧に変更した場合でも、ブラックニングが発生する可能性を低減することができる。

【0020】

例えば、活性化温度が６２０℃で、第１目標温度が８３０℃である場合、活性化温度から第１目標温度までの温度範囲のうち中央の温度は、７２５℃（＝６２０＋（８３０−６２０）／２）である。この場合、本制御装置は、規定温度（活性化温度よりも高く且つ第１目標温度以下の温度）は、７２５〜８３０℃の範囲内の温度に設定される。

【0021】

さらに、上記いずれかのガスセンサ制御装置であって、前記ヒータ制御手段は、前記規定ガス供給状況であり、上記第１電流検知手段により上記第１ポンプ電流が検知された後に、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前記ヒータを制御する第２ヒータ制御手段を含み、前記第２電流検知手段は、上記第２ヒータ制御手段による上記ヒータの制御下で、上記センサ部の温度が上記第２目標温度となった状態において、前記一対の第２電極間に流れる前記第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。

【0022】

上述のガスセンサ制御装置では、第２ポンプ電流を検知するにあたり、センサ部の温度を、第１目標温度よりも高い第２目標温度にすることで、目標温度を変化させない場合（但し、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、センサ部の目標温度を第１目標温度としたままで第２ポンプ電流を検知する場合（センサ部の目標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。

【0023】

また、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目標電圧を低く設定することもできる。このようにすれば、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低減することができる。

【0024】

さらに、上記のガスセンサ制御装置であって、前記第２電圧設定手段は、前記第２ヒータ制御手段による前記ヒータの制御によって、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。

【0025】

固体電解質体のブラックニングは、活性化温度以上の温度範囲においては、温度が高いほど生じにくくなる。
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目標温度に達した後に、目標電圧を第２目標電圧に設定する。これにより、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、センサ部の温度が第２目標温度に達する前に目標電圧を第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。

【0026】

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、前記第２ヒータ制御手段による前記ヒータの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。

【0027】

第２ヒータ制御手段によるヒータの制御によって、センサ部の温度を第２目標温度まで上昇させると、ハンチング（オーバーシュート）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。

【0028】

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、第２ヒータ制御手段によるヒータの制御によって、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。

【0029】

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。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】実施形態１，２にかかる内燃機関の概略図である。

【図2】実施形態１，２にかかるガスセンサユニットの構成図である。

【図3】実施形態１，２にかかるガスセンサ制御の流れを示すフローチャートである。

【図4】実施形態１にかかるＨ₂Ｏガス濃度検知のフローチャートである。

【図5】実施形態２にかかるＨ₂Ｏガス濃度検知のフローチャートである。

【図6】第１電極間電圧とポンプ電流との相関を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態１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。

【0032】

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１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。

【0033】

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。

【0034】

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から出力された排気ガスＥＧ中の酸素濃度に応じた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。

【0035】

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。ＥＣＵ５は、規定ガス供給状況であると判断すると、「規定ガス供給状況」であることを示す信号を、制御装置３内のマイクロコンピュータ９（図２参照）に送信する。マイクロコンピュータ９は、この信号に基づいて、規定ガス供給状況であるか否かを判断する。

【0036】

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１では、内燃機関１００を搭載した自動車の停車中において、エンジン１０１が安定し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となって、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、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。

【0037】

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１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。

【0038】

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。

【0039】

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との間に埋設されている。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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

第２固体電解質体１１及びその両面に設けられた一対の第２電極１９，２０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。

【0043】

また、第１固体電解質体１３及びその両面に設けられた一対の第１電極２１，２２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。

【0044】

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。

【0045】

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。一方、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。

【0046】

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。

【0047】

なお、第１目標温度Ｔｊ１は、センサ部１０ｆが活性化する活性化温度Ｔａ（本実施形態１では、６２０℃）よりも高い温度である。本実施形態１では、第１目標温度Ｔｊ１＝８３０℃としている。
また、センサ部１０ｆの「活性化」とは、センサ部１０ｆを構成する第１固体電解質体１３及び第２固体電解質体１１において酸素イオン伝導性が生じて、センサ１用の素子として酸素濃度の検知に使用可能な状態になることをいう。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

従って、本実施形態１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、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、ヒータ制御回路３１が発熱抵抗体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１では、この制御を、第１ヒータ制御ということにする。
なお、本実施形態１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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

ポンプ電流制御回路３２は、比較ＰＩＤ回路３５の指示に基づき、ポンプ電流Ｉｐの大きさや向きを変更して、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を行う。また、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。

【0054】

本実施形態１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。

【0055】

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１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１では、１０００ｍＶ）とされている。

【0056】

本実施形態１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、前述の第１ヒータ制御が開始される。その後、センサ部１０ｆの温度Ｔが活性化温度Ｔａ（本実施形態１では、６２０℃）に達したと判断されると、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、電気回路部３０によって、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の制御（フィードバック制御）が開始される。これにより、ポンプ電流Ｉｐに基づく排気ガスＥＧ中の酸素濃度検知が開始される。

【0057】

なお、センサ部１０ｆの温度Ｔが活性化温度Ｔａ（本実施形態１では、６２０℃）に達したか否かの判断は、電気回路部３０によって検知される第１固体電解質体１３の内部抵抗Ｒｓに基づいて、マイクロコンピュータ９により行われる。第１固体電解質体１３の内部抵抗Ｒｓが、活性化温度Ｔａ（６２０℃）に対応する値（センサ部１０ｆの温度Ｔが活性化温度Ｔａになったときの第１固体電解質体１３の内部抵抗Ｒｓの値、これをＲｓａとする）に達したとき、マイクロコンピュータ９は、センサ部１０ｆの温度Ｔが活性化温度Ｔａに達したと判断する。

【0058】

さらに、マイクロコンピュータ９は、電気回路部３０によって検知される第１固体電解質体１３の内部抵抗Ｒｓに基づいて、センサ部１０ｆの温度Ｔが規定温度Ｔｄに達したか否かを判断する。温度Ｔが規定温度Ｔｄに達したと判断した場合、マイクロコンピュータ９は、目標電圧Ｖｊが第１目標電圧Ｖｊ１から第２目標電圧Ｖｊ２に変更されることを許可する。一方、温度Ｔが規定温度Ｔｄに達していないと判断した場合、マイクロコンピュータ９は、目標電圧Ｖｊが第１目標電圧Ｖｊ１から第２目標電圧Ｖｊ２に変更されることを不可とする。

【0059】

なお、規定温度Ｔｄは、活性化温度Ｔａよりも高く且つ第１目標温度Ｔｊ１以下の温度である。本実施形態１では、規定温度Ｔｄを、活性化温度Ｔａ（６２０℃）と第１目標温度Ｔｊ１（８３０℃）との中央の温度（すなわち、７２５℃）に設定している。

【0060】

ポンプ電流検知回路３６は、排気ガスＥＧの供給状況が規定ガス供給状況であり、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、ポンプ電流Ｉｐとして、第１ポンプ電流Ｉｐ１を検知する。マイクロコンピュータ９は、この第１ポンプ電流Ｉｐ１を読み込む。

【0061】

さらに、目標電圧Ｖｊを第１目標電圧Ｖｊ１から第２目標電圧Ｖｊ２に変更することが許可されている場合には、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に変更する。その後、電圧Ｖｓが第２目標電圧Ｖｊ２に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。マイクロコンピュータ９は、この第２ポンプ電流Ｉｐ２を読み込む。

【0062】

さらに、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１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。

【0063】

次に、本実施形態１にかかるセンサ１の制御の流れについて、以下に説明する。
なお、図２に示すように、センサ１では、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を流すことで、第１電極２１側から第１電極２２側に、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ようになっている。

【0064】

図３に示すように、エンジン１０１の始動と共に、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、ステップＳ１において、第１ヒータ制御を開始する。具体的には、まず、マイクロコンピュータ９のＣＰＵ６により、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が設定される。そして、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、ヒータ制御回路３１が発熱抵抗体２６への通電制御（第１ヒータ制御）を開始する。

【0065】

次に、ステップＳ２に進み、センサ部１０ｆの温度Ｔが活性化温度Ｔａ（６２０℃）に達したか否かを判断する。
活性化温度Ｔａに達した（ＹＥＳ）と判断された場合は、ステップＳ３に進み、マイクロコンピュータ９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）を設定する。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。

【0066】

次いで、ステップＳ４に進み、ポンプ電流Ｉｐのフィードバック制御を開始する。具体的には、電圧検知回路３３が、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が、検知された電圧Ｖｓを、第１目標電圧Ｖｊ１と比較する。さらに、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の指示に基づき、ポンプ電流Ｉｐの大きさや向きを変更して、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を行う。

【0067】

なお、測定室２３内に導入された排気ガスＥＧの空燃比が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。

【0068】

次いで、ステップＳ５に進み、マイクロコンピュータ９は、排気ガスＥＧ中の酸素濃度の検知を開始する。具体的には、電圧Ｖｓが第１目標電圧Ｖｊ１になった状態でポンプ電流検知回路３６によって検知されたポンプ電流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を検知する。検知された酸素濃度の検知信号は、ＥＣＵ５に向けて出力される。

【0069】

次いで、ステップＳ６に進み、マイクロコンピュータ９は、センサ部１０ｆの温度Ｔが規定温度Ｔｄに達したか否かを判断する。
ステップＳ６において、温度Ｔが規定温度Ｔｄに達した（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、目標電圧Ｖｊを第１目標電圧Ｖｊ１から第２目標電圧Ｖｊ２に変更するのを許可する。
一方、温度Ｔが規定温度Ｔｄに達していない（ＮＯ）と判断された場合は、ステップＳ８に進み、目標電圧Ｖｊを第１目標電圧Ｖｊ１から第２目標電圧Ｖｊ２に変更するのを不可とする。

【0070】

このように、本実施形態１のガスセンサ制御装置３は、内燃機関１００が始動すると、センサ１を用いて、温度Ｔが活性化温度Ｔａ（６２０℃）に達した以降、排気ガスＥＧの酸素濃度の検知を行う。
但し、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。

【0071】

そこで、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４を参照して説明する。
図４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。
なお、図４に示す各処理（Ｈ₂Ｏガス濃度検知処理）は、前述の排気ガスＥＧ中の酸素濃度の検知（ステップＳ５の処理）が開始された後、図３に示す処理を継続した状態で並行して実行される。

【0072】

前述の排気ガスＥＧ中の酸素濃度の検知が開始（ステップＳ５）されると、マイクロコンピュータ９は、ステップＷ１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、エンジン１０１が安定したアイドリング状態とされ、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となってセンサ１に供給される状況であるか否かを判断する。

【0073】

本実施形態１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、自動車が駐車中で、シフトレンジポジションがＤレンジとされ、自動車のエンジン１０１が起動直後であるが安定したアイドリング状態である場合、ＥＣＵ５は、「規定ガス供給状況」であると判断し、「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。

【0074】

ステップＷ１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Ｗ２に進み、マイクロコンピュータ９は、目標電圧Ｖｊを第１目標電圧Ｖｊ１から第２目標電圧Ｖｊ２に変更することが許可されているか否かを判断する。許可されていない（ＮＯ）と判断された場合は、再び、ステップＷ１に戻り、前述の処理を行う。

【0075】

ステップＷ２において、許可されている（ＹＥＳ）と判断された場合は、ステップＷ３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、第１電極２１，２２間の電圧Ｖｓは、第１目標電圧Ｖｊ１（４５０ｍＶ）になっている。従って、第１ポンプ電流Ｉｐ１は、電圧Ｖｓが第１目標電圧Ｖｊ１（４５０ｍＶ）となった状態で検知される。

【0076】

次いで、ステップＷ４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１では、１０００ｍＶ）に変更する。これにより、これ以降、電気回路部３０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。

【0077】

その後、ステップＷ５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。

【0078】

ステップＷ５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Ｗ６に進み、先のステップＷ１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Ｗ６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Ｗ９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に戻した後、一連の処理を終了する。一方、ステップＷ６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Ｗ５に戻り、前述の処理を行う。

【0079】

ステップＷ５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Ｗ７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。従って、第２ポンプ電流Ｉｐ２は、電圧Ｖｓが第２目標電圧Ｖｊ２（１０００ｍＶ）となった状態で検知される。

【0080】

次いで、ステップＷ８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。

【0081】

なお、本実施形態１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。
その後、ステップＷ９に進み、目標電圧Ｖｊを第１目標電圧Ｖｊ１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。

【0082】

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。

【0083】

一方、第１電極２１，２２間に印加される電圧Ｖｓを高くする（第１目標電圧Ｖｊ１から第２目標電圧Ｖｊ２に変更する）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。また、第２固体電解質体１１のブラックニングは、活性化温度Ｔａ以上の温度範囲においては、温度が低いほど生じやすい。つまり、活性化温度Ｔａであるときが最も生じやすく、これよりも高い温度ほど生じにくくなる。

【0084】

このため、センサ部１０ｆの温度Ｔが活性化温度Ｔａに達した段階で、Ｈ₂Ｏガス濃度を検知すべく、第１電極２１，２２間の電圧Ｖｓを、第１目標電圧Ｖｊ１よりも高い第２目標電圧Ｖｊ２になるように制御すると、特に第２固体電解質体１１のブラックニングが生じやすくなる。従って、第１電極２１，２２間の電圧Ｖｓを上昇させる（第２目標電圧Ｖｊ２にする）にあたっては、センサ部１０ｆの温度Ｔが酸素濃度検知を開始する活性化温度Ｔａになった段階よりも、さらに高い温度になった時点で上昇を開始させたほうが、ブラックニングは生じにくくなる。

【0085】

そこで、本実施形態１のガスセンサ制御装置３では、センサ部１０ｆの温度Ｔが、規定温度Ｔｄ（活性化温度Ｔａ（６２０℃）よりも高い温度、本実施形態１では７２５℃）に達したと判断された場合に、目標電圧Ｖｊを、第１目標電圧Ｖｊ１から第２目標電圧Ｖｊ２に変更するのを許可する。これにより、温度Ｔが活性化温度Ｔａよりも高い規定温度Ｔｄ以上になってから、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に上昇させることができる。

【0086】

かくして、本実施形態１では、被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度を検知するべく、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に上昇させても、第２固体電解質体１１においてブラックニングが発生する可能性を低減することができる。特に、本実施形態１では、ガスセンサ１の起動から間もない場合など、センサ部１０ｆの温度Ｔが第１目標温度Ｔｊ１よりも低い段階において、被測定ガス中のＨ₂Ｏガ
ス濃度を検知するべく、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に上昇させる場合においても、第２固体電解質体１１においてブラックニングが発生する可能性を低減することができる。

【0087】

なお、本実施形態１では、ヒータ制御回路３１、及び、ステップＳ１の処理を行うマイクロコンピュータ９が、第１ヒータ制御手段に相当する。また、ステップＳ６の処理を行うマイクロコンピュータ９が、温度判断手段に相当する。また、ステップＳ７の処理を行うマイクロコンピュータ９が、許可手段に相当する。また、ステップＷ１，Ｗ６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。

【0088】

また、比較ＰＩＤ回路３５、スイッチＳＷ１、第１基準電源３８、ステップＳ３及びＷ９の処理を行うマイクロコンピュータ９が、第１電圧設定手段に相当する。また、比較ＰＩＤ回路３５、スイッチＳＷ１、第２基準電源３９、及び、ステップＷ４の処理を行うマイクロコンピュータ９が、第２電圧設定手段に相当する。また、ポンプ電流検知回路３６、及び、ステップＷ３の処理を行うマイクロコンピュータ９が、第１電流検知手段に相当する。また、ポンプ電流検知回路３６、及び、ステップＷ７の処理を行うマイクロコンピュータ９が、第２電流検知手段に相当する。また、ステップＷ８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。

【0089】

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態２の内燃機関２００を構成するガスセンサ制御装置２０３は、実施形態１のガスセンサ制御装置３と比較して、マイクロコンピュータ９のＲＯＭ７に記憶されている制御プログラムが異なり、その他は同等である。また、本実施形態２ガスセンサ制御装置２０３による制御は、実施形態１と比較して、Ｈ₂Ｏガス濃度検知処理の一部のみが異なり、その他について同様である。従って、ここでは、実施形態１と異なる点を中心に説明し、同様な点については説明を省略する。

【0090】

実施形態１では、排気ガスＥＧが規定ガス供給状況であるか否かに拘わらず、継続して、第１固体電解質体１３及び第２固体電解質体１１の温度Ｔが第１目標温度Ｔｊ１になるように、第１ヒータ制御を行った。従って、第１ポンプ電流Ｉｐ１及び第２ポンプ電流Ｉｐ２は、いずれも、第１ヒータ制御下で検知された。

【0091】

これに対し、本実施形態２では、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、第１ポンプ電流Ｉｐ１を検知した後、マイクロコンピュータ９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になるように制御される。本実施形態２では、この制御を、第２ヒータ制御ということにする。
なお、第２目標温度Ｔｊ２は、第１目標温度Ｔｊ１（８３０℃）よりも高い温度（本実施形態２では、９５０℃）である。

【0092】

本実施形態２では、第１ポンプ電流Ｉｐ１は、第１ヒータ制御下で検知される。
一方、第２ポンプ電流Ｉｐ２は、第２ヒータ制御下で、しかも、センサ部１０ｆの温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２となった状態で検知される。

【0093】

次に、本実施形態２のＨ₂Ｏガス濃度検知について、図５を参照して説明する。
図５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。
なお、図５に示す各処理（Ｈ₂Ｏガス濃度検知処理）は、実施形態１と同様に、図３に示すステップＳ１〜Ｓ５の処理が行われた後、図３に示す処理を継続した状態で並行して実行される。

【0094】

前述の排気ガスＥＧ中の酸素濃度の検知が開始（ステップＳ５の処理が実行、図３参照）されると、マイクロコンピュータ９は、ステップＵ１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。具体的な判断手法は、実施形態１のステップＷ１と同様である。

【0095】

規定ガス供給状況でない（ＮＯ）と判断された場合は、処理を終了する。
一方、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Ｕ２に進み、実施形態１のステップＷ２と同様に、マイクロコンピュータ９は、目標電圧Ｖｊを第１目標電圧Ｖｊ１から第２目標電圧Ｖｊ２に変更することが許可されているか否かを判断する。許可されていない（ＮＯ）と判断された場合は、ステップＵ１に戻り、上述の処理を行う。

【0096】

ステップＵ２において、許可されている（ＹＥＳ）と判断された場合は、ステップＵ３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。

【0097】

次いで、ステップＵ４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、第１固体電解質体１３及び第２固体電解質体１１の温度Ｔが、第２目標温度Ｔｊ２に制御される。

【0098】

次に、ステップＵ５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。

【0099】

ステップＵ５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ＵＤに進み、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。

【0100】

規定ガス供給状況でない（ＮＯ）と判断した場合は、ステップＵＣ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。

【0101】

一方、ステップＵＤ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Ｕ５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。このようにして、センサ部１０ｆの温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２に達するのを待つ。

【0102】

ステップＵ５において、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Ｕ６に進み、実施形態１のステップＷ４と同様にして、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（１０００ｍＶ）に変更する。

【0103】

次に、ステップＵ７に進み、実施形態１のステップＷ５と同様に、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。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ＵＥに進み、先のステップＵ１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ＵＥ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ＵＢ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。次いで、ステップＵＣ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に変更した後、一連の処理を終了する。一方、ステップＵＥ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Ｕ７に戻り、前述の処理を行う。

【0104】

ステップＵ７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Ｕ８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。

【0105】

なお、本実施形態２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Ｕ８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。

【0106】

ステップＵ８において、温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２で安定していない（ＮＯ）と判断された場合は、ステップＵＦに進み、先のステップＵ１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ＵＦ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ＵＢ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。次いで、ステップＵＣ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に変更した後、一連の処理を終了する。一方、ステップＵＦ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Ｕ８に戻り、前述の処理を行う。

【0107】

ステップＵ８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Ｕ９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。

【0108】

次いで、ステップＵＡ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、実施形態１と同様に、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。

【0109】

その後、ステップＵＢ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ＵＣ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。

【0110】

ところで、本実施形態２では、センサ部１０ｆの温度Ｔを、第１目標温度Ｔｊ１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を検知する。
このように、第２ポンプ電流Ｉｐ２を検知するにあたり、センサ部１０ｆの温度Ｔを第１目標温度Ｔｊ１よりも高い第２目標温度Ｔｊ２とすることで、目標温度を変化させない場合（目標温度を第１目標温度Ｔｊ１としたままの場合。但し、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、後述するように、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。

【0111】

ここで、図６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６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、これらを結んだ曲線を実線で示している。

【0112】

図６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（図６におけるＡ点とＢ点）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（Ａ点）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（Ｂ点）のほうが、曲線の傾き（微分係数、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（Ａ点）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（Ｂ点）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。

【0113】

このことから、目標温度を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）に比べて、目標温度を９５０℃（第２目標温度Ｔｊ２）に上昇させて第２ポンプ電流Ｉｐ２を検知する場合には、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といえる。かくして、本実施形態２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。

【0114】

また、前述のように、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。
これに対し、本実施形態２のガスセンサ制御装置２０３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。

【0115】

ここで、図６を用いて具体的に説明する。図６によれば、目標温度を９５０℃とした場合において電圧Ｖｓ＝１０００ｍＶとしたとき（Ｂ点）の曲線の傾き（微分係数、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（Ｃ点）の曲線の傾き（微分係数、変化率）と同等になることがわかる。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ことになる。

【0116】

つまり、本実施形態２のガスセンサ制御装置２０３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。

【0117】

また、第２固体電解質体１１のブラックニングは、活性化温度Ｔａ以上の温度範囲においては、温度が高いほど生じにくくなる。
これに対し、本実施形態２では、ステップＵ５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Ｕ６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、センサ部１０ｆの温度Ｔが第２目標温度Ｔｊ２に達する前に目標電圧を第２目標電圧Ｖｊ２に設定する場合に比べて、第２固体電解質体１３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。

【0118】

また、ステップＵ４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。

【0119】

これに対し、本実施形態２では、ステップＵ８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ＵＢ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。

【0120】

なお、本実施形態２では、ステップＵ１，ＵＤ，ＵＥ，ＵＦ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、比較ＰＩＤ回路３５、スイッチＳＷ１、第１基準電源３８、ステップＳ３及びステップＵＢの処理を行うマイクロコンピュータ９が、第１電圧設定手段に相当する。また、比較ＰＩＤ回路３５、スイッチＳＷ１、第２基準電源３９、及びステップＵ６の処理を行うマイクロコンピュータ９が、第２電圧設定手段に相当する。また、ステップＳ６の処理を行うマイクロコンピュータ９が、温度判断手段に相当する。また、ステップＳ７の処理を行うマイクロコンピュータ９が、許可手段に相当する。

【0121】

また、ヒータ制御回路３１とステップＳ１及びステップＵＣの処理を行うマイクロコンピュータ９とが、第１ヒータ制御手段に相当する。また、ヒータ制御回路３１とステップＵ４の処理を行うマイクロコンピュータ９が、第２ヒータ制御手段に相当する。また、ポンプ電流検知回路３６、及び、ステップＵ３の処理を行うマイクロコンピュータ９が、第１電流検知手段に相当する。また、ポンプ電流検知回路３６、及び、ステップＵ９の処理を行うマイクロコンピュータ９が、第２電流検知手段に相当する。また、ステップＵＡ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。

【0122】

以上において、本発明を実施形態１，２に即して説明したが、本発明は上述の実施形態１，２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１，２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３，２０３とでガスセンサユニット４，２０４を構成した。しかしながら、ガスセンサ制御装置３，２０３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３，２０３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。

【0123】

また、実施形態１，２では、規定温度Ｔｄを、活性化温度Ｔａ（６２０℃）から第１目標温度Ｔｊ１（８３０℃）までの温度範囲のうち中央の温度（すなわち、７２５℃）に設定した。しかしながら、規定温度Ｔｄは、この温度に限らず、活性化温度よりも高く第１目標温度以下の範囲内の値であれば良く、好ましくは、活性化温度から第１目標温度までの温度範囲のうち中央の温度以上の温度である。

【0124】

また、実施形態１，２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。

【符号の説明】

【0125】

１ 全領域空燃比センサ（ガスセンサ）
３，２０３ ガスセンサ制御装置
４，２０４ 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、温度判断手段、電圧設定手段、ヒータ制御手段、許可手段、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
１００，２００ 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
Ｔａ 活性化温度
Ｔｄ 規定温度
Ｖｊ 目標電圧
Ｖｊ１ 第１目標電圧
Ｖｊ２ 第２目標電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】