JP2017040506A - センサ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】初回運転時においても、早期に安定して特定ガス濃度を検知することができるセンサ制御装置を提供すること。
【解決手段】センサ制御装置は、ガスセンサと制御部とを備えている。制御部は、検知素子の活性化後、一定の時間Ｓ１の間、検知素子を加熱する第１加熱処理（Ｓ１０７）を実行する第１加熱処理手段と、第１加熱処理後、第２酸素ポンプセルに対して一定の電流を一定の時間Ｔ１供給し、第２測定室内の酸素濃度を低下させる第１予備制御（Ｓ１０９〜Ｓ１１１）を実行する第１予備制御手段と、検知素子の活性化後、一定の時間Ｓ２（Ｓ２＜Ｓ１）の間、検知素子を加熱する第２加熱処理（Ｓ２０７）を実行する第２加熱処理手段と、第２加熱処理後、第２酸素ポンプセルに対して一定の電流を一定の時間Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）供給し、第２測定室内の酸素濃度を低下させる第２予備制御（Ｓ２０９〜Ｓ２１１）を実行する第２予備制御手段と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、センサ制御装置に関する。

従来、排ガス等の検知対象ガスに含まれる特定ガスの濃度を検知するガスセンサが利用されている。例えば、特定ガスとして窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という）を検知するＮＯｘセンサは、酸素イオン伝導性の固体電解質層上に多孔質の電極が形成されている酸素濃度検知セル、第１酸素ポンプセル、第２酸素ポンプセル等を有する検知素子を備えている。

ＮＯｘセンサは、酸素濃度検知セルの出力電圧が一定値となるように第１酸素ポンプセルによって第１測定室から酸素を汲み出して第１測定室内の検知対象ガスの酸素濃度を一定に制御する。また、ＮＯｘセンサは、第２酸素ポンプセルの電極間に操作電圧を印加して、第１測定室から第２測定室に導入されたガス（第１酸素ポンプセルにより酸素濃度が調整されたガス）から第２酸素ポンプセルによって酸素を汲み出す。この操作電圧の印加によって第２酸素ポンプセルに流れる電流値に基づいて、検知対象ガス中のＮＯｘ濃度を検知する。

ＮＯｘセンサを用いて、例えば、自動車等の内燃機関から排出される排ガスに含まれるＮＯｘ濃度を検知する場合、前回の内燃機関の運転が停止してから再運転するまでの経過時間に応じて、第２測定室内は大気雰囲気に近いリーン状態となる。そのため、特許文献１のように、ＮＯｘセンサには、内燃機関の起動時に、第２測定室に存在する酸素や第２測定室に面している多孔質の電極に含まれる酸素を一時的に急激に汲み出し、第２測定室内を所定の低酸素濃度状態とする予備制御を行うことにより、排ガスに含まれるＮＯｘ濃度を安定して測定可能となるまでの時間を短縮しているものがある。

ただし、特許文献１に記載のセンサ制御装置において、予備制御の制御条件は、予備制御実行前の第２測定室内が大気雰囲気に近いリーン状態であることを想定して決定される。ところが、ＮＯｘセンサの使用環境等によっては、前回の内燃機関の運転が停止してから再運転するまでの間（以下、非運転期間という）に、ＮＯｘセンサ内に未燃性物質（ガソリン等の燃料や、ＮＯｘセンサに使用される焼付防止剤等の塗布材等に含まれる揮発性物質）が侵入し、予備制御実行前の第２測定室内の酸素濃度が大気雰囲気よりも低い状態（以下、リッチ状態という）となることがある。このような場合、予備制御を実行すると、ＮＯｘセンサは第２測定室に存在する酸素を想定量よりも多く汲み出してしまい、第２測定室内は所定の低酸素濃度状態にならない。結果として、予備制御後に算出される濃度対応値が正常な値を示すまでに比較的長い時間が必要となり、早期に安定して特定ガス濃度を検知することができない。

そこで、特許文献２に記載のセンサ制御装置では、予備制御を実行する前に、所定の時間、検知素子を加熱する（検知素子が加熱された状態を維持する）加熱処理（ヒートトリートメント）を実行している。この加熱処理を実行し、第２測定室内の未燃性物質を燃焼除去することにより、予備制御実行前の第２測定室内の酸素濃度が大気雰囲気に近い雰囲気となる可能性を高めることができる。そして、予備制御を実行した後、安定して早期に特定ガス濃度の検知が可能となる。

特開２０１１−１３７８０６号公報 特開２０１４−２０８２４号公報

しかしながら、従来のセンサ制御装置では、次のような問題がある。例えば、工場で製造されたＮＯｘセンサ等のガスセンサは、梱包材により梱包され、その状態で目的地まで輸送され、その後開梱される。よって、ガスセンサを梱包してから開梱するまでの期間（以下、保管期間という）が長期間となることがある。この場合、保管期間中に、ガスセンサの第２測定室内に、有機系ガス（ガスセンサを梱包する梱包材や、ガスセンサに使用される焼付防止剤や、コネクタの防水ゴムに使用される潤滑剤等に含まれる有機系成分の揮発物）が侵入し、第２測定室内の酸素濃度が大気雰囲気よりも低い状態（リッチ状態）となることがある。

したがって、自動車等に搭載したセンサ制御装置の初回運転時（例えば、内燃機関の初回運転時）において、前記特許文献１と同様の予備制御を実行しても、前述した理由により、予備制御後に早期に安定して特定ガス濃度を検知することができない。さらに、前記特許文献２と同様の加熱処理（ヒートトリートメント）及び予備制御を実行しても、予備制御後に早期に安定して特定ガス濃度を検知することができない。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、初回運転時においても、早期に安定して特定ガス濃度を検知することができるセンサ制御装置を提供しようとするものである。

本発明のセンサ制御装置は、検知対象ガスが導入される第１測定室と、第１固体電解質層及び一対の第１電極を有し、該一対の第１電極が前記第１測定室の内側及び外側に設けられた第１酸素ポンプセルと、前記第１測定室に連通する第２測定室と、第２固体電解質層及び一対の第２電極を有し、該一対の第２電極が前記第２測定室の内側及び外側に設けられた第２酸素ポンプセルと、が設けられた検知素子を有するガスセンサと、前記第１測定室に導入された前記検知対象ガスの酸素濃度を、前記第１酸素ポンプセルへの通電によって所定の値に調整する濃度制御を行うと共に、前記第２酸素ポンプセルへ操作電圧を印加する駆動制御を行う駆動回路部と、前記操作電圧が印加された前記第２酸素ポンプセルに流れる電流の大きさに基づいて特定ガスの濃度を表す濃度対応値を算出する算出手段と、を有する制御部と、を備えたセンサ制御装置であって、前記制御部は、さらに、前記ガスセンサの前記検知素子が活性化した後、一定の時間Ｓ１の間、前記検知素子を加熱する第１加熱処理を実行する第１加熱処理手段と、前記第１加熱処理後であって前記駆動制御前に、前記第２酸素ポンプセルに対して、一定の電流を一定の時間Ｔ１供給し、前記第２測定室から該第２測定室外部に汲み出す酸素量を一定に制御することにより、前記第２測定室内の酸素濃度を低下させる第１予備制御を実行する第１予備制御手段と、前記ガスセンサの前記検知素子が活性化した後、一定の時間Ｓ２の間、前記検知素子を加熱する第２加熱処理を実行する第２加熱処理手段と、前記第２加熱処理後であって前記駆動制御前に、前記第２酸素ポンプセルに対して、一定の電流を一定の時間（Ｔ２）供給し、前記第２測定室から該第２測定室外部に汲み出す酸素量を一定に制御することにより、前記第２測定室内の酸素濃度を低下させる第２予備制御を実行する第２予備制御手段と、を備え、前記時間Ｓ１は、前記時間Ｓ２よりも長く、かつ、前記時間Ｔ１は、前記時間Ｔ２よりも長い。

前記センサ制御装置は、ガスセンサと制御部とを備えている。制御部は、一定の時間Ｓ１の間、第１加熱処理を実行する第１加熱処理手段と、一定の時間Ｔ１の間、第１予備制御を実行する第１予備制御手段と、一定の時間Ｓ２の間、第２加熱処理を実行する第２加熱処理手段と、一定の時間Ｔ２の間、第２予備制御を実行する第２予備制御手段とを備えている。そして、第１加熱処理の時間Ｓ１は、第２加熱処理の時間Ｓ２よりも長く、かつ、第１予備制御の時間Ｔ１は、第２予備制御の時間Ｔ２よりも長い。

すなわち、センサ制御装置は、初回運転時と２回目以降の運転（以下、通常運転という）時とでガスセンサの第２測定室内の状態が異なる。センサ制御装置の通常運転時は、前回の運転を停止してから再運転するまでの非運転期間が比較的短い。そのため、非運転期間中において、ガスセンサの第２測定室内に未燃性物質（ガソリン等の燃料や、ガスセンサに使用される焼付防止剤等の塗布材等に含まれる揮発性物質）が侵入し、第２測定室内の酸素濃度が大気雰囲気よりも低いリッチ状態となった場合でも、比較的短い時間の加熱処理（ヒートトリートメント）及び予備制御を実行すればよい。具体的には、比較的短い時間の加熱処理を実行して第２測定室内の未燃性物質を燃焼除去し、比較的短い時間の予備制御を実行して第２測定室内の酸素を汲み出し、所定の低酸素濃度状態とすることにより、その後、早期に安定した特定ガス濃度の検知が可能となる。

一方、センサ制御装置の初回運転時は、ガスセンサを製造してから実際に運転するまでの運転前期間（前述の保管期間を含む。保管期間とは、例えば、ガスセンサを梱包してから開梱するまでの期間である。）が前述の非運転期間に比べて非常に長い。そのため、運転前期間（特に前述の保管期間）中において、ガスセンサの第２測定室内に有機系ガス（ガスセンサを梱包する梱包材や、ガスセンサに使用されるオイル等の潤滑剤等に含まれる有機系成分の揮発物）が侵入し、第２測定室内の酸素濃度が大気雰囲気よりも低いリッチ状態となった場合に、通常運転時と同様（同じ時間）の加熱処理（ヒートトリートメント）を実行したとしても、第２測定室内の有機系ガスを十分に燃焼除去することができない。よって、通常運転時よりも長い時間の加熱処理を実行することが必要となる。

また、比較的長い時間の加熱処理を実行すると、加熱処理後の第２測定室内には、酸素（有機系ガスの燃焼反応に寄与しなかった酸素）が過剰に吸着等して存在する。そのため、通常運転時と同様（同じ時間）の予備制御を実行したとしても、この余剰酸素を第２測定室内から十分に汲み出すことができない。よって、通常運転時よりも長い時間の予備制御を実行することが必要となる。したがって、センサ制御装置の初回運転時に、通常運転時よりも長い時間の加熱処理及び予備制御を実行すれば、その後、早期に安定した特定ガス濃度の検知が可能となる。

そして、センサ制御装置は、初回運転時に、第１加熱処理及び第１予備制御を実行し、通常運転時に、第２加熱処理及び第２予備制御を実行することができる。すなわち、初回運転時に、通常運転時に実行する第２加熱処理の時間Ｓ２よりも長い時間Ｓ１で第１加熱処理を実行し、通常運転時に実行する第２予備制御の時間Ｔ２よりも長い時間Ｔ１で第１予備制御を実行することができる。これにより、センサ制御装置は、初回運転時においても、もちろん第２回目以降の通常運転時においても、早期に安定した特定ガス濃度の検知が可能となる。

また、前記センサ制御装置において、前記ガスセンサは、さらに、前記検知素子を加熱するためのヒータを備え、前記第１加熱処理手段は、前記ヒータに一定の電圧Ｖ１を印加して前記検知素子を加熱する前記第１加熱処理を実行し、前記第２加熱処理手段は、前記ヒータに一定の電圧Ｖ２を印加して前記検知素子を加熱する前記第２加熱処理を実行し、前記電圧Ｖ１は、前記電圧Ｖ２よりも低くてもよい。すなわち、第１加熱処理を実行する時間Ｓ１は、第２加熱処理を実行する時間Ｓ２よりも長い。そのため、第１加熱処理の際にヒータに印加する電圧Ｖ１を第２加熱処理の際にヒータに印加する電圧Ｖ２よりも低くすることにより、第１加熱処理を実行することによる検知素子へのダメージをできる限り低減できる。

このように、本発明によれば、初回運転時においても、早期に安定して特定ガス濃度を検知することができるセンサ制御装置を提供することができる。
なお、センサ制御装置の初回運転時とは、センサ制御装置を初めて運転制御する時をいう。例えば、センサ制御装置を自動車等に搭載し、そのセンサ制御装置を初めて運転制御する時や、自動車等に搭載する前に、センサ制御装置単体でモデルガス等を用いて初めて運転制御する時等が含まれる。

センサ制御装置の概念図である。 制御部で実行される初回運転処理のフローチャートである。 制御部で実行される通常運転処理のフローチャートである。 評価試験の条件１、２のＮＯｘ濃度対応値の継時変化を示すグラフである。 評価試験の条件３、４のＮＯｘ濃度対応値の継時変化を示すグラフである。

以下、本発明を具体化したセンサ制御装置の実施形態について、図面を参照して順に説明する。なお、参照する図面は、本発明が採用し得る技術的特徴を説明するために用いるものであり、記載している装置の構成等は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。

（実施形態１）
図１に示すセンサ制御装置１は、特定ガスとして窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検知する機能を備える。センサ制御装置１は、ガスセンサ１０と、制御部５とを備える。ガスセンサ１０は、自動車の排気通路（図示略）に取り付けられ、排ガス中のＮＯｘ濃度に応じた電流値を制御部５に出力する。制御部５は、ガスセンサ１０と電気的に接続され、ガスセンサ１０を制御する他、ガスセンサ１０から出力された電流値に基づいて排ガス中のＮＯｘ濃度を表す濃度対応値（以下、「ＮＯｘ濃度対応値」と言う。）を算出する。実施形態１の制御部５は、ＮＯｘ濃度対応値として、ＮＯｘ濃度を算出する。以下、センサ制御装置１が備える、ガスセンサ１０と、制御部５とのそれぞれについて詳述する。

ガスセンサ１０は、検知素子１１と、ヒータ素子３５と、コネクタ部４０と、ハウジング（図示略）とを備える。検知素子１１は、３枚の板状の固体電解質体１２，１３，１４の間に、アルミナ等からなる絶縁体１５，１６をそれぞれ挟み、層状をなすように形成されている。ヒータ素子３５は、固体電解質体１２〜１４の早期活性化と、固体電解質体１２〜１４の活性の安定性維持とのために、固体電解質体１４に積層されている。コネクタ部４０は、検知素子１１及びヒータ素子３５とリード線を介して接続されており、ガスセンサ１０と、制御部５とを電気的に接続するために設けられている。ハウジングは、ガスセンサ１０を排気通路（図示略）に取り付けるために、検知素子１１と、ヒータ素子３５とを内部に保持する。以下、ガスセンサ１０が備える各構成について詳述する。

まず、検知素子１１の構成を説明する。検知素子１１は、第１測定室２３と、第２測定室３０と、基準酸素室２９と、第１酸素ポンプセル２（以下、「Ｉｐ１セル２」と言う。）と、酸素分圧検知セル３（以下、「Ｖｓセル３」と言う。）と、第２酸素ポンプセル４（以下、「Ｉｐ２セル４」と言う。）とを備える。

第１測定室２３は、排気通路内の排ガスが検知素子１１内に最初に導入される小空間である。第１測定室２３は、固体電解質体１２と固体電解質体１３との間に形成されている。第１測定室２３の固体電解質体１２側の面には電極１８が配置され、固体電解質体１３側の面には電極２１が配置されている。第１測定室２３の検知素子１１における先端側には、多孔質状の第１拡散抵抗部２４が設けられている。第１拡散抵抗部２４は、第１測定室２３内外の仕切りとして機能し、第１測定室２３内への排ガスの単位時間あたりの流通量を制限する。同様に、第１測定室２３の検知素子１１における後端側には、多孔質状の第２拡散抵抗部２６が設けられている。第２拡散抵抗部２６は、第１測定室２３と第２測定室３０との仕切りとして機能し、第１測定室２３から第２測定室３０内へのガスの単位時間あたりの流通量を制限する。

第２測定室３０は、固体電解質体１２と、第２拡散抵抗部２６及び開口部２５と、固体電解質体１３に設けられた開口部３１と、絶縁体１６と、電極２８とによって囲まれた小空間である。第２測定室３０は、第１測定室２３と連通し、Ｉｐ１セル２によって酸素濃度が調整された後の排ガス（以下、「調整ガス」と言う。）が導入される。基準酸素室２９は、絶縁体１６と、電極２２と、電極２７とによって囲まれた小空間である。基準酸素室２９内には、セラミック製の多孔質体が充填されている。

Ｉｐ１セル２は、固体電解質体１２と、多孔質性の電極１７，１８とを備える。固体電解質体１２は、例えばジルコニアを用いて形成され、酸素イオン伝導性を有する。電極１７，１８は、検知素子１１の積層方向において固体電解質体１２の両面に設けられている。電極１７，１８は、Ｐｔを主成分とする材料によって形成される。Ｐｔを主成分とする材料としては、例えば、Ｐｔと、Ｐｔ合金と、Ｐｔとセラミックスとを含むサーメットとが挙げられる。また、電極１７，１８の表面には、セラミックスからなる多孔質性の保護層１９，２０がそれぞれ形成されている。固体電解質体１２は、本発明の「第１固体電解質層」に相当し、電極１７，１８は、本発明の「一対の第１電極」に相当する。

Ｉｐ１セル２は、両電極１７，１８間に電流を供給することで、電極１７の接する雰囲気（検知素子１１の外部の雰囲気）と電極１８の接する雰囲気（第１測定室２３内の雰囲気）との間で、酸素の汲み出し及び汲み入れ（いわゆる酸素ポンピング）を行う。

Ｖｓセル３は、固体電解質体１３と、多孔質性の電極２１，２２とを備える。固体電解質体１３は、例えばジルコニアを用いて形成され、酸素イオン伝導性を有する。固体電解質体１３は、絶縁体１５を挟んで固体電解質体１２と対向するように配置されている。電極２１，２２は、検知素子１１の積層方向における固体電解質体１３の両面にそれぞれ設けられている。電極２１は、第１測定室２３内の固体電解質体１２と向き合う側の面に形成されている。電極２１，２２は、上述のＰｔを主成分とする材料によって形成される。

Ｖｓセル３は、主として、固体電解質体１３によって隔てられた雰囲気（電極２１の接する第１測定室２３内の雰囲気と、電極２２に接する基準酸素室２９内の雰囲気）間の酸素分圧差に応じて起電力を発生する。

Ｉｐ２セル４は、固体電解質体１４と、多孔質性の電極２７，２８とを備える。固体電解質体１４は、例えばジルコニアを用いて形成され、酸素イオン伝導性を有する。固体電解質体１４は、絶縁体１６を挟んで固体電解質体１３と対向するように配置されている。固体電解質体１４の固体電解質体１３側の面には、上述のＰｔを主成分とする材料によって形成された電極２７，２８がそれぞれ設けられている。固体電解質体１４は、本発明の「第２固体電解質層」に相当し、電極２７，２８は、本発明の「一対の第２電極」に相当する。

Ｉｐ２セル４は、絶縁体１６によって隔てられた雰囲気（電極２７に接する基準酸素室２９内の雰囲気と、電極２８に接する第２測定室３０内の雰囲気）間において酸素の汲み出しを行う。

次に、ヒータ素子３５について説明する。ヒータ素子３５は、絶縁層３６，３７と、ヒータパターン３８とを備える。絶縁層３６，３７は、アルミナを主成分とするシート状の形状を有する。ヒータパターン３８は、絶縁層３６，３７の間に埋設され、ヒータ素子３５内で繋がる一本の電極パターンである。ヒータパターン３８は、一方の端部が接地され、他方の端部がヒータ駆動回路５９に接続されている。ヒータパターン３８は、Ｐｔを主成分とする材料によって形成される。

次に、コネクタ部４０について説明する。コネクタ部４０は、ガスセンサ１０の後端側に設けられ、端子４２〜４７を備える。端子４２には、リード線を介して、電極１７が電気的に接続されている。端子４３には、リード線を介して、電極１８と、電極２１と、電極２８とが、それぞれ同電位に電気的に接続されている。端子４４には、リード線を介して、電極２２が電気的に接続されている。端子４５には、リード線を介して、電極２７が電気的に接続されている。端子４６，４７には、リード線を介して、ヒータパターン３８が電気的に接続されている。

次に、制御部５の構成について説明する。制御部５は、検知素子１１及びヒータ素子３５の制御を行うとともに、検知素子１１から取得した電流Ｉｐ２に基づきＮＯｘ濃度対応値を算出し、算出したＮＯｘ濃度対応値をＥＣＵ９０に出力する装置である。制御部５は、駆動回路部５０と、マイクロコンピュータ６０と、コネクタ部７０とを備える。駆動回路部５０は、検知素子１１と、ヒータ素子３５とを制御する。マイクロコンピュータ６０は、駆動回路部５０を制御する。コネクタ部７０は、ガスセンサ１０のコネクタ部４０と電気的に接続される。以下、制御部５の各構成を説明する。

駆動回路部５０は、基準電圧比較回路５１と、Ｉｐ１ドライブ回路５２と、Ｖｓ検知回路５３と、Ｉｃｐ供給回路５４と、抵抗検知回路５５と、Ｉｐ２検知回路５６と、Ｖｐ２印加回路５７と、定電流回路５８と、ヒータ駆動回路５９とを備える。各回路は、マイクロコンピュータ６０からの制御信号に応じて駆動する。以下、駆動回路部５０が備える各構成について詳述する。

Ｉｃｐ供給回路５４は、Ｖｓセル３の電極２１，２２間に微弱な電流Ｉｃｐを供給し、第１測定室２３内から基準酸素室２９内への酸素の汲み出しを行う。Ｖｓ検知回路５３は、電極２１，２２間の電圧（起電力）Ｖｓを検知するための回路であり、その検知結果を基準電圧比較回路５１に対し出力する。基準電圧比較回路５１は、Ｖｓ検知回路５３によって検知された電圧Ｖｓを、基準となる基準電圧（例えば、４２５ｍＶ）と比較するための回路であり、その比較結果をＩｐ１ドライブ回路５２に対し出力する。

Ｉｐ１ドライブ回路５２は、Ｉｐ１セル２の電極１７，１８間に電流Ｉｐ１を供給するための回路である。Ｉｐ１ドライブ回路５２は、基準電圧比較回路５１によるＶｓセル３の電極２１，２２間の電圧Ｖｓの比較結果に基づいて、電圧Ｖｓが予め設定された基準電圧と略一致するように、電流Ｉｐ１の大きさや向きを調整する。その結果、Ｉｐ１セル２では、第１測定室２３内から検知素子１１外部への酸素の汲み出し、あるいは検知素子１１外部から第１測定室２３内への酸素の汲み入れが行われる。換言すると、Ｉｐ１セル２では、Ｉｐ１ドライブ回路５２による通電制御に基づき、Ｖｓセル３の電極２１，２２間の電圧が一定値（基準電圧の値）に保たれるように、第１測定室２３内の酸素濃度の調整が行われる。

抵抗検知回路５５は、定期的に、予め規定された値を有する電流をＶｓセル３にパルス状に通電し、その通電に応答して得られる電圧変化量（電圧Ｖｓの変化量）を検知するための回路である。抵抗検知回路５５によって検知された電圧変化量を示す値は、マイクロコンピュータ６０に出力され、マイクロコンピュータ６０に記憶されている電圧Ｖｓの変化量とＶｓセル３の内部抵抗Ｒｐｖｓとが予め関連付けられたテーブルに基づいて、Ｖｓセル３の内部抵抗（インピーダンス）Ｒｐｖｓが求められる。Ｖｓセル３の内部抵抗Ｒｐｖｓは、Ｖｓセル３の温度、即ち、検知素子１１全体の温度と相関があり、マイクロコンピュータ６０は、Ｖｓセル３の内部抵抗Ｒｐｖｓに基づいて、検知素子１１の温度を検知する。なお、Ｖｓセル３の内部抵抗Ｒｐｖｓを表す電圧変化量を検知するための抵抗検知回路５５の回路構成は例えば、特開平１１−３０７４５８号公報によって公知であるため、これ以上の説明は省略する。

Ｉｐ２検知回路５６は、Ｉｐ２セル４の電極２８から電極２７に流れた電流Ｉｐ２の値の検知を行う回路である。Ｖｐ２印加回路５７は、後述する駆動制御処理の際に、Ｉｐ２セル４の電極２７，２８間へ操作電圧Ｖｐ２（例えば、４５０ｍＶ）を印加するための回路であり、第２測定室３０内から基準酸素室２９への酸素の汲み出しを制御する。定電流回路５８は、後述する予備制御処理の際に、Ｉｐ２セル４の電極２８と電極２７との間に一定の値の電流Ｉｐ３（例えば、１０μＡ）を供給するための回路である。

ヒータ駆動回路５９は、固体電解質体１２，１３，１４の温度（ガスセンサ１０の温度）を所定の温度に保たせるための回路である。ヒータ駆動回路５９は、マイクロコンピュータ６０によって制御され、ヒータ素子３５のヒータパターン３８へ電流を流し、固体電解質体１２，１３，１４（換言すると、Ｉｐ１セル２，Ｖｓセル３，Ｉｐ２セル４）を加熱する。ヒータ駆動回路５９は、固体電解質体１２，１３，１４（詳細には、Ｖｓセル３）が目標とする加熱温度になるように、ヒータパターン３８をＰＷＭ通電してヒータパターン３８に電流を供給する制御を行うことができる。

マイクロコンピュータ６０は、公知のＣＰＵ６１，ＲＯＭ６３，ＲＡＭ６２，信号入出力部６４，及びＡ／Ｄコンバータ６５を備えた演算装置である。マイクロコンピュータ６０は、あらかじめ組み込まれたプログラムに従って駆動回路部５０に制御信号を出力し、駆動回路部５０が備える各回路の動作を制御する。ＲＯＭ６３には、各種プログラムと、プログラム実行時に参照される各種パラメータとが記憶されている。マイクロコンピュータ６０は、内燃機関（図示略）の制御を司るＥＣＵ９０と、信号入出力部６４を介して通信する。

コネクタ部７０は、端子７２〜７７を備える。コネクタ部７０が、コネクタ部４０と接続された場合、端子７２〜７７はそれぞれ、端子４２〜端子４７に接続される。端子７２には、配線を介して、Ｉｐ１ドライブ回路５２が接続されている。端子７３には、配線を介して、基準電位と接続されている。端子７４には、配線を介して、Ｖｓ検知回路５３と、Ｉｃｐ供給回路５４と、抵抗検知回路５５とがそれぞれ接続されている。端子７５には、配線を介して、Ｉｐ２検知回路５６と、Ｖｐ２印加回路５７と、定電流回路５８とが接続されている。端子７６には、配線を介して、ヒータ駆動回路５９が接続されている。端子７７は、配線を介して、接地されている。

次に、ＮＯｘ濃度を検知する場合のセンサ制御装置１の動作について説明する。排気通路（図示略）内を流通する排ガスは、第１拡散抵抗部２４を介して第１測定室２３内に導入される。ここで、Ｖｓセル３には、Ｉｃｐ供給回路５４によって電極２２側から電極２１側へ微弱な電流Ｉｃｐが供給される。このため、排ガス中の酸素は、負極側となる電極２１から酸素イオンとなって固体電解質体１３内を流れ、基準酸素室２９内に移動する。つまり、電極２１，２２間に電流Ｉｃｐが供給されることによって、第１測定室２３内の酸素が基準酸素室２９内に送り込まれる。

Ｖｓ検知回路５３では、電極２１，２２間の電圧Ｖｓが検知される。検知された電圧Ｖｓは、基準電圧比較回路５１によって基準電圧（例えば、４２５ｍＶ）と比較されて、その比較結果がＩｐ１ドライブ回路５２に対して出力される。ここで、電極２１，２２間の電位差が基準電圧付近で一定となるように、第１測定室２３内の酸素濃度を調整すればよい。

そこで、Ｉｐ１ドライブ回路５２では、第１測定室２３内に導入された排ガスの酸素濃度が濃度Ｃより薄い場合、電極１７側が負極となるようにＩｐ１セル２に電流Ｉｐ１を供給する。その結果、Ｉｐ１セル２では、検知素子１１外部から第１測定室２３内へ酸素の汲み入れが行われる。一方、第１測定室２３内に導入された排ガスの酸素濃度が濃度Ｃより濃い場合、Ｉｐ１ドライブ回路５２は、電極１８が負極となるようにＩｐ１セル２に電流Ｉｐ１を供給する。その結果、Ｉｐ１セル２では、第１測定室２３内から検知素子１１外部へ酸素の汲み出しが行われる。このときの電流Ｉｐ１の大きさと、電流Ｉｐ１の流れる向きとに基づき、排ガス中の酸素濃度の検知が可能である。

第１測定室２３において酸素濃度が濃度Ｃとなるように調整された調整ガスは、第２拡散抵抗部２６を介し、第２測定室３０内に導入される。第２測定室３０内で電極２８と接触した調整ガス中のＮＯｘは、電極２８を触媒としてＮ２とＯ２とに分解（還元）される。分解された酸素は、電極２８から電子を受け取り、酸素イオンとなって（解離して）固体電解質体１４内を流れ、基準酸素室２９内に移動する。このとき、固体電解質体１４を介して一対の電極２７，２８間に流れる電流Ｉｐ２の値が、ＮＯｘ濃度に対応しており、当該電流Ｉｐ２の値がＮＯｘ濃度対応値の算出に用いられる。

なお、実施形態１のセンサ制御装置１において、図１に示す基準電圧比較回路５１，Ｉｐ１ドライブ回路５２，Ｖｓ検知回路５３，Ｉｃｐ供給回路５４，及びＶｐ２印加回路５７を備える駆動回路部５０は、本発明の駆動回路部として機能する。

次に、センサ制御装置１の初回運転時のメイン処理（初回運転処理）の概要について、図２を用いて説明する。本実施形態でのセンサ制御装置１の初回運転時とは、センサ制御装置１（ガスセンサ１０、制御部５）を自動車等に搭載し、そのセンサ制御装置１を初めて運転制御する時である。

図２に示すように、初回運転処理では、活性化処理９１ａと、第１加熱処理９２ａと、濃度制御処理９３ａとを含む処理が実行される。また、濃度制御処理９３ａには、第１予備制御処理９４ａと、駆動制御処理９５ａとが含まれる。

活性化処理９１ａは、検知素子１１をヒータ素子３５によって加熱して、検知素子１１を活性化させる処理である。活性化処理９１ａが実行されている場合のセンサ制御装置１の制御状態を活性化制御と言う。第１加熱処理９２ａは、検知素子１１をヒータ素子３５によって加熱する（検知素子１１が加熱された状態を維持する）処理である。第１加熱処理９２ａが実行されている場合のセンサ制御装置１の制御状態を第１加熱制御と言う。濃度制御処理９３ａは、Ｉｐ１セル２への通電によって第１測定室２３に導入された排ガスの酸素濃度を調整する処理である。濃度制御処理９３ａが実行されている場合のセンサ制御装置１の制御状態を濃度制御と言う。

また、濃度制御処理９３ａにおいて、第１予備制御処理９４ａは、駆動制御処理９５ａが実行される前に第２測定室３０内のガス中の酸素を一定量汲み出す処理である。第１予備制御処理９４ａが実行されている場合のセンサ制御装置１の制御状態を第１予備制御と言う。駆動制御処理９５ａは、Ｉｐ２セル４への操作電圧Ｖｐ２を印加する処理である。また駆動制御処理９５ａでは、操作電圧Ｖｐ２が印加されたＩｐ２セル４の電流の大きさに基づき、ＮＯｘ濃度対応値を算出する処理が実行される。駆動制御処理９５ａが実行されている場合のセンサ制御装置１の制御状態を駆動制御と言う。

次に、センサ制御装置１の初回運転処理の具体的な内容について、図２を用いて説明する。
図２に示すように、初回運転処理は、内燃機関（図示略）の起動時にＥＣＵ９０からの指示を受けて、制御部５のＣＰＵ６１が実行する。なお、初回運転処理において算出されたＮＯｘ濃度対応値は、初回運転処理とは別途実行される出力処理において、検知対象ガスに含まれる濃度対応値を安定して検知可能であると判断された後、所定の間隔でセンサ制御装置１のＥＣＵ９０に出力される。出力処理において、濃度対応値を安定して検知可能であるか否かは、予め設定された、ＮＯｘ濃度対応値が所定範囲（例えば、０±５ｐｐｍ）内に収まる時間が経過したか否かに基づき判断される。

内燃機関（図示略）が起動され、ＥＣＵ９０からの指示が信号入出力部６４に入力されると、ＣＰＵ６１は、センサ制御装置１の運転が初回であるか否かを判断する。具体的には、ＣＰＵ６１は、初回判定フラグＦがリセット状態（Ｆ＝０）に設定されているか否かを判断する（Ｓ１００）。ここで、初回判定フラグＦは、ＣＰＵ６１での処理に用いられる内部フラグであり、センサ制御装置１の製造直後の段階でリセット状態（Ｆ＝０）に設定され、初回運転処理を行うことによってセット状態（Ｆ＝１）に設定される。ＣＰＵ６１は、初回判定フラグＦがリセット状態（Ｆ＝０）に設定されていない場合（Ｓ１００：ＮＯ）、初回運転処理を終了する。ＣＰＵ６１は、初回判定フラグＦがリセット状態（Ｆ＝０）に設定されている場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）、初回運転処理を実行する各種条件をＲＯＭ６３から取得する（Ｓ１０１）。Ｓ１０１では、例えば、ガスセンサ１０毎に設定された、後述する時間Ｓ１及び時間Ｔ１が読み出される。

次に、ＣＰＵ６１は、活性化処理９１ａを実行する（Ｓ１０２〜Ｓ１０６）。活性化処理９１ａでは、ＣＰＵ６１は、ガスセンサ１０のヒータパターン３８への通電を開始させる（Ｓ１０２）。具体的には、ＣＰＵ６１は、ヒータ駆動回路５９を制御して、ヒータパターン３８に一定電圧Ｖ１（例えば、９Ｖ）を印加する。

次に、ＣＰＵ６１は、Ｉｃｐ供給回路５４を制御して、Ｖｓセル３に電流Ｉｃｐの供給を開始する（Ｓ１０３）。電流Ｉｃｐが供給されたＶｓセル３は、第１測定室２３から基準酸素室２９へ酸素を汲み入れる。検知素子１１がヒータ素子３５によって加熱され、Ｖｓセル３の内部抵抗が低下するに従い、Ｖｓセル３の電圧Ｖｓは徐々に低下する。

次に、ＣＰＵ６１は、Ｖｓ検知回路５３を介して取得される電圧Ｖｓが所定値Ｖｔｈ以下であるか否かを判断する（Ｓ１０４）。ＣＰＵ６１は、電圧Ｖｓが所定値Ｖｔｈ以下ではない場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、電圧Ｖｓが所定値Ｖｔｈ以下となるまで待機する。ＣＰＵ６１は、電圧Ｖｓが所定値Ｖｔｈ以下である場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、ヒータ電圧Ｖｈの制御を開始する（Ｓ１０５）。具体的には、ＣＰＵ６１は、Ｖｓセル３の内部抵抗Ｒｐｖｓが目標値となるように、ヒータ駆動回路５９を介してヒータ素子３５への通電を制御する。目標値とは、例えば、３００Ωであり、内部抵抗Ｒｐｖｓが３００Ωの場合、Ｖｓセル３の温度は、約６７５℃と推定される。

次に、ＣＰＵ６１は、検知素子１１が活性化したか否かを判断する（Ｓ１０６）。具体的には、ＣＰＵ６１は、Ｖｓセル３の内部抵抗Ｒｐｖｓが、閾値に達しているか否かに基づき、検知素子１１が活性化されたか否かを判断する。Ｖｓセル３の内部抵抗Ｒｐｖｓは、抵抗検知回路５５を介して取得された電圧Ｖｓの変化量と、電圧Ｖｓの変化量とＶｓセル３の内部抵抗とが予め関連付けられたテーブルとに基づき、別の処理によって定期的に算出される。閾値は、例えば、３５０Ωであり、内部抵抗Ｒｐｖｓが３５０Ωの場合、Ｖｓセル３の温度は、約６５０℃と推定される。ＣＰＵ６１は、内部抵抗Ｒｐｖｓが閾値に達している場合に、各固体電解質体１２，１３，１４が適切な酸素イオン伝導性を示す状態に達して検知素子１１が活性化したと判断する。ＣＰＵ６１は、検知素子１１が活性化していない場合（Ｓ１０６：ＮＯ）、検知素子１１が活性化するまで待機する。ＣＰＵ６１は、検知素子１１が活性化した場合（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、活性化処理９１ａを終了する。

次に、ＣＰＵ６１は、第１加熱処理９２ａを実行する（Ｓ１０７）。具体的には、図示しない第１タイマ回路を起動し、第１タイマ回路が起動されてから時間Ｓ１経過して、タイムアウトしたかを判断する（Ｓ１０７）。第１タイマ回路は、検知素子１１が活性化したタイミングから時間Ｓ１後にタイムアウトするように構成されている。時間Ｓ１は、例えば、６０秒以上に設定することができ、実施形態１では１８０秒である。ＣＰＵ６１は、第１タイマ回路がタイムアウトしていない場合（Ｓ１０７：ＮＯ）、第１タイマ回路の監視を継続して行う。ＣＰＵ６１は、第１タイマ回路がタイムアウトした場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、第１加熱処理９２ａを終了する。

次に、ＣＰＵ６１は、濃度制御処理９３ａを実行する（Ｓ１０８〜Ｓ１１５）。具体的には、ＣＰＵ６１は、Ｉｐ１ドライブ回路５２を駆動させ、Ｉｐ１セル２に通電を開始する（Ｓ１０８）。この処理は、濃度制御を開始させる処理である。即ち、Ｉｐ１セル２への通電によって、第１測定室２３に導入された排ガスの酸素濃度を所定の濃度Ｃに調整する処理が開始される。

次に、ＣＰＵ６１は、第１予備制御処理９４ａを実行する（Ｓ１０９〜Ｓ１１１）。第１予備制御処理９４ａでは、ＣＰＵ６１は、Ｉｐ２セル４に対して一定値の電流をガスセンサ１０毎に個別に設定された一定の時間Ｓ２供給する（Ｓ１０９）。具体的には、ＣＰＵ６１は、定電流回路５８を駆動させ、一定値の電流Ｉｐ３をＩｐ２セル４に供給する。一定値の電流Ｉｐ３とは、例えば、１０μＡである。Ｉｐ２セル４は、電流Ｉｐ３の供給を受けて、第２測定室３０に存在する酸素の汲み出しを開始する。

次に、ＣＰＵ６１は、図示しない第２タイマ回路を起動する（Ｓ１１０）。第２タイマ回路は、第２タイマ回路を起動してから時間Ｔ１後にタイムアウトするように構成されている。時間Ｔ１は、上述したようにガスセンサ１０毎に設定され、ＲＯＭ６３に記憶されている値である。時間Ｔ１は、例えば、４０〜１２０秒に設定することができ、実施形態１では１００秒である。

次に、ＣＰＵ６１は、第２タイマ回路が起動されてから時間Ｔ１経過して、タイムアウトしたかを判断する（Ｓ１１１）。ＣＰＵ６１は、第２タイマ回路がタイムアウトしていない場合（Ｓ１１１：ＮＯ）、第２タイマ回路の監視を継続して行う。ＣＰＵ６１は、第２タイマ回路がタイムアウトした場合（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、第１予備制御処理９４ａを終了する。

次に、ＣＰＵ６１は、駆動制御処理９５ａを実行する（Ｓ１１２〜Ｓ１１５）。具体的には、ＣＰＵ６１は、Ｉｐ２セル４の制御を駆動制御に切り替える（Ｓ１１２）。ＣＰＵ６１は、定電流回路５８の駆動を停止させ、Ｖｐ２印加回路５７を駆動させることによって、第１予備制御から駆動制御へセンサ制御装置１の制御状態を切り替える。これにより、駆動制御では、Ｉｐ２セル４へ操作電圧Ｖｐ２（例えば、４５０ｍＶ）が印加される。駆動制御において、Ｓ１０８で開始された濃度制御は継続して実行される。

次に、ＣＰＵ６１は、Ｉｐ２検知回路５６によって検知された電流Ｉｐ２の値（より詳細には、電流Ｉｐ２を電圧変換した値）を取得し、取得した電流Ｉｐ２の値をＲＡＭ６２に記憶させる（Ｓ１１３）。次に、ＣＰＵ６１はＮＯｘ濃度対応値を算出し、算出したＮＯｘ濃度対応値をＲＡＭ６２に記憶させる（Ｓ１１４）。ＮＯｘ濃度対応値は、例えば、ＲＯＭ６３に記憶された所定の計算式に電流Ｉｐ２の値を代入して算出される。また例えば、電流Ｉｐ２の値と、ＮＯｘ濃度対応値との対応を定めるテーブルが参照され、Ｓ１１３で取得された電流Ｉｐ２の値に対応するＮＯｘ濃度対応値が算出される。

次に、ＣＰＵ６１は、ＥＣＵ９０から終了の指示が入力されていない場合（Ｓ１１５：ＮＯ）、処理をＳ１１３に戻す。ＣＰＵ６１は、ＥＣＵ９０から終了の指示が入力された場合（Ｓ１１５：ＹＥＳ）、駆動制御処理９５ａ（濃度制御処理９３ａ）を終了し、初回判定フラグＦをセット状態（Ｆ＝１）に設定する（Ｓ１１６）。これにより、初回運転処理を終了する。以上のように、ＣＰＵ６１は、初回運転処理を実行する。

なお、実施形態１のセンサ制御装置１において、図２に示すＳ１０７を実行するＣＰＵ６１は、本発明の第１加熱処理手段として機能する。図２に示すＳ１０９〜Ｓ１１１を実行するＣＰＵ６１は、本発明の第１予備制御手段として機能する。図２に示すＳ１１４を実行するＣＰＵ６１は、本発明の算出手段として機能する。

次に、センサ制御装置１の通常運転時のメイン処理（通常運転処理）の概要について、図３を用いて説明する。本実施形態でのセンサ制御装置１の通常運転時とは、自動車等に搭載したセンサ制御装置１の２回目以降の運転制御時である。

図３に示すように、通常運転処理では、活性化処理９１ｂと、第２加熱処理９２ｂと、濃度制御処理９３ｂとを含む処理が実行される。また、濃度制御処理９３ｂには、第２予備制御処理９４ｂと、駆動制御処理９５ｂとが含まれる。

活性化処理９１ｂは、検知素子１１をヒータ素子３５によって加熱して、検知素子１１を活性化させる処理である。活性化処理９１ｂが実行されている場合のセンサ制御装置１の制御状態を活性化制御と言う。第２加熱処理９２ｂは、検知素子１１をヒータ素子３５によって加熱する（検知素子１１が加熱された状態を維持する）処理である。第２加熱処理９２ｂが実行されている場合のセンサ制御装置１の制御状態を第２加熱制御と言う。濃度制御処理９３ｂは、Ｉｐ１セル２への通電によって第１測定室２３に導入された排ガスの酸素濃度を調整する処理である。濃度制御処理９３ｂが実行されている場合のセンサ制御装置１の制御状態を濃度制御と言う。

また、濃度制御処理９３ｂにおいて、第２予備制御処理９４ｂは、駆動制御処理９５ｂが実行される前に第２測定室３０内のガス中の酸素を一定量汲み出す処理である。第２予備制御処理９４ｂが実行されている場合のセンサ制御装置１の制御状態を第２予備制御と言う。駆動制御処理９５ｂは、Ｉｐ２セル４への操作電圧Ｖｐ２を印加する処理である。また駆動制御処理９５ｂでは、操作電圧Ｖｐ２が印加されたＩｐ２セル４の電流の大きさに基づき、ＮＯｘ濃度対応値を算出する処理が実行される。駆動制御処理９５ｂが実行されている場合のセンサ制御装置１の制御状態を駆動制御と言う。

次に、センサ制御装置１の通常運転処理の具体的な内容について、図３を用いて説明する。
図３に示すように、通常運転処理は、内燃機関（図示略）の起動時にＥＣＵ９０からの指示を受けて、制御部５のＣＰＵ６１が実行する。なお、通常運転処理において算出されたＮＯｘ濃度対応値は、通常運転処理とは別途実行される出力処理において、検知対象ガスに含まれる濃度対応値を安定して検知可能であると判断された後、所定の間隔でセンサ制御装置１のＥＣＵ９０に出力される。出力処理において、濃度対応値を安定して検知可能であるか否かは、予め設定された、ＮＯｘ濃度対応値が所定範囲（例えば、０±５ｐｐｍ）内に収まる時間が経過したか否かに基づき判断される。

内燃機関（図示略）が起動され、ＥＣＵ９０からの指示が信号入出力部６４に入力されると、ＣＰＵ６１は、センサ制御装置１の運転が２回目以降であるか否かを判断する。具体的には、ＣＰＵ６１は、初回判定フラグＦがセット状態（Ｆ＝１）に設定されているか否かを判断する（Ｓ２００）。ＣＰＵ６１は、初回判定フラグＦがセット状態（Ｆ＝１）に設定されていない場合（Ｓ２００：ＮＯ）、通常運転処理を終了する。ＣＰＵ６１は、初回判定フラグＦがセット状態（Ｆ＝１）に設定されている場合（Ｓ２００：ＹＥＳ）、通常運転処理を実行する各種条件をＲＯＭ６３から取得する（Ｓ２０１）。Ｓ２０１では、例えば、ガスセンサ１０毎に設定された、後述する時間Ｓ２及び時間Ｔ２が読み出される。

次に、ＣＰＵ６１は、活性化処理９１ｂを実行する（Ｓ２０２〜Ｓ２０６）。活性化処理９１ｂでは、ＣＰＵ６１は、ガスセンサ１０のヒータパターン３８への通電を開始させる（Ｓ２０２）。具体的には、ＣＰＵ６１は、ヒータ駆動回路５９を制御して、ヒータパターン３８に一定電圧Ｖ２（例えば、１２Ｖ）を印加する。

次に、ＣＰＵ６１は、Ｉｃｐ供給回路５４を制御して、Ｖｓセル３に電流Ｉｃｐの供給を開始する（Ｓ２０３）。電流Ｉｃｐが供給されたＶｓセル３は、第１測定室２３から基準酸素室２９へ酸素を汲み入れる。検知素子１１がヒータ素子３５によって加熱され、Ｖｓセル３の内部抵抗が低下するに従い、Ｖｓセル３の電圧Ｖｓは徐々に低下する。

次に、ＣＰＵ６１は、Ｖｓ検知回路５３を介して取得される電圧Ｖｓが所定値Ｖｔｈ以下であるか否かを判断する（Ｓ２０４）。ＣＰＵ６１は、電圧Ｖｓが所定値Ｖｔｈ以下ではない場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、電圧Ｖｓが所定値Ｖｔｈ以下となるまで待機する。ＣＰＵ６１は、電圧Ｖｓが所定値Ｖｔｈ以下である場合（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、ヒータ電圧Ｖｈの制御を開始する（Ｓ２０５）。具体的には、ＣＰＵ６１は、Ｖｓセル３の内部抵抗Ｒｐｖｓが目標値となるように、ヒータ駆動回路５９を介してヒータ素子３５への通電を制御する。目標値とは、例えば、３００Ωであり、内部抵抗Ｒｐｖｓが３００Ωの場合、Ｖｓセル３の温度は、約６７５℃と推定される。

次に、ＣＰＵ６１は、検知素子１１が活性化したか否かを判断する（Ｓ２０６）。具体的には、ＣＰＵ６１は、Ｖｓセル３の内部抵抗Ｒｐｖｓが、閾値に達しているか否かに基づき、検知素子１１が活性化されたか否かを判断する。Ｖｓセル３の内部抵抗Ｒｐｖｓは、抵抗検知回路５５を介して取得された電圧Ｖｓの変化量と、電圧Ｖｓの変化量とＶｓセル３の内部抵抗とが予め関連付けられたテーブルとに基づき、別の処理によって定期的に算出される。閾値は、例えば、３５０Ωであり、内部抵抗Ｒｐｖｓが３５０Ωの場合、Ｖｓセル３の温度は、約６５０℃と推定される。ＣＰＵ６１は、内部抵抗Ｒｐｖｓが閾値に達している場合に、各固体電解質体１２，１３，１４が適切な酸素イオン伝導性を示す状態に達して検知素子１１が活性化したと判断する。ＣＰＵ６１は、検知素子１１が活性化していない場合（Ｓ２０６：ＮＯ）、検知素子１１が活性化するまで待機する。ＣＰＵ６１は、検知素子１１が活性化した場合（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、活性化処理９１ｂを終了する。

次に、ＣＰＵ６１は、第２加熱処理９２ｂを実行する（Ｓ２０７）。具体的には、図示しない第３タイマ回路を起動し、第３タイマ回路が起動されてから時間Ｓ２経過して、タイムアウトしたかを判断する（Ｓ２０７）。第３タイマ回路は、検知素子１１が活性化したタイミングから時間Ｓ２後にタイムアウトするように構成されている。時間Ｓ２は、例えば、５〜１０秒に設定することができ、実施形態１では５秒である。ＣＰＵ６１は、第３タイマ回路がタイムアウトしていない場合（Ｓ２０７：ＮＯ）、第３タイマ回路の監視を継続して行う。ＣＰＵ６１は、第３タイマ回路がタイムアウトした場合（Ｓ２０７：ＹＥＳ）、第２加熱処理９２ｂを終了する。

次に、ＣＰＵ６１は、濃度制御処理９３ｂを実行する（Ｓ２０８〜Ｓ２１５）。具体的には、ＣＰＵ６１は、Ｉｐ１ドライブ回路５２を駆動させ、Ｉｐ１セル２に通電を開始する（Ｓ２０８）。この処理は、濃度制御を開始させる処理である。即ち、Ｉｐ１セル２への通電によって、第１測定室２３に導入された排ガスの酸素濃度を所定の濃度Ｃに調整する処理が開始される。

次に、ＣＰＵ６１は、第２予備制御処理９４ｂを実行する（Ｓ２０９〜Ｓ２１１）。第２予備制御処理９４ｂでは、ＣＰＵ６１は、Ｉｐ２セル４に対して一定値の電流をガスセンサ１０毎に個別に設定された一定の時間Ｔ２供給する（Ｓ２０９）。具体的には、ＣＰＵ６１は、定電流回路５８を駆動させ、一定値の電流Ｉｐ３をＩｐ２セル４に供給する。一定値の電流Ｉｐ３とは、例えば、１０μＡである。Ｉｐ２セル４は、電流Ｉｐ３の供給を受けて、第２測定室３０に存在する酸素の汲み出しを開始する。

次に、ＣＰＵ６１は、図示しない第４タイマ回路を起動する（Ｓ２１０）。第４タイマ回路は、第４タイマ回路を起動してから時間Ｔ２後にタイムアウトするように構成されている。時間Ｔ２は、上述したようにガスセンサ１０毎に設定され、ＲＯＭ６３に記憶されている値である。時間Ｔ２は、例えば、１５〜５０秒に設定することができ、実施形態１では２０秒である。

次に、ＣＰＵ６１は、第４タイマ回路が起動されてから時間Ｓ２経過して、タイムアウトしたかを判断する（Ｓ２１１）。ＣＰＵ６１は、第４タイマ回路がタイムアウトしていない場合（Ｓ２１１：ＮＯ）、第４タイマ回路の監視を継続して行う。ＣＰＵ６１は、第４タイマ回路がタイムアウトした場合（Ｓ２１１：ＹＥＳ）、第２予備制御処理９４ｂを終了する。

次に、ＣＰＵ６１は、駆動制御処理９５ｂを実行する（Ｓ２１２〜Ｓ２１５）。具体的には、ＣＰＵ６１は、Ｉｐ２セル４の制御を駆動制御に切り替える（Ｓ２１２）。ＣＰＵ６１は、定電流回路５８の駆動を停止させ、Ｖｐ２印加回路５７を駆動させることによって、第２予備制御から駆動制御へセンサ制御装置１の制御状態を切り替える。これにより、駆動制御では、Ｉｐ２セル４へ操作電圧Ｖｐ２（例えば、４５０ｍＶ）が印加される。駆動制御において、Ｓ２０８で開始された濃度制御は継続して実行される。

次に、ＣＰＵ６１は、Ｉｐ２検知回路５６によって検知された電流Ｉｐ２の値（より詳細には、電流Ｉｐ２を電圧変換した値）を取得し、取得した電流Ｉｐ２の値をＲＡＭ６２に記憶させる（Ｓ２１３）。次に、ＣＰＵ６１はＮＯｘ濃度対応値を算出し、算出したＮＯｘ濃度対応値をＲＡＭ６２に記憶させる（Ｓ２１４）。ＮＯｘ濃度対応値は、例えば、ＲＯＭ６３に記憶された所定の計算式に電流Ｉｐ２の値を代入して算出される。また例えば、電流Ｉｐ２の値と、ＮＯｘ濃度対応値との対応を定めるテーブルが参照され、Ｓ２１３で取得された電流Ｉｐ２の値に対応するＮＯｘ濃度対応値が算出される。

次に、ＣＰＵ６１は、ＥＣＵ９０から終了の指示が入力されていない場合（Ｓ２１５：ＮＯ）、処理をＳ２１３に戻す。ＣＰＵ６１は、ＥＣＵ９０から終了の指示が入力された場合（Ｓ２１５：ＹＥＳ）、駆動制御処理９５ｂ（濃度制御処理９３ｂ）を終了する。すなわち、通常運転処理を終了する。以上のように、ＣＰＵ６１は、通常運転処理を実行する。

なお、実施形態１のセンサ制御装置１において、図３に示すＳ２０７を実行するＣＰＵ６１は、本発明の第２加熱処理手段として機能する。図３に示すＳ２０９〜Ｓ２１１を実行するＣＰＵ６１は、本発明の第２予備制御手段として機能する。図３に示すＳ２１４を実行するＣＰＵ６１は、本発明の算出手段として機能する。

＜評価試験＞
実施形態１のセンサ制御装置について、初回運転までの間（運転前期間）に、ガスセンサの第２測定室内に有機系ガスが侵入した場合でも、初回運転時に、早期に安定して特定ガス濃度の検知が可能となるか否か確認する評価試験を行った。具体的には、同一の構成を有するガスセンサを備えたセンサ制御装置において、互いに異なる条件１〜４のそれぞれで得られたＮＯｘ濃度対応値の経時変化を比較した。

条件１は、ガスセンサの第２測定室内に有機系ガスを侵入させない状態（リーン状態）で加熱処理及び予備制御を行った場合である。条件２は、ガスセンサの第２測定室内に有機系ガスを侵入させた状態（リッチ状態）で加熱処理及び予備制御を行った場合である。条件１及び条件２では、前述の実施形態１の通常運転時のメイン処理（通常運転処理）と同様の処理を実行する。条件１及び条件２の加熱処理及び予備制御は、前述の実施形態１の通常運転処理における第２加熱処理（時間Ｓ２：５秒）及び第２予備制御（時間Ｔ２：２０秒）と同様である。

条件３は、ガスセンサの第２測定室内に有機系ガスを侵入させない状態（リーン状態）で加熱処理及び予備制御を行った場合である。条件４は、ガスセンサの第２測定室内に有機系ガスを侵入させた状態（リッチ状態）で加熱処理及び予備制御を行った場合である。条件３及び条件４では、前述の実施形態１の初回運転時のメイン処理（初回運転処理）と同様の処理を実行する。条件３及び条件４の加熱処理及び予備制御は、前述の実施形態１の初回運転処理における第１加熱処理（時間Ｓ１：１８０秒）及び第１予備制御（時間Ｔ１：１００秒）と同様である。

なお、本評価試験では、ガスセンサを密閉容器内に６０時間保管（密閉容器の温度：１５０℃）することにより、有機系ガスをガスセンサの第２測定室内に侵入させた状態を得た。検知対象ガスは、ＮＯｘが０ｐｐｍ，Ｏ_２が２０％、Ｈ_２Ｏが４％、残りはＮ_２ガスである。検知対象ガスの温度は、１５０℃とした。

図４、図５に評価試験の結果を示す。同図において、横軸はガスセンサが活性化してからの経過時間（単位：秒）を表し、縦軸はＮＯｘ濃度対応値（単位：ｐｐｍ）を表している。同図に、条件１〜４のＮＯｘ濃度対応値の経時変化を、それぞれパターンＰ１〜Ｐ４で示す。

図４に示すように、Ｐ１で示す条件１は、ガスセンサの活性化後、加熱処理及び予備制御を行うことにより、予備制御の後、ＮＯｘ濃度対応値が早期にゼロに収束する挙動となっている。一方、Ｐ２で示す条件２は、ガスセンサの活性化後、加熱処理及び予備制御を行うものの、予備制御の後、ＮＯｘ濃度対応値が大きくマイナス側にシフトし、徐々に回復（ゼロに収束）する挙動となっている。このような挙動の場合、ＮＯｘ濃度対応値がゼロに収束するまでに要する時間が長くなるため、安定して特定ガス濃度を検知できるまでの時間（待ち時間、暖気時間）が長くなる。

図５に示すように、Ｐ３で示す条件３は、ガスセンサの活性化後、加熱処理及び予備制御を行うことにより、予備制御の後、ＮＯｘ濃度対応値が早期にゼロに収束する挙動となっている。また、Ｐ４で示す条件４は、ガスセンサの活性化後、加熱処理及び予備制御を行うことにより、Ｐ３で示す条件３と同様に、予備制御の後、ＮＯｘ濃度対応値が早期にゼロに収束する挙動となっている。加熱処理の時間を長くしたことにより、ガスセンサの第２測定室内の有機系ガスを十分に燃焼除去できる。一方で、加熱処理の時間を長くしたことにより、加熱処理後のガスセンサの第２測定室内には、酸素（有機系ガスの燃焼反応に寄与しなかった酸素）が過剰に吸着等して存在するが、予備制御の時間を長くしたことにより、ガスセンサの第２測定室内の酸素を十分に汲み出すことができる。そして、予備制御の後、早期に安定して特定ガス濃度を検知することができる。以上により、実施形態１のセンサ制御装置は、初回運転時に、早期に安定して特定ガス濃度を検知できることがわかった。

次に、実施形態１のセンサ制御装置１における作用効果を説明する。
実施形態１のセンサ制御装置１は、初回運転（初回運転処理）時に、一定の時間Ｓ１の間、第１加熱処理９２ａ（Ｓ１０７）を実行し、一定の時間Ｔ１の間、第１予備制御処理９４ａ（Ｓ１０９〜Ｓ１１１）を実行する。また、２回目以降の運転である通常運転（通常運転処理）時に、一定の時間Ｓ２の間、第２加熱処理９２ｂ（Ｓ２０７）を実行し、一定の時間Ｔ２の間、第２予備制御処理９４ｂ（Ｓ２０９〜Ｓ２１１）を実行する。そして、第１加熱処理９２ａ（Ｓ１０７）の時間Ｓ１は、第２加熱処理９２ｂ（Ｓ２０７）の時間Ｓ２よりも長く、かつ、第１予備制御処理９４ａ（Ｓ１０９〜Ｓ１１１）の時間Ｔ１は、第２予備制御処理９４ｂ（Ｓ２０９〜Ｓ２１１）の時間Ｔ２よりも長い。

すなわち、センサ制御装置１は、初回運転時と２回目以降の運転（通常運転）時とでガスセンサ１０の第２測定室３０内の状態が異なる。したがって、初回運転時と通常運転時とで異なる処理（初回運転処理、通常運転処理）を実行する。センサ制御装置１の通常運転時は、前回の運転を停止してから再運転するまでの非運転期間が比較的短い。そのため、非運転期間中において、ガスセンサ１０の第２測定室３０内に未燃性物質（ガソリン等の燃料や、ガスセンサに使用される焼付防止剤等の塗布材等に含まれる揮発性物質）が侵入し、第２測定室３０内の酸素濃度が大気雰囲気よりも低いリッチ状態となった場合でも、比較的短い時間の加熱処理（ヒートトリートメント）及び予備制御を実行すればよい。具体的には、比較的短い時間の加熱処理を実行して第２測定室３０内の未燃性物質を燃焼除去し、比較的短い時間の予備制御を実行して第２測定室３０内の酸素を汲み出し、所定の低酸素濃度状態とすることにより、その後、早期に安定した特定ガス濃度の検知が可能となる。

一方、センサ制御装置１の初回運転時は、ガスセンサ１０を製造してから実際に運転するまでの運転前期間（前述の保管期間を含む。保管期間とは、例えば、ガスセンサ１０を梱包してから開梱するまでの期間である。）が前述の非運転期間に比べて非常に長い。そのため、運転前期間（特に前述の保管期間）中において、ガスセンサ１０の第２測定室３０内に有機系ガス（ガスセンサ１０を梱包する梱包材や、ガスセンサ１０に使用される焼き付き防止剤や、コネクタの防水ゴムに使用される潤滑剤等に含まれる有機系成分の揮発物）が侵入し、第２測定室３０内の酸素濃度が大気雰囲気よりも低いリッチ状態となった場合に、通常運転時と同様（同じ時間）の加熱処理（ヒートトリートメント）を実行したとしても、第２測定室３０内の有機系ガスを十分に燃焼除去することができない。よって、通常運転時よりも長い時間の加熱処理を実行することが必要となる。

また、比較的長い時間の加熱処理を実行すると、加熱処理後の第２測定室３０内には、酸素（有機系ガスの燃焼反応に寄与しなかった酸素）が過剰に吸着等して存在する。そのため、通常運転時と同様（同じ時間）の予備制御を実行したとしても、この余剰酸素を第２測定室３０内から十分に汲み出すことができない。よって、通常運転時よりも長い時間の予備制御を実行することが必要となる。したがって、センサ制御装置１の初回運転時に、通常運転時よりも長い時間の加熱処理及び予備制御を実行すれば、早期に安定した特定ガス濃度の検知が可能となる。

そして、実施形態１のセンサ制御装置１は、初回運転（初回運転処理）時に、第１加熱処理９２ａ（Ｓ１０７）及び第１予備制御処理９４ａ（Ｓ１０９〜Ｓ１１１）を実行し、通常運転（通常運転処理）時に、第２加熱処理９２ｂ（Ｓ２０７）及び第２予備制御処理９４ｂ（Ｓ２０９〜Ｓ２１１）を実行することができる。すなわち、初回運転時に、通常運転時に実行する第２加熱処理９２ｂ（Ｓ２０７）の時間Ｓ２よりも長い時間Ｓ１で第１加熱処理９２ａ（Ｓ１０７）を実行し、通常運転時に実行する第２予備制御処理９４ｂ（Ｓ２０９〜Ｓ２１１）の時間Ｔ２よりも長い時間Ｔ１で第１予備制御処理９４ａ（Ｓ１０９〜Ｓ１１１）を実行することができる。これにより、センサ制御装置１は、初回運転時においても、もちろん第２回目以降の通常運転時においても、早期に安定した特定ガス濃度の検知が可能となる。

また、センサ制御装置１において、ガスセンサ１０は、さらに、検知素子１１を加熱するためのヒータパターン３８を備えている。センサ制御装置１は、ヒータパターン３８に一定の電圧Ｖ１を印加して検知素子１１を加熱する第１加熱処理９２ａ（Ｓ１０７）を実行し、ヒータパターン３８に一定の電圧Ｖ２を印加して検知素子１１を加熱する第２加熱処理９２ｂ（Ｓ２０７）を実行する。そして、電圧Ｖ１は、電圧Ｖ２よりも低い。すなわち、第１加熱処理９２ａ（Ｓ１０７）を実行する時間Ｓ１は、第２加熱処理９２ｂ（Ｓ２０７）を実行する時間Ｓ２よりも長いため、第１加熱処理９２ａ（Ｓ１０７）の際にヒータパターン３８に印加する電圧Ｖ１を第２加熱処理９２ｂ（Ｓ２０７）の際にヒータパターン３８に印加する電圧Ｖ２よりも低くすることにより、第１加熱処理９２ａ（Ｓ１０７）を実行することによる検知素子１１へのダメージをできる限り低減できる。

このように、本実施形態によれば、初回運転時においても（それ以降の通常運転時においても）早期に安定して特定ガス濃度を検知することができるセンサ制御装置１を提供することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、前述の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

（１）前述の実施形態では、ＮＯｘの濃度を検知するＮＯｘセンサを例示しているが、本発明のセンサ制御装置は、固体電解質体を用いて構成される種々のガスセンサ（例えば、酸素センサ）に適用可能である。

（２）前述の実施形態では、制御部５のＣＰＵ６１が初回運転処理及び通常運転処理を実行しているが、例えば、ガスセンサが制御部を備える場合には、ガスセンサの制御部と、ガスセンサとは別体に設けられた制御部とが協働して初回運転処理及び通常運転処理を実行してもよい。

（３）前述の実施形態では、初回運転処理及び通常運転処理の各ステップがＣＰＵ６１によって実行されるが、例えば、一部又は全部のステップが他の電子機器（例えば、ＡＳＩＣ等）によって実行されるようにしてもよい。また、各ステップが複数の電子機器（例えば、複数のＣＰＵ等）によって分散処理されるようにしてもよい。また、初回運転処理及び通常運転処理では、本発明の機能を有する範囲において、ステップの順序変更、ステップの省略、ステップの追加等が可能である。

（４）センサ制御装置の構成は適宜変更可能である。例えば、制御部５が備える駆動回路部の構成は適宜変更してもよい。また、制御部５とガスセンサ１０とは、着脱不能のように一体に構成されていてもよい。また、基準酸素室２９に代えて、大気導入孔が設けられたガスセンサに本発明のセンサ制御装置が適用されてもよい。

（５）前述の実施形態のメイン処理である初回運転処理及び通常運転処理は適宜変更可能である。例えば、メイン処理に従って得られるパターンは、メイン処理実行毎に同様なパターンとなる。このため、メイン処理に従って得られるパターンを補正データを用いてＮＯｘ濃度対応値を補正する処理が実行されてもよい。また、例えば、図２、図３のＳ１１４、Ｓ２１４において算出されるＮＯｘ濃度対応値は、検知対象ガス中の特定ガス濃度を表す値であればよく、例えば、ＮＯｘ濃度対応値は、Ｉｐ２セル４の電流値に基づくアナログ出力をデジタル換算した値であってもよい。

（６）加熱処理（第１加熱処理及び第２加熱処理）の実行条件は適宜変更可能である。例えば、前述の実施形態のように、加熱処理においてヒータに一定電圧を一定時間印加するようにしてもよい。

（７）予備制御（第１予備制御及び第２予備制御）の実行条件は適宜変更可能である。例えば、前述の実施形態のように、予備制御において一定電流が、一定時間供給されてもよい。この場合、ガスセンサ１０毎に予備制御の実行条件として、例えば、予備制御の一定電流の値と、通電時間と、ガスセンサ１０の目標加熱温度とから選択された条件の組合せが設定されてもよいし、同一の構成を有するガスセンサ１０に対して同一の制御条件が設定されてもよい。また、Ｈ_２Ｏ濃度の影響を受けない環境で使用される場合等には、予備制御として操作電圧よりも大きな一定電圧が一定時間供給されてもよい。

（８）前述の実施形態では、Ｖｓセル３の内部抵抗に基づいて検知素子１１の温度を検知しているが、例えば、Ｖｓセル３に代えて、Ｉｐ１セル２及びＩｐ２セル４の少なくともいずれかの内部抵抗に基づいて、検知素子１１の温度を検知してもよい。また、ヒータ素子３５を構成するヒータパターン３８の抵抗値に基づいて、検知素子１１の温度を検知してもよい。

（９）前述の実施形態では、センサ制御装置１の初回運転時は、センサ制御装置１を自動車等に搭載し、そのセンサ制御装置１を初めて運転制御する時であったが、例えば、自動車等に搭載する前に、センサ制御装置１単体でモデルガス等を用いて初めて運転制御する時等であってもよい。

１…センサ制御装置
２…第１酸素ポンプセル
４…第２酸素ポンプセル
５…制御部
１０…ガスセンサ
１１…検知素子
１２…固体電解質体（第１固体電解質層）
１４…固体電解質体（第２固体電解質層）
１７，１８…電極（第１電極）
２３…第１測定室
２７，２８…電極（第２電極）
３０…第２測定室
５０…駆動回路部
５８…定電流回路（算出手段）
６１…ＣＰＵ（第１加熱処理手段、第１予備制御手段、第２加熱処理手段、第２予備制御手段）

Claims (2)

1. 検知対象ガスが導入される第１測定室と、第１固体電解質層及び一対の第１電極を有し、該一対の第１電極が前記第１測定室の内側及び外側に設けられた第１酸素ポンプセルと、前記第１測定室に連通する第２測定室と、第２固体電解質層及び一対の第２電極を有し、該一対の第２電極が前記第２測定室の内側及び外側に設けられた第２酸素ポンプセルと、が設けられた検知素子を有するガスセンサと、
   前記第１測定室に導入された前記検知対象ガスの酸素濃度を、前記第１酸素ポンプセルへの通電によって所定の値に調整する濃度制御を行うと共に、前記第２酸素ポンプセルへ操作電圧を印加する駆動制御を行う駆動回路部と、前記操作電圧が印加された前記第２酸素ポンプセルに流れる電流の大きさに基づいて特定ガスの濃度を表す濃度対応値を算出する算出手段と、を有する制御部と、を備えたセンサ制御装置であって、
   前記制御部は、さらに、
   前記ガスセンサの前記検知素子が活性化した後、一定の時間Ｓ１の間、前記検知素子を加熱する第１加熱処理を実行する第１加熱処理手段と、
   前記第１加熱処理後であって前記駆動制御前に、前記第２酸素ポンプセルに対して、一定の電流を一定の時間Ｔ１供給し、前記第２測定室から該第２測定室外部に汲み出す酸素量を一定に制御することにより、前記第２測定室内の酸素濃度を低下させる第１予備制御を実行する第１予備制御手段と、
   前記ガスセンサの前記検知素子が活性化した後、一定の時間Ｓ２の間、前記検知素子を加熱する第２加熱処理を実行する第２加熱処理手段と、
   前記第２加熱処理後であって前記駆動制御前に、前記第２酸素ポンプセルに対して、一定の電流を一定の時間Ｔ２供給し、前記第２測定室から該第２測定室外部に汲み出す酸素量を一定に制御することにより、前記第２測定室内の酸素濃度を低下させる第２予備制御を実行する第２予備制御手段と、を備え、
   前記時間Ｓ１は、前記時間Ｓ２よりも長く、かつ、前記時間Ｔ１は、前記時間Ｔ２よりも長いことを特徴とするセンサ制御装置。
2. 前記ガスセンサは、さらに、前記検知素子を加熱するためのヒータを備え、前記第１加熱処理手段は、前記ヒータに一定の電圧Ｖ１を印加して前記検知素子を加熱する前記第１加熱処理を実行し、前記第２加熱処理手段は、前記ヒータに一定の電圧Ｖ２を印加して前記検知素子を加熱する前記第２加熱処理を実行し、前記電圧Ｖ１は、前記電圧Ｖ２よりも低いことを特徴とする請求項１に記載のセンサ制御装置。