JP2013250165A - ガスセンサ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】目標電圧を変更してガスセンサを用いるにあたり、フィードバック制御されるポンプ電流を早期に安定化させうるガスセンサ制御装置を提供する。
【解決手段】起電力セル２４及びポンプセル１４を備えるガスセンサ２のガスセンサ制御装置１は、起電力セル電圧Ｖｓが目標電圧Ｖｒとなるように、ポンプ電流Ｉｐをフィードバック制御する電流制御手段６９と、目標電圧Ｖｒを第１目標電圧Ｖｒ１及び第２目標電圧Ｖｒ２のいずれかに設定する電圧設定手段Ｓ５，Ｓ１３と、フィードバック制御に用いる制御定数群Ｋｐｉｄを、目標電圧Ｖｒが第１目標電圧Ｖｒ１であるときは第１制御定数群Ｋｐｉｄ１に、目標電圧Ｖｒが第２目標電圧Ｖｒ１であるときは第２制御定数群Ｋｐｉｄ２に設定する定数群設定手段Ｓ４，Ｓ１２とを備え、第２制御定数群Ｋｐｉｄ２は、第１制御定数群Ｋｐｉｄ１を用い続けた場合よりも、ポンプ電流Ｉｐが早く安定する制御定数群Ｋｐｉｄである。
【選択図】図３

Description

本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検知するガスセンサを用いて、被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度をも検知するガスセンサ制御装置に関する。

従来より、内燃機関の排気ガス等の被測定ガス中に含まれる特定ガスのガス濃度を検知するガスセンサとして、酸素濃度を検知する酸素センサや窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検知するＮＯｘセンサなどが知られている。これらのガスセンサは、ジルコニアを主体とした固体電解質体からなるセンサ素子を有する。例えば、酸素濃度に応じて出力がリニアに変化する全領域空燃比センサでは、起電力セルとポンプセルの２つのセンサ素子を有しており、起電力セルの電極間に生じる電圧が一定になるように、ポンプセルの電極間を流れる電流が制御され、このポンプセルを流れる電流の大きさから酸素濃度を検知する。

なお、特許文献１には、このようなガスセンサにおいて、被測定ガス中の特定ガス濃度に加えて、被測定ガスの湿度を検出するガス濃度湿度検出装置が開示されている。このガスセンサでは、検出した湿度に基づいて、検出される特定ガス濃度（酸素濃度など）を補正する。
この特許文献１に記載のガス濃度湿度検出装置では、被測定ガスの湿度（即ち、被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度）の検出にあたり、起電力セルの制御目標電圧を、被測定ガス中のＨ₂Ｏガスが実質的に解離しない第１基準電圧（例えば４５０ｍＶ）から、被測定ガス中のＨ₂Ｏガスが解離する第２基準電圧（例えば１０００ｍＶ）に切り替えている。そして、それぞれの電圧で検知されるポンプ電流である第１電流及び第２電流に基づいて、Ｈ₂Ｏガス濃度を検出している。

特開２０１０−２８１７３２号公報

しかしながら、制御目標電圧を第１基準電圧から第２基準電圧に切り替えても、フィードバック制御されたポンプ電流が安定して、適正な第２電流が得られるようになるまでには、例えば、数秒〜１０秒程度の比較的長い待ち時間を要する。一方、Ｈ₂Ｏガス濃度を検出している間は、酸素濃度の検知ができなくなるため、エンジンについてのガスセンサの酸素濃度出力（空燃比出力）を用いた空燃比のフィードバック制御ができなくなり、オープンループ制御となってしまう。このため、適切にＨ₂Ｏガス濃度を検出しつつも、Ｈ₂Ｏガス濃度の検出に要する時間をできる限り短縮することが求められていた。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、特定ガス（酸素など）の濃度の検知のほかに、ガスセンサを用いて被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度を測定するなど目標電圧を変更してガスセンサを用いるにあたり、フィードバック制御されるポンプ電流を早期に安定化させうるガスセンサ制御装置を提供するものである。

その一態様は、酸素イオン伝導性の第１固体電解質体及びこの第１固体電解質体上に形成された一対の第１電極を有する起電力セル、及び、酸素イオン伝導性の第２固体電解質体及びこの第２固体電解質体上に形成された一対の第２電極を有するポンプセル、を備えるガスセンサを用いて、被測定ガス中の特定ガス濃度を検知するガスセンサ制御装置であって、上記一対の第１電極間に生じる起電力セル電圧が目標電圧となるように、上記一対の第２電極間を流れるポンプ電流をフィードバック制御する電流制御手段と、上記目標電圧を、上記特定ガス濃度を検知する際に用いる第１目標電圧及び、上記第１目標電圧と異なる第２目標電圧のいずれかに設定する電圧設定手段と、上記フィードバック制御に用いる制御定数群を、上記目標電圧が上記第１目標電圧であるときは第１制御定数群に、上記目標電圧が上記第２目標電圧であるときは第２制御定数群に設定する定数群設定手段と、を備え、上記第２制御定数群は、上記第１制御定数群とは、少なくとも１つの制御定数の値が異なり、上記目標電圧を上記第１目標電圧から上記第２目標電圧に変更して、上記ポンプ電流を上記フィードバック制御したときに、上記第１制御定数群を用い続けた場合よりも、上記ポンプ電流が早く安定する制御定数群であるガスセンサ制御装置である。

このガスセンサ制御装置では、フィードバック制御に用いる制御定数群を第１制御定数群にあるいは第２制御定数群に設定する定数群設定手段を有しており、目標電圧を第１目標電圧から第２目標電圧に切り替えるときは、制御定数群も第１制御定数群から第２制御定数群に切り替える。
これにより、目標電圧を第２目標電圧に変更した後、第１制御定数群をそのまま用い続けてフィードバック制御する場合に比して、ポンプ電流を早期に安定させることができる。

なお、ガスセンサが検知する特定ガス濃度としては、酸素センサが検知する酸素濃度や、ＮＯｘセンサが検知する窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度などが挙げられる。
また、第１目標電圧としては、例えば、酸素濃度を検知する場合にあっては、４００ｍＶ〜５００ｍＶとするのが好ましい。
なお、電流制御手段で用いるフィードバック制御としては、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御が挙げられる。そして、これらの制御を行う電流制御手段としては、アナログ演算を行うアナログ演算回路や、デジタル演算を行うマイクロプロセッサやＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）が挙げられる。

さらに、上述のガスセンサ制御装置であって、前記第１目標電圧は、上記被測定ガス中のＨ₂Ｏガスが実質的に解離しない電圧であり、前記第２目標電圧は、上記第１目標電圧よりも高く上記被測定ガス中のＨ₂Ｏガスが解離する電圧であり、前記ポンプ電流であって、前記起電力セル電圧が上記第１目標電圧となった状態において、前記一対の第２電極間を流れる第１ポンプ電流を検知する第１電流検知手段と、上記ポンプ電流であって、上記起電力セル電圧が上記第２目標電圧となった状態において、上記一対の第２電極間を流れる第２ポンプ電流を検知する第２電流検知手段と、上記第１ポンプ電流及び上記第２ポンプ電流に基づいて、前記被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度を検知するＨ₂Ｏ濃度検知手段と、を備えるガスセンサ制御装置とすると良い。

このガスセンサ制御装置では、上述の第１ポンプ電流及び第２ポンプ電流に基づいて、被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度を検知している。しかも目標電圧の変更とともに、フィードバック制御に用いる制御定数群を変更しているので、第１ポンプ電流を取得した後、第２ポンプ電流の取得までに要する時間が短く、かつ、適切に第２ポンプ電流を取得することができる。これにより、測定時間が短く、かつ、適切にＨ₂Ｏガス濃度を検知できるガスセンサ制御装置が得られる。
なお、このＨ₂Ｏガス濃度の検知にあたっては、第１ポンプ電流の測定時と第２ポンプ電流の測定時で、被測定ガス中の酸素濃度の変化をなくすと良い。このため、被測定ガス中の酸素濃度が予め定めた値となる状況であるとき、例えば、アイドリング状態での停車中等において、いわゆるストイキ制御が継続して行われている場合や、フューエルカット時などに、Ｈ₂Ｏガス濃度の検知を行うと良い。

また、第２目標電圧は、第１目標電圧よりも高く被測定ガス中のＨ₂Ｏガスが解離する電圧である。逆に言えば、この第２目標電圧の値は、被測定ガス中のＨ₂Ｏガスが解離可能な電圧まで高くする必要がある。但し、第２目標電圧の値を高くしすぎると、ガスセンサの起電力セル（第１固体電解質体）にブラックニングを生じるおそれがある。このため、第２目標電圧の値は、Ｈ₂Ｏガスが十分に解離可能な範囲で、できるだけ低く定める
のが好ましい。具体的には、９５０ｍＶ〜１１００ｍＶで用いるのが好ましい。

さらに、上述のガスセンサ制御装置であって、前記Ｈ₂Ｏ濃度検知手段は、前記第２ポンプ電流から前記第１ポンプ電流を減じた差分電流を用いて、前記Ｈ₂Ｏガス濃度を検知するガスセンサ制御装置とすると良い。

このガスセンサ制御装置では、上述の差分電流を用いて、Ｈ₂Ｏガス濃度を検知しており、簡易な処理で、適切にＨ₂Ｏガス濃度を検知することができる。

さらに、上述のいずれかのガスセンサ制御装置であって、前記電流制御手段は、前記起電力セル電圧に基づき、前記フィードバック制御のアナログ演算を行うアナログ演算回路を含み、上記アナログ演算回路は、前記制御定数群の値を定める１または複数の回路素子を有し、前記定数群設定手段は、上記アナログ演算回路における上記回路素子の接続を切り替え、上記制御定数群を前記第１制御定数群及び前記第２制御定数群のいずれかに設定するスイッチを含むガスセンサ制御装置とすると良い。

このガスセンサ制御装置では、スイッチによる回路素子の接続の切り替えにより、フィードバック制御に用いる制御定数群を適切に設定することができる。
なお、スイッチによる回路素子の接続を切り替えには、使用する回路素子を切り替えるもののほか、回路素子同士の接続を変えるもの（例えば、直列から並列に変えるもの）や、回路素子の両端の短絡／非短絡を切り替えるものなどが含まれる。

さらに、前述のいずれかのガスセンサ制御装置であって、前記電流制御手段は、前記起電力セル電圧に基づき、前記フィードバック制御のデジタル演算を行う演算部を含み、前記定数群設定手段は、上記デジタル演算に利用する前記制御定数群を前記第１制御定数群及び前記第２制御定数群のいずれかに設定するガスセンサ制御装置とすると良い。

このガスセンサ制御装置によれば、電流制御手段が、フィードバック制御のデジタル演算を行うにあたり、制御定数群を適切に設定することができる。

さらに、前述のいずれかのガスセンサ制御装置であって、前記フィードバック制御は、ＰＩＤ制御であり、前記制御定数群は、上記ＰＩＤ制御における、比例定数、積分定数、微分定数を定めるガスセンサ制御装置とすると良い。

このガスセンサ制御装置によれば、ＰＩＤ制御によるフィードバック制御を用いて、ポンプ電流を適切にフィードバック制御できる。

実施形態に係るガスセンサ制御装置及びガスセンサを内燃機関の制御に用いた場合の全体構成を示す説明図である。 実施形態に係るガスセンサ制御装置の概略構成を示す説明図である。 ガスセンサの構成を示す概略断面図である。 図２のガスセンサ制御装置のうち、実施形態に係るＰＩＤ制御回路の概略構成を示す説明図である。 実施形態に係るガスセンサ制御装置のうち、マイクロプロセッサの処理動作を示すフローチャートである。 図２のガスセンサ制御装置のうち、変形形態に係るＰＩＤ制御回路の概略構成を示す説明図である。

（実施形態）
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係るガスセンサ制御装置１及びガスセンサ２を内燃機関の制御に用いた場合の全体構成を示す図である。また、図２は、ガスセンサ制御装置１の概略構成を示す図である。
ガスセンサ２は、車両（図示しない）の内燃機関ＥＮＧ（エンジン）の排気管ＥＰに装着され、排気ガスＥＧ（被測定ガス）中の酸素濃度（空燃比）をリニアに検出して、内燃機関ＥＮＧにおける空燃比フィードバック制御に用いる空燃比センサ（全領域酸素センサ）である。このガスセンサ２は、図２に示すように、酸素濃度を検出するセンサ素子部３、及びセンサ素子部３を加熱するヒータ部８０を有する。
ガスセンサ制御装置１は、このガスセンサ２に接続され、これを制御する。また、ガスセンサ制御装置１は、接続バス１０１を介して、車両のＣＡＮバス１０２に接続され、ＥＣＵ１００との間でデータの送受信が可能とされている。ガスセンサ制御装置１は、マイクロプロセッサ３０と、ガスセンサ２のセンサ素子部３を制御するセンサ素子部制御回路４０と、ヒータ部８０を制御するヒータ部制御回路７０とを備えている。

まず、ガスセンサ２について説明する。図３は、ガスセンサ２の構成を示す概略構成図である。ガスセンサ２のうち、センサ素子部３は、ポンプセル１４と、多孔質層１８と、起電力セル２４と、をこの順番に積層した積層体である。そして、このセンサ素子部３に、さらにヒータ部８０が積層されている。

ポンプセル１４は、板状でジルコニアを主体とした酸素イオン伝導性を有する固体電解質体からなる電解質層１４ｃを基体とし、その両面に多孔質の白金を主体とする一対の電極１２，１６（多孔質電極）が形成されている。具体的には、電解質層１４ｃの一方の面（図中、上方）である外面１４Ｅに外電極１２が、他方の面（図中、下方）である内面１４Ｉに内電極１６が、それぞれ形成されている。
同様に、起電力セル２４は、板状でジルコニアを主体とした酸素イオン伝導性を有する固体電解質体からなる電解質層２４ｃを基体とし、その両面に多孔質の白金を主体とする一対の電極２２，２８（多孔質電極）が形成されている。具体的には、電解質層２４ｃの一方の面（図中、下方）である外面２４Ｅに外電極２８が、他方の面（図中、上方）である内面２４Ｉに内電極２２が、それぞれ形成されている。

ポンプセル１４の電解質層１４ｃの内面１４Ｉは、起電力セル２４の電解質層２４ｃの内面２４Ｉと対向し、電解質層１４ｃと電解質層２４ｃの間には、多孔質層１８が挟まれている。多孔質層１８は、電解質層１４ｃの内面１４Ｉ及び電解質層２４ｃの内面２４Ｉの縁に沿う多孔質壁部１８ｃを有しており、多孔質層１８の内部は、この多孔質壁部１８ｃと電解質層１４ｃと電解質層２４ｃとによって囲まれ、排気ガスＥＧを導入可能な中空の測定室２０を構成している。なお、多孔質層１８は、測定室２０内に排気ガスＥＧを導入する際の流入速度を制限する。

この測定室２０内には、ポンプセル１４の内電極１６及び、起電力セル２４の内電極２２が露出している。これらの電極１６，２２は、互いに電気的に導通されると共に、センサ素子部３の端子ＣＯＭに接続している。また、ポンプセル１４の外電極１２はセンサ素子部３の端子Ｉｐ＋に接続し、起電力セル２４の外電極２８はセンサ素子部３の端子Ｖｓ＋に接続している。

また、ポンプセル１４の外電極１２の全体は、外電極１２の被毒を抑制する保護層１５によって覆われている。保護層１５は、多孔質のセラミック等によって形成されており、排気ガスＥＧの流れる流路中に配置されている。排気ガスＥＧは、保護層１５を通じて、外電極１２に到達し得る。

ヒータ部８０は、起電力セル２４の電解質層２４ｃの外面２４Ｅに積層されており、導体で形成されたヒータ抵抗８７を、一対のアルミナシート８３，８５で挟んだ構成を有している。ヒータ部８０で、センサ素子部３の温度を高めることによって、センサ素子部３の電解質層１４ｃ，２４ｃを活性化させる。これにより、酸素イオンが電解質層１４ｃ，２４ｃ中を移動できるようになる。

また、ヒータ部８０のアルミナシート８３は、起電力セル２４の外電極２８の全体を覆うことによって、外電極２８を封止している。なお、外電極２８（多孔質電極）の内部の空間（孔）は、基準酸素室２６を形成しており、次述するように、内部酸素基準源として機能する。

次いで、図２を参照しつつ、ガスセンサ制御装置１について説明する。センサ素子部制御回路４０は、ＡＳＩＣを中心に構成され、接続経路４１，４２，４３（具体的には、回路基板上の配線及びリード線）を介して、センサ素子部３の３つの端子Ｖｓ＋，Ｉｐ＋，ＣＯＭにそれぞれ接続されている。そして、このセンサ素子部制御回路４０は、センサ素子部３の起電力セル２４に一定の微小電流Ｉｃｐを流しつつ、起電力セル２４の両端に発生する起電力セル電圧Ｖｓが４５０ｍＶ（＝第１目標電圧Ｖｒ１（後述する））になるように、ポンプセル１４に流すポンプ電流Ｉｐを制御して、多孔質層１８を通じて測定室２０に導入された排気ガスＥＧ中の酸素の汲み入れ汲み出しを行う。そして、ポンプセル１４に流れるポンプ電流Ｉｐの電流値及び電流の方向は、多孔質層１８を通じて測定室２０内に導入される排気ガスＥＧ中の酸素濃度（空燃比）に応じて変化することから、このポンプ電流Ｉｐに基づいて排気ガスＥＧ中の酸素濃度を検出することができる。なお、微小電流Ｉｃｐは、起電力セル２４に対して、測定室２０の酸素を外電極２８（多孔質電極）の側に汲み出す方向に流されており、これにより、基準酸素室２６は内部酸素基準源として機能する。

このセンサ素子部制御回路４０では、ポンプ電流Ｉｐの大きさは、電圧信号に変換されたガス検出信号Ｖｉｐとして検出され、ガス検出信号出力端子４４から出力される。また、センサ素子部制御回路４０は、このガス検出信号Ｖｉｐの検出の他に、センサ素子部３の起電力セル２４の素子抵抗Ｒｐｖｓに応じて変化する電圧変化量ΔＶｓの検出を行い、電圧変化量出力端子４５から出力する。そして、マイクロプロセッサ３０は、ガス検出信号Ｖｉｐ及び電圧変化量ΔＶｓを、Ａ／Ｄ入力ポート３１，３２を通じて入力可能にされている。なお、検出されたガス検出信号Ｖｉｐの値は、接続バス１０１を通じて、ＥＣＵ１００に向けて送出される。

ヒータ部制御回路７０は、２本のリード線７１，７２を介して、ガスセンサ２のヒータ部８０に接続されると共に、マイクロプロセッサ３０のＰＷＭ出力ポート３４に接続され、このＰＷＭ出力ポート３４から出力されるＰＷＭパルスにより、ヒータ部８０への通電のオンオフをＰＷＭ制御する。

次いで、センサ素子部３により酸素濃度を測定する際の、センサ素子部制御回路４０の動作について説明する。
センサ素子部３の端子ＣＯＭは、接続経路４３及び抵抗器Ｒを介してＶｃｅｎｔ点に接続している。また、端子Ｉｐ＋は、接続経路４２を介して、第２オペアンプＯＰ２の出力端子に接続している。さらに、端子Ｖｓ＋は、接続経路４１を介して、第４オペアンプＯＰ４の非反転入力端子＋に接続している。また、端子Ｖｓ＋は、定電流源回路６２にも接続している。この定電流源回路６２は、前述した一定の微小電流Ｉｃｐを起電力セル２４に流す。

さらに、センサ素子部制御回路４０は、上述の抵抗器Ｒや定電流源回路６２のほか、第１オペアンプＯＰ１から第５オペアンプＯＰ５、１個の第１スイッチＳＷ１、３個の第２スイッチＳＷ２、２個の第３スイッチＳＷ３、ＰＩＤ制御回路６９、差動増幅回路６１、電流源６３，６４，６５，６６、制御部５９などから構成されている。そして、定電流源回路６２、起電力セル２４、抵抗器Ｒは、この順に接続経路４１，４３を介して接続されて、微小電流Ｉｃｐを流す電流路を構成している。

酸素濃度を測定する際には、制御部５９により第１スイッチＳＷ１がオン状態とされている。これにより、センサ素子部３の端子Ｖｓ＋の電位は、接続経路４１並びに、電圧フォロア回路をなす第４オペアンプＯＰ４及び第１オペアンプＯＰ１を介して、ＰＩＤ制御回路６９の入力端子ＩＴに入力される。なお、制御部５９は、センサ素子部制御回路４０をなすＡＳＩＣ内に構成されたロジック回路である。この制御部５９は、センサ素子部制御回路４０のコマンド受信ポート４６を通じて、マイクロプロセッサ３０のシリアル送信ポート３３と接続しており、マイクロプロセッサ３０からの指令に基づいて、第１スイッチＳＷ１から第３スイッチＳＷ３のオンオフ状態の制御などを行う。
また、第２オペアンプＯＰ２のうち、一方の入力端子はＶｃｅｎｔ点に接続され、他方の入力端子には基準電圧Ｖｃ（＝＋３．６Ｖ）が印加されている。そして、前述の通り、出力端子は接続経路４２を介して、センサ素子部３の端子Ｉｐ＋に接続されている。なお、Ｖｃｅｎｔ点は、ＰＩＤ制御回路６９の基準端子ＲＴにも接続されている。

ＰＩＤ制御回路６９は、上述の入力端子ＩＴ及び基準端子ＲＴに加えて、出力端子ＯＴを有し、第４オペアンプＯＰ４及び第１オペアンプＯＰ１を介して入力されたセンサ素子部３の端子Ｖｓ＋の電位（入力端子ＩＴ）とＶｃｅｎｔ点における電位（基準端子ＲＴ）との電位差が４５０ｍＶとなるように、ポンプ電流Ｉｐの大きさをＰＩＤ制御する。具体的には、ＰＩＤ制御回路６９で、制御目標電圧（４５０ｍＶ）と起電力セル２４の両端（電極２８，２２間）に発生する起電力セル電圧Ｖｓとの偏差がＰＩＤ演算され、第２オペアンプＯＰ２にフィードバックされることで、第２オペアンプＯＰ２は、ポンプセル１４にポンプ電流Ｉｐを流す。

さらに、センサ素子部制御回路４０は、ポンプ電流Ｉｐの大きさを検出し、電圧信号に変換する検出抵抗Ｒ１を備え、この検出抵抗Ｒ１の両端電圧（電位Ｖｃｅｎｔと電位Ｖｐｉｄとの差電圧）は、差動増幅回路６１により差動増幅され、ガス検出信号Ｖｉｐとしてガス検出信号出力端子４４から出力される。前述の通り、ポンプ電流Ｉｐの電流値及び電流の方向は、酸素濃度（空燃比）に応じて変化するので、ポンプ電流Ｉｐの大きさを電圧信号に変換したガス検出信号Ｖｉｐから、酸素濃度を検知することができる。
マイクロプロセッサ３０は、このガス検出信号（酸素濃度信号）ＶｉｐをＡ／Ｄ入力ポート３１を通じ、デジタル値に変換して取得すると共に、取得した値を接続バス１０１を通じて、ＥＣＵ１００に向けて送出する。

なお、センサ素子部制御回路４０は、起電力セル２４の素子抵抗Ｒｐｖｓに応じて変化する電圧変化量ΔＶｓの検出にも用いられる。図２に示すセンサ素子部制御回路４０は、この電圧変化量ΔＶｓの検出に用いる回路ブロックを含むが、その動作及び回路の詳細については、例えば、特開２００８−２０３１９０に開示されており、公知のものであるので、ここでは説明を省略する。前述の通り、電圧変化量ΔＶｓは、センサ素子部制御回路４０の電圧変化量出力端子４５から出力され、マイクロプロセッサ３０のＡ／Ｄ入力ポート３２に入力される。マイクロプロセッサ３０は、電圧変化量ΔＶｓの値を定期的に検出し、電圧変化量ΔＶｓから起電力セル２４の素子抵抗Ｒｐｖｓを検知する。そして、この素子抵抗Ｒｐｖｓが所定の目標抵抗値となるように、ヒータ部制御回路７０によって、ヒータ部８０への通電がフィードバック制御され、センサ素子部３が加熱される。

次いで、このガスセンサ制御装置１を用いて、Ｈ₂Ｏガス濃度を測定する手法について説明する。前述したように、排気ガスＥＧ中の酸素濃度を測定する際には、起電力セル電圧Ｖｓが第１目標電圧Ｖｒ１＝４５０ｍＶになるように、ポンプ電流Ｉｐを制御した。これに対し、Ｈ₂Ｏガス濃度を測定するに際しては、起電力セル電圧Ｖｓが第２目標電圧Ｖｒ２＝１０００ｍＶとなるように、ポンプ電流Ｉｐを制御する。即ち、起電力セル電圧Ｖｓを第１目標電圧Ｖｒ１＝４５０ｍＶから第２目標電圧Ｖｒ２＝１０００ｍＶに切り替える。具体的には、センサ素子部制御回路４０のＰＩＤ制御回路６９は、図４に示すように、起電力セル電圧Ｖｓの目標電圧Ｖｒが、第１目標電圧Ｖｒ１＝４５０ｍＶとなるように設定された第１設定電圧Ｖ１（＝Ｖｃ−Ｖｒ１）を出力する第１定電圧源６９ａと、第２目標電圧Ｖｒ２＝１０００ｍＶとなるように設定された第２設定電圧Ｖ２（＝Ｖｃ−Ｖｒ２）を出力する第２定電圧源６９ｂの２つを内部に有しており、起電力セル電圧Ｖｓを切り替え可能とされている。さらに具体的には、制御部５９によってアナログマルチプレクサＭＵＸ１を切り替えて、第１定電圧源６９ａ、第２定電圧源６９ｂの２つの出力のうちのいずれかが、オペアンプ６９ｃの非反転入力端子＋に入力される。オペアンプ６９ｃは、ボルテージフォロアを構成しており、その出力は、第１設定電圧Ｖ１（＝Ｖｃ−Ｖｒ１）あるいは第２設定電圧Ｖ２（＝Ｖｃ−Ｖｒ２）となる。また、ＰＩＤ制御回路６９は、この他に、入力端子ＩＴ（＝Ｖｓ＋）と第１設定電圧Ｖ１（＝Ｖｃ−Ｖｒ１）あるいは第２設定電圧Ｖ２（＝Ｖｃ−Ｖｒ２）との和と、基準端子ＲＴ（≒Ｖｃ）との偏差を増幅するオペアンプ６９ｄ、このオペアンプ６９ｄの出力に接続され、ＰＩＤ演算を行うＰＩＤ演算部６９ｅを有している。

さらに、本実施形態のＰＩＤ演算部６９ｅには、ポンプ電流Ｉｐをフィードバック制御に用いる制御定数群の切り替えを行うためのアナログマルチプレクサＭＵＸ２及び回路素子群６９ｆ〜６９ｋが外付けされているが、詳細については後述する。これらにより、起電力セル電圧Ｖｓが、第１目標電圧Ｖｒ１（＝４５０ｍＶ）または第２目標電圧Ｖｒ２（＝１０００ｍＶ）のいずれかの目標電圧Ｖｒになるように制御される。
このうち、第２目標電圧Ｖｒ２（＝１０００ｍＶ）は、排気ガスＥＧ中のＯ₂ガスに加えて、Ｈ₂Ｏガスも解離する電圧である。一方、第１目標電圧Ｖｒ１（＝４５０ｍＶ）は、Ｏ₂ガスは解離するが、排気ガスＥＧ中のＨ₂Ｏガスが実質的に解離しない電圧である。

被測定ガスである排気ガスＥＧのガスセンサ２への供給状況が、継続して排気ガスＥＧ中の酸素濃度が予め定めた値となる状況であるとき、例えば、信号待ち、その他アイドリング状態での停車中において、いわゆるストイキ制御が継続して行われている場合や、フューエルカット時など、特定の測定開始条件が揃うと、ＥＣＵ１００からＨ₂Ｏガス濃度の測定の指示が出される。本実施形態のガスセンサ制御装置１は、この指示に従って測定を開始する。測定開始の直後は、目標電圧Ｖｒは第１目標電圧Ｖｒ１（＝４５０ｍＶ）とされており、起電力セル電圧Ｖｓがこの第１目標電圧Ｖｒ１になるように、ポンプ電流Ｉｐが制御されている。そして、起電力セル電圧Ｖｓが第１目標電圧Ｖｒ２になった状態において、電極１２，１６間を流れるポンプ電流Ｉｐである第１ポンプ電流Ｉｐ１の値を測定する。なお、前述の通り、ポンプ電流Ｉｐの大きさは、検出抵抗Ｒ１によって検出されて、ガス検出信号（酸素濃度信号）Ｖｉｐとして出力されている。

次に、目標電圧Ｖｒを第２目標電圧Ｖｒ２（＝１０００ｍＶ）に切り替え、起電力セル電圧Ｖｓが第２目標電圧Ｖｒ２になるように、ポンプ電流Ｉｐを制御する。そして、起電力セル電圧Ｖｓ及びポンプ電流Ｉｐが安定するまでに要する所定時間を経過した後、起電力セル電圧Ｖｓが第２目標電圧Ｖｒ２となった状態において、電極１２，１６間を流れるポンプ電流Ｉｐである第２ポンプ電流Ｉｐ２の値を測定する。なお、この測定の間、排気ガスＥＧの供給状況、即ち、エンジンの駆動状態（例えば、アイドリング状態）が一定に保たれて、空燃比が理論空燃比状態を保つなど、排気ガスＥＧの酸素濃度は一定であるとする。

その後、第２ポンプ電流Ｉｐ２からＯ₂ガスの解離によって流れる第１ポンプ電流Ｉｐ１を減じた差分電流ΔＩｐ（＝Ｉｐ２−Ｉｐ１）を算出すれば、この差分電流ΔＩｐはＨ₂Ｏガスの解離に起因する電流となるので、この差分電流ΔＩｐから排気ガスＥＧ中のＨ₂Ｏガス濃度を測定することができる。

但し、目標電圧Ｖｒを第１電圧Ｖｒ１（＝４５０ｍＶ）から第２電圧Ｖｒ２（＝１０００ｍＶ）に切り替えても、フィードバック制御されたポンプ電流Ｉｐが安定して、適正な第２ポンプ電流Ｉｐ２が得られるようになるまでには、例えば、数秒〜１０秒程度の比較的長い待ち時間を要する。一方、Ｈ₂Ｏガス濃度を検出している間は、酸素濃度の検知ができなくなるため、エンジン制御において、ガスセンサの酸素濃度出力（空燃比出力）を用いた空燃比のフィードバック制御ができなくなり、オープンループ制御となってしまう。このため、適切にＨ₂Ｏガス濃度を検出しつつも、Ｈ₂Ｏガス濃度の検出に要する時間はできる限り短縮することが望まれる。

そこで、本実施形態のガスセンサ制御装置１では、目標電圧Ｖｒを第１電圧Ｖｒ１（＝４５０ｍＶ）から第２電圧Ｖｒ２（＝１０００ｍＶ）に切り替えるときに、ポンプ電流Ｉｐを早期に安定させるべく、ＰＩＤ制御回路６９のＰＩＤ演算部６９ｅにおいて、ポンプ電流Ｉｐのフィードバック制御に用いる制御定数群の切り替えを行っている。図４に示すように、ＰＩＤ制御回路６９のＰＩＤ演算部６９ｅには、アナログマルチプレクサＭＵＸ２及び、図示しない抵抗器及びコンデンサで構成された回路素子群６９ｆ〜６９ｋが外付けされている。ＰＩＤ演算部６９ｅは、図示しないオペアンプを中心に構成され、外付けの回路素子群６９ｆ〜６９ｋと共に、ＰＩＤ制御によるフィードバック制御のアナログ演算を行うアナログ演算回路を構成している。

回路素子群６９ｆ，６９ｇ，６９ｈは、ＰＩＤ演算部６９ｅで行うＰＩＤ演算で用いる比例定数Ｋｐ、積分定数Ｋｉ、微分定数Ｋｄの各制御定数の値をそれぞれ、Ｋｐ１，Ｋｉ１，Ｋｄ１（これらを第１制御定数群Ｋｐｉｄ１とする）に設定する。一方、回路素子群６９ｉ，６９ｊ，６９ｋは、ＰＩＤ演算に用いる比例定数Ｋｐ、積分定数Ｋｐ、微分定数Ｋｄの各制御定数の値をそれぞれ、Ｋｐ１，Ｋｉ１，Ｋｄ１とは異なるＫｐ２，Ｋｉ２，Ｋｄ２（これらを第２制御定数群Ｋｐｉｄ２とする）に設定する。そして、回路素子群６９ｆと回路素子群６９ｉ、回路素子群６９ｇと回路素子群６９ｊ、回路素子群６９ｈと回路素子群６９ｋがそれぞれ対になって、アナログマルチプレクサＭＵＸ２に接続されており、制御部５９によってアナログマルチプレクサＭＵＸ２を一斉に切り替えることにより、第１制御定数群Ｋｐｉｄ１及び第２制御定数群Ｋｐｉｄ２のいずれか一方が、ＰＩＤ制御回路６９における制御定数群Ｋｐｉｄに設定される。なお、第２制御定数群Ｋｐｉｄ２は、目標電圧Ｖｒを第１目標電圧Ｖｒ１から第２目標電圧に変更して、ポンプ電流Ｉｐをフィードバック制御したときに、第１制御定数群Ｋｐｉｄ１を用い続けた場合よりも、ポンプ電流Ｉｐが早く安定する制御定数群Ｋｐｉｄである。そこで、本実施形態では、目標電圧Ｖｒが第１目標電圧Ｖｒ１であるときは、制御定数群Ｋｐｉｄを第１制御定数群Ｋｐｉｄ１に設定し、目標電圧Ｖｒが第２目標電圧Ｖｒ２であるときは、制御定数群Ｋｐｉｄを第２制御定数群Ｋｐｉｄ２に設定する。

なお、本実施形態では、第２制御定数群Ｋｐｉｄ２のＫｐ２，Ｋｉ２，Ｋｄ２を、いずれも第１制御定数群Ｋｐｉｄ１のＫｐ１，Ｋｉ１，Ｋｄ１と異なる値とした例を示した。しかし、第２制御定数群Ｋｐｉｄ２は、目標電圧Ｖｒを第２目標電圧Ｖｒ２に変更してフィードバック制御したときに、第１制御定数群Ｋｐｉｄ１を用い続けた場合よりも、ポンプ電流Ｉｐが早く安定する制御定数群Ｋｐｉｄであれば良く、このようにするにあたって、第２制御定数群Ｋｐｉｄ２と第１制御定数群Ｋｐｉｄ１とは、比例定数Ｋｐ、積分定数Ｋｉ、微分定数Ｋｄの各制御定数のうちのいずれかが異なってれば良い。

このように、本実施形態のガスセンサ制御装置１では、Ｈ₂Ｏガス濃度を検出するにあたり、目標電圧Ｖｒを第１目標電圧Ｖｒ１から第２目標電圧Ｖｒ２に変更するのに合わせて、ポンプ電流Ｉｐのフィードバック制御に用いるＰＩＤ制御回路６９（ＰＩＤ演算部６９ｅ）の制御定数群Ｋｐｉｄを、第１制御定数群Ｋｐｉｄ１から第２制御定数群Ｋｐｉｄ２変更している。
これにより、目標電圧Ｖｒを第２目標電圧Ｖｒ２に変更した後、第１制御定数群Ｋｐｉｄ１をそのまま用い続けてフィードバック制御する場合に比して、ポンプ電流Ｉｐを早期に安定させることができる。

次いで、本実施形態に係るガスセンサ制御装置１（特にマイクロプロセッサ３０）の動作を、図５のフローチャートを参照して説明する。
ガスセンサ制御装置１のマイクロプロセッサ３０は、図５に示すメイン処理を予め定められたタイミング毎に定期的に実行し、酸素濃度の検知を行っている。そして、ＥＣＵ１００からＨ₂Ｏガス濃度の検知指示があったときに、Ｈ₂Ｏガス濃度の検知を行う。

予め定められたタイミング毎にメイン処理が起動されると、まず、ステップＳ１で、酸素濃度を検知する。なお、このとき、センサ素子部制御回路４０のＰＩＤ制御回路６９において、起電力セル電圧Ｖｓの目標電圧Ｖｒは、第１目標電圧Ｖｒ１＝４５０ｍＶに設定されており、起電力セル電圧Ｖｓがこの第１目標電圧Ｖｒ１になるように、ポンプ電流Ｉｐが制御されている。また、このポンプ電流Ｉｐのフィードバック制御に用いるＰＩＤ制御回路６９（ＰＩＤ演算部６９ｅ）の制御定数群Ｋｐｉｄは、第１制御定数群Ｋｐｉｄ１に設定されている。そして、このときのポンプ電流Ｉｐの大きさをガス検出信号（酸素濃度信号）Ｖｉｐとして検知する。

続くステップＳ２では、アイドリング状態での停止中やフューエルカット時など、特定の測定開始条件が揃った場合に出されるＥＣＵ１００からのＨ₂Ｏガス濃度の検知指示があるか否かを判断する。検知指示がない場合（Ｎｏ）には、そのまま本メイン処理を終了する。即ち、ステップＳ１の酸素濃度の検知のみが行われる。一方、Ｈ₂Ｏガス濃度の検知指示があった場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、目標電圧Ｖｒが第１目標電圧Ｖｒ１（＝４５０ｍＶ）とされ、起電
力セル電圧Ｖｓがこの第１目標電圧Ｖｒ１となっているときのポンプ電流Ｉｐの大きさ（ガス検出信号Ｖｉｐ）を、第１ポンプ電流Ｉｐ１として読み込み、記憶する。次いで、ステップＳ４では、ステップＳ５での目標電圧Ｖｒの変更に先立ち、制御定数群Ｋｐｉｄを第１制御定数群Ｋｐｉｄ１から第２制御定数群Ｋｐｉｄ２に変更する。具体的には、制御部５９を通じてアナログマルチプレクサＭＵＸ２を切り替え、回路素子群６９ｆ，６９ｇ，６９ｈに代えて、回路素子群６９ｉ，６９ｊ，６９ｋをＰＩＤ演算部６９ｅで用いるようにする。次いで、ステップＳ５では、目標電圧Ｖｒを第２目標電圧Ｖｒ２（＝１０００ｍＶ）に変更する。具体的には、制御部５９を通じてアナログマルチプレクサＭＵＸ１を切り替え、第１定電圧源６９ａに代えて、第２定電圧源６９ｂをオペアンプ６９ｃに接続する。そして、続くステップＳ６では、このステップＳ５での目標電圧Ｖｒの変更から、起電力セル電圧Ｖｓ及びポンプ電流Ｉｐが安定するまでに要する予め定めた所定時間が経過したか否かを判断する。所定時間が経過していない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、ステップＳ２でＥＣＵ１００から出されたＨ₂Ｏガス濃度の検知指示が継続しているか否かを判断する。検知指示が継続している場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ６に戻り、ステップＳ６とステップＳ７を繰り返しながら、所定時間の経過を待つ。そして、所定時間が経過した場合には、ステップＳ６でＹｅｓとなり、ステップＳ８に進む。一方、所定時間の経過を待っている途中で、ＥＣＵ１００からの検知指示が無くなると、ステップＳ７でＮｏとなり、ステップＳ１２に進む。
なお、ステップＳ４で、制御定数群Ｋｐｉｄを第２制御定数群Ｋｐｉｄ２に変更することにより、第１制御定数群Ｋｐｉｄ１をそのまま用い続けてフィードバック制御する場合に比して、ポンプ電流Ｉｐを早期に安定させることができるので、ステップＳ６における所定時間は、第１制御定数群Ｋｐｉｄ１を用い続けた場合よりも短く設定されている。

そして、ステップＳ８では、起電力セル電圧Ｖｓが第２目標電圧Ｖｒ２（＝１０００ｍＶ）となっているときのポンプ電流Ｉｐの大きさ（ガス検出信号Ｖｉｐ）を、第２ポンプ電流Ｉｐ２として読み込み、記憶する。
次いで、ステップＳ９では、差分電流ΔＩｐを、ΔＩｐ＝Ｉｐ２−Ｉｐ１により算出する。続くステップＳ１０で、差分電流ΔＩｐとＨ₂Ｏガス濃度ＣＣとの関係を示すテーブルを参照して、得られた差分電流ΔＩｐに対応するＨ₂Ｏガス濃度ＣＣを得る。そして、続くステップＳ１１で、検知したＨ₂Ｏガス濃度ＣＣを、接続バス１０１を通じて、ＥＣＵ１００に向けて送出する。

次いで、ステップＳ１２では、制御定数群Ｋｐｉｄを第１制御定数群Ｋｐｉｄ１に戻す。具体的には、制御部５９を通じてアナログマルチプレクサＭＵＸ２を切り替え、回路素子群６９ｉ，６９ｊ，６９ｋに代えて、回路素子群６９ｆ，６９ｇ，６９ｈをＰＩＤ演算部６９ｅで用いるようにする。さらに、続くステップＳ１３では、目標電圧Ｖｒを第１電圧Ｖｒ１（＝４５０ｍＶ）に戻す。具体的には、制御部５９を通じてアナログマルチプレクサＭＵＸ１を切り替え、第２定電圧源６９ｂに代えて、第１定電圧源６９ａをオペアンプ６９ｃに接続する。そして、ステップＳ１３の実行が終了すると、本メイン処理を終了する。なお、ステップＳ７でＮｏとなった場合も、これらステップＳ１２，Ｓ１３を実行した後、本メイン処理を終了する。

本実施形態では、起電力セル２４の電極２２，２８が、一対の第１電極に相当し、ポンプセル１４の電極１２，１６が、一対の第２電極に相当する。また、起電力セル２４の電解質層２４ｃが第１固体電解質体に相当し、ポンプセル１４の電解質層１４ｃが、第２固体電解質体に相当する。
さらに、センサ素子部制御回路４０のＰＩＤ制御回路６９が、電流制御手段に相当する。また、センサ素子部制御回路４０の検出抵抗Ｒ１、差動増幅回路６１及び、ステップＳ３を実行しているマイクロプロセッサ３０が、第１電流検知手段に相当する。また、センサ素子部制御回路４０の検出抵抗Ｒ１，差動増幅回路６１及び、ステップＳ８を実行しているマイクロプロセッサ３０が、第２電流検知手段に相当する。また、センサ素子部制御回路４０のうち、ＰＩＤ制御回路６９の第１定電圧源６９ａ、第２定電圧源６９ｂ及びアナログマルチプレクサＭＵＸ１、制御部５９並びに、ステップＳ５，Ｓ１３を実行しているマイクロプロセッサ３０が、電圧設定手段に相当する。
また、ＰＩＤ制御回路６９のＰＩＤ演算部６９ｅが、フィードバック制御のアナログ演算を行うアナログ演算回路に相当し、アナログマルチプレクサＭＵＸ２が、回路素子群６９ｆ〜６９ｋの接続を切り替えるスイッチに相当する。そして、アナログマルチプレクサＭＵＸ２、制御部５９及び、ステップＳ４，Ｓ１２を実行しているマイクロプロセッサ３０が、定数群設定手段に相当する。
さらに、ステップＳ９，Ｓ１０を実行しているマイクロプロセッサ３０が、Ｈ₂Ｏガス濃度検知手段に相当する。

以上で説明したように、本実施形態のガスセンサ制御装置１では、ポンプ電流Ｉｐのフィードバック制御に用いる制御定数群Ｋｐｉｄを第１制御定数群Ｋｐｉｄ１にあるいは第２制御定数群Ｋｐｉｄ２に設定する定数群設定手段（ステップＳ４，Ｓ１２）を有しており、目標電圧Ｖｒを第１目標電圧Ｖｒ１から第２目標電圧に切り替えるとき（ステップＳ５）は、制御定数群Ｋｐｉｄも第１制御定数群Ｋｐｉｄ１から第２制御定数群Ｋｐｉｄ２に切り替える（ステップＳ４）。
これにより、目標電圧Ｖｒを第２目標電圧Ｖｒ２に変更した後、第１制御定数群Ｋｐｉｄ１をそのまま用い続けてフィードバック制御する場合に比して、ポンプ電流Ｉｐを早期に安定させることができる。即ち、ステップＳ６における所定時間を短く設定できる。

さらに、本実施形態のガスセンサ制御装置１では、第１ポンプ電流Ｉｐ１及び第２ポンプ電流Ｉｐ２に基づいて、被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度を検知している。しかも目標電圧Ｖｒの変更とともに、ポンプ電流Ｉｐのフィードバック制御に用いる制御定数群Ｋｐｉｄを変更しているので、第１ポンプ電流Ｉｐ１を取得した後、第２ポンプ電流Ｉｐ２の取得までに要する時間が短く、かつ、適切に第２ポンプ電流Ｉｐ２を取得することができる。これにより、測定時間が短く、かつ、適切にＨ₂Ｏガス濃度を検知できるガスセンサ
制御装置１が得られる。

さらに、本実施形態のガスセンサ制御装置１では、差分電流ΔＩｐ（＝Ｉｐ２−Ｉｐ１）を用いて、Ｈ₂Ｏガス濃度を検知しており、簡易な処理で、適切にＨ₂Ｏガス濃度を検知することができる。

さらに、本実施形態のガスセンサ制御装置１では、アナログマルチプレクサＭＵＸ２による回路素子群６９ｆ〜６９ｋの接続の切り替えにより、フィードバック制御に用いる制御定数群Ｋｐｉｄである第１制御定数群Ｋｐｉｄ１及び第２制御定数群Ｋｐｉｄ２を適切に変更することができる。

さらに、本実施形態のガスセンサ制御装置１によれば、ＰＩＤ制御回路６９のＰＩＤ制御によるフィードバック制御を用いて、ポンプ電流Ｉｐを適切にフィードバック制御できる。

（変形形態）
次に、上述の実施形態の変形形態に係るガスセンサ制御装置１Ａについて説明する。前述の実施形態のガスセンサ制御装置１は、センサ素子部制御回路４０のＰＩＤ制御回路６９が、図４に示したように、アナログ演算回路であるＰＩＤ演算部６９ｅを含む構成であり、アナログマルチプレクサＭＵＸ２で回路素子群６９ｆ〜６９ｋの接続を切り替えることにより、第１制御定数群Ｋｐｉｄ１と第２制御定数群Ｋｐｉｄ２とを切り替えた。
これに対し、本変形形態のガスセンサ制御装置１Ａでは、センサ素子部制御回路４０が、アナログ演算回路により構成されたＰＩＤ制御回路６９に代えて、図６に示すデジタル演算部１６９ｂを含むＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）により構成されたＰＩＤ制御回路１６９を備えている。即ち、本変形形態では、センサ素子部制御回路４０に、ＰＩＤ制御回路１６９をＤＳＰで構成したＡＳＩＣを用いている。

ＰＩＤ制御回路１６９は、Ａ／Ｄ変換部１６９ａ、デジタル演算部１６９ｂ及びＤ／Ａ変換部１６９ｃを備える。基準端子ＲＴ及び入力端子ＩＴの電位は、共にＡ／Ｄ変換器１６９ａによって、デジタル値に変換されてデジタル演算部１６９ｂに入力される。また、デジタル演算部１６９ｂは、制御部５９から指示により、目標電圧Ｖｒとして、第１目標電圧Ｖｒ１及び第２目標電圧Ｖｒ２のいずれかに相当するデジタル値を設定する電圧設定部１６９ｂ１と、制御部５９からの指示により、制御定数群Ｋｐｉｄとして、第１制御定数群Ｋｐｉｄ１及び第２制御定数群Ｋｐｉｄ２のいずれかをデジタル値で設定する定数群設定部１６９ｂ２とを有する。そして、デジタル演算部１６９ｂは、これらのデジタル値を用いて、フィードバック制御（ＰＩＤ制御）のデジタル演算を行い、その結果をＤ／Ａ変換部１６９ｃに向けてデジタル値で出力する。Ｄ／Ａ変換部１６９ｃは、デジタル演算部１６９ｂから出力されたデジタル値をアナログの電圧に変換し、出力端子ＯＴから出力する。センサ素子部制御回路４０のうち、ＰＩＤ制御回路１６９以外の部分については、図２に示した実施形態と同様の処理が行われる。なお、その他については、実施形態と同様の構成であり、また、マイクロプロセッサ３０は、図５のフローチャートに示した実施形態と同様の動作を行うので、これらについては説明を省略する。

本変形形態では、ＰＩＤ制御回路１６９が、電流制御手段に相当する。また、電圧設定部１６９ｂ１、制御部５９並びに、ステップＳ５，Ｓ１３を実行しているマイクロプロセッサ３０が、電圧設定手段に相当する。
また、ＰＩＤ制御回路１６９のデジタル演算部１６９ｂが、フィードバック制御のデジタル演算を行う演算部に相当し、定数群設定部１６９ｂ２、制御部５９及び、ステップＳ４，Ｓ１２を実行しているマイクロプロセッサ３０が、定数群設定手段に相当する。

本変形形態のガスセンサ制御装置１Ａは、デジタル演算部１６９ｂに定数群設定部１６９ｂ２を備えており、実施形態と同様に、目標電圧Ｖｒを第１目標電圧Ｖｒ１から第２目標電圧に切り替えるときに、制御定数群Ｋｐｉｄも第１制御定数群Ｋｐｉｄ１から第２制御定数群Ｋｐｉｄ２に切り替える。
これにより、目標電圧Ｖｒを第２目標電圧Ｖｒ２に変更した後、第１制御定数群Ｋｐｉｄ１をそのまま用い続けてフィードバック制御する場合に比して、ポンプ電流Ｉｐを早期に安定させることができる。

さらに、本変形形態のガスセンサ制御装置１Ａによれば、フィードバック制御のデジタル演算を行うにあたり、デジタル演算部１６９ｂの定数群設定部１６９ｂ２で制御定数群Ｋｐｉｄを適切に設定することができる。

さらに、本変形形態のガスセンサ制御装置１Ａによれば、ＰＩＤ制御回路１６９のＰＩＤ制御によるフィードバック制御を用いて、ポンプ電流Ｉｐを適切にフィードバック制御できる。

以上において、本発明のガスセンサ制御装置を、実施形態及び変形形態のガスセンサ制御装置１，１Ａに即して説明したが、本発明は実施形態及び変形形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態及び変形形態では、ガスセンサ２として、排気ガスＥＧ中の酸素濃度（空燃比）を検出する酸素センサを用いたが、「ガスセンサ」は、酸素センサに限られず、窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検出するＮＯｘセンサなどであっても良い。
また、ガスセンサは排気管に装着されるものに限定されず、ＥＧＲ装置を備えるエンジンの吸気管に装着されて、吸気ガス中の酸素濃度を検出するガスセンサに本発明を適用しても良い。

また、実施形態では、比例定数Ｋｐ、積分定数Ｋｉ、微分定数Ｋｄのいずれをも切り替えた。しかし、切り替える制御定数として、例えば、比例定数Ｋｐのみ、比例定数Ｋｐと積分定数Ｋｉのみとするなど、用いる制御定数群の一部のみを切り替えるようにしても良い。また、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御以外の制御手段を採用し、これに用いる制御定数を切り替えるようにしても良い。
また、実施形態では、アナログマルチプレクサＭＵＸ２によって、使用する回路素子群（６９ｆと６９ｉ、６９ｇと６９ｊ、６９ｈと６９ｋ）を切り替えたが、回路素子同士の接続を変えたり、回路素子の両端の短絡／非短絡を切り替える構成としても良い。
また、変形形態では、センサ素子部制御回路４０に、ＰＩＤ制御部１６９をＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）で構成したＡＳＩＣを用い、このＡＳＩＣに内蔵されたＤＳＰによりフィードバック制御のデジタル演算を行った。しかし、ＡＳＩＣとは別のマイクロプロセッサや専用のデジタル演算回路によりデジタル演算を行う構成としても良い。

１，１Ａ ガスセンサ制御装置
２ ガスセンサ
３ センサ素子部
１４ ポンプセル
１４ｃ 電解質層（第２電解質体）
２４ 起電力セル
２４ｃ 電解質層（第１電解質体）
１２，１６ （ポンプセルの）電極（第２電極）
２２，２８ （起電力セルの）電極（第１電極）
Ｖｓ＋，Ｉｐ＋，ＣＯＭ （センサ素子部の）端子
８０ ヒータ部
Ｉｐ ポンプ電流
Ｖｓ 起電力セル電圧
Ｖｉｐ ガス検出信号（酸素濃度信号）
３０ マイクロプロセッサ
３４ ＰＷＭ出力ポート
４０ センサ素子部制御回路
５９ 制御部（電圧設定手段，定数群設定手段）
６１ 差動増幅回路（第１電流検出手段、第２電流検出手段）
６９，１６９ ＰＩＤ制御回路（電流制御手段）
６９ａ 第１定電圧源（電圧設定手段）
６９ｂ 第２定電圧源（電圧設定手段）
６９ｅ ＰＩＤ演算部（アナログ演算回路）
６９ｆ，６９ｇ，６９ｈ，６９ｉ，６９ｊ，６９ｋ 回路素子群（回路素子）
ＭＵＸ１ アナログマルチプレクサ（電圧設定手段）
ＭＵＸ２ アナログマルチプレクサ（定数群設定手段）
Ｒ１ 検出抵抗（第１電流検出手段、第２電流検出手段）
７０ ヒータ部制御回路
ＥＮＧ 内燃機関（エンジン）
ＥＰ 排気管
ＥＧ 排気ガス（被測定ガス）
１００ ＥＣＵ
Ｖｒ 目標電圧
Ｖｒ１ 第１目標電圧
Ｖｒ２ 第２目標電圧
Ｉｐ１ 第１ポンプ電流
Ｉｐ２ 第２ポンプ電流
ΔＩｐ 差分電流
ＣＣ Ｈ₂Ｏガス濃度
Ｋｐｉｄ 制御定数群
Ｋｐｉｄ１ 第１制御定数群
Ｋｐｉｄ２ 第２制御定数群
Ｓ３ 第１電流検知手段
Ｓ８ 第２電流検知手段
Ｓ５，Ｓ１３ 電圧設定手段
Ｓ４，Ｓ１２ 定数群設定手段
Ｓ９，Ｓ１０ Ｈ₂Ｏ濃度検知手段

Claims (6)

1. 酸素イオン伝導性の第１固体電解質体及びこの第１固体電解質体上に形成された一対の第１電極を有する起電力セル、及び、酸素イオン伝導性の第２固体電解質体及びこの第２固体電解質体上に形成された一対の第２電極を有するポンプセル、を備えるガスセンサを用いて、被測定ガス中の特定ガス濃度を検知するガスセンサ制御装置であって、
   上記一対の第１電極間に生じる起電力セル電圧が目標電圧となるように、上記一対の第２電極間を流れるポンプ電流をフィードバック制御する電流制御手段と、
   上記目標電圧を、
   上記特定ガス濃度を検知する際に用いる第１目標電圧及び、
   上記第１目標電圧と異なる第２目標電圧のいずれかに設定する
   電圧設定手段と、
   上記フィードバック制御に用いる制御定数群を、
   上記目標電圧が上記第１目標電圧であるときは第１制御定数群に、
   上記目標電圧が上記第２目標電圧であるときは第２制御定数群に設定する
   定数群設定手段と、を備え、
   上記第２制御定数群は、
   上記第１制御定数群とは、少なくとも１つの制御定数の値が異なり、
   上記目標電圧を上記第１目標電圧から上記第２目標電圧に変更して、上記ポンプ電流を上記フィードバック制御したときに、上記第１制御定数群を用い続けた場合よりも、上記ポンプ電流が早く安定する制御定数群である
   ガスセンサ制御装置。
2. 請求項１に記載のガスセンサ制御装置であって、
   前記第１目標電圧は、上記被測定ガス中のＨ₂Ｏガスが実質的に解離しない電圧であり、
   前記第２目標電圧は、上記第１目標電圧よりも高く上記被測定ガス中のＨ₂Ｏガスが解離する電圧であり、
   前記ポンプ電流であって、前記起電力セル電圧が上記第１目標電圧となった状態において、前記一対の第２電極間を流れる第１ポンプ電流を検知する第１電流検知手段と、
   上記ポンプ電流であって、上記起電力セル電圧が上記第２目標電圧となった状態において、上記一対の第２電極間を流れる第２ポンプ電流を検知する第２電流検知手段と、
   上記第１ポンプ電流及び上記第２ポンプ電流に基づいて、前記被測定ガス中のＨ₂Ｏガス濃度を検知するＨ₂Ｏ濃度検知手段と、を備える
   ガスセンサ制御装置。
3. 請求項２に記載のガスセンサ制御装置であって、
   前記Ｈ₂Ｏ濃度検知手段は、
   前記第２ポンプ電流から前記第１ポンプ電流を減じた差分電流を用いて、前記Ｈ₂Ｏガス濃度を検知する
   ガスセンサ制御装置。
4. 請求項１〜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、
   前記電流制御手段は、
   前記起電力セル電圧に基づき、前記フィードバック制御のアナログ演算を行うアナログ演算回路を含み、
   上記アナログ演算回路は、
   前記制御定数群の値を定める１または複数の回路素子を有し、
   前記定数群設定手段は、
   上記アナログ演算回路における上記回路素子の接続を切り替え、上記制御定数群を前記第１制御定数群及び前記第２制御定数群のいずれかに設定するスイッチを含む
   ガスセンサ制御装置。
5. 請求項１〜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、
   前記電流制御手段は、
   前記起電力セル電圧に基づき、前記フィードバック制御のデジタル演算を行う演算部を含み、
   前記定数群設定手段は、
   上記デジタル演算に利用する前記制御定数群を前記第１制御定数群及び前記第２制御定数群のいずれかに設定する
   ガスセンサ制御装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のガスセンサ制御装置であって、
   前記フィードバック制御は、ＰＩＤ制御であり、
   前記制御定数群は、上記ＰＩＤ制御における、比例定数、積分定数、微分定数の少なくともいずれかである
   ガスセンサ制御装置。

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