JP4098944B2 - ガスセンサの制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排ガス中の特定成分の検出等に用いられるガスセンサの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のガスセンサの一つとして、図１７に示すように、酸素イオン伝導性のある固体電解質層に多孔質電極を形成することにより形成された第１酸素ポンプセル１１，酸素濃度測定セル１２，第２酸素ポンプセル１３を絶縁層１４，１５を介して積層した構造を有するセンサ本体１０ａ、及びセンサ本体１０ａを加熱するヒータ１０ｂからなるガスセンサ１０が知られている。
【０００３】
即ち、センサ本体１０ａは、第１拡散経路１６を介して被測定ガス空間（排気管内）に連通する第１測定室Ｓ１、及び第２拡散経路１７を介して第１測定室Ｓ１に連通する第２測定室Ｓ２を有し、第１酸素ポンプセル１１及び第２酸素ポンプセル１３により、第１測定室Ｓ１及び第２測定室Ｓ２内の酸素のポンピング（汲み出し，汲み入れ）をそれぞれ可能とし、酸素濃度測定セル１２により、酸素濃度を一定に制御された酸素基準室１８と第１測定室Ｓ１との酸素濃度差、つまり第１測定室Ｓ１内の酸素濃度の測定を可能とするように構成されている。
【０００４】
そして、このガスセンサ１０を駆動する駆動回路２０は、ヒータ１０ｂにてセンサ本体１０ａを活性温度（例えば７５０℃）まで加熱し、この状態で、酸素濃度測定セル１２の両端電圧Ｖｓが予め設定された一定電圧（例えば４２５ｍＶ）となるように第１ポンプ電流Ｉp1を制御すると共に、第２酸素ポンプセル１３に、第２測定室Ｓ２から酸素を汲み出す方向に一定の第２ポンプ電圧Ｖ2p（例えば４５０ｍＶ）を印加し、この時、第２酸素ポンプセル１３に流れる第２ポンプ電流Ｉp2の検出を行う。
【０００５】
なお、検出すべき特定成分が酸化物（例えば、窒素酸化物，亜硫酸ガス，二酸化炭素，水など）である場合には、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度を低酸素濃度（≒０％）に保持し、且つ第２ポンプ電圧Ｖp2を所定の電圧に保持すると、第２測定室Ｓ２では、第２酸素ポンプセル１３を構成する多孔質電極の触媒作用によって、酸化物が分解し、その分解により得られた酸素が第２測定室Ｓ２から抜き取られることにより第２ポンプ電流Ｉp2が流れる。従って、第２ポンプ電流Ｉp2は、特定成分の濃度に対応した大きさとなる。
【０００６】
一方、特定成分が還元性物質（例えば、一酸化炭素，炭化水素，アルコールなど）である場合には、第２測定室Ｓ２内にて特定成分と酸素とが反応し、その反応後の残存酸素が第２測定室Ｓ２から抜き取られることにより第２ポンプ電流Ｉp2が流れる。この時、第２測定室Ｓ２内を、特定成分が検出される最大量と同程度（通常は、ｐｐｍオーダ）の一定酸素濃度に制御することにより、特定成分の濃度が高いほど残存酸素の濃度が低くなることから、この残存酸素の濃度に応じた大きさとなる第２ポンプ電流Ｉp2に基づいて、特定成分の濃度を求めることが可能となる。
【０００７】
つまり、いずれの場合でも、特定成分の濃度を正確に検出するには、第２測定室Ｓ２の雰囲気を、一定の低酸素濃度となるように制御する必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、このようなガスセンサ１０を用いて、例えば、内燃機関の排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度を検出する場合を考えると、ガスセンサ１０の起動時に第２測定室Ｓ２を満たしているガスは、前回の運転を停止してから、即ち排ガスの供給が途絶えてから今回の起動までの時間が長くなるほど、大気雰囲気に近いリーン雰囲気となる。
【０００９】
従って、起動直後の第２酸素ポンプセル１３は、起動前に第２測定室Ｓ２を満たしているガスに含まれた酸素ガスやその他の含酸素ガスをポンピングすることになるため、本来測定すべき排ガス中の特定成分（ＮＯｘ）濃度に関わらず、過大な第２ポンプ電流Ｉp2が流れることになる。
【００１０】
この過大な第２ポンプ電流Ｉp2は、第２酸素ポンプセル１３による酸素の汲出しにより、第２測定室Ｓ２内の雰囲気が所定の低酸素濃度状態となるまで継続する。但し、一定の第２ポンプ電圧Ｖp2が印加された第２酸素ポンプセル１３により第２測定室Ｓ２から汲み出すことのできる酸素量は、極めて限られたものであり、従って、所定の低酸素濃度状態に達するまでには、非常に長い時間（例えば大気雰囲気から開始した場合には５分以上）を要することになる。
【００１１】
つまり、ガスセンサ１０の起動後、被測定ガス中の特定成分濃度を正確に測定できるようになるまでには、十分に長い待ち時間を設定する必要があり、使い勝手が悪いという問題があった。
本発明は、上記問題点を解決するために、ガスセンサの起動後、短い待ち時間にて正確な測定値を得ることが可能なガスセンサの制御方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための発明である請求項１記載のガスセンサの制御方法は、被測定ガス空間に連通した第１測定室と、該第１測定室に連通した第２測定室と、一対の多孔質電極の一つが前記第１測定室に配置されると共に、前記第１測定室内の酸素をポンピングする第１酸素ポンプセルと、一対の多孔質電極の一つが前記第２測定室に配置されると共に、前記第２測定室内の酸素をポンピングする第２酸素ポンプセルと、を有するセンサ本体と、前記センサ本体を加熱するヒータと、を有し、前記第２酸素ポンプセルを流れる第２ポンプ電流が、被測定ガス中に含まれる特定物質の濃度に対応した出力として用いられるガスセンサに適用される。
そして、ガスセンサの起動時には、ヒータへの通電を開始する一方、通常の駆動制御を開始する前に、第２酸素ポンプセルに印加する第２ポンプ電圧を通常の駆動制御時よりも高い値に設定し、且つ、第１酸素ポンプセルに印加する第１ポンプ電圧を通常の駆動制御時よりも高い値に設定する予備制御を行って、第２測定室内の酸素濃度を低下させることを特徴とする。
【００１３】
このように本発明では、予備制御を実施することにより、第２測定室内の酸素濃度を速やかに必要な濃度まで低下させることができるため、通常の駆動制御に切替後には直ちに正確な測定値を得ることができる。
つまり、本発明によれば、ガスセンサの起動後、正常な測定結果が得られるまでに必要な待ち時間が大幅に短縮されるため、ガスセンサの使い勝手が向上し、ガスセンサでの測定結果を、より有効に利用することができる。
【００１４】
また、請求項２記載のガスセンサの制御方法は、センサ本体が、第１酸素ポンプセル、第２酸素ポンプセルに加えて、一対の多孔質電極の一つが前記第１測定室に配置されると共に、前記第１測定室内の酸素濃度を測定する酸素濃度測定セルを備えたガスセンサに適用される。
そして、本発明では、予備制御にて、第２ポンプ電圧を通常の駆動制御時よりも高い値に設定すると共に、第１ポンプ電圧を、酸素濃度測定セルの出力電圧が目標電圧よりも高い値となるように第１酸素ポンプセルに印加することを特徴とする。
従って、本発明によれば、請求項１の場合と同様の効果を得ることができる。
【００１５】
つまり、第２ポンプ電圧を高く設定すること（請求項１，２）により、第２酸素ポンプセルが第２測定室から汲み出す酸素量が増大するため、第２測定室内の酸素濃度を、駆動制御時より速やかに低下させることができる。
また、第１ポンプ電圧を高く設定すること（請求項１）、及び第１測定室の酸素濃度の目標値を低く設定すること（請求項２）により、いずれも第１測定室内の酸素濃度が速やかに低下し、その結果、第１測定室から第２測定室に漏出する酸素量が急速に低下するため、第２測定室内の酸素濃度を速やかに低下させることができる。
【００１６】
但し、予備制御時に印加される第１及び第２ポンプ電圧の設定値は、第１及び第２酸素ポンプセルが破壊されない範囲にて設定する必要があり、また、第１測定室の酸素濃度の目標値は、酸素濃度測定セルの出力電圧範囲内に設定する必要がある。
【００１７】
また、これら第１及び第２ポンプ電圧の設定値や第１測定室の酸素濃度の目標値は、第１及び第２測定室の酸素濃度を、少なくとも駆動制御時の２／３以下に制御するような値に設定することが望ましい。
そして、上述の予備制御を行った場合、駆動制御への切替タイミングは、一定時間（例えば１〜１００秒程度）が経過したか否かによって判断してもよいが、例えば、請求項４記載のように、第２酸素ポンプセルに流れる第２ポンプ電流が予め設定された判定値に達したか否かにより判断してもよい。
【００１８】
即ち、第２測定室の酸素濃度の低下に応じて第２ポンプ電流も低下するため、この第２ポンプ電流から第２測定室の状態を判定することができるのである。
そして、この場合、第２測定室の酸素濃度が、所望の状態となったことを確認してから通常の駆動制御に制御が切り替わることになるため、ガスセンサから正常な測定結果が得られるようになるタイミングを正確に知ることができる。その結果、第１又は第２測定室からの酸素の汲み出しが必要以上に過剰となること、即ち、通常の駆動制御に戻した時に第１又は第２ポンプセルに逆電流が流れることを防止することができる。
【００１９】
なお、本発明のガスセンサの制御方法では、請求項３記載のように、ガスセンサの起動時に、酸素濃度測定セルの内部抵抗が予め設定されたしきい値に達すると、予備制御を開始させるようにしてもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明が適用された自動車用エンジン制御システムの全体構成図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態のエンジン制御システムは、内燃機関（ガソリン直噴エンジン）Ｍ１の排気管Ｍ３に設けられ、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度，酸素（Ｏ2 ）濃度の検出が可能なガスセンサ１０と、ガスセンサ１０を駆動する駆動回路２０と、内燃機関Ｍ１の運転状態を検出する各種センサ（図示せず）の出力、及び駆動回路２０を介して取り込まれるガスセンサ１０の出力に基づき、内燃機関Ｍ１の吸気管Ｍ２に設けられたスロットルバルブＭ４やインジェクタＭ５を駆動して、内燃機関Ｍ１の運転状態を制御するする電子制御装置（ＥＣＵ）６とを備えている。
【００２８】
このうち、ＥＣＵ６は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを中心に構成されたマイクロコンピュータからなり、内燃機関Ｍ１の運転開始時にガスセンサ１０を起動する起動処理、及びガスセンサ１０を含む各種センサ（図示せず）からの検出結果に基づき、スロットルバルブＭ４，インジェクタＭ５を制御する運転制御処理等を実行する。
【００２９】
なお、ガスセンサ１０は、先の［課題を解決するための手段］にて説明したもの（図１７参照）と全く同じものであるため、ここでは説明を省略する。
次に、駆動回路２０は、図２に示すように、第１酸素ポンプセル（以下「Ｐ１セル」という）１１に第１ポンプ電流Ｉp1を供給する第１ポンプ電流供給回路２１と、Ｖｓセル１２の両端電圧Ｖｓが一定値（本実施形態では３５０ｍＶ）となるように、第１ポンプ電流供給回路２１が供給する第１ポンプ電流Ｉp1をＰＩＤ（比例・積分・微分）制御するＰＩＤ回路２２とを備えている。
【００３０】
このうち、第１ポンプ電流供給回路２１は、非反転入力端子に所定の第１基準電圧Ｖf1（本実施形態では２．５Ｖ）、反転入力端子に電流検出抵抗Ｒp1を介してＰＩＤ回路２２の出力が印加され、出力端子と反転入力端子との間にＰ１セル１１が接続されたオペアンプＯＰ１からなる。
【００３１】
また、オペアンプＯＰ１の反転入力端子側に接続されたＰ１セル１１の電極は、酸素濃度測定セル（以下「Ｖｓセル」という）１２，第２酸素ポンプセル（以下「Ｐ２セル」という）１３を構成する各一対の電極のうち一方の電極と共通に接続されている。従って、各セル１１〜１３の共通接続側電極の電位は、いずれもオペアンプＯＰ１の非反転入力端子と同電位、即ち第１基準電圧Ｖf1に保持される。
【００３２】
また駆動回路２０は、Ｐ２セル１３に一定の第２ポンプ電圧Ｖp2を印加するための第２ポンプ電圧印加回路２３と、切替信号Ｓchに従って第２ポンプ電圧Ｖp2の大きさを切り替える電圧切替回路２４とを備えている。
このうち、第２ポンプ電圧印加回路２３は、出力端子が電流検出抵抗Ｒp2を介してＰ２セル１３に接続されると共に、反転入力端子に電流検出抵抗Ｒp2のＰ２セル１３側端が接続され、非反転入力端子への印加電圧（第２基準電圧Ｖf2）をＰ２セル１３に印加する周知のバッファ回路として構成されたオペアンプＯＰ２からなる。
【００３３】
一方、電圧切替回路２４は、切替信号Ｓchに従って、駆動制御電圧Ｖf21 （本実施形態ではＶf21＝４５０ｍＶ＋Ｖf1 ）或いはこれより高く設定された予備制御電圧Ｖf22 （本実施形態ではＶf22＝２０００ｍＶ＋Ｖf1 ）のいずれかを第２基準電圧Ｖf2として出力するようにされている。
【００３４】
つまり、この第２ポンプ電圧印加回路２３により、Ｐ２セル１３には、一定の第２ポンプ電圧Ｖp2（＝Ｖf2−Ｖf1）が印加され、しかも切替信号Ｓchによって、第２ポンプ電圧Ｖp2の大きさを４５０ｍＶ又は２０００ｍＶの２段階に切り替えることができるようにされている。また、電流検出抵抗Ｒp2の両端電圧は、Ｐ２セル１３に供給される第２ポンプ電流Ｉp2の大きさに応じたものとなる。
【００３５】
なお、ここでは、予備制御電圧Ｖf22 を用いた時の第２ポンプ電圧Ｖp2が２．０Ｖとなるように設定されているが、この値は、４５０ｍＶより大きくＰ２セル１３の耐圧の上限までの範囲内で適宜設定すればよい。Ｐ２セル１３の耐圧は、材質により決まり、例えばジルコニアの場合、３０００ｍＶ程度である。また、ジルコニアの場合、濃度差が１０倍変化する毎に、約５０ｍＶの出力が得られるため、第２ポンプ電圧Ｖp2の大きさは駆動制御時の電圧より１０ｍＶ以上大きいこと、即ち、酸素分圧が駆動制御時の２／３以下になるように設定することが望ましい。
【００３６】
更に、駆動回路２０は、センサ本体１０ａ各部（ここでは特にオペアンプＯＰ１，ＯＰ２、ＰＩＤ回路２２）及びヒータ１０ｂへの通電を行う通電回路２５と、Ｖｓセル１２の内部抵抗Ｒpvs を測定することによりセンサ本体１０ａの活性状態を判定し、通電回路２５を介して各部への通電を制御する活性判定通電制御回路２６と、活性判定通電制御回路２６からの指令にて起動し、タイムアウトするまでの一定時間（本実施形態では１５ｓｅｃ）の間、予備制御電圧Ｖf22 を選択し、タイムアウトすると駆動制御電圧Ｖf21 を選択するような切替信号Ｓchを電圧切替回路２４に供給するタイマー回路２７とを備えている。
【００３７】
また、図示しないが、第１及び第２ポンプ電流Ｉp1，Ｉp2の検出値として電流検出抵抗Ｒp1，Ｒp2の両端電圧を、ＥＣＵ６に対して出力するよう構成されている。なお、以下では、ＰＩＤ回路２２，活性判定通電制御回路２６，タイマー回路２７を総称して制御ブロックＢ１ともいう。
【００３８】
ここで、ＥＣＵ６が実行するＮＯｘセンサ起動処理、及びこのＮＯｘセンサ起動処理の実行時に制御ブロックＢ１が行う起動制御を図３に示すフローチャートに沿って説明する。
まず、ＥＣＵ６が実行するＮＯｘセンサ起動処理は、内燃機関Ｍ１の運転開始時に起動される。本処理が起動されると、図３（ａ）に示すように、まず駆動回路２０に対して起動指令を出力する（Ｓ１２０）。
【００３９】
そして、駆動回路２０が通常の駆動制御を開始したことを表す起動通知が駆動回路２０から入力されるまで待機し（Ｓ１５０−ＮＯ）、起動通知が入力されると（Ｓ１５０−ＹＥＳ）、ガスセンサ１０の出力、即ち第１及び第２ポンプ電流Ｉp1，Ip2の検出値（電流検出抵抗Ｒp1，Ｒp2の両端電圧）が正常な値を示すものであるとして、運転制御処理でのガスセンサ１０の出力の使用を許可して（Ｓ１６０）、本処理を終了する。
【００４０】
一方、制御ブロックＢ１では、起動制御の開始前には、活性判定通電制御回路２６のみが電源供給を受けて動作可能にされ、起動指令の入力待ち状態とされている。そして、ＥＣＵ６から起動指令が入力されると、起動制御が開始され、図３（ｂ）に示すように、起動指令を受けた活性判定通電制御回路２６は、まず、通電回路２５を介してヒータ１０ｂへの通電を開始する（Ｓ２１０）。この時、通電回路２５は、ヒータ１０ｂに一定電圧（本実施形態では１２Ｖ）を印加する。
【００４１】
これと共に、活性判定通電制御回路２６は、Ｖｓセル１２への電流供給（本実施形態では約２００ｋΩの抵抗を介して５Ｖを印加）を行うことにより、酸素基準室１８への酸素の汲み込みを開始する（Ｓ２２０）。センサ本体１０ａが加熱され、Ｖｓセル１２の内部抵抗が低下するに従って、電流供給に基づいたＶｓセル１２の両端電圧Ｖｓは徐々に低下する。
【００４２】
そして、Ｖｓセル１２の両端電圧Ｖｓを監視し、両端電圧Ｖｓが所定値Ｖth（本実施形態では１．５Ｖ）に以下になると（Ｓ２３０−ＹＥＳ）、Ｖｓセル抵抗の検出制御、及び通電回路２５を介したヒータ電圧のＰＩＤ制御を開始する（Ｓ２４０）。
【００４３】
このうち、Ｖｓセル抵抗の検出制御は、所定時間ＴＯ（例えば１ｓｅｃ）毎に実行され、まず、Ｖｓセル１２の両端電圧Ｖｓを読み込んで、これを基本検出電圧Ｖs1として設定する。続けてＶｓセル１２に対してパルス電圧を印加して、所定時間Ｔ１（例えば６０μｓｅｃ）経過後におけるＶｓセル１２の両端電圧Ｖｓを読み込んで、これを抵抗検出電圧Ｖs2として設定する。そして、両検出電圧の偏差ΔＶｓ（＝Ｖs1−Ｖs2）に基づいて、予め用意されたテーブルを参照する等してＶｓセル１２の内部抵抗Ｒpvs を求める。
【００４４】
つまり、Ｖｓセル１２の内部抵抗Ｒpvs はＶｓセル１２の素子温度に応じて変化するため、この内部抵抗Ｒpvs に基づいて、Ｖｓセル１２，ひいてはセンサ本体１０ａの素子温度を推定することができるのである。なお、内部抵抗Ｒpvs を求めるための具体的な回路構成や、内部抵抗Ｒpvs から素子温度を求める方法は、例えば、本願出願人の出願による特開平１０−１４２１９４号公報に詳述されているので、ここでは説明を省略する。
【００４５】
一方、ヒータ電圧のＰＩＤ制御では、このＶｓセル抵抗の検出制御によって検出される内部抵抗Ｒpvs が目標値（例えば２００Ω：７５０℃に相当）にて一定となるようにヒータ１０ｂへの通電を制御する。但し、ここでは、ヒータ１０ｂに印加する電圧の実効値は最大１３Ｖとする。また、ヒータ電圧のＰＩＤ制御を開始した時点の内部抵抗Ｒpvs は、通常、上述の目標値よりかなり大きな状態にある。
【００４６】
その後、内部抵抗Ｒpvs が、上記目標値より少し大きく設定されたしきい値（例えば３００Ω：６５０℃に相当）に達すると、センサ本体１０ａが十分に活性化されたものとして（Ｓ２５０−ＹＥＳ）、活性判定通電制御回路２６は、予備制御設定にて、通電回路２５にオペアンプＯＰ１，ＯＰ２、及びＰＩＤ回路２２への電源供給を開始させる。これにより、第１及び第２酸素ポンプセル１１，１３による第１及び第２測定室Ｓ１，Ｓ２内の酸素のポンピング、及びＰＩＤ回路２２による第１ポンプ電流Ｉp1のＰＩＤ制御が開始される（Ｓ２６０）。
【００４７】
なお、予備制御設定とは、電圧切替回路２４が、第２基準電圧Ｖf2として予備制御電圧Ｖf22 をオペアンプＯＰ２に印加する設定のことであり、切替信号Ｓchの初期状態が予備制御設定になっていれば、各部への通電を開始するだけでよい。
【００４８】
これと共に、活性判定通電制御回路２６は、タイマー回路２７を起動する（Ｓ２７０）。そして、タイマー回路２７が一定時間（例えば１５ｓｅｃ）後にタイムアウトすると（Ｓ２８０−ＹＥＳ）、タイマー回路２７は切替信号Ｓchの設定を駆動制御設定（電圧切替回路２４が第２基準電圧Ｖf2として駆動制御電圧Ｖf21 を出力する設定）に切り替えると共に、活性判定通電制御回路２６は、通常の駆動制御を開始したことを表す起動通知をＥＣＵ６に対して出力した後、本処理を終了する。なお、改めて起動通知を生成するのではなく、切替信号Ｓchを起動通知として兼用してもよい。
【００４９】
ここで、図４は、上述の起動制御の実行時にガスセンサ１０を用いて行ったＮＯｘ濃度（第２ポンプ電流Ｉp2の検出値）の測定結果を示す。図中点線にて示すグラフは、予備制御を実行しない比較例についての測定結果である。
但し、起動制御開始時における第１及び第２測定室Ｓ１，Ｓ２の雰囲気を大気と等しい状態にして測定を行った。また、上述の起動制御では、本来、起動制御の開始時点から予備制御の開始時点までの間は、第２ポンプ電圧Ｖp2の印加を行わないのであるが、ここでは、この間の第２ポンプ電流Ｉp2も測定するために、この間も駆動制御設定にて第２ポンプ電圧Ｖp2の印加を行った。
【００５０】
図４に示すように、ガスセンサ１０が起動されると（時刻ｔ１）、第２測定室Ｓ２に存在する多量の酸素により、過大な第２ポンプ電流Ｉp2が流れる。
センサ本体１０ａが活性温度まで加熱され、予備制御が開始されると（時刻ｔ２）、通常より高い第２ポンプ電圧Ｖp2が印加されたＰ２セル１３によって、第２測定室Ｓ２の酸素が急速に汲み出されることにより酸素が欠乏し、これに伴って第２ポンプ電流Ｉp2は急激に低下する。
【００５１】
その後、タイマー回路２７がタイムアウトして、予備制御から通常の駆動制御に切り替わると（時刻ｔ３）、第１測定室Ｓ１に残存する酸素が第２測定室Ｓ２に流れ込むことにより、第２ポンプ電流Ｉp2が一時的に上昇するが、その後、ＮＯｘ濃度のに対応した大きさ（０ｐｐｍ近傍）に向けて収束する。
【００５２】
この第２ポンプ電流Ｉp2が一時的に上昇したピーク時（時刻ｔ４）の値（約１３０ｐｐｍ）は、予備制御を行わない場合の検出値（約４３０ｐｐｍ）と比較して、１／３程度の大きさとなる。また、この時点以降は、予備制御の有無に関わらずいずれの場合も駆動制御が行われるため、Ｐ２セル１３により酸素の汲み出し能力はいずれの場合も同等となる。つまり、予備制御を行うことにより、第２測定室Ｓ２が速やかに低酸素濃度状態となり、ガスセンサ１０が正確な測定結果を出力するようになるまでの時間が大幅に短縮されることがわかる。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態のエンジン制御システムでは、センサ本体１０ａが活性化すると、通常の駆動制御時より第２ポンプ電圧Ｖp2を高く設定した予備制御を一定期間だけ行った後、通常の駆動制御を開始するようにされているので、第２測定室Ｓ２内の酸素濃度を速やかに低下させることができる。
【００５４】
その結果、ガスセンサ１０の起動後、短い待ち時間にて、ガスセンサ１０の出力を使用した制御が可能になるため、例えば内燃機関Ｍ１が短時間しか運転されない場合であっても、ガスセンサ１０の出力を有効に利用することができる。
なお、本実施形態では、予備制御から駆動制御への切替タイミングを、タイマー回路２７を用いて生成しているが、図５に示すように、タイマー回路２７を省略し、代わりに、電流検出抵抗Ｒp2の両端電圧を検出する電流検出回路２８と、その検出電圧を、例えば、ＮＯｘ濃度が０ｐｐｍに相当する所定の第５基準電圧Ｖf5と比較するオペアンプＯＰ３からなる比較回路２９とを設け、このオペアンプＯＰ３の出力を切替信号Ｓchとしてもよい。この場合、検出電圧が第５基準電圧Ｖf5より低下すると、第２ポンプ電圧Ｖp2の設定が予備制御電圧Ｖf22 から駆動制御電圧Ｖf21 に切替わることになる。
【００５５】
また、上記実施形態では、制御ブロックＢ１をハードウェアにて実現しているが、図６（ａ）に示すように、これをＣＰＵ３０に置き換えてソフトウェアにて実現してもよい。この場合、ＣＰＵ３０は、Ｖｓセル１２の両端電圧Ｖｓを読み込むためのＡ／Ｄ変換器、及び第１ポンプ電流供給回路２１への制御信号を出力するためのＤ／Ａ変換器、電圧切替回路２４へ切替信号Ｓchを出力したり、通電回路２５へ各種指令を出力するための出力ポート、ＥＣＵ６との間で起動指令，起動通知を入出力するための入力及び出力ポート等を備える必要がある。
【００５６】
そして、ＣＰＵ３０は、これらＡ／Ｄ変換器，Ｄ／Ａ変換器，入出力ポートを介して入出力される各種信号に基づき、ＰＩＤ回路２２と同等の制御を実現するＰＩＤ制御処理の他、図３（ｂ）にて示されたフローチャートと同等の制御を実現する起動制御処理、起動制御処理の中で起動されるＶｓセル抵抗の検出制御、ヒータ電圧のＰＩＤ制御に相当する処理を並列に実行すればよい。
【００５７】
更に、図６（ｂ）に示すように、電圧切替回路２４もＣＰＵ３０に取り込み、ＣＰＵ３０には、切替信号Ｓch用の出力ポートの代わりに、第２基準電圧Ｖf2を発生させるためのＤ／Ａ変換器を設けるように構成してもよい。
また、図６（ａ）（ｂ）において、図５に示した場合と同様に、第２ポンプ電流を検出して、第２基準電圧Ｖf2（第２ポンプ電圧Ｖp2）の切替を行う場合には、ＣＰＵ３０に、電流検出回路（図示せず）での検出電圧を取り込むためのＡ／Ｄ変換器を追加する必要がある。
【００５８】
この場合、図３に示したフローチャートのＳ２７０，Ｓ２８０も、図７に示すように変更する必要がある。即ち、Ｓ２７０では、第２ポンプ電流Ｉp2を検出し、続くＳ２８０では、検出した第２ポンプ電流Ｉp2とＮＯｘ濃度が０ｐｐｍに相当するしきい値Ｉthとを比較し、しきい値Ｉthより大きければＳ２７０に戻り、しきい値Ｉthより小さくなればＳ２９０に移行して、予備制御から駆動制御に切り替えるようにすればよい。
【００５９】
また更に、図６（ａ）（ｂ）において、制御ブロックＢ１中のＰＩＤ回路２２以外の部分のみをＣＰＵ３０に置き換えてもよい。
また、上記実施形態では、第１ポンプ電流供給回路２１を、オペアンプＯＰ１を中心とした増幅回路により構成したが、図８に示すように、各セル１１〜１３の共通接続側電極に、第１基準電圧Ｖf1を直接印加し、ＰＩＤ回路２２の出力を、電流検出抵抗Ｒp1を介するだけで、そのままＰ１セル１１に印加するように構成してもよい。
【００６０】
このような第１ポンプ電流供給回路２１の置き換えは、図５，６に示した各変形例にも同様に適用でき、これを適用することにより、回路構成を簡易化できる。
［第２実施形態］
次に第２実施形態について説明する。
【００６１】
本実施形態では、駆動回路の構成が一部異なる以外は、第１実施形態と同様であるため、同一構成要素については同一符号を付して説明を省略し、構成の相異する部分を中心に説明する。
本実施形態において駆動回路２０は、図９に示すように、電圧切替回路２４が省略され、第２ポンプ電圧印加回路２３を構成するオペアンプＯＰ２の非反転入力端子には、第１実施例における駆動制御電圧Ｖf21 に等しい一定の第２基準電圧Ｖf2が印加されている。
【００６２】
また、駆動回路２０は、タイマー回路２７が出力する切替信号Ｓchに従って、駆動制御設定時には第１ポンプ電流供給回路２１の出力、予備制御設定時には所定の第３基準電圧Ｖf3をＰ１セル１１に供給する第１切替回路３１と、同じく切替信号Ｓchに従って、予備制御設定時にのみ、各セル１１〜１３の共通接続側電極に第４基準電圧Ｖf4（＝Ｖf1）を印加する第２切替回路３２とを備えている。
【００６３】
つまり、駆動制御時には、ＰＩＤ制御された第１ポンプ電流Ｉp1をＰ１セル１１に供給し、予備制御時には、一定の第１ポンプ電圧Ｖp1（＝Ｖf3−Ｖf4、本実施形態では１０００ｍＶ）をＰ１セル１１に印加するようにされている。
但し、予備制御時に印加する一定の第１ポンプ電圧Ｖp1は、第１実施形態において予備制御時に印加する第２ポンプ電圧Ｖp2と同様に、駆動制御時の第１ポンプ電圧Ｖp1（例えば２９０ｍＶ）より大きく（望ましくは１０ｍＶ以上大きいこと）、且つＰ１セル１１の耐圧上限（例えば３０００ｍＶ）までの範囲に設定する必要がある。
【００６４】
そして、制御ブロックＢ１では、予備制御時（Ｓ２６０）に、第２ポンプ電圧Ｖp2ではなく、第１ポンプ電圧Ｖp1を通常の駆動制御時より高い一定電圧に設定する以外は、第１実施形態の場合と全く同様の起動制御（図３（ｂ）参照）を実施する。
【００６５】
そして、予備制御時に、駆動制御時より高い第１ポンプ電圧Ｖp1が設定されると、センサ本体１０ａでは、Ｐ１セル１１が第１測定室Ｓ１から駆動制御時より多くの酸素を汲み出すため、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度が急速に低下する。
その結果、第１測定室Ｓ１から第２測定室Ｓ２に、新たな酸素が流れ込むことが阻止されるだけでなく、逆に、第２測定室Ｓ２から第１測定室Ｓ１に向けて余分な酸素が漏出することになるため、第２測定室Ｓ２の酸素濃度も速やかに低下することになる。
【００６６】
従って、本実施形態のエンジン制御システムによれば、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施形態では、第４基準電圧Ｖf4を第１基準電圧Ｖf1と等しくしたが、これを第１基準電圧より小さく（Ｖf4＜Ｖf1）設定してもよい。この場合、予備制御時には、Ｐ２セル１３に印加される第２ポンプ電圧Ｖp2（＝Ｖf2−Ｖf4）も駆動時より大きくなるため、より効率よく第２測定室Ｓ２内の酸素濃度を低下させることができる。
【００６７】
また、本実施形態でも、第１実施形態の各変形例（図５，６，８参照）と同様に、タイマー回路２７の代わりに、図５に示された、電流検出回路２８，比較回路２９を設け、第２ポンプ電流Ｉp2の検出値に基づいて切替信号Ｓchを生成したり、第１ポンプ電流供給回路２１を、オペアンプＯＰ１を省略したものに置き換えたり、制御ブロックＢ１の全部又は一部をＣＰＵ３０に置き換えたりしてもよい。
【００６８】
特に、第１ポンプ電流供給回路２１の置き換えを行った場合には、図１０に示すように、第２切替回路３２も省略することができる。
また、制御ブロックＢ１をＣＰＵ３０に置き換えると共に、第１ポンプ電流供給回路２１を、オペアンプＯＰ１を省略したものに置き換えた場合には、図１１（ａ）に示す構成となり、更に、第１切替回路３１の機能をＣＰＵ３０に取り込んで、図１１（ｂ）に示す構成としてもよい。
【００６９】
この場合、ＣＰＵ３０は、予備制御時には、駆動制御時にＰＩＤ制御された第１ポンプ電流Ｉp1を供給するためのＤ／Ａ変換出力から、一定電圧を供給するような処理を行えばよい。
［第３実施形態］
次に第３実施形態について説明する。
【００７０】
本実施形態では、駆動回路の構成が一部異なる以外は、第１実施形態と同様であるため、同一構成要素については同一符号を付して説明を省略し、構成の相異する部分を中心に説明する。
本実施形態において駆動回路２０は、図１２に示すように、電圧切替回路２４が省略され、第２ポンプ電圧印加回路２３を構成するオペアンプＯＰ２の非反転入力端子には、駆動制御電圧Ｖf21 に設定された一定の第２基準電圧Ｖf2が印加されている。
【００７１】
また、ＰＩＤ回路２２が、第１ポンプ電流Ｉp1をＰＩＤ制御する際に、Ｖｓセル１２の両端電圧Ｖｓの目標電圧を外部から設定可能なように構成されている。更に、駆動回路２０は、タイマー回路２７が出力する切替信号Ｓchに従って、駆動制御設定時には駆動制御目標電圧Ｖf61 （例えば４２５ｍＶ）、予備制御設定時には駆動制御目標電圧Ｖf61 より高い予備制御目標電圧Ｖf62 （例えば８５０ｍＶ）をＰＩＤ回路２２に供給する目標電圧切替回路３３を備えている。
【００７２】
なお、本実施形態では、この目標電圧切替回路３３も制御ブロックＢ１に含まれるものとする。また、予備制御目標電圧Ｖf62 より大きく、Ｖｓセル１２の最大出力電圧（例えば１０００ｍＶ程度）までの範囲内で適宜設定すればよい。
つまり、予備制御時には、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度が駆動制御時より低くなるような目標電圧が設定され、より多くの第１ポンプ電流Ｉp1が第１測定室Ｓ１から酸素を汲み出す方向に流れるようにされている。
【００７３】
また、制御ブロックＢ１では、予備制御開始時（Ｓ２６０）に、第２ポンプ電圧Ｖp2を駆動制御時より高い一定電圧に設定する代わりに、ＰＩＤ制御の目標電圧を駆動制御時より高い値（第１測定室Ｓ１の酸素濃度が低くなる値）に変更する以外は、第１実施形態の場合と同様の起動制御（図３（ｂ）参照）を実施する。
【００７４】
そして、予備制御時に、ＰＩＤ制御の目標電圧が変更されると、センサ本体１０ａでは、Ｐ１セル１１が第１測定室Ｓ１から駆動制御時より多くの酸素を汲み出すため、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度が急速に低下する。その結果、第２実施形態の場合と同様に、第１測定室Ｓ１から第２測定室Ｓ２に、新たな酸素が流れ込むことが阻止されるだけでなく、逆に、第２測定室Ｓ２から第１測定室Ｓ１に向けて余分な酸素が漏出することになるため、第２測定室Ｓ２の酸素濃度も速やかに低下することになる。
【００７５】
従って、本実施形態のエンジン制御システムによれば、第１及び第２実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施形態でも、第１実施形態の各変形例（図５，６，８参照）と同様に、タイマー回路２７の代わりに、図５に示された、電流検出回路２８，比較回路２９を設け、第２ポンプ電流Ｉp2の検出値に基づいて切替信号Ｓchを生成したり、第１ポンプ電流供給回路２１を、オペアンプＯＰ１を省略したものに置き換えたり、目標電圧切替回路３３を含む制御ブロックＢ１の全部又は一部をＣＰＵ３０に置き換えたりしてもよい。
【００７６】
そして、例えば、制御ブロックＢ１をＣＰＵ３０に置き換えた場合には、図１３に示す構成となり、更に、第１ポンプ電流供給回路２１を、オペアンプＯＰ１を省略したものに置き換えた場合には、先に図１１（ｂ）にて示したものと、同様の構成となる。
［第４実施形態］
次に第４実施形態について説明する。
【００７７】
本実施形態では、駆動回路の構成が一部異なる以外は、第３実施形態と同様であるため、同一構成要素については同一符号を付して説明を省略し、構成の相異する部分を中心に説明する。
本実施形態において駆動回路２０は、図１４に示すように、第２ポンプ電圧印加回路２３から第２ポンプセル１３に至る線路中に該線路を開閉するスイッチ３４が設けられ、また、タイマ回路２７の代わりに、目標電圧切替回路３３及びスイッチ３４の切替を制御するための切替信号Ｓchを生成する切替制御回路３５が設けられている。
【００７８】
スイッチ３４は、切替信号Ｓchにより駆動制御電圧Ｖf61 が選択されている時には閉成（駆動制御設定という）され、予備制御電圧Ｖf62 が選択されている時には開放（予備制御設定という）されるように構成されている。
つまり、予備制御時には、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度が駆動制御時より低くなるような目標電圧が設定されることで、より多くの第１ポンプ電流Ｉp1が第１測定室Ｓ１から酸素を汲み出す方向に流れると共に、第２酸素ポンプセル１３への第２ポンプ電圧Ｖp2の印加が禁止されることで、第２酸素ポンプセル１３が酸素濃度測定セルとして動作することになる。
【００７９】
そして、切替制御回路３５は、活性判定通電制御回路２６からの指令に従って起動されると、予備制御設定となる切替信号Ｓchを出力後、第２酸素ポンプセル１３の出力電圧を監視し、該出力電圧が所定の酸素濃度に対応したしきい値Ｖthに達すると、駆動制御設定となる切替信号Ｓchを出力するように動作する。
【００８０】
従って、この場合、制御ブロックＢ１が実行する起動制御は、図３（ｂ）のＳ２７０，Ｓ２８０が、図７（ｂ）に示すＳ２６５〜Ｓ２８５に変更したものとなる。
即ち、ＰＩＤ制御の目標電圧が予備制御電圧Ｖf62 に変更され予備制御が開始（Ｓ２６０）されると、スイッチ３４を開放（Ｓ２６５）して、第２酸素ポンプセル１３の出力電圧ＶＯを検出（Ｓ２７０）する。その検出電圧ＶＯがしきい値Ｖthより大きい（Ｓ２８０−ＮＯ）間は、Ｓ２７０に戻って第２酸素ポンプセル１３の監視を続け、検出電圧ＶＯがしきい値Ｖth以下（Ｓ２８０−ＹＥＳ）になると、第２測定室Ｓ２の酸素濃度は十分に低下したものとして、スイッチ３４を閉成し（Ｓ２８５）、ＰＩＤ制御の目標電圧を駆動制御電圧Ｖf61 に切り替えることにより、予備制御を終了し通常の駆動制御を開始するように変更すればよい。
【００８１】
このように、本実施形態では、予備制御の間、第２酸素ポンプセル１３を酸素濃度測定セルとして使用し、第２測定室Ｓ２内の状態に応じて予備制御の終了タイミングを決めている。従って、本実施形態によれば、ガスセンサ１０ａから正常な測定結果が得られるタイミングを正確に知ることができるだけでなく、予備制御による酸素の汲み出しが過剰に行われてしまうことがないため、通常の駆動制御に戻した時に、第１又は第２酸素ポンプセルに逆電流が流れることを防止することができる。
【００８２】
なお、本実施形態でも、他の実施形態と同様に、第１ポンプ電流供給回路２１をオペアンプＯＰ１を省略したものに置き換えたり、制御ブロックＢ１の全部又は一部をＣＰＵ３０に置き換えてもよい。そして、例えば制御ブロックＢ１の全部をＣＰＵ３０にて置き換えた場合には、図１８に示す構成となり、第３実施形態の場合（図１３）と比較して、ＣＰＵ３０には、スイッチ３４に対する切替信号Ｓchを出力するための出力ポート、及び第２酸素ポンプセル１３の起電力を入力するためのＡ／Ｄ変換器を追加して備える必要がある。
【００８３】
また、本実施形態の特徴的な構成、即ち、スイッチ回路３４、及びタイマ回路２７の代わりに切替制御回路３５を設け、予備制御の間、第２酸素ポンプセル１３を酸素濃度測定セルとして使用する構成は、第２実施形態に示した駆動回路に対しても同様に適用することができる。
［第５実施形態］
次に第５実施形態について説明する。
【００８４】
本実施形態では、駆動回路の構成の一部、及びＥＣＵ６が実行するＮＯｘセンサ起動処理の内容が異なる以外は、第１〜第３実施形態と同様であるため、同一構成要素については同一符号を付して説明を省略し、構成の相異する部分を中心に説明する。
【００８５】
即ち、本実施形態において駆動回路２０を構成する活性判定通電制御回路２６は、ヒータ１０ｂの加熱によりセンサ本体１０ａが活性化されたと判断した時点（Ｓ２５０−ＹＥＳ：図３（ｂ）参照）で、ＥＣＵ６に対して、その旨を表す活性通知を出力するようにされている（図示せず）。
【００８６】
そして、ＮＯｘセンサ起動処理では、図１５に示すように、本処理が起動されると、まず、内燃機関Ｍ１の運転状態を制御する運転制御処理に対して、ストイキ或いはリッチ空燃比での運転要求を設定する（Ｓ１１０）。センサ本体内がストイキ或いはリッチの排ガスで満たされるまでタイマー制御し、その後、駆動回路２０に対して起動指令を出力する（Ｓ１２０）。
【００８７】
その後、駆動回路２０から活性通知が入力されるまで待機し（Ｓ１３０−ＮＯ）、活性通知が入力されると（Ｓ１３０−ＹＥＳ）、運転制御処理に対するストイキ或いはリッチ空燃比での運転要求を解除し（Ｓ１４０）、今度は、駆動回路２０から起動通知が入力されるまで待機する（Ｓ１５０−ＮＯ）。
【００８８】
そして、駆動回路２０から起動通知が入力されると（Ｓ１５０−ＹＥＳ）、運転制御処理等でのガスセンサ１０の出力の使用を許可して（Ｓ１６０）、本処理を終了する。
このように、ストイキ或いはリッチ空燃比での運転を行うと、内燃機関Ｍ１からは、酸素が殆ど含まれていないか酸素の欠乏したガスが排出され、このガスにより、ガスセンサ１０の第１及び第２測定室Ｓ１，Ｓ２内のガスが置換される。その結果、第１及び第２測定室Ｓ１，Ｓ２内の酸素濃度は大きく低下するため、ガスセンサ１０はセンサ本体１０ａが活性化した後、速やかに正確な検出結果を出力するようになる。
【００８９】
従って、本実施形態のエンジン制御システムによれば、第１〜第３実施形態の場合と同様に、ガスセンサ１０の起動後、短い待ち時間にて、ガスセンサ１０の出力を使用した各種制御が可能になり、例えば内燃機関Ｍ１が短時間しか運転されない場合であっても、ガスセンサ１０の出力を有効に利用することができる。
【００９０】
ここで図１６は、ガスセンサ１０を、リーン（大気），ストイキ（λ＝１．００），リッチ（λ＝０．９０）の各雰囲気内に配置して、センサの活性化後に駆動制御を行った時に測定したＮＯｘ濃度（第２ポンプ電流Ｉp2の検出値）の測定結果を表すグラフである。なお、第２ポンプ電流Ｉp2の測定のため、第２ポンプ電圧Ｖp2の印加については、ヒータ１０ｂの通電と同時に行った。
【００９１】
図１６に示すように、リッチ雰囲気の場合は、図中実線にて示すように、ガスセンサ１０が起動された時点（時刻ｔ１１）で、第２測定室Ｓ２は酸素が欠乏した状態にあるため、通常とは反対に酸素を汲み入れる方向に電流が流れ、その後、駆動制御が開始されると（時刻ｔ１２）、その直後からＮＯｘ濃度の検出値は０ｐｐｍを示す。また、ストイキ雰囲気の場合では、図中一点鎖線にて示すように、駆動制御が開始されると、ＮＯｘ濃度の検出値は、速やかに０ｐｐｍに収束しており、リーン雰囲気の場合では、図中点線にて示すように、３００ｓｅｃ経過後であっても、まだ１００ｐｐｍもの酸素が残存している。
【００９２】
このように、第１〜第３実施形態に示した予備制御と組み合わせないで、ストイキ或いはリーン空燃比での運転のみを行った場合であっても、これを行わない場合と比較して、ガスセンサ１０が正確な検出結果を出力するようになるまでの時間を大幅に短縮できることがわかる。
【００９３】
なお、本実施形態では、ストイキ或いはリッチ空燃比での運転を、ガスセンサ１０の起動後、センサ本体１０ａが活性化するまでの間だけ行っているが、ガスセンサ１０の起動後、予め設定された一定期間だけ行うようにしてもよい。
以上本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な態様にて実施することが可能である。
【００９４】
例えば、上記実施形態では、制御ブロックＢ１をＣＰＵ３０に置き換えた場合、これをＥＣＵ６とは別体に設けているが、ＣＰＵ３０の機能をＥＣＵ６に含めるようにして、ＣＰＵ３０を省略するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 エンジン制御システムの全体構成を表す説明図である。
【図２】 第１実施形態における駆動回路の構成を表す回路図である。
【図３】 ＥＣＵが実行するＮＯｘセンサ起動処理、及び処理ブロックが実行する起動制御の内容を表すフローチャートである。
【図４】 起動時に検出されるＮＯｘ濃度の変化を表すグラフである。
【図５】 第１実施形態における駆動回路の変形例の構成を表す回路図である。
【図６】 第１実施形態における駆動回路の変形例の構成を表す回路図である。
【図７】 起動制御の置換部分の内容を表すフローチャートである。
【図８】 第１実施形態における駆動回路の変形例の構成を表す回路図である。
【図９】 第２実施形態における駆動回路の構成を表す回路図である。
【図１０】 第２実施形態における駆動回路の変形例の構成を表す回路図である。
【図１１】 第２実施形態における駆動回路の変形例の構成を表す回路図である。
【図１２】 第３実施形態における駆動回路の構成を表す回路図である。
【図１３】 第３実施形態における駆動回路の変形例の構成を表す回路図である。
【図１４】 第４実施形態における駆動回路の構成を表す回路図である。
【図１５】 第５実施形態におけるＮＯｘセンサ起動処理の内容を表すフローチャートである。
【図１６】 測定室内の雰囲気を変化させた時に、起動時に検出されるＮＯｘ濃度の変化を表すグラフである。
【図１７】 ＮＯｘセンサの構成を表す説明図である。
【図１８】 第３実施形態における駆動回路の変形例の構成を表す回路図である。
【符号の説明】
６…電子制御装置（ＥＣＵ）、１０…ガスセンサ、１０ａ…センサ本体、１０ｂ…ヒータ、１１…第１酸素ポンプセル（Ｐ１セル）、１２…酸素濃度測定セル（Ｖｓセル）、１３…第２酸素ポンプセル（Ｐ２セル）、１４…絶縁層、１６…第１拡散経路、１７…第２拡散経路、１８…酸素基準室、２０…駆動回路、２１…第１ポンプ電流供給回路、２２…ＰＩＤ回路、２３…第２ポンプ電圧印加回路、２４…電圧切替回路、２５…通電回路、２６…活性判定通電制御回路、２７…タイマー回路、２８…電流検出回路、２９…比較回路、３０…ＣＰＵ、３１…第１切替回路、３２…第２切替回路、３３…目標電圧切替回路、３４…スイッチ、３５…切替制御回路、Ｂ１…制御ブロック、Ｍ１…内燃機関、Ｍ２…吸気管、Ｍ３…排気管、Ｍ４…スロットルバルブ、Ｍ５…インジェクタ、ＯＰ１〜３…オペアンプ、Ｒp1，Ｒp2…電流検出抵抗、Ｓ１…第１測定室、Ｓ２…第２測定室
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排ガス中の特定成分の検出等に用いられるガスセンサの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のガスセンサの一つとして、図１７に示すように、酸素イオン伝導性のある固体電解質層に多孔質電極を形成することにより形成された第１酸素ポンプセル１１，酸素濃度測定セル１２，第２酸素ポンプセル１３を絶縁層１４，１５を介して積層した構造を有するセンサ本体１０ａ、及びセンサ本体１０ａを加熱するヒータ１０ｂからなるガスセンサ１０が知られている。
【０００３】
即ち、センサ本体１０ａは、第１拡散経路１６を介して被測定ガス空間（排気管内）に連通する第１測定室Ｓ１、及び第２拡散経路１７を介して第１測定室Ｓ１に連通する第２測定室Ｓ２を有し、第１酸素ポンプセル１１及び第２酸素ポンプセル１３により、第１測定室Ｓ１及び第２測定室Ｓ２内の酸素のポンピング（汲み出し，汲み入れ）をそれぞれ可能とし、酸素濃度測定セル１２により、酸素濃度を一定に制御された酸素基準室１８と第１測定室Ｓ１との酸素濃度差、つまり第１測定室Ｓ１内の酸素濃度の測定を可能とするように構成されている。
【０００４】
そして、このガスセンサ１０を駆動する駆動回路２０は、ヒータ１０ｂにてセンサ本体１０ａを活性温度（例えば７５０℃）まで加熱し、この状態で、酸素濃度測定セル１２の両端電圧Ｖｓが予め設定された一定電圧（例えば４２５ｍＶ）となるように第１ポンプ電流Ｉp1を制御すると共に、第２酸素ポンプセル１３に、第２測定室Ｓ２から酸素を汲み出す方向に一定の第２ポンプ電圧Ｖ2p（例えば４５０ｍＶ）を印加し、この時、第２酸素ポンプセル１３に流れる第２ポンプ電流Ｉp2の検出を行う。
【０００５】
なお、検出すべき特定成分が酸化物（例えば、窒素酸化物，亜硫酸ガス，二酸化炭素，水など）である場合には、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度を低酸素濃度（≒０％）に保持し、且つ第２ポンプ電圧Ｖp2を所定の電圧に保持すると、第２測定室Ｓ２では、第２酸素ポンプセル１３を構成する多孔質電極の触媒作用によって、酸化物が分解し、その分解により得られた酸素が第２測定室Ｓ２から抜き取られることにより第２ポンプ電流Ｉp2が流れる。従って、第２ポンプ電流Ｉp2は、特定成分の濃度に対応した大きさとなる。
【０００６】
一方、特定成分が還元性物質（例えば、一酸化炭素，炭化水素，アルコールなど）である場合には、第２測定室Ｓ２内にて特定成分と酸素とが反応し、その反応後の残存酸素が第２測定室Ｓ２から抜き取られることにより第２ポンプ電流Ｉp2が流れる。この時、第２測定室Ｓ２内を、特定成分が検出される最大量と同程度（通常は、ｐｐｍオーダ）の一定酸素濃度に制御することにより、特定成分の濃度が高いほど残存酸素の濃度が低くなることから、この残存酸素の濃度に応じた大きさとなる第２ポンプ電流Ｉp2に基づいて、特定成分の濃度を求めることが可能となる。
【０００７】
つまり、いずれの場合でも、特定成分の濃度を正確に検出するには、第２測定室Ｓ２の雰囲気を、一定の低酸素濃度となるように制御する必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、このようなガスセンサ１０を用いて、例えば、内燃機関の排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度を検出する場合を考えると、ガスセンサ１０の起動時に第２測定室Ｓ２を満たしているガスは、前回の運転を停止してから、即ち排ガスの供給が途絶えてから今回の起動までの時間が長くなるほど、大気雰囲気に近いリーン雰囲気となる。
【０００９】
従って、起動直後の第２酸素ポンプセル１３は、起動前に第２測定室Ｓ２を満たしているガスに含まれた酸素ガスやその他の含酸素ガスをポンピングすることになるため、本来測定すべき排ガス中の特定成分（ＮＯｘ）濃度に関わらず、過大な第２ポンプ電流Ｉp2が流れることになる。
【００１０】
この過大な第２ポンプ電流Ｉp2は、第２酸素ポンプセル１３による酸素の汲出しにより、第２測定室Ｓ２内の雰囲気が所定の低酸素濃度状態となるまで継続する。但し、一定の第２ポンプ電圧Ｖp2が印加された第２酸素ポンプセル１３により第２測定室Ｓ２から汲み出すことのできる酸素量は、極めて限られたものであり、従って、所定の低酸素濃度状態に達するまでには、非常に長い時間（例えば大気雰囲気から開始した場合には５分以上）を要することになる。
【００１１】
つまり、ガスセンサ１０の起動後、被測定ガス中の特定成分濃度を正確に測定できるようになるまでには、十分に長い待ち時間を設定する必要があり、使い勝手が悪いという問題があった。
本発明は、上記問題点を解決するために、ガスセンサの起動後、短い待ち時間にて正確な測定値を得ることが可能なガスセンサの制御方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための発明である請求項１記載のガスセンサの制御方法は、被測定ガス空間に連通した第１測定室と、該第１測定室に連通した第２測定室と、一対の多孔質電極の一つが前記第１測定室に配置されると共に、前記第１測定室内の酸素をポンピングする第１酸素ポンプセルと、一対の多孔質電極の一つが前記第２測定室に配置されると共に、前記第２測定室内の酸素をポンピングする第２酸素ポンプセルと、を有するセンサ本体と、前記センサ本体を加熱するヒータと、を有し、前記第２酸素ポンプセルを流れる第２ポンプ電流が、被測定ガス中に含まれる特定物質の濃度に対応した出力として用いられるガスセンサに適用される。
そして、ガスセンサの起動時には、ヒータへの通電を開始する一方、通常の駆動制御を開始する前に、第２酸素ポンプセルに印加する第２ポンプ電圧を通常の駆動制御時よりも高い値に設定し、且つ、第１酸素ポンプセルに印加する第１ポンプ電圧を通常の駆動制御時よりも高い値に設定する予備制御を行って、第２測定室内の酸素濃度を低下させることを特徴とする。
【００１３】
このように本発明では、予備制御を実施することにより、第２測定室内の酸素濃度を速やかに必要な濃度まで低下させることができるため、通常の駆動制御に切替後には直ちに正確な測定値を得ることができる。
つまり、本発明によれば、ガスセンサの起動後、正常な測定結果が得られるまでに必要な待ち時間が大幅に短縮されるため、ガスセンサの使い勝手が向上し、ガスセンサでの測定結果を、より有効に利用することができる。
【００１４】
また、請求項２記載のガスセンサの制御方法は、センサ本体が、第１酸素ポンプセル、第２酸素ポンプセルに加えて、一対の多孔質電極の一つが前記第１測定室に配置されると共に、前記第１測定室内の酸素濃度を測定する酸素濃度測定セルを備えたガスセンサに適用される。
そして、本発明では、予備制御にて、第２ポンプ電圧を通常の駆動制御時よりも高い値に設定すると共に、第１ポンプ電圧を、酸素濃度測定セルの出力電圧が目標電圧よりも高い値となるように第１酸素ポンプセルに印加することを特徴とする。
従って、本発明によれば、請求項１の場合と同様の効果を得ることができる。
【００１５】
つまり、第２ポンプ電圧を高く設定すること（請求項１，２）により、第２酸素ポンプセルが第２測定室から汲み出す酸素量が増大するため、第２測定室内の酸素濃度を、駆動制御時より速やかに低下させることができる。
また、第１ポンプ電圧を高く設定すること（請求項１）、及び第１測定室の酸素濃度の目標値を低く設定すること（請求項２）により、いずれも第１測定室内の酸素濃度が速やかに低下し、その結果、第１測定室から第２測定室に漏出する酸素量が急速に低下するため、第２測定室内の酸素濃度を速やかに低下させることができる。
【００１６】
但し、予備制御時に印加される第１及び第２ポンプ電圧の設定値は、第１及び第２酸素ポンプセルが破壊されない範囲にて設定する必要があり、また、第１測定室の酸素濃度の目標値は、酸素濃度測定セルの出力電圧範囲内に設定する必要がある。
【００１７】
また、これら第１及び第２ポンプ電圧の設定値や第１測定室の酸素濃度の目標値は、第１及び第２測定室の酸素濃度を、少なくとも駆動制御時の２／３以下に制御するような値に設定することが望ましい。
そして、上述の予備制御を行った場合、駆動制御への切替タイミングは、一定時間（例えば１〜１００秒程度）が経過したか否かによって判断してもよいが、例えば、請求項４記載のように、第２酸素ポンプセルに流れる第２ポンプ電流が予め設定された判定値に達したか否かにより判断してもよい。
【００１８】
即ち、第２測定室の酸素濃度の低下に応じて第２ポンプ電流も低下するため、この第２ポンプ電流から第２測定室の状態を判定することができるのである。
そして、この場合、第２測定室の酸素濃度が、所望の状態となったことを確認してから通常の駆動制御に制御が切り替わることになるため、ガスセンサから正常な測定結果が得られるようになるタイミングを正確に知ることができる。その結果、第１又は第２測定室からの酸素の汲み出しが必要以上に過剰となること、即ち、通常の駆動制御に戻した時に第１又は第２ポンプセルに逆電流が流れることを防止することができる。
【００１９】
なお、本発明のガスセンサの制御方法では、請求項３記載のように、ガスセンサの起動時に、酸素濃度測定セルの内部抵抗が予め設定されたしきい値に達すると、予備制御を開始させるようにしてもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明が適用された自動車用エンジン制御システムの全体構成図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態のエンジン制御システムは、内燃機関（ガソリン直噴エンジン）Ｍ１の排気管Ｍ３に設けられ、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度，酸素（Ｏ2 ）濃度の検出が可能なガスセンサ１０と、ガスセンサ１０を駆動する駆動回路２０と、内燃機関Ｍ１の運転状態を検出する各種センサ（図示せず）の出力、及び駆動回路２０を介して取り込まれるガスセンサ１０の出力に基づき、内燃機関Ｍ１の吸気管Ｍ２に設けられたスロットルバルブＭ４やインジェクタＭ５を駆動して、内燃機関Ｍ１の運転状態を制御するする電子制御装置（ＥＣＵ）６とを備えている。
【００２８】
このうち、ＥＣＵ６は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを中心に構成されたマイクロコンピュータからなり、内燃機関Ｍ１の運転開始時にガスセンサ１０を起動する起動処理、及びガスセンサ１０を含む各種センサ（図示せず）からの検出結果に基づき、スロットルバルブＭ４，インジェクタＭ５を制御する運転制御処理等を実行する。
【００２９】
なお、ガスセンサ１０は、先の［課題を解決するための手段］にて説明したもの（図１７参照）と全く同じものであるため、ここでは説明を省略する。
次に、駆動回路２０は、図２に示すように、第１酸素ポンプセル（以下「Ｐ１セル」という）１１に第１ポンプ電流Ｉp1を供給する第１ポンプ電流供給回路２１と、Ｖｓセル１２の両端電圧Ｖｓが一定値（本実施形態では３５０ｍＶ）となるように、第１ポンプ電流供給回路２１が供給する第１ポンプ電流Ｉp1をＰＩＤ（比例・積分・微分）制御するＰＩＤ回路２２とを備えている。
【００３０】
このうち、第１ポンプ電流供給回路２１は、非反転入力端子に所定の第１基準電圧Ｖf1（本実施形態では２．５Ｖ）、反転入力端子に電流検出抵抗Ｒp1を介してＰＩＤ回路２２の出力が印加され、出力端子と反転入力端子との間にＰ１セル１１が接続されたオペアンプＯＰ１からなる。
【００３１】
また、オペアンプＯＰ１の反転入力端子側に接続されたＰ１セル１１の電極は、酸素濃度測定セル（以下「Ｖｓセル」という）１２，第２酸素ポンプセル（以下「Ｐ２セル」という）１３を構成する各一対の電極のうち一方の電極と共通に接続されている。従って、各セル１１〜１３の共通接続側電極の電位は、いずれもオペアンプＯＰ１の非反転入力端子と同電位、即ち第１基準電圧Ｖf1に保持される。
【００３２】
また駆動回路２０は、Ｐ２セル１３に一定の第２ポンプ電圧Ｖp2を印加するための第２ポンプ電圧印加回路２３と、切替信号Ｓchに従って第２ポンプ電圧Ｖp2の大きさを切り替える電圧切替回路２４とを備えている。
このうち、第２ポンプ電圧印加回路２３は、出力端子が電流検出抵抗Ｒp2を介してＰ２セル１３に接続されると共に、反転入力端子に電流検出抵抗Ｒp2のＰ２セル１３側端が接続され、非反転入力端子への印加電圧（第２基準電圧Ｖf2）をＰ２セル１３に印加する周知のバッファ回路として構成されたオペアンプＯＰ２からなる。
【００３３】
一方、電圧切替回路２４は、切替信号Ｓchに従って、駆動制御電圧Ｖf21 （本実施形態ではＶf21＝４５０ｍＶ＋Ｖf1 ）或いはこれより高く設定された予備制御電圧Ｖf22 （本実施形態ではＶf22＝２０００ｍＶ＋Ｖf1 ）のいずれかを第２基準電圧Ｖf2として出力するようにされている。
【００３４】
つまり、この第２ポンプ電圧印加回路２３により、Ｐ２セル１３には、一定の第２ポンプ電圧Ｖp2（＝Ｖf2−Ｖf1）が印加され、しかも切替信号Ｓchによって、第２ポンプ電圧Ｖp2の大きさを４５０ｍＶ又は２０００ｍＶの２段階に切り替えることができるようにされている。また、電流検出抵抗Ｒp2の両端電圧は、Ｐ２セル１３に供給される第２ポンプ電流Ｉp2の大きさに応じたものとなる。
【００３５】
なお、ここでは、予備制御電圧Ｖf22 を用いた時の第２ポンプ電圧Ｖp2が２．０Ｖとなるように設定されているが、この値は、４５０ｍＶより大きくＰ２セル１３の耐圧の上限までの範囲内で適宜設定すればよい。Ｐ２セル１３の耐圧は、材質により決まり、例えばジルコニアの場合、３０００ｍＶ程度である。また、ジルコニアの場合、濃度差が１０倍変化する毎に、約５０ｍＶの出力が得られるため、第２ポンプ電圧Ｖp2の大きさは駆動制御時の電圧より１０ｍＶ以上大きいこと、即ち、酸素分圧が駆動制御時の２／３以下になるように設定することが望ましい。
【００３６】
更に、駆動回路２０は、センサ本体１０ａ各部（ここでは特にオペアンプＯＰ１，ＯＰ２、ＰＩＤ回路２２）及びヒータ１０ｂへの通電を行う通電回路２５と、Ｖｓセル１２の内部抵抗Ｒpvs を測定することによりセンサ本体１０ａの活性状態を判定し、通電回路２５を介して各部への通電を制御する活性判定通電制御回路２６と、活性判定通電制御回路２６からの指令にて起動し、タイムアウトするまでの一定時間（本実施形態では１５ｓｅｃ）の間、予備制御電圧Ｖf22 を選択し、タイムアウトすると駆動制御電圧Ｖf21 を選択するような切替信号Ｓchを電圧切替回路２４に供給するタイマー回路２７とを備えている。
【００３７】
また、図示しないが、第１及び第２ポンプ電流Ｉp1，Ｉp2の検出値として電流検出抵抗Ｒp1，Ｒp2の両端電圧を、ＥＣＵ６に対して出力するよう構成されている。なお、以下では、ＰＩＤ回路２２，活性判定通電制御回路２６，タイマー回路２７を総称して制御ブロックＢ１ともいう。
【００３８】
ここで、ＥＣＵ６が実行するＮＯｘセンサ起動処理、及びこのＮＯｘセンサ起動処理の実行時に制御ブロックＢ１が行う起動制御を図３に示すフローチャートに沿って説明する。
まず、ＥＣＵ６が実行するＮＯｘセンサ起動処理は、内燃機関Ｍ１の運転開始時に起動される。本処理が起動されると、図３（ａ）に示すように、まず駆動回路２０に対して起動指令を出力する（Ｓ１２０）。
【００３９】
そして、駆動回路２０が通常の駆動制御を開始したことを表す起動通知が駆動回路２０から入力されるまで待機し（Ｓ１５０−ＮＯ）、起動通知が入力されると（Ｓ１５０−ＹＥＳ）、ガスセンサ１０の出力、即ち第１及び第２ポンプ電流Ｉp1，Ip2の検出値（電流検出抵抗Ｒp1，Ｒp2の両端電圧）が正常な値を示すものであるとして、運転制御処理でのガスセンサ１０の出力の使用を許可して（Ｓ１６０）、本処理を終了する。
【００４０】
一方、制御ブロックＢ１では、起動制御の開始前には、活性判定通電制御回路２６のみが電源供給を受けて動作可能にされ、起動指令の入力待ち状態とされている。そして、ＥＣＵ６から起動指令が入力されると、起動制御が開始され、図３（ｂ）に示すように、起動指令を受けた活性判定通電制御回路２６は、まず、通電回路２５を介してヒータ１０ｂへの通電を開始する（Ｓ２１０）。この時、通電回路２５は、ヒータ１０ｂに一定電圧（本実施形態では１２Ｖ）を印加する。
【００４１】
これと共に、活性判定通電制御回路２６は、Ｖｓセル１２への電流供給（本実施形態では約２００ｋΩの抵抗を介して５Ｖを印加）を行うことにより、酸素基準室１８への酸素の汲み込みを開始する（Ｓ２２０）。センサ本体１０ａが加熱され、Ｖｓセル１２の内部抵抗が低下するに従って、電流供給に基づいたＶｓセル１２の両端電圧Ｖｓは徐々に低下する。
【００４２】
そして、Ｖｓセル１２の両端電圧Ｖｓを監視し、両端電圧Ｖｓが所定値Ｖth（本実施形態では１．５Ｖ）に以下になると（Ｓ２３０−ＹＥＳ）、Ｖｓセル抵抗の検出制御、及び通電回路２５を介したヒータ電圧のＰＩＤ制御を開始する（Ｓ２４０）。
【００４３】
このうち、Ｖｓセル抵抗の検出制御は、所定時間ＴＯ（例えば１ｓｅｃ）毎に実行され、まず、Ｖｓセル１２の両端電圧Ｖｓを読み込んで、これを基本検出電圧Ｖs1として設定する。続けてＶｓセル１２に対してパルス電圧を印加して、所定時間Ｔ１（例えば６０μｓｅｃ）経過後におけるＶｓセル１２の両端電圧Ｖｓを読み込んで、これを抵抗検出電圧Ｖs2として設定する。そして、両検出電圧の偏差ΔＶｓ（＝Ｖs1−Ｖs2）に基づいて、予め用意されたテーブルを参照する等してＶｓセル１２の内部抵抗Ｒpvs を求める。
【００４４】
つまり、Ｖｓセル１２の内部抵抗Ｒpvs はＶｓセル１２の素子温度に応じて変化するため、この内部抵抗Ｒpvs に基づいて、Ｖｓセル１２，ひいてはセンサ本体１０ａの素子温度を推定することができるのである。なお、内部抵抗Ｒpvs を求めるための具体的な回路構成や、内部抵抗Ｒpvs から素子温度を求める方法は、例えば、本願出願人の出願による特開平１０−１４２１９４号公報に詳述されているので、ここでは説明を省略する。
【００４５】
一方、ヒータ電圧のＰＩＤ制御では、このＶｓセル抵抗の検出制御によって検出される内部抵抗Ｒpvs が目標値（例えば２００Ω：７５０℃に相当）にて一定となるようにヒータ１０ｂへの通電を制御する。但し、ここでは、ヒータ１０ｂに印加する電圧の実効値は最大１３Ｖとする。また、ヒータ電圧のＰＩＤ制御を開始した時点の内部抵抗Ｒpvs は、通常、上述の目標値よりかなり大きな状態にある。
【００４６】
その後、内部抵抗Ｒpvs が、上記目標値より少し大きく設定されたしきい値（例えば３００Ω：６５０℃に相当）に達すると、センサ本体１０ａが十分に活性化されたものとして（Ｓ２５０−ＹＥＳ）、活性判定通電制御回路２６は、予備制御設定にて、通電回路２５にオペアンプＯＰ１，ＯＰ２、及びＰＩＤ回路２２への電源供給を開始させる。これにより、第１及び第２酸素ポンプセル１１，１３による第１及び第２測定室Ｓ１，Ｓ２内の酸素のポンピング、及びＰＩＤ回路２２による第１ポンプ電流Ｉp1のＰＩＤ制御が開始される（Ｓ２６０）。
【００４７】
なお、予備制御設定とは、電圧切替回路２４が、第２基準電圧Ｖf2として予備制御電圧Ｖf22 をオペアンプＯＰ２に印加する設定のことであり、切替信号Ｓchの初期状態が予備制御設定になっていれば、各部への通電を開始するだけでよい。
【００４８】
これと共に、活性判定通電制御回路２６は、タイマー回路２７を起動する（Ｓ２７０）。そして、タイマー回路２７が一定時間（例えば１５ｓｅｃ）後にタイムアウトすると（Ｓ２８０−ＹＥＳ）、タイマー回路２７は切替信号Ｓchの設定を駆動制御設定（電圧切替回路２４が第２基準電圧Ｖf2として駆動制御電圧Ｖf21 を出力する設定）に切り替えると共に、活性判定通電制御回路２６は、通常の駆動制御を開始したことを表す起動通知をＥＣＵ６に対して出力した後、本処理を終了する。なお、改めて起動通知を生成するのではなく、切替信号Ｓchを起動通知として兼用してもよい。
【００４９】
ここで、図４は、上述の起動制御の実行時にガスセンサ１０を用いて行ったＮＯｘ濃度（第２ポンプ電流Ｉp2の検出値）の測定結果を示す。図中点線にて示すグラフは、予備制御を実行しない比較例についての測定結果である。
但し、起動制御開始時における第１及び第２測定室Ｓ１，Ｓ２の雰囲気を大気と等しい状態にして測定を行った。また、上述の起動制御では、本来、起動制御の開始時点から予備制御の開始時点までの間は、第２ポンプ電圧Ｖp2の印加を行わないのであるが、ここでは、この間の第２ポンプ電流Ｉp2も測定するために、この間も駆動制御設定にて第２ポンプ電圧Ｖp2の印加を行った。
【００５０】
図４に示すように、ガスセンサ１０が起動されると（時刻ｔ１）、第２測定室Ｓ２に存在する多量の酸素により、過大な第２ポンプ電流Ｉp2が流れる。
センサ本体１０ａが活性温度まで加熱され、予備制御が開始されると（時刻ｔ２）、通常より高い第２ポンプ電圧Ｖp2が印加されたＰ２セル１３によって、第２測定室Ｓ２の酸素が急速に汲み出されることにより酸素が欠乏し、これに伴って第２ポンプ電流Ｉp2は急激に低下する。
【００５１】
その後、タイマー回路２７がタイムアウトして、予備制御から通常の駆動制御に切り替わると（時刻ｔ３）、第１測定室Ｓ１に残存する酸素が第２測定室Ｓ２に流れ込むことにより、第２ポンプ電流Ｉp2が一時的に上昇するが、その後、ＮＯｘ濃度のに対応した大きさ（０ｐｐｍ近傍）に向けて収束する。
【００５２】
この第２ポンプ電流Ｉp2が一時的に上昇したピーク時（時刻ｔ４）の値（約１３０ｐｐｍ）は、予備制御を行わない場合の検出値（約４３０ｐｐｍ）と比較して、１／３程度の大きさとなる。また、この時点以降は、予備制御の有無に関わらずいずれの場合も駆動制御が行われるため、Ｐ２セル１３により酸素の汲み出し能力はいずれの場合も同等となる。つまり、予備制御を行うことにより、第２測定室Ｓ２が速やかに低酸素濃度状態となり、ガスセンサ１０が正確な測定結果を出力するようになるまでの時間が大幅に短縮されることがわかる。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態のエンジン制御システムでは、センサ本体１０ａが活性化すると、通常の駆動制御時より第２ポンプ電圧Ｖp2を高く設定した予備制御を一定期間だけ行った後、通常の駆動制御を開始するようにされているので、第２測定室Ｓ２内の酸素濃度を速やかに低下させることができる。
【００５４】
その結果、ガスセンサ１０の起動後、短い待ち時間にて、ガスセンサ１０の出力を使用した制御が可能になるため、例えば内燃機関Ｍ１が短時間しか運転されない場合であっても、ガスセンサ１０の出力を有効に利用することができる。
なお、本実施形態では、予備制御から駆動制御への切替タイミングを、タイマー回路２７を用いて生成しているが、図５に示すように、タイマー回路２７を省略し、代わりに、電流検出抵抗Ｒp2の両端電圧を検出する電流検出回路２８と、その検出電圧を、例えば、ＮＯｘ濃度が０ｐｐｍに相当する所定の第５基準電圧Ｖf5と比較するオペアンプＯＰ３からなる比較回路２９とを設け、このオペアンプＯＰ３の出力を切替信号Ｓchとしてもよい。この場合、検出電圧が第５基準電圧Ｖf5より低下すると、第２ポンプ電圧Ｖp2の設定が予備制御電圧Ｖf22 から駆動制御電圧Ｖf21 に切替わることになる。
【００５５】
また、上記実施形態では、制御ブロックＢ１をハードウェアにて実現しているが、図６（ａ）に示すように、これをＣＰＵ３０に置き換えてソフトウェアにて実現してもよい。この場合、ＣＰＵ３０は、Ｖｓセル１２の両端電圧Ｖｓを読み込むためのＡ／Ｄ変換器、及び第１ポンプ電流供給回路２１への制御信号を出力するためのＤ／Ａ変換器、電圧切替回路２４へ切替信号Ｓchを出力したり、通電回路２５へ各種指令を出力するための出力ポート、ＥＣＵ６との間で起動指令，起動通知を入出力するための入力及び出力ポート等を備える必要がある。
【００５６】
そして、ＣＰＵ３０は、これらＡ／Ｄ変換器，Ｄ／Ａ変換器，入出力ポートを介して入出力される各種信号に基づき、ＰＩＤ回路２２と同等の制御を実現するＰＩＤ制御処理の他、図３（ｂ）にて示されたフローチャートと同等の制御を実現する起動制御処理、起動制御処理の中で起動されるＶｓセル抵抗の検出制御、ヒータ電圧のＰＩＤ制御に相当する処理を並列に実行すればよい。
【００５７】
更に、図６（ｂ）に示すように、電圧切替回路２４もＣＰＵ３０に取り込み、ＣＰＵ３０には、切替信号Ｓch用の出力ポートの代わりに、第２基準電圧Ｖf2を発生させるためのＤ／Ａ変換器を設けるように構成してもよい。
また、図６（ａ）（ｂ）において、図５に示した場合と同様に、第２ポンプ電流を検出して、第２基準電圧Ｖf2（第２ポンプ電圧Ｖp2）の切替を行う場合には、ＣＰＵ３０に、電流検出回路（図示せず）での検出電圧を取り込むためのＡ／Ｄ変換器を追加する必要がある。
【００５８】
この場合、図３に示したフローチャートのＳ２７０，Ｓ２８０も、図７に示すように変更する必要がある。即ち、Ｓ２７０では、第２ポンプ電流Ｉp2を検出し、続くＳ２８０では、検出した第２ポンプ電流Ｉp2とＮＯｘ濃度が０ｐｐｍに相当するしきい値Ｉthとを比較し、しきい値Ｉthより大きければＳ２７０に戻り、しきい値Ｉthより小さくなればＳ２９０に移行して、予備制御から駆動制御に切り替えるようにすればよい。
【００５９】
また更に、図６（ａ）（ｂ）において、制御ブロックＢ１中のＰＩＤ回路２２以外の部分のみをＣＰＵ３０に置き換えてもよい。
また、上記実施形態では、第１ポンプ電流供給回路２１を、オペアンプＯＰ１を中心とした増幅回路により構成したが、図８に示すように、各セル１１〜１３の共通接続側電極に、第１基準電圧Ｖf1を直接印加し、ＰＩＤ回路２２の出力を、電流検出抵抗Ｒp1を介するだけで、そのままＰ１セル１１に印加するように構成してもよい。
【００６０】
このような第１ポンプ電流供給回路２１の置き換えは、図５，６に示した各変形例にも同様に適用でき、これを適用することにより、回路構成を簡易化できる。
［第２実施形態］
次に第２実施形態について説明する。
【００６１】
本実施形態では、駆動回路の構成が一部異なる以外は、第１実施形態と同様であるため、同一構成要素については同一符号を付して説明を省略し、構成の相異する部分を中心に説明する。
本実施形態において駆動回路２０は、図９に示すように、電圧切替回路２４が省略され、第２ポンプ電圧印加回路２３を構成するオペアンプＯＰ２の非反転入力端子には、第１実施例における駆動制御電圧Ｖf21 に等しい一定の第２基準電圧Ｖf2が印加されている。
【００６２】
また、駆動回路２０は、タイマー回路２７が出力する切替信号Ｓchに従って、駆動制御設定時には第１ポンプ電流供給回路２１の出力、予備制御設定時には所定の第３基準電圧Ｖf3をＰ１セル１１に供給する第１切替回路３１と、同じく切替信号Ｓchに従って、予備制御設定時にのみ、各セル１１〜１３の共通接続側電極に第４基準電圧Ｖf4（＝Ｖf1）を印加する第２切替回路３２とを備えている。
【００６３】
つまり、駆動制御時には、ＰＩＤ制御された第１ポンプ電流Ｉp1をＰ１セル１１に供給し、予備制御時には、一定の第１ポンプ電圧Ｖp1（＝Ｖf3−Ｖf4、本実施形態では１０００ｍＶ）をＰ１セル１１に印加するようにされている。
但し、予備制御時に印加する一定の第１ポンプ電圧Ｖp1は、第１実施形態において予備制御時に印加する第２ポンプ電圧Ｖp2と同様に、駆動制御時の第１ポンプ電圧Ｖp1（例えば２９０ｍＶ）より大きく（望ましくは１０ｍＶ以上大きいこと）、且つＰ１セル１１の耐圧上限（例えば３０００ｍＶ）までの範囲に設定する必要がある。
【００６４】
そして、制御ブロックＢ１では、予備制御時（Ｓ２６０）に、第２ポンプ電圧Ｖp2ではなく、第１ポンプ電圧Ｖp1を通常の駆動制御時より高い一定電圧に設定する以外は、第１実施形態の場合と全く同様の起動制御（図３（ｂ）参照）を実施する。
【００６５】
そして、予備制御時に、駆動制御時より高い第１ポンプ電圧Ｖp1が設定されると、センサ本体１０ａでは、Ｐ１セル１１が第１測定室Ｓ１から駆動制御時より多くの酸素を汲み出すため、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度が急速に低下する。
その結果、第１測定室Ｓ１から第２測定室Ｓ２に、新たな酸素が流れ込むことが阻止されるだけでなく、逆に、第２測定室Ｓ２から第１測定室Ｓ１に向けて余分な酸素が漏出することになるため、第２測定室Ｓ２の酸素濃度も速やかに低下することになる。
【００６６】
従って、本実施形態のエンジン制御システムによれば、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施形態では、第４基準電圧Ｖf4を第１基準電圧Ｖf1と等しくしたが、これを第１基準電圧より小さく（Ｖf4＜Ｖf1）設定してもよい。この場合、予備制御時には、Ｐ２セル１３に印加される第２ポンプ電圧Ｖp2（＝Ｖf2−Ｖf4）も駆動時より大きくなるため、より効率よく第２測定室Ｓ２内の酸素濃度を低下させることができる。
【００６７】
また、本実施形態でも、第１実施形態の各変形例（図５，６，８参照）と同様に、タイマー回路２７の代わりに、図５に示された、電流検出回路２８，比較回路２９を設け、第２ポンプ電流Ｉp2の検出値に基づいて切替信号Ｓchを生成したり、第１ポンプ電流供給回路２１を、オペアンプＯＰ１を省略したものに置き換えたり、制御ブロックＢ１の全部又は一部をＣＰＵ３０に置き換えたりしてもよい。
【００６８】
特に、第１ポンプ電流供給回路２１の置き換えを行った場合には、図１０に示すように、第２切替回路３２も省略することができる。
また、制御ブロックＢ１をＣＰＵ３０に置き換えると共に、第１ポンプ電流供給回路２１を、オペアンプＯＰ１を省略したものに置き換えた場合には、図１１（ａ）に示す構成となり、更に、第１切替回路３１の機能をＣＰＵ３０に取り込んで、図１１（ｂ）に示す構成としてもよい。
【００６９】
この場合、ＣＰＵ３０は、予備制御時には、駆動制御時にＰＩＤ制御された第１ポンプ電流Ｉp1を供給するためのＤ／Ａ変換出力から、一定電圧を供給するような処理を行えばよい。
［第３実施形態］
次に第３実施形態について説明する。
【００７０】
本実施形態では、駆動回路の構成が一部異なる以外は、第１実施形態と同様であるため、同一構成要素については同一符号を付して説明を省略し、構成の相異する部分を中心に説明する。
本実施形態において駆動回路２０は、図１２に示すように、電圧切替回路２４が省略され、第２ポンプ電圧印加回路２３を構成するオペアンプＯＰ２の非反転入力端子には、駆動制御電圧Ｖf21 に設定された一定の第２基準電圧Ｖf2が印加されている。
【００７１】
また、ＰＩＤ回路２２が、第１ポンプ電流Ｉp1をＰＩＤ制御する際に、Ｖｓセル１２の両端電圧Ｖｓの目標電圧を外部から設定可能なように構成されている。更に、駆動回路２０は、タイマー回路２７が出力する切替信号Ｓchに従って、駆動制御設定時には駆動制御目標電圧Ｖf61 （例えば４２５ｍＶ）、予備制御設定時には駆動制御目標電圧Ｖf61 より高い予備制御目標電圧Ｖf62 （例えば８５０ｍＶ）をＰＩＤ回路２２に供給する目標電圧切替回路３３を備えている。
【００７２】
なお、本実施形態では、この目標電圧切替回路３３も制御ブロックＢ１に含まれるものとする。また、予備制御目標電圧Ｖf62 より大きく、Ｖｓセル１２の最大出力電圧（例えば１０００ｍＶ程度）までの範囲内で適宜設定すればよい。
つまり、予備制御時には、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度が駆動制御時より低くなるような目標電圧が設定され、より多くの第１ポンプ電流Ｉp1が第１測定室Ｓ１から酸素を汲み出す方向に流れるようにされている。
【００７３】
また、制御ブロックＢ１では、予備制御開始時（Ｓ２６０）に、第２ポンプ電圧Ｖp2を駆動制御時より高い一定電圧に設定する代わりに、ＰＩＤ制御の目標電圧を駆動制御時より高い値（第１測定室Ｓ１の酸素濃度が低くなる値）に変更する以外は、第１実施形態の場合と同様の起動制御（図３（ｂ）参照）を実施する。
【００７４】
そして、予備制御時に、ＰＩＤ制御の目標電圧が変更されると、センサ本体１０ａでは、Ｐ１セル１１が第１測定室Ｓ１から駆動制御時より多くの酸素を汲み出すため、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度が急速に低下する。その結果、第２実施形態の場合と同様に、第１測定室Ｓ１から第２測定室Ｓ２に、新たな酸素が流れ込むことが阻止されるだけでなく、逆に、第２測定室Ｓ２から第１測定室Ｓ１に向けて余分な酸素が漏出することになるため、第２測定室Ｓ２の酸素濃度も速やかに低下することになる。
【００７５】
従って、本実施形態のエンジン制御システムによれば、第１及び第２実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施形態でも、第１実施形態の各変形例（図５，６，８参照）と同様に、タイマー回路２７の代わりに、図５に示された、電流検出回路２８，比較回路２９を設け、第２ポンプ電流Ｉp2の検出値に基づいて切替信号Ｓchを生成したり、第１ポンプ電流供給回路２１を、オペアンプＯＰ１を省略したものに置き換えたり、目標電圧切替回路３３を含む制御ブロックＢ１の全部又は一部をＣＰＵ３０に置き換えたりしてもよい。
【００７６】
そして、例えば、制御ブロックＢ１をＣＰＵ３０に置き換えた場合には、図１３に示す構成となり、更に、第１ポンプ電流供給回路２１を、オペアンプＯＰ１を省略したものに置き換えた場合には、先に図１１（ｂ）にて示したものと、同様の構成となる。
［第４実施形態］
次に第４実施形態について説明する。
【００７７】
本実施形態では、駆動回路の構成が一部異なる以外は、第３実施形態と同様であるため、同一構成要素については同一符号を付して説明を省略し、構成の相異する部分を中心に説明する。
本実施形態において駆動回路２０は、図１４に示すように、第２ポンプ電圧印加回路２３から第２ポンプセル１３に至る線路中に該線路を開閉するスイッチ３４が設けられ、また、タイマ回路２７の代わりに、目標電圧切替回路３３及びスイッチ３４の切替を制御するための切替信号Ｓchを生成する切替制御回路３５が設けられている。
【００７８】
スイッチ３４は、切替信号Ｓchにより駆動制御電圧Ｖf61 が選択されている時には閉成（駆動制御設定という）され、予備制御電圧Ｖf62 が選択されている時には開放（予備制御設定という）されるように構成されている。
つまり、予備制御時には、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度が駆動制御時より低くなるような目標電圧が設定されることで、より多くの第１ポンプ電流Ｉp1が第１測定室Ｓ１から酸素を汲み出す方向に流れると共に、第２酸素ポンプセル１３への第２ポンプ電圧Ｖp2の印加が禁止されることで、第２酸素ポンプセル１３が酸素濃度測定セルとして動作することになる。
【００７９】
そして、切替制御回路３５は、活性判定通電制御回路２６からの指令に従って起動されると、予備制御設定となる切替信号Ｓchを出力後、第２酸素ポンプセル１３の出力電圧を監視し、該出力電圧が所定の酸素濃度に対応したしきい値Ｖthに達すると、駆動制御設定となる切替信号Ｓchを出力するように動作する。
【００８０】
従って、この場合、制御ブロックＢ１が実行する起動制御は、図３（ｂ）のＳ２７０，Ｓ２８０が、図７（ｂ）に示すＳ２６５〜Ｓ２８５に変更したものとなる。
即ち、ＰＩＤ制御の目標電圧が予備制御電圧Ｖf62 に変更され予備制御が開始（Ｓ２６０）されると、スイッチ３４を開放（Ｓ２６５）して、第２酸素ポンプセル１３の出力電圧ＶＯを検出（Ｓ２７０）する。その検出電圧ＶＯがしきい値Ｖthより大きい（Ｓ２８０−ＮＯ）間は、Ｓ２７０に戻って第２酸素ポンプセル１３の監視を続け、検出電圧ＶＯがしきい値Ｖth以下（Ｓ２８０−ＹＥＳ）になると、第２測定室Ｓ２の酸素濃度は十分に低下したものとして、スイッチ３４を閉成し（Ｓ２８５）、ＰＩＤ制御の目標電圧を駆動制御電圧Ｖf61 に切り替えることにより、予備制御を終了し通常の駆動制御を開始するように変更すればよい。
【００８１】
このように、本実施形態では、予備制御の間、第２酸素ポンプセル１３を酸素濃度測定セルとして使用し、第２測定室Ｓ２内の状態に応じて予備制御の終了タイミングを決めている。従って、本実施形態によれば、ガスセンサ１０ａから正常な測定結果が得られるタイミングを正確に知ることができるだけでなく、予備制御による酸素の汲み出しが過剰に行われてしまうことがないため、通常の駆動制御に戻した時に、第１又は第２酸素ポンプセルに逆電流が流れることを防止することができる。
【００８２】
なお、本実施形態でも、他の実施形態と同様に、第１ポンプ電流供給回路２１をオペアンプＯＰ１を省略したものに置き換えたり、制御ブロックＢ１の全部又は一部をＣＰＵ３０に置き換えてもよい。そして、例えば制御ブロックＢ１の全部をＣＰＵ３０にて置き換えた場合には、図１８に示す構成となり、第３実施形態の場合（図１３）と比較して、ＣＰＵ３０には、スイッチ３４に対する切替信号Ｓchを出力するための出力ポート、及び第２酸素ポンプセル１３の起電力を入力するためのＡ／Ｄ変換器を追加して備える必要がある。
【００８３】
また、本実施形態の特徴的な構成、即ち、スイッチ回路３４、及びタイマ回路２７の代わりに切替制御回路３５を設け、予備制御の間、第２酸素ポンプセル１３を酸素濃度測定セルとして使用する構成は、第２実施形態に示した駆動回路に対しても同様に適用することができる。
［第５実施形態］
次に第５実施形態について説明する。
【００８４】
本実施形態では、駆動回路の構成の一部、及びＥＣＵ６が実行するＮＯｘセンサ起動処理の内容が異なる以外は、第１〜第３実施形態と同様であるため、同一構成要素については同一符号を付して説明を省略し、構成の相異する部分を中心に説明する。
【００８５】
即ち、本実施形態において駆動回路２０を構成する活性判定通電制御回路２６は、ヒータ１０ｂの加熱によりセンサ本体１０ａが活性化されたと判断した時点（Ｓ２５０−ＹＥＳ：図３（ｂ）参照）で、ＥＣＵ６に対して、その旨を表す活性通知を出力するようにされている（図示せず）。
【００８６】
そして、ＮＯｘセンサ起動処理では、図１５に示すように、本処理が起動されると、まず、内燃機関Ｍ１の運転状態を制御する運転制御処理に対して、ストイキ或いはリッチ空燃比での運転要求を設定する（Ｓ１１０）。センサ本体内がストイキ或いはリッチの排ガスで満たされるまでタイマー制御し、その後、駆動回路２０に対して起動指令を出力する（Ｓ１２０）。
【００８７】
その後、駆動回路２０から活性通知が入力されるまで待機し（Ｓ１３０−ＮＯ）、活性通知が入力されると（Ｓ１３０−ＹＥＳ）、運転制御処理に対するストイキ或いはリッチ空燃比での運転要求を解除し（Ｓ１４０）、今度は、駆動回路２０から起動通知が入力されるまで待機する（Ｓ１５０−ＮＯ）。
【００８８】
そして、駆動回路２０から起動通知が入力されると（Ｓ１５０−ＹＥＳ）、運転制御処理等でのガスセンサ１０の出力の使用を許可して（Ｓ１６０）、本処理を終了する。
このように、ストイキ或いはリッチ空燃比での運転を行うと、内燃機関Ｍ１からは、酸素が殆ど含まれていないか酸素の欠乏したガスが排出され、このガスにより、ガスセンサ１０の第１及び第２測定室Ｓ１，Ｓ２内のガスが置換される。その結果、第１及び第２測定室Ｓ１，Ｓ２内の酸素濃度は大きく低下するため、ガスセンサ１０はセンサ本体１０ａが活性化した後、速やかに正確な検出結果を出力するようになる。
【００８９】
従って、本実施形態のエンジン制御システムによれば、第１〜第３実施形態の場合と同様に、ガスセンサ１０の起動後、短い待ち時間にて、ガスセンサ１０の出力を使用した各種制御が可能になり、例えば内燃機関Ｍ１が短時間しか運転されない場合であっても、ガスセンサ１０の出力を有効に利用することができる。
【００９０】
ここで図１６は、ガスセンサ１０を、リーン（大気），ストイキ（λ＝１．００），リッチ（λ＝０．９０）の各雰囲気内に配置して、センサの活性化後に駆動制御を行った時に測定したＮＯｘ濃度（第２ポンプ電流Ｉp2の検出値）の測定結果を表すグラフである。なお、第２ポンプ電流Ｉp2の測定のため、第２ポンプ電圧Ｖp2の印加については、ヒータ１０ｂの通電と同時に行った。
【００９１】
図１６に示すように、リッチ雰囲気の場合は、図中実線にて示すように、ガスセンサ１０が起動された時点（時刻ｔ１１）で、第２測定室Ｓ２は酸素が欠乏した状態にあるため、通常とは反対に酸素を汲み入れる方向に電流が流れ、その後、駆動制御が開始されると（時刻ｔ１２）、その直後からＮＯｘ濃度の検出値は０ｐｐｍを示す。また、ストイキ雰囲気の場合では、図中一点鎖線にて示すように、駆動制御が開始されると、ＮＯｘ濃度の検出値は、速やかに０ｐｐｍに収束しており、リーン雰囲気の場合では、図中点線にて示すように、３００ｓｅｃ経過後であっても、まだ１００ｐｐｍもの酸素が残存している。
【００９２】
このように、第１〜第３実施形態に示した予備制御と組み合わせないで、ストイキ或いはリーン空燃比での運転のみを行った場合であっても、これを行わない場合と比較して、ガスセンサ１０が正確な検出結果を出力するようになるまでの時間を大幅に短縮できることがわかる。
【００９３】
なお、本実施形態では、ストイキ或いはリッチ空燃比での運転を、ガスセンサ１０の起動後、センサ本体１０ａが活性化するまでの間だけ行っているが、ガスセンサ１０の起動後、予め設定された一定期間だけ行うようにしてもよい。
以上本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な態様にて実施することが可能である。
【００９４】
例えば、上記実施形態では、制御ブロックＢ１をＣＰＵ３０に置き換えた場合、これをＥＣＵ６とは別体に設けているが、ＣＰＵ３０の機能をＥＣＵ６に含めるようにして、ＣＰＵ３０を省略するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 エンジン制御システムの全体構成を表す説明図である。
【図２】 第１実施形態における駆動回路の構成を表す回路図である。
【図３】 ＥＣＵが実行するＮＯｘセンサ起動処理、及び処理ブロックが実行する起動制御の内容を表すフローチャートである。
【図４】 起動時に検出されるＮＯｘ濃度の変化を表すグラフである。
【図５】 第１実施形態における駆動回路の変形例の構成を表す回路図である。
【図６】 第１実施形態における駆動回路の変形例の構成を表す回路図である。
【図７】 起動制御の置換部分の内容を表すフローチャートである。
【図８】 第１実施形態における駆動回路の変形例の構成を表す回路図である。
【図９】 第２実施形態における駆動回路の構成を表す回路図である。
【図１０】 第２実施形態における駆動回路の変形例の構成を表す回路図である。
【図１１】 第２実施形態における駆動回路の変形例の構成を表す回路図である。
【図１２】 第３実施形態における駆動回路の構成を表す回路図である。
【図１３】 第３実施形態における駆動回路の変形例の構成を表す回路図である。
【図１４】 第４実施形態における駆動回路の構成を表す回路図である。
【図１５】 第５実施形態におけるＮＯｘセンサ起動処理の内容を表すフローチャートである。
【図１６】 測定室内の雰囲気を変化させた時に、起動時に検出されるＮＯｘ濃度の変化を表すグラフである。
【図１７】 ＮＯｘセンサの構成を表す説明図である。
【図１８】 第３実施形態における駆動回路の変形例の構成を表す回路図である。
【符号の説明】
６…電子制御装置（ＥＣＵ）、１０…ガスセンサ、１０ａ…センサ本体、１０ｂ…ヒータ、１１…第１酸素ポンプセル（Ｐ１セル）、１２…酸素濃度測定セル（Ｖｓセル）、１３…第２酸素ポンプセル（Ｐ２セル）、１４…絶縁層、１６…第１拡散経路、１７…第２拡散経路、１８…酸素基準室、２０…駆動回路、２１…第１ポンプ電流供給回路、２２…ＰＩＤ回路、２３…第２ポンプ電圧印加回路、２４…電圧切替回路、２５…通電回路、２６…活性判定通電制御回路、２７…タイマー回路、２８…電流検出回路、２９…比較回路、３０…ＣＰＵ、３１…第１切替回路、３２…第２切替回路、３３…目標電圧切替回路、３４…スイッチ、３５…切替制御回路、Ｂ１…制御ブロック、Ｍ１…内燃機関、Ｍ２…吸気管、Ｍ３…排気管、Ｍ４…スロットルバルブ、Ｍ５…インジェクタ、ＯＰ１〜３…オペアンプ、Ｒp1，Ｒp2…電流検出抵抗、Ｓ１…第１測定室、Ｓ２…第２測定室
Claims (4)
- 被測定ガス空間に連通した第１測定室と、該第１測定室に連通した第２測定室と、一対の多孔質電極の一つが前記第１測定室に配置されると共に、前記第１測定室内の酸素をポンピングする第１酸素ポンプセルと、一対の多孔質電極の一つが前記第２測定室に配置されると共に、前記第２測定室内の酸素をポンピングする第２酸素ポンプセルと、を有するセンサ本体と、
前記センサ本体を加熱するヒータと、
を有し、前記第２酸素ポンプセルを流れる第２ポンプ電流が、被測定ガス中に含まれる特定物質の濃度に対応した出力として用いられるガスセンサの制御方法であって、
前記ガスセンサの起動時には、前記ヒータへの通電を開始する一方、通常の駆動制御を開始する前に、前記第２酸素ポンプセルに印加する第２ポンプ電圧を通常の駆動制御時よりも高い値に設定し、且つ、前記第１酸素ポンプセルに印加する第１ポンプ電圧を通常の駆動制御時よりも高い値に設定する予備制御を行って、前記第２測定室内の酸素濃度を低下させることを特徴とするガスセンサの制御方法。 - 被測定ガス空間に連通した第１測定室と、該第１測定室に連通した第２測定室と、一対の多孔質電極の一つが前記第１測定室に配置されると共に、前記第１測定室内の酸素をポンピングする第１酸素ポンプセルと、一対の多孔質電極の一つが前記第２測定室に配置されると共に、前記第２測定室内の酸素をポンピングする第２酸素ポンプセルと、一対の多孔質電極の一つが前記第１測定室に配置されると共に、前記第１測定室内の酸素濃度を測定する酸素濃度測定セルと、を有するセンサ本体と、
前記センサ本体を加熱するヒータと、
を有し、前記第２酸素ポンプセルを流れる第２ポンプ電流が、被測定ガス中に含まれる特定物質の濃度に対応した出力として用いられるガスセンサの制御方法であって、
通常の駆動制御には、前記酸素濃度測定セルの出力電圧が目標電圧と一致するように前記第１酸素ポンプセルに前記第１ポンプ電圧を印加し、
前記ガスセンサの起動時には、前記ヒータへの通電を開始する一方、通常の駆動制御を開始する前に、前記第２酸素ポンプセルに印加する第２ポンプ電圧を通常の駆動制御時よりも高い値に設定し、且つ、前記酸素濃度測定セルの出力電圧が前記目標電圧よりも高い値となるように前記第１酸素ポンプセルに前記第１ポンプ電圧を印加する予備制御を行って、前記第２測定室内の酸素濃度を低下させることを特徴とするガスセンサの制御方法。 - 前記ガスセンサの起動時に、前記酸素濃度測定セルの内部抵抗が予め設定されたしきい値に達すると、前記予備制御を開始させることを特徴とする請求項２に記載のガスセンサの制御方法。
- 前記第２酸素ポンプセルに流れる第２ポンプ電流が予め設定された判定値に達すると、前記予備制御から通常の駆動制御への切替を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか記載のガスセンサの制御方法。
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