DE60123857T3 - Steuerungsvorrichtung - Google Patents

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DE60123857T3
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capacitor
charging
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sensor element
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Yuji Kimoto
Toshiya Matsuoka
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Niterra Co Ltd
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D7/00—Control of flow
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/122—Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem, welches ein Gassensorelement verwendet, zum Durchführen verschiedener Arten von Steuerung, wie beispielsweise eine Steuerung zur Einleitung von Außenluft in das Insassen-Abteil eines Automobils über eine Detektion einer Variation in der Konzentration eines Gases in der Umgebung mittels des Gassensorelementes. insbesondere betrifft die Erfindung ein Steuersystem, welches ein Gassensorelement verwendet, welches geeignet ist, den Einfluss von Variationen im Sensorwiderstand zwischen bzw. unter Gassensorelementen sowie den Einfluss einer Variation im Sensorwiderstand des Gassensorelementes, welche durch Umgebungs-Faktoren wie Temperatur und Feuchtigkeit verursacht werden, zu verringern.
  • Da der Sensorwiderstand eines Gassensorelementes, welches einen WO3-Dünnfilm, Blei-Phthalocyanin, oder SnO2 verwendet, mit der Konzentration eines spezifischen, in der Umgebung enthaltenen Gases wie NOx, CO, oder HC (Kohlenwasserstoff) variiert, detektiert ein konventionell bekanntes Gassensorelement eine Variation in der Konzentration eines spezifischen Gases auf Basis einer Variation im Sensorwiderstand. Durch die Verwendung eines solchen Gassensorelementes öffnet/schließt ein bekanntes Steuersystem beispielsweise eine Klappe zum Einleiten von Außenluft in das Insassen-Abteil eines Automobils entsprechend der Kontaminierungsbedingung der Außenluft oder es steuert einen Luftfilter bei Detektion einer durch Rauchen verursachten Kontaminierung der Luft in dem Insassen-Abteil.
  • In vielen Fällen detektiert ein Steuersystem, welches solch ein Gassensorelement verwendet, eine Variation im Sensorwiderstand in der Form eines elektrischen Signals in der folgenden Art und Weise. Ein Gassensorelement mit einem Sensorwiderstand Rs und ein Detektionswiderstandselement mit einem vorbestimmten Detektionswiderstand Rd sind in Serie verbunden. Zwischen gegenüberliegenden Enden wird eine vorbestimmte Gleichspannung angelegt, um dadurch, mittels des Gassensorelementes und des Detektionswiderstandselementes, die Spannung zu teilen. Auf Basis einer geteilten Spannung, welche an einem Punkt zwischen dem Gassensorelement und dem Detektionswiderstandselement anliegt, werden verschiedene Prozesse durchgeführt.
  • Jedoch kann der Sensorwiderstand Rs eines Gassensorelementes durch Faktoren wie Temperatur oder Feuchtigkeit der Umgebung, in welcher das Gassensorelement platziert ist, stark beeinflusst werden, genauso wie durch die Konzentration eines spezifischen, zu detektierenden Gases, wie NOx. Wenn der Sensorwiderstand Rs eines Gassensorelementes auf Grund von Umgebungsfaktoren wie Temperatur und Feuchtigkeit stark variiert, differiert der Sensorwiderstand Rs des Gassensorelementes und der Detektionswiderstand Rd eines Detektionswiderstandselementes in dem Fall stark, in welchem die Konzentration eines spezifischen Gases über eine Detektion einer Variation des Potentials bestimmt wird, welches über Teilung einer vorbestimmten Spannung mittels des Gassensorelementes und des Detektionswiderstandselementes, wie oben beschrieben, erhalten wird. Folglich ist das durch Teilung der vorbestimmten Spannung erhaltene Potential nahe dem vorbestimmten Potential oder dem Massepotential voreingestellt (biased). Daher kann der Sensorwiderstand Rs; das heißt eine Variation in der Konzentration eines spezifischen Gases, nicht präzise detektiert werden.
  • Da auch Sensoreigenschaften unter bzw. zwischen Gassensorelementen nicht vollständig einheitlich sind, auch wenn ähnliche bzw. gleichartige Gassensorelemente verwendet werden, kann der Sensorwiderstand Rs; das heißt eine Ausgabe, unter bzw. den Gassensorelementen variieren.
  • JP 54118899 offenbart ein Steuersystem, welches ein Gassensorelement verwendet, mit einem Sensorwiderstand, welcher mit der Feuchtigkeit variiert. Der Widerstand ist Teil eines Tiefpassfilters, so dass die Frequenzantwort des Filters mit der Feuchtigkeit variiert. Ein Kondensator wird über das Tiefpassfilter und eine Diode geladen. Sukzessive werden drei verschiedene Frequenzen an das Tiefpassfilter angelegt und die Spannung am Kondensators wird jedes Mal mit einem Schwellwert verglichen. Die Anzahl der Frequenzen, bei welcher die Spannung über dem Schwellwert liegt, gibt die Feuchtigkeit an.
  • Die EP 0 545 647 A1 zeigt eine Feuchtigkeitsmessvorrichtung mit einem Feuchtigkeitssensorelement, dessen elektrische Leitfähigkeit sich mit der relativen Feuchtigkeit ändert. Eine Seite des Feuchtigkeitssensorelements ist mit einer Konstantspannungsquelle von 1 V verbunden. Die andere Seite des Feuchtigkeitssensorelements ist an einen Ladekondensator angeschlossen. Wenn nicht gemessen wird, legt eine Steuerung abwechselnd 0 V und 2 V bei 1 kHz an die mit der 1-V-Quelle verbundenen Seite des Feuchtigkeitssensorelements, um eine Beeinträchtigung des Sensorelements zu vermeiden. Wird gemessen, so wird das abwechselnde 0-V- und 2-V-Signal abgetrennt, und der Ladekondensator kann über das Feuchtigkeitssensorelement aufgeladen werden.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben genannten Probleme gemacht und es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Steuersystem zu schaffen, welches ein Gassensorelement verwendet, welches geeignet ist den Einfluss von Variationen der Sensoreigenschaften unter bzw. zwischen Gassensorelementen, genauso wie den Einfluss von Umgebungsfaktoren, wie Temperatur und Feuchtigkeit, zu verringern, um dadurch eine Variation in der Konzentration eines spezifischen Gases präzise zu detektieren.
  • Zur Lösung der obigen Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Steuersystem, welches ein Gassensorelement verwendet, dessen Sensorwiderstand mit der Konzentration eines spezifischen Gases variiert, umfassend: einen Impulseinspeisungspunkt, in welchen ein Impulssignal in einer sich wiederholenden Wellenform mit einem ersten Potentialzustand und einem zweiten Potentialzustand eingespeist wird; einen Kondensator; einen Ladeschaltkreis zum Laden des Kondensators über ein Ladewiderstandselement während eines Zeitabschnittes, wenn das Impulssignal im ersten Potentialzustand in den impulseinspeisungspunkt eingespeist wird; und ein Entladeschaltkreis, welcher den Kondensator veranlasst über ein Entladewiderstandselement, während eines Zeitabschnittes, wenn das Impulssignal im zweiten Potentialzustand in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird, zu entladen, Zumindest umfasst entweder das Ladewiderstandselement des Ladeschaltkreises oder das Entladewiderstandselement des Entladeschaltkreises das Gassensorelement mit dem Sensorwiderstand und zumindest variiert entweder ein Ladestrom des Ladeschaltkreises oder ein Entladestrom des Entladeschaltkreises mit dem Sensorwiderstand des Gassensorelementes. Das Steuersystem umfasst weiterhin einen Steuerschaltkreis, welcher wiederum einen Mikrocomputer und einen A/D-Wandlerschaltkreis zum A/D-Wandeln eines Potentials an einem Arbeitspunkt, welcher sich an einem Ende des Kondensators befindet, wobei das Potential mit dem Sensorwiderstand des Gassensorelementes variiert. Der Steuerschaltkreis ist mit denn Impulseinspeisungspunkt verbunden und gibt das Impulssignal aus.
  • In dem Steuersystem der vorliegenden Erfindung, welches ein Gassensorelement verwendet, wird mittels des Impulssignals der Kondensator geladen und veranlasst zu entladen. Auch variiert zumindest ein Ladestrom während des Ladens oder ein Entladestrom während des Entladens mit dem Sensorwiderstand des Gassensorelements. Durch Wiederholung von Laden und Entladen entsprechend dem Impulssignal wird eine Variation in der Spannung des Kondensators stabil und die Ladespannung des Kondensators (eine Spannung wie sie über den Kondensator gemessen wird) variiert mit dem Sensorwiderstand. Daher variiert die Ladespannung des Kondensators entsprechend, wenn der Sensorwiderstand des Gassensorelementes in Folge einer Detektion des spezifischen Gases durch das Gassensorelement variiert. Folglich variiert das Potential des Arbeitspunktes, welcher sich an einem Ende des Kondensators befindet, entsprechend. Daher variiert ein A/D-gewandelter Wert, welcher über eine A/D-Wandlung des Potentials erhalten wurde, entsprechend der Konzentration des spezifischen Gases. Daher kann eine Variation in der Konzentration des spezifischen Gases anhand des A/D-gewandelten Wert erkannt werden.
  • In dem Steuersystem kann die Ladespannung des Kondensators über ein Variieren des Schaltverhältnisses (duty cycle) oder der Amplitude (der Unterschied zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential) des Impulssignals, welches von dem Steuerschaltkreis ausgegeben wird und in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird, variiert werden. Entsprechend wird, wenn der Sensorwiderstand des Gassensorelementes aufgrund einer Variation eines Umgebungsfaktors, wie Temperatur oder Feuchtigkeit, variiert, beispielsweise das Schaltverhältnis des Impulssignals geeignet variiert, um ein starkes Vorspannen (biasing) des Potentials am Arbeitspunkt oder eines A/D-gewandelten Wertes des Potentials zu vermeiden, wodurch der Wert innerhalb eines geeigneten Bereiches gehalten wird. Daher kann auch in diesem Fall eine Variation des Potentials am Arbeitspunkt, welche mit einer Variation der Konzentration des spezifischen Gases zusammenhängt, zuverlässig bestimmt werden. Ebenso wird auch wenn Sensoreigenschaften wie ein Sensorwiderstand (beispielsweise ein in einer Umgebung mit einer Standard-Gaskonzentration bei vorbestimmter Temperatur und Feuchtigkeit erhaltener Sensorwiderstand) unter bzw. zwischen Gassensorelementen variieren, beispielsweise das Schaltverhältnis des Impulssignals geeignet variiert, um ein starkes Vorspannen des Potentials am Arbeitspunkt (ein A/D-gewandelter Wert des Potentials) zu vermeiden, wodurch der Wert innerhalb eines geeigneten Bereiches gehalten wird. Daher kann eine Variation des Potentials am Arbeitspunkt, welche mit einer Variation der Konzentration des spezifischen Gases zusammenhängt, bestimmt werden.
  • Das Impulssignal ist nicht speziell limitiert, solange wie das Impulssignal eine Wellenform hat, in welcher das Signal zwischen einem ersten Potentialzustand und einem zweiten Potentialzustand alterniert. Das erste Potential und das zweite Potential können so festgelegt werden, dass sie für die Verwendung einer uni-polaren Stromquelle geeignet sind; beispielsweise nimmt entweder das erste Potential oder das zweite Potential +5 V an, wohingegen das andere 0 V (Masse) annimmt. Alternativ können das erste Potential und das zweite Potential so festgelegt werden, dass sie für die Verwendung einer dual-polaren Stromquelle geeignet sind; beispielsweise nimmt entweder das erste Potential oder das zweite Potential +5 V an, wohingegen das andere –5V annimmt. Um das Potential am Arbeitspunkt zu variieren, wird Pulsbreiten-Modulation (PWM, pulse width modulation) oder Amplitudenmodulation zum Variieren des Schaltverhältnisses des Impulssignals durchgeführt.
  • Der Ladeschaltkreis ist nicht speziell limitiert, solange wie der Ladeschaltkreis den Kondensator entsprechend dem Impulssignal im ersten Potentialzustand, welches in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird, laden kann. Der Entladeschaltkreis ist nicht besonders limitiert, solange wie der Entladeschaltkreis den Kondensator entsprechend dem Impulssignal im zweiten Potentialzustand, welches in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird, veranlassen kann zu entladen.
  • Jedoch müssen der Ladeschaltkreis und der Entladeschaltkreis so konfiguriert sein, dass zumindest entweder ein Ladestrom des Ladeschaltkreises oder ein Entladestrom des Entladeschaltkreises mit dem Sensorwiderstand des Gassensorelementes variiert. Beispielsweise nimmt der Ladeschaltkreis die Form eines CR-Reihenschaltkreises an, welcher aus einem Ladewiderstandselement mit einem Widerstand Rc und einem Kondensator mit einer Kapazität C, welche in Reihe bzw. Serie geschaltet sind, zusammengesetzt ist, und eine erste Zeitkonstante τ1 von CRc besitzt. Der Entladeschaltkreis nimmt die Form eines CR-Reihenschaltkreises an, welcher aus einem Entladewiderstandselement mit einem Widerstand Rd und einem Kondensator mit einer Kapazität C, welche in Reihe bzw. Serie geschaltet sind, zusammengesetzt ist, und eine zweite Zeitkonstante τ2 von CRd besitzt. Alternativ kann ein aktives Element wie beispielsweise ein Transistor, ein FET (Field Effect Transistor, Feldeffekt-Transistor) oder ein Operationsverstärker verwendet werden, um zu bewirken, dass Strom entsprechend des Sensorwiderstandes des Gassensorelementes oder des Widerstandes eines Widerstandselementes in den Kondensator oder aus dem Kondensator heraus fließt, um dadurch elektrische Ladung in den Kondensator zu laden oder elektrische Ladung von dem Kondensator zu entladen.
  • Der Ladeschaltkreis kann so konfiguriert sein, dass ein Ladestrom durch den Impulseinspeisungspunkt in den Kondensator fließt, oder so, dass ein Ladestrom von einer separaten Stromquelle über ein Schaltelement, welches durch ein Einspeisungs-Impulssignal gesteuert wird, in den Kondensator fließt.
  • Der Entladeschaltkreis ist so konfiguriert, dass ein Entladestrom von dem Kondensator zu dem Impulseinspeisungspunkt fließt, oder so, dass der Kondensator über ein Schaltelement, welches durch ein Einspeisungs-Impulssignal gesteuert wird, entlädt.
  • Der A/D-Wandlerschaltkreis kann so konfiguriert sein, dass das Potential an einem Ende des Kondensators direkt A/D-gewandelt wird oder so, dass ein Pufferschaltkreis in einer der A/D-Wandlung vorgelagerten Stufe angeordnet ist. Alternativ kann in einer der A/D-Wandlung vorgelagerten Stufe ein Tiefpassfilter (LPF, low pass filter) mit einer Abschneide-Frequenz (Cut off frequency), welche kleiner als eine Frequenz fp des einzuspeisenden Impulssignals ist, oder ein Sperrfilter (BEF, band elimination filter) zum Abschneiden von Signalen mit Frequenzen in der Nähe der Frequenz des Impulssignals angeordnet sein.
  • Insbesondere durch ausreichendes Kürzen der Wiederholungsperiode bzw. -dauer Tp des Impulssignals; d. h. durch Erhöhen der Frequenz fp, verringern sich die Welligkeiten, wodurch das Potential an einem Ende des Kondensators (am Arbeitspunkt) im Wesentlichen konstant wird. Daher wird, auch wenn das Potential am Arbeitspunkt direkt A/D-gewandelt wird, der A/D-gewandelte Wert unempfindlich gegenüber Fluktuationen, welche mit dem Laden und Entladen zusammenhängen. Dadurch wird ein Tiefpassfilter oder eine ähnliche Komponente überflüssig.
  • Das heißt vorzugsweise ist das Steuersystem in der folgenden Art und Weise konfiguriert. Die Frequenz des Impulssignals wird so festgelegt, dass innerhalb des Bereiches der Variationen des Sensorwiderstandes des Gassensorelementes, der Maximalwert der Welligkeit, welche in dem Potential am Arbeitspunkt auftritt, kleiner als die Auflösung des A/D-Wandlerschaltkreises wird. Der A/D-Wandlerschaltkreis A/D-wandelt das Potential am Arbeitspunkt direkt.
  • Ein von dem Gassensorelement verschiedenes Widerstandselement, welches als Ladewiderstandselement oder als Entladewiderstandselement verwendet werden kann, ist ein festes Widerstandselement, welches einen konstanten Widerstand besitzt. Alternativ kann ein variables Widerstandselement verwendet werden. Das variable Widerstandselement kann durch geeignete Variation des. Widerstands desselben eine Situation beherrschen, in welcher der Sensorwiderstand Rs über einen Bereich von mehreren Größenordnungen variiert. Variationen in Eigenschaften unter bzw. zwischen Gassensorelementen können über Einstellen des Widerstandes des variablen Widerstandselementes aufgefangen werden. Weiterhin kann alternativ als das Ladewiderstandselement oder das Entladewiderstandselement ein anderes Gassensorelement mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet werden; beispielsweise ein Gassensorelement, dessen Widerstand als Antwort auf ein von dem oben genannten spezifischen Gas unterschiedliches Gas variiert.
  • Vorzugsweise umfasst ein Steuersystem, welches ein Gassensorelement verwendet, dessen Sensorwiderstand mit der Konzentration eines spezifischen Gases variiert, einen Impulseinspeisungspunkt, in welchen ein Impulssignal mit einem ersten Potentialzustand und einem zweiten Potentialzustand in einer sich wiederholenden Wellenform eingespeist wird; einen Kondensator; einen Ladeschaltkreis zum Laden des Kondensators mit einer ersten Zeitkonstante über ein Ladewiderstandselement während eines Zeitabschnittes wenn das Impulssignal in dem ersten Potentialzustand in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird; und einen Entladeschaltkreis zum Bewirken, dass der Kondensator mit einer zweiten Zeitkonstante über ein Entladewiderstandselement während eines Zeitabschnittes entlädt, wenn das Impulssignal im zweiten Potentialzustand in den Impulseinspeisungspunkt eigespeist wird. Zumindest umfasst entweder das Ladewiderstandselement des Ladeschaltkreises oder das Entladewiderstandselement des Entladeschaltkreises das Gassensorelement mit dem Sensorwiderstand und zumindest variiert entweder die erste Zeitkonstante oder die zweite Zeitkonstante mit dem Sensorwiderstand des Gassensorelementes. Das Steuersystem umfasst weiterhin einen Steuerschaltkreis welcher wiederum einen Mikrocomputer und einen A/D-Wandlerschaltkreis zum A/D-wandeln eines Potentials an einem Arbeitspunkt, welcher sich an einem Ende des Kondensators befindet, umfasst, wobei das Potential mit dem Sensorwiderstand des Gassensorelementes variiert. Der Steuerschaltkreis ist mit dem Impulseinspeisungspunkt verbunden und gibt das Impulssignal aus.
  • Das Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung, welches ein Gassensorelement verwendet, ist ähnlich zu den zuvor beschriebenen, jedoch dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator durch das Impulssignal veranlasst wird zu laden oder zu entladen und dass zumindest entweder die erste Zeitkonstante, welche eine Ladezeitkonstante ist, oder die zweite Zeitkonstante, welche eine Entladezeitkonstante ist, mit dem Sensorwiderstandes des Gassensorelementes variiert. Dementsprechend wird über Wiederholung von Laden und Entladen entsprechend dem Impulssignal eine Spannungsvariation des Kondensators stabil und die Ladespannung des Kondensators variiert mit dem Sensorwiderstand. Daher variiert, wenn das Gassensorelement das spezifische Gas detektiert, mit einer resultierenden Variation des Sensorwiderstandes desselben, die Ladespannung des Kondensators entsprechend; folglich variiert das Potential am Arbeitspunkt entsprechend. Daher variiert ein über A/D-Wandlung des Potentials erhaltener A/D-gewandelter Wert entsprechend der Konzentration des spezifischen Gases. Somit können Variationen in der Konzentration des spezifischen Gases anhand des A/D-gewandelten Wertes erkannt werden.
  • Der Ladeschaltkreis ist nicht speziell limitiert, solange wie der Ladeschaltkreis den Kondensator entsprechend dem Impulssignal im ersten Potentialzustand, welches in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird, laden kann. Der Entladeschaltkreis ist nicht besonders limitiert, solange der Entladeschaltkreis den Kondensator veranlassen kann, entsprechend dem Impulssignal im zweiten Potentialzustand, welches in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird, zu entladen. Jedoch müssen der Ladeschaltkreis und der Entladeschaltkreis so konfiguriert sein, dass zumindest entweder die erste Zeitkonstante des Ladeschaltkreises oder die zweite Zeitkonstante des Entladeschaltkreises mit dem Sensorwiderstand des Gassensorelementes variiert.
  • Auch wenn der A/D-Wandlerschaltkreis so konfiguriert werden kann, dass er das Potential am Arbeitspunkt direkt A/D-wandelt, kann ein Pufferschaltkreis in einer der A/D-Wandlung vorhergehenden Stufe angeordnet werden und es kann ein Tiefpassfilter mit einer Abschneide-Frequenz, welche niedriger ist als die Frequenz fp des Impulssignals, oder ein Sperrfilter zum Abschneiden von Frequenzen in der Nähe der Frequenz des Impulssignals zwischengeschaltet werden.
  • Insbesondere wird durch ausreichendes Verkürzen der Wiederholungsdauer Tp des Impulssignals verglichen mit der ersten Zeitkonstante τ1 und der zweiten Zeitkonstante τ2 (Tp << τ1; Tp << τ2), ein Potential an einem Ende des Kondensators (am Arbeitspunkt) im Wesentlichen konstant. Daher wird, auch wenn das Potential an einem Ende des Kondensators direkt A/D-gewandelt wird, der A/D-gewandelte Wert unempfindlich gegenüber Fluktuationen, welche mit dem Laden und Entladen zusammenhängen. Dadurch wird ein Tiefpassfilter oder eine ähnliche Komponente überflüssig. Das heißt, das Steuersystem ist vorzugsweise in der folgenden Art und Weise konfiguriert. Die Wiederholungsdauer Tp des Impulssignals nimmt einen Wert an, welcher ausreichend kleiner ist als die erste Zeitkonstante τ1 und die zweite Zeitkonstante τ2. Der A/D-Wandlerschaltkreis A/D-wandelt das Potential am Arbeitspunkt direkt.
  • Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin ein Steuersystem, welches ein Gassensorelement verwendet, dessen Sensorwiderstand mit der Konzentration eines spezifischen Gases variiert, umfassend: einen Impulseinspeisungspunkt, in welchen ein Impulssignal mit einem ersten Potentialzustand und einem zweiten Potentialzustand in einer sich wiederholenden Wellenform eingespeist wird; einen Kondensator; einen Ladeschaltkreis zum Laden des Kondensators mit einer ersten Zeitkonstante über ein Ladewiderstandselement während eines Zeitabschnitts, in welchem das Impulssignal im ersten Potentialzustand in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird; einen Entladeschaltkreis, welcher bewirkt, dass der Kondensator mit einer zweiten Zeitkonstante über ein Entladewiderstandselement während eines Zeitabschnittes, in welchem das Impulssignal im zweiten Potentialzustand in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird, entlädt, wobei das Entladewiderstandselement das Gassensorelement mit den Sensorwiderstand umfasst, und die zweite Zeitkonstante mit dem Sensorwiderstand variiert; und einen Steuerschaltkreis. Der Steuerschaltkreis umfasst einen Mikrocomputer; und einen A/D-Wandlerschaltkreis, in welchen ein Potential an einem Arbeitspunkt, welcher sich an einem Ende des Kondensators befindet, eingespeist wird, wobei das Potential mit dem Sensorwiderstand des Gassensorelementes variiert. Der Steuerschaltkreis ist mit dem Impulseinspeisungspunkt verbunden und gibt das Impulssignal aus.
  • In dem Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung, welches ein Gassensorelement verwendet, wird mittels des Impulssignales bewirkt, dass der Kondensator geladen wird oder entlädt, und die zweite Zeitkonstante, welche eine Entladezeitkonstante ist, variiert mit dem Sensorwiderstand des Gassensorelementes. Dementsprechend wird über Wiederholung von Laden und Entladen entsprechend dem Impulssignal eine Spannungsvariation des Kondensators stabil. Weiterhin variiert die Ladespannung des Kondensators mit dem Sensorwiderstand. Daher variiert, wenn das Gassensorelement das spezifische Gas detektiert, mit einer resultierenden Variation des Sensorwiderstandes desselben, die Ladespannung des Kondensators entsprechend; folglich variiert das Potential am Arbeitspunkt, welcher sich an einem Ende des Kondensators befindet, entsprechend. Daher variiert ein über A/D-Wandlung des Potentials erhaltener A/D-gewandelter Wert entsprechend der Konzentration des spezifischen Gases. Somit können Variationen in der Konzentration des spezifischen Gases anhand des A/D-gewandelten Wertes erkannt werden.
  • Weiterhin kann in dem Steuersystem die Ladespannung des Kondensators über ein Variieren des Schaltverhältnisses oder der Amplitude des Impulssignals, welches von dem Steuerschaltkreis in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird, variiert werden. Entsprechend wird, wenn der Sensorwiderstand des Gassensorelementes aufgrund einer Umgebungsvariation variiert, beispielsweise das Schaltverhältnis des Impulssignals geeignet variiert, um ein starkes Vorspannen (Biasing) des Potentials am Arbeitspunkt zu vermeiden, wodurch der Wert innerhalb eines geeigneten Bereiches gehalten wird. Daher kann eine Variation des Potentials am Arbeitspunkt, welcher mit einer Variation der Konzentration des spezifischen Gases zusammenhängt, zuverlässig bestimmt werden. Ebenso wird auch, wenn Sensoreigenschaften unter bzw. zwischen Gassensorelementen variieren, beispielsweise das Schaltverhältnis des Impulssignals geeignet variiert, um ein starkes Vorspannen des Potentials am Arbeitspunkt zu vermeiden, wodurch der Wert innerhalb eines geeigneten Bereiches gehalten wird. Daher kann eine Variation des Potentials am Arbeitspunkt, welche mit einer Variation der Konzentration des spezifischen Gases zusammenhängt, zuverlässig bestimmt werden.
  • Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin noch ein Steuersystem, welches ein Gassensorelement verwendet, dessen Sensorwiderstand mit der Konzentration eines spezifischen Gases variiert, umfassend: einen Impulseinspeisungspunkt, in welchen ein Impulssignal mit einem ersten Potentialzustand und einem zweiten Potentialzustand in einer sich wiederholenden Wellenform eingespeist wird; einen Kondensator; einen Ladeschaltkreis zum Laden des Kondensators mit einer ersten Zeitkonstante über ein Ladewiderstandselement während eines Zeitabschnitts, in welchem das Impulssignal im ersten Potentialzustand in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird, wobei das Ladewiderstandselement das Gassensorelement mit dem Sensorwiderstand umfasst und die erste Zeitkonstante mit dem Sensorwiderstand variiert; einen Entladeschaltkreis, welcher bewirkt, dass der Kondensator mit einer zweiten Zeitkonstante über ein Entladewiderstandselement während eines Zeitabschnitts, in welchem das Impulssignal im zweiten Potentialzustand in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird, entlädt; und einen Steuerschaltkreis. Der Steuerschaltkreis umfasst einen Mikrocomputer; und einen A/D-Wandlerschaltkreis, in welchen ein Potential an einem Arbeitspunkt, welcher sich an einem Ende des Kondensators befindet, eingespeist wird, wobei das Potential mit dem Sensorwiderstand des Gassensorelementes variiert. Der Steuerschaltkreis ist mit dem Impulseinspeisungspunkt verbunden und gibt das Impulssignal aus.
  • In dem Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung, welches ein Gassensorelement verwendet, wird mittels des Impulssignals bewirkt, dass der Kondensator geladen wird oder entlädt, und die erste Zeitkonstante, welche eine Ladezeitkonstante ist, variiert mit dem Sensorwiderstand des Gassensorelementes. Dementsprechend wird über Wiederholung von Laden und Entladen entsprechend dem Impulssignal eine Spannungsvariation des Kondensators stabil. Weiterhin variiert die Ladespannung des Kondensators mit dem Sensorwiderstand. Daher variiert, wenn das Gassensorelement das spezifische Gas detektiert, mit einer resultierenden Variation des Sensorwiderstandes desselben, die Ladespannung des Kondensators entsprechend; folglich variiert das Potential am Arbeitspunkt, welcher sich an einem Ende des Kondensators befindet, entsprechend. Daher variiert ein über A/D-Wandlung des Potentials erhaltener A/D-gewandelter Wert entsprechend der Konzentration des spezifischen Gases. Somit können Variationen in der Konzentration des spezifischen Gases anhand des A/D-gewandelten Wertes erkannt werden.
  • Weiterhin kann in dem Steuersystem die Ladespannung des Kondensators über ein Variieren des Schaltverhältnisses oder der Amplitude des Impulssignals, welches von dem Steuerschaltkreis in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird, variiert werden. Entsprechend wird, wenn der Sensorwiderstand des Gassensorelementes aufgrund einer Umgebungsvariation variiert, beispielsweise das Schaltverhältnis des Impulssignals geeignet variiert, um ein starkes Vorspannen bzw. Voreinstellen (Biasing) des Potentials am Arbeitspunkt (eines A/D-gewandelten Wertes des Potentials) zu vermeiden, wodurch der Wert innerhalb eines geeigneten Bereiches gehalten wird. Daher kann eine Variation des Potentials am Arbeitspunkt, welche mit einer Variation der Konzentration des spezifischen Gases zusammenhängt, zuverlässig bestimmt werden. Ebenso wird auch, wenn Sensoreigenschaften unter bzw. zwischen Gassensoren variieren, beispielsweise das Schaltverhältnis des Impulssignals geeignet variiert, um ein starkes Vorspannen bzw. Voreinstellen des Potentials am Arbeitspunkt zu vermeiden, wodurch das Potential innerhalb eines geeigneten Bereiches gehalten wird. Daher kann eine Variation des Potentials am Arbeitspunkt, welche mit einer Variation der Konzentration des spezifischen Gases zusammenhängt, zuverlässig bestimmt werden.
  • Die vorliegende Erfindung schafft noch weiterhin ein Steuersystem, welches ein Gassensorelement verwendet, dessen Sensorwiderstand mit der Konzentration eines spezifischen Gases variiert, umfassend: einen Impulseinspeisungspunkt, in welchen ein Impulssignal mit einem ersten Potentialzustand und einem zweiten Potentialzustand in einer sich wiederholenden Wellenform eingespeist wird; einen Kondensator; einen Ladeschaltkreis zum Laden des Kondensators mit einer ersten Zeitkonstante über ein Widerstandselement und eine Diode während eines Zeitabschnitts, in welchem das Impulssignal im ersten Potentialzustand in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird; einen Entladeschaltkreis, welcher bewirkt, dass der Kondensator mit einer zweiten Zeitkonstante über das Gassensorelement während eines Zeitabschnitts, in welchem das Impulssignal im zweiten Potentialzustand in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird, entlädt; und einen Steuerschaltkreis. Der Steuerschaltkreis umfasst einen Mikrocomputer; und einen A/D-Wandlerschaltkreis, in welchen ein Potential an einem Arbeitspunkt, welcher sich an einem Ende des Kondensators befindet, eingespeist wird, wobei das Potential mit dem Sensorwiderstand des Gassensorelementes variiert. Der Steuerschaltkreis ist mit dem Impulseinspeisungspunkt des Ladeschaltkreises verbunden und gibt das Impulssignal aus.
  • In dem Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung, welches ein Gassensorelement verwendet, wird der Kondensator über das Widerstandselement und die Diode während eines Zeitabschnitts, in welchem das Impulssignal im ersten Potentialzustand eingespeist wird, geladen; es wird bewirkt, dass der Kondensator über das Gassensorelement; d. h. über den Sensorwiderstand, welcher mit der Konzentration eines Gases variiert, während eines Zeitabschnitts, in welchem das Impulssignal in dem zweiten Potentialzustand eingespeist wird, entlädt. Entsprechend wird die erste Zeitkonstante des Ladens über den Widerstand des Widerstandselementes bestimmt, wohingegen die zweite Zeitkonstante des Entladens mit dem Sensorwiderstand variiert. Über Wiederholung von Laden und Entladen entsprechend dem Impulssignal wird eine Spannungsvariation des Kondensators stabil. Weiterhin variiert die Ladespannung des Kondensators mit dem Sensorwiderstand. Daher variiert, wenn das Gassensorelement das spezifische Gas detektiert, mit einer resultierenden Variation des Sensorwiderstandes desselben, die Ladespannung des Kondensators entsprechend; folglich variiert das Potential am Arbeitspunkt, welcher sich an einem Ende des Kondensators befindet, entsprechend. Daher variiert ein über A/D-Wandlung des Potentials erhaltener A/D-gewandelter Wert entsprechend der Konzentration des spezifischen Gases. Somit können Variationen in der Konzentration des spezifischen Gases anhand des A/D-gewandelten Wertes erkannt werden.
  • Weiterhin kann in dem Steuersystem die Ladespannung des Kondensators über ein Variieren des Schaltverhältnisses oder der Amplitude des Impulssignals variiert werden. Entsprechend wird, wenn der Sensorwiderstand des Gassensorelementes aufgrund einer Umgebungsvariation variiert, beispielsweise das Schaltverhältnis des Impulssignals geeignet variiert, um ein starkes Vorspannen bzw. Voreinstellen (Biasing) des Potentials am Arbeitspunkt zu vermeiden, wodurch der Wert innerhalb eines geeigneten Bereiches gehalten wird. Daher kann eine Variation des Potentials am Arbeitspunkt, welche mit einer Variation der Konzentration des spezifischen Gases zusammenhängt, zuverlässig bestimmt werden. Ebenso wird auch, wenn Sensoreigenschaften unter bzw. zwischen Gassensorelementen variieren, beispielsweise das Schaltverhältnis des Impulssignals geeignet variiert, um ein Vorspannen des Potentials am Arbeitspunkt zu vermeiden, wodurch das Potential innerhalb eines geeigneten Bereiches gehalten wird. Daher kann eine Variation des Potentials am Arbeitspunkt, welche mit einer Variation der Konzentration des spezifischen Gases zusammenhängt, bestimmt werden.
  • Die vorliegende Erfindung schafft noch weiterhin ein Steuersystem, welches ein Gassensorelement verwendet, dessen Sensorwiderstand mit der Konzentration eines spezifischen Gases variiert, umfassend: einen Impulseinspeisungspunkt, in welchen ein Impulssignal mit einem ersten Potentialzustand und einem zweiten Potentialzustand in einer sich wiederholenden Wellenform eingespeist wird; einen Kondensator; einen Ladeschaltkreis zum Laden des Kondensators mit einer ersten Zeitkonstante über das Gassensorelement und eine Diode während eines Zeitabschnitts, in welchem das Impulssignal im ersten Potentialzustand in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird; einen Entladeschaltkreis, welcher bewirkt, dass der Kondensator mit einer zweiten Zeitkonstante über ein Widerstandselement während eines Zeitabschnitts, in welchem das Impulssignal im zweiten Potentialzustand in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird, entlädt; und einen Steuerschaltkreis. Der Steuerschaltkreis umfasst einen Mikrocomputer; und einen A/D-Wandlerschaltkreis, in welchen ein Potential an einem Arbeitspunkt, welcher sich an einem Ende des Kondensators befindet, eingespeist wird, wobei das Potential mit dem Sensorwiderstand des Gassensorelementes variiert. Der Steuerschaltkreis ist mit dem Impulseinspeisungspunkt des Ladeschaltkreises verbunden und gibt das Impulssignal aus.
  • In dem Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung, welches ein Gassensorelement verwendet, wird der Kondensator über das Gassensorelement und die Diode; d. h. über den Sensorwiderstand, welcher mit der Konzentration eines Gases variiert, während eines Zeitabschnitts, in welchem das Impulssignal im ersten Potentialzustand eingespeist wird, geladen; es wird bewirkt, dass der Kondensator über das Widerstandselement während eines Zeitabschnitts, in welchem das Impulssignal in dem zweiten Potentialzustand eingespeist wird, entlädt. Entsprechend wird die zweite Zeitkonstante des Entladens über den Widerstand des Widerstandselementes bestimmt, wohingegen die erste Zeitkonstante des Ladens mit dem Sensorwiderstand variiert. Über Wiederholung von Laden und Entladen entsprechend dem Impulssignal wird eine Spannungsvariation des Kondensators stabil. Weiterhin variiert die Ladespannung des Kondensators mit dem Sensorwiderstand. Daher variiert, wenn das Gassensorelement das spezifische Gas detektiert, mit einer resultierenden Variation des Sensorwiderstandes desselben, die Ladespannung des Kondensators entsprechend; folglich variiert das Potential am Arbeitspunkt, welcher sich an einem Ende des Kondensators befindet, entsprechend. Daher variiert ein über A/D-Wandlung des Potentials erhaltener A/D-gewandelter Wert entsprechend der Konzentration des spezifischen Gases. Somit können Variationen in der Konzentration des spezifischen Gases anhand des A/D-gewandelten Wertes erkannt werden.
  • Weiterhin kann in dem Steuersystem die Ladespannung des Kondensators über ein Variieren des Schaltverhältnisses oder der Amplitude des Impulssignals variiert werden. Entsprechend wird, wenn der Sensorwiderstand des Gassensorelementes aufgrund einer Umgebungsvariation variiert, beispielsweise das Schaltverhältnis des Impulssignals geeignet variiert, um ein starkes Vorspannen bzw. Voreinstellen (Biasing) des Potentials am Arbeitspunkt zu vermeiden, wodurch der Wert innerhalb eines geeigneten Bereiches gehalten wird. Daher kann eine Variation des Potentials am Arbeitspunkt, welche mit einer Variation der Konzentration des spezifischen Gases zusammenhängt, zuverlässig bestimmt werden. Ebenso wird auch, wenn Sensoreigenschaften unter bzw. zwischen Gassensorelementen variieren, beispielsweise das Schaltverhältnis des Impulssignals geeignet variiert, um ein Vorspannen des Potentials am Arbeitspunkt zu vermeiden, wodurch das Potential innerhalb eines geeigneten Bereiches gehalten wird. Daher kann eine Variation des Potentials am Arbeitspunkt, welche mit einer Variation der Konzentration des spezifischen Gases zusammenhängt, bestimmt werden.
  • Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin ein Steuersystem, welches ein Gassensorelement verwendet, dessen Sensorwiderstand mit der Konzentration eines spezifischen Gases variiert, umfassend: einen Impulseinspeisungspunkt, in welchen ein Impulssignal mit einem ersten Potentialzustand und einem zweiten Potentialzustand in euer sich wiederholenden Wellenform eingespeist wird; einen Kondensator; einen Ladeschaltkreis zum Laden des Kondensators mit einer ersten Zeitkonstante über einen RD-Serienschaltkreis, umfassend ein Widerstandselement und eine erste Diode, welche mit dem Widerstandselement in Serie verbunden ist, während eines Zeitabschnitts, in welchem das Impulssignal im ersten Potentialzustand in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird; einen Entladeschaltkreis, welcher bewirkt, dass der Kondensator mit einer zweiten Zeitkonstante über einen SD-Serienschaltkreis, umfassend das Gassensorelement und eine zweite Diode, welche mit dem Gassensorelement in Serie verbunden ist, und mit dem RD-Serienschaltkreis parallel verbunden ist, während eines Zeitabschnitts, in welchem das Impulssignal im zweiten Potentialzustand in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird, entlädt; und einen Steuerschaltkreis. Der Steuerschaltkreis umfasst einen Mikrocomputer; und einen A/D-Wandlerschaltkreis, in welchen ein Potential an einem Arbeitspunkt, welcher sich an einem Ende des Kondensators befindet, eingespeist wird, wobei das Potential mit dem Sensorwiderstand des Gassensorelementes variiert. Der Steuerschaltkreis ist mit dem Impulseinspeisungspunkt verbunden und gibt das Impulssignal aus.
  • In dem Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung, welches ein Gassensorelement verwendet, wird der Kondensator über den RD-Serienschaltkreis, umfassend das Widerstandselement und die erste Diode, während eines Zeitabschnitts, in welchem das Impulssignal im ersten Potentialzustand eingespeist wird, geladen. Der Kondensator wird veranlasst, über den SD-Serienschaltkreis, umfassend das Gassensorelement und die zweite Diode; d. h. über den Sensorwiderstand, welcher mit der Konzentration eines Gases variiert, während eines Zeitabschnitts, in welchem das Impulssignal in dem zweiten Potentialzustand eingespeist wird, zu entladen. Entsprechend wird die erste Zeitkonstante des Ladens durch den Widerstand des Widerstandselementes bestimmt, wohingegen die zweite Zeitkonstante des Entladens mit dem Sensorwiderstand variiert. Daher wird über Wiederholung von Laden und Entladen entsprechend dem Impulssignal eine Spannungsvariation des Kondensators stabil. Weiterhin variiert die Ladespannung des Kondensators mit dem Sensorwiderstand. Wenn das Gassensorelement das spezifische Gas detektiert, variiert mit einer resultierenden Variation des Sensorwiderstandes desselben die Ladespannung des Kondensators entsprechend; folglich variiert das Potential am Arbeitspunkt, welcher sich an einem Ende des Kondensators befindet, entsprechend. Daher variiert ein über A/D-Wandlung des Potentials erhaltener A/D-gewandelter Wert entsprechend der Konzentration des spezifischen Gases. Somit können Variationen in der Konzentration des spezifischen Gases anhand des A/D-gewandelten Wertes erkannt werden.
  • Weiterhin kann in dem Steuersystem die Ladespannung des Kondensators über ein Variieren des Schaltverhältnisses oder der Amplitude des Impulssignals variiert werden. Entsprechend wird, wenn der Sensorwiderstand des Gassensorelementes aufgrund einer Umgebungsvariation variiert, beispielsweise das Schaltverhältnis des Impulssignals geeignet variiert, um ein starkes Vorspannen bzw. Voreinstellen (Biasing) des Potentials am Arbeitspunkt zu vermeiden, wodurch das Potential innerhalb eines geeigneten Bereiches gehalten wird. Daher kann eine Variation des Potentials am Arbeitspunkt, welche mit einer Variation der Konzentration des spezifischen Gases zusammenhängt, zuverlässig bestimmt werden. Ebenso wird, auch wenn Sensoreigenschaften unter bzw. zwischen Gassensoren variieren, beispielsweise das Schaltverhältnis des Impulssignals geeignet variiert, um ein Vorspannen bzw. Voreinstellen des Potentials am Arbeitspunkt zu vermeiden, wodurch das Potential innerhalb eines geeigneten Bereiches gehalten wird. Daher kann eine Variation des Potentials am Arbeitspunkt, welche mit einer Variation der Konzentration des spezifischen Gases zusammenhängt, bestimmt werden.
  • Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin ein Steuersystem, welches ein Gassensorelement verwendet, dessen Sensorwiderstand mit der Konzentration eines spezifischen Gases variiert, umfassend: einen Impulseinspeisungspunkt, in welchen ein Impulssignal mit einem ersten Potentialzustand und einem zweiten Potentialzustand in einer sich wiederholenden Wellenform eingespeist wird; einen Kondensator; einen Ladeschaltkreis zum Laden des Kondensators mit einer ersten Zeitkonstante über einen SD-Serienschaltkreis, umfassend das Gassensorelement und eine erste Diode, welche mit dem Gassensorelement in Serie verbunden ist, während eines Zeitabschnitts, in welchem das Impulssignal im ersten Potentialzustand in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird; einen Entladeschaltkreis, welcher bewirkt, dass der Kondensator mit einer zweiten Zeitkonstante über einen RD-Serienschaltkreis, umfassend ein Widerstandselement und eine zweite Diode, welche mit dem Widerstandselement in Serie verbunden ist, und mit dem SD-Serienschaltkreis parallel verbunden ist, während eines Zeitabschnitts, in welchem das Impulssignal im zweiten Potentialzustand in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird, entlädt; und einen Steuerschaltkreis. Der Steuerschaltkreis umfasst einen Mikrocomputer; und einen A/D-Wandlerschaltkreis, in welchen ein Potential an einem Arbeitspunkt, welcher sich an einem Ende des Kondensators befindet, eingespeist wird, wobei das Potential mit dem Sensorwiderstand des Gassensorelementes variiert. Der Steuerschaltkreis ist mit dem Impulseinspeisungspunkt verbunden und gibt das Impulssignal aus.
  • In dem Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung, welches ein Gassensorelement verwendet, wird der Kondensator über den SD-Serienschaltkreis, umfassend das Gassensorelement und die erste Diode; d. h. über den Sensorwiderstand, welcher mit der Konzentration eines Gases variiert, während eines Zeitabschnitts, in welchem das Impulssignal im ersten Potentialzustand eingespeist wird, geladen. Der Kondensator wird veranlasst, über den RD-Serienschaltkreis, umfassend das Widerstandselement und die zweite Diode während eines Zeitabschnitts, in welchem das Impulssignal in dem zweiten Potentialzustand eingespeist wird, zu entladen. Entsprechend wird die zweite Zeitkonstante des Entladens durch den Widerstand des Widerstandselementes bestimmt, wohingegen die erste Zeitkonstante des Ladens mit dem Sensorwiderstand variiert. Daher wird über Wiederholung von Laden und Entladen entsprechend dem Impulssignal eine Spannungsvariation des Kondensators stabil. Weiterhin variiert die Ladespannung des Kondensators mit dem Sensorwiderstand. Wenn das Gassensorelement das spezifische Gas detektiert, variiert mit einer resultierenden Variation des Sensorwiderstandes desselben die Ladespannung des Kondensators entsprechend; folglich variiert das Potential am Arbeitspunkt, welcher sich an einem Ende des Kondensators befindet, entsprechend. Daher variiert ein über A/D-Wandlung des Potentials erhaltener A/D-gewandelter Wert entsprechend der Konzentration des spezifisches Gases. Somit können Variationen in der Konzentration des spezifischen Gases anhand des A/D-gewandelten Wertes erkannt werde.
  • Weiterhin kann in dem Steuersystem die Ladespannung des Kondensators über ein Variieren des Schaltverhältnisses oder der Amplitude des Impulssignals variiert werden. Entsprechend wird, wenn der Sensorwiderstand des Gassensorelementes aufgrund einer Umgebungsvariation variiert, beispielsweise das Schaltverhältnis des Impulssignals geeignet variiert, um ein starkes Vorspannen bzw. Voreinstellen (Biasing) des Potentials am Arbeitspunkt zu vermeiden, wodurch das Potential innerhalb eines geeigneten Bereiches gehalten wird. Daher kann eine Variation des Potentials am Arbeitspunkt, welche mit einer Variation der Konzentration des spezifischen Gases zusammenhängt, zuverlässig bestimmt werden. Ebenso wird, auch wenn Sensoreigenschaften unter bzw. zwischen Gassensoren variieren, beispielsweise das Schaltverhältnis des Impulssignals geeignet variiert, um ein Vorspannen bzw. Voreinstellen des Potentials am Arbeitspunkt zu vermeiden, wodurch das Potential innerhalb eines geeigneten Bereiches gehalten wird. Daher kann eine Variation des Potentials am Arbeitspunkt, welche mit einer Variation der Konzentration des spezifischen Gases zusammenhängt, bestimmt werden.
  • Vorzugsweise besitzt in jedem der beiden obengenannten Steuersysteme der zweite Potentialzustand ein niedrigeres Potential als der erste Potentialzustand und der Impulseinspeisungspunkt ist direkt mit dem RD-Serienschaltkreis und dem SD-Serienschaltkreis verbunden.
  • Folglich wird eine Systemkonfiguration einfach, um dadurch ein kostengünstiges Steuersystem zu schaffen.
  • Vorzugsweise ist in jedem der obengenannten Steuersysteme entweder der erste Potentialzustand oder der zweite Potentialzustand ein Massepotentialzustand, und der andere Zustand ein positiver Potentialzustand, welcher ein höheres Potential als das Massepotential besitzt.
  • Ein Potentialzustand des Impulssignals, welches von dem Steuerschaltkreis ausgegeben wird und in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird, nimmt das Massepotential an, und der andere Potentialzustand nimmt ein höheres Potential als das Massepotential an. Dadurch kann das Steuersystem durch eine uni-polare Stromquelle versorgt werden, wodurch ein Versorgungsschaltkreis für das System vereinfacht wird.
  • Vorzugsweise umfasst der Steuerschaltkreis in jedem der obengenannten Steuersysteme: Ausgabebereichs-Beurteilungsmittel zum Beurteilen, ob ein in dem A/D-Wandlerschaltkreis erzeugter A/D-gewandelter Wert aus einem vorbestimmten Bereich herausfällt; und Schaltverhältnis-Modifiziermittel zum Modifizieren des Schaltverhältnisses des Impulssignals, so dass der A/D-gewandelte Wert in den vorbestimmten Bereich fällt, wenn der A/D-gewandelte Wert aus dem vorbestimmten Bereich herausfällt.
  • Wenn der Sensorwiderstand des Gassensorelementes aufgrund einer Variation in einem Umgebungsfaktor, wie Temperatur oder Feuchtigkeit, stark variiert, variiert der A/D-gewandelte Wert, welcher in dem A/D-Wandlerschaltkreis erzeugt wurde, stark. In diesem Zustand kann eine Variation des Sensorwiderstandes, welche von einer Variation der Konzentration des spezifischen Gases abgeleitet ist, nicht zuverlässig detektiert werden.
  • Im Gegensatz dazu wird in dem Steuersystem der vorliegenden Erfindung, wenn der A/D-gewandelte Wert aus einem vorbestimmten Bereich herausfällt, das Schaltverhältnis des Impulssignals modifiziert, so dass der A/D-gewandelte Wert in den vorbestimmten Bereich hineinfällt. Dementsprechend wird, auch wenn Umgebungsfaktoren wie Temperatur oder Feuchtigkeit variieren, der A/D-gewandelte Wert ohne Vorspannen (Biasing) innerhalb des vorbestimmten Bereiches gehalten.
  • Daher kann eine Variation des Sensorwiderstandes, welche aus einer Variation der Konzentration des spezifischen Gases abgeleitet ist, zuverlässig detektiert werden.
  • Lediglich als Beispiel werden im Folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungsfiguren beschrieben, in welchen:
  • 1 ist ein Schaltkreisdiagramm und ein Blockdiagramm, welches die Konfiguration eines Steuersystems zeigt, welches einen Gassensor-Ansteuerschaltkreis und ein Gassensorelement, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, verwendet.
  • 2 ist ein Diagramm, welches eine Variation in der Ausgabespannung Vout am Arbeitspunkt Pd im Steuersystem aus 1 zeigt, wenn der Sensorwiderstand Rs des Gassensorelementes verändert wird, während das Schaltverhältnis eines Einspeisungs-Impulssignals ebenfalls als Parameter verändert wird.
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm, welches das Detail einer Steuerung zeigt, welche durch das Steuersystem aus 1 zur Initialisierung eines einzuspeisenden Impulssignals durchgeführt wird.
  • 4 ist ein Ablaufdiagramm, welches das Detail einer Steuerung zeigt, welche durch das Steuersystem aus 1 in einem normalen Ansteuerzustand zur Beibehaltung der Ausgabespannung Vout innerhalb eines vorbestimmten Bereiches durchgeführt wird.
  • 5 ist ein Schaltkreisdiagramm und ein Blockdiagramm, welches die Konfiguration eines Steuersystems zeigt, welches einen Gassensor-Ansteuerschaltkreis und ein Gassensorelement, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, verwendet.
  • 6 ist ein Schaltkreisdiagramm und ein Blockdiagramm, welches die Konfiguration eines Steuersystems zeigt, welches einen Gassensor-Ansteuerschaltkreis und ein Gassensorelement, gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, verwendet.
  • 7 ist ein Diagramm, welches eine Variation in der Ausgabespannung Vout am Arbeitspunkt Pd im Steuersystem aus 6 zeigt, wenn der Sensorwiderstand Rs des Gassensorelementes verändert wird, während das Schaltverhältnis eines Einspeisungs-Impulssignals ebenfalls als Parameter verändert wird.
  • 8 ist ein Schaltkreisdiagramm und ein Blockdiagramm, welches die Konfiguration eines Steuersystems zeigt, welches einen Gassensor-Ansteuerschaltkreis und ein Gassensorelement, gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, verwendet.
  • Bezugszeichenliste
    • 10, 50, 60, 70
    Steuersysteme
    11, 51, 61, 71
    Gassensorelemente
    12, 52, 62, 72
    Gassensorelement-Ansteuerschaltkreise
    13
    Steuerschaltkreis
    14, 64
    Kondensatoren
    15, 55, 66, 76
    feste Widerstandselemente
    16
    Diode
    67
    erste Diode
    65
    zweite Diode
    17, 88
    Impulseinspeisungsanschlüsse (Impulseinspeisungspunkte)
    19
    A/D-Wandlerschaltkreis
    20
    Mikrocomputer
    21
    elektronische Steuer-Baugruppe
  • Als nächstes wird ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben. Ein in 1 gezeigtes Schaltkreisdiagramm und ein Blockdiagramm zeigt ein Steuersystem 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Das Steuersystem 10 umfasst einen Gassensorelement-Ansteuerschaltkreis 12 und einen Steuerschaltkreis 13. Der Gassensorelement-Ansteuerschaltkreis 12 umfasst ein Gassensorelement 11, welches aus einem Oxid-Halbleiter gebildet ist, und dessen Sensorwiderstand Rs mit der Konzentration eines spezifischen Gases variiert; insbesondere steigt der Sensorwiderstand Rs mit der Konzentration eines oxidierenden Gases wie NOx an. Das im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendete Gassensorelement 11 ist so ausgebildet, dass der Sensorwiderstand Rs bei Variation der Konzentration des spezifischen Gases oder eines Umgebungsfaktors wie Temperatur oder Feuchtigkeit gewöhnlich in einem Bereich von 50 kΩ bis 5 MΩ variiert.
  • Der Gassensorelement-Ansteuerschaltkreis 12 steuert das Gassensorelement 11 an, um dadurch eine Spannung (eine Ausgabespannung Vout) an einem Arbeitspunkt zu erhalten, welche später beschrieben wird und welche mit einer Variation des Sensorwiderstandes Rs des Gassensorelementes 11 zusammenhängt. Der Gassensorelement-Ansteuerschaltkreis 12 umfasst einen Impulseinspeisungsanschluss (einen Impulseinspeisungspunkt) 17, in welchen ein Impulssignal Sc, welches später beschrieben werden wird, eingespeist wird, und einen Ausgabeanschluss 18. Ein festes Widerstandselement 15 mit einem Widerstand Rc (im vorliegenden Ausführungsbeispiel 7,5 kΩ) und eine Diode 16 sind mit dem Impulseinspeisungsanschluss 17 in Reihe verbunden. Ein Ende 14B eines Kondensators 14 mit einer Kapazität C (im vorliegenden Ausführungsbeispiel 3,3 μF) ist auf Masse gelegt, wohingegen das andere Ende 14A des Kondensators 14 mit dem Impulseinspeisungsanschluss 17 über den Serienschaltkreis verbunden ist. Das Gassensorelement 11 ist parallel zum dem Kondensator 14 angeordnet. Ein Erde 11B des Gassensorelementes 11 ist auf Masse gelegt, wohingegen das andere Ende 11A des Gassensorelementes 11 mit dem anderen Ende 14A des Kondensators 14 verbunden ist. Der Verbindungspunkt dient als Arbeitspunkt Pd, dessen Potential mit dem Sensorwiderstand Rs variiert. Das Potential am Arbeitspunkt Pd wird zu dem Ausgabeanschluss 18 geleitet. Die Diode 16 ist so orientiert, dass sich die Kathode derselben auf der Seite des Kondensators 14 befindet.
  • Der Steuerschaltkreis 13 umfasst intern einen A/D-Wandlerschaltkreis 19 und einen Mikrocomputer 20. Der Mikrocomputer 20 umfasst einen Mikroprozessor mit einer bekannten Konfiguration und ist dazu angepasst, arithmetische Operationen durchzuführen, einen RAM (random access memory, Speicher mit wahlfreiem Zugriff) zum temporären Speichern von Programmen und Daten, und einen ROM (read only memory, Nur-Lese-Speicher) zum Vorhalten von Programmen und Daten, und kann in manchen Fällen den A/D-Wandlerschaltkreis 19 umfassen. Die Ausgabespannung Vout, welche von dem Gassensorelement-Ansteuerschaltkreis 12 ausgegeben wird, wird in den A/D-Wandler-Einspeisungsanschluss 13AD eingespeist und erfährt zu vorgegebenen Intervallen (in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel alle 0,4 sec) in dem A/D-Wandlerschaltkreis eine A/D-Wandlung, wodurch sie zu einem digitalen, A/D-gewandelten Wert Dad wird. Der Mikroprozessor 20 prozessiert den A/D-gewandelten Wert Dad, um dadurch eine Variation in der Konzentration von NOx-Gas anhand des Sensorwiderstandes Rs des Gassensorelementes 11 und einer Variation in dem Sensorwiderstand Rs zu detektieren. Der A/D-Wandlerschaltkreis konvertiert ein Potential von 0 V bis 5 V in einen 8-Bit digitalen Wert und hat eine Auflösung von ungefähr 20 mV (≅ 5 V/28 = 19,5 mV).
  • Wie lediglich schematisch dargestellt, ist eine elektronische Steuer-Baugruppe 21 mit dem Steuerschaltkreis 13 verbunden. Der Steuerschaltkreis 13 steuert die elektronische Steuer-Baugruppe 21 gemäß einer Variation in der Konzentration des spezifischen Gases, welche durch die obige Berechnung bestimmt wurde. Beispiele der elektronischen Steuer-Baugruppe 21 umfassen eine Klappen-Steuer-Baugruppe zum Schließen/Öffnen einer Klappe zum Einleiten von Außenluft in das Insassen-Abteil eines Automobils und eine Luftfilter-Steuer-Baugruppe zum An-/Abschalten eines Luftfilters zum Reinigen der Luft in dem Insassen-Abteil eines Automobils. Beispielsweise steuert die Klappen-Steuer-Baugruppe eine Motor-Operation als Antwort auf eine Instruktion von dem Steuerschaltkreis 13 einen Außenluft-Einlasspfad mittels einer Klappe zu schließen oder den Außenluft-Einlasspfad zu öffnen.
  • Weiterhin gibt der Steuerschaltkreis 13 ein Impulssignal Sc von einem Steuerausgabeanschluss 13CT beispielsweise entsprechend dem A/D-gewandelten Wert Dad aus. Das Impulssignal Sc bewirkt, dass der Gassensorelement-Ansteuerschaltkreis 12 angesteuert wird. Wie durch einen an einer unteren Position in 1 angeordneten Kreis gezeigt, alterniert das Impulssignal Sc ein Potential von 0 V (Massepotential) und ein Potential von +5 V und hat eine Wiederholungsfrequenz fp (im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist fp = 2 kHz). Das +5 V-Potential (erstes Potential) dauert während einer Zeit t1 an, wohingegen das 0 V-Potential (zweites Potential) während einer Zeit t2 andauert. Entsprechend wird das Schaltverhältnis DT (%, duty ratio) des Impulssignals Sc ausgedrückt als DT = 100 t1/(t1 + t2). Die Summe von t1 und t2 ist eine Wiederholungsperiode bzw. -dauer Tp (= t1 + t2). Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dient ein Open-Drain-Anschluss des Mikrocomputers 20 als Steuer-Ausgabe-Anschluss 13CT. Das Steuersystem 10 wird mittels einer +5 V uni-polaren Stromquelle getrieben.
  • Wenn das erste Potential (high level, hohes Niveau) oder +5 V, des Impulssignals Sc am Einspeisungs-Anschluss 17 anliegt, geht die Diode 16 an (ON), um dadurch den Kondensator 14 über das feste Widerstandselement 15 und die Diode 16 zu laden. Das heißt, das feste Widerstandselement 15 und die Diode 16 bilden einen Ladeschaltkreis zum Laden des Kondensators 14, wenn der Impulseinspeisungsanschluss 17 im ersten Potentialzustand ist. Entsprechend steigt während des Zeitabschnitts t1 die Spannung über dem Kondensator 14 (Ladespannung) an. Eine Ladezeitkonstante (erste Zeitkonstante) τ1 wird ausgedrückt als τ1 = C·Rc·Rs/(Rc + Rs).
  • Wenn das zweite Potential (low level, niedriges Niveau) oder 0 V, des Impulssignals Sc an dem Einspeisungs-Anschluss 17 anliegen, geht die Diode 16 aus (OFF), um dadurch zu bewirken, dass der Kondensator 14 die akkumulierte Ladung über das Gassensorelement 11 entlädt. Das heißt, das parallel mit dem Kondensator 14 verbundene Gassensorelement 11 bildet einen Entladeschaltkreis zum Veranlassen, dass der Kondensator 14 entlädt, wenn der Impulseinspeisungsanschluss 17 sich im zweiten Potentialzustand befindet. Entsprechend fällt während des Zeitabschnitts t2 eine Spannung über dem Kondensator 14 (Ladespannung) ab. Eine Entladezeitkonstante (zweite Zeitkonstante) τ2 wird ausgedrückt als τ2 = CRs.
  • Da der Gassensorelement-Ansteuerschaltkreis 12 wie oben beschrieben arbeitet, entsteht durch wiederholte Einspeisung des Impulssignals Sc ein stationärer Zustand; d. h. während der Zeit t1 geladene Ladung gleicht elektrische Ladung, welche während der Zeit t2 entlädt, aus. Daher umfasst, wie in einem an einer oberen Stelle in 1 angeordneten Kreis gezeigt, die Ausgabespannung Vout eine leichte Welligkeit (ripple) mit einer Welligkeits-Spannung Vr, nimmt aber im Wesentlichen einen konstanten Wert an. Vorzugsweise wird die Frequenz fp des Impulssignals Sc ausreichend hoch eingestellt, so dass die Welligkeits-Spannung Vr kleiner als die Auflösung von ungefähr 20 mV des A/D-Wandlerschaltkreises 19 wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wie bereits oben genannt, fp = 2 kHz. Daher verursacht, auch wenn der Gassensorelement-Ansteuerschaltkreis 12 und der A/D-Wandlerschaltkreis 19 (Steuerschaltkreis 13); d. h. der Ausgabeanschluss 18 und der A/D-Wandler-Einspeisungsanschluss 13AD, direkt verbunden sind, die Welligkeit keine Variationen des A/D-gewandelten Wertes Dad, und Herstellungskosten werden reduziert.
  • Um Welligkeiten zu beseitigen, kann der A/D-Wandlerschaltkreis 19 einen Tiefpassfilter (LPF, low pass filter; nicht dargestellt) mit einer Abschneidefrequenz unterhalb der Frequenz fp des Impulssignals Sc beinhalten. Somit werden die Welligkeiten aus der Ausgabespannung Vout entfernt, bevor die Ausgabespannung Vout eine A/D-Wandlung erfährt, in diesem Fall fallen die Kosten für die elektronischen Komponenten zur Ausbildung des Tiefpassfilters an. Da jedoch auch der Ausgabespannung Vout überlagertes Rauschen (noise) entfernt werden kann, ist die Verwendung des Tiefpassfilters besonders effektiv, wenn das Steuersystem in einer Umgebung mit viel Rauschen verwendet wird, beispielsweise im Fall der Verwendung in einem Fahrzeug.
  • Als Nächstes zeigt 2 eine Variation in der Ausgabespannung Vout (A/D-gewandelter Wert Dad), welche mit einer Variation des Sensorwiderstandes Rs des Gassensorelementes 11 in dem Steuersystem 10, welches den Gassensorelement-Ansteuerschaltkreis 12 umfasst, zusammenhängen. Das Schaltverhältnis DT (%) des Impulssignals Sc wird als Parameter verwendet. In Wirklichkeit wurde die Ausgabespannung Vout durch Verwendung des Schaltkreises aus 1 gemessen, in welchem ein variables Widerstandselement anstelle des Gassensorelementes 11 verwendet wird.
  • Wie leicht verstanden werden kann, variiert die Ausgabespannung Vout, auch wenn das Schaltverhältnis DT des Impulssignals Sc konstant ist, wenn der Sensorwiderstand Rs variiert. Der Grund dafür ist der folgende. Wenn der Sensorwiderstand Rs zunimmt, nimmt die Entladezeitkonstante τ2 zu; folglich nimmt die Entladerate ab. Dadurch nimmt die Ladespannung des Kondensators 14 zu, bis während der Zeit t1 geladene elektrische Ladung, die während der Zeit t2 entladene elektrische Ladung ausgleicht.
  • Wie oben erwähnt, ist die Frequenz fp des Impulssignals 2 kHz; der Widerstand Rc des festen Widerstandselementes 15 ist 7,5 kΩ; und die Kapazität C des Kondensators 14 ist 3,3 μF. Wie aus dem Diagramm ersichtlich, steigt die Ausgabespannung Vout monoton und flach mit dem Sensorwiderstand Rs an, wenn das Schaltverhältnis DT konstant gehalten wird. Entsprechend kann der Sensorwiderstand Rs anhand der Ausgabespannung Vout erhalten werden; d. h. des A/D-gewandelten Wertes Dad, welcher über A/D-Wandlung der Ausgabespannung Vout erhalten wird, und dem Schaltverhältnis DT eines angelegten Impulssignals.
  • Wie anhand des Diagramms leicht verstanden werden kann, ist eine Messung möglich, auch wenn der Sensorwiderstand Rs über einen Bereich von mehreren Größenordnungen variiert (beispielsweise 3 Größenordnungen von 1 kΩ bis 1 MΩ.
  • Weiterhin zeigt diese Charakteristik wie bereits zuvor erwähnt, dass, auch wenn der Sensorwiderstand des Gassensorelementes aufgrund eines Umgebungsfaktors wie Temperatur oder Feuchtigkeit stark variiert, eine Variation in der Konzentration des spezifischen Gases, über geeignetes Variieren des Schaltverhältnisses DT des Impulssignals Sc, um dadurch die Ausgabespannung zu einem geeigneten Bereich zu variieren, präzise detektiert werden kann.
  • Angenommen, dass wenn beispielsweise ein Impulssignal Sc mit einem Schaltverhältnis DT von 90% in den Gassensorelement-Ansteuerschaltkreis 12 eingespeist wird, der Sensorwiderstand Rs auf Grund einer Umgebungsvariation auf 100 kΩ oder höher variiert hat. In diesem Fall ist die Ausgabespannung Vout auf einen hohen Wert von ungefähr 4,2 V vorgespannt (biased). Auch wenn der Sensorwiderstand Rs aufgrund einer weiteren Zunahme der Konzentration des spezifischen Gases leicht zunimmt, ist in diesem Zustand die Variation in der Ausgabespannung Vout gering, da die Neigung einer Diagrammkurve flach ist. Folglich ist eine präzise Detektion einer Variation der Konzentration des spezifischen Gases schwierig.
  • Wenn im Gegensatz dazu das Schaltverhältnis DT des Impulssignals Sc auf 10 verändert wird, wird die Ausgabespannung Vout ungefähr 2,5 V, und die Steigung der Diagrammkurve nimmt zu. Wenn in diesem Zustand der Sensorwiderstand Rs aufgrund einer weiteren Zunahme der Konzentration des spezifischen Gases leicht zunimmt, variiert die Ausgabespannung Vout stark. Daher kann eine Variation in der Konzentration des spezifischen Gases präzise detektiert werden. Auf diese Art und Weise kann über ein Variieren des Schaltverhältnisses DT die Ausgabespannung Vout in einem vorbestimmten Bereich gehalten werden, wodurch eine genaue Detektion einer Variation in der Konzentration des spezifischen Gases ermöglicht wird.
  • Weiterhin können, auch wenn Sensoreigenschaften unter bzw. zwischen den Gassensorelementen 11 variieren, über ein geeignetes Variieren des Schaltverhältnisses DT des Impulssignals Sc Variationen der Sensoreigenschaften bei der Messung aufgefangen werden.
  • Als Nächstes wird ein Steuerablauf in dem Steuersystem 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels zur Steuerung der Ausgabespannung Vout (A/D-gewandelter Wert Dad) zu einem vorbestimmten Bereich über Variieren des Schaltverhältnisses DT des Impulssignals Sc beschrieben.
  • In einer initialen Betriebsstufe des Steuersystems 10 wird ein Schaltverhältnis-Initialisierungsprozess (siehe 3), welcher unten beschrieben werden wird, über Unterbrechung einer Hauptroutine (interruption to a main routine; nicht im Detail beschrieben), welche in dem Mikrocomputer 20 ausgeführt wird, ausgeführt. In dem unten beschriebenen Ablauf wird eine Steuerung derart durchgeführt, dass die Ausgabespannung Vout (A/D-gewandelter Wert Dad) innerhalb eines Bereichs von 0,5 V bis 1,5 V fällt.
  • Beim Start des Schaltverhältnis-Initialisierungsprozesses durch Unterbrechung (Interruption), speist der Steuerschaltkreis 13 zuerst in Schritt S31 das Impulssignal Sc mit einem initialen Schaltverhältnis DTs in den Impulseinspeisungsanschluss 17 des Gassensor-Ansteuerschaltkreises 12 ein.
  • Das initiale Schaltverhältnis DTs kann jeden geeigneten Wert annehmen. Da jedoch wegen Umgebungsfaktoren wie Temperatur und Feuchtigkeit die Voraussage des Sensorwiderstandes Rs beim Anlauf des Prozesses schwierig ist, wird das Schaltverhältnis DTs vorzugsweise auf ungefähr 50% eingestellt, um dadurch ein nachfolgendes Erhöhen oder Vermindern des initialen Schaltverhältnisses DTs zu erleichtern.
  • Als Nächstes erhält in Schritt S32 der Steuerschaltkreis 13 den A/D-gewandelten Wert Dad, welcher ein A/D-gewandelter Wert der Ausgabespannung Vout ist.
  • In Schritt S33 urteilt bzw. bewertet der Steuerschaltkreis 13, ob der erhaltene A/D-gewandelte Wert Dad kleiner als 0,5 V ist, oder nicht.
  • Im Falle eines Nein-(No)-Urteils oder Dad ≥ 0,5 V in Schritt S33 geht der Steuerschaltkreis 13 zu Schritt S34 weiter. In Schritt S34 urteilt der Steuerschaltkreis 13, ob der erhaltene A/D-gewandelte Wert Dad über 1,5 V hinausgeht, oder nicht.
  • Im Falle eines Nein-Urteils oder Dad ≤ 1,5 V in Schritt S34; d. h. im Fall dass 0,5 V ≤ Dad ≤ 1,5 V, urteilt der Steuerschaltkreis, dass die Initialisierung abgeschlossen ist und kehrt daher zu der Hauptroutine zurück.
  • Wenn in Schritt S33 ein Ja-(Yes)-Urteil gebildet wurde; d. h. wenn der Steuerschaltkreis 13 urteilt, dass der A/D-gewandelte Wert Dad kleiner als 0,5 V ist, geht der Steuerschaltkreis 13 weiter zu Schritt S35. In Schritt S35 selektiert und gibt der Steuerschaltkreis 13 ein Schaltverhältnis DT aus, welches eine Stufe höher als das Schaltverhältnis DT des Impulssignals Sc ist. Beispielsweise selektiert der Steuerschaltkreis 13 ein Schaltverhältnis DT welches eine Stufe (beispielsweise 1%) höher als das aktuelle Schaltverhältnis ist und gibt das Impulssignal Sc mit dem selektierten Schaltverhältnis DT aus. Wie anhand des Diagramms aus 2 verständlich ist, steigt dadurch die Ausgabespannung Vout (A/D-gewandelter Wert Dad) entsprechend an.
  • Nachfolgend geht der Steuerschaltkreis 13 zu Schritt S37 weiter. In Schritt S37 pausiert der Steuerschaltkreis 13 für 0,1 sec, um abzuwarten, bis eine transiente Antwort, welche durch die Modifikation des Schaltverhältnisses DT verursacht wurde, einschwingt. Dann kehrt der Steuerschaltkreis 13 zu Schritt S32 zurück, um denselben Prozess zu wiederholen. Durch eine geeignete Anzahl von Wiederholungen des Prozesses wird der A/D-gewandelte Wert Dad derart modifiziert, dass die Bedingung 0,5 V ≤ Dad ≤ 1,5 V erfüllt ist. Wenn in Schritt S34 wie oben beschrieben das Nein-Urteil gebildet wird, urteilt der Steuerschaltkreis 13 daher, dass die Initialisierung abgeschlossen ist und kehrt zu der Hauptroutine zurück.
  • Wenn in Schritt S34 das Ja-Urteil gebildet wird; d. h. wenn der Steuerschaltkreis 13 urteilt, dass der A/D-gewandelte Wert Dad über 1,5 V hinausgeht, geht der Steuerschaltkreis 13 zu Schritt S36 weiter. In Schritt S36 selektiert und gibt der Steuerschaltkreis 13 ein Schaltverhältnis aus, welches eine Stufe niedriger als das Schaltverhältnis DT des Impulssignals Sc ist. Beispielsweise selektiert der Steuerschaltkreis 13 ein Schaltverhältnis DT, welches eine Stufe (beispielsweise 1%) kleiner als das aktuelle Schaltverhältnis ist, und gibt das Impulssignal Sc mit dem setektierten Schaltverhältnis DT aus. Die Ausgabespannung Vout (A/D-gewandelter Wert Dad) nimmt daher entsprechend ab.
  • Nachfolgend geht der Steuerschaltkreis 13 in einer Art und Weise, die der oben beschriebenen ähnlich ist, zu Schritt S37 weiter. In Schritt S37 pausiert der Steuerschaltkreis 13 für 0,1 sec. Dann kehrt der Steuerschaltkreis 13 zu Schritt S32 zurück, um denselben Prozess zu wiederholen. Durch eine geeignete Anzahl von Wiederholungen des Prozesses wird der A/D-gewandelte Wert Dad derart modifiziert, dass die Bedingung 0,5 V ≤ Dad ≤ 1,5 V erfüllt ist. Somit ist die Initialisierung abgeschlossen und der Steuerschaltkreis 13 kehrt zu der Hauptroutine zurück.
  • Als Nächstes wird mit Bezugnahme auf 4 ein Steuerablauf zum Steuern der Ausgabespannung Vout (A/D-gewandelter Wert Dad) zu einem vorbestimmten Bereich (im vorliegenden Ausführungsbeispiel 0,5 V bis 1,5 V), auch wenn der Sensorwiderstand Rs auf Grund beispielsweise einer Umgebungsvariation in einem Zustand, in dem das Kontrollsystem 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels angesteuert wird, variiert, beschrieben.
  • Beim Start des Schaltverhältnis-Modifikationsprozesses durch Unterbrechung erhält der Steuerschaltkreis 13 im Schritt S41 zuerst den A/D-gewandelten Wert Dad.
  • In Schritt S42 urteilt der Steuerschaltkreis 13, ob der erhaltene A/D-gewandelte Wert Dad kleiner als 0,5 V ist, oder nicht.
  • Im Falle eines Nein-Urteils in Schritt S42; d. h. Dad ≥ 0,5 V, geht der Steuerschaltkreis 13 weiter zu Schritt S43. In Schritt S43 urteilt der Steuerschaltkreis 13, ob der erhaltene A/D-gewandelte Wert Dad über 1,5 V hinausgeht, oder nicht.
  • Im Fall eines Nein-Urteils oder Dad ≤ 1,5 V in Schritt S43; d. h. im Fall von 0,5 V ≤ Dad ≤ 1,5 V, fällt die Ausgabespannung Vout in einen vorbestimmten Bereich (0,5 V bis 1,5 V). Daher ist eine Modifikation des Schaltverhältnisses DT nicht notwendig und der Steuerschaltkreis 13 kehrt daher zu der Hauptroutine zurück.
  • Wenn in Schritt S42 das Ja-Urteil gebildet wird; d. h. wenn der Steuerschaltkreis 13 den A/D-gewandelten Wert Dad als kleiner als 0,5 V beurteilt, geht der Steuerschaltkreis 13 zu Schritt S44 weiter. In Schritt S44 selektiert und gibt der Steuerschaltkreis 13 ein Schaltverhältnis DT aus, welches eine Stufe höher als das Schaltverhältnis DT des Impulssignals Sc ist. Beispielsweise gibt der Steuerschaltkreis 13 das Impulssignal Sc mit einem Schaltverhältnis DT aus, welches eine Stufe (beispielsweise 1%) höher als das aktuelle Schaltverhältnis ist. Wie anhand des Diagramms von 2 ersichtlich, steigt daher die Ausgabespannung Vout (A/D-gewandelter Wert Dad) entsprechend an.
  • Wenn in Schritt S43 das Ja-Urteil gebildet wird; d. h. wenn der Steuerschaltkreis 13 beurteilt, dass der A/D-gewandelte Wert Dad über 1,5 V hinausgeht, geht der Steuerschaltkreis 13 weiter zu Schritt S45. In Schritt S45 selektiert und gibt der Steuerschaltkreis 13 ein Schaltverhältnis aus, welches eine Stufe niedriger als das Schaltverhältnis DT des Impulssignals Sc ist und kehrt anschließend zu der Hauptroutine zurück. Beispielsweise gibt der Steuerschaltkreis 13 das Impulssignal Sc mit einem Schaltverhältnis DT aus, welches eine Stufe (1%) kleiner als das aktuelle Schaltverhältnis ist. Die Ausgabespannung Vout (A/D-gewandelter Wert Dad) nimmt daher entsprechend ab.
  • Im Falle einer starken Variation des Sensorwiderstandes Rs des Gassensorelementes, kann eine Ein-Stufen-Modifikation des Schaltverhältnisses DT zum Zurückführen der Ausgabespannung Vout zu einem vorbestimmten Bereich (0,5 V bis 1,5 V) nicht ausreichend sein. In diesem Fall wird der Schaltverhältnis-Modifikationsprozess erneut durch Unterbrechung ausgeführt, um dadurch das Schaltverhältnis DT entsprechend zu erhöhen/erniedrigen. Somit kann letztendlich der A/D-gewandelte Wert Dad in den vorbestimmten Bereich (0,5 V bis 1,5 V) zurückgeführt werden.
  • Das vorliegende Ausführungsbeispiel wird beschrieben unter Erwähnung eines 1-%-Intervalls zwischen Schaltverhältnissen DT, welche sich durch eine Stufe unterscheiden. jedoch kann ein Schaltverhältnis derart gewählt werden, wie es geeignet ist. Beispielsweise kann ein Schaltverhältnis unter denjenigen gewählt werden, welche in 0,5-%- oder 2-%-Intervallen angeordnet sind. Auch müssen Schaltverhältnisse, unter denen eine Auswahl zu treffen ist, nicht notwendigerweise in gleichen Abständen angeordnet sein (mit 1-%-Intervallen in dem obigen Ausführungsbeispiel), sondern können in geeigneten Abständen angeordnet sein. Beispielsweise können Schaltverhältnisse, unter welchen eine Auswahl zu treffen ist, in gleichen Verhältnis-Abständen angeordnet sein; wie ..., 39,2%, 41,1%, 43,2%, 45,4%, 47,6%, 50,0%, 52,5%, 55,1%, 57,9%, 60,7%, 63,8%, ... (mit Abständen mit einem Verhältnis von 1,05). In dem in 2 gezeigten Diagramm vergrößert sich für jeden Parameter eine Lücke zwischen Diagrammkurven, wenn das Schaltverhältnis DT abnimmt. Wie aus diesem Phänomen ersichtlich, kann eine Auflistung von Schaltverhältnissen viele kleine Schaltverhältnisse beinhalten, wenn die Schaltverhältnisse in gleichen Verhältnisabständen angeordnet sind, wodurch eine feinere Einstellung ermöglicht wird. Auswählbare Werte des Schaltverhältnisses DT können in dem in dem Mikrocomputer 20 enthaltenen ROM gespeichert werden.
  • Wie aus dem Diagramm aus 2 leicht ersichtlich, wird die Beziehung zwischen dem Sensorwiderstand Rs und der Ausgabespannung Vout (A/D-gewandelter Wert Dad) als einzelne Diagrammkurve dargestellt, welche in Übereinstimmung mit dem als Parameter dienenden Schaltverhältnis DT ausgewählt wird. Entsprechend kann durch Auswahl des Schaltverhältnisses DT aus vorbestimmten Werten, wie oben erwähnt, und durch Abspeichern der Beziehung zwischen dem Sensorwiderstand Rs und dem A/D-gewandelten Wert Dad für jedes Schaltverhältnis im ROM des Mikrocomputers 20, der Sensorwiderstand Rs aus dem A/D-gewandelten Wert Dad unmittelbar erhalten werden. Daher kann, auch wenn eine Umgebungsvariation auftritt, die Ausgabespannung Vout (A/D-gewandelter Wert Dad) mittels des oben erwähnten Prozesses innerhalb eines Bereich von 0,5 V bis 1,5 V gehalten werden. Daher kann eine Variation in der Konzentration des spezifischen Gases geeignet detektiert werden, um dadurch die elektronische Steuer-Baugruppe 21 entsprechend zu steuern.
  • Als Nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 5 beschrieben werden. Ein Steuersystem 50 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist äquivalent zu dem Steuersystem des ersten Ausführungsbeispiels, in welchem das Gassensorelement 11 und das feste Widerstandselement 15 im Gassensorelement-Ansteuerungsschaltkreis 12 miteinander ersetzt bzw. vertauscht sind. Ähnliche Merkmale werden durch gemeinsame Bezugszeichen bezeichnet. Unterschiedliche Merkmale werden vorrangig beschrieben und eine wiederholte Beschreibung ähnlicher Merkmale wird weggelassen oder vereinfacht.
  • Wie oben erwähnt, ist in einem Gassensorelement-Ansteuerungsschaltkreis 52 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein Gassensorelement 51 zwischen dem Impulseinspeisungsanschluss 17 und der Diode 16 verbunden, welche so orientiert ist, dass die Kathode derselben sich auf der Seite des Kondensators 14 befindet. Ein festes Widerstandselement 55 mit einem Widerstand Rd von 7,5 Ω ist parallel mit dem Kondensator 14 verbunden. Entsprechend wird, wenn das von dem Steuerausgabeanschluss 13CT des Steuerschaltkreises 13 ausgegebene Impulssignal Sc in den Impulseinspeisungsanschluss 17 eingespeist wird, der Kondensator 14 über das Gassensorelement 51 und die Diode 16 während des Zeitabschnitts t1, wenn das Impulssignal Sc im ersten Potentialzustand (hohes Niveau) oder +5 V) ist, geladen. Die in den Kondensator 14 gespeicherte Ladung wird über das feste Widerstandselement 55 während des Zeitabschnitts t2, wenn das Impulssignal Sc in dem zweiten Potentialzustand (niedriges Niveau, oder 0 V) ist, entladen.
  • Entsprechend wird eine Ladezeitkonstante τ1 ausgedrückt als τ1 = C·Rd·Rs/(Rd + Rs), und eine Entladezeitkonstante τ2 wird ausgedrückt als τ2 = CRd. Wenn der Sensorwiderstand Rs des Gassensorelementes 51 zunimmt, nimmt die Laderate ab. Daher ist die Beziehung zwischen dem Sensorwiderstand Rs und der Ausgabespannung Vout das Inverse derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Wie im ersten Ausführungsbeispiel, befindet sich der Arbeitspunkt Pd, dessen Potential mit dem Sensorwiderstand Rs variiert, an einem Ende 14A des Kondensators 14. Das Potential am Arbeitspunkt Pd wird zu dem Ausgabeanschluss 18 geleitet.
  • Auch im Steuersystem 50 kann der Sensorwiderstand Rs des Gassensorelementes 51 anhand der Ausgabespannung Vout (A/D-gewandelter Wert Dad) erkannt werden. Daher kann über einen Erhalt des A/D-gewandelten Wertes Dad eine Variation in der Konzentration des spezifischen Gases bestimmt werden. Auch in dem Steuersystem 50 steigt die Ausgabespannung Vout (A/D-gewandelter Wert Dad) mit dem Schaltverhältnis DT des Impulssignals Sc, welches in den Impulseinspeisungsanschluss 17 eingespeist wird, an. Somit kann, auch wenn der Sensorwiderstand Rs des Gassensorelementes 51 aufgrund eines Umgebungsfaktors wie Temperatur oder Feuchtigkeit stark variiert, eine Variation in der Konzentration des spezifischen Gases, über ein geeignetes Variieren des Schaltverhältnisses DT des Impulssignals Sc, um dadurch die Ausgabespannung Vout zu einem geeigneten Bereich zu variieren, präzise detektiert werden.
  • Entsprechend kann die elektronische Steuer-Baugruppe 21 zum Öffnen/Schließen einer Klappe gemäß einer detektierten Variation in der Konzentration des spezifischen Gases gesteuert werden.
  • Das Steuersystem 50 des vorliegenden Ausführungsbeispieles kann auch Steuerabläufen folgen, welche denen des ersten Ausführungsbeispiels (siehe 3 und 4) ähnlich sind, um das Schaltverhältnis DT des Impulssignals Sc zu variieren, um die Ausgabespannung innerhalb eines vorbestimmten Bereiches zu halten. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel wird jedoch, wenn der A/D-gewandelte Wert Dad unterhalb eines vorbestimmten Bereiches sinkt, im Schritt S35 oder S44 (siehe 3 oder 4) ein Schaltverhältnis gewählt, welches eine Stufe niedriger als das aktuelle Schaltverhältnis ist. Wenn der A/D-gewandelte Wert Dad über den vorbestimmten Bereiches hinaus ansteigt, wird in Schritt S36 und S45 ein Schaltverhältnis gewählt, welches eine Stufe höher ist.
  • Als Nächstes wird ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 6 und 7 beschrieben werden. Im Gassensorelement-Ansteuerschaltkreis 12 des ersten Ausführungsbeispiels sind der Kondensator 14 und das Gassensorelement 11 parallel verbunden und der Kondensator 14 entlädt über das Gassensorelement 11. Im Gegensatz dazu wird in einem Gassensorelement-Ansteuerschaltkreis 62 eines Steuersystems 60 des vorliegenden Ausführungsbeispiels die in einem Kondensator 64 gespeicherte Ladung zu dem Steuerausgabeanschluss 13CT, welcher das Massepotential (0 V) annimmt, über ein Gassensorelement 61 und eine zweite Diode 65 zurückgeführt oder entladen. Ähnliche Merkmale werden durch gemeinsame Bezugszeichen bezeichnet. Unterschiedliche Merkmale werden vorrangig beschrieben und eine wiederholte Beschreibung ähnlicher Merkmale wird weggelassen oder vereinfacht.
  • Wie oben erwähnt, sind in dem Gassensorelement-Ansteuerungsschaltkreis 62 des dritten Ausführungsbeispiels ein RD-Serienschaltkreis 68 und ein SD-Serienschaltkreis 69 zwischen einem Impulseinspeisungsanschluss (Impulseinspeisungspunkt) 88 und einem Ende 64A des Kondensators 64 parallel verbunden. Das andere Ende 64B des Kondensators 64 ist auf Masse gelegt. Der RD-Serienschaltkreis 68 ist in der folgenden Art und Weise konfiguriert: ein festes Widerstandselement 66 mit einem Widerstand Rc von 7,5 kΩ und eine erste Diode 67, welche so orientiert ist, das die Kathode derselben sich auf der Seite des Kondensators 64 befindet, sind in Serie bzw. Reihe verbunden bzw. geschaltet. Der SD-Serienschaltkreis 69 ist in der folgenden Art und Weise konfiguriert: das Gassensorelement 61 und die zweite Diode 65, welche so orientiert ist, dass die Anode derselben sich auf der Seite des Kondensators 64 befindet, sind in Serie bzw. in Reihe verbunden bzw. geschaltet. Der Arbeitspunkt Pd, dessen Potential mit dem Sensorwiderstand Rs variiert, befindet sich an dem einen Ende 64A des Kondensators 64. Das Potential am Arbeitspunkt Pd wird zu einem Ausgabeanschluss 89 geleitet.
  • Wenn das Impulssignal Sc, welches von dem Steuerausgabeanschluss 13C des Steuerschaltkreises 13 ausgegeben wird, in den Impulseinspeisungsanschluss 88 des Gassensorelement-Ansteuerungsschaltkreises 62 eingespeist wird, wird der Kondensator 64 über den RD-Serienschaltkreis 68, welcher aus dem festen Widerstandselement 66 und der ersten Diode 67 zusammengesetzt ist, während des Zeitabschnitts t1, wenn das Impulssignal Sc in dem ersten Potentialzustand ist (hohes Niveau oder +5 V), geladen. Daher bilden das feste Widerstandselement 66 und die erste Diode 67 einen Ladeschaltkreis. Die in dem Kondensator 64 gespeicherte Ladung wird über den SD-Serienschaltkreis 69, welcher aus der zweiten Diode 65 und dem Gassensorelement 61 zusammengesetzt ist, während des Zeitabschnitts t2, wenn das Impulssignal Sc in dem zweiten Potentialzustand (niedriges Niveau, oder 0 V) ist, entladen. Daher bilden die zweite Diode 65 und das Gassensorelement 61 einen Entladeschaltkreis.
  • Eine Ladezeitkonstante (erste Zeitkonstante) τ1 wird ausgedrückt als τ1 = CRc und eine Entladezeitkonstante (zweite Zeitkonstante) τ2 wird ausgedrückt als τ2 = CRs. Wenn der Sensorwiderstand Rs des Gassensorelementes 61 zunimmt, nimmt die Entladerate ab; daher steigt die Ausgabespannung Vout an. Das heißt, die Beziehung zwischen dem Sensorwiderstand Rs der Ausgabespannung Vout ist ähnlich zu der des ersten Ausführungsbeispiels.
  • Jedoch wird in dem ersten Ausführungsbeispiel ein Teil der Ladung, welche durch das feste Widerstandselement 15 fließt, nicht zum Laden des Kondensators 14 verwendet, sondern fließt durch das Gassensorelement 11. Daher fällt die Ladeeffizienz entsprechend ab. Die Ladespannung des Kondensators 14; d. h. die Ausgabespannung Vout steigt höchstens; d. h. auch bei einem Schaltverhältnis DT von 100%, bis zu dem Wert „5 V × Rs·(Rc + Rs)” an, welcher durch Potentialteilung mittels des festen Widerstandselements 15 und des Gassensorelementes 11 erhalten wird. Im Gegensatz dazu sind in dem Gassensorelement-Ansteuerungsschaltkreis 62 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein Ladepfad und ein Entladepfad mittels zweier Dioden 65 und 67 voneinander getrennt, wodurch eine hohe Ladeeffizienz und ein relativ hohes Vout erhalten wird. Insbesondere kann, auch wenn der Sensorwiderstand Rs niedrig ist, ein relativ hoher Wert von Vout erhalten werden. Daher kann der Bereich des Sensorwiderstandes Rs, welchen das Steuersystem 60 beherrschen kann, nach unten erweitert werden.
  • Der obige Effekt ist anhand eines Vergleichs des Diagramms aus 7 mit dem Diagramm aus 2, welches dem Steuersystem 10 des ersten Ausführungsbeispiels zugeordnet ist, offensichtlich. Insbesondere ist ein Teil des Diagramms aus 7, welcher hohen Werten des Sensorwiderstandes Rs entspricht, im Wesentlichen ähnlich zu demjenigen des Diagramms aus 2. Im Gegensatz zu dem Diagramm aus 2 zeigt ein Teil des Diagramms aus 7, welcher niedrigen Werten des Sensorwiderstandes Rs entspricht, ausreichend große Vout-Werte. Auch in einem Bereich geringer Werte des Sensorwiderstandes Rs (beispielsweise in einem Bereich von Rs von 1 kΩ bis 5 kΩ) kann ein genügend großer Wert der Ausgabespannung Vout (Vout ≥ 2,0 V) über eine Auswahl eines großen Schaltverhältnisses (beispielsweise, DT ≥ 80%) erhalten werden. Auch kann sogar in einem Bereich des Sensorwiderstandes Rs nicht größer als 1 kΩ eine Variation in der Konzentration des spezifischen Gases gemessen werden. Durch Verwendung des Steuersystems 60 (Gassensorelement-Ansteuerschaltkreis 62) des dritten Ausführungsbeispiels kann eine Variation in der Konzentration eines Gases für einen Sensorwiderstand detektiert werden, welcher über einen breiteren Bereich variiert.
  • Auch in dem Steuersystem 60 kann der Sensorwiderstand Rs des Gassensorelementes 61 über die Ausgangsspannung Vout (A/D-gewandelter Wert Dad) erkannt werden. Somit kann über einen Erhalt des A/D-gewandelten Wertes Dad eine Variation in der Konzentration des spezifischen Gases bestimmt werden. Auch steigt in dem Steuersystem 60 die Ausgabespannung Vout (A/D-gewandelter Wert Dad) mit dem Schaltverhältnis DT des Impulssignals Sc, welches in den Impulseinspeisungsanschluss 88 eingespeist wird, an. Daher kann, auch wenn der Sensorwiderstand Rs des Gassensorelementes aufgrund eines Umgebungsfaktors wie Temperatur oder Feuchtigkeit stark variiert, eine Variation in der Konzentration des spezifischen Gases über ein geeignetes Variieren des Schaltverhältnisses DT des Impulssignals Sc, um dadurch die Ausgabespannung Vout zu einem geeigneten Bereich zu variieren, präzise detektiert werden.
  • Entsprechend kann die elektronische Steuer-Baugruppe 21 zum Öffnen/Schließen einer Klappe gemäß einer detektierten Variation in der Konzentration des spezifischen Gases gesteuert werden.
  • Das Steuersystem 60 des vorliegenden Ausführungsbeispieles kann auch Steuerabläufen folgen, welche denen des ersten Ausführungsbeispiels (siehe 3 und 4) ähnlich sind, um das Schaltverhältnis DT des Impulssignals Sc zu variieren, um die Ausgabespannung innerhalb eines vorbestimmten Bereiches zu halten.
  • Beim Modifizieren des Schaltverhältnisses DT kann ein Schaltverhältnis unter denjenigen gewählt werden, welche in gleichen Intervallen angeordnet sind (beispielsweise in 1%-Intervallen). Wie jedoch aus dem Diagramm aus 7 ersichtlich, können Schaltverhältnisse, unter denen eine Auswahl zu treffen ist, derart angeordnet sein, dass ein gegenseitiges Intervall unter denjenigen Schaltverhältnissen groß ist, welche in der Nähe eines Schaltverhältnisses von 50% angeordnet sind, und derart, dass ein gegenseitiges Intervall unter großen Schaltverhältnissen und unter kleinen Schaltverhältnissen klein ist. Beispielsweise können Schaltverhältnisse, unter welchen eine Auswahl zu treffen ist, derart angeordnet sein, dass sie mit einem Verhältnis von 1,05 in Bezug auf 50% abnehmen, und derart, dass sie mit einem Verhältnis von 1/1,05 in Bezug auf 50% zunehmen, wie ..., 39,2%, 41,1%, 43,2%, 45,4%, 47,6%, 50,0%, 52,4%, 54,6%, 56,8%, 58,9%, 60,8%, ...
  • Als Nächstes wird ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 8 beschrieben werden. Ein Steuersystem 70 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist äquivalent zu dem Steuersystem des dritten Ausführungsbeispiels, in welchem das Gassensorelement 61 und das feste Widerstandselement 66 im Gassensorelement-Ansteuerungsschaltkreis 62 miteinander ersetzt bzw. vertauscht sind. Ähnliche Merkmale werden durch gemeinsame Bezugszeichen bezeichnet. Unterschiedliche Merkmale werden vorrangig beschrieben und eine wiederholte Beschreibung ähnlicher Merkmale wird weggelassen oder vereinfacht.
  • Wie oben erwähnt, sind in dem Gassensorelement-Ansteuerungsschaltkreis 72 des vierten Ausführungsbeispiels ein SD-Serienschaltkreis 78 und ein RD-Serienschaltkreis 79 zwischen einem Impulseinspeisungsanschluss (Impulseinspeisungspunkt) 88 und einem Ende 64A des Kondensators 64 parallel verbunden. Das andere Ende 646 des Kondensators 64 ist auf Masse gelegt. Der SD-Serienschaltkreis 78 ist in der folgenden Art und Weise konfiguriert: das Gassensorelement 71 und eine erste Diode 67, welche so orientiert ist, das die Kathode derselben sich auf der Seite des Kondensators 64 befindet, sind in Serie bzw. Reihe verbunden bzw. geschaltet. Der RD-Serienschaltkreis 79 ist in der folgenden Art und Weise konfiguriert ein festes Widerstandselement 76 mit einem Widerstand Rd von 7,5 kΩ und die zweite Diode 65, welche so orientiert ist, dass die Anode derselben sich auf der Seite des Kondensators 64 befindet, sind in Serie bzw. in Reihe verbunden bzw. geschaltet. Der Arbeitspunkt Pd, dessen Potential mit dem Sensorwiderstand Rs variiert, befindet sich an dem einen Ende 64A des Kondensators 64. Das Potential am Arbeitspunkt Pd wird zu einem Ausgabeanschluss 89 geleitet.
  • Wenn das Impulssignal Sc, welches von dem Steuerausgabeanschluss 13CT des Steuerschaltkreises 13 ausgegeben wird, in den Impulseinspeisungsanschluss 88 eingespeist wird, wird der Kondensator 64 über den SD-Serienschaltkreis 78, welcher aus dem Gassensorelement 71 und der ersten Diode 67 zusammengesetzt ist, während des Zeitabschnitts t1, wenn das Impulssignal Sc in dem ersten Potentialzustand ist (hohes Niveau oder +5 V), geladen. Daher bilden das Gassensorelement 71 und die erste Diode 67 einen Ladeschaltkreis. Die in dem Kondensator 64 gespeicherte Ladung wird über den RD-Serienschaltkreis 79, welcher aus der zweiten Diode 65 und dem festen Widerstandselement 76 zusammengesetzt ist, während des Zeitabschnitts t2, wenn das Impulssignal Sc in dem zweiten Potentialzustand (niedriges Niveau, oder 0 V) ist, entladen. Daher bilden die zweite Diode 65 und das feste Widerstandselement 76 einen Entladeschaltkreis.
  • Eine Ladezeitkonstante (erste Zeitkonstante) τ1 wird ausgedrückt als τ1 = CRs und eine Entladezeitkonstante (zweite Zeitkonstante) τ2 wird ausgedrückt als τ2 = CRd. Wenn der Sensorwiderstand Rs des Gassensorelementes 71 zunimmt, nimmt die Ladung ab; daher nimmt die Ausgabespannung Vout ab. Das heißt, die Beziehung zwischen dem Sensorwiderstand Rs der Ausgabespannung Vout ist das Inverse der des dritten Ausführungsbeispiels und somit ähnlich zu der des zweiten Ausführungsbeispiels.
  • Jedoch wird in dem Steuersystem 50 des zweiten Ausführungsbeispiels ein Teil der Ladung, welche durch das Gassensorelement 51 fließt, nicht zum Laden des Kondensators 14 verwendet, sondern fließt durch das feste Widerstandselement 55. Daher fällt die Ladeeffizienz entsprechend ab. Die Ladespannung des Kondensators 14; d. h, die Ausgabespannung Vout steigt höchstens; d. h. auch bei einem Schaltverhältnis DT von 100%, bis zu dem Wert „5 V × Rd·(Rd + Rs)” an, welcher durch Potentialteilung mittels des Gassensorelementes 11 und des festen Widerstandselements 15 erhalten wird. Im Gegensatz dazu sind in dem Gassensorelement-Ansteuerungsschaltkreis 72 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein Ladepfad und ein Entladepfad mittels zweier Dioden 65 und 67 voneinander getrennt, wodurch eine hohe Ladeeffizienz und ein relativ hohes Vout erhalten wird. Im Gegensatz zu dem dritten Ausführungsbeispiel kann insbesondere, auch wenn der Sensorwiderstand Rs hoch ist, ein relativ hoher Wert von Vout erhalten werden. Daher kann der Bereich des Sensorwiderstandes Rs, welchen das Steuersystem 70 beherrschen kann, nach oben erweitert werden.
  • Auch in dem Steuersystem 70 kann der Sensorwiderstand Rs des Gassensorelementes 71 über die Ausgangsspannung Vout (A/D-gewandelter Wert Dad) erkannt werden. Somit kann über den Erhalt des A/D-gewandelten Wertes Dad eine Variation in der Konzentration des spezifischen Gases bestimmt werden. Auch steigt in dem Steuersystem 70 die Ausgabespannung Vout (A/D-gewandelter Wert Dad) mit dem Schaltverhältnis DT des Impulssignals Sc, welches in den Impulseinspeisungsanschluss 88 eingespeist wird, an. Daher kann, auch wenn der Sensorwiderstand Rs des Gassensorelementes aufgrund eines Umgebungsfaktors wie Temperatur oder Feuchtigkeit stark variiert, eine Variation in der Konzentration des spezifischen Gases über ein geeignetes Variieren des Schaltverhältnisses DT des Impulssignals Sc, um dadurch die Ausgabespannung Vout zu einem geeigneten Bereich zu variieren, präzise detektiert werden.
  • Entsprechend kann die elektronische Steuer-Baugruppe 21 zum Öffnen/Schließen einer Klappe gemäß einer detektierten Variation in der Konzentration des spezifischen Gases gesteuert werden.
  • Das Steuersystem 70 des vorliegenden Ausführungsbeispieles kann auch Steuerabläufen folgen, welche denen des ersten Ausführungsbeispiels (siehe 3 und 4) ähnlich sind, um das Schaltverhältnis DT des Impulssignals Sc zu variieren, um die Ausgabespannung innerhalb eines vorbestimmten Bereiches zu halten. Wie es in dem zweiten Ausführungsbeispiel der Fall ist, wird jedoch, wenn der A/D-gewandelte Wert Dad unterhalb eines vorbestimmten Bereiches sinkt, im Schritt S35 oder S44 (siehe 3 oder 4) ein Schaltverhältnis gewählt, welches eine Stufe niedriger als das aktuelle Schaltverhältnis ist. Wenn der A/D-gewandelte Wert Dad über den vorbestimmten Bereiches hinaus ansteigt, wird in Schritt S36 und S45 ein Schaltverhältnis gewählt, welches eine Stufe höher ist.
  • Wie aus dem Diagramm aus 7 ersichtlich, können Schaltverhältnisse, unter denen eine Auswahl zu treffen ist, derart angeordnet sein, dass ein gegenseitiges Intervall unter denjenigen Schaltverhältnissen groß ist, welche in der Nähe eines Schaltverhältnisses von 50% angeordnet sind, und derart, dass ein gegenseitiges Intervall unter großen Schaltverhältnissen und unter kleinen Schaltverhältnissen klein ist.
  • Während die vorliegende Erfindung mit Bezugnahme auf das erste bis vierte Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann geeignet modifiziert werden, ohne von dem Geist oder Umfang der Erfindung abzuweichen.
  • Beispielsweise werden die obigen Ausführungsbeispiele unter Erwähnung eines Gassensorelementes beschrieben, dessen Sensorwiderstand Rs mit der Konzentration des spezifischen Gases (oxidierendes Gas wie beispielsweise NOx) ansteigt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf den Fall anwendbar, in welchem das spezifische Gas ein reduzierendes Gas wie Kohlenwasserstoff ist und ein zu verwendendes Gassensorelement eine Charakteristik zeigt, in welcher der Sensorwiderstand Rs desselben abnimmt, wenn die Konzentration des spezifischen Gases ansteigt.
  • Die obigen Ausführungsbeispiele werden unter Erwähnung des A/D-Wandlerschaltkreises 19 und des Mikrocomputers 20 beschrieben, welche diskret sind. Jedoch kann der A/D-Wandlerschaltkreis in dem Mikrocomputer eingebaut sein. In diesem Fall wird eine analoge Spannung (Ausgabespannung Vout), welche in einen analogen Einspeisungs-Anschluss eingespeist wird, innerhalb des Mikrocomputers A/D-gewandelt, um dadurch einen digitalen Wert (A/D-gewandelter Wert Dad) zur Verwendung in verschiedenen Prozessen zu erhalten.
  • Wie oben genannt, sind die Steuersysteme 10 und 50 der ersten und zweiten Ausführungsbeispiele bezüglich eines messbaren Bereiches des Sensorwiderstandes Rs leicht schmaler als die Steuersysteme 60 und 70 der dritten und vierten Ausführungsbeispiele, haben jedoch den Vorzug, dass, da die zweite Diode 65 überflüssig ist, die Kosten entsprechend verringert werden können. Welches der Steuersysteme 10, 50, 60 und 70 auszuwählen ist, kann durch Betrachtung eines Variationsbereiches des Sensorwiderstandes Rs eines Gassensorelementes bestimmt werden.

Claims (9)

  1. Steuersystem (10; 50; 60; 70), welches ein Gassensorelement (11; 51; 61; 71) mit einem Sensorwiderstand, welcher mit der Konzentration eines spezifischen Gases variiert, verwendet, umfassend: einen Impulseinspeisungspunkt (17; 88), in welchen ein Impulssignal eingespeist wird, wobei das Impulssignal eine sich wiederholende Wellenform mit einem ersten Potentialzustand und einem zweiten Potentialzustand umfasst; einen Kondensator (14; 64); einen Ladeschaltkreis (15, 16; 51, 16; 68; 78) zum Laden des Kondensators (14; 64) über ein Ladewiderstandselement (15; 51; 66; 71) während eines Zeitabschnittes, wenn das Impulssignal in dem ersten Potentialzustand in den Impulseinspeisungspunkt (17; 88) eingespeist wird; und einen Entladeschaltkreis (11; 55; 69; 79) zum Entladen des Kondensators (14; 64) über ein Entladewiderstandselement (11; 55; 61; 76) während eines Zeitabschnitts, wenn das Impulssignal in dem zweiten Potentialzustand in den Impulseinspeisungspunkt eingespeist wird; wobei zumindest entweder das Ladewiderstandselement (15; 51; 66; 71) des Ladeschaltkreises (15, 16; 51, 16; 68; 78) oder das Entladewiderstandselement (11; 55; 61; 76) des Entladeschaltkreises (11; 55; 69; 79) das Gassensorelement (11; 51; 61; 71) mit dem Sensorwiderstand umfasst und zumindest entweder ein Ladestrom des Ladeschaltkreises (15, 16; 51, 16; 68; 78) oder ein Entladestrom des Entladeschaltkreises (11; 55; 69; 79) mit dem Sensorwiderstand des Gassensorelementes (11; 51; 61; 71) variiert; und einen Steuerschaltkreis (13) umfassend: einen Mikrocomputer (20); und einen A/D-Wandler-Schaltkreis (19) zur A/D-Wandlung eines Potentials an einem Arbeitspunkt (Pd), welcher sich an einem Ende des Kondensators (14; 64) befindet, wobei das Potential mit dem Sensorwiderstand des Gassensorelementes (11; 51; 61; 71) variiert; wobei der Steuerschaltkreis (13) mit dem Impulseinspeisungspunkt (17; 88) verbunden ist und das Impulssignal ausgibt, wobei der Ladeschaltkreis (15, 16; 51, 16; 68; 78) derart konfiguriert ist, dass während des Ladens des Kondensators (14; 64) der Ladestrom durch den Impulseinspeisungspunkt (17; 88) oder von einer getrennten Energiequelle über ein Schaltelement, welches von dem Impulssignal angesteuert wird, in den Kondensator (14; 64) fließt; das Steuersystem (10; 50; 60; 70) derart konfiguriert ist, dass: der Kondensator (14; 64) nur während des Zeitabschnitts geladen wird, wenn das in dem ersten Potentialzustand befindliche Impulssignal in den Impulseinspeisungspunkt (17; 88) eingespeist wird; und der Kondensator (14; 64) nur während des Zeitabschnitts entladen wird, wenn das in dem zweiten Potentialzustand befindliche Impulssignal in den Impulseinspeisungspunkt (17; 88) eingespeist wird.
  2. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei: der Ladeschaltkreis (15, 16; 68) eine erste Zeitkonstante besitzt; der Entladeschaltkreis (11; 69) eine zweite Zeitkonstante besitzt; und das Entladewiderstandselement (11; 61) das Gassensorelement (11; 61) mit dem Sensorwiderstand umfasst und die zweite Zeitkonstante mit dem Sensorwiderstand variiert.
  3. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei: der Ladeschaltkreis (16, 51; 78) eine erste Zeitkonstante besitzt; das Ladewiderstandselement (51; 71) das Gassensorelement (51, 71) mit dem Sensorwiderstand umfasst und die erste Zeitkonstante mit dem Sensorwiderstand variiert; und der Entladeschaltkreis (55; 79) eine zweite Zeitkonstante besitzt.
  4. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei: der Ladeschaltkreis weiterhin eine Diode (16; 67) umfasst und zum Laden des Kondensators (14; 64) mit einer ersten Zeitkonstante über das Ladewiderstandselement (15; 66) und die Diode ausgebildet ist; das Entladewiderstandselement das Gassensorelement (11; 61) umfasst; und der Entladeschaltkreis dazu ausgebildet ist, das Entladen des Kondensators mit einer zweiten Zeitkonstante über das Gassensorelement zu bewirken.
  5. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei: das Ladewiderstandselement das Gassensorelement (51; 71) umfasst; der Ladeschaltkreis weiterhin eine Diode (16; 67) umfasst und zum Laden des Kondensators (14; 64) mit einer ersten Zeitkonstante über das Gassensorelement und die Diode ausgebildet ist; und der Entladeschaltkreis ausgebildet ist, das Entladen des Kondensators mit einer zweiten Zeitkonstante über das Entladewiderstandselement (55, 76) zu bewirken.
  6. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei: der Ladeschaltkreis (68) zum Laden des Kondensators (64) mit einer ersten Zeitkonstante über einen RD-Serienschaltkreis (68), umfassend das Ladewiderstandselement (66) und eine erste Diode (67), welche mit dem Ladewiderstandselement (66) in Serie verbunden ist, ausgebildet ist; das Entladewiderstandselement (61) das Gassensorelement (61) umfasst; und der Entladeschaltkreis (69) ausgebildet ist, das Entladen des Kondensators (64) mit einer zweiten Zeitkonstante über einen SD-Serienschaltkreis (69), umfassend das Gassensorelement (61) und eine zweite Diode (65), welche mit dem Gassensorelement (61) in Serie verbunden ist, zu bewirken und der SD-Serienschaltkreis (69) mit dem RD-Serienschaltkreis (68) parallel verbunden ist.
  7. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei: das Ladewiderstandselement (71) das Gassensorelement (71) umfasst; der Ladeschaltkreis (78) zum Laden des Kondensators (64) mit einer ersten Zeitkonstante über einen SD-Serienschaltkreis (78), umfassend das Gassensorelement (71) und eine erste Diode (67), welche mit dem Gassensorelement (71) in Serie verbunden ist, ausgebildet ist; und der Entladeschaltkreis (79) ausgebildet ist, das Entladen des Kondensators (64) mit einer zweiten Zeitkonstante über einen RD-Serienschaltkreis (79), umfassend das Entladewiderstandselement (76) und eine zweite Diode (65), welche mit dem Entladewiderstandselement (76) in Serie verbunden ist, zu bewirken und der RD-Serienschaltkreis (79) mit dem SD-Serienschaltkreis (78) parallel verbunden ist.
  8. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei entweder der erste Potentialzustand oder der zweite Potentialzustand ein Massepotentialzustand ist, und der andere Zustand ein positiver Potentialzustand ist, welcher ein höheres Potential als das Massepotential besitzt.
  9. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Steuerschaltkreis weiterhin umfasst: Ausgabebereichs-Beurteilungsmittel zum Beurteilen, ob ein in dem A/D-Wandlerschaltkreis erzeugter A/D-gewandelter Wert aus einem vorbestimmten Bereich herausfällt oder nicht herausfällt; und Schaltverhältnis-Modifiziermittel zum Modifizieren des Schaltverhältnisses des Impulssignals, so dass der A/D-gewandelte Wert in den vorbestimmten Bereich fällt, wenn der A/D-gewandelte Wert aus dem vorbestimmten Bereich herausfällt.
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