JP3845998B2 - ガス成分濃度測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス成分濃度測定装置に係り、例えばエンジンから排出される排ガスなど、被測定ガス中の酸素濃度を検出するためのガス成分濃度測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車用エンジンにおいては、一般に酸素濃度センサによる酸素濃度（空燃比）の検出結果に基づき空燃比制御が実施される。かかる酸素濃度センサはジルコニア製の固体電解質を有し、この固体電解質により酸素濃度（空燃比）を精度良く検出するにはセンサ素子（固体電解質）の温度を所定の活性温度に維持する必要がある。通常は同センサにヒータを付設しヒータの通電量を制御している。こうしたヒータ制御の手法として、例えばヒータへの供給電力を制御したり、センサ素子の温度を所定の活性温度にフィードバック制御したりするものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来既存の技術では、例えばエンジンの低温始動時においてセンサ素子（固体電解質）を冷間状態から昇温させる際において、いち早く昇温させることが望まれるものの、その反面、センサ素子を急速に昇温させると、素子割れ、ヒータ割れ、素子とヒータとの接合面の剥離などの不具合を生じるおそれがあった。
【０００４】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、センサの昇温特性を良好に維持し、且つ素子割れなどの不具合を抑制することができるガス成分濃度測定装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、固体電解質を用いたセンサ素子を有し、被測定ガスの特定成分濃度を測定するセンサと、電源電圧の通電により発熱し、前記センサ素子を所定の活性温度に加熱するためのヒータと、前記センサ素子の昇温率に応じて前記ヒータへの通電量を制御するヒータ制御手段とを備える。
【０００６】
上記構成によれば、センサ素子の昇温率を監視しつつヒータ通電量を制御することにより、センサ素子の過剰な昇温動作が抑制できる。また、昇温率を監視することでセンサの迅速なる活性化が実現できる。その結果、センサの昇温特性を良好に維持し、且つ素子割れなどの不具合を抑制することができる。
【０００７】
特に本発明は、固体電解質を有するセンサ素子にヒータを積層して配置し、固体電解質とヒータとを一体化してなる積層型センサ（請求項１２）において、顕著な効果を奏する。つまり、こうした積層型のセンサでは、固体電解質とヒータとが近接して設けられるため、素子割れやヒータ割れなどの問題が生じやすいが、上記構成によれば当該問題が確実に抑制できる。
【０００８】
ここで、「センサ素子の昇温率」とは、固体電解質やヒータの温度上昇の速度を意味する。センサ素子の昇温率を制御するための具体的な方法としては、
・請求項２に記載したように、素子温又は素子抵抗の変化速度に応じてヒータ通電量を制御する。
・請求項３に記載したように、素子温とヒータ温との差が目標温度差となるようにヒータ通電量をフィードバック制御する。
・請求項５に記載したように、ヒータ温又はヒータ抵抗の変化速度に応じてヒータ通電量を制御する。
といった構成を採用する。
【０００９】
なお、素子温と素子抵抗とは例えば図１７に示すように互いに対応関係にある。従って、これら何れをパラメータとしてセンサ素子の昇温率を制御したとしても略同様の作用効果が得られる。また、ヒータ温とヒータ抵抗とは例えば図２８に示すように互いに対応関係にある。従って、これら何れをパラメータとしてセンサ素子の昇温率を制御したとしても略同様の作用効果が得られる。
【００１０】
また、前記センサ素子が冷間状態から昇温される際には、その当初において素子抵抗が大きくその値が検出できない。そこで、上記請求項２，３の発明では、請求項４に記載したように、素子抵抗が検出可能になるまでの期間において、素子温又は素子抵抗の変化速度をオープン制御する。かかる構成によれば、センサ活性化までの期間で確実に素子割れなどの不具合が抑制できる。
【００１１】
請求項６に記載の発明では、前記センサの昇温時であるか又は昇温後の定常時であるかを判別し、昇温後の定常時であれば、素子温を目標温度に一致させるようフィードバック制御を実施する。つまり、センサが一旦活性化されると、それ以降は昇温時のような急激な温度変化を生ずる可能性は少ないと考えられる。そのため、センサの活性化以降については、昇温率に応じたヒータ制御に代えて、既存の素子温フィードバック制御を実施する。かかる場合、昇温時は勿論のこと、昇温時以外においても適切なヒータ制御が実施できる。
【００１２】
請求項７に記載の発明では、前記センサ素子の昇温率が所定の許容レベルを超えると、ヒータ通電量を制限する。この場合、過剰な素子の加熱がより一層確実に防止できる。
【００１３】
一方、例えばセンサが劣化すると、劣化前と劣化後とでは、同一のヒータ通電量であっても素子温（固体電解質の温度）が変動する。そこで、上記ヒータ制御においては、以下の請求項８〜請求項１０の補正を実施する。それにより、センサの個体差や経時変化を反映したヒータの通電制御が可能となる。
【００１４】
請求項８に記載の発明では、前記センサの冷間状態から活性化までの所要時間に応じて前記ヒータの通電量を補正する。つまり、例えばセンサが劣化した場合、劣化前と比較して活性化までの所要時間が増大すると考えられる。よって、適正で且つ迅速なる活性化を図るには、通電量を適宜補正するとよい。かかる場合、センサ活性化までの所要時間に応じてヒータ通電量を補正することで、センサ劣化等の経時変化や個体差によるヒータ制御への影響が排除できる。
【００１５】
請求項９に記載の発明では、エンジンへの燃料カット時において、前記固体電解質への印加電圧の変化に対して同固体電解質への流入電流が変化しない電圧域を含んだ電圧−電流特性を有する前記センサの抵抗支配領域に電圧を印加してその時のセンサ電流値から内部抵抗を検出し、該検出した内部抵抗に基づき前記ヒータの通電量を補正する。より具体的には、燃料カット時に検出したセンサ内部抵抗と、センサ活性後に検出した素子抵抗とを比較し、それらの値のズレ量に応じてヒータ通電量を補正する。本構成においても、センサ個体差や経時変化によるヒータ制御への影響が排除できる。
【００１６】
請求項１０に記載の発明では、エンジンの定常運転時におけるヒータ通電量と、予め設定されているヒータ通電量の標準値との差に応じて前記ヒータの通電量を補正する。本構成においても、センサ個体差や経時変化によるヒータ制御による影響が排除できる。
【００１７】
請求項１１に記載の発明では、前記補正に関する値を学習値としてバックアップメモリに随時記憶し、前記ヒータ制御手段はバックアップメモリに記憶された学習値を読み出してヒータ制御に使用する。要するに、上記請求項８〜１０で求められる補正情報は、例えばエンジン運転条件に関係なくヒータ制御時に常に必要な要素となりうる。従って、学習値をバックアップメモリに随時記憶すると共に、その値を必要に応じて更新することで、学習値の演算が必要時だけで済み、効率的で且つ適切なヒータ制御が実施できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態における空燃比検出装置は、自動車に搭載される電子制御ガソリン噴射エンジンに適用されるものであって、同エンジンの空燃比制御システムにおいては空燃比検出装置による検出結果を基にエンジンへの燃料噴射量を所望の空燃比に制御する。以下の記載では、空燃比センサを用いた空燃比（Ａ／Ｆ）の検出手順、並びに同センサに付設されたヒータの通電制御手順を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態における空燃比制御システムの概要を示す構成図である。図１において、空燃比検出装置１５は、その内部演算の中枢をなすマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）２０を備え、マイコン２０は燃料噴射制御や点火制御等を実現するためのエンジン制御ＥＣＵ１６に対して相互に通信可能に接続されている。限界電流式空燃比センサ（以下、Ａ／Ｆセンサという）３０は、エンジン１０のエンジン本体１１から延びる排気管１２に取り付けられており、マイコン２０から指令される電圧の印加に伴い、排ガス中の酸素濃度に比例したリニアな空燃比検出信号（センサ電流信号）を出力する。
【００２０】
マイコン２０は、各種演算処理を実行するための周知のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等により構成され、所定の制御プログラムに従い後述するバイアス制御回路４０やヒータ制御回路２５を制御する。マイコン２０は、バッテリ電源＋Ｂの給電を受けて起動するものであるが、その内部には電源の遮断時（ＩＧ＝ＯＦＦ時）にも記憶内容を保持するバックアップメモリ２０ａが設けられている。
【００２１】
Ａ／Ｆセンサ３０は、積層型のセンサ素子部（セル）６０を有するものであって、その構成を図２〜図４を用いて説明する。ここで、図２は、Ａ／Ｆセンサ３０の全体構成を示す断面図、図３は、Ａ／Ｆセンサ３０を構成するセンサ素子部６０の断面図、図４は、センサ素子部６０の詳細な構成を示す分解斜視図である。
【００２２】
図２に示すように、Ａ／Ｆセンサ３０は、排気管壁に螺着される筒状の金属製ハウジング３１を有し、そのハウジング３１の下側開口部には素子カバー３２が取り付けられている。素子カバー３２内には、長板状のセンサ素子部６０の先端（下端）が配設されている。素子カバー３２は有底二重構造をなし、排ガスをカバー内部に取り込むための複数の排気口３２ａを有する。
【００２３】
センサ素子部６０は、ハウジング３１内に配設された絶縁部材３３を貫通するように図の上方に延び、その上端部には一対のリード線３４が接続されている。
ハウジング３１の上端には本体カバー３５がカシメ着されている。また、本体カバー３５の上方にはダストカバー３６が取り付けられ、これら本体カバー３５及びダストカバー３６の二重構造によりセンサ上部が保護されている。各カバー３５，３６には、カバー内部に大気を取り込むための複数の大気口３５ａ，３６ａが設けられている。
【００２４】
次に、センサ素子部６０の構成を図３及び図４を用いて説明する。センサ素子部６０は大別して、固体電解質６１、ガス拡散抵抗層６２、大気導入ダクト６３及びヒータ６４からなり、これら各部材を積層して構成されている。また、各部材の周囲には保護層６５が設けられている。
【００２５】
長方形板状の固体電解質６１は部分安定化ジルコニア製のシートであり、その上面（ガス拡散抵抗層６２側）には白金等からなる多孔質の計測電極６６がスクリーン印刷法等により形成されると共に、下面（大気導入ダクト６３側）には同じく白金等からなる多孔質の大気側電極６７がスクリーン印刷法等により形成されている。計測電極６６及び大気側電極６７には、リード線６６ａ，６７ａが接続されている。
【００２６】
ガス拡散抵抗層６２は、計測電極６６へ排ガスを導入するための多孔質シートからなるガス透過層６２ａと、排ガスの透過を抑制するための緻密層からなるガス遮蔽層６２ｂとを有する。ガス透過層６２ａ及びガス遮蔽層６２ｂは何れも、アルミナ、スピネル、ジルコニア等のセラミックスをシート成形法等により成形したものであるが、ポロシティの平均孔径及び気孔率の違いによりガス透過率が相違するものとなっている。
【００２７】
大気導入ダクト６３はアルミナ等の高熱伝導性セラミックスからなり、同ダクト６３により大気室６８が形成されている。この大気導入ダクト６３は大気室６８内の大気側電極６７に大気を導入する役割をなす。因みに、大気室６８は、前記図２に示すカバー３５，３６の大気口３５ａ，３６ａに連通している。
【００２８】
大気導入ダクト６３の下面にはヒータ６４が取り付けられている。ヒータ６４は、バッテリ電源＋Ｂからの通電により発熱する発熱体６４ａと、それを覆う絶縁シート６４ｂとからなり、発熱体６４ａの両端にはリード線６４ｃが接続されている。但し、図３の構成以外に、発熱体６４ａを固体電解質６１に埋設したり、発熱体６４ａをガス拡散抵抗層６２に埋設したりする構成も可能である。
【００２９】
なお上記センサ素子部６０において、計測電極６６に達する排ガスは、ガス透過層６２ａの鉛直方向（図の上下方向）からは侵入せず、ガス透過層６２ａの側方から侵入する。すなわち、ガス透過層６２ａの表面はガス遮蔽層６２ｂに被われているため、排ガスは鉛直方向からは侵入できず、その方向と直交する側面方向から該透過層６２ａの内部に侵入する。かかる場合、ガス透過層６２ａのガス拡散量は、同透過層６２ａの左右方向の寸法（実際には、ガス透過層６２ａの側面と計測電極６６との距離）に依存するが、この寸法が容易に且つ自在に設定できることから、ガス透過層６２ａの孔径がばらついても均一で安定したセンサ出力が得られるようになる。
【００３０】
上記構成のＡ／Ｆセンサ３０において、センサ素子部６０は理論空燃比点よりリーン領域では酸素濃度に応じた限界電流を発生する。この場合、センサ素子部６０（固体電解質６１）は酸素濃度を直線的特性にて検出し得るものであるが、センサ素子部６０を活性化するには約６００℃以上の高温が必要とされ、且つ同センサ素子部６０の活性温度範囲が狭いため、エンジン１０の排ガスのみによる加熱では活性状態を維持できない。そのため、本実施の形態では、ヒータ６４（発熱体６４ａ）の加熱制御によりセンサ素子部６０を活性温度域で保持する。なお、理論空燃比よりもリッチ側の領域では、未燃ガスである一酸化炭素（ＣＯ）等の濃度が空燃比に対してほぼリニアに変化し、センサ素子部６０はＣＯ等の濃度に応じた限界電流を発生する。
【００３１】
Ａ／Ｆセンサ３０の電圧−電流特性について図５を用いて説明する。図５によれば、センサ素子部６０の固体電解質６１への流入電流と、同固体電解質６１への印加電圧とがリニアな特性を有することが分かる。かかる場合、電圧軸（横軸）に平行な直線部分がセンサ素子部６０の限界電流を特定するものであって、この限界電流（センサ電流）の増減はＡ／Ｆの増減（すなわち、リーン・リッチの程度）に対応している。つまり、Ａ／Ｆがリーン側になるほど限界電流は増大し、Ａ／Ｆがリッチ側になるほど限界電流は減少する。
【００３２】
この電圧−電流特性において電圧軸に平行な直線部分よりも小さい電圧域は抵抗支配領域となっており、その抵抗支配領域における一次直線部分の傾きは、センサ素子部６０における固体電解質６１の内部抵抗（これを素子抵抗という）により特定される。この素子抵抗は温度変化に伴い変化し、例えばセンサ素子部６０の温度が低下すると素子抵抗の増大により上記傾きが小さくなる。
【００３３】
図６は、限界電流値を横軸に、その限界電流値に対応するＡ／Ｆを縦軸にして、両者の関係を示すグラフである。
また一例として、Ａ／Ｆセンサ３０の耐熱特性の具体的数値を示せば、
・素子耐熱温度＝９００〜９５０℃、
・ヒータ耐熱温度＝１０００〜１１００℃、
・素子温変化速度の最大値＝１５０〜２００℃／ｓ、
・ヒータ温変化速度の最大値＝２００℃／ｓ、
・素子−ヒータの温度差の最大値＝２００℃、
となっている。
【００３４】
一方、前記図１において、Ａ／Ｆセンサ３０（センサ素子部６０）に電圧を印加するためのバイアス指令信号（デジタル信号）Ｖｒはマイコン２０からＤ／Ａ変換器２１に入力され、同Ｄ／Ａ変換器２１にてアナログ信号Ｖｂに変換された後、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）２２に入力される。そして、ＬＰＦ２２にてアナログ信号Ｖｂの高周波成分が除去された出力電圧Ｖｃは、Ａ／Ｆ検出用又は素子抵抗検出用の電圧をＡ／Ｆセンサ３０に印加するためのバイアス制御回路４０に入力される。Ａ／Ｆ検出時には、前記図５の特性線Ｌ１を用いてその時のＡ／Ｆに対応した印加電圧Ｖｐが設定されるのに対し、素子抵抗検出時には、所定周波数信号よりなる単発的で且つ所定の時定数を持った電圧が印加される。
【００３５】
バイアス制御回路４０内の電流検出回路５０は、Ａ／Ｆセンサ３０への電圧の印加に伴い流れる電流値を検出する。当該電流検出回路５０にて検出された電流値のアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器２３を介してマイコン２０に入力される。Ａ／Ｆセンサ３０に付設されたヒータ６４（発熱体６４ａ）は、ヒータ制御回路２５によりその動作が制御される。つまり、ヒータ制御回路２５は、Ａ／Ｆセンサ３０の素子温やヒータ温に応じてヒータ６４への通電量をデューティ制御し、ヒータ６４の加熱制御を行う。
【００３６】
また、エンジン排気管１２には、排ガス温度を検出するための排気温センサ１３が取り付けられており、同センサ１３の出力がＡ／Ｄ変換器２４を介してマイコン２０に入力される。
【００３７】
次に、バイアス制御回路４０の構成を図７の電気回路図を用いて説明する。図７において、バイアス制御回路４０は大別して、基準電圧回路４４と、第１の電圧供給回路４５と、第２の電圧供給回路４７と、電流検出回路５０とを有する。基準電圧回路４４は、定電圧Ｖｃｃを分圧抵抗４４ａ，４４ｂにより分圧して一定の基準電圧Ｖａを生成する。
【００３８】
第１の電圧供給回路４５は電圧フォロア回路にて構成され、基準電圧回路４４の基準電圧Ｖａと同じ電圧Ｖａをセンサ素子部６０の一方の端子４２（前記図３の大気側電極６７に接続される端子）に供給する。より具体的には、第１の電圧供給回路４５は、正側入力端子が各分圧抵抗４４ａ，４４ｂの分圧点に接続されると共に負側入力端子がセンサ素子部６０の一方の端子４２に接続された演算増幅器４５ａと、演算増幅器４５ａの出力端子に一端が接続された抵抗４５ｂと、この抵抗４５ｂの他端にそれぞれベースが接続されたＮＰＮトランジスタ４５ｃ及びＰＮＰトランジスタ４５ｄとを有する。ＮＰＮトランジスタ４５ｃのコレクタは定電圧Ｖｃｃに接続され、エミッタは電流検出回路５０を構成する電流検出抵抗５０ａを介してセンサ素子部６０の一方の端子４２に接続されている。また、ＰＮＰトランジスタ４５ｄのエミッタはＮＰＮトランジスタ４５ｃのエミッタに接続され、コレクタはアースされている。
【００３９】
第２の電圧供給回路４７も同様に電圧フォロア回路にて構成され、前記ＬＰＦ２２の出力電圧Ｖｃと同じ電圧Ｖｃをセンサ素子部６０の他方の端子４１（前記図３の計測電極６６に接続される端子）に供給する。より具体的には、第２の電圧供給回路４７は、正側入力端子が前記ＬＰＦ２２の出力に接続されると共に負側入力端子がセンサ素子部６０の他方の端子４１に接続された演算増幅器４７ａと、演算増幅器４７ａの出力端子に一端が接続された抵抗４７ｂと、この抵抗４７ｂの他端にそれぞれベースが接続されたＮＰＮトランジスタ４７ｃ及びＰＮＰトランジスタ４７ｄとを有する。ＮＰＮトランジスタ４７ｃのコレクタは定電圧Ｖｃｃに接続され、エミッタは抵抗４７ｅを介してセンサ素子部６０の他方の端子４１に接続されている。また、ＰＮＰトランジスタ４７ｄのエミッタはＮＰＮトランジスタ４７ｃのエミッタに接続され、コレクタはアースされている。
【００４０】
上記構成により、センサ素子部６０の一方の端子４２には常時一定電圧Ｖａが供給される。そして、ＬＰＦ２２を経由してセンサ素子部６０の他方の端子４１に一定電圧Ｖａよりも低い電圧Ｖｃが供給されると、当該センサ素子部６０が正バイアスされる。また、ＬＰＦ２２を経由してセンサ素子部６０の他方の端子４１に一定電圧Ｖａよりも高い電圧Ｖｃが供給されると、当該センサ素子部６０が負バイアスされる。
【００４１】
図８は、ヒータ制御回路２５の構成を示す回路図である。
図８において、ヒータ６４（発熱体６４ａ）の一端はバッテリ電源＋Ｂに接続され、他端はスイッチング素子を構成するトランジスタ２５ａのコレクタに接続されている。同トランジスタ２５ａのエミッタはヒータ電流検出用抵抗２５ｂを介して接地されている。ヒータ電圧Ｖｈはヒータ６４の両端電位差により検出され、その検出結果はオペアンプ２５ｃ並びにＡ／Ｄ変換器２６を介してマイコン２０に入力される。また、ヒータ電流Ｉｈはヒータ電流検出用抵抗２５ｂの両端電位差により検出され、その検出結果はオペアンプ２５ｄ並びにＡ／Ｄ変換器２７を介してマイコン２０に入力される。
【００４２】
次に、上記の如く構成される空燃比検出装置１５の作用を説明する。
先ずは図９のタイムチャートを用いて本装置の動作の概要を説明する。図９では、エンジン１０の低温始動時において、Ａ／Ｆセンサ３０が冷間状態から昇温される過程を表している。なお、ヒータ通電の開始初期（エンジン始動当初）の素子抵抗ＺＡＣは非常に高い値にあり、その値を検出することはできない。
【００４３】
時刻ｔ１１でイグニッションキー（ＩＧキー）がＯＮされると、素子温変化速度ΔＴｓのオープン制御が開始される。素子温変化速度ΔＴｓは、単位時間毎（本実施の形態では、１２８ｍｓ毎）の温度変化量として与えられる。このとき、予め設定されているマップを用い、素子温変化速度ΔＴｓが略一定になるように通電デューティが決定される。つまり、ヒータ６４の通電デューティが時間の経過に伴い少しずつ上昇し、これに伴い素子温Ｔｓ（固体電解質の温度）が次第に上昇する。
【００４４】
素子抵抗ＺＡＣが昇温途中の所定値（本実施の形態では、３ｋΩ）を下回る時刻ｔ１２では、ヒータ制御がそれまでの素子温変化速度ΔＴｓのオープン制御から素子温変化速度ΔＴｓのフィードバック制御に切り換えられる。すなわち、時刻ｔ１２〜ｔ１３では、素子温変化速度ΔＴｓを目標値にフィードバック制御することによりヒータ通電量（通電デューティ）が決定される。
【００４５】
その後、素子抵抗ＺＡＣが活性完了の判定値（本実施の形態では、１２０Ω）にまで低下する時刻ｔ１３では、素子温変化速度ΔＴｓの一連の制御が終了され、これに代えて、素子温一定のフィードバック制御が開始される。すなわち、時刻ｔ１３以降においては、素子温Ｔｓを所定の目標温度（７００℃）にフィードバック制御することによりヒータ通電量（通電デューティ）が決定される。但し、「素子温一定」のフィードバック制御と「素子抵抗一定」のフィードバック制御とは実質上、略同意であることから、本実施の形態では、素子抵抗一定のフィードバック制御を実施することとしている（素子抵抗ＺＡＣを目標値にフィードバックさせる）。
【００４６】
図１０は、マイコン２０によるメインルーチンの概要を示すフローチャートであり、同ルーチンはマイコン２０への電源投入に伴い起動される。
図１０において、マイコン２０は、先ずステップ１００で前回のＡ／Ｆ検出時から所定時間Ｔａが経過したか否かを判別する。所定時間Ｔａは、Ａ／Ｆの検出周期に相当する時間であって、例えばＴａ＝４ｍｓ程度に設定される。前回のＡ／Ｆ検出時から所定時間Ｔａが経過していれば（ステップ１００がＹＥＳ）、マイコン２０はステップ１１０に進み、後述する図１１に従い、Ａ／Ｆ（空燃比）の検出処理を実施する。ステップ１００がＮＯであれば、マイコン２０はそのまま本ルーチンを一旦終了する。
【００４７】
ここで、図１１のＡ／Ｆ検出ルーチンを説明すれば、マイコン２０は、先ずステップ１１１でＡ／Ｆセンサ３０のセンサ素子部６０に電圧Ｖｐを印加する。印加電圧Ｖｐは、その時々の空燃比（限界電流値Ｉｐ）に応じて例えば図５の特性線Ｌ１上の値として設定される。
【００４８】
その後、マイコン２０は、ステップ１１２で電圧Ｖｐの印加時にセンサ素子部６０に流れる電流値、すなわち電流検出回路５０により検出された限界電流値（センサ電流）Ｉｐを読み込む。さらに、マイコン２０は、ステップ１１３で図６に示す限界電流値−Ａ／Ｆマップを用いてその時々の限界電流値ＩｐをＡ／Ｆに変換する。また、マイコン２０は、続くステップ１１４で上記の如く得られたＡ／Ｆをエンジン制御ＥＣＵ１６に出力した後、元の図１０のルーチンに戻る。
【００４９】
Ａ／Ｆの検出後、マイコン２０は、図１０のステップ１２０で前回の素子抵抗検出時から所定時間Ｔｂが経過したか否かを判別する。所定時間Ｔｂは、素子抵抗ＺＡＣの検出周期に相当する時間であって、例えばエンジン運転状態に応じて選択的に設定される。本実施の形態では、Ａ／Ｆの変化が比較的小さい通常時（エンジン１０の定常運転時）にはＴｂ＝２ｓ（秒）に、Ａ／Ｆの急変時（エンジン１０の始動時や過渡運転時）にはＴｂ＝１２８ｍｓ（ミリ秒）に、というように所定時間Ｔｂが可変に設定されるようになっている。
【００５０】
ステップ１２０がＹＥＳであれば、マイコン２０は、ステップ１３０で素子抵抗ＺＡＣを検出すると共に、続くステップ１４０でヒータ６４の通電制御を実施する。上記ステップ１３０，１４０の処理はそれぞれ、後述する図１２，図１３に従い実施される。上記ステップ１２０がＮＯであれば、マイコン２０はそのまま本ルーチンを一旦終了する。
【００５１】
次に、前記図１０のステップ１３０における素子抵抗ＺＡＣの検出手順を図１２を用いて説明する。なお本実施の形態では、素子抵抗の検出に際し、掃引法を用いて「交流素子抵抗」を求めることとしている。
【００５２】
図１２において、マイコン２０は、先ずステップ１３１でバイアス指令信号Ｖｒを操作し、それまでの印加電圧Ｖｐ（Ａ／Ｆ検出用電圧）に対して電圧を正側に単発的に変化させる。素子抵抗検出用の電圧印加時間は数１０〜１００μｓ程度とする。その後、マイコン２０は、ステップ１３２でその時の電圧変化量ΔＶと電流検出回路５０により検出されたセンサ電流の変化量ΔＩとを読み取る。また、マイコン２０は、続くステップ１３３で前記ΔＶ，ΔＩから素子抵抗ＺＡＣを算出し（ＺＡＣ＝ΔＶ／ΔＩ）、その後元の図１０のルーチンに戻る。
【００５３】
上記の処理によれば、前記図１のＬＰＦ２２並びにバイアス制御回路４０を介し、所定の時定数を持たせた電圧が単発的にＡ／Ｆセンサ３０に印加される。その結果、図１６に示すように、当該電圧の印加からｔ時間経過後にピーク電流ΔＩ（電流変化量）が検出され、その時の電圧変化量ΔＶとピーク電流ΔＩとから素子抵抗ＺＡＣが検出される（ＺＡＣ＝ΔＶ／ΔＩ）。かかる場合、ＬＰＦ２２を介して単発的な電圧をＡ／Ｆセンサ３０に印加することにより、過度なピーク電流の発生が抑制され、素子抵抗ＺＡＣの検出精度が向上する。
【００５４】
上記の如く求められる素子抵抗ＺＡＣは、素子温Ｔｓに対して図１７に示す関係を有する。すなわち、素子温Ｔｓが低いほど、素子抵抗ＺＡＣは飛躍的に大きくなる。因みにＡ／Ｆセンサ３０の活性温度（約７００℃）は、素子抵抗ＺＡＣ≒９０Ωに相応する。
【００５５】
次に、前記図１０のステップ１４０におけるヒータ通電の制御手順を図１３を用いて説明する。
マイコン２０は、先ずステップ１４１で今現在、センサ素子部６０が昇温途中であるか否かを判別する。例えばエンジン１０の低温始動時など、センサ素子部６０の昇温時であれば（ステップ１４１がＹＥＳ）、マイコン２０は、ステップ１４２で前記検出した素子抵抗ＺＡＣが昇温途中の所定値（本実施の形態では、３ｋΩ）に達したか否かを判別する。エンジン１０の低温始動当初においては、素子抵抗ＺＡＣがかなり大きな値となっており、マイコン２０は、ＺＡＣ＞３ｋΩである旨を判別してステップ１４３に進む。
【００５６】
ステップ１４３では、マイコン２０は、素子温変化速度ΔＴｓをオープン制御する。具体的には、マイコン２０内の不揮発性メモリに予め設定されているマップを用い、エンジン始動時からの経過時間に応じて素子温Ｔｓが所定のプロフィールで変化するよう、ヒータ通電のためのデューティ比ＤＵＴＹを決定する。例えば前記図９の時刻ｔ１１〜ｔ１２では、ステップ１４３による素子温変化速度ΔＴｓのオープン制御が実施される。
【００５７】
また、ＺＡＣ≦３ｋΩであれば、マイコン２０はステップ１５０に進み、後述する図１４の手順に従い、素子温変化速度ΔＴｓを所定値にフィードバック制御する。すなわち、その時々の素子温変化速度ΔＴｓと同速度の目標値ΔＴｓｒｅｆとが一致するようＰＩＤ制御手法などを用いてヒータ通電のためのデューティ比ＤＵＴＹを決定する。例えば前記図９の時刻ｔ１２〜ｔ１３では、ステップ１５０による素子温変化速度ΔＴｓのフィードバック制御が実施される。
【００５８】
前記ステップ１４３又は１５０でのＤＵＴＹ決定の後、マイコン２０はステップ１４４に進み、前記決定したデューティ比ＤＵＴＹを補正して最終デューティ比Ｄｆｎを算出する。具体的には、バッテリ電源＋Ｂの電圧や排気温等に応じた補正値ＦＫと、センサ個体差や経時変化に応じた学習値ＦＬＲＮとを用い、
Ｄｆｎ＝ＤＵＴＹ＋ＦＫ＋ＦＬＲＮ
として最終デューティ比Ｄｆｎを算出する。また、マイコン２０は、続くステップ１４５で素子温Ｔｓ又はその変化速度ΔＴｓを最大許容値でガードする。そしてその後、ヒータ通電のためのデューティ比信号を前記図１のヒータ制御回路２５に出力する。
【００５９】
なお、上記ステップ１４５では、前記算出した最終デューティ比Ｄｆｎにてヒータ通電を行った場合に、素子温Ｔｓが最大許容値の「９００℃」、又は素子温変化速度ΔＴｓの最大許容値の「１５０℃／ｓ」を越えるかどうかを判断する。そして、これら最大許容値を越えると想定される場合には、通電デューティを「０」若しくは素子温が確実に下がる値（約０．１〜１％程度）で規制する。但し、このデューティ比はＡ／Ｄ変換器の変換速度に応じて設定されるとよい。
【００６０】
ここで、補正値ＦＫについて説明すれば、同補正値ＦＫは、例えば図１８（ａ）〜（ｄ）の関係に基づく各種補正値ＦＫ１〜ＦＫ４を加算して求められる。
ＦＫ＝ＦＫ１＋ＦＫ２＋ＦＫ３＋ＦＫ４
図１８（ａ）によれば、バッテリ電源＋Ｂの電圧値に応じた補正値ＦＫ１が求められる。バッテリ電圧≦Ａ（例えば定格電圧１２ボルト）の場合には正の補正値ＦＫ１がセットされ、バッテリ電圧＞Ａの場合には負の補正値ＦＫ１がセットされる。
【００６１】
図１８（ｂ）によれば、排気温センサ１３により検出される排気温に応じた補正値ＦＫ２が求められる。排気温≦Ｂの場合には正の補正値ＦＫ２がセットされ、排気温＞Ｂの場合には負の補正値ＦＫ２がセットされる。
【００６２】
図１８（ｃ）によれば、エンジン始動時の初期ヒータ抵抗に応じた補正値ＦＫ３が求められる。初期ヒータ抵抗≦Ｃの場合には正の補正値ＦＫ３がセットされ、初期ヒータ抵抗＞Ｃの場合には負の補正値ＦＫ３がセットされる。この場合、初期ヒータ抵抗はエンジン始動時におけるＡ／Ｆセンサ３０の冷間状態を反映するものであって、補正値ＦＫ３は昇温期間にのみ適用されるとよい。
【００６３】
図１８（ｄ）によれば、バッテリ電源＋Ｂ〜ヒータ６４〜ＧＮＤ間（前記図８参照）のハーネス抵抗に応じた補正値ＦＫ４が求められる。ハーネス抵抗≦Ｄの場合には負の補正値ＦＫ４がセットされ、ハーネス抵抗＞Ｄの場合には正の補正値ＦＫ４がセットされる。
【００６４】
但し、上記図１８（ａ）〜（ｄ）において、各々のしきい値Ａ〜Ｄ近傍には補正値を「０」とする領域（不感帯）を設けてもよい。なお本実施の形態では、ＦＫ１〜ＦＫ４の総和として補正値ＦＫを設定するが、ＦＫ１〜ＦＫ４のうち少なくとも１つを含む値として補正値ＦＫを設定してもよい。
【００６５】
また、学習値ＦＬＲＮは、ヒータＯＮからセンサ活性までの所要時間に基づく第１学習値ＦＬＲＮ１と、燃料カット時に検出される素子抵抗ズレに基づく第２学習値ＦＬＲＮ２と、定常運転時におけるＤＵＴＹズレ量に基づく第３学習値ＦＬＲＮ３とを加算して求められる。
【００６６】
ＦＬＲＮ＝ＦＬＲＮ１＋ＦＬＲＮ２＋ＦＬＲＮ３
上記の学習値ＦＬＲＮ１〜ＦＬＲＮ３は、マイコン２０内のバックアップメモリ２０ａに格納され逐次更新されるデータであり、その算出手順については後述する。
【００６７】
一方、図１３のステップ１４１がＮＯであれば（センサ素子部６０の昇温中でない場合）、マイコン２０はステップ１６０に進み、後述する図１５の手順に従い、素子抵抗ＺＡＣを所定値に保持するようフィードバック制御を実施する。すなわち、その時々の素子抵抗ＺＡＣとその目標値ＺＡＣｒｅｆとが一致するようＰＩＤ制御手法などを用いてヒータ通電のためのデューティ比ＤＵＴＹを決定する。例えば前記図９の時刻ｔ１３以降では、ステップ１６０による素子抵抗一定（素子温一定）のフィードバック制御が実施される。
【００６８】
その後、マイコン２０はステップ１４６に進み、前記決定したデューティ比ＤＵＴＹに、補正値ＦＫと学習値ＦＬＲＮとを加算して最終デューティ比Ｄｆｎを算出する（Ｄｆｎ＝ＤＵＴＹ＋ＦＫ＋ＦＬＲＮ）。また、マイコン２０は、ステップ１４５で素子温Ｔｓ又はその変化速度ΔＴｓを最大許容値でガードする。そしてその後、デューティ比信号を前記図１のヒータ制御回路２５に出力する。
【００６９】
次に、図１４のルーチン（前記図１３のステップ１５０の処理）を説明すれば、マイコン２０は、ステップ１５１で前回処理時の素子温Ｔｓを前回値「Ｔｓ０」、同じく前回処理時の素子温変化速度ΔＴｓを前回値「ΔＴｓ０」とする。また、マイコン２０は、続くステップ１５２で前記検出した素子抵抗ＺＡＣ（図１２による検出値）を読み出すと共に、例えば図１７の関係に従い、素子抵抗ＺＡＣから素子温Ｔｓの今回値を求める。さらに、マイコン２０は、ステップ１５３で素子温の今回値Ｔｓから前回値Ｔｓ０を減算して素子温変化速度の今回値ΔＴｓを算出する（ΔＴｓ＝Ｔｓ−Ｔｓ０）。
【００７０】
その後、マイコン２０は、ステップ１５４で下記の数式により比例項Ｇｐ，積分項Ｇｉ，微分項Ｇｄを算出する。
Ｇｐ＝Ｋｐ・（ΔＴｓｒｅｆ−ΔＴｓ）
Ｇｉ＝Ｇｉ＋Ｋｉ・（ΔＴｓｒｅｆ−ΔＴｓ）
Ｇｄ＝Ｋｄ・（ΔＴｓ０−ΔＴｓ）
但し、上記各式において、「Ｋｐ」は比例定数、「Ｋｉ」は積分定数、「Ｋｄ」は微分定数を表す。
【００７１】
そして、マイコン２０は、ステップ１５５で上記比例項Ｇｐ，積分項Ｇｉ，微分項Ｇｄを加算してデューティ比ＤＵＴＹを算出し（ＤＵＴＹ＝Ｇｐ＋Ｇｉ＋Ｇｄ）、その後元の図１３のルーチンに戻る。
【００７２】
また、図１５のルーチン（前記図１３のステップ１６０の処理）を説明すれば、マイコン２０は、ステップ１６１で前回処理時の素子抵抗ＺＡＣを前回値「ＺＡＣ０」とし、続くステップ１６２で前記検出した素子抵抗ＺＡＣ（図１２による検出値）を読み出す。またマイコン２０は、ステップ１６３で下記の数式により比例項Ｇｐ，積分項Ｇｉ，微分項Ｇｄを算出する。
【００７３】
Ｇｐ＝Ｋｐ・（ＺＡＣ−ＺＡＣｒｅｆ）
Ｇｉ＝Ｇｉ＋Ｋｉ・（ＺＡＣ−ＺＡＣｒｅｆ）
Ｇｄ＝Ｋｄ・（ＺＡＣ−ＺＡＣ０）
そして、マイコン２０は、ステップ１６４で上記比例項Ｇｐ，積分項Ｇｉ，微分項Ｇｄを加算してデューティ比ＤＵＴＹを算出し（ＤＵＴＹ＝Ｇｐ＋Ｇｉ＋Ｇｄ）、その後元の図１３のルーチンに戻る。
【００７４】
次に、第１〜第３学習値ＦＬＲＮ１〜ＦＬＲＮ３の算出手順を図１９〜図２１のフローチャートを用いて説明する。ここで、図１９は、第１学習値ＦＬＲＮ１を算出するための第１の学習ルーチンを、図２０は、第２学習値ＦＬＲＮ２を算出するための第２の学習ルーチンを、図２１は、第３学習値ＦＬＲＮ３を算出するための第３の学習ルーチンをそれぞれ示し、これら各ルーチンはマイコン２０により例えば１２８ｍｓ周期で実行される。但し、図１９〜図２１による学習値の更新は、例えばＩＧオン後に１回のみ実施されればよい。従って、学習が完了すると、その旨を表すフラグがセットされ、それ以降は同じ処理が実施されないようになっている。
【００７５】
最初に図１９を説明すると、マイコン２０は、先ずステップ２０１でエンジン１０の再始動判定を行う。この再始動判定では、
・エンジン水温が所定温度（例えば３５℃）以下であること、
・吸気温が所定温度（例えば２０℃）以下であること、
・素子抵抗が所定値（例えば３ｋΩ）以上であること、
・ヒータ抵抗が所定値（例えば３Ω）以下であること、
といった各種条件を判定する。そして、上記の各種条件が全て成立すれば、エンジン再始動時でないと判断し、上記いずれかの条件が一つでも不成立であれば、エンジン再始動時であると判断する。
【００７６】
エンジン再始動時でないことを条件に（ステップ２０２がＹＥＳ）、マイコン２０はステップ２０３に進み、Ａ／Ｆセンサ３０の活性化までの所要時間を計測する。この所要時間の計測に際しては、ＩＧ＝ＯＮに伴いカウントアップされるカウンタを用い、例えば図２３に示すように、
・センサ電流の変化量が所定の判定値以上となった時、
・センサ電流の積算値が所定の判定値以上となった時、
・素子抵抗が所定の判定値（例えば１ｋΩ）以下となった時、
・ヒータ抵抗が所定の判定値（例えば４Ω）以上となった時、
・素子温が所定の判定値（例えば６００℃）以上となった時、
・ヒータ温が所定の判定値（例えば６５０℃）以上となった時、
といった何れかの場合に、センサ活性の旨を判定する。そして、活性化までの所要時間をカウンタ値から検知する。ここで言う活性判定とは、前記図１３のヒータ制御での活性判定（図９の時刻ｔ１３）とは必ずしも同意ではなく、活性判定の目安となるものであればよい。
【００７７】
その後、マイコン２０は、ステップ２０４で例えば図２２（ａ）の関係に従い、活性化までの所要時間に応じて第１学習値ＦＬＲＮ１を設定した後、本ルーチンを終了する。前記設定したＦＬＲＮ１値はマイコン２０内のバックアップメモリ２０ａに随時記憶される。図２２（ａ）によれば、活性化までの所要時間が所定値Ａ１以上になると、正の学習値ＦＬＲＮ１が設定される。例えばＡ／Ｆセンサ３０が劣化したりすると活性時間が増大し、上記学習値ＦＬＲＮ１に「０」以上の値がセットされる。
【００７８】
次に、図２０を説明すると、マイコン２０は、先ずステップ３０１でＡ／Ｆセンサ３０の活性が完了しているか否かを判別する。また、マイコン２０は、ステップ３０２で今現在、燃料カット（Ｆ／Ｃ）中であるか否かを判別する。そして、ステップ３０１，３０２が共にＹＥＳであることを条件に、マイコン２０はステップ３０３に進み、Ｆ／Ｃ時におけるセンサ内部抵抗Ｒｉを検出する。
【００７９】
つまり、Ｆ／Ｃ時であればＡ／Ｆが極リーンの状態下にあり、例えば図２４に示す特性線Ｌ１’を用いて抵抗支配領域の電圧Ｖｆを印加してその時のセンサ電流Ｉｆを検出する。そして、
Ｒｉ＝Ｖｆ／Ｉｆ
としてセンサ内部抵抗Ｒｉを検出する。
【００８０】
その後、ステップ３０４では、マイコン２０は、前記掃引法にて検出した素子抵抗ＺＡＣ（前記図１２による検出値）とＦ／Ｃ時に検出したセンサ内部抵抗Ｒｉとの差（ＺＡＣ−Ｒｉ）を算出する。
【００８１】
また、マイコン２０は、続くステップ３０５で例えば図２２（ｂ）の関係に従い、（ＺＡＣ−Ｒｉ）に応じて第２学習値ＦＬＲＮ２を設定した後、本ルーチンを終了する。前記設定したＦＬＲＮ２値はマイコン２０内のバックアップメモリ２０ａに随時記憶される。図２２（ｂ）によれば、（ＺＡＣ−Ｒｉ）の値が「０」付近の「Ｂ１〜Ｂ２」にある場合、ＦＬＲＮ２＝０が設定される。また、（ＺＡＣ−Ｒｉ）＜Ｂ１の場合、正の学習値ＦＬＲＮ２が設定され、（ＺＡＣ−Ｒｉ）＞Ｂ２の場合、負の学習値ＦＬＲＮ２が設定される。
【００８２】
次に、図２１を説明すると、マイコン２０は、先ずステップ４０１で今現在、素子温一定（素子抵抗一定）のフィードバック制御が実施されているか否かを判別する。前記図９の時刻ｔ１３以降においては、同ステップ４０１が肯定判別される。また、マイコン２０は、ステップ４０２で今現在、エンジン１０が定常運転されているか否かを判別する。さらに、マイコン２０は、前記ステップ４０１，４０２が共にＹＥＳとなる状態が所定時間（例えば５秒間）継続したか否かを判別する（ステップ４０３）。
【００８３】
ステップ４０３がＹＥＳになると、マイコン２０はステップ４０４に進み、所定時間内（５秒間）のヒータ６４への通電ＤＵＴＹから平均ＤＵＴＹを算出する。さらに、マイコン２０は、ステップ４０５で前記算出した平均ＤＵＴＹから予め設定されている基準ＤＵＴＹを減算してＤＵＴＹズレ量を算出する（ＤＵＴＹズレ量＝平均ＤＵＴＹ−基準ＤＵＴＹ）。なおここで、基準ＤＵＴＹとは、素子温一定制御での定常運転時において、素子温Ｔｓを所定温度に保持するために必要な標準的な通電量に相当する。
【００８４】
また、マイコン２０は、続くステップ４０６で例えば図２２（ｃ）の関係に従い、ＤＵＴＹズレ量に応じて第３学習値ＦＬＲＮ３を設定した後、本ルーチンを終了する。前記設定したＦＬＲＮ３値はマイコン２０内のバックアップメモリ２０ａに随時記憶される。図２２（ｃ）によれば、ＤＵＴＹズレ量が「０」付近の「Ｃ１〜Ｃ２」にある場合、ＦＬＲＮ３＝０が設定される。また、ＤＵＴＹズレ量＜Ｃ１の場合、負の学習値ＦＬＲＮ３が設定され、ＤＵＴＹズレ量＞Ｃ２の場合、正の学習値ＦＬＲＮ３が設定される。
【００８５】
上記の如く算出された学習値ＦＬＲＮ１〜ＦＬＲＮ３は、既述の図１３のステップ１４４，１４６において、最終デューティ比Ｄｆｎの算出（ＤＵＴＹ補正）に適宜採用される。
【００８６】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に示す効果が得られる。
（ａ）本実施の形態では、素子温変化速度ΔＴｓ（センサ素子部６０の昇温率）に応じてヒータ通電量をデューティ制御するようにした。上記構成によれば、例えばＡ／Ｆセンサ３０の冷間状態からの昇温時において、過剰なるセンサ素子部６０の昇温が抑制できると共に、センサ素子部６０の迅速なる活性化が実現できる。その結果、Ａ／Ｆセンサ３０の昇温特性を良好に維持し、且つ素子割れ、ヒータ割れ、ヒータ接合面の剥離などの不具合が抑制できる。
【００８７】
特に固体電解質６１にヒータ６４を積層して一体化した、いわゆる積層型センサの場合、固体電解質６１とヒータ６４とが近接して設けられるため、素子割れやヒータ割れなどの問題が生じやすいが、上記構成によれば当該問題が確実に抑制できる。
【００８８】
（ｂ）センサ冷間状態からの昇温時には、その当初において素子温変化速度ΔＴｓをオープン制御することとした。これにより、素子抵抗ＺＡＣが検出可能になるまでの始動直後の期間においても、素子温変化速度ΔＴｓが適切に制御できる。
【００８９】
（ｃ）Ａ／Ｆセンサ３０の昇温時であるか又は昇温後の定常時であるかを判別し、昇温後の定常時であれば、素子温一定のフィードバック制御を実施するようにした。つまり、Ａ／Ｆセンサ３０が一旦活性化されると、それ以降は昇温時のような急激な温度変化がないものとして、素子温変化速度ΔＴｓに応じたヒータ制御に代えて、既存の素子温フィードバック制御を実施する。これにより、昇温時は勿論のこと、昇温時以外においても適切なヒータ制御が実施できる。
【００９０】
（ｄ）素子温Ｔｓ又はその変化速度ΔＴｓを所定の最大許容値でガードすることとした。これにより、センサ素子部６０の過剰な加熱がより一層確実に防止できる。
【００９１】
（ｅ）一方、第１〜第３学習値ＦＬＲＮ１〜ＦＬＲＮ３を求め、当該学習値によりヒータ通電量を補正することとした。すなわち、
・Ａ／Ｆセンサ３０の冷間状態から活性化までの所要時間に応じた第１学習値ＦＬＲＮ１と、
・燃料カット時に検出したセンサ内部抵抗Ｒｉと、掃引法により検出した素子抵抗ＺＡＣとを比較し、それらの値のズレ量（ＺＡＣ−Ｒｉ）に応じた第２学習値ＦＬＲＮ２と、
・エンジンの定常運転時における通電ＤＵＴＹと、予め設定されている通電ＤＵＴＹの標準値との差に応じた第３学習値ＦＬＲＮ３と、
によりヒータ通電量を補正するようにした。従って、例えばＡ／Ｆセンサ３０が劣化しても、素子温Ｔｓが不用意に変動するなどの不具合が抑制できる。つまり、センサ個体差や経時変化によるヒータ制御への影響が排除できる。
【００９２】
（ｆ）上記学習値ＦＬＲＮ１〜ＦＬＲＮ３をバックアップメモリ２０ａに随時記憶すると共に、その値を必要に応じて更新するようにした。これにより、学習値ＦＬＲＮ１〜ＦＬＲＮ３の演算が必要時だけで済み、効率的で且つ適切なヒータ制御が実施できる。
【００９３】
（ｇ）また、補正値ＦＫ１〜ＦＫ４を求め、当該補正値によりヒータ通電量を補正することとした。すなわち、
・バッテリ電源＋Ｂの電圧値に応じた補正値ＦＫ１と、
・排気温に応じた補正値ＦＫ２と、
・エンジン始動時の初期ヒータ抵抗に応じた補正値ＦＫ３と、
・＋Ｂ〜ヒータ６４〜ＧＮＤ間のハーネス抵抗に応じた補正値ＦＫ４と、
によりヒータ通電量を補正するようにした。これにより、エンジン１０の運転条件が逐次変化する場合にも、そのエンジン運転条件に応じた適切なヒータ制御が継続できる。結果として、ヒータ通電の制御精度がより一層向上する。
【００９４】
上記実施の形態では、ヒータ通電の制御時において（前記図１３のルーチン）、素子抵抗ＺＡＣを素子温Ｔｓに変換し、この素子温Ｔｓを用いて「素子温変化速度ΔＴｓ」を制御したが、素子抵抗ＺＡＣを素子温Ｔｓに変換せずに「素子抵抗変化速度」を制御する構成としてもよい。
【００９５】
次に、本発明における第２，第３の実施の形態を説明する。但し、以下の実施の形態の構成において、上述した第１の実施の形態と同等であるものについては図面に同一の記号を付すと共にその説明を簡略化する。そして、以下には第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００９６】
（第２の実施の形態）
図２５〜図２８を用いて第２の実施の形態における空燃比検出装置を説明する。本実施の形態の装置では、Ａ／Ｆセンサ３０の昇温時において、素子温Ｔｓとヒータ温Ｔｈとの差（温度差ΔＴｈｓ）に応じてヒータ６４の通電制御を実施することを特徴としている。
【００９７】
先ずは図２５のタイムチャートを用いて動作の概要を説明する。図２５では、エンジン１０の低温始動時において、Ａ／Ｆセンサ３０が冷間状態から昇温される過程を表している。
【００９８】
時刻ｔ２１でイグニッションキー（ＩＧキー）がＯＮされると、マップを用いた素子温変化速度ΔＴｓのオープン制御が開始される。つまり、ヒータ６４の通電デューティが時間の経過に伴い少しずつ上昇し、これに伴い素子温Ｔｓ（固体電解質の温度）とヒータ温Ｔｈが次第に上昇する。
【００９９】
素子抵抗ＺＡＣが昇温途中の所定値（本実施の形態では、３ｋΩ）を下回る時刻ｔ２２では、ヒータ制御がそれまでの素子温変化速度ΔＴｓのオープン制御から、素子温Ｔｓとヒータ温Ｔｈとの差（温度差ΔＴｈｓ）のフィードバック制御に切り換えられる。すなわち、時刻ｔ２２〜ｔ２３では、素子温Ｔｓとヒータ温Ｔｈとの差（温度差ΔＴｈｓ）を目標値にフィードバック制御させつつ通電デューティが決定される。
【０１００】
その後、素子抵抗ＺＡＣが活性完了の判定値（本実施の形態では、１２０Ω）にまで低下する時刻ｔ２３では、それまでの温度差ΔＴｈｓのフィードバック制御が終了され、これに代えて、素子温一定（素子抵抗一定）のフィードバック制御が開始される。すなわち、時刻ｔ２３以降においては、素子温Ｔｓを所定の目標温度（７００℃）にフィードバック制御することにより通電デューティが決定される。
【０１０１】
図２６は、本実施の形態におけるヒータ通電制御ルーチンであり、同ルーチンは前記図１３に代えてマイコン２０により実施される。図１３と図２６との相違点として、図２６では、図１３のステップ１５０に代えてステップ５００の処理を実施する。
【０１０２】
つまり、センサ昇温中であって且つ、ＺＡＣ≦３ｋΩの場合（ステップ１４１，１４２が共にＹＥＳの場合）、マイコン２０はステップ５００に進み、後述する図２７の手順に従い、素子温Ｔｓとヒータ温Ｔｈとの差（温度差ΔＴｈｓ）を所定値にフィードバック制御する。すなわち、その時々の温度差ΔＴｈｓと所定の目標値ΔＴｈｓｒｅｆとが一致するようＰＩＤ制御手法などを用いてヒータ通電のためのデューティ比ＤＵＴＹを決定する。例えば前記図２５の時刻ｔ２２〜ｔ２３では、ステップ５００による温度差ΔＴｈｓのフィードバック制御が実施される。
【０１０３】
なおこの場合には、素子温Ｔｓとヒータ温Ｔｈとの温度差ΔＴｈｓを、同温度差ΔＴｈｓの最大許容値（２００℃程度）でガードし、この最大許容値を越える場合には通電ＤＵＴＹを「０」若しくは素子温が確実に下がる値（約０．１〜１％程度）で規制するとよい。
【０１０４】
図２７のルーチンを説明すれば、マイコン２０は、先ずステップ５０１で前回処理時の温度差ΔＴｈｓ（ヒータ温Ｔｈと素子温Ｔｓとの差）を前回値「ΔＴｈｓ０」とし、続くステップ５０２でヒータ抵抗Ｒｈを検出する。このとき、ヒータ６４の両端電圧Ｖｈとヒータ電流Ｉｈとをヒータ制御回路２５から取り込み、この取り込んだＶｈ，Ｉｈからヒータ抵抗Ｒｈを検出する（Ｒｈ＝Ｖｈ／Ｉｈ）。
【０１０５】
その後、マイコン２０は、ステップ５０３で図２８の関係に従い、ヒータ抵抗Ｒｈをヒータ温Ｔｈに換算する。また、マイコン２０は、ステップ５０４で前記図１７の関係に従い、素子抵抗ＺＡＣを素子温Ｔｓに換算する。
【０１０６】
さらに、マイコン２０は、ステップ５０５で素子（固体電解質）とヒータとの温度差ΔＴｈｓを求め（ΔＴｈｓ＝Ｔｈ−Ｔｓ）、続くステップ５０６で下記の数式により比例項Ｇｐ，積分項Ｇｉ，微分項Ｇｄを算出する。
【０１０７】
Ｇｐ＝Ｋｐ・（ΔＴｈｓｒｅｆ−ΔＴｈｓ）
Ｇｉ＝Ｇｉ＋Ｋｉ・（ΔＴｈｓｒｅｆ−ΔＴｈｓ）
Ｇｄ＝Ｋｄ・（ΔＴｈｓ０−ΔＴｈｓ）
そして、マイコン２０は、ステップ５０７で上記比例項Ｇｐ，積分項Ｇｉ，微分項Ｇｄを加算してデューティ比ＤＵＴＹを算出し（ＤＵＴＹ＝Ｇｐ＋Ｇｉ＋Ｇｄ）、その後元の図２６のルーチンに戻る。
【０１０８】
以上第２の実施の形態では、素子温Ｔｓとヒータ温Ｔｈとの差（温度差ΔＴｈｓ）に応じてヒータ通電量を制御することとした。これにより、上記第１の実施の形態と同様に、Ａ／Ｆセンサ３０の昇温特性を良好に維持し、且つ素子割れなどの不具合が抑制できる。すなわち、素子温Ｔｓに対してヒータ温Ｔｈが過大になると、固体電解質６１の急激な温度上昇を引き起こすおそれがあるが、上記構成によればこうした不具合が解消される。
【０１０９】
（第３の実施の形態）
次いで、図２９〜図３１を用いて第３の実施の形態における空燃比検出装置を説明する。本実施の形態の装置では、Ａ／Ｆセンサ３０の昇温時において、ヒータ抵抗Ｒｈ（ヒータ温Ｔｈでも可）の変化速度に応じてヒータ６４の通電制御を実施することを特徴としている。
【０１１０】
先ずは図２９のタイムチャートを用いて動作の概要を説明する。図２９では、エンジン１０の低温始動時において、Ａ／Ｆセンサ３０が冷間状態から昇温される過程を表している。
【０１１１】
時刻ｔ３１でイグニッションキー（ＩＧキー）がＯＮされると、その当初からヒータ抵抗Ｒｈ（或いは、ヒータ温Ｔｈ）が検出される。そして、ヒータ抵抗の変化速度ΔＲｈ（或いは、ヒータ温の変化速度ΔＴｈ）が所定の目標値になるようフィードバック制御が実施され、それにより通電デューティが決定される。このヒータ抵抗変化速度ΔＲｈのフィードバック制御は、活性完了とみなされるまで、すなわちヒータ抵抗Ｒｈ＝４Ωとなるまで継続される。
【０１１２】
Ｒｈ＝４Ωとなる時刻ｔ３２では、ヒータ抵抗変化速度ΔＲｈのフィードバック制御が終了され、これに代えて、ヒータ温一定（ヒータ抵抗一定）のフィードバック制御が開始される。すなわち、時刻ｔ３２以降においては、ヒータ温Ｔｈを所定の目標温度（７００℃）にフィードバック制御することにより通電デューティが決定される。但し、「ヒータ温一定」のフィードバック制御と「ヒータ抵抗一定」のフィードバック制御とは実質上、略同意であることから、本実施の形態では、ヒータ抵抗一定のフィードバック制御を実施することとしている（ヒータ抵抗Ｒｈを目標値にフィードバックさせる）。
【０１１３】
図３０は、本実施の形態におけるヒータ通電制御ルーチンであり、同ルーチンは前記図１３に代えてマイコン２０により実施される。図１３と図３０との相違点として、図３０では、図１３のステップ１４２，１４３，１５０に代えてステップ６００の処理を実施すると共に、図１３のステップ１６０に代えてステップ７００の処理を実施する。
【０１１４】
つまり、センサ昇温中の場合（ステップ１４１がＹＥＳの場合）、マイコン２０はステップ６００に進み、後述する図３１の手順に従い、ヒータ抵抗変化速度ΔＲｈを所定値にフィードバック制御する。すなわち、その時々のヒータ抵抗変化速度ΔＲｈと所定の目標値ΔＲｈｒｅｆとが一致するようＰＩＤ制御手法などを用いてヒータ通電のためのデューティ比ＤＵＴＹを決定する。例えば前記図２９の時刻ｔ３１〜ｔ３２では、ステップ６００によるΔＲｈのフィードバック制御が実施される。
【０１１５】
また、センサ昇温中でない場合（ステップ１４１がＮＯの場合）、マイコン２０はステップ７００に進み、後述する図３２の手順に従い、ヒータ抵抗Ｒｈを所定値にフィードバック制御する。すなわち、その時々のヒータ抵抗Ｒｈと所定の目標値Ｒｈｒｅｆとが一致するようＰＩＤ制御手法などを用いてヒータ通電のためのデューティ比ＤＵＴＹを決定する。例えば前記図２９の時刻ｔ３２以降では、ステップ７００によるヒータ抵抗一定（ヒータ温一定）のフィードバック制御が実施される。
【０１１６】
なお図３０の処理では、ヒータ抵抗変化速度ΔＲｈをその最大許容値（２００℃／ｓ程度）でガードすると共に、ヒータ温Ｔｈをその最大許容値（１０００〜１１００℃程度）でガードし、この最大許容値を越える場合には通電ＤＵＴＹを「０」若しくはヒータ温が確実に下がる値（約０．１〜１％程度）で規制するとよい。
【０１１７】
図３１のルーチンを説明すれば、マイコン２０は、先ずステップ６０１で前回処理時のヒータ抵抗Ｒｈを前回値「Ｒｈ０」、同じく前回処理時のヒータ抵抗変化速度ΔＲｈを前回値「ΔＲｈ０」とし、続くステップ６０２でヒータ抵抗Ｒｈの今回値を検出する（Ｒｈ＝Ｖｈ／Ｉｈ）。
【０１１８】
その後、マイコン２０は、ステップ６０３でヒータ抵抗変化速度ΔＲｈを求め（ΔＲｈ＝Ｒｈ−Ｒｈ０）、続くステップ６０４で下記の数式により比例項Ｇｐ，積分項Ｇｉ，微分項Ｇｄを算出する。
【０１１９】
Ｇｐ＝Ｋｐ・（ΔＲｈｒｅｆ−ΔＲｈ）
Ｇｉ＝Ｇｉ＋Ｋｉ・（ΔＲｈｒｅｆ−ΔＲｈ）
Ｇｄ＝Ｋｄ・（ΔＲｈ０−ΔＲｈ）
そして、マイコン２０は、ステップ６０５で上記比例項Ｇｐ，積分項Ｇｉ，微分項Ｇｄを加算してデューティ比ＤＵＴＹを算出し（ＤＵＴＹ＝Ｇｐ＋Ｇｉ＋Ｇｄ）、その後元の図３０のルーチンに戻る。
【０１２０】
また図３２の処理を説明すれば、マイコン２０は、先ずステップ７０１で前回処理時のヒータ抵抗Ｒｈを前回値「Ｒｈ０」とし、続くステップ７０２でヒータ抵抗Ｒｈの今回値を検出する（Ｒｈ＝Ｖｈ／Ｉｈ）。その後、マイコン２０は、ステップ７０３で下記の数式により比例項Ｇｐ，積分項Ｇｉ，微分項Ｇｄを算出する。
【０１２１】
Ｇｐ＝Ｋｐ・（Ｒｈｒｅｆ−Ｒｈ）
Ｇｉ＝Ｇｉ＋Ｋｉ・（Ｒｈｒｅｆ−Ｒｈ）
Ｇｄ＝Ｋｄ・（Ｒｈ０−Ｒｈ）
そして、マイコン２０は、ステップ７０４で上記比例項Ｇｐ，積分項Ｇｉ，微分項Ｇｄを加算してデューティ比ＤＵＴＹを算出し（ＤＵＴＹ＝Ｇｐ＋Ｇｉ＋Ｇｄ）、その後元の図３０のルーチンに戻る。
【０１２２】
以上第３の実施の形態では、ヒータ抵抗変化速度ΔＲｈに応じてヒータ通電量を制御することとした。これにより、上記第１，第２の実施の形態と同様に、Ａ／Ｆセンサ３０の昇温特性を良好に維持し、且つ素子割れなどの不具合が抑制できる。
【０１２３】
なお、本発明の実施の形態は、上記以外に次の形態にて実現できる。
（別の形態１）
上記第１の実施の形態における図１４（ΔＴｓのフィードバック制御ルーチン）において、素子温変化速度ΔＴｓの目標値ΔＴｓｒｅｆを可変に設定する。例えば図３３（ａ），（ｂ）に示すように、素子温Ｔｓに応じてΔＴｓｒｅｆ値を設定する。この場合、比較的大きな温度上昇率が許容される素子温Ｔｓの高温域では、ΔＴｓｒｅｆ値が大きくなり、比較的大きな通電ＤＵＴＹが設定される。その結果、Ａ／Ｆセンサ３０の早期活性が実現できる。またＩＧオンからの時間の経過に応じて目標値を徐々に大きくしていく構成としてもよい。
【０１２４】
第２，第３の実施の形態においても同様に、フィードバック制御時の目標値（図２７のΔＴｈｓｒｅｆ，図３１のΔＲｈｒｅｆ）を例えば素子温Ｔｓや経過時間に応じて可変に設定するようにしてもよい。
【０１２５】
（別の形態２）
上記第１の実施の形態では、エンジン１０の低温始動に伴うセンサ昇温時において、素子温変化速度ΔＴｓのオープン制御、並びにフィードバック制御を実施したが（前記図９のｔ１１〜ｔ１２，ｔ１２〜ｔ１３、図１３参照）、これを以下のように変更する。
【０１２６】
前記図９のｔ１１〜ｔ１２の期間において、予め設定されているマップを用いて素子抵抗ＺＡＣ（又は素子温Ｔｓ）をオープン制御する。また、同図のｔ１２〜ｔ１３の期間において、素子抵抗ＺＡＣ（又は素子温Ｔｓ）を目標値ＺＡＣｒｅｆにフィードバック制御する。素子抵抗ＺＡＣのフィードバック手順は前記図１５の処理に準ずる。このとき、素子抵抗ＺＡＣ変化速度（センサ素子部６０の昇温率に相当）が所定の最大値を越えないようにガードしておくとよい。かかる構成においても、センサの昇温特性を良好に維持し、且つ素子割れなどの不具合が抑制できるようになる。
【０１２７】
（別の形態３）
上記第３の実施の形態では、エンジン１０の低温始動に伴うセンサ昇温時において、ヒータ抵抗変化速度ΔＴｓのフィードバック制御を実施したが（前記図２９のｔ３１〜ｔ３２、図３０参照）、これを以下のように変更する。
【０１２８】
前記図２９のｔ３１〜ｔ３２の期間において、ヒータ抵抗Ｒｈ（又はヒータ温Ｔｈ）を目標値Ｒｈｒｅｆにフィードバック制御する。ヒータ抵抗Ｒｈのフィードバック手順は前記図３２の処理に準ずる。このとき、ヒータ抵抗Ｒｈの変化速度（センサ素子部６０の昇温率に相当）が所定の最大値を越えないようにガードしておくとよい。
【０１２９】
或いは、同じく前記図２９のｔ３１〜ｔ３２の期間において、ヒータ電力Ｗｈを目標値Ｗｈｒｅｆにフィードバック制御する。ヒータ電力Ｗｈのフィードバック手順を図３４を用いて簡単に説明すれば、
・先ず、ヒータ電力Ｗｈを前回値「Ｗｈ０」とし（ステップ８０１）、
・ヒータ電力Ｗｈの今回値を検出し（ステップ８０２）、
・比例項Ｇｐ，積分項Ｇｉ，微分項Ｇｄを、
Ｇｐ＝Ｋｐ・（Ｗｈｒｅｆ−Ｗｈ）
Ｇｉ＝Ｇｉ＋Ｋｉ・（Ｗｈｒｅｆ−Ｗｈ）
Ｇｄ＝Ｋｄ・（Ｗｈ０−Ｗｈ）
として求め（ステップ８０３）、
・比例項Ｇｐ，積分項Ｇｉ，微分項Ｇｄを加算してデューティ比ＤＵＴＹを算出する（ステップ８０４）。このとき、ヒータ電力Ｗｈの変化速度（センサ素子部６０の昇温率に相当）が所定の最大値を越えないようにガードしておくとよい。
【０１３０】
但しこの場合、ヒータ電力Ｗｈはヒータ電圧Ｖｈとヒータ電流Ｉｈとの積で求められる。ヒータ電力Ｗｈに代えて、ＩＧオン時からのヒータ電力積算値を用いることも可能である。上記構成においても、センサの昇温特性を良好に維持し、且つ素子割れなどの不具合が抑制できるようになる。
【０１３１】
（別の形態４）
上記第１〜第３の実施の形態では、センサ活性後においてそれまでのセンサ素子の昇温率（昇温速度）に応じたヒータ制御に代えて素子温一定（素子抵抗一定）のフィードバック制御を実施していたが、これを変更する。例えばセンサ活性後においても、センサ素子の昇温率に応じたヒータ制御を継続して実施するようにしてもよい。
【０１３２】
（別の形態５）
Ａ／Ｆセンサ３０の素子抵抗検出に際し、上記各実施の形態では「交流素子抵抗ＺＡＣ」を検出したが、これを変更し、「直流素子抵抗Ｒｉ」を検出する。具体的には、前記図１２（図１０のステップ１３０）に代えて、図３５のＲｉ検出ルーチンを実行する。すなわち図３５において、マイコン２０は、先ずステップ９０１でセンサ素子部６０に負の電圧Ｖｎを印加する。この電圧Ｖｎの値は限界電流発生域にかからない抵抗支配域の電圧であり、具体的にはＶｎ＝−０．３〜−１〔ボルト〕程度とする。また、マイコン２０は、電圧切り換え直後のピーク電流が完全に収束する時間ｔ１（数１０ｍｓ〜数１００ｍｓ）だけ待った後（ステップ９０２）、ステップ９０３で電流値Ｉｎを検出する。
【０１３３】
その後、マイコン２０は、ステップ９０４で印加電圧を負の電圧Ｖｎから元の正の電圧Ｖｐに戻す。また、マイコン２０は、電圧切り換え直後のピーク電流が完全に収束する時間ｔ２（数１０ｍｓ〜数１００ｍｓ）だけ待った後（ステップ９０５）、ステップ９０６で前記負の電圧Ｖｎと前記電流値Ｉｎ（負の電流値）とからその時の直流素子抵抗Ｒｉを算出する（Ｒｉ＝Ｖｎ／Ｉｎ）。
【０１３４】
上記の如く直流素子抵抗を検出する場合、所定の周波数域の単発的な交流電圧をセンサ素子部６０に印加するための構成が不要となり、前記図１のＬＰＦ２２が省略できる。
【０１３５】
（別の形態６）
Ａ／Ｆセンサの構成を変更する。上記実施の形態では、図３に説明したように、ガス拡散抵抗層６２をガス透過層６２ａとガス遮蔽層６２ｂとの二層で構成したが、このうちガス遮蔽層６２ｂを省略した構成としてもよい。また、上記実施の形態では、積層型Ａ／Ｆセンサに具体化したが、コップ型Ａ／Ｆセンサに具体化してもよい。
【０１３６】
（別の形態７）
上記実施の形態では、酸素濃度（空燃比）に応じたリニアな限界電流値を出力するＡ／Ｆセンサに本発明を具体化したが、これを変更する。例えば空燃比がリッチかリーンかに応じて異なる電圧信号を出力するＯ2 センサに具体化してもよい。また、排ガス中のＮＯx 濃度を検出するＮＯx センサや、ＮＯx ，ＨＣ，Ｏ2 などの各種成分を検出する、いわゆる複合型センサに具体化してもよい。またさらに、排ガス以外のガス成分濃度を測定する装置にも適用できる。
【０１３７】
（別の形態８）
上記各実施の形態では、デューティ比ＤＵＴＹに補正値ＦＫや学習値ＦＬＲＮで補正する構成としたが（前記図１３のステップ１４４，１４６）、この補正の処理を省略して具体化してもよい。
【０１３８】
（別の形態９）
上記各実施の形態では、各種のフィードバック制御の実施に際し、ＰＩＤ制御を実施したが、ＰＩ制御やＰ制御など他の制御に変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態における空燃比制御システムの概要を示す全体構成図。
【図２】Ａ／Ｆセンサの全体構成を示す断面図。
【図３】センサ素子部の断面図。
【図４】センサ素子部を構成する各部材の分解斜視図。
【図５】Ａ／Ｆセンサの電圧−電流特性図。
【図６】Ａ／Ｆセンサの限界電流値と空燃比との関係を示すグラフ。
【図７】バイアス制御回路の詳細な構成を示す電気回路図。
【図８】ヒータ制御回路の詳細な構成を示す電気回路図。
【図９】空燃比検出装置の動作説明のためのタイムチャート。
【図１０】空燃比検出装置内のマイコンによるメインルーチンを示すフローチャート。
【図１１】Ａ／Ｆの検出手順を示すフローチャート。
【図１２】素子抵抗ＺＡＣの検出手順を示すフローチャート。
【図１３】ヒータ通電の制御手順を示すフローチャート。
【図１４】素子温変化速度ΔＴｓのフィードバック制御手順を示すフローチャート。
【図１５】素子抵抗ＺＡＣのフィードバック制御手順を示すフローチャート。
【図１６】素子抵抗ＺＡＣの検出時におけるセンサ電圧とセンサ電流とを示す波形図。
【図１７】素子抵抗と素子温との関係を示すグラフ。
【図１８】補正値ＦＫ１〜ＦＫ４を求めるための図。
【図１９】第１の学習ルーチンを示すフローチャート。
【図２０】第２の学習ルーチンを示すフローチャート。
【図２１】第３の学習ルーチンを示すフローチャート。
【図２２】学習値ＦＬＲＮ１〜ＦＬＲＮ３を求めるための図。
【図２３】活性判定の様子を示すタイムチャート。
【図２４】Ｆ／Ｃ時の印加電圧Ｖｆとセンサ電流Ｉｆとを示す図。
【図２５】第２の実施の形態において、動作説明のためのタイムチャート。
【図２６】第２の実施の形態において、ヒータ通電の制御手順を示すフローチャート。
【図２７】第２の実施の形態において、温度差ΔＴｈｓのフィードバック制御手順を示すフローチャート。
【図２８】ヒータ抵抗とヒータ温との関係を示すグラフ。
【図２９】第３の実施の形態において、動作説明のためのタイムチャート。
【図３０】第３の実施の形態において、ヒータ通電の制御手順を示すフローチャート。
【図３１】第３の実施の形態において、ヒータ抵抗変化速度ΔＲｈのフィードバック制御手順を示すフローチャート。
【図３２】第３の実施の形態において、ヒータ抵抗Ｒｈのフィードバック制御手順を示すフローチャート。
【図３３】素子温Ｔｓに応じて素子温変化速度の目標値ΔＴｓｒｅｆを設定するための図。
【図３４】ヒータ電力Ｗｈのフィードバック制御手順を示すフローチャート。
【図３５】素子抵抗Ｒｉの検出手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０…エンジン、１５…空燃比検出装置、２０…マイコン（マイクロコンピュータ）、２０ａ…バックアップメモリ、２５…ヒータ制御回路、３０…Ａ／Ｆセンサ（限界電流式空燃比センサ）、４０…バイアス制御回路、５０…電流検出回路、６０…センサ素子部、６１…固体電解質、６４…ヒータ、６４ａ…発熱体、＋Ｂ…バッテリ電源。

Claims (12)

1. 固体電解質を用いたセンサ素子を有し、被測定ガスの特定成分濃度を測定するセンサと、
   電源電圧の通電により発熱し、前記センサ素子を所定の活性温度に加熱するためのヒータと、
   前記センサ素子の昇温率に応じて前記ヒータへの通電量を制御するヒータ制御手段と
   を備えることを特徴とするガス成分濃度測定装置。
2. 前記センサ素子の素子温又は素子抵抗を検出すると共に、その変化速度を算出する手段を備え、
   前記ヒータ制御手段は、前記算出した素子温又は素子抵抗の変化速度に応じてヒータ通電量を制御する請求項１に記載のガス成分濃度測定装置。
3. 前記センサ素子の温度と前記ヒータの温度とを検出すると共に、これら素子温とヒータ温との差を算出する手段を備え、
   前記ヒータ制御手段は、前記算出した素子温とヒータ温との差が目標温度差となるようにヒータ通電量をフィードバック制御する請求項１に記載のガス成分濃度測定装置。
4. 前記センサ素子が冷間状態から昇温される際に素子抵抗が検出可能になるまでの期間において、前記ヒータ制御手段は、素子温又は素子抵抗の変化速度をオープン制御する請求項２又は請求項３に記載のガス成分濃度測定装置。
5. 前記ヒータの温度又はヒータ抵抗を検出すると共に、そのヒータ温又はヒータ抵抗の変化速度を算出する手段を備え、
   前記ヒータ制御手段は、前記算出したヒータ温又はヒータ抵抗の変化速度に応じてヒータ通電量を制御する請求項１に記載のガス成分濃度測定装置。
6. 前記センサの昇温時であるか又は昇温後の定常時であるかを判別し、昇温後の定常時であれば、素子温を目標温度に一致させるようフィードバック制御を実施する請求項１〜請求項５のいずれかに記載のガス成分濃度測定装置。
7. 前記センサ素子の昇温率が所定の許容レベルを超えると、ヒータ通電量を制限する請求項１〜請求項６のいずれかに記載のガス成分濃度測定装置。
8. 前記センサの冷間状態から活性化までの所要時間に応じて前記ヒータの通電量を補正する請求項１〜請求項７のいずれかに記載のガス成分濃度測定装置。
9. エンジンの空燃比制御装置に適用されるものであって、
   前記エンジンへの燃料カット時において、前記固体電解質への印加電圧の変化に対して同固体電解質への流入電流が変化しない電圧域を含んだ電圧−電流特性を有する前記センサの抵抗支配領域に電圧を印加してその時のセンサ電流値から内部抵抗を検出し、該検出した内部抵抗に基づき前記ヒータの通電量を補正する請求項１〜請求項８のいずれかに記載のガス成分濃度測定装置。
10. エンジンの空燃比制御装置に適用されるものであって、
    前記エンジンの定常運転時におけるヒータ通電量と、予め設定されているヒータ通電量の標準値との差に応じて前記ヒータの通電量を補正する請求項１〜請求項９のいずれかに記載のガス成分濃度測定装置。
11. 請求項８〜請求項１０のいずれかに記載のガス成分濃度測定装置において、
    前記補正に関する値を学習値としてバックアップメモリに随時記憶し、前記ヒータ制御手段はバックアップメモリに記憶された学習値を読み出してヒータ制御に使用するガス成分濃度測定装置。
12. 前記センサは、固体電解質を有するセンサ素子にヒータを積層して配置し、固体電解質とヒータとを一体化してなる請求項１〜請求項１１のいずれかに記載のガス成分濃度測定装置。

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