JP2003065999A - ガスセンサ素子の温度制御装置及び温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度センサを設けることなく，高精度な温度
制御を可能にすることができるガスセンサ素子の温度制
御装置及び温度制御方法を提供すること。 【解決手段】 ガスセンサ素子の温度制御方法は，ガス
センサ素子に設けたヒータ部におけるヒータ抵抗Ｒｈと
ヒータ電力Ｗｈとの間には相関関係があることを利用す
るものである。ヒータ部におけるヒータ電圧及びヒータ
電流を検出し，これらに基づいてヒータ抵抗Ｒｈ及びヒ
ータ電力Ｗｈを算出する。そして，このヒータ抵抗Ｒｈ
とヒータ電力Ｗｈとの値が，それらの間の相関関数Ｆｓ
を満たすように，ヒータ電圧を制御することによりガス
センサ素子の温度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，各種ガスの濃度を検出するガス
センサ素子の温度制御装置及び温度制御方法に関する。

【０００２】

【従来技術】従来より，ガスセンサ素子は，電気化学セ
ルにおいて検出する被測定ガスのガス濃度の検出に適し
た温度（電気化学セルの活性領域内の温度）に制御する
ことにより，このガス濃度の検出精度を安定させるよう
にしている。図１６に示すごとく，ガスセンサ素子９の
温度を制御する１つの方法として，ガスセンサ素子９に
発熱体２１を備えたヒータ部２と温度センサ９１とを設
け，温度センサ９１によって検出する温度が所望の値に
なるように，ヒータ部２に通電する電源装置２２の電圧
をヒータ制御手段９４によって可変させて，ガスセンサ
素子９の温度を制御する方法がある。

【０００３】この方法によれば，ガスセンサ素子９の温
度の制御を簡単に行うことができるが，ガスセンサ素子
９に直接温度センサ９１を設ける必要があり，ガスセン
サ素子９の構造が複雑になってしまう。そのため，温度
センサ９１を設けることなく，ガスセンサ素子９の温度
を制御できる方法が望まれている。

【０００４】図１７に示すごとく，温度センサ９１を設
けることなくガスセンサ素子９の温度を制御する方法と
しては，例えば，ヒータ部２の抵抗とガスセンサ素子９
の温度との間には，相関関係（図１８参照）があること
を利用する方法（従来技術１）がある。この方法におい
ては，発熱体２１を備えたヒータ部２に電圧計９５１と
電流計９５２を設けると共に，これらによって検出した
電圧及び電流よりヒータ演算手段９５によってヒータ部
２の抵抗を算出する。そして，この抵抗が所望の値にな
るようにヒータ制御手段９４によりヒータ部２に通電す
る電源装置２２の電圧を可変させることにより，ガスセ
ンサ素子９の温度を制御している。

【０００５】また，図１９に示すごとく，ガスセンサ素
子９の温度を制御する他の方法として，ガスセンサ素子
９においてガス濃度の検出を行う電気化学セル６１を備
えた検出部６のインピーダンスとガスセンサ素子９の温
度との間の相関関係（図２０参照）を利用する方法（従
来技術２）がある。この方法においては，上記検出部６
に交流電圧９７３を印加すると共に，この交流回路に電
圧計９７１と電流計９７２とを設ける。そして，この電
圧計９７１及び電流計９７２によって検出した電圧及び
電流より，インピーダンス演算手段９７によって検出部
６のインピーダンスを算出する。そして，このインピー
ダンスの値が所望の値になるようにヒータ制御手段９４
により，発熱体２１を備えたヒータ部２に通電する電源
装置２２の電圧を可変させて，ガスセンサ素子９の温度
を制御している。

【０００６】

【解決しようとする課題】ところで，例えば，被測定ガ
スの温度，流速等が変動して，ガスセンサ素子９におけ
るガス濃度の測定環境下に変動があった場合には，ヒー
タ部２と検出部６における電気化学セル６１との間に温
度差が生じることがある。しかしながら，従来技術１に
おいては，上記ヒータ部２に通電する電圧２２を可変さ
せて，ヒータ部２の抵抗の値を制御している。そのた
め，このような温度差が生じると，被測定ガスのガス濃
度の検出を行う電気化学セル６１の温度を適切に制御す
ることが困難になる。そのため，高精度なガス濃度の測
定を困難にしている。

【０００７】また，従来技術２においては，検出部６の
インピーダンスを検出して，ガスセンサ素子９の温度を
制御するため，電気化学セル６１の温度を適切に制御す
ることは可能になる。しかし，この電気化学セル６１
は，被測定ガスに接触するため，長期間の使用により劣
化してしまうおそれがある。そして，この劣化が発生す
ると，電気化学セル６１のインピーダンスの値が変化し
てしまう。そのため，従来技術２の方法においても，長
期間使用する場合には，高精度なガス濃度の測定を困難
にしている。それ故，温度センサを直接取り付けること
なく，ガスセンサ素子９の温度，特に検出部６の温度を
適切に制御することができる方法が望まれている。

【０００８】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，温度センサを設けることなく，高精度な
温度制御を可能にすることができるガスセンサ素子の温
度制御装置及び温度制御方法を提供しようとするもので
ある。

【０００９】

【課題の解決手段】第１の発明は，電気化学セルを備え
た検出部と，通電により発熱する発熱体を備えたヒータ
部とを有するガスセンサ素子の温度を制御する装置にお
いて，上記ヒータ部におけるヒータ電圧を検出するヒー
タ電圧検出手段と，上記ヒータ部におけるヒータ電流を
検出するヒータ電流検出手段と，上記ヒータ電圧検出手
段により検出されたヒータ電圧と，ヒータ電流検出手段
により検出されたヒータ電流とに基づいて，ヒータ抵抗
及びヒータ電力を算出するヒータ演算手段と，上記ヒー
タ抵抗と上記ヒータ電力との関係が，ヒータ制御関数を
満たすように，上記ヒータ電圧を制御することにより上
記ガスセンサ素子の温度を制御するヒータ制御手段とを
有することを特徴とするガスセンサ素子の温度制御装置
にある（請求項１）。

【００１０】本発明におけるガスセンサ素子の温度制御
装置は，ヒータ抵抗とヒータ電力との間には相関関係が
あることを利用するものである。本発明においては，ガ
スセンサ素子の温度を制御するに当たり，上記ヒータ制
御関数を用いる。このヒータ制御関数は，上記ヒータ制
御手段によってガスセンサ素子の温度を変化させたとき
における上記ヒータ抵抗とヒータ電力との相関関数とし
て求めておく。また，このヒータ制御関数は，ガスセン
サ素子の周囲の環境が変動したときに，この変動がヒー
タ抵抗及びヒータ電力に与える影響をも加味した相関関
数として求めておく。

【００１１】上記ガスセンサ素子の温度を制御するに当
たっては，ヒータ制御手段において，上記ガスセンサ素
子の目標温度を設定し，この目標温度におけるヒータ抵
抗とヒータ電力との相関関数を目標温度におけるヒータ
制御関数とする。そして，ヒータ制御手段は，ガスセン
サ素子がこの目標温度になるようにヒータ部への通電を
開始する。上記通電を行っているときに，ヒータ電圧検
出手段によって上記ヒータ部におけるヒータ電圧を検出
し，ヒータ電流検出手段によって上記ヒータ部における
ヒータ電流を検出する。また，上記ヒータ演算手段は，
検出したヒータ電圧及びヒータ電流に基づいて，ヒータ
抵抗及びヒータ電力を算出する。

【００１２】次いで，ヒータ演算手段によって算出され
たヒータ抵抗及びヒータ電力の値は，上記ヒータ制御手
段に送信される。そして，上記ヒータ制御手段は，上記
ヒータ抵抗とヒータ電力との値が，上記目標温度におけ
るヒータ制御関数を満たすか否かを判定する。つまり，
ヒータ制御手段は，上記算出したヒータ抵抗及びヒータ
電力の値から算出されるガスセンサ素子の現在温度が，
上記目標温度になっているか否かを判定する。そして，
上記現在温度が上記目標温度になるように，ヒータ部に
通電する電圧を可変させて，ヒータ電圧を制御する。

【００１３】このようにして，上記ヒータ電圧の制御を
行うことにより，ガスセンサ素子の温度を目標温度に制
御することができる。ところで，例えば，検出部の電気
化学セルにおいて測定する被測定ガスの温度，流速等が
変動して，ガスセンサ素子におけるガス濃度の測定環境
下に変動が生じたときには，上記ヒータ部における温度
と上記検出部における温度との間に温度差が生じる場合
がある。これに対し，本発明においては，上記のごと
く，上記ヒータ制御関数が，ガスセンサ素子におけるガ
ス濃度の測定環境下に変動があったときに，この変動が
ヒータ抵抗及びヒータ電力に与える影響をも加味した相
関関数となっている。

【００１４】そのため，上記変動があったときにも，こ
の変動に対するヒータ抵抗とヒータ電力の値の変化をも
加味したヒータ制御関数を用いて，ガスセンサ素子の温
度を適切に制御することができる。そして，ヒータ制御
関数によりガスセンサ素子の温度を適切に制御すること
により，間接的には，上記検出部の電気化学セルにおけ
る温度を適切に制御することができる。それ故，本発明
のガスセンサ素子の温度制御装置によれば，高精度でガ
スセンサ素子の温度を制御することができる。

【００１５】第２の発明は，電気化学セルを備えた検出
部と，通電により発熱する発熱体を備えたヒータ部とを
有するガスセンサ素子の温度を制御する装置において，
上記検出部に交流電圧を印加する交流電圧印加手段と，
上記検出部におけるセル電圧を検出するセル電圧検出手
段と，上記検出部におけるセル電流を検出するセル電流
検出手段と，上記セル電圧検出手段により検出されたセ
ル電圧と，セル電流検出手段により検出されたセル電流
とに基づいて，上記検出部のインピーダンスを算出する
インピーダンス演算手段と，上記ヒータ部におけるヒー
タ電圧を検出するヒータ電圧検出手段と，上記ヒータ部
におけるヒータ電流を検出するヒータ電流検出手段と，
上記ヒータ電圧検出手段により検出されたヒータ電圧
と，ヒータ電流検出手段により検出されたヒータ電流と
に基づいて，ヒータ抵抗及びヒータ電力を算出するヒー
タ演算手段と，上記インピーダンス演算手段によって算
出されたインピーダンスの値がインピーダンス制御関数
を満たすように，上記ヒータ電圧を制御することによっ
て上記ガスセンサ素子の温度を制御するヒータ制御手段
と，上記ヒータ抵抗と上記ヒータ電力との関係が，ヒー
タ制御関数を満たすように，上記インピーダンス制御関
数を再設定するインピーダンス校正手段とを有している
ことを特徴とするガスセンサ素子の温度制御装置にある
（請求項２）。

【００１６】本発明におけるガスセンサ素子の温度制御
装置は，検出部のインピーダンスとガスセンサ素子の温
度との間には相関関係があることを利用するものであ
る。そして，本発明は，上記第１の発明で示したヒータ
抵抗とヒータ電力との間における相関関係により，上記
インピーダンスに基づく温度制御をより適切にしようと
するものである。

【００１７】本発明においても，ガスセンサ素子の温度
を制御するに当たり，上記第１の発明と同様に，上記ヒ
ータ制御関数を上記ヒータ抵抗とヒータ電力との間の相
関関数として求めておく。また，本発明においては，上
記インピーダンス制御関数を上記検出部のインピーダン
スとガスセンサ素子の温度との相関関数として求めてお
く。

【００１８】本発明においては，上記ガスセンサ素子の
検出部に上記交流電圧印加手段を設け，この交流電圧印
加手段の交流回路の一部に上記セル電圧検出手段及びセ
ル電流検出手段を設ける。そして，インピーダンス演算
手段は，これらによって検出したセル電圧及びセル電流
に基づいて検出部のインピーダンスを算出する。一方，
上記第１の発明と同様にして，上記ヒータ部にはヒータ
電圧検出手段及びヒータ電流検出手段が設けてあり，こ
れらによりヒータ電圧及びヒータ電流を検出する。ま
た，上記ヒータ演算手段は，検出したヒータ電圧及びヒ
ータ電流に基づいて，ヒータ抵抗及びヒータ電力を算出
する。

【００１９】上記ガスセンサ素子の温度を制御するに当
たっては，ヒータ制御手段において，上記ガスセンサ素
子の目標温度を設定する。そして，この目標温度を上記
検出部のインピーダンスとガスセンサ素子の温度との相
関関数に代入し，この目標温度におけるインピーダンス
の値をインピーダンスの狙い値として，上記ヒータ制御
手段に設定する。そして，ヒータ制御手段は，ガスセン
サ素子が上記目標温度になるようにヒータ部への通電を
開始する。

【００２０】上記通電を行っているときに，セル電圧検
出手段によって上記検出部におけるセル電圧を検出し，
セル電流検出手段によって上記検出部におけるセル電流
を検出する。また，上記インピーダンス演算手段は，検
出したセル電圧及びセル電流に基づいて，インピーダン
スを算出する。次いで，インピーダンス演算手段によっ
て算出されたインピーダンスの値は，上記ヒータ制御手
段に送信される。

【００２１】そして，上記ヒータ制御手段は，上記算出
したインピーダンスの値が，上記目標温度におけるイン
ピーダンスの狙い値であるか否かを判定する。つまり，
ヒータ制御手段は，上記算出したインピーダンスの値か
ら算出されるガスセンサ素子の現在温度が，上記目標温
度になっているか否かを判定する。そして，上記現在温
度が上記目標温度になるように，ヒータ部に通電する電
圧を可変させて，ヒータ電圧を制御する。

【００２２】このようにして，上記ヒータ電圧の制御を
行うことにより，ガスセンサ素子の温度を目標温度に制
御することができる。ところで，例えば，検出部の電気
化学セルにおいて測定する被測定ガスの温度，流速等が
変動して，ガスセンサ素子におけるガス濃度の測定環境
下に変動が生じたときには，上記ヒータ部における温度
と上記検出部の電気化学セルにおける温度との間に温度
差が生じる場合がある。

【００２３】この場合に対し，本発明の温度制御装置
は，上記のごとく，上記検出部の電気化学セルにおける
インピーダンスに基づき，ガスセンサ素子の温度の制御
を行っている。そのため，上記電気化学セルの温度を，
直接上記ガスセンサ素子の温度制御に反映することがで
きる。それ故，本発明によれば，ガスセンサ素子におけ
るガス濃度の測定環境下の変動等の外乱に対しても，強
固な温度制御装置を実現することができる。

【００２４】また，上記ガスセンサ素子を長期間に渡っ
て使用しているとき等には，ガスセンサ素子における検
出部の電気化学セルに劣化等を生じ，上記検出部のイン
ピーダンスとガスセンサ素子の温度との間の相関関数に
狂いが生ずるおそれがある。これに対し，本発明におい
ては，上記インピーダンス校正手段を有している。

【００２５】即ち，本発明においては，このインピーダ
ンス校正手段により，上記ヒータ抵抗と上記ヒータ電力
との関係が上記ヒータ制御関数を満たすように，上記上
記検出部のインピーダンスとガスセンサ素子の温度との
間の相関関数を再設定する。そのため，上記検出部の電
気化学セルに劣化等を生じた場合においても，上記検出
部のインピーダンスとガスセンサ素子の温度との間の相
関関数の狂いを校正することができる。

【００２６】そのため，上記長期間の使用により電気化
学セルに劣化等が生じてインピーダンス制御関数に狂い
が生じたときでも，上記ヒータ制御関数を用いて，ガス
センサ素子の温度を適切に制御することができる。それ
故，本発明のガスセンサ素子の温度制御装置によれば，
高精度でガスセンサ素子の温度を制御することができ
る。

【００２７】第３の発明は，電気化学セルを備えた検出
部と，通電により発熱する発熱体を備えたヒータ部とを
有するガスセンサ素子の温度を制御する方法において，
上記ヒータ部におけるヒータ電圧及びヒータ電流を検出
し，上記ヒータ電圧と上記ヒータ電流とに基づいてヒー
タ抵抗及びヒータ電力を算出し，上記ヒータ抵抗と上記
ヒータ電力との関係が，ヒータ制御関数を満たすよう
に，上記ヒータ電圧を制御することにより上記ガスセン
サ素子の温度を制御することを特徴とするガスセンサ素
子の温度制御方法にある（請求項６）。

【００２８】本発明のガスセンサ素子の温度制御方法に
よれば，上記第１の発明における温度制御装置の優れた
特性を生かして，ガスセンサ素子の温度を制御すること
ができる。それ故，本発明のガスセンサ素子の温度制御
方法によれば，高精度でガスセンサ素子の温度を制御す
ることができる。

【００２９】第４の発明は，電気化学セルを備えた検出
部と，通電により発熱する発熱体を備えたヒータ部とを
有するガスセンサ素子の温度を制御する方法において，
上記検出部に交流電圧を印加すると共に該検出部におけ
るセル電圧及びセル電流を検出し，上記セル電圧と上記
セル電流とに基づいて上記検出部のインピーダンスを算
出し，上記インピーダンス演算手段によって算出された
インピーダンスの値が狙い値となるように，上記ヒータ
電圧を制御することによって上記ガスセンサ素子の温度
を制御するに当たり，上記ヒータ部におけるヒータ電圧
及びヒータ電流を検出し，上記ヒータ電圧と上記ヒータ
電流とに基づいてヒータ抵抗及びヒータ電力を算出し，
上記ヒータ抵抗と上記ヒータ電力との関係が，ヒータ制
御関数を満たすように，上記インピーダンスの狙い値を
再設定することを特徴とするガスセンサ素子の温度制御
方法にある（請求項７）。

【００３０】本発明のガスセンサ素子の温度制御方法に
よれば，上記第２の発明における温度制御装置の優れた
特性を生かして，ガスセンサ素子の温度を制御すること
ができる。それ故，本発明のガスセンサ素子の温度制御
方法によれば，高精度でガスセンサ素子の温度を制御す
ることができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】上記第１の発明，第２の発明，第
３の発明及び第４の発明のいずれにおいても，上記ヒー
タ電圧の制御は上記ヒータ部に通電する電圧により行
い，この電圧は，ヒータ部に電源装置を設けてこの電源
装置の電圧を可変させることにより制御することができ
る。また，上記ヒータ電圧の制御は，通電する電圧を上
下させて行うことができる。そして，この場合，例え
ば，上記ガスセンサ素子における現在温度が目標温度に
なったときには，ヒータ電圧を一定にすることができ
る。また，この場合，上記現在温度が目標温度よりも低
い場合にはヒータ電圧を上昇させ，一方，上記現在温度
が目標温度よりも高い場合にはヒータ電圧を下降させ
て，現在温度が目標温度となるように，ヒータ電圧を制
御することができる。

【００３２】また，上記ヒータ電圧の制御は，通電する
電圧を上下させるのではなく，通電する電圧の通電時間
を変化させて行ってもよい。また，上記ヒータ電圧の制
御は，上記現在温度が目標温度となるように，これらの
間の誤差に基づくいわゆるフィードバック制御を行って
もよい。

【００３３】また，上記ガスセンサ素子におけるガス濃
度の測定環境下の変動としては，例えば，被測定ガスの
温度，流速，組成等の変動，外気温の変動等が考えられ
る。また，上記ヒータ制御関数は，ガスセンサ素子のヒ
ータ部の構造等が異なる場合は，このガスセンサ素子毎
に求めておくことができる。この場合，ヒータ部の構造
等の違いがヒータ制御関数に及ぼす影響を反映すること
ができる。また，上記第２の発明及び第４の発明におけ
るインピーダンス制御関数についても，ガスセンサ素子
の電気化学セルの構造等が異なる場合は，このガスセン
サ素子毎に求めておくことができる。この場合，ガスセ
ンサ素子における電気化学セルの構造の違い等がインピ
ーダンス制御関数に及ぼす影響を反映することができ
る。

【００３４】上記第１の発明及び第２の発明におけるガ
スセンサ素子の温度制御装置は，自動車のエンジンの排
気系に設置するガスセンサ素子に使用することができ
る。また，上記温度制御装置は，エンジンの排気ガスに
含まれるＮＯｘ，酸素ガス等のガス濃度を検出するガス
センサ素子に使用することができる。また，上記温度制
御装置は，エンジンの空燃比制御，触媒制御又は劣化検
知等に使用するガスセンサ素子に使用することができ
る。

【００３５】また，上記第３の発明及び第４の発明にお
けるガスセンサ素子の温度制御方法は，自動車のエンジ
ンの排気系に設置するガスセンサ素子の温度制御に使用
することができる。また，上記温度制御方法は，エンジ
ンの排気ガスに含まれるＮＯｘ，酸素ガス等のガス濃度
を検出するガスセンサ素子の温度制御に使用することが
できる。また，上記温度制御方法は，エンジンの空燃比
制御，触媒制御又は劣化検知等に使用するガスセンサ素
子の温度制御に使用することができる。

【００３６】また，上記第２の発明及び第４の発明にお
いて，上記検出部に印加する交流電圧は，正弦波，矩形
波，三角波，もしくはそれらに類した波形とすることが
できる。また，上記第２の発明において，上記インピー
ダンス校正手段は，上記ヒータ抵抗と上記ヒータ電力と
の関係がヒータ制御関数を満たすように，上記インピー
ダンス制御関数におけるインピーダンスの狙い値を再設
定することができる。また，上記第４の発明におけるガ
スセンサ素子の温度制御方法において，上記インピーダ
ンス制御関数の再設定は，上記ヒータ抵抗と上記ヒータ
電力との関係がヒータ制御関数を満たすように，上記イ
ンピーダンス制御関数におけるインピーダンスの狙い値
を再設定することによって行うことができる。

【００３７】また，上記第２の発明又は第４の発明にお
いて，上記ヒータ抵抗と上記ヒータ電力との関係が上記
ヒータ制御関数を満たしている場合とは，上記インピー
ダンス演算手段により算出されたインピーダンスの値を
上記インピーダンス制御関数に代入して求まる温度が，
上記ヒータ演算手段により算出されたヒータ抵抗及びヒ
ータ電力の値を上記ヒータ制御関数に代入して求まる温
度との間に誤差が生じていない場合とすることができ
る。なお，この誤差は，ガスセンサ素子の目標温度の誤
差として許容される範囲内の誤差とすることができる。

【００３８】また，上記ガスセンサ素子の温度制御装置
は，エンジンの排気ガスを測定するガスセンサ素子の温
度を制御する装置とすることができる（請求項３）。こ
の場合，上記温度制御装置により，ガスセンサ素子の温
度制御を行い，エンジンの排気ガスの濃度の測定を高精
度にすることができる。

【００３９】また，上記第２の発明の温度制御装置にお
いては，上記インピーダンス校正手段は，上記検出部に
おいて検出する被測定ガスの温度又は被測定ガスの流速
の少なくともいずれか一方の変動が所定の範囲内にある
ときに，上記インピーダンス制御関数の再設定を行う時
期を検出するインピーダンス校正時期検出手段を有して
いてもよい（請求項４）。

【００４０】この場合，上記インピーダンス制御関数の
再設定を行う際に，上記ヒータ抵抗と上記ヒータ電力と
の関係が上記ヒータ制御関数を満たしていないときは，
上記被測定ガスの温度又は被測定ガスの流速が変動した
ことによって生じているのではないと，インピーダンス
校正時期検出手段によって検出することができる。即
ち，上記ヒータ制御関数を満たしていないときは，上記
電気化学セルの劣化等が起こって生じていると検出する
ことができる。そのため，この検出を行っているとき
に，上記インピーダンス制御関数の校正を行うことによ
り，正確にインピーダンス制御関数の校正を行うことが
できる。

【００４１】また，上記インピーダンス校正手段は，上
記エンジンの回転数の変動が所定の範囲内にあるとき
に，上記インピーダンス制御関数の再設定を行う時期を
検出するインピーダンス校正時期検出手段を有していて
もよい（請求項５）。

【００４２】この場合，上記インピーダンス制御関数の
再設定を行う際に，上記ヒータ抵抗と上記ヒータ電力と
の関係が上記ヒータ制御関数を満たしていないときは，
上記エンジンの回転数が変動したことによって生じてい
るのではないと，インピーダンス校正時期検出手段によ
って検出することができる。

【００４３】即ち，上記ヒータ制御関数を満たしていな
いときは，上記電気化学セルの劣化等が起こって生じて
いると検出することができる。そのため，この検出を行
っているときに，上記インピーダンス制御関数の校正を
行うことにより，インピーダンス制御関数の校正を正確
に行うことができる。また，上記エンジンの回転数の変
動が所定の範囲内にあるときとは，例えば，アイドリン
グを行っているときとすることができる。

【００４４】また，上記ガスセンサ素子の温度制御方法
においても，エンジンの排気ガスを測定するガスセンサ
素子の温度を制御することができる（請求項９）。この
場合，上記温度制御装置により，ガスセンサ素子の温度
制御を行い，エンジンの排気ガスの濃度の測定を高精度
にすることができる。

【００４５】また，上記インピーダンス制御関数の再設
定は，上記検出部において検出する被測定ガスの温度又
は被測定ガスの流速の少なくともいずれか一方の変動が
所定の範囲内にあるときに行うことができる（請求項１
０）。この場合，上記温度制御方法において，上記イン
ピーダンス制御関数の再設定を行う際に，上記ヒータ抵
抗と上記ヒータ電力との関係が上記ヒータ制御関数を満
たしていないときは，上記被測定ガスの温度又は被測定
ガスの流速が変動したことによって生じているのではな
いと検出することができる。

【００４６】即ち，上記ヒータ制御関数を満たしていな
いときは，上記電気化学セルの劣化等が起こって生じて
いると検出することができる。そのため，この検出を行
っているときに，上記インピーダンス制御関数の校正を
行うことにより，インピーダンス制御関数の校正を正確
に行うことができる。

【００４７】また，上記インピーダンス制御関数の再設
定は，上記エンジンの回転数の変動が所定の範囲内にあ
るときに行うことができる（請求項１１）。この場合，
上記温度制御方法において，上記インピーダンス制御関
数の再設定を行う際に，上記ヒータ抵抗と上記ヒータ電
力との関係が上記ヒータ制御関数を満たしていないとき
は，上記エンジンの回転数が変動したことによって生じ
ているのではないと検出することができる。

【００４８】即ち，上記ヒータ制御関数を満たしていな
いときは，上記電気化学セルの劣化等が起こって生じて
いると検出することができる。そのため，この検出を行
っているときに，上記インピーダンス制御関数の校正を
行うことにより，インピーダンス制御関数の校正を正確
に行うことができる。また，上記エンジンの回転数の変
動が所定の範囲内にあるときは，例えば，アイドリング
を行っているときとすることができる。

【００４９】

【実施例】（実施例１）本例におけるガスセンサ素子の
温度制御方法は，ガスセンサ素子に設けたヒータ部にお
けるヒータ抵抗とヒータ電力との間には相関関係がある
ことを利用するものである。即ち，図１に示すごとく，
本例の温度制御方法では，電気化学セル６１を備えた検
出部６と，通電により発熱する発熱体２１を備えたヒー
タ部２とを有するガスセンサ素子１の温度の制御を行
う。そして，上記ヒータ部２には，ヒータ電圧の検出を
行うヒータ電圧検出手段５１と，ヒータ電流の検出を行
うヒータ電流検出手段５２とを設けておく。

【００５０】そして，上記温度制御を行うに当たって
は，上記ヒータ部２におけるヒータ電圧Ｖｈ及びヒータ
電流Ｉｈを検出し，このヒータ電圧Ｖｈとヒータ電流Ｉ
ｈとに基づいてヒータ抵抗Ｒｈ及びヒータ電力Ｗｈを算
出する。そして，このヒータ抵抗Ｒｈとヒータ電力Ｗｈ
との関係が，予め求めておいたヒータ制御関数Ｆｈを満
たすように，上記ヒータ電圧Ｖｈを制御することにより
上記ガスセンサ素子１の温度を制御する。

【００５１】以下に，これを詳説する。まずは，本例に
おいて用いるガスセンサ素子１の構成について説明す
る。図２に示すごとく，ガスセンサ素子１は，絶縁材に
外周を保持されて円筒ハウジング３内に収容されてい
る。ガスセンサ素子１は，平板状に形成されており，一
方の端部１１０は，上記ハウジング３よりも突出して，
ハウジング３の一方の端部３１０に固定された容器状の
排気カバー３１内に収容されている。

【００５２】この排気カバー３１は，ステンレス製の内
部カバー３１１と外部カバー３１２との２重構造となっ
ている。内部カバー３１１及び外部カバー３１２の側壁
と底壁には，被測定ガスである排気ガスを排気カバー３
１内に導入するための導入口３１３及び導入口３１４が
それぞれ形成してある。

【００５３】上記ハウジング３の他方の端部３２０に
は，筒状のメインカバー３２１とその端部を覆うサブカ
バー３２２とからなる大気カバー３２が固定されてい
る。メインカバー３２１及びサブカバー３２２は，ガス
センサ素子１に基準ガスである大気を導入する必要があ
るため，それらの側壁の互いに対向する位置に大気口３
２３及び大気口３２４を設ける。そして，これら大気口
３２３及び大気口３２４より大気カバー３２内に大気を
導入するようになっている。

【００５４】また，メインカバー３２１とサブカバー３
２２との間において，大気口３２３と大気口３２４とが
形成されている部分には，防水のための撥水性のフィル
タ３２５が設けてある。また，上記大気カバー３２のガ
スセンサ素子１が位置する側とは反対側の端部には開口
部３２６が設けてあり，ガスセンサ素子１の他方の端部
１２０に接続されたリード線３３がこの開口部３２６か
ら大気カバー３２の外部に延びている。

【００５５】また，上記リード線３３は，後述するヒー
タ部２におけるリード部２１１に対応し，後述するヒー
タ直流回路に接続されている。また，上記リード部３３
は，後述する検出部６におけるリード部６１１にも対応
しており，後述する交流回路７０に接続されている。

【００５６】本例のガスセンサ素子の温度制御装置１０
１は，自動車のエンジンの排気ガスを測定するガスセン
サ素子１の温度を制御する装置である。また，本例にお
けるガスセンサ素子１は，排気ガスに含まれるＮＯｘ，
酸素等を測定することによって，エンジンの燃焼制御を
最適に行うために使用されるものである。

【００５７】また，図３に示すごとく，本例におけるガ
スセンサ素子１は，積層型ガスセンサ素子１０である。
この積層型ガスセンサ素子１０は，酸素イオンの導電性
を有する固体電解質板１１，絶縁性を有するスペーサ１
２及びセラミック板１３を積層させて形成されている。
また，この積層型ガスセンサ素子１０には，被測定ガス
を導入する被測定ガス空間１４と，被測定ガスのガス濃
度を測定する際の基準とする基準ガスを導入する基準ガ
ス空間１５とが設けてある。

【００５８】また，上記電気化学セル６１は，上記固定
電解質板１１と，この固定電解質板１１を挟むようにし
て設けた一対の電極６１５，６１６とからなり，一方の
電極６１５は上記被測定ガス空間１４に曝され，他方の
電極６１６は上記基準ガス空間１５に曝されている。ま
た，上記発熱体２１は，スペーサ１２とセラミック板１
３との間に設けてある。

【００５９】図１に示すごとく，本例の温度制御方法に
おいては，温度制御装置１０１を用いてガスセンサ素子
１の温度の制御を行う。同図に示すごとく，温度制御装
置１０１は，ヒータ電圧Ｖｈを検出するヒータ電圧検出
手段５１，ヒータ電流Ｉｈを検出するヒータ電流検出手
段５２，ヒータ抵抗Ｒｈ及びヒータ電力Ｗｈを算出する
ヒータ演算手段５，ガスセンサ素子１の温度を制御する
ヒータ制御手段４を有している。

【００６０】上記ヒータ部２は，上記ガスセンサ素子１
の内部に配置された発熱体２１と，発熱体２１に通電を
行う電源装置２２と，該電源装置２２と発熱体２１とを
結ぶリード部２１１とを有している。また，本例におい
ては，電源装置２２は直流電源装置である。また，ヒー
タ部２は電源装置２２によりヒータ直流回路２０を形成
している。上記ヒータ電圧検出手段５１は，上記ヒータ
直流回路２０に設けてあり，発熱体２１を含むヒータ部
２における電圧を測定するようになっている。また，上
記ヒータ電流検出手段５２もまた，ヒータ直流回路２０
に設けてあり，発熱体２１を含むヒータ部２に流れる電
流を測定するようになっている。

【００６１】上記ヒータ演算手段５は，ヒータ電圧検出
手段５１と電気的に接続されており，ヒータ電圧検出手
段５１から電圧の信号を受信するようになっている。上
記ヒータ演算手段５は，ヒータ電流検出手段５２とも電
気的に接続されており，ヒータ電流検出手段５２から電
流の信号を受信するようになっている。そして，ヒータ
演算手段５は，ヒータ電圧Ｖｈ及びヒータ電流Ｉｈから
ヒータ抵抗Ｒｈ及びヒータ電力Ｗｈを求めるようになっ
ている。また，上記ヒータ演算手段５は，ヒータ制御手
段４と電気的に接続されており，ヒータ制御手段４にヒ
ータ抵抗Ｒｈ及びヒータ電力Ｗｈを送信するようになっ
ている。

【００６２】上記ヒータ制御手段４は，上記ヒータ抵抗
Ｒｈと上記ヒータ電力Ｗｈとの関係が，ヒータ制御関数
Ｆｈを満たすように，上記電源装置２２の電圧を可変さ
せてヒータ電圧Ｖｈを制御する。そして，ヒータ制御手
段４は，上記ヒータ抵抗Ｒｈと上記ヒータ電力Ｗｈとの
関係が，ヒータ制御関数Ｆｈを満たす場合に，ガスセン
サ素子１の温度が所望とする目標温度Ｔｒになっている
とする。

【００６３】本例においては，上記ヒータ制御関数Ｆｈ
は，ガスセンサ素子１におけるガス濃度の測定環境下が
変動したときに，ガスセンサ素子１の温度を所望の各目
標温度Ｔｒに保つときの上記ヒータ抵抗Ｒｈとヒータ電
力Ｗｈとの相関関係Ｆｓとして求めておく。

【００６４】以下に，上記相関関数Ｆｓを求める方法に
つき説明する。本例においては，相関関数Ｆｓを求める
に当たり，ガスセンサ素子１における電気化学セル６１
の近傍に温度センサを設置し，この温度センサの温度を
ガスセンサ素子１の温度とする。そして，ガスセンサ素
子１の温度が所望の目標温度Ｔｒとなるように，電源装
置２２の電圧を可変させてヒータ部２に通電するヒータ
電圧Ｖｈを制御した。そして，ガスセンサ素子１の温度
が所望の目標温度Ｔｒになったときのヒータ電圧Ｖｈ及
びヒータ電流Ｉｈを読み取り，これらよりヒータ抵抗Ｒ
ｈ及びヒータ電力Ｗｈを算出した。

【００６５】本例においては，上記所望の目標温度Ｔｒ
は，７３０℃，７５０℃，７７０℃とした。また，本例
においては，ガスセンサ素子１におけるガス濃度の測定
環境下の変動は，検出部６の電気化学セル６１において
ガス濃度の測定を行う被測定ガスの温度Ｔｇの変化とし
た。そして，この被測定ガスの温度Ｔｇの変化がガスセ
ンサ素子１の温度に与える影響を加味して，上記ヒータ
抵抗Ｒｈとヒータ電力Ｗｈとの相関関数Ｆｓを求めた。

【００６６】横軸にヒータ電力Ｗｈ，縦軸にヒータ抵抗
Ｒｈを取り，上記ガスセンサ素子１の温度及び被測定ガ
スの温度Ｔｇをパラメータとして，ヒータ抵抗Ｒｈとヒ
ータ電力Ｗｈとをプロットしたのが，図４である。同図
より，概ね，ヒータ抵抗Ｒｈとヒータ電力Ｗｈとの相関
関数Ｆｓは，ガスセンサ素子１の温度を高くするために
ヒータ電圧Ｖｈを上昇させると，ヒータ抵抗Ｒｈ及びヒ
ータ電力Ｗｈは共に上昇する関係を有していることがわ
かる。また，上記相関関数Ｆｓは，被測定ガスの温度Ｔ
ｇを高くした場合には，ヒータ抵抗Ｒｈは上昇するが，
ヒータ電力Ｗｈは低下する関係を有していることがわか
る。

【００６７】以下に，上記相関関数Ｆｓについて詳説す
る。ガスセンサ素子１の温度が一定である場合のヒータ
抵抗Ｒｈとヒータ電力Ｗｈとの関係は，相関関数Ｆｓ１
に近似することができる。この相関関数Ｆｓ１は右肩下
がりの比例関数となった。この相関関数Ｆｓ１によれ
ば，被測定ガスの温度Ｔｇが変化した場合においても，
検出するヒータ抵抗Ｒｈとヒータ電力Ｗｈとの値が，上
記相関関数Ｆｓ１を満たすように，つまり上記相関関数
Ｆｓ１のライン上に近づくようにヒータ電圧Ｖｈを制御
すれば，ガスセンサ素子１の目標温度Ｔｒが得られるこ
とがわかる。

【００６８】また，被測定ガスの温度Ｔｇが一定である
場合のヒータ抵抗Ｒｈとヒータ電力Ｗｈとの関係は，関
数Ｆｓ２に近似することができる。この相関関数Ｆｓ２
は右肩上がりの比例関数となった。

【００６９】この関数Ｆｓ２によれば，ガスセンサ素子
１の温度は，ヒータ抵抗Ｒｈとヒータ電力Ｗｈとが上昇
したときに上昇する。つまり，検出したヒータ抵抗Ｒｈ
とヒータ電力Ｗｈとの関係が，上記ガスセンサ素子１の
目標温度Ｔｒにおける相関関数Ｆｓ１のラインよりも，
左下方向にある場合（図５のＴｈ１参照）には，ガスセ
ンサ素子１の現在温度Ｔｈ１は，目標温度Ｔｒよりも低
いことになる。そのため，上記ヒータ制御手段４により
ヒータ電圧Ｖｈを上昇させて，ヒータ抵抗Ｒｈ及びヒー
タ電力Ｗｈが上記ガスセンサ素子１の目標温度Ｔｒにお
ける相関関数Ｆｓ１のラインに近づくようにすれば，ガ
スセンサ素子１の目標温度Ｔｒが得られることがわか
る。

【００７０】一方，検出したヒータ抵抗Ｒｈとヒータ電
力Ｗｈとの関係が，上記ガスセンサ素子１の目標温度Ｔ
ｒにおける相関関数Ｆｓ１のラインよりも，右上方向に
ある場合（図５のＴｈ２参照）には，ガスセンサ素子１
の現在温度Ｔｈ２は，目標温度Ｔｒよりも高いことにな
る。そのため，上記ヒータ制御手段４によりヒータ電圧
Ｖｈを下降させて，ヒータ抵抗Ｒｈ及びヒータ電力Ｗｈ
が上記ガスセンサ素子１の目標温度Ｔｒにおける相関関
数Ｆｓ１のラインに近づくようにすれば，ガスセンサ素
子１の目標温度Ｔｒが得られることがわかる。

【００７１】次に，図６のフローチャートを用いて，ガ
スセンサ素子１の目標温度Ｔｒを得る方法の一例を説明
する。まずは，上記の手順に従って，ヒータ制御関数Ｆ
ｈとしての相関関数Ｆｓを求めておく。次いで，上記ヒ
ータ制御手段４により，電源装置２２の電圧を上げて発
熱体２１を含むヒータ部２に通電し，ガスセンサ素子１
の温度を上昇させる。また，ガスセンサ素子１において
ガス濃度を検出するのに適した温度を，ガスセンサ素子
１の目標温度Ｔｒとして，相関関数Ｆｓにおいて目標温
度Ｔｒを維持するための相関関数Ｆｓ１をヒータ制御手
段４に設定する。

【００７２】そして，ステップＳ１００において，ガス
センサ素子１の温度制御をスタートする。次いで，ステ
ップＳ１０１において，上記ヒータ電圧検出手段５１に
よりヒータ電圧Ｖｈを検出すると共に，上記ヒータ電流
検出手段５２によりヒータ電流Ｉｈを検出する。次い
で，ステップＳ１０２において，上記ヒータ演算手段５
によりヒータ抵抗Ｒｈとヒータ電力Ｗｈを算出する。こ
のヒータ抵抗Ｒｈは，Ｒｈ＝Ｖｈ／Ｉｈより求め，ヒー
タ電力Ｗｈは，Ｗｈ＝Ｖｈ×Ｉｈより求める。また，こ
のヒータ抵抗Ｒｈ及びヒータ電力Ｗｈは，ヒータ制御手
段４に送信される。

【００７３】次いで，ステップＳ１０３において，ヒー
タ制御手段４は，上記ヒータ抵抗Ｒｈとヒータ電力Ｗｈ
との値が，上記相関関数Ｆｓ１を満たすか否かを判定す
る。つまり，ヒータ制御手段４は，算出したヒータ抵抗
Ｒｈとヒータ電力Ｗｈとの値により求まるガスセンサ素
子１の現在温度Ｔｈが，目標温度Ｔｒよりも高いか低い
かを判定する。Ｓ１０３の判定がＹｅｓの場合は，再び
Ｓ１０１に戻る。なお，この場合は，上記電源電圧２２
の電圧を可変させる必要がない場合であり，ヒータ制御
手段４はこの電圧の値を維持する。

【００７４】一方，Ｓ１０３の判定がＮｏの場合は，ヒ
ータ制御手段４は，ステップＳ１０４において上記ヒー
タ抵抗Ｒｈとヒータ電力Ｗｈとの値が，上記相関関数Ｆ
ｓ１よりも左下方向にあるか否かを判定する。つまり，
この場合は，上記現在温度Ｔｈが目標温度Ｔｒよりも低
いか否かを判定していることになる。

【００７５】Ｓ１０４の判定がＹｅｓの場合は，現時点
におけるヒータ抵抗Ｒｈ１とヒータ電力Ｗｈ１との値よ
り求められるガスセンサ素子１の現在温度Ｔｈ１が，目
標温度Ｔｒよりも低い場合（図５のＴｈ１参照）である
ため，ステップＳ１０５において，上記ヒータ制御手段
４により電源装置２２の電圧を上げる。そして，その
後，再びＳ１０１を行う。

【００７６】一方，Ｓ１０４の判定がＮｏの場合は，現
時点におけるヒータ抵抗Ｒｈ２とヒータ電力Ｗｈ２との
値より求められるガスセンサ素子１の現在温度Ｔｈ２
が，目標温度Ｔｒよりも高い場合（図５のＴｈ２参照）
であるため，ステップＳ１０６において上記ヒータ制御
手段４により電源装置２２の電圧を下げる。そして，そ
の後，再びＳ１０１を行う。

【００７７】そして，上記電源装置２２の電圧の上げ下
げを繰り返してヒータ電圧Ｖｈを制御することにより，
最終的には，ガスセンサ素子１の温度を目標温度Ｔｒに
保つためのヒータ電圧Ｖｈの値が維持される。このよう
に，上記ヒータ制御手段４により電源装置２２の電圧を
可変させてヒータ電圧Ｖｈを制御することにより，ガス
センサ素子１の目標温度Ｔｒを得ることができる。

【００７８】なお，上記ヒータ電圧Ｖｈを制御してガス
センサ素子１の温度を制御するに際して，図６のフロー
チャートによれば，上記Ｓ１０１〜Ｓ１０６の制御ルー
プを繰り返す間で，ガスセンサ素子１の現在温度Ｔｈ
が，目標温度Ｔｒよりもかなり低い場合には，上記ヒー
タ電圧Ｖｈはほとんど最大の値に制御することになる。
そして，現在温度Ｔｈが始めて目標温度Ｔｒになったあ
るいは始めて目標温度Ｔｒを超えたときに，ヒータ電圧
Ｖｈの値が下がることになる。そして，その後，現在温
度Ｔｈが上記目標温度Ｔｒの近傍で変位するようにな
り，例えば，ガスセンサ素子１のガス濃度の測定環境下
に変動がないときには，ヒータ電圧Ｖｈの値とガスセン
サ素子１の温度とがつりあい，このガスセンサ素子１の
温度が目標温度Ｔｒに維持されることになる。

【００７９】また，上記Ｓ１０３において，ヒータ抵抗
Ｒｈとヒータ電力Ｗｈの値が相関関数Ｆｓ１を満たす場
合を，相関関数Ｆｓ１のライン上とするのではなく，ガ
スセンサ素子１の目標温度Ｔｒに許容される誤差の範囲
内で，右上方向又は左下方向の少なくともいずれか一方
に幅を持たせて設定してもよい。

【００８０】また，本例では，ヒータ電圧Ｖｈの制御
は，上記電源装置２２の電圧を上げ下げして行った。こ
れに対して，上記電源装置２２の電圧によりヒータ部２
に通電する時間を可変させて，ヒータ電圧Ｖｈの制御を
行ってもよい。また，上記ヒータ抵抗Ｒｈと上記ヒータ
電力Ｗｈとの値が上記相関関数Ｆｓ１に近づくように，
目標温度Ｔｒと現在温度Ｔｈとの誤差に基づくＰＩＤ制
御等のフィードバック制御を行ってもよい。

【００８１】ところで，例えば，検出部６の電気化学セ
ル６１において測定する被測定ガスの温度Ｔｇが変動し
て，ガスセンサ素子１におけるガス濃度の測定環境下に
変動が生じたときには，上記ヒータ部２における温度と
上記検出部６における温度との間に温度差が生じる場合
がある。これに対し，本例においては，上記のごとく，
上記ヒータ制御関数Ｆｈが，ガスセンサ素子１における
ガス濃度の測定環境下に変動があったときに，この変動
がヒータ抵抗Ｒｈ及びヒータ電力Ｗｈに与える影響をも
加味した相関関数Ｆｓとなっている。

【００８２】そのため，上記変動があったときにも，こ
の変動に対するヒータ抵抗Ｒｈとヒータ電力Ｗｈの値の
変化をも加味した相関関数Ｆｓを用いて，ガスセンサ素
子１の温度を適切に制御することができる。そして，相
関関数Ｆｓによりガスセンサ素子１の温度を適切に制御
することにより，間接的には，上記検出部６の電気化学
セル６１における温度を適切に制御することができる。
それ故，本例のガスセンサ素子１の温度制御方法によれ
ば，高精度でガスセンサ素子１の温度を制御することが
できる。

【００８３】（実施例２）本例におけるガスセンサ素子
の温度制御方法は，検出部のインピーダンスとガスセン
サ素子の温度との間には相関関係があることを利用する
ものである。そして，本例は，上記実施例１で示したヒ
ータ抵抗とヒータ電力との間における相関関係により，
上記インピーダンスに基づく温度制御をより適切にしよ
うとするものである。

【００８４】即ち，図７に示すごとく，本例の温度制御
方法においても，電気化学セル６１を備えた検出部６
と，通電により発熱する発熱体２１を備えたヒータ部２
とを有するガスセンサ素子１の温度の制御を行う。そし
て，上記ヒータ部２には，ヒータ電圧Ｖｈの検出を行う
ヒータ電圧検出手段５１と，ヒータ電流Ｉｈの検出を行
うヒータ電流検出手段５２とを設けておく。また，上記
ヒータ演算手段５は，検出したヒータ電圧Ｖｈ及びヒー
タ電流Ｉｈに基づいて，ヒータ抵抗Ｒｈ及びヒータ電力
Ｗｈを算出するよう構成されている。

【００８５】また，本例においては，上記ガスセンサ素
子１の検出部６に上記交流電圧印加手段７３を設け，こ
の交流電圧印加手段７３による交流回路７０の一部に上
記セル電圧検出手段７１及びセル電流検出手段７２を設
ける。そして，これらによって検出したセル電圧Ｖｃ及
びセル電流Ｉｃに基づいて，インピーダンス演算手段７
は検出部６のインピーダンスＲｃを算出する。

【００８６】そして，本例の温度制御方法は，上記イン
ピーダンス演算手段７によって算出されたインピーダン
スＲｃの値が予め求めておいたインピーダンス制御関数
Ｆｃを満たすように，上記ヒータ電圧Ｖｈを制御するこ
とによって上記ガスセンサ素子１の温度を制御する。そ
して，本例においては，この温度制御を行うに当たっ
て，上記ヒータ抵抗Ｒｈと上記ヒータ電力Ｗｈとの関係
が，ヒータ制御関数Ｆｈを満たすように，上記インピー
ダンス制御関数Ｆｃの再設定を行う。

【００８７】以下に，これを詳説する。本例の温度制御
方法においては，温度制御装置１０２を用いてガスセン
サ素子の温度の制御を行う。本例の温度制御装置１０２
は，検出部６に交流電圧を印加する交流電圧印加手段７
３，検出部６のセル電圧Ｖｃを検出するセル電圧検出手
段７１，検出部６のセル電流Ｉｃを検出するセル電流検
出手段７２，検出部６のインピーダンスＲｃを算出する
インピーダンス演算手段７，ガスセンサ素子１の温度を
制御するヒータ制御手段４を有している。

【００８８】また，本例の温度制御装置１０２は，上記
実施例１と同様にして，ヒータ部２のヒータ電圧Ｖｈを
検出するヒータ電圧検出手段５１，ヒータ部２のヒータ
電流Ｉｈを検出するヒータ電流検出手段５２，ヒータ電
圧Ｖｈ及び電流Ｉｈよりヒータ抵抗Ｒｈ及びヒータ電力
Ｗｈを算出するヒータ演算手段５を有している。

【００８９】上記検出部６は，上記電気化学セル６１と
リード部６１１とによって構成されている。また，上記
交流電圧印加手段７３は，一定の周期及び振幅の交流電
圧を発生させて，検出部６にこの交流電圧を印加する。
上記セル電圧検出手段７１は，上記交流回路７０に設け
てあり，電気化学セル６１を含む検出部６における交流
電圧を測定するようになっている。また，上記電流検出
手段７２もまた，交流回路７０に設けてあり，電気化学
セル６１を含む検出部６に流れる交流電流を測定するよ
うになっている。

【００９０】上記インピーダンス演算手段７は，セル電
圧検出手段７１と電気的に接続されており，セル電圧検
出手段７１から電圧の信号を受信するようになってい
る。また，インピーダンス演算手段７は，セル電流検出
手段７２とも電気的に接続されており，セル電流検出手
段７２から電流の信号を受信するようになっている。そ
して，インピーダンス演算手段７は，セル電圧Ｖｃ及び
セル電流ＩｃからインピーダンスＲｃの値を求めるよう
になっている。また，上記インピーダンス演算手段７
は，ヒータ制御手段４と電気的に接続されており，ヒー
タ制御手段４にインピーダンスＲｃの値を送信するよう
になっている。

【００９１】そして，本例におけるヒータ制御手段４
は，上記インピーダンス演算手段７によって算出された
インピーダンスＲｃの値がインピーダンス制御関数Ｆｃ
を満たすように，上記電源装置２２の電圧を可変させて
上記ヒータ電圧Ｖｈを制御する。また，本例の温度制御
装置１０２は，上記ヒータ抵抗Ｒｈと上記ヒータ電力Ｗ
ｈとの関係がヒータ制御関数Ｆｈを満たすように，上記
インピーダンス制御関数Ｆｃを再設定するインピーダン
ス校正手段４１を有している。本例においては，このイ
ンピーダンス校正手段４１は，上記ヒータ制御手段４の
内部に構成されている。

【００９２】本例においても，上記ヒータ制御関数Ｆｈ
は，ガスセンサ素子１におけるガス濃度の測定環境下が
変動したときに，ガスセンサ素子１の温度を所望の各目
標温度Ｔｒに保つときの上記ヒータ抵抗Ｒｈとヒータ電
力Ｗｈとの相関関係Ｆｓとして求めておく。

【００９３】また，本例においては，上記インピーダン
ス制御関数Ｆｃを上記インピーダンスＲｃとガスセンサ
素子１の温度との相関関数Ｆｐとして求めておく。この
相関関数Ｆｐを求めるに当たっては，ガスセンサ素子１
における電気化学セル６１の近傍に温度センサを設置
し，この温度センサの温度をガスセンサ素子１の温度と
する。そして，ガスセンサ素子１の温度が所望の目標温
度Ｔｒとなるように，電源装置２２の電圧を可変させて
ヒータ部２に通電するヒータ電圧Ｖｈを制御した。

【００９４】また，上記検出部６に交流電圧を印加した
状態で上記ヒータ電圧Ｖｈを制御し，ガスセンサ素子１
の温度が所望の目標温度Ｔｒになったときのセル電圧Ｖ
ｃ及びヒータ電流Ｉｃを読み取り，これらよりインピー
ダンスＲｃを算出した。こうして，各目標温度Ｔｒと，
各目標温度Ｔｒを維持したときのインピーダンスＲｃの
値とより，上記相関関数Ｆｐを求めた。

【００９５】この相関関数Ｆｐは，図８に示すような反
比例のグラフとなった。即ち，同図より，インピーダン
スＲｃが上昇するとガスセンサ素子１の温度Ｔｃは低く
なり，一方，インピーダンスＲｃが下降するとガスセン
サ素子１の温度Ｔｃは高くなることがわかる。

【００９６】次に，図９，図１０のフローチャートを用
いて，ガスセンサ素子１の目標温度Ｔｒを得る方法の一
例を説明する。まずは，上記の手順に従って，ヒータ制
御関数Ｆｈとしての相関関数Ｆｓ及びインピーダンス制
御関数Ｆｃとしての相関関数Ｆｐを求めておく。本例に
おいては，ガスセンサ素子１においてガス濃度を検出す
るのに適した温度を，ガスセンサ素子１の目標温度Ｔｒ
として，相関関数Ｆｐにおいて目標温度Ｔｒを維持する
ためのインピーダンスＲｃの値をインピーダンスの狙い
値Ｒｒとして，ヒータ制御手段４に設定する。

【００９７】また，上記相関関数Ｆｓにおいて目標温度
Ｔｒを維持するための目標温度Ｔｒにおける相関関数Ｆ
ｓ１をヒータ制御手段４に設定する。また，後述するご
とく，本例においては，上記ガスセンサ素子１の温度が
目標温度Ｔｒになったときの上記ヒータ抵抗Ｒｈ及びヒ
ータ電力Ｗｈを上記相関関数Ｆｓに代入して求まるガス
センサ素子１の現在温度Ｔｈが，ガスセンサ素子１の実
際の温度Ｔｓであるとして，上記インピーダンスの狙い
値Ｒｒを校正して，上記目標温度Ｔｒを得る。

【００９８】そして，上記ヒータ制御手段４により，電
源装置２２の電圧を上げて発熱体２１を含むヒータ部２
に通電し，ガスセンサ素子１の温度を上昇させ，ステッ
プＳ２００において，ガスセンサ素子１の温度制御をス
タートする。次いで，ステップＳ２０１において，上記
交流電圧印加手段７３により，ガスセンサ素子１の検出
部６に交流電圧を印加する。次いで，ステップＳ２０２
において，上記セル電圧検出手段７１により検出部６の
セル電圧Ｖｃを検出すると共に，上記セル電流検出手段
７２により，検出部６のセル電流Ｉｃを検出する。

【００９９】次いで，ステップＳ２０３において，上記
インピーダンス演算手段７により，インピーダンスＲｃ
を算出する。このインピーダンスＲｃは，Ｒｃ＝Ｖｃ／
Ｉｃより求める。そして，このインピーダンスＲｃは，
ヒータ制御手段４に送信される。

【０１００】次いで，ステップＳ２０４において，上記
インピーダンス校正手段４１により，上記インピーダン
スの狙い値Ｒｒの校正を行う時期を判定する。本例にお
いては，Ｓ２０４の判定がＹｅｓの場合，つまり狙い値
Ｒｒの校正時期である場合は，上記インピーダンス演算
手段７によって算出されたインピーダンスＲｃの値が，
上記狙い値Ｒｒになったときとする。そして，Ｓ２０４
の判定がＹｅｓの場合には，後述する狙い値Ｒｒの再設
定のフローであるステップＳ２０５（図１０のステップ
Ｓ２５１〜Ｓ２５７）を実行して，狙い値Ｒｒの再設定
を行う。

【０１０１】一方，Ｓ２０４の判定がＮｏの場合には，
ステップＳ２０６において，ヒータ制御手段４は，算出
したインピーダンスＲｃの値が上記狙い値Ｒｒであるか
否かの判定を行う。つまり，Ｓ２０６において，ヒータ
制御手段４は，算出したインピーダンスＲｃの値により
求まるガスセンサ素子１の現在温度Ｔｃが，目標温度Ｔ
ｒよりも高いか低いかを判定する。Ｓ２０６の判定がＹ
ｅｓの場合は，ＲｃとＲｒとが同じである場合であり，
再びＳ２０１に戻る。なお，この場合は，上記電源電圧
２２の電圧を可変させる必要がない場合であり，ヒータ
制御手段４はこの電圧の値を維持する。

【０１０２】一方，Ｓ２０６の判定がＮｏの場合は，ス
テップＳ２０７において，ヒータ制御手段４は，上記算
出したインピーダンスＲｃの値が，上記狙い値Ｒｒより
も高いか否かを判定する。つまり，この場合は，上記現
在温度Ｔｃが目標温度Ｔｒよりも低いか否かを判定して
いることになる。

【０１０３】Ｓ２０７の判定がＹｅｓの場合は，上記算
出した現在のインピーダンスＲｃ１の値より求められる
ガスセンサ素子１の現在温度Ｔｃ１が，目標温度Ｔｒよ
りも低い場合（図８のＴｃ１参照）であるため，ステッ
プＳ２０８において，上記ヒータ制御手段４により電源
装置２２の電圧を上げる。そして，その後，再びＳ２０
１を行う。

【０１０４】Ｓ２０７の判定がＮｏの場合は，上記算出
した現在のインピーダンスＲｃ２の値より求められるガ
スセンサ素子１の現在温度Ｔｃ２が，目標温度Ｔｒより
も高い場合（図８のＴｃ２参照）であるため，ステップ
Ｓ２０９において，上記ヒータ制御手段４により電源装
置２２の電圧を下げる。そして，その後，再びＳ２０１
を行う。

【０１０５】そして，上記電源装置２２の電圧の上げ下
げを繰り返してヒータ電圧Ｖｈを制御し，算出したイン
ピーダンスＲｃの値が上記狙い値Ｒｒになったとき（上
記Ｓ２０６における判定がＹｅｓとなったとき），上記
Ｓ２０４における狙い値Ｒｒの校正時期の条件を満たす
ことになり（Ｓ２０４の判定がＹｅｓになり），この
後，上記Ｓ２０５を実行する。

【０１０６】図１０に，Ｓ２０５におけるインピーダン
スの狙い値Ｒｒの再設定のフローチャートを示す。即
ち，上記Ｓ２０４の判定がＹｅｓになった場合には，ま
ず，Ｓ２５１において，上記ヒータ電圧検出手段５１に
よりヒータ電圧Ｖｈを検出すると共に，上記ヒータ電流
検出手段５２によりヒータ電流Ｉｈを検出する。次い
で，ステップＳ２５２において，上記ヒータ演算手段５
によりヒータ抵抗Ｒｈとヒータ電力Ｗｈを算出する。こ
のヒータ抵抗Ｒｈは，Ｒｈ＝Ｖｈ／Ｉｈより求め，ヒー
タ電力Ｗｈは，Ｗｈ＝Ｖｈ×Ｉｈより求める。また，こ
のヒータ抵抗Ｒｈ及びヒータ電力Ｗｈは，ヒータ制御手
段４に送信される。

【０１０７】次いで，ステップＳ２５３において，ヒー
タ制御手段４は，上記ヒータ抵抗Ｒｈとヒータ電力Ｗｈ
との値が，上記目標温度Ｔｒにおける相関関数Ｆｓ１を
満たすか否かを判定する。つまり，算出したヒータ抵抗
Ｒｈとヒータ電力Ｗｈとの値により求まるガスセンサ素
子１の現在温度Ｔｈ（ガスセンサ素子１の実際の温度Ｔ
ｓ）が，上記目標温度Ｔｒよりも高いか低いかを判定す
る。

【０１０８】Ｓ２５３の判定がＹｅｓの場合は，ステッ
プＳ２５４において，上記ヒータ制御手段４は，狙い値
Ｒｒの値を維持する。この場合は，上記ヒータ抵抗Ｒｈ
とヒータ電力Ｗｈとより求まる相関関数Ｆｓ１と，上記
目標温度Ｔｒにおける相関関数Ｆｓ１とが一致している
場合であり，上記現在温度Ｔｈと上記目標温度Ｔｒとの
間に誤差がない場合である。即ち，この場合は，上記狙
い値Ｒｒを校正させる必要がない場合であり，ヒータ制
御手段４はこの狙い値Ｒｒの値を維持する。そして，そ
の後，上記Ｓ２０６を再び実行する。

【０１０９】一方，Ｓ２５３の判定がＮｏの場合は，ヒ
ータ制御手段４は，ステップＳ２５５において，上記ヒ
ータ抵抗Ｒｈとヒータ電力Ｗｈとより求まる相関関数Ｆ
ｓ１ｈが，上記目標温度Ｔｒにおける相関関数Ｆｓ１よ
りも左下方向にあるか否かを判定する。つまり，この場
合は，上記相関関数Ｆｓ１ｈに代入して求められるガス
センサ素子１の現在温度Ｔｈが目標温度Ｔｒよりも低い
か否かを判定していることになる。

【０１１０】また，上記現在温度Ｔｈがガスセンサ素子
１の実際の温度Ｔｓである。そのため，上記Ｓ２５５の
判定がＹｅｓの場合は，上記実際の温度Ｔｓにおける相
関関数Ｆｓ１ｈが上記目標温度Ｔｒにおける相関関数Ｆ
ｓ１よりも左下方向にある場合であり，上記実際の温度
Ｔｓが上記目標温度Ｔｒよりも低い場合である。

【０１１１】即ち，Ｓ２５５の判定がＹｅｓの場合は，
現在のヒータ抵抗Ｒｈ３と現在のヒータ電力Ｗｈ３との
値より求められるガスセンサ素子１の現在温度Ｔｈ３
が，目標温度Ｔｒよりも低い場合（図１１のＴｈ３参
照）であるため，ステップＳ２５６において，上記ヒー
タ制御手段４により上記狙い値Ｒｒを上げる。そして，
その後，上記Ｓ２０６の判定を再び実行する。

【０１１２】そして，再びＳ２０６の判定を実行する
と，狙い値Ｒｒが上がったため，算出したインピーダン
スＲｃの値の方が狙い値Ｒｒよりも小さくなっており，
この判定はＮｏになる。そして，さらに，Ｓ２０７の判
定を実行して，この判定がＮｏになり，Ｓ２０９におい
て，ヒータ制御手段４は，電源装置２２の電圧を下げ
て，ガスセンサ素子１の温度Ｔｃを下降させる。こうし
て，ガスセンサ素子１の温度Ｔｃが校正後の目標温度Ｔ
ｒになるように制御される。

【０１１３】一方，上記Ｓ２５５の判定がＮｏの場合
は，上記実際の温度Ｔｓにおける相関関数Ｆｓ１ｈが上
記目標温度Ｔｒにおける相関関数Ｆｓ１よりも右上方向
にある場合であり，上記実際の温度Ｔｓが上記目標温度
Ｔｒよりも高い場合である。即ち，Ｓ２５５の判定がＮ
ｏの場合は，現在のヒータ抵抗Ｒｈ４とヒータ電力Ｗｈ
４との値より求められるガスセンサ素子１の現在温度Ｔ
ｈ４が，目標温度Ｔｒよりも高い場合（図１１のＴｈ４
参照）であるため，ステップＳ２５７において，上記ヒ
ータ制御手段４により上記狙い値Ｒｒを下げる。そし
て，その後，上記Ｓ２０６の判定を再び実行する。

【０１１４】そして，再びＳ２０６の判定を実行する
と，狙い値Ｒｒが下がったため，算出したインピーダン
スＲｃの値の方が狙い値Ｒｒよりも大きくなっており，
この判定はＮｏになる。そして，さらに，Ｓ２０７の判
定を実行して，この判定がＹｅｓになり，Ｓ２０８にお
いて，ヒータ制御手段４は，電源装置２２の電圧を上げ
て，ガスセンサ素子１の温度Ｔｃを上昇させる。こうし
て，ガスセンサ素子１の温度Ｔｃが校正後の目標温度Ｔ
ｒになるように制御される。

【０１１５】そして，上記電源装置２２の電圧の上げ下
げを繰り返して，算出されたインピーダンスＲｃの値が
校正後の狙い値Ｒｒになったときには，再び上記Ｓ２０
４における判定がＹｅｓになり，上記Ｓ２０５における
狙い値Ｒｒの再設定を繰り返す。このようにして，上記
狙い値Ｒｒの再設定を繰り返すことにより，上記相関関
数Ｆｓ１ｈによるガスセンサ素子１の現在温度Ｔｈ（ガ
スセンサ素子１の実際の温度Ｔｓ）と，上記狙い値Ｒｒ
における目標温度Ｔｒとがほとんど一致するようにな
る。そして，このときには，ガスセンサ素子１の温度Ｔ
ｃを校正後の目標温度Ｔｒに保つためのヒータ電圧Ｖｈ
の値が維持される。こうして，ガスセンサ素子１の温度
制御が最適に行われる。

【０１１６】なお，上記Ｓ２０６において，インピーダ
ンスＲｃの値と上記狙い値Ｒｒとは必ずしも同一である
必要はなく，ガスセンサ素子１の目標温度Ｔｒに許容さ
れる誤差の範囲内で同一であればよい。また，上記Ｓ２
５３において，上記ヒータ抵抗Ｒｈとヒータ電力Ｗｈの
値が上記相関関数Ｆｓ１を満たす場合を，相関関数Ｆｓ
１のライン上とするのではなく，ガスセンサ素子１の目
標温度Ｔｒに許容される誤差の範囲内で，右上方向又は
左下方向の少なくともいずれか一方に幅を持たせて設定
してもよい。

【０１１７】ところで，上記ガスセンサ素子１を長期間
に渡って使用しているとき等には，ガスセンサ素子１に
おける検出部６の電気化学セル６１に劣化等を生じる場
合がある。この場合に対し，本例の温度制御装置１０２
は，上記のごとく，上記検出部６の電気化学セル６１に
おけるインピーダンスＲｃに基づき，ガスセンサ素子１
の温度Ｔｃの制御を行っている。そのため，上記電気化
学セル６１の温度を，直接上記ガスセンサ素子１の温度
制御に反映することができる。そのため，本例によれ
ば，ガスセンサ素子１におけるガス濃度の測定環境下の
変動等の外乱に対しても，強固な温度制御装置１０２を
実現することができる。

【０１１８】また，上記ガスセンサ素子１を長期間に渡
って使用しているとき等には，ガスセンサ素子１におけ
る検出部６の電気化学セル６１に劣化等を生じ，上記検
出部６のインピーダンスＲｃとガスセンサ素子１の温度
Ｔｃとの間の相関関数Ｆｐに狂いが生ずるおそれがあ
る。これに対し，本例においては，上記インピーダンス
校正手段４１を有している。

【０１１９】即ち，本例においては，このインピーダン
ス校正手段４１により，上記ヒータ抵抗Ｒｈと上記ヒー
タ電力Ｗｈとの値が上記相関関数Ｆｓ１を満たすよう
に，上記インピーダンスの狙い値Ｒｒを再設定する。そ
のため，上記検出部６の電気化学セル６１に劣化等を生
じた場合においても，上記相関関数Ｆｐの狂いを校正す
ることができる。

【０１２０】そのため，上記長期間の使用により電気化
学セル６１に劣化等が生じて上記相関関数Ｆｐに狂いが
生じたときでも，上記相関関数Ｆｓ１を用いて，ガスセ
ンサ素子１の温度を適切に制御することができる。それ
故，本例のガスセンサ素子１の温度制御装置１０２によ
れば，高精度でガスセンサ素子１の温度Ｔｃを制御する
ことができる。

【０１２１】（実施例３）本例は，上記実施例２の温度
制御方法において，上記インピーダンスの狙い値Ｒｒの
再設定は，上記検出部６において検出する被測定ガスの
温度又は被測定ガスの流速の少なくともいずれか一方の
変動が所定の範囲内にあるときに行う例である。即ち，
本例におけるインピーダンス校正手段４１は，上記変動
が所定の範囲内にあるときに上記インピーダンスの狙い
値Ｒｒの再設定を行う時期を検出するインピーダンス校
正時期検出手段を有している。また，本例においては，
図９のＳ２０４における狙い値Ｒｒの校正時期の判定が
Ｙｅｓになる場合が，上記変動が所定の範囲内にあると
きである。その他は上記実施例２と同様である。

【０１２２】本例においては，上記インピーダンスの狙
い値Ｒｒの再設定を行う際に，上記ヒータ抵抗Ｒｈと上
記ヒータ電力Ｗｈとの値が上記相関関数Ｆｓ１を満たし
ていないときは，上記被測定ガスの温度又は被測定ガス
の流速が変動したことによって生じているのではない
と，インピーダンス校正時期検出手段によって検出する
ことができる。即ち，上記相関関数Ｆｓ１より求まるガ
スセンサ素子１の実際の温度Ｔｓと，上記インピーダン
スの狙い値Ｒｒより求まる目標温度Ｔｒとの間の誤差
は，上記電気化学セル６１の劣化等が生じたことによ
り，起こっているとして検出することができる。

【０１２３】そのため，この検出を行っているときに，
上記インピーダンスの狙い値Ｒｒの校正を行うことによ
り，正確にこの校正を行うことができる。それ故，本例
によれば，高精度でガスセンサ素子１の温度を制御する
ことができる。その他，上記実施例２と同様の作用効果
を得ることができる。

【０１２４】（実施例４）本例は，上記実施例２の温度
制御方法において，上記インピーダンスの狙い値Ｒｒの
再設定は，エンジンの回転数の変動が所定の範囲内にあ
るときに行う例である。本例におけるインピーダンス校
正手段４１は，上記変動が所定の範囲内にあるときに上
記インピーダンスの狙い値Ｒｒの再設定を行う時期を検
出するインピーダンス校正時期検出手段を有している。

【０１２５】本例においては，上記エンジンの回転数が
所定の範囲内にあるときを，エンジンがアイドリングを
行っているときとして，上記インピーダンスの狙い値Ｒ
ｒの再設定を行った。また，本例においては，図９のＳ
２０４における狙い値Ｒｒの校正時期の判定がＹｅｓに
なる場合が，エンジンがアイドリングを行っている状態
にあるときである。その他は上記実施例２と同様であ
る。

【０１２６】本例においては，上記インピーダンスの狙
い値Ｒｒの再設定を行う際に，上記ヒータ抵抗Ｒｈと上
記ヒータ電力Ｗｈとの値が上記相関関数Ｆｓ１を満たし
ていないときは，エンジンの回転数が変動したことによ
って生じているのではないと，インピーダンス校正時期
検出手段によって検出することができる。即ち，上記相
関関数Ｆｓ１より求まるガスセンサ素子１の実際の温度
Ｔｓと，上記インピーダンスの狙い値Ｒｒより求まる目
標温度Ｔｒとの間の誤差は，上記電気化学セル６１の劣
化等が生じたことにより，起こっているとして検出する
ことができる。

【０１２７】そのため，このときに，上記インピーダン
スの狙い値Ｒｒの校正を行うことにより，正確にこの校
正を行うことができる。それ故，本例によれば，高精度
でガスセンサ素子１の温度を制御することができる。そ
の他，上記実施例２と同様の作用効果を得ることができ
る。

【０１２８】（実施例５）本例は，上記実施例２の温度
制御方法１０２に対して，上記インピーダンス制御関数
Ｆｃの再設定を行う時期が異なる例である。また，本例
においては，上記インピーダンス校正手段７は，ガスセ
ンサ素子１の温度制御を行っているときにインピーダン
ス制御関数Ｆｃの設定を行うのではなく，ガスセンサ素
子１の温度制御を行う前に，インピーダンス制御関数Ｆ
ｃの再設定を行う。

【０１２９】以下に，これを詳説する。本例において
も，上記インピーダンス制御関数Ｆｃは，検出部６のイ
ンピーダンスＲｃの値とガスセンサ素子１の温度Ｔｃと
の間の相関関数Ｆｐとする。そして，ガスセンサ素子１
の目標温度ＴｒにおけるインピーダンスＲｃの値をイン
ピーダンスの狙い値Ｒｒとして，インピーダンス算出手
段７により算出したインピーダンスＲｃの値が，狙い値
Ｒｒとなるようにガスセンサ素子１の温度制御を行う。

【０１３０】本例における温度制御方法によって，ガス
センサ素子１の目標温度Ｔｒを得る方法の一例を，図１
２のフローチャートに示す。なお，本例の温度制御方法
は，上記図９のフローチャートにおけるＳ２０４の狙い
値Ｒｒの校正時期かの判定及びＳ２０５の狙い値Ｒｒの
再設定が異なるのみで，その他のＳ２００〜Ｓ２０３，
Ｓ２０６〜Ｓ２０９については実施例２と同様である。

【０１３１】本例においても，上記ヒータ制御関数Ｆｈ
は，ガスセンサ素子１におけるガス濃度の測定環境下が
変動したときに，ガスセンサ素子１の温度を所望の各目
標温度Ｔｒに保つときの上記ヒータ抵抗Ｒｈとヒータ電
力Ｗｈとの相関関係Ｆｓとして求めておく。また，上記
インピーダンス制御関数Ｆｃは，上記インピーダンスＲ
ｃとガスセンサ素子１の温度Ｔｃとの相関関数Ｆｐとし
て求めておく。また，ガスセンサ素子１においてガス濃
度を検出するのに適した温度を，ガスセンサ素子１の目
標温度Ｔｒとして，上記相関関数Ｆｓにおいて目標温度
Ｔｒを維持するための相関関数Ｆｓ１をヒータ制御手段
４に設定する。

【０１３２】また，後述するごとく，本例においては，
上記ヒータ抵抗Ｒｈ及びヒータ電力Ｗｈを上記相関関数
Ｆｓ１に代入して求まるガスセンサ素子１の現在温度Ｔ
ｈが，ガスセンサ素子１の実際の温度Ｔｓであるとし
て，上記相関関数Ｆｐを校正して上記目標温度Ｔｒを得
る。

【０１３３】本例においては，上記相関関数Ｆｐの再設
定は，ガスセンサ素子１の温度制御を行う初期又は以前
に，図１３のフローチャートに示す方法で行う。同図に
おいて，ステップＳ３０１において，上記交流電圧印加
手段７３により，ガスセンサ素子１の検出部６に交流電
圧を印加する。次いで，ステップＳ３０２において，上
記セル電圧検出手段７１により検出部６のセル電圧Ｖｃ
を検出すると共に，上記セル電流検出手段７２により，
検出部６のセル電流Ｉｃを検出する。

【０１３４】次いで，ステップＳ３０３において，上記
インピーダンス演算手段７により，インピーダンスＲｃ
を算出する。このインピーダンスＲｃは，Ｒｃ＝Ｖｃ／
Ｉｃより求める。そして，このインピーダンスＲｃは，
ヒータ制御手段４に送信される。次いで，ステップＳ３
０４において，算出したインピーダンスＲｃの値を上記
相関関数Ｆｐに代入して，相関関数Ｆｐによる現在温度
Ｔｃを算出する。

【０１３５】次いで，ステップＳ３０５において，上記
ヒータ電圧検出手段５１によりヒータ電圧Ｖｈを検出す
ると共に，上記ヒータ電流検出手段５２によりヒータ電
流Ｉｈを検出する。次いで，ステップＳ３０６におい
て，上記ヒータ演算手段５によりヒータ抵抗Ｒｈとヒー
タ電力Ｗｈを算出する。このヒータ抵抗Ｒｈは，Ｒｈ＝
Ｖｈ／Ｉｈより求め，ヒータ電力Ｗｈは，Ｗｈ＝Ｖｈ×
Ｉｈより求める。また，このヒータ抵抗Ｒｈ及びヒータ
電力Ｗｈは，ヒータ制御手段４に送信される。

【０１３６】次いで，ステップＳ３０７において，算出
したヒータ抵抗Ｒｈ及びヒータ電力Ｗｈの値を上記相関
関数Ｆｓ１に代入して，相関関数Ｆｓ１による現在温度
Ｔｈ（ガスセンサ素子１の実際の温度Ｔｓ）を算出す
る。次いで，ステップＳ３０８において，ヒータ制御関
数４は，上記相関関数Ｆｓ１による現在温度Ｔｈと，相
関関数Ｆｐによる現在温度Ｔｃとの間の差が，ガスセン
サ素子１の温度制御を行う目標温度Ｔｒの誤差として許
容される温度の許容範囲内であるか否かを判定する。

【０１３７】Ｓ３０８の判定がＹｅｓの場合は，上記現
在温度Ｔｈと現在温度Ｔｃとの差が許容範囲内であるた
め，上記相関関数Ｆｐの再設定は行わない。一方，Ｓ３
０８の判定がＮｏの場合は，上記現在温度Ｔｈと現在温
度Ｔｃとの差が許容範囲を超えている場合であり，上記
相関関数Ｆｐの再設定を行う。そして，本例において
は，上記相関関数Ｆｐの再設定は，再度，上記検出部６
におけるインピーダンスＲｃの値と上記ガスセンサ素子
１の温度Ｔｃとの間の相関関数Ｆｐを求めることによっ
て行う。その他は，上記実施例２と同様である。

【０１３８】本例においては，上記インピーダンス制御
関数Ｆｃの再設定は，インピーダンスの狙い値Ｒｒを上
下させることにより行うのではなく，再度上記インピー
ダンスＲｃの値とガスセンサ素子１の温度Ｔｃとの間の
相関関数Ｆｐを求め直すことによって行う。そして，上
記ヒータ抵抗Ｒｈとヒータ電力Ｗｈとの間の相関関数Ｆ
ｓ１は，上記相関関数Ｆｐの再設定を行う必要があるか
否かを検出するために用いている。このように，本例の
温度制御方法によっても，上記実施例２のガスセンサ素
子１の温度制御方法と同様の作用効果を得ることがで
き，高精度なガスセンサ素子の制御を実現することがで
きる。

【０１３９】（実施例６）本例は，上記実施例２におけ
るガスセンサ素子１の温度制御方法を，コップ型ガスセ
ンサ素子１００に適用する例である。図１４に示すごと
く，このコップ型ガスセンサ素子１００は，酸素イオン
導電性を有する固体電解質体１１と，棒状のセラミック
ヒータ１３とを有している。また，このセラミックヒー
タ１３には上記発熱体２１が配置してある。

【０１４０】また，上記固体電解質体１１は有底円筒コ
ップ型の形状に形成されており，この固体電解質体１１
の内側に上記セラミックヒータ１３が配置してある。ま
た，固体電解質体１１の外側には被測定ガスを導入する
被測定ガス空間１４が設けてあり，一方，固体電解質体
１１の内側には被測定ガスのガス濃度を測定する際の基
準とする基準ガスを導入する基準ガス空間１５が設けて
ある。

【０１４１】また，上記電気化学セル６１は，上記固定
電解質体１１と，この固定電解質体１１を挟むようにし
て設けた一対の電極６１５，６１６とからなり，固定電
解質体１１の外側面に設けた電極６１５は上記被測定ガ
ス空間１４に曝され，固定電解質体１１の内側面に設け
た電極６１６は上記基準ガス空間１５に曝されている。
また，上記固定電解質体１１の外側面に設けた電極６１
５は保護層６１７で被覆されている。上記コップ型ガス
センサ素子１００は，ハウジング３１内に挿通されてお
り，このハウジング３１は二重構造のカバー３１１，３
１２よりなる。なお，これらのカバー３１１，３１２に
は，それぞれ被測定ガスの導入を行う導入口３１３，３
１４が設けてある。

【０１４２】そして，図１５に示すごとく，本例におい
ては，上記実施例２のガスセンサ素子１の温度制御装置
１０２により，ガスセンサ素子の温度制御を行う。その
他は上記実施例２と同様である。本例においても，上記
実施例２のガスセンサ素子１の温度制御方法と同様の作
用効果を得ることができ，高精度なガスセンサ素子の制
御を実現することができる。

【０１４３】なお，上記実施例１の温度制御方法を上記
コップ型ガスセンサ素子１００に適用することも可能で
ある。また，上記実施例３〜５の温度制御方法を上記コ
ップ型ガスセンサ素子１００に適用することも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における，ガスセンサ素子の温度制御
装置を示す構成図。

【図２】実施例１における，ガスセンサ素子を用いたガ
スセンサの構成を示す断面説明図。

【図３】実施例１における，積層型のガスセンサ素子を
示す断面説明図。

【図４】実施例１における，ヒータ抵抗とヒータ電力と
の相関関数を示す説明図。

【図５】実施例１における，ガスセンサ素子の温度制御
方法を説明する説明図。

【図６】実施例１における，ガスセンサ素子の温度制御
方法を示すフローチャート。

【図７】実施例２における，ガスセンサ素子の温度制御
装置を示す構成図。

【図８】実施例２における，ガスセンサ素子の温度制御
方法を説明する説明図。

【図９】実施例２における，ガスセンサ素子の温度制御
方法を示すフローチャート。

【図１０】実施例２における，ガスセンサ素子の温度制
御方法を示すフローチャートで，インピーダンスの狙い
値の再設定を示すフローチャート。

【図１１】実施例２における，インピーダンスの狙い値
の再設定を説明する説明図。

【図１２】実施例５における，ガスセンサ素子の温度制
御方法を示すフローチャート。

【図１３】実施例５における，ガスセンサ素子の温度制
御方法を示すフローチャートで，インピーダンスの値と
ガスセンサ素子の温度との間の相関関数の再設定を示す
フローチャート。

【図１４】実施例６における，コップ型ガスセンサ素子
を示す断面説明図。

【図１５】実施例５における，ガスセンサ素子の温度制
御装置を示す構成図。

【図１６】従来例における，温度センサによるガスセン
サ素子の温度制御装置を示す構成図。

【図１７】従来例における，ヒータ抵抗によるガスセン
サ素子の温度制御装置を示す構成図。

【図１８】従来例における，ヒータ抵抗とガスセンサ素
子の温度との関係を示すグラフ。

【図１９】従来例における，インピーダンスによるガス
センサ素子の温度制御装置を示す構成図。

【図２０】従来例における，インピーダンスと電気化学
セルの温度との関係を示すグラフ。

【符号の説明】 １．．．ガスセンサ素子， ２．．．ヒータ部， ２１．．．発熱体， ２２．．．電源装置， ４．．．ヒータ制御手段， ４１．．．インピーダンス校正手段， ５．．．ヒータ演算手段， ５１．．．ヒータ電圧検出手段， ５２．．．ヒータ電流検出手段， ６．．．検出部， ６１．．．電気化学セル， ７．．．インピーダンス演算手段， ７１．．．セル電圧検出手段， ７２．．．セル電流検出手段， ７３．．．交流電圧印加手段，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水谷 圭吾 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 牧野 太輔 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 黒川 英一 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 2G004 BB01 BB04 BC02 BD05 BE04 BF18 BF27 BG05 BH02 BJ02 BJ03 BL08 BM04 2G060 AA08 AD01 AE40 AF06 AG08 AG11 GA03 HA02 HB06 HC13 HE01 HE10 KA01 3K058 AA42 AA94 BA00 CA03 CA04 CA23

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気化学セルを備えた検出部と，通電に
   より発熱する発熱体を備えたヒータ部とを有するガスセ
   ンサ素子の温度を制御する装置において，上記ヒータ部
   におけるヒータ電圧を検出するヒータ電圧検出手段と，
   上記ヒータ部におけるヒータ電流を検出するヒータ電流
   検出手段と，上記ヒータ電圧検出手段により検出された
   ヒータ電圧と，ヒータ電流検出手段により検出されたヒ
   ータ電流とに基づいて，ヒータ抵抗及びヒータ電力を算
   出するヒータ演算手段と，上記ヒータ抵抗と上記ヒータ
   電力との関係が，ヒータ制御関数を満たすように，上記
   ヒータ電圧を制御することにより上記ガスセンサ素子の
   温度を制御するヒータ制御手段とを有することを特徴と
   するガスセンサ素子の温度制御装置。
2. 【請求項２】 電気化学セルを備えた検出部と，通電に
   より発熱する発熱体を備えたヒータ部とを有するガスセ
   ンサ素子の温度を制御する装置において，上記検出部に
   交流電圧を印加する交流電圧印加手段と，上記検出部に
   おけるセル電圧を検出するセル電圧検出手段と，上記検
   出部におけるセル電流を検出するセル電流検出手段と，
   上記セル電圧検出手段により検出されたセル電圧と，セ
   ル電流検出手段により検出されたセル電流とに基づい
   て，上記検出部のインピーダンスを算出するインピーダ
   ンス演算手段と，上記ヒータ部におけるヒータ電圧を検
   出するヒータ電圧検出手段と，上記ヒータ部におけるヒ
   ータ電流を検出するヒータ電流検出手段と，上記ヒータ
   電圧検出手段により検出されたヒータ電圧と，ヒータ電
   流検出手段により検出されたヒータ電流とに基づいて，
   ヒータ抵抗及びヒータ電力を算出するヒータ演算手段
   と，上記インピーダンス演算手段によって算出されたイ
   ンピーダンスの値がインピーダンス制御関数を満たすよ
   うに，上記ヒータ電圧を制御することによって上記ガス
   センサ素子の温度を制御するヒータ制御手段と，上記ヒ
   ータ抵抗と上記ヒータ電力との関係が，ヒータ制御関数
   を満たすように，上記インピーダンス制御関数を再設定
   するインピーダンス校正手段とを有していることを特徴
   とするガスセンサ素子の温度制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において，上記ガスセン
   サ素子の温度制御装置は，エンジンの排気ガスを測定す
   るガスセンサ素子の温度を制御するものであることを特
   徴とするガスセンサ素子の温度制御装置。
4. 【請求項４】 請求項２又は３において，上記インピー
   ダンス校正手段は，上記検出部において検出する被測定
   ガスの温度又は被測定ガスの流速の少なくともいずれか
   一方の変動が所定の範囲内にあるときに，上記インピー
   ダンス制御関数の再設定を行う時期を検出するインピー
   ダンス校正時期検出手段を有していることを特徴とする
   ガスセンサ素子の温度制御装置。
5. 【請求項５】 請求項２〜４のいずれか一項において，
   上記インピーダンス校正手段は，上記エンジンの回転数
   の変動が所定の範囲内にあるときに，上記インピーダン
   ス制御関数の再設定を行う時期を検出するインピーダン
   ス校正時期検出手段を有していることを特徴とするガス
   センサ素子の温度制御装置。
6. 【請求項６】 電気化学セルを備えた検出部と，通電に
   より発熱する発熱体を備えたヒータ部とを有するガスセ
   ンサ素子の温度を制御する方法において，上記ヒータ部
   におけるヒータ電圧及びヒータ電流を検出し，上記ヒー
   タ電圧と上記ヒータ電流とに基づいてヒータ抵抗及びヒ
   ータ電力を算出し，上記ヒータ抵抗と上記ヒータ電力と
   の関係が，ヒータ制御関数を満たすように，上記ヒータ
   電圧を制御することにより上記ガスセンサ素子の温度を
   制御することを特徴とするガスセンサ素子の温度制御方
   法。
7. 【請求項７】 電気化学セルを備えた検出部と，通電に
   より発熱する発熱体を備えたヒータ部とを有するガスセ
   ンサ素子の温度を制御する方法において，上記検出部に
   交流電圧を印加すると共に該検出部におけるセル電圧及
   びセル電流を検出し，上記セル電圧と上記セル電流とに
   基づいて上記検出部のインピーダンスを算出し，該イン
   ピーダンスの値がインピーダンス制御関数を満たすよう
   に，上記ヒータ電圧を制御することによって上記ガスセ
   ンサ素子の温度を制御するに当たり，上記ヒータ部にお
   けるヒータ電圧及びヒータ電流を検出し，上記ヒータ電
   圧と上記ヒータ電流とに基づいてヒータ抵抗及びヒータ
   電力を算出し，上記ヒータ抵抗と上記ヒータ電力との関
   係が，ヒータ制御関数を満たすように，上記インピーダ
   ンス制御関数を再設定することを特徴とするガスセンサ
   素子の温度制御方法。
8. 【請求項８】 請求項６又は７において，上記ガスセン
   サ素子の温度制御装置は，エンジンの排気ガスを測定す
   るガスセンサ素子の温度を制御することを特徴とするガ
   スセンサ素子の温度制御方法。
9. 【請求項９】 請求項７又は８において，上記インピー
   ダンス制御関数の再設定は，上記検出部において検出す
   る被測定ガスの温度又は被測定ガスの流速の少なくとも
   いずれか一方の変動が所定の範囲内にあるときに行うこ
   とを特徴とするガスセンサ素子の温度制御方法。
10. 【請求項１０】 請求項７〜９のいずれか一項におい
    て，上記インピーダンス制御関数の再設定は，上記エン
    ジンの回転数の変動が所定の範囲内にあるときに行うこ
    とを特徴とするガスセンサ素子の温度制御方法。