JP5795998B2 - ガスセンサ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、特定ガス濃度を検出するガスセンサのガスセンサ制御装置に関する。

従来より、内燃機関の排気ガス等の被測定ガス中に含まれる特定ガスのガス濃度を検知するガスセンサとして、酸素濃度を検知する酸素センサや窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検知するＮＯｘセンサなどが知られている。例えば、酸素濃度に応じて出力がリニアに変化する全領域空燃比センサでは、ジルコニアを主体とした固体電解質体からなる起電力セルとポンプセルの２つのセルを備える検出素子を有しており、起電力セルの電極間に生じる電圧が一定になるように、ポンプセルの電極間に流れる電流が制御され、このポンプセルを流れる電流の大きさから酸素濃度を検知する。

なお、このようなガスセンサの検出素子は、使用等による劣化で素子インピーダンス（素子抵抗）が増加することが知られている。即ち、劣化した検出素子では、劣化前に比して、同一温度とした場合の素子インピーダンス（素子抵抗）が相対的に高くなる。一般に、このようなセンサは、検出素子を加熱するヒータを有する。このため、素子インピーダンスが一定となるように、ヒータへの通電をフィードバック制御するにあたり、検出素子が劣化すると、劣化で高くなった素子インピーダンスを目標インピーダンスに近づけるべく、素子インピーダンスを下げる方向、即ち、素子温度を上げる方向に制御がなされる。すると、検出素子が過昇温となる、温度上昇により劣化がさらに促進されるなどの問題があった。

この問題を解決するため、例えば、特許文献１には、検出素子の素子インピーダンスが増加した劣化状態を判定する劣化判定手段と、検出素子が劣化状態であると判定されたときに目標インピーダンスを増加させる目標インピーダンス変更手段とを備えた酸素濃度検出装置が開示されている。そして、具体的な劣化判定手段として、ヒータに供給されるヒータ供給電力と所定の判定値とを比較するヒータ供給電力比較手段が示されている。

特開平１０−２６５９９号公報

ところで、このようなガスセンサにおいては、検知される素子抵抗の値が、空燃比の違い（ガス雰囲気）の影響をも受けることが判ってきた。具体的には、ガス雰囲気がリッチ状態のときに検知される素子抵抗の値は、リーン状態のときに検知される素子抵抗の値に比べて大きい。しかも、検出素子が使用等により劣化した場合には、素子抵抗が劣化前に比べて相対的に高くなることに加えて、ガス雰囲気がリッチ状態のときに検知される素子抵抗の値とリーン状態のときに検知される素子抵抗の値との差も、劣化前に比べて大きくなることが判ってきた。

なお、起電力セルとポンプセルの２つのセルを備える検出素子を有する全領域空燃比センサでは、起電力セルをなす電解質層とポンプセルをなす電解質層の間に、多孔質層が挟まれており、これらによって囲まれる空間は、被測定ガスを導入可能な中空の測定室を構成している。そして、前述したように、起電力セルの電極間に生じる電圧が一定になるように、ポンプセルの電極間に流れる電流が制御されることにより、多孔質層を通じて測定室に導入された被測定ガス中の酸素の汲み入れ汲み出しが行われる。ここで、起電力セルの電極間に生じる電圧の大きさは、予め定めた目標電圧になるように制御され、通常は、測定室中の被測定ガスが理論空燃比となる値（具体的には、４５０ｍＶ）とされている。つまり、通常の制御状態において、起電力セルは測定室で、理論空燃比となるガス雰囲気に晒されている。
一方、上述の目標電圧を変更すれば、測定室で起電力セルが晒されるガス雰囲気を、理論空燃比相当の雰囲気に対してリッチ状態やリーン状態に制御することが可能である。従って、ガス雰囲気を変えて、素子抵抗を取得することが可能である。

本発明は、かかる知見を利用して、起電力セルとポンプセルを有するガスセンサの検出素子の劣化を適切に検知することができるガスセンサ制御装置を提供するものである。

その一態様は、第１固体電解質体及びこの第１固体電解質体上に形成された一対の第１電極を有する起電力セルと、第２固体電解質体及びこの第２固体電解質体上に形成された一対の第２電極を有するポンプセル、とを備える検出素子を有し、特定ガス濃度を検出するガスセンサのガスセンサ制御装置であって、上記一対の第１電極間に生じる起電力セル電圧が目標電圧となるように、上記一対の第２電極間を流れるポンプ電流を制御する電流制御手段と、第１目標電圧、及び、上記第１目標電圧よりも低電位の第２目標電圧のいずれかを、上記目標電圧に設定する目標電圧設定手段と、上記検出素子のうち、上記起電力セルの素子抵抗を取得する素子抵抗取得手段と、上記第１目標電圧を上記目標電圧として、上記電流制御手段で上記ポンプ電流を制御した状態での上記素子抵抗の値である第１素子抵抗と、上記第２目標電圧を上記目標電圧として、上記電流制御手段で上記ポンプ電流を制御した状態での上記素子抵抗の値である第２素子抵抗との差分を用いて、上記検出素子の劣化を検知する劣化検知手段と、を備えるガスセンサ制御装置である。

前述したように、ガスセンサでは、検知される素子抵抗の値は、ガス雰囲気の影響を受ける。例えば、ガス雰囲気がリッチ状態のときに検知される素子抵抗の値は、リーン状態のときに検知される素子抵抗の値に比べて大きい。また、検出素子が劣化した場合には、素子抵抗の値が、劣化前に比べて相対的に高くなることに加えて、ガス雰囲気がリーン状態で検知された素子抵抗の増加分に比べて、リッチ状態で検知された素子抵抗の増加分の方が大きくなる。つまり、ガス雰囲気がリッチ状態で検知された素子抵抗とリーン状態で検知された素子抵抗との差分を取ると、劣化後の差分は、劣化前の差分に比べて大きくなる。従って、この関係を利用すれば、ガス雰囲気が異なる２つの状態で素子抵抗を取得して、その差分を取ることで、検出素子における劣化の有無や程度（度合い）を検知できることになる。
そこで、このガスセンサ制御装置では、起電力セル電圧の目標電圧を変更して、電流制御手段でポンプ電流を制御することにより、ガス雰囲気の異なる２つの状態を作り出し、これらの状態における上述の第１素子抵抗と第２素子抵抗との差分を用いて、検出素子の劣化を検知する劣化検知手段を備えている。かくして、これら第１素子抵抗と第２素子抵抗との差分から、ガスセンサの検出素子の劣化を検知することができる。

なお、第１素子抵抗と第２素子抵抗とは、互いに大きく異なる値となるように、それぞれの場合における測定室のガス雰囲気を選択するのが好ましい。例えば、測定室中のガス雰囲気が理論空燃比となるときの目標電圧（具体的には、４５０ｍＶ）に比して、十分大きい第１目標電圧（例えば、８００ｍＶ）に設定し、十分リッチな状態で第１素子抵抗を取得する。その一方、第２目標電圧を、４５０ｍＶに比して十分小さい値（例えば、２００ｍＶ）に設定して、十分リーンな状態で第２素子抵抗を取得するのが好ましい。

さらに、上述のガスセンサ制御装置であって、前記劣化検知手段は、前記差分から、前記検出素子の劣化の度合いを示す劣化度を算出する劣化度算出手段を含むガスセンサ制御装置とすると良い。

このガスセンサ制御装置では、第１素子抵抗と第２素子抵抗との差分から、検出素子の劣化度を算出する。検出素子は、劣化が進行するほど、第１素子抵抗と第２素子抵抗の差が大きくなる。従って、これらの差分を用いることで、検出素子の劣化の度合いを適切に検知することができる。

さらに、上述のガスセンサ制御装置であって、前記ガスセンサは、前記検出素子を加熱するヒータを有し、前記目標電圧設定手段は、前記特定ガス濃度を検出する際に用いる基準目標電圧を前記目標電圧に設定する基準目標電圧設定手段を含み、上記基準目標電圧を上記目標電圧として、前記電流制御手段で前記ポンプ電流を制御した状態での前記素子抵抗の値である被制御素子抵抗が目標抵抗値となるように、上記ヒータへの通電をフィードバック制御するヒータ通電制御手段と、を備え、上記ヒータ通電制御手段は、前記第１目標電圧を上記目標電圧としている第１期間中、及び、前記第２目標電圧を上記目標電圧としている第２期間中は、上記被制御素子抵抗として、予め定めた抵抗値を用いる抵抗値代替手段を有するガスセンサ制御装置とすると良い。

特定ガス濃度を検出する際には基準目標電圧を目標電圧に設定する。そして、起電力セル電圧が基準目標電圧となるように、電流制御手段でポンプ電流を制御した状態での素子抵抗の値である被制御素子抵抗を取得し、この被制御素子抵抗が目標抵抗値となるように、ヒータへの通電をフィードバック制御して、検出素子の素子温度を維持している。なお、第１素子抵抗及び第２素子抵抗を取得する第１期間中及び第２期間中であっても、検出素子の素子温度を適切に保つため、このヒータの通電制御は継続する必要がある。
ところで、前述したように、第１素子抵抗及び第２素子抵抗を取得する際には、第１目標電圧あるいは第２目標電圧を起電力セル電圧の目標電圧に設定する。このため、第１素子抵抗あるいは第２素子抵抗の値は、基準目標電圧を目標電圧としたときの被制御素子抵抗の値とは異なる。従って、被制御素子抵抗に代えて、第１素子抵抗あるいは第２素子抵抗を用いてヒータの通電制御をすることはできない。
これに対し、このガスセンサ制御装置では、第１期間中及び第２期間中は、抵抗値代替手段により、予め定めた抵抗値を被制御素子抵抗として用いてヒータへの通電を制御する。これにより、検出素子の素子温度を適切に維持しつつ、第１素子抵抗及び第２素子抵抗を取得することができ、検出素子の劣化をさらに適切に検知することができる。

さらに、上述のガスセンサ制御装置であって、前記基準目標電圧は、前記第１目標電圧よりも低電位であり、且つ、前記第２目標電圧よりも高電圧であるガスセンサ制御装置とすると良い。

このガスセンサ制御装置では、基準目標電圧を、第１目標電圧よりも低電位で、且つ、第２目標電圧よりも高電位としている。すなわち、各電位の関係が、第２目標電圧＜基準目標電圧＜第１目標電圧、の関係を満たす。これには、例えば、基準目標電圧をガス雰囲気が理論空燃比となる前述の４５０ｍＶとし、第１目標電圧を８００ｍＶ、第２目標電圧を２００ｍＶとした場合が当てはまる。このように定めることにより、第１素子抵抗と第２素子抵抗との差分を大きくして、検出素子の劣化をより適切に検知することができる。

さらに、上述のガスセンサ制御装置であって、前記抵抗値代替手段は、前記第１期間と前記第２期間とが互いに連続する場合には、これらの期間のうち先に開始される期間の開始直前に得た前記被制御素子抵抗の値を、上記第１期間と上記第２期間とが連続しない場合には、それぞれの期間の開始直前に得た上記被制御素子抵抗の値を、前記予め定めた抵抗値とするガスセンサ制御装置とすると良い。

このガスセンサ制御装置では、第１期間あるいは第２期間の開始直前に得た被制御素子抵抗の値を、第１期間中あるいは第２期間中における被制御素子抵抗として、ヒータへの通電を制御する。これにより、第１期間あるいは第２期間への移行にあたり、ヒータへの通電制御の状態が急変しないので、第１期間中及び第２期間中も、検出素子の素子温度を安定して保持することができる。このため、第１素子抵抗及び第２素子抵抗を安定して取得することができ、検出素子の劣化を適切に検知することができる。

さらに、上述のいずれかのガスセンサ制御装置であって、前記劣化検知手段は、前記差分から、前記検出素子の劣化の度合いを示す劣化度を算出する劣化度算出手段を含み、上記劣化度に基づき、前記被制御素子抵抗及び前記目標抵抗値のいずれかを補正する劣化補正手段を備えるガスセンサ制御装置とすると良い。

このガスセンサ制御装置では、検出素子の劣化度に基づいて、被制御素子抵抗及び目標抵抗値のいずれかを適正な値に補正するので、検出素子の劣化の影響を抑えて、ヒータへの通電を適切にフィードバック制御することができる。これにより、素子温度を所望の活性化温度に適切に保つことができる。また、検出素子が劣化したために過加熱となり、劣化がさらに促進されるのを防止することもできる。

実施形態に係るガスセンサ制御装置及びガスセンサを内燃機関の制御に用いた場合の全体構成を示す説明図である。 実施形態に係るガスセンサ制御装置の概略構成を示す説明図である。 ガスセンサの構成を示す概略断面図である。 図２のガスセンサ制御装置のうち、ＰＩＤ制御回路の概略構成を示す説明図である。 ガスセンサの使用時間と第１素子抵抗及び第２素子抵抗との関係を示すグラフである。 実施形態に係るガスセンサ制御装置のうち、マイクロプロセッサの処理動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係るガスセンサ制御装置１及びガスセンサ２を内燃機関の制御に用いた場合の全体構成を示す図である。また、図２は、ガスセンサ制御装置１の概略構成を示す図である。
ガスセンサ２は、車両（図示しない）の内燃機関ＥＮＧ（エンジン）の排気管ＥＰに装着され、排気ガスＥＧ（被測定ガス）中の酸素濃度（空燃比）を検出して、内燃機関ＥＮＧにおける空燃比フィードバック制御に用いる空燃比センサ（全領域酸素センサ）である。このガスセンサ２は、図２に示すように、酸素濃度を検出するセンサ素子部３（検出素子）、及びセンサ素子部３を加熱するヒータ部８０（ヒータ）を有する。
ガスセンサ制御装置１は、このガスセンサ２に接続され、これを制御する。また、ガスセンサ制御装置１は、接続バス１０１を介して、車両のＣＡＮバス１０２に接続され、ＥＣＵ１００との間でデータの送受信が可能とされている。ガスセンサ制御装置１は、マイクロプロセッサ３０と、ガスセンサ２のセンサ素子部３を制御するセンサ素子部制御回路４０と、ヒータ部８０を制御するヒータ部制御回路７０とを備えている。

まず、ガスセンサ２について説明する。図３は、ガスセンサ２の構成を示す概略構成図である。ガスセンサ２のうち、センサ素子部３は、ポンプセル１４と、多孔質層１８と、起電力セル２４と、をこの順番に積層した積層体である。そして、このセンサ素子部３に、さらにヒータ部８０が積層されている。

ポンプセル１４は、板状でジルコニアを主体とした酸素イオン伝導性を有する固体電解質体からなる電解質層１４ｃを基体とし、その両面に多孔質の白金を主体とする一対の電極１２，１６（多孔質電極）が形成されている。具体的には、電解質層１４ｃの一方の面（図中、上方）である外面１４Ｅに外電極１２が、他方の面（図中、下方）である内面１４Ｉに内電極１６が、それぞれ形成されている。
同様に、起電力セル２４は、板状でジルコニアを主体とした酸素イオン伝導性を有する固体電解質体からなる電解質層２４ｃを基体とし、その両面に多孔質の白金を主体とする一対の電極２２，２８（多孔質電極）が形成されている。具体的には、電解質層２４ｃの一方の面（図中、下方）である外面２４Ｅに外電極２８が、他方の面（図中、上方）である内面２４Ｉに内電極２２が、それぞれ形成されている。

ポンプセル１４の電解質層１４ｃの内面１４Ｉは、起電力セル２４の電解質層２４ｃの内面２４Ｉと対向し、電解質層１４ｃと電解質層２４ｃの間には、多孔質層１８が挟まれている。多孔質層１８は、電解質層１４ｃの内面１４Ｉ及び電解質層２４ｃの内面２４Ｉの縁に沿う多孔質壁部１８ｃを有しており、多孔質層１８の内部は、この多孔質壁部１８ｃと電解質層１４ｃと電解質層２４ｃとによって囲まれ、排気ガスＥＧを導入可能な中空の測定室２０を構成している。

この測定室２０には、ポンプセル１４の内電極１６及び、起電力セル２４の内電極２２が露出している。これらの電極１６，２２は、互いに電気的に導通されると共に、センサ素子部３の端子ＣＯＭに接続している。また、ポンプセル１４の外電極１２はセンサ素子部３の端子Ｉｐ＋に接続し、起電力セル２４の外電極２８はセンサ素子部３の端子Ｖｓ＋に接続している。

また、ポンプセル１４の外電極１２の全体は、外電極１２の被毒を抑制する保護層１５によって覆われている。保護層１５は、多孔質のセラミック等によって形成されており、排気ガスＥＧの流れる流路中に配置されている。排気ガスＥＧは、保護層１５を通じて、外電極１２に到達し得る。

ヒータ部８０は、起電力セル２４の電解質層２４ｃの外面２４Ｅに積層されており、導体で形成されたヒータ抵抗８７を、一対のアルミナシート８３，８５で挟んだ構成を有している。ヒータ部８０で、センサ素子部３の温度を高めることによって、センサ素子部３の電解質層１４ｃ，２４ｃを活性化させる。これにより、酸素イオンが電解質層１４ｃ，２４ｃ中を移動できるようになる。

また、ヒータ部８０のアルミナシート８３は、起電力セル２４の外電極２８の全体を覆うことによって、外電極２８を封止している。なお、外電極２８（多孔質電極）の内部の空間（孔）は、基準酸素室２６を形成しており、次述するように、内部基準酸素源として機能する。

次いで、図２を参照しつつ、ガスセンサ制御装置１について説明する。センサ素子部制御回路４０は、ＡＳＩＣを中心に構成され、接続経路４１，４２，４３（具体的には、回路上の配線及びリード線）を介して、センサ素子部３の３つの端子Ｖｓ＋，Ｉｐ＋，ＣＯＭにそれぞれ接続されている。そして、このセンサ素子部制御回路４０は、センサ素子部３の起電力セル２４に一定の微小電流Ｉｃｐを流しつつ、起電力セル２４の両端に発生する起電力セル電圧Ｖｓが４５０ｍＶ（＝基準目標電圧Ｖｒｆ（後述する））になるように、ポンプセル１４に流すポンプ電流Ｉｐを制御して、多孔質層１８を通じて測定室２０に導入された排気ガスＥＧ中の酸素の汲み入れ汲み出しを行う。そして、ポンプセル１４に流れるポンプ電流Ｉｐの電流値及び電流の方向は、多孔質層１８を通じて測定室２０内に導入される排気ガスＥＧ中の酸素濃度（空燃比）に応じて変化することから、このポンプ電流Ｉｐに基づいて排気ガスＥＧ中の酸素濃度を検出することができる。なお、微小電流Ｉｃｐは、起電力セル２４に対して、測定室２０の酸素を外電極２８（多孔質電極）に向けて汲み出す方向に流されており、これにより、基準酸素室２６は内部基準酸素源として機能する。

このセンサ素子部制御回路４０では、ポンプ電流Ｉｐの大きさは、電圧信号に変換されたガス検出信号Ｖｉｐとして検出され、ガス検出信号出力端子４４から出力される。また、センサ素子部制御回路４０は、このガス検出信号Ｖｉｐの検出の他に、センサ素子部３の起電力セル２４の素子抵抗Ｒｐｖｓに応じて変化する電圧変化量ΔＶｓの検出を行い、電圧変化量出力端子４５から出力する。そして、マイクロプロセッサ３０は、ガス検出信号Ｖｉｐ及び電圧変化量ΔＶｓを、Ａ／Ｄ入力ポート３１，３２を通じて入力可能にされている。なお、検出されたガス検出信号Ｖｉｐの値は、接続バス１０１を通じて、ＥＣＵ１００に向けて送出される。

ヒータ部制御回路７０は、２本のリード線７１，７２を介して、ガスセンサ２のヒータ部８０に接続されると共に、マイクロプロセッサ３０のＰＷＭ出力ポート３４に接続され、このＰＷＭ出力ポート３４から出力されるＰＷＭパルスにより、ヒータ部８０への通電のオンオフをＰＷＭ制御する。

次いで、センサ素子部３により酸素濃度を測定する際の、センサ素子部制御回路４０の動作について説明する。
センサ素子部３の端子ＣＯＭは、接続経路４３及び抵抗器Ｒを介してＶｃｅｎｔ点に接続している。また、端子Ｉｐ＋は、接続経路４２を介して、第２オペアンプＯＰ２の出力端子に接続している。さらに、端子Ｖｓ＋は、接続経路４１を介して、第４オペアンプＯＰ４の非反転入力端子＋に接続している。また、端子Ｖｓ＋は、定電流源回路６２にも接続している。この定電流源回路６２は、前述した一定の微小電流Ｉｃｐを起電力セル２４に流す。

さらに、センサ素子部制御回路４０は、上述の抵抗器Ｒや定電流源回路６２のほか、第１オペアンプＯＰ１から第５オペアンプＯＰ５、１個の第１スイッチＳＷ１、３個の第２スイッチＳＷ２、２個の第３スイッチＳＷ３、ＰＩＤ制御回路６９、差動増幅回路６１、電流源６３，６４，６５，６６、制御部５９などから構成されている。そして、定電流源回路６２、起電力セル２４、抵抗器Ｒは、この順に接続経路４１，４３を介して接続されて、微小電流Ｉｃｐを流す電流路を構成している。

酸素濃度を測定する際には、制御部５９により第１スイッチＳＷ１がオン状態とされている。これにより、センサ素子部３の端子Ｖｓ＋の電位は、接続経路４１並びに、電圧フォロア回路をなす第４オペアンプＯＰ４及び第１オペアンプＯＰ１を介して、ＰＩＤ制御回路６９の入力端子ＩＴに入力される。なお、制御部５９は、センサ素子部制御回路４０をなすＡＳＩＣ内に構成されたロジック回路である。この制御部５９は、センサ素子部制御回路４０のコマンド受信ポート４６を通じて、マイクロプロセッサ３０のシリアル送信ポート３３と接続しており、マイクロプロセッサ３０からの指令に基づいて、第１スイッチＳＷ１から第３スイッチＳＷ３のオンオフ状態の制御などを行う。
また、第２オペアンプＯＰ２のうち、一方の入力端子はＶｃｅｎｔ点に接続され、他方の入力端子には基準電圧Ｖｃ（＝＋３．６Ｖ）が印加されている。そして、前述の通り、出力端子は接続経路４２を介して、センサ素子部３の端子Ｉｐ＋に接続されている。なお、Ｖｃｅｎｔ点は、ＰＩＤ制御回路６９の基準端子ＲＴにも接続されている。

ＰＩＤ制御回路６９は、上述の入力端子ＩＴ及び基準端子ＲＴに加えて、出力端子ＯＴを有し、第４オペアンプＯＰ４及び第１オペアンプＯＰ１を介して入力されたセンサ素子部３の端子Ｖｓ＋の電位（入力端子ＩＴ）とＶｃｅｎｔ点における電位（基準端子ＲＴ）との電位差が４５０ｍＶとなるように、ポンプ電流Ｉｐの大きさをＰＩＤ制御する。具体的には、ＰＩＤ制御回路６９にて、制御目標電圧（基準目標電圧Ｖｒｆ＝４５０ｍＶ）と起電力セル２４の両端（電極２８，２２間）に発生する起電力セル電圧Ｖｓとの偏差がＰＩＤ演算され、第２オペアンプＯＰ２にフィードバックされることで、第２オペアンプＯＰ２は、ポンプセル１４にポンプ電流Ｉｐを流す。

さらに、センサ素子部制御回路４０は、ポンプ電流Ｉｐの大きさを検出し、電圧信号に変換する検出抵抗Ｒ１を備え、この検出抵抗Ｒ１の両端電圧（電位Ｖｃｅｎｔと電位Ｖｐｉｄとの差電圧）は、差動増幅回路６１により差動増幅され、ガス検出信号Ｖｉｐとしてガス検出信号出力端子４４から出力される。前述の通り、ポンプ電流Ｉｐの電流値及び電流の方向は、酸素濃度（空燃比）に応じて変化するので、ポンプ電流Ｉｐの大きさを電圧信号に変換したガス検出信号Ｖｉｐから、酸素濃度を検知することができる。
マイクロプロセッサ３０は、このガス検出信号（酸素濃度信号）ＶｉｐをＡ／Ｄ入力ポート３１を通じ、デジタル値に変換して取得すると共に、取得した値を接続バス１０１を通じて、ＥＣＵ１００に向けて送出する。

次に、センサ素子部制御回路４０におけるセンサ素子部３の起電力セル２４の素子抵抗Ｒｐｖｓに応じて変化する電圧変化量ΔＶｓの検出動作について説明する。
センサ素子部制御回路４０において、第１オペアンプＯＰ１は、第１スイッチＳＷ１及びコンデンサＣ１と共にサンプルホールド回路を形成している。電圧変化量ΔＶｓの検出動作を行う際には、第１スイッチＳＷ１は、制御部５９によりオン状態からオフ状態に切り換えられる。これにより、このサンプルホールド回路は、電圧変化量ΔＶｓの検出動作を行う直前のセンサ素子部３の端子Ｖｓ＋（起電力セル２４の電極２８）の電位（第４オペアンプＯＰ４の出力）を保持する。このため、電圧変化量ΔＶｓの検出動作を行っている間（第１スイッチＳＷ１がオン状態の間）は、電圧変化量ΔＶｓの検出動作を行う直前の端子Ｖｓ＋の電位（第１オペアンプＯＰ１に保持されたホールド電圧）が、ＰＩＤ制御回路６９に入力され、このホールド電圧に応じたガス検出信号Ｖｉｐが、ガス検出信号出力端子４４から出力される。

また、制御部５９は、第１スイッチＳＷ１をオフ状態にした後、第２スイッチＳＷ２をオフ状態からオン状態に切り換える。このとき、第３スイッチＳＷ３はオフ状態のままである。第２スイッチＳＷ２をオン状態とすることにより、この期間だけ一時的に電流源６５から第２スイッチＳＷ２、接続経路４３、端子ＣＯＭ（電極２２）、起電力セル２４、端子Ｖｓ＋（電極２８）、接続経路４１、第２スイッチＳＷ２、電流源６３の順となる電流経路が形成され、起電力セル２４に定電流−Ｉｃｏｎｓｔが流れる。

第３オペアンプＯＰ３は、差動増幅回路を構成し、第１オペアンプＯＰ１に保持されたホールド電圧（直前の端子Ｖｓ＋の電位）と、起電力セル２４に定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流した際にこれに応答して生じる端子Ｖｓ＋（電極２８）の電位（第４オペアンプＯＰ４の出力）との差に対応する電圧を出力する。これが、電圧変化量ΔＶｓである。

そして、第３オペアンプＯＰ３から出力された電圧変化量ΔＶｓは、第２スイッチＳＷ２、抵抗器Ｒ２及びコンデンサＣ２と共に第５オペアンプＯＰ５で形成されるサンプルホールド回路に入力される。このサンプルホールド回路は、第２スイッチＳＷ２がオン状態のときに第３オペアンプＯＰ３から入力された電圧変化量ΔＶｓを、コンデンサＣ２により第２スイッチＳＷ２がオフ状態になった後も保持し、電圧変化量出力端子４５から出力する。即ち、電圧変化量ΔＶｓの検出動作中は、第２スイッチＳＷ２がオン状態になって、第３オペアンプＯＰ３から入力された電圧変化量ΔＶｓがそのまま第５オペアンプＯＰ５を介して出力され、電圧変化量ΔＶｓの検出動作が終了して第２スイッチＳＷ２がオフ状態になった後は、第５オペアンプＯＰ５に保持された電圧変化量ΔＶｓが出力される。

マイクロプロセッサ３０は、電圧変化量出力端子４５から出力された電圧変化量ΔＶｓをＡ／Ｄ入力ポート３２を通じて入力して、デジタル値に変換する。電圧変化量ΔＶｓは、定電流−Ｉｃｏｎｓｔによって、起電力セル２４の素子抵抗Ｒｐｖｓに生じる電圧降下に対応した値となる。このため、マイクロプロセッサ３０は、この電圧変化量ΔＶｓから、起電力セル２４の素子抵抗Ｒｐｖｓを検知（算出）することが可能である。
なお、電圧変化量ΔＶｓの検出動作中、即ち、第２スイッチＳＷ２がオン状態となる期間は、制御部５９により制御され、本実施形態では、６０μｓｅｃとされている。しかし、第２スイッチＳＷ２がオフ状態となった後も、電圧変化量ΔＶｓは第５オペアンプＯＰ５に保持されている。このため、マイクロプロセッサ３０は、電圧変化量ΔＶｓの検出動作中（６０μｓｅｃ間）に電圧変化量ΔＶｓを取得する必要はなく、第２スイッチＳＷ２がオフ状態となった後の任意のタイミングで、保持された電圧変化量ΔＶｓを取得することができる。

電圧変化量ΔＶｓの検出動作が終了すると、制御部５９は、第２スイッチＳＷ２をオフ状態とし、その後、第３スイッチＳＷ３をオフ状態からオン状態に切り換える。この間、第１スイッチＳＷ１はオフ状態のままである。第３スイッチＳＷ３をオン状態とすることにより、電流源６４から第３スイッチＳＷ３、接続経路４１、端子Ｖｓ＋（電極２８）、起電力セル２４、端子ＣＯＭ（電極２２）、接続経路４３、第３スイッチＳＷ３、電流源６６の順となる電流経路が形成され、起電力セル２４に定電流＋Ｉｃｏｎｓｔが流される。

この定電流＋Ｉｃｏｎｓｔは、電圧変化量ΔＶｓの検出動作中に起電力セル２４に流した定電流−Ｉｃｏｎｓｔと逆極性である。また、第３スイッチＳＷ３がオン状態となる期間は、第２スイッチＳＷ２がオン状態となる期間と同じく６０μｓｅｃとされている。なお、このように起電力セル２４に逆極性の定電流＋Ｉｃｏｎｓｔを流すことにより、起電力セル２４を構成する固体電解質体の配向現象によって内部起電力が影響を受けて、本来の酸素濃度差を反映する内部起電力値を出力しない状態から、正常な状態に復帰するまでの時間を短縮することができる。

制御部５９は、第３スイッチＳＷ３をオン状態にして、６０μｓｅｃ間、起電力セル２４に定電流＋Ｉｃｏｎｓｔを流した後、第３スイッチＳＷ３をオフ状態とする。その後、起電力セル２４が本来の酸素濃度差を反映する内部起電力値を出力する正常な状態に復帰するまでの所定の安定化待機時間を経過した後、第１スイッチＳＷ１がオン状態に戻される。

以上により、センサ素子部制御回路４０は、酸素濃度に応じたガス検出信号Ｖｉｐの検出動作を行う状態から一時的に切り換えられて、起電力セル２４の素子抵抗Ｒｐｖｓに応じて変化する電圧変化量ΔＶｓの検出動作を行い、再び、ガス検出信号Ｖｉｐの検出動作を行う状態に戻る。そして、電圧変化量ΔＶｓの検出動作を行っている間は、ガス検出信号Ｖｉｐは、直前の状態が保持されて出力される。また、電圧変化量ΔＶｓの検出動作の後、電圧変化量ΔＶｓは保持された状態となる。この一連の動作は、マイクロプロセッサ３０が、シリアル送信ポート３３を通じて、電圧変化量ΔＶｓの検出を指示する指示信号を制御部５９に送信することにより、制御部５９で制御される。

そして、前述の通り、電圧変化量ΔＶｓは、センサ素子部制御回路４０の電圧変化量出力端子４５から出力されて、マイクロプロセッサ３０のＡ／Ｄ入力ポート３２に入力される。マイクロプロセッサ３０は、電圧変化量ΔＶｓの値を定期的に検出し、電圧変化量ΔＶｓから起電力セル２４の素子抵抗Ｒｐｖｓを検知する。
なお、このとき検知された素子抵抗Ｒｐｖｓ、即ち、起電力セル電圧Ｖｓが基準目標電圧Ｖｒｆ（＝４５０ｍＶ）となるようにポンプ電流Ｉｐを制御した状態での素子抵抗Ｒｐｖｓの値を被制御素子抵抗Ｒｆとする。そして、この被制御素子抵抗Ｒｆが所定の目標抵抗値Ｒｔａとなるように、ヒータ部制御回路７０によって、ヒータ部８０への通電がフィードバック制御され、センサ素子部３が所定の活性化温度となるように加熱される。

次いで、このガスセンサ制御装置１を用いて、センサ素子部３（検出素子）の劣化度ＩＤを取得する方法について説明する。前述したように、排気ガスＥＧ中の酸素濃度（ガス検出信号Ｖｉｐ）を検出する際には、起電力セル電圧Ｖｓが基準目標電圧Ｖｒｆ＝４５０ｍＶになるように、ポンプ電流Ｉｐを制御した。そして、この状態での素子抵抗Ｒｐｖｓの値である被制御素子抵抗Ｒｆが目標抵抗値Ｒｔａとなるように、ヒータ部８０への通電をフィードバック制御した。
ところで、検知される素子抵抗Ｒｐｖｓの値は、空燃比の違い（ガス雰囲気）の影響を受ける。また、ガス雰囲気が異なる２つの状態で検知された素子抵抗Ｒｐｖｓについて、その差分を取ると、劣化後の差分は、劣化前の差分に比べて大きくなる。
そこで、このガスセンサ制御装置１では、起電力セル電圧Ｖｓの目標電圧Ｖｒを、基準目標電圧Ｖｒｆ＝４５０ｍＶから変更することにより、測定室２０中のガス雰囲気を異なる２つの状態とし、それぞれの状態で素子抵抗Ｒｐｖｓを取得して、その差分を取ることで、センサ素子部３（検出素子）の劣化の度合いを示す劣化度ＩＤを得ている。

ここで、測定室２０中のガス雰囲気が異なる２つの状態のうち、一方の状態は、具体的には、第１目標電圧Ｖｒ１＝８００ｍＶを起電力セル電圧Ｖｓの目標電圧Ｖｒとして、ポンプ電流Ｉｐを制御することにより、測定室２０中のガス雰囲気をリッチ状態としている。そして、この状態（リッチ状態）で素子抵抗Ｒｐｖｓを取得し、この値を第１素子抵抗Ｒｐｖｓ１とする。
また、他方の状態は、具体的には、第２目標電圧Ｖｒ２＝２００ｍＶを起電力セル電圧Ｖｓの目標電圧Ｖｒとして、ポンプ電流Ｉｐを制御することにより、測定室２０中のガス雰囲気をリーン状態としている。そして、この状態（リーン状態）で素子抵抗Ｒｐｖｓを取得し、この値を第２素子抵抗Ｒｐｖｓ２とする。
そして、これら第１素子抵抗Ｒｐｖｓ１と第２素子抵抗Ｒｐｖｓ２との差分ΔＲｐｖｓ（＝Ｒｐｖｓ１−Ｒｐｖｓ２）から、劣化度ＩＤを算出する。なお、本実施形態では、差分ΔＲｐｖｓをそのまま劣化度ＩＤとしている（ＩＤ＝ΔＲｐｖｓ）。

センサ素子部制御回路４０のＰＩＤ制御回路６９は、図４に示すように、基準定電圧源６９ａ，第１定電圧源６９ｂ１及び第２定電圧源６９ｂ２の３つを内部に有している。具体的には、基準定電圧源６９ａは、起電力セル電圧Ｖｓの目標電圧Ｖｒが、基準目標電圧Ｖｒｆ＝４５０ｍＶとなるように設定された基準設定電圧Ｖｆ（＝Ｖｃ−Ｖｒｆ）を出力する。また、第１定電圧源６９ｂ１は、第１目標電圧Ｖｒ１＝８００ｍＶとなるように設定された第１設定電圧Ｖ１（＝Ｖｃ−Ｖｒ１）を出力する。さらに、第２定電圧源６９ｂ２は、第２目標電圧Ｖｒ２＝２００ｍＶとなるように設定された第２設定電圧Ｖ２（＝Ｖｃ−Ｖｒ２）を出力する。そして、これら基準定電圧源６９ａ，第１定電圧源６９ｂ１及び第２定電圧源６９ｂ２により、起電力セル電圧Ｖｓを切り替え可能とされている。

さらに具体的には、制御部５９によってアナログマルチプレクサＭＵＸ１を切り替えて、基準定電圧源６９ａ，第１定電圧源６９ｂ１及び第２定電圧源６９ｂ２の３つの出力のうちのいずれかが、オペアンプ６９ｃの非反転入力端子＋に入力される。オペアンプ６９ｃは、ボルテージフォロアを構成しており、その出力は、基準設定電圧Ｖｆ（＝Ｖｃ−Ｖｒｆ）、第１設定電圧Ｖ１（＝Ｖｃ−Ｖｒ１）あるいは第２設定電圧Ｖ２（＝Ｖｃ−Ｖｒ２）のいずれかとなる。また、ＰＩＤ制御回路６９は、この他に、オペアンプ６９ｃの出力と入力端子ＩＴ（＝Ｖｓ＋）との和と、基準端子ＲＴ（≒Ｖｃ）との偏差を増幅するオペアンプ６９ｄ、このオペアンプ６９ｄの出力に接続され、ＰＩＤ演算を行うＰＩＤ演算部６９ｅを有している。これらにより、起電力セル電圧Ｖｓが、基準目標電圧Ｖｒｆ（＝４５０ｍＶ）、第１目標電圧Ｖｒ１（＝８００ｍＶ）あるいは第２目標電圧Ｖｒ２（＝２００ｍＶ）のいずれかの目標電圧Ｖｒになるように、ポンプ電流Ｉｐが制御される。

前述したように、劣化度ＩＤを得るにあたっては、起電力セル電圧Ｖｓが第１目標電圧Ｖｒ１（＝８００ｍＶ）となるようにポンプ電流Ｉｐを制御した状態で第１素子抵抗Ｒｐｖｓ１を取得し、また、起電力セル電圧Ｖｓが第２目標電圧Ｖｒ２（＝２００ｍＶ）となるようにポンプ電流Ｉｐを制御した状態で第２素子抵抗Ｒｐｖｓ２を取得する。そして、第１素子抵抗Ｒｐｖｓ１と第２素子抵抗Ｒｐｖｓ２との差分値ΔＲｐｖｓから、劣化度ＩＤを算出する（ＩＤ＝ΔＲｐｖｓ）。
さらに、算出した劣化度ＩＤに基づいて素子温度が一定値に維持されるように目標抵抗値Ｒｔａを補正する。具体的には、本実施形態では、マイクロプロセッサ３０のメモリ（不図示）内に別途記憶していたテーブルを参照して、劣化度ＩＤに対応する補正された目標抵抗値Ｒｔａを得る。

図５は、素子温度を７００℃一定とした場合に、ガスセンサ２の使用時間と第１素子抵抗Ｒｐｖｓ１及び第２素子抵抗Ｒｐｖｓ２の関係を示すグラフである。この図５に示すように、ガスセンサ２の使用時間の経過、即ち、センサ素子部３（検出素子）の劣化に伴って、第１素子抵抗Ｒｐｖｓ１も第２素子抵抗Ｒｐｖｓ２も大きくなるが、測定室２０中のガス雰囲気をリーン状態にして得た第２素子抵抗Ｒｐｖｓ２の増加分に比べて、測定室２０中のガス雰囲気をリッチ状態にして得た第１素子抵抗Ｒｐｖｓ１の増加分の方が大きい。このため、劣化前のセンサ（図５中のＮＥＷ品）の第１素子抵抗Ｒｐｖｓ１と第２素子抵抗Ｒｐｖｓ２との差分値ΔＲｐｖｓ１と、劣化後のセンサ（図５中の劣化品）の第１素子抵抗Ｒｐｖｓ１と第２素子抵抗Ｒｐｖｓ２との差分値ΔＲｐｖｓ２を比べると、劣化品の差分値ΔＲｐｖｓ２の方が大きい。従って、劣化度ＩＤは、センサ素子部３（検出素子）の劣化が進行するほど大きな値となる。

なお、本実施形態のガスセンサ制御装置１では、第１素子抵抗Ｒｐｖｓ１及び第２素子抵抗Ｒｐｖｓ２を得るにあたって、第１目標電圧Ｖｒ１を目標電圧Ｖｒとしている期間（第１期間ＴＤ１）、及び、第２目標電圧Ｖｒ２を目標電圧Ｖｒとしている期間（第２期間ＴＤ２）は、ヒータ部８０への通電をフィードバック制御する際に用いる被制御素子抵抗Ｒｆを予め定めた一定の値としている。具体的には、本実施形態では、第１期間ＴＤ１と第２期間ＴＤ２とが連続していないので、それぞれの期間ＴＤ１，ＴＤ２の開始直前に得た被制御素子抵抗Ｒｆの値Ｒｆ１，Ｒｆ２を、それぞれ第１期間ＴＤ１及び第２期間ＴＤ２における被制御素子抵抗Ｒｆとして用いる。そして、第１期間ＴＤ１中及び第２期間ＴＤ２中は、この被制御素子抵抗Ｒｆの値Ｒｆ１，Ｒｆ２を更新しない。前述したように、検知される素子抵抗Ｒｐｖｓの値は、ガス雰囲気により異なる値に測定されるが、第１期間ＴＤ１及び第２期間ＴＤ２の間は、このガス雰囲気の違いに影響されることなく、一定の被制御素子抵抗Ｒｆ（Ｒｆ１，Ｒｆ２）を用いてヒータ部８０への通電制御を行うことができる。また、第１期間ＴＤ１及び第２期間ＴＤ２の開始直前に得た値Ｒｆ１，Ｒｆ２を、被制御素子抵抗Ｒｆとして用いているので、第１期間ＴＤ１及び第２期間ＴＤ２への移行にあたり、制御に用いる被制御素子抵抗Ｒｆの値が急変しない。従って、ヒータ部８０への通電制御の状態が急変しないので、第１期間ＴＤ１中及び第２期間ＴＤ２中も、センサ素子部３の素子温度を安定して保持することができ、第１素子抵抗Ｒｐｖｓ１及び第２素子抵抗Ｒｐｖｓ２を安定して取得することができる。

加えて、本実施形態のガスセンサ制御装置１では、ヒータ部８０への通電をフィードバック制御する際に、劣化度ＩＤに基づいて目標抵抗値Ｒｔａを補正している（補正された目標抵抗値Ｒｔａを得ている）。これにより、ヒータ部８０への通電制御を劣化度ＩＤに応じて、適切にフィードバック制御することができ、素子温度を所望の活性化温度に適切に保つことができる。また、劣化状態における過加熱により、劣化がさらに促進されるのを防止することもできる。

次いで、本実施形態に係るガスセンサ制御装置１のうち、マイクロプロセッサ３０の動作について、図６のフローチャートを参照して説明する。
図６に示す制御プログラムは、マイクロプロセッサ３０が実行するメインルーチンからの呼び出しで実行されるプログラムであり、劣化検知処理の他に、ガス検出信号Ｖｉｐの取得、素子抵抗Ｒｐｖｓの取得、ヒータ部８０の通電制御等を含んでいる。

先ず、図６に示す制御プログラムを呼び出すにあたり、図示しない初期化処理ルーチンで、後述する計測モード値Ｆ及びカウント値Ｃが、それぞれ０にリセットされる。また、初期化状態において、起電力セル電圧Ｖｓの目標電圧Ｖｒは、基準目標電圧Ｖｒｆ（＝４５０ｍＶ）に設定されている。
そして、ステップＳ１では、ガス検出信号Ｖｉｐ（酸素濃度）を１０ｍｓｅｃ毎に取得する。このガス検出信号Ｖｉｐの値は、別途、接続バス１０１を通じて、ＥＣＵ１００に向けて送出される。

次いで、ステップＳ２では、素子抵抗Ｒｐｖｓの検知タイミングであるか否かを判断する。素子抵抗Ｒｐｖｓの検知は、ガス検出信号Ｖｉｐの取得周期（１０ｍｓｅｃ）よりも長い周期（１００ｍｓｅｃ）で行うため、ステップＳ２でこの検知タイミングの到来を判断する。そして、検知タイミングでない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ２０に進み、ヒータ部８０の通電制御を行う。なお、素子抵抗Ｒｐｖｓの検知が一度もなされずに、ステップＳ２０に移行した場合には、マイクロプロセッサ３０に記憶されているデフォルト値を被制御素子抵抗Ｒｆとしてヒータ部８０の通電制御を行う。一方、検知タイミングが到来した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ３に進む。
ステップＳ３では、センサ素子部制御回路４０により、電圧変化量ΔＶｓを検出し、この電圧変化量ΔＶｓから起電力セル２４の素子抵抗Ｒｐｖｓを取得する。

次いで、ステップＳ４では、カウント値Ｃとしきい回数Ｍとを大小比較し（Ｃ＞Ｍ？）、劣化検知処理を行うか否かを判断する。ここで、しきい回数Ｍは１以上の自然数である。また、カウント値Ｃは初期値が０の変数であり、後述するステップＳ６で＋１ずつカウントアップされる。

ステップＳ４でＮｏのとき、即ち、Ｃ≦Ｍのときは、劣化検知処理を行わず、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、ステップＳ３で取得した素子抵抗Ｒｐｖｓにより、被制御素子抵抗Ｒｆの値を更新する（Ｒｆ＝Ｒｐｖｓ）。次いで、ステップＳ６に進み、カウント値Ｃを＋１した後、ステップＳ２０で、更新された被制御素子抵抗Ｒｆを用いてヒータ制御を行う。

一方、Ｃ＞Ｍとなって、ステップＳ４でＹｅｓと判定されると、劣化検知処理を行うため、ステップＳ７に進む。なお、このステップＳ７に進んだ場合、ステップＳ５での被制御素子抵抗Ｒｆの更新が行われなくなる。従って、劣化検知処理を行う場合（ステップＳ４でＹｅｓ）には、被制御素子抵抗Ｒｆの値は、この劣化検知処理の開始直前の値（第１期間ＴＤ１中はＲｆ１，第２期間ＴＤ２中はＲｆ２）に保持される。
そして、ステップＳ７では、計測モード値Ｆが０または１のいずれであるかを判断する。前述の通り、初期化処理ルーチンで、Ｆ＝０に初期化されているので、最初は、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、起電力セル電圧Ｖｓの目標電圧Ｖｒが第１目標電圧Ｖｒ１（＝８００ｍＶ）に変更済みであるか否かを判断する。まだ、目標電圧Ｖｒが第１目標電圧Ｖｒ１（＝８００ｍＶ）に変更されていない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ９に進み、目標電圧Ｖｒを第１目標電圧Ｖｒ１（＝８００ｍＶ）に変更する（第１期間ＴＤ１開始）。これにより、起電力セル電圧Ｖｓが第１目標電圧Ｖｒ１（＝８００ｍＶ）となるように、ポンプ電流Ｉｐが制御される。
そして、ステップＳ２０に進み、ヒータ制御を行った後、本制御プログラムを一旦終了する。

一方、次にステップＳ１から再度プログラムが実行され、ステップＳ２で素子抵抗Ｒｐｖｓの検知タイミングになると（Ｙｅｓ）、ステップＳ３で、起電力セル電圧Ｖｓが第１目標電圧Ｖｒ１（＝８００ｍＶ）となるようにポンプ電流Ｉｐを制御した状態での素子抵抗Ｒｐｖｓを取得する。その後、ステップＳ８まで進み、ステップＳ８でＹｅｓとなって、ステップＳ１０に進む。
ステップＳ１０では、ステップＳ３で取得した素子抵抗Ｒｐｖｓの値を、第１素子抵抗Ｒｐｖｓ１として保存する（Ｒｐｖｓ１＝Ｒｐｖｓ）。
次いで、ステップＳ１１では、計測モード値Ｆを１に変更する。そして、続くステップＳ１２で目標電圧Ｖｒを基準目標電圧Ｖｒｆ（＝４５０ｍＶ）に戻し、ステップＳ１３でカウント値Ｃを０にリセットする。これにより、目標電圧Ｖｒを第１目標電圧Ｖｒ１としていた第１期間ＴＤ１が終了する。
そして、ステップＳ２０に進み、ヒータ制御を行った後、本制御プログラムを終了する。

また、その後、ステップＳ４で再度Ｃ＞Ｍになると（Ｙｅｓ）、ステップＳ７に進む。すると、今度は、Ｆ＝１に設定されているので、ステップＳ１４に進む。
ステップＳ１４では、起電力セル電圧Ｖｓの目標電圧Ｖｒが第２目標電圧Ｖｒ２（＝２００ｍＶ）に変更済みであるか否かを判断する。まだ、目標電圧Ｖｒが第２目標電圧Ｖｒ１（＝２００ｍＶ）に変更されていない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１５に進み、目標電圧Ｖｒを第２目標電圧Ｖｒ２（＝２００ｍＶ）に変更する（第２期間ＴＤ２開始）。これにより、起電力セル電圧Ｖｓが第２目標電圧Ｖｒ１（＝２００ｍＶ）となるように、ポンプ電流Ｉｐが制御される。
そして、ステップＳ２０に進み、ヒータ制御を行った後、本制御プログラムを一旦終了する。

一方、次にステップＳ１から再度プログラムが実行され、ステップＳ２で素子抵抗Ｒｐｖｓの検知タイミングになると（Ｙｅｓ）、ステップＳ３で、起電力セル電圧Ｖｓが第２目標電圧Ｖｒ２（＝２００ｍＶ）となるようにポンプ電流Ｉｐを制御した状態での素子抵抗Ｒｐｖｓを取得する。その後、ステップＳ１４まで進み、ステップＳ１４でＹｅｓとなって、ステップＳ１６に進む。
ステップＳ１６では、ステップＳ３で取得した素子抵抗Ｒｐｖｓの値を、第２素子抵抗Ｒｐｖｓ２として保存する（Ｒｐｖｓ２＝Ｒｐｖｓ）。
次いで、ステップＳ１７では、第１素子抵抗Ｒｐｖｓ１と第２素子抵抗Ｒｐｖｓ２との差分ΔＲｐｖｓ（＝Ｒｐｖｓ１−Ｒｐｖｓ２）から劣化度ＩＤを算出する。本実施形態では、差分ΔＲｐｖｓをそのまま劣化度ＩＤとする（ＩＤ＝ΔＲｐｖｓ）。
そして、続くステップＳ１８では、マイクロプロセッサ３０のメモリ（不図示）内のテーブルを参照して、劣化度ＩＤに対応する補正された目標抵抗値Ｒｔａを得る（目標抵抗値Ｒｔａを補正する）。
次いで、ステップＳ１９では、計測モード値Ｆを０にリセットする。そして、ステップＳ１２に進み、目標電圧Ｖｒを基準目標電圧Ｖｒｆ（＝４５０ｍＶ）に戻し、ステップＳ１３でカウント値Ｃを０にリセットする。これにより、目標電圧Ｖｒを第２目標電圧Ｖｒ２としていた第２期間ＴＤ２が終了すると共に、劣化検知処理が完了する。
そして、ステップＳ２０に進み、ヒータ制御を行った後、本制御プログラムを終了する。

本実施形態では、起電力セル２４の電極２２，２８が、一対の第１電極に相当し、ポンプセル１４の電極１２，１６が、一対の第２電極に相当する。また、起電力セル２４の電解質層２４ｃが第１固体電解質体に相当し、ポンプセル１４の電解質層１４ｃが、第２固体電解質体に相当する。
また、センサ素子部制御回路４０のＰＩＤ制御回路６９が、電流制御手段に相当し、さらに、センサ素子部制御回路４０のうち、ＰＩＤ制御回路６９の基準定電圧源６９ａ、第１定電圧源６９ｂ１、第２定電圧源６９ｂ２及びアナログマルチプレクサＭＵＸ１、制御部５９並びに、ステップＳ９，Ｓ１５，Ｓ１２を実行しているマイクロプロセッサ３０が、目標電圧設定手段に相当する。また、このうち、ステップＳ１２を実行しているマイクロプロセッサ３０が、基準目標電圧設定手段に相当する。
さらに、電圧変化量ΔＶｓの検出動作を行うセンサ素子部制御回路４０及びステップＳ３を実行しているマイクロプロセッサ３０が、素子抵抗取得手段に相当する。また、ステップＳ５を実行しているマイクロプロセッサ３０及びステップＳ４でＹｅｓとなった場合にステップＳ５をスキップする処理が、抵抗値代替手段に相当する。
さらに、ステップＳ１０，Ｓ１６，Ｓ１７を実行しているマイクロプロセッサ３０が、劣化検知手段に相当し、このうち、ステップＳ１７を実行しているマイクロプロセッサ３０が、劣化度算出手段に相当する。また、ステップＳ１８を実行しているマイクロプロセッサ３０が、劣化補正手段に相当する。
さらに、ヒータ部制御回路７０及びステップＳ５，Ｓ２０を実行しているマイクロプロセッサ３０が、ヒータ通電制御手段に相当する。

以上で説明したように、本実施形態のガスセンサ制御装置１では、起電力セル電圧Ｖｓの目標電圧Ｖｒを変更して、ポンプ電流Ｉｐを制御することにより、ガス雰囲気の異なる２つの状態における第１素子抵抗Ｒｐｖｓ１と第２素子抵抗Ｒｐｖｓ２との差分を用いて、センサ素子部３（検出素子）の劣化を検知する劣化検知手段を備えている。かくして、第１素子抵抗Ｒｐｖｓ１と第２素子抵抗Ｒｐｖｓ２との差分から、ガスセンサ２のセンサ素子部３の劣化を検知することができる。

さらに、本実施形態のガスセンサ制御装置１では、第１素子抵抗Ｒｐｖｓ１と第２素子抵抗Ｒｐｖｓ２との差分ΔＲｐｖｓ（＝Ｒｐｖｓ１−Ｒｐｖｓ２）から、センサ素子部３の劣化の度合いを示す劣化度ＩＤを算出している。センサ素子部３は、劣化が進行するほど、第１素子抵抗Ｒｐｖｓ１と第２素子抵抗Ｒｐｖｓ２の差が大きくなる。従って、これらの差分を用いることで、センサ素子部３の劣化の度合いを適切に検知することができる。

さらに、本実施形態のガスセンサ制御装置１では、基準目標電圧Ｖｒｆを４５０ｍＶとし、第１目標電圧Ｖｒ１を８００ｍＶ、第２目標電圧Ｖｒ２を２００ｍＶとしており、各電位の関係が、第２目標電圧Ｖｒ２＜基準目標電圧Ｖｒｆ＜第１目標電圧Ｖｒ１、の関係を満たす。このように定めることにより、第１素子抵抗Ｒｐｖｓ１と第２素子抵抗Ｒｐｖｓ２との差分ΔＲｐｖｓ（＝Ｒｐｖｓ１−Ｒｐｖｓ２）を大きくして、センサ素子部３の劣化をより適切に検知することができる。

さらに、本実施形態のガスセンサ制御装置１では、第１期間中ＴＤ１及び第２期間中ＴＤ２は、予め定めた抵抗値、具体的には、第１期間ＴＤ１及び第２期間ＴＤ２のそれぞれの開始直前に得た被制御素子抵抗Ｒｆの値Ｒｆ１，Ｒｆ２を、第１期間ＴＤ１中あるいは第２期間ＴＤ２中における被制御素子抵抗Ｒｆとして、ヒータ部８０（ヒータ）への通電を制御する。
これにより、第１期間ＴＤ１あるいは第２期間ＴＤ２への移行にあたり、ヒータ部８０への通電制御の状態が急変しないので、第１期間ＴＤ１中及び第２期間ＴＤ２中も、センサ素子部３の素子温度を安定して保持することができる。このため、第１素子抵抗Ｒｐｖｓ１及び第２素子抵抗Ｒｐｖｓ２を安定して取得することができ、センサ素子部３の劣化を適切に検知することができる。

さらに、本実施形態のガスセンサ制御装置１では、センサ素子部３の劣化度ＩＤに基づいて、目標抵抗値Ｒｔａを適正な値に補正する（補正した目標抵抗値Ｒｔａを得る）ので、センサ素子部３の劣化の影響を抑えて、ヒータ部８０への通電を適切にフィードバック制御することができる。これにより、素子温度を所望の活性化温度に適切に保つことができる。また、センサ素子部３が劣化したために過加熱となり、劣化がさらに促進されるのを防止することもできる。

以上において、本発明のガスセンサ制御装置を、実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態では、ガスセンサ２として、排気ガスＥＧ中の酸素濃度（空燃比）を検出する空燃比センサを用いたが、「ガスセンサ」は、空燃比センサに限られず、窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検出するＮＯｘセンサなどであっても良い。
また、ガスセンサは排気管に装着されるものに限定されず、ＥＧＲ装置を備えるエンジンの吸気管に装着されて、吸気ガス中の酸素濃度を検出するガスセンサに本発明を適用しても良い。

また、実施形態では、取得した劣化度ＩＤ（＝ΔＲｐｖｓ）に基づいて目標抵抗値Ｒｔａを補正する（補正された目標抵抗値Ｒｔａを得る）構成としたが、目標抵抗値Ｒｔａを補正する代わりに、被制御素子抵抗Ｒｆを補正する構成としても良い。
また、劣化度ＩＤを得る代わりに、差分ΔＲｐｖｓから、劣化を有無を検知して、ガスセンサ２の劣化時に警告信号を出す構成としても良い。

また、実施形態では、第１期間ＴＤ１と第２期間ＴＤ２とが連続しない構成とし、それぞれの期間の開始直前に得た被制御素子抵抗Ｒｆの値を、第１期間ＴＤ１中あるいは第２期間ＴＤ２中における被制御素子抵抗Ｒｆとして、ヒータ部８０への通電を制御した。しかし、これに代えて、第１期間ＴＤ１と第２期間ＴＤ２とが互いに連続する構成としても良い。この場合には、これらの期間のうち先に開始される期間の開始直前に得た被制御素子抵抗Ｒｆの値、例えば、第１期間ＴＤ１の開始直前に得たＲｆ１を第１期間ＴＤ１及び第２期間ＴＤ２にわたって用いて、ヒータ部８０への通電を制御すれば良い。

また、実施形態では、ガスセンサ制御装置１をＥＣＵ１００とは別体とする態様を示したが、本発明の「ガスセンサ制御装置」はこれに限られない。例えば、実施形態のガスセンサ制御装置１における機能部品（具体的には、センサ素子部制御回路４０、ヒータ部制御装置７０、マイクロコンピュータ１０）をＥＣＵ１００内に設置し、このＥＣＵ１００にガスセンサ２を接続する態様、即ち、ＥＣＵ１００を「ガスセンサ制御装置」として兼用させる態様としても良い。

１ ガスセンサ制御装置
２ ガスセンサ
３ センサ素子部（検出素子）
１４ ポンプセル
１４ｃ 電解質層（第２電解質体）
２４ 起電力セル
２４ｃ 電解質層（第１電解質体）
１２，１６ （ポンプセルの）電極（第２電極）
２２，２８ （起電力セルの）電極（第１電極）
Ｖｓ＋，Ｉｐ＋，ＣＯＭ （センサ素子部の）端子
８０ ヒータ部（ヒータ）
Ｉｐ ポンプ電流
Ｖｓ 起電力セル電圧
Ｖｉｐ ガス検出信号（酸素濃度信号）
ΔＶｓ 電圧変化量
Ｒｐｖｓ （起電力セルの）素子抵抗
３０ マイクロプロセッサ
４０ センサ素子部制御回路（素子抵抗取得手段）
５９ 制御部（目標電圧設定手段）
６９ ＰＩＤ制御回路（電流制御手段）
６９ａ 基準定電圧源（目標電圧設定手段）
６９ｂ１ 第１定電圧源（目標電圧設定手段）
６９ｂ２ 第２定電圧源（目標電圧設定手段）
ＭＵＸ１ アナログマルチプレクサ（目標電圧設定手段）
７０ ヒータ部制御回路（ヒータ通電制御手段）
ＥＮＧ 内燃機関（エンジン）
ＥＰ 排気管
ＥＧ 排気ガス（被測定ガス）
１００ ＥＣＵ
Ｖｒ 目標電圧
Ｖｒｆ 基準目標電圧
Ｖｒ１ 第１目標電圧
Ｖｒ２ 第２目標電圧
Ｒｐｖｓ１ 第１素子抵抗
Ｒｐｖｓ２ 第２素子抵抗
Ｒｆ 被制御素子抵抗
Ｒｔａ 目標抵抗値
Ｓ３ 素子抵抗取得手段
Ｓ４，Ｓ５ 抵抗値代替手段
Ｓ９，Ｓ１５，Ｓ１２ 目標電圧設定手段
Ｓ１２ 基準目標電圧設定手段（目標電圧設定手段）
Ｓ１０，Ｓ１６，Ｓ１７ 劣化検知手段
Ｓ１７ 劣化度算出手段
Ｓ１８ 劣化補正手段
Ｓ５，Ｓ２０ ヒータ通電制御手段

Claims (6)

1. 第１固体電解質体及びこの第１固体電解質体上に形成された一対の第１電極を有する起電力セルと、第２固体電解質体及びこの第２固体電解質体上に形成された一対の第２電極を有するポンプセル、とを備える検出素子を有し、特定ガス濃度を検出するガスセンサのガスセンサ制御装置であって、
   上記一対の第１電極間に生じる起電力セル電圧が目標電圧となるように、上記一対の第２電極間を流れるポンプ電流を制御する電流制御手段と、
   第１目標電圧、及び、上記第１目標電圧よりも低電位の第２目標電圧のいずれかを、上記目標電圧に設定する目標電圧設定手段と、
   上記検出素子のうち、上記起電力セルの素子抵抗を取得する素子抵抗取得手段と、
   上記第１目標電圧を上記目標電圧として、上記電流制御手段で上記ポンプ電流を制御した状態での上記素子抵抗の値である第１素子抵抗と、上記第２目標電圧を上記目標電圧として、上記電流制御手段で上記ポンプ電流を制御した状態での上記素子抵抗の値である第２素子抵抗との差分を用いて、上記検出素子の劣化を検知する劣化検知手段と、を備える
   ガスセンサ制御装置。
2. 請求項１に記載のガスセンサ制御装置であって、
   前記劣化検知手段は、
   前記差分から、前記検出素子の劣化の度合いを示す劣化度を算出する劣化度算出手段を含む
   ガスセンサ制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のガスセンサ制御装置であって、
   前記ガスセンサは、前記検出素子を加熱するヒータを有し、
   前記目標電圧設定手段は、
   前記特定ガス濃度を検出する際に用いる基準目標電圧を前記目標電圧に設定する基準目標電圧設定手段を含み、
   上記基準目標電圧を上記目標電圧として、前記電流制御手段で前記ポンプ電流を制御した状態での前記素子抵抗の値である被制御素子抵抗が目標抵抗値となるように、上記ヒータへの通電をフィードバック制御するヒータ通電制御手段と、を備え、
   上記ヒータ通電制御手段は、
   前記第１目標電圧を上記目標電圧としている第１期間中、及び、前記第２目標電圧を上記目標電圧としている第２期間中は、上記被制御素子抵抗として、予め定めた抵抗値を用いる抵抗値代替手段を有する
   ガスセンサ制御装置。
4. 請求項３に記載のガスセンサ制御装置であって、
   前記基準目標電圧は、前記第１目標電圧よりも低電位であり、且つ、前記第２目標電圧よりも高電圧である
   ガスセンサ制御装置。
5. 請求項３または請求項４に記載のガスセンサ制御装置であって、
   前記抵抗値代替手段は、
   前記第１期間と前記第２期間とが互いに連続する場合には、これらの期間のうち先に開始される期間の開始直前に得た前記被制御素子抵抗の値を、
   上記第１期間と上記第２期間とが連続しない場合には、それぞれの期間の開始直前に得た上記被制御素子抵抗の値を、
   前記予め定めた抵抗値とする
   ガスセンサ制御装置。
6. 請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載のガスセンサ制御装置であって、
   前記劣化検知手段は、
   前記差分から、前記検出素子の劣化の度合いを示す劣化度を算出する劣化度算出手段を含み、
   上記劣化度に基づき、前記被制御素子抵抗及び前記目標抵抗値のいずれかを補正する劣化補正手段を備える
   ガスセンサ制御装置。

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