JP7452477B2 - ガス濃度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス濃度検出装置に関する。

ガス濃度検出装置は、車両の排気管等に配置されるガスセンサと、ガスセンサの動作を制御するセンサ制御装置とを用いて構成される。ガスセンサは、固体電解質体に一対の電極が設けられたセンサセルと、通電によって発熱してセンサセルを加熱するヒータとを有する。ヒータへの通電は、負荷変動に対する応答性能の高さ等を考慮して、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御によって行われることが多い。

ヒータのＰＷＭ制御を行う場合には、ヒータへパルス状の電圧が印加され、パルス状の電圧の１周期におけるオン・オフの比率を示すデューティ比が適宜変更されて、センサセルの温度が目標とする温度に制御される。ヒータのＰＷＭ制御を行うガス濃度検出装置としては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。

特許文献１のガス濃度検出装置においては、ヒータへのオン・オフの通電状態が変化する際に、センサセルによる出力信号に重畳するノイズ成分を、平均処理によって出力信号から除外する工夫がなされている。より具体的には、ヒータがオンになるときには、出力信号にはプラス側のノイズが生じ、ヒータがオフになるときには、出力信号にはマイナス側のノイズが生じる。特許文献１のガス濃度検出装置においては、この正負が逆に表れる、出力信号におけるノイズ成分を相殺するように平均処理を行っている。

特開２００４－０９３３８６号公報

ところが、発明者の研究により、センサセルの出力信号に重畳するノイズ成分には、ヒータへのオン・オフの通電の切り替えに伴う小さな周期のノイズ成分（切り替えノイズ成分という。）の他にも、別のノイズ成分があることが判明した。すなわち、ヒータのＰＷＭ制御を受けてセンサセルの温度が目標温度に維持されるときには、切り替えノイズ成分よりも大きな周期のノイズ成分（温度制御ノイズ成分という。）がセンサセルに重畳していることが判明した。温度制御ノイズ成分は、温度の変化のうねり又は実効値として捉えられるものであり、切り替えノイズ成分とは異なる変化速度を有することが判明した。

従って、センサセルの出力信号に含まれるノイズ成分を除去して、ガス濃度検出装置の検出精度を高めるためには、更なる工夫が必要とされる。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、ヒータへの実効値としての印加電圧が変化することに伴うノイズ成分がセンサ出力に与える影響が除去され、ガスセンサのセンサ出力の検出精度が高められるガス濃度検出装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
固体電解質体（３１）に一対の電極（３１１，３１２）が設けられた１つ又は複数のセンサセル（２１）、及び通電によって発熱して前記センサセルを加熱するヒータ（３４）を有するガスセンサ（１０）と、
前記センサセル及び前記ヒータの動作を制御するセンサ制御装置（５）と、を備え、
前記センサ制御装置は、
前記センサセルに生じるセンサ電流（Ｉｓ）又はセンサ電圧を検出するセンサ検出部（５１）と、
前記センサセルの温度を検知する温度検知部（５２）と、
前記ヒータへの印加電圧を調整するヒータ制御部（５３）と、
前記温度検知部によって検知される前記温度が前記ヒータ制御部によって目標温度に維持されるときの、前記ヒータへの印加電圧（Ｖｈ）の変化速度、及び前記ヒータに流れるヒータ電流（Ｉｈ）の変化速度（ΔＳ）のうちの少なくともいずれかを算出する変化速度算出部（５４）と、
前記変化速度算出部によって算出された前記変化速度を用いて、前記センサ検出部によって検出された前記センサ電流又は前記センサ電圧であるセンサ出力を補正して、前記ガスセンサのセンサ補正出力（Ｏｓ）を算出する補正出力部（５５）と、を有する、ガス濃度検出装置（１）にある。

前記一態様のガス濃度検出装置のセンサ制御装置においては、温度検知部によって検知されるセンサセルの温度がヒータ制御部によって目標温度に維持されるときの、ヒータへの印加電圧の変化速度、及びヒータに流れるヒータ電流の変化速度のうちの少なくともいずれかが、変化速度算出部によって算出される。これらの変化速度は、センサセルの温度が外乱による影響を受ける際に、センサセルの温度が目標温度からずれないように、ヒータへの印加電圧が調整されるときに算出される変化の速度として示される。

センサセルの温度が外乱による影響を受ける際に、センサ検出部によって、センサセルに生じるセンサ電流又はセンサ電圧がセンサ出力として検出されるときには、センサ出力には、ヒータへの実効値としての印加電圧が変化することに伴うノイズ成分が重畳していると可能性が高い。そこで、変化速度算出部によって算出された変化速度を用いて、補正出力部が、センサ出力を補正して、ガスセンサのセンサ補正出力を算出する。

この構成により、前記一態様のガス濃度検出装置によれば、ヒータへの実効値としての印加電圧が変化することに伴うノイズ成分がセンサ出力に与える影響が除去され、ガスセンサのセンサ出力の検出精度が高められる。

「前記温度検知部による前記センサセルの温度の検知」には、種々の情報に基づいて温度を推定する場合も含まれる。

なお、本発明の一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。

図１は、実施形態１にかかる、ガス濃度検出装置のガスセンサを示す断面図である。 図２は、実施形態１にかかる、ガスセンサのセンサ素子を示す断面図である。 図３は、実施形態１にかかる、図２のIII－III断面図である。 図４は、実施形態１にかかる、図２のIV－IV断面図である。 図５は、実施形態１にかかる、センサ制御装置の電気的構成を模式的に示す説明図である。 図６は、実施形態１にかかる、（ａ）パルス状の印加電圧、（ｂ）ヒータ電流、（ｃ）ヒータ電流の変化速度、（ｄ）補正前及び補正後のセンサ電流の各時間的変化を示すグラフである。 図７は、実施形態１にかかる、図６（ｃ）のヒータ電流の変化速度のグラフの一部を拡大して示すグラフである。 図８は、実施形態１にかかる、ヒータ電流の変化速度とセンサ電流の変化量との関係を示すグラフである。 図９は、実施形態１にかかる、ヒータ電流の変化速度とセンサ電流の補正量との関係を示す関係マップである。 図１０は、実施形態１にかかる、ガス濃度検出装置による制御方法を示すフローチャートである。 図１１は、実施形態２にかかる、センサ制御装置の電気的構成を模式的に示す説明図である。 図１２は、実施形態２にかかる、（ａ）パルス状の印加電圧、（ｂ）ヒータ電流、（ｃ）センサセルの変化温度、（ｄ）補正前及び補正後のセンサ電流の各時間的変化を示すグラフである。 図１３は、実施形態２にかかる、ヒータ電流の変化速度をパラメータとした、センサセルの変化温度とセンサ電流の変化量との関係を示すグラフである。 図１４は、実施形態２にかかる、ヒータ電流の変化速度をパラメータとした、センサセルの変化温度とセンサ電流の補正量との関係を示す関係マップである。 図１５は、実施形態２の比較品にかかる、（ａ）ヒータ電流、（ｂ）センサセルの温度、（ｃ）センサ電流の各時間的変化を示すグラフである。 図１６は、実施形態２の比較品にかかる、（ａ）ヒータ電流、（ｂ）センサセルの温度、（ｃ）センサ電流の各時間的変化を示すグラフである。 図１７は、実施形態２の実施品にかかる、（ａ）ヒータ電流、（ｂ）センサセルの温度、（ｃ）センサ電流の各時間的変化を示すグラフである。

前述したガス濃度検出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＞
本形態のガス濃度検出装置１は、図１～図４に示すように、ガスセンサ１０及びセンサ制御装置５を備える。ガスセンサ１０は、固体電解質体３１に一対の電極３１１，３１２が設けられた１つ又は複数のセンサセル２１と、通電によって発熱してセンサセル２１を加熱するヒータ３４とを有する。センサ制御装置５は、センサセル２１及びヒータ３４の動作を制御するものである。

センサ制御装置５は、センサ検出部５１、温度検知部５２、ヒータ制御部５３、変化速度算出部５４及び補正出力部５５を有する。センサ検出部５１は、センサセル２１に生じるセンサ電流Ｉｓを検出する構成部位である。温度検知部５２は、センサセル２１の温度を検知する構成部位である。ヒータ制御部５３は、ヒータ３４への印加電圧Ｖｈを調整する構成部位である。

変化速度算出部５４は、温度検知部５２によって検知されるセンサセル２１の温度がヒータ制御部５３によって目標温度に維持されるときの、ヒータ３４に流れるヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳを算出する構成部位である。補正出力部５５は、変化速度算出部５４によって算出されたヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳを用いて、センサ検出部５１によって検出されたセンサ電流Ｉｓであるセンサ出力を補正して、ガスセンサ１０のセンサ補正出力Ｏｓを算出する構成部位である。

以下に、本形態のガス濃度検出装置１について詳説する。
（ガスセンサ１０）
図１に示すように、ガスセンサ１０は、車両の内燃機関（エンジン）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、特定ガス濃度等を検出するために用いられる。ガスセンサ１０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、内燃機関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。

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が配置されており、ガスセンサ１０は、排気管７における排ガスＧの流れ方向において、触媒の上流側又は下流側のいずれに配置してもよい。また、ガスセンサ１０は、排ガスＧを利用して内燃機関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してもよい。また、ガスセンサ１０を配置する配管は、内燃機関から排気管７に排気される排ガスＧの一部を、内燃機関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してもよい。

（センサセル２１）
図２～図４に示すように、ガスセンサ１０のセンサセル２１及びヒータ３４は、センサ素子２によって形成されている。センサセル２１は、固体電解質体３１と、固体電解質体３１に設けられた排気電極３１１及び大気電極３１２とによって構成されている。固体電解質体３１には、絶縁体３３Ａ，３３Ｂが積層されており、ヒータ３４は、絶縁体３３Ａ，３３Ｂに埋設された発熱体によって構成されている。

本形態のセンサセル２１は、空燃比センサを構成するために、ガスセンサ１０において１つ形成されている。これ以外にも、センサセル２１は、例えば、ＮＯｘ（窒素酸化物）センサを構成するために、ガスセンサ１０において複数形成されていてもよい。この場合のセンサセル２１は、排ガスＧの酸素濃度を低下させるポンピングセル、排ガスＧの残留酸素濃度を検出するモニタセル、排ガスＧのＮＯｘ濃度を検出する検出セル等としてもよい。

また、ガスセンサ１０は、空燃比、ＮＯｘ濃度等を検出するための複数のセンサセル２１を有していてもよい。変化速度算出部５４及び補正出力部５５によってセンサ出力を補正するセンサセル２１は、複数あってもよい。

（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、長尺の長方形状に形成されており、固体電解質体３１、排気電極３１１及び大気電極３１２、第１絶縁体３３Ａ、第２絶縁体３３Ｂ、ガス室３５、大気ダクト３６及びヒータ３４を備える。センサ素子２は、固体電解質体３１に、各絶縁体３３Ａ，３３Ｂ及びヒータ３４が積層された積層タイプのものである。

本形態において、センサ素子２の長手方向Ｌとは、センサ素子２が長尺形状に延びる方向のことをいう。また、長手方向Ｌに直交し、固体電解質体３１と各絶縁体３３Ａ，３３Ｂ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。ガスセンサ１０においても、センサ素子２の長手方向Ｌと同じ方向のことを長手方向Ｌという。

（固体電解質体３１、排気電極３１１及び大気電極３１２）
図２～図４に示すように、固体電解質体３１は、所定の活性温度において、酸素イオン（Ｏ^2-）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。センサ素子２の長手方向Ｌの先端側Ｌ１の部位には、排気電極３１１及び大気電極３１２と、これらの電極３１１，３１２の間に挟まれた固体電解質体３１の部分とによるセンサセル２１が形成されている。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される。

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。図１及び図２に示すように、排気電極３１１及び大気電極３１２には、これらの電極３１１，３１２をガスセンサ１０の外部と電気接続するための電極リード部３１３が接続されている。電極リード部３１３は、センサ素子２の長手方向Ｌの基端側Ｌ２の部位まで引き出されている。電極リード部３１３の長手方向Ｌの基端側Ｌ２の端部には、端子接続部２２が形成されている。

（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３に示すように、本形態の拡散抵抗部（ガス導入部）３２は、ガス室３５の幅方向Ｗの両側に設けられている。拡散抵抗部３２は、第１絶縁体３３Ａに形成された導入口内に、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。なお、拡散抵抗部３２は、ガス室３５の長手方向Ｌの先端側Ｌ１の部位に設けてもよい。

（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、大気Ａが導入される大気ダクト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における基端位置まで形成されている。

（各絶縁体３３Ａ，３３Ｂ）
図２～図４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ヒータ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いる。

（ヒータ３４）
図３及び図４に示すように、ヒータ３４は、発熱体として構成されており、大気ダクト３６を形成する第２絶縁体３３Ｂ内に埋設されている。ヒータ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。ヒータ３４は、導電性を有する金属材料によって構成されている。発熱体リード部３４２の長手方向Ｌの基端側Ｌ２の端部には、端子接続部２２が形成されている。

（表面保護層３７）
図１に示すように、センサ素子２の長手方向Ｌの先端側Ｌ１の部位には、センサセル２１を覆う表面保護層３７が形成されている。表面保護層３７は、排ガスＧが通過可能な気孔を有するセラミックス材料としての、互いに結合された複数のセラミックス粒子によって構成されている。

（他のセンサ素子２の構成）
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、ヒータ３４の発熱部３４１は、複数組の電極に積層方向Ｄから対向する位置に設けることができる。

（ガスセンサ１０の他の構成）
図１に示すように、ガスセンサ１０は、センサ素子２を排気管７に配置して、センサ制御装置５に電気配線するために、ハウジング４１、素子保持材４２、端子保持材４３、接触部材４３１、接点端子４４、先端側カバー４５、基端側カバー４６、ブッシュ４７、リード線４８等を有する。

ハウジング４１は、ガスセンサ１０を排気管７の取付口７１に締め付けるために用いられる。ハウジング４１は、素子保持材４２等を介してセンサ素子２を保持する。センサ素子２は、ガラス粉末４２１を介して素子保持材４２に保持され、素子保持材４２は、かしめ用材料４２２，４２３，４２４を介してハウジング４１に保持されている。素子保持材４２の長手方向Ｌの基端側Ｌ２には、接点端子４４を保持する端子保持材４３が連結されている。端子保持材４３は、接触部材４３１によって基端側カバー４６に支持されている。

接点端子４４は、センサ素子２における、端子接続部２２としての電極リード部３１３の基端部、及び端子接続部２２としての発熱体リード部３４２の基端部に接触し、電極リード部３１３及び発熱体リード部３４２をリード線４８に電気的に接続するものである。接点端子４４は、端子保持材４３内に配置された状態で、接続金具４４１を介してリード線４８に接続されている。

図１に示すように、先端側カバー４５は、ハウジング４１の長手方向Ｌの先端側Ｌ１に設けられており、センサ素子２のセンサセル２１を覆う。先端側カバー４５には、センサ素子２に接触する排ガスＧが流通可能なガス流通孔４５１が形成されている。センサ素子２のセンサセル２１及び先端側カバー４５は、内燃機関の排気管７内に配置される。排気管７内を流れる排ガスＧの一部は、先端側カバー４５のガス流通孔４５１から先端側カバー４５内に流入する。そして、先端側カバー４５内の排ガスＧは、センサ素子２の表面保護層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。

基端側カバー４６は、ハウジング４１の長手方向Ｌの基端側Ｌ２に設けられており、ガスセンサ１０の長手方向Ｌの基端側Ｌ２に位置する配線部を覆って、この配線部を大気Ａ中の水等から保護するためのものである。配線部は、センサ素子２に電気的に繋がる部分としての、接点端子４４、接点端子４４とリード線４８との接続部分（接続金具４４１）等によって構成される。

基端側カバー４６の長手方向Ｌの基端側Ｌ２の部分の内周側には、複数のリード線４８を保持するブッシュ４７が保持されている。基端側カバー４６には、ガスセンサ１０の外部から大気Ａを導入するための大気導入孔４６１が形成されている。大気導入孔４６１は、撥水フィルタ４６２によって覆われている。センサ素子２における、大気ダクト３６の基端位置は、基端側カバー４６内の空間に開放されており、大気Ａは、大気ダクト３６内の大気電極３１２へ導かれる。

（センサ制御装置５）
図１に示すように、ガスセンサ１０におけるリード線４８は、ガスセンサ１０におけるガス検出の制御を行うセンサ制御装置５に電気接続されている。センサ制御装置５は、エンジンにおける燃焼運転を制御するエンジン制御装置６と連携してガスセンサ１０における電気制御を行うものである。センサ制御装置５は、各種制御回路、コンピュータ等を用いて構成されている。なお、センサ制御装置５は、エンジン制御装置６内に構築してもよい。

図５には、センサ制御装置５の電気的構成を模式的に示す。センサ検出部５１、温度検知部５２、ヒータ制御部５３及びヒータ電流検出部５６は、主に制御回路によって構成され、変化速度算出部５４及び補正出力部５５は、主にコンピュータ５０によって構成されている。センサ制御装置５においては、温度検知部５２によるセンサセル２１の温度がフィードバックされて、ヒータ制御部５３によるセンサセル２１の温度のフィードバック制御が行われる。また、センサ制御装置５においては、ヒータ電流検出部５６によるヒータ電流Ｉｈが用いられて、変化速度算出部５４によるヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳが算出される。そして、補正出力部５５によって、変化速度ΔＳに基づいてセンサ検出部５１によるセンサ電流Ｉｓが補正されて、センサ補正出力Ｏｓが算出される。

（センサ検出部５１）
図２に示すように、センサ検出部５１は、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回路５１１と、排気電極３１１と大気電極３１２との間に流れる電流を測定する電流検出回路５１２とを有する。電圧印加回路５１１は、排ガスＧがガス室３５内に流入するときの拡散抵抗部３２による拡散抵抗によってセンサセル２１に限界電流特性が生じる大きさの直流電圧を電極３１１，３１２間に印加する。電圧印加回路５１１は、ガス室３５内の酸素を排出するよう、大気電極３１２をプラス側として、電極３１１，３１２間に直流電圧を印加する。

センサ検出部５１においては、内燃機関において燃料リーンの状態で燃焼した後の排ガスＧが排気電極３１１に到達するときには、主にプラス側のセンサ電流Ｉｓが検出され、内燃機関において燃料リッチの状態で燃焼した後の排ガスＧが排気電極３１１に到達するときには、主にマイナス側のセンサ電流Ｉｓが検出される。

（温度検知部５２）
図２に示すように、温度検知部５２は、センサセル２１の抵抗値又はインピーダンスを検出する検出回路５２１を有する。温度検知部５２は、検出回路５２１によって検出されたセンサセル２１の抵抗値又はインピーダンスを用いて、センサセル２１の温度を検知するよう構成されている。排ガスＧの組成がストイキ（理論空燃比）の近傍にあるときには、センサ検出部５１によって検出されるセンサ電流Ｉｓはほぼゼロになる。このストイキ状態等の排ガスＧの組成に変動が少ない状態において、センサセル２１の電極３１１，３１２間に電圧を印加したときの電流値を検出することにより、抵抗値又はインピーダンスを検出することができる。そして、温度検知部５２は、抵抗値又はインピーダンスとセンサセル２１の温度との相関関係に基づいて、抵抗値又はインピーダンスに基づいて、センサセル２１の温度を検知する。

温度検知部５２は、ヒータ３４の抵抗値又はインピーダンスを検出することによって、センサセル２１の温度を推定するよう構成されていてもよい。この場合にも、センサセル２１の抵抗値又はインピーダンスを検出する場合と同様の構成にすることができる。

（ヒータ制御部５３）
図３に示すように、ヒータ制御部５３は、ヒータ３４を構成する発熱体の発熱体リード部３４２に、パルス状の交流電圧としての印加電圧Ｖｈを印加するよう構成されている。ヒータ制御部５３は、ヒータ３４に通電を行う通電制御回路５３１を用いて形成されている。ヒータ制御部５３は、パルス状の印加電圧Ｖｈのデューティ比を変化させて、ヒータ３４への印加電圧Ｖｈを調整するパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）を行うよう構成されている。

図６（ａ）に示すように、ヒータ３４にパルス状の印加電圧Ｖｈが印加されるときには、ヒータ３４には、パルス状の印加電圧Ｖｈのオン時電圧とデューティ比との積である実効電圧Ｖｅが実質的に印加される。デューティ比は、オン時電圧／１周期、換言すれば、交流電圧の１周期におけるオン時電圧の割合として表される。ヒータ制御部５３によってセンサセル２１を加熱する目標温度は、例えば、センサセル２１の活性化温度として、６００～９００℃の間の所定の温度として設定される。

（ヒータ電流検出部５６）
図３に示すように、センサ制御装置５は、ヒータ３４に流れるヒータ電流Ｉｈを検出するヒータ電流検出部５６を有する。ヒータ電流検出部５６は、ヒータ電流Ｉｈを検出する電流検出回路５６１を用いて形成されている。ヒータ電流検出部５６は、ヒータ制御部５３によってヒータ３４にパルス状の印加電圧Ｖｈが印加される際に、実効電圧Ｖｅに応じた実効電流を検出するよう構成されている。ヒータ電流検出部５６は、ヒータ３４に接続されたヒータ制御部５３の通電制御回路５３１に配置されたシャント抵抗の両端の電圧を測定して、ヒータ電流Ｉｈを検出するよう構成されている。

本形態のヒータ電流検出部５６は、内燃機関の空燃比が制御されるストイキ近傍において、ヒータ３４に流れるヒータ電流Ｉｈを検出する。ガスセンサ１０が配置された排気管７内において、センサセル２１の温度を変動させる要因となる外乱があるときに、ヒータ制御部５３がセンサセル２１の温度を目標温度に維持しようとすることにより、ヒータ電流Ｉｈには変動が生じる。外乱としては、排気管７内を流れる排ガスＧの温度、流量等の変動がある。

図６（ｂ）及び図７に示すように、ヒータ電流検出部５６がヒータ電流Ｉｈを検出するサンプリング周期ｔ１は、ヒータ制御部５３によるパルス状の印加電圧Ｖｈの周期ｔ２よりも短い。この構成により、ヒータ電流Ｉｈの変化を適切に検出することができる。また、本形態においては、ヒータ電流検出部５６がヒータ電流Ｉｈを検出するサンプリング周期ｔ１は、ヒータ制御部５３によるパルス状の印加電圧Ｖｈの周期ｔ２の１／１０よりも短くする。センサ検出部５１がセンサ電流Ｉｓを検出するサンプリング間隔、及び温度検知部５２がセンサセル２１の抵抗値又はインピーダンスを検出するサンプリング間隔は、ヒータ電流検出部５６がヒータ電流Ｉｈを検出するサンプリング周期ｔ１以下とすればよい。なお、図７は、図６（ｃ）の一部を抜き出したものである。

（変化速度算出部５４）
図３、図６（ｂ），（ｃ）及び図７に示すように、変化速度算出部５４は、ヒータ電流検出部５６によって検出されたヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳを算出するよう構成されている。温度検知部５２によって検知されるセンサセル２１の温度がヒータ制御部５３によって目標温度に維持されるときには、センサセル２１の温度が目標温度に対して上下に変動することが想定される。また、ヒータ制御部５３によってセンサセル２１の温度が目標温度に制御されるときには、センサセル２１の温度が上昇する場合、センサセル２１の温度が低下する場合、センサセル２１の温度がほとんど変動しない場合等も想定される。これらのとき、ヒータ電流Ｉｈは、ヒータ制御部５３による通電量に応じて変動し、ヒータ電流Ｉｈは、その変動に応じた変化速度を有することになる。

本形態においては、図６（ｃ）に示すように、変化速度算出部５４によるヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳは、パルス状の印加電圧Ｖｈのオン時電圧とデューティ比との積である実効電圧Ｖｅに応じた、ヒータ３４における実効電流の変化速度ΔＳとして算出される。実効電流の変化速度ΔＳは、ヒータ制御部５３によるヒータ３４へのオン・オフの通電の切り替えに伴う小さな周期のノイズ成分（切り替えノイズ成分という。）の変化を反映するものではない。実効電流の変化速度ΔＳは、センサセル２１の温度が目標温度に維持されるときに、切り替えノイズ成分よりも大きな周期のノイズ成分（温度制御ノイズ成分という。）の変化を反映するものである。

図６（ｂ）に示すように、変化速度算出部５４においては、ヒータ電流検出部５６によるヒータ電流Ｉｈの値は、ヒータ制御部５３によるパルス状の印加電圧Ｖｈの周期ｔ２よりも長い所定時間内におけるヒータ電流Ｉｈの平均値ａとして求める。そして、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳは、ヒータ電流Ｉｈの平均値ａが求められた所定時間よりも長い所定時間におけるヒータ電流Ｉｈの値の変化量（差分値）、微分値等に基づいて求められる。変化速度ΔＳは、図６（ｂ）におけるヒータ電流Ｉｈの波形の傾きとして示される。ヒータ電流Ｉｈの平均値ａは、ヒータ制御部５３によるパルス状の印加電圧Ｖｈの周期ｔ２の整数倍の周期で求めてもよい。

ヒータ制御部５３によって同じデューティ比のパルス状の印加電圧Ｖｈが連続してヒータ３４に印加されるときには、ヒータ電流Ｉｈの平均値ａが一定になり、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳはゼロになる。ヒータ制御部５３によって異なるデューティ比のパルス状の印加電圧Ｖｈがヒータ３４に適宜印加されるときには、ヒータ電流Ｉｈの平均値ａが一定にならず、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳは所定の値を有する。

図６（ｂ），（ｄ）に示すように、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳは、ヒータ電流Ｉｈの単位時間当たりの変動量（変化量）を示す。ヒータ電流Ｉｈの単位時間当たりの変動量は、センサ検出部５１によるセンサセル２１のセンサ電流Ｉｓに、温度制御ノイズ成分としての単位時間当たりの変動量を生じさせることが判明している。換言すれば、センサ検出部５１によるセンサセル２１のセンサ電流Ｉｓには、ヒータ電流Ｉｈの変動に応じた変動が、位相遅れｔａを適宜伴いつつ生じることが判明している。

（補正出力部５５）
図２、図３及び図６（ｄ）に示すように、補正出力部５５は、ヒータ電流Ｉｈの単位時間当たりの変動量が、センサ検出部５１によって検出されたセンサ電流Ｉｓであるセンサ出力に与える影響を減らして、ガスセンサ１０のセンサ補正出力Ｏｓを算出する。特に、補正出力部５５は、センサ出力に含まれる温度制御ノイズ成分を除去して、ガスセンサ１０のセンサ補正出力Ｏｓを算出する。補正出力部５５は、ヒータ電流Ｉｈの変動の振幅及び周期、ヒータ電流Ｉｈの変動がセンサ電流Ｉｓの変動として現れるまでの位相遅れｔａ等を反映して、センサ補正出力Ｏｓを算出する。この構成により、センサ補正出力Ｏｓの精度を高めることができる。

補正出力部５５は、センサ電流Ｉｓの実効電流の変化速度ΔＳを用い、センサセル２１に生じる誘導電流を打ち消すようにセンサ出力を補正して、センサ補正出力Ｏｓを算出する。ヒータ電流Ｉｈの変動の振幅が大きくなると、センサ電流Ｉｓに重畳する温度制御ノイズ成分の振幅も大きくなる傾向にある。また、ヒータ電流Ｉｈの変動の周期が短くなると（周波数が大きくなると）、センサ電流Ｉｓに重畳する温度制御ノイズ成分の振幅が大きくなる傾向にある。ヒータ電流Ｉｈに生じる変動の振幅及び周期は、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳに反映される。そのため、補正出力部５５は、ヒータ電流Ｉｈの実効電流の変化速度ΔＳが大きくなるほど、センサ電流Ｉｓから温度制御ノイズ成分をキャンセルするための補正量を大きくする。このような構成により、センサ電流（センサ出力）Ｉｓに含まれる温度制御ノイズ成分を効果的に除去することができる。

また、図６（ｂ），（ｄ）に示すように、ヒータ電流Ｉｈの変動がセンサ電流Ｉｓの変動として現れるまでの温度制御ノイズ成分の位相遅れｔａは、ヒータ３４と各電極３１１，３１２及び各電極リード部３１３との間に配置された絶縁体３３Ａ，３３Ｂ、大気ダクト３６等の透磁率、誘電率等の大きさに応じた固有の値を有する。ここで、透磁率は、ヒータ３４から各電極３１１，３１２及び各電極リード部３１３への磁束の透過のしやすさを示すものである。誘磁率が大きいほど、磁束が透過しやすくなる。

また、誘電率は、ヒータ３４と各電極３１１，３１２及び各電極リード部３１３との間に形成される疑似コンデンサによる静電容量を形成するものである。静電容量は、誘電率に比例して大きくなる。静電容量が大きいほど、磁束が透過する速度が遅くなる。

温度制御ノイズ成分の位相遅れｔａは、ガスセンサ１０の試作後に試験等を行って求めておけばよい。そして、補正出力部５５は、センサ電流Ｉｓを補正する際には、位相遅れｔａを加味して補正する。換言すれば、補正出力部５５は、位相遅れｔａがある分だけ時間をずらして、センサ電流Ｉｓを補正して、センサ補正出力Ｏｓを算出する。

センサセル２１に生じるセンサ電流Ｉｓには、ヒータ３４における実効電流に応じて、センサセル２１における排気電極３１１及び大気電極３１２に繋がる各電極リード部３１３に生じる誘導電流が温度制御ノイズ成分として含まれている。ヒータ制御部５３によるヒータ３４のパルス幅変調制御が行われるときには、ヒータ３４には、パルス状の印加電圧Ｖｈのオン・オフに伴う電流の変化が生じ、ヒータ３４の配線方向の軸線の周りには、この電流の変化に応じた磁束が生じる。そして、この磁束がセンサセル２１における排気電極３１１及び大気電極３１２に繋がる各電極リード部３１３に誘導電流を生じさせ、この誘導電流がセンサ電流Ｉｓに重畳する。また、この誘導電流は、位相遅れｔａを伴ってセンサ電流Ｉｓに重畳する。

（関係マップＭ）
図８には、ヒータ制御部５３によるヒータ３４への印加電圧Ｖｈを適宜変化させたときに、ヒータ電流検出部５６によってヒータ電流Ｉｈを検出するとともにセンサ検出部５１によってセンサ電流Ｉｓを検出し、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳ［Ａ／ｓｅｃ］とセンサ電流Ｉｓの変化量［μＡ］との関係を求めたグラフを示す。ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳが大きくなるほど、センサ電流Ｉｓの変化量が大きくなる。図８においては、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳに対するセンサ電流Ｉｓの変化量の値をプロットしている。

図９に示すように、センサ制御装置５は、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳと、補正出力部５５によるセンサ電流（センサ出力）Ｉｓの補正量との関係を示す関係マップＭを有する。センサ電流Ｉｓの変化量が温度制御ノイズ成分であると考えられるため、センサ電流Ｉｓの変化量にマイナスの符号を付けた値がセンサ電流Ｉｓの補正量となる。

関係マップＭにおいては、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳには、ヒータ電流Ｉｈが増加する側であるプラス側の変化速度ΔＳと、ヒータ電流Ｉｈが減少する側であるマイナス側の変化速度ΔＳとがある。関係マップＭにおいては、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳがプラス側にあるときには、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳがプラス側に大きくなるほどセンサ電流Ｉｓの補正量をマイナス側に大きくする関係がある。また、関係マップＭにおいては、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳがマイナス側にあるときには、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳがマイナス側に大きくなるほどセンサ電流Ｉｓの補正量をプラス側に大きくする関係がある。

補正出力部５５は、変化速度算出部５４によって算出されたヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳを関係マップＭに照合して決定されたセンサ電流Ｉｓの補正量に基づいて、センサ補正出力Ｏｓを算出する。また、補正出力部５５は、センサ補正出力Ｏｓを算出するときには、温度制御ノイズ成分の位相遅れｔａの分だけ過去に遡った時間におけるセンサ出力の補正量を利用する。関係マップＭを用いることにより、補正出力部５５によるセンサ電流Ｉｓの補正を容易にすることができる。

（ガス濃度検出装置１の動作）
図６（ａ）には、ヒータ制御部５３によってヒータ３４に印加されるパルス状の印加電圧Ｖｈの時間的変化を示す。また、図６（ａ）においては、ヒータ３４への印加電圧Ｖｈの実効値も示す。図６（ｂ）には、ヒータ電流検出部５６によって検出される、ヒータ３４に流れるヒータ電流Ｉｈを示す。ヒータ電流Ｉｈは、ヒータ３４への印加電圧Ｖｈの実効値と同様の波形となる。

図６（ｃ）には、変化速度算出部５４によって算出される、ヒータ電流Ｉｈの単位時間当たりの変化量を示すヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳの時間的変化を示す。ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳは、パルス状の印加電圧Ｖｈの周期の整数倍の時間差内における、ヒータ電流Ｉｈの差分値等によって求められる。

図６（ｄ）には、センサ検出部５１によって検出されるセンサ電流Ｉｓの時間的変化を示す。センサ電流Ｉｓは、ヒータ電流Ｉｈの時間的変化に対して位相遅れｔａを生じた波形として検出される。そして、ヒータ電流Ｉｈの時間的変化に伴うセンサ電流Ｉｓの時間的変化は、温度制御ノイズ成分であるとして、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳによって、位相遅れｔａを考慮して補正する。これにより、補正後のセンサ補正出力Ｏｓは、温度制御ノイズ成分による影響がなくなるように補正される。

（ガス濃度の検出方法）
以下に、ガス濃度検出装置１を用いたガス濃度の検出方法の一例について、図１０のフローチャートを参照して説明する。
車両の内燃機関及びエンジン制御装置６の起動を受けてガスセンサ１０及びセンサ制御装置５も起動される。センサ制御装置５においては、ヒータ制御部５３によってヒータ３４のパルス幅変調制御が行われて、センサセル２１がヒータ３４によって加熱される（ステップＳ１０１）。次いで、温度検知部５２によってセンサセル２１の温度が検出され（ステップＳ１０２）、センサセル２１の温度が活性化温度になるまで、センサセル２１の加熱が継続される（ステップＳ１０３）。センサセル２１の活性化温度は、ヒータ制御部５３によってセンサセル２１を加熱する目標温度となる。

次いで、温度検知部５２によるセンサセル２１の温度が活性化温度になった後には、所定のサンプリング間隔で、センサ検出部５１によってセンサ電流Ｉｓが検出されるとともに（ステップＳ１０４）、ヒータ電流検出部５６によってヒータ電流Ｉｈが検出される（ステップＳ１０５）。次いで、センサ電流Ｉｓ及びヒータ電流Ｉｈが複数回検出されて、ヒータ電流Ｉｈの平均値ａが求められる所定時間間隔が１回又は複数回経過したときには（ステップＳ１０６）、変化速度算出部５４がヒータ３４に流れるヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳを算出する（ステップＳ１０７）。

このとき、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳは、現時点のヒータ電流Ｉｈの平均値ａと、過去の時点のヒータ電流Ｉｈの平均値ａとの差分値を、現時点と過去の時点との時間差によって除算して求められる。ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳには、プラス側の変化速度ΔＳとマイナス側の変化速度ΔＳとがある。

次いで、補正出力部５５によって、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳが関係マップＭに照合されてセンサ電流Ｉｓの補正量が決定される（ステップＳ１０８）。そして、補正出力部５５によって、温度制御ノイズ成分の位相遅れｔａの分だけ過去に遡った時間におけるセンサ電流Ｉｓの補正量が、現時点のヒータ電流Ｉｈの平均値ａと演算されて、センサ補正出力Ｏｓが算出される（ステップＳ１０９）。

なお、センサ電流Ｉｓの補正値がマイナス側である場合には、センサ電流Ｉｓの補正値が現時点のセンサ電流Ｉｓの平均値ａから減算され、センサ電流Ｉｓの補正値がプラス側である場合には、センサ電流Ｉｓの補正値が現時点のセンサ電流Ｉｓの平均値ａに加算される。その後、センサ制御装置５による制御が停止されるまで（ステップＳ１１０）、ステップＳ１０４～Ｓ１１０が繰り返される。

（作用効果）
本形態のガス濃度検出装置１のセンサ制御装置５においては、温度検知部５２によって検知されるセンサセル２１の温度がヒータ制御部５３によって目標温度に維持されるときの、ヒータ３４に流れるヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳが変化速度算出部５４によって算出される。この変化速度ΔＳは、センサセル２１の温度が外乱による影響を受ける際に、センサセル２１の温度が目標温度からずれないように、ヒータ３４への印加電圧Ｖｈが調整されるときに算出される変化の速度として示される。

センサセル２１の温度が外乱による影響を受ける際に、センサ検出部５１によって、センサセル２１に生じるセンサ電流Ｉｓがセンサ出力として検出されるときには、センサ出力には、ヒータ３４への実効値としての印加電圧Ｖｈが変化することに伴う温度制御ノイズ成分が重畳していると可能性が高い。そこで、変化速度算出部５４によって算出されたヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳを用いて、補正出力部５５が、センサ出力を補正して、ガスセンサ１０のセンサ補正出力Ｏｓを算出する。

この構成により、本形態のガス濃度検出装置１によれば、温度制御ノイズ成分がセンサ出力に与える影響が除去され、ガスセンサ１０のセンサ出力の検出精度が高められる。また、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳを用いることにより、ガスセンサ１０のセンサ出力の検出精度を効果的に高めることができる。

＜実施形態２＞
本形態のガス濃度検出装置１は、図１１及び図１２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、センサ制御装置５の補正出力部５５が、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳの他に、温度検知部５２によって検知される温度も用いて、センサ電流Ｉｓとしてのセンサ出力を補正する場合について示す。本形態の補正出力部５５は、センサセル２１の温度がセンサ電流Ｉｓの大きさに与える影響、及びセンサセル２１の温度がセンサ電流Ｉｓの位相遅れｔａに与える影響を加味してセンサ電流Ｉｈを補正して、センサ補正出力Ｏｓを算出する。

図１１には、本形態のセンサ制御装置５の電気的構成を模式的に示す。センサ制御装置５においては、ヒータ電流検出部５６によるヒータ電流Ｉｈが用いられて、変化速度算出部５４によるヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳが算出される。そして、補正出力部５５によって、変化速度ΔＳ、及びヒータ制御部５３によるセンサセル２１の変化温度ΔＴに基づいて、センサ検出部５１によるセンサ電流Ｉｓが補正されて、センサ補正出力Ｏｓが算出される。

温度検知部５２によって検知されるセンサセル２１の温度は、センサ電流Ｉｓに生じる温度制御ノイズ成分の大きさ及び位相遅れｔａに影響を与える。ヒータ３４と各電極３１１，３１２及び各電極リード部３１３との間に配置された絶縁体３３Ａ，３３Ｂ、大気ダクト３６等の透磁率は、温度が高くなるほど大きくなる。つまり、センサ素子２の温度が高くなるほど、ヒータ電流Ｉｈの変動に伴うセンサ電流Ｉｓの変動も大きくなる。なお、このことは、温度が高くなると、ヒータ３４の抵抗値が高くなってヒータ電流Ｉｈが流れにくくなることとは逆の関係にある。

また、ヒータ３４と各電極３１１，３１２及び各電極リード部３１３との間に配置された絶縁体３３Ａ，３３Ｂ、大気ダクト３６等の誘電率及び静電容量は、温度が高くなるほど小さくなる。ヒータ電流Ｉｈの変化に応じて、センサセル２１の各電極３１１，３１２及び各電極リード部３１３に生じる誘導電流は、静電容量が小さいほど、センサ電流Ｉｓに重畳するまでの位相遅れｔａが短くなる。つまり、センサ素子２の温度が高くなるほど、ヒータ電流Ｉｈの変動に対するセンサ電流Ｉｓの変動の位相遅れｔａは短くなる。

図１２（ａ），（ｂ）においては、実施形態１と同様に、パルス状の印加電圧Ｖｈ及びヒータ電流Ｉｈの時間的変化を示す。図１２（ｃ）においては、ヒータ電流Ｉｈが変化したときのセンサセル２１の変化温度ΔＴを示す。センサセル２１の変化温度ΔＴは、ヒータ電流Ｉｈの変動に対して、図１２（ｄ）のセンサ電流Ｉｓと同様に、所定の位相遅れｔｂを伴う。ヒータ電流Ｉｈの変動に対する、センサ電流Ｉｓの位相遅れｔａと変化温度ΔＴの位相遅れｔｂとは同様の値になると考えられる。

本形態のセンサ制御装置５は、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳと、補正出力部５５によるセンサ電流Ｉｓの補正量との関係を示す第１関係マップＭ１と、センサセル２１の温度と、補正出力部５５によるセンサ電流Ｉｓの補正量との関係を示す第２関係マップＭ２とを有する。第１関係マップＭ１は、実施形態１の図９における関係マップＭと同様である。

図１３には、ヒータ制御部５３によるヒータ３４への印加電圧Ｖｈを変化させたときに、ヒータ電流検出部５６によってヒータ電流Ｉｈを検出するとともにセンサ検出部５１によってセンサ電流Ｉｓを検出し、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳ［μＡ／ｓｅｃ］をパラメータとして、センサセル２１の温度の上昇量を示す変化温度ΔＴ［℃］とセンサ電流Ｉｓの変化量［μＡ］との関係として求めたグラフを示す。変化温度ΔＴは、目標温度から変化した温度として捉えることができる。変化温度ΔＴが高くなるほど、センサ電流Ｉｓの変化量も大きくなる。また、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳが大きくなるほど、変化温度ΔＴに対するセンサ電流Ｉｓの変化量の幅が大きくなる。

図１３において、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳは、０．１Ｈｚ、０．２Ｈｚ、０．３Ｈｚとして示す。図１３においては、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳをパラメータとした、変化温度ΔＴに対するセンサ電流Ｉｓの変化量の値をプロットしている。

図１４に示すように、センサ電流Ｉｓの変化量は温度制御ノイズ成分であると考えられるため、第２関係マップＭ２においては、センサ電流Ｉｓの変化量にマイナスの符号を付けた値がセンサ電流Ｉｓの補正量となる。センサ電流（センサ出力）Ｉｓの補正量は、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳが大きくなるほど大きくなり、かつ変化温度ΔＴが高くなるほど大きくなる関係を有している。

図１４に示すように、第２関係マップＭ２においては、変化温度ΔＴには、変化温度ΔＴが上昇する側であるプラス側の場合と、変化温度ΔＴが低下する側であるマイナス側の変化速度とがある。第２関係マップＭ２においては、変化温度ΔＴがプラス側にあるときには、変化温度ΔＴがプラス側に大きくなるほどセンサ電流Ｉｓの補正量をマイナス側に大きくする関係がある。また、第２関係マップＭ２においては、変化温度ΔＴがマイナス側にあるときには、変化温度ΔＴがマイナス側に大きくなるほどセンサ電流Ｉｓの補正量をプラス側に大きくする関係がある。

補正出力部５５は、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳを第１関係マップＭ１に照合して決定されたセンサ電流Ｉｓの第１補正量、及びヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳ及び変化温度ΔＴを第２関係マップＭ２に照合して決定されたセンサ電流Ｉｓの第２補正量に基づいて、センサ補正出力Ｏｓを算出する。また、補正出力部５５は、センサ補正出力Ｏｓを算出するときには、位相遅れｔａの分だけ過去に遡った時点におけるセンサ電流Ｉｓの第１補正量と、位相遅れｔｂの分だけ過去に遡った時点におけるセンサ電流Ｉｓの第２補正量とを利用する。

換言すれば、本形態の補正出力部５５は、位相遅れｔａの分だけ過去に遡った時点におけるセンサ電流Ｉｓの第１補正量と、位相遅れｔｂの分だけ過去に遡った時点におけるセンサ電流Ｉｓの第２補正量とを合算して、センサ補正出力Ｏｓを算出する。第１関係マップＭ１及び第２関係マップＭ２を用いることにより、補正出力部５５によるセンサ電流Ｉｓの補正の精度をより高めることができる。

（ガス濃度検出装置１の動作）
図１５（ａ），（ｂ），（ｃ）には、変化速度算出部５４及び補正出力部５５を有しない従来のガス濃度検出装置（比較品）において、ヒータ制御部５３によってセンサセル２１の温度が目標温度に制御されるときに、外乱によってヒータ電流Ｉｈ及びセンサセル２１の温度に変動が生じるときのセンサ電流（センサ出力）Ｉｓの変動を示す。図１５（ａ），（ｂ），（ｃ）においては、ガスセンサ１０に供給される排ガスＧの温度を、模擬的に正弦波状に変動させた場合について示す。

図１５（ａ）には、ヒータ電流Ｉｈの変動を示し、図１５（ｂ）には、センサセル２１の温度の変動を示し、図１５（ｃ）には、センサ電流（センサ出力）Ｉｓの変動を示す。図１５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、ヒータ電流Ｉｈ及びセンサセル２１の温度が変動するときには、所定の位相遅れｔａを生じてセンサ電流Ｉｓが変動していることが分かる。

図１６（ａ），（ｂ），（ｃ）には、比較品について、センサセル２１の温度の変動幅が小さくなった場合についての、センサ電流Ｉｓの変動を示す。センサセル２１の温度の変動幅が小さくなったときには、センサ電流Ｉｓの変動も小さくなっていることが分かる。なお、図示は省略するが、ヒータ電流Ｉｈの周期が短くなる（振動の周波数が大きくなる）と、センサ電流Ｉｓの振幅が大きくなる。

図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）には、変化速度算出部５４及び補正出力部５５を有する実施形態２のガス濃度検出装置１（実施品）において、ヒータ制御部５３によってセンサセル２１の温度が目標温度に制御されるときに、外乱によってヒータ電流Ｉｈ及びセンサセル２１の温度に変動が生じるときのセンサ電流（センサ出力）Ｉｓの変動を示す。図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）においても、ガスセンサ１０に供給される排ガスＧの温度を、模擬的に正弦波状に変動させた場合について示す。

図１７（ｃ）に示すように、実施品においては、変化速度算出部５４及び補正出力部５５によるセンサ電流Ｉｓの補正が行われていることによって、センサ電流Ｉｓの変動が小さく抑制されていることが分かる。

本形態のガス濃度検出装置１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。

＜その他の実施形態＞
センサ検出部５１は、センサ電流Ｉｓをセンサ電圧に変換して検出する構成を有していてもよい。この場合には、補正出力部５５においては、センサ電圧が補正されてセンサ補正出力Ｏｓが算出される。

また、変化速度算出部５４は、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳを算出する代わりに、ヒータ３４への印加電圧Ｖｈの変化速度を算出してもよい。ヒータ３４への印加電圧Ｖｈは、温度検知部５２によるセンサセル２１の温度の変化に応じて適宜変化する。ヒータ３４への印加電圧Ｖｈの変化速度は、印加電圧Ｖｈの実効値の変化の速度として求められる。この場合にも、補正出力部５５は、実施形態２に示すセンサセル２１の温度の変化を反映して、センサ電流Ｉｓを補正することが好ましい。また、変化速度算出部５４は、ヒータ電流Ｉｈの変化速度ΔＳ及びヒータ３４への印加電圧Ｖｈの変化速度の両方を用いてもよい。

ヒータ制御部５３は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御の代わりに、パルス周波数変調（ＰＦＭ）制御を用いて、ヒータ３４に印加電圧Ｖｈを与えてもよい。ＰＦＭ制御においては、同じ幅のパルス状の印加電圧Ｖｈが、ヒータ３４に印加される間隔が適宜変更される。

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 ガス濃度検出装置
１０ ガスセンサ
２１ センサセル
３４ ヒータ
５ センサ制御装置
５１ センサ検出部
５２ 温度検知部
５３ ヒータ制御部
５４ 変化速度算出部
５５ 補正出力部

Claims (9)

1. 固体電解質体（３１）に一対の電極（３１１，３１２）が設けられた１つ又は複数のセンサセル（２１）、及び通電によって発熱して前記センサセルを加熱するヒータ（３４）を有するガスセンサ（１０）と、
   前記センサセル及び前記ヒータの動作を制御するセンサ制御装置（５）と、を備え、
   前記センサ制御装置は、
   前記センサセルに生じるセンサ電流（Ｉｓ）又はセンサ電圧を検出するセンサ検出部（５１）と、
   前記センサセルの温度を検知する温度検知部（５２）と、
   前記ヒータへの印加電圧を調整するヒータ制御部（５３）と、
   前記温度検知部によって検知される前記温度が前記ヒータ制御部によって目標温度に維持されるときの、前記ヒータへの印加電圧（Ｖｈ）の変化速度、及び前記ヒータに流れるヒータ電流（Ｉｈ）の変化速度（ΔＳ）のうちの少なくともいずれかを算出する変化速度算出部（５４）と、
   前記変化速度算出部によって算出された前記変化速度を用いて、前記センサ検出部によって検出された前記センサ電流又は前記センサ電圧であるセンサ出力を補正して、前記ガスセンサのセンサ補正出力（Ｏｓ）を算出する補正出力部（５５）と、を有する、ガス濃度検出装置（１）。
2. 前記センサ制御装置は、前記ヒータ電流を検出するヒータ電流検出部（５６）をさらに有し、
   前記変化速度算出部は、前記ヒータ電流検出部によって検出された前記ヒータ電流の変化速度を算出し、
   前記補正出力部は、前記ヒータ電流の変化速度を用いて前記センサ出力を補正して、前記センサ補正出力を算出する、請求項１に記載のガス濃度検出装置。
3. 前記補正出力部は、前記ヒータ電流の変化速度の他に、前記温度検知部によって検知される前記温度も用い、前記温度が前記センサ電流の大きさに与える影響、及び前記温度が前記センサ電流の位相遅れ（ｔｂ）に与える影響を加味して前記センサ出力を補正して、前記センサ補正出力を算出する、請求項２に記載のガス濃度検出装置。
4. 前記ヒータ制御部は、パルス状の印加電圧のデューティ比を変化させて、前記ヒータへの印加電圧を調整するパルス幅変調制御を行うよう構成されており、
   前記ヒータ電流検出部が前記ヒータ電流を検出するサンプリング周期（ｔ１）は、前記パルス状の印加電圧の周期（ｔ２）よりも短い、請求項２又は３に記載のガス濃度検出装置。
5. 前記変化速度算出部による前記ヒータ電流の変化速度は、前記パルス状の印加電圧のオン時電圧とデューティ比との積である実効電圧（Ｖｅ）に応じた、前記ヒータにおける実効電流の変化速度として算出される、請求項４に記載のガス濃度検出装置。
6. 前記センサ検出部は、前記センサセルに生じるセンサ電流を検出するよう構成されており、
   前記センサセルに生じるセンサ電流には、前記ヒータにおける実効電流に応じて、前記センサセルの一対の前記電極の各電極リード部（３１３）に生じる誘導電流が含まれており、
   前記補正出力部は、前記実効電流の変化速度を用い、前記センサセルに生じる誘導電流を打ち消すように前記センサ出力を補正して、前記センサ補正出力を算出する、請求項５に記載のガス濃度検出装置。
7. 前記補正出力部は、前記誘導電流によって前記ヒータ電流に生じる位相遅れ（ｔａ）を加味して前記センサ出力を補正して、前記センサ補正出力を算出する、請求項６に記載のガス濃度検出装置。
8. 前記センサ制御装置は、前記変化速度と、前記補正出力部による前記センサ出力の補正量との関係を示す関係マップ（Ｍ）をさらに有し、
   前記センサ出力の補正量は、前記変化速度が大きくなるほど大きくなる関係を有しており、
   前記補正出力部は、前記変化速度算出部によって算出された前記変化速度を前記関係マップに照合して決定された前記センサ出力の補正量に基づいて、前記センサ補正出力を算出する、請求項１～７のいずれか１項に記載のガス濃度検出装置。
9. 前記センサ制御装置は、
   前記ヒータ電流の変化速度と、前記補正出力部による前記センサ出力の補正量との関係を示す第１関係マップ（Ｍ１）と、
   前記温度と、前記補正出力部による前記センサ出力の補正量との関係を示す第２関係マップ（Ｍ２）とをさらに有し、
   前記センサ出力の補正量は、前記ヒータ電流の変化速度が大きくなるほど大きくなり、かつ前記温度が高くなるほど大きくなる関係を有しており、
   前記補正出力部は、前記ヒータ電流の変化速度を前記第１関係マップに照合して決定された前記センサ出力の第１補正量、及び前記温度の変化量を前記第２関係マップに照合して決定された前記センサ出力の第２補正量に基づいて、前記センサ補正出力を算出する、請求項３に記載のガス濃度検出装置。
   

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