JP7088073B2 - ガスセンサ制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、ガスセンサ制御装置に関する。

車両には、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検出するためのガスセンサが搭載されているものがある。このようなガスセンサとしては、下記の特許文献１に記載のガスセンサがある。特許文献１に記載のガスセンサには、排ガスが導入される測定ガス室と、大気が導入される基準ガス室とが形成されている。このガスセンサは、ポンプセルと、センサセルとを備えている。ポンプセルは、測定ガス室に配置されるポンプ電極と、基準ガス室に配置される共通電極と、それらの電極間に設けられる固体電解質体とにより構成されている。ポンプセルは、測定ガス室に導入される排ガス中の酸素を除去する。センサセルは、測定ガス室に配置されるセンサ電極と、基準ガス室に配置される共通電極と、それらの電極間に設けられる固体電解質体とにより構成されている。センサセルの電極間には、ポンプセルにより酸素が除去された排ガス中のＮＯｘ濃度に応じたセンサ電流が流れる。ガスセンサのＳＣＵ（Sensor Control Unit）は、センサセルの電極間を流れるセンサ電流に基づいて排ガス中のＮＯｘ濃度を検出する。

ところで、このようなガスセンサでは、白金及びロジウムを含む材料によりセンサ電極が形成されている場合、特にガスセンサが使用されていない状況においてセンサ電極が酸化することが知られている。酸化によりセンサ電極に酸素が吸蔵されると、ガスセンサが始動した後、センサ電極に吸蔵されている酸素が除去されるまでの期間、センサセルにより検出されるＮＯｘ濃度にばらつきが生じるおそれがある。

そこで、特許文献１に記載のガスセンサでは、センサセルにより排ガス中のＮＯｘ濃度を検出する前の始動時において、ＳＣＵが、通常よりも高い除去用電圧をポンプセルの電極間に印加する還元制御を実行する。このポンプセルへの除去用電圧の印加により、測定ガス室に存在する水が分解されて、還元ガスとしての水素が発生する。この水素がセンサセルのセンサ電極に付着することにより、センサ電極に吸蔵された酸素を迅速に除去することができるため、センサセルの始動後に安定したＮＯｘ濃度を検出できるようになるまでに要する時間を短縮することが可能となる。

特開２０１６－７０９２２号公報

特許文献１に記載のガスセンサのように、ガスセンサの始動時に上記の還元制御を行う場合、次のような課題が生じるおそれがある。例えばアイドリングストップ後のエンジンの再始動時には、意図せずとも車両のバッテリからガスセンサに供給される電源電圧が一時的に低下し、その数ミリ秒後にガスセンサの電源電圧が復帰する場合がある。このようなガスセンサの電源電圧の低下により、ＳＣＵがリセット後に再始動する可能性がある。特許文献１に記載のガスセンサでは、このようなＳＣＵの再始動時にも還元制御が実行される。しかしながら、このような状況では、センサ電極が酸化していないため、還元制御を通じてポンプセルにより生成される水素により、排ガス中のＮＯｘをセンサセルにおいて適切に検出することができなくなる。具体的には、還元制御が開始された後、測定ガス室の水素が無くなるまでの期間は、排ガス中のＮＯｘをセンサセルにより検出することができない。このように、アイドリングストップ後のエンジンの再始動時に還元制御が実行されることにより、ガスセンサの活性時間が延びる可能性がある。

本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、還元制御の実行による、活性時間の遅延を防止ことが可能なガスセンサ制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するガスセンサは、第１セル（４１）と、第２セル（４２）と、制御部（３１０）と、を備える。第１セルは、被検出ガスが導入される測定ガス室（６１）に配置される第１電極（５５）と、基準ガスが導入される基準ガス室（６２）に配置される第２電極（５８）とを有し、第１電極及び第２電極の間に電圧が印加されることにより、被検出ガス中の酸素を電圧の印加により除去する。第２セルは、測定ガス室に配置される第３電極（５６）と、基準ガス室に配置される第４電極（５８）とを有し、第３電極及び第４電極の間に電圧が印加され、第１セルにより酸素が除去された後の被検出ガス中の特定のガス成分の濃度に応じた電流が第３電極及び第４電極の間に流れる。制御部は、被検出ガス中の酸素を除去するために第１セルの第１電極及び第２電極に第１電圧を印加する通常制御と、酸化した第３電極を還元するために第１電圧よりも高い第２電圧を第１セルの第１電極及び第２電極に印加する還元制御とを選択的に実行する。制御部は、還元制御の実行が必要であるか否かを判定するとともに、還元制御の実行が必要でないと判定した場合には、還元制御の実行を禁止する。

この構成によれば、還元制御の実行が必要でない状況では還元制御の実行が禁止されるため、不要な還元制御の実行を回避することができる。これにより、不要な還元制御の実行に起因するガスセンサの活性時間の遅延が抑制されるため、ガスセンサの活性時間を短縮することができる。

なお、上記手段、特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本開示によれば、還元制御の実行による、活性時間の遅延を防止することが可能なガスセンサ制御装置を提供できる。

図１は、車両の排気浄化システムの概略構成を示すブロック図である。 図２は、第１実施形態のガスセンサの概略構成を示すブロック図である。 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面構造を示す断面図である。 図４は、第１実施形態のポンプセルのアドミタンスと温度との関係を示すグラフである。 図５は、第１実施形態のＳＣＵの電源電圧の推移を示すタイムチャートである。 図６は、第１実施形態のＳＣＵにより実行される処理の手順を示すフローチャートである。 図７（Ａ）～（Ｄ）は、第１実施形態のＳＣＵの電源電圧、ヒータの通電量、ポンプセルのアドミタンス、及びＮＯｘ濃度検出値のそれぞれの推移を示すタイミングチャートである。 図８は、第１実施形態の変形例のポンプセルのインピーダンスと温度との関係を示すグラフである。 図９は、第２実施形態のＳＣＵにより実行される処理の手順を示すフローチャートである。 図１０は、第３実施形態のＳＣＵにより実行される処理の手順を示すフローチャートである。 図１１は、第４実施形態のＳＣＵにより実行される処理の手順を示すフローチャートである。

以下、ガスセンサの実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
＜第１実施形態＞
はじめに、第１実施形態のガスセンサが搭載される車両の排気浄化システムの概要について説明する。

図１に示されるように、本実施形態の車両の排気浄化システム１は、ディーゼルエンジンであるエンジン１０の排ガスを浄化するシステムである。エンジン１０には排気通路を形成する排気管１１が接続されており、その排気管１１には、エンジン１０側から順に酸化触媒コンバータ１２と選択還元触媒コンバータ（以下、「ＳＣＲ触媒コンバータ」と称する）１３とが設けられている。酸化触媒コンバータ１２は、ディーゼル酸化触媒１４と、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１５とを有している。ＳＣＲ触媒コンバータ１３は、選択還元型の触媒としてＳＣＲ触媒１６を有している。また、排気管１１において酸化触媒コンバータ１２とＳＣＲ触媒コンバータ１３との間には、還元剤としての尿素水（尿素水溶液）を排気管１１内に添加供給するための尿素水添加弁１７が設けられている。

酸化触媒コンバータ１２において、ディーゼル酸化触媒１４は、主としてセラミック製の担体と、酸化アルミニウム、二酸化セリウム及び二酸化ジルコニウムを成分とする酸化物混合物、並びに白金、パラジウム、ロジウムといった貴金属触媒で構成されている。ディーゼル酸化触媒１４は、排ガスに含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物などを酸化させ浄化する。また、ディーゼル酸化触媒１４は、触媒反応の際に発生する熱により排ガス温度を上昇させる。

ＤＰＦ１５は、ハニカム構造体により形成され、多孔質セラミックに白金やパラジウムなどの白金族触媒が担持されることで構成されている。ＤＰＦ１５は、排ガス中に含まれる粒子状物質をハニカム構造体の隔壁に堆積させることで捕集する。堆積した粒子状物質は、燃焼によって酸化され浄化される。この燃焼には、ディーゼル酸化触媒１４における温度上昇や、添加剤による粒子状物質の燃焼温度低下が利用される。

ＳＣＲ触媒コンバータ１３は、酸化触媒コンバータ１２の後処理装置としてＮＯｘを窒素と水に還元する装置であって、ＳＣＲ触媒１６としては、例えばゼオライト又はアルミナなどの基材表面にＰｔなどの貴金属を担持した触媒が用いられる。ＳＣＲ触媒１６は、触媒温度が活性温度域にある場合に、還元剤としての尿素が添加されることによりＮＯｘを還元浄化する。

排気管１１において、酸化触媒コンバータ１２の上流側、酸化触媒コンバータ１２とＳＣＲ触媒コンバータ１３との間であって尿素水添加弁１７の上流側、及びＳＣＲ触媒コンバータ１３の下流側には、ガスセンサ２１～２３がそれぞれ設けられている。ガスセンサ２１～２３は、それぞれの検出位置において排ガス中のＮＯｘ濃度を検出する。なお、エンジン排気系におけるガスセンサの位置及び個数は任意でよい。本実施形態では、被検出ガスが被検出ガスに相当し、排ガス中のＮＯｘが特定のガス成分に相当する。

ガスセンサ２１～２３には、それぞれＳＣＵ（Sensor Control Unit）３１～３３が接続されており、ガスセンサ２１～２３の検出信号は、センサごとにＳＣＵ３１～３３に適宜出力される。ＳＣＵ３１～３３は、ＣＰＵや各種メモリを有するマイクロコンピュータとその周辺回路とを具備する電子制御装置であり、ガスセンサ２１～２３の検出信号（限界電流信号）に基づいて、排ガス中の酸素濃度や特定ガス成分の濃度としてのＮＯｘ濃度等を算出する。

ＳＣＵ３１～３３は、ＣＡＮバス等の通信線３４に接続され、その通信線３４を介して各種ＥＣＵ（例えばエンジンＥＣＵ３５）に接続されている。つまり、ＳＣＵ３１～３３とエンジンＥＣＵ３５とは通信線３４を用いて相互に情報の授受が可能となっている。ＳＣＵ３１～３３からエンジンＥＣＵ３５に対しては、例えば排ガス中の酸素濃度やＮＯｘ濃度の情報が送信される。エンジンＥＣＵ３５は、ＣＰＵや各種メモリを有するマイクロコンピュータとその周辺回路とを具備する電子制御装置であり、エンジン１０や排気系の各種装置を制御する。エンジンＥＣＵ３５は、例えばアクセル開度やエンジン回転速度に基づいて燃料噴射制御等を実施する。また、エンジンＥＣＵ３５は、エンジン１０を一時的に停止させる、いわゆるアイドリングストップ制御を実行する。

また、エンジンＥＣＵ３５は、各ガスセンサ２１～２３により検出されるＮＯｘ濃度に基づいて、尿素水添加弁１７による尿素水添加の制御を実施する。その尿素水添加の制御を略述すると、エンジンＥＣＵ３５は、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の上流側のガスセンサ２１，２２により検出されるＮＯｘ濃度に基づいて尿素水添加量を算出するとともに、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の下流側のガスセンサ２３により検出されるＮＯｘ濃度が極力小さい値となるように尿素水添加量をフィードバック補正する。そして、その尿素水添加量に基づいて、尿素水添加弁１７の駆動を制御する。

次に、ガスセンサ２１～２３の構成について説明する。なお、各ガスセンサ２１～２３はいずれも同じ構造を有するとともに、ＳＣＵ３１～３３もいずれも同じ構造を有しているため、ここでは、ガスセンサ２１及びＳＣＵ３１の構造について代表して説明する。
図２及び図３は、ガスセンサ２１を構成するセンサ素子４０の内部構造を示す図である。なお、図の左右方向がセンサ素子４０の長手方向であり、図の左側が素子先端側である。センサ素子４０は、ポンプセル４１、センサセル４２、及びモニタセル４３からなる、いわゆる３セル構造を有している。なお、モニタセル４３は、ポンプセル４１同様、ガス中の酸素排出の機能を具備しており、補助ポンプセル又は第２ポンプセルと称される場合もある。

センサ素子４０は、ポンプセル４１と、センサセル４２と、モニタセル４３と、第１本体部５１と、第２本体部５２と、固体電解質体５３と、拡散抵抗体５４と、ヒータ５９とを備えている。
第１本体部５１及び第２本体部５２は、所定の隙間を有して固体電解質体５３を厚さ方向に挟むように配置されている。第１本体部５１と固体電解質体５３との間に形成される隙間は、測定ガス室６１を形成している。第１本体部５１の一側面は開放されており、その開放された一側面に拡散抵抗体５４が配置されている。測定ガス室６１には、排気管１１を流れる排ガスが拡散抵抗体５４を通じて導入される。拡散抵抗体５４は、アルミナ等の多孔質部材や、細孔を有する部材からなる。拡散抵抗体５４は、測定ガス室６１内に導入される排ガス量を制限するために設けられている。第２本体部５２と固体電解質体５３との間に形成される他方の隙間は、基準ガス室６２を形成している。基準ガス室６２には、基準酸素濃度ガスとしての大気が導入されている。

ポンプセル４１は、センサセル４２及びモニタセル４３よりも拡散抵抗体５４に近い位置に配置されている。ポンプセル４１は、拡散抵抗体５４から導入される排ガス中の酸素を除去する。本実施形態では、ポンプセル４１が第１セルに相当する。
ポンプセル４１は、固体電解質体５３と、固体電解質体５３の測定ガス室６１側の表面に配置されるポンプ電極５５と、固体電解質体５３の基準ガス室６２側の表面に配置される共通電極５８とにより構成されている。ポンプ電極５５は、ＮＯｘを分解し難いＮＯｘ不活性電極、例えばＰｔ－Ａｕ（白金－金）合金により形成される電極からなる。共通電極５８は、センサセル４２及びポンプセル４１に対応する領域まで延びるように配置されている。ポンプ電極５５と共通電極５８との間には、ポンプ電圧Ｖｐが印加されている。本実施形態では、ポンプセル４１が第１セルに相当し、ポンプ電極５５が第１電極に相当し、共通電極５８が第２電極に相当する。

ポンプ電極５５には、拡散抵抗体５４を通じて測定ガス室６１に導入される排ガスが接触する。ポンプ電極５５に排ガス中の酸素が接触すると、ポンプ電極５５において酸素イオンが生成される。この酸素イオンは、固体電解質体５３内を共通電極５８に向かって流れ、共通電極５８において電荷を放出して酸素となる。この酸素は、基準ガス室６２から大気に放出される。この際の電荷の流れに応じてポンプ電極５５と共通電極５８との間にポンプ電流Ｉｐが流れる。したがって、ポンプ電流Ｉｐは、ポンプセル４１における酸素の除去量、換言すれば排ガス中の酸素濃度に応じた値を示す。

図３に示されるように、センサセル４２は、ポンプセル４１よりも拡散抵抗体５４から離間した位置に配置されている。センサセル４２は、ポンプセル４１を通過した排ガス中のＮＯｘ濃度及び残留酸素の濃度を検出する。本実施形態では、センサセル４２が第２セルに相当する。

図２に示されるように、センサセル４２は、固体電解質体５３と、固体電解質体５３の測定ガス室６１側の表面に配置されるセンサ電極５６と、共通電極５８とにより構成されている。センサ電極５６は、ＮＯｘを分解し易いＮＯｘ活性電極、例えばＰｔ－Ｒｈ（白金－ロジウム）合金により形成される電極からなる。センサ電極５６と共通電極５８との間には、センサ電圧Ｖｓが印加されている。本実施形態では、センサセル４２が第２セルに相当し、センサ電極５６が第３電極に相当し、共通電極５８が第４電極に相当する。

センサ電極５６には、ポンプ電極５５を通過した排ガス、すなわち酸素が除去された排ガスが接触する。センサ電極５６に排ガス中のＮＯｘが接触することにより、センサ電極５６においてＮＯｘが窒素及び酸素に分解される。また、ポンプ電極５５により除去することができなかった残留酸素が排ガス中に存在する場合、この残留酸素もセンサ電極５６に接触する。センサ電極において分解された酸素、及び排ガス中の残留酸素がセンサ電極５６に接触することにより、センサ電極５６において酸素イオンが生成される。この酸素イオンは、固体電解質体５３内を共通電極５８に向かって流れ、共通電極５８において電荷を放出して酸素となる。この酸素は、基準ガス室６２から大気に放出される。この際の電荷の流れに応じてセンサ電極５６と共通電極５８との間にセンサ電流Ｉｓが流れる。したがって、センサ電流Ｉｓは、排ガス中のＮＯｘ濃度及び残留酸素の濃度に応じた値を示す。

図３に示されるように、モニタセル４３は、センサセル４２と並ぶように配置されている。モニタセル４３は、ポンプセル４１を通過した排ガス中の残留酸素の濃度を検出する。
図２に示されるように、モニタセル４３は、固体電解質体５３と、固体電解質体５３の測定ガス室６１側の表面に配置されるモニタ電極５７と、共通電極５８とにより構成されている。モニタ電極５７は、ＮＯｘを分解し難いＮＯｘ不活性電極、例えばＰｔ－Ａｕ（白金－金）合金により形成される電極からなる。モニタ電極５７と共通電極５８との間には、モニタ電圧Ｖｍが印加されている。本実施形態では、モニタセル４３が第３セルに相当し、モニタ電極５７が第５電極に相当し、共通電極５８が第６電極に相当する。

モニタ電極５７には、ポンプ電極５５により酸素が除去された排ガスが接触する。排ガス中に残留酸素が存在する場合、残留酸素がモニタ電極５７に接触することにより、モニタ電極５７において酸素イオンが生成される。この酸素イオンは、固体電解質体５３内を共通電極５８に向かって流れ、共通電極５８において電荷を放出して酸素となる。この酸素は、基準ガス室６２から大気に放出される。この際の電荷の流れに応じてモニタ電極５７と共通電極５８との間にモニタ電流Ｉｍが流れる。したがって、モニタ電流Ｉｍは、排ガス中の残留酸素の濃度に応じた値を示す。

図２に示されるように、ポンプセル４１のポンプ電極５５、センサセル４２のセンサ電極５６、及びモニタセル４３のモニタ電極５７は、同一の測定ガス室６１に配置されている。
ヒータ５９は、第２本体部５２の内部に設けられている。ヒータ５９は、通電に基づき発熱することにより固体電解質体５３を加熱し、固体電解質体５３の温度を活性化温度に保持する。

ＳＣＵ３１は、ポンプセル４１から出力されるポンプ電流Ｉｐ、センサセル４２から出力されるセンサ電流Ｉｓ、及びモニタセル４３から出力されるモニタ電流Ｉｍを検出する。ＳＣＵ３１は、それらの電流値Ｉｐ，Ｉｓ，Ｉｍに基づいて各種演算処理を行うとともに、ヒータ５９の駆動制御等を行う。具体的には、ＳＣＵ３１により検出されるポンプ電流検出値Ｉｐは、排ガス中の酸素濃度と相関関係がある。ＳＣＵ３１により検出されるセンサ電流検出値Ｉｓは、排ガス中のＮＯｘ濃度及び残留酸素と相関関係がある。ＳＣＵ３１により検出されるモニタ電流検出値Ｉｍは、排ガス中の残留酸素と相関関係がある。これを利用し、ＳＣＵ３１は、ポンプ電流検出値Ｉｐに基づいて酸素濃度検出値を演算する。また、ＳＣＵ３１は、センサ電流検出値Ｉｓからモニタ電流検出値Ｉｍを減算するとともに、その減算値に基づいてＮＯｘ濃度検出値を演算する。ＳＣＵ３１は、演算された酸素濃度検出値及びＮＯｘ濃度検出値を、図１に示されるエンジンＥＣＵ３５に送信する。

ＳＣＵ３１は、ポンプセル４１を制御する制御部３１０と、センサ素子４０の温度を検出する温度検出部３１１とを備えている。
制御部３１０は、ポンプ電圧Ｖｐを変化させることにより、排ガス中の酸素を除去する通常制御と、酸化したセンサ電極５６を還元するための還元制御とを選択的に実行する。

具体的には、制御部３１０は、ＮＯｘ濃度の検出を行う場合には、通常電圧Ｖ１０にポンプ電圧Ｖｐを制御する通常制御を実行する。通常電圧Ｖ１０は、測定ガス室６１における酸素濃度が所定の濃度以下となるように設定される。より詳細には、通常電圧Ｖ１０は、ポンプセル４１への印加電圧が変化してもポンプセル４１に流れるポンプ電流Ｉｐがほとんど変化しない限界電流特性を固体電解質体５３が示す電圧範囲、例えば「０．３［Ｖ］≦Ｖ１０≦０．４［Ｖ］」の範囲に設定される。本実施形態では、通常電圧Ｖ１０が第１電圧に相当する。

一方、エンジン１０が停止している状況等、ガスセンサ２１が使用されていない状況では、センサ電極５６が酸化するおそれがある。センサ電極５６が酸化した場合、ガスセンサ２１が始動した後、センサ電極５６に吸蔵されている酸素が除去されるまでの期間、センサセル４２から出力されるセンサ電流Ｉｓにばらつきが生じる可能性がある。これは、ＳＣＵ３１により検出されるＮＯｘ濃度に誤差を生じさせる要因となる。

そこで、制御部３１０は、センサ電極５６に吸蔵された酸素を除去する場合には、通常電圧Ｖ１０よりも高い除去用電圧Ｖ２０にポンプ電圧Ｖｐを制御する還元制御を実行する。除去用電圧Ｖ２０は、例えば「０．５［Ｖ］≦Ｖ２０≦２．０［Ｖ］」の範囲に設定される。ポンプ電圧Ｖｐが除去用電圧Ｖ２０に設定されることにより、測定ガス室６１に存在する水が分解されて、還元ガスとしての水素が生成される。この水素がセンサ電極５６に付着することにより、センサ電極５６に吸蔵された酸素を迅速に除去することができるため、ガスセンサ２１の活性時間を短縮することができる。本実施形態では、除去用電圧Ｖ２０が第２電圧に相当する。

温度検出部３１１は、センサ素子４０の温度として、ポンプセル４１の温度Ｔｐを検出する。具体的には、ポンプセル４１の温度ＴｐとアドミタンスＹｐとの間には、図４に示されるような相関関係がある。温度検出部３１１は、ポンプセル４１の各電極５５，５８に交流電圧を印加した際のポンプ電流Ｉｐを検出するとともに、検出されたポンプ電流Ｉｐと、印加した交流電圧とに基づいてポンプセル４１のアドミタンスＹｐを演算式等により演算する。そして、温度検出部３１１は、演算されたアドミタンスＹｐから、図４に示されるマップを用いてポンプセル４１の温度Ｔｐを求める。本実施形態では、ポンプセル４１の温度Ｔｐが素子温度パラメータに相当する。

ところで、このような還元制御をガスセンサ２１の始動時に実行するようにした場合、次のような懸念がある。
図２に示されるように、ＳＣＵ３１は、車両に搭載されるバッテリ７０から供給される電力により駆動している。このような構成の場合、ガスセンサ２１の始動時とは、基本的には、バッテリ７０からＳＣＵ３１への電力供給時となる。

具体的には、図５に示されるように、例えば時刻ｔ１０で車両が始動したとする。この場合、バッテリ７０からガスセンサ２１に供給される電源電圧Ｖｂｓは、時刻ｔ１０以降、所定のバッテリ電圧Ｖｂｂまで増加する。このとき、ＳＣＵ３１は、所定のバッテリ電圧Ｖｂｂよりも小さい値に設定された電圧閾値Ｖｔｈ１０に電源電圧Ｖｂｓが時刻ｔ１１で達すると、その時点で始動する。そのため、ＳＣＵ３１は、時刻ｔ１１で還元制御を実行することになる。

一方、エンジン１０が暖機した後にエンジンＥＣＵ３５がアイドリングストップ制御を実行し、時刻ｔ１２でエンジンＥＣＵ３５がエンジン１０を再始動させたとする。このような場合、電源電圧Ｖｂｓが、意図せずとも瞬間的に低下した後、数ミリ秒後に所定のバッテリ電圧Ｖｂｂまで復帰することがある。このとき、電源電圧Ｖｂｓが電圧閾値Ｖｔｈ１０以下に一旦低下した後、時刻ｔ１３で電圧閾値Ｖｔｈ１０に達すると、ＳＣＵ３１がガスセンサ２１の始動時と誤判定して、還元制御を実行する可能性がある。しかしながら、このような状況では、センサ電極５６が酸化していないため、還元制御を通じてポンプセル４１により生成される水素により、排ガス中のＮＯｘをセンサセル４２により適切に検出することができなくなる。

そこで、本実施形態の制御部３１０は、還元制御の実行が必要であるか否かを判定するとともに、還元制御の実行が必要でないと判定した場合には、還元制御の実行を禁止するようにしている。
なお、以下では、エンジン１０が暖機した後にエンジンＥＣＵ３５がアイドリングストップ制御を実行してエンジン１０を再始動させる状況を、エンジン１０の暖機後の再始動時と称する。

次に、図６を参照して、ＳＣＵ３１により実行される還元制御の実行及び禁止を判定する処理の具体的な手順について説明する。なお、制御部３１０は、図６に示される処理を所定の演算周期で繰り返し実行する。
図６に示されるように、制御部３１０は、まず、ステップＳ１０の処理として、電源電圧Ｖｂｓが所定範囲内であるか否かを判断する。例えば所定のバッテリ電圧Ｖｂｂが「１２［Ｖ］」である場合、ステップＳ１０の処理では、電源電圧Ｖｂｓが「９［Ｖ］≦Ｖｂｓ≦１８［Ｖ］」を満たしているか否かが判断される。エンジン１０の始動前の状況では、ＳＣＵ３１に供給されている電源電圧Ｖｂｓは「９［Ｖ］」未満であるため、制御部３１０は、ステップＳ１０の処理で否定判断し、ステップＳ２０の処理として、還元制御の完了フラグＦ１０をオフ状態に設定する。

一方、エンジン１０が始動すると、バッテリ７０からＳＣＵ３１に電圧が印加されることにより、ＳＣＵ３１の電源電圧Ｖｂｓが「９［Ｖ］≦Ｖｂｓ≦１８［Ｖ］」を満たすことになる。この場合、制御部３１０は、ステップＳ１０の処理で肯定判断し、続くステップＳ１１の処理として、センサ通電許可信号がオン状態であるか否かを判断する。センサ通電許可信号は、エンジンＥＣＵ３５からＳＣＵ３１に通知される信号である。エンジンＥＣＵ３５は、例えば排気管１１が乾燥していると判断した場合に、センサ通電許可信号をオン状態に設定する。エンジンＥＣＵ３５は、エンジン１０の始動時から所定時間が経過することに基づいて、あるいは排気管１１を流れる排ガス温が所定温度以上になることに基づいて、排気管１１が乾燥していると判断する。制御部３１０は、センサ通電許可信号がオン状態でない場合には、ステップＳ１１の処理で否定判断し、ステップＳ２０の処理として、還元制御の完了フラグＦ１０をオフ状態に設定する。

制御部３１０は、エンジン１０の始動後にセンサ通電許可信号がオン状態になると、ステップＳ１１の処理で肯定判断し、続くステップＳ１２の処理として、還元制御の完了フラグＦ１０がオフ状態であるか否かを判断する。制御部３１０は、還元制御の完了フラグＦ１０がオフ状態である場合には、ステップＳ１２の処理で肯定判断し、続くステップＳ１３の処理として、素子温度が所定温度以上であるか否かを判断する。

具体的には、制御部３１０は、ステップＳ１３の処理において、温度検出部３１１により検出されるポンプセル４１の温度Ｔｐが所定温度Ｔｐｔｈ以上であるか否かを判断する。ポンプセル４１において酸素除去機能が発現する温度は、例えば７７０℃程度である。この温度は、ポンプセル４１による測定ガス室６１内の酸素を排出し切ることが可能な温度である。所定温度Ｔｐｔｈは、このポンプセル４１において酸素除去機能が発現する温度と同一の温度、又はそれよりも高い温度に設定される。本実施形態では、ステップＳ１３の処理が、素子温度パラメータが所定値以上であるか否かを判断する処理に相当する。

例えばエンジン１０の冷間始動時には、ポンプセル４１の温度Ｔｐが所定温度Ｔｐｔｈ未満になっている場合がある。そのため、このような場合には、制御部３１０は、ステップＳ１３の処理において否定判断し、続くステップＳ１５の処理として、還元制御の禁止フラグＦ２０をオフ状態に設定する。

制御部３１０は、ステップＳ１５に続くステップＳ１７の処理として、還元制御の禁止フラグＦ２０がオフ状態に設定されているか否かを判断する。制御部３１０は、還元制御の禁止フラグＦ２０がオフ状態に設定されている場合には、ステップＳ１７の処理で肯定判断し、続くステップＳ１８の処理として、還元制御を実行する。また、制御部３１０は、ステップＳ１８に続くステップＳ１９の処理として、還元制御の完了フラグＦ１０をオン状態に設定した後、一連の処理を一旦終了する。

その後、図６に示される処理を制御部３１０が実行すると、還元制御の完了フラグＦ１０がオン状態に設定されているため、制御部３１０は、ステップＳ１２の処理で否定判断する。この場合、制御部３１０は、ステップＳ１６の処理として、還元制御の禁止フラグＦ２０をオン状態に設定する。これにより、制御部３１０は、ステップＳ１７の処理で否定判断するようになる。すなわち、制御部３１０による還元制御の実行が回避されるため、ガスセンサ２１が、酸素濃度及びＮＯｘ濃度を検出する通常使用状態になる。

一方、エンジン１０の暖機後の再始動時に、ＳＣＵ３１の電源電圧Ｖｂｓが「９［Ｖ］」未満に一時的に低下したとする。この場合、制御部３１０は、ステップＳ１０の処理で否定判断して、還元制御の完了フラグＦ１０をオフ状態に設定する。
その後、図６に示される処理を制御部３１０が実行すると、還元制御の完了フラグＦ１０がオフ状態に設定されているため、制御部３１０は、ステップＳ１２の処理で肯定判断する。このとき、エンジン１０が暖機状態であるため、ポンプセル４１の温度Ｔｐが所定温度Ｔｐｔｈ以上になっている。そのため、制御部３１０は、ステップＳ１３の処理で肯定判断する。この場合、制御部３１０は、ステップＳ１４の処理として、ポンプ電圧Ｖｐが通常電圧Ｖ１０であるか否かを判断する。本実施形態では、ステップＳ１４の処理が、通常制御を実行しているか否かを判断する処理に相当する。

制御部３１０は、ステップＳ１４の処理で肯定判断した場合には、すなわちポンプ電圧Ｖｐが通常電圧Ｖ１０である場合には、通常制御が行われていると判定して、ステップＳ１６の処理として、還元制御の禁止フラグＦ２０をオン状態のまま維持する。この場合、制御部３１０は、ステップＳ１７の処理で否定判断するため、還元制御の実行が回避される。制御部３１０がステップＳ１３の処理で肯定判断し、且つステップＳ１４の処理で肯定判断する状況とは、ポンプセル４１の温度Ｔｐが所定温度Ｔｐｔｈ以上であって、且つポンプ電圧Ｖｐが通常電圧Ｖ１０に設定されている状況である。このような状況では、ポンプセル４１の酸素除去機能が発現しているため、センサ電極５６が酸化することはない。すなわち、還元制御を実行する必要がないため、還元制御の禁止フラグＦ２０がオン状態のまま維持される。

一方、エンジン１０の暖機後の再始動時に、ポンプセル４１の温度Ｔｐが所定温度Ｔｐｔｈ未満になっていた場合には、ポンプセル４１における酸素除去機能が低下しているため、センサ電極５６が酸化している可能性がある。このような場合、制御部３１０は、ステップＳ１３の処理で否定判断し、続くステップＳ１５の処理として、還元制御の禁止フラグＦ２０をオフ状態に設定する。これにより、制御部３１０は、ステップＳ１７の処理で肯定判断するようになるため、ステップＳ１８の処理として還元制御を実行することにより、センサ電極５６を還元することができる。

また、エンジン１０の暖機後の再始動時に、ポンプ電圧Ｖｐが通常電圧Ｖ１０に設定されていない場合には、同様にポンプセル４１における酸素除去機能が低下しているため、センサ電極５６が酸化している可能性がある。このような場合にも、制御部３１０は、ステップＳ１４の処理で否定判断し、続くステップＳ１５の処理として、還元制御の禁止フラグＦ２０をオフ状態に設定する。これにより、制御部３１０は、ステップＳ１７の処理で肯定判断するようになるため、ステップＳ１８の処理として還元制御を実行することにより、センサ電極５６を還元することができる。

次に、本実施形態のガスセンサ２１の動作例について説明する。
図７（Ａ）に示されるように、例えば時刻ｔ２０でエンジン１０が冷間始動したとすると、ＳＣＵ３１の電源電圧Ｖｂｓがバッテリ電圧Ｖｂｂまで上昇する。これに伴い、図７（Ｂ）に示されるように、時刻ｔ２０でヒータ５９の通電量が増加するため、ヒータ５９が発熱する。よって、時刻ｔ２０以降、各セル４１～４３の温度が上昇する。そのため、図７（Ｃ）に示されるように、ポンプセル４１のアドミタンスＹｐも時刻ｔ２０以降、上昇することになる。

制御部３１０は、時刻ｔ２０でエンジン１０が始動すると、還元制御を実行する。時刻ｔ２０の直後は、センサ電極５６に酸素が吸蔵されている状況であるため、図７（Ｄ）に示されるように、時刻ｔ２０から時刻ｔ２１までの期間は、センサ電極５６の酸化により、ＮＯｘ濃度検出値が上昇する。そして、時刻２１以降、ポンプセル４１により生成される水素によりセンサ電極５６が急速に還元されることでＮＯｘ濃度検出値は一旦下降した後、時刻ｔ２２以降に安定することになる。

一方、時刻ｔ２３でエンジン１０が暖機後に再始動したとすると、図７（Ａ）に示されるように、ＳＣＵ３１の電源電圧Ｖｂｓが一時的に低下する。これに伴い、図７（Ｂ），（Ｃ）に示されるように、ヒータ５９の通電量及びポンプセル４１のアドミタンスＹｐも一時的に低下する。

この際、仮にＳＣＵ３１の再始動に伴い還元制御を実行したとすると、センサ電極５６が還元されるため、実際の排ガス中のＮＯｘ濃度は変化していないにも関わらず、図７（Ｄ）に二点鎖線で示されるように、ＮＯｘ濃度検出値が低下するように変動してしまう。
これに対し、本実施形態のガスセンサ２１では、ＳＣＵ３１の電源電圧Ｖｂｓが一時的に低下した状況では還元制御が実行されないため、図７（Ｄ）に実線で示されるように、ＮＯｘ濃度検出値の変動を抑制することができる。よって、より高い精度でＮＯｘ濃度を検出することが可能である。

以上説明した本実施形態のガスセンサ２１によれば、以下の（１）～（３）に示される作用及び効果を得ることができる。
（１）還元制御の実行が必要でない状況では還元制御の実行が禁止されるため、不要な還元制御の実行を回避することができる。これにより、不要な還元制御の実行に起因するガスセンサ２１の活性時間の遅延が抑制されるため、ガスセンサ２１の活性時間を短縮することができる。

（２）制御部３１０は、図６に示されるステップＳ１３及びステップＳ１４の判断処理を通じて、ポンプセル４１の酸素除去機能が発現しているか否かを判断する。制御部３１０は、ステップＳ１３の処理で肯定判断し、且つステップＳ１４の処理で肯定判断した場合には、ポンプセル４１の酸素除去機能が発現しており、還元制御の実行が必要でないと判定して、ステップＳ１６の処理で還元制御の禁止フラグＦ２０をオフ状態に設定する。このような構成によれば、センサ電極５６が酸化されていない状況で還元制御が実行されることを回避できるため、不要な還元制御の実行を回避することができる。

（３）温度検出部３１１は、ポンプセル４１の各電極５５，５８に交流電圧を印加した際のポンプセル４１のアドミタンスＹｐに基づいてポンプセル４１の温度Ｔｐを取得する。このような構成によれば、簡素な構成でポンプセル４１の温度Ｔｐを検出することが可能となる。

（変形例）
次に、第１実施形態のガスセンサの変形例について説明する。
温度検出部３１１は、ポンプセル４１の温度Ｔｐを検出するために、ポンプセル４１のインピーダンスＺｐを用いてもよい。具体的には、ポンプセル４１の温度ＴｐとインピーダンスＺｐとの間には、図８に示されるような相関関係がある。制御部３１０は、ポンプセル４１の各電極５５，５８に交流電圧を印加した際のポンプ電流Ｉｐを検出するとともに、検出されたポンプ電流Ｉｐと、印加した交流電圧とに基づいてポンプセル４１のインピーダンスＺｐを演算式により演算する。そして、制御部３１０は、演算されたインピーダンスＺｐから、図８に示されるマップを用いてポンプセル４１の温度Ｔｐを求める。

＜第２実施形態＞
次に、ガスセンサ２１の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態のガスセンサ２１との相違点を中心に説明する。
第１実施形態の制御部３１０は、ポンプセル４１の酸素除去機能が発現しているか否かを判断するために、換言すればセンサセル４２を酸化させるような酸素が測定ガス室６１に存在しているか否かを判断するために、図６に示されるステップＳ１３及びＳ１４の処理を実行するものであった。図６に示されるステップＳ１３は、ポンプセル４１の温度Ｔｐに基づく判断処理であり、ステップＳ１４に示される処理は、ポンプ電圧Ｖｐに基づく判断処理である。

一方、ポンプセル４１により除去することができなかった残留酸素の量に応じて、モニタ電流Ｉｍが大きくなる。そのため、センサセル４２を酸化させるような酸素が測定ガス室６１に存在しているか否かの判断に関しては、モニタ電流Ｉｍを利用することも可能である。但し、モニタセル４３が活性化していないとモニタ電流Ｉｍは零を示すため、モニタセル４３の温度も条件とする必要がある。

そこで、本実施形態のＳＣＵ３１は、ポンプセル４１の温度Ｔｐに代えて、モニタセル４３の温度Ｔｍを用いることとしている。
具体的には、図２に示されるＳＣＵ３１の温度検出部３１１は、センサ素子４０の温度として、モニタセル４３の温度Ｔｍを検出する。具体的には、温度検出部３１１は、モニタセル４３の各電極５７，５８に交流電圧を印加した際のモニタ電流Ｉｍを検出するとともに、検出されたモニタ電流Ｉｍと、印加した交流電圧とに基づいてモニタセル４３のアドミタンスＹｍを演算式等により演算する。そして、温度検出部３１１は、演算されたアドミタンスＹｍからマップを用いてモニタセル４３の温度Ｔｍを求める。本実施形態では、モニタセル４３の温度Ｔｍが素子温度パラメータに相当する。なお、制御部３１０は、モニタセル４３のアドミタンスＹｍに代えて、モニタセル４３のインピーダンスＺｍを用いるものであってもよい。

図９に示されるように、本実施形態の制御部３１０は、ステップＳ１３の処理において、素子温度が所定温度以上であるか否かを判断する。具体的には、制御部３１０は、ステップＳ１３の処理において、温度検出部３１１により検出されるモニタセル４３の温度Ｔｍが所定温度Ｔｍｔｈ以上であるか否かを判断する。所定温度Ｔｍｔｈは、モニタセル４３において酸素除去機能が発現する温度と同一の温度、又はそれよりも高い温度に設定される。本実施形態では、モニタセル４３の温度Ｔｍが素子温度パラメータに相当する。

また、図９に示されるように、制御部３１０は、ステップＳ１３の処理で肯定判断した場合には、ステップＳ３０の処理として、モニタ電流検出値Ｉｍが所定値Ｉｔｈ以下であるか否かを判断する。所定値Ｉｔｈは、測定ガス室６１に残留酸素が存在するか否かを判断することができるように予め実験等を通じて設定されている。

制御部３１０は、ステップＳ３０の処理で肯定判断した場合には、すなわちモニタ電流検出値Ｉｍが所定値Ｉｔｈ以下である場合には、モニタセル４３による残留酸素の除去が行われていないと判断する。このような状況は、測定ガス室６１に残留酸素が存在していない状況であるため、センサ電極５６が酸化されていない。そのため、還元制御を実行する必要がない。よって、制御部３１０は、ステップＳ３０の処理で肯定判断した場合には、ステップＳ１６の処理として、還元制御の禁止フラグＦ２０をオン状態のまま維持する。

一方、制御部３１０は、ステップＳ３０の処理で否定判断した場合には、すなわちモニタ電流検出値Ｉｍが所定値Ｉｔｈを超えている場合には、モニタセル４３による残留酸素の除去が行われていると判断する。このような状況は、測定ガス室６１に残留酸素が存在している状況であるため、センサ電極５６が酸化されている可能性がある。そのため、還元制御を実行する必要がある。よって、制御部３１０は、ステップＳ３０の処理で否定判断した場合には、ステップＳ１５の処理として、還元制御の禁止フラグＦ２０をオフ状態に設定する。

以上説明した本実施形態のガスセンサ２１によれば、上記の（２）及び（３）に代わる作用及び効果として、以下の（４）及び（５）に示される作用及び効果を得ることができる。
（４）制御部３１０は、図９に示されるステップＳ１３及びステップＳ３０の判断処理を通じて、モニタセル４３の酸素除去機能が発現しているか否かを判断する。制御部３１０は、ステップＳ１３の処理で肯定判断し、且つステップＳ３０の処理で肯定判断した場合には、モニタセル４３の酸素除去機能が発現しておらず、測定ガス室６１に残留酸素が存在していない状況であると判断する。この場合、制御部３１０は、ポンプセル４１による酸素除去機能が適切に発現している状況であり、還元制御の実行は必要でないと判定して、ステップＳ１６の処理で還元制御の禁止フラグＦ２０をオフ状態に設定する。このような構成によれば、センサ電極５６が酸化されていない状況で還元制御が実行されることを回避できるため、不要な還元制御の実行を回避することができる。

（５）温度検出部３１１は、モニタセル４３の各電極５７，５８に交流電圧を印加した際のモニタセル４３のアドミタンスＹｍ又はインピーダンスＺｍに基づいてモニタセル４３の温度Ｔｍを取得する。このような構成によれば、簡素な構成でモニタセル４３の温度Ｔｍを検出することが可能となる。

＜第３実施形態＞
次に、ガスセンサ２１の第３実施形態について説明する。以下、第１実施形態のガスセンサ２１との相違点を中心に説明する。
図１０に示されるように、本実施形態の制御部３１０は、図６に示されるステップＳ１３の処理に代えて、ステップＳ４０の処理を実行する。制御部３１０は、ステップＳ４０の処理として、ＳＣＵ３１の電源電圧Ｖｂｓが所定電圧Ｖｔｈ２０未満になった後に所定電圧Ｖｔｈ２０以上になるまでの経過時間Ｔｓが所定時間Ｔｓｔｈ以下であるか否かを判断する。ＳＣＵ３１の電源電圧Ｖｂｓが所定電圧Ｖｔｈ２０未満になった後にポンプセル４１の温度Ｔｐが所定温度Ｔｐｔｈ未満になるまでには物理的に時間がかかる。本実施形態では、ＳＣＵ３１の電源電圧Ｖｂｓが所定電圧Ｖｔｈ２０未満になった後にポンプセル４１の温度Ｔｐが所定温度Ｔｐｔｈ未満になるまでの時間が実験的に計測されており、この計測時間と同一又はそれよりも短い時間に所定時間Ｔｓｔｈが設定されている。すなわち、経過時間Ｔｓが所定時間Ｔｓｔｈ以下である場合には、ポンプセル４１の温度Ｔｐが所定温度Ｔｐｔｈ以上であって、ポンプセル４１の酸素除去機能が発現していると推定することが可能である。

以上説明した本実施形態のガスセンサ２１によれば、上記の（２）及び（３）に代わる作用及び効果として、以下の（６）に示される作用及び効果を得ることができる。
（６）制御部３１０は電源電圧Ｖｂｓが所定電圧Ｖｔｈ２０未満になった後に所定電圧Ｖｔｈ２０以上になるまでの経過時間Ｔｓを計測するだけでよいため、図６に示されるステップＳ１３の処理のようにポンプセル４１の温度Ｔｐを用いる場合と比較すると、処理を簡素化することができる。

＜第４実施形態＞
次に、ガスセンサ２１の第４実施形態について説明する。以下、第１実施形態のガスセンサ２１との相違点を中心に説明する。
図２に破線で示されるように、本実施形態のＳＣＵ３１は、運転状態検出部３１２を更に備えている。運転状態検出部３１２は、エンジン１０の暖機後の再始動時であるか否かを検出する。具体的には、エンジンＥＣＵ３５は、アイドリングストップ制御の実行後にエンジン１０の再始動を行った場合、その旨をＳＣＵ３１に通知する。運転状態検出部３１２は、このエンジンＥＣＵ３５からの通知に基づいて、エンジン１０の暖機後の再始動時であることを検出する。運転状態検出部３１２は、エンジン１０の暖機後の再始動時であることを検出した場合、その旨を制御部３１０に通知する。

また、図１１に示されるように、本実施形態の制御部３１０は、図６に示されるステップＳ１３及びＳ１４の処理に代えて、ステップＳ５０の処理を実行する。制御部３１０は、ステップＳ５０の処理として、エンジン１０の暖機後の再始動時であるか否かを判断する。制御部３１０は、ステップＳ５０の処理で肯定判断した場合には、ステップＳ１６の処理として、還元制御の禁止フラグＦ２０をオフ状態に設定する。また、制御部３１０は、ステップＳ５０の処理で否定判断した場合には、ステップＳ１５の処理として、還元制御の禁止フラグＦ２０をオフ状態に設定する。

以上説明した本実施形態のガスセンサ２１によれば、上記の（２）及び（３）に代わる作用及び効果として、以下の（７）に示される作用及び効果を得ることができる。
（７）制御部３１０はエンジン１０の暖機後の再始動時であるか否かを判断するだけでよいため、図６に示されるステップＳ１３及びＳ１４の処理のようにポンプセル４１の温度Ｔｐやポンプ電圧Ｖｐを用いる場合と比較すると、処理を簡素化することができる。

＜他の実施形態＞
なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・第１実施形態のガスセンサ２１では、センサセル４２により検出される排ガス中の残留酸素の濃度が無視できるほど少ない場合には、モニタセル４３を排除することも可能である。このようなガスセンサ２１では、センサ電流検出値Ｉｓに基づいてＮＯｘ濃度が演算される。

・各実施形態のガスセンサ２１は、共通電極５８に代えて、ポンプセル４１の電極、センサセル４２の電極、及びモニタセル４３の電極を別々に有するものであってもよい。
・本開示に記載のＳＣＵ３１及びその制御方法は、コンピュータプログラムにより具体化された１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載のＳＣＵ３１及びその制御方法は、１つ又は複数の専用ハードウェア論理回路を含むプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載のＳＣＵ３１及びその制御方法は、１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと１つ又は複数のハードウェア論理回路を含むプロセッサとの組み合わせにより構成された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。専用ハードウェア論理回路及びハードウェア論理回路は、複数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路により実現されてもよい。

・本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素、及びその配置、条件、形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

２１～２３：ガスセンサ
４１：ポンプセル（第１セル）
４２：センサセル（第２セル）
４３：モニタセル（第３セル）
５５：ポンプ電極（第１電極）
５６：センサ電極（第３電極）
５７：モニタ電極（第５電極）
５８：共通電極（第２電極、第４電極、第６電極）
６１：測定ガス室
６２：基準ガス室
３１０：制御部
３１１：温度検出部
３１２：運転状態検出部

Claims (10)

1. 被検出ガスが導入される測定ガス室（６１）に配置される第１電極（５５）と、基準ガスが導入される基準ガス室（６２）に配置される第２電極（５８）とを有し、前記第１電極及び前記第２電極の間に電圧が印加されることにより、被検出ガス中の酸素を電圧の印加により除去する第１セル（４１）と、
   前記測定ガス室に配置される第３電極（５６）と、前記基準ガス室に配置される第４電極（５８）とを有し、前記第３電極及び前記第４電極の間に電圧が印加され、前記第１セルにより酸素が除去された後の前記被検出ガス中の特定のガス成分の濃度に応じた電流が前記第３電極及び前記第４電極の間に流れる第２セル（４２）と、
   被検出ガス中の酸素を除去するために前記第１セルの前記第１電極及び前記第２電極に第１電圧を印加する通常制御と、酸化した前記第３電極を還元するために前記第１電圧よりも高い第２電圧を前記第１セルの前記第１電極及び前記第２電極に印加する還元制御とを選択的に実行する制御部（３１０）と、を備え、
   前記制御部は、前記還元制御の実行が必要であるか否かを判定するとともに、前記還元制御の実行が必要でないと判定した場合には、前記還元制御の実行を禁止する
   ガスセンサ制御装置。
2. 前記制御部は、前記第１セルの酸素除去機能が発現していることに基づいて、前記還元制御の実行が必要でないと判定する
   請求項１に記載のガスセンサ制御装置。
3. 前記第１セル及び前記第２セルが設けられるセンサ素子の温度を示す素子温度パラメータを検出する温度検出部（３１１）を更に備え、
   前記制御部は、前記素子温度パラメータが所定値以上であって、且つ前記通常制御が実行されていることに基づいて、前記第１セルの酸素除去機能が発現していると判定する
   請求項２に記載のガスセンサ制御装置。
4. 前記温度検出部は、
   前記素子温度パラメータとして、前記第１セルの温度を用いるとともに、
   前記第１セルの前記第１電極及び前記第２電極に交流電圧を印加した際の前記第１セルのアドミタンス又はインピーダンスに基づいて前記第１セルの温度を検出する
   請求項３に記載のガスセンサ制御装置。
5. 前記測定ガス室に設けられる第５電極（５７）と、前記基準ガス室に設けられる第６電極（５８）とを有し、前記第５電極及び前記第６電極の間に電圧が印加されることにより、前記第１セルにより酸素が除去された排ガスに含まれる残留酸素の濃度に応じた電流が前記第５電極及び前記第６電極の間に流れる第３セル（４３）と、
   前記第１セル、前記第２セル、及び前記第３セルが設けられるセンサ素子の温度を示す素子温度パラメータを検出する温度検出部（３１１）と、を更に備え、
   前記制御部は、前記素子温度パラメータが所定値以上であって、且つ前記第３セルを流れる電流が所定値以下であることに基づいて、前記第１セルの酸素除去機能が発現していると判定する
   請求項２に記載のガスセンサ制御装置。
6. 前記温度検出部は、
   前記素子温度パラメータとして、前記第３セルの温度を用いるとともに、
   前記第３セルの前記第５電極及び前記第６電極に交流電圧を印加した際の前記第３セルのアドミタンス又はインピーダンスに基づいて前記第３セルの温度を検出する
   請求項５に記載のガスセンサ制御装置。
7. 前記制御部は、前記制御部の電源電圧が所定電圧未満になってから前記所定電圧以上になるまでの時間が所定時間以下であり、且つ前記通常制御が実行されていることに基づいて、前記第１セルの酸素除去機能が発現していると判定する
   請求項２に記載のガスセンサ制御装置。
8. 車両のエンジンの運転状態を検出する運転状態検出部（３１２）を更に備え、
   前記制御部は、前記エンジンの運転状態に基づいて前記還元制御の実行が必要であるか否かを判定する
   請求項１に記載のガスセンサ制御装置。
9. 前記第１セルの前記第１電極、及び前記第２セルの前記第３電極は、同一の前記測定ガス室に配置されている
   請求項１～４，７，８のいずれか一項に記載のガスセンサ制御装置。
10. 前記第１セルの前記第１電極、前記第２セルの前記第３電極、及び前記第３セルの前記第５電極は、同一の前記測定ガス室に配置されている
    請求項５又は６に記載のガスセンサ制御装置。

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