JP2019007887A - Ａ／ｆセンサ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ａ／Ｆセンサの劣化時等の特定条件下においても不具合を生じることなくＡ／Ｆセンサに印加する交流電圧を制御し、センサのインピーダンス（特に低温時のインピーダンス）を高精度に検出できるようにしたＡ／Ｆセンサ制御装置を提供する。
【解決手段】交流電圧制御部５，８は、内燃機関の排気ガスに含まれる気体の状態を検出するためのＡ／Ｆセンサ素子３に交流電圧を印加する。演算部１１は、交流電圧制御部５，８により交流電圧が印加されたときにＡ／Ｆセンサ素子３に流れる電流値を取得しインピーダンスを演算する。そして交流電圧制御部５，８は、取得された電流値ＩＬ及び演算されたインピーダンスに応じて交流電圧の振幅を変更制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ａ／Ｆセンサを制御するＡ／Ｆセンサ制御装置に関する。

一般に、内燃機関を制御するときには、空燃比（Ａ／Ｆ：AirByFuel）センサを用いて排気中の空燃比を測定し、この測定された空燃比を目標空燃比（例えば、理論空燃比）に制御するように内燃機関への供給燃料量をフィードバックしている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の技術によれば、センサ素子のインピーダンスを用いてセンサの活性状態を検出し、特に、センサ素子温度が高い状態と低い状態とで異なる交流電圧をセンサ素子に印加することで当該交流電圧に対するセンサ素子のインピーダンスを計測している。このとき、始動から所定時間経過した時点をトリガとして交流電圧の設定を低く変更したり、または、センサ素子のインピーダンスと所定のインピーダンスとを比較し、所定のインピーダンス未満のときに交流電圧を低く設定し、所定のインピーダンスよりも高いときに交流電圧を高く設定するようにしている。

特許３８６９６２９号公報（段落００４０〜００４２、００４９）（特開２００２−５８８２号公報）

例えば、Ａ／Ｆセンサの劣化時においては同じ温度条件でもインピーダンスが高くなる傾向になることから、例えば特許文献１記載のように所定のインピーダンスよりも高いときに交流電圧を高く設定したとしても、インピーダンスと温度が正確に対応していないため温度を正確に算出できず不具合を生じてしまう虞がある。

また例えば、車両の再始動指令が内燃機関の停止直後に行われたとき（ホットスタート時）においては、そもそも始動時にＡ／Ｆセンサのインピーダンスが低くなっていることから、特許文献１記載の技術を用いて車両始動から所定時間をトリガとして交流電圧の設定を変更したとしても交流電圧の設定の変更タイミングが遅くなり不具合を生じてしまう虞がある。

本発明の目的は、Ａ／Ｆセンサの劣化時等の特定条件下においても不具合を生じることなくＡ／Ｆセンサに印加する交流電圧を制御し、センサのインピーダンス（特に低温時のインピーダンス）を高精度に検出できるようにしたＡ／Ｆセンサ制御装置を提供することにある。

請求項１記載の発明によれば、交流電圧制御部は、内燃機関の排気ガスに含まれる気体の状態を検出するためのＡ／Ｆセンサ素子に交流電圧を印加する。演算部は、交流電圧制御部により交流電圧が印加されたときにＡ／Ｆセンサ素子に流れる電流値を取得しインピーダンスを演算する。そして交流電圧制御部は、取得された電流値及び演算されたインピーダンスに応じて交流電圧の振幅を変更制御する。この結果、たとえＡ／Ｆセンサの劣化時においてインピーダンスが高くなる傾向にありインピーダンスの低下の検出が遅れてＡ／Ｆセンサに電流が大きく流れようとしても、交流電圧制御部は、電流値が閾値に達したときに交流電圧の振幅を小さくできるようになり、不具合を生じることなくＡ／Ｆセンサに印加する交流電圧を制御できる。

また、たとえホットスタート時にＡ／Ｆセンサが低インピーダンスだった場合においても、交流電圧制御部は、例えば電流値が閾値を超えたときに振幅を小さくできるようになるため不具合を生じることなくＡ／Ｆセンサに印加する交流電圧を制御できる。しかも、Ａ／Ｆセンサのインピーダンスに応じて交流電圧の振幅を変更制御するため、Ａ／Ｆセンサに流れる電流値を極力正確に取得できインピーダンス値を広範囲に渡って極力正確に算出できる。

第１実施形態におけるＡ／Ｆセンサ制御装置を概略的に示す機能ブロック図 基本的な動作例を示すタイミングチャート 処理内容例を説明するフローチャート 各部の電圧波形の変化例 通常始動時におけるインピーダンス、センサ電流、振幅の変化例を示すタイミングチャート ホットスタート時におけるインピーダンス、センサ電流、振幅の変化例を示すタイミングチャート センサが劣化しているときのインピーダンス、センサ電流、振幅の変化例を示すタイミングチャート 第２実施形態における処理内容例を説明するフローチャート 通常始動時におけるインピーダンス、センサ電流、振幅の変化例を示すタイミングチャート

以下、Ａ／Ｆセンサ制御装置の幾つかの実施形態を説明する。以下の実施形態中では、各実施形態間で同一機能または類似機能を備えた部分に同一符号を付して説明を行い、第１実施形態の後述の実施形態においては必要に応じて説明を省略する。
（第１実施形態）

図１から図７は第１実施形態の説明図を示す。図１にはＡ／Ｆセンサ制御装置１の概略的な電気的構成をブロック図により示している。図１に示すＡ／Ｆセンサ制御装置１は、車両内にネットワーク接続された電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２を用いて構成され、車両用の内燃機関（図示せず）が排出する排気ガスを検出ガスとし、この排気ガスに含まれる気体の状態、ここでは排気中の空燃比を特定するためのＡ／Ｆセンサ素子（以下、センサ素子と略す）３の各種制御処理を行う。このセンサ素子３は車両用の内燃機関の排気通路に配置されている。

Ａ／Ｆセンサ制御装置１は、センサ素子３の一端にバッファ４を通じて電圧を印加する電圧制御部５、センサ素子３に直列接続された電流検出抵抗６、センサ素子３の他端にバッファ７及び電流検出抵抗６を通じて電圧を印加する電圧制御部８、を駆動系回路として備えると共に、増幅回路９、Ａ／Ｄ変換回路１０、及び演算部１１、を検出系回路として備える。電圧制御部５，８は、センサ素子３の両端に交流電圧を印加する交流電圧制御部として動作する。さらに、演算部１１にはヒータ制御部１２が接続されており、ヒータ制御部１２は、演算部１１による演算結果に応じてヒータ１３を加熱制御しセンサ素子３の温度調整を行う。

電圧制御部５は、制御電圧Ｖｕとして直流電圧Ｖｐ（図２参照）を出力する。すると、この制御電圧Ｖｕは、バッファ４及び上流端子２ｕを通じてセンサ素子３の一端に与えられる。電圧制御部８は、制御電圧Ｖｄとしてパルス電圧（図２参照：交流電圧相当）を出力する。この制御電圧Ｖｄは、バッファ７、電流検出抵抗６、及び下流端子２ｄを通じてセンサ素子３の他端に与えられる。この制御電圧Ｖｄは、図２に示すように第１電圧ＶＨと第２電圧ＶＬとを所定周期Ｔｓで交互に切替えるパルス電圧であり、周期Ｔｓの前半デューティ５０％にて第１電圧ＶＨを出力し、周期Ｔｓの後半デューティ５０％にて第２電圧ＶＬ（＜第１電圧ＶＨ）を出力する。

図１に示す増幅回路９は、電流検出抵抗６の端子間電圧を増幅し、Ａ／Ｄ変換回路１０は、この増幅回路９の出力をＡ／Ｄ変換処理して演算部１１に出力する。Ａ／Ｄ変換回路１０は、電圧制御部８の指令を受付け、Ａ／Ｄ変換処理のサンプリングタイミングを計るように構成される。Ａ／Ｄ変換回路１０は、電圧制御部８が第１電圧ＶＨから第２電圧ＶＬに電圧変更制御する直前のタイミングで増幅回路９の出力信号をサンプリングしてＡ／Ｄ変換処理し、このＡ／Ｄ変換結果ＶAHを演算部１１に出力する。また、Ａ／Ｄ変換回路１０は、電圧制御部８が第２電圧ＶＬから第１電圧ＶＨに電圧変更制御する直前のタイミングで増幅回路９の出力信号をサンプリングしてＡ／Ｄ変換処理し、当該Ａ／Ｄ変換結果ＶALを演算部１１に出力する。

演算部１１は、例えばマイクロコンピュータを主として構成され、Ａ／Ｄ変換回路１０から出力される連続した２つのＡ／Ｄ変換結果ＶAH、ＶALに基づいて、センサ電流ＩＬを演算処理する。このとき下記の（１）式に応じてセンサ電流ＩＬを算出する。
ＩＬ＝（ＶAH ＋ ＶAL）／（２×Ｒｓ×Ｇ） …（１）

この（１）式において、Ｒｓは電流検出抵抗６の抵抗値、Ｇは増幅回路９のゲインを示す。すなわち演算部１１は、連続して取得された２つのＡ／Ｄ変換結果ＶAH、ＶALを平均化し、この平均化電圧を増幅回路９のゲインＧと電流検出抵抗６の抵抗値Ｒｓで除した値をセンサ電流ＩＬとして算出する処理を実行する。センサ素子３の電流ＩＬの符号は、空燃比のリーン／リッチに対応し、例えば空燃比がリーンになれば電流ＩＬは正、空燃比がリッチになれば電流ＩＬは負となる。

他方、図１に示した回路構成上、下記の（２−１）式、（２−２）式が成立する。
ＶAH ＝ Ｇ×（Ｖｐ−ＶＨ）×Ｒｓ／（Ｒｓ＋Ｚ） …（２−１）
ＶAL ＝ Ｇ×（Ｖｐ−ＶＬ）×Ｒｓ／（Ｒｓ＋Ｚ） …（２−２）
このため、この（２−１）式、（２−２）式をインピーダンスＺについて解くことで、下記の（３）式のようにインピーダンスＺを得ることができる。
Ｚ＝｛Ｇ×ΔＶ−（ＶAL − ＶAH）｝×Ｒｓ／（ＶAL − ＶAH） …（３）

ここで、ΔＶは交流電圧の振幅を示しておりΔＶ＝ＶＨ−ＶＬとなる。演算部１１は、Ａ／Ｄ変換回路１０により出力された連続した２つのＡ／Ｄ変換結果ＶAH、ＶALに基づいて、前記の（３）式に応じてセンサ素子３のインピーダンスＺを演算処理できる。センサ素子３のインピーダンスＺはセンサ素子３の温度Ｔとの間で相関関係を備える。

インピーダンスＺと温度Ｔとは反比例する相関関係にあり、温度Ｔが低いとインピーダンスＺは非常に高く、ヒータ制御による加温に応じて温度Ｔが高くなるとインピーダンスＺが低くなる関係性を示す。このため演算部１１は、インピーダンスＺの測定結果に基づいて温度Ｔを算出でき、センサ素子３が活性状態（例えば、数百℃以上）であるか否かを判定でき、温度Ｔが低く活性状態に達していないときには、ヒータ制御部１２によりヒータ１３を用いてセンサ素子３を加熱制御できる。

以下、本実施形態に係る特徴的な制御方法を説明する。本実施形態では、演算部１１が、図３に示す処理を実行することでパルス電圧の振幅ΔＶ（＝ＶＨ−ＶＬ）をインピーダンスＺ及びセンサ電流ＩＬの算出結果に基づいて切替えているところに特徴を備えている。図３に示すように、まず電圧制御部８は、Ｓ１においてパルス電圧の振幅ΔＶを通常動作時の電圧Ｖ１（例えば、０．４Ｖ）に設定する。この設定電圧Ｖ１は、図４に振幅ΔＶの電圧Ｖ１を示すように、センサ素子３を通常動作可能であり、さらにセンサ電流ＩＬを極力正確に検出できるように予め定められたバイアス電圧であり、車両の状態やセンサ素子３の状態に依存しない一定の電圧に定められている。

そして電圧制御部８は、この振幅ΔＶにより規定される電圧ＶＨ、ＶＬをセンサ素子３に印加する。演算部１１は、Ｓ２においてＡ／Ｄ変換回路１０から連続した２つのＡ／Ｄ変換結果ＶAH、ＶALを取得し、インピーダンスＺ及びセンサ電流ＩＬを測定する。そして演算部１１は、Ｓ３においてインピーダンスＺが所定の閾値Ｚthより高いか否かを判定する。ここで、この閾値Ｚthは、センサ素子３の活性判定用の閾値（例えば数百Ω）を示しており、センサ素子３の種類に応じて変化する。演算部１１は、インピーダンスＺをインピーダンス閾値Ｚth以下と判定すれば、センサ素子３を活性状態と判定し、閾値Ｚthを超えていればセンサ素子３を非活性状態と判定する。

演算部１１は、Ｓ３においてインピーダンスＺがインピーダンス閾値Ｚth以下となるときにはＳ３にてＮＯと判定し、Ｓ４において振幅ΔＶを電圧値Ｖ１のまま保持する。また演算部１１は、Ｓ３においてインピーダンスＺがインピーダンス閾値Ｚthを超えると判定したときには、Ｓ５においてＩＬａ＜ＩＬ＜ＩＬｂであるか否かを判定する。

ここでＩＬａ、ＩＬｂは、それぞれセンサ電流ＩＬの下限閾値、上限閾値（例えば、１ｍＡ）を示しており、センサ素子３の種類に応じて変化する制限値である。ＩＬａは負の値であり、ＩＬｂは正の値である。このためセンサ素子３に電流ＩＬが流れなければＳ５の条件を満たすことになる。

演算部１１は、Ｓ５の条件を満たしていなければ、Ｓ４において振幅ΔＶを電圧Ｖ１のまま保持するが、Ｓ５の条件を満たしたときにはＳ６において振幅ΔＶを電圧Ｖ２に設定する。この電圧Ｖ２は、図４に示すように、通常動作時の電圧Ｖ１よりも高く定められた電圧（例えば、１．０［Ｖ］）を示している。このように、センサ電流ＩＬが下限値ＩＬａよりも大きく上限値ＩＬｂより小さいときには、印加パルス電圧の振幅ΔＶを電圧Ｖ２に調整設定することになる。

以下、内燃機関の始動後の通常動作、内燃機関の停止直後に再始動したときのホットスタート動作、センサ素子３が劣化した時の劣化時動作に分けて説明する。
＜通常始動時＞
例えば、始動時においては、センサ素子３は暖機されておらず、センサ素子３はほぼ外気温と同じ温度である。このため、制御開始タイミングｔ０では、センサ素子３は非活性状態であり、このインピーダンスＺは大幅に高い値（例えば、十数ｋΩ以上）になる。

このとき演算部１１は、図３のＳ１の初期設定において振幅ΔＶを比較的低い電圧Ｖ１に設定するものの、センサが非活性状態であるため、センサ電流ＩＬがほとんど流れない。このため演算部１１は、センサインピーダンスＺが閾値Ｚthよりも高いと判定することでＳ３にてＹＥＳと判定すると共に、センサ電流ＩＬが負の下限値ＩＬａを超え且つ正の上限値ＩＬｂ未満と判定することでＳ５にてＹＥＳと判定し、振幅ΔＶを比較的高い電圧Ｖ２に設定する（図５のタイミングｔ１参照）。

その後、ヒータ制御部１２が、ヒータ１３によりセンサ素子３を高温に制御することで、センサ素子３の温度Ｔが徐々に活性領域に移行するが、温度Ｔが高くなることでインピーダンスＺが低下する。インピーダンスＺがその閾値Ｚth以下になると、演算部１１はＳ３にてＮＯと判定するため、振幅ΔＶを比較的低い電圧Ｖ１に設定する。演算部１１は、このタイミングｔ１〜ｔ２の間、電圧制御部５、８により振幅ΔＶを比較的高い電圧Ｖ２に保ちながらインピーダンスＺを測定しているため、インピーダンスＺを極力正確に測定でき、この結果、温度Ｔも極力正確に算出できる。

また、図５のストイキ状態の電流特性Ｉstに示すように、空燃比がストイキのときにはセンサ電流ＩＬは原理的に流れることはなく、センサ素子３のインピーダンスＺがいくら低下しても故障することはない。

また、図５のリーン状態の電流特性Ｉleに示すように、インピーダンスＺが閾値Ｚthにまで低下したタイミングｔ２において、たとえ空燃比がリーン状態の最大範囲にまで到達していたとしても、センサ電流ＩＬが上限値ＩＬｂ以下となる条件を満たすＩＬｂを設定する。また逆に、図５のリッチ状態の電流特性Ｉriに示すように、インピーダンスＺが閾値Ｚthにまで低下したタイミングｔ２において、たとえ空燃比がリッチ状態の最大範囲にまで到達していたとしても、センサ電流ＩＬは下限値ＩＬａ以上となる条件を満たすＩＬｂを設定する。このため、空燃比がリーン／リッチの何れの極限範囲にまで達していたとしても、センサ素子３のインピーダンスＺに応じて温度Ｔを算出でき、センサ素子３が活性状態にあるか否かを極力正確に判定できる。

＜ホットスタート時＞
例えば、内燃機関の停止直後にはセンサ素子３の温度Ｔも比較的高い。このため、停止直後に再始動されると、このタイミングｔ１０では通常始動に比較してセンサ素子３のインピーダンスＺが低くなる。このときにも演算部１１は、図３に示す処理を実行することになるが、インピーダンスＺが通常よりも低くなるものの当該閾値Ｚthを上回っているときには、センサ素子３は非活性状態となる。このためセンサ電流ＩＬも流れにくい。

このとき演算部１１は、インピーダンスＺが閾値Ｚthよりも高いと判定することでＳ３にてＹＥＳと判定すると共に、センサ電流ＩＬが負の下限値ＩＬａを超え且つ正の上限値ＩＬｂ未満と判定することで、Ｓ５にてＹＥＳと判定し、振幅ΔＶを比較的高い電圧Ｖ２に設定する（図６のタイミングｔ１１参照）。

その後、ヒータ制御部１２が、ヒータ１３によりセンサ素子３を高温に制御することで、センサ素子３の温度Ｔが徐々に活性領域に移行するが、制御開始タイミングｔ１１においては、元々のセンサインピーダンスＺが通常始動の制御開始タイミングｔ１に比較して低いため、特に図６の電流特性Ｉle、Ｉriに示すように、空燃比がリーン又はリッチに偏っているときにセンサ電流ＩＬが流れやすくなる。このような場合、センサ電流ＩＬは、再始動タイミングｔ１０から空燃比に相当した電流値に変化する（図３のタイミングｔ１１〜ｔ１２参照）。

しかしながら、通常始動時と同様に、センサ素子３のインピーダンスＺが閾値Ｚthに低下したとしても、センサ電流ＩＬは上限値ＩＬｂ以下で且つ下限値ＩＬａ以上となっているため、演算部１１は、インピーダンスＺが閾値Ｚthに低下したタイミングｔ１２において振幅ΔＶを比較的低い電圧Ｖ１に変更設定できる。これにより、センサ素子３に対する過電圧の印加に係る不具合を防止でき当該センサ素子３を保護できる。

＜センサ素子３の経年劣化時＞
センサ素子３が経年劣化すると、そのインピーダンスＺが高くなりやすい。センサ素子３の劣化などの要因でインピーダンスＺが高くなったときには、図７に破線で示す標準特性Ｚａに比較して、実線で示すように高いインピーダンス特性Ｚｂとなる。

センサ素子３の温度Ｔが高温に変化したとしても、この高温変化に対応してインピーダンスＺの変化が追従できず正確な温度Ｔを検出し難くなる。この場合、例えば演算部１１が、図３のＳ３に示すようにインピーダンスＺの閾値Ｚthだけで判定してしまうと、空燃比がストイキレベルのときには問題を生じることはないものの、空燃比のリーン又はリッチの状態によってはセンサ電流ＩＬが大きくなり、センサ素子３の劣化を促進してしまう虞がある。

このため本実施形態では、図３のＳ５に示すようにセンサ電流ＩＬの判定条件、すなわちセンサ電流ＩＬが下限値ＩＬａを超え、且つ、上限値ＩＬｂ未満となっているか否かを判定する処理を別途設けている。すると、たとえセンサ素子３が経年劣化しインピーダンスＺが高インピーダンス特性Ｚｂに沿うような変化となったとしても、Ｓ５でＮＯと判定されればＳ４にて振幅ΔＶを電圧Ｖ１に設定することになる。このため、センサ電流ＩＬが大きく流れることがなくなりセンサ素子３を保護できる。
以下、具体例について図７を参照しながら説明する。

この図７に示すように、始動時においてはエンジンが暖機されておらず、制御開始タイミングｔ２０においてはセンサ素子３が非活性状態となる。このため演算部１１は、Ｓ１の初期設定において低電圧Ｖ１に設定するものの、その直後に振幅ΔＶを比較的高い電圧Ｖ２に設定する（図７のタイミングｔ２０、ｔ２１参照）。

そしてヒータ制御部１２がヒータ１３を用いてセンサ素子３を高温制御することで、センサ素子３の温度Ｔが徐々に活性領域に移行するが、センサ素子３の温度Ｔがたとえ高温になったとしても劣化が酷いときにはインピーダンスＺが低下しにくくなる（特性Ｚａ、Ｚｂ参照）。

このとき、温度Ｔがセンサ素子３の活性温度範囲に至ったとしてもインピーダンスＺが閾値Ｚthにまで低下していないことがある（図７のタイミングｔ２２ａ）。このとき、仮に空燃比の状態がリーン／リッチの何れか一方に振れているときには、センサ電流ＩＬが正方向／負方向に大きくなり、上限値ＩＬｂから下限値ＩＬａの範囲を逸脱するため、センサ素子３の劣化を促進し最悪の場合にはセンサ素子３が故障する虞もある。

しかし本実施形態では、演算部１１は、センサ素子３のインピーダンスＺが閾値Ｚthに低下することを検出する前にセンサ電流ＩＬが上限値ＩＬｂ又は下限値ＩＬａに達したことを検出したときには振幅ΔＶを低電圧Ｖ１に変更している（図７のタイミングｔ２２ｃ参照）。このため、センサ素子３を保護できる。

なお、この図７に示す特性においては、標準特性のインピータンスＺａが閾値Ｚthよりも高い間に、センサ電流ＩＬが下限値ＩＬａ、上限値ＩＬｂに達するように下限値ＩＬａ及び上限値ＩＬｂを設定する形態を示しているが、これに限定されるものではなく、例えば標準特性のインピーダンスＺａが閾値Ｚthよりも低いときに、リーンまたはリッチ時におけるセンサ電流ＩＬが上限値ＩＬｂ及び下限値ＩＬａに達するように当該上限値ＩＬｂ及び下限値ＩＬａを設定しても良い。また上限値ＩＬｂ及び下限値ＩＬａは、センサ素子３の種類に応じて設定を変更することが望ましい。

＜本実施形態の概念的なまとめ＞
以上説明したように、本実施形態によれば、センサ電流ＩＬ及びインピーダンスＺに応じてセンサ素子３の印加パルス電圧の振幅ΔＶを変更制御するようにした。この結果、たとえセンサ素子３の劣化時においてインピーダンスＺが高くなる傾向にあり、インピーダンスＺの低下の検出が遅れてセンサ素子３に電流が大きく流れようとしても、下限値ＩＬａまたは上限値ＩＬｂに達したときにパルス電圧の振幅ΔＶを小さくできるようになり、不具合を生じることなくセンサ素子３に印加するパルス電圧を制御できる。

また、たとえホットスタート時において、センサ素子３のインピーダンスＺが低い状態から始動したとしても、センサ電流ＩＬが閾値ＩＬａ，ＩＬｂに達したときにパルス電圧の振幅ΔＶを電圧Ｖ１に小さくできるようになり、センサ素子３の劣化を促進することがなくなり不具合を生じることなくセンサ素子３に印加するパルス電圧を制御できる。しかもセンサ素子３のインピーダンスＺに応じて振幅ΔＶを変更制御するため、センサ素子３に流れる電流ＩＬを広範囲で極力正確に取得でき広範囲のインピーダンスＺを精度良く検出できる。

この振幅ΔＶの変更制御処理はインピーダンスＺをメインとしつつ、センサ電流ＩＬも切替判定処理に用いることでセンサ素子３の活性状態によらずに適切な振幅ΔＶを設定できる。センサ素子３の温度Ｔを低温から精度良く検出できるため、システムの消費電力を低減でき低燃費にできる。

（第２実施形態）
図８及び図９は第２実施形態の追加説明図を示している。この図８は、図３に代わる処理内容をフローチャートで示しており、電圧制御部８が出力する制御電圧Ｖｄのパルス電圧の振幅ΔＶを３段階に切替える形態を示している。

この図８に示すように、演算部１１は、Ｓ１において振幅ΔＶを低電圧Ｖ１に設定した後、Ｓ２においてインピーダンスＺ、センサ電流ＩＬを計測し、この計測されたインピーダンスＺが、第１閾値Ｚth１（例えば２ｋΩ）、第２閾値Ｚth2（＜Ｚth1：例えば１ｋΩ）を用いて当該閾値間で規定される何れのインピーダンス範囲に属するかに応じて振幅ΔＶを電圧Ｖ１（例えば０．４Ｖ），Ｖ２（例えば１．０Ｖ），Ｖ３（例えば１．５Ｖ）の何れかに設定する。本実施形態では、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３はＶ３＞Ｖ２＞Ｖ１の関係性を備える。

例えば、インピーダンスＺが第１閾値Ｚth1を上回る範囲に属していれば、演算部１１は、Ｓ３ａにおいてＹＥＳと判定し、Ｓ７において振幅ΔＶを電圧Ｖ３に設定する。また、インピーダンスＺが第１閾値Ｚth1以下であるときには、Ｓ３ａにてＮＯと判定しＳ３ｂに移行し、Ｓ３ｂにてインピーダンスＺが第２閾値Ｚth2以下であると判定したときには、Ｓ８にて振幅ΔＶを電圧Ｖ１に設定する。

またインピーダンスＺが第１閾値Ｚth1以下であり且つ第２閾値Ｚth2未満となっているときには、Ｓ３ｂにてＹＥＳと判定してＳ５に移行し、Ｓ５にてセンサ電流ＩＬが下限値ＩＬａを超え且つ上限値ＩＬｂ未満であるか否かを判定し、この所定電流範囲に入っていればＳ９において振幅ΔＶを電圧Ｖ２に設定する。

通常始動時において徐々に温度Ｔを上昇させるときの処理の詳細は、第１実施形態と同様であるため説明を省略するが、演算部１１がこのような処理を行うことで、例えばセンサ素子３の温度Ｔを活性温度範囲に向けて徐々に上昇させることができ、図９のタイミングｔ３１、ｔ３２ａ、ｔ３２ｂに示すように、振幅ΔＶを一番高い高電圧Ｖ３から中間電圧Ｖ２、低電圧Ｖ１の順に徐々に低下させるように設定できる。すなわち、インピーダンスＺが第１閾値Ｚth1よりも大きいときには、センサ電流ＩＬはほぼ流れないため、センサ素子３の劣化が促進されることはなく不具合を生じることはない。

また、インピーダンスＺを段階的に分けて振幅ΔＶの電圧Ｖ３，Ｖ２，Ｖ１に調整するときには、演算部１１が、それぞれのインピーダンス範囲でセンサ素子３の使用用途を互いに変更することもできる（演算部１１による変更部の機能）。

例えば、インピーダンスＺが第１閾値Ｚth1より大きいインピーダンス範囲では例えば断線検出などダイアグ判定するために利用することが望ましい。例えば、電子制御装置２とセンサ３との接続が断線している場合、測定されるインピーダンスＺはほぼ無限大となるが、センサ３が低温状態においてもインピーダンスＺが非常に高くなるため、測定精度が悪いと断線と区別できなくなる。このため、図９のタイミングｔ３１〜ｔ３２ａにおいて振幅ΔＶを電圧Ｖ３に設定し、センサ３が低温状態でも高精度にインピーダンス検出することで断線検出の閾値を精度よく設定できる。

さらに例えば、インピーダンスＺが第１閾値Ｚth1以下で且つ第２閾値Ｚth2を超えるインピーダンス範囲においては、センサ素子３の活性判定に用いると良い。すなわち、温度Ｔが徐々に上昇することでインピーダンスＺが第２閾値Ｚth2以下になるタイミングｔ３２ｂにおいて、演算部１１はセンサ素子３を活性状態に移行したと判定し、電圧制御部８により振幅ΔＶを中間電圧Ｖ２から低電圧Ｖ１に設定させる。そして、インピーダンスＺが第２閾値Ｚth2以下となるインピーダンス範囲においてはセンサ素子３を通常利用すると良い。

なお図示していないが、インピーダンスＺが第２閾値Ｚth2よりもさらに低い閾値（図示せず）に達すると温度Ｔが高すぎることでセンサ素子３の活性領域から外れることになる。この場合、演算部１１は、ヒータ制御部１２によりヒータ１３の通電を停止することで温度Ｔを低下させセンサ素子３を活性状態に戻すことができる。

＜本実施形態の概念的なまとめ＞
要するに、本実施形態によれば、段階的に分けられたインピーダンスＺの複数の範囲で使用用途を変更し、インピーダンスＺが所定閾値Ｚth1よりも高い範囲においては振幅ΔＶを電圧Ｖ３に設定して断線のダイアグ判定に用い、所定閾値Ｚth1以下の範囲においては振幅ΔＶを電圧Ｖ２に設定してセンサ素子３の活性状態の適否の判定に用い、所定閾値Ｚth2以下の範囲においては振幅ΔＶを電圧Ｖ１に設定してセンサ素子３を活性状態と見做して実使用している。このため、算出されたインピーダンスＺの使用用途を明確に分けることができる。

（他の実施形態）
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形又は拡張が可能である。
前述実施形態においては、パルス電圧の振幅ΔＶを２段階、３段階に切替える形態を示したが、無段階で切り替えるようにしても良い。

「交流電圧」として、矩形状のパルス電圧を適用した形態を示したが、例えば正弦波状に変化する電圧を交流電圧として用いても良い。上流端子２ｕを通じてセンサ素子３の一端子に印加する電圧Ｖｕを直流電圧Ｖｐとし、下流端子２ｄを通じてセンサ素子３の他端子に印加する電圧Ｖｄをパルス電圧として交流電圧をセンサ素子３に印加するようにしたが、下流端子２ｄを通じて直流電圧を印加し上流端子２ｕを通じて交流電圧を印加しても良い。要は交流電圧をセンサ素子３に印加できれば良く、例えば前述実施形態で説明した図１の回路形態に限定されるものではない。

前述した実施形態の各要素を組み合わせて構成しても良い。また、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、本発明の一つの態様として前述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。前述実施形態の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略した態様も実施形態と見做すことが可能である。また、特許請求の範囲に記載した文言によって特定される発明の本質を逸脱しない限度において、考え得るあらゆる態様も実施形態と見做すことが可能である。

本開示は、前述した実施形態に準拠して記述したが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範畴や思想範囲に入るものである。

図面中、１はＡ／Ｆセンサ制御装置、３はＡ／Ｆセンサ素子、５，８は電圧制御部（交流電圧制御部）、１１は演算部（変更部）、Ｖ１〜Ｖ３は電圧（Ｖ３は第１電圧、Ｖ２は第２電圧）、を示す。

Claims (2)

1. 内燃機関の排気ガスに含まれる気体の状態を検出するＡ／Ｆセンサ素子（３）に交流電圧を印加する交流電圧制御部（５，８）と、
   前記交流電圧制御部により交流電圧が印加されたときに前記Ａ／Ｆセンサ素子に流れる電流値を取得しインピーダンスを演算する演算部（１１）と、
   前記交流電圧制御部は、前記取得された電流値及び前記演算されたインピーダンスに応じて交流電圧の振幅を変更制御するＡ／Ｆセンサ制御装置。
2. 前記演算部により演算されたインピーダンスを複数の閾値に応じて段階的な複数のインピーダンス範囲で使用用途を互いに変更する変更部（１１）をさらに備え、
   前記変更部が前記インピーダンスを複数の範囲に段階的に分けて用途を分けて使用するときに、前記インピーダンスが所定閾値（Ｚth1）よりも高い範囲においては、前記交流電圧制御部は交流電圧の振幅を第１電圧（Ｖ３）に設定して断線のダイアグ判定に用い、
   前記インピーダンスが所定閾値（Ｚth1）より低い範囲においては前記交流電圧制御部は交流電圧の振幅を前記第１電圧（Ｖ３）より低い第２電圧（Ｖ２）に設定して前記Ａ／Ｆセンサ素子の活性状態の適否の判定に用いる請求項１記載のＡ／Ｆセンサ制御装置。

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