JP7247989B2 - センサ制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ガスセンサに用いられるセンサ制御装置に関する。
ガスセンサは、内燃機関としてのエンジンの排気管等に配置され、排気管を流れる排ガスを検出対象ガスとして、エンジンの空燃比、排ガスの酸素濃度等を求めるために使用される。ガスセンサにおいては、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質体と、固体電解質体の表面に設けられた一対の電極とを有するセンサ素子が用いられる。一方の電極は、排ガスに晒される排気電極として用いられ、他方の電極は、排気電極との間に酸化物イオンを伝導させる対極としての大気電極として用いられる。
また、ガスセンサのセンサ素子における大気電極には、エンジンルーム等に存在する大気が導入される。このとき、エンジンルーム内の大気には、ケイ素及び酸素を含有する化合物のガスであるシロキサンガス等が含まれ、このシロキサンガス等が被毒物質として大気電極を被毒劣化させるおそれがある。
例えば、特許文献１のセンサ制御装置においては、大気電極が被毒劣化することを抑制するために、大気電極が被毒環境にあるときには、排気電極から大気電極へ酸素のポンピングを実施するよう構成されている。そして、センサ素子における、大気電極が配置された大気ダクト内を、エンジンルーム内に存在する酸素ではなく、排気電極を介して排気管内に存在する酸素によって置き換えることが行われている。
特許文献１のセンサ制御装置においては、大気電極の被毒劣化を抑制するために、排気電極と大気電極との間に電圧を印加して、排気電極から大気電極へ酸素のポンピングを実施する工夫しかなされていない。大気電極の被毒劣化をより効果的に抑制するためには、酸素のポンピングだけではない、更なる工夫が必要であることが判明した。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、ガスセンサの大気電極における被毒の抑制又は大気電極の被毒からの回復を図ることができるセンサ制御装置を提供しようとするものである。
本発明の第１態様は、
排ガス（Ｇ）に晒される排気電極（３１１）及び大気（Ａ）に晒される大気電極（３１２）が固体電解質体（３１）に互いに対向して設けられたセンサセル（２１）、及び前記センサセルを加熱するためのヒータ（２２）を有し、車両の内燃機関（５）における排気管（７）に配置されるガスセンサ（１）に用いられるセンサ制御装置（６）であって、
前記ヒータによる前記センサセルの加熱制御を行い、かつ前記内燃機関の燃焼運転時に、前記センサセルを運転時制御温度（Ｔ１）に加熱し、かつ、前記内燃機関の燃焼停止時に、前記センサセルを前記運転時制御温度よりも高い停止時制御温度（Ｔ２）に加熱するよう構成されたヒータ制御部（６１）と、
前記燃焼運転時又は前記燃焼停止時に前記センサセルを前記停止時制御温度に加熱した時点からの前記内燃機関の燃焼停止の回数、前記ガスセンサが搭載された車両の走行距離、及び前記ガスセンサ及び前記センサ制御装置の使用時間のうちの少なくとも１つに基づいて、前記センサセルの劣化度を推定する劣化推定部（６６）と、を有し、
前記ヒータ制御部は、前記劣化推定部による前記劣化度が所定値以上であることを条件として、前記燃焼停止時に前記センサセルを前記停止時制御温度に加熱するよう構成されている、センサ制御装置にある。
本発明の第２態様は、
排ガス（Ｇ）に晒される排気電極（３１１）及び大気（Ａ）に晒される大気電極（３１２）が固体電解質体（３１）に互いに対向して設けられたセンサセル（２１）、及び前記センサセルを加熱するためのヒータ（２２）を有し、車両の内燃機関（５）における排気管（７）に配置されるガスセンサ（１）に用いられ、
前記ヒータによる前記センサセルの加熱制御を行うヒータ制御部（６１）を有するセンサ制御装置（６）であって、
前記ヒータ制御部は、前記内燃機関の燃焼運転時に、前記センサセルを運転時制御温度（Ｔ１）に加熱し、かつ、前記内燃機関の燃焼停止時に、前記センサセルを前記運転時制御温度よりも高い停止時制御温度（Ｔ２）に加熱するよう構成されており、
前記ヒータ制御部によって前記燃焼停止時に前記センサセルを前記停止時制御温度に加熱することによって、前記大気電極に付着したケイ素の酸化物に亀裂を生じさせる、センサ制御装置にある。
本発明の第３態様は、
排ガス（Ｇ）に晒される排気電極（３１１）及び大気（Ａ）に晒される大気電極（３１２）が固体電解質体（３１）に互いに対向して設けられたセンサセル（２１）、及び前記センサセルを加熱するためのヒータ（２２）を有し、車両の内燃機関（５）における排気管（７）に配置されるガスセンサ（１）に用いられ、
前記ヒータによる前記センサセルの加熱制御を行うヒータ制御部（６１）を有するセンサ制御装置（６）であって、
前記ヒータ制御部は、前記内燃機関の燃焼運転時に、前記センサセルを運転時制御温度（Ｔ１）に加熱し、かつ、前記内燃機関の燃焼停止時に、前記センサセルを前記運転時制御温度よりも高い停止時制御温度（Ｔ２）に加熱するよう構成されており、
前記停止時制御温度は、前記大気電極と前記大気電極に付着したケイ素の酸化物との界面に生じる熱応力が、前記ケイ素の酸化物の単体における引張強さよりも大きくなる温度よりも高く、かつ前記固体電解質体の結晶構造が変化する温度よりも低く設定されている、センサ制御装置にある。
本発明の第４態様は、
排ガス（Ｇ）に晒される排気電極（３１１）及び大気（Ａ）に晒される大気電極（３１２）が固体電解質体（３１）に互いに対向して設けられたセンサセル（２１）、及び前記センサセルを加熱するためのヒータ（２２）を有し、車両の内燃機関（５）における排気管（７）に配置されるガスセンサ（１）に用いられ、
前記ヒータによる前記センサセルの加熱制御を行うヒータ制御部（６１）と、前記排気電極と前記大気電極との間に電圧を印加する電圧印加部（６２）と、を有するセンサ制御装置（６）であって、
前記ヒータ制御部は、前記内燃機関の燃焼運転時に、前記センサセルを運転時制御温度（Ｔ１）に加熱し、かつ、前記内燃機関の燃焼停止時に、前記センサセルを前記運転時制御温度よりも高い停止時制御温度（Ｔ２）に加熱するよう構成されており、
前記電圧印加部は、前記燃焼運転時に、前記排気電極と前記大気電極との間に運転時電圧（Ｖ１）を印加し、かつ、前記燃焼停止時に、前記排気電極と前記大気電極との間に前記運転時電圧よりも高い停止時電圧（Ｖ２）を印加するよう構成されている、センサ制御装置にある。
排ガス（Ｇ）に晒される排気電極（３１１）及び大気（Ａ）に晒される大気電極（３１２）が固体電解質体（３１）に互いに対向して設けられたセンサセル（２１）、及び前記センサセルを加熱するためのヒータ（２２）を有し、車両の内燃機関（５）における排気管（７）に配置されるガスセンサ（１）に用いられるセンサ制御装置（６）であって、
前記ヒータによる前記センサセルの加熱制御を行い、かつ前記内燃機関の燃焼運転時に、前記センサセルを運転時制御温度（Ｔ１）に加熱し、かつ、前記内燃機関の燃焼停止時に、前記センサセルを前記運転時制御温度よりも高い停止時制御温度（Ｔ２）に加熱するよう構成されたヒータ制御部（６１）と、
前記燃焼運転時又は前記燃焼停止時に前記センサセルを前記停止時制御温度に加熱した時点からの前記内燃機関の燃焼停止の回数、前記ガスセンサが搭載された車両の走行距離、及び前記ガスセンサ及び前記センサ制御装置の使用時間のうちの少なくとも１つに基づいて、前記センサセルの劣化度を推定する劣化推定部（６６）と、を有し、
前記ヒータ制御部は、前記劣化推定部による前記劣化度が所定値以上であることを条件として、前記燃焼停止時に前記センサセルを前記停止時制御温度に加熱するよう構成されている、センサ制御装置にある。
本発明の第２態様は、
排ガス（Ｇ）に晒される排気電極（３１１）及び大気（Ａ）に晒される大気電極（３１２）が固体電解質体（３１）に互いに対向して設けられたセンサセル（２１）、及び前記センサセルを加熱するためのヒータ（２２）を有し、車両の内燃機関（５）における排気管（７）に配置されるガスセンサ（１）に用いられ、
前記ヒータによる前記センサセルの加熱制御を行うヒータ制御部（６１）を有するセンサ制御装置（６）であって、
前記ヒータ制御部は、前記内燃機関の燃焼運転時に、前記センサセルを運転時制御温度（Ｔ１）に加熱し、かつ、前記内燃機関の燃焼停止時に、前記センサセルを前記運転時制御温度よりも高い停止時制御温度（Ｔ２）に加熱するよう構成されており、
前記ヒータ制御部によって前記燃焼停止時に前記センサセルを前記停止時制御温度に加熱することによって、前記大気電極に付着したケイ素の酸化物に亀裂を生じさせる、センサ制御装置にある。
本発明の第３態様は、
排ガス（Ｇ）に晒される排気電極（３１１）及び大気（Ａ）に晒される大気電極（３１２）が固体電解質体（３１）に互いに対向して設けられたセンサセル（２１）、及び前記センサセルを加熱するためのヒータ（２２）を有し、車両の内燃機関（５）における排気管（７）に配置されるガスセンサ（１）に用いられ、
前記ヒータによる前記センサセルの加熱制御を行うヒータ制御部（６１）を有するセンサ制御装置（６）であって、
前記ヒータ制御部は、前記内燃機関の燃焼運転時に、前記センサセルを運転時制御温度（Ｔ１）に加熱し、かつ、前記内燃機関の燃焼停止時に、前記センサセルを前記運転時制御温度よりも高い停止時制御温度（Ｔ２）に加熱するよう構成されており、
前記停止時制御温度は、前記大気電極と前記大気電極に付着したケイ素の酸化物との界面に生じる熱応力が、前記ケイ素の酸化物の単体における引張強さよりも大きくなる温度よりも高く、かつ前記固体電解質体の結晶構造が変化する温度よりも低く設定されている、センサ制御装置にある。
本発明の第４態様は、
排ガス（Ｇ）に晒される排気電極（３１１）及び大気（Ａ）に晒される大気電極（３１２）が固体電解質体（３１）に互いに対向して設けられたセンサセル（２１）、及び前記センサセルを加熱するためのヒータ（２２）を有し、車両の内燃機関（５）における排気管（７）に配置されるガスセンサ（１）に用いられ、
前記ヒータによる前記センサセルの加熱制御を行うヒータ制御部（６１）と、前記排気電極と前記大気電極との間に電圧を印加する電圧印加部（６２）と、を有するセンサ制御装置（６）であって、
前記ヒータ制御部は、前記内燃機関の燃焼運転時に、前記センサセルを運転時制御温度（Ｔ１）に加熱し、かつ、前記内燃機関の燃焼停止時に、前記センサセルを前記運転時制御温度よりも高い停止時制御温度（Ｔ２）に加熱するよう構成されており、
前記電圧印加部は、前記燃焼運転時に、前記排気電極と前記大気電極との間に運転時電圧（Ｖ１）を印加し、かつ、前記燃焼停止時に、前記排気電極と前記大気電極との間に前記運転時電圧よりも高い停止時電圧（Ｖ２）を印加するよう構成されている、センサ制御装置にある。
本発明の第５態様は、
排ガス（Ｇ）に晒される排気電極（３１１）及び大気（Ａ）に晒される大気電極（３１２）が固体電解質体（３１）に互いに対向して設けられたセンサセル（２１）、及び前記センサセルを加熱するためのヒータ（２２）を有し、車両の内燃機関（５）における排気管（７）に配置されるガスセンサ（１）に用いられ、
前記排気電極と前記大気電極との間に電圧を印加する電圧印加部（６２）、及び前記燃焼運転時又は前記燃焼停止時において前記センサセルによる検出値の劣化量を検出する劣化検出部（６４）を有するセンサ制御装置（６）であって、
前記電圧印加部は、前記内燃機関の燃焼運転時に、前記排気電極と前記大気電極との間に運転時電圧（Ｖ１）を印加し、かつ、前記劣化検出部による前記劣化量が所定値以上であることを条件として、前記内燃機関の燃焼停止時に、前記排気電極と前記大気電極との間に前記運転時電圧よりも高い停止時電圧（Ｖ２）を印加して、前記大気電極に付着したケイ素の酸化物を還元するよう構成されている、センサ制御装置にある。
排ガス（Ｇ）に晒される排気電極（３１１）及び大気（Ａ）に晒される大気電極（３１２）が固体電解質体（３１）に互いに対向して設けられたセンサセル（２１）、及び前記センサセルを加熱するためのヒータ（２２）を有し、車両の内燃機関（５）における排気管（７）に配置されるガスセンサ（１）に用いられ、
前記排気電極と前記大気電極との間に電圧を印加する電圧印加部（６２）、及び前記燃焼運転時又は前記燃焼停止時において前記センサセルによる検出値の劣化量を検出する劣化検出部（６４）を有するセンサ制御装置（６）であって、
前記電圧印加部は、前記内燃機関の燃焼運転時に、前記排気電極と前記大気電極との間に運転時電圧（Ｖ１）を印加し、かつ、前記劣化検出部による前記劣化量が所定値以上であることを条件として、前記内燃機関の燃焼停止時に、前記排気電極と前記大気電極との間に前記運転時電圧よりも高い停止時電圧（Ｖ２）を印加して、前記大気電極に付着したケイ素の酸化物を還元するよう構成されている、センサ制御装置にある。
（第１～第４態様のセンサ制御装置）
前記第１～第４態様のセンサ制御装置においては、ヒータによるセンサセルの加熱制御を行うヒータ制御部に工夫をし、大気電極の被毒の抑制又は大気電極の被毒からの回復を可能にしている。具体的には、ヒータ制御部は、内燃機関の燃焼停止時に、センサセルを、燃焼運転時の運転時制御温度よりも高い停止時制御温度に加熱するよう構成されている。この構成により、シロキサンガス等の被毒ガスをガスセンサ内において酸化させて大気電極へ到達しにくい状態にし、大気電極に絶縁性の被毒膜が形成されることを抑制することができる。
前記第１～第４態様のセンサ制御装置においては、ヒータによるセンサセルの加熱制御を行うヒータ制御部に工夫をし、大気電極の被毒の抑制又は大気電極の被毒からの回復を可能にしている。具体的には、ヒータ制御部は、内燃機関の燃焼停止時に、センサセルを、燃焼運転時の運転時制御温度よりも高い停止時制御温度に加熱するよう構成されている。この構成により、シロキサンガス等の被毒ガスをガスセンサ内において酸化させて大気電極へ到達しにくい状態にし、大気電極に絶縁性の被毒膜が形成されることを抑制することができる。
また、ガスセンサ及びセンサ制御装置を駆動する前には、シロキサン等の被毒物が大気電極に既に付着している状態も想定される。この状態でガスセンサ及びセンサ制御装置を駆動した場合、大気電極の加熱により、被毒物の酸化反応が起こり、被毒物による被毒膜が形成される場合も想定される。この場合には、内燃機関の燃焼停止時に、センサセルが停止時制御温度に加熱されることにより、大気電極における被毒膜を熱応力によって破壊して、大気電極による酸素のイオン活性化の機能を回復させることができる。
前記第１～第４態様のセンサ制御装置によれば、ガスセンサの大気電極における被毒の抑制又は大気電極の被毒からの回復を図ることができる。
（第５態様のセンサ制御装置）
前記第５態様のセンサ制御装置においては、排気電極と大気電極との間に電圧を印加する電圧印加部に工夫をし、大気電極の被毒からの回復を可能にしている。具体的には、電圧印加部は、内燃機関の燃焼停止時に、劣化検出部によるセンサセルによる検出値の劣化量が所定値以上であることを条件として、排気電極と大気電極との間に運転時電圧よりも高い停止時電圧を印加して、大気電極に付着したケイ素の酸化物を還元するよう構成されている。この構成により、シロキサンガス等の被毒ガスが大気電極に付着して形成された被毒膜としてのケイ素の酸化物を還元して、大気電極による酸素のイオン活性化の機能を回復させることができる。
前記第５態様のセンサ制御装置においては、排気電極と大気電極との間に電圧を印加する電圧印加部に工夫をし、大気電極の被毒からの回復を可能にしている。具体的には、電圧印加部は、内燃機関の燃焼停止時に、劣化検出部によるセンサセルによる検出値の劣化量が所定値以上であることを条件として、排気電極と大気電極との間に運転時電圧よりも高い停止時電圧を印加して、大気電極に付着したケイ素の酸化物を還元するよう構成されている。この構成により、シロキサンガス等の被毒ガスが大気電極に付着して形成された被毒膜としてのケイ素の酸化物を還元して、大気電極による酸素のイオン活性化の機能を回復させることができる。
前記第５態様のセンサ制御装置によれば、ガスセンサの大気電極を、被毒からの回復させることができる。
なお、本発明の各態様において示す各構成要素のカッコ書きの符号は、実施形態における図中の符号との対応関係を示すが、各構成要素を実施形態の内容のみに限定するものではない。
前述したセンサ制御装置にかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
本形態のセンサ制御装置６は、図１～図６に示すように、車両の内燃機関としてのエンジン５における排気管７に配置されるガスセンサ１に用いられるものである。ガスセンサ１は、センサセル２１と、センサセル２１を加熱するためのヒータ２２とを有する。センサセル２１は、排ガスＧに晒される排気電極３１１と、大気Ａに晒される大気電極３１２と、排気電極３１１及び大気電極３１２が互いに対向して設けられた固体電解質体３１とを有する。
＜実施形態１＞
本形態のセンサ制御装置６は、図１～図６に示すように、車両の内燃機関としてのエンジン５における排気管７に配置されるガスセンサ１に用いられるものである。ガスセンサ１は、センサセル２１と、センサセル２１を加熱するためのヒータ２２とを有する。センサセル２１は、排ガスＧに晒される排気電極３１１と、大気Ａに晒される大気電極３１２と、排気電極３１１及び大気電極３１２が互いに対向して設けられた固体電解質体３１とを有する。
センサ制御装置６は、ヒータ２２によるセンサセル２１の加熱制御を行うヒータ制御部６１を有する。図１０に示すように、ヒータ制御部６１は、エンジン５の燃焼運転時に、ヒータ２２によってセンサセル２１を運転時制御温度Ｔ１に加熱し、かつ、エンジン５の燃焼停止時に、ヒータ２２によってセンサセル２１を運転時制御温度Ｔ１よりも高い停止時制御温度Ｔ２に加熱するよう構成されている。
まず、本形態のガスセンサ１について詳説する。
（ガスセンサ１）
図１及び図５に示すように、ガスセンサ１は、車両のエンジン５の排気管７の取付口７１に配置され、排気管７を流れる排ガスＧを検出対象ガスとして、検出対象ガスにおける酸素濃度等を検出するために用いられる。ガスセンサ１は、排ガスＧにおける酸素濃度、未燃ガス濃度等に基づいて、エンジン５における空燃比を求める空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）として用いることができる。空燃比センサは、理論空燃比と比べて空気に対する燃料の割合が多い燃料リッチの状態から、理論空燃比と比べて空気に対する燃料の割合が少ない燃料リーンの状態まで定量的に連続して空燃比を検出することができるものである。また、ガスセンサ１は、空燃比センサ以外にも、酸素濃度を求める種々の用途として用いることができる。
（ガスセンサ１）
図１及び図５に示すように、ガスセンサ１は、車両のエンジン５の排気管７の取付口７１に配置され、排気管７を流れる排ガスＧを検出対象ガスとして、検出対象ガスにおける酸素濃度等を検出するために用いられる。ガスセンサ１は、排ガスＧにおける酸素濃度、未燃ガス濃度等に基づいて、エンジン５における空燃比を求める空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）として用いることができる。空燃比センサは、理論空燃比と比べて空気に対する燃料の割合が多い燃料リッチの状態から、理論空燃比と比べて空気に対する燃料の割合が少ない燃料リーンの状態まで定量的に連続して空燃比を検出することができるものである。また、ガスセンサ１は、空燃比センサ以外にも、酸素濃度を求める種々の用途として用いることができる。
図５に示すように、排気管７には、排ガスＧ中の有害物質を浄化するための触媒７２が配置されており、ガスセンサ１は、排気管７における排ガスＧの流れ方向において、触媒７２の上流側又は下流側のいずれに配置することもできる。また、ガスセンサ１は、排ガスＧを利用してエンジン５が吸入する空気の密度を高める過給機の吸入側の配管に配置することもできる。また、ガスセンサ１を配置する配管は、エンジン５から排気管７に排気される排ガスＧの一部を、エンジン５の吸気管に再循環させる排気再循環機構における配管とすることもできる。
図５に示すように、本形態のエンジン５は、ガソリンエンジンであり、排気管７には、触媒７２としての三元触媒７２が配置されている。本形態のガスセンサ１は、排気管７における、三元触媒７２の配置位置よりも排ガスＧの流れの上流側に配置された空燃比センサ１１を構成する。空燃比センサ１１においては、後述する板状の固体電解質体３１を有する積層タイプのセンサ素子２を用いることができる。
また、ガスセンサ１は、三元触媒７２の配置位置よりも排ガスＧの流れの下流側に配置された酸素センサ１２としてもよい。本形態の三元触媒７２は、排気管７における排ガスＧの流れの方向に分かれて複数段配置されている。酸素センサ１２は、排気管７における最も上流側に位置する三元触媒７２の下流側に隣接して配置されている。酸素センサ１２においては、後述するコップ状の固体電解質体３１を有するコップタイプのセンサ素子を用いることができる。酸素センサにおいては、排ガスＧによって推定される、エンジン５の空燃比が、理論空燃比よりも燃料リッチ側にあるか燃料リーン側にあるかを検出することができる。
また、図示は省略するが、エンジン５は、ディーゼルエンジンとしてもよく、排気管７には、三元触媒７２とともに又は三元触媒７２の代わりに、ＮＯｘ（窒素酸化物）を還元する還元触媒が配置されていてもよい。この還元触媒には、吸蔵型窒素酸化物還元触媒（ＬＮＴ）、選択式還元触媒（ＳＣＲ）等がある。吸蔵型窒素酸化物還元触媒は、エンジンにおける燃料を多めに噴射して排ガスＧ中に増加した一酸化炭素、炭化水素等を、吸蔵したＮＯｘと反応させて窒素に還元するものである。選択式還元触媒は、アンモニアによってＮＯｘを窒素に還元するものである。
ガスセンサ１は、排気管７における、還元触媒の配置位置よりも排ガスＧの流れの上流側又は下流側に配置されたＮＯｘセンサとしてもよい。ＮＯｘセンサを構成するセンサ素子２においては、後述するガス室３５内における、検出電極としての排気電極３１１よりも排ガスＧの流れの上流側の位置に、電圧の印加によって大気電極３１２へ酸素をポンピングするポンプ電極が配置される。大気電極３１２は、固体電解質体３１を介して、検出電極とポンプ電極とに対向する位置に形成される。なお、排気管７には、排ガスＧに含まれる粒子状物質の可溶有機成分（ＳＯＦ）、一酸化炭素、炭化水素等を酸化するディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）等が配置されていてもよい。
（センサ素子２）
図２～図４に示すように、本形態のセンサ素子２は、排気電極３１１及び大気電極３１２が設けられた板状の固体電解質体３１に、各絶縁体３３Ａ，３３Ｂ及び発熱体３４が積層された積層タイプのものである。センサ素子２には、排気電極３１１、大気電極３１２、及び排気電極３１１と大気電極３１２との間に挟まれた固体電解質体３１の部分によるセンサセル２１が形成されている。センサセル２１は、長尺形状のセンサ素子２における先端側部分に形成されている。
図２～図４に示すように、本形態のセンサ素子２は、排気電極３１１及び大気電極３１２が設けられた板状の固体電解質体３１に、各絶縁体３３Ａ，３３Ｂ及び発熱体３４が積層された積層タイプのものである。センサ素子２には、排気電極３１１、大気電極３１２、及び排気電極３１１と大気電極３１２との間に挟まれた固体電解質体３１の部分によるセンサセル２１が形成されている。センサセル２１は、長尺形状のセンサ素子２における先端側部分に形成されている。
本形態において、センサ素子２が長尺形状に延びる方向のことを長手方向Ｌという。また、長手方向Ｌに直交し、固体電解質体３１、各絶縁体３３Ａ，３３Ｂ及び発熱体３４が積層された方向、換言すれば、センサセル２１とヒータ２２とが積層された方向を、積層方向Ｄという。また、長手方向Ｌと積層方向Ｄとに直交する方向を、幅方向Ｗという。また、センサ素子２の長手方向Ｌにおいて、排ガスＧに晒される側を先端側Ｌ１といい、先端側Ｌ１の反対側を基端側Ｌ２という。
（センサセル２１）
図２及び図３に示すように、センサセル２１を構成する固体電解質体３１は、所定の活性温度において、酸化物イオン（Ｏ2-）の伝導性を有するものである。固体電解質体３１の第１表面３０１には、排ガスＧに晒される排気電極３１１が設けられており、固体電解質体３１の第２表面３０２には、大気Ａに晒される大気電極３１２が設けられている。排気電極３１１と大気電極３１２とは、センサ素子２の長手方向Ｌの、排ガスＧに晒される先端側Ｌ１の部位において、固体電解質体３１を介して積層方向Ｄに重なる位置に配置されている。第１絶縁体３３Ａは、固体電解質体３１の第１表面３０１に積層されており、第２絶縁体３３Ｂは、固体電解質体３１の第２表面３０２に積層されている。
図２及び図３に示すように、センサセル２１を構成する固体電解質体３１は、所定の活性温度において、酸化物イオン（Ｏ2-）の伝導性を有するものである。固体電解質体３１の第１表面３０１には、排ガスＧに晒される排気電極３１１が設けられており、固体電解質体３１の第２表面３０２には、大気Ａに晒される大気電極３１２が設けられている。排気電極３１１と大気電極３１２とは、センサ素子２の長手方向Ｌの、排ガスＧに晒される先端側Ｌ１の部位において、固体電解質体３１を介して積層方向Ｄに重なる位置に配置されている。第１絶縁体３３Ａは、固体電解質体３１の第１表面３０１に積層されており、第２絶縁体３３Ｂは、固体電解質体３１の第２表面３０２に積層されている。
固体電解質体３１は、ジルコニア系酸化物からなり、ジルコニアを主成分とし（５０質量％以上含有し）、希土類金属元素又はアルカリ土類金属元素によってジルコニアの一部を置換させた安定化ジルコニア又は部分安定化ジルコニアからなる。固体電解質体３１を構成するジルコニアの一部は、イットリア、スカンジア又はカルシアによって置換することができる。
センサセル２１を構成する排気電極３１１及び大気電極３１２は、酸素に対する触媒活性を示す貴金属としての白金、及び固体電解質体３１との共材としてのジルコニア系酸化物を含有している。共材は、固体電解質体３１にペースト状の電極材料を印刷（塗布）して固体電解質体３１及び電極材料を焼成する際に、電極材料によって形成される排気電極３１１及び大気電極３１２と固体電解質体３１との結合強度を維持するためのものである。
（ガス室３５）
図２及び図３に示すように、固体電解質体３１の第１表面３０１には、第１絶縁体３３Ａと固体電解質体３１とに囲まれたガス室３５が隣接して形成されている。ガス室３５は、第１絶縁体３３Ａの長手方向Ｌの先端側Ｌ１の部位において、排気電極３１１を収容する位置に形成されている。ガス室３５は、第１絶縁体３３Ａと拡散抵抗部（ガス導入部）３２と固体電解質体３１とによって閉じられた空間部として形成されている。排気管７内を流れる排ガスＧは、拡散抵抗部３２を通過してガス室３５内に導入される。
図２及び図３に示すように、固体電解質体３１の第１表面３０１には、第１絶縁体３３Ａと固体電解質体３１とに囲まれたガス室３５が隣接して形成されている。ガス室３５は、第１絶縁体３３Ａの長手方向Ｌの先端側Ｌ１の部位において、排気電極３１１を収容する位置に形成されている。ガス室３５は、第１絶縁体３３Ａと拡散抵抗部（ガス導入部）３２と固体電解質体３１とによって閉じられた空間部として形成されている。排気管７内を流れる排ガスＧは、拡散抵抗部３２を通過してガス室３５内に導入される。
（拡散抵抗部３２）
図２に示すように、本形態の拡散抵抗部３２は、ガス室３５の長手方向Ｌの先端側Ｌ１に隣接して設けられている。換言すれば、拡散抵抗部３２は、センサ素子２の長手方向Ｌの先端面に形成されている。拡散抵抗部３２は、第１絶縁体３３Ａにおいて、ガス室３５の長手方向Ｌの先端側Ｌ１に隣接して開口された導入口内に、酸化アルミニウム等の金属酸化物の多孔質体を配置することによって形成されている。ガス室３５に導入される排ガスＧの拡散速度（流量）は、排ガスＧが拡散抵抗部３２における多孔質体の気孔を通過する速度が制限されることによって決定される。
図２に示すように、本形態の拡散抵抗部３２は、ガス室３５の長手方向Ｌの先端側Ｌ１に隣接して設けられている。換言すれば、拡散抵抗部３２は、センサ素子２の長手方向Ｌの先端面に形成されている。拡散抵抗部３２は、第１絶縁体３３Ａにおいて、ガス室３５の長手方向Ｌの先端側Ｌ１に隣接して開口された導入口内に、酸化アルミニウム等の金属酸化物の多孔質体を配置することによって形成されている。ガス室３５に導入される排ガスＧの拡散速度（流量）は、排ガスＧが拡散抵抗部３２における多孔質体の気孔を通過する速度が制限されることによって決定される。
拡散抵抗部３２は、ガス室３５の幅方向Ｗの両側に隣接して形成してもよい。この場合には、拡散抵抗部３２は、第１絶縁体３３Ａにおいて、ガス室３５の幅方向Ｗの両側に隣接して開口された導入口内に配置される。なお、拡散抵抗部３２は、多孔質体を用いて形成する以外にも、ガス室３５に連通された小さな貫通穴であるピンホールを用いて形成することもできる。
（大気ダクト３６）
図２～図４に示すように、固体電解質体３１の第２表面３０２には、第２絶縁体３３Ｂと固体電解質体３１とに囲まれた大気ダクト３６が隣接して形成されている。大気ダクト３６は、第２絶縁体３３Ｂにおける、大気電極３１２を収容する長手方向Ｌの部位から、センサ素子２の長手方向Ｌにおける、大気Ａに晒される基端位置まで形成されている。センサ素子２の長手方向Ｌの基端位置には、大気ダクト３６の大気導入部としての基端開口部３６１が形成されている。大気ダクト３６は、基端開口部３６１から固体電解質体３１を介してガス室３５と積層方向Ｄに重なる位置まで形成されている。大気ダクト３６には、基端開口部３６１から大気Ａが導入される。
図２～図４に示すように、固体電解質体３１の第２表面３０２には、第２絶縁体３３Ｂと固体電解質体３１とに囲まれた大気ダクト３６が隣接して形成されている。大気ダクト３６は、第２絶縁体３３Ｂにおける、大気電極３１２を収容する長手方向Ｌの部位から、センサ素子２の長手方向Ｌにおける、大気Ａに晒される基端位置まで形成されている。センサ素子２の長手方向Ｌの基端位置には、大気ダクト３６の大気導入部としての基端開口部３６１が形成されている。大気ダクト３６は、基端開口部３６１から固体電解質体３１を介してガス室３５と積層方向Ｄに重なる位置まで形成されている。大気ダクト３６には、基端開口部３６１から大気Ａが導入される。
（各絶縁体３３Ａ，３３Ｂ）
図２及び図３に示すように、第１絶縁体３３Ａは、ガス室３５を形成するものであり、第２絶縁体３３Ｂは、大気ダクト３６を形成するとともに発熱体３４を埋設するものである。第１絶縁体３３Ａ及び第２絶縁体３３Ｂは、アルミナ（酸化アルミニウム）等の金属酸化物によって形成されている。各絶縁体３３Ａ，３３Ｂは、排ガスＧ又は大気Ａである気体が透過することができない緻密体として形成されており、各絶縁体３３Ａ，３３Ｂには、気体が通過することができる気孔がほとんど形成されていない。
図２及び図３に示すように、第１絶縁体３３Ａは、ガス室３５を形成するものであり、第２絶縁体３３Ｂは、大気ダクト３６を形成するとともに発熱体３４を埋設するものである。第１絶縁体３３Ａ及び第２絶縁体３３Ｂは、アルミナ（酸化アルミニウム）等の金属酸化物によって形成されている。各絶縁体３３Ａ，３３Ｂは、排ガスＧ又は大気Ａである気体が透過することができない緻密体として形成されており、各絶縁体３３Ａ，３３Ｂには、気体が通過することができる気孔がほとんど形成されていない。
（ヒータ２２）
図２～図４に示すように、ヒータ２２は、第２絶縁体３３Ｂに埋設された発熱体３４によって形成されている。なお、発熱体３４は、第１絶縁体３３Ａに埋設されていてもよい。発熱体３４は、通電によって発熱する発熱部３４１と、発熱部３４１の、長手方向Ｌの基端側Ｌ２に繋がる発熱体リード部３４２とを有する。発熱部３４１は、固体電解質体３１と各絶縁体３３Ａ，３３Ｂとの積層方向Ｄにおいて、少なくとも一部が排気電極３１１及び大気電極３１２に重なる位置に配置されている。
図２～図４に示すように、ヒータ２２は、第２絶縁体３３Ｂに埋設された発熱体３４によって形成されている。なお、発熱体３４は、第１絶縁体３３Ａに埋設されていてもよい。発熱体３４は、通電によって発熱する発熱部３４１と、発熱部３４１の、長手方向Ｌの基端側Ｌ２に繋がる発熱体リード部３４２とを有する。発熱部３４１は、固体電解質体３１と各絶縁体３３Ａ，３３Ｂとの積層方向Ｄにおいて、少なくとも一部が排気電極３１１及び大気電極３１２に重なる位置に配置されている。
また、発熱部３４１は、直線部分及び曲線部分によって蛇行する線状の導体部によって形成されている。本形態の発熱部３４１の直線部分は、長手方向Ｌに平行に形成されている。発熱体リード部３４２は、長手方向Ｌに平行な直線状の導体部によって形成されている。発熱部３４１の単位長さ当たりの抵抗値は、発熱体リード部３４２の単位長さ当たりの抵抗値よりも大きい。発熱体リード部３４２は、発熱部３４１から長手方向Ｌの基端側Ｌ２の部位まで引き出されている。発熱体３４は、導電性を有する金属材料を含有している。
発熱部３４１は、長手方向Ｌに直交する積層方向Ｄにおいて、排気電極３１１及び大気電極３１２に対向する位置に配置されている。換言すれば、発熱部３４１は、センサ素子２の長手方向Ｌの先端側Ｌ１の部位において、排気電極３１１及び大気電極３１２に対して積層方向Ｄに重なる位置に配置されている。一対の発熱体リード部３４２に電圧が印加されると、発熱部３４１がジュール熱によって発熱し、この発熱によって、センサセル２１の周辺が目標とする温度に加熱される。
（多孔質層３７）
図１に示すように、センサ素子２の長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位の全周には、排気電極３１１の被毒物質、排気管７内に生じる凝縮水等を捕獲するための多孔質層３７が設けられている。多孔質層３７は、アルミナ等の多孔質のセラミックス（金属酸化物）によって形成されている。多孔質層３７の気孔率は、拡散抵抗部３２の気孔率よりも大きく、多孔質層３７を透過することができる排ガスＧの流量は、拡散抵抗部３２を透過することができる排ガスＧの流量よりも多い。
図１に示すように、センサ素子２の長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位の全周には、排気電極３１１の被毒物質、排気管７内に生じる凝縮水等を捕獲するための多孔質層３７が設けられている。多孔質層３７は、アルミナ等の多孔質のセラミックス（金属酸化物）によって形成されている。多孔質層３７の気孔率は、拡散抵抗部３２の気孔率よりも大きく、多孔質層３７を透過することができる排ガスＧの流量は、拡散抵抗部３２を透過することができる排ガスＧの流量よりも多い。
（他のセンサ素子２）
図示は省略するが、センサ素子２は、１つの固体電解質体３１を有するものに限られず、２つ以上の固体電解質体３１を有するものとしてもよい。固体電解質体３１に設けられる電極３１１，３１２は、排気電極３１１及び大気電極３１２の一対のものだけに限られず、複数組の電極としてもよい。１つ又は複数の固体電解質体３１に複数組の電極が設けられている場合には、発熱体３４の発熱部３４１は、複数組の電極に対向する位置に設けることができる。
図示は省略するが、センサ素子２は、１つの固体電解質体３１を有するものに限られず、２つ以上の固体電解質体３１を有するものとしてもよい。固体電解質体３１に設けられる電極３１１，３１２は、排気電極３１１及び大気電極３１２の一対のものだけに限られず、複数組の電極としてもよい。１つ又は複数の固体電解質体３１に複数組の電極が設けられている場合には、発熱体３４の発熱部３４１は、複数組の電極に対向する位置に設けることができる。
また、センサ素子２は、有底円筒形状を有する固体電解質体と、固体電解質体の外側面に設けられた排気電極３１１と、固体電解質体の内側面に設けられた大気電極３１２とを有するコップタイプのものとしてもよい。この場合にも、大気電極３１２には、大気カバー４６Ａ，４６Ｂ内に取り込まれて固体電解質体の内側に流入する大気Ａに含まれる被毒物質が到達する可能性がある。なお、コップタイプのセンサ素子は、排気電極３１１と大気電極３１２との間に生じる起電力を検出する用途の他、電圧印加部６２を利用した、空燃比又はＮＯｘを検出する用途に用いてもよい。
（ガスセンサ１の他の構成）
図１に示すように、ガスセンサ１は、センサ素子２の他に、センサ素子２を保持する第１インシュレータ４２、第１インシュレータ４２を保持するハウジング４１、第１インシュレータ４２に連結された第２インシュレータ４３、第２インシュレータ４３に保持されてセンサ素子２に接触する接点端子４４を備える。また、ガスセンサ１は、ハウジング４１の先端側Ｌ１の部分に装着されてセンサ素子２の先端側部分を覆う素子カバー４５Ａ，４５Ｂ、ハウジング４１の後端側Ｌ２の部分に装着されて第２インシュレータ４３、接点端子４４等を覆う大気カバー４６Ａ，４６Ｂ、接点端子４４に繋がるリード線４８を大気カバー４６Ａ，４６Ｂに保持するためのブッシュ４７等を備える。
図１に示すように、ガスセンサ１は、センサ素子２の他に、センサ素子２を保持する第１インシュレータ４２、第１インシュレータ４２を保持するハウジング４１、第１インシュレータ４２に連結された第２インシュレータ４３、第２インシュレータ４３に保持されてセンサ素子２に接触する接点端子４４を備える。また、ガスセンサ１は、ハウジング４１の先端側Ｌ１の部分に装着されてセンサ素子２の先端側部分を覆う素子カバー４５Ａ，４５Ｂ、ハウジング４１の後端側Ｌ２の部分に装着されて第２インシュレータ４３、接点端子４４等を覆う大気カバー４６Ａ，４６Ｂ、接点端子４４に繋がるリード線４８を大気カバー４６Ａ，４６Ｂに保持するためのブッシュ４７等を備える。
センサ素子２の先端側部分及び素子カバー４５Ａ，４５Ｂは、エンジン５の排気管７内に配置される。素子カバー４５Ａ，４５Ｂには、検出対象ガスとしての排ガスＧを通過させるためのガス通過孔４５１が形成されている。素子カバー４５Ａ，４５Ｂは、インナーカバー４５Ａと、インナーカバー４５Ａを覆うアウターカバー４５Ｂとの二重構造を有する。素子カバー４５Ａ，４５Ｂは、一重構造のものとしてもよい。素子カバー４５Ａ，４５Ｂのガス通過孔４５１から素子カバー４５Ａ，４５Ｂ内に流入する排ガスＧは、センサ素子２の多孔質層３７及び拡散抵抗部３２を通過して排気電極３１１へと導かれる。
図１に示すように、大気カバー４６Ａ，４６Ｂは、エンジン５の排気管７の外部に配置される。本形態のガスセンサ１は、車載用のものであり、排気管７が配置された車両ボディは、エンジン５が配置されたエンジンルームを構成している。そして、大気カバー４６Ａ，４６Ｂの周辺には、エンジンルームにおける種々のゴム、樹脂、潤滑剤等から発生したガスが、大気Ａに混合されて流れる。このエンジンルーム内において発生したガスが、大気電極３１２を被毒するおそれがある被毒物質（被毒ガス）となる。エンジンルーム等において発生する被毒物質には、Ｓｉ（ケイ素）、Ｓ（硫黄）等がある。
本形態の大気カバー４６Ａ，４６Ｂは、ハウジング４１に取り付けられた第１カバー４６Ａと、第１カバー４６Ａを覆う第２カバー４６Ｂとによって構成されている。第１カバー４６Ａ及び第２カバー４６Ｂには、大気Ａを通過させるための大気通過孔４６１が形成されている。第１カバー４６Ａと第２カバー４６Ｂとの間における、大気通過孔４６１と対向する位置には、第１カバー４６Ａ内への水の浸入を防ぐための撥水フィルタ４６２が挟持されている。
センサ素子２における、大気ダクト３６の基端開口部３６１は、大気カバー４６Ａ，４６Ｂ内の空間に開放されている。大気カバー４６Ａ，４６Ｂの大気通過孔４６１の周辺に存在する大気Ａは、撥水フィルタ４６２を経由して大気カバー４６Ａ，４６Ｂ内に取り込まれる。そして、撥水フィルタ４６２を通過した大気Ａは、センサ素子２の大気ダクト３６の基端開口部３６１から大気ダクト３６内に流れ、大気ダクト３６内の大気電極３１２へと導かれる。
大気電極３１２が配置された大気ダクト３６に、シロキサン等の被毒ガスを含む大気Ａが導入される原理は次のように考える。エンジン５の燃焼が停止された後においては、排気管７及びガスセンサ１が高温に加熱された状態から徐々に冷却される。そして、ガスセンサ１の大気カバー４６Ａ，４６Ｂ内の大気Ａの温度は、ガスセンサ１の温度の低下とともに低下し、大気カバー４６Ａ，４６Ｂ内の大気Ａの体積が収縮する。このとき、大気カバー４６Ａ，４６Ｂ内が大気圧よりも圧力が低い負圧状態になり、大気カバー４６Ａ，４６Ｂ内に、撥水フィルタ４６２を経由して、エンジンルームにおいて発生した被毒ガスを含む大気Ａが導入される。そして、大気カバー４６Ａ，４６Ｂ内からセンサ素子２の大気ダクト３６内の大気電極３１２へ、被毒ガスを含む大気Ａが導入される。
また、ガスセンサ１が空燃比センサ等として用いられる場合には、電圧印加部６２によって、大気電極３１２がプラス側（電圧の高い側）になるようにして、排気電極３１１と大気電極３１２との間に直流電圧が印加される。そして、エンジン５の空燃比が燃料リーン側にあるときには、排気電極３１１から大気電極３１２へ固体電解質体３１を通って酸化物イオンが通過する。一方、エンジン５の空燃比が燃料リッチ側にあるときには、排気電極３１１における未燃ガスを反応させるために、大気電極３１２から排気電極３１１へ固体電解質体３１を通って酸化物イオンの逆流が生じる。このとき、大気カバー４６Ａ，４６Ｂ内の大気Ａが大気ダクト３６内に吸引され、大気カバー４６Ａ，４６Ｂ内に導入された被毒ガスを含む大気Ａが、大気ダクト３６内の大気電極３１２へ導入される。
（被毒物質）
大気電極３１２を被毒させるおそれがある、大気Ａ中の被毒物質には、車両のエンジンルーム等において発生するシロキサンガス等がある。シロキサンは、ケイ素と酸素を骨格とする化合物であり、有機シロキサン等を形成する。ガスセンサ１が配置された排気管７等の配管の外部における雰囲気ガスには、エンジンルームから流れる大気Ａが含まれることが多い。大気電極３１２の被毒物質とは、大気電極３１２に付着して、大気電極３１２の性能を劣化させる性質を有する物質のことをいう。
大気電極３１２を被毒させるおそれがある、大気Ａ中の被毒物質には、車両のエンジンルーム等において発生するシロキサンガス等がある。シロキサンは、ケイ素と酸素を骨格とする化合物であり、有機シロキサン等を形成する。ガスセンサ１が配置された排気管７等の配管の外部における雰囲気ガスには、エンジンルームから流れる大気Ａが含まれることが多い。大気電極３１２の被毒物質とは、大気電極３１２に付着して、大気電極３１２の性能を劣化させる性質を有する物質のことをいう。
（センサ制御装置６）
図１、図２、図５及び図６に示すように、センサ制御装置６は、車両のエンジン５における燃焼運転を制御するエンジン制御装置５０と連携してガスセンサ１における電気制御を行うものである。センサ制御装置６は、各種の制御回路、コンピュータ等を用いて構成されている。センサ制御装置６は、エンジン制御装置を構成する各種の制御回路、コンピュータ等に構築されていてもよい。センサ制御装置６には、ヒータ２２を構成する発熱体３４に通電を行うヒータ制御部６１、排気電極３１１と大気電極３１２との間に直流電圧を印加する電圧印加部６２、大気電極３１２と排気電極３１１との間に流れる電流を測定する電流測定部６３等が構築されている。エンジン５の空燃比は、電流測定部６３による出力電流に基づいて算出される。
図１、図２、図５及び図６に示すように、センサ制御装置６は、車両のエンジン５における燃焼運転を制御するエンジン制御装置５０と連携してガスセンサ１における電気制御を行うものである。センサ制御装置６は、各種の制御回路、コンピュータ等を用いて構成されている。センサ制御装置６は、エンジン制御装置を構成する各種の制御回路、コンピュータ等に構築されていてもよい。センサ制御装置６には、ヒータ２２を構成する発熱体３４に通電を行うヒータ制御部６１、排気電極３１１と大気電極３１２との間に直流電圧を印加する電圧印加部６２、大気電極３１２と排気電極３１１との間に流れる電流を測定する電流測定部６３等が構築されている。エンジン５の空燃比は、電流測定部６３による出力電流に基づいて算出される。
ガスセンサ１及びセンサ制御装置６は、エンジン５の燃焼が行われる燃焼運転時に動作するだけでなく、エンジン５のスイッチが切られた燃焼停止時にも、車両のバッテリーによって動作するよう構成されている。換言すれば、ガスセンサ１及びセンサ制御装置６は、燃焼運転時及び燃焼停止時のいずれにおいても駆動されるよう構成されている。ヒータ制御部６１は、燃焼運転時においては、ヒータ２２を構成する発熱体３４に通電することによってセンサセル２１を運転時制御温度Ｔ１に維持するよう構成されている。
本形態のセンサセル２１の運転時制御温度Ｔ１は、６００℃以上８００℃以下の範囲内のいずれかの温度として設定されている。運転時制御温度Ｔ１は、固体電解質体３１の酸化物イオンの伝導性を活性化する温度として設定されている。運転時制御温度Ｔ１が６００℃未満である場合には、固体電解質体３１を活性化することが難しく、８００℃超過である場合には、固体電解質体３１を含むセンサ素子２の耐久性が低下するおそれがある。
ヒータ制御部６１は、燃焼停止時においては、ヒータ２２を構成する発熱体３４に通電することによってセンサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に維持するよう構成されている。停止時制御温度Ｔ２は、６６０℃以上９５０℃以下の範囲内のいずれかの温度であって、運転時制御温度Ｔ１よりも高い温度として設定されている。停止時制御温度Ｔ２が６６０℃未満である場合には、大気電極３１２における被毒の抑制又は大気電極３１２の被毒からの回復を図ることが難しくなる。停止時制御温度Ｔ２が９５０℃超過である場合には、固体電解質体３１の耐久性が低下するおそれがある。
停止時制御温度Ｔ２と運転時制御温度Ｔ１との差は、６０℃以上とすることが好ましく、１００℃以上とすることがより好ましく、１５０℃以上とすることがさらに好ましい。
エンジン５の燃焼運転を停止した直後においては、エンジンルーム内が高温であり、車両の走行による風、ラジエータファン等による空気の循環がほとんどなくなる。これにより、エンジンルーム内に、大気電極３１２に対する被毒ガスが生じやすくなり、また、エンジンルーム内に生じた被毒ガスがエンジンルーム内に滞留しやすくなる。ヒータ制御部６１による燃焼停止時における、センサセル２１の停止時制御温度Ｔ２への加熱は、エンジン５の燃焼停止直後から開始することが好ましい。また、ヒータ制御部６１による燃焼停止時における加熱は、エンジン５の燃焼停止時から所定時間経過した後に開始してもよい。
ヒータ制御部６１は、アイドリングストップ機能を有しない車両に搭載されたガスセンサ１においては、エンジン５の燃焼が停止される燃焼停止時になるごとに、センサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に加熱してもよい。また、ヒータ制御部６１は、アイドリングストップ機能を有する車両に搭載されたガスセンサ１においては、アイドリングストップによるエンジン５の燃焼の停止を含む燃焼停止時になるごとに、センサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に加熱してもよい。一方、このガスセンサ１においては、ヒータ制御部６１は、アイドリングストップによるエンジン５の燃焼の停止を除く燃焼停止時になるごとに、センサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に加熱してもよい。アイドリングストップによるエンジン５の燃焼の停止は、例えば、エンジン５の燃焼停止後、２分以内に再びエンジン５の燃焼が開始されたことを検知して判断すればよい。
（大気電極３１２における被毒物質の処理）
ヒータ制御部６１は、燃焼停止時におけるセンサセル２１の停止時制御温度Ｔ２への加熱によって、大気電極３１２に付着した被毒物質を破壊するよう構成されている。本形態の被毒物質は、ケイ素の酸化物であり、ヒータ制御部６１は、センサセル２１の停止時制御温度Ｔ２への加熱によってケイ素の酸化物に亀裂を生じさせるよう構成されている。
ヒータ制御部６１は、燃焼停止時におけるセンサセル２１の停止時制御温度Ｔ２への加熱によって、大気電極３１２に付着した被毒物質を破壊するよう構成されている。本形態の被毒物質は、ケイ素の酸化物であり、ヒータ制御部６１は、センサセル２１の停止時制御温度Ｔ２への加熱によってケイ素の酸化物に亀裂を生じさせるよう構成されている。
大気電極３１２にシロキサンを含む大気Ａが接触するときには、大気電極３１２の表面には、ケイ素の酸化物による被毒膜が形成されることがある。被毒膜は電気絶縁物となる。大気電極３１２の表面に被毒膜が形成されると、大気電極３１２が、酸素をイオン化させるための活性点を失う。特に、空燃比センサにおいては、エンジン５の空燃比が、大気電極３１２から排気電極３１１への酸化物イオンの逆流が生じる燃料リッチ側にあるときに、空燃比の検出性能が低下する。
この燃料リッチ時の空燃比の検出性能の低下は、例えば、図７のように示される。正常に動作する空燃比センサにおいては、空燃比が１４．５よりも大きい燃料リーン側から空燃比が１４．５よりも小さい燃料リッチ側の広い範囲において、センサセル２１における出力電流の変化が得られる。一方、大気電極３１２に被毒膜が形成されると、燃料リッチ側において、空燃比を示すセンサセル２１の出力電流の変化が生じにくくなる。図７において、正常な場合を実線で示し、被毒膜が形成された場合を破線で示す。なお、空燃比が１４．５よりも小さい場合を燃料リッチ側として示し、空燃比が１４．５よりも大きい側を燃料リーン側として示す。
本形態においては、大気電極３１２に付着した、ケイ素の酸化物による被毒膜に亀裂を生じさせることにより、大気電極３１２の、酸素をイオン化させる活性点を回復させる。そして、本形態の停止時制御温度Ｔ２は、大気電極３１２と大気電極３１２に付着したケイ素の酸化物との界面に生じる熱応力が、ケイ素の酸化物の単体における引張強さよりも大きくなる温度よりも高い温度として設定される。
本形態の大気電極３１２は、固体電解質の粒子が混ざった白金の粒子によって形成されており、大気電極３１２の線膨張係数は、ケイ素の酸化物の線膨張係数よりも大きい。図８に示すように、センサセル２１が加熱されるときには、ケイ素の酸化物による被毒膜Ｍの熱膨張量Ｂ２に比べて、大気電極３１２の熱膨張量Ｂ１が大きくなる。このとき、大気電極３１２と被毒膜Ｍとの間には熱応力が生じ、大気電極３１２によって被毒膜Ｍが引っ張られる。そして、大気電極３１２と被毒膜Ｍとの間に生じる熱応力が、被毒膜Ｍの引張強さよりも大きくなったときには、被毒膜Ｍに微細な亀裂であるマイクロクラックＣが生じる。
ケイ素の酸化物としてのシリカ（ＳｉＯ2）の引張強さは、５０Ｎ／ｍｍ2として示される。大気電極３１２と被毒膜Ｍとの間に生じる熱応力が５０Ｎ／ｍｍ2を超えるためには、停止時制御温度Ｔ２は、運転時制御温度Ｔ１よりも６０℃以上高い温度とすることが好ましい。
センサセル２１を加熱する停止時制御温度Ｔ２が高くなり過ぎると、固体電解質体３１を構成するジルコニアの結晶構造に変化が生じる。ジルコニアは、単斜晶、正方晶及び立方晶の３つの結晶系があり、常温（２５℃）程度においては単斜晶の状態にあり、温度が高くなると正方晶の状態に変化し、さらに温度が高くなると立方晶の状態に変化する。この結晶構造の転移は体積の変化を伴い、単斜晶から正方晶への転移は約４％の体積収縮を伴う。
固体電解質体３１を構成するジルコニアが単斜晶から正方晶へ転移する温度は、９５０℃以上１２００℃以下である。このことより、停止時制御温度Ｔ２は、固体電解質体３１に相転移が生じない温度として、９５０℃以下とすることが好ましい。
以上の内容を踏まえて、本形態の停止時制御温度Ｔ２は、大気電極３１２と大気電極３１２に付着したケイ素の酸化物との界面に生じる熱応力が、ケイ素の酸化物の単体における引張強さよりも大きくなる温度よりも高く、かつ固体電解質体３１の結晶構造が変化する温度よりも低く設定されている。そして、ヒータ制御部６１によって燃焼停止時にセンサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に加熱し、大気電極３１２に付着した被毒膜に亀裂を生じさせることにより、燃料リッチ側における空燃比の検出性能を回復させることができる。
（制御方法）
ガスセンサ１のセンサ制御装置６による制御方法について、図９のフローチャートを参照して説明する。
まず、車両のイグニッションスイッチがオンされたことを受けて、エンジン５の燃焼運転が開始される（ステップＳ１０１）。また、このことを受けて、ガスセンサ１及びセンサ制御装置６の制御が開始される（ステップＳ１０１）。そして、センサ制御装置６のヒータ制御部６１は、センサセル２１を運転時制御温度Ｔ１に加熱する（ステップＳ１０２）。
ガスセンサ１のセンサ制御装置６による制御方法について、図９のフローチャートを参照して説明する。
まず、車両のイグニッションスイッチがオンされたことを受けて、エンジン５の燃焼運転が開始される（ステップＳ１０１）。また、このことを受けて、ガスセンサ１及びセンサ制御装置６の制御が開始される（ステップＳ１０１）。そして、センサ制御装置６のヒータ制御部６１は、センサセル２１を運転時制御温度Ｔ１に加熱する（ステップＳ１０２）。
次いで、イグニッションスイッチがＯＦＦになって、エンジン５の燃焼運転が停止されたか否かが判定される（ステップＳ１０３）。イグニッションスイッチがＯＦＦになるまでは、ガスセンサ１及びセンサ制御装置６による空燃比のフィードバックを受けて、エンジン制御装置５０によるエンジン５の燃焼運転が継続される。
次いで、エンジン５の燃焼運転が停止されたときには、センサ制御装置６のヒータ制御部６１は、センサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に加熱する（ステップＳ１０４）。そして、センサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に所定時間加熱した後には、ヒータ制御部６１は加熱を停止する。
なお、エンジン５の燃焼停止時において、ヒータ制御部６１によってセンサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に加熱するときには、電圧印加部６２によって排気電極３１１と大気電極３１２との間に所定の電圧を印加してもよい。この所定の電圧は、後述する実施形態２に示す運転時電圧Ｖ１とすればよい。
（作用効果）
本形態のセンサ制御装置６においては、ヒータ２２によるセンサセル２１の加熱制御を行うヒータ制御部６１に工夫をし、大気電極３１２の被毒の抑制又は大気電極３１２の被毒からの回復を可能にしている。具体的には、ヒータ制御部６１は、エンジン５の燃焼停止時に、センサセル２１を、燃焼運転時の運転時制御温度Ｔ１よりも高い停止時制御温度Ｔ２に加熱するよう構成されている。この構成により、シロキサンガス等の被毒ガスを、大気ダクト３６内等において熱酸化させて大気電極３１２へ到達しにくい状態にし、大気電極３１２に絶縁性の被毒膜が形成されることを抑制することができる。
本形態のセンサ制御装置６においては、ヒータ２２によるセンサセル２１の加熱制御を行うヒータ制御部６１に工夫をし、大気電極３１２の被毒の抑制又は大気電極３１２の被毒からの回復を可能にしている。具体的には、ヒータ制御部６１は、エンジン５の燃焼停止時に、センサセル２１を、燃焼運転時の運転時制御温度Ｔ１よりも高い停止時制御温度Ｔ２に加熱するよう構成されている。この構成により、シロキサンガス等の被毒ガスを、大気ダクト３６内等において熱酸化させて大気電極３１２へ到達しにくい状態にし、大気電極３１２に絶縁性の被毒膜が形成されることを抑制することができる。
また、エンジン５の燃焼停止時において、ヒータ制御部６１によってセンサセル２１を加熱することにより、大気カバー４６Ａ，４６Ｂ内及び大気ダクト３６内を高温に保つことができる。これにより、大気カバー４６Ａ，４６Ｂ内の大気Ａの体積が収縮しにくくし、シロキサン等を含む大気Ａが大気ダクト３６内の大気電極３１２に到達しにくくすることができる。
また、ガスセンサ１及びセンサ制御装置６を駆動する前には、シロキサン等の被毒物が大気電極３１２に既に付着している状態も想定される。この状態でガスセンサ１及びセンサ制御装置６を駆動した場合、大気電極３１２の加熱により、被毒物の酸化反応が起こり、被毒物による被毒膜が形成される場合も想定される。この場合には、エンジン５の燃焼停止時に、センサセル２１が停止時制御温度Ｔ２に加熱されることにより、大気電極３１２における被毒膜を熱応力によって破壊して、大気電極３１２による酸素のイオン活性化の機能を回復させることができる。
このように、本形態のガスセンサ１のセンサ制御装置６によれば、ガスセンサ１の大気電極３１２の被毒の抑制を図ることができる。また、大気電極３１２に被毒が生じている場合には、被毒からの回復を図ることができる。
図１０には、車両の状態及びヒータ制御部６１の動作の時間的変化を示す。図１０（ａ）は、車速の時間的変化を示す。車速が一旦ゼロになる部分は、エンジン５がアイドリング状態にあることを示す。図１０（ｂ）は、エンジンルーム内におけるシロキサン濃度の時間的変化を示す。シロキサン濃度は、エンジン５がアイドリング状態にあるとき、及びエンジン５の燃焼が停止されたときに増加する。アイドリング状態とは、車速がゼロであるときに、エンジン５が所定の低回転速度で燃焼運転する状態のことをいう。
図１０（ｃ）は、エンジン５における空気過剰率λの時間的変化を示す。空気過剰率は、車速がゼロに近くなるときに高くなりやすい傾向にある。図１０（ｄ）は、ヒータ制御部６１によるセンサセル２１の加熱温度の時間的変化を示す。エンジン５の燃焼運転時には、センサセル２１が運転時制御温度Ｔ１に加熱され、エンジン５の燃焼停止時には、センサセル２１が停止時制御温度Ｔ２に加熱される。
本形態においては、エンジンルームにおけるシロキサン濃度が高い状態が長く継続されるエンジン５の燃焼停止時に、センサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に加熱することにより、大気電極３１２の被毒の抑制を図ることができる。また、大気電極３１２に被毒が生じている場合には、被毒からの回復を図ることができる。
ヒータ制御部６１及びヒータ２２によるセンサセル２１の停止時制御温度Ｔ２の加熱は、エンジン５がアイドリング状態にあるときに行ってもよい。車両が走行した後に、エンジン５がアイドリング状態になるときにも、エンジンルーム内におけるシロキサン濃度が高くなる。そのため、この場合にも、停止時制御温度Ｔ２への加熱を行うことにより、大気電極３１２の被毒の抑制又は大気電極３１２の被毒からの回復を図ることができる。
＜実施形態２＞
本形態は、センサ制御装置６における電圧印加部６２によって、大気電極３１２を被毒から回復させる場合について示す。
本形態の電圧印加部６２は、図２に示すように、燃焼運転時及び燃焼停止時において、大気電極３１２をプラス側にして、排気電極３１１と大気電極３１２との間に直流電圧を印加するよう構成されている。また、本形態のセンサ制御装置６は、図１１に示すように、燃焼運転時又は燃焼停止時においてセンサセル２１による検出値の劣化量を検出する劣化検出部６４を有する。劣化検出部６４は、エンジン５の空燃比が燃料リッチ側になるときを利用して、センサセル２１の燃料リッチ側の検出性能の劣化量を検出する。
本形態は、センサ制御装置６における電圧印加部６２によって、大気電極３１２を被毒から回復させる場合について示す。
本形態の電圧印加部６２は、図２に示すように、燃焼運転時及び燃焼停止時において、大気電極３１２をプラス側にして、排気電極３１１と大気電極３１２との間に直流電圧を印加するよう構成されている。また、本形態のセンサ制御装置６は、図１１に示すように、燃焼運転時又は燃焼停止時においてセンサセル２１による検出値の劣化量を検出する劣化検出部６４を有する。劣化検出部６４は、エンジン５の空燃比が燃料リッチ側になるときを利用して、センサセル２１の燃料リッチ側の検出性能の劣化量を検出する。
（電圧印加部６２）
図１２及び図１３に示すように、電圧印加部６２は、エンジン５の燃焼運転時には、排気電極３１１と大気電極３１２との間に運転時電圧Ｖ１を印加するよう構成されている。運転時電圧Ｖ１は、センサセル２１における電圧と電流の関係が限界電流特性を示す電圧以上であって、０．６Ｖ以下の範囲内のいずれかの電圧として設定されている。図１３においては、空燃比（Ａ／Ｆ）が変化する場合の、センサセル２１における印加電圧と出力電流との関係による限界電流特性を示す。
図１２及び図１３に示すように、電圧印加部６２は、エンジン５の燃焼運転時には、排気電極３１１と大気電極３１２との間に運転時電圧Ｖ１を印加するよう構成されている。運転時電圧Ｖ１は、センサセル２１における電圧と電流の関係が限界電流特性を示す電圧以上であって、０．６Ｖ以下の範囲内のいずれかの電圧として設定されている。図１３においては、空燃比（Ａ／Ｆ）が変化する場合の、センサセル２１における印加電圧と出力電流との関係による限界電流特性を示す。
限界電流特性とは、排気電極３１１と大気電極３１２との間に印加する電圧を増加する際に、拡散抵抗部３２によって排気電極３１１への排ガスＧの導入が制限されることにより、大気電極３１２と排気電極３１１との間に流れる電流が頭打ち状態になる特性のことをいう。換言すれば、限界電流電圧は、電圧が変化しても電流が一定になる場合として示される。運転時電圧Ｖ１の下限値は、例えば、０．１Ｖ以上とすることができる。運転時電圧Ｖ１を０．６Ｖ超過とする場合には、センサセル２１に劣化が生じやすくなる。
図１２に示すように、電圧印加部６２は、劣化検出部６４による劣化量が所定値以上であることを条件として、エンジン５の燃焼停止時に、排気電極３１１と大気電極３１２との間に運転時電圧Ｖ１よりも高い停止時電圧Ｖ２を印加して、大気電極３１２に付着したケイ素の酸化物を還元するよう構成されている。運転時電圧Ｖ１及び停止時電圧Ｖ２は、いずれも大気電極３１２側をプラス側として印加される。劣化検出部６４による劣化量が所定値以上である場合には、大気電極３１２に、被毒膜としてのケイ素の酸化物が形成されていると推定される。この場合には、電圧印加部６２によって、燃焼停止時に、排気電極３１１と大気電極３１２との間に停止時電圧Ｖ２を印加するときに、ケイ素の酸化物を還元して、大気電極３１２から被毒膜を除去することができる。
停止時電圧Ｖ２は、０．６Ｖ超過であって１．２Ｖ以下の範囲内のいずれかの電圧として設定されている。停止時電圧Ｖ２は、０．６Ｖ超過とすることにより、大気電極３１２におけるケイ素の酸化物を還元することが可能となる。停止時電圧Ｖ２が１．２Ｖ超過である場合には、固体電解質体３１にブラックニングの現象が生じ、センサセル２１が劣化するおそれがある。ブラックニングとは、固体電解質体３１を構成するジルコニア等が還元され、ジルコニア等が金属化される現象のことをいう。
本形態の停止時電圧Ｖ２は、大気電極３１２に含まれる貴金属の酸化電位よりも高く、かつ固体電解質体３１の還元電圧よりも低く設定されている。大気電極３１２に含まれる貴金属の酸化電位は、０．６Ｖ超過１．２Ｖ以下の範囲内のいずれかの値となる。大気電極３１２における貴金属の酸化電位は、大気電極３１２に付着したケイ素の酸化物を還元する原理と関係している。
大気電極３１２に付着した被毒膜としてのケイ素の酸化物であるシリカ（ＳｉＯ2）は、排気電極３１１と大気電極３１２との間に直流電圧が印加されることによって、次のように還元される。すなわち、大気電極３１２に含まれる貴金属としての白金（Ｐｔ）は、大気電極３１２をプラス側（電圧の高い側）とした、排気電極３１１と大気電極３１２との間への直流電圧の印加によって酸化する。この大気電極３１２における酸化反応は、Ｐｔ→Ｐｔ2+＋２ｅ-の反応式によって表される。
そして、大気電極３１２からシリカへ電子が受け渡され、大気電極３１２においては、電子を利用してシリカが還元される。この大気電極３１２におけるシリカの還元反応は、ＳｉＯ2（Ｓｉ4+）＋４ｅ-→Ｓｉ＋Ｏ2の反応式によって表される。こうして、大気電極３１２における貴金属である白金の酸化が生じることを起点にして、大気電極３１２におけるケイ素の酸化物であるシリカの還元が生じる。シリカが還元されることによって、大気電極３１２における、酸素をイオン化させるための活性点が回復される。
固体電解質体３１の還元電圧は、固体電解質体３１にブラックニングが生じる電圧を示し、停止時電圧Ｖ２として１Ｖ以上１．６Ｖ以下の範囲内の電圧となる。この還元電位の値は、固体電解質体３１を構成するジルコニアの内部の微結晶の構造、粒径等に依存する。停止時電圧Ｖ２は、固体電解質体３１にブラックニングが生じない電圧として設定する。
電圧印加部６２による排気電極３１１と大気電極３１２との間への停止時電圧Ｖ２の印加は、燃焼停止時において所定時間継続した後に停止すればよい。停止時電圧Ｖ２を印加する所定時間は、大気電極３１２に付着したケイ素の酸化物を還元するために必要な時間として、実験等を行って求めておく。停止時電圧Ｖ２を印加する所定時間を、大気電極３１２に付着したケイ素の酸化物を還元するために必要最小限に設定することにより、車両における電力消費、ガスセンサ１への熱的負荷等を抑制することができる。
また、停止時電圧Ｖ２を印加する所定時間は、エンジン５の燃焼が開始されてから停止されるまでに要したエンジン燃焼時間、ガスセンサ１が搭載された車両の走行距離、ガスセンサ１及びセンサ制御装置６のセンサ使用時間、エンジン５の空燃比の履歴等に基づいて適宜変更してもよい。エンジン燃焼時間、車両の走行距離又はセンサ使用時間が長くなるほど、大気電極３１２へのケイ素の酸化物の付着量は多くなると考えられる。また、エンジン５の空燃比が燃料リッチ側にあった状態が長いほど、大気電極３１２へのケイ素の酸化物の付着量は多くなると考えられる。
電圧印加部６２による排気電極３１１と大気電極３１２との間への停止時電圧Ｖ２の印加は、燃焼停止時において、１回だけ行ってもよく、複数回に分けて行ってもよい。
（劣化検出部６４）
図１２に示すように、本形態の劣化検出部６４は、エンジン５のいずれかの気筒への燃料の供給を停止するフューエルカット運転ＦＣが行われた後の中立化制御時Ｃ１において、センサセル２１による検出値の劣化量を検出するよう構成されている。フューエルカット運転ＦＣが行われた後には、三元触媒７２が配置された排気管７内は、ストイキ状態（理論空燃比の状態）に比べて、酸素の割合が高い状態にある。そして、中立化制御時Ｃ１は、フューエルカット運転ＦＣが行われた後の、排気管７内の三元触媒７２の配置環境を、ストイキ状態に近くするため、燃料の供給が停止された気筒において、燃料供給量（燃料噴射量）を理論空燃比の場合に比べて過剰にする。このとき、ガスセンサ１によって検出される排ガスＧの空燃比は、燃料リッチ側になる。
図１２に示すように、本形態の劣化検出部６４は、エンジン５のいずれかの気筒への燃料の供給を停止するフューエルカット運転ＦＣが行われた後の中立化制御時Ｃ１において、センサセル２１による検出値の劣化量を検出するよう構成されている。フューエルカット運転ＦＣが行われた後には、三元触媒７２が配置された排気管７内は、ストイキ状態（理論空燃比の状態）に比べて、酸素の割合が高い状態にある。そして、中立化制御時Ｃ１は、フューエルカット運転ＦＣが行われた後の、排気管７内の三元触媒７２の配置環境を、ストイキ状態に近くするため、燃料の供給が停止された気筒において、燃料供給量（燃料噴射量）を理論空燃比の場合に比べて過剰にする。このとき、ガスセンサ１によって検出される排ガスＧの空燃比は、燃料リッチ側になる。
また、劣化検出部６４は、燃料供給量と燃焼用空気の供給量との割合から推定される推定空燃比と、ガスセンサ１の出力電流によって検出される検出空燃比とを比較し、検出空燃比と推定空燃比との差分量に基づいて、センサセル２１の検出値の劣化量を求める。推定空燃比は、大気電極３１２の被毒劣化の影響を受けないため、比較の対象とする基準値として用いる。
センサセル２１の検出値の劣化量が大きい場合には、大気電極３１２にケイ素の酸化物が付着していると推定される。そして、エンジン５の燃焼運転が停止された燃焼停止時において、電圧印加部６２は、検出値の劣化量が所定値以上である場合には、排気電極３１１と大気電極３１２との間に停止時電圧Ｖ２を印加する。これにより、大気電極３１２に付着したケイ素の酸化物が還元される。
図１２には、車両の状態及び電圧印加部６２の動作の時間的変化を示す。図１２（ａ）は、車速の時間的変化を示す。図１２（ｂ）は、エンジン５の空気過剰率λの時間的変化を示す。空気過剰率は、フューエルカット状態ＦＣにおいて燃料リーン側になった後、中立化制御時Ｃ１において燃料リッチ側になる。この中立化制御時において、推定空燃比と検出空燃比との間に差が生じる。図１２（ｃ）は、電圧印加部６２によるセンサセル２１（排気電極３１１と大気電極３１２との間）への印加電圧の時間的変化を示す。エンジン５の燃焼運転時には、センサセル２１に運転時電圧Ｖ１が印加され、エンジン５の燃焼停止時には、センサセル２１に停止時電圧Ｖ２が印加される。
（劣化検出部６４の他の構成）
劣化検出部６４は、電圧印加部６２によって排気電極３１１と大気電極３１２との間に所定の電圧を印加したときに、電流測定部６３によって大気電極３１２と排気電極３１１との間に流れる電流を測定し、この電圧と電流の関係に基づいて算出されるセンサセル２１の電気抵抗値によって、センサセル２１による検出値の劣化量を検出してもよい。大気電極３１２にケイ素の酸化物が付着している量が多いほど、電気抵抗値は高くなると考えられる。そして、電気抵抗値が高いほど劣化量が多いと判定することができる。また、劣化検出部６４は、燃焼運転時においてセンサセル２１による検出値の劣化量を検出してもよく、燃焼停止時においてセンサセル２１による検出値の劣化量を検出してもよい。
劣化検出部６４は、電圧印加部６２によって排気電極３１１と大気電極３１２との間に所定の電圧を印加したときに、電流測定部６３によって大気電極３１２と排気電極３１１との間に流れる電流を測定し、この電圧と電流の関係に基づいて算出されるセンサセル２１の電気抵抗値によって、センサセル２１による検出値の劣化量を検出してもよい。大気電極３１２にケイ素の酸化物が付着している量が多いほど、電気抵抗値は高くなると考えられる。そして、電気抵抗値が高いほど劣化量が多いと判定することができる。また、劣化検出部６４は、燃焼運転時においてセンサセル２１による検出値の劣化量を検出してもよく、燃焼停止時においてセンサセル２１による検出値の劣化量を検出してもよい。
劣化検出部６４が燃焼運転時に劣化検出を行う場合には、電圧印加部６２が、この劣化検出のための電圧を排気電極３１１と大気電極３１２との間に印加する時間帯においては、大気電極３１２と排気電極３１１との間に流れる電流は、限界電流特性を利用したセンサの出力値としては利用しないようにする。また、劣化検出を行う際に、電圧印加部６２が排気電極３１１と大気電極３１２との間に印加する電圧は、運転時電圧Ｖ１よりも高い値とすることができる。
劣化検出部６４が燃焼運転時に劣化検出を行った場合には、燃焼停止時に、劣化検出部６４による劣化量が所定値以上であるか否かを判定し、この燃焼停止時において、電圧印加部６２によって排気電極３１１と大気電極３１２との間に停止時電圧Ｖ２を印加することができる。
（回復判定部６５）
図１１に示すように、センサ制御装置６は、電圧印加部６２によって停止時電圧Ｖ２が印加された後に、センサセル２１による検出値の劣化量がどれくらい回復しているかを判定する回復判定部６５を有していてもよい。回復判定部６５は、電圧印加部６２によって排気電極３１１と大気電極３１２との間に停止時電圧Ｖ２が印加されたときの、排気電極３１１と大気電極３１２との間の電気抵抗値を検出し、この電気抵抗値に基づいてセンサセル２１による検出値の劣化の回復量を判定すればよい。電気抵抗値は、電圧印加部６２によって排気電極３１１と大気電極３１２との間に停止時電圧Ｖ２が印加されたときに、電流測定部６３によって大気電極３１２と排気電極３１１との間に流れる電流を測定することによって検出すればよい。電気抵抗値を検出するために排気電極３１１と大気電極３１２との間に印加する電圧の値は、運転時電圧Ｖ１等の適宜大きさとしてもよい。回復判定部６５は、燃焼停止時において、劣化の回復量を判定すればよい。
図１１に示すように、センサ制御装置６は、電圧印加部６２によって停止時電圧Ｖ２が印加された後に、センサセル２１による検出値の劣化量がどれくらい回復しているかを判定する回復判定部６５を有していてもよい。回復判定部６５は、電圧印加部６２によって排気電極３１１と大気電極３１２との間に停止時電圧Ｖ２が印加されたときの、排気電極３１１と大気電極３１２との間の電気抵抗値を検出し、この電気抵抗値に基づいてセンサセル２１による検出値の劣化の回復量を判定すればよい。電気抵抗値は、電圧印加部６２によって排気電極３１１と大気電極３１２との間に停止時電圧Ｖ２が印加されたときに、電流測定部６３によって大気電極３１２と排気電極３１１との間に流れる電流を測定することによって検出すればよい。電気抵抗値を検出するために排気電極３１１と大気電極３１２との間に印加する電圧の値は、運転時電圧Ｖ１等の適宜大きさとしてもよい。回復判定部６５は、燃焼停止時において、劣化の回復量を判定すればよい。
また、回復判定部６５は、電気抵抗値が所定の閾値以下の値になったときに、センサセル２１による検出値の劣化が回復したと判定してもよい。回復判定部６５による、電圧の印加と、電流の測定（電気抵抗値の検出）とは、複数回繰り返し行ってもよい。また、回復判定部６５は、電気抵抗値が所定の閾値以下の値に複数回なったときに初めて、センサセル２１による検出値の劣化が回復したと判定してもよい。
電圧印加部６２による排気電極３１１と大気電極３１２との間への停止時電圧Ｖ２の印加は、燃焼停止時において、回復判定部６５によってセンサセル２１による検出値の劣化が回復したと判定されるまで継続してもよい。換言すれば、電圧印加部６２によって停止時電圧Ｖ２が印加されているときに、大気電極３１２と排気電極３１１との間に流れる電流を、連続又は断続して測定し、停止時電圧Ｖ２及び電流に基づいて求められる電気抵抗値が所定の閾値以下になったときに、電圧印加部６２による電圧の印加を停止してもよい。
図１４には、回復判定部６５の動作の時間的変化を示す。図１４（ａ）は、ヒータ制御部６１によって加熱されるセンサセル２１の加熱温度の時間的変化を示す。図１４（ｂ）は、電圧印加部６２によるセンサセル２１への印加電圧の時間的変化を示す。センサセル２１に断続的に停止時電圧Ｖ２が印加されるときには、電圧の脈動が生じる。図１４（ｃ）は、センサセル２１に生じる出力電流の時間的変化を示す。センサセル２１に生じる出力電流は、大気電極３１２と排気電極３１１との間に固体電解質体３１を介して流れる出力電流を示す。停止時電圧Ｖ２の印加によって大気電極３１２の劣化が回復されるごとに、センサセル２１に生じる出力電流は大きくなる。
図１４（ｄ）は、センサセル２１の電気抵抗値の時間的変化を示す。停止時電圧Ｖ２の印加によって大気電極３１２の劣化が回復されるごとに、センサセル２１の電気抵抗値は小さくなる。この電気抵抗値が、所定の閾値以下の値になったことにより、大気電極３１２の被毒劣化が回復したと判定される。
なお、劣化検出部６４及び回復判定部６５は、排気電極３１１と大気電極３１２との間の電気抵抗値を検出する以外に、大気電極３１２のケイ素の酸化物による被毒と相関のある種々の物性値を検出してもよい。そして、劣化検出部６４及び回復判定部６５は、種々の物性値に基づいて劣化量又は回復量を検知してもよい。
また、回復判定部６５は、実施形態１に示した、ヒータ制御部６１によってセンサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に加熱する場合、又は電圧印加部６２による停止時電圧Ｖ２の印加とヒータ制御部６１による停止時制御温度Ｔ２の加熱とを併用する場合に適用してもよい。
（制御方法）
本形態のセンサ制御装置６による制御方法について、図１５のフローチャートを参照して説明する。
まず、車両のイグニッションスイッチがオンされたことを受けて、エンジン５の燃焼運転が開始される（ステップＳ２０１）。また、このことを受けて、ガスセンサ１及びセンサ制御装置６の制御が開始される（ステップＳ２０１）。そして、センサ制御装置６の電圧印加部６２は、センサセル２１の排気電極３１１と大気電極３１２との間に運転時電圧Ｖ１を印加し、センサ制御装置６のヒータ制御部６１は、センサセル２１を運転時制御温度Ｔ１に加熱する（ステップＳ２０２）。
本形態のセンサ制御装置６による制御方法について、図１５のフローチャートを参照して説明する。
まず、車両のイグニッションスイッチがオンされたことを受けて、エンジン５の燃焼運転が開始される（ステップＳ２０１）。また、このことを受けて、ガスセンサ１及びセンサ制御装置６の制御が開始される（ステップＳ２０１）。そして、センサ制御装置６の電圧印加部６２は、センサセル２１の排気電極３１１と大気電極３１２との間に運転時電圧Ｖ１を印加し、センサ制御装置６のヒータ制御部６１は、センサセル２１を運転時制御温度Ｔ１に加熱する（ステップＳ２０２）。
次いで、センサ制御装置６は、エンジン制御装置によってフューエルカット運転ＦＣが行われたか否かを判定する（ステップＳ２０３）。フューエルカット運転ＦＣが行われた後には、劣化検出部６４は、推定空燃比と検出空燃比との比較によって、センサセル２１の検出値の劣化量を算出する（ステップＳ２０４）。劣化検出部６４は、推定空燃比と検出空燃比との比較による差分量に基づいて、センサセル２１の検出値の劣化量を算出する。なお、フューエルカット運転ＦＣが行われなかった場合には、劣化検出部６４による劣化量は算出されない。
次いで、イグニッションスイッチがＯＦＦになって、エンジン５の燃焼運転が停止されたか否かが判定される（ステップＳ２０５）。イグニッションスイッチがＯＦＦになるまでは、ガスセンサ１及びセンサ制御装置６による空燃比のフィードバックを受けてエンジン５の燃焼運転が継続される。
次いで、エンジン５の燃焼運転が停止されたときには、劣化検出部６４によってセンサセル２１の検出値の劣化量が算出されているか否かを判定する（ステップＳ２０６）。劣化量が算出されている場合には、センサ制御装置６は、劣化量が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０７）。劣化量が所定値以上である場合には、電圧印加部６２は、排気電極３１１と大気電極３１２との間に所定時間だけ停止時電圧Ｖ２を印加する（ステップＳ２０８）。このとき、回復判定部６５は、排気電極３１１と大気電極３１２との間に流れる電流に基づいて排気電極３１１と大気電極３１２との間の電気抵抗値を検出する（ステップＳ２０９）。
そして、回復判定部６５は、検出された電気抵抗値が所定の閾値以下になったか否かを判定する（ステップＳ２１０）。電気抵抗値は、センサセル２１による検出値の劣化量、換言すれば大気電極３１２への被毒膜の付着量が多いほど高くなる。電気抵抗値の所定の閾値は、センサセル２１の電気抵抗値として正常と判断される値として設定すればよい。
検出された電気抵抗値が所定の閾値以下でない場合には、センサセル２１による検出値の劣化が回復していないとして、電圧印加部６２は、排気電極３１１と大気電極３１２との間に所定時間だけ停止時電圧Ｖ２を再び印加する（ステップＳ２０８）。そして、回復判定部６５は、排気電極３１１と大気電極３１２との間に流れる電流に基づいて排気電極３１１と大気電極３１２との間の電気抵抗値を再び検出する（ステップＳ２０９）。
電圧印加部６２による停止時電圧Ｖ２の印加と電気抵抗値の検出とが適宜繰り返され、検出された電気抵抗値が所定の閾値以下になった場合には、電圧印加部６２による停止時電圧Ｖ２の印加が終了される。こうして、停止時電圧Ｖ２の印加により、大気電極３１２に付着したケイ素の酸化物が還元され、センサセル２１の検出値の劣化が回復する。なお、ステップＳ２０６において、劣化量が算出されていなかった場合、及びステップＳ２０７において、劣化量が所定値以上でなかった場合には、電圧印加部６２による停止時電圧Ｖ２の印加は行われない。
なお、エンジン５の燃焼停止時において、電圧印加部６２によって排気電極３１１と大気電極３１２との間に停止時電圧Ｖ２を印加するときには、ヒータ制御部６１によってセンサセル２１を所定の温度に加熱しておけばよい。この所定の温度は、実施形態１に示す運転時制御温度Ｔ１とすればよい。
（作用効果）
本形態のセンサ制御装置６においては、排気電極３１１と大気電極３１２との間に電圧を印加する電圧印加部６２に工夫をし、大気電極３１２の被毒からの回復を可能にしている。具体的には、電圧印加部６２は、エンジン５の燃焼停止時に、劣化検出部６４によるセンサセル２１による検出値の劣化量が所定値以上であることを条件として、排気電極３１１と大気電極３１２との間に運転時電圧Ｖ１よりも高い停止時電圧Ｖ２を印加して、大気電極３１２に付着したケイ素の酸化物を還元する。この構成により、シロキサンガス等の被毒ガスが大気電極３１２に付着して形成された被毒膜としてのケイ素の酸化物を還元して、大気電極３１２による酸素のイオン活性化の機能を回復させることができる。
本形態のセンサ制御装置６においては、排気電極３１１と大気電極３１２との間に電圧を印加する電圧印加部６２に工夫をし、大気電極３１２の被毒からの回復を可能にしている。具体的には、電圧印加部６２は、エンジン５の燃焼停止時に、劣化検出部６４によるセンサセル２１による検出値の劣化量が所定値以上であることを条件として、排気電極３１１と大気電極３１２との間に運転時電圧Ｖ１よりも高い停止時電圧Ｖ２を印加して、大気電極３１２に付着したケイ素の酸化物を還元する。この構成により、シロキサンガス等の被毒ガスが大気電極３１２に付着して形成された被毒膜としてのケイ素の酸化物を還元して、大気電極３１２による酸素のイオン活性化の機能を回復させることができる。
本形態のガスセンサ１及びセンサ制御装置６における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１のガスセンサ１及びセンサ制御装置６の構成、作用効果等と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の構成要素と同様である。
＜実施形態３＞
本形態は、センサ制御装置６におけるヒータ制御部６１及び電圧印加部６２を用いて、大気電極３１２の被毒の抑制又は大気電極３１２の被毒からの回復を図る場合について示す。
本形態のセンサ制御装置６は、図１６に示すように、燃焼停止時において、ヒータ制御部６１によってセンサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に加熱するとともに、電圧印加部６２によって排気電極３１１と大気電極３１２との間に停止時電圧Ｖ２を印加するよう構成されている。そして、センサセル２１の停止時制御温度Ｔ２への加熱及びセンサセル２１（電極３１１，３１２間）への停止時電圧Ｖ２の印加によって、大気電極３１２に付着したケイ素の酸化物を還元する。
本形態は、センサ制御装置６におけるヒータ制御部６１及び電圧印加部６２を用いて、大気電極３１２の被毒の抑制又は大気電極３１２の被毒からの回復を図る場合について示す。
本形態のセンサ制御装置６は、図１６に示すように、燃焼停止時において、ヒータ制御部６１によってセンサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に加熱するとともに、電圧印加部６２によって排気電極３１１と大気電極３１２との間に停止時電圧Ｖ２を印加するよう構成されている。そして、センサセル２１の停止時制御温度Ｔ２への加熱及びセンサセル２１（電極３１１，３１２間）への停止時電圧Ｖ２の印加によって、大気電極３１２に付着したケイ素の酸化物を還元する。
図１６（ａ）は、車速の時間的変化を示す。図１６（ｂ）は、ヒータ制御部６１によるセンサセル２１の加熱温度の時間的変化を示す、エンジン５の燃焼運転時には、センサセル２１が運転時制御温度Ｔ１に加熱され、エンジン５の燃焼停止時には、センサセル２１が停止時制御温度Ｔ２に加熱される。図１６（ｃ）は、電圧印加部６２によるセンサセル２１への印加電圧の時間的変化を示す。エンジン５の燃焼運転時には、センサセル２１に運転時電圧Ｖ１が印加され、エンジン５の燃焼停止時には、センサセル２１に停止時電圧Ｖ２が印加される。
前述したように、排気電極３１１と大気電極３１２との間に停止時電圧Ｖ２が印加されることにより、大気電極３１２に形成された被毒膜としてのケイ素の酸化物であるシリカ（ＳｉＯ2）の還元が行われる。このシリカの還元電位は、大気電極３１２の温度が高くなるほど低くなる性質を有する。換言すれば、大気電極３１２の温度が高くなるほど、大気電極３１２に付着されたシリカが低い電圧で部分的に還元しやすくなる。
シリカは、シロキサンの熱酸化によって生成されるが、熱力学的に、ある一定の割合で酸素欠乏が生じる。酸素欠乏が生じたシリカの還元電位は、通常のシリカの還元電位よりも低くなっていると考えられる。図１７には、温度と酸素欠乏シリカの還元電位との関係を示す。そして、大気電極３１２及びシリカの温度が６６０℃～９５０℃の範囲においては、温度が高くなるほど酸素欠乏シリカの還元電位が低くなり、この還元電位は、０．６５Ｖ付近から０．４２Ｖ付近の間で変化する。
本形態の停止時制御温度Ｔ２と停止時電圧Ｖ２とは、シリカの還元電位との関係において決定する。具体的には、本形態の停止時電圧Ｖ２は、停止時制御温度Ｔ２が６６０℃以上９５０℃以下の範囲内の所定の温度にあるときの、この所定の温度におけるシリカの還元電位よりも高くなるように設定する。また、本形態の停止時制御温度Ｔ２は、停止時電圧Ｖ２が、その停止時制御温度Ｔ２におけるシリカの還元電位よりも高くなるように設定する。
（制御方法）
本形態のセンサ制御装置６による制御方法について、図１８のフローチャートを参照して説明する。
まず、車両のイグニッションスイッチがオンされたことを受けて、エンジン５の燃焼運転が開始される（ステップＳ３０１）。また、このことを受けて、ガスセンサ１及びセンサ制御装置６の制御が開始される（ステップＳ３０１）。そして、電圧印加部６２は、センサセル２１の排気電極３１１と大気電極３１２との間に運転時電圧Ｖ１を印加し、ヒータ制御部６１は、センサセル２１を運転時制御温度Ｔ１に加熱する（ステップＳ３０２）。
本形態のセンサ制御装置６による制御方法について、図１８のフローチャートを参照して説明する。
まず、車両のイグニッションスイッチがオンされたことを受けて、エンジン５の燃焼運転が開始される（ステップＳ３０１）。また、このことを受けて、ガスセンサ１及びセンサ制御装置６の制御が開始される（ステップＳ３０１）。そして、電圧印加部６２は、センサセル２１の排気電極３１１と大気電極３１２との間に運転時電圧Ｖ１を印加し、ヒータ制御部６１は、センサセル２１を運転時制御温度Ｔ１に加熱する（ステップＳ３０２）。
次いで、イグニッションスイッチがＯＦＦになって、エンジン５の燃焼運転が停止されたか否かが判定される（ステップＳ３０３）。イグニッションスイッチがＯＦＦになるまでは、ガスセンサ１及びセンサ制御装置６による空燃比のフィードバックを受けてエンジン５の燃焼運転が継続される。
次いで、エンジン５の燃焼運転が停止されたときには、電圧印加部６２は、排気電極３１１と大気電極３１２との間に停止時電圧Ｖ２を印加し、ヒータ制御部６１は、センサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に加熱する（ステップＳ３０４）。そして、所定時間が経過した後には、電圧印加部６２による印加が停止されるとともに、ヒータ制御部６１による加熱が停止される。
（作用効果）
本形態のセンサ制御装置６においては、電圧印加部６２による停止時電圧Ｖ２の印加と、ヒータ制御部６１による停止時制御温度Ｔ２の加熱とを併用することにより、大気電極３１２の被毒の抑制及び大気電極３１２の被毒からの回復を、より効果的に行うことができる。本形態のガスセンサ１及びセンサ制御装置６における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１，２のガスセンサ１及びセンサ制御装置６の構成、作用効果等と同様である。また、本形態においても、実施形態１，２に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１，２の構成要素と同様である。
本形態のセンサ制御装置６においては、電圧印加部６２による停止時電圧Ｖ２の印加と、ヒータ制御部６１による停止時制御温度Ｔ２の加熱とを併用することにより、大気電極３１２の被毒の抑制及び大気電極３１２の被毒からの回復を、より効果的に行うことができる。本形態のガスセンサ１及びセンサ制御装置６における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１，２のガスセンサ１及びセンサ制御装置６の構成、作用効果等と同様である。また、本形態においても、実施形態１，２に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１，２の構成要素と同様である。
＜実施形態４＞
本形態は、センサ制御装置６におけるヒータ制御部６１を用いて、大気電極３１２の被毒からの回復を図る場合について示す。
本形態のセンサ制御装置６は、図１１に示したように、燃焼運転時又は燃焼停止時においてセンサセル２１による検出値の劣化量を検出する劣化検出部６４を有する。本形態の劣化検出部６４は、電圧印加部６２によって排気電極３１１と大気電極３１２との間に所定の電圧を印加したときに、電流測定部６３によって排気電極３１１と大気電極３１２との間に流れる電流を測定し、この電圧と電流の関係に基づいて算出される電気抵抗値に基づいて、センサセル２１による検出値の劣化量、換言すれば大気電極３１２の劣化量を検出する。
本形態は、センサ制御装置６におけるヒータ制御部６１を用いて、大気電極３１２の被毒からの回復を図る場合について示す。
本形態のセンサ制御装置６は、図１１に示したように、燃焼運転時又は燃焼停止時においてセンサセル２１による検出値の劣化量を検出する劣化検出部６４を有する。本形態の劣化検出部６４は、電圧印加部６２によって排気電極３１１と大気電極３１２との間に所定の電圧を印加したときに、電流測定部６３によって排気電極３１１と大気電極３１２との間に流れる電流を測定し、この電圧と電流の関係に基づいて算出される電気抵抗値に基づいて、センサセル２１による検出値の劣化量、換言すれば大気電極３１２の劣化量を検出する。
大気電極３１２にケイ素の酸化物が付着している量が多いほど、電気抵抗値は高くなると考えられ、電気抵抗値が高いほど劣化量が多いと判定することができる。本形態のヒータ制御部６１は、劣化検出部６４による劣化量が所定値以上であることを条件として、燃焼停止時にセンサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に加熱するよう構成されている。なお、劣化検出部６４の構成は、実施形態２に示した劣化検出部６４と同様にしてもよい。
（制御方法）
本形態のセンサ制御装置６による制御方法について、図１９のフローチャートを参照して説明する。
まず、車両のイグニッションスイッチがオンされたことを受けて、エンジン５の燃焼運転が開始される（ステップＳ４０１）。また、このことを受けて、ガスセンサ１及びセンサ制御装置６の制御が開始される（ステップＳ４０１）。そして、電圧印加部６２は、センサセル２１の排気電極３１１と大気電極３１２との間に運転時電圧Ｖ１を印加し、ヒータ制御部６１は、センサセル２１を運転時制御温度Ｔ１に加熱する（ステップＳ４０２）。
本形態のセンサ制御装置６による制御方法について、図１９のフローチャートを参照して説明する。
まず、車両のイグニッションスイッチがオンされたことを受けて、エンジン５の燃焼運転が開始される（ステップＳ４０１）。また、このことを受けて、ガスセンサ１及びセンサ制御装置６の制御が開始される（ステップＳ４０１）。そして、電圧印加部６２は、センサセル２１の排気電極３１１と大気電極３１２との間に運転時電圧Ｖ１を印加し、ヒータ制御部６１は、センサセル２１を運転時制御温度Ｔ１に加熱する（ステップＳ４０２）。
次いで、イグニッションスイッチがＯＦＦになって、エンジン５の燃焼運転が停止されたか否かが判定される（ステップＳ４０３）。イグニッションスイッチがＯＦＦになるまでは、ガスセンサ１及びセンサ制御装置６による空燃比のフィードバックを受けてエンジン５の燃焼運転が継続される。
次いで、エンジン５の燃焼運転が停止されたときには、劣化検出部６４は、排気電極３１１と大気電極３１２との間に、停止時電圧Ｖ２よりも低い所定の電圧を印加して、センサセル２１の電気抵抗値を求め、大気電極３１２の劣化量を求める（ステップＳ４０４）。次いで、センサ制御装置６は、大気電極３１２の劣化量が所定量以上であるか否かを判定する（ステップＳ４０５）。そして、大気電極３１２の劣化量が所定量以上である場合には、ヒータ制御部６１は、センサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に加熱する（ステップＳ４０６）。
そして、ヒータ制御部６１は、停止時制御温度Ｔ２への加熱を所定時間行った後には、加熱を停止する。なお、大気電極３１２の劣化量が所定量以上でない場合には、停止時制御温度Ｔ２への加熱は行われない。
（作用効果）
本形態のセンサ制御装置６においては、劣化検出部６４が大気電極３１２の劣化を検出した場合にのみ、センサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に加熱して、大気電極３１２の劣化を回復させる。これにより、センサセル２１の検出値の回復が必要な場合にのみ、センサセル２１を、運転時制御温度Ｔ１よりも高温である停止時制御温度Ｔ２に加熱する。そのため、センサセル２１が不必要に高温に加熱されることを防止することができる。
本形態のセンサ制御装置６においては、劣化検出部６４が大気電極３１２の劣化を検出した場合にのみ、センサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に加熱して、大気電極３１２の劣化を回復させる。これにより、センサセル２１の検出値の回復が必要な場合にのみ、センサセル２１を、運転時制御温度Ｔ１よりも高温である停止時制御温度Ｔ２に加熱する。そのため、センサセル２１が不必要に高温に加熱されることを防止することができる。
本形態のガスセンサ１及びセンサ制御装置６における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１～３のガスセンサ１及びセンサ制御装置６の構成、作用効果等と同様である。また、本形態においても、実施形態１～３に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１～３の構成要素と同様である。
＜実施形態５＞
本形態は、センサ制御装置６におけるヒータ制御部６１を用いて、大気電極３１２の被毒からの回復を図る場合について示す。
本形態のセンサ制御装置６は、図２０に示すように、エンジン５又はガスセンサ１の使用状況に応じてセンサセル２１の劣化度を推定する劣化推定部６６を有する。本形態の劣化推定部６６は、燃焼停止時にセンサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に加熱した時点からのエンジン５の燃焼停止の回数、ガスセンサ１が搭載された車両の走行距離、及びガスセンサ１及びセンサ制御装置６の使用時間のうちの少なくとも１つに基づいて、センサセル２１の劣化度を推定する。
本形態は、センサ制御装置６におけるヒータ制御部６１を用いて、大気電極３１２の被毒からの回復を図る場合について示す。
本形態のセンサ制御装置６は、図２０に示すように、エンジン５又はガスセンサ１の使用状況に応じてセンサセル２１の劣化度を推定する劣化推定部６６を有する。本形態の劣化推定部６６は、燃焼停止時にセンサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に加熱した時点からのエンジン５の燃焼停止の回数、ガスセンサ１が搭載された車両の走行距離、及びガスセンサ１及びセンサ制御装置６の使用時間のうちの少なくとも１つに基づいて、センサセル２１の劣化度を推定する。
大気電極３１２へのケイ素の酸化物の付着は、エンジン５の停止時に最も多く生じることより、大気電極３１２における、ケイ素の酸化物の付着量は、エンジン５の燃焼を停止する回数が多くなるほど多くなる。センサセル２１の劣化度は、大気電極３１２における、ケイ素の酸化物の付着量が多くなるほど大きくなる（悪化する）。また、ガスセンサ１が搭載された車両の走行距離、又はガスセンサ１及びセンサ制御装置６の使用時間が長くなれば、エンジン５の燃焼の停止回数も多くなる。そのため、この走行距離又はこの使用時間を、エンジン５の燃焼停止の回数の代わりに利用してもよい。
また、エンジン５の空燃比が理論空燃比に比べて燃料リッチ側にあるほど、大気電極３１２にケイ素の酸化物が付着しやすくなる。このことを利用して、空燃比の履歴が燃料リッチ側にあるほどセンサセル２１の劣化度が大きくなるよう補正してもよい。
本形態のヒータ制御部６１は、劣化推定部６６による劣化度が所定値以上であることを条件として、燃焼停止時にセンサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に加熱するよう構成されている。本形態の劣化推定部６６は、エンジン５の燃焼が停止される度に、エンジン５の燃焼停止の回数を計数して記憶するよう構成されている。そして、劣化推定部６６は、燃焼停止回数が所定回数以上になったときに、センサセル２１の劣化度が所定値以上になったと推定する。
なお、ガスセンサ１及びセンサ制御装置６がアイドリングストップ機能を有する車両に搭載された場合には、実施形態１に示したように、アイドリングストップによるエンジン５の燃焼停止の回数を、劣化推定部６６による燃焼停止の回数から除外してもよい。
（制御方法）
本形態のセンサ制御装置６による制御方法について、図２１のフローチャートを参照して説明する。
まず、車両のイグニッションスイッチがオンされたことを受けて、エンジン５の燃焼運転が開始される（ステップＳ５０１）。また、このことを受けて、ガスセンサ１及びセンサ制御装置６の制御が開始される（ステップＳ５０２）。そして、電圧印加部６２は、センサセル２１の排気電極３１１と大気電極３１２との間に運転時電圧Ｖ１を印加し、ヒータ制御部６１は、センサセル２１を運転時制御温度Ｔ１に加熱する（ステップＳ５０３）。
本形態のセンサ制御装置６による制御方法について、図２１のフローチャートを参照して説明する。
まず、車両のイグニッションスイッチがオンされたことを受けて、エンジン５の燃焼運転が開始される（ステップＳ５０１）。また、このことを受けて、ガスセンサ１及びセンサ制御装置６の制御が開始される（ステップＳ５０２）。そして、電圧印加部６２は、センサセル２１の排気電極３１１と大気電極３１２との間に運転時電圧Ｖ１を印加し、ヒータ制御部６１は、センサセル２１を運転時制御温度Ｔ１に加熱する（ステップＳ５０３）。
次いで、イグニッションスイッチがＯＦＦになって、エンジン５の燃焼運転が停止されたか否かが判定される（ステップＳ５０４）。イグニッションスイッチがＯＦＦになるまでは、ガスセンサ１及びセンサ制御装置６による空燃比のフィードバックを受けてエンジン５の燃焼運転が継続される。
次いで、エンジン５の燃焼運転が停止されたときには、この燃焼停止回数を計数し記憶する（ステップＳ５０５）。次いで、燃焼停止回数が所定回数以上になったか否かを判定する（ステップＳ５０６）。燃焼停止回数が所定回数以上でない場合には、エンジン５の燃焼運転が再開されるまで待機する（ステップＳ５０７）。次いで、エンジン５の燃焼運転が再開された後には、ステップＳ５０６における燃焼停止回数が所定回数以上になるまで、ステップＳ５０２～Ｓ５０７が実行される。
次いで、燃焼停止回数が所定回数以上になったときには、劣化推定部６６は、センサセル２１の劣化度が所定値以上になったと推定する（ステップＳ５０８）。次いで、ヒータ制御部６１は、センサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に加熱する（ステップＳ５０９）。そして、ヒータ制御部６１は、停止時制御温度Ｔ２への加熱を所定時間行った後には、加熱を停止する。
なお、劣化推定部６６による劣化度の推定を燃焼運転時に行い、センサセル２１の停止時制御温度Ｔ２の加熱を燃焼停止時に行ってもよい。
（作用効果）
本形態のセンサ制御装置６においては、劣化推定部６６がセンサセル２１の劣化を推定した場合にのみ、センサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に加熱して、大気電極３１２の劣化を回復させる。これにより、センサセル２１の検出値の回復が必要な場合にのみ、センサセル２１を、運転時制御温度Ｔ１よりも高温である停止時制御温度Ｔ２に加熱する。そのため、センサセル２１が不必要に高温に加熱されることを防止することができる。
本形態のセンサ制御装置６においては、劣化推定部６６がセンサセル２１の劣化を推定した場合にのみ、センサセル２１を停止時制御温度Ｔ２に加熱して、大気電極３１２の劣化を回復させる。これにより、センサセル２１の検出値の回復が必要な場合にのみ、センサセル２１を、運転時制御温度Ｔ１よりも高温である停止時制御温度Ｔ２に加熱する。そのため、センサセル２１が不必要に高温に加熱されることを防止することができる。
本形態のガスセンサ１及びセンサ制御装置６における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１～３のガスセンサ１及びセンサ制御装置６の構成、作用効果等と同様である。また、本形態においても、実施形態１～３に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１～３の構成要素と同様である。
本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。さらに、本発明から想定される様々な構成要素の組み合わせ、形態等も本発明の技術思想に含まれる。
１ ガスセンサ
２ センサ素子
２１ センサセル
２２ ヒータ
３１ 固体電解質体
３１１ 排気電極
３１２ 大気電極
６ センサ制御装置
６１ ヒータ制御部
２ センサ素子
２１ センサセル
２２ ヒータ
３１ 固体電解質体
３１１ 排気電極
３１２ 大気電極
６ センサ制御装置
６１ ヒータ制御部
Claims (7)
- 排ガス（Ｇ）に晒される排気電極（３１１）及び大気（Ａ）に晒される大気電極（３１２）が固体電解質体（３１）に互いに対向して設けられたセンサセル（２１）、及び前記センサセルを加熱するためのヒータ（２２）を有し、車両の内燃機関（５）における排気管（７）に配置されるガスセンサ（１）に用いられるセンサ制御装置（６）であって、
前記ヒータによる前記センサセルの加熱制御を行い、かつ前記内燃機関の燃焼運転時に、前記センサセルを運転時制御温度（Ｔ１）に加熱し、かつ、前記内燃機関の燃焼停止時に、前記センサセルを前記運転時制御温度よりも高い停止時制御温度（Ｔ２）に加熱するよう構成されたヒータ制御部（６１）と、
前記燃焼運転時又は前記燃焼停止時に前記センサセルを前記停止時制御温度に加熱した時点からの前記内燃機関の燃焼停止の回数、前記ガスセンサが搭載された車両の走行距離、及び前記ガスセンサ及び前記センサ制御装置の使用時間のうちの少なくとも１つに基づいて、前記センサセルの劣化度を推定する劣化推定部（６６）と、を有し、
前記ヒータ制御部は、前記劣化推定部による前記劣化度が所定値以上であることを条件として、前記燃焼停止時に前記センサセルを前記停止時制御温度に加熱するよう構成されている、センサ制御装置。 - 排ガス（Ｇ）に晒される排気電極（３１１）及び大気（Ａ）に晒される大気電極（３１２）が固体電解質体（３１）に互いに対向して設けられたセンサセル（２１）、及び前記センサセルを加熱するためのヒータ（２２）を有し、車両の内燃機関（５）における排気管（７）に配置されるガスセンサ（１）に用いられ、
前記ヒータによる前記センサセルの加熱制御を行うヒータ制御部（６１）を有するセンサ制御装置（６）であって、
前記ヒータ制御部は、前記内燃機関の燃焼運転時に、前記センサセルを運転時制御温度（Ｔ１）に加熱し、かつ、前記内燃機関の燃焼停止時に、前記センサセルを前記運転時制御温度よりも高い停止時制御温度（Ｔ２）に加熱するよう構成されており、
前記ヒータ制御部によって前記燃焼停止時に前記センサセルを前記停止時制御温度に加熱することによって、前記大気電極に付着したケイ素の酸化物に亀裂を生じさせる、センサ制御装置。 - 排ガス（Ｇ）に晒される排気電極（３１１）及び大気（Ａ）に晒される大気電極（３１２）が固体電解質体（３１）に互いに対向して設けられたセンサセル（２１）、及び前記センサセルを加熱するためのヒータ（２２）を有し、車両の内燃機関（５）における排気管（７）に配置されるガスセンサ（１）に用いられ、
前記ヒータによる前記センサセルの加熱制御を行うヒータ制御部（６１）を有するセンサ制御装置（６）であって、
前記ヒータ制御部は、前記内燃機関の燃焼運転時に、前記センサセルを運転時制御温度（Ｔ１）に加熱し、かつ、前記内燃機関の燃焼停止時に、前記センサセルを前記運転時制御温度よりも高い停止時制御温度（Ｔ２）に加熱するよう構成されており、
前記停止時制御温度は、前記大気電極と前記大気電極に付着したケイ素の酸化物との界面に生じる熱応力が、前記ケイ素の酸化物の単体における引張強さよりも大きくなる温度よりも高く、かつ前記固体電解質体の結晶構造が変化する温度よりも低く設定されている、センサ制御装置。 - 排ガス（Ｇ）に晒される排気電極（３１１）及び大気（Ａ）に晒される大気電極（３１２）が固体電解質体（３１）に互いに対向して設けられたセンサセル（２１）、及び前記センサセルを加熱するためのヒータ（２２）を有し、車両の内燃機関（５）における排気管（７）に配置されるガスセンサ（１）に用いられ、
前記ヒータによる前記センサセルの加熱制御を行うヒータ制御部（６１）と、前記排気電極と前記大気電極との間に電圧を印加する電圧印加部（６２）と、を有するセンサ制御装置（６）であって、
前記ヒータ制御部は、前記内燃機関の燃焼運転時に、前記センサセルを運転時制御温度（Ｔ１）に加熱し、かつ、前記内燃機関の燃焼停止時に、前記センサセルを前記運転時制御温度よりも高い停止時制御温度（Ｔ２）に加熱するよう構成されており、
前記電圧印加部は、前記燃焼運転時に、前記排気電極と前記大気電極との間に運転時電圧（Ｖ１）を印加し、かつ、前記燃焼停止時に、前記排気電極と前記大気電極との間に前記運転時電圧よりも高い停止時電圧（Ｖ２）を印加するよう構成されている、センサ制御装置。 - 前記ヒータ制御部によって前記燃焼停止時に前記センサセルを前記停止時制御温度に加熱すること、及び前記電圧印加部によって前記燃焼停止時に前記排気電極と前記大気電極との間に前記停止時電圧を印加することによって、前記大気電極に付着したケイ素の酸化物を還元するよう構成されている、請求項４に記載のセンサ制御装置。
- 前記停止時電圧は、前記大気電極に含まれる貴金属の酸化電位よりも高く、かつ前記固体電解質体の還元電圧よりも低く設定されている、請求項４又は５に記載のセンサ制御装置。
- 排ガス（Ｇ）に晒される排気電極（３１１）及び大気（Ａ）に晒される大気電極（３１２）が固体電解質体（３１）に互いに対向して設けられたセンサセル（２１）、及び前記センサセルを加熱するためのヒータ（２２）を有し、車両の内燃機関（５）における排気管（７）に配置されるガスセンサ（１）に用いられ、
前記排気電極と前記大気電極との間に電圧を印加する電圧印加部（６２）、及び前記内燃機関の燃焼運転時又は燃焼停止時において前記センサセルによる検出値の劣化量を検出する劣化検出部（６４）を有するセンサ制御装置（６）であって、
前記電圧印加部は、前記燃焼運転時に、前記排気電極と前記大気電極との間に運転時電圧（Ｖ１）を印加し、かつ、前記劣化検出部による前記劣化量が所定値以上であることを条件として、前記燃焼停止時に、前記排気電極と前記大気電極との間に前記運転時電圧よりも高い停止時電圧（Ｖ２）を印加して、前記大気電極に付着したケイ素の酸化物を還元するよう構成されている、センサ制御装置。
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