JP5062755B2 - センサ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体電解質体および一対の電極を備えるセルを少なくとも１つ以上有するガスセンサ素子を用いて、被測定ガス中の特定ガス濃度を測定するにあたり、ガスセンサ素子に対する通電状態を制御するセンサ制御装置に関する。

従来、固体電解質体および一対の電極を備えるセルを少なくとも１つ以上有するガスセンサ素子を用いて、被測定ガス中の特定ガス濃度を測定するにあたり、ガスセンサ素子に対する通電状態を制御するセンサ制御装置が知られている。

なお、ガスセンサ素子としては、酸素ポンプセルおよび酸素濃度検知セルを備える全領域空燃比センサがあり、センサ制御装置としては、全領域空燃比センサを制御するガスセンサ制御装置がある（特許文献１）。

このようなガスセンサ制御装置は、センサ加熱手段（ヒータなど）を用いてガスセンサ素子を活性化温度まで加熱し、酸素濃度検知セルに対して基準生成用電流を通電して一対の電極のうち一方を酸素基準極として機能させることで、特定ガス濃度が測定可能となるようにガスセンサ素子の通電状態を制御している。
特開平１０−７３５６４号公報（図１など）

しかしながら、センサ加熱手段によるガスセンサ素子（固体電解質体）の加熱が不十分である場合（ガスセンサ素子が活性化していない場合）において、基準生成用電流を通電する場合には、酸素濃度検知セルに対して過大な電圧が印加されてしまい、ガスセンサ素子の破損に至る場合がある。

つまり、ガスセンサ素子の活性が不十分である場合には、酸素濃度検知セルの素子抵抗値が高く、酸素濃度検知セルへは電流が流れにくい状態であるため、予め定められた基準生成用電流を通電すると、酸素濃度検知セルの両端電圧が大きい値になってしまう。その結果、酸素濃度検知セルに対して過剰な電圧が印加されてしまい、過剰な電圧が長い時間印加されるとガスセンサ素子の破損（ブラックニングなど）に至る場合がある。

そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、ガスセンサ素子の加熱開始後において、基準生成用電流の通電に起因してガスセンサ素子の破損が生じるのを防止できるセンサ制御装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、固体電解質体および一対の電極を備えるセルを少なくとも１つ以上有するガスセンサ素子を用いて、被測定ガス中の特定ガス濃度を測定するにあたり、前記ガスセンサ素子に対する通電状態を制御するセンサ制御装置であって、前記ガスセンサ素子を加熱するセンサ加熱手段と、前記セルのうち少なくとも１つのセルについて、一対の電極のうち一方を酸素基準極とするために、当該セルに対して基準生成用電流を通電する酸素基準極生成手段と、前記センサ加熱手段によるセンサ加熱開始時を基点として、予め定められた破損回避時間が経過したか否かを判定する破損回避時間経過判定手段と、前記破損回避時間経過判定手段において前記破損回避時間が経過したと判定されない場合には、前記酸素基準極生成手段による基準生成用電流の通電を許可せず、前記破損回避時間経過判定手段において前記破損回避時間が経過したと判定された場合には、前記酸素基準極生成手段による基準生成用電流の通電を許可する基準生成用電流通電許可手段と、前記基準生成用電流が通電される前記セルに対して、前記破損回避時間よりも短く、且つ、通電による破損が生じない時間に予め設定された電圧検出時間にわたって電流を通電する通電手段と、前記通電手段によって前記セルが通電されているときに、当該セルの一対の電極間に発生する電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により検出された電圧値と通電許可しきい値とを比較して、前記電圧値が通電許可しきい値よりも高いか否かを判定する許可電圧判定手段と、を備えており、前記基準生成用電流通電許可手段は、前記破損回避時間経過判定手段において前記破損回避時間が経過したと判定された場合、あるいは前記許可電圧判定手段において前記電圧値が前記通電許可しきい値よりも低いと判定された場合に、前記酸素基準極生成手段による基準生成用電流の通電を許可すること、を特徴とするセンサ制御装置である。

このセンサ制御装置は、破損回避時間経過判定手段および基準生成用電流通電許可手段を備えることで、センサ加熱手段によるセンサ加熱開始時を基点としてから破損回避時間が経過したと判定されない場合には、酸素基準極生成手段による基準生成用電流の通電を許可しないように構成されている。

これにより、センサ加熱手段によるセンサ加熱開始直後のようなガスセンサ素子の温度が低い状況下において、酸素基準極生成手段による基準生成用電流の通電が行われるのを防止でき、基準生成用電流の通電に伴ってガスセンサ素子が破損（ブラックニングなど）するのを防止できる。

また、このセンサ制御装置は、センサ加熱手段によるセンサ加熱開始時を基点としてから破損回避時間が経過したと判定された場合に、酸素基準極生成手段による基準生成用電流の通電を許可するように構成されている。つまり、酸素基準極生成手段による基準生成用電流の通電開始時においては、ガスセンサ素子は、センサ加熱手段により破損回避時間にわたり加熱されており、ある程度活性化した状態となる。

これにより、ガスセンサ素子がある程度活性化した状態で、酸素基準極生成手段による基準生成用電流の通電を開始することができるため、ガスセンサ素子（詳細には、セル）に対して過大な電圧が印加されるのを防止でき、基準生成用電流の通電に伴ってガスセンサ素子が破損するのを防止できる。

よって、本発明のセンサ制御装置によれば、ガスセンサ素子の加熱開始後において、基準生成用電流の通電に起因してガスセンサ素子の破損（ブラックニングなど）が生じるのを防止できる。また、本発明のセンサ制御装置によれば、基準生成用電流が通電されるセルの一対の電極間に過電圧が印加されるのを防止するための過電圧印加防止回路（リミッタ回路）を設けなくても、基準生成用電流の通電に起因したガスセンサ素子の破損の発生を防止できる。

なお、破損回避時間は、実際のガスセンサ素子を用いて加熱時間とガスセンサ素子の素子温度との相関関係を測定し、その測定結果に基づいて適切な値を予め定めることができる。例えば、測定結果に基づいて、センサ加熱手段による加熱によって、ガスセンサ素子の素子温度を基準生成用電流の通電に伴う破損（ブラックニングなど）が生じない温度まで上昇させるために必要な所要時間を算出し、その算出結果を破損回避時間として予め設定することができる。
また、このセンサ制御装置は、通電手段、電圧検出手段、許可電圧判定手段を備えるとともに、許可電圧判定手段において電圧値が通電許可しきい値よりも低いと判定された場合にも、酸素基準極生成手段による基準生成用電流の通電を許可するように、構成されている。つまり、このセンサ制御装置は、破損回避時間が経過したと判定された場合のみならず、セルの一対の電極間に発生する電圧値が通電許可しきい値よりも低いと判定された場合も、酸素基準極生成手段による基準生成用電流の通電を許可する。
これにより、破損回避時間が経過する前段階において、セルの一対の電極間に発生する電圧値が通電許可しきい値を下回った場合には、破損回避時間の経過を待つことなく、基準生成用電流の通電を開始することができる。
そして、センサ加熱手段によるセンサ加熱開始時におけるガスセンサ素子の素子温度が比較的高い場合には、破損回避時間が経過する前段階において、セルの一対の電極間に発生する電圧値が通電許可しきい値を下回ることがある。このようにガスセンサ素子の温度が高い状態でセンサ加熱手段による加熱が開始される場合には、このセンサ制御装置のように、素子温度の状態に基づいて基準生成用電流の通電可否を判断することで、ガスセンサ素子に対して早期に基準生成用電流を通電することが可能となる。

次に、上述のセンサ制御装置においては、請求項２に記載のように、ガスセンサ素子の素子温度を検出する素子温度検出手段と、ガスセンサ素子の活性化温度に基づいて定められた通電許可温度と素子温度検出手段により検出された素子温度とを比較して、素子温度が通電許可温度よりも高いか否かを判定する許可温度判定手段と、を備えており、基準生成用電流通電許可手段は、破損回避時間経過判定手段において破損回避時間が経過したと判定された場合、あるいは許可温度判定手段において素子温度が通電許可温度よりも高いと判定された場合に、酸素基準極生成手段による基準生成用電流の通電を許可する、という構成を採ることができる。

このセンサ制御装置は、素子温度検出手段、許可温度判定手段を備えるとともに、許可温度判定手段において素子温度が通電許可温度よりも高いと判定された場合にも、酸素基準極生成手段による基準生成用電流の通電を許可するように、構成されている。つまり、このセンサ制御装置は、破損回避時間が経過したと判定された場合のみならず、素子温度が通電許可温度よりも高いと判定された場合においても、酸素基準極生成手段による基準生成用電流の通電を許可する。

これにより、破損回避時間が経過する前段階において、ガスセンサ素子の素子温度が通電許可温度に到達した場合には、破損回避時間の経過を待つことなく、基準生成用電流の通電を開始することができる。

そして、センサ加熱手段によるセンサ加熱開始時におけるガスセンサ素子の素子温度が常温（例えば、２５［℃］）よりも高い場合には、破損回避時間が経過する前段階において、ガスセンサ素子の素子温度が通電許可温度に到達することがある。このようにガスセンサ素子の温度が高い状態でセンサ加熱手段による加熱が開始される場合には、このセンサ制御装置のように、素子温度の状態に基づいて基準生成用電流の通電可否を判断することで、ガスセンサ素子に対して早期に基準生成用電流を通電することが可能となる。

また、通電許可温度は、実際のガスセンサ素子を用いて基準生成用電流を通電して、ガスセンサ素子の素子温度とガスセンサ素子の破損発生状況との相関関係を測定し、その測定結果に基づいて適切な値を予め定めることができる。例えば、測定結果に基づいて、基準生成用電流を通電したときにガスセンサ素子の破損が生じる温度範囲と、破損が生じない温度範囲とを特定して、両者の境界値温度以上の値を通電許可温度として予め設定することができる。

よって、上述した請求項１又は／及び請求項２に記載のセンサ制御装置によれば、ガスセンサ素子が早期に活性化できる条件下においては、破損回避時間の経過を待つことなく基準生成用電流の通電を許可することが可能となり、特定ガス濃度の測定を早期に実施することができる。

なお、センサ加熱手段によるセンサ加熱開始時におけるガスセンサ素子の素子温度が常温よりも高くなる条件、又は、センサ加熱手段によるセンサ加熱開始時におけるセルの一対の電極間に発生する電圧が比較的低い値を呈する条件としては、例えば、センサ制御装置の停止後、短時間でセンサ制御装置を再起動した場合が挙げられる。

また、通電許可温度は、実際のガスセンサ素子を用いて基準生成用電流を通電して、ガスセンサ素子の素子温度とガスセンサ素子の破損発生状況との相関関係を測定し、その測定結果に基づいて適切な値を予め定めることができる。例えば、測定結果に基づいて、基準生成用電流を通電したときにガスセンサ素子の破損が生じる温度範囲と、破損が生じない温度範囲とを特定して、両者の境界値温度以上の値を通電許可温度として予め設定することができる。
また、通電許可電圧値においても、実際のガスセンサ素子を用いて基準生成用電流を通電して、セルの一対の電極間に発生する電圧値とガスセンサ素子の破損発生状況との相関関係を測定し、その測定結果に基づいて適切な値を予め定めることができる。

さらに、上記のセンサ制御装置においては、請求項３に記載のように、前記通電手段として前記酸素基準極生成手段を用い、前記電圧検出手段は、前記酸素基準極生成手段によって前記セルが通電されているときに、当該セルの一対の電極間に発生する電圧値を検出する、という構成を採るとよい。

セルに対し電圧検出時間にわたって電流を通電するにあたって、酸素基準極生成手段と別に通電手段を設けることもできるが、この場合には回路規模が大きくなり、センサ制御装置のコストが高くなるおそれがある。これに対し、通電手段として基準極生成手段を兼用させることにより、通電手段を別途設けることなく、セルに対し電圧検出時間にわたって電流を通電することが可能となる。

次に、上述のセンサ制御装置の制御対象となるガスセンサ素子は、セルを少なくとも１つ以上有する構成であれば種々の構成を採ることができる。
例えば、請求項４に記載のように、ガスセンサ素子は、拡散抵抗部を介して被測定ガス空間に連通する測定室と、一対の電極のうち一方の電極が被測定ガス空間に晒されないように閉塞されるとともに、他方の電極が測定室に面して配置され、この一対の電極間において測定室の酸素濃度に応じた電圧を発生する酸素濃度検知セルと、一対の電極のうち一方の電極が測定室に面して配置されるとともに、他方の電極が被測定ガス空間に面して配置され、この一対の電極間に通電される電流に応じて測定室の酸素をポンピングする酸素ポンプセルと、を有しており、酸素基準極生成手段は、酸素濃度検知セルの一方の電極が酸素基準極となるように、当該酸素濃度検知セルに接続されてなる、という構成を採ることができる。

このような構成のガスセンサ素子を制御する場合には、酸素基準極生成手段は、酸素濃度検知セルにおける一対の電極のうち一方（被測定ガス空間に晒されないように閉塞されている電極）を酸素基準極とするために、酸素濃度検知セルに対して基準生成用電流を通電する。

なお、酸素濃度検知セルおよび酸素ポンプセルを備えるガスセンサ素子は、内燃機関の排気ガスにおける酸素やＮＯｘなどの検出に用いられることがあり、このような用途においては、内燃機関の起動後、早期にガス検出が可能となるように、基準生成用電流の通電開始時期が早い時期に設定されることがある。そのため、ガスセンサ素子が活性化していない状況下で基準生成用電流が通電されることがあり、その結果、ガスセンサ素子の破損に至ることがある。

これに対して、本発明のセンサ制御装置は、上述したように、ガスセンサ素子が十分に活性化した状態で、酸素基準極生成手段による基準生成用電流の通電を開始することができるため、ガスセンサ素子（詳細には、酸素濃度検知セル）に対して過大な電圧が印加されるのを防止でき、基準生成用電流の通電に伴ってガスセンサ素子が破損するのを防止できる。

よって、早期に基準生成用電流の通電が要求される用途のガスセンサ素子であっても、本発明のセンサ制御装置を用いることで、基準生成用電流の通電に伴うガスセンサ素子の破損を防止できる。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
まず、本発明が適用された電子制御ユニット５を備える内燃機関制御システム１の概略構成図を、図１に示す。

なお、内燃機関制御システム１は、内燃機関（以下、エンジンともいう）の運転状態を制御するための各種制御処理を実行しており、その１つとして、排気ガスに含まれる特定ガス（酸素など）の濃度を検出する処理を実行している。また、内燃機関制御システム１は、検出した特定ガス濃度を用いて内燃機関の空燃比を検出する処理（空燃比検出処理）を行うと共に、内燃機関の空燃比が目標空燃比となるように内燃機関の運転状態（スロットル開度、燃料供給量など）を制御する処理（空燃比制御処理）を行う。

内燃機関制御システム１は、電子制御ユニット５、ガスセンサ８を備えて構成されている。また、電子制御ユニット５は、ガスセンサ駆動回路２、エンジン制御装置９、ヒータ制御回路６０を備えて構成されている。

ガスセンサ８は、排気ガス中の酸素濃度を広域にわたって検出する（換言すると、排気ガス中の酸素濃度に応じて出力信号が略比例して変化する）ガスセンサ素子１０と、ガスセンサ素子１０を作動温度に保つためのヒータ４３と、を備えて構成されている。

ガスセンサ素子１０は、排気ガス中の酸素濃度を広域にわたって検出するものであり、酸素ポンプセル１４と、多孔質拡散層１８と、酸素濃度検知セル２４と、補強板３０と、を備えて構成されている。

酸素ポンプセル１４は、部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ2 ）により板状に形成された酸素イオン伝導性固体電解質体１３と、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された第１ポンプ電極１２、第２ポンプ電極１６を有している。第１ポンプ電極１２は、配線６３を介して電子制御ユニット５の第３接続端子１９に電気的に接続されており、第２ポンプ電極１６は、配線６２を介して電子制御ユニット５の第２接続端子１７に電気的に接続されている。なお、第１ポンプ電極１２は、多孔質保護層２９に覆われており、多孔質保護層２９により被毒物質などから保護されている。

また、酸素濃度検知セル２４は、部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ2 ）により板状に形成された酸素イオン伝導性固体電解質体２３と、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された第１検知電極２２、第２検知電極２８を有している。第１検知電極２２は、配線６２を介して電子制御ユニット５の第２接続端子１７に電気的に接続されており、第２ポンプ電極１６とも電気的に接続されている。第２検知電極２８は、配線６１を介して電子制御ユニット５の第１接続端子１５に電気的に接続されている。

酸素ポンプセル１４と酸素濃度検知セル２４との間には、両セル１４，２４を電気的に絶縁するために絶縁性材料（アルミナなど）を主体に形成された絶縁層（図示省略）が介在し、その絶縁層の一部に多孔質拡散層１８が設けられている。なお、多孔質拡散層１８は、ガスセンサ素子１０の内部に導入される被測定ガスの拡散律速を行うために絶縁性材料（アルミナなど）を主体として多孔質状に形成された多孔質部（拡散抵抗部）として備えられている。

酸素ポンプセル１４と酸素濃度検知セル２４との間には、多孔質拡散層１８および絶縁層（図示省略）により包囲された中空状の測定室２０が形成されている。即ち、測定室２０は、多孔質拡散層１８（詳細には、多孔質部）を介して測定ガス雰囲気（被測定ガス空間）と連通されている。また、測定室２０には、第２ポンプ電極１６と、第１検知電極２２とが配置されている。

なお、本実施形態では、多孔質拡散層１８を用いて拡散律速部を形成しているが、この代わりに小孔を拡散律側部として配設して、測定室２０への被測定ガスの流入速度を律速することも可能である。

補強板３０は、酸素濃度検知セル２４のうち測定室２０への対向面とは反対側の面に、第２検知電極２８を挟み込むようにして密着して配設されている。これにより、補強板３０は、ガスセンサ素子１０の全体的な強度を向上させている。

また、酸素濃度検知セル２４の第２検知電極２８は、補強板３０によって被測定ガス空間に対して閉塞される状態となり、酸素濃度検知セル２４と補強板３０との間のうち第２検知電極２８の内部および周囲には、密閉空間としての基準酸素室２６が形成される。

このような構成のガスセンサ素子１０において、酸素濃度検知セル２４の第２検知電極２８から第１検知電極２２に向かう方向に一定の電流値である微小な定電流Ｉｃｐ（以下、基準生成用電流Ｉｃｐともいう）を通電して、測定室２０から第２検知電極２８の側に酸素をポンピングすることにより、第２検知電極２８の内部および周囲に形成された基準酸素室２６には略一定濃度の酸素が蓄積されることになる。このようにして基準酸素室２６に蓄積された略一定濃度の酸素は、ガスセンサ素子１０において被測定ガスにおける酸素濃度を検出する際の基準酸素濃度となる。このため、第２検知電極２８は、自己生成基準電極とも称される。

なお、酸素濃度検知セル２４は、一対の電極間（第１検知電極２２と第２検知電極２８との間）での酸素濃度差に応じた電圧を発生する特性を有している。そして、上述したように、第２検知電極２８が面する基準酸素室２６の酸素濃度が略一定濃度に設定されて第２検知電極２８が自己生成基準電極として機能することから、酸素濃度検知セル２４は、測定室２０の酸素濃度に応じた電圧（起電力）を一対の電極間に発生するよう構成されている。

また、酸素ポンプセル１４は、一対の電極間（第１ポンプ電極１２，第２ポンプ電極１６）に通電される電流の通電方向に応じて、測定室２０からの酸素の汲み出し、または測定室２０への酸素の汲み入れを制御可能に構成されている。また、酸素ポンプセル１４は、一対の電極間に通電される電流の大きさに応じて、酸素のポンピング量を調整可能に構成されている。

補強板３０は、酸素ポンプセル１４および酸素濃度検知セル２４を構成する各固体電解質体１３，２３と略同じ大きさであるとともに、セラミックを主体とする材料にて板状に形成されている。

ヒータ４３は、平板状に形成されており、ガスセンサ素子１０の酸素ポンプセル１４に対向して配置されている。ヒータ４３は、アルミナを主体とする材料にて形成され、その内部には、白金を主体とする材料にて形成されたヒータ配線７２を備えている。ヒータ４３は、後述するヒータ制御回路６０から供給される電力により、ガスセンサ素子１０の温度が活性化温度（例えば、５５０〜９００［℃］）となるように制御される。また、ヒータ配線７２の両端は、ヒータ制御回路６０に電気的に接続されている。

なお、ガスセンサ８は、ヒータ４３による加熱によりガスセンサ素子１０（詳細には、酸素ポンプセル１４および酸素濃度検知セル２４）が活性化することで、ガス検出（酸素検出）が可能な状態となる。

次に、電子制御ユニット５は、上述したように、ガスセンサ素子１０を制御するガスセンサ駆動回路２と、ヒータ４３を制御するヒータ制御回路６０と、ガスセンサ駆動回路２およびヒータ制御回路６０を制御するエンジン制御装置９と、を備えて構成されている。

まず、ガスセンサ駆動回路２は、Ｖｓ＋端子、ＣＯＭ端子、Ｉｐ＋端子を備えている。これらの端子は、電子制御ユニット５の第１接続端子１５、第２接続端子１７、第３接続端子１９にそれぞれ電気的に接続されている。したがって、ガスセンサ素子１０の第２検知電極２８は、第１接続端子１５を介してガスセンサ駆動回路２のＶｓ＋端子に電気的に接続されている。また、ガスセンサ素子１０の第１検知電極２２および第２ポンプ電極１６は、第２接続端子１７を介して、ガスセンサ駆動回路２のＣＯＭ端子に電気的に接続されている。さらに、ガスセンサ素子１０の第１ポンプ電極１２は、第３接続端子１９を介してガスセンサ駆動回路２のＩｐ＋端子に電気的に接続されている。

そして、ガスセンサ駆動回路２は、内燃機関（エンジン）の排気管に設けられるガスセンサ８からガス検出信号および素子抵抗値信号を検出し、ガス検出信号および素子抵抗値信号をエンジン制御装置９（以下、エンジンＣＰＵ９ともいう）に出力する。なお、ガス検出信号は、排気ガスにおける酸素濃度に応じて変化しており、素子抵抗値信号は、ガスセンサ８の電気抵抗値に応じて変化し、その電気抵抗値はガスセンサ８の温度に応じて変化する。

ここで、ガスセンサ駆動回路２の構成のうち酸素濃度に応じたガス検出信号を出力する構成について、簡単に説明する。
まず、ガスセンサ駆動回路２は、酸素濃度検知セル２４に基準生成用電流Ｉｃｐを流しつつ、酸素濃度検知セル２４の両端に発生する電圧Ｖｓが４５０ｍＶになるように酸素ポンプセル１４に流すポンプ電流Ｉｐを制御して、酸素ポンプセル１４により測定室２０に対する酸素の汲み入れ又は汲み出しを行う。

なお、ガスセンサ素子１０では、被測定ガスに含まれる酸素が、多孔質拡散層１８を介して測定室２０に拡散する。このガスセンサ素子１０は、被測定ガスにおける特定ガス濃度（酸素濃度）が予め定められた制御目標値（例えば、エンジンに供給される混合気が理論空燃比に保たれている時の酸素濃度）であるときに、測定室２０と酸素濃度の基準となる基準酸素室２６との間の酸素濃度差により、酸素濃度検知セル２４に４５０［ｍＶ］の起電力を発生する特性を有する。

すなわち、被測定ガスにおける特定ガス濃度（酸素濃度）が制御目標値と異なる場合には、ガスセンサ駆動回路２は、酸素ポンプセル１４にポンプ電流Ｉｐを通電して測定室２０に対する酸素のポンピング（汲み入れ、汲み出し）を行うことで、測定室２０の酸素濃度を制御目標値に近づける処理を行う。このため、酸素ポンプセル１４に流れるポンプ電流Ｉｐの電流値及び電流方向は、排気ガス中の酸素濃度に応じて変化することから、このポンプ電流Ｉｐは、排気ガス中の酸素濃度を演算するために利用することができる。

このように構成されたガスセンサ駆動回路２は、排気ガス中の酸素濃度に応じて変化するポンプ電流Ｉｐを検出するとともに、ポンプ電流Ｉｐの電流値および電流方向に応じて変化するガス検出信号を外部機器（本実施形態では、エンジン制御装置９）に対して出力することができる。

次に、ガスセンサ駆動回路２の構成のうちガスセンサ素子１０（詳細には、酸素濃度検知セル２４）の抵抗値（温度）測定に関する構成について、説明する。なお、ガスセンサ素子１０（酸素濃度検知セル２４）の抵抗値測定については、特開２００６−３４３３１７号公報、特開２００２−２５７７８３号公報等に代表される公知の回路構成によって行っているため、以下では、当該抵抗値測定に関する構成について、簡単に説明する。

ガスセンサ駆動回路２は、酸素濃度検知セル２４の抵抗値を測定するための抵抗値測定用電流Ｉｒｐｖｓを出力する定電流出力装置と、酸素濃度検知セル２４の両端に発生する電圧Ｖｓを保持するサンプルホールド回路と、定電流出力装置による酸素濃度検知セル２４への通電のオンオフ制御およびサンプルホールド回路による電圧Ｖｓのホールドを行うか解除するかの制御を、それぞれ異なる所定の周期で実行する制御回路と、を備えている。そして、ガスセンサ駆動回路２は、酸素濃度検知セル２４に対して抵抗値測定用電流Ｉｒｐｖｓを通電する直前に、酸素濃度検知セル２４の電圧Ｖｓをサンプルホールド回路にて保持できるように構成されている。

また、ガスセンサ駆動回路２は、サンプルホールド回路に保持されているホールド値（抵抗値測定用電流Ｉｒｐｖｓを通電する直前の酸素濃度検知セル２４の電圧Ｖｓ）と、酸素濃度検知セル２４に抵抗値測定用電流Ｉｒｐｖｓを通電した際の酸素濃度検知セル２４の両端電圧Ｖｓｈとを比較し、両電圧の差分である差分電圧値ΔＶｓを出力する差分電圧出力回路を備えている。なお、差分電圧値ΔＶｓは、酸素濃度検知セル２４のバルク抵抗値に比例することから、ガスセンサ素子１０（酸素濃度検知セル２４）の抵抗値を表す素子抵抗値信号Ｖｒｐｖｓとして利用可能である。

このように構成されたガスセンサ駆動回路２は、酸素濃度検知セル２４のバルク抵抗値に比例する素子抵抗値信号Ｖｒｐｖｓを、エンジン制御装置９に対して出力するよう構成されている。なお、素子抵抗値信号Ｖｒｐｖｓは、酸素濃度検知セル２４のバルク抵抗値に比例するとともに、酸素濃度検知セル２４の温度に応じて変化する特性を有している。

次に、ヒータ制御回路６０は、エンジン制御装置９からのヒータ通電指令信号に応じてヒータ４３に対する供給電力量を制御することで、ヒータ４３での発熱量を制御する。例えば、ヒータ制御回路６０がヒータ４３に対してパルス波形の電圧信号を出力する構成である場合には、ヒータ制御回路６０は、パルス波形のＤｕｔｙ比率をヒータ通電指令信号に応じて変化させることで、ヒータ４３に対する供給電力量を制御（ＰＷＭ制御）することができる。

次に、エンジン制御装置９は、中央演算処理装置としてのＣＰＵと、データやプログラムなどを格納する記憶部（ＲＡＭおよびＲＯＭ）と、外部機器との間で信号の入出力を行う入力ポートおよび出力ポートと、を備えるマイクロコンピュータで構成することができる。

そして、エンジン制御装置９では、記憶部に格納されたプログラムに基づいてＣＰＵが各種演算処理を実行することで、演算やデータ転送などの命令の実行が制御される。また、エンジン制御装置９では、入力ポートに入力された信号は、入力ポート用レジスタの内容に反映され、出力ポート用レジスタに格納された内容は、出力ポートに信号として出力される。

このような構成のエンジン制御装置９は、ガスセンサ駆動回路２からのガス検出信号などに基づき排気ガス中の特定ガス濃度を検出する特定ガス濃度検出処理や、ガス検出信号を用いてエンジンの空燃比制御を行うための空燃比制御処理などの各種制御処理を実行している。例えば、エンジン制御装置９は、ガスセンサ駆動回路２から受信したガス検出信号をＡ／Ｄ変換回路（図示省略）にてデジタル値に変換した後、自身の記憶部（メモリなど）に保持しているマップあるいは計算式を用いて、ガス検出信号に対応する酸素濃度値を算出する処理（特定ガス濃度検出処理）を行う。

次に、電子制御ユニット５のエンジン制御装置９で実行される起動後状態判定処理について説明する。
なお、起動後状態判定処理は、電子制御ユニット５の起動直後に実行される処理であり、ヒータ４３によるガスセンサ素子１０の加熱を開始した後、基準生成用電流Ｉｃｐの通電開始時期を判定するとともに、ガスセンサ素子１０が特定ガス（酸素）を検出可能な状態であるか否かを判定する処理を行う。

図２に、起動後状態判定処理の処理内容を表したフローチャートを示す。
なお、内燃機関制御システム１が起動されると、電子制御ユニット５のエンジン制御装置９において起動後状態判定処理が開始される。

そして、起動後状態判定処理が開始されると、まず、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）では、ヒータ４３への通電処理を開始する。具体的には、エンジン制御装置９がヒータ制御回路６０に対してヒータ通電指令信号を出力する。これにより、ヒータ制御回路６０は、ヒータ４３に対する通電を開始してガスセンサ素子１０を加熱するとともに、ガスセンサ素子１０が目標温度（活性化温度）となるように、ヒータ４３に対する通電状態を制御する。

また、Ｓ１１０では、ヒータ通電指令信号を出力した後、タイマＴをリセットしてタイマＴによる経過時間計測処理を開始するとともに、内部処理で用いるタイマカウンタＣｔを初期化（０を設定）する処理を実行する。

次のＳ１２０では、素子抵抗値信号Ｖｒｐｖｓのサンプリング時期（検出時期）を判定するために、タイマＴの数値に基づいて第１サンプリング時間Ｔ１が経過したか否かを判定しており、肯定判定する場合にはＳ１２０に移行し、否定判定する場合には同ステップを繰り返し実行することで、第１サンプリング時間Ｔ１が経過するまで待機する。

なお、Ｓ１２０では、Ｓ１１０または後述するＳ１３０で計測を開始したタイマＴの値に基づいて、第１サンプリング時間Ｔ１が経過したか否かを判定している。また、第１サンプリング時間Ｔ１は、素子抵抗値信号Ｖｒｐｖｓの検出周期（サンプリング周期）が予め設定されている。このとき検出する素子抵抗値信号Ｖｒｐｖｓは、基準生成用電流Ｉｃｐの通電開始時期を判定するために用いられる。

Ｓ１２０で肯定判定されてＳ１３０に移行すると、Ｓ１３０では、素子抵抗値信号Ｖｒｐｖｓを取得する処理を実行する。具体的には、エンジン制御装置９は、伝送ケーブル７１を介してガスセンサ駆動回路２に接続されており、伝送ケーブル７１を介して、ガスセンサ駆動回路２から素子抵抗値信号Ｖｒｐｖｓを取得する。

なお、ガスセンサ駆動回路２は、上述したように、ガスセンサ素子１０の酸素濃度検知セル２４に対して抵抗値測定用電流Ｉｒｐｖｓを所定周期毎に通電することにより、内燃機関（エンジン）の排気管に設けられるガスセンサ８（ガスセンサ素子１０）から素子抵抗値信号Ｖｒｐｖｓを検出し、サンプルホールド回路にて素子抵抗値信号Ｖｒｐｖｓを保持する処理を繰り返し実行している。

また、Ｓ１３０では、素子抵抗値信号Ｖｒｐｖｓに基づいてガスセンサ８（詳細には、酸素濃度検知セル２４）の電気抵抗値Ｒｐｖｓを演算する処理を実行する。なお、電気抵抗値Ｒｐｖｓは、ガスセンサ８（ガスセンサ素子１０）の温度に応じて変化する。このことから、電気抵抗値Ｒｐｖｓは、ガスセンサ８（ガスセンサ素子１０）の素子温度を示す変数として利用することができる。

さらに、Ｓ１３０では、電気抵抗値Ｒｐｖｓを演算するとともに、タイマＴをリセットしてタイマＴによる経過時間計測処理を再び開始する。
次のＳ１４０では、電気抵抗値Ｒｐｖｓが第１温度判定値ＴＨ１より小さいか否かを判定しており、肯定判定する場合にはＳ１７０に移行し、否定判定する場合にはＳ１５０に移行する。

なお、第１温度判定値ＴＨ１は、ガスセンサ素子１０の温度がブラックニング回避温度（基準生成用電流Ｉｃｐの通電によりガスセンサ素子１０にブラックニングが生じない温度）であるときのガスセンサ素子１０の電気抵抗値が設定されている。

つまり、Ｓ１４０では、ガスセンサ素子１０の素子温度がブラックニング回避温度を超えているか否かを判定しており、肯定判定する場合にはＳ１７０に移行し、否定判定する場合にはＳ１５０に移行する。

Ｓ１４０で否定判定されてＳ１５０に移行すると、Ｓ１５０では、タイマカウンタＣｔをインクリメント（１加算）する処理を実行する。これにより、Ｓ１４０で否定判定された回数がタイマカウンタＣｔの数値として記録されるとともに、タイマカウンタＣｔは、ヒータ通電開始時（Ｓ１１０）を基点とする経過時間を判定する用途に用いることができる。

次のＳ１６０では、タイマカウンタＣｔが破損回避判定閾値Ｂｔ以上であるか否かを判定しており、肯定判定する場合にはＳ１７０に移行し、否定判定する場合には再びＳ１２０に移行する。

なお、破損回避判定閾値Ｂｔは、ヒータ４３による所定の通電パターンにそった加熱によって、ガスセンサ素子１０の素子温度を基準生成用電流の通電に伴う破損（ブラックニングなど）が生じない温度まで上昇させるために必要な所要時間（破損回避最短時間）に基づいて、予め設定されている。具体的には、破損回避最短時間をタイマカウンタＣｔの更新周期（インクリメント周期）で除算したときの演算結果よりも大きい値（整数）が、破損回避判定閾値Ｂｔに設定されている。なお、本実施形態においては、タイマカウンタＣｔおよび破損回避判定閾値Ｂｔは、いずれも整数である。

そして、破損回避最短時間は、実際のガスセンサ素子を用いてセンサの加熱を行い、ガスセンサ素子の素子温度が基準生成用電流Ｉｃｐの通電可能な温度に到達するまでの所要時間を測定して、その測定結果に基づいて設定することができる。

Ｓ１４０で肯定判定されるか、Ｓ１６０で肯定判定されるとＳ１７０に移行し、Ｓ１７０では、基準生成用電流Ｉｃｐの通電処理を開始する。
具体的には、エンジン制御装置９がガスセンサ駆動回路２に対してＩｃｐ通電指令信号を出力することで、ガスセンサ駆動回路２は、ガスセンサ素子１０（詳細には、酸素濃度検知セル２４）に対する基準生成用電流Ｉｃｐの通電を開始する。

このように基準生成用電流Ｉｃｐを通電することで、測定室２０から第２検知電極２８の側に酸素がポンピングされることになり、最終的には、酸素濃度検知セル２４における第２検知電極２８の内部および周囲に形成される基準酸素室２６には、略一定濃度の酸素が蓄積される。

また、Ｓ１７０では、ガスセンサ駆動回路２に対してＩｃｐ通電指令信号を出力するとともに、タイマＴをリセットしてタイマＴによる経過時間計測処理を再び開始する。
次のＳ１８０では、基準生成用電流Ｉｃｐの通電開始時を基点として、予め定められた第２サンプリング時間Ｔ２が経過したか否かを判定しており、肯定判定する場合にはＳ１９０に移行し、否定判定する場合には同ステップを繰り返し実行することで、第２サンプリング時間Ｔ２が経過するまで待機する。

なお、Ｓ１８０では、Ｓ１７０または後述するＳ１９０で計測を開始したタイマＴの値に基づいて、第２サンプリング時間Ｔ２が経過したか否かを判定している。また、第２サンプリング時間Ｔ２は、素子抵抗値信号Ｖｒｐｖｓの検出周期（サンプリング周期）が予め設定されている。このとき検出する素子抵抗値信号Ｖｒｐｖｓは、センサ駆動制御の開始時期（換言すれば、ポンプ電流Ｉｐの通電開始時期）を判定するために用いられる。

Ｓ１８０で肯定判定されてＳ１９０に移行すると、Ｓ１９０では、素子抵抗値信号Ｖｒｐｖｓを取得する処理を実行する。なお、エンジン制御装置９は、伝送ケーブル７１を介して、ガスセンサ駆動回路２から素子抵抗値信号Ｖｒｐｖｓを取得する。

また、Ｓ１９０では、素子抵抗値信号Ｖｒｐｖｓに基づいてガスセンサ８（詳細には、酸素濃度検知セル２４）の電気抵抗値Ｒｐｖｓを演算する処理を実行する。なお、電気抵抗値Ｒｐｖｓは、ガスセンサ８（ガスセンサ素子１０）の温度に応じて変化する。このことから、電気抵抗値Ｒｐｖｓは、ガスセンサ８（ガスセンサ素子１０）の素子温度を示す変数として利用することができる。

さらに、Ｓ１９０では、電気抵抗値Ｒｐｖｓを演算するとともに、タイマＴをリセットしてタイマＴによる経過時間計測処理を再び開始する。
次のＳ２００では、電気抵抗値Ｒｐｖｓが第２温度判定値ＴＨ２より小さいか否かを判定しており、肯定判定する場合にはＳ２１０に移行し、否定判定する場合にはＳ１８０に移行する。

なお、第２温度判定値ＴＨ２は、ガスセンサ素子１０の温度が活性化温度であるときのガスセンサ８の電気抵抗値となるように、予め定められている。また、第２温度判定値ＴＨ２は、第１温度判定値ＴＨ１よりも小さい値が設定されており（ＴＨ２＜ＴＨ１）、第２温度判定値ＴＨ２に対応するガスセンサ素子１０の温度は、第１温度判定値ＴＨ１に対応するガスセンサ素子１０の温度よりも高い温度に設定されている。

Ｓ２００で肯定判定されてＳ２１０に移行すると、Ｓ２１０では、センサ駆動制御処理を開始する。
具体的には、エンジン制御装置９がガスセンサ駆動回路２に対してセンサ駆動指令信号を出力することで、ガスセンサ駆動回路２は、ガスセンサ素子１０（詳細には、酸素ポンプセル１４）に対するポンプ電流Ｉｐの通電を開始する。すると、ガスセンサ駆動回路２は、酸素濃度検知セル２４の出力電圧が制御目標値に近づくように酸素ポンプセル１４に通電するポンプ電流Ｉｐを制御するとともに、ポンプ電流Ｉｐの電流値および電流方向に応じて変化するガス検出信号をエンジン制御装置９に対して出力する。

そして、エンジン制御装置９は、ガスセンサ駆動回路２から受信したガス検出信号をＡ／Ｄ変換回路（図示省略）にてデジタル値に変換した後、自身の記憶部（メモリなど）に保持しているマップあるいは計算式を用いて、ガス検出信号に対応する酸素濃度値を算出する処理（特定ガス濃度検出処理）を行う。

このようにして起動後状態判定処理を実行することで、電子制御ユニット５のエンジン制御装置９は、ガスセンサ８（ガスセンサ素子１０）に対する基準生成用電流Ｉｃｐの通電開始時期や、ガスセンサ素子１０が特定ガス（酸素）を検出可能な状態であるか否かを判定することができる。

この後、エンジン制御装置９は、センサ駆動制御処理を実行することで、排気ガスに含まれる特定ガス（酸素など）の濃度を検出する処理を実行するとともに、各種制御処理（空燃比検出処理、空燃比制御処理など）を実行する。

このようにして、内燃機関制御システム１は、内燃機関（エンジン）の運転状態を制御するための各種制御処理を実行する。
なお、本実施形態においては、電子制御ユニット５が特許請求の範囲におけるセンサ制御装置に相当しており、ガスセンサ素子１０がガスセンサ素子に相当しており、Ｓ１１０を実行するエンジン制御装置９、ヒータ制御回路６０、ヒータ４３がセンサ加熱手段に相当し、ガスセンサ駆動回路２が酸素基準極生成手段に相当している。

また、Ｓ１５０，Ｓ１６０を実行するエンジン制御装置９が破損回避時間経過判定手段に相当し、Ｓ１７０を実行するエンジン制御装置９が基準生成用電流通電許可手段に相当し、ガスセンサ駆動回路２およびＳ１３０を実行するエンジン制御装置９が素子温度検出手段に相当し、Ｓ１４０を実行するエンジン制御装置９が許可温度判定手段に相当している。

以上説明したように、本実施形態の内燃機関制御システム１においては、電子制御ユニット５は、装置の起動後において、一定の条件が満たされた場合に、ガスセンサ素子１０に対して基準生成用電流Ｉｃｐを通電開始するように構成されている。

つまり、電子制御ユニット５のエンジン制御装置９は、起動後状態判定処理を実行することにより、ガスセンサ素子１０の加熱開始時（Ｓ１１０）から破損回避判定閾値Ｂｔにより定められる時間（破損回避時間）が経過した場合（Ｓ１６０で肯定判定）に、ガスセンサ駆動回路２による基準生成用電流Ｉｃｐの通電を開始する（Ｓ１７０）。

このため、ガスセンサ駆動回路２による基準生成用電流Ｉｃｐの通電開始時においては、ガスセンサ素子１０は、ヒータ４３およびヒータ制御回路６０により破損回避時間にわたり加熱されており、ある程度活性化した状態となる。

これにより、ガスセンサ素子１０がある程度活性化した状態で、ガスセンサ駆動回路２による基準生成用電流Ｉｃｐの通電を開始することができるため、ガスセンサ素子１０（詳細には、酸素濃度検知セル２４）に対して過大な電圧が印加されるのを防止でき、基準生成用電流Ｉｃｐの通電に伴ってガスセンサ素子１０が破損するのを防止できる。

また、電子制御ユニット５のエンジン制御装置９は、Ｓ１６０の実行時において、ガスセンサ素子１０の加熱開始時（Ｓ１１０）から破損回避判定閾値Ｂｔが経過していない場合には、基準生成用電流Ｉｃｐの通電を許可しない。

これにより、ヒータ４３およびヒータ制御回路６０によるセンサ加熱開始直後のようなガスセンサ素子１０の温度が低い状況下において、ガスセンサ駆動回路２による基準生成用電流Ｉｃｐの通電が行われるのを防止でき、基準生成用電流Ｉｃｐの通電に伴ってガスセンサ素子１０が破損（ブラックニングなど）するのを防止できる。

よって、本実施形態の電子制御ユニット５によれば、ガスセンサ素子１０の加熱開始後において、基準生成用電流Ｉｃｐの通電に起因してガスセンサ素子１０の破損（ブラックニングなど）が生じるのを防止できる。

また、電子制御ユニット５のエンジン制御装置９は、起動後状態判定処理を実行することにより、ガスセンサ素子１０の素子温度が第１温度判定値ＴＨ１により定められる素子温度（通電許可温度）を超えた場合（Ｓ１４０で肯定判定）においても、ガスセンサ駆動回路２による基準生成用電流Ｉｃｐの通電を開始する（Ｓ１７０）。

つまり、電子制御ユニット５は、ガスセンサ素子１０の加熱開始時（Ｓ１１０）から破損回避時間が経過した場合（Ｓ１６０で肯定判定）のみならず、ガスセンサ素子１０の素子温度が通電許可温度よりも高いと判定された場合（Ｓ１４０で肯定判定）においても、ガスセンサ駆動回路２による基準生成用電流Ｉｃｐの通電を開始する（Ｓ１７０）。

これにより、破損回避時間が経過する前段階において、ガスセンサ素子１０の素子温度が通電許可温度に到達した場合には、破損回避時間の経過を待つことなく、ガスセンサ駆動回路２による基準生成用電流Ｉｃｐの通電を開始することができる。

なお、ヒータ４３およびヒータ制御回路６０によるセンサ加熱開始時におけるガスセンサ素子１０の素子温度が常温（例えば、２５［℃］）よりも高い場合には、破損回避時間が経過する前段階において、ガスセンサ素子１０の素子温度が通電許可温度に到達することがある。このようにガスセンサ素子１０の温度が高い状態でセンサ加熱手段による加熱が開始される場合には、本実施形態の電子制御ユニット５のように、素子温度の状態に基づいて基準生成用電流の通電可否を判断することで、ガスセンサ素子１０に対して早期に基準生成用電流を通電することが可能となる。

よって、本実施形態によれば、ガスセンサ素子１０が早期に活性化できる条件下においては、破損回避時間の経過を待つことなく基準生成用電流Ｉｃｐの通電を許可することが可能となり、特定ガス濃度（本実施形態では、酸素濃度）の測定を早期に実施することができる。

なお、例えば、電子制御ユニット５（内燃機関制御システム１）を停止した後、短時間で電子制御ユニット５を再起動した場合には、ガスセンサ素子１０の温度は常温まで低下しておらず、ガスセンサ素子１０は高温状態となる。このような条件下での再起動時においては、センサ加熱開始時におけるガスセンサ素子１０の素子温度が常温よりも高くなることから、破損回避時間の経過を待つことなく、ガスセンサ素子１０の素子温度が通電許可温度に到達することがある。

このような場合において、本実施形態の電子制御ユニット５を用いることで、破損回避時間の経過を待つことなく基準生成用電流Ｉｃｐの通電を許可することが可能となり、特定ガス濃度の測定を早期に実施することができる。

ここで、実際のガスセンサ素子１０を用いて、常温（ここでは、２５［℃］）のガスセンサ素子１０について加熱を開始した際に、加熱開始後におけるセンサ加熱時間Ｔｈと酸素濃度検知セル２４の両端電圧Ｖｓとの相関関係を測定した測定結果について説明する。

図３に、センサ加熱時間Ｔｈと両端電圧Ｖｓとの相関関係についての測定結果を示す。なお、酸素濃度検知セル２４の両端電圧Ｖｓは、酸素濃度検知セル２４の電気抵抗値Ｒｐｖｓに応じた値になるとともに、酸素濃度検知セル２４の温度に応じた値を示す。詳細には、酸素濃度検知セル２４の温度が上昇するに従い、酸素濃度検知セル２４の電気抵抗値Ｒｐｖｓが低下するとともに、酸素濃度検知セル２４の両端電圧Ｖｓが低下する。

図３の測定結果に示すように、時間経過とともに酸素濃度検知セル２４の両端電圧Ｖｓが低下しており、このことから、酸素濃度検知セル２４の素子温度が上昇していることが判る。そして、図３に示す第１電圧判定値ＶＨ１は、ガスセンサ素子１０の温度がブラックニング回避温度（基準生成用電流Ｉｃｐの通電によりガスセンサ素子１０にブラックニングが生じない温度）であるときの両端電圧Ｖｓに相当する。

つまり、センサの加熱開始時から両端電圧Ｖｓが第１電圧判定値ＶＨ１になるまでの所要時間は、ガスセンサ素子の素子温度を基準生成用電流の通電に伴う破損（ブラックニングなど）が生じない温度まで上昇させるために必要な所要時間（破損回避最短時間Ｔｍ）に相当する。

よって、ガスセンサ素子についてこのような測定を行い、その測定結果から破損回避最短時間Ｔｍを算出し、破損回避最短時間Ｔｍに基づいて起動後状態判定処理のＳ１６０で用いる破損回避判定閾値Ｂｔを設定することができる。

次に、本実施形態の内燃機関制御システム１において、センサ加熱開始時におけるガスセンサ素子の素子温度（初期素子温度）が変化することにより、基準生成用電流Ｉｃｐの通電開始時期がどのように変化するのかについて説明する。

図４に、初期素子温度が常温Ｔｓ１であるときにおいて、センサ加熱時間Ｔｈと酸素濃度検知セル２４の両端電圧Ｖｓとの相関関係、およびセンサ加熱時間Ｔｈと酸素濃度検知セル２４の電気抵抗値Ｒｐｖｓとの相関関係の一例を表した説明図を示す。また、図５に、初期素子温度が常温Ｔｓ１よりも高い高温Ｔｓ２（Ｔｓ２＞Ｔｓ１の関係）であるときにおいて、センサ加熱時間Ｔｈと酸素濃度検知セル２４の両端電圧Ｖｓとの相関関係、およびセンサ加熱時間Ｔｈと酸素濃度検知セル２４の電気抵抗値Ｒｐｖｓとの相関関係の一例を表した説明図を示す。

まず、初期素子温度が常温Ｔｓ１であるときには、酸素濃度検知セル２４の両端電圧Ｖｓが第１電圧判定値ＶＨ１となるまでの所要時間が破損回避最短時間Ｔｍであり、センサ加熱開始時から破損回避最短時間Ｔｍが経過した時点において、基準生成用電流Ｉｃｐの通電を開始する（図４参照）。このとき、酸素濃度検知セル２４の電気抵抗値Ｒｐｖｓは第１温度判定値ＴＨ１よりも大きい値を示しており、起動後状態判定処理においては、Ｓ１４０で肯定判定されてＳ１７０に移行するのではなく、Ｓ１６０で肯定判定されてＳ１７０に移行して、基準生成用電流Ｉｃｐの通電が開始されている。

また、初期素子温度が高温Ｔｓ２であるときには、酸素濃度検知セル２４の両端電圧Ｖｓが第１電圧判定値ＶＨ１となるまでの所要時間が破損回避最短時間Ｔｍよりも短い早期到達時間Ｔｅであり、センサ加熱開始時から早期到達時間Ｔｅが経過した時点において、基準生成用電流Ｉｃｐの通電を開始する（図５参照）。このとき、酸素濃度検知セル２４の電気抵抗値Ｒｐｖｓは第１温度判定値ＴＨ１よりも小さい値まで低下しており、起動後状態判定処理においては、Ｓ１６０で肯定判定されてＳ１７０に移行するのではなく、Ｓ１４０で肯定判定されてＳ１７０に移行して、基準生成用電流Ｉｃｐの通電が開始されている。

このように、初期素子温度が高温である場合には、センサ素子の温度が通電許可温度（第１温度判定値ＴＨ１により定められる素子温度）に到達するまでの時間が短くなるため、本実施形態の内燃機関制御システム１は、破損回避時間が経過するまで（Ｓ１６０で肯定判定されるまで）待機することなく、基準生成用電流Ｉｃｐの通電を開始する。

これにより、本実施形態の内燃機関制御システム１を用いることで、ガスセンサ素子１０が早期に活性化できる条件下においては、特定ガス濃度（本実施形態では、酸素濃度）の測定を早期に実施することができる。

（変形形態）
次いで、上記実施形態の変形形態について説明する。本変形形態は、上記実施形態と同様のガスセンサ８及び内燃機関制御システム１（図１参照）。を有する。ただし、エンジン制御装置９（具体的には、エンジン制御装置９を構成するマイクロコンピュータ）における起動後状態判定処理の処理フローが異なり、酸素濃度検知セル２４の一対の電極間に発生する電圧（両端電圧）Ｖｓの値が許可電圧しきい値よりも低くなった場合に基準生成用電流Ｉｃｐを通電する処理を追加している。そのため、以下では上記実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様な部分については同じ記号や番号を付し、説明を省略あるいは簡略化する。

本変形形態のエンジン制御装置９における起動後状態判定処理の処理内容を、図６のフローチャートに従って説明する。起動後状態判定処理が開始されると、まず、Ｓ１１０では、上記実施形態と同様にヒータ４３への通電処理を開始する。また、Ｓ１１０では、ヒータ通電指令信号を出力した後、タイマＴをリセットしてタイマＴによる経過時間計測処理を開始するとともに、内部処理で用いるタイマカウンタＣｔを初期化する処理を実行する。そして、Ｓ３１０に移行する。

Ｓ３１０では、酸素濃度検知セル２４の両端電圧Ｖｓのサンプリング時期を判定するために、タイマＴの数値に基づいて電圧サンプリング時間Ｔａが経過したか否かを判定している。ここで、肯定判定される場合にはＳ３２０に移行し、否定判定される場合には同ステップを繰り返し実行することで、電圧サンプリング時間Ｔａが経過するまで待機する。なお、Ｓ３１０では、Ｓ１１０または後述するＳ１３０で計測を開始したタイマＴの値に基づいて、電圧サンプリング時間Ｔａが経過したか否かを判定している。また、この電圧サンプリング時間Ｔａは、Ｓ１３０にて設定される第１サンプリング時間Ｔ１よりも短い時間に設定されている。

Ｓ３１０で肯定判定されてＳ３２０に移行すると、Ｓ３２０では、酸素濃度検知セル２４の両端電圧Ｖｓの値を検出するため、基準生成用電流Ｉｃｐの予備的通電を開始する。具体的には、エンジン制御装置９がガスセンサ駆動回路２に対してＩｃｐ通電指令信号を出力することで、ガスセンサ駆動回路２は、ガスセンサ素子１０（詳細には、酸素濃度検知セル２４）に対する基準生成用電流Ｉｃｐの通電を開始する。

次いでＳ３３０に移行し、基準生成用電流Ｉｃｐの予備的通電を開始してから通電時間Ｔｂが経過したか否かを判定する。ここで、肯定判定される場合にはＳ３４０に移行し、否定判定される場合には同ステップを繰り返し実行することで、通電時間Ｔｂが経過するまで待機する。なお、Ｓ３３０においても、Ｓ１１０または後述するＳ１３０で計測を開始したタイマＴの値に基づいて、通電時間Ｔｂが経過したか否かを判定している。なお、この通電時間Ｔｂは、上記実施形態にて説明した破損回避最短時間よりも短く、且つ、通電により酸素濃度検知セル２４に破損が生じない時間に予め設定されている。なお、この通電時間Ｔｂが本発明の「電圧検出時間」に相当する。

Ｓ３３０で肯定判定されてＳ３４０に移行すると、Ｓ３４０では、酸素濃度検知セル２４の両端電圧Ｖｓの値を検出する。そして、Ｓ３５０に移行し、基準生成用電流Ｉｃｐの予備的通電を停止する。

次のＳ３６０では、両端電圧Ｖｓの値が電圧許可しきい値Ｖｔｈよりも低いか否かを判定しており、肯定判定する場合にはＳ１７０に移行し、否定判定する場合にはＳ１２０に移行する。つまり、Ｓ３６０では、ガスセンサ素子１０の素子温度がブラックニング回避温度を超えているか否かを両端電圧Ｖｓの値を用いて判定しているのである。

そして、Ｓ３６０で肯定判定された後のＳ１７０以降の処理、および、Ｓ３６０で否定判定された後のＳ１２０以降の処理の内容は、上記実施形態と同様である。ただし、Ｓ１６０にて否定判定された場合には、Ｓ３１０の処理に戻るように設定されている。

このような変形形態の起動後状態判定処理を実行することでも、ヒータ４３およびヒータ制御回路６０によるセンサ加熱開始直後のようなガスセンサ素子１０の温度が低い状況下において、ガスセンサ駆動回路２による基準生成用電流Ｉｃｐの通電が行われるのを防止でき、ガスセンサ素子１０が破損するのを防止することができる。また、破損回避時間が経過する前段階において、酸素濃度検知セル２４の両端電圧Ｖｓの値が通電許可しきい値より低くなった場合、あるいは、ガスセンサ素子１０の素子温度が通電許可温度に到達した場合には、破損回避時間の経過を待つことなく、ガスセンサ駆動回路２による基準生成用電流Ｉｃｐの通電を開始することができる。

なお、本変形形態においては、Ｓ３２０、Ｓ３３０、Ｓ３５０を実行するエンジン制御装置９及びガスセンサ駆動回路２が通電手段に相当し、Ｓ３４０を実行するエンジン制御装置９が電圧検出手段に相当し、Ｓ３６０を実行するエンジン制御装置９が許可電圧判定手段に相当する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、上記実施形態（以下、第１実施形態ともいう）では、破損回避時間が経過したか否か（Ｓ１６０）、あるいは素子温度が通電許可温度よりも高いか否か（Ｓ１４０）を判定して、これら２つの判定条件のうちいずれか一方が満たされた場合に、基準生成用電流Ｉｃｐの通電を許可するように構成されている。しかし、初期素子温度が一定となる条件下においては、破損回避時間が経過したか否かのみを判定して、この判定条件が満たされた場合に、基準生成用電流Ｉｃｐの通電を許可するように構成してもよい。

また、第１実施形態では、酸素を検出するセンサ素子について説明したが、酸素以外の特定ガス（ＮＯｘなど）を検出するセンサ素子を制御するセンサ制御装置に本発明を適用しても良い。さらに、ガスセンサ素子は、酸素濃度検知セルおよび酸素ポンプセルを有する２セル型に限られることはなく、１個のセルを備えるガスセンサ（１セル型ガスセンサ）であっても良く、あるいは、３個以上のセルを備えるガスセンサであっても良い。

本発明が適用された電子制御ユニットを備える内燃機関制御システムの概略構成図である。 実施形態における起動後状態判定処理の処理内容を表したフローチャートである。 センサ加熱時間Ｔｈと酸素濃度検知セルの両端電圧Ｖｓとの相関関係についての測定結果である。 初期素子温度が常温Ｔｓ１であるときのセンサ加熱時間Ｔｈと酸素濃度検知セルの両端電圧Ｖｓとの相関関係の一例を表した説明図である。 初期素子温度が常温Ｔｓ１よりも高い高温Ｔｓ２であるときのセンサ加熱時間Ｔｈと酸素濃度検知セルの両端電圧Ｖｓとの相関関係の一例を表した説明図である。 変形形態における起動後状態判定処理の処理内容を表したフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関制御システム
２ ガスセンサ駆動回路
５ 電子制御ユニット
８ ガスセンサ
９ エンジン制御装置
１０ ガスセンサ素子
１４ 酸素ポンプセル
１８ 多孔質拡散層
２０ 測定室
２４ 酸素濃度検知セル
２６ 基準酸素室
４３ ヒータ
６０ ヒータ制御回路

Claims (4)

1. 固体電解質体および一対の電極を備えるセルを少なくとも１つ以上有するガスセンサ素子を用いて、被測定ガス中の特定ガス濃度を測定するにあたり、前記ガスセンサ素子に対する通電状態を制御するセンサ制御装置であって、
   前記ガスセンサ素子を加熱するセンサ加熱手段と、
   前記セルのうち少なくとも１つのセルについて、一対の電極のうち一方を酸素基準極とするために、当該セルに対して基準生成用電流を通電する酸素基準極生成手段と、
   前記センサ加熱手段によるセンサ加熱開始時を基点として、予め定められた破損回避時間が経過したか否かを判定する破損回避時間経過判定手段と、
   前記破損回避時間経過判定手段において前記破損回避時間が経過したと判定されない場合には、前記酸素基準極生成手段による基準生成用電流の通電を許可せず、前記破損回避時間経過判定手段において前記破損回避時間が経過したと判定された場合には、前記酸素基準極生成手段による基準生成用電流の通電を許可する基準生成用電流通電許可手段と、
   前記基準生成用電流が通電される前記セルに対して、前記破損回避時間よりも短く、且つ、通電による破損が生じない時間に予め設定された電圧検出時間にわたって電流を通電する通電手段と、
   前記通電手段によって前記セルが通電されているときに、当該セルの一対の電極間に発生する電圧値を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段により検出された電圧値と通電許可しきい値とを比較して、前記電圧値が通電許可しきい値よりも高いか否かを判定する許可電圧判定手段と、
   を備えており、
   前記基準生成用電流通電許可手段は、前記破損回避時間経過判定手段において前記破損回避時間が経過したと判定された場合、あるいは前記許可電圧判定手段において前記電圧値が前記通電許可しきい値よりも低いと判定された場合に、前記酸素基準極生成手段による基準生成用電流の通電を許可すること、
   を特徴とするセンサ制御装置。
2. 前記ガスセンサ素子の素子温度を検出する素子温度検出手段と、
   前記ガスセンサ素子の活性化温度に基づいて定められた通電許可温度と前記素子温度検出手段により検出された前記素子温度とを比較して、前記素子温度が前記通電許可温度よりも高いか否かを判定する許可温度判定手段と、
   を備えており、
   前記基準生成用電流通電許可手段は、前記破損回避時間経過判定手段において前記破損回避時間が経過したと判定された場合、あるいは前記許可温度判定手段において前記素子温度が前記通電許可温度よりも高いと判定された場合に、前記酸素基準極生成手段による基準生成用電流の通電を許可すること、
   を特徴とする請求項１に記載のセンサ制御装置。
3. 前記通電手段として前記酸素基準極生成手段を用い、前記電圧検出手段は、前記酸素基準極生成手段によって前記セルが通電されているときに、当該セルの一対の電極間に発生する電圧値を検出すること、
   を特徴とする請求項２に記載のセンサ制御装置。
4. 前記ガスセンサ素子は、
   拡散抵抗部を介して被測定ガス空間に連通する測定室と、
   一対の電極のうち一方の電極が前記被測定ガス空間に晒されないように閉塞されるとともに、他方の電極が前記測定室に面して配置され、この一対の電極間において前記測定室の酸素濃度に応じた電圧を発生する酸素濃度検知セルと、
   一対の電極のうち一方の電極が前記測定室に面して配置されるとともに、他方の電極が前記被測定ガス空間に面して配置され、この一対の電極間に通電される電流に応じて前記測定室の酸素をポンピングする酸素ポンプセルと、
   を有しており、
   前記酸素基準極生成手段は、前記酸素濃度検知セルの前記一方の電極が酸素基準極となるように、当該酸素濃度検知セルに接続されてなること、
   を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のセンサ制御装置。