WO2022123866A1

WO2022123866A1 - ガスセンサ

Info

Publication number: WO2022123866A1
Application number: PCT/JP2021/035843
Authority: WO
Inventors: 拓岡本; 宗一郎吉田; 凌橋川
Original assignee: 日本碍子株式会社
Priority date: 2020-12-09
Filing date: 2021-09-29
Publication date: 2022-06-16
Also published as: CN116490771A; CN116569032A; JPWO2022123866A1; JPWO2022123865A1; DE112021000183T5; JP2022091669A; US20220299464A1; DE112021000184T5; US20220283114A1; WO2022123865A1

Abstract

ガスセンサ１００は、センサ素子１０１と制御装置とを備える。制御装置は、ヒータ７２に通電してヒータ７２を発熱させるヒータ制御処理を行う。制御装置は、主ポンプセル２１を制御する主ポンプ制御処理と、電圧Ｖ１が目標値になるように補助ポンプセル５０を制御する補助ポンプ制御処理と、電圧Ｖ２が通常時目標値になるように測定用ポンプセル４１を制御して第３内部空所６１の酸素を汲み出す通常時測定用ポンプ制御処理と、を含む通常時制御処理を、ヒータ制御処理が開始された後に行う。制御装置は、通常時測定用ポンプ制御処理によって測定用ポンプセル４１に流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づいて、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する。制御装置は、通常時制御処理の初期において、初期よりも後の期間と比較して電圧Ｖ１の目標値を高い値に補正する補正処理を行う。

Description

ガスセンサ

　本発明は、ガスセンサに関する。

　従来、自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおけるＮＯｘなどの特定ガス濃度を検出するガスセンサが知られている。例えば、特許文献１には、複数の酸素イオン伝導性の固体電解質層と備えたセンサ素子と、センサ素子の外側に配置された外側ポンプ電極と、センサ素子の内部の被測定ガス流通部に配置された内側主ポンプ電極，内側補助ポンプ電極，及び測定電極と、センサ素子の内部に配置された基準電極及びヒータと、を備えたガスセンサが記載されている。このガスセンサでは、ヒータがセンサ素子全体を固体電解質が活性化する温度に調整した状態で、以下のように特定ガス濃度を検出する。まず、外側ポンプ電極と内側主ポンプ電極との間に印加される制御電圧により、内側主ポンプ電極の周辺の被測定ガス中の酸素濃度が調整される。次に、外側ポンプ電極と内側補助ポンプ電極との間に印加される制御電圧により、内側補助ポンプ電極の周辺の被測定ガス中の酸素濃度が調整される。これらにより、酸素濃度が調整された後の被測定ガスが測定電極の周辺に到達する。そして、酸素濃度が調整された後の被測定ガス中の特定ガスが測定電極の周辺で還元され、還元で生じた測定電極の周辺の酸素を汲み出す際に流れるポンプ電流に基づいて、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する。外側ポンプ電極と内側補助ポンプ電極との間に印加される制御電圧は、内側補助ポンプ電極と基準電極との間の起電力（電圧Ｖ１）が目標値になるように制御される。

特開２０１６－１６６８７１号公報

　こうしたガスセンサでは、ヒータによるセンサ素子の加熱が開始されてから各電極の温度が安定するまでの間に、内側補助ポンプ電極と基準電極との昇温速度の違いにより両電極の温度差が一時的に大きくなる場合があった。両電極の温度差が一時的に大きい場合、両電極間の電圧（補助ポンプ用電圧と称する）に含まれる熱起電力も一時的に大きくなるから、補助ポンプ用電圧と内側補助ポンプ電極の周辺の酸素濃度に基づく起電力との間のずれが一時的に大きくなってしまう。そのため、補助ポンプ用電圧が目標値になるような制御を行っても内側補助ポンプ電極の周辺の酸素濃度を精度良く制御できない場合があった。これにより、特定ガス濃度の検出精度が低下する場合があった。

　本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、補助ポンプ用電圧に含まれる熱起電力が一時的に大きい場合に内側補助ポンプ電極の周辺の酸素濃度を精度良く制御することを主目的とする。

　本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。

　本発明のガスセンサは、
　酸素イオン伝導性の固体電解質層を含み、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられた素子本体と、
　前記被測定ガスと接触するように前記素子本体の外側に設けられた外側測定電極と、前記被測定ガス流通部のうちの測定室に配設された内側測定電極と、を有し、前記内側測定電極の周囲から前記外側測定電極の周囲に酸素の汲み出しを行う測定用ポンプセルと、
　前記被測定ガス中の特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスと接触するように前記素子本体の内部に配設された基準電極と、
　前記基準電極と前記内側測定電極との間の測定用電圧を検出する測定用電圧検出センサセルと、
　前記被測定ガス流通部のうち前記測定室よりも上流側に設けられた第１内部空所の酸素濃度を調整する主ポンプセルと、
　前記被測定ガス流通部のうち前記第１内部空所よりも下流側且つ前記測定室よりも上流側に設けられた第２内部空所に配設された内側補助ポンプ電極を有し、該第２内部空所の酸素濃度を調整する補助ポンプセルと、
　前記基準電極と前記内側補助ポンプ電極との間の補助ポンプ用電圧を検出する補助ポンプ用電圧検出センサセルと、
　前記素子本体を加熱するヒータと、
　を有するセンサ素子と、
　前記ヒータに通電して前記ヒータを発熱させるヒータ制御処理を行うヒータ制御部と、
　前記主ポンプセルを制御する主ポンプ制御処理と、前記補助ポンプ用電圧が目標値になるように前記補助ポンプセルを制御する補助ポンプ制御処理と、前記測定用電圧が通常時目標値になるように前記測定用ポンプセルを制御して前記測定室の酸素を汲み出す通常時測定用ポンプ制御処理と、を含む通常時制御処理を、前記ヒータ制御処理が開始された後に行うポンプセル制御部と、
　前記通常時測定用ポンプ制御処理によって前記測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて、前記被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する特定ガス濃度検出部と、
　を備え、
　前記ポンプセル制御部は、前記通常時制御処理の初期において、該初期よりも後の期間と比較して前記補助ポンプ用電圧の目標値を高い値に補正する補正処理を行う、
　ものである。

　このガスセンサでは、ヒータ制御処理が開始された後に行う通常時制御処理において、主ポンプセルを制御する主ポンプ制御処理と、補助ポンプ用電圧が目標値になるように補助ポンプセルを制御する補助ポンプ制御処理と、測定用電圧が通常時目標値になるように測定用ポンプセルを制御して測定室の酸素を汲み出す通常時測定用ポンプ制御処理と、が行われる。そして、通常時測定用ポンプ制御処理によって測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて、被測定ガス中の特定ガス濃度が検出される。また、通常時制御処理の初期において、初期よりも後の期間と比較して補助ポンプ制御処理における補助ポンプ用電圧の目標値を高い値に補正する補正処理が行われる。このように通常時制御処理の初期において補助ポンプ用電圧の目標値を高くすることで、内側補助ポンプ電極と基準電極との間の熱起電力（すなわち補助ポンプ用電圧に含まれる熱起電力）が一時的に大きいことによる影響を小さくすることができる。これにより、補正処理を行わない場合と比較して、補助ポンプ用電圧に含まれる熱起電力が一時的に大きい場合に内側補助ポンプ電極の周辺の酸素濃度を精度良く制御できる。

　本発明のガスセンサにおいて、前記ポンプセル制御部は、前記補正処理において、時間が経過するほど補正量が小さくなる傾向となるように予め定められた補正パターンに基づいて前記補助ポンプ用電圧の目標値を補正してもよい。ここで、ヒータによってセンサ素子が加熱される場合、内側補助ポンプ電極と基準電極との温度差は、時間が経過するにつれて小さくなる傾向にある。そのため、補助ポンプ用電圧に含まれる熱起電力も時間が経過するほど小さくなる傾向にある。そこで、時間が経過するほど補正量が小さくなる傾向となるように予め定められた補正パターンに基づいて補助ポンプ用電圧の目標値を補正することで、補助ポンプ用電圧に含まれる熱起電力が一時的に大きいことによる影響を小さくすることができる。したがって、内側補助ポンプ電極の周辺の酸素濃度をより精度良く制御できる。

　ここで、「時間が経過するほど補正量が小さくなる傾向」とは、例えば補正量が直線的に小さくなる場合，補正量が曲線的に小さくなる場合，及び補正量がステップ関数的に小さくなる場合などを含む。

　本発明のガスセンサは、前記被測定ガスと接触するように前記素子本体の外側に設けられた被測定ガス側電極と前記基準電極との間の基準電圧を検出する基準電圧検出センサセル、を備え、前記主ポンプ制御処理は、前記補助ポンプ制御処理によって前記補助ポンプセルに流れる補助ポンプ電流が目標電流になるように前記主ポンプセルを制御する処理であり、前記ポンプセル制御部は、前記補正処理において、前記主ポンプ制御処理中に前記主ポンプセルに流れる主ポンプ電流が安定しているとみなせる場合には、該主ポンプ電流に基づいて導出され前記センサ素子の周囲の前記被測定ガス中の酸素濃度に対応する算出基準電圧と、前記基準電圧検出センサセルが検出した実測基準電圧と、の乖離が大きいほど補正量が大きくなる傾向で、前記補正処理における前記補助ポンプ用電圧の目標値を補正してもよい。ここで、主ポンプ制御処理によって第１内部空所の酸素濃度を調整する際に流れる主ポンプ電流は、センサ素子の周囲の被測定ガス中の酸素濃度と相関がある。また、基準電圧は素子本体の外側の被測定ガス側電極と基準電極との間の電圧であるから、センサ素子の周囲の被測定ガス中の酸素濃度と相関がある。そのため、主ポンプ電流が安定しているとみなせる場合には、主ポンプ電流に基づいてセンサ素子の周囲の被測定ガス中の酸素濃度に対応する基準電圧である算出基準電圧を導出することができる。一方、基準電圧検出センサセルが実際に検出する基準電圧である実測基準電圧には被測定ガス側電極と基準電極との間の熱起電力も含まれるから、両電極の温度差が一時的に大きい場合、実測基準電圧に含まれる熱起電力も一時的に大きくなる。したがって、実測基準電圧に含まれる熱起電力が大きいほど、主ポンプ電流に基づいて導出される算出基準電圧と、基準電圧検出センサセルが実際に検出した実測基準電圧との乖離が大きくなる。また、被測定ガス側電極と基準電極との間の熱起電力が大きい場合は、内側補助ポンプ電極と基準電極との間の熱起電力も大きい場合が多い。そこで、算出基準電圧と実測基準電圧との乖離が大きいほど補正量が大きくなる傾向で補正処理における補助ポンプ用電圧の目標値を補正することで、補助ポンプ用電圧に含まれる熱起電力が一時的に大きいことによる影響を小さくすることができる。

　この場合において、前記ポンプセル制御部は、前記主ポンプ電流と前記センサ素子の周囲の前記被測定ガス中の酸素濃度に対応する算出基準電圧との対応関係を記憶する記憶部を備えており、この対応関係と主ポンプ電流とに基づいて前記算出基準電圧を導出してもよい。

　本発明のガスセンサにおいて、前記素子本体は、長手方向に沿った両端である前端及び後端を有する長尺な形状をしており、前記内側補助ポンプ電極及び前記基準電極は前記素子本体の前記前端側に配設され、且つ、前記基準電極は前記内側補助ポンプ電極と比べて前記前端から遠い位置に配設されていてもよい。内側補助ポンプ電極と基準電極とがこのような位置関係で配設されている場合、ヒータによるセンサ素子の加熱が開始されてから両電極の温度が安定するまでの間に、内側補助ポンプ電極と基準電極との昇温速度の違いが生じて両電極の温度差が一時的に大きくなりやすい。そのため、本発明の補正処理を行う意義が高い。

　上述した、算出基準電圧と実測基準電圧との乖離に基づいて補正を行う態様のガスセンサにおいて、前記被測定ガス側電極は前記素子本体の前記前端側に配設され、且つ、前記基準電極は前記被測定ガス側電極と比べて前記前端から遠い位置に配設されていてもよい。被測定ガス側電極と基準電極とがこのような位置関係で配設されている場合、内側補助ポンプ電極と基準電極との間の温度差が一時的に大きくなっているときには被測定ガス側電極と基準電極との間の温度差も一時的に大きくなりやすい。そのため、このような電極の位置関係の場合には、算出基準電圧と実測基準電圧との乖離が大きいほど、補助ポンプ電圧に含まれる熱起電力も大きくなりやすいため、上述した乖離に基づく補正に適している。

　ところで、ガスセンサは、ヒータに通電を開始してから特定ガス濃度を正しく検出可能になるまでに時間を要し、この時間はライトオフ時間と呼ばれている。ライトオフ時間は、測定電極が配置された測定室にセンサ素子の使用前から存在している酸素（特定ガスに由来しない酸素）を測定精度に影響しない程度まで汲み出すのに要する時間が長いほど、長くなる傾向にある。そして、近年は排ガス規制の強化によりこうしたガスセンサにおいてライトオフ時間を短縮する必要性が高まっている。

　そこで、本発明のガスセンサにおいて、前記ポンプセル制御部は、前記センサ素子の通常駆動時には前記通常時制御処理を行い、前記通常駆動時より前の前記センサ素子の起動時には、前記測定用電圧が前記通常時目標値よりも高い起動時目標値になるように前記測定用ポンプセルを制御して前記測定室の酸素を汲み出す起動時測定用ポンプ制御処理を行ってもよい。通常駆動時より前のセンサ素子の起動時にこのような起動時測定用ポンプ制御処理が行われると、測定室の酸素濃度の目標値を通常駆動時よりも低い値として、測定室の酸素の汲み出しが行われる。これにより、センサ素子の起動時から通常時測定用ポンプ制御処理を行う場合と比較して、センサ素子の起動前から測定室に存在する酸素を速やかに測定室から除去することができる。したがって、センサ素子のライトオフ時間が短くなる。ここで、センサ素子の起動前から測定室に存在する酸素としては、例えば、測定室内の空間に存在する酸素分子（Ｏ₂），内側測定電極の表面に付着した酸素分子（Ｏ₂），及び内側測定電極の構成材料と結合している（構成材料を酸化させている）酸素，が挙げられる。

　本発明のガスセンサにおいて、前記ヒータ制御処理は、前記ヒータ又は前記素子本体の温度であるセンサ素子温度が所定の目標温度になるように前記ヒータに通電して前記ヒータを発熱させる処理であり、前記ポンプセル制御部は、前記ヒータ制御処理が開始されて前記センサ素子温度が前記目標温度以下の所定の閾値以上に到達したときに前記起動時測定用ポンプ制御処理を開始してもよい。こうすれば、センサ素子温度に基づいて起動時測定用ポンプ制御処理の開始タイミングを適切に判断できる。所定の閾値は、目標温度未満の値としてもよい。ここで、「センサ素子温度が所定の目標温度になるように前記ヒータに通電して前記ヒータを発熱させる」とは、センサ素子温度自体に基づいてヒータを制御する場合と、センサ素子温度に換算可能な値（例えばヒータの抵抗値，固体電解質を含む電気回路の抵抗値など）に基づいてヒータを制御する場合とを含む。固体電解質を含む電気回路の抵抗値の例としては、例えば測定用ポンプセルの抵抗値，測定用電圧検出センサセルの抵抗値などが挙げられる。

　本発明のガスセンサにおいて、前記ポンプセル制御部は、前記センサ素子の前記起動時には、前記補助ポンプ制御処理と前記主ポンプ制御処理とを行い、前記主ポンプ制御処理は、前記補助ポンプ制御処理によって前記補助ポンプセルに流れる補助ポンプ電流が目標電流になるように前記主ポンプセルを制御する処理であり、前記ポンプセル制御部は、前記補助ポンプ電流が前記目標電流付近で安定したと判定した場合に、前記起動時測定用ポンプ制御処理から前記通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行って前記通常時制御処理を開始してもよい。ここで、センサ素子の起動前には、測定室だけでなくその上流側の第１内部空所及び第２内部空所も、酸素（特定ガスに由来しない酸素）が多く存在する状態（例えば大気雰囲気など）になっている。センサ素子の起動時にポンプセル制御部が主ポンプ制御処理及び補助ポンプ制御処理を行うことで、センサ素子の起動前から第１内部空所及び第２内部空所に存在する酸素も除去することができる。また、第１内部空所及び第２内部空所と測定室とは連通しているため、主ポンプセル及び補助ポンプセルの動作によって測定室の酸素を除去することもできる。さらに、上記の通り第１内部空所及び第２内部空所と測定室とは連通しているから、第１内部空所及び第２内部空所の酸素濃度が安定した場合には、測定室内の酸素も十分汲み出されている。そして、補助ポンプ電流が目標電流付近で安定した場合には、第１内部空所及び第２内部空所の酸素濃度が安定している可能性が高い。そのため、補助ポンプ電流が目標電流付近で安定したと判定した場合に起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行うことで、起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを適切に行うことができる。ここで、「前記補助ポンプ電流が前記目標電流付近で安定したと判定した場合に、前記起動時測定用ポンプ制御処理から前記通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行う」は、補助ポンプ電流が目標電流付近で安定したと判定した場合に直ちに切り替えを行う場合と、補助ポンプ電流が目標電流付近で安定したと判定したタイミング以降に切り替えを行う場合とを含む。後者の例としては、補助ポンプ電流が目標電流付近で安定したと判定してから所定時間経過後に切り替えを行う場合など、補助ポンプ電流が目標電流付近で安定したと判定したのに加えて他の条件も満たした場合に切り替えを行う場合が挙げられる。

　本発明のガスセンサにおいて、前記ポンプセル制御部は、前記内側測定電極及び前記基準電極に電流を流す制御を行わない状態における前記測定用電圧である開放時測定用電圧が所定の閾値以上に到達したときに、前記起動時測定用ポンプ制御処理から前記通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行って前記通常時制御処理を開始してもよい。開放時測定用電圧は、測定室内の酸素濃度に対応する値であるため、この開放時測定用電圧と閾値とを比較することで測定室内の酸素が十分汲み出されたか否かを適切に判断できる。そのため、起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを適切に行うことができる。

　本発明のガスセンサにおいて、前記内側測定電極は、Ｐｔ及びＲｈの少なくともいずれかを含んでいてもよい。Ｐｔ及びＲｈなどの貴金属は測定室内の酸素と結合して酸化する場合があり、この酸素は特定ガス濃度の検出精度を低下させるため、センサ素子の起動時には内側測定電極に含まれる貴金属の酸化物を還元させた上でこの酸素を測定室から汲み出す必要がある。そして、測定室内の酸素分子を汲み出すよりも貴金属の酸化物を還元させて酸素を汲み出す方が時間がかかるため、測定室内に酸化した貴金属が存在するとライトオフ時間が長くなりやすい。本発明のガスセンサでは、センサ素子の起動時には通常時測定用ポンプ制御処理ではなく起動時測定用ポンプ制御処理を行うことで、酸化した貴金属の酸化物を早期に還元させることができ、ライトオフ時間を短くすることができる。そのため、内側測定電極がＰｔ及びＲｈの少なくともいずれかを含む場合には、起動時測定用ポンプ制御処理を行う意義が高い。

　本発明のガスセンサにおいて、前記内側測定電極は、体積Ｃが８×１０^-3ｍｍ³以上３２×１０^-3ｍｍ³以下であり、前記起動時目標値と前記通常時目標値との差ΔＶが１２０ｍＶ以上２００ｍＶ以下であってもよい。ここで、体積Ｃが８×１０^-3ｍｍ³以上では、測定用ポンプセルによる測定電極の周囲の酸素の汲み出し能力が十分高くなる。また、差ΔＶが２００ｍＶ以下では、起動時測定用ポンプ制御処理時に内側測定用電極に印加される電圧の値が高くなりすぎない。また、体積Ｃが大きいほど、ライトオフ時間の短縮効果を十分高くするために必要な差ΔＶが大きくなる傾向にあるが、体積Ｃが８×１０^-3ｍｍ³以上３２×１０^-3ｍｍ³以下、且つ差ΔＶが１２０ｍＶ以上２００ｍＶ以下であれば、上述した体積Ｃの下限及び差ΔＶの上限を満たしつつ、ライトオフ時間の短縮効果を十分高くすることができる。

　本発明のガスセンサにおいて、前記ポンプセル制御部は、前記測定用ポンプセルの動作に基づいて前記測定室の酸素濃度が安定したと判定した場合に、前記起動時測定用ポンプ制御処理から前記通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行って前記通常時制御処理を開始してもよい。測定室の酸素濃度が安定した場合には、起動時測定用ポンプ制御処理によって測定室内の酸素が十分汲み出された可能性が高い。そのため、この場合に起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行うことで、起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを適切に行うことができる。

　本発明のガスセンサにおいて、前記ポンプセル制御部は、前記起動時測定用ポンプ制御処理によって前記測定用ポンプセルに流れる前記測定用ポンプ電流が安定した場合に、前記測定室の酸素濃度が安定したと判定してもよい。こうすれば、起動時測定用ポンプ制御処理中の測定用ポンプ電流に基づいて、測定室の酸素濃度が安定したか否かを判定することができる。

　本発明のガスセンサにおいて、前記ポンプセル制御部は、前記起動時測定用ポンプ制御処理によって前記測定用ポンプセルに流れる前記測定用ポンプ電流の１回微分値に基づいて、前記測定用ポンプ電流が安定したか否かを判定してもよい。あるいは、前記ポンプセル制御部は、前記起動時測定用ポンプ制御処理によって前記測定用ポンプセルに流れる前記測定用ポンプ電流の２回微分値に基づいて、前記測定用ポンプ電流が安定したか否かを判定してもよい。これらの場合において、前記ポンプセル制御部は、前記起動時測定用ポンプ制御処理によって前記測定用ポンプセルに流れる前記測定用ポンプ電流が一度上昇してから下降し始めた後の前記測定用ポンプ電流に基づいて、該測定用ポンプ電流が安定したか否かの判定を行ってもよい。

ガスセンサ１００の断面模式図。制御装置９０と各セル及びヒータ７２との電気的な接続関係を示すブロック図。起動時制御処理の一例を示すフローチャート。起動時制御処理及び通常時制御処理の様子の一例を示すグラフ。変形例の起動時制御処理の一例を示すフローチャート。変形例の起動時制御処理及び通常時制御処理の様子の一例を示すグラフ。Ｒｈ₂Ｏ₃の状態図。変形例のセンサ素子２０１の断面模式図。測定電極４４の体積Ｃと目標値の差ΔＶとライトオフ時間との関係を示すグラフ。ポンプ電流Ｉｐ２のアンダーシュートの一例を示すグラフ。ポンプ電流Ｉｐ２の安定領域，及びポンプ電流Ｉｐ２の１回微分値及び２回微分値の説明図。変形例の起動時制御処理の一例を示すフローチャート。熱起電力に起因する電圧Ｖ１の時間変化の一例を示すグラフ。電圧Ｖ１に含まれる熱起電力に起因するポンプ電流Ｉｐ２の時間変化の一例を示すグラフ。補正処理の一例を示すフローチャート。別の補正処理の一例を示すフローチャート。

　次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態であるガスセンサ１００の構成の一例を概略的に示した断面模式図である。図２は、制御装置９０と各セル及びヒータ７２との電気的な接続関係を示すブロック図である。このガスセンサ１００は、例えばディーゼルエンジンなどの内燃機関の排ガス管などの配管に取り付けられている。ガスセンサ１００は、内燃機関の排ガスを被測定ガスとして、被測定ガス中のＮＯｘなどの特定ガスの濃度を検出する。ガスセンサ１００は、長尺な直方体形状をしたセンサ素子１０１と、センサ素子１０１の一部を含んで構成される各セル１５，２１，４１，５０，８０～８３と、センサ素子１０１の内部に設けられたヒータ部７０と、ガスセンサ１００全体を制御する制御装置９０と、を備えている。

　センサ素子１０１は、それぞれがジルコニア（ＺｒＯ₂）等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる第１基板層１と、第２基板層２と、第３基板層３と、第１固体電解質層４と、スペーサ層５と、第２固体電解質層６との６つの層が、図面視で下側からこの順に積層された積層体を有する素子である。また、これら６つの層を形成する固体電解質は緻密な気密のものである。係るセンサ素子１０１は、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工および回路パターンの印刷などを行った後にそれらを積層し、さらに、焼成して一体化させることによって製造される。

　センサ素子１０１の先端部側（図１の左端部側）であって、第２固体電解質層６の下面と第１固体電解質層４の上面との間には、ガス導入口１０と、第１拡散律速部１１と、緩衝空間１２と、第２拡散律速部１３と、第１内部空所２０と、第３拡散律速部３０と、第２内部空所４０と、第４拡散律速部６０と、第３内部空所６１とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。

　ガス導入口１０と、緩衝空間１２と、第１内部空所２０と、第２内部空所４０と、第３内部空所６１とは、スペーサ層５をくり抜いた態様にて設けられた上部を第２固体電解質層６の下面で、下部を第１固体電解質層４の上面で、側部をスペーサ層５の側面で区画されたセンサ素子１０１内部の空間である。

　第１拡散律速部１１と、第２拡散律速部１３と、第３拡散律速部３０とはいずれも、２本の横長の（図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する）スリットとして設けられる。また、第４拡散律速部６０は、第２固体電解質層６の下面との隙間として形成された１本の横長の（図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する）スリットとして設けられる。なお、ガス導入口１０から第３内部空所６１に至る部位を被測定ガス流通部とも称する。

　また、被測定ガス流通部よりも先端側から遠い位置には、第３基板層３の上面と、スペーサ層５の下面との間であって、側部を第１固体電解質層４の側面で区画される位置に基準ガス導入空間４３が設けられている。基準ガス導入空間４３には、ＮＯｘ濃度の測定を行う際の基準ガスとして、例えば大気が導入される。

　大気導入層４８は、多孔質セラミックスからなる層であって、大気導入層４８には基準ガス導入空間４３を通じて基準ガスが導入されるようになっている。また、大気導入層４８は、基準電極４２を被覆するように形成されている。

　基準電極４２は、第３基板層３の上面と第１固体電解質層４とに挟まれる態様にて形成される電極であり、上述のように、その周囲には、基準ガス導入空間４３につながる大気導入層４８が設けられている。また、後述するように、基準電極４２を用いて第１内部空所２０内，第２内部空所４０内，及び第３内部空所６１内の酸素濃度（酸素分圧）を測定することが可能となっている。基準電極４２は、多孔質サーメット電極（例えば、ＰｔとＺｒＯ₂とのサーメット電極）として形成される。

　被測定ガス流通部において、ガス導入口１０は、外部空間に対して開口してなる部位であり、該ガス導入口１０を通じて外部空間からセンサ素子１０１内に被測定ガスが取り込まれるようになっている。第１拡散律速部１１は、ガス導入口１０から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。緩衝空間１２は、第１拡散律速部１１より導入された被測定ガスを第２拡散律速部１３へと導くために設けられた空間である。第２拡散律速部１３は、緩衝空間１２から第１内部空所２０に導入される被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。被測定ガスが、センサ素子１０１外部から第１内部空所２０内まで導入されるにあたって、外部空間における被測定ガスの圧力変動（被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動）によってガス導入口１０からセンサ素子１０１内部に急激に取り込まれた被測定ガスは、直接第１内部空所２０へ導入されるのではなく、第１拡散律速部１１、緩衝空間１２、第２拡散律速部１３を通じて被測定ガスの圧力変動が打ち消された後、第１内部空所２０へ導入されるようになっている。これによって、第１内部空所２０へ導入される被測定ガスの圧力変動はほとんど無視できる程度のものとなる。第１内部空所２０は、第２拡散律速部１３を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられている。係る酸素分圧は、主ポンプセル２１が作動することによって調整される。

　主ポンプセル２１は、第１内部空所２０に面する第２固体電解質層６の下面のほぼ全面に設けられた天井電極部２２ａを有する内側ポンプ電極２２と、第２固体電解質層６の上面の天井電極部２２ａと対応する領域に外部空間に露出する態様にて設けられた外側ポンプ電極２３と、これらの電極に挟まれた第２固体電解質層６とによって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。

　内側ポンプ電極２２は、第１内部空所２０を区画する上下の固体電解質層（第２固体電解質層６および第１固体電解質層４）、および、側壁を与えるスペーサ層５にまたがって形成されている。具体的には、第１内部空所２０の天井面を与える第２固体電解質層６の下面には天井電極部２２ａが形成され、また、底面を与える第１固体電解質層４の上面には底部電極部２２ｂが形成され、そして、それら天井電極部２２ａと底部電極部２２ｂとを接続するように、側部電極部（図示省略）が第１内部空所２０の両側壁部を構成するスペーサ層５の側壁面（内面）に形成されて、該側部電極部の配設部位においてトンネル形態とされた構造において配設されている。

　内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３とは、多孔質サーメット電極（例えば、Ａｕを１％含むＰｔとＺｒＯ₂とのサーメット電極）として形成される。なお、被測定ガスに接触する内側ポンプ電極２２は、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。

　主ポンプセル２１においては、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に所望のポンプ電圧Ｖｐ０を印加して、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ｉｐ０を流すことにより、第１内部空所２０内の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間の酸素を第１内部空所２０に汲み入れることが可能となっている。

　また、第１内部空所２０における雰囲気中の酸素濃度（酸素分圧）を検出するために、内側ポンプ電極２２と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、基準電極４２によって、電気化学的なセンサセル、すなわち、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０が構成されている。

　主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０における起電力（電圧Ｖ０）を測定することで第１内部空所２０内の酸素濃度（酸素分圧）がわかるようになっている。さらに、電圧Ｖ０が目標値となるように可変電源２４のポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバック制御することでポンプ電流Ｉｐ０が制御されている。これによって、第１内部空所２０内の酸素濃度は所定の一定値に保つことができる。

　第３拡散律速部３０は、第１内部空所２０で主ポンプセル２１の動作により酸素濃度（酸素分圧）が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第２内部空所４０に導く部位である。

　第２内部空所４０は、あらかじめ第１内部空所２０において酸素濃度（酸素分圧）が調整された後、第３拡散律速部３０を通じて導入された被測定ガスに対して、さらに補助ポンプセル５０による酸素分圧の調整を行うための空間として設けられている。これにより、第２内部空所４０内の酸素濃度を高精度に一定に保つことができるため、係るガスセンサ１００においては精度の高いＮＯｘ濃度測定が可能となる。

　補助ポンプセル５０は、第２内部空所４０に面する第２固体電解質層６の下面の略全体に設けられた天井電極部５１ａを有する補助ポンプ電極５１と、外側ポンプ電極２３（外側ポンプ電極２３に限られるものではなく、センサ素子１０１の外側の適当な電極であれば足りる）と、第２固体電解質層６とによって構成される、補助的な電気化学的ポンプセルである。

　係る補助ポンプ電極５１は、先の第１内部空所２０内に設けられた内側ポンプ電極２２と同様なトンネル形態とされた構造において、第２内部空所４０内に配設されている。つまり、第２内部空所４０の天井面を与える第２固体電解質層６に対して天井電極部５１ａが形成され、また、第２内部空所４０の底面を与える第１固体電解質層４には、底部電極部５１ｂが形成され、そして、それらの天井電極部５１ａと底部電極部５１ｂとを連結する側部電極部（図示省略）が、第２内部空所４０の側壁を与えるスペーサ層５の両壁面にそれぞれ形成されたトンネル形態の構造となっている。なお、補助ポンプ電極５１についても、内側ポンプ電極２２と同様に、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。

　補助ポンプセル５０においては、補助ポンプ電極５１と外側ポンプ電極２３との間に所望の電圧Ｖｐ１を印加することにより、第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間から第２内部空所４０内に汲み入れることが可能となっている。

　また、第２内部空所４０内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、補助ポンプ電極５１と、基準電極４２と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１が構成されている。

　なお、この補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１にて検出される起電力（電圧Ｖ１）に基づいて電圧制御される可変電源５２にて、補助ポンプセル５０がポンピングを行う。これにより第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素分圧は、ＮＯｘの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御されるようになっている。

　また、これとともに、そのポンプ電流Ｉｐ１が、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０の起電力の制御に用いられるようになっている。具体的には、ポンプ電流Ｉｐ１は、制御信号として主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０に入力され、その電圧Ｖ０の上述した目標値が制御されることにより、第３拡散律速部３０から第２内部空所４０内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となるように制御されている。ＮＯｘセンサとして使用する際は、主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０との働きによって、第２内部空所４０内での酸素濃度は約０．００１ｐｐｍ程度の一定の値に保たれる。

　第４拡散律速部６０は、第２内部空所４０で補助ポンプセル５０の動作により酸素濃度（酸素分圧）が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第３内部空所６１に導く部位である。第４拡散律速部６０は、第３内部空所６１に流入するＮＯｘの量を制限する役割を担う。

　第３内部空所６１は、あらかじめ第２内部空所４０において酸素濃度（酸素分圧）が調整された後、第４拡散律速部６０を通じて導入された被測定ガスに対して、被測定ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度の測定に係る処理を行うための空間として設けられている。ＮＯｘ濃度の測定は、主として、第３内部空所６１において、測定用ポンプセル４１の動作により行われる。

　測定用ポンプセル４１は、第３内部空所６１内において、被測定ガス中のＮＯｘ濃度の測定を行う。測定用ポンプセル４１は、第３内部空所６１に面する第１固体電解質層４の上面に設けられた測定電極４４と、外側ポンプ電極２３と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４とによって構成された電気化学的ポンプセルである。測定電極４４は、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を、内側ポンプ電極２２よりも高めた材料にて構成された多孔質サーメット電極である。測定電極４４は、第３内部空所６１内の雰囲気中に存在するＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒としても機能する。

　具体的には、測定電極４４は、触媒活性を有する貴金属であるＰｔ及びＲｈの少なくともいずれかを含む電極である。測定電極４４は、Ｐｔ及びＲｈの少なくともいずれかと、酸素イオン導電性を有する酸化物（ここではＺｒＯ₂）とを含むサーメットからなる電極とすることが好ましい。また、測定電極４４は、多孔質体であることが好ましい。本実施形態では、測定電極４４は、Ｐｔ及びＲｈとＺｒＯ₂との多孔質サーメット電極とした。

　測定用ポンプセル４１においては、測定電極４４の周囲の雰囲気中における窒素酸化物の分解によって生じた酸素を汲み出して、その発生量をポンプ電流Ｉｐ２として検出することができる。

　また、測定電極４４の周囲の酸素分圧を検出するために、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、測定電極４４と、基準電極４２とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２が構成されている。測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出された起電力（電圧Ｖ２）に基づいて可変電源４６が制御される。

　第２内部空所４０内に導かれた被測定ガスは、酸素分圧が制御された状況下で第４拡散律速部６０を通じて第３内部空所６１内の測定電極４４に到達することとなる。測定電極４４の周囲の被測定ガス中の窒素酸化物は還元されて（２ＮＯ→Ｎ₂＋Ｏ₂）酸素を発生する。そして、この発生した酸素は測定用ポンプセル４１によってポンピングされることとなるが、その際、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出された電圧Ｖ２が一定（目標値）となるように可変電源４６の電圧Ｖｐ２が制御される。測定電極４４の周囲において発生する酸素の量は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に比例するものであるから、測定用ポンプセル４１におけるポンプ電流Ｉｐ２を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度が算出されることとなる。

　また、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、外側ポンプ電極２３と、基準電極４２とから電気化学的なセンサセル８３が構成されており、このセンサセル８３によって得られる起電力（電圧Ｖｒｅｆ）によりセンサ外部の被測定ガス中の酸素分圧を検出可能となっている。

　このような構成を有するガスセンサ１００においては、主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０とを作動させることによって酸素分圧が常に一定の低い値（ＮＯｘの測定に実質的に影響がない値）に保たれた被測定ガスが測定用ポンプセル４１に与えられる。したがって、被測定ガス中のＮＯｘの濃度に略比例して、ＮＯｘの還元によって発生する酸素が測定用ポンプセル４１より汲み出されることによって流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づいて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を知ることができるようになっている。

　さらに、センサ素子１０１は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子１０１を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部７０を備えている。ヒータ部７０は、ヒータコネクタ電極７１と、ヒータ７２と、スルーホール７３と、ヒータ絶縁層７４と、圧力放散孔７５とを備えている。

　ヒータコネクタ電極７１は、第１基板層１の下面に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータコネクタ電極７１を外部電源と接続することによって、外部からヒータ部７０へ給電することができるようになっている。

　ヒータ７２は、第２基板層２と第３基板層３とに上下から挟まれた態様にて形成される電気抵抗体である。ヒータ７２は、スルーホール７３を介してヒータコネクタ電極７１と接続されており、該ヒータコネクタ電極７１を通してヒータ電源７６（図２参照）により給電されることにより発熱し、センサ素子１０１を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。

　また、ヒータ７２は、第１内部空所２０から第３内部空所６１の全域に渡って埋設されており、センサ素子１０１全体を上記固体電解質が活性化する温度に調整することが可能となっている。

　ヒータ絶縁層７４は、ヒータ７２の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されてなる絶縁層である。ヒータ絶縁層７４は、第２基板層２とヒータ７２との間の電気的絶縁性、および、第３基板層３とヒータ７２との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。

　圧力放散孔７５は、第３基板層３及び大気導入層４８を貫通し、基準ガス導入空間４３に連通するように設けられてなる部位であり、ヒータ絶縁層７４内の温度上昇に伴う内圧上昇を緩和する目的で形成されてなる。

　制御装置９０は、図２に示すように、上述した可変電源２４，４６，５２と、ヒータ電源７６と、制御部９１と、を備えている。制御部９１は、ＣＰＵ９２及び記憶部９４などを備えたマイクロプロセッサである。記憶部９４は、例えば各種プログラムや各種データを記憶する装置である。制御部９１は、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０にて検出される電圧Ｖ０、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１にて検出される電圧Ｖ１、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出される電圧Ｖ２、センサセル８３にて検出される電圧Ｖｒｅｆ、主ポンプセル２１にて検出されるポンプ電流Ｉｐ０、補助ポンプセル５０にて検出されるポンプ電流Ｉｐ１及び測定用ポンプセル４１にて検出されるポンプ電流Ｉｐ２を入力する。また、制御部９１は可変電源２４，４６，５２へ制御信号を出力することで可変電源２４，４６，５２が出力する電圧Ｖｐ０，Ｖｐ１，Ｖｐ２を制御し、これにより、主ポンプセル２１，測定用ポンプセル４１及び補助ポンプセル５０を制御する。制御部９１は、ヒータ電源７６に制御信号を出力することでヒータ電源７６がヒータ７２に供給する電力を制御する。記憶部９４には、後述する目標値Ｖ０＊，Ｖ１＊，Ｖ２ａ＊，Ｖ２ｂ＊なども記憶されている。制御部９１のＣＰＵ９２は、これらの目標値Ｖ０＊，Ｖ１＊，Ｖ２ａ＊，Ｖ２ｂ＊を参照して、各セル２１，４１，５０の制御を行う。

　制御部９１は、第２内部空所４０の酸素濃度が目標濃度となるように補助ポンプセル５０を制御する補助ポンプ制御処理を行う。具体的には、制御部９１は、電圧Ｖ１が一定値（目標値Ｖ１＊と称する）となるように可変電源５２の電圧Ｖｐ１をフィードバック制御することで、補助ポンプセル５０を制御する。目標値Ｖ１＊は、第２内部空所４０の酸素濃度がＮＯｘの測定に実質的に影響がない所定の低濃度となるような値として定められている。

　制御部９１は、補助ポンプ制御処理によって補助ポンプセル５０が第２内部空所４０の酸素濃度を調整するときに流れるポンプ電流Ｉｐ１が目標電流（目標電流Ｉｐ１＊と称する）になるように主ポンプセル２１を制御する主ポンプ制御処理を行う。具体的には、制御部９１は、電圧Ｖｐ１によって流れるポンプ電流Ｉｐ１が一定の目標電流Ｉｐ１＊となるように、ポンプ電流Ｉｐ１に基づいて電圧Ｖ０の目標値（目標値Ｖ０＊と称する）を設定（フィードバック制御）する。そして、制御部９１は、電圧Ｖ０が目標値Ｖ０＊となるように（つまり第１内部空所２０の酸素濃度が目標濃度となるように）可変電源２４のポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバック制御する。この主ポンプ制御処理により、第３拡散律速部３０から第２内部空所４０内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となる。目標値Ｖ０＊は、第１内部空所２０の酸素濃度が０％よりは高く且つ低酸素濃度となるような値に設定される。また、この主ポンプ制御処理中に流れるポンプ電流Ｉｐ０は、ガス導入口１０から被測定ガス流通部内に流入する被測定ガス（すなわちセンサ素子１０１の周囲の被測定ガス）の酸素濃度に応じて変化する。そのため、制御部９１は、ポンプ電流Ｉｐ０に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出することもできる。

　上述した主ポンプ制御処理及び補助ポンプ制御処理をまとめて調整用ポンプ制御処理とも称する。また、第１内部空所２０及び第２内部空所４０をまとめて酸素濃度調整室とも称する。主ポンプセル２１及び補助ポンプセル５０をまとめて調整用ポンプセルとも称する。制御部９１が調整用ポンプ制御処理を行うことで、調整用ポンプセルが酸素濃度調整室の酸素濃度を調整する。

　さらに、制御部９１は、電圧Ｖ２が一定値（目標値）となるように（つまり第３内部空所６１内の酸素濃度が所定の低濃度になるように）測定用ポンプセル４１を制御する測定用ポンプ制御処理を行う。具体的には、制御部９１は、電圧Ｖ２が目標値となるように可変電源４６の電圧Ｖｐ２をフィードバック制御することで、測定用ポンプセル４１を制御する。この測定用ポンプ制御処理により、第３内部空所６１内から酸素が汲み出される。また、制御部９１は、測定用ポンプ制御処理として、センサ素子１０１の通常駆動時に行う通常時測定用ポンプ制御処理と、通常駆動時より前のセンサ素子１０１の起動時に行う起動時測定用ポンプ制御処理と、を行う。通常時測定用ポンプ制御処理と起動時測定用ポンプ制御処理とでは、電圧Ｖ２の目標値が異なる。起動時測定用ポンプ制御処理における電圧Ｖ２の目標値を起動時目標値Ｖ２ａ＊と称する。通常時測定用ポンプ制御処理における電圧Ｖ２の目標値を通常時目標値Ｖ２ｂ＊と称する。起動時目標値Ｖ２ａ＊は、通常時目標値Ｖ２ｂ＊よりも高い値に設定されている。すなわちＶ２ａ＊＞Ｖ２ｂ＊となるようにＶ２ａ＊及びＶ２ｂ＊が設定されている。ここで、電圧Ｖ２は基準電極４２の周囲と第３内部空所６１の酸素濃度差に関連する値であり、第３内部空所６１の酸素濃度が低いほど酸素濃度差が大きくなり電圧Ｖ２も大きい値になる。したがって、起動時目標値Ｖ２ａ＊が通常時目標値Ｖ２ｂ＊よりも高い値であるということは、起動時測定用ポンプ制御処理の実行時には、通常時測定用ポンプ制御処理の実行時と比べて、第３内部空所６１の酸素濃度の目標値をより低い値に設定することを意味する。本実施形態では、通常時目標値Ｖ２ｂ＊は４００ｍＶとし、起動時目標値Ｖ２ａ＊は６００ｍＶとした。

　通常時測定用ポンプ制御処理が行われることで、被測定ガス中のＮＯｘが第３内部空所６１で還元されることにより発生した酸素が実質的にゼロとなるように、第３内部空所６１内から酸素が汲み出される。そして、制御部９１は、特定ガス（ここではＮＯｘ）に由来して第３内部空所６１で発生する酸素に応じた検出値としてポンプ電流Ｉｐ２を取得し、このポンプ電流Ｉｐ２に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を算出する。

　記憶部９４には、ポンプ電流Ｉｐ２とＮＯｘ濃度との対応関係として、関係式（例えば一次関数の式）やマップなどが記憶されている。このような関係式又はマップは、予め実験により求めておくことができる。

　こうして構成されたガスセンサ１００の制御部９１が行う、センサ素子１０１の起動時の処理である起動時制御処理の一例について説明する。図３は起動時制御処理の一例を示すフローチャートである。図４は起動時制御処理及び通常時制御処理の様子の一例を示すグラフである。

　制御部９１のＣＰＵ９２は、起動時制御処理が開始されると、まず、ヒータ７２の温度であるヒータ温度Ｔｈが目標温度Ｔｈ＊になるようにヒータ７２に通電してヒータ７２を発熱させるヒータ制御処理を開始する（ステップＳ１００）。ヒータ温度Ｔｈはヒータ７２の抵抗値の一次関数の式で表すことができる。そこで、本実施形態のヒータ制御処理では、ＣＰＵ９２はヒータ７２の抵抗値を算出して、算出した抵抗値が目標抵抗値（目標温度Ｔｈ＊に対応する抵抗値）になるようにヒータ電源７６をフィードバック制御する。ＣＰＵ９２は、例えばヒータ７２の電圧及びヒータ７２を流れる電流を取得して、取得した電圧及び電流に基づいてヒータ７２の抵抗値を算出することができる。ＣＰＵ９２は、例えば３端子法又は４端子法によりヒータ７２の抵抗値を算出してもよい。ＣＰＵ９２は、算出したヒータ７２の抵抗値が目標抵抗値になるようにヒータ電源７６に制御信号を出力して、ヒータ電源７６が供給する電力をフィードバック制御する。ヒータ電源７６は、例えばヒータ７２に印加する電圧の値を変化させることで、ヒータ７２に供給する電力を調整する。図４に示すように、例えば時刻ｔ０でヒータ制御処理が開始されると、時間の経過と共にヒータ温度Ｔｈが目標温度Ｔｈ＊まで上昇していき、ヒータ温度Ｔｈが目標温度Ｔｈ＊に到達した時刻ｔ２以降はヒータ温度Ｔｈが目標温度Ｔｈ＊付近で維持される。目標温度Ｔｈ＊は、センサ素子１０１の固体電解質を十分活性化させることができるような温度（例えば８００℃）として、予め定められている。なお、図４では説明を簡単にするためにヒータ温度Ｔｈの時間変化を直線で示しているが、実際にはヒータ温度Ｔｈが曲線的に増加したり、目標温度Ｔｈ＊付近で安定する前にヒータ温度Ｔｈにオーバーシュートが生じたりする場合もある。

　ステップＳ１００でヒータ制御処理を開始した後、ＣＰＵ９２は、起動時測定用ポンプ制御処理の開始条件が成立したか否かを判定する。本実施形態では、ＣＰＵ９２は、ヒータ温度Ｔｈが所定の閾値Ｔｈｒｅｆ以上に到達したか否かを判定して（ステップＳ１１０）、判定結果が肯定判定であった場合に起動時測定用ポンプ制御処理の開始条件が成立したとみなす。閾値Ｔｈｒｅｆは、目標温度Ｔｈ＊以下の値であり、目標温度Ｔｈ＊未満の値としてもよい。閾値Ｔｈｒｅｆは、起動時測定用ポンプ制御処理で制御される測定用ポンプセル４１に含まれる固体電解質（本実施形態では第２固体電解質層６，スペーサ層５，及び第１固体電解質層４）を活性化させる（固体電解質のイオン伝導性が発現する）のに必要なヒータ温度Ｔｈの下限値として、予め定められている。例えば、閾値Ｔｈｒｅｆは、第２固体電解質層６，スペーサ層５，及び第１固体電解質層４を６００℃以上に加熱するために必要なヒータ温度Ｔｈの下限値として、実験により予め定めておいてもよい。また、閾値Ｔｈｒｅｆは、目標温度Ｔｈ＊に所定の割合（１未満の値）を乗じた値として定めてもよい。本実施形態では、閾値Ｔｈｒｅｆ＝０．８×Ｔｈ＊とした。すなわち、ＣＰＵ９２は、ヒータ温度Ｔｈが目標温度Ｔｈ＊の８０％以上に到達した場合に、起動時測定用ポンプ制御処理の開始条件が成立したと判定することとした。

　ＣＰＵ９２は、ステップＳ１１０で否定判定だった場合には、ステップＳ１１０を繰り返し実行して、肯定判定になるまで待つ。ステップＳ１１０で肯定判定だった場合には、ＣＰＵ９２は、上述した起動時測定用ポンプ制御処理を開始する（ステップＳ１２０）。図４の例では、時刻ｔ２より前の時刻ｔ１においてヒータ温度Ｔｈが閾値Ｔｈｒｅｆに到達するため、ＣＰＵ９２は時刻ｔ１に起動時測定用ポンプ制御処理を開始する。起動時測定用ポンプ制御処理を開始すると、ＣＰＵ９２は電圧Ｖ２が起動時目標値Ｖ２ａ＊になるように可変電源４６の電圧Ｖｐ２をフィードバック制御し、これにより測定用ポンプセル４１が制御される。測定用ポンプセル４１は、電圧Ｖｐ２が印加されることで第３内部空所６１に存在する酸素を外側ポンプ電極２３の周囲に汲み出す。このとき、測定用ポンプセル４１には酸素の汲み出し量に応じたポンプ電流Ｉｐ２が流れる。ここで、センサ素子１０１の起動前には、第３内部空所６１を含む被測定ガス流通部内は酸素（特定ガスに由来しない酸素）が多く存在する状態（例えば大気雰囲気など）になっている。起動時測定用ポンプ制御処理を行うことで、そのような酸素が外側ポンプ電極２３の周囲に汲み出される。そのため、図４に示す実施例のポンプ電流Ｉｐ２のグラフ（実線）のように、時刻ｔ１からポンプ電流Ｉｐ２が急上昇し、比較的大きなポンプ電流Ｉｐ２が流れる。センサ素子１０１の起動前から第３内部空所６１に存在する酸素としては、具体的には、第３内部空所６１内の空間に存在する酸素分子（Ｏ₂），測定電極４４の表面に付着した酸素分子（Ｏ₂），及び測定電極４４の構成材料と結合している酸素が挙げられる。本実施形態では測定電極４４にはＲｈ及びＰｔが含まれているから、測定電極４４内にはＲｈ₂Ｏ₃及びＰｔＯ₂の少なくとも一方が存在する場合がある。このＲｈ₂Ｏ₃及びＰｔＯ₂中の酸素（Ｏ）が、測定電極４４の構成材料と結合している酸素である。起動時測定用ポンプ制御処理によって、酸素分子だけでなくこのように測定電極４４の構成材料と結合している酸素も汲み出すことができ、これによりＲｈ₂Ｏ₃及びＰｔＯ₂は還元されていく。また、本実施形態では測定電極４４は多孔質体であるため、測定電極４４の開気孔の中及び閉気孔の中に酸素分子（Ｏ₂）が存在する場合があるが、これらの酸素分子も起動時測定用ポンプ制御処理によって汲み出すことができる。また、本実施形態では、ＣＰＵ９２は、起動時測定用ポンプ制御処理を開始すると共に、上述した調整用ポンプ制御処理（主ポンプ制御処理及び補助ポンプ制御処理）も開始する。これにより、センサ素子１０１の起動前から酸素濃度調整室（第１内部空所２０及び第２内部空所４０）に存在する酸素も外側ポンプ電極２３の周囲に汲み出される。そのため、時刻ｔ１からポンプ電流Ｉｐ０及びポンプ電流Ｉｐ１が急上昇し、比較的大きなポンプ電流Ｉｐ０及びポンプ電流Ｉｐ１が流れる。なお、図４ではポンプ電流Ｉｐ０については図示を省略した。また、図示の都合上、図４ではポンプ電流Ｉｐ１をポンプ電流Ｉｐ２よりも小さく示しているが、実際のポンプ電流の大きさの大小関係は基本的にＩｐ０＞Ｉｐ１＞Ｉｐ２となる。

　ステップＳ１２０で起動時測定用ポンプ制御処理を開始した後、ＣＰＵ９２は、起動時測定用ポンプ制御処理の終了条件が成立したか否かを判定する。本実施形態では、ＣＰＵ９２は、調整用ポンプセルの動作に基づいて酸素濃度調整室の酸素濃度が安定したか否かを判定して（ステップＳ１３０）、判定結果が肯定判定であった場合に起動時測定用ポンプ制御処理の終了条件が成立したとみなす。より具体的には、ＣＰＵ９２は、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近で安定したと判定した場合に、酸素濃度調整室の酸素濃度が安定したと判定する。

　例えば、図４に示すように、時刻ｔ１に起動時測定用ポンプ制御処理，主ポンプ制御処理及び補助ポンプ制御処理が開始されると、上述したようにポンプ電流Ｉｐ１，Ｉｐ２（及びポンプ電流Ｉｐ０）は急上昇して比較的大きな値になる。これにより被測定ガス流通部内の酸素が汲み出されていくと、電圧Ｖ２は起動時目標値Ｖ２ａ＊に近づき、電圧Ｖ１は目標値Ｖ１＊に近づき、ポンプ電流Ｉｐ１は目標電流Ｉｐ１＊に近づいていくから、ポンプ電流Ｉｐ１，Ｉｐ２（及びポンプ電流Ｉｐ０）は一度上昇した後に徐々に減少していく。そして、センサ素子１０１の起動前から被測定ガス流通部に存在する酸素が十分汲み出されると（時刻ｔ３）、それ以降は電圧Ｖ１は目標値Ｖ１＊とほぼ同じ値で安定し、ポンプ電流Ｉｐ１は目標電流Ｉｐ１＊とほぼ同じ値で安定する（図４では電圧Ｖ１は図示を省略した）。ここで、第２内部空所４０と第３内部空所６１とは連通しているため、補助ポンプセル５０の動作によって第２内部空所４０だけでなく第３内部空所６１の酸素を除去することもできる。例えば、第２内部空所４０の酸素濃度が目標濃度（電圧Ｖ１の目標値Ｖ１＊に対応する酸素濃度）付近まで低下したときに第３内部空所６１の酸素濃度が目標濃度（電圧Ｖ２の起動時目標値Ｖ２ａ＊に対応する酸素濃度）よりも高い場合には、第３内部空所６１内の酸素が第２内部空所４０に逆拡散（逆流）する場合があり、その酸素を補助ポンプセル５０により汲み出すことができる。そのため、酸素濃度調整室（第１内部空所２０及び第２内部空所４０）の酸素濃度が安定した場合、すなわちポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近で安定した場合には、センサ素子１０１の起動前から第３内部空所６１に存在する酸素も十分汲み出されている。したがって、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近で安定したか否かに基づいて、センサ素子１０１の起動前から第３内部空所６１に存在する酸素が十分汲み出されたか否かを判定することができる。ＣＰＵ９２は、ステップＳ１３０の判定において、ポンプ電流Ｉｐ１が一度上昇してから下降して所定の閾値以下に到達したときに、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近で安定したと判定してもよい。この場合の所定の閾値は、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近まで低下したとみなせる値であり、例えば目標電流Ｉｐ１＊と同じ値又は目標電流Ｉｐ１＊より５％大きい値など、目標電流Ｉｐ１＊以上の値として予め定めておくことができる。あるいは、ＣＰＵ９２は、ポンプ電流Ｉｐ１が所定の範囲内の値である状態が所定時間以上継続したときに、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近で安定したと判定してもよい。この場合の所定の範囲は、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近の値であるとみなせる範囲であり、例えば目標電流Ｉｐ１＊の±５％以内の範囲などとして予め定めておくことができる。本実施形態では、ＣＰＵ９２は、ポンプ電流Ｉｐ１が一度上昇してから下降して目標電流Ｉｐ１＊以下に到達したとき（図４では時刻ｔ３）に、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近で安定したと判定することとした。

　ＣＰＵ９２は、ステップＳ１３０で否定判定だった場合には、ステップＳ１３０を繰り返し実行して、肯定判定になるまで待つ。ステップＳ１３０で肯定判定だった場合には、ＣＰＵ９２は、上述した起動時測定用ポンプ制御処理を終了し通常時測定用ポンプ制御処理を開始して（ステップＳ１４０）、起動時制御処理を終了する。これにより、ＣＰＵ９２が行う処理は起動時制御処理から通常時制御処理に移行する。通常時制御処理では、ＣＰＵ９２は、通常時測定用ポンプ制御処理を行うと共に、上述した調整用ポンプ制御処理（主ポンプ制御処理及び補助ポンプ制御処理）を起動時制御処理から引き続き行う。そして、ＣＰＵ９２は、通常時測定用ポンプ制御処理によって流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を算出する。図４の例では、ＣＰＵ９２は、時刻ｔ３になるまではポンプ電流Ｉｐ１が安定していないためステップＳ１３０で否定判定をし、時刻ｔ３になるとポンプ電流Ｉｐ１が安定したと判定して、ステップＳ１３０で肯定判定をする。そのため、ＣＰＵ９２は時刻ｔ３から通常時制御処理を開始する。

　図４に示すように、起動時測定用ポンプ制御処理が行われている間（時刻ｔ１～ｔ３）は第３内部空所６１内にセンサ素子１０１の起動前から存在する酸素が汲み出されていくため、ポンプ電流Ｉｐ２は高い値になり、ポンプ電流Ｉｐ２の値は被測定ガス中のＮＯｘ濃度に対応する値にはならない。起動時測定用ポンプ制御処理によって酸素の汲み出しが十分行われた時刻ｔ３以降は、第３内部空所６１内に存在する酸素はほぼ全て被測定ガス中のＮＯｘに由来する酸素となるため、ポンプ電流Ｉｐ２の値が被測定ガス中のＮＯｘ濃度に対応する値になる。そのため、時刻ｔ３以降はポンプ電流Ｉｐ２に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出することができるようになる。このようにセンサ素子１０１の起動時からポンプ電流Ｉｐ２の値が被測定ガス中のＮＯｘ濃度に対応する値になるまでの時間（ｔ０～ｔ３）が、ライトオフ時間である。なお、図４ではポンプ電流Ｉｐ２の挙動をわかりやすくするために被測定ガス中のＮＯｘ濃度が一定である場合の様子を示しており、時刻ｔ３以降のポンプ電流Ｉｐ２が一定になっている。実際のセンサ素子１０１の使用時には、被測定ガス中のＮＯｘ濃度は時々刻々と変動するため、時刻ｔ３以降のポンプ電流Ｉｐ２の値はＮＯｘ濃度に応じて変動する。したがって、ポンプ電流Ｉｐ２の値に基づいてセンサ素子１０１がライトオフしたか否かを判定することは困難である。そのため、本実施形態では、上述したようにＣＰＵ９２はポンプ電流Ｉｐ２ではなくポンプ電流Ｉｐ１の値に基づいて起動時測定用ポンプ制御処理の終了条件が成立したか否かを判定している。

　ここで、本実施形態では、センサ素子１０１の起動時には、上述したように電圧Ｖ２が通常時目標値Ｖ２ｂ＊より高い起動時目標値Ｖ２ａ＊になるように測定用ポンプセル４１を制御して第３内部空所６１の酸素を汲み出す起動時測定用ポンプ制御処理が行われる。すなわち、起動時測定用ポンプ制御処理では、第３内部空所６１の酸素濃度の目標値を通常駆動時よりも低い値として、第３内部空所６１内の酸素の汲み出しを行っている。これにより、センサ素子１０１の起動時から通常時測定用ポンプ制御処理を行う場合と比較して、起動前から第３内部空所６１内に存在する酸素を速やかに第３内部空所６１から除去することができる。例えば、図４に示す比較例のポンプ電流Ｉｐ２のグラフ（破線）は、時刻ｔ１から調整用ポンプ制御処理（主ポンプ制御処理及び補助ポンプ制御処理）を行うと共に、時刻ｔ１から起動時測定用ポンプ制御処理ではなく通常時測定用ポンプ制御処理を行った場合のポンプ電流Ｉｐ２の時間変化を示している。この場合は、電圧Ｖ２が起動時目標値Ｖ２ａ＊より低い通常時目標値Ｖ２ｂ＊になるように測定用ポンプセル４１が制御されるため、実施例のポンプ電流Ｉｐ２のグラフ（実線）と比較してポンプ電流Ｉｐ２が大きい値にならず、第３内部空所６１内の酸素の汲み出し量が少なくなる。そのため、第３内部空所６１内の酸素の汲み出しが十分行われるのは時刻ｔ３よりも遅い時刻ｔ４となる。すなわち、実施例よりも比較例の方がライトオフ時間が長くなる。このように、本実施形態では、センサ素子１０１の起動時には通常時測定用ポンプ制御処理ではなく起動時測定用ポンプ制御処理を行うことで、センサ素子１０１のライトオフ時間を短くすることができる。なお、図示は省略するが、時刻ｔ１から通常時測定用ポンプ制御処理と共に調整用ポンプ制御処理（主ポンプ制御処理及び補助ポンプ制御処理）を行った場合、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近で安定するまでの時間も、時刻ｔ３よりも遅い時刻ｔ４となる。

　なお、図４ではポンプ電流Ｉｐ２が一定になる時刻（センサ素子１０１がライトオフする時刻）とポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近で安定する時刻とを同じ時刻ｔ３としているが、実際にはポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近で安定する時刻が時刻ｔ３より少し早くなる場合がある。上述したように補助ポンプセル５０は第３内部空所６１から第２内部空所４０に逆流した酸素も汲み出すことができるが、測定電極４４の構成材料と結合している酸素や測定電極４４の閉気孔の中に存在する酸素分子は第２内部空所４０に逆流しないため、これらは補助ポンプセル５０が汲み出すことはできない。そのため、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近で安定した後に、補助ポンプセル５０が汲み出すことができないこれらの酸素が測定用ポンプセル４１によって汲み出されて初めてセンサ素子１０１がライトオフする場合もある。この場合、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近で安定してからセンサ素子１０１がライトオフするまでの間は、ＣＰＵ９２がステップＳ１４０を行わずに起動時測定用ポンプ制御処理を継続することが好ましい。例えば、ＣＰＵ９２は、ステップＳ１３０で肯定判定をしてから所定時間経過後にステップＳ１４０を行うようにしてもよい。あるいは、ポンプ電流Ｉｐ１が所定の範囲内の値である状態が所定時間以上継続したときにＣＰＵ９２がステップＳ１３０で肯定判定をする場合には、この所定時間を、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近で安定してからセンサ素子１０１がライトオフするまでの時間と同程度の時間になるようにしてもよい。

　ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の第１基板層１と第２基板層２と第３基板層３と第１固体電解質層４とスペーサ層５と第２固体電解質層６との６つの層がこの順に積層された積層体が本発明の素子本体に相当し、外側ポンプ電極２３が外側測定電極に相当し、第３内部空所６１が測定室に相当し、測定電極４４が内側測定電極に相当し、測定用ポンプセル４１が測定用ポンプセルに相当し、基準電極４２が基準電極に相当し、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２が測定用電圧検出センサセルに相当し、センサ素子１０１がセンサ素子に相当し、ポンプ電流Ｉｐ２が測定用ポンプ電流に相当し、制御装置９０がポンプセル制御部及び特定ガス濃度検出部に相当する。また、制御装置９０がヒータ制御部に相当し、第１内部空所２０及び第２内部空所４０が酸素濃度調整室に相当し、内側ポンプ電極２２及び補助ポンプ電極５１が内側調整用ポンプ電極に相当し、外側ポンプ電極２３が外側調整用ポンプ電極に相当し、主ポンプセル２１及び補助ポンプセル５０が調整用ポンプセルに相当し、主ポンプ制御処理及び補助ポンプ制御処理が調整用ポンプ制御処理に相当する。また、内側ポンプ電極２２が内側主ポンプ電極に相当し、外側ポンプ電極２３が外側主ポンプ電極に相当し、補助ポンプ電極５１が内側補助ポンプ電極に相当し、外側ポンプ電極２３が外側補助ポンプ電極に相当し、ポンプ電流Ｉｐ１が補助ポンプ電流に相当する。

　以上詳述した本実施形態のガスセンサ１００によれば、センサ素子１０１の起動時には、電圧Ｖ２が通常時目標値Ｖ２ｂ＊より高い起動時目標値Ｖ２ａ＊になるように測定用ポンプセル４１を制御して第３内部空所６１の酸素を汲み出す起動時測定用ポンプ制御処理が行われるため、センサ素子１０１の起動時から通常時測定用ポンプ制御処理を行う場合と比較して、起動前から第３内部空所６１に存在する酸素を速やかに除去することができる。したがって、センサ素子１０１のライトオフ時間が短くなる。

　また、ＣＰＵ９２は、ヒータ制御処理が開始されてヒータ温度Ｔｈが目標温度Ｔｈ＊以下の所定の閾値Ｔｈｒｅｆ以上に到達したときに起動時測定用ポンプ制御処理を開始する。そのため、ＣＰＵ９２は、ヒータ温度Ｔｈに基づいて起動時測定用ポンプ制御処理の開始タイミングを適切に判断できる。

　さらに、センサ素子１０１は、被測定ガス流通部のうち第３内部空所６１の上流側に設けられた酸素濃度調整室の酸素濃度を調整する調整用ポンプセルを有している。そして、ＣＰＵ９２は、センサ素子１０１の起動時には、調整用ポンプセルを動作させる調整用ポンプ制御処理を行い、調整用ポンプセルの動作に基づいて酸素濃度調整室の酸素濃度が安定したと判定した場合に、起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行う。ここで、センサ素子１０１の起動前には、第３内部空所６１だけでなくその上流側の酸素濃度調整室も、酸素（特定ガスに由来しない酸素）が多く存在する状態（例えば大気雰囲気など）になっている。センサ素子１０１の起動時にＣＰＵ９２が調整用ポンプセル制御処理を行うことで、センサ素子１０１の起動前から酸素濃度調整室に存在する酸素も除去することができる。また、酸素濃度調整室と第３内部空所６１とは連通しているため、調整用ポンプセルの動作によって第３内部空所６１の酸素を除去することもできる。さらに、上記の通り酸素濃度調整室と第３内部空所６１とは連通しているから、酸素濃度調整室の酸素濃度が安定した場合には、第３内部空所６１内の酸素も十分汲み出されている。そのため、調整用ポンプセルの動作に基づいて酸素濃度調整室の酸素濃度が安定したと判定した場合に起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行うことで、起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを適切に行うことができる。

　そして、酸素濃度調整室は、第１内部空所２０と、第１内部空所２０よりも下流側且つ第３内部空所６１よりも上流側に設けられた第２内部空所４０と、を有し、調整用ポンプセルは、第１内部空所２０の酸素濃度を調整する主ポンプセル２１と、第２内部空所４０の酸素濃度を調整する補助ポンプセル５０と、を有している。また、調整用ポンプ制御処理は、第２内部空所４０の酸素濃度が目標濃度となるように補助ポンプセル５０を制御する補助ポンプ制御処理と、補助ポンプ制御処理によって補助ポンプセル５０に流れるポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊になるように主ポンプセル２１を制御する主ポンプ制御処理と、を含んでいる。そして、ＣＰＵ９２は、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近で安定したと判定した場合に、起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行う。これにより、ポンプ電流Ｉｐ１に基づいて起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを適切に行うことができる。

　そして、測定電極４４は、Ｐｔ及びＲｈの少なくともいずれかを含んでいる。Ｐｔ及びＲｈなどの貴金属は第３内部空所６１内の酸素と結合して酸化する場合があり、この酸素は特定ガス濃度の検出精度を低下させるため、センサ素子１０１の起動時には測定電極４４に含まれる貴金属の酸化物を還元させた上でこの酸素を第３内部空所６１から汲み出す必要がある。そして、第３内部空所６１内の酸素分子を汲み出すよりも貴金属の酸化物を還元させて酸素を汲み出す方が時間がかかるため、第３内部空所６１内に酸化した貴金属が存在するとライトオフ時間が長くなりやすい。本実施形態のガスセンサ１００では、センサ素子１０１の起動時には通常時測定用ポンプ制御処理ではなく起動時測定用ポンプ制御処理を行うことで、酸化した貴金属を早期に還元させることができ、ライトオフ時間を短くすることができる。そのため、測定電極４４がＰｔ及びＲｈを含む本実施形態では、起動時測定用ポンプ制御処理を行う意義が高い。

　なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

　例えば、上述した実施形態では、ＣＰＵ９２はポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近で安定したと判定した場合に、起動時測定用ポンプ制御処理の終了条件が成立したと判定したとみなして、起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行ったが、これに限られない。センサ素子１０１がライトオフしたとき、言い換えると第３内部空所６１内の酸素が十分汲み出されたときに、起動時測定用ポンプ制御処理を終了できるように、起動時測定用ポンプ制御処理の終了条件を定めておけばよい。例えば、ヒータ７２に通電を開始してから所定時間が経過したときや、起動時測定用ポンプ制御処理を開始してから所定時間が経過したときに、起動時測定用ポンプ制御処理を終了してもよい。

　ＣＰＵ９２は、測定電極４４及び基準電極４２に電流を流す制御を行わない状態における電圧Ｖ２である開放時測定用電圧Ｖ２ｏｐｅｎに基づいて、起動時測定用ポンプ制御処理の終了条件が成立したか否かを判定してもよい。図５は、変形例の起動時制御処理の一例を示すフローチャートである。図６は、変形例の起動時制御処理及び通常時制御処理の様子の一例を示すグラフである。図５において、図３と同じ処理については図３と同じステップ番号を付して、その説明を省略する。図６は、図４に開放時測定用電圧Ｖ２ｏｐｅｎの時間変化の様子を追記したものである。図５に示す変形例の起動時制御処理では、ステップＳ１２０で起動時測定用ポンプ制御処理を開始した後、ＣＰＵ９２は、測定電極４４及び基準電極４２に電流を流す制御を行わない状態における電圧Ｖ２である開放時測定用電圧Ｖ２ｏｐｅｎが所定の閾値Ｖ２ｏｐｒｅｆ以上に到達したか否かを判定することによって（ステップＳ２３０）、起動時測定用ポンプ制御処理の終了条件が成立したか否かを判定する。例えば、上述した実施形態では、基準電極４２に電流を流す制御はなく、ステップＳ１２０で起動時測定用ポンプ制御処理が開始された後は、起動時測定用ポンプ制御処理によって測定電極４４にポンプ電流Ｉｐ２が流れている。そのため、ＣＰＵ９２は、ステップＳ２３０において、起動時測定用ポンプ制御処理を一時的に停止させた状態、具体的には可変電源４６からの電圧Ｖｐ２の印加を停止させた状態で、電圧Ｖ２を測定し、測定した値を開放時測定用電圧Ｖ２ｏｐｅｎとする。開放時測定用電圧Ｖ２ｏｐｅｎは、第３内部空所６１内の酸素濃度に対応する値であり、酸素濃度が低いほど大きい値となる。また、開放時測定用電圧Ｖ２ｏｐｅｎは、測定電極４４及び基準電極４２に電流を流す制御を行わない状態で測定するから、電流による電圧降下の影響を受けにくい。そのため、開放時測定用電圧Ｖ２ｏｐｅｎは、測定電極４４に電流を流す制御を行った状態で測定された電圧Ｖ２（起動時測定用ポンプ制御処理の実行中の電圧Ｖ２）と比べて、より精度良く第３内部空所６１内の酸素濃度に対応した値となる。閾値Ｖ２ｏｐｒｅｆは、第３内部空所６１内の酸素が十分汲み出された状態における開放時測定用電圧Ｖ２ｏｐｅｎの値として、予め定められている。例えば、図６に示すように、起動時測定用ポンプ制御処理が開始されると開放時測定用電圧Ｖ２ｏｐｅｎの値は上昇していき、起動前から第３内部空所６１内に存在する酸素の汲み出しが完了した時刻ｔ３以降、すなわちセンサ素子１０１がライトオフした時刻以降はほぼ一定の値（定常値）となる。本実施形態では、予め実験で測定したこの定常値を、閾値Ｖ２ｏｐｒｅｆとして定めておくものとした。また、本実施形態では、閾値Ｖ２ｏｐｒｅｆは２００ｍＶとした。閾値Ｖ２ｏｐｒｅｆは、開放時測定用電圧Ｖ２ｏｐｅｎの定常値よりもわずかに低い値としてもよい。ＣＰＵ９２は、ステップＳ２３０で否定判定だった場合には、ステップＳ２３０を繰り返し実行して、肯定判定になるまで待つ。ステップＳ２３０で肯定判定だった場合には、ＣＰＵ９２は、上述したステップＳ１４０を実行して起動時制御処理を終了する。上述したように開放時測定用電圧Ｖ２ｏｐｅｎは第３内部空所６１内の酸素濃度に対応する値であるため、この開放時測定用電圧Ｖ２ｏｐｅｎと閾値Ｖ２ｏｐｒｅｆとを比較することで第３内部空所６１内の酸素が十分汲み出されたか否かを適切に判断できる。そのため、ＣＰＵ９２が図３のステップＳ１３０の代わりに図５のステップＳ２３０を行う場合も、起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを適切に行うことができる。なお、上述したように、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近で安定する時刻はセンサ素子１０１がライトオフする時刻ｔ３より少し早くなる場合がある。これに対し、開放時測定用電圧Ｖ２ｏｐｅｎはポンプ電流Ｉｐ１とは異なり第３内部空所６１内に存在する酸素そのものに対応する値であるため、開放時測定用電圧Ｖ２ｏｐｅｎが定常値になる時刻とセンサ素子１０１がライトオフする時刻との間にはほとんど時間差は生じない。

　上述した実施形態では、起動時測定用ポンプ制御処理では第３内部空所６１内の酸素を外側ポンプ電極２３の周囲に汲み出したが、外側ポンプ電極２３に限らずガス流通部以外に配設された電極の周囲に酸素を汲み出せばよい。例えば、起動時測定用ポンプ制御処理において測定電極４４と基準電極４２との間に電圧を印加してポンプ電流を流すことにより、第３内部空所６１内の酸素を基準電極４２の周囲に汲み出してもよい。すなわち、上述した実施形態の起動時測定用ポンプ制御処理では第３内部空所６１内の酸素を外側ポンプ電極２３の周囲である素子本体の外側に汲み出したが、基準電極４２の周囲など素子本体の内部に汲み出してもよい。素子本体の内部に酸素を汲み出す場合には、基準電極４２のように被測定ガス流通部以外に配設された電極の周囲に汲み出すことが好ましい。言い換えると、素子本体の内部に酸素を汲み出す場合には、素子本体のうち第３内部空所６１とは連通していない領域に酸素を汲み出すことが好ましい。

　上述した実施形態では特に説明しなかったが、測定用ポンプセル４１に印加する電圧Ｖｐ２は１５００ｍＶ未満とすることが好ましい。電圧Ｖｐ２が１５００ｍＶ以上の場合は、固体電解質内の酸素イオンが欠乏して、固体電解質の電子伝導が発現し、センサ素子１０１が黒化して使用できなくなる可能性があるが、電圧Ｖｐ２を１５００ｍＶ未満とすることでそのような不具合を抑制できる。起動時目標値Ｖ２ａ＊が高い値であるほど、起動時測定用ポンプ制御処理時の電圧Ｖｐ２は高い値になるため、電圧Ｖｐ２が１５００ｍＶ以上とならないような値として起動時目標値Ｖ２ａ＊を定めておくことが好ましい。また、固体電解質が十分活性化していない状態で起動時測定用ポンプ制御処理を行うと、第３内部空所６１の酸素が汲み出されず電圧Ｖ２が起動時目標値Ｖ２ａ＊に近づかないため、フィードバック制御により電圧Ｖｐ２が高い値になりやすい。したがって、固体電解質が十分活性化していない状態で起動時測定用ポンプ制御処理が行われると、起動時測定用ポンプ制御処理中に電圧Ｖｐ２が１５００ｍＶ以上になりやすい。この点を考慮して、電圧Ｖｐ２が１５００ｍＶ以上とならないように、起動時測定用ポンプ制御処理の開始条件（上述した実施形態では閾値Ｔｈｒｅｆの値）を適切に定めることが好ましい。

　上述した実施形態のヒータ制御処理では、ＣＰＵ９２は、ヒータ温度Ｔｈが目標温度Ｔｈ＊になるようにヒータ７２を制御したが、ヒータ温度Ｔｈに限らずヒータ７２又は素子本体の温度であるセンサ素子温度が目標温度になるようにヒータ７２を制御すればよい。例えば、素子本体の温度を表す値（温度に換算可能な値）として測定用ポンプセル４１の回路の抵抗値又は測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２の回路の抵抗値を測定して、この抵抗値が目標抵抗値になるようにヒータ７２を制御してもよい。同様に、上述した実施形態ではヒータ温度Ｔｈが所定の閾値Ｔｈｒｅｆ以上に到達したときに起動時測定用ポンプ制御処理を開始したが、これに限られない。ヒータ温度Ｔｈに限らずセンサ素子温度が所定の閾値以上に到達したとき（例えば測定用ポンプセル４１の回路の抵抗値が所定の閾値以下に到達したとき）に、起動時測定用ポンプ制御処理を開始してもよい。あるいは、ガスセンサ１００が熱電対などの温度検出部を備えるものとし、この温度センサによりセンサ素子温度（ヒータ７２の温度又は素子本体の温度）自体を直接測定してもよい。この場合、ＣＰＵ９２は測定されたセンサ素子温度に基づいて、センサ素子温度が目標温度になるようにヒータ７２を制御してもよい。

　上述した実施形態では、ＣＰＵ９２はヒータ温度Ｔｈが所定の閾値Ｔｈｒｅｆ以上に到達したときに起動時測定用ポンプ制御処理の開始条件が成立したと判定したが、これに限られない。起動時測定用ポンプ制御処理で制御される測定用ポンプセル４１に含まれる固体電解質が活性化したときに起動時測定用ポンプ制御処理を開始できるように、起動時測定用ポンプ制御処理の開始条件を定めておけばよい。例えば、ヒータ７２に通電を開始してから所定時間が経過したときに起動時測定用ポンプ制御処理を開始してもよい。

　あるいは、測定電極４４の構成材料に応じて、その構成材料と結合している酸素を汲み出すのに適した状態になった場合に起動時測定用ポンプ制御処理を開始できるように、起動時測定用ポンプ制御処理の開始条件を定めてもよい。例えば、測定電極４４の構成材料の状態図に基づいて起動時測定用ポンプ制御処理の開始条件を定めてもよい。測定電極４４が構成材料としてＲｈを含む場合の開始条件の例について説明する。図７は、Ｒｈ₂Ｏ₃の状態図である（出典：V. K. Tagirov, D. M. Chizhikov, E. K. Kazenas, and L. K. Shubochkin, Zh. Neorg. Khim., Title: Study of thermal dissociation of ruthenium dioxide and rhodium sesquioxide, Journal: Zhurnal Neorganicheskoj Khimii; v. 20(8);p. 2035-2037 (1975)）。図７の縦軸は酸素分圧であり、横軸は温度である。図７中の太い直線は、Ｒｈ₂Ｏ₃とＲｈとが平衡状態となる酸素分圧と温度との関係を示す直線（平衡線）である。この平衡線に基づいて、測定電極４４の構成材料（ここではＲｈ）の酸化物（ここではＲｈ₂Ｏ₃）の還元に適した状態（すなわち図７では温度と酸素分圧との対応する点が平衡線の左下の領域内に位置する状態）で起動時測定用ポンプ制御処理が行われるように、起動時測定用ポンプ制御処理の開始条件を定めてもよい。例えば、起動時測定用ポンプ制御処理の起動時目標値Ｖ２ａ＊に対応する第３内部空所６１の酸素分圧の対数（ｌｏｇＰ_O2）が－２であった場合（すなわち酸素分圧が０．０１Ｔｏｒｒであった場合）、図７の状態図に追記した破線で示すように、平衡線上でこの酸素分圧に対応する測定電極４４の温度はＴａ℃（約６３０℃）である。そのため、起動時測定用ポンプ制御処理によって電圧Ｖ２が起動時目標値Ｖ２ａ＊付近になっており且つ測定電極４４の温度がＴａ℃以上となっていれば、Ｒｈ₂Ｏ₃はＲｈに還元されやすい。そこで、測定電極４４の温度がＴａ℃以上になった場合に起動時測定用ポンプ制御処理を開始できるように、起動時測定用ポンプ制御処理の開始条件を定めてもよい。例えば、測定電極４４の温度をＴａ℃以上にするために必要なヒータ温度Ｔｈの下限値として、閾値Ｔｈｒｅｆを定めてもよい。あるいは、ヒータ７２に通電を開始してから所定時間が経過したときに起動時測定用ポンプ制御処理を開始することとし、その所定時間を、ヒータ制御処理の開始から測定電極４４の温度がＴａ℃以上になるまでに要する時間に基づいて定めてもよい。なお、図７からもわかるように、測定電極４４の温度が高いほど、且つ第３内部空所６１の酸素分圧が小さいほど、Ｒｈ₂Ｏ₃は還元されやすい。言い換えると、第３内部空所６１の酸素分圧が小さいほど、起動時測定用ポンプ制御処理の開始に適した測定電極４４の温度は低くなる。そのため、起動時目標値Ｖ２ａ＊を大きい値にすれば、その分だけヒータ制御処理の開始から短時間で起動時測定用ポンプ制御処理を開始できることになる。ただし、上述したように電圧Ｖｐ２が１５００ｍＶ以上とならないような値として起動時目標値Ｖ２ａ＊を定めることが好ましいため、この点も考慮して起動時目標値Ｖ２ａ＊が大きくなりすぎないように、起動時目標値Ｖ２ａ＊の値を設定することが好ましい。また、上述したように起動時測定用ポンプ制御処理は固体電解質が活性化してから行うことが好ましいため、固体電解質の活性化に必要な温度と、測定電極４４の構成材料の酸化物の還元に適した温度と、のうち高い方の温度に基づいて、起動時測定用ポンプ制御処理の開始条件を定めることが好ましい。測定電極４４が構成材料としてＰｔを含む場合も、上述した例と同様にＰｔの状態図に基づいてＰｔの酸化物の還元に適した起動時測定用ポンプ制御処理の開始条件を定めてもよい。また、測定電極４４が構成材料としてＰｔとＲｈとの両方を含む場合は、Ｐｔの酸化物の還元に適した温度と、Ｒｈの酸化物の還元に適した温度と、のうち高い方の温度に基づいて、起動時測定用ポンプ制御処理の開始条件を定めることが好ましい。

　上述した実施形態では、ＣＰＵ９２は、起動時測定用ポンプ制御処理を開始すると同時に調整用ポンプ制御処理（主ポンプ制御処理及び補助ポンプ制御処理）も開始したが、これに限られない。調整用ポンプ制御処理の開始タイミングと起動時測定用ポンプ制御処理の開始タイミングとの間に時間差があってもよい。調整用ポンプセル（主ポンプセル２１及び補助ポンプセル５０）の方が測定用ポンプセル４１よりも酸素を汲み出す能力が高いため、起動時測定用ポンプ制御処理の開始と同時又はそれよりも前に、調整用ポンプ制御処理（主ポンプ制御処理及び補助ポンプ制御処理）を開始することが好ましい。また、起動時測定用ポンプ制御処理中は調整用ポンプ制御処理（主ポンプ制御処理及び補助ポンプ制御処理）も行うことが好ましい。

　上述した実施形態では、酸素濃度調整室は第１内部空所２０と第２内部空所４０とを有していたが、これに限らず例えば酸素濃度調整室がさらに別の内部空所を備えていてもよいし、第１内部空所２０と第２内部空所４０との一方を省略してもよい。同様に、上述した実施形態では調整用ポンプセルは主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０とを有していたが、これに限らず例えば調整用ポンプセルがさらに別のポンプセルを備えていてもよいし、主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０との一方を省略してもよい。例えば、主ポンプセル２１のみで被測定ガスの酸素濃度を十分低くすることができる場合は、補助ポンプセル５０を省略してもよい。この場合、ＣＰＵ９２は、調整用ポンプ制御処理として、例えば酸素濃度調整室（第１内部空所２０）の酸素濃度が目標濃度となるように主ポンプセル２１を制御する処理を行ってもよい。より具体的には、目標値Ｖ０＊を予め定めておき、ＣＰＵ９２は、電圧Ｖ０が目標値Ｖ０＊となるように（つまり第１内部空所２０の酸素濃度が目標濃度となるように）可変電源２４のポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバック制御することで、主ポンプセル２１を制御してもよい。この場合、ＣＰＵ９２は、主ポンプセル２１の動作に基づいて、第１内部空所２０の酸素濃度が安定したと判定した場合に、起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行ってもよい。例えば、ＣＰＵ９２は、電圧Ｖ０の値又はポンプ電流Ｉｐ０の値に基づいて、第１内部空所２０の酸素濃度が安定したか否かを判定してもよい。より具体的には、ＣＰＵ９２は、電圧Ｖ０が所定の閾値以上に到達したときに第１内部空所２０の酸素濃度が安定したと判定してもよいし、ポンプ電流Ｉｐ０が一度上昇してから下降して所定の閾値以下に到達したときに第１内部空所２０の酸素濃度が安定したと判定してもよい。

　上述した実施形態では、外側ポンプ電極２３は、主ポンプセル２１の一部でありセンサ素子１０１の外側の被測定ガスに晒される部分に配設された外側主ポンプ電極と、補助ポンプセル５０の一部でありセンサ素子１０１の外側の被測定ガスに晒される部分に配設された外側補助ポンプ電極と、測定用ポンプセル４１の一部でありセンサ素子１０１の外側の被測定ガスに晒される部分に配設された外側測定電極と、を兼ねていたが、これに限られない。外側主ポンプ電極，外側補助ポンプ電極，及び外側測定電極のうちのいずれか１以上を、外側ポンプ電極２３とは別にセンサ素子１０１の外側に設けてもよい。

　上述した実施形態では、外側ポンプ電極２３はセンサ素子１０１の外部に露出しているが、これに限らず外側ポンプ電極２３は被測定ガスと接触するように素子本体（層１～６）の外側に設けられていればよい。例えば、センサ素子１０１が素子本体（層１～６）を被覆する多孔質保護層を備えており、外側ポンプ電極２３も多孔質保護層に被覆されていてもよい。

　上述した実施形態では、ガスセンサ１００のセンサ素子１０１は第１内部空所２０，第２内部空所４０，第３内部空所６１を備えるものとしたが、これに限られない。例えば、図８のセンサ素子２０１のように、第３内部空所６１を備えないものとしてもよい。図８に示した変形例のセンサ素子２０１では、第２固体電解質層６の下面と第１固体電解質層４の上面との間には、ガス導入口１０と、第１拡散律速部１１と、緩衝空間１２と、第２拡散律速部１３と、第１内部空所２０と、第３拡散律速部３０と、第２内部空所４０とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。また、測定電極４４は、第２内部空所４０内の第１固体電解質層４の上面に配設されている。測定電極４４は、第４拡散律速部４５によって被覆されてなる。第４拡散律速部４５は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）などのセラミックス多孔体にて構成される膜である。第４拡散律速部４５は、上述した実施形態の第４拡散律速部６０と同様に、測定電極４４に流入するＮＯｘの量を制限する役割を担う。また、第４拡散律速部４５は、測定電極４４の保護膜としても機能する。補助ポンプ電極５１の天井電極部５１ａは、測定電極４４の直上まで形成されている。このような構成のセンサ素子２０１であっても、上述した実施形態と同様に例えばポンプ電流Ｉｐ２に基づいてＮＯｘ濃度を検出できる。この場合、測定電極４４の周囲が測定室として機能することになる。

　上述した実施形態では、センサ素子１０１の素子本体は複数の固体電解質層（層１～６）を有する積層体としたが、これに限られない。センサ素子１０１の素子本体は、酸素イオン伝導性の固体電解質層を少なくとも１つ含み、且つ被測定ガス流通部が内部に設けられていればよい。例えば、図１において第２固体電解質層６以外の層１～５は固体電解質以外の材質からなる構造層（例えばアルミナからなる層）としてもよい。この場合、センサ素子１０１が有する各電極は第２固体電解質層６に配設されるようにすればよい。例えば、図１の測定電極４４は第２固体電解質層６の下面に配設すればよい。また、基準ガス導入空間４３を第１固体電解質層４の代わりにスペーサ層５に設け、大気導入層４８を第１固体電解質層４と第３基板層３との間に設ける代わりに第２固体電解質層６とスペーサ層５との間に設け、基準電極４２を第３内部空所６１よりも後方且つ第２固体電解質層６の下面に設ければよい。

　上述した実施形態では、制御装置９０は、主ポンプ制御処理において、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊となるようにポンプ電流Ｉｐ１に基づいて電圧Ｖ０の目標値Ｖ０＊を設定（フィードバック制御）し、電圧Ｖ０が目標値Ｖ０＊となるようにポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバック制御したが、他の制御を行ってもよい。例えば、制御装置９０は、主ポンプ制御処理において、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊となるように、ポンプ電流Ｉｐ１に基づいてポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバック制御してもよい。すなわち、制御装置９０は、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０からの電圧Ｖ０の取得及び目標値Ｖ０＊の設定を省略して、ポンプ電流Ｉｐ１に基づいて直接的にポンプ電圧Ｖｐ０を制御（ひいてはポンプ電流Ｉｐ０を制御）してもよい。この場合も、ＣＰＵ９２は、起動時測定用ポンプ制御処理の終了条件が成立したか否かの判定を、例えば上述した図３のステップＳ１３０又は図５のステップＳ２３０の処理を用いて行うことができる。

　上述した実施形態では、ガスセンサ１００は特定ガス濃度としてＮＯｘ濃度を検出したが、これに限らず他の酸化物濃度を特定ガス濃度としてもよい。特定ガスが酸化物の場合には、上述した実施形態と同様に特定ガスそのものを第３内部空所６１で還元したときに酸素が発生するから、ＣＰＵ９２はこの酸素に応じた検出値に基づいて特定ガス濃度を検出できる。また、特定ガスがアンモニアなどの非酸化物であってもよい。特定ガスが非酸化物の場合には、特定ガスが例えば第１内部空所２０で酸化物に変換（例えばアンモニアであれば酸化されてＮＯに変換）されることで、変換後の酸化物が第３内部空所６１で還元したときに酸素が発生するから、ＣＰＵ９２はこの酸素に応じた検出値を取得して特定ガス濃度を検出できる。このように、特定ガスが酸化物と非酸化物とのいずれであっても、ガスセンサ１００は、特定ガスに由来して第３内部空所６１で発生する酸素に基づいて特定ガス濃度を検出できる。

　上述した実施形態において、測定電極４４の体積に応じて起動時目標値Ｖ２ａ＊の値を設定してもよい。本発明者らは、起動時目標値Ｖ２ａ＊が同じであっても測定電極４４の体積によってライトオフ時間が異なる場合があること、起動時目標値Ｖ２ａ＊の値が高すぎても低すぎてもライトオフ時間を短縮する効果が小さくなる場合があり最適な起動時目標値Ｖ２ａ＊の値が存在すること、及び測定電極４４の体積が変化すると最適な起動時目標値Ｖ２ａ＊の値も変化すること、などを見出した。これについて以下で詳説する。

　本発明者らは、測定電極４４の体積Ｃ［ｍｍ³］と、起動時目標値Ｖ２ａ＊と通常時目標値Ｖ２ｂ＊との差ΔＶ（＝Ｖ２ａ＊－Ｖ２ｂ＊）［ｍＶ］と、ライトオフ時間［ｓｅｃ］と、の関係を以下のようにして調べた。まず、図１～２を用いて説明した上述した実施形態のセンサ素子１０１及びガスセンサ１００を実験例１とした。実験例１における測定電極４４の体積Ｃは、４×１０^-3ｍｍ³とした。測定電極４４は、上述したようにＰｔ及びＲｈとＺｒＯ₂との多孔質サーメット電極とした。また、測定電極４４の厚み及び前後方向の長さを変更することで体積Ｃを表１に示すように種々変更した点以外は実験例１と同様のガスセンサ１００を実験例２～５とした。具体的には、実験例２は実験例１と比べて測定電極４４の厚みを２倍とした。実験例３は実験例２と比べて測定電極４４の厚みを２倍とした。実験例４は実験例２と比べて測定電極４４の厚みを１．５倍且つ前後方向の長さを２倍とした。実験例５は実験例２と比べて測定電極４４の厚みを２倍且つ前後方向の長さを２倍とした。実験例１のガスセンサ１００について、起動時目標値Ｖ２ａ＊を５００ｍＶとし、通常時目標値Ｖ２ｂ＊を４００ｍＶとして（したがって差ΔＶを１００ｍＶとして）、図３に示した起動時制御処理を行った場合のライトオフ時間を調べた。同様に、実験例１のガスセンサ１００において起動時目標値Ｖ２ａ＊を変更することで差ΔＶを表１に示すように１１０ｍＶ～２００ｍＶの間で１０ｍＶずつ変更して、それぞれの場合のライトオフ時間を調べた。実験例２～５のガスセンサ１００においても、同様に差ΔＶを１００ｍＶ～２００ｍＶの間で変更して、それぞれの場合のライトオフ時間を調べた。表１に、実験例１～５の各々における、測定電極４４の体積Ｃと、起動時目標値Ｖ２ａ＊と通常時目標値Ｖ２ｂ＊との差ΔＶ（＝Ｖ２ａ＊－Ｖ２ｂ＊）に対応するライトオフ時間と、をまとめて示す。図９は、表１をグラフにしたものであり、測定電極４４の体積Ｃと、差ΔＶと、ライトオフ時間との関係を示すグラフである。なお、実験例１～５のいずれも、差ΔＶが１００ｍＶ～２００ｍＶの範囲内にある場合は、起動時測定用ポンプ制御処理を行わない場合（言い換えると差ΔＶが０ｍＶの場合）よりもライトオフ時間は短い。そのため、実験例１～５はいずれも本発明の実施例に相当する。

　表１及び図９から分かるように、差ΔＶが大きいほどライトオフ時間が短くなるとは限らない、言い換えると起動時目標値Ｖ２ａ＊が高いほどライトオフ時間が短くなるとは限らないことが確認された。例えば実験例３では、差ΔＶが１６０ｍＶの場合にライトオフ時間が最も短くなっており、差ΔＶが１６０ｍＶよりも低くなるか又は高くなるほどライトオフ時間が長くなる傾向が確認された。実験例２，４も同様の傾向が確認された。実験例１は、差ΔＶが１００ｍＶ～２００ｍＶの範囲では、差ΔＶが大きいほどライトオフ時間が長くなる傾向が確認された。そのため、実験例１では、最もライトオフ時間を短くできる差ΔＶの値が１００ｍＶ未満であると推測される。実験例５は、差ΔＶが１００ｍＶ～２００ｍＶの範囲では、差ΔＶが大きいほどライトオフ時間が短くなる傾向が確認された。そのため、実験例５は、最もライトオフ時間を短くできる差ΔＶの値が２００ｍＶより大きいと推測される。

　測定電極４４の体積Ｃと、差ΔＶと、ライトオフ時間との関係が上記のような傾向となる理由について説明する。まず、本発明者らは、起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理に切り替わる際に、ポンプ電流Ｉｐ２のアンダーシュートが生じる場合があることを見出した。図１０は、ポンプ電流Ｉｐ２のアンダーシュートの一例を示すグラフである。図１０中の時刻ｔ０，ｔ１，ｔ３は、図４に示した各時刻と同じである。図１０に示すように、時刻ｔ３において起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えが行われると、ポンプ電流Ｉｐ２が直ちに被測定ガス中のＮＯｘ濃度に対応する値になるのではなく、ポンプ電流Ｉｐ２のアンダーシュートが生じ、その後の時刻ｔ３’以降にポンプ電流Ｉｐ２の値が被測定ガス中のＮＯｘ濃度に対応する値になる場合がある。この場合のライトオフ時間は時刻ｔ０～ｔ３’までの時間となるため、アンダーシュートが生じている期間（時刻ｔ３～ｔ３’）の分だけライトオフ時間が長くなる。

　このようなアンダーシュートが生じる理由は、以下のように考えられる。起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理に切り替わると、電圧Ｖ２の目標値が起動時目標値Ｖ２ａ＊から通常時目標値Ｖ２ｂ＊（＜Ｖ２ａ＊）に変化するから、切り替わった直後の第３内部空所６１の酸素濃度は通常時目標値Ｖ２ｂ＊に対応する酸素濃度よりも低くなっている場合がある。そのため、通常時測定用ポンプ制御処理に切り替わった直後において、制御部９１は、第３内部空所６１の酸素濃度を通常時目標値Ｖ２ｂ＊に対応する酸素濃度まで上昇させるべく、第３内部空所６１から酸素を汲み出すのではなく第３内部空所６１に酸素を汲み入れるように測定用ポンプセル４１を制御する場合がある。この場合、ポンプ電流Ｉｐ２は負の値になる（起動時測定用ポンプ制御処理中のポンプ電流Ｉｐ２に対して正負が逆になる）。また、起動時測定用ポンプ制御処理中には、測定電極４４に印加される電圧Ｖｐ２に起因して被測定ガス中の水が分解されて水素が発生する場合がある。そして、通常時測定用ポンプ制御処理に切り替わった後にこの水素が酸素と反応することで第３内部空所６１内の酸素濃度が低下するため、これによってもポンプ電流Ｉｐ２が減少したり負の値になったりする場合がある。また、測定電極４４の体積Ｃが大きいほど、測定電極４４の表面積（測定電極４４の外表面に限らず、測定電極４４内部の気孔の表面積も含む）が大きくなることから、体積Ｃが大きいほど、起動時測定用ポンプ制御処理中に発生する水素の量は多くなる傾向にある。以上のことから、差ΔＶ（＝Ｖ２ａ＊－Ｖ２ｂ＊）が大きいほど、及び体積Ｃが大きいほど、起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替え時に生じるアンダーシュートが生じている期間も長くなり、ライトオフ時間が長くなる傾向にある。

　一方で、差ΔＶ（＝Ｖ２ａ＊－Ｖ２ｂ＊）が大きいほど、起動時測定用ポンプ制御処理においてセンサ素子１０１の起動前から第３内部空所６１内に存在する酸素を速やかに除去できる。そのため、差ΔＶ（＝Ｖ２ａ＊－Ｖ２ｂ＊）が大きいほど、起動時測定用ポンプ制御処理が行われる時間（例えば図１０の時刻ｔ１～ｔ３）が短くなり、ライトオフ時間が短くなる傾向にある。そして、起動時測定用ポンプ制御処理が行われる時間（例えば図１０の時刻ｔ１～ｔ３）と、アンダーシュートが生じている時間（例えば図１０の時刻ｔ３～ｔ３’）との合計時間が小さいほど、ライトオフ時間（例えば図１０の時刻ｔ０～ｔ３’）を短くすることができる。

　以上のことから、起動時目標値Ｖ２ａ＊の値、より正確には差ΔＶが小さすぎると、起動時測定用ポンプ制御処理が行われる時間が長くなる（起動前から第３内部空所６１内に存在する酸素を汲み出すのに要する時間が長くなる）ことでライトオフ時間を短縮する効果が小さくなると考えられる。また、差ΔＶが大きすぎると、アンダーシュートが生じている時間が長くなることでライトオフ時間を短縮する効果が小さくなると考えられる。そのため、あるセンサ素子１０１に対してライトオフ時間の短縮効果が最も高くなる最適な差ΔＶが存在すると考えられる。また、上記のように測定電極４４の体積Ｃによってもアンダーシュートが生じている時間が変化するから、体積Ｃが変化するとライトオフ時間の短縮効果が最も高くなる最適な差ΔＶも変化し、具体的には体積Ｃが大きいほど最適な差ΔＶが大きくなる傾向にあると考えられる。以上の理由で、測定電極４４の体積Ｃと、差ΔＶと、ライトオフ時間との関係が表１及び図９に示した関係になっていると考えられる。

　ここで、測定電極４４の体積Ｃは、８×１０^-3ｍｍ³以上が好ましい。体積Ｃが８×１０^-3ｍｍ³以上では、測定用ポンプセル４１による測定電極４４の周囲の酸素の汲み出し能力が十分高くなる。したがって、実験例１と比べて体積Ｃが８×１０^-3ｍｍ³以上である実験例２～５が好ましい。また、差ΔＶが大きすぎると、起動時測定用ポンプ制御処理時の電圧Ｖｐ２が高い値になり、上述したようにセンサ素子１０１が黒化して使用できなくなる可能性がある。また、起動時測定用ポンプ制御処理時の電圧Ｖｐ２が高すぎると、測定電極４４に過剰な電圧Ｖｐ２が印加されることで測定電極４４の劣化が促進されて、測定電極４４の抵抗値が増加したり、それによりＮＯｘ濃度検出の感度が低下する可能性がある。そのため、差ΔＶは２００ｍＶ以下が好ましい。そして、図９の結果から、実験例５よりも体積Ｃが大きくなると、差ΔＶが２００ｍＶ以下の範囲ではライトオフ時間の短縮効果が小さくなると推測される。したがって、体積Ｃは実験例５の値以下、すなわち３２×１０^-3ｍｍ³以下が好ましいと考えられる。また、実験例２～５においてライトオフ時間を最小値及びその付近にすることができ且つ差ΔＶが２００ｍＶを超えない範囲として、差ΔＶは１２０ｍＶ以上２００ｍＶ以下とすることが好ましい。以上のことから、体積Ｃは８×１０^-3ｍｍ³以上３２×１０^-3ｍｍ³以下であることが好ましく、差ΔＶは１２０ｍＶ以上２００ｍＶ以下であることが好ましい。体積Ｃが大きいほど、ライトオフ時間の短縮効果を十分高くするために必要な差ΔＶが大きくなる傾向にあるが、体積Ｃが８×１０^-3ｍｍ³以上３２×１０^-3ｍｍ³以下、且つ差ΔＶが１２０ｍＶ以上２００ｍＶ以下であれば、上述した体積Ｃの下限及び差ΔＶの上限を満たしつつ、ライトオフ時間の短縮効果を十分高くすることができる。

　なお、測定電極４４の体積Ｃを調整するにあたり、測定電極４４の厚みは、例えば１０μｍ以上４０μｍ以下としてもよい。測定電極４４の上面の面積、言い換えると測定電極４４の左右の幅と前後の長さとの積は、０．２ｍｍ²以上１．２ｍｍ²以下としてもよい。測定電極４４の左右方向の幅は、０．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下としてもよい。また、差ΔＶを調整するにあたり、起動時目標値Ｖ２ａ＊は６００ｍＶ以下が好ましい。

　上述した実施形態において、ＣＰＵ９２は、測定用ポンプセル４１の動作に基づいて第３内部空所６１の酸素濃度が安定したと判定した場合に、起動時測定用ポンプ制御処理の終了条件が成立したと判定してもよい。例えば、ＣＰＵ９２は、起動時測定用ポンプ制御処理によって測定用ポンプセル４１に流れるポンプ電流Ｉｐ２が安定した場合に、第３内部空所６１の酸素濃度が安定したと判定して、起動時測定用ポンプ制御処理の終了条件が成立したと判定してもよい。本発明者らは、起動時測定用ポンプ制御処理中に、第３内部空所６１の酸素濃度が安定することによってポンプ電流Ｉｐ２が安定する安定領域が表れることを見出した。図１１はポンプ電流Ｉｐ２の安定領域，及びポンプ電流Ｉｐ２の１回微分値及び２回微分値の説明図である。図１１中の時刻ｔ０，ｔ１，ｔ３は、図４に示した各時刻と同じであり、時刻ｔ１で起動時測定用ポンプ制御処理が開始され、時刻ｔ３から通常時制御処理が開始されている。また、図１１中の時刻ｔ３’は図１０に示した時刻ｔ３’と同じである。図１１Ａに示すように、時刻ｔ１に起動時測定用ポンプ制御処理が開始されてから、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近で安定したと判定される時刻ｔ３（図１１ではポンプ電流Ｉｐ１は図示省略）までの間に、ポンプ電流Ｉｐ２が安定する安定領域が表れる場合がある。起動時測定用ポンプ制御処理では、ＣＰＵ９２は電圧Ｖ２が起動時目標値Ｖ２ａ＊になるように可変電源４６の電圧Ｖｐ２をフィードバック制御しているから、このときのポンプ電流Ｉｐ２が安定したということは、第３内部空所６１の酸素濃度が安定していると考えられ、起動前から第３内部空所６１に存在する酸素が起動時測定用ポンプ制御処理によって十分汲み出されたと考えられる。そのため、ポンプ電流Ｉｐ２が安定した場合に起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行うことで、起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを適切に行うことができる。なお、図１１に示すように、ポンプ電流Ｉｐ２の安定領域は時刻ｔ３より早いタイミングで表れる場合がある。例えば、被測定ガス中の酸素濃度が低い場合には、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近で安定するよりも早くポンプ電流Ｉｐ２が安定して、図１１のようにポンプ電流Ｉｐ２の安定領域が時刻ｔ３より早いタイミングで現れる場合がある。これは、第２内部空所４０より第３内部空所６１の方が空間の容積が小さいことや第２内部空所４０の酸素濃度の目標濃度よりも第３内部空所６１の酸素濃度の目標濃度が小さいことなどに起因すると考えられる。この場合、ポンプ電流Ｉｐ２が安定した場合に起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行うことで、上述した実施形態のようにポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近で安定した場合に切り替える場合と比べて早いタイミングで切り替えを行うことができる。これにより、センサ素子１０１のライトオフ時間をより短くすることもできる。また、逆に、ポンプ電流Ｉｐ２が安定する時刻よりもポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近で安定する時刻の方が早くなる場合もある。これは、上述したように補助ポンプセル５０は第３内部空所６１から第２内部空所４０に逆流しない酸素（測定電極４４の構成材料と結合している酸素や測定電極４４の閉気孔の中に存在する酸素分子）を汲み出すことができないことに起因する。この場合、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近で安定したときに起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行うと、第３内部空所６１内の酸素が十分汲み出されておらず切り替えが早すぎる場合がある。これに対して、ポンプ電流Ｉｐ２が安定した場合に起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行うことで、切り替えが早すぎることを抑制することもできる。

　ポンプ電流Ｉｐ２が安定したか否かの判定は、起動時測定用ポンプ制御処理によって測定用ポンプセル４１に流れるポンプ電流Ｉｐ２の１回微分値に基づいて行ってもよい。例えば、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、ポンプ電流Ｉｐ２が安定領域に到達すると、ポンプ電流Ｉｐ２の１回微分値（ｄＩｐ２／ｄｔ）が値０又は値０付近となる。そのため、この１回微分値が値０とみなせる場合（すなわちポンプ電流Ｉｐ２の傾きが０とみなせる場合）に、ポンプ電流Ｉｐ２が安定したと判定してもよい。例えば、図１１Ｂに示すポンプ電流Ｉｐ２の１回微分値の時間変化のグラフでは、１回微分値が値０になった時刻ｔｂにおいてポンプ電流Ｉｐ２が安定したと判定することができる。ＣＰＵ９２は、１回微分値が値０とみなせる所定の領域に含まれたときに、ポンプ電流Ｉｐ２が安定したと判定してもよい。この所定の領域は、例えば値０付近の領域としてもよいし、値０よりわずかに小さい所定の閾値を超える領域としてもよい。例えば、所定の閾値を－０．３［μＡ／ｓ］として、（ｄＩｐ２／ｄｔ）＞－０．３［μＡ／ｓ］を満たすときにポンプ電流Ｉｐ２が安定したと判定してもよい。ポンプ電流Ｉｐ２の１回微分値（ｄＩｐ２／ｄｔ）は、例えば所定の時間間隔でポンプ電流Ｉｐ２を繰り返し測定して、今回測定した値と前回測定した値との差を、所定の時間間隔で除した値として算出してもよい。また、図１１Ｂからもわかるように、時刻ｔ１で起動時測定用ポンプ制御処理が開始されてからポンプ電流Ｉｐ２が安定領域になる前にも、ポンプ電流Ｉｐ２の１回微分値が値０又は値０付近となる場合もある。そのため、ＣＰＵ９２は、起動時測定用ポンプ制御処理が開始されてポンプ電流Ｉｐ２が一度上昇してから減少し始めた時刻（ポンプ電流Ｉｐ２がピークを越えた時刻であり、例えば図１１Ｂでは時刻ｔａ）以降のポンプ電流Ｉｐ２の１回微分値に基づいて、ポンプ電流Ｉｐ２が安定したか否かの判定を行うことが好ましい。ＣＰＵ９２は、例えばポンプ電流Ｉｐ２が所定の閾値を一度超えてから所定の閾値未満になったときに、ポンプ電流Ｉｐ２が一度上昇してから減少し始めたと判定してもよい。あるいは、ＣＰＵ９２は、ポンプ電流Ｉｐ２の１回微分値が所定の閾値（負の値）を下回ったときに、ポンプ電流Ｉｐ２が一度上昇してから減少し始めたと判定してもよい。

　ポンプ電流Ｉｐ２が安定したか否かの判定は、起動時測定用ポンプ制御処理によって測定用ポンプセル４１に流れるポンプ電流Ｉｐ２の２回微分値に基づいて行ってもよい。例えば、図１１Ａ及び図１１Ｃに示すように、ポンプ電流Ｉｐ２が安定領域に到達すると、ポンプ電流Ｉｐ２の２回微分値（ｄ²Ｉｐ２／ｄｔ²）が値０又は値０付近となる。そのため、の２回微分値が値０とみなせる場合（すなわちポンプ電流Ｉｐ２の変曲点とみなせる場合）に、ポンプ電流Ｉｐ２が安定したと判定してもよい。例えば、図１２の下段に示すポンプ電流Ｉｐ２の２回微分値の時間変化のグラフでは、２回微分値が値０になった時刻ｔｃにおいてポンプ電流Ｉｐ２が安定したと判定することができる。ＣＰＵ９２は、２回微分値が値０とみなせる所定の領域に含まれたときに、ポンプ電流Ｉｐ２が安定したと判定してもよい。この所定の領域は、例えば値０付近の領域としてもよいし、値０よりわずかに大きい所定の閾値未満の領域としてもよい。ポンプ電流Ｉｐ２の２回微分値（ｄＩｐ２／ｄｔ）は、例えば所定の時間間隔でポンプ電流Ｉｐ２を繰り返し測定して１回微分値を繰り返し導出し、今回導出した１回微分値と前回導出した１回微分値との差を、所定の時間間隔で除した値として算出してもよい。２回微分値に基づいて判定を行う場合も、１回微分値に基づいて判定を行う場合と同様に、ＣＰＵ９２は、起動時測定用ポンプ制御処理が開始されてポンプ電流Ｉｐ２が一度上昇してから減少し始めた時刻以降のポンプ電流Ｉｐ２の２回微分値に基づいて、ポンプ電流Ｉｐ２が安定したか否かの判定を行うことが好ましい。また、ポンプ電流Ｉｐ２が一度上昇してから減少し始めた時刻以降、且つポンプ電流Ｉｐ２が安定する前にもポンプ電流Ｉｐ２の２回微分値が０付近になる場合がある（例えば図１１Ｃの時刻ｔａと時刻ｔｂとの間）。この場合とポンプ電流Ｉｐ２が安定した場合とを区別するため、ＣＰＵ９２は、ポンプ電流Ｉｐ２が一度上昇してから減少し始めた時刻以降、且つポンプ電流Ｉｐ２の２回微分値が値０とみなせる所定の領域より高い状態から値０とみなせる領域に含まれたとき（２回微分値が減少して値０とみなせる所定の領域に入ったとき）に、ポンプ電流Ｉｐ２が安定したと判定してもよい。

　なお、上述した実施形態で説明したように、被測定ガス中のＮＯｘ濃度が時々刻々と変動するとポンプ電流Ｉｐ２の値はＮＯｘ濃度に応じて変動する。そのため、起動時測定用ポンプ制御処理中に被測定ガス中のＮＯｘ濃度が変動するとポンプ電流Ｉｐ２の安定領域が表れない場合がある。したがって、ＣＰＵ９２は、被測定ガス中のＮＯｘ濃度が安定しているとみなせる場合に、ポンプ電流Ｉｐ２が安定したか否かに基づいて起動時測定用ポンプ制御処理の終了条件が成立したか否かを判定することが好ましい。被測定ガス中のＮＯｘ濃度が安定しているとみなせる場合には、被測定ガス中にＮＯｘがないとみなせる場合も含まれる。被測定ガス中のＮＯｘ濃度が安定しているとみなせる場合の具体例としては、内燃機関の低負荷運転中、アイドリング中、及びガスセンサ１００が取り付けられた車両の減速中などが挙げられる。また、ガスセンサ１００が取り付けられた車両がハイブリッド車である場合には、ハイブリッド車の電気運転時（エンジン停止時）も、被測定ガス中のＮＯｘ濃度が安定しているとみなせる場合の具体例として挙げられる。ＣＰＵ９２は、内燃機関の図示しないエンジンＥＣＵから取得する情報に基づいて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度が安定しているとみなせるか否か（例えば上記の具体例のいずれかに該当するか否か）を判定して、肯定判定の場合にポンプ電流Ｉｐ２が安定したか否かを判定してもよい。

　あるいは、ＣＰＵ９２は、第３内部空所６１の酸素濃度が安定したか否かに基づいて起動時測定用ポンプ制御処理の終了条件が成立したか否かを判定する処理と、上述したいずれかの態様で起動時測定用ポンプ制御処理の終了条件が成立したか否かを判定する処理とを、組み合わせて行ってもよい。すなわち、起動時測定用ポンプ制御処理の終了条件が成立したか否かを、複数の条件のうちいずれかが成立したか否かによって行ってもよい。こうすれば、第３内部空所６１の酸素濃度が安定したか否かに基づいて起動時測定用ポンプ制御処理の終了条件が成立したか否かを判定できない場合（例えば被測定ガス中のＮＯｘ濃度が変動している場合）でも、他の条件が成立したか否かの判定（例えば上述した図３のステップＳ１３０の判定）によって起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行うことができる。また、この場合は被測定ガス中のＮＯｘ濃度が安定しているとみなせるか否かの判定を省略できる。

　このように複数の判定を組み合わせて起動時測定用ポンプ制御処理の終了条件が成立したか否かを判定する場合の一例について説明する。図１２は、変形例の起動時制御処理の一例を示すフローチャートである。図１２において、図３と同じ処理については図３と同じステップ番号を付して、その説明を省略する。図１２の起動時制御処理では、ステップＳ１２０で起動時測定用ポンプ制御処理を開始した後、ＣＰＵ９２は、測定室（ここでは第３内部空所６１）の酸素濃度が安定したか否かを判定する（ステップＳ１２５）。例えば、ＣＰＵ９２は、ポンプ電流Ｉｐ２が一度上昇してから減少し始めており、且つ、ポンプ電流Ｉｐ２の１回微分値と２回微分値との少なくともいずれかに基づいてポンプ電流Ｉｐ２が安定したと判定した場合に、第３内部空所６１の酸素濃度が安定したと判定する。ポンプ電流Ｉｐ２が上昇中である場合、上昇後であるが減少し始める前である場合、又はポンプ電流Ｉｐ２が安定していない場合には、ステップＳ１２５で第３内部空所６１の酸素濃度が安定していないと判定して、ステップＳ１３０の処理を行う。ステップＳ１３０で否定判定だった場合には、ステップＳ１２５の処理を実行する。ＣＰＵ９２は、ステップＳ１２５とステップＳ１３０とのいずれかで肯定判定をすると、ステップＳ１４０を実行して通常時制御処理に移行する。この図１２の起動時制御処理では、ポンプ電流Ｉｐ２の安定領域が表れる場合にはステップＳ１２５の処理によって通常時制御処理に移行できるため、起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを適切に行うことができる。また、ポンプ電流Ｉｐ２の安定領域が表れない場合でも、ステップＳ１３０の処理によって時刻ｔ３には通常時制御処理に移行できるため、確実に通常時制御処理に移行できる。図１２ではステップＳ１２５とステップＳ１３０とを組み合わせて起動時測定用ポンプ制御処理の終了条件が成立したか否かを判定したが、ステップＳ１２５と図５のステップＳ２３０とを組み合わせてもよいし、ステップＳ１２５，Ｓ１３０，及びＳ２３０を組み合わせてもよい。図１２の起動制御処理において、被測定ガス中のＮＯｘ濃度が安定しているとみなせるか否かの判定を追加してもよい。例えば、ＣＰＵ９２は、図１２のステップＳ１２０の後、被測定ガス中のＮＯｘ濃度が安定しているとみなせるか否かの判定を行い、ＮＯｘ濃度が安定しているとみなせる場合にはステップＳ１２５の判定を行い、ＮＯｘ濃度が安定しているとみなせない場合にはステップＳ１３０の判定を行ってもよい。そして、ＣＰＵ９２は、ステップＳ１２５又はステップＳ１３０において否定判定をした場合には被測定ガス中のＮＯｘ濃度が安定しているとみなせるか否かの判定を再び行い、ステップＳ１２５又はステップＳ１３０において肯定判定をした場合にはステップＳ１４０を行ってもよい。言い換えると、被測定ガス中のＮＯｘ濃度が安定しているとみなせる場合には、ステップＳ１３０の判定を行わないようにしてもよい。こうすることで、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊付近で安定する時刻が早くステップＳ１３０の判定を用いると起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えが早すぎてしまう場合でも、ＮＯｘ濃度が安定している場合であればステップＳ１２５の判定を行うため、早すぎない適切なタイミングで切替を行うことができる。

　上述した実施形態の補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１（補助ポンプ用電圧検出センサセルの一例）が検出する電圧Ｖ１（補助ポンプ用電圧の一例）には、補助ポンプ電極５１の周辺と基準電極４２の周辺との酸素濃度差に基づく起電力の他に、補助ポンプ電極５１と基準電極４２との間の温度差に基づく熱起電力も含まれる。そこで、上述した通常時制御処理において、電圧Ｖ１に含まれる熱起電力を考慮した補正を行ってもよい。具体的には、通常時制御処理の初期において、初期よりも後の期間と比較して電圧Ｖ１の目標値Ｖ１＊を高い値に補正する補正処理を行ってもよい。ここで、まず電圧Ｖ１に含まれる熱起電力について説明する。図１３は、熱起電力に起因する電圧Ｖ１の時間変化の一例を示すグラフである。図１３中の時刻ｔ０は図４に示した時刻ｔ０と同じである。なお、図１３では熱起電力に起因する電圧Ｖ１の時間変化をわかりやすくするために、補助ポンプ電極５１の周辺と基準電極４２の周辺との酸素濃度差が一定である場合の電圧Ｖ１の様子を示している。時刻ｔ０でヒータ制御処理が開始されると、補助ポンプ電極５１及び基準電極４２は共に加熱されて昇温していき、十分な時間が経過すると補助ポンプ電極５１及び基準電極４２の温度は安定し、両電極間の熱起電力もほぼ一定の値で安定する。しかし、両電極の温度が安定するまでの間に、両電極の昇温速度の違いにより両電極の温度差が一時的に大きくなる場合がある。両電極の温度差が一時的に大きい場合、両電極間の電圧Ｖ１に含まれる熱起電力も一時的に大きくなってしまう。そのため、例えば補助ポンプ電極５１の周辺と基準電極４２の周辺との酸素濃度差に基づく起電力が一定である場合でも、図１３中の実線で示すように電圧Ｖ１は時刻ｔ０でヒータ制御処理が開始された後に一時的に高い値になる。そして、時間の経過と共に両電極間の温度差が小さくなるにつれて電圧Ｖ１は減少していき、熱起電力が安定した時刻ｔｅで電圧Ｖ１は安定後の値Ａとなる。値Ａには、補助ポンプ電極５１の周辺と基準電極４２の周辺との酸素濃度差に基づく起電力と、両電極間の温度差が小さい値で安定した状態での両電極間の熱起電力と、が含まれる。そのため、例えば時刻ｔｅより前の時刻ｔｄでは、電圧Ｖ１には値Ａの他に補助ポンプ電極５１と基準電極４２との間の一時的に大きな熱起電力に基づく値Ｂが含まれるため、値Ｂの分だけ電圧Ｖ１は大きい値になってしまう。したがって、時刻ｔｄでは、実際の電圧Ｖ１の値（＝Ａ＋Ｂ）と、本来検出したい起電力である補助ポンプ電極５１の周辺と基準電極４２の周辺との酸素濃度差に基づく起電力の値（値Ａにほぼ等しい）とが、値Ｂの分だけずれてしまう。このように実際の電圧Ｖ１と、補助ポンプ電極５１の周辺と基準電極４２の周辺との酸素濃度差に基づく起電力との間のずれが一時的に大きくなっている状態では、上述した補助ポンプ制御処理を行っても補助ポンプ電極５１の周辺の酸素濃度を精度良く制御できない場合がある。具体的には、補助ポンプ制御処理において電圧Ｖ１が目標値Ｖ１＊となるように可変電源５２の電圧Ｖｐ１をフィードバック制御しても、電圧Ｖ１に一時的に大きな熱起電力が含まれているため、補助ポンプ電極５１の周辺と基準電極４２の周辺との酸素濃度差が本来調整したい酸素濃度差よりも小さい値に制御されてしまう。その結果、補助ポンプ電極５１周辺の酸素濃度が本来調整したい目標濃度よりも高い値（目標濃度よりも基準電極４２の周辺の酸素濃度に近い値）に制御されてしまう。そして、補助ポンプ電極５１周辺の酸素濃度が目標濃度よりも高い値に制御されると、第２内部空所４０で還元されるＮＯｘの量が変化して第３内部空所６１に到達するＮＯｘの量も変化してしまう。具体的には、補助ポンプ電極５１周辺の酸素濃度が目標濃度に制御されていると被測定ガス中のＮＯｘが第２内部空所４０でわずかに還元されるが、補助ポンプ電極５１周辺の酸素濃度が目標濃度よりも高い値に制御されるとＮＯｘの還元量が減少し、結果として第３内部空所６１に到達するＮＯｘ量が増大する場合がある。これにより、通常時測定用ポンプ制御処理で流れるポンプ電流Ｉｐ２が増大してしまい、ＮＯｘ濃度の検出値に誤差が生じる。図１４は、電圧Ｖ１に含まれる熱起電力に起因するポンプ電流Ｉｐ２の時間変化の一例を示すグラフである。図１４中の時刻ｔ０，ｔｄ，ｔｅは図１３に示した各時刻と同じである。なお、図１４では熱起電力に起因するポンプ電流Ｉｐ２の時間変化をわかりやすくするために、被測定ガス中のＮＯｘ濃度が一定である場合のポンプ電流Ｉｐ２の様子を示している。図１３の実線のように熱起電力に起因して電圧Ｖ１の値が一時的に大きくなると、図１４の実線に示すようにポンプ電流Ｉｐ２も上記の理由で一時的に増大してしまい、本来測定したい被測定ガス中のＮＯｘ濃度から誤差が生じる。そのため、例えば被測定ガス中のＮＯｘ濃度が一定である場合でも、図１４に示すようにポンプ電流Ｉｐ２は時刻ｔ０でヒータ制御処理が開始された後に一時的に高い値になる。そして、時間の経過と共に熱起電力が小さくなるにつれてポンプ電流Ｉｐ２は減少していき、熱起電力が安定した時刻ｔｅでポンプ電流Ｉｐ２は安定後の値Ｄ（本来測定したい被測定ガス中のＮＯｘ濃度に対応するポンプ電流Ｉｐ２の値）となる。そのため、例えば時刻ｔｅより前の時刻ｔｄでは、図１３の実線のように電圧Ｖ１が熱起電力に起因する値Ｂを含んでいることで、ポンプ電流Ｉｐ２が値Ｄより大きい値になり、その分だけＮＯｘ濃度の検出値の誤差が生じてしまい、ＮＯｘ濃度の検出精度が低下する。

　そこで、上述したように、通常時制御処理の初期において初期よりも後の期間と比較して電圧Ｖ１の目標値Ｖ１＊を高い値に補正する補正処理を行うこととした。このように通常時制御処理の初期において電圧Ｖ１の目標値Ｖ１＊を高くすることで、電圧Ｖ１に含まれる熱起電力が一時的に大きいことによる影響を小さくすることができる。これにより、補正処理を行わない場合と比較して、電圧Ｖ１に含まれる熱起電力が一時的に大きい場合に補助ポンプ電極５１の周辺の酸素濃度を精度良く制御できる。例えば、図１３の時刻ｔｄにおいて目標値Ｖ１＊を本来の値よりも値Ｂだけ高い値に補正すれば、熱起電力により電圧Ｖ１が一時的に値Ｂだけ大きいことによる影響を相殺して、第２内部空所４０の酸素濃度を目標濃度で制御することができる。その結果、図１４で示したポンプ電流Ｉｐ２の一時的な増大を抑制でき、ＮＯｘ濃度の検出精度の低下を抑制できる。

　目標値Ｖ１＊の補正は、時間が経過するほど補正量が小さくなる傾向となるように予め定められた補正パターンに基づいて行われてもよい。上述したように、補助ポンプ電極５１と基準電極４２との温度差は、時間が経過するにつれて小さくなる傾向にある。そのため、電圧Ｖ１に含まれる熱起電力も時間が経過するほど小さくなる傾向にある。そこで、時間が経過するほど補正量が小さくなる傾向となるように予め定められた補正パターンに基づいて電圧Ｖ１の目標値Ｖ１＊を補正することで、電圧Ｖ１に含まれる熱起電力が一時的に大きいことによる影響をより小さくすることができる。例えば、図１３に実線で示した電圧Ｖ１の時間変化の曲線に沿った補正パターンを予め実験により定めておき、時刻（例えば時刻ｔ０からの経過時間）と補正量（又は補正後の目標値Ｖ１＊の値）との対応関係を記憶部９４に記憶しておいてもよい。そして、ＣＰＵ９２は、この対応関係に基づいて現在時刻に対応する補正量を導出して、補正後の目標値Ｖ１＊を導出してもよい。こうすることで、図１３に実線で示した電圧Ｖ１の一時的な増大（値Ａからのずれ）を相殺して、図１４の破線で示す補正あり状態のポンプ電流Ｉｐ２のように、実線で示す補正無し状態のポンプ電流Ｉｐ２と比べてポンプ電流Ｉｐ２の値Ｄからのずれを小さくすることができる。なお、図１４に破線で示す補正あり状態のポンプ電流Ｉｐ２は値Ｄからわずかにずれているが、理想的には補正により値Ｄからのずれをゼロにすることができる。図１３に実線で示す電圧Ｖ１の時間変化のパターン、すなわち補助ポンプ電極５１と基準電極４２との間の熱起電力の時間変化のパターンは、ヒータ制御処理におけるヒータ７２の昇温パターンが同じであれば基本的に同じ時間変化のパターンとなる。そのため、予め実験により補正パターンを定めておくことができる。また、このように予め用意した補正パターンを用いることで、補助ポンプ電極５１と基準電極４２との間の熱起電力を測定することなく、目標値Ｖ１＊の補正を適切に行うことができる。

　なお、「時間が経過するほど補正量が小さくなる傾向」とは、例えば補正量が直線的に小さくなる場合，補正量が曲線的に小さくなる場合，及び補正量がステップ関数的に小さくなる場合などを含む。例えば、上記のように図１３に実線で示した電圧Ｖ１の時間変化の曲線に沿った補正パターンを用いる代わりに、図１３に破線で示したステップ関数的に小さくなる補正パターンを用いてもよい。この場合、破線で示した補正パターンと実線で示した実際の電圧Ｖ１の時間変化との差（例えば時刻ｔｄにおける値Ｃ）が大きくなりすぎないように（例えば１０ｍＶ以内になるように）、補正パターンを定めることが好ましい。あるいは、図１３に実線で示した電圧Ｖ１の時間変化の曲線に沿った補正パターンを用いる代わりに、この曲線に基づく近似直線に沿った補正パターンを用いてもよい。

　このように予め定めた補正パターンに基づいて目標値Ｖ１＊を補正する場合の一例について説明する。図１５は、補正処理の一例を示すフローチャートである。この補正処理は、図３，５，１２に示したステップＳ１４０の通常時制御処理が開始されると実行される。補正処理が開始されると、ＣＰＵ９２は、補正パターンに基づいて目標値Ｖ１＊の補正量ΔＶ１＊を導出する（ステップＳ３１０）。例えば、図１３に実線で示した曲線に沿った補正パターンが記憶部９４に記憶されている場合、ＣＰＵ９２はこの補正パターンから、現在時刻（例えばヒータ制御処理が開始された時刻ｔ０からの経過時間）に対応する補正量ΔＶ１＊を導出する。例えば現在時刻が図１３の時刻ｔｄであれば、ＣＰＵ９２は補正量ΔＶ１＊として値Ｂを導出する。続いて、ＣＰＵ９２は、導出した補正量ΔＶ１＊に基づいて目標値Ｖ１＊を補正する（ステップＳ３２０）。例えば、ＣＰＵ９２は、本来の目標値Ｖ１＊に補正量ΔＶ１＊を加算することで、補正後の目標値Ｖ１＊を導出する。次に、ＣＰＵ９２は、目標値Ｖ１＊の補正期間が終了したか否かを判定する（ステップＳ３３０）。例えば、ＣＰＵ９２は、現在時刻が、記憶部９４に記憶された補正パターンの最後の時刻を過ぎた場合や、予め定められた所定の時刻を過ぎた場合には、補正期間が終了したと判定する。例えば図１３における時刻ｔｅを過ぎた場合や、図１３における実線と値Ａとの差が無視できる程度の大きさになる時刻（時刻ｔｅより少し前の所定の時刻）を過ぎた場合に、ＣＰＵ９２は補正期間が終了したと判定する。ＣＰＵ９２は、ステップＳ３３０で補正期間が終了していないと判定した場合には、ステップＳ３１０の処理を実行する。これにより、補正期間が終了するまでの間は補正パターンに基づいて時間が経過するほど補正量が小さくなる傾向となるように補正後の目標値Ｖ１＊が設定される。そして、ＣＰＵ９２は、ステップＳ３３０で補正期間が終了したと判定すると、補正処理を終了する。こうすることで、通常時制御処理の初期、すなわち通常時制御処理が開始されてから補正期間が終了するまでの間は、補正後の目標値Ｖ１＊に基づいて補助ポンプ制御処理が行われるから、上述したように電圧Ｖ１に含まれる熱起電力が一時的に大きい場合でも補助ポンプ電極５１の周辺の酸素濃度を精度良く制御できる。その結果、ポンプ電流Ｉｐ２の一時的な増大を抑制でき、ＮＯｘ濃度の検出精度の低下を抑制できる。

　目標値Ｖ１＊の補正を予め定められた補正パターンに基づいて行う代わりに、以下のように行ってもよい。すなわち、ＣＰＵ９２は、補正処理において、主ポンプ制御処理中に主ポンプセル２１に流れるポンプ電流Ｉｐ０（主ポンプ電流の一例）が安定しているとみなせる場合には、ポンプ電流Ｉｐ０に基づいて導出されセンサ素子１０１の周囲の被測定ガス中の酸素濃度に対応する電圧Ｖｒｅｆである算出基準電圧Ｖｒｅｆｓと、センサセル８３（基準電圧検出センサセルの一例）が検出した電圧Ｖｒｅｆである実測基準電圧Ｖｒｅｆａと、の乖離が大きいほど補正量が大きくなる傾向で、補正処理における目標値Ｖ１＊を補正してもよい。ここで、主ポンプ制御処理は、上述したようにポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊になるように主ポンプセル２１を制御する処理であり、主ポンプ制御処理によって第１内部空所２０の酸素濃度を調整する際に流れるポンプ電流Ｉｐ０は、センサ素子１０１の周囲の被測定ガス中の酸素濃度と相関がある。また、電圧Ｖｒｅｆ（基準電圧の一例）はセンサ素子１０１の外側の外側ポンプ電極２３（被測定ガス側電極の一例）と基準電極４２との間の電圧であるから、センサ素子１０１の周囲の被測定ガス中の酸素濃度と相関がある。すなわち、ポンプ電流Ｉｐ０はセンサ素子１０１の周囲の被測定ガス中の酸素濃度と相関があり、センサ素子１０１の周囲の被測定ガス中の酸素濃度は電圧Ｖｒｅｆと相関がある。そのため、ポンプ電流Ｉｐ０が安定しているとみなせる場合には、ポンプ電流Ｉｐ０に基づいてセンサ素子１０１の周囲の被測定ガス中の酸素濃度に対応する電圧Ｖｒｅｆである算出基準電圧Ｖｒｅｆｓを導出することができる。算出基準電圧Ｖｒｅｆｓは、センサ素子１０１の周囲の被測定ガスと基準電極４２の周囲の基準ガスとの酸素濃度差に基づく起電力に相当する値である。一方、センサセル８３が実際に検出する電圧Ｖｒｅｆである実測基準電圧Ｖｒｅｆａには外側ポンプ電極２３と基準電極４２との間の熱起電力も含まれるから、両電極の温度差が一時的に大きい場合、実測基準電圧Ｖｒｅｆａに含まれる熱起電力も一時的に大きくなる。したがって、実測基準電圧Ｖｒｅｆａに含まれる熱起電力が大きいほど、主ポンプ電流Ｉｐ０に基づいて導出される算出基準電圧Ｖｒｅｆｓと、センサセル８３が実際に検出した実測基準電圧Ｖｒｅｆａとの乖離が大きくなる。また、外側ポンプ電極２３と基準電極４２との間の熱起電力が大きい場合は、補助ポンプ電極５１と基準電極４２との間の熱起電力も大きい場合が多い。そこで、算出基準電圧Ｖｒｅｆｓと実測基準電圧Ｖｒｅｆａとの乖離が大きいほど補正量が大きくなる傾向で補正処理における目標値Ｖ１＊の補正を行うことで、電圧Ｖ１に含まれる熱起電力が一時的に大きいことによる影響を小さくすることができる。これにより、上述した補正パターンを用いる場合と同様に、補正処理を行わない場合と比較して、電圧Ｖ１に含まれる熱起電力が一時的に大きい場合に補助ポンプ電極５１の周辺の酸素濃度を精度良く制御できる。その結果、ポンプ電流Ｉｐ２の一時的な増大を抑制でき、ＮＯｘ濃度の検出精度の低下を抑制できる。

　例えば、ポンプ電流Ｉｐ０と算出基準電圧Ｖｒｅｆｓとの対応関係を予め記憶部９４に記憶しておき、ＣＰＵ９２はこの対応関係と主ポンプセル２１を流れるポンプ電流Ｉｐ０の値とに基づいて、算出基準電圧Ｖｒｅｆｓを導出してもよい。算出基準電圧Ｖｒｅｆｓは、ヒータ制御処理が開始されてから時間が十分経過して外側ポンプ電極２３と基準電極４２との温度差が小さくなり両電極間の熱起電力が安定したあとの電圧Ｖｒｅｆの実測値に相当する値である。そのため、熱起電力が安定したあとの電圧Ｖｒｅｆの実測値と、そのときの主ポンプ制御中のポンプ電流Ｉｐ０の値との組み合わせを、センサ素子１０１の周囲の被測定ガス中の酸素濃度を変えて測定しておくことで、このような対応関係を予め定めておくことができる。この対応関係は、ポンプ電流Ｉｐ０の値が大きいほど（すなわちセンサ素子１０１の周囲の酸素濃度が高いほど）、算出基準電圧Ｖｒｅｆｓが小さくなる（すなわちセンサ素子１０１の周囲の被測定ガスと基準ガスとの酸素濃度差が小さくなる）ような対応関係となる。

　このように算出基準電圧Ｖｒｅｆｓと実測基準電圧Ｖｒｅｆａとに基づいて目標値Ｖ１＊を補正する場合の一例について説明する。図１６は、図１５とは別の補正処理の一例を示すフローチャートである。図１６では、図１５と同じ処理については図１５と同じステップ番号を付して、詳細な説明を省略する。図１６の補正処理は、図３，５，１２に示したステップＳ１４０の通常時制御処理が開始されると実行される。補正処理が開始されると、ＣＰＵ９２は、主ポンプ制御処理で流れるポンプ電流Ｉｐ０が安定しているか否かを判定する、言い換えるとセンサ素子１０１の周囲の被測定ガスの酸素濃度が安定しているか否かを判定する（ステップＳ３００）。例えば、ＣＰＵ９２は、ポンプ電流Ｉｐ０を所定時間毎に繰り返し測定し、ポンプ電流Ｉｐ０の今回の測定値と前回の測定値との差が所定の範囲内の値である場合に、ポンプ電流Ｉｐ０が安定したと判定する。あるいは、ＣＰＵ９２は、上述したポンプ電流Ｉｐ２が安定したか否かの判定と同様に、ポンプ電流Ｉｐ０の１回微分値又は２回微分値に基づいて、ポンプ電流Ｉｐ０が安定したか否かを判定してもよい。ステップＳ３００でポンプ電流Ｉｐ０が安定していないと判定した場合には、ＣＰＵ９２は図１５で説明したステップＳ３１０の処理を行って、予め記憶部９４に記憶された補正パターンに基づく補正量ΔＶ１＊を導出する。一方、ステップＳ３００でポンプ電流Ｉｐ０が安定していると判定した場合には、ＣＰＵ９２は、このときのポンプ電流Ｉｐ０と上述した対応関係とに基づいて、算出基準電圧Ｖｒｅｆｓを導出する（ステップＳ３１２）。続いて、ＣＰＵ９２は、導出した算出基準電圧Ｖｒｅｆｓとセンサセル８３が検出した現在の電圧Ｖｒｅｆである実測基準電圧Ｖｒｅｆａとに基づいて、目標値Ｖ１＊の補正量ΔＶ１＊を導出する（ステップＳ３１４）。例えば、ＣＰＵ９２は、実測基準電圧Ｖｒｅｆａと算出基準電圧Ｖｒｅｆｓとの差に基づいて補正量ΔＶ１＊を導出してもよい。実測基準電圧Ｖｒｅｆａと算出基準電圧Ｖｒｅｆｓとの差は、外側ポンプ電極２３と基準電極４２との間の熱起電力の一時的な増大分に相当する。そのため、この差が補助ポンプ電極５１と基準電極４２との間の熱起電力の一時的な増大分と同じであるとみなして、この差の値そのものを補正量ΔＶ１＊としてもよい。あるいは、実測基準電圧Ｖｒｅｆａと算出基準電圧Ｖｒｅｆｓとの差に所定の係数を乗じた値として補正量ΔＶ１＊を導出してもよい。ステップＳ３１０又はステップＳ３１４で補正量ΔＶ１＊を導出すると、ＣＰＵ９２は、ステップＳ３２０を行って、補正量ΔＶ１＊に基づく目標値Ｖ１＊の補正を行う。そして、ＣＰＵ９２は、ステップＳ３３０で補正期間が終了していないと判定するとステップＳ３００の処理を実行し、補正期間が終了したと判定すると、補正処理を終了する。ステップＳ３３０では、ステップＳ３１４で導出した補正量ΔＶ１＊がゼロとみなせる程度の小さい値である場合（例えば所定の閾値未満の値である場合）に、補正期間が終了したと判定してもよい。この図１６の補正処理を行うことで、ポンプ電流Ｉｐ０が安定している場合には算出基準電圧Ｖｒｅｆｓと実測基準電圧ｒｅｆａとに基づいて目標値Ｖ１＊を補正することができる。一方、ポンプ電流Ｉｐ０が安定していない場合には、予め定められた補正パターンに基づいて目標値Ｖ１＊を補正することができる。ステップＳ３１０とＳ３１４のいずれの処理で補正量ΔＶ１＊を導出する場合でも、電圧Ｖ１に含まれる熱起電力を考慮した補正を行うことができる。

　なお、通常時制御処理の初期において補助ポンプ電極５１及び基準電極４２の温度がまだ安定していない場合は、図１３で示したように電圧Ｖ１に一時的に増大した熱起電力が含まれることで、図１４で示したようにポンプ電流Ｉｐ２が一時的に増大するから、センサ素子１０１がライトオフするのは熱起電力が安定したとき（例えば図１４における時刻ｔｅ）となる。そのため、例えば図４の時刻ｔ３から通常時制御処理が開始された場合に、時刻ｔ３が図１４の時刻ｔｄであった場合には、補正処理を行わない状態では時刻ｔ３（時刻ｔｄ）からさらに時刻ｔｅまでの間はポンプ電流Ｉｐ２に誤差がありライトオフしないため、実際のライトオフ時間が長くなる場合がある。これに対して、補正処理を行ってポンプ電流Ｉｐ２の一時的な増大を抑制することで、例えば時刻ｔｄや時刻ｔｄの直後からセンサ素子１０１をライトオフさせることもでき、ライトオフ時間を短くすることができる。

　なお、センサ素子１０１の素子本体は、上述したように長手方向に沿った両端である前端及び後端を有する長尺な形状をしている。また、図１に示すように、補助ポンプ電極５１及び基準電極４２は素子本体の前端側（具体的には前後方向の中央よりも前端側）に配設され、且つ、基準電極４２は補助ポンプ電極５１と比べて前後方向で前端から遠い位置（すなわち後方）に配設されている。補助ポンプ電極５１と基準電極４２とがこのような位置関係で配設されている場合、ヒータ７２によるセンサ素子１０１の加熱が開始されてから両電極の温度が安定するまでの間に、補助ポンプ電極５１と基準電極４２との昇温速度の違いが生じて両電極の温度差が一時的に大きくなりやすい。そのため、上述した補正処理を行う意義が高い。なお、一般にセンサ素子１０１の各電極のうち内側ポンプ電極２２が最も先端側に位置しており、主ポンプセル２１は補助ポンプセル５０及び測定用ポンプセル４１と比べて酸素を汲み出す量が多いことから、各電極のうち内側ポンプ電極２２が最も高温になるようにヒータ７２が配設されている場合が多い。そのため、前後方向で補助ポンプ電極５１が基準電極４２よりも内側ポンプ電極２２に近い位置に配設されていることも、補助ポンプ電極５１と基準電極４２との温度差が一時的に大きくなりやすいことの原因として挙げられる。

　また、外側ポンプ電極２３はセンサ素子１０１の素子本体の前端側（具体的には前後方向の中央よりも前端側）に配設され、且つ、基準電極４２は外側ポンプ電極２３と比べて前後方向で前端から遠い位置（すなわち後方）に配設されている。外側ポンプ電極２３と基準電極４２とがこのような位置関係で配設されている場合、補助ポンプ電極５１と基準電極４２との間の温度差が一時的に大きくなっているときには外側ポンプ電極２３と基準電極４２との間の温度差も一時的に大きくなりやすい。そのため、このような電極の位置関係の場合には、算出基準電圧Ｖｒｅｆｓと実測基準電圧Ｖｒｅｆａとの乖離が大きいほど、電圧Ｖ１に含まれる熱起電力も大きくなりやすいため、上述した乖離に基づく補正に適している。なお、図１に示すように、前後方向で外側ポンプ電極２３が基準電極４２よりも内側ポンプ電極２２に近い位置に配設されていることも、外側ポンプ電極２３と基準電極４２との温度差が一時的に大きくなりやすいことの原因として挙げられる。

　なお、上述した実施形態では、外側ポンプ電極２３が、センサセル８３の一部であり被測定ガスと接触するようにセンサ素子１０１の素子本体の外側に設けられた被測定ガス側電極と他の電極（例えば主ポンプセル２１の外側主ポンプ電極）とを兼ねていたが、これに限られない。被測定ガス側電極を外側ポンプ電極２３とは別にセンサ素子１０１の素子本体の外側に設けてもよい。

　上述した実施形態では、ＣＰＵ９２は起動時測定用ポンプ制御処理を行ってから通常時制御処理に移行したが、起動時測定用ポンプ制御処理を行わなくてもよい。この場合、ヒータ制御処理を開始した後に、通常時制御処理を開始すればよい。例えば、ＣＰＵ９２は、図３，図５，図１２のステップＳ１１０で肯定判定をした場合に通常時制御処理を開始してもよい。この場合も、通常時制御処理の初期において上述した補正処理を行うことで、電圧Ｖ１に含まれる熱起電力が一時的に大きいことによる影響を小さくすることができ、ひいては特定ガス濃度の検出精度の低下を抑制できる。

　また、ＣＰＵ９２は通常時制御処理の開始前の、起動時制御処理中の補助ポンプ制御処理においても、上述した補正処理を行ってもよい。ただし、起動時制御処理中にはポンプ電流Ｉｐ２に基づく特定ガス濃度の検出を行わないため、補正処理を行う必要性は低い。

　本発明のガスセンサは、以下のように構成してもよい。

　本発明のガスセンサは、
　酸素イオン伝導性の固体電解質層を含み、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられた素子本体と、
　前記被測定ガスと接触するように前記素子本体の外側に設けられた外側測定電極と、前記被測定ガス流通部のうちの測定室に配設された内側測定電極と、を有し、前記内側測定電極の周囲から前記外側測定電極の周囲に酸素の汲み出しを行う測定用ポンプセルと、
　前記被測定ガス中の特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスと接触するように前記素子本体の内部に配設された基準電極と、
　前記基準電極と前記内側測定電極との間の測定用電圧を検出する測定用電圧検出センサセルと、
　を有するセンサ素子と、
　前記センサ素子の通常駆動時には前記測定用電圧が通常時目標値になるように前記測定用ポンプセルを制御して前記測定室の酸素を汲み出す通常時測定用ポンプ制御処理を行い、前記通常駆動時より前の前記センサ素子の起動時には、前記測定用電圧が前記通常時目標値よりも高い起動時目標値になるように前記測定用ポンプセルを制御して前記測定室の酸素を汲み出す起動時測定用ポンプ制御処理を行うポンプセル制御部と、
　前記通常時測定用ポンプ制御処理によって前記測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて、前記被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する特定ガス濃度検出部と、
　を備えたものである。

　このガスセンサでは、センサ素子の通常駆動時には、測定用電圧が通常時目標値になるように測定用ポンプセルを制御して測定室の酸素を汲み出す通常時測定用ポンプ制御処理が行われる。そして、通常時測定用ポンプ制御処理によって測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて、被測定ガス中の特定ガス濃度が検出される。また、このガスセンサでは、通常駆動時より前のセンサ素子の起動時には、測定用電圧が通常時目標値よりも高い起動時目標値になるように測定用ポンプセルを制御して測定室の酸素を汲み出す起動時測定用ポンプ制御処理が行われる。すなわち、起動時測定用ポンプ制御処理では、測定室の酸素濃度の目標値を通常駆動時よりも低い値として、測定室の酸素の汲み出しを行う。これにより、センサ素子の起動時から通常時測定用ポンプ制御処理を行う場合と比較して、センサ素子の起動前から測定室に存在する酸素を速やかに測定室から除去することができる。したがって、センサ素子のライトオフ時間が短くなる。ここで、センサ素子の起動前から測定室に存在する酸素としては、例えば、測定室内の空間に存在する酸素分子（Ｏ₂），内側測定電極の表面に付着した酸素分子（Ｏ₂），及び内側測定電極の構成材料と結合している（構成材料を酸化させている）酸素，が挙げられる。

　本発明のガスセンサは、前記素子本体を加熱するヒータと、前記ヒータ又は前記素子本体の温度であるセンサ素子温度が所定の目標温度になるように前記ヒータに通電して前記ヒータを発熱させるヒータ制御処理を行うヒータ制御部と、を備え、前記ポンプセル制御部は、前記ヒータ制御処理が開始されて前記センサ素子温度が前記目標温度以下の所定の閾値以上に到達したときに前記起動時測定用ポンプ制御処理を開始してもよい。こうすれば、センサ素子温度に基づいて起動時測定用ポンプ制御処理の開始タイミングを適切に判断できる。所定の閾値は、目標温度未満の値としてもよい。ここで、「センサ素子温度が所定の目標温度になるように前記ヒータに通電して前記ヒータを発熱させる」とは、センサ素子温度自体に基づいてヒータを制御する場合と、センサ素子温度に換算可能な値（例えばヒータの抵抗値，固体電解質を含む電気回路の抵抗値など）に基づいてヒータを制御する場合とを含む。固体電解質を含む電気回路の抵抗値の例としては、例えば測定用ポンプセルの抵抗値，測定用電圧検出センサセルの抵抗値などが挙げられる。

　本発明のガスセンサにおいて、前記センサ素子は、前記被測定ガス流通部のうち前記測定室の上流側に設けられた酸素濃度調整室の酸素濃度を調整する調整用ポンプセル、を有し、前記ポンプセル制御部は、前記センサ素子の前記起動時には、前記調整用ポンプセルを動作させる調整用ポンプ制御処理を行い、前記調整用ポンプセルの動作に基づいて前記酸素濃度調整室の酸素濃度が安定したと判定した場合に、前記起動時測定用ポンプ制御処理から前記通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行ってもよい。ここで、センサ素子の起動前には、測定室だけでなくその上流側の酸素濃度調整室も、酸素（特定ガスに由来しない酸素）が多く存在する状態（例えば大気雰囲気など）になっている。センサ素子の起動時にポンプセル制御部が調整用ポンプセル制御処理を行うことで、センサ素子の起動前から酸素濃度調整室に存在する酸素も除去することができる。また、酸素濃度調整室と測定室とは連通しているため、調整用ポンプセルの動作によって測定室の酸素を除去することもできる。さらに、上記の通り酸素濃度調整室と測定室とは連通しているから、酸素濃度調整室の酸素濃度が安定した場合には、測定室内の酸素も十分汲み出されている。そのため、調整用ポンプセルの動作に基づいて酸素濃度調整室の酸素濃度が安定したと判定した場合に起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行うことで、起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを適切に行うことができる。ここで、「前記酸素濃度調整室の酸素濃度が安定したと判定した場合に、前記起動時測定用ポンプ制御処理から前記通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行う」は、酸素濃度調整室の酸素濃度が安定したと判定した場合に直ちに切り替えを行う場合と、酸素濃度調整室の酸素濃度が安定したと判定したタイミング以降に切り替えを行う場合とを含む。後者の例としては、酸素濃度調整室の酸素濃度が安定したと判定してから所定時間経過後に切り替えを行う場合など、酸素濃度調整室の酸素濃度が安定したと判定したのに加えて他の条件も満たした場合に切り替えを行う場合が挙げられる。

　この場合において、前記調整用ポンプセルは、前記酸素濃度調整室に配設された内側調整用ポンプ電極と、前記素子本体の外側の前記被測定ガスに晒される部分に配設された外側調整用ポンプ電極と、を備えていてもよい。

　調整用ポンプセルを備えた態様の本発明のガスセンサにおいて、前記酸素濃度調整室は、第１内部空所と、該第１内部空所よりも下流側且つ前記測定室よりも上流側に設けられた第２内部空所と、を有し、前記調整用ポンプセルは、前記第１内部空所の酸素濃度を調整する主ポンプセルと、前記第２内部空所の酸素濃度を調整する補助ポンプセルと、を有し、前記調整用ポンプ制御処理は、前記第２内部空所の酸素濃度が目標濃度となるように前記補助ポンプセルを制御する補助ポンプ制御処理と、前記補助ポンプ制御処理によって前記補助ポンプセルに流れる補助ポンプ電流が目標電流になるように前記主ポンプセルを制御する主ポンプ制御処理と、を含み、前記ポンプセル制御部は、前記補助ポンプ電流が前記目標電流付近で安定したと判定した場合に、前記起動時測定用ポンプ制御処理から前記通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行ってもよい。すなわち、補助ポンプ電流が目標電流付近で安定したと判定した場合に、酸素濃度調整室の酸素濃度が安定したと判定してもよい。こうすれば、補助ポンプ電流に基づいて起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを適切に行うことができる。

　この場合において、前記主ポンプセルは、前記第１内部空所に配設された内側主ポンプ電極と、前記素子本体の外側の前記被測定ガスに晒される部分に配設された外側主ポンプ電極と、を備えていてもよい。前記補助ポンプセルは、前記第２内部空所に配設された内側補助ポンプ電極と、前記素子本体の外側の前記被測定ガスに晒される部分に配設された外側補助ポンプ電極と、を備えていてもよい。

　本発明のガスセンサにおいて、前記ポンプセル制御部は、前記内側測定電極及び前記基準電極に電流を流す制御を行わない状態における前記測定用電圧である開放時測定用電圧が所定の閾値以上に到達したときに、前記起動時測定用ポンプ制御処理から前記通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行ってもよい。開放時測定用電圧は、測定室内の酸素濃度に対応する値であるため、この開放時測定用電圧と閾値とを比較することで測定室内の酸素が十分汲み出されたか否かを適切に判断できる。そのため、起動時測定用ポンプ制御処理から通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを適切に行うことができる。

　本出願は、２０２０年１２月９日に出願された日本国特許出願第２０２０－２０４０４５号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。

　本発明は、自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおけるＮＯｘなどの特定ガスの濃度を検出するガスセンサに利用可能である。

１　第１基板層、２　第２基板層、３　第３基板層、４　第１固体電解質層、５　スペーサ層、６　第２固体電解質層、１０　ガス導入口、１１　第１拡散律速部、１２　緩衝空間、１３　第２拡散律速部、２０　第１内部空所、２１　主ポンプセル、２２　内側ポンプ電極、２２ａ　天井電極部、２２ｂ　底部電極部、２３　外側ポンプ電極、２４　可変電源、３０　第３拡散律速部、４０　第２内部空所、４１　測定用ポンプセル、４２　基準電極、４３　基準ガス導入空間、４４　測定電極、４５　第４拡散律速部、４６　可変電源、４８　大気導入層、５０　補助ポンプセル、５１　補助ポンプ電極、５１ａ　天井電極部、５１ｂ　底部電極部、５２　可変電源、６０　第４拡散律速部、６１　第３内部空所、７０　ヒータ部、７１　コネクタ電極、７２　ヒータ、７３　スルーホール、７４　ヒータ絶縁層、７５　圧力放散孔、７６　ヒータ電源、８０　主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８１　補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８２　測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８３　センサセル、９０　制御装置、９１　制御部、９２　ＣＰＵ、９４　記憶部、１００　ガスセンサ、１０１，２０１　センサ素子。

Claims

　酸素イオン伝導性の固体電解質層を含み、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられた素子本体と、
　前記被測定ガスと接触するように前記素子本体の外側に設けられた外側測定電極と、前記被測定ガス流通部のうちの測定室に配設された内側測定電極と、を有し、前記内側測定電極の周囲から前記外側測定電極の周囲に酸素の汲み出しを行う測定用ポンプセルと、
　前記被測定ガス中の特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスと接触するように前記素子本体の内部に配設された基準電極と、
　前記基準電極と前記内側測定電極との間の測定用電圧を検出する測定用電圧検出センサセルと、
　前記被測定ガス流通部のうち前記測定室よりも上流側に設けられた第１内部空所の酸素濃度を調整する主ポンプセルと、
　前記被測定ガス流通部のうち前記第１内部空所よりも下流側且つ前記測定室よりも上流側に設けられた第２内部空所に配設された内側補助ポンプ電極を有し、該第２内部空所の酸素濃度を調整する補助ポンプセルと、
　前記基準電極と前記内側補助ポンプ電極との間の補助ポンプ用電圧を検出する補助ポンプ用電圧検出センサセルと、
　前記素子本体を加熱するヒータと、
　を有するセンサ素子と、
　前記ヒータに通電して前記ヒータを発熱させるヒータ制御処理を行うヒータ制御部と、
　前記主ポンプセルを制御する主ポンプ制御処理と、前記補助ポンプ用電圧が目標値になるように前記補助ポンプセルを制御する補助ポンプ制御処理と、前記測定用電圧が通常時目標値になるように前記測定用ポンプセルを制御して前記測定室の酸素を汲み出す通常時測定用ポンプ制御処理と、を含む通常時制御処理を、前記ヒータ制御処理が開始された後に行うポンプセル制御部と、
　前記通常時測定用ポンプ制御処理によって前記測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて、前記被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する特定ガス濃度検出部と、
　を備え、
　前記ポンプセル制御部は、前記通常時制御処理の初期において、該初期よりも後の期間と比較して前記補助ポンプ用電圧の目標値を高い値に補正する補正処理を行う、
　ガスセンサ。
　前記ポンプセル制御部は、前記補正処理において、時間が経過するほど補正量が小さくなる傾向となるように予め定められた補正パターンに基づいて前記補助ポンプ用電圧の目標値を補正する、
　請求項１に記載のガスセンサ。
　請求項１又は２に記載のガスセンサであって、
　前記被測定ガスと接触するように前記素子本体の外側に設けられた被測定ガス側電極と前記基準電極との間の基準電圧を検出する基準電圧検出センサセル、
　を備え、
　前記主ポンプ制御処理は、前記補助ポンプ制御処理によって前記補助ポンプセルに流れる補助ポンプ電流が目標電流になるように前記主ポンプセルを制御する処理であり、
　前記ポンプセル制御部は、前記補正処理において、前記主ポンプ制御処理中に前記主ポンプセルに流れる主ポンプ電流が安定しているとみなせる場合には、該主ポンプ電流に基づいて導出され前記センサ素子の周囲の前記被測定ガス中の酸素濃度に対応する算出基準電圧と、前記基準電圧検出センサセルが検出した実測基準電圧と、の乖離が大きいほど補正量が大きくなる傾向で、前記補正処理における前記補助ポンプ用電圧の目標値を補正する、
　ガスセンサ。
　前記ポンプセル制御部は、前記センサ素子の通常駆動時には前記通常時制御処理を行い、前記通常駆動時より前の前記センサ素子の起動時には、前記測定用電圧が前記通常時目標値よりも高い起動時目標値になるように前記測定用ポンプセルを制御して前記測定室の酸素を汲み出す起動時測定用ポンプ制御処理を行う、
　請求項１～３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
　前記ヒータ制御処理は、前記ヒータ又は前記素子本体の温度であるセンサ素子温度が所定の目標温度になるように前記ヒータに通電して前記ヒータを発熱させる処理であり、
　前記ポンプセル制御部は、前記ヒータ制御処理が開始されて前記センサ素子温度が前記目標温度以下の所定の閾値以上に到達したときに前記起動時測定用ポンプ制御処理を開始する、
　請求項４に記載のガスセンサ。
　前記ポンプセル制御部は、前記センサ素子の前記起動時には、前記補助ポンプ制御処理と前記主ポンプ制御処理とを行い、
　前記主ポンプ制御処理は、前記補助ポンプ制御処理によって前記補助ポンプセルに流れる補助ポンプ電流が目標電流になるように前記主ポンプセルを制御する処理であり、
　前記ポンプセル制御部は、前記補助ポンプ電流が前記目標電流付近で安定したと判定した場合に、前記起動時測定用ポンプ制御処理から前記通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行って前記通常時制御処理を開始する、
　請求項４又は５に記載のガスセンサ。
　前記ポンプセル制御部は、前記内側測定電極及び前記基準電極に電流を流す制御を行わない状態における前記測定用電圧である開放時測定用電圧が所定の閾値以上に到達したときに、前記起動時測定用ポンプ制御処理から前記通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行って前記通常時制御処理を開始する、
　請求項４又は５に記載のガスセンサ。
　前記内側測定電極は、Ｐｔ及びＲｈの少なくともいずれかを含む、
　請求項４～７のいずれか１項に記載のガスセンサ。
　前記内側測定電極は、体積Ｃが８×１０^-3ｍｍ³以上３２×１０^-3ｍｍ³以下であり、
　前記起動時目標値と前記通常時目標値との差ΔＶが１２０ｍＶ以上２００ｍＶ以下である、
　請求項４～８のいずれか１項に記載のガスセンサ。
　前記ポンプセル制御部は、前記測定用ポンプセルの動作に基づいて前記測定室の酸素濃度が安定したと判定した場合に、前記起動時測定用ポンプ制御処理から前記通常時測定用ポンプ制御処理への切り替えを行って前記通常時制御処理を開始する、
　請求項４～９のいずれか１項に記載のガスセンサ。
　前記ポンプセル制御部は、前記起動時測定用ポンプ制御処理によって前記測定用ポンプセルに流れる前記測定用ポンプ電流が安定した場合に、前記測定室の酸素濃度が安定したと判定する、
　請求項１０に記載のガスセンサ。
　前記ポンプセル制御部は、前記起動時測定用ポンプ制御処理によって前記測定用ポンプセルに流れる前記測定用ポンプ電流の１回微分値に基づいて、前記測定用ポンプ電流が安定したか否かを判定する、
　請求項１１に記載のガスセンサ。
　前記ポンプセル制御部は、前記起動時測定用ポンプ制御処理によって前記測定用ポンプセルに流れる前記測定用ポンプ電流の２回微分値に基づいて、前記測定用ポンプ電流が安定したか否かを判定する、
　請求項１１に記載のガスセンサ。