JP2017053631A - ガスセンサ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス濃度検出の精度低下を生じさせることなく適正にインピーダンス検出を実施する。
【解決手段】センサ制御回路２０は、固体電解質層１２を有し排気中の酸素濃度に応じた検出信号を出力するＯ2センサ１０を制御対象とし、Ｏ2センサ１０に対して印加電圧を所定方向に掃引変化させるとともに、それに引き続いて印加電圧を逆方向に引き戻し変化させ、印加電圧の掃引変化時における電流変化量に基づいてＯ2センサ１０のインピーダンスを算出する。また、センサ制御回路２０は、Ｏ2センサ１０の直流内部抵抗の値である内部抵抗値を算出する抵抗値算出部と、印加電圧の掃引を行う掃引時間と引き戻しを行う引き戻し時間との少なくともいずれかを、内部抵抗値に基づいて設定する時間設定部と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガスセンサ制御装置に関するものである。

例えば車載エンジンの排気管には、排気の成分を検出するガスセンサが設けられている。ガスセンサは一般に、固体電解質層とその両側に設けられた一対の電極とを有するセンサ素子を具備しており、そのセンサ素子が所定の高温状態（すなわち活性状態）にある状態下で、排気中の酸素濃度等に応じた電気信号を出力する。また、センサ素子の温度を把握するためにセンサ素子のインピーダンスが検出され、その素子インピーダンスが所定の目標値になるようにして、ヒータの加熱による素子温フィードバック制御が実施される。

なお、センサ素子に対する印加電圧を交流変化させて素子インピーダンスを検出する技術は各種知られている（例えば特許文献１参照）。素子インピーダンスは、エンジンの運転状態下において所定周期で濃度検出を一時的に中断して実施される。

特開２００９−２５１０２号公報

ところで、素子インピーダンスの検出に際し、センサ印加電圧の掃引及び引き戻しを行う場合には、センサ素子において電荷の蓄積及び放出が生じるが、その掃引及び引き戻しの終了後にセンサ素子に電荷が残留したままになることがあると考えられる。この場合、センサ素子に電荷が残留することで、インピーダンス検出直後において濃度検出の精度が低下することが懸念される。例えばセンサ素子の経年劣化が生じると直流内部抵抗が変化し、それが原因で、予め定めた時間で掃引及び引き戻しを行う場合においてインピーダンス検出後にセンサ素子に電荷が残留する。そしてこれにより、濃度検出の精度が低下する。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、ガス濃度検出の精度低下を生じさせることなく適正にインピーダンス検出を実施することができるガスセンサ制御装置を提供することにある。

本発明のガスセンサ制御装置は、固体電解質層（１２）を有し被検出ガス中の所定成分の濃度に応じた検出信号を出力するガスセンサ（１０）を制御対象とし、前記ガスセンサに対して印加電圧を所定方向に掃引変化させるとともに、それに引き続いて前記印加電圧を逆方向に引き戻し変化させ、前記印加電圧の掃引変化時における電流変化量に基づいて前記ガスセンサのインピーダンスを算出するものである。そして、前記ガスセンサの直流内部抵抗の値である内部抵抗値を算出する抵抗値算出部と、前記印加電圧の掃引を行う掃引時間と引き戻しを行う引き戻し時間との少なくともいずれかを、前記内部抵抗値に基づいて設定する時間設定部と、を備えることを特徴とする。

センサ素子において経年劣化に伴い内部抵抗値が変化すると、それに起因して、センサ印加電圧の掃引及び引き戻しを行った後にセンサ素子に電荷が残留する。この点、上記構成によれば、センサ素子の内部抵抗値に応じて、掃引時の掃引時間と引き戻し時の引き戻し時間との少なくともいずれかが可変に設定されるため、掃引及び引き戻しの実施後（すなわちインピーダンス検出後）においてセンサ素子での電荷の残留を抑制できる。その結果、ガス濃度検出の精度低下を生じさせることなく適正にインピーダンス検出を実施することができる。

Ｏ2センサとセンサ制御回路との概略構成を示す図。 Ｏ2センサの起電力特性図。 電流掃引部の回路構成を示す図。 インピーダンス検出時におけるセンサ印加電圧の掃引及び引き戻しを説明するためのタイムチャート。 掃引及び引き戻しに伴う電荷の移動を説明するための図。 内部抵抗値の算出を説明するための図。 電流掃引部の回路公差を説明するための図。 内部抵抗値と電圧差と補正時間との関係を示す図。 電流掃引部の回路公差としての電圧差を算出する手順を示すフローチャート。 センサ素子の内部抵抗値を算出する手順を示すフローチャート。 素子インピーダンスを算出する手順を示すフローチャート。 空燃比検出を一時中断する中断時間を示す図。 別例において内部抵抗値と電圧差と補正時間との関係を示す図。 内部抵抗値と補正時間との関係における上下限ガードを示す図。 引き戻し時間の設定処理の手順を示すフローチャート。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態におけるガスセンサは、車載エンジン（内燃機関）の排気管に設けられ、エンジンから排出される排気を被検出ガスとして排気中の酸素濃度を検出するものであり、より具体的には、排気の空燃比がリッチかリーンかに応じて異なる起電力信号を出力する起電力出力型のＯ2センサである。

Ｏ2センサ１０とセンサ制御回路２０との構成を図１を用いて説明する。Ｏ2センサ１０はコップ型構造のセンサ素子１１を有しており、図１にはセンサ素子１１の断面構成が示されている。実際にはセンサ素子１１は素子全体がハウジングや素子カバー内に収容される構成となっており、エンジン排気管内に配設されている。

センサ素子１１において、固体電解質層１２は断面コップ状に形成されており、その外表面には排気側電極１３が設けられ、内表面には大気側電極１４が設けられている。これら各電極１３，１４は固体電解質層１２の表面に層状に設けられている。固体電解質層１２は、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＴｈＯ2、Ｂｉ2Ｏ3等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3等を安定剤として固溶させた酸素イオン伝導性酸化物焼結体からなる。また、各電極１３，１４は共に白金等の触媒活性の高い貴金属からなり、その表面には多孔質の化学メッキ等が施されている。各電極１３，１４が一対の対向電極（センサ電極）となっている。固体電解質層１２にて囲まれる内部空間は、基準ガスである大気が導入される大気室１５（基準室）となっており、その大気室１５内にはヒータ１６が収容されている。ヒータ１６は、センサ素子１１を活性化するに十分な発熱容量を有しており、その発熱エネルギによりセンサ素子全体が加熱される。Ｏ2センサ１０の活性温度は、例えば５００〜６５０℃程度である。なお、大気室１５は、基準ガスとしての大気が導入されることでその内部が所定酸素濃度に保持されている。

上記センサ素子１１では、固体電解質層１２の外側（電極１３側）が排気雰囲気、同内側（電極１４側）が大気雰囲気となっており、これら双方の酸素濃度の差（酸素分圧の差）に応じて電極１３，１４間で起電力が発生する。つまり、空燃比がリッチかリーンかで異なる起電力が発生する。この場合、基準側電極である大気側電極１４からすれば、排気側電極１３の側は酸素が低濃度であり、センサ素子１１において大気側電極１４を正側、排気側電極１３を負側として起電力が発生する。これにより、Ｏ2センサ１０は、排気の酸素濃度（すなわち空燃比）に応じた起電力信号を出力する。

図２は、排気の空燃比とセンサ素子１１の起電力との関係を示す起電力特性図である。図２において、横軸は空気過剰率λであり、λ＝１がストイキ（理論空燃比）である。センサ素子１１は、空燃比がリッチかリーンかで異なる起電力を発生し、ストイキ付近で起電力が急変する特性を有する。具体的には、リッチ時のセンサ起電力は約０．９Ｖであり、リーン時のセンサ起電力は約０Ｖである。

図１に戻り、センサ素子１１の電極１３，１４間にはシャント抵抗２６が接続されており、そのシャント抵抗２６の反接地側の端子（図のＡ点）の電圧がセンサ制御回路２０に入力される。センサ制御回路２０は、センサ素子１１で生じる起電力を検出する起電力検出部２１と、センサ素子１１のインピーダンス検出時にセンサ印加電圧を交流的に掃引変化させる電流掃引部２２と、センサ印加電圧の掃引変化時に素子インピーダンスを検出するインピーダンス検出部２３と、これら各部２１〜２３の働きを含むセンサ素子１１の各種制御を実施するセンサ制御部２４と、ヒータ１６の通電を制御するヒータ制御部２５と、を有している。なお、センサ制御部２４は、例えばＣＰＵや各種メモリを有する周知のマイクロコンピュータにより構成されている。

図示は省略するが、センサ制御回路２０にはエンジンＥＣＵが相互に通信可能に接続されており、エンジンＥＣＵは、センサ制御回路２０から空燃比の検出結果を取得し、これに基づいて空燃比制御等を実施する。

エンジンの運転時において、起電力検出部２１は、Ａ点電圧により排気中の酸素濃度に応じて生じるセンサ起電力を検出する。電流掃引部２２は、所定のインピーダンス検出周期でセンサ印加電圧を掃引変化させる。インピーダンス検出部２３は、Ａ点電圧によりセンサ印加電圧の掃引変化に伴う電流変化量を検出する。この電流変化量により素子インピーダンスが検出される。

図３に、センサ制御回路２０の電流掃引部２２の具体的な回路構成を示す。なお、図３には、センサ素子１１の等価回路として、電極界面抵抗及び電極界面容量の並列回路部と、固体電解質層１２の粒子抵抗と、起電力電池部とを有する構成が示されている。

電流掃引部２２は、基準電圧Ｖｃｃとグランドとの間において直列接続された一対の抵抗体３１，３２と、その一対の抵抗体３１，３２のＶｃｃ側及びグランド側にそれぞれ接続された一対のスイッチング素子３３，３４と、一対の抵抗体３１，３２の中間点とセンサ素子１１の一方の電極（具体的には大気側電極１４）との間に設けられた抵抗体３５とを有している。一対のスイッチング素子３３，３４のうち掃引用のスイッチング素子３３は掃引信号ＳＡによりオンオフし、引き戻し用のスイッチング素子３４は引き戻し信号ＳＢによりオンオフする。図３の構成では、抵抗体３１，３５及びスイッチング素子３３が「掃引回路部」に相当し、抵抗体３２，３５及びスイッチング素子３４が「引き戻し回路部」に相当する。

掃引時には、スイッチング素子３３がオンされることで、スイッチング素子３３と抵抗体３１，３５とを通る経路Ａ１を介してセンサ素子１１に掃引電流が流れる。また、引き戻し時には、スイッチング素子３４がオンされることで、スイッチング素子３４と抵抗体３２，３５とを通る経路Ａ２を介してセンサ素子１１から引き戻し電流が流れる。

図４は、インピーダンス検出時におけるセンサ印加電圧の掃引及び引き戻しを説明するためのタイムチャートである。インピーダンス検出は、システム起動状態において所定の時間周期Ｔｚａｃ（例えば１００ｍｓｅｃ周期）で、Ｏ2センサ１０による空燃比検出を一時的に中断して実施される。

図４では、タイミングｔ１でスイッチング素子３３がオンされてセンサ印加電圧が正負片側に掃引される。その後、タイミングｔ２でスイッチング素子３４がオンされてセンサ印加電圧が正負逆側に切り替えられ、電圧の引き戻しが行われる。掃引は掃引時間Ｔａで実施され、引き戻しは引き戻し時間Ｔｂで実施される。掃引時には、図５（ａ）に示すようにセンサ素子１１に電荷が蓄えられ、引き戻し時には、図５（ｂ）に示すようにセンサ素子１１から電荷が放出される。素子インピーダンスは、掃引時における電流変化量に基づいて算出される。

電荷放電のための引き戻しが終了したタイミングｔ３では、センサ素子１１に電荷が残留していることがある。その残電荷は、図５（ｃ）に示すように、センサ素子１１において電極界面容量から電極界面抵抗への電荷の移動により徐々に放出される（図４のｔ３〜ｔ４の自然放電）。ここで、掃引及び引き戻しの終了後にセンサ素子１１に電荷が残留していると、その残電荷に起因して、空燃比検出のためのセンサ出力に悪影響が及ぶおそれがある。そのため、インピーダンス検出後において空燃比検出の精度に悪影響が及ぶことが懸念される。あるいは、空燃比検出が不可となる期間が長引くことが懸念される。

掃引及び引き戻しが終了した時点においてセンサ素子１１に電荷が残留する理由としては、センサ素子１１の経年劣化に伴い直流内部抵抗の値である内部抵抗値Ｒｉが変わることと、電流掃引部２２において回路公差が生じていることとが考えられる。このうち、センサ素子１１の経年劣化が生じる場合には、その経年劣化に伴いセンサ素子１１の内部抵抗値Ｒｉが増大し、それが原因で電荷放出が遅くなることが考えられる。これにより、空燃比検出精度への悪影響等が生じる。

また、電流掃引部２２において抵抗ばらつき等に起因して回路公差が生じている場合には、掃引時に図３の経路Ａ１を流れる掃引電流、及び引き戻し時に図３の経路Ａ２を流れる引き戻し電流の少なくともいずれかが規定値から外れ、結果として掃引時にセンサ素子１１に蓄積される電荷量と引き戻し時にセンサ素子１１から放出される電荷量とが相違する。この場合、やはり掃引及び引き戻しの終了後に電圧ずれが生じ、空燃比検出精度への悪影響等が生じる。

そこで本実施形態では、センサ制御部２４において引き戻し時間Ｔｂの補正を行い、内部抵抗値Ｒｉ及び回路公差に起因して生じる掃引及び引き戻し時の残電荷の影響を解消するようにしている。以下詳述する。

センサ制御部２４は、センサ素子１１に所定量の電荷を蓄積した状態でその電荷を自然放電させ、その自然放電の所要時間に基づいて内部抵抗値Ｒｉを算出する。具体的には、図６に示すように、所定の充電時間Ｔｃｈでスイッチング素子３３をオンにしてセンサ素子１１に対する充電を行い、その後、スイッチング素子３３，３４を共にオフにした状態で自然放電に伴う電圧変化（図１のＡ点電圧の変化）を監視する。そして、放電開始から電圧が所定の閾値ＴＨに到達するまでの放電時間Ｔｄｉｓを求め、その放電時間Ｔｄｉｓに基づいて内部抵抗値Ｒｉを推定する。図６に示すとおり、内部抵抗値Ｒｉが小さければＴｄｉｓが短くなり、内部抵抗値Ｒｉが大きければＴｄｉｓが長くなる。

また、センサ制御部２４は、センサ素子１１の掃引及び引き戻しを行い、その前後におけるＡ点電圧の差（電圧差ΔＶ）を電流掃引部２２の回路公差として算出する。具体的には、図７に示すように、掃引及び引き戻しを実施する際に、掃引前の電圧Ｖ１を計測するとともに、掃引時間Ｔａでの掃引と引き戻し時間Ｔｂでの引き戻しとを実施する。その後、引き戻し後の電圧Ｖ２を計測し、その両者の差から電圧差ΔＶを算出する（ΔＶ＝Ｖ２−Ｖ１）。この場合、ガス濃度が一定の状態下、すなわちセンサ素子１１における起電力が一定である条件下で、掃引及び引き戻しを実施して電圧Ｖ１，Ｖ２を計測する。

そして、内部抵抗値Ｒｉと電圧差ΔＶとに基づいて、引き戻し時間Ｔｂを延長又は短縮するための補正時間ＫＴを算出する。引き戻し時間Ｔｂは補正時間ＫＴが加算されることで延長又は短縮される。この場合、電圧差ΔＶが正、すなわちＶ２＞Ｖ１であれば、引き戻し時間Ｔｂを延長すべく補正時間ＫＴが正の値として算出される。また、電圧差ΔＶが負、すなわちＶ２＜Ｖ１であれば、引き戻し時間Ｔｂを短縮すべく補正時間ＫＴが負の値として算出される。

図８は、内部抵抗値Ｒｉと電圧差ΔＶと補正時間ＫＴとの関係を示す図であり、同図に示す関係が相関データに相当する。電圧差ΔＶが０であれば、内部抵抗値Ｒｉにかかわらず補正時間ＫＴとして０が算出される。電圧差ΔＶが正であれば、内部抵抗値Ｒｉが大きいほど、又は電圧差ΔＶが正側に大きいほど、補正時間ＫＴが正側に大きい値に算出される。また、電圧差ΔＶが負であれば、内部抵抗値Ｒｉが大きいほど、又は電圧差ΔＶが負側に大きいほど、補正時間ＫＴが負側に大きい値に算出される。

次に、素子インピーダンスＺａｃの検出に関して実施されるセンサ制御部２４の演算処理について詳しく説明する。図９は、電流掃引部２２の回路公差としての電圧差ΔＶを算出する手順を示すフローチャートであり、図１０は、センサ素子１１の内部抵抗値Ｒｉを算出する手順を示すフローチャートであり、図１１は、素子インピーダンスＺａｃを算出する手順を示すフローチャートである。これら各処理はセンサ制御部２４により所定周期で実施される。

図９において、ステップＳ１１では、電流掃引部２２の回路公差を算出することの要否を判定する。ここで、電流掃引部２２の回路公差を実施する条件には、
・センサ素子１１の新品状態、すなわちセンサ素子１１の経年劣化が生じていない状態であること、
・センサ活性状態であり、かつセンサ起電力の変動が生じない状況下であること（例えばエンジン停止直後であり、酸素濃度が一定であること）、
が含まれるとよい。なお、センサ素子１１が新品状態であることは、例えば車両走行距離が所定値以下であることから判定するとよい。回路公差である電圧差ΔＶが一旦算出された後は、ステップＳ１１が否定される。

ステップＳ１１がＹＥＳの場合、ステップＳ１２では、掃引前の電圧Ｖ１を計測し、続くステップＳ１３では、センサ素子１１に対する掃引及び引き戻しを実施する（図７参照）。

そしてその後、掃引及び引き戻しが完了すると、すなわちステップＳ１４がＹＥＳになると、ステップＳ１５において引き戻し後の電圧Ｖ２を計測する。その後、ステップＳ１６では、電圧Ｖ２から電圧Ｖ１を減算して電圧差ΔＶを算出し、その電圧差ΔＶをバックアップ用のメモリに保存する。

また、図１０において、ステップＳ２１では、内部抵抗値Ｒｉを算出するための実施条件が成立しているか否かを判定する。例えば、Ｏ2センサ１０の暖機完了後において、エンジン停止時や燃料カット時など、空燃比検出やインピーダンス検出を要しない期間である場合に、実施条件が成立していると判定される。

ステップＳ２１がＹＥＳの場合、ステップＳ２２では、所定の充電時間Ｔｃｈでセンサ素子１１に対する充電を行うとともに、その後、ステップＳ２３では、充電停止状態で自然放電に伴う電圧変化を監視する。そして、ステップＳ２４では、放電開始から電圧が所定の閾値ＴＨに到達するまでの放電時間Ｔｄｉｓを求める。ステップＳ２５では、放電時間Ｔｄｉｓに基づいて内部抵抗値Ｒｉを算出し、その内部抵抗値Ｒｉをバックアップ用のメモリに保存する。

また、図１１において、ステップＳ３１では、今現在、インピーダンス検出の実施タイミングであるか否かを判定し、ＹＥＳであれば、続くステップＳ３２で、内部抵抗値Ｒｉと電圧差ΔＶとをメモリから読み出す。続くステップＳ３３では、図８の関係を用い、内部抵抗値Ｒｉと電圧差ΔＶとに基づいて、引き戻し時間Ｔｂの補正時間ＫＴを算出する。

その後、ステップＳ３４では、補正時間ＫＴを反映しつつ掃引時間Ｔａと引き戻し時間Ｔｂとを決定する。本実施形態では、引き戻し時間Ｔｂを補正時間ＫＴにより補正する構成としており、予め定められた引き戻し時間Ｔｂの基準値に補正時間ＫＴを加算して、引き戻し時間Ｔｂを決定する。掃引時間Ｔａは予め定められた基準値をそのまま使用する。

その後、ステップＳ３５では、掃引時間Ｔａと引き戻し時間Ｔｂとに基づいて、今回のインピーダンス検出のために空燃比検出を一時中断する中断時間Ｔｘを設定する。具体的には、図１２に示すように、掃引時間Ｔａと引き戻し時間Ｔｂと余裕時間Ｔｃとを加算して中断時間Ｔｘを設定する。要するに、Ｏ2センサ１０による空燃比検出は中断時間Ｔｘを除く期間で実施される。なお、余裕時間Ｔｃは、内部抵抗値Ｒｉに応じて設定されてもよく、例えば劣化によるＲｉ変化量が大きいほど、余裕時間Ｔｃを大きくする。

続くステップＳ３６では、掃引時間Ｔａと引き戻し時間Ｔｂとによる掃引及び引き戻しを実施する。このとき、センサ印加電圧を掃引変化させた時の電圧変化量と電流変化量とを計測する。その後、ステップＳ３７では、掃引変化時における電圧変化量と電流変化量とに基づいて素子インピーダンスＺａｃを算出する。

以上説明した実施形態によれば以下の効果を奏する。

センサ素子１１において経年劣化に伴い内部抵抗値Ｒｉが変化すると、それに起因して、センサ印加電圧の掃引及び引き戻しを行った後にセンサ素子１１に電荷が残留する。この点、上記構成によれば、センサ素子１１の内部抵抗値Ｒｉに応じて引き戻し時間Ｔｂが可変に設定されるため、掃引及び引き戻しの実施後（すなわちインピーダンス検出後）においてセンサ素子１１での電荷の残留を抑制できる。その結果、空燃比検出の精度低下を生じさせることなく適正にインピーダンス検出を実施することができる。

センサ印加電圧の掃引及び引き戻し後においてセンサ素子１１に電荷が残留する理由としては、電流掃引部２２の回路公差の存在が考えられる。この点、電流掃引部２２の回路公差として電圧差ΔＶ（＝Ｖ２−Ｖ１）を算出し、その電圧差ΔＶと内部抵抗値Ｒｉとに基づいて引き戻し時間Ｔｂを補正する構成にしたため、回路公差の影響も加味してインピーダンス検出を適正に実施できる。つまり、センサ素子１１のばらつきのみならず、センサ制御回路２０の回路公差ばらつきも吸収して、インピーダンス検出を実施できることとなる。

電流掃引部２２の回路公差を算出するには、掃引電流と引き戻し電流とを高速で逐次監視して電荷の収支を求め、その電荷の収支から回路公差を算出する手法が考えられる。ただしかかる構成では、高速処理が要求されるために高価な処理回路（高速なＣＰＵやＡＤ変換器）が必要になる。この点、上記構成では回路公差を簡易に算出することができる。

引き戻し時間Ｔｂの補正時間ＫＴについて内部抵抗値Ｒｉと電圧差ΔＶとの相関を定めた相関データを用いて補正時間ＫＴを求め、その補正時間ＫＴを用いて、引き戻し時間Ｔｂを設定する構成とした。この場合、電流掃引部２２の回路公差である電圧差ΔＶの正負符号や大きさ、内部抵抗値Ｒｉに応じて、適正に引き戻し時間Ｔｂを設定できる。

エンジン停止時や燃料カット時といった、センサ出力を要しない期間において、電圧印加によりセンサ素子１１に電荷をチャージし、そのチャージ後において電荷が自然放出される際の放電時間Ｔｄｉｓ（所要時間）に基づいて内部抵抗値Ｒｉを算出する構成とした。この場合、内部抵抗値Ｒｉに依存して放電時間Ｔｄｉｓが変わることから、内部抵抗値Ｒｉを好適に求めることができる。

エンジン運転時においては、空燃比制御等を実施する上で空燃比検出（酸素濃度検出）の中断時間Ｔｘは極力短い方がよい。ただし、中断時間Ｔｘが短すぎると、インピーダンス検出時の掃引及び引き戻し後における残電荷の影響が懸念される。この点、補正時間ＫＴにより算出した引き戻し時間Ｔｂに基づいて中断時間Ｔｘを設定する構成にしたため、残電荷の影響を受けないようにしつつ適正に中断時間Ｔｘを設定できる。これにより、内部抵抗値Ｒｉが増加しても、又は電流掃引部２２の回路公差が存在していても適正に空燃比検出を実施できる。

（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・上記実施形態では、インピーダンス検出時において掃引時間Ｔａと引き戻し時間Ｔｂとのうち引き戻し時間Ｔｂを内部抵抗値Ｒｉと電圧差ΔＶ（回路公差）とに基づいて可変に設定する構成としたが、これを変更し、掃引時間Ｔａを内部抵抗値Ｒｉと電圧差ΔＶ（回路公差）とに基づいて可変に設定する構成としてもよい。図１３は、掃引時間Ｔａを補する掃引補正時間ＫＴＡについて、内部抵抗値Ｒｉと電圧差ΔＶとの関係を示す図である。電圧差ΔＶが０（Ｖ１＝Ｖ２）であれば、内部抵抗値Ｒｉにかかわらず掃引補正時間ＫＴＡとして０が算出される。電圧差ΔＶが正（Ｖ１＜Ｖ２）であれば、内部抵抗値Ｒｉが大きいほど、又は電圧差ΔＶが正側に大きいほど、掃引補正時間ＫＴＡが負側に大きい値に算出される。また、電圧差ΔＶが負（Ｖ１＞Ｖ２）であれば、内部抵抗値Ｒｉが大きいほど、又は電圧差ΔＶが負側に大きいほど、補正時間ＫＴＡが正側に大きい値に算出される。

掃引時間Ｔａと引き戻し時間Ｔｂとの両方を、内部抵抗値Ｒｉと電圧差ΔＶ（回路公差）とに基づいて可変に設定することも可能である。例えば、ΔＶ＞０の場合（Ｖ１＜Ｖ２の場合）に、掃引時間Ｔａを短縮し、かつ引き戻し時間Ｔｂを延長するようにしてＴａ，Ｔｂを設定する。

・引き戻し時間Ｔｂを設定する手段として以下の構成を用いてもよい。つまり、電圧差ΔＶが正の値か負の値かに基づいて引き戻し時間Ｔｂを延長側及び短縮側のいずれかに所定量ずつ変更する構成とし、その引き戻し時間Ｔｂの変更に際して、引き戻し時間Ｔｂを上下限ガードするためのガード値を、内部抵抗値Ｒｉに基づいて設定する。図１４は、内部抵抗値Ｒｉと補正時間ＫＴとの関係における上下限ガードを示す図であり、内部抵抗値Ｒｉが大きいほど、上限ガード値が正側に大きい値として設定される一方、下限ガード値が負側に大きい値として設定される。

図１５は、引き戻し時間Ｔｂの設定処理の手順を示すフローチャートであり、本処理は、エンジン停止後においてセンサ制御部２４により実施される。

図１５において、ステップＳ４１では、電流掃引部２２の電圧差ΔＶを算出する。その具体的な処理内容は既述の図９に準ずる。続くステップＳ４２では、図１４の関係を用い、センサ素子１１の内部抵抗値Ｒｉに基づいて、補正時間ＫＴの上限ガード値と下限ガード値とを設定する。その後、ステップＳ４３では、電圧差ΔＶが閾値ｔｈ１（ｔｈ１＞０）以上であるか否かを判定する。ＹＥＳであればステップＳ４４に進み、引き戻し時間Ｔｂを所定幅で延長する。

その後、ステップＳ４５では、引き戻し時間Ｔｂの延長に要した補正時間ＫＴ、すなわち所定幅の合計が上限ガード値以上であるか否かを判定し、ＮＯであればそのまま本処理を終了する。また、ＹＥＳであればステップＳ４６に進み、引き戻し時間Ｔｂを上限ガード値で制限する。なおその後、ステップＳ４１では、延長後の引き戻し時間Ｔｂを用いて再び電圧差ΔＶを算出する。そして、ステップＳ４３において再びΔＶ≧ｔｈ１であると判定されると、後続のステップＳ４４，Ｓ４５を実施する。

また、ステップＳ４３がＮＯの場合には、ステップＳ４７に進み、電圧差ΔＶが−ｔｈ１以下であるか否かを判定する。ＹＥＳであればステップＳ４８に進み、引き戻し時間Ｔｂを所定幅で短縮する。

その後、ステップＳ４９では、引き戻し時間Ｔｂの短縮に要した補正時間ＫＴ、すなわち所定幅の合計（ここでは負値）が下限ガード値以下であるか否かを判定し、ＮＯであればそのまま本処理を終了する。また、ＹＥＳであればステップＳ５０に進み、引き戻し時間Ｔｂを下限ガード値で制限する。なおその後、ステップＳ４１では、短縮後の引き戻し時間Ｔｂを用いて再び電圧差ΔＶを算出する。そして、ステップＳ４７において再びΔＶ≦−ｔｈ１であると判定されると、後続のステップＳ４８，Ｓ４９を実施する。

また、ステップＳ４３，Ｓ４７が共にＮＯであれば、引き戻し時間Ｔｂの延長及び短縮がいずれも不要であるとし、引き戻し時間Ｔｂを確定する。

上記構成によれば、やはり電流掃引部２２の回路公差である電圧差ΔＶの正負符号や大きさ、内部抵抗値Ｒｉに応じて、適正に引き戻し時間Ｔｂを設定できる。

また、掃引時間Ｔａについて、又は掃引時間Ｔａ及び引き戻し時間Ｔｂの両方について、電圧差ΔＶに基づいて延長側及び短縮側のいずれかに変更することとし、これら掃引時間Ｔａ、引き戻し時間Ｔｂにおける各上下限ガード値を、内部抵抗値Ｒｉに基づいて設定する構成にすることも可能である。

・上記実施形態では、センサ素子１１の新品状態、すなわちセンサ素子１１の経年劣化が生じていない状態であることを条件に、電流掃引部２２の回路公差を算出する構成としたが、これを変更し、センサ素子１１が新品状態か否かにかかわらず、電流掃引部２２の回路公差を算出する構成としてもよい。

・電流掃引部２２の回路公差、又はそれに相関するパラメータとして、電圧差ΔＶ以外を用いる構成であってもよい。例えば、工場出荷前に電流掃引部２２の回路公差（又は相関パラメータ）を計測するとともに、それをＲＯＭ等のメモリに記憶しておき、素子インピーダンスＺａｃの算出時においてメモリから回路公差を読み出す構成とする。例えば回路公差に相関するパラメータとして、掃引回路部及び引き戻し回路部における電流ばらつきを用いるとよい。

・センサ制御部２４において、センサ素子１１の内部抵抗値Ｒｉに基づいてセンサ素子１１の劣化を判定する構成としてもよい。上記の実施形態では、車両において劣化に伴う内部抵抗値Ｒｉの変化が把握できるため、素子劣化の有無を判定するためにＯ2センサ１０を車両から回収する必要がなく、容易に素子劣化の有無を判定できる。

・Ｏ2センサ１０以外に、拡散抵抗層を有するＡ／Ｆセンサにも本発明の適用が可能である。また、酸素濃度を検出可能とするガスセンサ以外に、ＮＯｘやＨＣなど、他のガス濃度成分を検出可能とするガスセンサにも本発明が適用できる。例えば、固体電解質層にて形成された複数のセルを有し、そのうち第１セル（ポンプセル）では被検出ガス中の酸素を排出又はくみ出すとともに酸素濃度を検出し、第２セル（センサセル）では酸素排出後のガスから特定成分（ＮＯｘ、ＨＣなど）のガス濃度を検出するガスセンサへの適用が可能である。

・エンジンの吸気通路に設けられるガスセンサや、ガソリンエンジン以外にディーゼルエンジンなど他の形式のエンジンに用いられるガスセンサを対象とするガスセンサ制御装置としても具体化できる。また、ガスセンサは、車両以外の用途で用いられるものであってもよく、さらにはエンジンの吸気や排気以外を被検出ガスとするものであってもよい。

１０…ガスセンサ、１１…センサ素子、１２…固体電解質層、２０…センサ制御回路。

Claims (7)

1. 固体電解質層（１２）を有し被検出ガス中の所定成分の濃度に応じた検出信号を出力するガスセンサ（１０）を制御対象とし、前記ガスセンサに対して印加電圧を所定方向に掃引変化させるとともに、それに引き続いて前記印加電圧を逆方向に引き戻し変化させ、前記印加電圧の掃引変化時における電流変化量に基づいて前記ガスセンサのインピーダンスを算出するガスセンサ制御装置（２０）であって、
   前記ガスセンサの直流内部抵抗の値である内部抵抗値を算出する抵抗値算出部と、
   前記印加電圧の掃引を行う掃引時間と引き戻しを行う引き戻し時間との少なくともいずれかを、前記内部抵抗値に基づいて設定する時間設定部と、
   を備えることを特徴とするガスセンサ制御装置。
2. 前記ガスセンサに対して印加電圧を所定方向に掃引変化させる掃引回路部と、それに引き続いて前記印加電圧を逆方向に引き戻し変化させる引き戻し回路部とを有するガスセンサ制御装置であって、
   前記掃引回路部及び前記引き戻し回路部の回路公差、又はその回路公差に相関するパラメータを取得する公差取得部を備え、
   前記時間設定部は、前記掃引時間と前記引き戻し時間との少なくともいずれかを、前記内部抵抗値と前記回路公差又は前記パラメータとに基づいて設定する請求項１に記載のガスセンサ制御装置。
3. 前記公差取得部は、前記被検出ガスの濃度が一定となる状態下で前記掃引回路部による掃引と前記引き戻し回路部による引き戻しとを実施し、その掃引及び引き戻しの実施前の第１電圧と実施後の第２電圧との差である電圧差を、前記パラメータとして算出する電圧差算出部を有し、
   前記時間設定部は、前記掃引時間と前記引き戻し時間との少なくともいずれかを、前記内部抵抗値と前記電圧差とに基づいて設定する請求項２に記載のガスセンサ制御装置。
4. 前記時間設定部は、前記掃引時間と前記引き戻し時間との少なくともいずれかを延長側又は短縮側に補正する補正時間について前記内部抵抗値と前記電圧差との相関を定めた相関データを用い、前記内部抵抗値と前記電圧差とに基づいて前記補正時間を求め、その補正時間を用いて、前記掃引時間と前記引き戻し時間との少なくともいずれかを設定する請求項３に記載のガスセンサ制御装置。
5. 前記時間設定部は、前記掃引時間と前記引き戻し時間との少なくともいずれかを、前記電圧差に基づいて延長側及び短縮側のいずれかに変更するものであり、
   前記掃引時間と前記引き戻し時間との少なくともいずれかを上下限ガードするためのガード値を、前記内部抵抗値に基づいて設定するガード設定部を備える請求項３に記載のガスセンサ制御装置。
6. 前記抵抗値算出部は、前記ガスセンサの検出信号を要しない期間において、前記ガスセンサへの電圧印加により当該ガスセンサに電荷をチャージし、そのチャージ後において電荷が自然放出される際の所要時間に基づいて前記内部抵抗値を算出する請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガスセンサ制御装置。
7. 前記インピーダンスを所定周期で検出し、インピーダンス検出に際して濃度検出を一時的に中断するガスセンサ制御装置であって、
   前記時間設定部により前記掃引時間と前記引き戻し時間との少なくともいずれかが設定される場合に、その設定時間に基づいて、前記濃度検出を一時中断する中断時間を設定する中断時間設定部を備える請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガスセンサ制御装置。

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