JP2004144504A - ガスセンサの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガス濃度の検出精度を向上することである。
【解決手段】被測定ガス中の特定成分のガス濃度に応じて変化するガスセンサ１の電流等からガス濃度を検出するとともに、ガスセンサ１の電流変化に伴う電圧変化に基づいてガスセンサ１の素子インピーダンスを検出するガスセンサの制御装置２に、素子インピーダンス検出期間には、ガス濃度検出信号を、素子インピーダンス検出期間に入る前のガス濃度検出信号にてホールドするホールド手段２５を具備せしめる。素子インピーダンス検出期間に前記電流変化により前記ガス濃度とは無関係にガスセンサ１の電流が変化しても、このときのガス濃度検出信号は使用されない。また、素子インピーダンス検出期間はごく短時間であり、その間にガス濃度が大きく変化することはない。これにより、検出精度が向上する。
【選択図】 図１
【解決手段】被測定ガス中の特定成分のガス濃度に応じて変化するガスセンサ１の電流等からガス濃度を検出するとともに、ガスセンサ１の電流変化に伴う電圧変化に基づいてガスセンサ１の素子インピーダンスを検出するガスセンサの制御装置２に、素子インピーダンス検出期間には、ガス濃度検出信号を、素子インピーダンス検出期間に入る前のガス濃度検出信号にてホールドするホールド手段２５を具備せしめる。素子インピーダンス検出期間に前記電流変化により前記ガス濃度とは無関係にガスセンサ１の電流が変化しても、このときのガス濃度検出信号は使用されない。また、素子インピーダンス検出期間はごく短時間であり、その間にガス濃度が大きく変化することはない。これにより、検出精度が向上する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスセンサの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスセンサは種々の分野に適用され、例えば、内燃機関の排気管に設けられて、気筒から排出される被測定ガスである排気ガス中の酸素濃度（Ａ／Ｆ）やＮＯｘ 、ＨＣ、ＣＯ等の特定成分のガス濃度の検出に用いられる。ガスセンサには、今日、酸素イオン導電性を有するジルコニア等の固体電解質体を有するものが一般的である。このものでは、固体電解質体により、被測定ガス中の特定成分のガス濃度に応じて電流または電圧が変化することをガス濃度の検出に利用しており、ガスセンサに付設される制御装置が、前記ガス濃度に応じたガス濃度検出信号を出力する。ガス濃度検出信号は、機関本体各部の制御に供される。
【０００３】
ガス濃度の検出精度はガスセンサの温度状態に依存し、固体電解質体を活性温度域の所定の温度に維持することが必要になる。ガスセンサの制御装置は、ガスセンサの素子インピーダンスとガスセンサの温度状態との相関を利用し、素子インピーダンスを検出して、加熱用のヒータの通電制御を行っている。
【０００４】
素子インピーダンスを検出する技術として、ガスセンサにおける変化電流と変化電圧とに基づいて素子インピーダンスを検出するものが開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２９２３６４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、素子インピーダンスの検出時にガスセンサにおいて電流または電圧の変化を伴うので、その影響を受けてガス濃度の検出精度が低下する。また、ノイズの重畳により素子インピーダンスが高精度に検出されなれば、ガスセンサを所定温度に安定化することができず、ガス濃度の検出精度が低下する。
【０００７】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、ガス濃度の検出精度のよいガスセンサの制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、固体電解質体により電流または電圧から被測定ガス中の特定成分のガス濃度を検出するガスセンサを制御し、前記ガスセンサの電流変化に伴う電圧変化に基づいて前記ガスセンサの素子インピーダンスを検出するガスセンサの制御装置であって、
ガス濃度検出信号をホールドするホールド手段を具備せしめ、
素子インピーダンスの検出時には、ガス濃度検出信号を、素子インピーダンスの検出実施前のガス濃度検出信号にてホールドするようにする。
【０００９】
素子インピーダンスの検出時には電流が変化せしめられて、特定成分のガス濃度とは無関係にガスセンサで電流または電圧が変化し、その間は、ガス濃度検出信号は真のガス濃度を表していない。本発明では、かかる素子インピーダンスの検出時のガスセンサの電流または電圧に応じたガス濃度検出信号は使用されずに、素子インピーダンスの検出時以前、例えば当該検出時の直前のガス濃度検出信号が使用される。素子インピーダンスの検出がなされている期間の長さは、ガス濃度の変化速度と比べれば比較的、短いから、素子インピーダンスの検出期間中、ガス濃度検出信号がホールドされていても、実際にその間にガス濃度が変化する量との差は比較的少ない。これにより、ガス濃度の検出精度を向上することができ、誤判定や誤った制御状態となることを防止することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明では、固体電解質体により電流または電圧から被測定ガス中の特定成分のガス濃度を検出するガスセンサを制御し、前記ガスセンサの電流変化に伴う電圧変化に基づいて前記ガスセンサの素子インピーダンスを検出するガスセンサの制御装置であって、
素子インピーダンスの検出時には、ガス濃度検出信号の使用を禁止とする禁止信号を出力するようにする。
【００１１】
素子インピーダンスの検出時には電流が変化せしめられて、特定成分のガス濃度とは無関係にガスセンサで電流または電圧が変化し、その間は、ガス濃度検出信号は真のガス濃度を表していない。本発明では、かかる素子インピーダンスの検出時のガスセンサの電流または電圧に基因したガス濃度検出信号は使用されない。これにより、ガス濃度の検出精度を向上することができ、誤判定や誤った制御状態となることを防止することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明では、固体電解質体により電流または電圧から被測定ガス中の特定成分のガス濃度を検出するガスセンサを制御し、前記ガスセンサの電流変化に伴う電圧変化に基づいて前記ガスセンサの素子インピーダンスを検出するガスセンサの制御装置であって、
ガス濃度検出信号をホールドするホールド手段を具備せしめ、
素子インピーダンスの検出時には、ガス濃度検出信号を、素子インピーダンスの検出実施前のガス濃度検出信号にてホールドするとともに、ガス濃度検出信号の使用を禁止とする禁止信号を出力するようにする。
【００１３】
素子インピーダンスの検出時には電流が変化せしめられて、特定成分のガス濃度とは無関係にガスセンサで電流または電圧が変化し、その間は、ガス濃度検出信号は真のガス濃度を表していない。本発明では、かかる素子インピーダンスの検出時のガスセンサの電流または電圧に応じたガス濃度検出信号は使用されない。
【００１４】
また、ガス濃度検出信号が入力する装置では、ローパスフィルタ等の応答遅延を生ずる手段にガス濃度検出信号を通過させてノイズ等の影響を排除することが望ましいが、この場合、ホールド手段によるガス濃度検出信号の保持状態が解除されて、ガス濃度検出信号が実際のガス濃度を十分に反映したものとなったときに、前記応答遅延に基因した検出誤差を含んだガス濃度検出信号が使用されることになると、十分に検出精度を向上することができない。本発明では、ホールド手段によるガス濃度検出信号の保持状態が解除された後でも禁止信号を出力状態とすることで、前記応答遅延に基因した検出誤差を含んだガス濃度検出信号が使用されることを回避することができる。これにより、ガス濃度の検出精度を向上することができる。
【００１５】
請求項４記載の発明では、固体電解質体により電流または電圧から被測定ガス中の特定成分のガス濃度を検出するガスセンサを制御し、前記ガスセンサの電流変化に伴う電圧変化に基づいて前記ガスセンサの素子インピーダンスを検出するガスセンサの制御装置であって、
検出された素子インピーダンスに対し、その変化量を制限する処理をする変化量制限手段を具備せしめる。
【００１６】
素子インピーダンスの検出時の前記電圧変化にノイズが重畳しても、検出された素子インピーダンスの変化量が制限されるので、大きな検出誤差を含む素子インピーダンスに基づいてヒータ等が制御されることを防止することができる。これにより、ガス濃度の検出精度を向上することができる。
【００１７】
請求項５記載の発明では、請求項４の発明の構成において、前記変化量の制限値を、所定の条件に基づき変更自在とする。
【００１８】
ガスセンサの状態によって、例えば、ガスセンサを固体電解質体の活性温度域に向けて昇温中か、所定温度に維持する状態かによって素子インピーダンスの変化量は異なるから、変化量の制限値を変更自在とすることで、さらに素子インピーダンスに基づくヒータ等の制御を適正化することができる。
【００１９】
請求項６記載の発明では、請求項４または５の発明の構成において、前記変化量制限した素子インピーダンスに対して高側の周波数成分を除去する処理をするローパスフィルタを具備せしめる。
【００２０】
前記電圧変化にノイズが重畳しても、高側の周波数成分が除去されて検出素子インピーダンスがなまされるので、さらに、ガス濃度の検出精度を向上することができる。ここで、予め検出素子インピーダンスの変化量が制限されることで、カットオフ周波数をあまり低くする必要がない。このため、応答性も十分確保することができる。
【００２１】
請求項７記載の発明では、固体電解質体により電流または電圧から被測定ガス中の特定成分のガス濃度を検出するガスセンサを制御し、前記ガスセンサの電流変化に伴う電圧変化に基づいて前記ガスセンサの素子インピーダンスを検出するガスセンサの制御装置であって、
検出された素子インピーダンスに対し、その高側の周波数成分を除去する処理をするローパスフィルタを具備せしめる。
【００２２】
前記電圧変化にノイズが重畳しても、高側の周波数成分が除去されて検出素子インピーダンスがなまされるので、大きさ検出誤差を含む素子インピーダンスに基づいてヒータ等が制御されることを防止することができる。これにより、ガス濃度の検出精度を向上することができる。
【００２３】
請求項８記載の発明では、請求項７の発明の構成において、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を、所定の条件に基づき変更自在とする。
【００２４】
ガスセンサの状態によって、例えば、ガスセンサを固体電解質体の活性温度域に向けて昇温中か、所定温度に維持する状態かによって必要ななまし量や応答性が異なるから、カットオフ周波数を変更自在とすることで、さらに素子インピーダンスに基づくヒータ等の制御を適正化することができる。
【００２５】
請求項９記載の発明では、固体電解質体により電流または電圧から被測定ガス中の特定成分のガス濃度を検出するガスセンサを制御し、前記ガスセンサの電流変化に伴う電圧変化に基づいて前記ガスセンサの素子インピーダンスを検出するガスセンサの制御装置であって、
検出された素子インピーダンスを平均化する平均化手段を具備せしめる。
【００２６】
前記電圧変化にノイズが重畳しても、平均化により、素子インピーダンスがなまされるので、大きな検出誤差を含むインピーダンスに基づいてヒータ等が制御されることを防止することができる。これにより、ガス濃度の検出精度を向上することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１、図２に本発明のガスセンサの制御装置を適用したガス濃度検出装置を示す。本実施形態は例えば自動車の内燃機関用に適用したものである。
【００２８】
ガスセンサ１は例えばエンジンから排出される排気ガスが流通する排気管に設けられ、車室等側に設けられたガスセンサ１の制御装置２と配線用のケーブルにより接続される。制御装置２から出力される信号に基づいて酸素濃度検出装置３が被測定ガスとしての排気ガス中の酸素濃度を検出し、その結果を出力する。
【００２９】
ガスセンサ１は、図２に示すように、ジルコニア等の酸素イオン導電性の固体電解質体である固体電解質層１１１，１１２、アルミナ等の絶縁材料からなる絶縁層１１３，１１４等が板厚方向に積層する積層構造を有し、面方向に細長の全体形状が与えられている。固体電解質層１１１，１１２で挟まれた絶縁層１１３は一部が板厚方向に打ち抜かれており、固体電解質層１１１，１１２の間にチャンバー１０１が形成される。
【００３０】
チャンバー１０１位置で固体電解質層１１１には、これを板厚方向に貫通するピンホール１０３が形成されており、ピンホール１０３を介して当該ガスセンサ１の周囲の排気ガスがチャンバー１０１内に導入される。
【００３１】
固体電解質層１１２を挟んでチャンバー１０１と反対側には固体電解質層１１２をダクト壁の一部とする大気ダクト１０２が形成されている。大気ダクト１０２はガスセンサ１の基端で大気に開放している。ガスセンサ１が内燃機関に適用される場合には、ガスセンサ１はこれを保持するホルダ部材等とともに排気管の管壁を貫通して設けられて、大気ダクト１０２は排気管外部と連通し、基準酸素濃度の空間となる。
【００３２】
チャンバー１０１位置で固体電解質層１１１の上下面には固体電解質層１１１を挟んで対向する１対の電極１２１，１２２が形成されており、固体電解質層１１１と電極１２１，１２２とでポンプセル１ａが構成される。チャンバー１０１および大気ダクト１０２位置で固体電解質層１１２の上下面には、固体電解質層１１２を挟んで対向する１対の電極１２３，１２４が形成されている。固体電解質層１１２と電極１２３，１２４とでモニタセル１ｂが構成される。
【００３３】
また、固体電解質層１１２とともに大気ダクト１０２のダクト壁をなす絶縁層１１５，１１６には、層間にＰｔ等の線パターンが形成されて、ガスセンサ１全体を加熱するヒータ１３としてある。ヒータ１３は通電によりジュール熱を発生する電気式のものである。
【００３４】
ポンプセル１ａの電極１２１，１２２間に電圧を印加するとチャンバー１０１内外間で、酸素イオンをキャリアとして電流が流れる。例えば、外部側の電極１２２側を正として電流を流すと、チャンバー１０１内の排気ガス中の酸素が、チャンバ１０１側の電極１２１で分解、イオン化して固体電解質層１１１を通りガスセンサ１外部へと汲み出される。電極１２１，１２２間に流れる電流Ｉｐ は酸素の汲み出し量に応じた値をとる。以下、適宜、電流Ｉｐ をポンプセル電流という。また、電極１２２を＋電極１２２といい、電極１２１を−電極１２１という。
【００３５】
また、モニタセル１ｂの電極１２３，１２４の間には、チャンバー１０１内と大気ダクト１０２内との間の酸素濃度の相違に応じて起電力が発生する。この起電力は、チャンバー１０１内が低濃度のとき、大気ダクト１０２側の電極１２４を正とする起電力である。以下、適宜、電極１２４を＋電極１２４といい、電極１２３を−電極１２３という。
【００３６】
制御装置２は、ポンプセル電流Ｉｐ を、前記モニタセル１ｂの起電力が規定値になるように調整するとともに、ヒータ１３の通電制御を行う。
【００３７】
ポンプセル１ａの＋電極１２２には、第１のオペアンプ２１２の出力端が接続され、オペアンプ２１２からポンプセル１ａに電流を供給するようになっている。ポンプセル１ａの−電極１２１は直列に接続された抵抗器２１３および抵抗器２１４を介してＰＩＤ回路２４の出力端と接続され、ポンプセル電流Ｉｐ が抵抗器２１３，２１４を介して流れる。
【００３８】
前記オペアンプ２１２の一方の入力端子には基準電圧源２１１から基準電圧Ｖ０ が入力し、他方の入力端子は、両抵抗器２１３，２１４の接続点Ｐに接続されている。オペアンプ２１２は、接続点Ｐにおいて基準電圧Ｖ０ が維持されるように、出力電流すなわちポンプセル電流Ｉｐ を流す。ポンプセル電流Ｉｐ は次式（１）により表される。式中、ＶＰＩＤ は、ＰＩＤ回路２４の出力電圧（以下、適宜、ＰＩＤ出力電圧という）であり、Ｒは抵抗器２１４の抵抗値である。
Ｉｐ ＝（Ｖ０ −ＶＰＩＤ ）／Ｒ・・・（１）
【００３９】
ＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ が高くなると、これが接続点Ｐの電位を上げる方向に作用してオペアンプ２１２が出力電流を下げる。これにより抵抗器２１４の電圧降下を下げ、接続点Ｐの電位を基準電圧Ｖ０ に向けて低下せしめる。逆に、ＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ が低くなると、前記とは逆方向の作用で、接続点Ｐの電位を基準電圧に向けて上昇せしめる。
【００４０】
ＰＩＤ回路２４はモニタセル１ｂの前記起電力に基づいてＰＩＤ制御を行うもので、このため、モニタセル１ｂが＋電極２１４側でサンプルホールド回路２２の入力端子と接続され、サンプルホールド回路２２の出力電圧が前記ＰＩＤ回路２４に入力せしめてある。
【００４１】
サンプルホールド回路２２は、スイッチ２２１、コンデンサ２２２およびオペアンプ２２３からなる。コンデンサ２２２は、スイッチ２２１を介して、モニタセル１ｂの＋電極２１４と接続されるとともに、第３の抵抗器２３２を介して定電圧電源２３１と接続されており、定電圧電源２３１から、＋電極２１４の電位（以下、適宜、モニタセル電位という）Ｖｍ に充電される。このコンデンサ２２２の出力電圧が入力する電圧フォロアのオペアンプ２２３の出力電圧が前記ＰＩＤ回路２４への入力電圧となる。
【００４２】
ＰＩＤ回路２４は、サンプルされたモニタセル電位Ｖｍ とその規定値との差分から比例項、積分項などを演算し、モニタセル電位Ｖｍ が前記規定値を保つように、ポンプセル電流Ｉｐ を決定するＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ を調整する。ポンプセル電流Ｉｐ はチャンバー１０１からの酸素の輸送量に比例するが、該輸送量は、ピンホール１０３を介して流入する酸素の量すなわち被測定ガス中の酸素濃度に比例する。すなわち、ポンプセル電流Ｉｐ は被測定ガス中の特定成分である酸素のガス濃度に応じて変化する電気的状態を示すパラメータである。そして、ＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ は酸素濃度の検出信号となる。
【００４３】
この出力電圧ＶＰＩＤ を入力としてサンプルホールド回路２５が設けてあり、出力電圧ＶＰＩＤ がサンプルホールド回路２５を介して酸素濃度検出装置３に入力するようになっている。酸素濃度検出装置３では、ＲＯＭに格納されたマップから対応する酸素濃度を検索し、この値を図示しないエンジン制御装置側へ出力する。サンプルホールド回路２５はインピーダンス検出制御装置２９のＳ／Ｈ制御信号発生部２９２から出力されるＳ／Ｈ制御信号によりサンプル状態とホールド状態とが切り換えられるようになっている。
【００４４】
また、サンプルホールド回路２２から出力されるモニタセル電位Ｖｍ と、サンプルホールド回路２２に入力する前のモニタセル電位Ｖｍ とを入力として、第３のオペアンプ２８が設けてある。オペアンプ２８の出力電圧はインピーダンス検出制御装置２９のヒータ制御部２９１に入力する。また、ヒータ制御部２９１にはオペアンプ２１２の出力も入力する。ヒータ制御部２９１では、これらの入力に基づいてヒータ１３の通電が制御される。制御は例えばＰＷＭ制御でなされる。
【００４５】
また、前記モニタセル１ｂの＋電極２１４には２つの定電流源２７１，２７２が接続されており、それぞれ、スイッチ２７３，２７４により、断接切換え可能である。２つの定電流源２７１，２７２は電流の方向が逆の電源で、第１の定電流源２７１はモニタセル１ｂの−電極１２３から＋電極１２４に向かう方向に電流を流し、第２の定電流源２７２はモニタセル１ｂの＋電極１２４から−極１２３に向かう方向に電流を流すようになっている。
【００４６】
前記インピーダンス検出制御装置２９は例えばマイクロコンピュータを中心に構成され、スイッチ２２１，２７３，２７４を切り換えることで、所定の周期Ｔ１ ごとにポンプセル１ａおよびモニタセル１ｂのインピーダンスを検出する。また、このとき、併せて、サンプルホールド回路２５のサンプル状態とホールド状態とを切り換える。図３はＳ／Ｈ制御信号の出力状態、スイッチ２２１，２７３，２７４の切り換え状態を含む各部の作動状態を示すタイミングチャートである。
【００４７】
インピーダンス検出期間Ｔ２ 以外の期間では、スイッチ２２１はオンでスイッチ２７３，２７４はオフであり、サンプルホールド回路２５はサンプル状態である。先ず、このときの作動について説明する。サンプルホールド回路２５がサンプル状態のため、ＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ がそのまま酸素濃度検出装置３の入力電圧となる。前記のごとく、被測定ガス中の酸素濃度に応じて、ＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ が変化し、第１オペアンプ２１２が、接続点Ｐの電位が基準電圧Ｖ０ に維持されるように出力電流Ｉｐ を流す。
【００４８】
酸素濃度検出装置３は、マップから出力電圧ＶＰＩＤ に対応する酸素濃度を検索し、この検索値を図示しないエンジン制御装置側へ出力する。
【００４９】
次に素子インピーダンス検出期間Ｔ２ について説明する。なお、素子インピーダンス検出期間Ｔ２ はスイッチ２２１をオフに、スイッチ２７３をオンに切り換えることで開始されるが、Ｓ／Ｈ制御信号を「ホールド」側に切り換えるタイミングはスイッチ２２１等のスイッチ切り換えに先立ちなされる。さて、素子インピーダンス検出期間Ｔ２ においては、先ず、Ｓ／Ｈ制御信号を「ホールド」側に切り換え、サンプルホールド回路２５がホールド状態に切り換わった状態で、サンプルホールド回路２２のスイッチ２２１をオフに切り換える。これらのホールド状態およびオフ状態は素子インピーダンス検出期間Ｔ２ 中、継続する。
【００５０】
これにより、酸素濃度検出装置３は、これに入力する酸素濃度検出信号としてのＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ が素子インピーダンス検出期間Ｔ２ に入る直前の値に保持される。なお、ＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ が素子インピーダンス検出期間Ｔ２ に入る直前の値に確実に保持されるように、サンプルホールド回路２５の応答時間を考慮して、Ｓ／Ｈ制御信号の「ホールド」側への切り換え時期を設定する。サンプルホールド回路２２は素子インピーダンス検出期間Ｔ２ に入る直前のモニタセル電位Ｖｍ を保持する。
【００５１】
次いで、スイッチ２７３を、期間Ｔ３ の間、「オン」にして試験電流Ｉ０（−）をモニタセル１ｂに流す。この試験電流Ｉ０（−）の極性はモニタセル１ｂの起電力と逆極性であるから、モニタセル１ｂの素子インピーダンスに応じた電圧降下の分、モニタセル１ｂの電極１２３，１２４間電圧が、低下する方向にΔＶｍ 変化する。以下、ΔＶｍ を変化電圧ΔＶｍ という。
【００５２】
第３オペアンプ２８の２つの入力は、この変化電圧ΔＶｍ を伴うモニタセル電位Ｖｍ 、および、変化する直前のモニタセル電位Ｖｍ であり、前記変化電圧ΔＶｍ が第３オペアンプ２８の出力電圧として現れ、インピーダンス検出制御装置２９のヒータ制御部２９１に取り込まれる。この変化電圧ΔＶｍ は、モニタセル１ｂに流れる電流をＩ０（−）だけ変化させたときの、モニタセル１ｂにおける電圧降下の変化であるから、ΔＶｍ ／Ｉ０（−）より、モニタセル１ｂの前記素子インピーダンスが得られる。
【００５３】
一方、第１オペアンプ２１２は、接続点Ｐの電位が一定となるように、すなわち、試験電流Ｉ０（−）を相殺するようにポンプセル１ａを介して抵抗器２１４を流れる電流を増減することになる。すると、ポンプセル１ａの素子インピーダンスに応じた電圧降下の変化の分、ポンプセル１ａの＋電極１２２の電位（以下、ポンプセル電位という）Ｖｐ が変化する。すなわち、オペアンプ２１２の出力電圧が変化する。この変化電圧ΔＶｐ は、インピーダンス検出制御装置２９のヒータ制御部２９１に取り込まれる。変化電圧ΔＶｐ は、ポンプセル１ａに流れる電流をＩ０（−）だけ変化させた時の、前記電圧降下の変化であるから、ポンプセル１ａのインピーダンスの検出信号となる。
【００５４】
ヒータ制御部２９１は、変化電圧ΔＶｍ 、変化電圧ΔＶｐ に基づいて、ヒータ１３の通電量、例えば駆動デューティを調整する。なお、変化電圧ΔＶｍ 、変化電圧ΔＶｐ のうち、いずれか一方のみで通電制御を行っても勿論よい。ポンプセル１ａ、モニタセル１ｂは一体構造であり、いずれも、ガスセンサ１を代表する温度状態を示すからである。
【００５５】
なお、試験電流Ｉ０（−）の供給はモニタセル１ａの酸素ポンピング作用を伴い、チャンバー１０１内の酸素濃度を変化せしめる方向に作用するが、前記のごとく前記試験電流Ｉ０（−）を相殺する電流がポンプセル１ａにも流れるから、これにより、チャンバー１０１内の酸素濃度の変化を相殺する。
【００５６】
前記期間Ｔ３ に続いて、期間Ｔ４ の間、スイッチ２７３をオフするとともに、スイッチ２７４をオンし、それまでの試験電流Ｉ０（−）とは逆方向の試験電流Ｉ０（＋）に切り換える。これにより、モニタセル電位Ｖｍ はそれまでとは逆方向に変化する。これは、試験電流Ｉ０（−）に基因したモニタセル１ｂの固体電解質層１１１における配向現象により起電力が影響を受けている状態から、チャンバー１０１と大気ダクト１０２との酸素濃度差に応じた適正な起電力を生成するまでの時間を短縮するためである。
【００５７】
そして、期間Ｔ４ の後、スイッチ２７４を「オフ」にするとともに、再びスイッチ２２１を「オフ」とする。そして、所定のインターバルＴ５ 後に、スイッチ２２１を「オン」に切り換えるとともに、サンプルホールド回路２５をサンプル状態に切り換える。これにより、最初の状態に復する。以下、以上の制御がくり返される。
【００５８】
このように、所定周期で素子インピーダンス検出期間Ｔ２ を設けることで、ガスセンサ１が適正な温度に維持された状態で酸素濃度が検出される。
【００５９】
また、素子インピーダンス検出期間Ｔ２ 中は、試験電流Ｉ０（−），Ｉ０（＋）の供給の影響で、モニタセル電位Ｖｍ はチャンバー１０１内の酸素濃度を反映していない。また、ホールドされたモニタセル電位Ｖｍ に基づくＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ が出力されていくことになるが、経過時間に応じて積分項が増大していくから、ＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ は素子インピーダンス検出期間Ｔ２ に入る直前の酸素濃度に応じたＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ からどんどん離れていくことになる。
【００６０】
本制御装置２では、酸素濃度検出装置３には、素子インピーダンス検出期間Ｔ２ に入る直前の酸素濃度に応じたＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ を出力することになるから、異常なデータにより酸素濃度値を誤ることを防止することができる。ここで、素子インピーダンス検出期間Ｔ２ の実質的な長さは、試験電流Ｉ０（−）を供給している期間Ｔ３ であるが、これは変化電圧Ｖｍ ，Ｖｐ の応答時間や、インピーダンス検出制御装置２９でのサンプリング時間を考慮しても数十〜数百μｓｅｃ程度で十分であり、排気ガス中の酸素濃度の変化速度と比べればごく短い。したがって、素子インピーダンスの検出期間Ｔ２ 中、ガス濃度信号がホールドされていても、実際にその間に変化するガス濃度の変化量はごく僅かである。これにより、ガス濃度の検出精度を向上することができる。
【００６１】
（第２実施形態）
図４に本実施形態になるガスセンサの制御装置の構成を示す。本ガスセンサの制御装置は、基本的な構成は、第１実施形態と同じであり、第１実施形態と実質的に同じ作動をする部分には同じ番号を付して第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００６２】
本ガスセンサの制御装置２Ａは、酸素濃度検出信号としてのＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ が直接に酸素濃度検出装置３Ａに入力している。酸素濃度検出装置３Ａは基本的には第１実施形態の酸素濃度検出装置と同一の構成であるが、相違点としては、インピーダンス検出制御装置２９Ａの禁止信号発生部２９２から禁止信号が入力している点である。酸素濃度検出装置３Ａでは、禁止信号の入力期間中のＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ の使用が禁止される。インピーダンス検出制御装置２９Ａもまた、Ｓ／Ｈ制御信号発生部に代えて禁止信号発生部２９３が設けられている点を除き、基本的に第１実施形態のインピーダンス検出制御装置と同じ構成を有する。
【００６３】
図５は禁止信号の出力状態、スイッチ２２１，２７３，２７４の切り換え状態等、各部の作動状態を示すタイミングチャートである。禁止信号は、第１実施形態のＳ／Ｈ制御信号と同様に、応答時間等を考慮して、スイッチ２２１がオフするに先立ち、出力される。
【００６４】
素子インピーダンスの検出時には電流が変化せしめられて、酸素濃度とは無関係にモニタセル電位Ｖｍ が変化し、その間は、ＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ は真の酸素濃度を表していない。本実施形態では、かかる真の酸素濃度を表していないＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ は酸素濃度検出装置３Ａで使用されない。これにより、誤判定や誤った制御状態となることを防止することができる。
【００６５】
（第３実施形態）
図６に本実施形態になるガスセンサの制御装置の構成を示す。本ガスセンサの制御装置は、基本的な構成は、第１実施形態と同じであり、第１実施形態と実質的に同じ作動をする部分には同じ番号を付して第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００６６】
本ガスセンサの制御装置２Ｂは、インピーダンス検出制御装置２９Ｂが、Ｓ／Ｈ制御信号発生部２９２からサンプルホールド回路２５にＳ／Ｈ制御信号を出力するとともに、禁止信号発生部２９３からは禁止信号が入力せしめてある。Ｓ／Ｈ制御信号および禁止信号は、第１、第２実施形態と同様に、サンプルホールド回路２５のサンプル状態およびホールド状態の切り換え、およびＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ の使用の許可および禁止の切り換えがなされる。
【００６７】
図７はＳ／Ｈ制御信号、禁止信号の出力状態、スイッチ２２１，２７３，２７４の切り換え状態等、各部の作動状態を示すタイミングチャートである。
【００６８】
禁止信号は、Ｓ／Ｈ制御信号が「サンプル」側に切り換わっても、これに対して所定の待ち時間の後、解除される。
【００６９】
本実施形態の特徴を図８のタイミングチャートにより説明する。前半が酸素濃度が上昇するときのもので、後半が酸素濃度が下降するときのものである。本実施形態であればＳ／Ｈ制御信号、禁止信号とも図例のごとく出力され（本発明という）、第１実施形態であればＳ／Ｈ制御信号のみが出力される（比較例という）。ところで、酸素濃度検出装置がサンプルホールド回路２５出力に基づいて酸素濃度を検出する場合、サンプルホールド回路２５出力に対し、ローパスフィルタを通過させて、そのなまし効果により、ノイズ成分の除去を図るのが望ましいが、酸素濃度検出装置にかかるローパスフィルタを備えているものとして説明する。以下の説明においてローパスフィルタを通過させた後のサンプルホールド回路２５出力をＬＰＦ出力という。なお、酸素濃度検出装置の、サンプルホールド回路２５出力の入力回路の回路構成によって応答に遅延が生じる場合にも以下に説明する作用と同様の作用を発揮する。
【００７０】
本発明、比較例のいずれもインピーダンス検出期間になると、サンプルホールド回路２５がサンプル状態になることでサンプルホールド回路２５出力は一定値を保持する。図中、破線は、インピーダンス検出がなされず、サンプルホールド回路２５がサンプル状態であったとしたときのサンプルホールド回路２５出力である。そしてＳ／Ｈ制御信号がサンプル状態側に切り換わると、ＬＰＦ出力はその時定数で規定される速度で漸次、破線の値に収束していく。破線の値との差は酸素濃度の検出誤差となる。したがって、サンプルホールド回路２５がサンプル状態に復した直後は、比較例では真値とは異なる酸素濃度検出信号が使用されることになる。これに対して、本発明では、禁止信号がＳ／Ｈ制御信号がサンプル状態側に切り換わり後、前記待ち時間だけ遅れて許可側に切り換わるから、真値とは異なる酸素濃度検出信号が使用されるのを回避することができる。ここで、待ち時間は、前記ローパスフィルタの時定数に応じて、したがってカットオフ周波数に応じて設定すればよい。カットオフ周波数が低いほど待ち時間を長くとることになる。
【００７１】
なお、第１〜第３実施形態ではＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ が酸素濃度検出信号として酸素濃度検出装置３，３Ａに入力しているが、第１オペアンプ２１２の出力電圧を酸素濃度の検出信号としてもよい。これを図９に示す。図例のものは、基本構成は第１実施形態のものであり、酸素濃度検出装置３Ｃは、サンプルホールド回路２５を介して入力する第１オペアンプ２１２の出力電圧に基づいて酸素濃度を検索することになる。
【００７２】
（第４実施形態）
本実施形態は第１〜第３実施形態において素子インピーダンスの検出精度を高めて、さらにヒータ通電の適正化を図ったものである。本ガスセンサの制御装置は基本的な構成は、第１〜第３実施形態と同じである。なお、符号は説明の便宜のため、第１実施形態のものを用いるものとする。
【００７３】
図１０にインピーダンス制御装置２９で実行される演算処理のフローを示す。ステップＳ１０１では、前記のごとく、素子インピーダンスの検出が実行され、ステップＳ１０２で、ガスセンサ１が昇温中か否かを判定する。これは、ガスセンサ１を活性温度域まで加熱する制御期間であれば、肯定判断され、当該期間が終了していれば、否定判断される。肯定判断されるとステップＳ１０３に進み、否定判断されると、ステップＳ１０４に進む。
【００７４】
ステップＳ１０３では、変化量制限値ΔＺをΔＺ０ に設定し、ステップＳ１０４では、変化量制限値ΔＺをΔＺ０ よりも小さなΔＺ１ に設定する。
【００７５】
ステップＳ１０５では、ステップＳ１０１で得られた素子インピーダンスＺと前回検出素子インピーダンスとの差が変化量制限値ΔＺよりも小さいか否かを判定する。肯定判断されるとエンドに抜ける。否定判断されると、ステップＳ１０６に進む。
【００７６】
ステップＳ１０６は変化量制限手段としての処理であり、素子インピーダンスＺを、前回検出素子インピーダンス±ΔＺに置き換える。今回検出素子インピーダンスが前回検出素子インピーダンスよりも大きければ（前回検出素子インピーダンス＋ΔＺ）であり、小さければ（前回検出素子インピーダンス−ΔＺ）である。これにより、検出素子インピーダンスの変化量が±ΔＺの範囲に抑えられることになる。
【００７７】
モニタセル変化電圧ΔＶｍ 、ポンプセル変化電圧ΔＶｐ 、試験電流Ｉ０（−）へのノイズの重畳などにより素子インピーダンスの算出値が大きく変化しても、変化量が制限されることで、真値と大きく異なる検出素子インピーダンスに基づいてヒータ１３の通電制御がなされるのが回避され、ガスセンサ１の温度がハンチングなど、異常な挙動をとることを防止することができる。これにより、酸素濃度の検出精度が向上する。
【００７８】
また、ヒータ昇温以後には制限量をそれまでよりも小さな値に変えることで、ガスセンサ１の温度の収束性を高め、温度変動をより適切に防止することができる。しかも、ヒータ昇温時にはある程度大きな変化を許容することで、速やかに活性温度域まで昇温せしめることができる。
【００７９】
なお、本実施形態では、素子インピーダンスの変化量の制限値を、所定の条件に基づき変更自在としているが、要求される仕様によっては必ずしもこれに限定されるものではなく、制限値を固定として制御負担を減じるのもよい。
【００８０】
（第５実施形態）
第４実施形態では素子インピーダンスの変化量を制限することで、ヒータの通電制御を適正化したが、本実施形態では別の手段を用いてヒータ通電の適正化を図ったものである。本ガスセンサの制御装置は基本的な構成は、第１〜第３実施形態と同じである。なお、符号は説明の便宜のため、第１実施形態のものを用いるものとする。
【００８１】
図１１にインピーダンス検出制御装置２９で実行される演算処理のフローを示す。ステップＳ２０１では、前記のごとく、素子インピーダンスの検出が実行され、次いで、ステップＳ２０２で、前記ステップＳ１０２と同様にガスセンサ１が昇温中か否かを判定する。肯定判断されるとステップＳ２０３に進み、否定判断されると、ステップＳ２０４に進む。
【００８２】
ステップＳ２０３では、後述するステップＳ２０５のローパスフィルタ処理（ＬＰＦ）のカットオフ周波数ｆｃ をｆｃ０に設定し、ステップＳ２０４では、カットオフ周波数ｆｃ をｆｃ０よりも低いｆｃ１に設定する。
【００８３】
ステップＳ２０５では、ステップＳ２０１で得られた素子インピーダンスＺについてＬＰＦ処理を実行して、素子インピーダンスＺを処理後の素子インピーダンスＺに置き換える。このＬＰＦ処理におけるカットオフ周波数ｆｃ はステップＳ２０３若しくはステップＳ２０４で設定された値が用いられる。
【００８４】
モニタセル変化電圧ΔＶｍ 、ポンプセル変化電圧ΔＶｐ 、試験電流Ｉ０（−）へのノイズの重畳などにより、ステップＳ２０１で得られた素子インピーダンスＺに急激な変化を含んでいても、ＬＰＦ処理を実行することで、真値と大きく異なる検出素子インピーダンスに基づいてヒータ１３の通電制御がなされるのが回避され、ガスセンサ１の温度がハンチングなど、異常な挙動をとることを防止することができる。これにより、酸素濃度の検出精度が向上する。
【００８５】
また、ヒータ昇温以後にはカットオフ周波数ｆｃ をそれまでよりも低い値に変えることで、ハンチングを回避してガスセンサ１の温度の収束性を高め、温度変動をより適切に防止することができる。しかも、ヒータ昇温時にはカットオフ周波数ｆｃ をある程度高くすることで、速やかに昇温せしめることができる。
【００８６】
なお、本実施形態では、ＬＰＦのカットオフ周波数を、所定の条件に基づき変更自在としているが、要求される仕様によっては必ずしもこれに限定されるものではなく、カットオフ周波数を固定として制御負担を減じるのもよい。
【００８７】
（第６実施形態）
本実施形態は実質的に第４実施形態と第５実施形態とを組み合わせて、さらにヒータ通電の適正化を図ったものである。
【００８８】
図１２にインピーダンス検出制御装置２９で実行される演算処理のフローを示す。ステップＳ１０１〜Ｓ１０６では、前記のごとく、素子インピーダンスの検出が実行され、検出素子インピーダンスの変化量が±ΔＺの範囲に抑えられる。
【００８９】
そして、続くステップＳ１０７で、前記ステップＳ２０５と同様に、ステップＳ２０１で得られた素子インピーダンスＺについてＬＰＦ演算処理を実行して、素子インピーダンスＺを処理後の素子インピーダンスＺに置き換える。このＬＰＦ演算処理におけるカットオフ周波数ｆｃ は固定である。
【００９０】
これにより、真値と大きく異なる検出素子インピーダンスに基づいてヒータ１３の通電制御がなされるのが、単に検出素子インピーダンスにＬＰＦ処理を行うものに比してより回避される。
【００９１】
しかも、ＬＰＦ処理に先立ち変化量制限がなされるので（ステップＳ１０６）、ＬＰＦ処理がさらに効果的であり、カットオフ周波数ｆｃ をさほど低くする必要がないので、応答性を向上することができる。
【００９２】
なお、本実施形態では、素子インピーダンスの変化量の制限値を、所定の条件に基づき変更自在としているが、要求される仕様によっては必ずしもこれに限定されるものではなく、制限値を固定として制御負担を減じるのもよい。また、カットオフ周波数ｆｃ を固定とするのではなく、第３実施形態のように、所定の条件に基づき変更自在とするのもよい。
【００９３】
（第７実施形態）
第４〜第６実施形態では素子インピーダンスの変化量の制限やＬＰＦ処理により、ヒータの通電制御を適正化したが、本実施形態では別の手段を用いてヒータ通電の適正化を図ったものである。
【００９４】
図１３にインピーダンス検出制御装置２９で実行される演算処理のフローを示す。ステップＳ３０１では、前記のごとく、素子インピーダンスの検出が実行される。
【００９５】
ステップＳ３０２〜Ｓ３０４は平均化処理手段としての処理で、ステップＳ３０２で、今回検出された素子インピーダンスＺと、（ｎ−１）回前までの素子インピーダンスとのｎ個の素子インピーダンスを平均する（移動平均）。（ｎ−１）回前までの素子インピーダンスは所定のバッファに格納されている。
【００９６】
続くステップＳ３０３では、前記バッファから（ｎ−１）回前の素子インピーダンスを消去し、代わりに、今回検出された素子インピーダンスを記憶する。ステップＳ３０４では、平均化された値を素子インピーダンスに置き換える。
【００９７】
これにより、真値と大きく異なる検出素子インピーダンスに基づいてヒータ１３の通電制御がなされるのが回避され、ガスセンサ１の温度がハンチングなど、異常な挙動をとることを防止することができる。また、ハンチングを回避してガスセンサ１の温度の収束性を高め、温度変動を適切に防止することができる。
【００９８】
また、インピーダンスとその逆数であるアドミタンスとは実質的に等価な量であり、ガスセンサにおける電流変化に伴う電圧変化を検出してアドミタンスを検出し、ヒータ１３の通電制御をアドミタンスに基づいて行う構成としてもよく、このものにおいても、前記各実施形態の特徴部分を適用することができる。
【００９９】
なお、センサ構造は図例のものに限られない。図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は本発明を適用し得るガスセンサの一例を示すもので、このガスセンサ１Ａは、ジルコニア等の固体電解質体である固体電解質層１５１，１５２，１５３、多孔質アルミナ等の絶縁材料からなる多孔質拡散層１５４が板厚方向に積層する積層構造を有し、面方向に細長の全体形状が与えられている。
【０１００】
多孔質拡散層１５４は固体電解質層１５１，１５２により挟まれており、これらをチャンバー壁としてチャンバー１４１が形成される。チャンバー１４１を囲む多孔質拡散層１５４から外部を流れる被測定ガスがチャンバー１４１内に導入される。
【０１０１】
チャンバー１４１位置で固体電解質層１５１の上下面には固体電解質層１５１を挟んで対向する１対の電極１６１，１６２が形成されており、固体電解質層１５１と電極１６１，１６２とでポンプセル１ｃが構成される。
【０１０２】
また、チャンバー１４１位置で固体電解質層１５２の上下面には固体電解質層１５２を挟んで対向する１対の電極１６３，１６４が形成されており、固体電解質層１５２と電極１６３，１６４とでモニタセル１ｄが構成される。電極１６４は固体電解質層１５２と固体電解質層１５３との層間に形成される。
【０１０３】
固体電解質層１５２の、チャンバー１４１側の面には、前記モニタセル１ｄの電極１６３とともに、電極１６５，１６６が形成してある。固体電解質層１５２と電極１６５，１６６とでセンサセル１ｅを構成する。電極１６５，１６６のうち、電極１６５は触媒活性を有し、ここでＨＣ等の可燃性ガスが酸化される。一方、電極１６６は触媒不活性である。
【０１０４】
また、Ｐｔ等の線パターンにより形成されたヒータ１３が埋設されたヒータユニット１ｆが、センサ本体１４に接合されており、ヒータ１３に通電することでセンサ本体１４を加熱するようになっている。
【０１０５】
さて、本ガスセンサ１Ａが適用される場合には、その制御装置は、ポンプセル１ｃに、電極１６２側から電流を供給し、チャンバー１４１内の酸素を外部に汲み出す。そして、供給電流を、モニタセルの起電力が一定となるように調整する。これにより、チャンバー１４１内を、酸素が希薄で酸素濃度が一定の状態にする。
【０１０６】
そして、前記センサセル１ｅの電極１６５，１６６は、同じチャンバー１４１の同じ雰囲気中に曝されていても、電極１６５は前記のごとく触媒活性を有するから、そのチャンバー１４１内に臨む表面では可燃性ガスの酸化に供する酸素の消費量が多く、電極１６５側では電極１６６側よりも、可燃性ガスの量に応じて酸素濃度が低くなる。したがって、電極１６５，１６６間に起電力が発生する。この起電力は、被測定ガス中の特定成分である可燃性ガスの濃度に応じて変化し、可燃性ガスの濃度検出信号ともなる。
【０１０７】
かかるガスセンサ１Ａのポンプセル１ｄ、モニタセル１ｅに対し、前記各実施形態の回路構成をとって、供給電流を変化させてこれに応じた電圧変化を検出することで素子インピーダンスを得、これに基づいてヒータ１７の通電制御を行うことができる。したがって、前記各実施形態のごとく、素子インピーダンスの検出中はセンサセル１ｅからの可燃性ガス濃度の検出信号を素子インピーダンス検出期間の直前の値にホールドして、可燃性ガス濃度の検出用の装置に出力するのを禁止する等で、ガス濃度の検出精度を向上することができる。
【０１０８】
また、検出された素子インピーダンスに対し、変化量制限やＬＰＦ処理、移動平均処理を実行することで、ヒータ１３を適正に制御することができる。
【０１０９】
あるいは、図１５に示すガスセンサにも適用することができる。ガスセンサ１Ｂは、ジルコニア等の酸素イオン導電性の固体電解質体である固体電解質層１８１、緻密でガスシール性のアルミナ等のガス遮蔽層１８２、多孔質アルミナ等の多孔質拡散層１８３、アルミナ等の絶縁層１８４等が板厚方向に積層する積層構造を有し、面方向に細長の全体形状が与えられている。絶縁層１８４には固体電解質層１８１との対向面に溝１８４ａが形成され、固体電解質層１８１と絶縁層１８４との間にチャンバー１７１が形成される。チャンバー１７１内には、ガス遮蔽層１８２および多孔質拡散層１８３を介して当該ガスセンサ１Ｂの周囲の排気ガスがチャンバー１７１内に導入される。
【０１１０】
チャンバー１７１位置で固体電解質層１８１の上下面には固体電解質層１８１を挟んで対向する１対の電極１９１，１９２が形成されており、固体電解質層１８１と電極１９１，１９２とでポンプセル１ｇが構成される。
【０１１１】
絶縁層１８４を挟んでチャンバー１７１とは反対側には、絶縁層１８４とヒータ基板１８５との層間にヒータ１３が形成される。
【０１１２】
電極１９１，１９２間に、電極１９２側を正として電圧を印加することで、チャンバー１７１内の酸素を外部に汲み出し、電極１９１，１９２間に限界電流域の電流を流す。この限界電流は、被測定ガス中の酸素濃度に応じて変化し、酸素濃度の検出信号となる。
【０１１３】
かかるガスセンサ１Ｂにおいても、ポンプセル１ｇへの供給電流を変化させてこれに応じた電極１９１，１９２間の変化電圧を検出することで素子インピーダンスを得、これに基づいてヒータ１３の通電制御を行うことができる。したがって、前記各実施形態のごとく、素子インピーダンスの検出期間中はガス濃度の検出信号をサンプルするのを禁止して、素子インピーダンス検出期間の直前の値にホールドする等で、ガス濃度の検出精度を向上することができる。また、検出された素子インピーダンスに対し、変化量制限やＬＰＦ処理、平均化処理を実行することで、ヒータ１３を適正に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１のガスセンサの制御装置の構成図である。
【図２】前記ガスセンサの要部断面図である。
【図３】前記ガスセンサの制御装置の作動を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第２のガスセンサの制御装置の構成図である。
【図５】前記ガスセンサの制御装置の作動を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第３のガスセンサの制御装置の構成図である。
【図７】前記ガスセンサの制御装置の作動を示すタイミングチャートである。
【図８】前記ガスセンサの制御装置の作動を示す別のタイミングチャートである。
【図９】本発明の第１のガスセンサの制御装置の変形例の構成図である。
【図１０】本発明の第４のガスセンサの制御装置で実行される処理内容を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第５のガスセンサの制御装置で実行される処理内容を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第６のガスセンサの制御装置で実行される処理内容を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第７のガスセンサの制御装置で実行される処理内容を示すフローチャートである。
【図１４】（Ａ）は前記ガスセンサの変形例の断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＸＩＶＢ−ＸＩＶＢ線に沿う断面図である。
【図１５】前記ガスセンサの別の変形例の断面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ ガスセンサ
１ａ，１ｃ，１ｇ ポンプセル
１ｂ，１ｄ モニタセル
１ｅ センサセル
１３ ヒータ
１０１，１４１，１７１ チャンバー
１１１，１１２，１５１，１５２，１５３，１８１ 固体電解質層（固体電解質体）
１２１，１２２，１２３，１２４，１６１，１６２，１６３，１６４，１６５，１６６，１９１，１９２ 電極
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 制御装置
２５ サンプルホールド回路（ホールド手段）
２７１，２７２ 定電流源
２７３，２７４ スイッチ
２８ オペアンプ
２９，２９Ａ，２９Ｂ インピーダンス検出制御装置（変化量制限手段、ローパスフィルタ、平均化手段）
３，３Ａ，３Ｃ 酸素濃度検出装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスセンサの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスセンサは種々の分野に適用され、例えば、内燃機関の排気管に設けられて、気筒から排出される被測定ガスである排気ガス中の酸素濃度（Ａ／Ｆ）やＮＯｘ 、ＨＣ、ＣＯ等の特定成分のガス濃度の検出に用いられる。ガスセンサには、今日、酸素イオン導電性を有するジルコニア等の固体電解質体を有するものが一般的である。このものでは、固体電解質体により、被測定ガス中の特定成分のガス濃度に応じて電流または電圧が変化することをガス濃度の検出に利用しており、ガスセンサに付設される制御装置が、前記ガス濃度に応じたガス濃度検出信号を出力する。ガス濃度検出信号は、機関本体各部の制御に供される。
【０００３】
ガス濃度の検出精度はガスセンサの温度状態に依存し、固体電解質体を活性温度域の所定の温度に維持することが必要になる。ガスセンサの制御装置は、ガスセンサの素子インピーダンスとガスセンサの温度状態との相関を利用し、素子インピーダンスを検出して、加熱用のヒータの通電制御を行っている。
【０００４】
素子インピーダンスを検出する技術として、ガスセンサにおける変化電流と変化電圧とに基づいて素子インピーダンスを検出するものが開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２９２３６４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、素子インピーダンスの検出時にガスセンサにおいて電流または電圧の変化を伴うので、その影響を受けてガス濃度の検出精度が低下する。また、ノイズの重畳により素子インピーダンスが高精度に検出されなれば、ガスセンサを所定温度に安定化することができず、ガス濃度の検出精度が低下する。
【０００７】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、ガス濃度の検出精度のよいガスセンサの制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、固体電解質体により電流または電圧から被測定ガス中の特定成分のガス濃度を検出するガスセンサを制御し、前記ガスセンサの電流変化に伴う電圧変化に基づいて前記ガスセンサの素子インピーダンスを検出するガスセンサの制御装置であって、
ガス濃度検出信号をホールドするホールド手段を具備せしめ、
素子インピーダンスの検出時には、ガス濃度検出信号を、素子インピーダンスの検出実施前のガス濃度検出信号にてホールドするようにする。
【０００９】
素子インピーダンスの検出時には電流が変化せしめられて、特定成分のガス濃度とは無関係にガスセンサで電流または電圧が変化し、その間は、ガス濃度検出信号は真のガス濃度を表していない。本発明では、かかる素子インピーダンスの検出時のガスセンサの電流または電圧に応じたガス濃度検出信号は使用されずに、素子インピーダンスの検出時以前、例えば当該検出時の直前のガス濃度検出信号が使用される。素子インピーダンスの検出がなされている期間の長さは、ガス濃度の変化速度と比べれば比較的、短いから、素子インピーダンスの検出期間中、ガス濃度検出信号がホールドされていても、実際にその間にガス濃度が変化する量との差は比較的少ない。これにより、ガス濃度の検出精度を向上することができ、誤判定や誤った制御状態となることを防止することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明では、固体電解質体により電流または電圧から被測定ガス中の特定成分のガス濃度を検出するガスセンサを制御し、前記ガスセンサの電流変化に伴う電圧変化に基づいて前記ガスセンサの素子インピーダンスを検出するガスセンサの制御装置であって、
素子インピーダンスの検出時には、ガス濃度検出信号の使用を禁止とする禁止信号を出力するようにする。
【００１１】
素子インピーダンスの検出時には電流が変化せしめられて、特定成分のガス濃度とは無関係にガスセンサで電流または電圧が変化し、その間は、ガス濃度検出信号は真のガス濃度を表していない。本発明では、かかる素子インピーダンスの検出時のガスセンサの電流または電圧に基因したガス濃度検出信号は使用されない。これにより、ガス濃度の検出精度を向上することができ、誤判定や誤った制御状態となることを防止することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明では、固体電解質体により電流または電圧から被測定ガス中の特定成分のガス濃度を検出するガスセンサを制御し、前記ガスセンサの電流変化に伴う電圧変化に基づいて前記ガスセンサの素子インピーダンスを検出するガスセンサの制御装置であって、
ガス濃度検出信号をホールドするホールド手段を具備せしめ、
素子インピーダンスの検出時には、ガス濃度検出信号を、素子インピーダンスの検出実施前のガス濃度検出信号にてホールドするとともに、ガス濃度検出信号の使用を禁止とする禁止信号を出力するようにする。
【００１３】
素子インピーダンスの検出時には電流が変化せしめられて、特定成分のガス濃度とは無関係にガスセンサで電流または電圧が変化し、その間は、ガス濃度検出信号は真のガス濃度を表していない。本発明では、かかる素子インピーダンスの検出時のガスセンサの電流または電圧に応じたガス濃度検出信号は使用されない。
【００１４】
また、ガス濃度検出信号が入力する装置では、ローパスフィルタ等の応答遅延を生ずる手段にガス濃度検出信号を通過させてノイズ等の影響を排除することが望ましいが、この場合、ホールド手段によるガス濃度検出信号の保持状態が解除されて、ガス濃度検出信号が実際のガス濃度を十分に反映したものとなったときに、前記応答遅延に基因した検出誤差を含んだガス濃度検出信号が使用されることになると、十分に検出精度を向上することができない。本発明では、ホールド手段によるガス濃度検出信号の保持状態が解除された後でも禁止信号を出力状態とすることで、前記応答遅延に基因した検出誤差を含んだガス濃度検出信号が使用されることを回避することができる。これにより、ガス濃度の検出精度を向上することができる。
【００１５】
請求項４記載の発明では、固体電解質体により電流または電圧から被測定ガス中の特定成分のガス濃度を検出するガスセンサを制御し、前記ガスセンサの電流変化に伴う電圧変化に基づいて前記ガスセンサの素子インピーダンスを検出するガスセンサの制御装置であって、
検出された素子インピーダンスに対し、その変化量を制限する処理をする変化量制限手段を具備せしめる。
【００１６】
素子インピーダンスの検出時の前記電圧変化にノイズが重畳しても、検出された素子インピーダンスの変化量が制限されるので、大きな検出誤差を含む素子インピーダンスに基づいてヒータ等が制御されることを防止することができる。これにより、ガス濃度の検出精度を向上することができる。
【００１７】
請求項５記載の発明では、請求項４の発明の構成において、前記変化量の制限値を、所定の条件に基づき変更自在とする。
【００１８】
ガスセンサの状態によって、例えば、ガスセンサを固体電解質体の活性温度域に向けて昇温中か、所定温度に維持する状態かによって素子インピーダンスの変化量は異なるから、変化量の制限値を変更自在とすることで、さらに素子インピーダンスに基づくヒータ等の制御を適正化することができる。
【００１９】
請求項６記載の発明では、請求項４または５の発明の構成において、前記変化量制限した素子インピーダンスに対して高側の周波数成分を除去する処理をするローパスフィルタを具備せしめる。
【００２０】
前記電圧変化にノイズが重畳しても、高側の周波数成分が除去されて検出素子インピーダンスがなまされるので、さらに、ガス濃度の検出精度を向上することができる。ここで、予め検出素子インピーダンスの変化量が制限されることで、カットオフ周波数をあまり低くする必要がない。このため、応答性も十分確保することができる。
【００２１】
請求項７記載の発明では、固体電解質体により電流または電圧から被測定ガス中の特定成分のガス濃度を検出するガスセンサを制御し、前記ガスセンサの電流変化に伴う電圧変化に基づいて前記ガスセンサの素子インピーダンスを検出するガスセンサの制御装置であって、
検出された素子インピーダンスに対し、その高側の周波数成分を除去する処理をするローパスフィルタを具備せしめる。
【００２２】
前記電圧変化にノイズが重畳しても、高側の周波数成分が除去されて検出素子インピーダンスがなまされるので、大きさ検出誤差を含む素子インピーダンスに基づいてヒータ等が制御されることを防止することができる。これにより、ガス濃度の検出精度を向上することができる。
【００２３】
請求項８記載の発明では、請求項７の発明の構成において、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を、所定の条件に基づき変更自在とする。
【００２４】
ガスセンサの状態によって、例えば、ガスセンサを固体電解質体の活性温度域に向けて昇温中か、所定温度に維持する状態かによって必要ななまし量や応答性が異なるから、カットオフ周波数を変更自在とすることで、さらに素子インピーダンスに基づくヒータ等の制御を適正化することができる。
【００２５】
請求項９記載の発明では、固体電解質体により電流または電圧から被測定ガス中の特定成分のガス濃度を検出するガスセンサを制御し、前記ガスセンサの電流変化に伴う電圧変化に基づいて前記ガスセンサの素子インピーダンスを検出するガスセンサの制御装置であって、
検出された素子インピーダンスを平均化する平均化手段を具備せしめる。
【００２６】
前記電圧変化にノイズが重畳しても、平均化により、素子インピーダンスがなまされるので、大きな検出誤差を含むインピーダンスに基づいてヒータ等が制御されることを防止することができる。これにより、ガス濃度の検出精度を向上することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１、図２に本発明のガスセンサの制御装置を適用したガス濃度検出装置を示す。本実施形態は例えば自動車の内燃機関用に適用したものである。
【００２８】
ガスセンサ１は例えばエンジンから排出される排気ガスが流通する排気管に設けられ、車室等側に設けられたガスセンサ１の制御装置２と配線用のケーブルにより接続される。制御装置２から出力される信号に基づいて酸素濃度検出装置３が被測定ガスとしての排気ガス中の酸素濃度を検出し、その結果を出力する。
【００２９】
ガスセンサ１は、図２に示すように、ジルコニア等の酸素イオン導電性の固体電解質体である固体電解質層１１１，１１２、アルミナ等の絶縁材料からなる絶縁層１１３，１１４等が板厚方向に積層する積層構造を有し、面方向に細長の全体形状が与えられている。固体電解質層１１１，１１２で挟まれた絶縁層１１３は一部が板厚方向に打ち抜かれており、固体電解質層１１１，１１２の間にチャンバー１０１が形成される。
【００３０】
チャンバー１０１位置で固体電解質層１１１には、これを板厚方向に貫通するピンホール１０３が形成されており、ピンホール１０３を介して当該ガスセンサ１の周囲の排気ガスがチャンバー１０１内に導入される。
【００３１】
固体電解質層１１２を挟んでチャンバー１０１と反対側には固体電解質層１１２をダクト壁の一部とする大気ダクト１０２が形成されている。大気ダクト１０２はガスセンサ１の基端で大気に開放している。ガスセンサ１が内燃機関に適用される場合には、ガスセンサ１はこれを保持するホルダ部材等とともに排気管の管壁を貫通して設けられて、大気ダクト１０２は排気管外部と連通し、基準酸素濃度の空間となる。
【００３２】
チャンバー１０１位置で固体電解質層１１１の上下面には固体電解質層１１１を挟んで対向する１対の電極１２１，１２２が形成されており、固体電解質層１１１と電極１２１，１２２とでポンプセル１ａが構成される。チャンバー１０１および大気ダクト１０２位置で固体電解質層１１２の上下面には、固体電解質層１１２を挟んで対向する１対の電極１２３，１２４が形成されている。固体電解質層１１２と電極１２３，１２４とでモニタセル１ｂが構成される。
【００３３】
また、固体電解質層１１２とともに大気ダクト１０２のダクト壁をなす絶縁層１１５，１１６には、層間にＰｔ等の線パターンが形成されて、ガスセンサ１全体を加熱するヒータ１３としてある。ヒータ１３は通電によりジュール熱を発生する電気式のものである。
【００３４】
ポンプセル１ａの電極１２１，１２２間に電圧を印加するとチャンバー１０１内外間で、酸素イオンをキャリアとして電流が流れる。例えば、外部側の電極１２２側を正として電流を流すと、チャンバー１０１内の排気ガス中の酸素が、チャンバ１０１側の電極１２１で分解、イオン化して固体電解質層１１１を通りガスセンサ１外部へと汲み出される。電極１２１，１２２間に流れる電流Ｉｐ は酸素の汲み出し量に応じた値をとる。以下、適宜、電流Ｉｐ をポンプセル電流という。また、電極１２２を＋電極１２２といい、電極１２１を−電極１２１という。
【００３５】
また、モニタセル１ｂの電極１２３，１２４の間には、チャンバー１０１内と大気ダクト１０２内との間の酸素濃度の相違に応じて起電力が発生する。この起電力は、チャンバー１０１内が低濃度のとき、大気ダクト１０２側の電極１２４を正とする起電力である。以下、適宜、電極１２４を＋電極１２４といい、電極１２３を−電極１２３という。
【００３６】
制御装置２は、ポンプセル電流Ｉｐ を、前記モニタセル１ｂの起電力が規定値になるように調整するとともに、ヒータ１３の通電制御を行う。
【００３７】
ポンプセル１ａの＋電極１２２には、第１のオペアンプ２１２の出力端が接続され、オペアンプ２１２からポンプセル１ａに電流を供給するようになっている。ポンプセル１ａの−電極１２１は直列に接続された抵抗器２１３および抵抗器２１４を介してＰＩＤ回路２４の出力端と接続され、ポンプセル電流Ｉｐ が抵抗器２１３，２１４を介して流れる。
【００３８】
前記オペアンプ２１２の一方の入力端子には基準電圧源２１１から基準電圧Ｖ０ が入力し、他方の入力端子は、両抵抗器２１３，２１４の接続点Ｐに接続されている。オペアンプ２１２は、接続点Ｐにおいて基準電圧Ｖ０ が維持されるように、出力電流すなわちポンプセル電流Ｉｐ を流す。ポンプセル電流Ｉｐ は次式（１）により表される。式中、ＶＰＩＤ は、ＰＩＤ回路２４の出力電圧（以下、適宜、ＰＩＤ出力電圧という）であり、Ｒは抵抗器２１４の抵抗値である。
Ｉｐ ＝（Ｖ０ −ＶＰＩＤ ）／Ｒ・・・（１）
【００３９】
ＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ が高くなると、これが接続点Ｐの電位を上げる方向に作用してオペアンプ２１２が出力電流を下げる。これにより抵抗器２１４の電圧降下を下げ、接続点Ｐの電位を基準電圧Ｖ０ に向けて低下せしめる。逆に、ＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ が低くなると、前記とは逆方向の作用で、接続点Ｐの電位を基準電圧に向けて上昇せしめる。
【００４０】
ＰＩＤ回路２４はモニタセル１ｂの前記起電力に基づいてＰＩＤ制御を行うもので、このため、モニタセル１ｂが＋電極２１４側でサンプルホールド回路２２の入力端子と接続され、サンプルホールド回路２２の出力電圧が前記ＰＩＤ回路２４に入力せしめてある。
【００４１】
サンプルホールド回路２２は、スイッチ２２１、コンデンサ２２２およびオペアンプ２２３からなる。コンデンサ２２２は、スイッチ２２１を介して、モニタセル１ｂの＋電極２１４と接続されるとともに、第３の抵抗器２３２を介して定電圧電源２３１と接続されており、定電圧電源２３１から、＋電極２１４の電位（以下、適宜、モニタセル電位という）Ｖｍ に充電される。このコンデンサ２２２の出力電圧が入力する電圧フォロアのオペアンプ２２３の出力電圧が前記ＰＩＤ回路２４への入力電圧となる。
【００４２】
ＰＩＤ回路２４は、サンプルされたモニタセル電位Ｖｍ とその規定値との差分から比例項、積分項などを演算し、モニタセル電位Ｖｍ が前記規定値を保つように、ポンプセル電流Ｉｐ を決定するＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ を調整する。ポンプセル電流Ｉｐ はチャンバー１０１からの酸素の輸送量に比例するが、該輸送量は、ピンホール１０３を介して流入する酸素の量すなわち被測定ガス中の酸素濃度に比例する。すなわち、ポンプセル電流Ｉｐ は被測定ガス中の特定成分である酸素のガス濃度に応じて変化する電気的状態を示すパラメータである。そして、ＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ は酸素濃度の検出信号となる。
【００４３】
この出力電圧ＶＰＩＤ を入力としてサンプルホールド回路２５が設けてあり、出力電圧ＶＰＩＤ がサンプルホールド回路２５を介して酸素濃度検出装置３に入力するようになっている。酸素濃度検出装置３では、ＲＯＭに格納されたマップから対応する酸素濃度を検索し、この値を図示しないエンジン制御装置側へ出力する。サンプルホールド回路２５はインピーダンス検出制御装置２９のＳ／Ｈ制御信号発生部２９２から出力されるＳ／Ｈ制御信号によりサンプル状態とホールド状態とが切り換えられるようになっている。
【００４４】
また、サンプルホールド回路２２から出力されるモニタセル電位Ｖｍ と、サンプルホールド回路２２に入力する前のモニタセル電位Ｖｍ とを入力として、第３のオペアンプ２８が設けてある。オペアンプ２８の出力電圧はインピーダンス検出制御装置２９のヒータ制御部２９１に入力する。また、ヒータ制御部２９１にはオペアンプ２１２の出力も入力する。ヒータ制御部２９１では、これらの入力に基づいてヒータ１３の通電が制御される。制御は例えばＰＷＭ制御でなされる。
【００４５】
また、前記モニタセル１ｂの＋電極２１４には２つの定電流源２７１，２７２が接続されており、それぞれ、スイッチ２７３，２７４により、断接切換え可能である。２つの定電流源２７１，２７２は電流の方向が逆の電源で、第１の定電流源２７１はモニタセル１ｂの−電極１２３から＋電極１２４に向かう方向に電流を流し、第２の定電流源２７２はモニタセル１ｂの＋電極１２４から−極１２３に向かう方向に電流を流すようになっている。
【００４６】
前記インピーダンス検出制御装置２９は例えばマイクロコンピュータを中心に構成され、スイッチ２２１，２７３，２７４を切り換えることで、所定の周期Ｔ１ ごとにポンプセル１ａおよびモニタセル１ｂのインピーダンスを検出する。また、このとき、併せて、サンプルホールド回路２５のサンプル状態とホールド状態とを切り換える。図３はＳ／Ｈ制御信号の出力状態、スイッチ２２１，２７３，２７４の切り換え状態を含む各部の作動状態を示すタイミングチャートである。
【００４７】
インピーダンス検出期間Ｔ２ 以外の期間では、スイッチ２２１はオンでスイッチ２７３，２７４はオフであり、サンプルホールド回路２５はサンプル状態である。先ず、このときの作動について説明する。サンプルホールド回路２５がサンプル状態のため、ＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ がそのまま酸素濃度検出装置３の入力電圧となる。前記のごとく、被測定ガス中の酸素濃度に応じて、ＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ が変化し、第１オペアンプ２１２が、接続点Ｐの電位が基準電圧Ｖ０ に維持されるように出力電流Ｉｐ を流す。
【００４８】
酸素濃度検出装置３は、マップから出力電圧ＶＰＩＤ に対応する酸素濃度を検索し、この検索値を図示しないエンジン制御装置側へ出力する。
【００４９】
次に素子インピーダンス検出期間Ｔ２ について説明する。なお、素子インピーダンス検出期間Ｔ２ はスイッチ２２１をオフに、スイッチ２７３をオンに切り換えることで開始されるが、Ｓ／Ｈ制御信号を「ホールド」側に切り換えるタイミングはスイッチ２２１等のスイッチ切り換えに先立ちなされる。さて、素子インピーダンス検出期間Ｔ２ においては、先ず、Ｓ／Ｈ制御信号を「ホールド」側に切り換え、サンプルホールド回路２５がホールド状態に切り換わった状態で、サンプルホールド回路２２のスイッチ２２１をオフに切り換える。これらのホールド状態およびオフ状態は素子インピーダンス検出期間Ｔ２ 中、継続する。
【００５０】
これにより、酸素濃度検出装置３は、これに入力する酸素濃度検出信号としてのＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ が素子インピーダンス検出期間Ｔ２ に入る直前の値に保持される。なお、ＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ が素子インピーダンス検出期間Ｔ２ に入る直前の値に確実に保持されるように、サンプルホールド回路２５の応答時間を考慮して、Ｓ／Ｈ制御信号の「ホールド」側への切り換え時期を設定する。サンプルホールド回路２２は素子インピーダンス検出期間Ｔ２ に入る直前のモニタセル電位Ｖｍ を保持する。
【００５１】
次いで、スイッチ２７３を、期間Ｔ３ の間、「オン」にして試験電流Ｉ０（−）をモニタセル１ｂに流す。この試験電流Ｉ０（−）の極性はモニタセル１ｂの起電力と逆極性であるから、モニタセル１ｂの素子インピーダンスに応じた電圧降下の分、モニタセル１ｂの電極１２３，１２４間電圧が、低下する方向にΔＶｍ 変化する。以下、ΔＶｍ を変化電圧ΔＶｍ という。
【００５２】
第３オペアンプ２８の２つの入力は、この変化電圧ΔＶｍ を伴うモニタセル電位Ｖｍ 、および、変化する直前のモニタセル電位Ｖｍ であり、前記変化電圧ΔＶｍ が第３オペアンプ２８の出力電圧として現れ、インピーダンス検出制御装置２９のヒータ制御部２９１に取り込まれる。この変化電圧ΔＶｍ は、モニタセル１ｂに流れる電流をＩ０（−）だけ変化させたときの、モニタセル１ｂにおける電圧降下の変化であるから、ΔＶｍ ／Ｉ０（−）より、モニタセル１ｂの前記素子インピーダンスが得られる。
【００５３】
一方、第１オペアンプ２１２は、接続点Ｐの電位が一定となるように、すなわち、試験電流Ｉ０（−）を相殺するようにポンプセル１ａを介して抵抗器２１４を流れる電流を増減することになる。すると、ポンプセル１ａの素子インピーダンスに応じた電圧降下の変化の分、ポンプセル１ａの＋電極１２２の電位（以下、ポンプセル電位という）Ｖｐ が変化する。すなわち、オペアンプ２１２の出力電圧が変化する。この変化電圧ΔＶｐ は、インピーダンス検出制御装置２９のヒータ制御部２９１に取り込まれる。変化電圧ΔＶｐ は、ポンプセル１ａに流れる電流をＩ０（−）だけ変化させた時の、前記電圧降下の変化であるから、ポンプセル１ａのインピーダンスの検出信号となる。
【００５４】
ヒータ制御部２９１は、変化電圧ΔＶｍ 、変化電圧ΔＶｐ に基づいて、ヒータ１３の通電量、例えば駆動デューティを調整する。なお、変化電圧ΔＶｍ 、変化電圧ΔＶｐ のうち、いずれか一方のみで通電制御を行っても勿論よい。ポンプセル１ａ、モニタセル１ｂは一体構造であり、いずれも、ガスセンサ１を代表する温度状態を示すからである。
【００５５】
なお、試験電流Ｉ０（−）の供給はモニタセル１ａの酸素ポンピング作用を伴い、チャンバー１０１内の酸素濃度を変化せしめる方向に作用するが、前記のごとく前記試験電流Ｉ０（−）を相殺する電流がポンプセル１ａにも流れるから、これにより、チャンバー１０１内の酸素濃度の変化を相殺する。
【００５６】
前記期間Ｔ３ に続いて、期間Ｔ４ の間、スイッチ２７３をオフするとともに、スイッチ２７４をオンし、それまでの試験電流Ｉ０（−）とは逆方向の試験電流Ｉ０（＋）に切り換える。これにより、モニタセル電位Ｖｍ はそれまでとは逆方向に変化する。これは、試験電流Ｉ０（−）に基因したモニタセル１ｂの固体電解質層１１１における配向現象により起電力が影響を受けている状態から、チャンバー１０１と大気ダクト１０２との酸素濃度差に応じた適正な起電力を生成するまでの時間を短縮するためである。
【００５７】
そして、期間Ｔ４ の後、スイッチ２７４を「オフ」にするとともに、再びスイッチ２２１を「オフ」とする。そして、所定のインターバルＴ５ 後に、スイッチ２２１を「オン」に切り換えるとともに、サンプルホールド回路２５をサンプル状態に切り換える。これにより、最初の状態に復する。以下、以上の制御がくり返される。
【００５８】
このように、所定周期で素子インピーダンス検出期間Ｔ２ を設けることで、ガスセンサ１が適正な温度に維持された状態で酸素濃度が検出される。
【００５９】
また、素子インピーダンス検出期間Ｔ２ 中は、試験電流Ｉ０（−），Ｉ０（＋）の供給の影響で、モニタセル電位Ｖｍ はチャンバー１０１内の酸素濃度を反映していない。また、ホールドされたモニタセル電位Ｖｍ に基づくＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ が出力されていくことになるが、経過時間に応じて積分項が増大していくから、ＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ は素子インピーダンス検出期間Ｔ２ に入る直前の酸素濃度に応じたＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ からどんどん離れていくことになる。
【００６０】
本制御装置２では、酸素濃度検出装置３には、素子インピーダンス検出期間Ｔ２ に入る直前の酸素濃度に応じたＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ を出力することになるから、異常なデータにより酸素濃度値を誤ることを防止することができる。ここで、素子インピーダンス検出期間Ｔ２ の実質的な長さは、試験電流Ｉ０（−）を供給している期間Ｔ３ であるが、これは変化電圧Ｖｍ ，Ｖｐ の応答時間や、インピーダンス検出制御装置２９でのサンプリング時間を考慮しても数十〜数百μｓｅｃ程度で十分であり、排気ガス中の酸素濃度の変化速度と比べればごく短い。したがって、素子インピーダンスの検出期間Ｔ２ 中、ガス濃度信号がホールドされていても、実際にその間に変化するガス濃度の変化量はごく僅かである。これにより、ガス濃度の検出精度を向上することができる。
【００６１】
（第２実施形態）
図４に本実施形態になるガスセンサの制御装置の構成を示す。本ガスセンサの制御装置は、基本的な構成は、第１実施形態と同じであり、第１実施形態と実質的に同じ作動をする部分には同じ番号を付して第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００６２】
本ガスセンサの制御装置２Ａは、酸素濃度検出信号としてのＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ が直接に酸素濃度検出装置３Ａに入力している。酸素濃度検出装置３Ａは基本的には第１実施形態の酸素濃度検出装置と同一の構成であるが、相違点としては、インピーダンス検出制御装置２９Ａの禁止信号発生部２９２から禁止信号が入力している点である。酸素濃度検出装置３Ａでは、禁止信号の入力期間中のＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ の使用が禁止される。インピーダンス検出制御装置２９Ａもまた、Ｓ／Ｈ制御信号発生部に代えて禁止信号発生部２９３が設けられている点を除き、基本的に第１実施形態のインピーダンス検出制御装置と同じ構成を有する。
【００６３】
図５は禁止信号の出力状態、スイッチ２２１，２７３，２７４の切り換え状態等、各部の作動状態を示すタイミングチャートである。禁止信号は、第１実施形態のＳ／Ｈ制御信号と同様に、応答時間等を考慮して、スイッチ２２１がオフするに先立ち、出力される。
【００６４】
素子インピーダンスの検出時には電流が変化せしめられて、酸素濃度とは無関係にモニタセル電位Ｖｍ が変化し、その間は、ＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ は真の酸素濃度を表していない。本実施形態では、かかる真の酸素濃度を表していないＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ は酸素濃度検出装置３Ａで使用されない。これにより、誤判定や誤った制御状態となることを防止することができる。
【００６５】
（第３実施形態）
図６に本実施形態になるガスセンサの制御装置の構成を示す。本ガスセンサの制御装置は、基本的な構成は、第１実施形態と同じであり、第１実施形態と実質的に同じ作動をする部分には同じ番号を付して第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００６６】
本ガスセンサの制御装置２Ｂは、インピーダンス検出制御装置２９Ｂが、Ｓ／Ｈ制御信号発生部２９２からサンプルホールド回路２５にＳ／Ｈ制御信号を出力するとともに、禁止信号発生部２９３からは禁止信号が入力せしめてある。Ｓ／Ｈ制御信号および禁止信号は、第１、第２実施形態と同様に、サンプルホールド回路２５のサンプル状態およびホールド状態の切り換え、およびＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ の使用の許可および禁止の切り換えがなされる。
【００６７】
図７はＳ／Ｈ制御信号、禁止信号の出力状態、スイッチ２２１，２７３，２７４の切り換え状態等、各部の作動状態を示すタイミングチャートである。
【００６８】
禁止信号は、Ｓ／Ｈ制御信号が「サンプル」側に切り換わっても、これに対して所定の待ち時間の後、解除される。
【００６９】
本実施形態の特徴を図８のタイミングチャートにより説明する。前半が酸素濃度が上昇するときのもので、後半が酸素濃度が下降するときのものである。本実施形態であればＳ／Ｈ制御信号、禁止信号とも図例のごとく出力され（本発明という）、第１実施形態であればＳ／Ｈ制御信号のみが出力される（比較例という）。ところで、酸素濃度検出装置がサンプルホールド回路２５出力に基づいて酸素濃度を検出する場合、サンプルホールド回路２５出力に対し、ローパスフィルタを通過させて、そのなまし効果により、ノイズ成分の除去を図るのが望ましいが、酸素濃度検出装置にかかるローパスフィルタを備えているものとして説明する。以下の説明においてローパスフィルタを通過させた後のサンプルホールド回路２５出力をＬＰＦ出力という。なお、酸素濃度検出装置の、サンプルホールド回路２５出力の入力回路の回路構成によって応答に遅延が生じる場合にも以下に説明する作用と同様の作用を発揮する。
【００７０】
本発明、比較例のいずれもインピーダンス検出期間になると、サンプルホールド回路２５がサンプル状態になることでサンプルホールド回路２５出力は一定値を保持する。図中、破線は、インピーダンス検出がなされず、サンプルホールド回路２５がサンプル状態であったとしたときのサンプルホールド回路２５出力である。そしてＳ／Ｈ制御信号がサンプル状態側に切り換わると、ＬＰＦ出力はその時定数で規定される速度で漸次、破線の値に収束していく。破線の値との差は酸素濃度の検出誤差となる。したがって、サンプルホールド回路２５がサンプル状態に復した直後は、比較例では真値とは異なる酸素濃度検出信号が使用されることになる。これに対して、本発明では、禁止信号がＳ／Ｈ制御信号がサンプル状態側に切り換わり後、前記待ち時間だけ遅れて許可側に切り換わるから、真値とは異なる酸素濃度検出信号が使用されるのを回避することができる。ここで、待ち時間は、前記ローパスフィルタの時定数に応じて、したがってカットオフ周波数に応じて設定すればよい。カットオフ周波数が低いほど待ち時間を長くとることになる。
【００７１】
なお、第１〜第３実施形態ではＰＩＤ出力電圧ＶＰＩＤ が酸素濃度検出信号として酸素濃度検出装置３，３Ａに入力しているが、第１オペアンプ２１２の出力電圧を酸素濃度の検出信号としてもよい。これを図９に示す。図例のものは、基本構成は第１実施形態のものであり、酸素濃度検出装置３Ｃは、サンプルホールド回路２５を介して入力する第１オペアンプ２１２の出力電圧に基づいて酸素濃度を検索することになる。
【００７２】
（第４実施形態）
本実施形態は第１〜第３実施形態において素子インピーダンスの検出精度を高めて、さらにヒータ通電の適正化を図ったものである。本ガスセンサの制御装置は基本的な構成は、第１〜第３実施形態と同じである。なお、符号は説明の便宜のため、第１実施形態のものを用いるものとする。
【００７３】
図１０にインピーダンス制御装置２９で実行される演算処理のフローを示す。ステップＳ１０１では、前記のごとく、素子インピーダンスの検出が実行され、ステップＳ１０２で、ガスセンサ１が昇温中か否かを判定する。これは、ガスセンサ１を活性温度域まで加熱する制御期間であれば、肯定判断され、当該期間が終了していれば、否定判断される。肯定判断されるとステップＳ１０３に進み、否定判断されると、ステップＳ１０４に進む。
【００７４】
ステップＳ１０３では、変化量制限値ΔＺをΔＺ０ に設定し、ステップＳ１０４では、変化量制限値ΔＺをΔＺ０ よりも小さなΔＺ１ に設定する。
【００７５】
ステップＳ１０５では、ステップＳ１０１で得られた素子インピーダンスＺと前回検出素子インピーダンスとの差が変化量制限値ΔＺよりも小さいか否かを判定する。肯定判断されるとエンドに抜ける。否定判断されると、ステップＳ１０６に進む。
【００７６】
ステップＳ１０６は変化量制限手段としての処理であり、素子インピーダンスＺを、前回検出素子インピーダンス±ΔＺに置き換える。今回検出素子インピーダンスが前回検出素子インピーダンスよりも大きければ（前回検出素子インピーダンス＋ΔＺ）であり、小さければ（前回検出素子インピーダンス−ΔＺ）である。これにより、検出素子インピーダンスの変化量が±ΔＺの範囲に抑えられることになる。
【００７７】
モニタセル変化電圧ΔＶｍ 、ポンプセル変化電圧ΔＶｐ 、試験電流Ｉ０（−）へのノイズの重畳などにより素子インピーダンスの算出値が大きく変化しても、変化量が制限されることで、真値と大きく異なる検出素子インピーダンスに基づいてヒータ１３の通電制御がなされるのが回避され、ガスセンサ１の温度がハンチングなど、異常な挙動をとることを防止することができる。これにより、酸素濃度の検出精度が向上する。
【００７８】
また、ヒータ昇温以後には制限量をそれまでよりも小さな値に変えることで、ガスセンサ１の温度の収束性を高め、温度変動をより適切に防止することができる。しかも、ヒータ昇温時にはある程度大きな変化を許容することで、速やかに活性温度域まで昇温せしめることができる。
【００７９】
なお、本実施形態では、素子インピーダンスの変化量の制限値を、所定の条件に基づき変更自在としているが、要求される仕様によっては必ずしもこれに限定されるものではなく、制限値を固定として制御負担を減じるのもよい。
【００８０】
（第５実施形態）
第４実施形態では素子インピーダンスの変化量を制限することで、ヒータの通電制御を適正化したが、本実施形態では別の手段を用いてヒータ通電の適正化を図ったものである。本ガスセンサの制御装置は基本的な構成は、第１〜第３実施形態と同じである。なお、符号は説明の便宜のため、第１実施形態のものを用いるものとする。
【００８１】
図１１にインピーダンス検出制御装置２９で実行される演算処理のフローを示す。ステップＳ２０１では、前記のごとく、素子インピーダンスの検出が実行され、次いで、ステップＳ２０２で、前記ステップＳ１０２と同様にガスセンサ１が昇温中か否かを判定する。肯定判断されるとステップＳ２０３に進み、否定判断されると、ステップＳ２０４に進む。
【００８２】
ステップＳ２０３では、後述するステップＳ２０５のローパスフィルタ処理（ＬＰＦ）のカットオフ周波数ｆｃ をｆｃ０に設定し、ステップＳ２０４では、カットオフ周波数ｆｃ をｆｃ０よりも低いｆｃ１に設定する。
【００８３】
ステップＳ２０５では、ステップＳ２０１で得られた素子インピーダンスＺについてＬＰＦ処理を実行して、素子インピーダンスＺを処理後の素子インピーダンスＺに置き換える。このＬＰＦ処理におけるカットオフ周波数ｆｃ はステップＳ２０３若しくはステップＳ２０４で設定された値が用いられる。
【００８４】
モニタセル変化電圧ΔＶｍ 、ポンプセル変化電圧ΔＶｐ 、試験電流Ｉ０（−）へのノイズの重畳などにより、ステップＳ２０１で得られた素子インピーダンスＺに急激な変化を含んでいても、ＬＰＦ処理を実行することで、真値と大きく異なる検出素子インピーダンスに基づいてヒータ１３の通電制御がなされるのが回避され、ガスセンサ１の温度がハンチングなど、異常な挙動をとることを防止することができる。これにより、酸素濃度の検出精度が向上する。
【００８５】
また、ヒータ昇温以後にはカットオフ周波数ｆｃ をそれまでよりも低い値に変えることで、ハンチングを回避してガスセンサ１の温度の収束性を高め、温度変動をより適切に防止することができる。しかも、ヒータ昇温時にはカットオフ周波数ｆｃ をある程度高くすることで、速やかに昇温せしめることができる。
【００８６】
なお、本実施形態では、ＬＰＦのカットオフ周波数を、所定の条件に基づき変更自在としているが、要求される仕様によっては必ずしもこれに限定されるものではなく、カットオフ周波数を固定として制御負担を減じるのもよい。
【００８７】
（第６実施形態）
本実施形態は実質的に第４実施形態と第５実施形態とを組み合わせて、さらにヒータ通電の適正化を図ったものである。
【００８８】
図１２にインピーダンス検出制御装置２９で実行される演算処理のフローを示す。ステップＳ１０１〜Ｓ１０６では、前記のごとく、素子インピーダンスの検出が実行され、検出素子インピーダンスの変化量が±ΔＺの範囲に抑えられる。
【００８９】
そして、続くステップＳ１０７で、前記ステップＳ２０５と同様に、ステップＳ２０１で得られた素子インピーダンスＺについてＬＰＦ演算処理を実行して、素子インピーダンスＺを処理後の素子インピーダンスＺに置き換える。このＬＰＦ演算処理におけるカットオフ周波数ｆｃ は固定である。
【００９０】
これにより、真値と大きく異なる検出素子インピーダンスに基づいてヒータ１３の通電制御がなされるのが、単に検出素子インピーダンスにＬＰＦ処理を行うものに比してより回避される。
【００９１】
しかも、ＬＰＦ処理に先立ち変化量制限がなされるので（ステップＳ１０６）、ＬＰＦ処理がさらに効果的であり、カットオフ周波数ｆｃ をさほど低くする必要がないので、応答性を向上することができる。
【００９２】
なお、本実施形態では、素子インピーダンスの変化量の制限値を、所定の条件に基づき変更自在としているが、要求される仕様によっては必ずしもこれに限定されるものではなく、制限値を固定として制御負担を減じるのもよい。また、カットオフ周波数ｆｃ を固定とするのではなく、第３実施形態のように、所定の条件に基づき変更自在とするのもよい。
【００９３】
（第７実施形態）
第４〜第６実施形態では素子インピーダンスの変化量の制限やＬＰＦ処理により、ヒータの通電制御を適正化したが、本実施形態では別の手段を用いてヒータ通電の適正化を図ったものである。
【００９４】
図１３にインピーダンス検出制御装置２９で実行される演算処理のフローを示す。ステップＳ３０１では、前記のごとく、素子インピーダンスの検出が実行される。
【００９５】
ステップＳ３０２〜Ｓ３０４は平均化処理手段としての処理で、ステップＳ３０２で、今回検出された素子インピーダンスＺと、（ｎ−１）回前までの素子インピーダンスとのｎ個の素子インピーダンスを平均する（移動平均）。（ｎ−１）回前までの素子インピーダンスは所定のバッファに格納されている。
【００９６】
続くステップＳ３０３では、前記バッファから（ｎ−１）回前の素子インピーダンスを消去し、代わりに、今回検出された素子インピーダンスを記憶する。ステップＳ３０４では、平均化された値を素子インピーダンスに置き換える。
【００９７】
これにより、真値と大きく異なる検出素子インピーダンスに基づいてヒータ１３の通電制御がなされるのが回避され、ガスセンサ１の温度がハンチングなど、異常な挙動をとることを防止することができる。また、ハンチングを回避してガスセンサ１の温度の収束性を高め、温度変動を適切に防止することができる。
【００９８】
また、インピーダンスとその逆数であるアドミタンスとは実質的に等価な量であり、ガスセンサにおける電流変化に伴う電圧変化を検出してアドミタンスを検出し、ヒータ１３の通電制御をアドミタンスに基づいて行う構成としてもよく、このものにおいても、前記各実施形態の特徴部分を適用することができる。
【００９９】
なお、センサ構造は図例のものに限られない。図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は本発明を適用し得るガスセンサの一例を示すもので、このガスセンサ１Ａは、ジルコニア等の固体電解質体である固体電解質層１５１，１５２，１５３、多孔質アルミナ等の絶縁材料からなる多孔質拡散層１５４が板厚方向に積層する積層構造を有し、面方向に細長の全体形状が与えられている。
【０１００】
多孔質拡散層１５４は固体電解質層１５１，１５２により挟まれており、これらをチャンバー壁としてチャンバー１４１が形成される。チャンバー１４１を囲む多孔質拡散層１５４から外部を流れる被測定ガスがチャンバー１４１内に導入される。
【０１０１】
チャンバー１４１位置で固体電解質層１５１の上下面には固体電解質層１５１を挟んで対向する１対の電極１６１，１６２が形成されており、固体電解質層１５１と電極１６１，１６２とでポンプセル１ｃが構成される。
【０１０２】
また、チャンバー１４１位置で固体電解質層１５２の上下面には固体電解質層１５２を挟んで対向する１対の電極１６３，１６４が形成されており、固体電解質層１５２と電極１６３，１６４とでモニタセル１ｄが構成される。電極１６４は固体電解質層１５２と固体電解質層１５３との層間に形成される。
【０１０３】
固体電解質層１５２の、チャンバー１４１側の面には、前記モニタセル１ｄの電極１６３とともに、電極１６５，１６６が形成してある。固体電解質層１５２と電極１６５，１６６とでセンサセル１ｅを構成する。電極１６５，１６６のうち、電極１６５は触媒活性を有し、ここでＨＣ等の可燃性ガスが酸化される。一方、電極１６６は触媒不活性である。
【０１０４】
また、Ｐｔ等の線パターンにより形成されたヒータ１３が埋設されたヒータユニット１ｆが、センサ本体１４に接合されており、ヒータ１３に通電することでセンサ本体１４を加熱するようになっている。
【０１０５】
さて、本ガスセンサ１Ａが適用される場合には、その制御装置は、ポンプセル１ｃに、電極１６２側から電流を供給し、チャンバー１４１内の酸素を外部に汲み出す。そして、供給電流を、モニタセルの起電力が一定となるように調整する。これにより、チャンバー１４１内を、酸素が希薄で酸素濃度が一定の状態にする。
【０１０６】
そして、前記センサセル１ｅの電極１６５，１６６は、同じチャンバー１４１の同じ雰囲気中に曝されていても、電極１６５は前記のごとく触媒活性を有するから、そのチャンバー１４１内に臨む表面では可燃性ガスの酸化に供する酸素の消費量が多く、電極１６５側では電極１６６側よりも、可燃性ガスの量に応じて酸素濃度が低くなる。したがって、電極１６５，１６６間に起電力が発生する。この起電力は、被測定ガス中の特定成分である可燃性ガスの濃度に応じて変化し、可燃性ガスの濃度検出信号ともなる。
【０１０７】
かかるガスセンサ１Ａのポンプセル１ｄ、モニタセル１ｅに対し、前記各実施形態の回路構成をとって、供給電流を変化させてこれに応じた電圧変化を検出することで素子インピーダンスを得、これに基づいてヒータ１７の通電制御を行うことができる。したがって、前記各実施形態のごとく、素子インピーダンスの検出中はセンサセル１ｅからの可燃性ガス濃度の検出信号を素子インピーダンス検出期間の直前の値にホールドして、可燃性ガス濃度の検出用の装置に出力するのを禁止する等で、ガス濃度の検出精度を向上することができる。
【０１０８】
また、検出された素子インピーダンスに対し、変化量制限やＬＰＦ処理、移動平均処理を実行することで、ヒータ１３を適正に制御することができる。
【０１０９】
あるいは、図１５に示すガスセンサにも適用することができる。ガスセンサ１Ｂは、ジルコニア等の酸素イオン導電性の固体電解質体である固体電解質層１８１、緻密でガスシール性のアルミナ等のガス遮蔽層１８２、多孔質アルミナ等の多孔質拡散層１８３、アルミナ等の絶縁層１８４等が板厚方向に積層する積層構造を有し、面方向に細長の全体形状が与えられている。絶縁層１８４には固体電解質層１８１との対向面に溝１８４ａが形成され、固体電解質層１８１と絶縁層１８４との間にチャンバー１７１が形成される。チャンバー１７１内には、ガス遮蔽層１８２および多孔質拡散層１８３を介して当該ガスセンサ１Ｂの周囲の排気ガスがチャンバー１７１内に導入される。
【０１１０】
チャンバー１７１位置で固体電解質層１８１の上下面には固体電解質層１８１を挟んで対向する１対の電極１９１，１９２が形成されており、固体電解質層１８１と電極１９１，１９２とでポンプセル１ｇが構成される。
【０１１１】
絶縁層１８４を挟んでチャンバー１７１とは反対側には、絶縁層１８４とヒータ基板１８５との層間にヒータ１３が形成される。
【０１１２】
電極１９１，１９２間に、電極１９２側を正として電圧を印加することで、チャンバー１７１内の酸素を外部に汲み出し、電極１９１，１９２間に限界電流域の電流を流す。この限界電流は、被測定ガス中の酸素濃度に応じて変化し、酸素濃度の検出信号となる。
【０１１３】
かかるガスセンサ１Ｂにおいても、ポンプセル１ｇへの供給電流を変化させてこれに応じた電極１９１，１９２間の変化電圧を検出することで素子インピーダンスを得、これに基づいてヒータ１３の通電制御を行うことができる。したがって、前記各実施形態のごとく、素子インピーダンスの検出期間中はガス濃度の検出信号をサンプルするのを禁止して、素子インピーダンス検出期間の直前の値にホールドする等で、ガス濃度の検出精度を向上することができる。また、検出された素子インピーダンスに対し、変化量制限やＬＰＦ処理、平均化処理を実行することで、ヒータ１３を適正に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１のガスセンサの制御装置の構成図である。
【図２】前記ガスセンサの要部断面図である。
【図３】前記ガスセンサの制御装置の作動を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第２のガスセンサの制御装置の構成図である。
【図５】前記ガスセンサの制御装置の作動を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第３のガスセンサの制御装置の構成図である。
【図７】前記ガスセンサの制御装置の作動を示すタイミングチャートである。
【図８】前記ガスセンサの制御装置の作動を示す別のタイミングチャートである。
【図９】本発明の第１のガスセンサの制御装置の変形例の構成図である。
【図１０】本発明の第４のガスセンサの制御装置で実行される処理内容を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第５のガスセンサの制御装置で実行される処理内容を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第６のガスセンサの制御装置で実行される処理内容を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第７のガスセンサの制御装置で実行される処理内容を示すフローチャートである。
【図１４】（Ａ）は前記ガスセンサの変形例の断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＸＩＶＢ−ＸＩＶＢ線に沿う断面図である。
【図１５】前記ガスセンサの別の変形例の断面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ ガスセンサ
１ａ，１ｃ，１ｇ ポンプセル
１ｂ，１ｄ モニタセル
１ｅ センサセル
１３ ヒータ
１０１，１４１，１７１ チャンバー
１１１，１１２，１５１，１５２，１５３，１８１ 固体電解質層（固体電解質体）
１２１，１２２，１２３，１２４，１６１，１６２，１６３，１６４，１６５，１６６，１９１，１９２ 電極
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 制御装置
２５ サンプルホールド回路（ホールド手段）
２７１，２７２ 定電流源
２７３，２７４ スイッチ
２８ オペアンプ
２９，２９Ａ，２９Ｂ インピーダンス検出制御装置（変化量制限手段、ローパスフィルタ、平均化手段）
３，３Ａ，３Ｃ 酸素濃度検出装置
Claims (9)
- 固体電解質体により電流または電圧から被測定ガス中の特定成分のガス濃度を検出するガスセンサを制御し、前記ガスセンサの電流変化に伴う電圧変化に基づいて前記ガスセンサの素子インピーダンスを検出するガスセンサの制御装置であって、
ガス濃度検出信号をホールドするホールド手段を具備せしめ、
素子インピーダンスの検出時には、ガス濃度検出信号を、素子インピーダンスの検出実施前のガス濃度検出信号にてホールドするようにしたことを特徴とするガスセンサの制御装置。 - 固体電解質体により電流または電圧から被測定ガス中の特定成分のガス濃度を検出するガスセンサを制御し、前記ガスセンサの電流変化に伴う電圧変化に基づいて前記ガスセンサの素子インピーダンスを検出するガスセンサの制御装置であって、
素子インピーダンスの検出時には、ガス濃度検出信号の使用を禁止とする禁止信号を出力するようにしたことを特徴とするガスセンサの制御装置。 - 固体電解質体により電流または電圧から被測定ガス中の特定成分のガス濃度を検出するガスセンサを制御し、前記ガスセンサの電流変化に伴う電圧変化に基づいて前記ガスセンサの素子インピーダンスを検出するガスセンサの制御装置であって、
ガス濃度検出信号をホールドするホールド手段を具備せしめ、
素子インピーダンスの検出時には、ガス濃度検出信号を、素子インピーダンスの検出実施前のガス濃度検出信号にてホールドするとともに、ガス濃度検出信号の使用を禁止とする禁止信号を出力するようにしたことを特徴とするガスセンサの制御装置。 - 固体電解質体により電流または電圧から被測定ガス中の特定成分のガス濃度を検出するガスセンサを制御し、前記ガスセンサの電流変化に伴う電圧変化に基づいて前記ガスセンサの素子インピーダンスを検出するガスセンサの制御装置であって、
検出された素子インピーダンスに対し、その変化量を制限する処理をする変化量制限手段を具備せしめたことを特徴とするガスセンサの制御装置。 - 請求項４記載のガスセンサの制御装置において、前記変化量の制限値を、所定の条件に基づき変更自在としたガスセンサの制御装置。
- 請求項４または５いずれか記載のガスセンサの制御装置において、前記変化量制限した素子インピーダンスに対して高側の周波数成分を除去する処理をするローパスフィルタを具備せしめたガスセンサの制御装置。
- 固体電解質体により電流または電圧から被測定ガス中の特定成分のガス濃度を検出するガスセンサを制御し、前記ガスセンサの電流変化に伴う電圧変化に基づいて前記ガスセンサの素子インピーダンスを検出するガスセンサの制御装置であって、
検出された素子インピーダンスに対し、その高側の周波数成分を除去する処理をするローパスフィルタを具備せしめたことを特徴とするガスセンサの制御装置。 - 請求項７記載のガスセンサの制御装置において、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を、所定の条件に基づき変更自在としたガスセンサの制御装置。
- 固体電解質体により電流または電圧から被測定ガス中の特定成分のガス濃度を検出するガスセンサを制御し、前記ガスセンサの電流変化に伴う電圧変化に基づいて前記ガスセンサの素子インピーダンスを検出するガスセンサの制御装置であって、
検出された素子インピーダンスに対し、これを平均化する処理をする平均化手段を具備せしめたことを特徴とするガスセンサの制御装置。
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