特許 7526708 ガスセンサ制御装置、ガスセンサ制御方法

(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】

(24)【登録日】2024-07-24

(45)【発行日】2024-08-01

(54)【発明の名称】ガスセンサ制御装置、ガスセンサ制御方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/419 20060101AFI20240725BHJP

   G01N 27/41 20060101ALI20240725BHJP

   G01N 27/409 20060101ALI20240725BHJP

   G01N 27/416 20060101ALI20240725BHJP

【ＦＩ】

G01N27/419 327Q

G01N27/41 325Q

G01N27/409 100

G01N27/416 331

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021064737

(22)【出願日】2021-04-06

(65)【公開番号】P2022160157

(43)【公開日】2022-10-19

【審査請求日】2023-11-06

(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】110001036

【氏名又は名称】弁理士法人暁合同特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 哲哉

【審査官】小澤 理

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－００２６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０８６０９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０５８５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１６６９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０１４６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０２４１３６１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／４１９

Ｇ０１Ｎ ２７／４１

Ｇ０１Ｎ ２７／４０９

Ｇ０１Ｎ ２７／４１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヒータを有するガスセンサの昇温を制御するガスセンサ制御装置であって、
前記ヒータに電圧を印加する電圧印加部と、
前記ヒータに流れるヒータ電流を計測する電流計測部と、
制御部と、を含み、
前記電圧印加部は、所定の始動電圧を前記ヒータに印加し、
前記制御部は、前記始動電圧が印加されたときの前記ヒータ電流に基づき、前記ヒータに印加されるヒータ電力が所定の目標電力となるように、ヒータ電圧を設定し、
前記電流計測部は、定期的に前記ヒータ電流の計測を実行し、
前記制御部は、前記ヒータの昇温中における前記ヒータ電流に基づいて、前記ヒータ電力が前記目標電力を維持するように、前記ヒータ電圧を設定する、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、
前記ガスセンサの温度を計測する温度計測部を含み、
前記ヒータ電力が前記目標電力となる前記ヒータ電圧を突入電圧と定義し、
前記制御部は、前記ガスセンサの温度が所定の設定温度に到達した場合、前記ヒータ電圧を前記突入電圧に設定する制御を停止する、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、
前記電圧印加部は、前記始動電圧および前記ヒータ電圧をＰＷＭ制御により変化させ、
前記始動電圧のデューティー比は、前記ヒータ電圧のデューティー比よりも小さい、ガスセンサ制御装置。

【請求項4】

請求項１から請求項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、
前記制御部は、２以上の前記ガスセンサについて、前記ヒータ電圧をそれぞれ設定する、ガスセンサ制御装置。

【請求項5】

ヒータを有するガスセンサの昇温を制御するガスセンサ制御方法であって、
前記ヒータに所定の始動電圧を印加し、
前記始動電圧が印加されたときのヒータ電流に基づいて、前記ヒータに印加されるヒータ電力が所定の目標電力となるように、ヒータ電圧を設定し、
定期的に前記ヒータ電流の計測を実行し、
前記ヒータの昇温中における前記ヒータ電流に基づいて、前記ヒータ電力が前記目標電力を維持するように、前記ヒータ電圧を設定する、ガスセンサ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスセンサ制御装置、及びガスセンサ制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に示すように、特定ガスの濃度を検出するガスセンサを制御する、ガスセンサ制御装置が知られている。ガスセンサは、特定ガスの濃度を検出する検出素子及び通電加熱するヒータを有している。ガスセンサは、ヒータにより検出素子を活性化温度まで昇温させた後に、特定ガスの高精度な検出が可能になる。検出素子を昇温させる際には、急激な温度変化による熱衝撃で検出素子が破損することを防ぐために、ヒータへの印加電圧が適宜制御される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－２０５０８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば内燃機関で使用される酸素センサでは、内燃機関の始動後、短時間で特定ガスの検出を開始することが望まれている。本発明の目的は、ガスセンサの昇温速度を高めて検出素子を短時間のうちに活性化温度まで昇温させ、早期に特定ガスの検出を開始できるガスセンサの制御装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

前記課題を解決するための手段は、以下の通りである。

【0006】

ヒータを有するガスセンサの昇温を制御するガスセンサ制御装置は、前記ヒータに電圧を印加する電圧印加部と、前記ヒータに流れるヒータ電流を計測する電流計測部と、制御部と、を含み、前記電圧印加部は、所定の始動電圧を前記ヒータに印加し、前記制御部は、前記始動電圧が印加されたときの前記ヒータ電流に基づき、前記ヒータに印加されるヒータ電力が所定の目標電力となるように前記ヒータ電圧を設定する。

【0007】

ヒータが発する熱は、ヒータ電力に依存する。過大なヒータ電力が印加されると、ヒータの昇温速度は速くなるものの、熱衝撃によってガスセンサが破損するおそれがある。また、ヒータ電圧が一定の場合は、ヒータの昇温に伴ってヒータ抵抗が増大するため、Ｗ＝Ｖ＾２／Ｒより、ヒータ電力が低下してヒータの昇温速度が遅くなる。

【0008】

そこで、ガスセンサが破損しない範囲内における最大のヒータ電力の値として、目標電力を予め設定しておき、所定の始動電圧を印加したときのヒータ電流と、目標電力と、から求まるヒータ電圧を、ヒータに印加する。これにより、ヒータには目標電力が印加され、ヒータが発する熱は、ガスセンサが破損しない範囲内において最大になる。この結果、熱衝撃によるガスセンサの破損を抑制できるとともに、ガスセンサを短時間で昇温させることができる。

【0009】

ガスセンサ制御装置は、前記ガスセンサの温度を計測する温度計測部を含み、前記制御部は、前記ガスセンサの温度が所定の設定温度に到達した場合、前記ヒータ電力が前記目標電力となるように前記ヒータ電圧を設定する制御を停止してもよい。

【0010】

このようにすると、ガスセンサの温度が所定の設定温度に到達すると昇温が停止するため、過熱によるガスセンサの破損やヒータの焼損を抑制できる。

【0011】

前記電流計測部は、定期的に前記ヒータ電流の計測を実行し、前記制御部は、前記ヒータの昇温中における前記ヒータ電流に基づいて、前記ヒータ電力が前記目標電力を維持するように、前記ヒータ電圧を設定してもよい。

【0012】

このようにすると、ヒータ電圧の印加後に、ヒータの昇温に伴ってヒータ抵抗が上昇しても、定期的に実行されるヒータ電流の計測の度に、ヒータ電力が目標電力となるように、ヒータ電圧が設定される。これにより、ヒータ抵抗の上昇に関わらず、ヒータには継続的に目標電力が印加されるため、熱衝撃によるガスセンサの破損を抑制しつつ、ガスセンサの昇温速度の低下を抑制して短時間で昇温させることができる。

【0013】

前記電圧印加部は、ヒータ電圧をＰＷＭ制御により変化させ、前記始動電圧のデューティー比は、前記ヒータ電圧のデューティー比よりも小さくてもよい。

【0014】

ヒータへの電圧の印加によってヒータ温度とヒータ抵抗は上昇する。始動電圧のデューティー比をヒータ電圧より小さくすると、始動電圧の印加に起因するヒータ温度とヒータ抵抗の上昇幅が小さくなるため、始動電圧を印加したときのヒータ抵抗をより正確に測定できる。これにより、精度よくヒータ電圧を算出できる。

【0015】

前記制御部は、２以上の前記ガスセンサについて、前記ヒータ電圧をそれぞれ設定してもよい。

【0016】

このようにすると、２以上のガスセンサについて、目標電力を印加するときのヒータ電圧をガスセンサごとに設定できる。つまり、いずれのガスセンサにも目標電力を印加できる。これにより、各ガスセンサ間でヒータ抵抗が異なっていても、昇温速度を早く、かつ、同じにできる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、ガスセンサの昇温速度を速め、始動後短時間で特定ガスの検出が可能になるガスセンサ制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】ガスセンサ制御装置の概略構成を示すブロック図

【図2】複数のガスセンサが接続されたガスセンサ制御装置を示す説明図

【図3】軸線方向に沿って切断されたガスセンサの断面図

【図4】検出素子を先端側から見た斜視図

【図5】軸線方向に直交する方向で切断された検出素子の先端側の断面図

【図6】（実施形態１）ヒータ電力を設定する処理のフローチャート

【図7】（実施形態１）ヒータ電力の時間変化を示すグラフ

【図8】（実施形態１）ヒータ電圧の時間変化を示すグラフ

【図9】（実施形態１）素子温度の時間変化を示すグラフ

【図10】（実施形態２）ヒータ電力を設定する処理のフローチャート

【図11】（実施形態２）ヒータ電力の時間変化を示すグラフ

【図12】（実施形態２）ヒータ電圧の時間変化を示すグラフ

【図13】（実施形態２）素子温度の時間変化を示すグラフ

【図14】素子温度Ｔｓと抵抗値Ｒｐｖｓの関係を示すグラフ

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に、本明細書によって開示されるガスセンサ制御装置の具体例を、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【0020】

＜実施形態１＞
１．ガスセンサ制御装置の構成
１．１ 全体構成
本発明の実施形態１を、図１～図９を参照しつつ説明する。図１は、実施形態１に係るガスセンサ制御装置２及びその周辺の概略構成を示すブロック図である。ガスセンサ制御装置２に接続されるガスセンサ１は、酸素濃度に応じてセンサ電流がリニアに変化する全領域空燃比センサ（リニアラムダセンサ）であり、エンジンの吸気側又は排気側の少なくとも一方に設置されて、吸排気管内を流通するガス中の酸素濃度を検出する。

【0021】

ガスセンサ１は、ガスセンサ１から離れた位置に配設されるガスセンサ制御装置２とハーネスを介して電気的に接続されており、ガスセンサ制御装置２によって通電制御されて酸素濃度を検出する。ガスセンサ１を用いて検出された酸素濃度に応じた検出信号は、ガスセンサ制御装置２において、例えば排気ガス中の空燃比（空気過剰率）を取得するために利用される。

【0022】

ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５は、自動車のエンジンの駆動等を電子的に制御するための装置であり、ＣＰＵ９ａ、ＲＯＭ９ｂ、ＲＡＭ９ｃ等を搭載したマイコンチップにより構成される。ＥＣＵ５では、ＣＰＵ９ａがＲＯＭ９ｂに記憶された各種プログラムを実行し、ガスセンサ１や、図示しない他のセンサとの間で電気信号の入出力を行う。

【0023】

なお、本実施形態では、ガスセンサ１とＥＣＵ５との間に、ガスセンサ制御装置２が配設されると共に、ガスセンサ１及びガスセンサ制御装置２によってガスセンサユニット３が構成される場合について例示する。

【0024】

次に、図１～図５等を参照しつつ、ガスセンサ１及びガスセンサ制御装置２の詳細を説明する。図１は、ガスセンサ１及びガスセンサ制御装置２を備えるガスセンサユニット３の概略構成を示す説明図であり、図３は、ガスセンサ１を軸方向に沿って切断した断面図であり、図４は、ガスセンサ１が有する検出素子１０を先端側から見た斜視図であり、図５は、検出素子１０の先端側を軸線方向に直交する方向で切断した場合の断面図である。

【0025】

図２に示すように、ガスセンサ制御装置２には、複数のガスセンサ１が並列に接続されており、ガスセンサ制御装置２はそれぞれのガスセンサ１を独立して制御できるようになっている。なお、図１では、２つ目以降のガスセンサ１は図示省略している。

【0026】

１．２ ガスセンサの構成
ガスセンサ１は、図３に示すように、検出素子１０と、その検出素子１０等を内部に収容する形で保持する主体金具３０と、その主体金具３０の先端部に装着されるプロテクタ３７と、を備えている。検出素子１０は、全体的には、細長く延びた板状をなしており（図４参照）、その長手方向が、軸線Ｌの方向に沿うように配置されている。なお、後述するように、検出素子１０の先端側には、保護層２５が形成されている。

【0027】

主体金具３０は、ＳＵＳ４３０製であり、ガスセンサ１を排気管に取り付けるための雄ねじ部３１と、取り付け時に取り付け工具をあてがう六角部３２とを備えている。また、主体金具３０には、径方向内側に向かって突出する金具側段部３３が設けられており、その金具側段部３３は検出素子１０を保持するための金属ホルダ３４を支持している。そしてこの金属ホルダ３４の内側にはセラミックホルダ３５、滑石３６が先端側から順に配置されている。金属ホルダ３４及び主体金具３０内で滑石３６が圧縮充填されることによって、検出素子１０が金属ホルダ３４に対して固定されるとともに、検出素子１０の外面と主体金具３０の内面との間のシール性が確保される。そして滑石３６の後端側には、アルミナ製のスリーブ３９が配置されている。そして、主体金具３０の後端側にあるかしめ部３０ａが内側に折り曲げられており、そのようなかしめ部３０ａにより、スリーブ３９がステンレス製のリング部材４０を介して主体金具３０の先端側に押圧されている。

【0028】

また、主体金具３０の先端側外周には、金属製のプロテクタ３７が溶接によって取り付けられている。プロテクタ３７は、二重構造をなしており、外側には一様な外径を有する有底円筒状の外側プロテクタ４１が配置され、内側には後端部４２ａの外径が先端部４２ｂの外径よりも大きく形成された有底円筒状の内側プロテクタ４２が配置されている。このようなプロテクタ３７は、主体金具３０の先端から突出する検出素子１０の先端部を覆うと共に、複数のガス取り入れ孔３７ａを有する。

【0029】

主体金具３０の後端側には、ＳＵＳ４３０製の外筒３８の先端側が挿入されている。外筒３８は、先端側が拡径した先端部３８ａを備えており、その先端部３８ａが、主体金具３０にレーザ溶接等で固定されている。外筒３８の後端側の内部には、セパレータ５０が配置されており、そのセパレータ５０と外筒３８との間で形成される隙間に、保持部材５１が介在されている。保持部材５１は、セパレータ５０の周面から外側に盛り上がった突出部５０ａに係合しつつ、かしめられた外筒３８とセパレータ５０との間で固定されている。

【0030】

また、セパレータ５０には、検出素子１０と電気的に接続される各種のリード線４３を挿入するための通孔５０ｂが先端側から後端側に亘って貫通する形で設けられている。なお、図３には、説明の便宜上、リード線４３は３本のみ示され、それら以外のリード線の図示は省略している。各リード線４３等は、外部において、図示されないコネクタに接続可能な構成となっており、そのようなコネクタを介してＥＣＵ５等の外部機器と各リード線４３等との間で、電気信号の入出力が行われる。

【0031】

さらに、セパレータ５０の後端側には、外筒３８の後端側の開口部３８ｂを閉塞するための略円柱状のゴムキャップ５２が配置されている。このゴムキャップ５２は、外筒３８の後端内に収容された状態で、外筒３８が径方向内側に向かって加締められることにより、外筒３８に固着される。また、ゴムキャップ５２にも、リード線４３等をそれぞれ挿入するための通孔５２ａが先端側から後端側に亘って貫通する形で設けられている。

【0032】

１．３ 検出素子１０の構成
ここで、検出素子１０の構造について説明する。検出素子１０は、図４に示すように、全体的には細長の板状をなしており、その先端側に、被検出ガス中の酸素濃度を検出する検出部が設けられている。本実施形態の検出素子１０は、２セル式であり、後述するように、酸素ポンプセル６０と、酸素濃度検出セル６１とを備えている。検出素子１０の先端側は、多孔質体からなる保護層２５によって覆われている。なお、保護層２５は、説明の便宜上、図５等において適宜省略されている。

【0033】

図１及び図５の断面図に示すように、検出素子１０は、ジルコニアを主体とする固体電解質体１１、１３と、アルミナを主体とする絶縁基体１２、１７、１８、２４とを備える。それらは、いずれも細長い板状に形成されており、絶縁基体１８、絶縁基体１７、固体電解質体１３、絶縁基体１２、固体電解質体１１、及び絶縁基体２４の順に積層された構造となっている。

【0034】

固体電解質体１１の両面に、白金を主体とする一対の電極１９、２０がそれぞれ形成されている。また、同様に、固体電解質体１３の両面にも一対の電極２１、２２がそれぞれ形成されている。電極２２は、固体電解質体１３と絶縁基体１７との間で挟まれた状態で埋設されている。

【0035】

絶縁基体１２の長手方向の一端側には、固体電解質体１１、１３をそれぞれ一壁面としつつ、被検出ガス（排気ガス）を導入可能な中空のガス検出室２３が形成されている。なお、ガス検出室２３は、固体電解質体１３と、固体電解質体１１との間に形成される。

【0036】

図１に示すように、絶縁基体１７、１８の間には、白金を主体とする発熱抵抗体２６がそれらに挟まれた状態で埋設されている。絶縁基体１７、１８及び発熱抵抗体２６は、固体電解質体１１、１３を加熱して活性化温度Ｔａまで昇温させるためのヒータ２７として機能する。

【0037】

固体電解質体１１上の電極１９は、その表面がセラミックス（例えば、アルミナ）からなる多孔質性の保護層２５によって覆われている。電極１９は、排気ガス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、保護層２５によって保護されている。固体電解質体１１上に積層された絶縁基体２４は、電極１９を覆わないように開口２４ａが設けられており、その開口２４ａ内に保護層２５が配設されている。

【0038】

このように構成された検出素子１０において、固体電解質体１１とその両面に設けられた一対の電極１９、２０は、外部からガス検出室２３内に酸素を汲み入れ、或いはガス検出室２３から外部へ酸素を汲み出す酸素ポンプセル６０として機能する。

【0039】

また、固体電解質体１３とその両面に設けられた一対の電極２１、２２は、両電極間の酸素濃度に応じて起電力Ｖｅを発生させる酸素濃度検出セル６１として機能する。電極２２は、ガス検出室２３内の酸素濃度の検出の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。一対の電極２１、２２は、固体電解質体１３を挟む形で配置される。一方の電極２１は、ガス検出室２３に配置され、他方の電極２２は、後述する基準雰囲気に晒される。

【0040】

１．４ ガスセンサ制御装置
次に、ガスセンサ１の検出素子１０に接続されるガスセンサ制御装置２について、図１を用いて説明する。ガスセンサ制御装置２は、制御部９及び電気回路部７０を構成主体としている。制御部９は、ＣＰＵ９ａ、ＲＯＭ９ｂ、ＲＡＭ９ｃ等を搭載した公知の構成のマイコンチップからなる。なお、ＲＯＭ９ｂには、ＣＰＵ９ａに各処理を実行させるための制御プログラムや、後述する基準電圧等が記憶されている。

【0041】

電気回路部７０は、ヒータ通電制御回路（「電圧印加部」の一例）７１、ポンプ電流駆動回路７２、電圧出力回路７３、微小電流供給回路７４、基準電圧比較回路７５、及びポンプ電流検出回路７６を備えている。

【0042】

微小電流供給回路７４は、酸素濃度検出セル６１の一方の電極２２から他方の電極２１側へ微小電流Ｉｃｐを流し、電極２２側に酸素イオンを移動させて基準となる基準雰囲気を生成する。これにより、電極２２は、被検出ガス中の酸素濃度を検出するための基準となる酸素基準電極として機能する。

【0043】

電圧出力回路７３は、ガス検出室２３内の酸素濃度と、上記基準雰囲気の酸素濃度との差異に応じて、酸素濃度検出セル６１の電極２１、２２間に生じる起電力Ｖｅ、及び電極２１、２２間の抵抗Ｒｐｖｓを検出する。

【0044】

また、電圧出力回路７３は、ガスセンサ１の温度（素子温度Ｔｓともいう）を制御部９に送信する。ここで、素子温度Ｔｓとは、具体的には、酸素濃度検出セル６１が有する固体電解質体１３の温度である。図１４に示すように、固体電解質体１３は、温度が上昇するにつれて電極２１、２２間の抵抗Ｒｐｖｓが低下する特性を有しており、抵抗Ｒｐｖｓと素子温度Ｔｓは相関関係にある。したがって、電力出力回路７３は、抵抗Ｒｐｖｓから、固体電解質体１３の温度、すなわち素子温度Ｔｓを求めることができる。電圧出力回路７３は、「温度計測部」の一例である。

【0045】

基準電圧比較回路７５は、予め定められた基準電圧と、電圧出力回路７３が検出した起電力Ｖｅとの比較を行い、比較結果をポンプ電流駆動回路７２にフィードバックする。

【0046】

ポンプ電流駆動回路７２は、基準電圧比較回路７５から得られた比較結果に基づいて、酸素ポンプセル６０の電極１９、２０間に、大きさや向きが制御されたポンプ電流Ｉｐを印加する（流す）。これにより、酸素ポンプセル６０によるガス検出室２３内への酸素の汲み入れやガス検出室２３からの酸素の汲み出しが行われる。

【0047】

ポンプ電流検出回路７６は、酸素ポンプセル６０の電極１９、２０間に流れるポンプ電流Ｉｐを電圧変換し、検出信号として制御部９に出力する。

【0048】

ヒータ通電制御回路７１は、ヒータ２７が有する発熱抵抗体２６の両端に、ヒータ電圧Ｖｈを印加することで、発熱抵抗体２６を発熱させ、酸素濃度検出セル６１の加熱を行う。ヒータ２７へ供給する電力は、一定の電圧を通電する時間によって制御される。すなわち、所定の周期におけるオン時間の割合であるデューティー比によって調整される。この制御にはＰＷＭ（パルス幅変調）制御を利用可能である。

【0049】

本明細書では、特に断りのない限り、ヒータ通電制御回路７１とヒータ２７がなす回路における各部の電圧及び電流は、それぞれ実効値を意味するものとする。例えば、ヒータ電圧Ｖｈは実際にはパルス波であるが、パルス波のピーク値と実効値Ｖｈは異なる値である。ヒータ通電制御回路７１によってデューティー比を変更することにより、ヒータ電圧Ｖｈを、任意の範囲で変更することができるものとする。

【0050】

電流計測部７７は、ヒータ通電制御回路７１と発熱抵抗体２６の一方の電極との間に直列に挿入され、発熱抵抗体２６に流れるヒータ電流Ｉｈを計測する。電流計測部７７は、その内部にシャント抵抗Ｒｓｈ、及びシャント抵抗Ｒｓｈの両端におけるシャント電圧Ｖｓｈを測定する電圧計７７ａを有している。電流計測部７７は、シャント電圧Ｖｓｈをシャント抵抗Ｒｓｈで除することによりヒータ電流Ｉｈを求め、その結果を制御部９に出力する。

【0051】

２．ヒータ電圧Ｖｈの設定について
実施形態１に係るガスセンサ制御装置２及びこれに接続されるガスセンサ１の構成は上記の通りである。続いて、ガスセンサ制御装置２におけるヒータ電圧Ｖｈ（突入電圧Ｖｒ）の設定について、フローチャートを用いて説明する。なお、後述するように、ガスセンサ制御装置２の始動後にはヒータ２７に始動電圧Ｖｓが印加され、さらにその後、ヒータ２７を加熱するために最初にヒータ電圧Ｖｈが印加される。このヒータ電圧Ｖｈを、特に突入電圧Ｖｒと記載する。

【0052】

はじめに、ガスセンサ制御装置２を始動する（図６、スタート）。始動時点において、ガスセンサ１の素子温度Ｔｓは常温（例えば２５℃）であるとする。まず、ガスセンサ制御装置２を始動したときのヒータ抵抗Ｒｈを求めるために、制御部９はＳ１０～Ｓ４０に示す以下の処理を行う。

【0053】

ヒータ通電制御回路７１が、デューティー比を最小にして、始動電圧Ｖｓをヒータ２７に印加する（Ｓ１０）。始動電圧Ｖｓは、ヒータ２７を発熱させるためではなく、ヒータ抵抗Ｒｈを算出することを目的として、１パルス分のみが印加される。また、始動電圧Ｖｓの大きさ（絶対値）は、例えば電源電圧の大きさとする。なお、デューティー比は最小であり、１パルスというごく短時間の電圧印加であるため、始動電圧Ｖｓとして電源電圧を印加したとしても、ヒータ２７の昇温はごくわずかであり、素子温度Ｔｓには影響しない。始動電圧Ｖｓが印加される時間は、例えばＰＷＭ制御の周波数が１００Ｈｚ、デューティー比Ｄの最小値が０．７％である場合を考えると、１／１００［ｓｅｃ］×０．７［％］＝０．００００７［ｓｅｃ］＝７０［μｓ］となる。

【0054】

次に、電流計測部７７の電圧計７７ａは、ヒータ２７に直列に挿入してあるシャント抵抗Ｒｓｈの両端のシャント電圧Ｖｓｈを測定する。制御部９は、下記（１）式に基づきヒータ電流Ｉｈを算出する（Ｓ２０、Ｓ３０）。
Ｉｈ＝Ｖｓｈ／Ｒｓｈ・・・（１）

【0055】

始動直後にヒータ通電制御回路７１が出力する電圧は始動電圧Ｖｓであるが、ヒータ２７に印加される電圧は、始動電圧Ｖｓからシャント抵抗Ｒｓｈにおける電圧降下分であるシャント電圧Ｖｓｈを減じた値となる。つまり、ヒータ２７に印加されるヒータ電圧Ｖｈは、下記（２）式で表される。また、制御部９は、ヒータ電圧Ｖｈとヒータ電流Ｉｈから、下記（３）式によりヒータ抵抗Ｒｈを求める（Ｓ４０）。
Ｖｈ＝ＶＢ－Ｖｓｈ・・・（２）
Ｒｈ＝（ＶＢ－Ｖｓｈ）／Ｉｈ・・・（３）

【0056】

以上のようにして、制御部９はＳ１０～Ｓ４０の各ステップの処理を実行し、ガスセンサ制御装置２の始動時におけるヒータ抵抗Ｒｈを求める。

【0057】

次に、制御部９は、ヒータ２７に印加されるヒータ電力Ｗｈが目標電力Ｗｈ１になる場合のヒータ電圧Ｖｈを求める。なお、ヒータ電圧Ｖｈは、ヒータ通電制御回路７１においてＰＷＭ制御された電圧信号の実効値を表している。

【0058】

ここで、目標電力Ｗｈ１とは、検出素子１０が熱衝撃により破損しない範囲内において、最も速い昇温速度で検出素子１０を昇温させることができるヒータ電力Ｗｈである。目標電力Ｗｈ１は、実際にガスセンサ１のヒータ２７に様々な値の電力を印加して、印加中の検出素子１０の温度変化及び熱衝撃による破損の有無を観察し、ワイブル分布等の確率分布にあてはめることにより、実験的・統計的に求められた値である。

【0059】

制御部９は、ヒータ２７に印加されるヒータ電力Ｗｈが、予め求められた目標電力Ｗｈ１になるように、ヒータ電圧Ｖｈを算出する（Ｓ５０）。具体的には、ヒータ電力Ｗｈは下記（４）式で表され、これを変形してヒータ電力Ｗｈに目標電力Ｗｈ１を代入した下記（５）式から、ヒータ電圧Ｖｈを求める。このときのヒータ電圧Ｖｈは、突入時の電圧であるため、突入電圧Ｖｒともいう。
Ｗｈ＝Ｖｈ＾２／Ｒｈ・・・（４）
Ｖｈ＝√（Ｒｈ・Ｗｈ１）・・・（５）

【0060】

次に、制御部９は、ヒータ２７に印加される電圧の実効値がヒータ電圧Ｖｈ（突入電圧Ｖｒ）となるときの、ヒータ通電制御回路７１でＰＷＭ制御を行う際のデューティー比Ｄを求める（Ｓ６０）。具体的には、実効値を求める下記（６）式を変形した下記（７）式から、デューティー比Ｄを求める。
Ｖｈ＝Ｖｓ・√Ｄ・・・（６）
Ｄ＝（Ｖｈ／Ｖｓ）＾２・・・（７）

【0061】

このようにして求めたデューティー比Ｄを用いて、ヒータ通電制御回路７１のＰＷＭ制御を実行し、ヒータ２７にヒータ電圧Ｖｈ（突入電圧Ｖｒ）が印加される（Ｓ７０）。このときヒータ２７に印加されるヒータ電力Ｗｈは、目標電力Ｗｈ１になる。これにより、ヒータ２７が発熱して検出素子１０の素子温度Ｔｓが上昇する。そして、制御部９は、電圧出力回路７３から送信された素子温度Ｔｓと活性化温度Ｔａ（「所定の設定温度」の一例）を比較する（Ｓ８０）。

【0062】

素子温度Ｔｓが活性化温度Ｔａ未満のとき（Ｓ８０：ＮＯ）、Ｓ７０に戻り、ヒータ２７には、突入電圧Ｖｒがそのまま継続して印加される。素子温度Ｔｓが活性化温度Ｔａ以上になるまでヒータ２７には一定の突入電圧Ｖｒが継続的に印加される。制御部９は、素子温度Ｔｓが活性化温度Ｔａ以上になると（Ｓ８０：ＹＥＳ）、ヒータ電圧Ｖｈを突入電圧Ｖｒにする制御を停止する（Ｓ９０）。そして、制御部９は、素子温度Ｔｓが目標温度Ｔｔを維持する制御（例えばＰＩＤ制御）を開始する（Ｓ１００）。なお、目標温度Ｔｔは活性化温度Ｔａよりも高い温度である。

【0063】

３．本発明の効果
ガスセンサ１による酸素の検出を早期に開始するためには、ガスセンサ制御装置２の始動後は、検出素子１０を短時間で活性化温度Ｔａまで昇温させる必要がある。ヒータ２７が発する熱は、ヒータ通電制御回路７１からヒータ２７に印加されるヒータ電力Ｗｈに依存する。ヒータ電力Ｗｈが大きければ、ヒータ２７の発熱量が増加し、検出素子１０の昇温速度を速めることができる。しかし、昇温速度が速すぎると、熱衝撃によって、検出素子１０が破損するおそれがある。そのため、ヒータ電力Ｗｈは大きければ大きいほどよいのではなく、検出素子１０が破損しない範囲内において大きな値でなければならない。

【0064】

そこで、上述したように、検出素子１０が破損しない範囲内において最大のヒータ電力Ｗｈとして、目標電力Ｗｈ１を予め統計的に求めている。

【0065】

一方、製造時の寸法バラツキ等に起因して、素子温度Ｔｓが同じときのヒータ抵抗Ｒｈは検出素子１０ごとに異なり、ある範囲内の値をとる。例えば、基準となる温度（一例として２５°Ｃ）におけるヒータ抵抗Ｒｈは下限値Ｒｍｉｎから上限値Ｒｍａｘの範囲に含まれる値とする。なお、ヒータ抵抗Ｒｈが上記範囲外である検出素子１０は、規格外品のため考慮しない。

【0066】

様々なヒータ抵抗Ｒｈのヒータ２７を有する検出素子１０を昇温させ、かつ、熱衝撃による破損を防止するためのヒータ２７の制御として、従来はヒータ電圧Ｖｈの値を一定にする制御を行っていた。このときのヒータ電圧Ｖｈは、次のようにして求めていた。

【0067】

以下、ヒータ抵抗Ｒｈが異なる２つのガスセンサ１（ガスセンサＧ１及びガスセンサＧ２とする）に一定のヒータ電圧Ｖｈを印加して昇温させた場合を、図７～図９を用いて説明する。ここで、ガスセンサＧ１のヒータ抵抗Ｒ１は下限値Ｒｍｉｎと等しく、ガスセンサＧ２のヒータ抵抗Ｒ２は下限値Ｒｍｉｎより大きいが上限値Ｒｍａｘよりも小さいとする。つまりＲ１＜Ｒ２である。また、図７～図９のＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３は、ガスセンサＧ１のヒータ電圧Ｖｈ等の時間変化を表したものであり、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３は、ガスセンサＧ２ヒータ電圧Ｖｈ等の時間変化を表している。

【0068】

上記（４）式より、ヒータ電圧Ｖｈが一定の場合は、ヒータ抵抗Ｒｈが小さいほどヒータ電力Ｗｈが大きくなる。そこで、（５）式に基づき、ヒータ抵抗Ｒ１（＝Ｒｍｉｎ）のガスセンサＧ１に対し、始動時に目標電力Ｗｈ１が印加されるときの印加電圧を算出する。このときの印加電圧が、上限電圧Ｖｂとなる（Ｌ２２、Ｌ２１）。仮にガスセンサＧ１に上限電圧Ｖｂより大きな電圧が印加されると、ヒータ２７に印加される電力が目標電力Ｗｈ１を上回り、熱衝撃によってガスセンサＧ１（ヒータ抵抗Ｒｍｉｎ）が破損するおそれがある。言い換えると、印加される電圧が上限電圧Ｖｂ以下であれば、ガスセンサＧ１は破損しない。

【0069】

つまり、ヒータ抵抗Ｒｈが下限値Ｒｍｉｎ以上のガスセンサ１に対して一定の電圧を印加しても、熱衝撃による破損が生じないときの電圧値が、上限電圧Ｖｂである。

【0070】

このようにして算出した上限電圧Ｖｂを、ヒータ抵抗がＲ２（＞Ｒｍｉｎ）であるガスセンサＧ２の始動時に印加しても（Ｌ２２）、目標電力Ｗｈ１より小さな電力Ｗｈ２しか印加されない（Ｌ２１）。したがって、ガスセンサＧ１及びＧ２それぞれに印加される電圧が同じ上限電圧Ｖｂであっても、印加される電力がＷｈ１とＷｈ２で異なるため、ガスセンサＧ１よりもガスセンサＧ２の方が、検出素子１０の昇温速度が遅い（Ｌ１３、Ｌ２３）。なお、ヒータ電圧Ｖｈが一定の上限電圧Ｖｂで変化していなくても、ヒータ２７の温度上昇に伴ってヒータ抵抗Ｒｈは上昇する。そのため、時間の経過とともにヒータ電力Ｗｈは低下して（Ｌ１１、Ｌ２１）、昇温速度が次第に遅くなる（Ｌ１３、Ｌ２３）。

【0071】

図９に示すように、始動から活性化温度Ｔａに達するまでの時間（到達時間）は、ガスセンサＧ１（ヒータ抵抗Ｒ１＝Ｒｍｉｎ）の場合はｔ１であるのに対し（Ｌ１３）、ガスセンサＧ２（ヒータ抵抗Ｒ２＞Ｒｍｉｎ）の場合はｔ２となり（Ｌ２３）、ｔ１＜ｔ２となっている。つまり、ガスセンサＧ２は目標電力Ｗｈ１を印加できるヒータ２７を有しているにも関わらず、印加電圧がＶｂで一定であるため、小さい電力Ｗｈ２しか印加できない。この結果、ガスセンサＧ２（ヒータ抵抗Ｒ２＞Ｒｍｉｎ）の昇温速度は、ガスセンサＧ１（ヒータ抵抗Ｒ１＝Ｒｍｉｎ）よりも遅くなり、活性化温度Ｔａに到達するまで、ガスセンサＧ１よりも長い時間を要する。

【0072】

実施形態１に係るガスセンサ制御装置２は、ヒータ２７を有するガスセンサ１の昇温を制御するガスセンサ制御装置２であって、ヒータ２７にヒータ電圧Ｖｈを印加するヒータ通電制御回路７１と、ヒータ２７に流れるヒータ電流Ｉｈを計測する電流計測部７７と、制御部９と、を含み、ヒータ通電制御回路７１は、所定の始動電圧Ｖｓをヒータ２７に印加し、制御部９は、始動電圧Ｖｓが印加されたときのヒータ電流Ｉｈに基づき、ヒータ２７に印加されるヒータ電力Ｗｈが所定の目標電力Ｗｈ１となるようにヒータ電圧を設定する。

【0073】

図７～図９のＬ３１、Ｌ３２、Ｌ３３において、上述したガスセンサＧ２を、実施形態１に係るガスセンサ制御装置２で制御した場合におけるヒータ電力Ｗｈ等の時間変化を示す。なお、上述の通り、ガスセンサＧ２のヒータ抵抗Ｒ２は下限値Ｒｍｉｎより大きい（Ｒ２＞Ｒｍｉｎ）。

【0074】

ガスセンサ制御装置２では、図６のＳ１０～Ｓ６０において、始動電圧Ｖｓを印加したときのヒータ抵抗Ｒｈに基づいて、ヒータ電圧Ｖｈ（突入電圧Ｖｒ）を算出している。突入電圧Ｖｒは、始動電圧Ｖｓの印加後に印加されるヒータ電圧Ｖｈであり、ヒータ２７に目標電力Ｗｈ１を印加できるヒータ電圧Ｖｈとして上記（５）式から算出される（Ｌ３１、Ｌ３２）。

【0075】

そして、Ｓ７０～Ｓ８０において、素子温度Ｔｓが活性化温度Ｔａ以上に昇温するまで（Ｌ３３）、ヒータ電圧Ｖｈとして突入電圧Ｖｒを印加する（Ｌ３２）。図９に示すように、ガスセンサ制御装置２によると、活性化温度Ｔａまで到達するのに要する到達時間はｔ３となる（Ｌ３３）。これは、ガスセンサＧ１（Ｒ１＝Ｒｍｉｎ）に上限電圧Ｖｂを印加したときの到達時間ｔ１（Ｌ１３）と同じであり、昇温速度も同じである。また、同一のガスセンサＧ２に対して、上限電圧Ｖｂを印加したときの到達時間ｔ２と比較すると（Ｌ２３）、到達時間が短くなっている。

【0076】

すなわち、ガスセンサ制御装置２によると、ガスセンサ制御装置２の始動後に測定したヒータ抵抗Ｒｈを基にして、突入電圧Ｖｒを算出し、ヒータ２７に突入電圧Ｖｒを印加する。このとき、ヒータ２７には目標電力Ｗｈ１が印加される（Ｌ３１）。これにより、ヒータ抵抗Ｒｈのバラツキに関わらず、検出素子１０を短い到達時間ｔ１（＝ｔ３）で昇温させることができるため、ヒータ抵抗Ｒｈが大きなガスセンサＧ２であっても昇温速度が遅くならず、到達時間の遅延を抑制できる。また、ＥＣＵ５で昇温速度のバラツキを考慮した制御をする必要がなくなるため、制御システムの自由度が増したり、制御システムのロバスト性を高めたりできる。

【0077】

また、ガスセンサ制御装置２が、昇温のためにヒータ２７に印加する突入電圧Ｖｒを算出するのは、ガスセンサ１の始動後に一度だけである（Ｓ６０）。このようにすると、従来のガスセンサ制御装置から装置を変更する箇所が少なくなり、本発明の適用が容易である。

【0078】

また、ガスセンサ制御装置２では、ヒータ２７に目標電力Ｗｈ１よりも大きな電力が印加されることはないため、熱衝撃に起因する検出素子１０の破損が抑制される。

【0079】

さらに、ガスセンサ制御装置２には、図２に示すように２以上のガスセンサ１が接続されている。各ガスセンサ１のヒータ抵抗Ｒｈは一定の範囲内でばらついているが、本実施形態に係るガスセンサ制御装置２では、ヒータ抵抗Ｒｈが異なるガスセンサ１であっても、同じ到達時間ｔ１で昇温させることができる（図９、Ｌ１３、Ｌ３３参照）。つまり、製造時の寸法誤差に基づくヒータ抵抗Ｒｈのバラツキや、ヒータ２７の劣化によるヒータ抵抗Ｒｈの上昇等に起因する到達時間の遅延をキャンセルして、全てのガスセンサ１を、同じ到達時間ｔ１で昇温させることができる。

【0080】

また、ガスセンサ制御装置２は、素子温度Ｔｓを測定する温度計測部（電気回路部７０）を含み、制御部９は、素子温度Ｔｓが所定の設定温度（活性化温度Ｔａ）に到達した場合、ヒータ電力Ｗｈが目標電力Ｗｈ１となるようなヒータ電圧Ｖｈを設定する制御を停止する。そして、素子温度Ｔｓが目標温度Ｔｔを維持する制御（例えばＰＩＤ制御）を開始する。

【0081】

このようにすると、ガスセンサ１の素子温度Ｔｓが活性化温度Ｔａに到達した後は、目標温度Ｔｔを維持することができる。これにより、過熱によるガスセンサ１の破損やヒータ２７の焼損を抑制できる。

【0082】

また、ガスセンサ制御装置２において、ヒータ通電制御回路７１は、ヒータ電圧Ｖｈの設定をＰＷＭ制御により行い、始動電圧Ｖｓのデューティー比は、ヒータ電圧Ｖｈのデューティー比Ｄよりも小さい。

【0083】

このようにすると、始動電圧Ｖｓの印加に起因するヒータ２７の昇温を抑制できるため、始動電圧Ｖｓが印加されたときのヒータ抵抗Ｒｈを、より正確に算出することができる。これにより、正確なヒータ抵抗Ｒｈに基づいて、ヒータ電圧Ｖｈ（突入電圧Ｖｒ）を精度よく算出できる。また、デューティー比の小さい始動電圧Ｖｓの印加は短時間で終了するため、その後のヒータ電圧Ｖｈ（突入電圧Ｖｒ）の算出を早期に実行できる。

【0084】

また、この発明は、ガスセンサ制御方法に適用することができる。

【0085】

＜実施形態２＞
次に、実施形態２について、図１０～図１３を参照して説明する。実施形態２では、制御部１０９において行われるフローチャートの処理（図１０参照）が、実施形態１の場合（図６参照）と一部異なる。実施形態１と共通する構成、作用、及び効果については重複するため、その説明を省略する。また、実施形態１と同じ構成については、同一の符号を用いるものとする。

【0086】

図１１～図１３のＬ４１～Ｌ４３は、実施形態１の制御（ガスセンサ１に印加されるヒータ電圧Ｖｈを、突入電圧Ｖｒで一定にする）をした場合の、ヒータ電力Ｗｈ等の時間変化を表している。これに対し、Ｌ４１～Ｌ４３とヒータ抵抗Ｒｈが同一のガスセンサ１について、後述する実施形態２に係る制御を行った場合の、ヒータ電力Ｗｈ等の時間変化を表したものが、Ｌ５１～Ｌ５３である。

【0087】

実施形態１に係るガスセンサ制御装置２では、始動後に突入電圧Ｖｒを算出してヒータ２７に印加する（Ｓ７０）。その後、素子温度Ｔｓが活性化温度Ｔａより低い場合は（Ｓ８０：ＮＯ）、Ｓ７０に戻り、素子温度Ｔｓが活性化温度Ｔａ以上になるまで、ヒータ電圧Ｖｈとして同じ突入電圧Ｖｒを印加し続ける（図６参照）。このときのヒータ電圧Ｖｈを図１２、Ｌ４２に示す。

【0088】

ヒータ２７への通電によりヒータ２７の温度が上昇すると、ヒータ抵抗Ｒｈも上昇するため、ヒータ電圧ＶｈがＶｒで一定であっても、ヒータ電力Ｗｈは目標電力Ｗｈ１から次第に低下する（図１１、Ｌ４１、及び上記（４）式参照）。したがって、図１３のＬ４３に示すように、素子温度Ｔｓの昇温速度は次第に低下してしまう。

【0089】

実施形態２に係るガスセンサ制御装置１０２は、図１に示す実施形態１に係るガスセンサ制御装置２とほぼ同一の構成であるが、制御部１０９において行われるフローチャートの処理（図１０）が実施形態１とは異なる。実施形態２では、スタート後、Ｓ１７０までは、実施形態１のＳ７０までと同じ処理を実行し、Ｓ１７０において突入電圧Ｖｒをヒータ２７に印加する（図１２、Ｌ５２）。しかし、実施形態２では、素子温度Ｔｓが活性化温度Ｔａに到達していないと判断したときに（Ｓ１８０：ＮＯ）、Ｓ１２０まで戻るようになっている。つまり、実施形態２では、突入電圧Ｖｒの印加後であっても、素子温度Ｔｓが活性化温度Ｔａに達するまでは、Ｓ１８０でＮＯと判断されるたびにヒータ抵抗Ｒｈ及びこれに基づくヒータ電圧Ｖｈの値を新たに算出する。そして、新たに算出したヒータ電圧Ｖｈをヒータ２７に印加する。以下、Ｓ１８０以降のフローを詳細に説明する。

【0090】

図１０のフローチャートに示すように、素子温度Ｔｓが活性化温度Ｔａよりも低い場合は（Ｓ１８０：ＮＯ）、Ｓ１２０に戻るようになっている（一度目のループ）。このとき、突入電圧Ｖｒの印加によって始動時よりもヒータ２７の温度は上昇しているため、ヒータ抵抗Ｒｈは、始動時のヒータ抵抗Ｒｈ０より上昇している。

【0091】

次に、制御部１０９は、Ｓ１２０～Ｓ１７０の処理を再度行い、一度目のループにおけるヒータ抵抗Ｒｈ１を算出し、Ｒｈ１に基づいて、ヒータ電力Ｗｈが目標電力Ｗｈ１となるときのヒータ電圧Ｖｈ１を算出する。そして、ヒータ通電制御回路７１からヒータ２７に対して、新たに算出されたヒータ電圧Ｖｈ１が印加される（Ｓ１７０）。このとき、ヒータ２７に印加される電力は、目標電力Ｗｈ１である。

【0092】

以降、素子温度Ｔｓが活性化温度Ｔａに達するまで、Ｓ１２０～Ｓ１８０のループが繰り返され、その都度、制御部１０９により新たに算出されたヒータ電圧Ｖｈ１、Ｖｈ２・・・が順次ヒータ２７に印加される。ヒータ抵抗Ｒｈは次第に上昇するため、ヒータ電圧Ｖｈも次第に上昇する（図１２、Ｌ５２）。一方、ヒータ電力Ｗｈは、常に目標電力Ｗｈ１で一定である（図１１、Ｌ５１）。

【0093】

ここで、Ｓ１８０における素子温度Ｔｓと活性化温度Ｔａの比較は、定期的（例えば０．１［ｓｅｃ］ごと）に実行され、その都度、制御部１０９で新たに算出されたヒータ電圧Ｖｈがヒータ２７に印加されてヒータ２７が発熱し、素子温度Ｔｓが上昇する（図１３、Ｌ５３）。

【0094】

素子温度Ｔｓが活性化温度Ｔａ以上になると（Ｓ１８０：ＹＥＳ）、制御部１０９は、素子温度Ｔｓがこれ以上上昇しないように、ヒータ電圧Ｖｈの制御を停止する（Ｓ１９０）。そして、制御部１０９は、素子温度Ｔｓが目標温度Ｔｔを維持するように、他の制御（例えばＰＩＤ制御）を開始する（Ｓ２００）。

【0095】

以上説明したように、実施形態２に係るガスセンサ制御装置１０２では、突入電圧Ｖｒの印加後に、電流計測部７７が定期的（例えば０．１［ｓｅｃ］ごと）にヒータ電流Ｉｈの計測を実行し、制御部１０９は、突入電圧Ｖｒの印加後に電流計測部７７で計測されるヒータ電流Ｉｈに基づいて、ヒータ電力Ｗｈが目標電力Ｗｈ１を維持するように、ヒータ電圧Ｖｈを設定する。

【0096】

このようにすると、突入電圧Ｖｒが印加された後に、ヒータ２７の温度及びヒータ抵抗Ｒｈが上昇しても、制御部１０９は、ヒータ抵抗Ｒｈの上昇後に計測されたヒータ電流Ｉｈに基づいて、上昇後のヒータ抵抗Ｒｈ（Ｒｈ１）を算出する。さらに、制御部１０９は、ヒータ抵抗Ｒｈ１に基づいて、ヒータ電力Ｗｈが目標電力Ｗｈ１となるときのヒータ電圧Ｖｈ１及びデューティー比Ｄを算出して、これらをヒータ２７に印加する（Ｓ１７０）。これにより、ヒータ電力Ｗｈは目標電力Ｗｈ１で維持される。つまり、検出素子１０には、破損しない範囲における上限の電力が常に印加されるため、昇温速度の低下が抑制される。

【0097】

図１３のグラフにおいて、ヒータ電圧Ｖｈが突入電圧Ｖｒで一定の場合（Ｌ４３）と、ヒータ電力Ｗｈが目標電力Ｗｈ１で一定である場合（Ｌ５３）の、素子温度Ｔｓの時間変化を示す。Ｌ４３では時間の経過とともに昇温速度（グラフにおける傾き）が低下しているのに対し、Ｌ５３では昇温速度はほとんど低下していない。素子温度Ｔｓが活性化温度Ｔａに到達するまでの所要時間（到達時間）は、図１３に示すようにＬ４３ではｔ４、Ｌ５３（本実施形態）ではｔ５となっている。ｔ５＜ｔ４であることから、本実施形態の構成では、より短時間でガスセンサ１を昇温できる。

【0098】

また、図１１、Ｌ５１に示すようにヒータ２７に目標電力Ｗｈ１以上の電力が印加されることはない。これにより、熱衝撃による検出素子１０の破損を抑制できる。

【0099】

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

【0100】

（１）上述した各実施形態では、固体電解質体１３の抵抗Ｒｐｖｓから素子温度Ｔｓを求めたが、熱電対やサーミスタ、プラチナ温度センサ等の温度センサを用いて素子温度Ｔｓの測定を行ってもよい。

【0101】

（２）上述した各実施形態では、ガスセンサとして酸素濃度を検出する全領域空燃比センサを例示したが、これに限らず、理論空燃比を境に出力が急峻に変化する酸素センサ（λセンサ）や、他のガス、例えばＮＯｘの濃度を検出するガスセンサであってもよい。

【0102】

（３）上述した各実施形態では、１つのガスセンサ制御装置に１又は２以上のガスセンサを接続した場合について例示している。しかし、２以上のガスセンサ制御装置のそれぞれに、１又は２以上のガスセンサを接続して、全てのガスセンサを制御してもよい。

【0103】

（４）上述した各実施形態では、ガスセンサ制御装置２、１０２の始動後に、ヒータ２７に始動電圧Ｖｓを印加した。始動電圧Ｖｓの印加は、ガスセンサ制御装置２、１０２の始動と同時であってもよい。

【符号の説明】

【0104】

１…ガスセンサ、２、１０２…ガスセンサ制御装置、３…ガスセンサユニット、９、１０９…制御部、１０…検出素子、１１、１３…固体電解質体、１２、１７、１８、２４…絶縁基体、１５…拡散律速部、１９～２２…電極、２３…ガス検出室、２４ａ…開口、２５…保護層、２６…発熱抵抗体、２７…ヒータ、６０…酸素ポンプセル、６１…酸素濃度検出セル、７０…電気回路部、７１…ヒータ通電制御回路（電圧印加部の一例）、７２…ポンプ電流駆動回路、７３…電圧出力回路（温度計測部の一例）、７４…微小電流供給回路、７５…基準電圧比較回路、７６…ポンプ電流検出回路、７７…電流計測部、７７ａ…電圧計、Ｖｈ…ヒータ電圧、Ｖｅ…起電力、Ｉｃｐ…微小電流、Ｉｐ…ポンプ電流、Ｉｈ…ヒータ電流、Ｒｓｈ…シャント抵抗

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】