DE102013221980B9 - Heizersteuervorrichtung und Sensorsteuersystem - Google Patents

Abstract

Heizersteuervorrichtung (1, 1A), die zum Steuern eines Heizerabschnitts (4) eines Sensors (2) verwendet wird und umfasst:einen Heizertreiber (51, 151), der in Übereinstimmung mit einem Pulstreibersignal (PS), das aus einem Ein-Signal (PSon) und einem Aus-Signal (PSoff) besteht, die alternierend auftreten, ein- und ausgeschaltet wird und eine elektrische Leistung (P) aus einer Stromquelle (BT) an dem Heizerabschnitt (4) anlegt,eine Heizerstromversorgungs-Steuereinrichtung (50, 150, S33, S39) zum Ausgeben des Pulstreibersignals (PS) an den Heizertreiber (51, 151), um die Stromzufuhr zu dem Heizerabschnitt (4) zu steuern,eine Stromquellenspannungs-Erfassungseinrichtung (74, S30, S35) zum Erfassen einer Stromquellenspannung (VB) der Stromquelle (BT),eine Idealelektroenergie-Erhaltungseinrichtung (S31, S37) zum Erhalten einer Einheits-Idealelektroenergie (Wai), die eine ideale elektrische Energie für das Anlegen an dem Heizerabschnitt (4) in jeder Periode (T) des Pulstreibersignals (PS) ist,eine Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung (S36) zum Berechnen einer Einheits-Realelektroenergie (WA), die eine tatsächlich an dem Heizerabschnitt (4) in jeder Periode (T) angelegte elektrische Energie ist, undeine Tastgrad-Bestimmungseinrichtung (S38) zum Bestimmen eines Tastgrads (DT(n+1)) des Pulstreibersignals (PS) auf der Basis der für die aktuelle Periode (T(n)) erhaltenen Einheits-Realelektroenergie (WA(n)) und der Einheits-Idealelektroenergie (Wai(n)) für die aktuelle Periode (T(n)), sodass die Einheits-Realelektroenergie (WA(n+1)) gleich der Einheits-Idealelektroenergie (WAi(n+1)) in der nächsten Periode (T(n+1)) wird, wobei die Heizersteuervorrichtung (1, 1A) weiterhin eine Einzeit-Erhaltungseinrichtung (76, TM, S10, S20, S21) zum Erhalten einer Heizer-Einzeit (THon), die eine Zeit zwischen dem Zeitpunkt des tatsächlichen Einschaltens des Heizertreibers (51, 151) und dem Zeitpunkt des tatsächlichen Ausschaltens des Heizertreibers (51, 151) ist, umfasst, wobeidie Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung (S36) die Einheits-Realelektroenergie (WA) unter Verwendung der Stromquellenspannung (VB) und der Heizer-Einzeit (THon) berechnet.

Description

• [Technisches Gebiet]
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizersteuervorrichtung, die zum Steuern eines Heizerabschnitts eines Sensors verwendet wird, und ein Sensorsteuersystem, das einen derartigen Sensor und die Heizersteuervorrichtung umfasst.
• [Stand der Technik]
• Ein herkömmliches, bekanntes Beispiel für einen Sensor mit einem Heizerabschnitt ist ein Gassensor, der die Konzentration eines spezifischen Gases in einem Abgas erfasst, wobei es sich um einen Sauerstoffsensor oder einen Stickstoffoxid (NOx)-Sensor handeln kann. Diese Gassensoren enthalten einen Sensorelementabschnitt, der durch einen soliden Elektrolytkörper vor allem aus Zirkondioxid gebildet wird, und einen Heizerabschnitt, der den Sensorelementabschnitt heizt, um ihn zu einem aktivierten Zustand zu versetzen. Der Heizerabschnitt wird durch eine Heizersteuervorrichtung gesteuert, um den Sensorelementabschnitt zu dem aktivierten Zustand zu versetzen. Zum Beispiel gibt das Patentdokument 1 eine Heizersteuervorrichtung an, die die zu dem Heizerabschnitt zugeführte Strommenge mittels einer Tastgradsteuerung steuert.
• Weiterer relevanter Stand der Technik ist in folgenden Dokumenten offenbart: JP 2008-203 190 A , JP 2009-086 963 A , JP 2002-257 779 A , DE 690 29 893 T2 und WO 2010/ 003 826 A1 .
• [Dokument aus dem Stand der Technik]
• [Patentdokument]
• [Patentdokument 1] Offen gelegte japanische Patentanmeldung (kokai) JP 2002- 257 779 A
• [Zusammenfassung der Erfindung]
• [Problemstellung der Erfindung]
• Um den aktivierten Sensorelementabschnitt bei einer vorbestimmten Aktivierungstemperatur zu halten, berechnet eine derartige Heizersteuervorrichtung die Elementtemperatur aus der Impedanz des Sensorelementabschnitts oder ähnlichem und führt eine Regelung zum Steuern der zu dem Heizerabschnitt zugeführten Strommenge durch, wobei sie die berechnete Elementtemperatur als eine Rückkopplung verwendet. Bevor der Sensorelementabschnitt in den aktivierten Zustand eintritt, versorgt die Heizersteuervorrichtung den Heizerabschnitt in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Stromversorgungsmuster mit Strom, um den Sensorelementabschnitt von einem Niedertemperaturzustand zu dem aktivierten Zustand zu heizen. Wenn der Sensorelementabschnitt zu dem aktivierten Zustand geheizt wird, sollte der Sensorelementabschnitt so bald wie möglich geheizt werden. Wenn jedoch zum Beispiel ein Fahrzeug gestartet wird und die Verwendung des Sensors begonnen wird, nachdem das Fahrzeug übernacht geparkt wurde, wobei der Sensorelementabschnitt schnell nach dem Start geheizt wird, haften im Inneren des Abgasrohrs des Verbrennungsmotors oder im Inneren des Sensors haftende Wassertröpfchen auch an dem Sensorelementabschnitt und/oder dem Heizerabschnitt und können Risse in denselben verursachen. Um dieses Problem zu überwinden, werden der Heizerabschnitt und der Sensorelementabschnitt in einigen Fällen vorgeheizt. Insbesondere führt die Heizersteuervorrichtung vor dem Heizen des Sensorelementabschnitts zu dem aktivierten Zustand (d.h. unmittelbar nach dem Starten des Fahrzeugs) eine kleine elektrische Leistung zu dem Heizerabschnitt zu, um den Heizerabschnitt und den Sensorelementabschnitt zu einem ausreichenden Grad vorzuheizen, um an dem Sensorelementabschnitt usw. haftendes Wasser zu verdampfen, bis die im Inneren des Abgasrohres des Verbrennungsmotors oder an verschiedenen Teilen im Sensor haftenden Wassertröpfchen entfernt sind. Im Folgenden wird die Periode eines derartigen Vorheizens als eine „Vorheizperiode“ bezeichnet.
• Im Folgenden wird ein Fall betrachtet, in dem ein Heizertreiber in Übereinstimmung mit einem Pulstreibersignal ein- und ausgeschaltet wird. Wenn der Heizertreiber ein Hochseitentreiber ist, steigt die Ausgabespannung des Heizertreibers an, wenn der Heizertreiber einschaltet, und fällt ab, wenn der Heizertreiber ausschaltet. Dabei ist eine vorbestimmte Zeitdauer für das Ansteigen oder Abfallen der Ausgabespannung des Heizertreibers erforderlich. Und wenn das Pulstreibersignal wechselt, beginnt sich die Ausgabespannung des Heizertreibers tatsächlich mit einer Verzögerung nach dem Wechsel des Pulstreibersignals zu ändern. Wenn also der Tastgrad (EIN-Tastgrad) des Pulstreibersignals vermindert wird, um den Heizertreiber für eine kurze Zeitdauer einzuschalten und dadurch eine kleine elektrische Leistung zu dem Heizerabschnitt zuzuführen, werden die Einflüsse der Verzögerung und die für das Ansteigen und Abfallen der Ausgabespannung erforderlichen Zeitdauern groß und wird die tatsächlich zu dem Heizerabschnitt innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer zugeführten Menge von elektrischer Energie (insbesondere die zu dem Heizerabschnitt in jeder Periode des Pulstreibersignals zugeführte Menge von elektrischer Energie) unter Umständen übermäßig klein. Insbesondere wenn ein Sensor in einem Fahrzeug, das eine 24-V-Batterie verwendet, installiert ist, wird der Tastgrad des Pulstreibersignals zum Zuführen einer bestimmten Menge von elektrischer Energie kleiner als wenn eine 12-V-Batterie verwendet wird, sodass die oben genannten Einflüsse groß sind. Also auch wenn die oben genannte Vorheizperiode vorgesehen wird, kann unter Umständen keine korrekte Menge von elektrischer Energie zu dem Heizerabschnitt zugeführt werden und kann das Vorheizen des Heizerabschnitts und des Sensorelementabschnitts unter Umständen nicht korrekt durchgeführt werden.
• Die vorliegende Erfindung nimmt auf das vorstehend geschilderte Problem Bezug und gibt eine Heizersteuervorrichtung an, die eine korrekte Menge von elektrische Energie zu einem Heizerabschnitt eines Sensors zuführen kann, indem sie einen Heizertreiber auch dann korrekt ein- und ausschaltet, wenn der Tastgrad eines Pulstreibersignals klein wird. Die vorliegende Erfindung gibt weiterhin ein Sensorsteuersystem an, das einen derartigen Sensor und die Heizersteuervorrichtung enthält.
• [Problemlösung]
• Zur Lösung des vorbeschriebenen Problems wird eine Heizersteuervorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben. Zudem wird eine Heizersteuervorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 6 angegeben. Zudem wird eine Heizersteuervorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 7 angegeben. Zudem wird eine Heizersteuervorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 8 angegeben. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen definiert.
• Ein Modus der vorliegenden Erfindung ist eine Heizersteuervorrichtung, die zum Steuern eines Heizerabschnitts eines Sensors verwendet wird und umfasst: einen Heizertreiber, der in Übereinstimmung mit einem Pulstreibersignal, das aus einem Ein-Signal und einem Aus-Signal besteht, die alternierend auftreten, ein- und ausgeschaltet wird und eine elektrische Leistung aus einer Stromquelle an dem Heizerabschnitt anlegt; eine Heizerstromversorgungs-Steuereinrichtung zum Ausgeben des Pulstreibersignals an den Heizertreiber, um die Stromzufuhr zu dem Heizerabschnitt zu steuern; eine Stromquellenspannungs-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Stromquellenspannung der Stromquelle; eine Idealelektroenergie-Erhaltungseinrichtung zum Erhalten einer Einheits-Idealelektroenergie, die eine ideale elektrische Energie für das Anlegen an dem Heizerabschnitt in jeder Periode des Pulstreibersignals ist; eine Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Einheits-Realelektroenergie, die eine tatsächlich an dem Heizerabschnitt in jeder Periode angelegte elektrische Energie ist; und eine Tastgrad-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Tastgrads des Pulstreibersignals auf der Basis der für die aktuelle Periode erhaltenen Einheits-Realelektroenergie und der Einheits-Idealelektroenergie für die aktuelle Periode, sodass die Einheits-Realelektroenergie gleich der Einheits-Idealelektroenergie in der nächsten Periode wird.
• Die Heizersteuervorrichtung umfasst eine Idealelektroenergie-Erhaltungseinrichtung zum Erhalten der Einheits-Idealelektroenergie und eine Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung zum Berechnen der Einheits-Realelektroenergie und bestimmt den Tastgrad des Pulstreibersignals auf der Basis der für die aktuelle Periode erhaltenen Einheits-Realelektroenergie und der Einheits-Idealelektroenergie für die aktuelle Periode derart, dass die Einheits-Realelektroenergie gleich der Einheits-Idealelektroenergie in der nächsten Periode wird. Daraus resultiert, dass der Tastgrad derart bestimmt wird, dass auch dann, wenn der Tastgrad klein wird, die an dem Heizerabschnitt angelegte Einheits-Realelektroenergie gleich der Einheits-Idealelektroenergie wird, sodass eine korrekte Menge von elektrischer Energie an dem Heizerabschnitt angelegt werden kann. Wenn also zum Beispiel eine Vorheizperiode vorgesehen wird, können das Vorheizen des Heizerabschnitts und des Sensorelementabschnitts korrekt durchgeführt werden.
• Ein Beispiel für den Heizertreiber ist ein Schaltelement wie etwa ein Leistungstransistor, ein Leistungs-MOSFET oder ein IPD (intelligentes Leistungsbauelement). Der Heizertreiber kann ein HochseitenTreiber sein, der zwischen der Stromquelle und dem Heizerabschnitt angeordnet ist, oder ein Niederseiten-Treiber, der zwischen dem Heizerabschnitt und einem Bezugspotential (GND) angeordnet ist. Bei einem Hochseiten-Treiber steigt die Ausgabespannung des Heizertreibers an, wenn der Heizertreiber einschaltet, und fällt ab, wenn der Heizertreiber ausschaltet. Bei einem Niederseiten-Treiber fällt die Ausgabespannung des Heizertreibers ab, wenn der Heizertreiber einschaltet, und steigt an, wenn der Heizertreiber abschaltet.
• Ein spezifisches Beispiel für das Verfahren zum Berechnen der Einheits-Realelektroenergie ist ein Verfahren zum Berechnen der Einheits-Realelektroenergie durch das Messen der weiter unten beschriebenen Heizer-Einzeit des Heizertreibers zusätzlich zu dem Erfassen der Stromquellenspannung sowie zum Verwenden der zuvor erhaltenen Einschalt- und Ausschaltgeschwindigkeiten des Heizertreibers wie weiter unten beschrieben.
• Ein weiteres Beispiel für das Verfahren zum Berechnen der Einheits-Realelektroenergie ist ein Verfahren zum tatsächlichen Messen der Änderung der Ausgangsspannung des Heizertreibers in Echtzeit zum Beispiel unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeits-A/D-Wandlers und eines DSP (Digitalsignalprozessors), der eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung durchführen kann, sowie zum Berechnen der Einheits-Realelektroenergie.
• Vorzugsweise umfasst die oben beschriebene Heizersteuervorrichtung weiterhin eine Einzeit-Erhaltungseinrichtung zum Erhalten einer Heizer-Einzeit, die eine Zeit zwischen dem Zeitpunkt des tatsächlichen Einschaltens des Heizertreibers und dem Zeitpunkt des tatsächlichen Ausschaltens des Heizertreibers ist, wobei die Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung die Einheits-Realelektroenergie unter Verwendung der Stromquellenspannung und der Heizer-Einzeit berechnet.
• Die Heizersteuervorrichtung umfasst eine Einzeit-Erhaltungseinrichtung zum Erhalten der Heizer-Einzeit und berechnet die Einheits-Realelektroenergie unter Verwendung der erfassten Stromquellenspannung und der Heizer-Einzeit. Beispiele für die Parameter, die die Einheits-Realelektroenergie bestimmen, sind neben der Stromquellenspannung und der Heizer-Einzeit auch Geschwindigkeitsänderungen (Änderungszeiten) der Ausgangsspannung in den Einschalt- und Ausschaltperioden des Heizertreibers. Weil jedoch diese Parameter als besondere Werte für den Heizertreiber bestimmt werden, können zuvor gespeicherte Werte als die Parameter verwendet werden. Es kann auch eine Nachschlagetabelle verwendet werden, um eine Einheits-Realelektroenergie in Entsprechung zu der Stromquellenspannung und der Heizer-Einzeit zu erhalten. Die Einheits-Realelektroenergie wird mit Bezug auf die Nachschlagetabelle erhalten. Dementsprechend kann die Einheits-Realelektroenergie korrekt berechnet werden, indem wenigstens die Stromquellenspannung und die Heizer-Einzeit erhalten werden.
• In der oben beschriebenen Heizersteuervorrichtung enthält die Einzeit-Erhaltungseinrichtung vorzugsweise: eine Ein-Zeitpunkt-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Ein-Zeitpunkts, der ein Zeitpunkt ist, zu dem die Ausgangsspannung des Heizertreibers eine vorbestimmte Ein-Schwellwertspannung in einer Periode erreicht, in welcher der Heizertreiber einschaltet, nachdem das Pulstreibersignal von dem Aus-Signal zu dem Ein-Signal gewechselt hat; eine Aus-Zeitpunkt-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Aus-Zeitpunkts, der ein Zeitpunkt ist, zu dem die Ausgangsspannung eine vorbestimmte Aus-Schwellwertspannung in einer Periode erreicht, in welcher der Heizertreiber ausschaltet, nachdem das Pulstreibersignal von dem Ein-Signal zu dem Aus-Signal gewechselt hat; und eine Takteinrichtung zum Takten als der Heizer-Einzeit einer Zeit zwischen dem Ein-Zeitpunkt und dem Aus-Zeitpunkt.
• In dieser Heizersteuervorrichtung enthält die Einzeit-Erhaltungseinrichtung eine Ein-Zeitpunkt-Erfassungseinrichtung, eine Aus-Zeitpunkt-Erfassungseinrichtung und eine Takteinrichtung. Auf diese Weise kann die Heizer-Einzeit korrekt erhalten werden.
• Wenn ein Mikroprozessor verwendet wird, können die Ein-Zeitpunkt-Erfassungseinrichtung und die Aus-Zeitpunkt-Erfassungseinrichtung durch den Mikroprozessor realisiert werden. Der Mikroprozessor ist konfiguriert, um den Ein-Zeitpunkt und den Aus-Zeitpunkt durch das Erzeugen von entsprechenden Unterbrechungen zu dem Mikroprozessor zu erfassen, wenn die Ausgangsspannung des Heizertreibers jeweils die Ein-Schwellwertspannung und die Au-Schwellwertspannung wird. Auch die Takteinrichtung zum Takten der abgelaufenen Zeit von dem Ein-Zeitpunkt zu dem Aus-Zeitpunkt kann durch den Mikroprozessor realisiert werden, der konfiguriert ist, um einen Timer durch eine zu dem Ein-Zeitpunkt durchgeführte Unterbrechungsverarbeitung zu starten, den Timer durch eine zu dem Aus-Zeitpunkt durchgeführte Unterbrechungsverarbeitung zu stoppen und die abgelaufene Zeit zwischen den zwei Zeitpunkten zu messen.
• Vorzugsweise umfasst die oben beschriebene Heizersteuervorrichtung weiterhin eine Speichereinrichtung zum Speichern einer Einschaltgeschwindigkeit, die eine Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung während der Periode des Einschaltens des Heizertreibers ist, und zum Speichern einer Ausschaltgeschwindigkeit, die eine Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung während der Periode des Ausschaltens des Heizertreibers ist, wobei die Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung die Einheits-Realelektroenergie berechnet, indem sie die Stromquellenspannung, die Heizer-Einzeit, die Einschaltgeschwindigkeit und die Ausschaltgeschwindigkeit verwendet.
• Die Heizersteuervorrichtung berechnet die Einheits-Realelektroenergie, indem sie nicht nur die erfasste Stromquellenspannung und die Heizer-Einzeit, sondern auch die Einschaltgeschwindigkeit und die Ausschaltgeschwindigkeit, die beide gespeichert sind, verwendet. Deshalb kann die Einheits-Realelektroenergie korrekt berechnet werden und kann die Bestimmung des Tastgrads für die nächste Periode korrekt durchgeführt werden.
• In der oben beschriebenen Heizersteuervorrichtung kann der Heizertreiber ein Hochseitentreiber sein, der zwischen der Stromquelle und dem Heizerabschnitt angeordnet ist. Vorzugsweise erhält in diesem Fall die Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung als eine erste Zeit einen Wert, der durch das Dividieren der Ein-Schwellwertspannung durch die Einschaltgeschwindigkeit berechnet wird, erhält als eine zweite Zeit einen Wert, der durch das Dividieren einer Differenz zwischen der Stromquellenspannung und der Ein-Schwellwertspannung durch die Einschaltgeschwindigkeit berechnet wird, erhält als eine dritte Zeit den absoluten Wert eines Werts, der durch das Dividieren der Aus-Schwellwertspannung durch die Einschaltgeschwindigkeit berechnet wird, und erhält als eine vierte Zeit den absoluten Wert eines Werts, der durch das Dividieren einer Differenz zwischen der Stromquellenspannung und der Aus-Schwellwertspannung durch die Ausschaltgeschwindigkeit berechnet wird. Weiterhin berechnet die Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung die Einheits-Realelektroenergie in Übereinstimmung mit einem Ausdruck WA = (A+B)×C/2, wenn die Heizer-Einzeit größer als die Summe aus der zweiten Zeit und der vierten Zeit ist, und berechnet die Einheits-Realelektroenergie in Übereinstimmung mit einem Ausdruck WA = B×E/2, wenn die Heizer-Einzeit gleich oder kleiner als die Summe aus der zweiten Zeit und der vierten Zeit ist, wobei A einen Wert wiedergibt, der durch das Subtrahieren der zweiten Zeit und der vierten Zeit von der Heizer-Einzeit erhalten wird, B einen Wert wiedergibt, der durch das Addieren der ersten Zeit und der dritten Zeit zu der Heizer-Einzeit erhalten wird, C das Quadrat der Stromquellenspannung wiedergibt, D einen Wert wiedergibt, der durch das Addieren der ersten Zeit, der zweiten Zeit, der dritten Zeit und der vierten Zeit erhalten wird, und E das Quadrat des Produkts aus der Stromquellenspannung und einem durch das Dividieren von B durch D erhaltenen Wert wiedergibt.
• In dieser Heizersteuervorrichtung, in welcher der Heizertreiber ein Hochseitentreiber ist, kann die Einheits-Realelektroenergie einfach in Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen Berechnungsausdruck erhalten werden.
• In der oben beschriebenen Heizersteuervorrichtung kann der Heizertreiber ein Niederseitentreiber sein, der zwischen dem Heizerabschnitt und einem Bezugspotential angeordnet ist. In diesem Fall erhält die Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung als eine erste Zeit den absoluten Wert eines Werts, der durch das Dividieren einer Differenz zwischen der Stromquellenspannung und der Ein-Schwellwertspannung durch die Einschaltgeschwindigkeit berechnet wird, erhält als eine zweite Zeit den absoluten Wert eines Werts, der durch das Dividieren der Ein-Schwellwertspannung durch die Einschaltgeschwindigkeit berechnet wird, erhält als eine dritte Zeit einen Wert, der durch das Dividieren einer Differenz zwischen der Stromquellenspannung und der Aus-Schwellwertspannung durch die Ausschaltgeschwindigkeit berechnet wird, und erhält als eine vierte Zeit einen Wert, der durch das Dividieren der Aus-Schwellwertspannung durch die Ausschaltgeschwindigkeit berechnet wird. Weiterhin berechnet die Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung die Einheits-Realelektroenergie in Übereinstimmung mit einem Ausdruck WA = (A+B)×C/2, wenn die Heizer-Einzeit größer als die Summe aus der zweiten Zeit und der vierten Zeit ist, und berechnet die Einheits-Realelektroenergie in Übereinstimmung mit einem Ausdruck WA = B×E/2, wenn die Heizer-Einzeit gleich oder kleiner als die Summe aus der zweiten Zeit und der vierten Zeit ist, wobei A einen Wert wiedergibt, der durch das Subtrahieren der zweiten Zeit und der vierten Zeit von der Heizer-Einzeit erhalten wird, B einen Wert wiedergibt, der durch das Addieren der ersten Zeit und der dritten Zeit zu der Heizer-Einzeit erhalten wird, C das Quadrat der Stromquellenspannung wiedergibt, D einen Wert wiedergibt, der durch das Addieren der ersten Zeit, der zweiten Zeit, der dritten Zeit und der vierten Zeit erhalten wird, und E das Quadrat des Produkts aus der Stromquellenspannung und einem durch das Dividieren von B durch D erhaltenen Wert wiedergibt.
• In dieser Heizersteuervorrichtung, in welcher der Heizertreiber ein Niederseitentreiber ist, kann die Einheits-Realelektroenergie einfach in Übereinstimmung mit dem oben genannten Berechnungsausdruck erhalten werden, wie in dem Fall, in dem der Heizertreiber ein Hochseitentreiber ist.
• Vorzugsweise berechnet in der oben beschriebenen Heizersteuervorrichtung die Tastgrad-Bestimmungseinrichtung den Tastgrad für die nächste Periode in Übereinstimmung mit einem Ausdruck DT(n+1) = DT(n)×WAi(n)/WA(n) (n: natürliche Zahl), wobei DT(n) den Tastgrad in der aktuellen Periode wiedergibt, WAi(n) die Einheits-Idealelektroenergie für die aktuelle Periode wiedergibt und WA(n) die für die aktuelle Periode erhaltene Einheits-Realelektroenergie wiedergibt.
• In dieser Heizersteuervorrichtung wird der Tastgrad für die nächste Periode in Übereinstimmung mit den oben beschriebenen Berechnungsausdruck berechnet. Auf diese Weise kann der Tastgrad für die nächste Periode korrekt mittels einer einfachen Berechnung bestimmt werden.
• Vorzugsweise umfasst die oben beschriebene Heizersteuervorrichtung weiterhin eine Anfangs-Tastgrad-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Anfangswerts des Tastgrads durch das Dividieren der Einheits-Idealelektroenergie in der ersten Periode durch das Quadrat der Stromquellenspannung.
• In dieser Heizersteuervorrichtung wird der durch das Dividieren der Einheits-Idealelektroenergie in der ersten Periode des Pulstreibersignals (zu dem Zeitpunkt, zu dem die Stromversorgung des Heizerabschnitts beginnt) durch das Quadrat der Stromquellenspannung erhaltene Wert als der Anfangswert des Tastgrads verwendet. Weil der Anfangswert des Tastgrads auf einen korrekten Wert auf der Basis der Einheits-Idealelektroenergie gesetzt werden kann, kann eine korrekte Einheits-Realelektroenergie am Anfang vorgesehen werden und kann die folgende Bestimmung des Tastgrads korrekt durchgeführt werden.
• In der oben beschriebenen Heizersteuervorrichtung kann der Sensor einen Sensorelementabschnitt enthalten, der aus einem soliden Elektrolytkörper besteht, und kann der Heizerabschnitt den Sensorelementabschnitt heizen. In diesem Fall wird die Tastgrad-Bestimmungseinrichtung vorzugsweise in einer Periode für das Vorheizen des Sensorelementabschnitts verwendet, bevor der Sensorelementabschnitt zu einem aktivierten Zustand geheizt wird.
• In dieser Heizersteuervorrichtung bestimmt die Tastgrad-Bestimmungseinrichtung den Tastgrad in einer Periode für das Vorheizen des Sensorelementabschnitts vor dem Heizen des Sensorelementabschnitts zu dem aktivierten Zustand. Der Tastgrad kann einen sehr kleinen Wert in der Berechnung während der oben genannten Vorheizperiode für das Vorheizen des Sensorelementabschnitts aufweisen. Jedoch kann das Vorheizen des Sensorelementabschnitts korrekt durchgeführt werden, indem ein korrekter Tastgrad derart bestimmt wird, dass die Einheits-Realelektroenergie gleich der Einheits-Idealelektroenergie wird.
• Ein weiterer Modus der vorliegenden Erfindung ist ein Sensorsteuersystem, das den Sensor mit dem Heizerabschnitt und die oben beschriebene Heizersteuervorrichtung umfasst.
• Weil dieses Sensorsteuersystem eine korrekte Menge von elektrischer Energie an dem Heizerabschnitt des Sensors anlegen kann, kann die Sensorsteuerung korrekt durchgeführt werden.
• Figurenliste
• 1 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch die Konfigurationen einer Gassensor-Steuervorrichtung und eines Sensorsteuersystems gemäß einer Ausführungsform zeigt.
• 2 ist ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen einem Pulstreibersignal und der Ausgangsspannung eines Heizertreibers in der Gassensor-Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform zeigt.
• 3 ist ein 2 entsprechendes Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen dem Pulstreibersignal und der Ausgangsspannung des Heizertreibers für den Fall zeigt, dass der angewiesene Tastgrad sehr klein ist.
• 4(a) bis 4(c) sind erläuternde Ansichten, die ein Verfahren zum Berechnen der Einheits-Realelektroenergie gemäß der Ausführungsform zeigen.
• 5 ist ein Flussdiagramm, das eine Heizer-Einflanke-Unterbrechungsverarbeitung eines Mikroprozessors der Gassensor-Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform zeigt.
• 6 ist ein Flussdiagramm, das eine Heizer-Ausflanke-Unterbrechungsverarbeitung des Mikroprozessors der Gassensor-Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform zeigt.
• 7(a) und 7(b) sind Flussdiagramme, die eine Verarbeitungsoperation des Mikroprozessors der Gassensor-Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform während einer Vorheizperiode zeigen.
• 8 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch die Konfigurationen einer Gassensor-Steuervorrichtung und eines Sensorsteuersystems gemäß einer modifizierten Ausführungsform zeigt.
• 9(a) bis 9(c) sind erläuternde Ansichten, die ein Verfahren zum Berechnen der Einheits-Realelektroenergie gemäß der modifizierten Ausführungsform zeigen.
• [Ausführungsform der Erfindung]
• (Ausführungsform)
• Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Diagramm, das schematisch die Konfigurationen einer Gassensor-Steuervorrichtung 1 (Heizersteuervorrichtung) und eines Sensorsteuersystems 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Gassensor-Steuervorrichtung 1 enthält einen Mikroprozessor 70, eine Sensorelementabschnitt-Steuerschaltung 40 und eine Heizerabschnitt-Steuerschaltung 50 und ist mit einem Gassensor 2 verbunden, um diesen zu steuern. Der Gassensor 2 und die Gassensor-Steuervorrichtung 1 bilden das Sensorsteuersystem 100.
• Der Gassensor 2 ist ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (Vollbereich-Sauerstoffsensor), der mit dem Abgasrohr des Verbrennungsmotors eines nicht gezeigten Kraftfahrzeugs verbunden ist, und erfasst die in dem Abgas enthaltene Sauerstoffkonzentration (Luft/KraftstoffVerhältnis). Die erfasste Sauerstoffkonzentration (Luft/Kraftstoff-Verhältnis) wird verwendet, um eine Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für den Verbrennungsmotor durchzuführen. Dieser Gassensor 2 enthält einen Sensorelementabschnitt 3 zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration und einen Heizerabschnitt 4 zum Heizen des Sensorelementabschnitts 3.
• Der Sensorelementabschnitt 3 des Gassensors 2 weist einen bekannten Aufbau auf, in dem eine Pumpenzelle 14 und eine Elektromotorische-Kraft-Zelle 24 mit dazwischen einem Abstandsglied gestapelt sind, um eine hohle Messkammer (nicht gezeigt) zu bilden, in die Abgas eingeführt werden kann, wobei eine Elektrode auf einer Seite der Elektromotorische-Kraft-Zelle 24 gegenüber der Messkammer durch ein Abschirmungsglied (nicht gezeigt) geschlossen wird. Die Pumpezelle 14 und die Elektromotorische-Kraft-Zelle 24 enthalten jeweils als ein Substrat eine plattenartigen, Sauerstoffionen leitenden, soliden Elektrolytkörper, der vor allem aus Zirkondioxid besteht, und poröse Platinelektroden 12, 16 und 22, 28, die auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats ausgebildet sind. Die Elektrode 16 an einem Ende der Pumpenzelle 14 und die Elektrode 22 an einem Ende der Elektromotorische-Kraft-Zelle 24 sind elektrisch miteinander verbunden und weiterhin mit einem Anschluss COM des Sensorelementabschnitts 3 verbunden. Die Elektrode 12 an dem anderen Ende der Pumpenzelle 14 ist mit einem Anschluss Ip+ des Sensorelementabschnitts 3 verbunden, und die Elektrode 28 an dem anderen Ende der Elektromotorische-Kraft-Zelle 24 ist mit einem Anschluss Vs+ des Sensorelementabschnitts 3 verbunden.
• Der Sensorelementabschnitt 3 ist mit der Sensorelementabschnitt-Steuerschaltung 40 der Gassensor-Steuervorrichtung 1 über drei Anschlussdrähte 41, 42 und 43 verbunden, die jeweils mit den Anschlüssen Vs+, Ip+ und COM verbunden sind. Die Sensorelementabschnitt-Steuerschaltung 40 besteht vor allem aus einem ASIC. Während ein sehr kleiner Strom Icp zu der Elektromotorische-Kraft-Zelle 24 des Sensorelementabschnitts 3 zugeführt wird, steuert die Sensorelementabschnitt-Steuerschaltung 40 den durch die Pumpenzelle 14 fließenden Pumpzellenstrom Ip derart, dass die zwischen gegenüberliegenden Enden der Elektromotorische-Kraft-Zelle 24 erzeugte Elektromotorische-Kraft-Zelle-Spannung Vs gleich 450 mV wird, um Sauerstoff, der in dem in die Messkammer eingeführten Abgas enthalten ist, herauszupumpen oder Sauerstoff in die Messkammer zu pumpen. Weil die Größe und die Flussrichtung des durch die Pumpenzelle 14 fließenden Pumpenzellenstroms Ip von der Sauerstoffkonzentration des Abgases (Luft/Kraftstoff-Verhältnis) abhängen, kann die in dem Abgas enthaltene Sauerstoffkonzentration auf der Basis des Pumpenzellenstroms Ip berechnet werden.
• In der Sensorelementabschnitt-Steuerschaltung 40 wird die Größe des Pumpenzellenstroms Ip zu einem analogen Spannungssignal gewandelt, das als ein Gaserfassungssignal Vip erfasst wird und an einem Gaserfassungssignal-Ausgabeanschluss 44 ausgegeben wird. Zusätzlich zu dem Gaserfassungssignal Vip erfasst die Sensorelementabschnitt-Steuerschaltung 40 weiterhin eine Spannungsänderungsgröße ΔVs, die sich in Übereinstimmung mit dem Elementwiderstand Rpvs der Elektromotorische-Kraft-Zelle 24 des Sensorelementabschnitts 3 ändert. Ein serieller Sendeanschluss 73 des Mikroprozessors 70 ist mit einem Befehlsempfangsanschluss 46 der Sensorelementabschnitt-Steuerschaltung 40 verbunden. In Reaktion auf einen Befehl von dem Mikroprozessor 70 führt die Sensorelementabschnitt-Steuerschaltung 40 vorübergehend einen konstanten Strom zu der Elektromotorische-Kraft-Zelle 24 zu, erfasst die Spannungsänderungsgröße ΔVs und gibt diese an einem Spannungsänderungsgrößen-Ausgabeanschluss 45 aus. Der Mikroprozessor 70 kann das Gaserfassungssignal Vip und die Spannungsänderungsgröße ΔVs über A/D-Eingabeanschlüsse 71 und 72 empfangen.
• Der Mikroprozessor 70 berechnet den Elementwiderstand Rpvs der Elektromotorische-Kraft-Zelle 24 aus der Spannungsänderungsgröße ΔVs und steuert die Stromversorgung des Heizerabschnitts 4 des Gassensors 2 auf der Basis des berechneten Elementwiderstands Rpvs mittels der Heizerabschnitt-Steuerschaltung 50. Die Schaltungskonfiguration und der Betrieb der Sensorelementabschnitt-Steuerschaltung 40 zum Erfassen des Gaserfassungssignals Vip und der Spannungsänderungsgröße ΔV werden zum Beispiel in der offen gelegten japanischen Patentanmeldung (kokai) Nr. 2008-203190 angegeben und sind wohlbekannt. Deshalb werden hier keine näheren Details beschrieben.
• Im Folgenden wird die Heizerabschnitt-Steuerschaltung 50 beschrieben.
• Wie in 1 gezeigt, weist die Heizerabschnitt-Steuerschaltung 50 einen Heizertreiber 51 mit einem Leistungs-MOSFET auf. Ein Drain 51D (Ausgangsanschluss) des Heizertreibers 51 ist mit einem Ende des Heizerabschnitts 4 des Gassensors 2 über einen Anschlussdraht 52 verbunden. Das andere Ende des Heizerabschnitts 4 ist mit der Heizerabschnitt-Steuerschaltung 50 über einen Anschlussdraht 53 verbunden und mit einem Bezugspotential (GND) in der Heizerabschnitt-Steuerschaltung 50 verbunden. Eine Source 51S des Heizertreibers 51 ist mit einem +-Anschluss einer Stromquelle BT verbunden, die eine Stromquellenspannung VB ausgibt. Der Heizertreiber 51 ist nämlich ein Hochseitentreiber, der zwischen der Stromquelle BT und dem Heizerabschnitt 4 angeordnet ist. Ein Gate 51G des Heizertreibers 51 ist mit einem PWM-Ausgangsanschluss 75 des Mikroprozessors 70 verbunden. Der Heizertreiber 51 wird in Übereinstimmung mit einem Pulstreibersignal PS ein- und ausgeschaltet, das von dem PWM-Ausgangsanschluss 75 ausgegeben wird, wodurch die Stromversorgung zu dem Heizerabschnitt 4 gesteuert wird. Der Heizerabschnitt 4 ist mit dem Sensorelementabschnitt 3 des Gassensors 2 vereinigt. Wenn die Pumpenzelle 14 und die Elektromotorische-Kraft-Zelle 24 des Sensorelementabschnitts 3 durch das Heizen durch den Heizerabschnitt 4 aktiviert werden, wird eine Erfassung der Sauerstoffkonzentration möglich.
• In der vorliegenden Ausführungsform ist die Stromquelle BT eine 24-V-Batterie. Obwohl die aus der Stromquelle BT ausgegebene Stromquellenspannung VB in einer Standardbedingung 24 V beträgt, variiert sie in einem Bereich von ungefähr 16 V bis ungefähr 32 V in Abhängigkeit von den Bedingungen.
• 2 ist ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen dem Pulstreibersignal PS und der Ausgangsspannung VO des Heizertreibers 51 zeigt. Das Pulstreibersignal PS ist ein Pulssignal, das aus einem Ein-Signal Pson und einem Aus-Signal PSoff besteht, die alternierend auftreten, wobei das Ein-Signal PSon mit vorbestimmten Intervallen in Entsprechung zu einer Periode T auftritt (T = 10 ms in der vorliegenden Ausführungsform) (siehe 2(a)). Wenn der Heizertreiber 51 in Übereinstimmung mit dem Pulstreibersignal PS ein- und ausgeschaltet wird, ändert sich wie in 2 gezeigt die Ausgangsspannung VO an dem Drain 51D des Heizertreibers 51 mit einer Verzögerung nach dem Ansteigen und Abfallen des Pulstreibersignals PS (siehe 2(b)). Insbesondere wenn das Pulstreibersignal PS zum Zeitpunkt to ansteigt und als ein Ein-Signal PSon dient, beginnt sich die Ausgangsspannung VO des Heizertreibers 51 mit einer Anstiegsverzögerungszeit Tdlu zu ändern und erreicht die Stromquellenspannung VB nach Ablauf einer Anstiegszeit Tup. Wenn dagegen das Pulstreibersignal PS zu dem Zeitpunkt t₁ abfällt und als ein Aus-Signal PSoff dient, beginnt sich die Ausgangsspannung VO des Heizertreibers 51 mit einer Abfallverzögerungszeit Tdld zu ändern und kehrt nach Ablauf einer Abfallzeit Tdw zu 0 V zurück.
• 3 ist ein Zeitdiagramm in Entsprechung zu 2 und zeigt die Beziehung zwischen dem Pulstreibersignal Ps und der Ausgangsspannung VO des Heizertreibers 51 für den Fall, dass der Tastgrad (Ein-Tastgrad) DT(= PSon/T) des Pulstreibersignals PS klein ist. Wenn wie auf der linken Seite von 3 gezeigt der Tastgrad (das Verhältnis der Pulsbreite des Ein-Signals PSon zu der Periode T) des Pulstreibersignals PS (siehe 3(a)) klein ist, weist die Ausgangsspannung VO des Heizertreibers 51 (siehe 3(b)) eine dreieckige Wellenform auf, wobei die Ausgangsspannung VO nicht die Stromquellenspannung VB erreicht. Die während dieser Periode T an dem Heizerabschnitt 4 angelegte elektrische Energie ist also kleiner als eine ideale elektrische Energie, die gemäß dem Tastgrad an dem Heizerabschnitt 4 angelegt werden sollte.
• In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Vorheizperiode für das Vorheizen des Sensorelementabschnitts 3 vorgesehen, bevor der Sensorelementabschnitt 3 zu einem aktivierten Zustand geheizt wird. Weil in dieser Vorheizperiode der Tastgrad des Pulstreibersignals PS auf einen kleinen Wert gesetzt wird, um eine kleine Menge von elektrischer Energie zu dem Heizerabschnitt 4 zuzuführen, tritt wahrscheinlich der auf der linken Seite von 3 gezeigte Zustand auf. Um in diesem Fall die ideale elektrische Energie zu dem Heizerabschnitt 4 zuzuführen, muss die Zeit des Ein-Signals PSon wie auf der rechten Seite von 3 gezeigt verlängert werden, sodass also eine Korrektur zum Erhöhen des Tastgrads durchgeführt werden muss.
• In der Gassensor-Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform ist der Drain 51D (Ausgangsanschluss) des Heizertreibers 51 mit einem Ende des Heizerabschnitts 4 über einen Anschlussdraht 52 verbunden und weiterhin mit einem Unterbrechungs-Eingabeanschluss 76 des Mikroprozessors 70 über einen Widerstand R1 verbunden. Weiterhin ist der Unterbrechungs-Eingabeanschluss 76 mit dem Bezugspotential (GND) über einen Widerstand R2 verbunden. Die Ausgangsspannung VO an dem Drain 51D des Heizertreibers 51 wird nämlich durch den Widerstand R1 und den Widerstand R2 geteilt, wobei die durch die Spannungsteilung erhaltene Spannung VO2 (= VO×R2/(R1+R2)) an dem Unterbrechungs-Eingabeanschluss 76 eingegeben wird (siehe 1).
• Wenn die an dem Unterbrechungs-Eingabeanschluss 76 eingegebene Spannung VO2 von einem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel wechselt, tritt eine Anstiegsflanke-Unterbrechung zu dem Mikroprozessor 70 auf. Und wenn die Spannung VO2 von dem hohen Pegel zu dem niedrigen Pegel wechselt, tritt eine Abfallsflanke-Unterbrechung zu dem Mikroprozessor 70 auf.
• Eine Ein-Schwellwertspannung Von in 2(b) entspricht einer Schwellwertspannung für die Ausgangsspannung VO, bei der die Anstiegsflanke-Unterbrechung zu dem Mikroprozessor 70 auftritt. Eine Aus-Schwellwertspannung Voff in 2(b) entspricht einer Schwellwertspannung für die Ausgangsspannung VO, bei der die Abfallsflanke-Unterbrechung zu dem Mikroprozessor 70 auftritt.
• Wenn sich nämlich die Ausgangsspannung VO ändert und die Schwellwertspannung Von erreicht, tritt die Anstiegsflanke-Unterbrechung zu dem Mikroprozessor 70 auf. Und wenn die Ausgangsspannung VO zu der Aus-Schwellwertspannung Voff fällt, tritt die Abfallsflanke-Unterbrechung zu dem Mikroprozessor 70 auf.
• Dementsprechend tritt die Anstiegsflanke-Unterbrechung zu dem Mikroprozessor 70 zu einem Zeitpunkt auf, bei dem die Ausgangsspannung VO die vorbestimmte Ein-Schwellwertspannung Von während einer Periode erreicht, in welcher der Heizertreiber 51 einschaltet, nachdem das Pulstreibersignal PS von dem Aus-Signal PSoff zu dem Ein-Signal PSon gewechselt hat. Dabei wird der Zeitpunkt, zu dem die Anstiegsflanke-Unterbrechung auftritt, als der Ein-Zeitpunkt ton bezeichnet.
• Weiterhin tritt die Abfallsflanke-Unterbrechung zu dem Mikroprozessor 70 zu einem Zeitpunkt auf, bei dem die Ausgangsspannung VO die vorbestimmte Schwellwertspannung Voff während einer Periode erreicht, in welcher der Heizertreiber 51 ausschaltet, nachdem das Pulstreibersignal PS von dem Ein-Signal PSon zu dem Aus-Signal PSoff gewechselt hat. Dabei wird der Zeitpunkt, zu dem die Abfallsflanke-Unterbrechung auftritt, als der Aus-Zeitpunkt toff bezeichnet.
• Der Mikroprozessor 70 taktet eine Heizer-Ein-Zeit THon, die eine abgelaufene Zeit von dem Ein-Zeitpunkt ton zu dem Aus-Zeitpunkt toff ist, unter Verwendung eines Timers. Insbesondere startet der Mikroprozessor 70 einen internen Timer TM zu dem Ein-Zeitpunkt ton und stoppt den internen Timer TM zu dem Aus-Zeitpunkt toff. Der Mikroprozessor 70 erhält die Heizer-Einzeit THon, die die abgelaufene Zeit von dem Ein-Zeitpunkt ton zu dem Aus-Zeitpunkt toff ist, unter Verwendung des Zählwerts des gestoppten Timers TM.
• In 2 ist die Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung VO während der Periode, in welcher der Heizertreiber 51 einschaltet (Gefälle der Ausgangsspannung VO während der Einschaltperiode in 2(b)) als eine Einschaltgeschwindigkeit Aon (V/µs) gezeigt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Einschaltgeschwindigkeit Aon ein positiver Wert. Weiterhin ist die Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung VO während der Periode, in welcher der Heizertreiber 51 ausschaltet (Gefälle der Ausgangsspannung VO während der Ausschaltperiode in 2(b)) als eine Ausschaltgeschwindigkeit Aoff (V/ps) gezeigt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Ausschaltgeschwindigkeit Aoff ein negativer Wert. Die Einschaltgeschwindigkeit Aon und die Ausschaltgeschwindigkeit Aoff werden durch die Eigenschafteen der Heizerabschnitt-Steuerschaltung 50 und des Heizertreibers 51 bestimmt. Deshalb speichert der Mikroprozessor 70 in einem nicht-flüchtigen Speicher 77 die Werte der Einschaltgeschwindigkeit Aon und der Ausschaltgeschwindigkeit Aoff, die zuvor durch eine tatsächliche Messung erhalten wurden (siehe 1) .
• Die Stromquellenspannung VB der Stromquelle BT wird durch einen Widerstand R3 und einen Widerstand R4 geteilt, wobei die durch die Spannungsteilung erhaltene Spannung VB2 (= VB×R4/(R2+R4) in einen A/D-Eingabeanschluss 74 des Mikroprozessors 70 eingegeben wird. Dank dieser Konfiguration kann der Mikroprozessor 70 die Stromquellenspannung VB über den A/D-Eingabeanschluss 74 erfassen.
• Für jede Periode T berechnet der Mikroprozessor 70 eine Einheits-Realelektroenergie WA, die die tatsächlich an dem Heizerabschnitt 4 angelegte elektrische Energie ist, aus der Stromquellenspannung VB, der Heizer-Einzeit THon, der Einschaltgeschwindigkeit Aon und der Ausschaltgeschwindigkeit Aoff.
• 4(a) bis 4(c) sind Diagramme, die ein Verfahren zum Berechnen der Einheits-Realelektroenergie WA gemäß der vorliegenden Erfindung erläutern.
• In 4(a) wird die Zeit zwischen einem Zeitpunkt, bei dem die Ausgangsspannung VO von dem Bezugspotential GND (Aus-Zustand) anzusteigen beginnt, und dem Ein-Zeitpunkt ton, bei dem die Ausgangsspannung VO die Ein-Schwellwertspannung Von erreicht, durch das Dividieren der Ein-Schwellwertspannung Von durch die Einschaltgeschwindigkeit Aon erhalten. Diese Zeit wird als eine erste Zeit T1 (= Von/Aon) bezeichnet.
• Weiterhin wird die Zeit zwischen dem Ein-Zeitpunkt ton und einem Zeitpunkt, bei dem die Ausgangsspannung VO die Stromquellenspannung VB aufgrund des weiteren Anstiegs von der Ein-Schwellwertspannung Von erreicht, durch das Dividieren der Differenz zwischen der Stromquellenspannung VB und der Ein-Schwellwertspannung Von durch die Einschaltgeschwindigkeit Aon erhalten. Diese Zeit wird als eine zweite Zeit T2 (= (VB-Von)/Aon) bezeichnet.
• Was das Abfallen der Ausgangsspannung VO betrifft, werden der absolute Wert eines Werts, der durch das Dividieren der Aus-Schwellwertspannung Voff durch die Ausschaltgeschwindigkeit Aoff erhalten wird, als eine dritte Zeit T3 (= |Voff/Aoff|) bezeichnet und wird der absolute Wert eines Werts, der durch das Dividieren der Differenz zwischen der Stromquellenspannung VB und der Aus-Schwellwertspannung Voff durch die Ausschaltgeschwindigkeit Aoff erhalten wird, als eine vierte Zeit T4 (= |(VB-Voff)/Aoff|) bezeichnet. Die vierte Zeit T4 ist eine Zeit zwischen einem Zeitpunkt, bei dem die Ausgangsspannung VO von dem Ein-Pegel (Ein-Zustand) zu fallen beginnt, und dem Aus-Zeitpunkt Toff, zu dem die Ausgangsspannung VO die Aus-Schwellwertspannung Voff erreicht. Die dritte Zeit T3 ist die Zeit zwischen dem Aus-Zeitpunkt toff und einem Zeitpunkt, bei dem die Ausgangsspannung VO das Bezugspotential GND aufgrund des weiteren Abfallens von der Aus-Schwellwertspannung Voff erreicht.
• 4(a) zeigt einen Fall, in dem die Heizer-Einzeit THon größer als die Summe der zweiten Zeit Ts und der vierten Zeit T4 ist (THon > T2-T4) .
• In diesem Fall kann die Einheits-Realelektroenergie WA erhalten werden, indem ein Verfahren zum Erhalten der Fläche eines in 4(a) gezeigten Trapezoids verwendet wird. Die Einheits-Realelektroenergie WA ist jedoch die tatsächlich an dem Heizerabschnitt 4 in jeder Periode T (nicht in 4(a) bis 4(c) gezeigt) angelegte elektrische Energie und nicht die Anlegungsspannung. Dabei wird der elektrische Widerstand des Heizerabschnitts 4 durch R [Ω] wiedergegeben, wird die an dem Heizerabschnitt 4 in jeder Periode T [s] angelegte elektrische Energie durch W [W • s] wiedergegeben, wird die durchschnittliche Leistung in jeder Periode T durch P [W] wiedergegeben und wird die durchschnittliche Anlegungsspannung durch V [V] wiedergegeben. Die elektrische Energie W, die elektrische Leistung P und die Anlegungsspannung V erfüllen eine Beziehung W = P•T = (V²/R)•T. Wenn nämlich der elektrische Widerstand R des Heizerabschnitts 4 konstant ist, ist die elektrische Energie W proportional zu dem Quadrat der Anlegungsspannung V. Deshalb wird die Einheits-Realelektroenergie WA erhalten, indem als die Höhe des Trapezoids von 4(a) das Quadrat der Stromquellenspannung VB verwendet wird. Dabei ist zu beachten, dass im Folgenden für eine einfachere Berechnung der elektrische Widerstand R des Heizerabschnitts 4 nicht für die Berechnung der Einheits-Realelektroenergie WA verwendet wird. Deshalb entspricht der erhaltene Wert der Einheits-Realelektroenergie WA einem Wert, der erhalten wird, indem die tatsächliche elektrische Energie W mit dem elektrischen Widerstand R des Heizerabschnitts 4 multipliziert wird. Dies gilt auch für die Berechnung einer weiter unten beschriebenen Einheits-Idealelektroenergie WAi und anderer elektrischer Leistungen.
• Wenn ein durch das Subtrahieren der zweiten Zeit T2 und der vierten Zeit T4 von der Heizer-Einzeit THon erhaltener Wert durch A (= Thon-T2-T4) wiedergegeben wird, ein durch das Addieren der ersten Zeit T1 und der dritten Zeit T3 zu der Heizer-Einzeit THon erhaltener Wert durch B (= Thon+T1+T3) wiedergegeben wird und das Quadrat der Stromquellenspannung VB durch C (= VB²) wiedergegeben wird, kann die Einheits-Realelektroenergie WA durch den folgenden Ausdruck (1) berechnet werden. $$\text{WA}=\left(\text{A+B}\right)\times \text{C}/\text{2}$$

  

  (wobei A = Thon-T2-T4, B = Thon+T1+T3 und C = VB²)
• Wenn weiterhin der Tastgrad vermindert wird und die Periode des Ein-Signals PSon kürzer wird, wird die Heizer-Einzeit THon gleich oder kleiner als die Summe aus der zweiten Zeit T2 und der vierten Zeit T4 (THon ≤ T2+T4). 4(b) zeigt einen Fall in dem THon = T2+T4, und 4(c) zeigt einen Fall, in dem THon < T2+T4. In diesen Fällen kann die Einheits-Realelektroenergie WA unter Verwendung eines Verfahrens zum Erhalten der Fläche eines Dreiecks erhalten werden.
• Weil das Dreieck von 4(b) und das Dreieck von 4(c) eine ähnliche Form aufweisen, wird hier nur das Dreieck von 4(c) betrachtet. Wenn die Höhe h des Dreiecks von 4(c) eine Spannung wiedergibt, stehen die folgenden Ausdrücke (2) und (3) dort, wo das oben beschriebene B (= THon+T1+T3) verwendet wird. $$\text{h}:\text{VB}=\text{B}:\left(\text{T}1+\text{T}2+\text{T}3+\text{T}4\right)$$

  

  $$\text{h}=\text{B}/\left(\text{T}1+\text{T}2+\text{T}3+\text{T}4\right)\times \text{VB}$$

  
• Wenn also die Summe aus der ersten Zeit T1, der zweiten Zeit T2, der dritten Zeit T3 und der vierten Zeit T4 durch D wiedergegeben wird und das Quadrat des Produkts aus der Stromquellenspannung VB und dem durch das Dividieren von B durch D erhaltenen Wert (die Höhe des Dreiecks, wenn die Höhe h eine Spannung wiedergibt) durch E wiedergegeben wird (die Höhe des Dreiecks, wenn die elektrische Energie erhalten wird), kann die Einheits-Realelektroenergie WA durch den folgenden Ausdruck (4) berechnet werden. $$\text{WA}=\text{B}\times \text{E}/\text{2}$$

  

  (wobei B = Thon+T1+T3, D = T1+T2+T3+T4, h = B/DxVB, E = h²)
• Separat zu der Berechnung der Einheits-Realelektroenergie WA in der oben beschriebenen Weise berechnet der Mikroprozessor 70 die Einheits-Idealelektroenergie WAi, die eine zu dem Heizerabschnitt 4 in jeder Periode T zuzuführende ideale elektrische Energie ist.
• Der Mikroprozessor 70 bestimmt den Tastgrad DT des Pulstreibersignals PS auf der Basis der für die aktuelle Periode T(n) erhaltenen Einheits-Realelektroenergie WA(n) und der Einheits-Idealelektroenergie WAi(n) für die aktuelle Periode T(n), sodass die Einheits-Realelektroenergie WA(n+1) gleich der Einheits-Idealelektroenergie WAi(n+1) in der nächsten Periode T(n+1) wird. Dabei ist n eine natürliche Zahl.
• Insbesondere bestimmt der Mikroprozessor 70 den Tastgrad DT(n+1) für die nächste Periode T(n+1) in Übereinstimmung mit dem folgenden Ausdruck (5) unter Verwendung des Tastgrads DT(n) für die aktuelle Periode T(n), der Einheits-Idealelektroenergie WAi(n) für die aktuelle Periode T(n) und der für die aktuelle Periode T(n) erhaltenen Einheits-Realelektroenergie WA(n). $$\text{DT}\left(\text{n+1}\right)=\text{DT}\left(\text{n}\right)\times \text{Wai}\left(\text{n}\right)/\text{WA}\left(\text{n}\right)$$

  
• In der vorliegenden Ausführungsform bestimmt der Mikroprozessor 70 den Tastgrad DT auf der Basis der Einheits-Realelektroenergie WA und der Einheits-Idealelektroenergie WAi in der Vorheizperiode zum Vorheizen des Sensorelementabschnitts 3, bevor der Sensorelementabschnitt 3 zu einem aktivierten Zustand geheizt wird.
• Es ist zu beachten, dass in dieser Vorheizperiode die Einheits-Idealelektroenergie WAi fixiert ist. Insbesondere wird die Einheits-Idealelektroenergie WAi auf eine elektrische Leistung (eine elektrische Leistung in Entsprechung zu 3 V) gesetzt, die einer elektrischen Leistung für den Fall entspricht, dass eine fixe Ausgangsspannung von 3,0 V kontinuierlich angelegt wird (Wai = 3,0² (erhalten durch das Multiplizieren der elektrischen Energie W mit dem elektrischen Widerstand R des Heizerabschnitts 4)). Wenn also die Stromquellenspannung VB der Stromquelle BT bei 24 V liegt (Standard), wird der berechnete Tastgrad DT in Entsprechung zu der Einheits-Idealelektroenergie WAi gleich 3,0²/24² = 1,56%. Wenn die Stromquellenspannung VB auf 16 V abgefallen ist, wird der berechnete Tastgrad DT in Entsprechung zu der Einheits-Idealelektroenergie WAi gleich 3,0²/16² = 3,52%. Und wenn die Stromquellenspannung VB auf 32 V angestiegen ist, wird der berechnete Tastgrad DT in Entsprechung zu der Einheits-Idealelektroenergie WAi gleich 3,0²/32² = 0,88%.
• Wenn in der vorliegenden Ausführungsform die Stromzufuhr zu dem Heizerabschnitt 4 gestartet wird, um den Sensorelementabschnitt 3 in der Vorheizperiode vorzuheizen, wird der in dieser Vorheizperiode verwendete Tastgrad DT auf einen Anfangswert DT(1) gesetzt, der durch das Dividieren der Einheits-Idealelektroenergie WAi durch das Quadrat der an dem A/D-Eingangsanschluss 74 erfassten Stromquellenspannung VB erhalten wird (DT(1) = WAi/VB²). Der berechnete Tastgrad DT in Entsprechung zu der Einheits-Idealelektroenergie WAi wird nämlich als der Anfangswert DT(1) des Tastgrads DT verwendet.
• Weil wie oben beschrieben, der berechnete Tastgrad DT in der vorliegenden Ausführungsform sehr klein wird, weist wie in 3 und 4(c) gezeigt die Ausgangsspannung VO des Heizertreibers 51 eine dreieckige Wellenform auf. Wenn keine Gegenmaßnahme getroffen wird, wird die tatsächlich an dem Heizerabschnitt 4 angelegte elektrische Energie kleiner als die Einheits-Idealelektroenergie WAi.
• Deshalb berechnet in der vorliegenden Ausführungsform nach dem Ausgeben des Pulstreibersignals PS mit dem auf den Anfangswert DT(1) gesetzten Tastgrad DT der Mikroprozessor 70 die tatsächlich an dem Heizerabschnitt 4 angelegte Einheits-Realelektroenergie WA. Danach bestimmt der Mikroprozessor 70 den Tastgrad DT(n+1) für die nächste Periode T(n+1) unter Verwendung des oben genannten Ausdrucks (5) derart, dass die Einheits-Realelektroenergie WA(n+1) gleich der Einheits-Idealelektroenergie WAi(n+1) in der nächsten Periode T(n+1) wird. Deshalb wird nach diesem Zeitpunkt die an dem Heizerabschnitt 4 angelegte Einheits-Realelektroenergie WA(n+1) korrekt, sodass das Vorheizen des Sensorelementabschnitts 3 korrekt durchgeführt werden kann.
• Im Folgenden wird die Verarbeitungsoperation des Mikroprozessors 70 der Gassensor-Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf die Flussdiagramme von 5 bis 7(b) beschrieben.
• Zuerst wird eine in 5 gezeigte Heizer-Einflanke-Unterbrechungsroutine beschrieben. Die Heizer-Einflanke-Unterbrechungsroutine ist eine Unterbrechungsverarbeitungsroutine, die durchgeführt wird, wenn das Potential an dem Unterbrechungs-Eingabeanschluss 76 des Mikroprozessors 70 anzusteigen beginnt.
• Wenn eine Heizer-Einflanke-Unterbrechung auftritt (Ein-Zeitpunkt ton), startet der Mikroprozessor 70 den internen Takttimer TM in Schritt S10 und beendet dann die Heizer-Einflanke-Unterbrechungsroutine.
• Dann wird eine in 6 gezeigte Heizer-Ausflanke-Unterbrechungsroutine beschrieben. Die Heizer-Ausflanke-Unterbrechungsroutine ist eine Unterbrechungsverarbeitungsroutine, die durchgeführt wird, wenn das Potential an dem Unterbrechungs-Eingabeanschluss 76 des Mikroprozessors 70 abzufallen beginnt.
• Wenn eine Heizer-Ausflanke-Unterbrechung auftritt (Auszeit toff) stoppt der Mikroprozessor 70 in Schritt S20 zuerst den Takttimer TM, der in Schritt S10 der Heizer-Einflanke-Unterbrechungsroutine gestartet wurde.
• Anschließend erhält der Mikroprozessor 70 in Schritt S21 aus dem Zählwert des gestoppten Timers TM die Heizer-Einzeit THon, d.h. die abgelaufene Zeit von dem Zeitpunkt (Ein-Zeitpunkt ton), bei dem die Heizer-Einflanke-Unterbrechung aufgetreten ist, bis zu dem Zeitpunkt (Aus-Zeitpunkt toff), bei dem die Heizer-Ausflanke-Unterbrechung aufgetreten ist. Der Mikroprozessor 70 beendet dann diese Heizer-Ausflanke-Unterbrechungsroutine.
• Im Folgenden wird die Verarbeitungsoperation des Mikroprozessors 70 während der Vorheizperiode von 7(a) und 7(b) beschrieben.
• Wenn die Vorheizperiode gestartet wird, erfasst der Mikroprozessor 70 zuerst in Schritt S30 die Stromquellenspannung VB über den A/D-Eingabeanschluss 74.
• Dann erhält der Mikroprozessor 70 in Schritt S31 aus seinem Speicher die Einheits-Idealelektroenergie WAi(1) in der ersten Periode T(1) des Pulstreibersignals PS (zu dem Zeitpunkt, zu dem die Stromversorgung des Heizerabschnitts 4 startet). Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform die Einheits-Idealelektroenergie WAi während der Vorheizperiode auf eine elektrische Leistung in Entsprechung zu 3 V fixiert ist (WAi(1) = WAi).
• Dann berechnet der Mikroprozessor 70 in Schritt S32 den Anfangstastgrad DT(1) (DT(1) = WAi(1)/VB²) aus der Stromquellenspannung VB und der Einheits-Idealelektroenergie WAi(1).
• In dem folgenden Schritt S33 startet der Mikroprozessor 70 die Stromversorgung des Heizerabschnitts 4, während er den Tastgrad des Pulstreibersignals PS auf den Anfangstastgrad DT(1) setzt. Nach diesem Zeitpunkt werden die Heizer-Einflanke-Unterbrechung und die Heizer-Ausflanke-Unterbrechung gestattet.
• Dann bestimmt der Mikroprozessor 70 in Schritt S34, ob die Heizer-Ausflanke-Unterbrechung aufgetreten ist oder nicht. Der Mikroprozessor 70 bestimmt nämlich, ob die Heizer-Einzeit THon in Schritt S21 erhalten wurde oder nicht. Wenn die Heizer-Ausflanke-Unterbrechung noch nicht aufgetreten ist (Nein), wiederholt der Mikroprozessor den Schritt S34. Wenn die Heizer-Ausflanke-Unterbrechung aufgetreten ist (Ja) und also die Heizer-Einzeit THon erhalten wurde, schreitet der Mikroprozessor 70 zu Schritt S35 fort.
• In Schritt S35 erfasst der Mikroprozessor 70 die Stromquellenspannung VB über den A/D-Eingabeanschluss 74 wie in Schritt S30.
• Im Folgenden berechnet der Mikroprozessor 70 in Schritt S36 die Einheits-Realelektroenergie WA(n) für die aktuelle Periode T(n) aus der Stromquellenspannung VB, der Heizer-Einzeit THon und aus der Einschaltgeschwindigkeit Aon und der Ausschaltgeschwindigkeit Aoff, die in dem nicht-flüchtigen Speicher 77 gespeichert sind.
• In dem folgenden Schritt S37 erhält der Mikroprozessor 70 aus seinem Speicher die Einheits-Idealelektroenergie WAi(n) für die aktuelle Periode T(n). Es ist zu beachten, dass wie zuvor für die vorliegende Ausführungsform beschrieben, die Einheits-Idealelektroenergie WAi(n) während der Vorheizperiode auf die 3V entsprechende elektrische Leistung (fixiert) ist (WAi(n) = WAi(1) = WAi).
• Dann berechnet der Mikroprozessor 70 in Schritt S38 den Tastgrad DT(n+1) für die nächste Periode T(n+1) aus dem Tastgrad DT(n), der Einheits-Realelektroenergie WA(n) und der Einheits-Idealelektroenergie WAi(n) in der aktuellen Periode T(n) in Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen Ausdruck (5): $$\text{DT}\left(\text{n+1}\right)=\text{DT}\left(\text{n}\right)\times \text{Wai}\left(\text{n}\right)/\text{WA}\left(\text{n}\right).$$

  
• Dann schaltet der Mikroprozessor 70 in Schritt S39 den Heizertreiber 51 mit dem vorbestimmten Tastgrad DT(=DT(n+1)) ein und aus, um die Stromversorgung des Heizerabschnitts 4 zu steuern.
• In dem folgenden Schritt S40 bestimmt der Mikroprozessor 70, ob die Vorheizperiode endet oder nicht. Wenn die Vorheizperiode nicht endet (Nein), kehrt der Mikroprozessor 70 zu Schritt S34 zurück und setzt die Steuerung für die Vorheizperiode fort. Wenn die Vorheizperiode dagegen endet (Ja), beendet der Mikroprozessor 70 die aktuelle Steuerroutine für die Vorheizperiode.
• In der vorliegenden Ausführungsform entsprechen die Heizerabschnitt-Steuerschaltung 50 und der Mikroprozessor 70, der die Schritte S33 und S39 ausführt, der Heizerstromversorgungs-Steuereinrichtung. Der A/D-Eingabeanschluss 74 des Mikroprozessors 70 und der Mikroprozessor 70, die die Schritte S30 und S35 ausführen, entsprechend der Stromquellenspannungs-Erfassungseinrichtung.
• Der Unterbrechungs-Eingabeanschluss 76 des Mikroprozessors 70 und der Mikroprozessor 70, der den Schritt S10 ausführt, entsprechen der Ein-Zeitpunkt-Erfassungseinrichtung. Und der Unterbrechungs-Eingabeanschluss 76 des Mikroprozessors 70 und der Mikroprozessor 70, der den Schritt S20 ausführt, entsprechen der Aus-Zeitpunkt-Erfassungseinrichtung.
• Der Timer TM des Mikroprozessors 70 und der Mikroprozessor 70, der den Schritt S21 ausführt, entsprechen der Takteinrichtung. Und der nicht-flüchtige Speicher 77 des Mikroprozessors 70 entspricht der Speichereinrichtung.
• Der Mikroprozessor 70, der die Schritte S31 und S37 ausführt, entspricht der Idealelektroenergie-Erhaltungseinrichtung. Und der Mikroprozessor 70, der den Schritt S36 ausführt, entspricht der Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung. Der Mikroprozessor 70, der den Schritt S32 ausführt, entspricht der Anfangstastgrad-Berechnungseinrichtung, und der Mikroprozessor 70, der den Schritt S38 ausführt, entspricht der Tastgrad-Bestimmungseinrichtung.
• Wie weiter oben beschrieben, umfasst die Gassensor-Steuervorrichtung 1 (Heizersteuervorrichtung) der vorliegenden Ausführungsform eine Idealelektroenergie-Erhaltungseinrichtung zum Erhalten der Einheits-Idealelektroenergie WAi und eine Realelektroenergie-Erhaltungseinrichtung zum Berechnen der Einheits-Realelektroenergie WA. Auf der Basis der für die aktuelle Periode T(n) erhaltenen Einheits-Realelektroenergie WA(n) und der Einheits-Idealelektroenergie WAi(n) für die aktuelle Periode T(n) (elektrische Leistung in Entsprechung zu 3 V in der vorliegenden Ausführungsform) wird der Tastgrad DT(n+1) für die nächste Periode T derart bestimmt, dass die Einheits-Realelektroenergie WA(n+1) gleich der Einheits-Idealelektroenergie WAi(n+1) (= elektrische Leistung in Entsprechung zu 3 V) in der nächsten Periode T(n+1) wird. Also auch wenn der Tastgrad DT bei der Berechnung klein wird, kann eine korrekte Menge von elektrischer Energie an dem Heizerabschnitt 4 angelegt werden, weil der Tastgrad DT derart korrigiert wird, dass die tatsächlich an dem Heizerabschnitt 4 angelegte Einheits-Realelektroenergie WA gleich der Einheits-Idealelektroenergie WAi wird. Das Vorheizen des Heizerabschnitts 4 und des Sensor-Elementabschnitts 3 können also korrekt während der Vorheizperiode durchgeführt werden.
• Die Gassensor-Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Einzeit-Erhaltungseinrichtung zum Erhalten der Heizer-Einzeit THon (der Zeit zwischen einem Zeitpunkt, bei dem der Heizertreiber 51 tatsächlich eingeschaltet wird, und einem Zeitpunkt, bei dem der Heizertreiber 51 tatsächlich ausgeschaltet wird). Die Gassensor-Steuervorrichtung 1 berechnet die Einheits-Realelektroenergie WA unter Verwendung der erfassten Stromquellenspannung VB und der Heizer-Einzeit THon. Weil in der vorliegenden Ausführungsform die separat gespeicherten Werte der Einschaltgeschwindigkeit Aon und der Ausschaltgeschwindigkeit Aoff verwendet werden, kann die Einheits-Realelektroenergie WA korrekt berechnet werden, indem die Stromquellenspannung VB und die Heizer-Einzeit THon erhalten werden.
• In der Gassensor-Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform enthält die Einzeit-Erhaltungseinrichtung die Ein-Zeitpunkt-Erfassungseinrichtung, die Aus-Zeitpunkt-Erfassungseinrichtung und die Takteinrichtung. Deshalb kann die Gassensor-Steuervorrichtung 1 als die Heizer-Einzeit THon korrekt die abgelaufene Zeit von dem Ein-Zeitpunkt ton bis zu dem Aus-Zeitpunkt toff erhalten.
• In der Gassensor-Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung wird die Einheits-Realelektroenergie WA(n) aus der erfassten Stromquellenspannung VB, der Heizer-Einzeit THon und der Einschaltgeschwindigkeit Aon und der Ausschaltgeschwindigkeit Aoff, die gespeichert sind, berechnet. Deshalb kann die Einheits-Realelektroenergie WA(n) korrekt berechnet werden und kann die Bestimmung des Tastgrads DT(n+1) für die nächste Periode T(n+1) korrekt durchgeführt werden.
• In der Gassensor-Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform, in welcher der Heizertreiber 51 ein Hochseitentreiber ist, kann die Einheits-Realelektroenergie WA einfach in Übereinstimmung mit den oben beschriebenen Ausdrücken (1) bis (4) erhalten werden.
• In der Gassensor-Steuervorrichtung (1) der vorliegenden Ausführungsform wird der Tastgrad DT(n+1) für die nächste Periode T(n+1) in Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen Ausdruck (5) berechnet. Deshalb kann der Tastgrad DT(n+1) für die nächste Periode T(n+1) korrekt mittels einer einfachen Berechnung bestimmt werden.
• In der Gassensor-Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform wird der durch das Dividieren der Einheits-Idealelektroenergie WAi(1) (elektrische Leistung in Entsprechung zu 3 V in der vorliegenden Ausführungsform) in der ersten Periode T(1) des Pulsbreitensignals PS (zu dem Zeitpunkt, zu dem die Stromversorgung des Heizerabschnitts 4 startet) durch das Quadrat der Stromquellenspannung VB erhaltene Wert als der Anfangswert DT(1) des Tastgrads DT verwendet. Weil der Anfangswert DT(1) des Tastgrads DT auf einen korrekten Wert auf der Basis der Einheits-Idealelektroenergie WAi gesetzt werden kann, kann zu Beginn eine korrekte Einheits-Realelektroenergie erhalten werden und kann die folgende Bestimmung des Tastgrads DT korrekt durchgeführt werden.
• In der Gassensor-Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Tastgrad-Bestimmungseinrichtung den Tastgrad DT in der Vorheizperiode für das Vorheizen des Sensorelementabschnitts 3 vor dem Heizen des Sensorelementabschnitts 3 zu dem aktivierten Zustand. In der vorliegenden Ausführungsform kann der Tastgrad DT einen sehr kleinen Wert bei der Berechnung während der Vorheizperiode aufweisen. Das Vorheizen des Sensorelementabschnitts 3 kann jedoch korrekt durchgeführt werden, indem der Tastgrad 3 korrekt derart bestimmt wird, dass die Einheits-Realelektroenergie WA gleich der Einheits-Idealelektroenergie WAi wird.
• In der vorliegenden Ausführungsform bilden der Gassensor 2 und die Gassensor-Steuervorrichtung 1 das Sensorsteuersystem 100.
• Weil das Sensorsteuersystem 100 eine korrekte Menge von elektrischer Energie zu dem Heizerabschnitt 4 des Gassensors 2 zuführen kann, kann die Steuerung des Gassensors 2 korrekt durchgeführt werden.
• (Modifizierte Ausführungsform)
• Im Folgenden wird eine Modifikation der oben beschriebenen Ausführungsform mit Bezug auf 8 beschrieben. In der Gassensor-Steuervorrichtung 1 (Heizersteuervorrichtung) und dem Sensorsteuersystem 100 gemäß der Ausführungsform ist der Heizertreiber 51 der Heizerabschnitt-Steuerschaltung 50 ein Hochseitentreiber, der zwischen der Stromquelle BT und dem Heizerabschnitt 4 angeordnet ist.
• Im Gegensatz dazu ist in der Gassensor-Steuervorrichtung 1A (Heizersteuervorrichtung) und dem Sensorsteuersystem 100A gemäß der vorliegenden modifizierten Ausführungsform ein Heizertreiber 151 einer Heizerabschnitt-Steuerschaltung 150 ein Niederseitentreiber, der zwischen dem Heizerabschnitt 4 und dem Bezugspotential GND angeordnet ist.
• Wie in 8 gezeigt, weist die Heizerabschnitt-Steuerschaltung 150, die als die Heizerstromversorgungs-Steuereinrichtung dient, den Heizertreiber 151 mit einem Leistungs-MOSFET auf. Ein Drain 151D (Ausgangsanschluss) des Heizertreibers 151 ist mit einem Ende des Heizerabschnitts 4 des Gassensors 2 über einen Anschlussdraht 153 verbunden. Das andere Ende des Heizerabschnitts 4 ist mit der Heizerabschnitt-Steuerschaltung 150 über einen Anschlussdraht 152 verbunden und ist weiterhin in der Heizerabschnitt-Steuerschaltung 150 mit dem +-Anschluss der Stromquelle BT verbunden, die die Stromquellenspannung VB ausgibt. Eine Source 151S des Heizertreibers 151 ist mit dem Bezugspotential GND verbunden. Der Heizertreiber 151 ist nämlich ein Niederseitentreiber, der zwischen dem Heizerabschnitt 4 und dem Bezugspotential GND angeordnet ist. Ein Gate 151G des Heizertreibers 151 ist mit dem PWM-Ausgabeanschluss 75 des Mikroprozessors 70 verbunden. Der Heizertreiber 151 wird in Übereinstimmung mit dem aus dem PWM-Ausgabeanschluss 75 ausgegebenen Pulstreibersignal Ps ein- und ausgeschaltet, wodurch die Stromzufuhr zu dem Heizerabschnitt 4 gesteuert wird.
• Der Drain 151D (Ausgangsanschluss) des Heizertreibers 4 ist mit einem Ende des Heizerabschnitts 4 über den Anschlussdraht 153 verbunden und weiterhin mit dem Unterbrechungs-Eingabeanschluss 76 des Mikroprozessors 70 über einen Widerstand R1 verbunden. Weiterhin ist der Unterbrechungs-Eingabeanschluss 76 mit dem Bezugspotential (GND) über einen Widerstand R2 verbunden. Die Ausgangsspannung VO an dem Drain 151D des Heizertreibers 151 wird durch den Widerstand R1 und den Widerstand R2 geteilt, wobei die durch die Spannungsteilung erhaltene Spannung VO2 (= VO×R2/(R1+R2) in den Unterbrechungs-Eingabeanschluss 76 eingegeben wird (siehe 8).
• Wenn die in den Unterbrechungs-Eingabeanschluss 76 eingegebene Spannung VO2 von dem hohen Pegel zu dem niedrigen Pegel wechselt, tritt eine Abfallsflanke-Unterbrechung zu dem Mikroprozessor 70 auf. Und wenn die Spannung VO2 von dem niedrigen Pegel zu dem hohen Pegel wechselt, tritt eine Anstiegsflanke-Unterberechung zu dem Mikroprozessor 70 auf.
• Weil in der vorliegenden modifizierten Ausführungsform der Heizertreiber 151 ein Niederseitentreiber wie in 9(a) bis 9(c) gezeigt ist, fällt die Ausgangsspannung VO des Heizertreibers 151 ab, wenn der Heizertreiber 151 einschaltet, und steigt an, wenn der Heizertreiber 151 ausschaltet.
• Dementsprechend tritt die Abfallsflanke-Unterbrechung zu dem Mikroprozessor 70 zu einem Zeitpunkt auf, bei dem die Ausgangsspannung VO eine vorbestimmte Ein-Schwellwertspannung Von aufgrund des Abfallens von der Stromquellenspannung VB während einer Periode erreicht, in welcher der Heizertreiber 151 einschaltet, nachdem das Pulstreibersignal PS von dem Aus-Signal PSoff zu dem Ein-Signal PSon gewechselt hat. In der vorliegenden modifizierten Ausführungsform entspricht diese Abfallsflanke-Unterbrechung der Heizer-Einflanke-Unterbrechung von 5 und ist der Zeitpunkt, zu dem die Abfallsflanke-Unterbrechung auftritt, der Ein-Zeitpunkt ton.
• Weiterhin tritt die Anstiegsflanke-Unterbrechung zu dem Mikroprozessor 70 zu einem Zeitpunkt auf, bei dem die Ausgangsspannung VO die vorbestimmte Aus-Schwellwertspannung Voff aufgrund des Anstiegs während einer Periode erreicht, in welcher der Heizertreiber 151 ausschaltet, nachdem das Pulstreibersignal PS von dem Ein-Signal PSon zu dem Aus-Signal PSoff gewechselt hat. In der vorliegenden modifizierten Ausführungsform entspricht diese Anstiegsflanke-Unterbrechung der Heizer-Einflanke-Unterbrechung von 6 und ist der Zeitpunkt, zu dem die Anstiegsflanke-Unterbrechung auftritt, der Aus-Zeitpunkt toff.
• 9(a) bis 9(c) sind Diagramme, die ein Verfahren zum Berechnen der Einheits-Realelektroenergie WA gemäß der vorliegenden modifizierten Ausführungsform erläutern.
• In 9(a) ist die Zeit zwischen einem Zeitpunkt, bei dem die Ausgangsspannung VO von der Stromquellenspannung VB (Aus-Zustand) während der Einschaltperiode des Heizertreibers 151 abzufallen beginnt, und dem Ein-Zeitpunkt ton, bei dem die Ausgangsspannung VO die Ein-Schwellwertspannung Von erreicht, der absolute Wert eines Werts, der durch das Dividieren der Differenz zwischen der Stromquellenspannung VB und der Ein-Schwellwertspannung Von durch die Einschaltgeschwindigkeit Aon erhalten wird. Diese Zeit wird als eine erste Zeit T1 (=|(VB-Von)/Aon|) bezeichnet.
• Weiterhin ist die Zeit zwischen dem Ein-Zeitpunkt und einem Zeitpunkt, bei dem die Ausgangsspannung VO das Bezugspotential GND aufgrund des weiteren Abfallens von der Ein-Schwellwertspannung Von erreicht, der absolute Wert eines Werts, der durch das Dividieren der Ein-Schwellwertspannung Von durch die Einschaltgeschwindigkeit Aon erhalten wird. Diese Zeit wird als eine zweite Zeit T2 (= |Von/Aon|) bezeichnet.
• Was das Ansteigen der Ausgangsspannung VO während der Ausschaltperiode des Heizertreibers 151 betrifft, wird ein durch das Dividieren der Differenz zwischen der Stromquellenspannung VB und der Aus-Schwellwertspannung Voff durch die Ausschaltgeschwindigkeit Aoff erhaltener Wert als eine dritte Zeit T3 (= (VB-Voff)/Aoff) bezeichnet und wird ein durch das Dividieren der Aus-Schwellwertspannung Voff durch die Ausschaltgeschwindigkeit Aoff erhaltener Wert als eine vierte Zeit T4 (= Voff/Aoff) bezeichnet. Die vierte Zeit T4 ist eine Zeit zwischen einem Zeitpunkt, bei welchem die Ausgangsspannung VO von dem Bezugspotential GND (Ein-Zustand) anzusteigen beginnt, und dem Aus-Zeitpunkt toff, bei dem die Ausgangsspannung VO die Aus-Schwellwertspannung Voff erreicht. Die dritte Zeit T3 ist eine Zeit zwischen dem Aus-Zeitpunkt toff und einem Zeitpunkt, bei welchem die Ausgangsspannung VO die Stromquellenspannung VB aufgrund des weiteren Anstiegs von der Aus-Schwellwertspannung Voff erreicht.
• 9(a) zeigt einen Fall, in dem die Heizer-Einzeit THon größer als die Summe aus der zweiten Zeit T2 und der vierten Zeit T4 ist (THon > T2+T4).
• In diesem Fall kann die Einheits-Realelektroenergie WA erhalten werden, indem ein Verfahren zum Erhalten der Fläche eines in 9(a) gezeigten Trapezoids verwendet wird. Die Einheits-Realelektroenergie WA wird jedoch erhalten, indem als die Höhe des Trapezoids von 9(a) das Quadrat der Stromquellenspannung VB verwendet wird, anstatt die Stromquellenspannung VB so wie sie ist zu verwenden.
• Wenn also ein durch das Subtrahieren der zweiten Zeit T2 und der vierten Zeit T4 von der Heizer-Einzeit THon erhaltener Wert durch A (= THon-T2-T4) wiedergegeben wird, ein durch das Addieren der ersten Zeit T1 und der dritten Zeit T3 zu der Heizer-Einzeit THon erhaltener Wert durch B (= THon+T1+T3) wiedergegeben wird und das Quadrat der Stromquellenspannung VB durch C (= VB²) wiedergegeben wird, kann die Einheits-Realelektroenergie WA durch den folgenden Ausdruck (6) berechnet werden. $$\text{WA}=\left(\text{A+B}\right)\times \text{C}/\text{2}$$

  

  (wobei A = THon-T2-T4, B = THon+T1+T3 und C = VB²)
• Wenn sich dagegen der Tastgrad vermindert und die Periode des Ein-Signals PSon kürzer wird, wird die Heizer-Einzeit THon gleich oder kleiner als die Summe aus der zweiten Zeit T2 und der vierten Zeit T4 (THon ≤ T2+T4). 9(b) zeigt einen Fall, in dem THon = T2+T4, und 9(c) zeigt einen Fall, in dem THon < T2+T4. In diesen Fällen kann die Einheits-Realelektroenergie WA erhalten werden, indem ein Verfahren zum Erhalten der Fläche eines Dreiecks verwendet wird.
• Weil das Dreieck von 9(b) und das Dreieck von 9(c) eine ähnliche Form aufweisen, wird hier nur das Dreieck von 9(c) betrachtet. Wenn die Höhe h des Dreiecks von 9(c) eine Spannung wiedergibt, stehen die folgenden Ausdrücke (7) und (8) dort, wo das oben beschriebene B (THon+T1+T3) verwendet wird. $$\text{h}:\text{VB}=\text{B}:\left(\text{T}1+\text{T}2+\text{T}3+\text{T}4\right)$$

  

  $$\text{h}=\text{B}/\left(\text{T}1+\text{T}2+\text{T}3+\text{T}4\right)\times \text{VB}$$

  
• Wenn also die Summe aus der ersten Zeit T1, der zweiten Zeit T2, der dritten Zeit T3 und der vierten Zeit T4 durch D wiedergegeben wird und das Quadrat des Produkts aus der Stromquellenspannung VB und einem durch das Dividieren von B durch D erhaltenen Wert (die Höhe des Dreiecks, wenn die Höhe h eine Spannung wiedergibt) durch E wiedergegeben wird (die Höhe des Dreiecks, wenn die elektrische Energie erhalten wird), kann die Einheits-Realelektroenergie WA durch den folgenden Ausdruck (9) berechnet werden. $$\text{WA}=\text{B}\times \text{E}/\text{2}$$

  

  (wobei B = THon+T1+T3, D = T1+T2+T3+T4, h = B/DxVB, E = h²)
• Wie oben beschrieben unterscheidet sich das Verfahren zum Berechnen der Einheits-Realelektroenergie WA gemäß der vorliegenden modifizierten Ausführungsform von demjenigen der Ausführungsform in dem Verfahren zum Berechnen von T1, T2, T3 und T4. Die Ausdrücke (6) bis (9) sind jedoch identisch mit den Ausdrücken (1) bis (4), die in der Ausführungsform verwendet werden.
• Wie im Fall der Ausführungsform werden diese Einheits-Realelektroenergie WA und die separat erhaltene Einheits-Idealelektroenergie WAi verwendet, um den Tastgrad DT in Übereinstimmung mit dem Ausdruck (5) während der Vorheizperiode zum Vorheizen des Sensorelementabschnitts 3 zu berechnen.
• Die vorliegende modifizierte Ausführungsform ist identisch mit der Ausführungsform, was die Flussdiagramme zu der Verarbeitungsoperation des Mikroprozessors 70 von 5 bis 7(b), die Konfigurationen der verschiedenen Abschnitte usw. betrifft. Deshalb wird hier auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet. Die vorliegende modifizierte Ausführungsform ist identisch mit der Ausführungsform, wobei jedoch die Einheits-Realelektroenergie WA auf andere Weise berechnet wird, der Heizertreiber 151 ein Niederseitentreiber ist und die Heizerabschnitt-Steuerschaltung 150 der Heizerstromversorgungs-Steuereinrichtung entspricht.
• Wie oben beschrieben, kann die Gassensor-Steuervorrichtung 1A der vorliegenden modifizierten Ausführungsform, in welcher der Heizertreiber 151 ein Niederseitentreiber ist, einfach die Einheits-Realelektroenergie WA mittels der oben beschriebenen Ausdrücke (6) bis (9) wie in der Ausführungsform erhalten.
• Und weil der Tastgrad DT bestimmt wird, indem diese Einheits-Realelektroenergie WA erhalten wird, kann eine korrekte Menge von elektrischer Energie zu dem Heizerabschnitt 4 zugeführt werden. Das Vorheizen des Heizerabschnitts 4 und des Sensorelementabschnitts 3 können also korrekt während der Vorheizperiode durchgeführt werden. Die vorliegende modifizierte Ausführungsform erzielt ähnliche Wirkungen und Effekte wie die Ausführungsform.
• Vorstehend wurde die Heizersteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung anhand der Gassensor-Steuervorrichtungen 1 und 1A und der Sensorsteuersysteme 100 und 100A gemäß der Ausführungsform und der modifizierten Ausführungsform beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausführungsform und die Modifikationen beschränkt, die frei weiter modifiziert werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.
• Zum Beispiel wird in der Ausführungsform und in der modifizierten Ausführungsform der Gassensor 2, der ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration in einem Abgas (Luft/Kraftstoff-Verhältnis) ist, als ein Sensor mit einem Heizerabschnitt verwendet. Der Sensor mit einem Heizerabschnitt ist jedoch nicht auf den Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor beschränkt und kann auch ein Sauerstoffsensor zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration (mager/reich), ein NOx-Sensor zum Erfassen der Konzentration von Stickstoffoxid (NOx) oder ähnliches sein.
• In der Ausführungsform und in der modifizierten Ausführungsform ist die Einheits-Idealelektroenergie WAi auf einen vorbestimmten Wert (elektrische Leistung in Entsprechung zu 3 V) während der Vorheizperiode fixiert. Die Einheits-Idealelektroenergie WAi(n) für die Periode T(n) kann jedoch auch in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Muster geändert werden.
• In der Ausführungsform und in der modifizierten Ausführungsform wird die Einheits-Realelektroenergie WA(n) berechnet, indem nicht nur die erfasste Stromquellenspannung VB und die Heizer-Einzeit THon verwendet werden, sondern auch die Einschaltgeschwindigkeit Aon und die Ausschaltgeschwindigkeit Aoff, die separat gespeichert sind. Anstatt jedoch die Einschaltgeschwindigkeit Aon und die Ausschaltgeschwindigkeit Aoff zu verwenden, kann auch eine zuvor vorbereitete Nachschlagetabelle zum Erhalten der Einheits-Realelektroenergie WA(n) in Übereinstimmung mit der Stromquellenspannung VB und der Heizer-Einzeit THon verwendet werden. Die Einheits-Realelektroenergie WA(n) kann nämlich auch mit Bezug auf die Nachschlagetabelle erhalten werden.
• In der Ausführungsform und in der modifizierten Ausführungsform werden die Anstiegsflanke-Unterbrechung und die Abfallsflanke-Unterbrechung zu dem Mikroprozessor 70 auf der Basis einer Änderung der Ausgangsspannung VO des Heizertreibers 51 erzeugt, wird die Heizer-Einzeit THon, die die abgelaufende Zeit von dem Ein-Zeitpunkt ton, bei dem die Anstiegsflanke-Unterbrechung auftritt, bis zu dem Aus-Zeitpunkt toff, bei dem die Abfallsflanke-Unterbrechung auftritt, erhalten, und wird die Einheits-Realelektroenergie WA(n) unter Verwendung der Heizer-Einzeit THon und der Einschaltgeschwindigkeit Aon und der Ausschaltgeschwindigkeit Aoff, die separat gespeichert sind, berechnet.
• Die Ausführungsform und die modifizierte Ausführungsform können jedoch modifiziert werden, um tatsächlich die Änderung der Ausgangsspannung VO des Heizertreibers 51 in Echtzeit zu messen, wobei zum Beispiel ein Hochgeschwindigkeits-A/D-Wandler und ein DSP (digitaler Signalprozessor), der eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung durchführen kann, verwendet werden, und um die Einheits-Realelektroenergie WA(n) zu berechnen.
• Bezugszeichenliste

100, 100A

Sensorsteuersystem

1, 1A

Gassensor-Steuervorrichtung (Heizersteuervorrichtung)

2

Gassensor

3

Sensorelementabschnitt

4

Heizerabschnitt

40

Sensorelementabschnitt-Steuerschaltung

50, 150

Heizerabschnitt-Steuerschaltung (Heizerstromversorgungs-Steuereinrichtung)

51, 151

Heizertreiber

70

Mikroprozessor

74

A/D-Eingabeanschluss (Stromquellenspannungs-Erfassungseinrichtung)

76

Unterbrechungs-Eingabeanschluss (Ein-Zeitpunkt-Erfassungseinrichtung, Aus-Zeitpunkt-Erfassungseinrichtung)

77

nicht-flüchtiger Speicher (Speichereinrichtung)

TM

Timer (Takteinrichtung)

BT

Stromquelle (Batterie)

VB

Stromquellenspannung

PS

Pulstreibersignal

PSon

Ein-Signal

PSoff

Aus-Signal

T

Periode

VO

Ausgangsspannung

Von

Ein-Schwellwertspannung

Voff

Aus-Schwellwertspannung

ton

Ein-Zeitpunkt

toff

Aus-Zeitpunkt

THon

Heizer-Einzeit

Aon

Einschaltgeschwindigkeit

Aoff

Ausschaltgeschwindigkeit

T1

erste Zeit

T2

zweite Zeit

T3

dritte Zeit

T4

vierte Zeit

WAi

Einheits-Idealelektroenergie

WA

Einheits-Realelektroenergie

S10

Ein-Zeitpunkt-Erfassungseinrichtung

S20

Aus-Zeitpunkt-Erfassungseinrichtung

S21

Takteinrichtung

S30, S35

Stromquellenspannungs-Erfassungseinrichtung

S31, S37

Idealelektroenergie-Erhaltungseinrichtung

S32

Anfangstastgrad-Berechnungseinrichtung

S36

Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung

S38

Tastgrad-Bestimmungseinrichtung

S33, S39

Heizerstromversorgungs-Steuereinrichtung

Claims (9)

1. Heizersteuervorrichtung (1, 1A), die zum Steuern eines Heizerabschnitts (4) eines Sensors (2) verwendet wird und umfasst: einen Heizertreiber (51, 151), der in Übereinstimmung mit einem Pulstreibersignal (PS), das aus einem Ein-Signal (PSon) und einem Aus-Signal (PSoff) besteht, die alternierend auftreten, ein- und ausgeschaltet wird und eine elektrische Leistung (P) aus einer Stromquelle (BT) an dem Heizerabschnitt (4) anlegt, eine Heizerstromversorgungs-Steuereinrichtung (50, 150, S33, S39) zum Ausgeben des Pulstreibersignals (PS) an den Heizertreiber (51, 151), um die Stromzufuhr zu dem Heizerabschnitt (4) zu steuern, eine Stromquellenspannungs-Erfassungseinrichtung (74, S30, S35) zum Erfassen einer Stromquellenspannung (VB) der Stromquelle (BT), eine Idealelektroenergie-Erhaltungseinrichtung (S31, S37) zum Erhalten einer Einheits-Idealelektroenergie (Wai), die eine ideale elektrische Energie für das Anlegen an dem Heizerabschnitt (4) in jeder Periode (T) des Pulstreibersignals (PS) ist, eine Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung (S36) zum Berechnen einer Einheits-Realelektroenergie (WA), die eine tatsächlich an dem Heizerabschnitt (4) in jeder Periode (T) angelegte elektrische Energie ist, und eine Tastgrad-Bestimmungseinrichtung (S38) zum Bestimmen eines Tastgrads (DT(n+1)) des Pulstreibersignals (PS) auf der Basis der für die aktuelle Periode (T(n)) erhaltenen Einheits-Realelektroenergie (WA(n)) und der Einheits-Idealelektroenergie (Wai(n)) für die aktuelle Periode (T(n)), sodass die Einheits-Realelektroenergie (WA(n+1)) gleich der Einheits-Idealelektroenergie (WAi(n+1)) in der nächsten Periode (T(n+1)) wird, wobei die Heizersteuervorrichtung (1, 1A) weiterhin eine Einzeit-Erhaltungseinrichtung (76, TM, S10, S20, S21) zum Erhalten einer Heizer-Einzeit (THon), die eine Zeit zwischen dem Zeitpunkt des tatsächlichen Einschaltens des Heizertreibers (51, 151) und dem Zeitpunkt des tatsächlichen Ausschaltens des Heizertreibers (51, 151) ist, umfasst, wobei die Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung (S36) die Einheits-Realelektroenergie (WA) unter Verwendung der Stromquellenspannung (VB) und der Heizer-Einzeit (THon) berechnet.
2. Heizersteuervorrichtung (1, 1A) nach Anspruch 1, wobei die Einzeit-Erhaltungseinrichtung (76, TM, S10, S20, S21) umfasst: eine Ein-Zeitpunkt-Erfassungseinrichtung (76, S10) zum Erfassen eines Ein-Zeitpunkts (ton), der ein Zeitpunkt ist, zu dem die Ausgangsspannung (VO) des Heizertreibers (51, 151) eine vorbestimmte Ein-Schwellwertspannung (Von) in einer Periode erreicht, in welcher der Heizertreiber (51, 151) einschaltet, nachdem das Pulstreibersignal (PS) von dem Aus-Signal (PSoff) zu dem Ein-Signal (PSon) gewechselt hat, eine Aus-Zeitpunkt-Erfassungseinrichtung (76, S20) zum Erfassen eines Aus-Zeitpunkts (toff), der ein Zeitpunkt ist, zu dem die Ausgangsspannung (VO) eine vorbestimmte Aus-Schwellwertspannung (Voff) in einer Periode erreicht, in welcher der Heizertreiber (51, 151) ausschaltet, nachdem das Pulstreibersignal (PS) von dem Ein-Signal (PSon) zu dem Aus-Signal (PSoff) gewechselt hat, und eine Takteinrichtung (TM, S21) zum Takten als der Heizer-Einzeit (THon) einer Zeit zwischen dem Ein-Zeitpunkt (ton) und dem Aus-Zeitpunkt Toff).
3. Heizersteuervorrichtung (1, 1A) nach Anspruch 2, die weiterhin eine Speichereinrichtung (77) zum Speichern einer Einschaltgeschwindigkeit (Aon), die eine Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung (VO) während der Periode des Einschaltens des Heizertreibers (51, 151) ist, und zum Speichern einer Ausschaltgeschwindigkeit (Aoff), die eine Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung (VO) während der Periode des Ausschaltens des Heizertreibers (51, 151) ist, umfasst, wobei die Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung (S36) die Einheits-Realelektroenergie (WA) berechnet, indem sie die Stromquellenspannung (VB), die Heizer-Einzeit (THon), die Einschaltgeschwindigkeit (Aon) und die Ausschaltgeschwindigkeit (Aoff) verwendet.
4. Heizersteuervorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei der Heizertreiber (51) ein Hochseitentreiber ist, der zwischen der Stromquelle (BT) und dem Heizerabschnitt (4) angeordnet ist, die Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung (S36) als eine erste Zeit einen Wert (T1) erhält, der durch das Dividieren der Ein-Schwellwertspannung (Von) durch die Einschaltgeschwindigkeit (Aon) berechnet wird, als eine zweite Zeit (T2) einen Wert erhält, der durch das Dividieren einer Differenz (VB-Von) zwischen der Stromquellenspannung (VB) und der Ein-Schwellwertspannung (Von) durch die Einschaltgeschwindigkeit (Aon) berechnet wird, als eine dritte Zeit (T3) den absoluten Wert eines Werts erhält, der durch das Dividieren der Aus-Schwellwertspannung (Voff) durch die Einschaltgeschwindigkeit (Aoff) berechnet wird, und als eine vierte Zeit (T4) den absoluten Wert eines Werts erhält, der durch das Dividieren einer Differenz (VB-Voff) zwischen der Stromquellenspannung (VB) und der Aus-Schwellwertspannung (Voff) durch die Ausschaltgeschwindigkeit (Aoff) berechnet wird, und die Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung (S36) die Einheits-Realelektroenergie (WA) in Übereinstimmung mit einem Ausdruck WA = (A+B)×C/2 berechnet, wenn die Heizer-Einzeit (THon) größer als die Summe aus der zweiten Zeit (T2) und der vierten Zeit (T4) ist, und die Einheits-Realelektroenergie (WA) in Übereinstimmung mit einem Ausdruck WA = BxE/2 berechnet, wenn die Heizer-Einzeit (THon) gleich oder kleiner als die Summe aus der zweiten Zeit (T2) und der vierten Zeit (T4) ist, wobei A einen Wert wiedergibt, der durch das Subtrahieren der zweiten Zeit (T2) und der vierten Zeit (T4) von der Heizer-Einzeit (THon) erhalten wird, B einen Wert wiedergibt, der durch das Addieren der ersten Zeit (T1) und der dritten Zeit (T3) zu der Heizer-Einzeit (THon) erhalten wird, C das Quadrat der Stromquellenspannung (VB) wiedergibt, D einen Wert wiedergibt, der durch das Addieren der ersten Zeit (T1), der zweiten Zeit (T2), der dritten Zeit (T3) und der vierten Zeit (T4) erhalten wird, und E das Quadrat des Produkts aus der Stromquellenspannung (VB) und einem durch das Dividieren von B durch D erhaltenen Wert wiedergibt.
5. Heizersteuervorrichtung (1A) nach Anspruch 3, wobei der Heizertreiber (151) ein Niederseitentreiber ist, der zwischen dem Heizerabschnitt (4) und einem Bezugspotential (GND) angeordnet ist, die Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung (S36) als eine erste Zeit (T1) den absoluten Wert eines Werts erhält, der durch das Dividieren einer Differenz (VB-Von) zwischen der Stromquellenspannung (VB) und der Ein-Schwellwertspannung (Von) durch die Einschaltgeschwindigkeit (Aon) berechnet wird, als eine zweite Zeit (T2) den absoluten Wert eines Werts erhält, der durch das Dividieren der Ein-Schwellwertspannung (Von) durch die Einschaltgeschwindigkeit (Aon) berechnet wird, als eine dritte Zeit (T3) einen Wert erhält, der durch das Dividieren einer Differenz (VB-Voff) zwischen der Stromquellenspannung (VB) und der Aus-Schwellwertspannung (Voff) durch die Ausschaltgeschwindigkeit (Aoff) berechnet wird, und als eine vierte Zeit (T4) einen Wert erhält, der durch das Dividieren der Aus-Schwellwertspannung (Voff) durch die Ausschaltgeschwindigkeit (Aoff) berechnet wird, und die Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung (S36) die Einheits-Realelektroenergie (WA) in Übereinstimmung mit einem Ausdruck WA = (A+B)xC/2 berechnet, wenn die Heizer-Einzeit (THon) größer als die Summe aus der zweiten Zeit (T2) und der vierten Zeit (T4) ist, und die Einheits-Realelektroenergie (WA) in Übereinstimmung mit einem Ausdruck WA = B×E/2 berechnet, wenn die Heizer-Einzeit (THon) gleich oder kleiner als die Summe aus der zweiten Zeit (T2) und der vierten Zeit (T4) ist, wobei A einen Wert wiedergibt, der durch das Subtrahieren der zweiten Zeit (T2) und der vierten Zeit (T4) von der Heizer-Einzeit (THon) erhalten wird, B einen Wert wiedergibt, der durch das Addieren der ersten Zeit (T1) und der dritten Zeit (T3) zu der Heizer-Einzeit (THon) erhalten wird, C das Quadrat der Stromquellenspannung (VB) wiedergibt, D einen Wert wiedergibt, der durch das Addieren der ersten Zeit (T1), der zweiten Zeit (T2), der dritten Zeit (T3) und der vierten Zeit (T4) erhalten wird, und E das Quadrat des Produkts aus der Stromquellenspannung (VB) und einem durch das Dividieren von B durch D erhaltenen Wert wiedergibt.
6. Heizersteuervorrichtung (1, 1A), die zum Steuern eines Heizerabschnitts (4) eines Sensors (2) verwendet wird und umfasst: einen Heizertreiber (51, 151), der in Übereinstimmung mit einem Pulstreibersignal (PS), das aus einem Ein-Signal (PSon) und einem Aus-Signal (PSoff) besteht, die alternierend auftreten, ein- und ausgeschaltet wird und eine elektrische Leistung (P) aus einer Stromquelle (BT) an dem Heizerabschnitt (4) anlegt, eine Heizerstromversorgungs-Steuereinrichtung (50, 150, S33, S39) zum Ausgeben des Pulstreibersignals (PS) an den Heizertreiber (51, 151), um die Stromzufuhr zu dem Heizerabschnitt (4) zu steuern, eine Stromquellenspannungs-Erfassungseinrichtung (74, S30, S35) zum Erfassen einer Stromquellenspannung (VB) der Stromquelle (BT), eine Idealelektroenergie-Erhaltungseinrichtung (S31, S37) zum Erhalten einer Einheits-Idealelektroenergie (Wai), die eine ideale elektrische Energie für das Anlegen an dem Heizerabschnitt (4) in jeder Periode (T) des Pulstreibersignals (PS) ist, eine Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung (S36) zum Berechnen einer Einheits-Realelektroenergie (WA), die eine tatsächlich an dem Heizerabschnitt (4) in jeder Periode (T) angelegte elektrische Energie ist, und eine Tastgrad-Bestimmungseinrichtung (S38) zum Bestimmen eines Tastgrads (DT(n+1)) des Pulstreibersignals (PS) auf der Basis der für die aktuelle Periode (T(n)) erhaltenen Einheits-Realelektroenergie (WA(n)) und der Einheits-Idealelektroenergie (Wai(n)) für die aktuelle Periode (T(n)), sodass die Einheits-Realelektroenergie (WA(n+1)) gleich der Einheits-Idealelektroenergie (WAi(n+1)) in der nächsten Periode (T(n+1)) wird, wobei die Tastgrad-Bestimmungseinrichtung (S38) den Tastgrad (DT) für die nächste Periode (T(n+1)) in Übereinstimmung mit einem Ausdruck DT(n+1) = DT(n)×WAi(n)/WA(n) (n: natürliche Zahl) berechnet, wobei DT(n) den Tastgrad in der aktuellen Periode (T(n)) wiedergibt, WAi(n) die Einheits-Idealelektroenergie (WAi) für die aktuelle Periode (T(n)) wiedergibt und WA(n) die für die aktuelle Periode (T(n)) erhaltene Einheits-Realelektroenergie (WA) wiedergibt.
7. Heizersteuervorrichtung (1, 1A), die zum Steuern eines Heizerabschnitts (4) eines Sensors (2) verwendet wird und umfasst: einen Heizertreiber (51, 151), der in Übereinstimmung mit einem Pulstreibersignal (PS), das aus einem Ein-Signal (PSon) und einem Aus-Signal (PSoff) besteht, die alternierend auftreten, ein- und ausgeschaltet wird und eine elektrische Leistung (P) aus einer Stromquelle (BT) an dem Heizerabschnitt (4) anlegt, eine Heizerstromversorgungs-Steuereinrichtung (50, 150, S33, S39) zum Ausgeben des Pulstreibersignals (PS) an den Heizertreiber (51, 151), um die Stromzufuhr zu dem Heizerabschnitt (4) zu steuern, eine Stromquellenspannungs-Erfassungseinrichtung (74, S30, S35) zum Erfassen einer Stromquellenspannung (VB) der Stromquelle (BT), eine Idealelektroenergie-Erhaltungseinrichtung (S31, S37) zum Erhalten einer Einheits-Idealelektroenergie (Wai), die eine ideale elektrische Energie für das Anlegen an dem Heizerabschnitt (4) in jeder Periode (T) des Pulstreibersignals (PS) ist, eine Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung (S36) zum Berechnen einer Einheits-Realelektroenergie (WA), die eine tatsächlich an dem Heizerabschnitt (4) in jeder Periode (T) angelegte elektrische Energie ist, und eine Tastgrad-Bestimmungseinrichtung (S38) zum Bestimmen eines Tastgrads (DT(n+1)) des Pulstreibersignals (PS) auf der Basis der für die aktuelle Periode (T(n)) erhaltenen Einheits-Realelektroenergie (WA(n)) und der Einheits-Idealelektroenergie (Wai(n)) für die aktuelle Periode (T(n)), sodass die Einheits-Realelektroenergie (WA(n+1)) gleich der Einheits-Idealelektroenergie (WAi(n+1)) in der nächsten Periode (T(n+1)) wird, wobei die Heizersteuervorrichtung (1, 1A) weiterhin eine Anfangs-Tastgrad-Berechnungseinrichtung (S32) zum Berechnen eines Anfangswerts (DT(1)) des Tastgrads (DT) durch das Dividieren der Einheits-Idealelektroenergie (WAi(1)) in der ersten Periode (T(1)) durch das Quadrat der Stromquellenspannung (VB) umfasst.
8. Heizersteuervorrichtung (1, 1A), die zum Steuern eines Heizerabschnitts (4) eines Sensors (2) verwendet wird und umfasst: einen Heizertreiber (51, 151), der in Übereinstimmung mit einem Pulstreibersignal (PS), das aus einem Ein-Signal (PSon) und einem Aus-Signal (PSoff) besteht, die alternierend auftreten, ein- und ausgeschaltet wird und eine elektrische Leistung (P) aus einer Stromquelle (BT) an dem Heizerabschnitt (4) anlegt, eine Heizerstromversorgungs-Steuereinrichtung (50, 150, S33, S39) zum Ausgeben des Pulstreibersignals (PS) an den Heizertreiber (51, 151), um die Stromzufuhr zu dem Heizerabschnitt (4) zu steuern, eine Stromquellenspannungs-Erfassungseinrichtung (74, S30, S35) zum Erfassen einer Stromquellenspannung (VB) der Stromquelle (BT), eine Idealelektroenergie-Erhaltungseinrichtung (S31, S37) zum Erhalten einer Einheits-Idealelektroenergie (Wai), die eine ideale elektrische Energie für das Anlegen an dem Heizerabschnitt (4) in jeder Periode (T) des Pulstreibersignals (PS) ist, eine Realelektroenergie-Berechnungseinrichtung (S36) zum Berechnen einer Einheits-Realelektroenergie (WA), die eine tatsächlich an dem Heizerabschnitt (4) in jeder Periode (T) angelegte elektrische Energie ist, und eine Tastgrad-Bestimmungseinrichtung (S38) zum Bestimmen eines Tastgrads (DT(n+1)) des Pulstreibersignals (PS) auf der Basis der für die aktuelle Periode (T(n)) erhaltenen Einheits-Realelektroenergie (WA(n)) und der Einheits-Idealelektroenergie (Wai(n)) für die aktuelle Periode (T(n)), sodass die Einheits-Realelektroenergie (WA(n+1)) gleich der Einheits-Idealelektroenergie (WAi(n+1)) in der nächsten Periode (T(n+1)) wird, wobei der Sensor (2) einen Sensorelementabschnitt (3) enthält, der aus einem soliden Elektrolytkörper besteht, der Heizerabschnitt (4) den Sensorelementabschnitt (3) heizt, und die Tastgrad-Bestimmungseinrichtung (S38) vorzugsweise in einer Periode für das Vorheizen des Sensorelementabschnitts (3) verwendet wird, bevor der Sensorelementabschnitt (3) zu einem aktivierten Zustand geheizt wird.
9. Sensorsteuersystem (100, 100A), das den Sensor (2) mit dem Heizerabschnitt (4) und die Heizersteuervorrichtung (1, 1A) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst.

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