JP4903895B2 - センサ制御装置及びセンサ制御装置の制御方法 - Google Patents
センサ制御装置及びセンサ制御装置の制御方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、検知対象ガスに含まれる特定ガスの濃度を表す濃度対応値を算出するセンサ制御装置及びセンサ制御装置の制御方法に関する。
従来、排気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」と言う。）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と、第一酸素ポンプセルと、第二酸素ポンプセルとを備えている。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一酸素ポンプセルによって第一測定室から酸素を汲み出して第一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、第二酸素ポンプセルの電極間に一定電圧を印加して、第一測定室から第二測定室に導入されたガス（第一酸素ポンプセルにより酸素濃度が調整されたガス）から第二酸素ポンプセルによって酸素を汲み出す。この一定電圧の印加によって第二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（以下、検知対象ガス中のＮＯｘ濃度を検知する処理を「検知処理」と言う。）。
ＮＯｘセンサを用いて、例えば、自動車の内燃機関から排出される排気ガスに含まれる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起動するまでの経過時間に応じて、第二測定室に存在するガスは、大気雰囲気に近いリーン状態となる。そのため、ＮＯｘセンサには、内燃機関の起動時に、第二測定室に存在する酸素や第二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、第二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、排気ガスに含まれる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。例えば、予備制御として、ガスセンサ素子の起動後に通常制御時よりも高い一定電圧を第二酸素ポンプセルの電極間に印加して、第二測定室に存在する酸素に含まれる酸素を一時的に急激に汲み出している（例えば、特許文献１及び２参照）。
一般的に、第二酸素ポンプセルに印加される電圧値が所定値以上である場合、第二酸素ポンプセルの電極上において検知対象ガスに含まれる水（Ｈ２Ｏ）の解離が発生すること、及び、第二酸素ポンプセルの電極間に流れる電流値は、Ｈ２Ｏの濃度に応じて増加することが知られている。即ち、第二酸素ポンプセルに所定値以上の一定の電圧が印加される場合、第二酸素ポンプセルによる酸素の汲み出し量は、Ｈ２Ｏ濃度に依存して異なる。そのため、内燃機関の起動時に、第二酸素ポンプセルに、通常制御時より高い一定電圧が印加された場合、同一個体のガスセンサであっても、起動時間がＨ２Ｏ濃度に依存して異なるという問題が生じる。起動時間とは、ガスセンサを起動してから、検知対象ガスに含まれるＮＯｘ濃度対応値を安定して検知可能となるまでの時間である。
さらに、特定ガス濃度とガスセンサが出力する濃度信号との関係を表す特性（以下、「出力特性」と言う。）はガスセンサ毎に異なる場合がある。例えば、製造バラツキに起因して、複数のガスセンサ間で、同じＮＯｘ濃度下であっても出力特性がばらつく場合がある。このため、検知対象ガス中のＨ２Ｏ濃度が一定である場合であっても、起動時間が、出力特性に依存してガスセンサ毎に異なるという問題が生じる。
上記課題は、ＮＯｘ濃度対応値を検知するＮＯｘセンサ素子に限定される課題ではなく、酸素ポンプセルを用いて種々の特定ガスの濃度を検知するガスセンサに生じる課題である。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、同一個体のガスセンサにおける検知処理実行時毎の起動時間のバラツキを、ガスセンサ毎の出力特性のバラツキを考慮して低減させたセンサ制御装置及びセンサ制御装置の制御方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、第一態様のセンサ制御装置は、検知対象ガスが導入される第一測定室と、第一固体電解質層と一対の第一電極とを備え、前記一対の第一電極が前記第一測定室の内側と外側とに設けられる第一酸素ポンプセルと、前記第一測定室に連通する第二測定室と、第二固体電解質層と一対の第二電極とを備え、前記一対の第二電極が前記第二測定室の内側と外側とに設けられた第二酸素ポンプセルとを備えるガスセンサと、前記第一測定室に導入された前記検知対象ガスの酸素濃度を、前記第一酸素ポンプセルへの通電によって調整するとともに、前記第二酸素ポンプセルへ通常電圧を印加する駆動制御を行う駆動回路部と、前記通常電圧が印加された前記第二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備える制御部とを備えるセンサ制御装置であって、前記制御部はさらに、前記駆動制御を開始する前に、前記第二酸素ポンプセルに対して、一定の電流を一定時間供給して、前記第二測定室から当該第二測定室外部に汲み出す酸素量を一定に制御する予備制御を実行する予備制御手段を備え、前記センサ制御装置はさらに、前記ガスセンサ毎に決定された、前記酸素量の調整に関する前記センサ制御装置の制御条件であって、濃度既知の基準ガスのもとで前記予備制御を実行した後に前記駆動制御を開始した場合の、当該駆動制御を開始してから前記算出手段によって算出される前記濃度対応値を、目標範囲内に収める前記制御条件を記憶する記憶手段を備え、前記予備制御手段は、前記制御条件のもとで、前記予備制御を実行することを特徴とする。
第二酸素ポンプセルが汲み出す酸素の量は、第二酸素ポンプセルが備える一対の第二電極間に流れる電流値に比例する。このため、第一態様のセンサ制御装置では、予備制御終了時点において、第二測定室内の酸素濃度は、同一個体のガスセンサであれば、検知対象ガスに含まれるＨ２Ｏ濃度によらずほぼ同じ濃度となる。さらに、第一態様のセンサ制御装置では、予備制御実行時の酸素量を調整する制御条件がガスセンサ毎に決定されることによって、濃度既知の基準ガスのもとでの駆動制御を開始してからの濃度対応値の経時変化のパターンが、目標範囲内に収まる。つまり、予備制御実行時の酸素量を調整する制御条件が各ガスセンサに対して個別に設定されることによって、センサ制御装置は、ガスセンサの製造バラツキ等の影響を受けずに、駆動制御を開始後に算出される濃度対応値を目標範囲内に収めるができる。即ち、異なる出力特性を有するガスセンサを備えたセンサ制御装置において、駆動制御を開始後に算出される濃度対応値を比較した場合、各センサ制御装置の濃度対応値の経時変化は目標範囲内に収まる。目標範囲は、駆動制御開始後の濃度対応値の許容バラツキを考慮して適宜定められる。したがって、第一態様のセンサ制御装置は、検知対象ガスのＨ２Ｏ濃度がセンサ制御装置の起動毎に異なる場合にも、また、ガスセンサが出力特性のバラツキを有する場合にも、予備制御終了後（換言すれば、駆動制御開始後）に算出される濃度対応値の経時変化はほぼ同じパターンを示す。即ち、センサ制御装置は、同一個体のガスセンサにおける検知処理実行時毎の起動時間のバラツキを、ガスセンサ毎の出力特性のバラツキを考慮して低減させることができる。さらに、第一態様のセンサ制御装置は、目標範囲を起動時間の終了の判定に用いる所定範囲を考慮して設定することによって、第一態様のセンサ制御装置と同様の予備制御が実行されない場合に比べ、起動時間を短くすることができる。
第一態様のセンサ制御装置において、前記制御条件は、前記一定の電流及び前記一定時間の少なくともいずれかが前記ガスセンサ毎に決定された条件を含んでいてもよい。この場合のセンサ制御装置は、予備制御実行時の第二酸素ポンプセルの通電条件を制御するという簡単な制御を実行することによって、駆動制御開始後の濃度対応値のガスセンサ毎のバラツキを低減させることができる。制御条件のうち、第二酸素ポンプセルへの通電時間に、複数のガスセンサ間で共通の時間（一定時間）を設定した上で、出力特性を考慮してガスセンサ毎に個別に一定の電流の値を設定した場合には、第一態様のセンサ制御装置は、起動してから駆動制御を実行するまでの時間を、ガスセンサ毎でほぼ同じとすることができる。
第一態様のセンサ制御装置において、前記センサ制御装置はさらに、前記ガスセンサを加熱するヒータと、前記ヒータの通電を制御するヒータ制御部とを備え、前記制御条件は、前記ガスセンサ毎に決定された当該ガスセンサの目標加熱温度を含み、前記予備制御手段は、前記ヒータ制御部を制御して、前記ガスセンサの温度を前記制御条件として設定された前記目標加熱温度に制御してもよい。この場合のセンサ制御装置は、予備制御実行時のヒータの温度を制御するという簡単な制御を実行することによって、駆動制御開始後に算出される濃度対応値のガスセンサ毎のバラツキを低減させることができる。例えば、制御条件のうち、第二酸素ポンプセルへの通電時間及び通電する電流の値を各ガスセンサに対して同じ値に設定した上で、出力特性を考慮してガスセンサ毎に個別に目標加熱温度の値を設定した場合には、第一態様のセンサ制御装置は、起動してから駆動制御を実行するまでの時間を、ガスセンサ毎でほぼ同じとすることができる。
第一態様のセンサ制御装置において、前記記憶手段はさらに、前記濃度既知の基準ガスのもとで前記予備制御を実行した後に前記駆動制御を開始してからの濃度対応値の経時変化のパターンを表すパターンデータを、同一の構成を有する前記ガスセンサに共通の補正データとして記憶し、前記制御部はさらに、前記駆動制御を開始してから、前記補正データを用いて前記濃度対応値を補正する補正手段を備えてもよい。この場合のセンサ制御装置では、検知対象ガスにおけるＨ２Ｏ濃度が変化する場合にも、また、ガスセンサが異なる場合にも、予備制御終了後に算出される濃度対応値の経時変化はほぼ同じパターンを示す。したがって、第一態様の制御装置では、補正後の濃度対応値は、補正前の濃度対応値に比べ、早期に特定ガスの濃度を表す値となる。したがって、第一態様のセンサ制御装置は、従来に比べて起動期間を短縮することができ、より早期に精度の良い特定ガス濃度の検知をすることができる。
第二態様のセンサ制御装置の制御方法は、検知対象ガスが導入される第一測定室と、第一固体電解質層と一対の第一電極とを備え、前記一対の第一電極が前記第一測定室の内側と外側とに設けられる第一酸素ポンプセルと、前記第一測定室に連通する第二測定室と、第二固体電解質層と一対の第二電極とを備え、前記一対の第二電極が前記第二測定室の内側と外側とに設けられた第二酸素ポンプセルとを備えるガスセンサと、前記第一測定室に導入された前記検知対象ガスの酸素濃度を、前記第一酸素ポンプセルへの通電によって調整するとともに、前記第二酸素ポンプセルへ通常電圧を印加する駆動制御工程と、前記通常電圧が印加された前記第二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工程と実行する制御部とを備えるセンサ制御装置の制御方法であって、前記駆動制御工程が開始される前に、前記第二酸素ポンプセルに対して、一定の電流を一定時間供給して、前記第二測定室から当該第二測定室外部に汲み出す酸素の量を一定に制御する予備制御が実行される予備制御工程と、前記ガスセンサ毎に決定された、前記酸素量の調整に関する前記センサ制御装置の制御条件であって、濃度既知の基準ガスのもとで前記予備制御を実行した後に前記駆動制御を開始した場合の、当該駆動制御を開始してから前記算出工程において算出される前記濃度対応値を、目標範囲内に収める前記制御条件を記憶手段から読み出す読出工程とを備え、前記予備制御工程では、前記制御条件のもとで、前記予備制御が実行されることを特徴とする。第二態様のセンサ制御装置の制御方法は、第一態様のセンサ制御装置と同様の効果が得られる。
以下、本発明を具体化したセンサ制御装置の第一及び第二の実施形態について、図面を参照して説明する。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。
第一及び第二の実施形態のセンサ制御装置１は、同様の物理的及び電気的構成を有する。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。図１のように、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（図示外）に取り付けられ、排気ガス中の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気ガス中の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。本実施形態の制御部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（図示外）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から１４の早期活性化と、固体電解質体１２から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（図示外）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、第一測定室２３と、第二測定室３０と、基準酸素室２９と、第一酸素ポンプセル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、第二酸素ポンプセル４（以下、「Ｉｐ２セル４」と言う。）とを備える。
第一測定室２３は、排気通路内の排気ガスが検知素子１１内に最初に導入される小空間である。第一測定室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。第一測定室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。第一測定室２３の検知素子１１における先端側には、第一拡散抵抗部２４が設けられている。第一拡散抵抗部２４は、第一測定室２３内外の仕切りとして機能し、第一測定室２３内への排気ガスの単位時間あたりの流通量を制限する。同様に、第一測定室２３の検知素子１１における後端側には、第二拡散抵抗部２６が設けられている。第二拡散抵抗部２６は、第一測定室２３と第二測定室３０との仕切りとして機能し、第一測定室２３から第二測定室３０内へのガスの単位時間あたりの流通量を制限する。
第二測定室３０は、固体電解質体１２と、第二拡散抵抗部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。第二測定室３０は、第一測定室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気ガス（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、例えばジルコニアからなり、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「第一固体電解質層」に相当し、電極１７，１８は、本発明の「一対の第一電極」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（第一測定室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、例えばジルコニアからなり、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、第一測定室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の接する第一測定室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、例えばジルコニアからなり、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「第二固体電解質層」に相当し、電極２７，２８は、本発明の「一対の第二電極」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に接する第二測定室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から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、第一測定室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、第一測定室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外部から第一測定室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、第一測定室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間へ通常電圧Ｖｐ２（例えば、４５０ｍＶ）を印加するための回路であり、第二測定室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。ヒータ駆動回路５９は、本発明の「ヒータ制御部」に相当する。
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。第２の実施形態のＲＯＭ６３には、後述するパターンデータが記憶されている。マイクロコンピュータ６０は、内燃機関（図示外）の制御を司るＥＣＵ９０と、信号入出力部６４を介して通信するとともに、Ａ／Ｄコンバータ６５及び信号入出力部６４を介して駆動回路部５０と通信する。
コネクタ部７０は、端子７２から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から７７はそれぞれ、端子４２から端子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（図示外）内を流通する排気ガスは、第一拡散抵抗部２４を介して第一測定室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、排気ガス中の酸素は、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、第一測定室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、第一測定室２３内の酸素濃度を調整すれば、第一測定室２３内の排気ガス中の酸素濃度は所定の濃度Ｃ（例えば、０．００１ｐｐｍ）に近づくこととなる。
そこで、Ｉｐ１ドライブ回路５２では、第一測定室２３内に導入された排気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外部から第一測定室２３内へ酸素の汲み入れが行われる。一方、第一測定室２３内に導入された排気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、第一測定室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、排気ガス中の酸素濃度の検知が可能である。
第一測定室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、第二拡散抵抗部２６を介し、第二測定室３０内に導入される。第二測定室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。
次に、図２の第一の実施形態のメイン処理の概要について説明する。第一の実施形態のメイン処理では、活性化処理（二点鎖線９１内の処理）と、予備制御処理（二点鎖線９２内の処理）と、駆動制御処理（二点鎖線９３内の処理）とを含む処理が実行される。活性化処理は、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。予備制御処理は、駆動制御処理が実行される前に第二測定室３０内のガス中の酸素を一定量汲み出す処理である。予備制御処理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、予備制御と言う。駆動制御処理は、Ｉｐ１セル２への通電によって第一測定室２３に導入された排気ガスの酸素濃度を調整し、Ｉｐ２セル４への通常電圧Ｖｐ２を印加する処理である。また駆動制御処理では、通常電圧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。
ガスセンサ１０の起動時に第二測定室３０を満たしているガスは、前回のメイン処理実行時に内燃機関の運転が停止してから、即ち排気ガスの供給が途絶えてから今回の起動までの間に、リーン雰囲気となる。予備制御を実行しない場合、駆動制御処理開始直後は、当該処理開始前に第二測定室３０内を満たしているガスに含まれた残留酸素等を第二測定室３０から汲み出すことになる。この場合、本来算出すべき排気ガス中のＮＯｘ濃度に関わらず、残留酸素に応じて大きく変動する電流Ｉｐ２が流れることになる。したがって、駆動制御処理開始直後は、電流Ｉｐ２に基づくＮＯｘ濃度対応値は本来の排気ガス中のＮＯｘ濃度に応じた値を示さない。
そこで第一の実施形態のセンサ制御装置１は、駆動制御処理に先立って予備制御処理を実行し、リーン雰囲気である状態から第二測定室３０内の酸素濃度を低下させる。しかしながら、上述のように、Ｉｐ２セル４に所定値以上の一定の電圧が印加される場合、Ｉｐ２セル４による酸素の汲み出し量は、第二測定室３０内のガス中のＨ２Ｏ濃度に依存して異なる。そこで、第一の実施形態では、予備制御処理時に、定電流回路５８を駆動させ、Ｉｐ２セル４に供給する電流が一定となるように制御する。このようにすれば、同じガスセンサ１０であれば、予備制御処理によって、第二測定室３０からほぼ同量の酸素が汲み出すことができる。第一の実施形態では、予備制御時のＩｐ２セル４に供給する一定の電流Ｉｐ３を１０μＡとする。このとき、Ｉｐ２セル４に印加される電圧は、駆動制御時の電圧である通常電圧Ｖｐ２（４２５ｍＶ）よりも大きい。このため、予備制御時の単位時間当たりの酸素汲み出し量は、駆動制御時に比べ大きい。
また、上述のように、同じ構造を有するガスセンサ１０であっても出力特性が異なる場合がある。したがって、異なるガスセンサ１０個体に、同一の制御条件が設定されると、駆動制御処理開始直後のＮＯｘ濃度対応値の経時変化（以下、「変化パターン」と言う。）は、ガスセンサ１０個体毎に異なる場合がある。そこで、第一の実施形態では、駆動制御処理開始後（換言すれば、予備制御終了後）に算出されるＮＯｘ濃度対応値が目標範囲内に収まるように、ガスセンサ１０毎に制御条件が設定される。制御条件とは、予備制御実行時に第二測定室３０から汲み出す酸素量に関する条件である。制御条件には、例えば、予備制御実行時の一定電流の値と、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挙げられる。第一の実施形態のセンサ制御装置１では、第二測定室３０からの酸素汲み出し量に関わるパラメータの内、第二測定室３０に一定電流が供給される通電時間（予備制御実行時間）がガスセンサ１０毎に設定され、他の条件には異なるガスセンサ１０で共通の条件が設定される。
制御条件に含まれる通電時間は、例えば、次の手順でガスセンサ１０毎に設定される。事前準備として、所定個（例えば、１００個）のガスセンサ１０を用いて、基準時間と、目標範囲とが決定され、比較テーブルが作成される。基準時間とは、制御条件に含まれる通電時間を決定するために実施される予備制御の時間である。ここで、同じ構成を有するガスセンサ１０において、基準ガスのもとでの予備制御での通電時間と変化パターンとの関係を比較すると、一般に、駆動制御処理開始直後（例えば、１０秒後）の濃度対応値は、予備制御での通電時間が短い順に大きい値を示す。例えば、上記構成を有するガスセンサ１０の、基準ガスのもとでの予備制御での通電時間と変化パターンとの関係は、図３に例示するようになる。なお、図３では、予備制御終了後に駆動制御処理を開始してからの時間を横軸に記載している。図３のように、駆動開始時からの２５ｓｅｃ経過後のＮＯｘ濃度対応値は、パターン１０１（通電時間８ｓｅｃ）、パターン１０２（通電時間９ｓｅｃ）、パターン１０３（通電時間１０ｓｅｃ）、パターン１０４（通電時間２０ｓｅｃ）、パターン１０５（通電時間５０ｓｅｃ）の順に大きい値を示している。なお、基準ガスとは、ＮＯｘ濃度が既知のガスである。ＮＯｘ濃度対応値が所定の範囲（例えば、０±５ｐｐｍ）に収まるか否かを判断するため、基準ガスのＮＯｘ濃度は０ｐｐｍであることが好ましい。第一の実施形態の基準ガスの組成は、ＮＯｘが０ｐｐｍ，Ｏ２が７％、Ｈ２Ｏが４％であり、残りはＮ２ガスである。基準ガスの温度は、１５０℃とした。
また、図示しないが、所定個のガスセンサ１０においての、通電時間と駆動制御処理開始秒後のＮＯｘ濃度対応値のバラツキを比較すると、通電時間が短いほど通電時間が長い場合に比べバラツキが大きい。第一の実施形態のように、通電時間に基準時間以下が設定される場合には、基準時間が短いほど、ガスセンサ１０個体間の通電時間のバラツキが大きくなったり、起動時間が長くなったりする場合がある。したがって、基準時間は、ガスセンサ１０のバラツキと、起動時間とを考慮して決定される。第一の実施形態の基準時間は、２０ｓｅｃである。目標範囲は、駆動制御処理開始後のＮＯｘ濃度対応値のバラツキの許容範囲を考慮して適宜定められる範囲である。制御条件がガスセンサ１０毎に定められることによって、駆動制御処理開始後のＮＯｘ濃度対応値は目標範囲内の値をとる。例えば、所定個のガスセンサ１０について、基準時間の予備制御を実行後のＮＯｘ濃度対応値の経時変化を取得した場合に、図４に示すパターン１１１と、パターン１１２とで代表されるパターンが取得された具体例を想定する。具体例では、パターン１１１にパターン１１２を近づけるように制御条件を調整することを想定し、目標範囲１４０が定められる。
比較テーブルは、基準時間の予備制御が実行された場合のＮＯｘ濃度対応値と、通電時間との対応を定めるテーブルである。比較テーブルは、例えば、所定個のガスセンサ１０のそれぞれについて取得された図３と同様なデータに基づき設定される。通電時間は、センサ制御装置１の製造時に、基準ガスのもとで基準時間の予備制御が実行された後に、駆動制御が実行された場合のＮＯｘ濃度対応値と、比較テーブルとに基づきガスセンサ１０毎に決定され、ＲＯＭ６３に記憶される。上述の具体例では、例えば、基準時間の予備制御が実行された場合の、駆動制御処理開始後３０ｓｅｃ後のＮＯｘ濃度対応値と、比較テーブルとに基づき、パターン１１１を示すガスセンサ１０（以下、「Ａタイプのガスセンサ１０」と言う。）には、通電時間として２０ｓｅｃが設定され、パターン１１２を示すガスセンサ１０（以下、「Ｂタイプのガスセンサ１０」と言う。）には、通電時間として１１ｓｅｃが設定される。
次に、第一の実施形態のメイン処理について、図２を参照して説明する。メイン処理は、内燃機関（図示外）の起動時にＥＣＵ９０からの指示を受けて、ＣＰＵ６１が実行する。なお、メイン処理において算出されたＮＯｘ濃度対応値は、メイン処理とは別途実行される出力処理において、起動期間が終了したと判断された後、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、起動期間が終了したか否かは、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（図示外）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、メイン処理を実行する各種条件をＲＯＭ６３から取得する（Ｓ５）。Ｓ５では、例えば、制御条件として、ガスセンサ１０毎に設定された予備制御時の通電時間が読み出される。次に、ＣＰＵ６１は、活性化処理を実行する（Ｓ１０からＳ３０）。活性化処理では、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（Ｓ１０）。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（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（Ｓ１５）。電流Ｉｃｐが供給されたＶｓセル３は、第一測定室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（Ｓ２０）。電圧Ｖｓが所定値Ｖｔｈ以下ではない場合（Ｓ２０：ＮＯ）、ＣＰＵ６１は、電圧Ｖｓが所定値Ｖｔｈ以下となるまで待機する。電圧Ｖｓが所定値Ｖｔｈ以下である場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は、ヒータ電圧Ｖｈの制御を開始する（Ｓ２５）。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７５０℃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（Ｓ３０）。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、検知素子１１が活性化したと判断する。
検知素子１１が活性化していない場合（Ｓ３０：ＮＯ）、ＣＰＵ６１は、検知素子１１が活性化するまで待機する。検知素子１１が活性化した場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、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（Ｓ３５）。Ｉｐ１セル２への通電は、第一測定室２３に導入された排気ガスの酸素濃度を所定の濃度Ｃに調整するために実行される。
次に、ＣＰＵ６１は、予備制御処理を実行する（Ｓ４０からＳ５０）。予備制御処理では、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通電時間供給する（Ｓ４０）。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、第二測定室３０に存在する酸素の汲み出しを開始する。
次に、ＣＰＵ６１は、図示しないタイマ回路を起動する（Ｓ４５）。タイマ回路は、通電時間後にタイムアウトするように構成されている。通電時間は、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り、第一の実施形態では基準時間（例えば、２０ｓｅｃ）以下の値である。次に、ＣＰＵ６１は、タイマ回路が起動されてから通電時間経過して、タイムアウトしたかを判断し（Ｓ５０）、タイマ回路がタイムアウトしていない場合には（Ｓ５０：ＮＯ）、ＣＰＵ６１は、タイマ回路（図示外）の監視を継続して行う。タイマ回路がタイムアウトした場合には（Ｓ５０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は、予備制御処理を終了し、Ｉｐ２セル４の制御を駆動制御に切り替える（Ｓ５５）。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、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へ通常電圧Ｖｐ２（例えば、４５０ｍＶ）が印加される。駆動制御において、Ｓ３５で開始されたＩｐ１セル２への通電制御は継続して実行される。またＳ５５では、駆動制御開始時からの経過時間をカウントするタイマ処理が起動される。タイマ処理は、メイン処理とは別途実行される処理である。タイマ処理では、所定時間毎にカウント値がインクリメントされ、インクリメントされたカウント値はＲＡＭ６２に記憶される。
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の値と、取得時のカウント値とをＲＡＭ６２に記憶させる（Ｓ６０）。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（Ｓ７０）。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、Ｓ６０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、ＥＣＵ９０から終了の指示が入力されていない場合には（Ｓ８０：ＮＯ）、ＣＰＵ６１は処理をＳ６０に戻す。ＥＣＵ９０から終了の指示が入力された場合には（Ｓ８０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１はメイン処理を終了させる。
以上のように、ＣＰＵ６１は、メイン処理を実行する。なお、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が、本発明の駆動回路部として機能する。図２のＳ７０の処理は、本発明の算出工程に相当し、Ｓ７０を実行するＣＰＵ６１は本発明の算出手段として機能する。Ｓ４０からＳ５０を実行するＣＰＵ６１，及び、ＣＰＵ６１から指令を受けて駆動する定電流回路５８は、本発明の予備制御手段として機能する。Ｓ５の処理は、本発明の読出工程に相当する。Ｓ５５からＳ８０の処理は、本発明の駆動制御工程に相当する。
［評価試験１］
次に、上記第一の実施形態のメイン処理を行った場合に、検知処理実行時毎の起動時間のバラツキを、ガスセンサ１０毎の出力特性のバラツキを考慮して低減されるか否かを確認する評価試験１を行った。まず、Ｈ２Ｏ濃度が異なる検知対象ガスのもと、同一の構成を有するガスセンサ１０を備えたセンサ制御装置１において、従来の方法によって起動時制御を行った従来例のＮＯｘ濃度対応値の経時変化と、上記第一の実施形態のメイン処理に従って起動時制御を行った実施例のＮＯｘ濃度対応値とを比較した。検知対象ガスは、ＮＯｘが０ｐｐｍ，Ｏ２が７％、Ｈ２Ｏが０．５％と、４％と、１２％とのいずれかであり、残りはＮ２ガスである。検知対象ガスの温度は、１５０℃とした。
次に、上記第一の実施形態のメイン処理を行った場合に、検知処理実行時毎の起動時間のバラツキを、ガスセンサ１０毎の出力特性のバラツキを考慮して低減されるか否かを確認する評価試験１を行った。まず、Ｈ２Ｏ濃度が異なる検知対象ガスのもと、同一の構成を有するガスセンサ１０を備えたセンサ制御装置１において、従来の方法によって起動時制御を行った従来例のＮＯｘ濃度対応値の経時変化と、上記第一の実施形態のメイン処理に従って起動時制御を行った実施例のＮＯｘ濃度対応値とを比較した。検知対象ガスは、ＮＯｘが０ｐｐｍ，Ｏ２が７％、Ｈ２Ｏが０．５％と、４％と、１２％とのいずれかであり、残りはＮ２ガスである。検知対象ガスの温度は、１５０℃とした。
従来の起動時制御では、ガスセンサ１０が起動された後、ヒータパターン３８に通電が開始されてから約１０ｓｅｃでガスセンサ１０が活性化され、予備制御が開始される。予備制御の終了後、駆動制御に切り替えられる。従来の予備制御では、いわゆる定電圧制御が実行され、一定電圧（９００ｍＶ）が一定時間（１３ｓｅｃ）、Ｉｐ２セル４に印加される(図５)。一方、上記第一の実施形態のメイン処理では、予備制御において、一定電流（１０μＡ）が一定時間（２０ｓｅｃ）、Ｉｐ２セル４に供給される(図６)。図５及び図６では、横軸は、ガスセンサ１０の起動からの経過時間（単位：ｓｅｃ）を表し、縦軸は、ＮＯｘ濃度対応値（単位：ｐｐｍ）を表している。
実施例及び従来例では、予備制御によって第二測定室３０に存在する酸素が強制的に基準酸素室２９へ汲み出される。予備制御から駆動制御への切り替えられた直後には、第二測定室３０内の酸素濃度は、基準濃度に対して低い低酸素状態（リッチ雰囲気）となっている。前述のように、駆動制御時の第二測定室３０の酸素濃度は、電圧Ｖｐ２＝４５０ｍＶに対して予め基準となる濃度（基準濃度）が規定されている。このため、予備制御から駆動制御に切り替えられた直後には、Ｉｐ２セル４は、第二測定室３０内の酸素濃度が基準濃度となるように、基準酸素室２９から第二測定室３０へ酸素を汲み戻すように動作する。これにより、ＮＯｘ濃度対応値の出力は、予備制御後、図５及び図６に示すように、負側から立ち上がる。
従来例では、図５のように、予備制御終了後において、パターン２１１（Ｈ２Ｏ濃度＝０．５％）は、パターン２１２（Ｈ２Ｏ濃度＝４％）及びパターン２１３（Ｈ２Ｏ濃度＝１２％）に比べ、早く立ち上がり、かつ、立ち上がりの傾きが急峻である。このように、従来例では検知対象ガスのＨ２Ｏ濃度の違いに起因して、起動波形にはバラツキがある。これは、予備制御終了時点において、検知対象ガス中のＨ２Ｏ濃度が高いほど第二測定室３０内の酸素濃度が低い状態（リッチ雰囲気）となっているため、予備制御終了後の、基準酸素室２９から第二測定室３０への酸素の汲み戻り方に差が生じるためである。図示しないが、Ｉｐ２セル４に一定の電圧が印加された場合、検知対象ガス中のＨ２Ｏ濃度が高いほど、Ｈ２Ｏ濃度が低い場合に比べ、Ｉｐ２に流れる電流が大きくなる。このため、Ｉｐ２セル４に一定電圧が一定時間印加された場合、検知対象ガス中のＨ２Ｏ濃度が高いほど、Ｈ２Ｏ濃度が低い場合に比べ、Ｉｐ２セル４から汲み出される酸素の量が多くなる。
一方、実施例では、図６のように、予備制御終了後のパターン２０１（Ｈ２Ｏ濃度＝０．５％）と、パターン２０２（Ｈ２Ｏ濃度＝４％）と、パターン２０３（Ｈ２Ｏ濃度＝１２％）との傾きは、Ｈ２Ｏ濃度に依存することなく、ほぼ一致する。実施例では、予備制御において、一定電流Ｉｐ３（１０μＡ）が一定時間（２０ｓｅｃ）、Ｉｐ２セル４に供給される。Ｉｐ２セル４は、自身に流れる電流値に応じた量の酸素を第二測定室３０外に汲み出すので、実施例のように、一定電流Ｉｐ３が供給されることによって、第二測定室３０のＨ２Ｏ濃度に依存することなく、ほぼ一定の量の酸素を第二測定室３０から汲み出す。この結果、予備制御終了時点において、第二測定室３０内の酸素濃度は、Ｈ２Ｏ濃度に関係なく、ほぼ同じ濃度となる。そのため、予備制御終了後の、基準酸素室２９から第二測定室３０への酸素の汲み戻り方にほぼ差は生じない。評価試験１によって、実施例の予備制御をセンサ制御装置１に適用すると、検知対象ガスのＨ２Ｏ濃度の違いに関わらず起動波形がほぼ同じとなることが確認された。
［評価試験２］
次に、ガスセンサ１０毎に予備制御時の通電時間が設定されることで、予備制御後のＮＯｘ濃度対応値のガスセンサ１０のバラツキが改善されるか否かを確認した。具体的には、上記具体例のＡタイプのガスセンサ１０と、Ｂタイプのガスセンサ１０とについて、上述の組成を有する基準ガスのもと、ガスセンサ１０毎に設定された制御条件のもとで予備制御を行い、駆動制御処理開始からのＮＯｘ濃度対応値の経時変化を算出した。評価試験２の結果を図７に示す。図７において、横軸は駆動制御処理開始からの経過時間（単位：ｓｅｃ）を表し、縦軸はＮＯｘ濃度対応値（単位：ｐｐｍ）を示す。
次に、ガスセンサ１０毎に予備制御時の通電時間が設定されることで、予備制御後のＮＯｘ濃度対応値のガスセンサ１０のバラツキが改善されるか否かを確認した。具体的には、上記具体例のＡタイプのガスセンサ１０と、Ｂタイプのガスセンサ１０とについて、上述の組成を有する基準ガスのもと、ガスセンサ１０毎に設定された制御条件のもとで予備制御を行い、駆動制御処理開始からのＮＯｘ濃度対応値の経時変化を算出した。評価試験２の結果を図７に示す。図７において、横軸は駆動制御処理開始からの経過時間（単位：ｓｅｃ）を表し、縦軸はＮＯｘ濃度対応値（単位：ｐｐｍ）を示す。
図７のように、Ａタイプのガスセンサ１０はパターン１１１を示し、Ｂタイプのガスセンサ１０はパターン１１３を示した。パターン１１１とパターン１１３とはともに、負側から立ち上がり、駆動制御処理開始時から３０秒後まではＮＯｘ濃度対応値が急激に増加し、その後は緩やかに減少した。また、駆動制御処理開始から２７秒経過後には、ＮＯｘ濃度対応値は０±５ｐｐｍの範囲の値となった。パターン１１１とパターン１１３とはともに、目標範囲１４０に収まった。評価試験２の結果から、制御条件、具体的には、通電する電流Ｉｐ３の値を共通の一定値にした上で予備制御の通電時間をガスセンサ１０毎に設定することによって、予備制御後の駆動制御処理開始直後のＮＯｘ濃度対応値のガスセンサ１０個体間のバラツキが改善されることが確認された。
以上詳述した第一の実施形態のセンサ制御装置１によれば、次の効果が得られる。Ｉｐ２セル４が汲み出す酸素の量は、Ｉｐ２セル４が備える一対の電極２７，２８間に流れる電流値に比例する。このため、センサ制御装置１では、予備制御終了時点において、第二測定室３０内の酸素濃度は、同一個体のガスセンサ１０であれば、検知対象ガスに含まれるＨ２Ｏ濃度によらずほぼ同じ濃度となる。さらに、センサ制御装置１では、予備制御実行時の酸素量を調整する制御条件が、ガスセンサ１０の出力特性を考慮してガスセンサ１０毎に個別に決定される。これにより、センサ制御装置１は、同一の構成を有するガスセンサ１０であれば、図４のようにガスセンサ１０個体間の出力特性が異なる場合にも、濃度既知の基準ガスのもとでの駆動制御を開始した場合の変化パターンは、図７のパターン１１１及び１１３のように目標範囲１４０に収まる。したがって、検知対象ガスのＨ２Ｏ濃度がセンサ制御装置１の起動毎に異なる場合にも、また、ガスセンサ１０毎に出力特性が異なる場合にも、同一の構成を有するガスセンサ１０であれば、予備制御終了後（換言すれば、駆動制御開始後）に算出されるＮＯｘ濃度対応値の経時変化はほぼ同じパターンを示す。即ち、センサ制御装置１は、同一個体のガスセンサ１０における検知処理実行時毎の起動時間のバラツキを、ガスセンサ１０毎の出力特性のバラツキを考慮して低減させることができる。さらに、センサ制御装置１は、起動時間の終了の判定に用いる所定範囲（０±５ｐｐｍ）を考慮して目標範囲１４０が設定されているので、センサ制御装置１と同様の予備制御が実行されない場合に比べ、起動時間を短くすることができる。さらに、センサ制御装置１の制御条件は、ガスセンサ１０毎に個別に設定された通電時間であるため、通電時間を制御するという簡単な制御を実行することによって、駆動制御開始直後のＮＯｘ濃度対応値のガスセンサ１０毎のバラツキを低減させることができる。
ところで、上記第一の実施形態のメイン処理で算出されるＮＯｘ濃度対応値は、濃度既知の基準ガスのもとで、目標範囲に収まる。即ち、メイン処理で算出されるＮＯｘ濃度対応値は、ガスセンサ１０の個体間バラツキによらず、ほぼ同じ値をとる。このため、メイン処理においてパターンデータを、同じ構成を有するガスセンサ１０に共通の補正データとして、ＮＯｘ濃度対応値を補正する処理が実行されてもよい。パターンデータとは、基準ガスのもとで予備制御を実行後に駆動制御を開始してからのＮＯｘ濃度対応値の経時変化のパターンを表すデータである。以下、第二の実施形態のメイン処理について図８を参照して説明する。図８において、図２のメイン処理と同一の処理が実行される場合には、同一のステップ番号が付与されている。
前提として、制御部５のＲＯＭ６３には、補正データが記憶されている。補正データは、予備制御実行後に駆動制御が実行された場合の、ＮＯｘ濃度対応値の経時変化を表すデータである。制御条件がガスセンサ１０毎に設定されることによって、同一の構成を有するガスセンサ１０であれば、それぞれの出力特性は、濃度既知の基準ガスのもとにおいて、目標範囲内のほぼ同じ変化パターンを示す。本実施形態の補正データには、図７に示すパターン１２１で示されるデータが設定されている。
図８に示すように、第二の実施形態のメイン処理は、駆動制御処理（二点鎖線１９３内の処理）でＳ７５の処理を実行する点で、図２に示す第一の実施形態のメイン処理とは異なり、その他の処理は第一の実施形態のメイン処理と同様である。第一の実施形態のメイン処理と同一の処理については説明を省略し、以下、第一の実施形態のメイン処理と異なるＳ７５の処理を説明する。メイン処理は、内燃機関（図示外）の起動時にＥＣＵ９０からの指示を受けて、ＣＰＵ６１が実行する。
Ｓ７５では、ＣＰＵ６１は、Ｓ７０で算出されたＮＯｘ濃度対応値を補正し、補正後のＮＯｘ濃度対応値をＲＡＭ６２に記憶させる（Ｓ７５）。ＮＯｘ濃度対応値は、計算式（補正後のＮＯｘ濃度対応値）＝（Ｓ７０で算出されたＮＯｘ濃度対応値）−（電流Ｉｐ２の値取得時に対応する補正データ）に基づき補正される。補正データは、ＲＯＭ６３に記憶されている。電流Ｉｐ２の値取得時に対応する補正データは、補正データに含まれるデータの内、Ｓ６０でＲＡＭ６２に記憶させたカウント値に対応するデータである。
以上のように、第二の実施形態のメイン処理が実行される。図８のＳ７５の処理の処理を実行するＣＰＵ６１は、本発明の補正手段として機能する。
［評価試験３］
次に、上記第二の実施形態のメイン処理を行った場合の、補正の効果を確認する評価試験を行った。評価試験３では、評価試験１と同様に、駆動制御処理開始からのＮＯｘ濃度対応値の経時変化を算出し、算出されたＮＯｘ濃度対応値を、補正データを用いて補正した。評価試験３の結果を図９に示す。図９の縦軸と横軸とは、図７と同様である。
次に、上記第二の実施形態のメイン処理を行った場合の、補正の効果を確認する評価試験を行った。評価試験３では、評価試験１と同様に、駆動制御処理開始からのＮＯｘ濃度対応値の経時変化を算出し、算出されたＮＯｘ濃度対応値を、補正データを用いて補正した。評価試験３の結果を図９に示す。図９の縦軸と横軸とは、図７と同様である。
図９のように、Ａタイプのガスセンサ１０の補正後のＮＯｘ濃度対応値はパターン１３１で示され、Ｂタイプのガスセンサ１０の補正後のＮＯｘ濃度対応値はパターン１３２で示される。パターン１３１は、正側から立ち上がり、駆動制御処理開始時から２秒後には、±１．２ｐｐｍの範囲の値となった。パターン１３２は、負側から立ち上がり、駆動制御処理開始時から２秒後には、±１．２ｐｐｍの範囲の値となった。図７のように、補正を行わない場合には、センサ制御装置１は、ＮＯｘ濃度対応値が０±５ｐｐｍの範囲となるのに駆動制御処理開始時から２７秒程度要し、ＮＯｘ濃度対応値が０±１．２ｐｐｍの範囲の値となるのに３５秒程度要していた。第二の実施形態のメイン処理の補正をすることにより、駆動制御処理を開始してから０±５ｐｐｍの範囲のＮＯｘ濃度対応値が安定して得られるまでの時間を大幅に短縮されることが確認された。
第二の実施形態のセンサ制御装置１では、補正後のＮＯｘ濃度対応値は、補正前のＮＯｘ濃度対応値に比べ、早期に特定ガスの濃度を表す値となる。したがって、センサ制御装置１は、補正後のＮＯｘ濃度対応値を用いてガスセンサ１０が起動したか否かを判断することによって、従来に比べて起動期間を短縮することができ、早期に精度の良い特定ガス濃度の検知をすることができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。例えば、以下の（１）から（６）に示す変形を加えてもよい。
（１）上記実施形態では、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やＩｐ２セル４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。
（２）上記実施形態では、ＮＯｘの濃度を検知するＮＯｘセンサを例示しているが、第一態様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。
（３）上記実施形態のセンサ制御装置１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。また例えば、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。また例えば、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第一態様のセンサ制御装置が適用されてもよい。また例えば、制御条件及び補正データはセンサ制御装置１が備えるいずれかの記憶装置に記憶されていればよく、記憶装置の種類や記憶装置の設置場所は適宜変更可能である。したがって例えば、ガスセンサ１０のコネクタ部４０に記憶装置を設け、この記憶装置に制御条件を記憶させてもよく、その場合は、メイン処理において、制御条件をコネクタ部４０に設けられた記憶装置から読み出せばよい。
（４）制御条件は適宜変更可能である。ガスセンサ１０毎に設定される制御条件として、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挙げられる。制御条件として、予備制御時の通電時間及び目標加熱温度はガスセンサ１０個体間で共通の条件で、一定電流の値がガスセンサ毎に設定される場合、例えば、図１０のメイン処理で以下の処理が実行されればよい。図１０では、図２のメイン処理と同様の処理には同じステップ番号を付与している。図１０のメイン処理は、二点鎖線１９２内の予備制御処理のＳ４１と、Ｓ５１とにおいて、図２のメイン処理と異なる。図１０のメイン処理の内、図２のメイン処理と同様な処理については説明を省略する。Ｓ４１において、ガスセンサ１０毎に設定された一定電流が供給される。Ｓ５１において、ＣＰＵ６１は、Ｓ４５でタイマ回路が起動されてから、ガスセンサ１０個体間で共通の通電時間が経過するまで待機し（Ｓ５１：ＮＯ）、タイマ回路が起動されてから通電時間が経過した場合に（Ｓ５１：ＹＥＳ）、駆動制御処理を実行する。
［評価試験４］
制御条件として、予備制御時の通電時間及び目標加熱温度はガスセンサ１０個体間で一定の条件で、予備制御時の一定電流の値がガスセンサ１０毎に設定されることで、変化パターンを基準パターンに近づけることができるか否かを確認した。基準パターンは、目標範囲を設定する基準となる変化パターンである。予備制御時の通電時間は２０秒とし、Ｖｓセル３の内部抵抗Ｒｐｖｓが目標値は３００Ωとした。一定電流の値が上記実施形態と同様の１０μＡである場合を比較例とし、予備制御時の一定電流の値をガスセンサ１０個体にあわせて３μＡに設定した場合を実施例とした。上述の組成を有する基準ガスのもと、同一個体のガスセンサ１０を用い、比較例と、実施例との各制御条件で予備制御を行い、駆動制御処理開始からのＮＯｘ濃度対応値の経時変化を算出した。評価試験４の結果を図１１に示す。図１１において、横軸は駆動制御処理開始からの経過時間（単位：ｓｅｃ）を表し、縦軸はＮＯｘ濃度対応値（単位：ｐｐｍ）を示す。
制御条件として、予備制御時の通電時間及び目標加熱温度はガスセンサ１０個体間で一定の条件で、予備制御時の一定電流の値がガスセンサ１０毎に設定されることで、変化パターンを基準パターンに近づけることができるか否かを確認した。基準パターンは、目標範囲を設定する基準となる変化パターンである。予備制御時の通電時間は２０秒とし、Ｖｓセル３の内部抵抗Ｒｐｖｓが目標値は３００Ωとした。一定電流の値が上記実施形態と同様の１０μＡである場合を比較例とし、予備制御時の一定電流の値をガスセンサ１０個体にあわせて３μＡに設定した場合を実施例とした。上述の組成を有する基準ガスのもと、同一個体のガスセンサ１０を用い、比較例と、実施例との各制御条件で予備制御を行い、駆動制御処理開始からのＮＯｘ濃度対応値の経時変化を算出した。評価試験４の結果を図１１に示す。図１１において、横軸は駆動制御処理開始からの経過時間（単位：ｓｅｃ）を表し、縦軸はＮＯｘ濃度対応値（単位：ｐｐｍ）を示す。
図１１のように、評価試験４における目標範囲１４１は、基準パターン１２２の値の±５ｐｐｍの範囲とした。比較例のパターン１５４と実施例のパターン１１４とはともに、負側から立ち上がり、駆動制御処理開始時から３０秒後まではＮＯｘ濃度対応値が急激に増加し、その後は緩やかに増加した。ＮＯｘ濃度対応値が目標範囲１４１内に収まるのに要する時間は、比較例では２１秒であったのに対し、実施例では１１秒であった。即ち、実施例のパターン１１４のように、予備制御の定電流の値をガスセンサ１０毎に設定することによって、比較例のパターン１５４を基準パターン１２２に近づけことができた。評価試験４の結果から、制御条件、具体的には、予備制御の定電流の値をガスセンサ１０毎に設定することによって、予備制御後の駆動制御処理開始直後のＮＯｘ濃度対応値のガスセンサ１０個体間のバラツキを改善させることができることが確認された。
制御条件として、予備制御時の通電時間及び一定電流の値はガスセンサ１０個体間で共通の条件で、ガスセンサ１０毎にガスセンサ１０の目標加熱温度が設定される場合、例えば、図１２のメイン処理で以下の処理が実行されればよい。図１２では、図２のメイン処理と同様の処理には同じステップ番号を付与している。図１２のメイン処理は、二点鎖線２９２内の予備制御処理のＳ３６及びＳ５２と、二点鎖線２９３内の駆動制御処理のＳ５６とにおいて、図２のメイン処理と異なる。図１２のメイン処理の内、図２のメイン処理と同様な処理については説明を省略する。Ｓ３６では、ガスセンサ１０の温度が、ガスセンサ１０毎に設定された目標加熱温度となるようにヒータ電圧の制御が開始される処理が実行される。Ｓ３６の目標加熱温度には、ガスセンサ１０の出力特性に応じて、Ｓ２５で設定されるＶｓセル３の内部抵抗Ｒｐｖｓの目標値に対応する加熱温度よりも高い温度又は目標値に対応する加熱温度以下の温度が設定される。Ｓ５２において、ＣＰＵ６１は、Ｓ４５でタイマ回路が起動されてから、ガスセンサ１０個体間で共通の通電時間が経過するまで待機し（Ｓ５２：ＮＯ）、タイマ回路が起動されてから通電時間が経過した場合に（Ｓ５２：ＹＥＳ）、駆動制御処理を実行する。また、Ｓ５６では、図２のＳ５５と同様の処理に加え、目標加熱温度がＳ２５と同様の条件に戻される。制御条件としてガスセンサ１０の目標加熱温度が設定される場合の変形例において、ヒータパターン３８は本発明のヒータに相当し、ヒータ駆動回路５９は本発明のヒータ駆動部に相当する。Ｓ３６からＳ５０の処理は、本発明の予備制御工程に相当し、Ｓ３６からＳ５０の処理を実行するＣＰＵ６１は、本発明の予備制御手段として機能する。なお、ヒータ駆動回路５９は、制御部５に設けられていたが、ガスセンサ１０が備えてもよいし、制御部５と、ガスセンサ１０とは別に設けられていてもよい。
［評価試験５］
制御条件として、予備制御時の一定電流の値及び通電時間はガスセンサ１０個体間で一定の条件で、予備制御時の目標加熱温度がガスセンサ１０毎に設定されることで、変化パターンを基準パターンに近づけることができるか否かを確認した。予備制御時の一定電流の値は１０μＡとし、通電時間は２０秒とした。Ｓ３６でのガスセンサ１０の目標加熱温度に対応するＶｓセル３の内部抵抗Ｒｐｖｓを３００Ωとした場合を比較例とし、ガスセンサ１０にあわせて３４０Ωに設定した場合を実施例とした。評価試験５での比較例は、評価試験４での比較例と同じである。上述の組成を有する基準ガスのもと、同一個体のガスセンサ１０を用い、比較例と、実施例との各制御条件で予備制御を行い、駆動制御処理開始からのＮＯｘ濃度対応値の経時変化を算出した。評価試験５の結果を図１３に示す。図１３において、横軸は駆動制御処理開始からの経過時間（単位：ｓｅｃ）を表し、縦軸はＮＯｘ濃度対応値（単位：ｐｐｍ）を示す。
制御条件として、予備制御時の一定電流の値及び通電時間はガスセンサ１０個体間で一定の条件で、予備制御時の目標加熱温度がガスセンサ１０毎に設定されることで、変化パターンを基準パターンに近づけることができるか否かを確認した。予備制御時の一定電流の値は１０μＡとし、通電時間は２０秒とした。Ｓ３６でのガスセンサ１０の目標加熱温度に対応するＶｓセル３の内部抵抗Ｒｐｖｓを３００Ωとした場合を比較例とし、ガスセンサ１０にあわせて３４０Ωに設定した場合を実施例とした。評価試験５での比較例は、評価試験４での比較例と同じである。上述の組成を有する基準ガスのもと、同一個体のガスセンサ１０を用い、比較例と、実施例との各制御条件で予備制御を行い、駆動制御処理開始からのＮＯｘ濃度対応値の経時変化を算出した。評価試験５の結果を図１３に示す。図１３において、横軸は駆動制御処理開始からの経過時間（単位：ｓｅｃ）を表し、縦軸はＮＯｘ濃度対応値（単位：ｐｐｍ）を示す。
図１３のように、評価試験５では、評価試験４と同様に、基準パターン１２３の値の±５ｐｐｍの範囲を目標範囲１４１とした。比較例のパターン１５４と実施例のパターン１１５とはともに、負側から立ち上がり、駆動制御処理開始時から３０秒後まではＮＯｘ濃度対応値が急激に増加し、その後は緩やかに増加した。ＮＯｘ濃度対応値が目標範囲１４２内に収まるのに要する時間は、比較例では２１秒要していたのに対し、実施例では１１秒であった。即ち、実施例のパターン１１５のように、予備制御時の目標加熱温度をガスセンサ１０毎に設定することによって、比較例のパターン１５５を基準パターン１２３に近づけることができた。評価試験５の結果から、制御条件のうち、予備制御時の目標加熱温度の値をガスセンサ１０毎に設定することによって、予備制御後の駆動制御処理開始直後のＮＯｘ濃度対応値のガスセンサ１０個体間のバラツキを改善させることができることが確認された。
予備制御時のガスセンサ１０個体間で共通に設定される条件は、適宜変更されてよい。例えば、上記第２の実施形態において、予備制御実行時のガスセンサ１０個体間で共通の値として設定される、ガスセンサ１０の目標加熱温度は、活性化処理時又は駆動制御処理時に設定されるガスセンサ１０の加熱温度の目標値よりも高く設定してもよい。この変形例の場合、上記第２の実施形態に比べ、予備通電時間を含めた起動時間を短くすることができる。制御条件として、予備制御時の一定電流の値及びガスセンサ１０の目標加熱温度はガスセンサ１０個体間で共通、且つ、予備制御時のガスセンサ１０の目標加熱温度が、駆動制御処理時よりも高い値とする場合、例えば、図１４のメイン処理で以下の処理が実行されればよい。図１４では、図２のメイン処理と同様の処理には同じステップ番号を付与している。図１４のメイン処理は、二点鎖線３９２内の予備制御処理のＳ３７と、二点鎖線２９３内の駆動制御処理のＳ５６とにおいて、図２のメイン処理と異なる。図１４のメイン処理の内、図２のメイン処理と同様な処理については説明を省略する。Ｓ３７では、ガスセンサ１０の温度が、ガスセンサ１０個体間で共通の目標加熱温度となるようにヒータ電圧の制御が開始される処理が実行される。Ｓ３７でのガスセンサ１０の目標加熱温度には、駆動制御処理時（活性化処理時）よりも高い温度が設定される。ガスセンサ１０個体間で共通の目標加熱温度に対応する内部抵抗Ｒｐｖｓは、例えば、１４０Ωであり、内部抵抗Ｒｐｖｓが１４０Ωの場合、Ｖｓセル３の温度は、約８４０℃と推定される。Ｓ５６では、図１２の場合と同様に、図２のＳ５５と同様の処理に加え、目標加熱温度がＳ２５と同様の条件に戻される。
［評価試験６］
制御条件として、ガスセンサ１０毎に予備制御時の通電時間が設定される場合に、予備制御実行時の目標加熱温度を活性化処理時の目標値よりも高く設定されることによって予備通電時間を含めた起動時間を短くすることができることを確認した。予備制御時の一定電流の値は１０μＡとし、Ｓ３７でのガスセンサ１０の目標加熱温度に対応するＶｓセル３の内部抵抗Ｒｐｖｓを１４０Ωとした。予備制御時の通電時間が７秒である場合を比較例とし、ガスセンサ１０個体にあわせて５秒に設定した場合を実施例とした。上述の組成を有する基準ガスのもと、同一個体のガスセンサ１０を用い、比較例と、実施例との各制御条件で予備制御を行い、駆動制御処理開始からのＮＯｘ濃度対応値の経時変化を算出した。評価試験６の結果を図１５に示す。図１５において、横軸は駆動制御処理開始からの経過時間（単位：ｓｅｃ）を表し、縦軸はＮＯｘ濃度対応値（単位：ｐｐｍ）を示す。
制御条件として、ガスセンサ１０毎に予備制御時の通電時間が設定される場合に、予備制御実行時の目標加熱温度を活性化処理時の目標値よりも高く設定されることによって予備通電時間を含めた起動時間を短くすることができることを確認した。予備制御時の一定電流の値は１０μＡとし、Ｓ３７でのガスセンサ１０の目標加熱温度に対応するＶｓセル３の内部抵抗Ｒｐｖｓを１４０Ωとした。予備制御時の通電時間が７秒である場合を比較例とし、ガスセンサ１０個体にあわせて５秒に設定した場合を実施例とした。上述の組成を有する基準ガスのもと、同一個体のガスセンサ１０を用い、比較例と、実施例との各制御条件で予備制御を行い、駆動制御処理開始からのＮＯｘ濃度対応値の経時変化を算出した。評価試験６の結果を図１５に示す。図１５において、横軸は駆動制御処理開始からの経過時間（単位：ｓｅｃ）を表し、縦軸はＮＯｘ濃度対応値（単位：ｐｐｍ）を示す。
図示しないが、予備制御時のガスセンサ１０のＶｓセル３の内部抵抗Ｒｐｖｓを１４０Ωとした場合と、上記実施形態で示す３００Ωとした場合とで、予備制御時の通電時間を変化させた場合の変化パターンのバラツキを比較した。その結果、予備制御時のＶｓセル３の内部抵抗Ｒｐｖｓを１４０Ωとした場合は、内部抵抗Ｒｐｖｓを３００Ωとした場合に比べ、予備制御時の通電時間を７秒程度にした場合の、変化パターンのバラツキは小さかった。したがって、予備制御時の通電時間がガスセンサ１０毎に設定される場合に、予備制御実行時の目標加熱温度を駆動制御処理時の目標値よりも高く設定されることによって、図１５の目標範囲１４２に例示するように、駆動制御開始後比較的早期にＮＯｘ濃度対応値の変化が緩やかになる目標範囲を設定することが可能であった。目標範囲１４２は、基準パターン１２３の±５ｐｐｍの範囲である。ＮＯｘ濃度対応値が目標範囲１４２内に収まるのに要する時間は、比較例のパターン１５６では３４秒要していたのに対し、実施例のパターン１１６では５秒であった。図１４のＳ７５において、基準パターン１２３を表すデータを補正データとして、パターン１１６を補正した場合、図示しないが、駆動制御開始５秒後には、±２．５ｐｐｍの範囲の値となった。上記第２の実施形態の場合、予備制御時の通電時間を含む起動時間は２２秒であったのに対し、実施例のパターン１１６の起動時間は１０秒であった。評価試験６の結果から、予備制御時にガスセンサ１０個体間で共通に設定されるガスセンサ１０の目標加熱温度を、駆動制御処理時（活性化処理時）よりも高く設定すると、予備通電時間を含めた起動時間を短く設定することができることが確認された。
（５）上記実施形態のメイン処理は適宜変更可能である。例えば、図８のＳ７０において、補正データを用いてＮＯｘ濃度対応値を補正する処理は、駆動制御処理実行期間の全期間にわたって実行されてもよいし、補正前のＮＯｘ濃度対応値が所定範囲に入るまでの期間のみ実行されてもよい。補正データを用いてＮＯｘ濃度対応値を補正する処理が補正前のＮＯｘ濃度対応値が所定範囲に入るまでの期間のみ実行される場合、駆動制御処理実行期間の全期間にわたって実行される場合に比べ、補正が不要な期間に実行される処理を簡略化することができる。また例えば、図２のＳ７０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）目標範囲は、駆動制御処理開始後の濃度対応値のバラツキの許容範囲を考慮して適宜定められる範囲であればよく、設定方法は適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、目標範囲を変化パターンが収まる範囲としていたが、駆動制御処理開始から所定時間（例えば、２０ｓｅｃ）経過した後のＮＯｘ濃度対応値の範囲によって、目標範囲が定められてもよい。
１ センサ制御装置
２ 第一酸素ポンプセル
４ 第二酸素ポンプセル
５ 制御部
１０ ガスセンサ
１２，１３，１４ 固体電解質体
１７，１８，２１，２２，２７，２８ 電極
２３ 第一測定室
３０ 第二測定室
４０，７０ コネクタ部
５１ 基準電圧比較回路
５２ Ｉｐ１ドライブ回路
５３ Ｖｓ検知回路
５４ Ｉｃｐ供給回路
５７ Ｖｐ２印加回路
５８ 定電流回路
６０ マイクロコンピュータ
６１ ＣＰＵ
６３ ＲＯＭ
２ 第一酸素ポンプセル
４ 第二酸素ポンプセル
５ 制御部
１０ ガスセンサ
１２，１３，１４ 固体電解質体
１７，１８，２１，２２，２７，２８ 電極
２３ 第一測定室
３０ 第二測定室
４０，７０ コネクタ部
５１ 基準電圧比較回路
５２ Ｉｐ１ドライブ回路
５３ Ｖｓ検知回路
５４ Ｉｃｐ供給回路
５７ Ｖｐ２印加回路
５８ 定電流回路
６０ マイクロコンピュータ
６１ ＣＰＵ
６３ ＲＯＭ
Claims (5)
- 検知対象ガスが導入される第一測定室と、第一固体電解質層と一対の第一電極とを備え、前記一対の第一電極が前記第一測定室の内側と外側とに設けられる第一酸素ポンプセルと、前記第一測定室に連通する第二測定室と、第二固体電解質層と一対の第二電極とを備え、前記一対の第二電極が前記第二測定室の内側と外側とに設けられた第二酸素ポンプセルとを備えるガスセンサと、
前記第一測定室に導入された前記検知対象ガスの酸素濃度を、前記第一酸素ポンプセルへの通電によって調整するとともに、前記第二酸素ポンプセルへ通常電圧を印加する駆動制御を行う駆動回路部と、前記通常電圧が印加された前記第二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備える制御部と
を備えるセンサ制御装置であって、
前記制御部はさらに、
前記駆動制御を開始する前に、前記第二酸素ポンプセルに対して、一定の電流を一定時間供給して、前記第二測定室から当該第二測定室外部に汲み出す酸素量を一定に制御する予備制御を実行する予備制御手段を備え、
前記センサ制御装置はさらに、
前記ガスセンサ毎に決定された、前記酸素量の調整に関する前記センサ制御装置の制御条件であって、濃度既知の基準ガスのもとで前記予備制御を実行した後に前記駆動制御を開始した場合の、当該駆動制御を開始してから前記算出手段によって算出される前記濃度対応値を、目標範囲内に収める前記制御条件を記憶する記憶手段を備え、
前記予備制御手段は、前記制御条件のもとで、前記予備制御を実行することを特徴とするセンサ制御装置。 - 前記制御条件は、前記一定の電流及び前記一定時間の少なくともいずれかが前記ガスセンサ毎に決定された条件を含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサ制御装置。
- 前記センサ制御装置はさらに、前記ガスセンサを加熱するヒータと、前記ヒータの通電を制御するヒータ制御部とを備え、
前記制御条件は、前記ガスセンサ毎に決定された当該ガスセンサの目標加熱温度を含み、
前記予備制御手段は、前記ヒータ制御部を制御して、前記ガスセンサの温度を前記制御条件として設定された前記目標加熱温度に制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ制御装置。 - 前記記憶手段はさらに、前記濃度既知の基準ガスのもとで前記予備制御を実行した後に前記駆動制御を開始してからの濃度対応値の経時変化のパターンを表すパターンデータを、同一の構成を有する前記ガスセンサに共通の補正データとして記憶し、
前記制御部はさらに、
前記駆動制御を開始してから、前記補正データを用いて前記濃度対応値を補正する補正手段を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかセンサ制御装置。 - 検知対象ガスが導入される第一測定室と、第一固体電解質層と一対の第一電極とを備え、前記一対の第一電極が前記第一測定室の内側と外側とに設けられる第一酸素ポンプセルと、前記第一測定室に連通する第二測定室と、第二固体電解質層と一対の第二電極とを備え、前記一対の第二電極が前記第二測定室の内側と外側とに設けられた第二酸素ポンプセルとを備えるガスセンサと、
前記第一測定室に導入された前記検知対象ガスの酸素濃度を、前記第一酸素ポンプセルへの通電によって調整するとともに、前記第二酸素ポンプセルへ通常電圧を印加する駆動制御工程と、前記通常電圧が印加された前記第二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工程と実行する制御部と
を備えるセンサ制御装置の制御方法であって、
前記駆動制御工程が開始される前に、前記第二酸素ポンプセルに対して、一定の電流を一定時間供給して、前記第二測定室から当該第二測定室外部に汲み出す酸素の量を一定に制御する予備制御が実行される予備制御工程と、
前記ガスセンサ毎に決定された、前記酸素量の調整に関する前記センサ制御装置の制御条件であって、濃度既知の基準ガスのもとで前記予備制御を実行した後に前記駆動制御を開始した場合の、当該駆動制御を開始してから前記算出工程において算出される前記濃度対応値を、目標範囲内に収める前記制御条件を記憶手段から読み出す読出工程と
を備え、
前記予備制御工程では、前記制御条件のもとで、前記予備制御が実行されることを特徴とするセンサ制御装置の制御方法。
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