JP2002156350A - ガス検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 始動後可及的速やかに安定して早期に特定ガ
スを検知できるガス検出装置を提供する。 【解決手段】 自動車室内の外気導入制御システム１０
０は、２つのガスセンサ素子２，３をヒータ４で加熱し
て、そのセンサ抵抗値Ｒｇ，Ｒｄの変化から還元性ガス
及び酸化性ガスの濃度変化を検知するガス検出装置１５
０及びフラップ１７４を開閉する電子制御アセンブリ１
６０を含む。ヒータ制御回路１３０では、バッテリＢＴ
のバッテリ電圧ＶＢが、これを抵抗分割して入力するマ
イクロコンピュータ１０１の第３ＡＤ変換端子１０４に
よって検出され、ＰＷＭ端子１０５からのパルス信号Ｓ
ｈによってヒータ４がパルス駆動される。通常の作動期
間中、検出したバッテリ電圧ＶＢに基づいてヒータ４に
一定の作動時電力を供給するほか、始動後所定期間にわ
たり、作動時電力よりも大きい始動時電力を所定の経時
パターンで供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒータで加熱する
ことにより特定ガスを検知可能となるガスセンサ素子を
用いたガス検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ＳｎＯ２、ＷＯ３などの酸化物
半導体等を用いたガスセンサ素子では、特定ガスに反応
するように、ガスセンサ素子を約３００〜４００℃に加
熱する必要がある。このため、ガスセンサ素子の近傍に
ヒータを設け、あるいは同一の基板上にガスセンサ素子
とヒータとを設け、通電によりヒータを発熱させてガス
センサ素子を加熱し、ガスセンサ素子が特定ガスに十分
反応する状態となってから、センサ抵抗値を測定してガ
ス検出を行うガス検出装置が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかるガス検出装置に
おいては、安定して特定ガスを検出できるようになるた
めには、ガスセンサ素子のセンサ抵抗値がある程度安定
するまで待つ必要があった。例えば、自動車室内への外
気導入制御に用いるガス検出装置においては、ヒータに
電力を投入し始めてから、数分〜数１０分の時間を必要
とする場合があった。このため、自動車を始動した直後
には、適切にＮＯｘやＣＯ、ＨＣ（ハイドロカーボン）
などの排気ガス成分を検出することができず、外気導入
のためのフラップの適切な制御が困難であった。本発明
は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、始動
後可及的速やかに安定して早期に特定ガスを検知できる
ガス検出装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】その解決
手段は、特定ガスの濃度に応じてセンサ抵抗値が変化す
るガスセンサ素子、及びこのガスセンサ素子を加熱する
ヒータを有するガス検出装置であって、ヒータに電力を
供給する電源の電源電圧を検出する電源電圧検出回路
と、上記ガス検出装置の作動期間中、検出した上記電源
電圧に基づいて電力を制御して、上記ヒータに一定の作
動時電力を供給する作動時電力供給手段と、上記ガス検
出装置の始動後所定期間にわたり、上記作動時電力供給
手段に代えて、上記ヒータに電力を供給する始動時電力
供給手段であって、検出した上記電源電圧に基づいて電
力を制御して、上記作動時電力よりも大きい始動時電力
を所定の経時パターンで供給する始動時電力供給手段
と、を備えるガス検出装置である。

【０００５】例えば、自動車などでは、電源として搭載
しているバッテリーの電圧は、正常な場合には、例えば
９〜１６Ｖ（１２Ｖ定格バッテリーの場合）の範囲で経
時的に変化する。これに対し、本発明のガス検出装置で
は、電源電圧検出回路で電源の電源電圧を検出する。ま
た、作動時には、作動時電力供給手段によって、ヒータ
には一定の作動時電力が供給されるので、電源電圧が変
動したとしてもこれに拘わらず、一定条件でガスセンサ
素子を加熱することができる。さらに、始動時には、始
動時電力供給手段によって、ヒータには所定の経時パタ
ーンで始動時電力が供給されるので、電源電圧が変動し
たとしてもこれに拘わらず、始動時にも一定条件でガス
センサ素子を加熱することができる。

【０００６】しかも、この始動時電力は、作動時電力よ
りも大きい。当初から一定の作動時電力を与え続けるよ
りも、始動時には作動時電力より大きな始動時電力を与
えると、早くガスセンサ素子のセンサ抵抗値が安定にな
ることが判っている。従って、このようにすることで、
早くガスセンサ素子のセンサ抵抗値を安定させ、より早
期に特定ガスの検知ができるようになる。

【０００７】なお、電源としては、経時的に電源電圧の
変動が見込まれるものであっても良く、具体的には、バ
ッテリーが挙げられる。また、作動時電力供給手段や始
動時電力供給手段でヒータに一定の作動時電力や所定の
経時パターンの始動時電力を供給するのに際しては、公
知の電力制御手法を用いれば良く、例えばデューティ比
制御（ＰＷＭ）やＰＡＭ制御するものが挙げられる。ま
た、始動時電力の経時パターンとしては、適宜選択する
ことができるが、例えば、所定期間、作動時電力よりも
大きな一定電力を維持する経時パターン（なお、その
後、作動時電力にステップ状に切り換える）が挙げられ
る。また、時間の経過とともに、当初の大きな電力を作
動時電力に近づけるように、徐々に供給する電力を低下
させる経時パターン（なお、その後、一定の作動時電力
に切り換える）も有る。この場合には、例えば２，３段
など複数段の階段状に電力を低下させる手法や、段数を
十分大きくするなどして滑らかに電力を低下させるもの
もなどが挙げられる。また、低下のさせ方も、直線状で
なく、時間の経過とともに低下の度合いが小さくなるよ
うにして作動時電力に漸近するようにして低下させるこ
ともできる。さらに、階段状の低下と滑らかな低下とを
組み合わせた経時パターンとしても良く、この場合に
は、特に、経時パターンの終期に滑らかに変化させるの
が好ましい。

【０００８】さらに、上記ガス検出装置であって、前記
始動時電力供給手段における前記始動時電力の前記所定
の経時パターンは、前記ヒータのヒータ温度が、前記作
動時電力の供給によって略一定の安定な温度となる安定
時ヒータ温度よりも、一時的に高くなる期間を生じさせ
る経時パターンであるガス検出装置とすると良い。

【０００９】上記したように、当初から一定の作動時電
力を与え続けるよりも、始動時には作動時電力より大き
な始動時電力を与えると、早くガスセンサ素子のセンサ
抵抗値が安定になることが判っている。ガスセンサ素子
の温度が相対的に早く高くなるためであると考えられ
る。さらに、ガスセンサ素子の不使用時（ヒータ不使用
時）にガスセンサ素子に吸着・付着してしまった様々な
ガスや水分が、ヒータが昇温（従って、ガスセンサ素子
が昇温）すると、ガスや水分が徐々に解離や蒸発するこ
とも、ガスセンサ素子のセンサ抵抗値が安定するまでに
長時間を要する要因であることが判ってきた。

【００１０】これに対し、本発明のガス検出装置では、
安定時ヒータ温度よりもヒータ温度が一時的に高くなる
期間が生じるように、始動時電力の経時パターンを調整
している。ヒータ温度の変化に対して、ガスセンサ素子
の素子温度は、ほぼ相似のパターンで変化するから、ヒ
ータ温度が安定ヒータ温度を一時的に超える挙動をする
ときは、ガスセンサ素子の素子温度も、作動時の安定時
素子温度を一時的に超える挙動を示す。ガスセンサ素子
に吸着・付着していたガスや水分は、ガスセンサ素子の
素子温度が高くなると共に加速度的に解離や蒸発が進行
する。従って、最終的には同じ安定時ヒータ温度及び安
定時素子温度となったとしても、それまでに一旦高いヒ
ータ温度及び素子温度を経由したガスセンサ素子は、そ
のような高い温度を経由していないガスセンサ素子に比
して、吸着・付着しているガスや水分の量を大きく減少
させることができる。このため、結果としてセンサ抵抗
値を早期に安定にすることができる。

【００１１】さらに、上記ガス検出装置であって、前記
始動時電力供給手段における前記始動時電力の前記所定
の経時パターンは、前記ガスセンサ素子の素子温度が、
前記作動時電力の供給によって略一定の安定な温度とな
る安定時素子温度よりも、一時的に高くなる期間を生じ
させる経時パターンであるガス検出装置とすると良い。

【００１２】本発明のガス検出装置では、安定時素子温
度よりも素子温度が一時的に高くなる期間が生じるよう
に、始動時電力の経時パターンを調整している。ガスセ
ンサ素子に吸着・付着していたガスや水分は、ガスセン
サ素子の素子温度が高くなると共に加速度的に解離や蒸
発が進行する。従って、最終的には同じ安定時素子温度
となったとしても、それまでに一旦高い素子温度を経由
したガスセンサ素子は、そのような高い温度を経由して
いないガスセンサ素子に比して、吸着・付着しているガ
スや水分の量を大きく減少させることができる。このた
め、結果としてセンサ抵抗値を早期に安定にすることが
できる。

【００１３】あるいは、前記ガス検出装置であって、前
記始動時電力供給手段における前記始動時電力の前記所
定の経時パターンは、前記ヒータのヒータ温度が前記作
動時電力の供給によって略一定の安定な温度となる安定
時ヒータ温度よりも高くなる時点よりも、後まで継続す
るガス検出装置とすると良い。

【００１４】本発明のガス検出装置では、ヒータ温度が
安定時ヒータ温度よりも高くなる時点よりも後まで、作
動時電力よりも大きな始動時電力を供給する経時パター
ンが継続する。従って、ヒータ温度が安定時ヒータ温度
よりも高くなる期間が確実に生じる。このため、ヒータ
温度の挙動とほぼ相似の挙動を示すガスセンサ素子の素
子温度も、作動時の安定時素子温度を一時的に超える。
上述したように、ガスセンサ素子に吸着・付着していた
ガスや水分は、ガスセンサ素子の素子温度が高くなると
加速度的に解離や蒸発が進行するから、安定時ヒータ温
度及び安定時素子温度となるまでに、一旦高い温度を経
由したガスセンサ素子では、相対的に、吸着・付着して
いるガスや水分の量を大きく減少させることができる。
このため、結果として、センサ抵抗値を早期に安定にす
ることができる。

【００１５】あるいは、前記ガス検出装置であって、前
記始動時電力供給手段における前記始動時電力の前記所
定の経時パターンは、前記ガスセンサ素子の素子温度が
前記作動時電力の供給によって略一定の安定な温度とな
る安定時素子温度よりも高くなる時点よりも、後まで継
続するガス検出装置とすると良い。

【００１６】本発明のガス検出装置では、素子温度が安
定時素子温度よりも高くなる時点よりも後まで、作動時
電力よりも大きな始動時電力を供給する経時パターンが
継続する。従って、一時的にではあるが、素子温度が安
定時素子温度を超える期間が確実にできる。上述したよ
うに、ガスセンサ素子に吸着・付着していたガスや水分
は、ガスセンサ素子の温度が高くなると加速度的に解離
や蒸発が進行するから、安定時素子温度となるまでに、
一旦高い素子温度を経由したガスセンサ素子では、相対
的に、吸着・付着しているガスや水分の量を大きく減少
させることができる。このため、結果として、センサ抵
抗値を早期に安定にすることができる。

【００１７】さらに、上記いずれかに記載のガス検出装
置であって、前記始動時電力供給手段における前記始動
時電力の前記所定の経時パターンは、この始動時電力供
給手段による前記始動時電力の供給、及びその後の前記
作動時電力供給手段による前記作動時電力の供給の期間
にわたり、上記特定ガスの濃度変化がないとしたとき
に、上記ガスセンサ素子のセンサ抵抗値が、始動から６
０秒以内に略一定値となる変化を起こさせる経時パター
ンであるガス検出装置とすると良い。

【００１８】本発明のガス検出装置では、ガスセンサ素
子のセンサ抵抗値が、始動から６０秒以内に略一定値と
なる変化を起こさせる経時パターンで始動時電力を供給
するので、ガスセンサ素子のセンサ抵抗値が短時間の６
０秒以内で安定化し、それ以降には正しく特定ガスの濃
度変化を検出することができる。このため、このガス検
出装置を用いて自動車の外気導入制御や車室内の空気清
浄機制御などを行えば、自動車の始動からごく短い時間
で、制御を行うことができるようになる。

【００１９】あるいは、前記いずれかに記載のガス検出
装置であって、前記ガスセンサ素子は、前記特定ガスの
濃度の上昇に応じて前記センサ抵抗値が低下する特性を
有し、前記始動時電力供給手段における前記始動時電力
の前記所定の経時パターンは、この始動時電力供給手段
による前記始動時電力の供給、及びその後の前記作動時
電力供給手段による前記作動時電力の供給の期間にわた
り、上記特定ガスの濃度変化がないとしたときに、上記
ガスセンサ素子のセンサ抵抗値が、始動直後の極小点を
過ぎた後に、上昇しつつ一定値に近づく変化を起こさせ
る経時パターンであるガス検出装置とすると良い。

【００２０】一般に、当初から一定電圧（一定電力）で
ガスセンサ素子の加熱を始めると、始動時には大きかっ
たセンサ抵抗値が一旦低下して極小値となり、その後徐
々に上昇して、ほぼ一定値となる。しかし、作動時電力
よりも大きい始動時電力を当初に与える場合には、始動
時電力の与え方、つまり始動時電力の経時パターンによ
っては、ガスセンサ素子のセンサ抵抗値が、始動直後の
極小値を過ぎた後に、上昇して極大値を迎え、その後、
徐々に低下しながら一定値に近づくように変化すること
もある。しかし、ガスセンサ素子の中には、特定ガスの
濃度が上昇するとセンサ抵抗値が低下する特性を持つも
のがある。このような特性を持つガスセンサ素子につい
て、上述のように、センサ抵抗値が一旦極大値を迎え、
その後、徐々に低下しながら一定値に近づくような始動
時電力の経時パターンとすると、センサ抵抗値が徐々に
低下しているために、特定ガスの濃度が上昇していると
誤検知する危険性がある。

【００２１】これに対し、本発明のガス検出装置では、
このような特定ガスの濃度の上昇に応じてセンサ抵抗値
が低下する特性のガスセンサ素子を用いる場合に、始動
時電力の所定の経時パターンを、センサ抵抗値が始動直
後の極小値を過ぎた後に、上昇しつつ一定値に近づく変
化を起こさせる経時パターンとする。これにより、この
ガスセンサ素子について、特定ガスの濃度が上昇してい
るという誤検知を起こすことが無くなる。

【００２２】さらに他の解決手段は、特定ガスの濃度に
応じてセンサ抵抗値が変化するガスセンサ素子、及びこ
のガスセンサ素子を加熱するヒータを有するガス検出装
置であって、上記ヒータに電力を供給する電源の電源電
圧を検出する電源電圧検出回路と、上記ヒータと上記電
源との間に介在して、上記ヒータと電源との回路を開閉
するスイッチング手段と、上記ガス検出装置の作動期間
中、上記ヒータに一定の作動時電力を供給するように、
検出した上記電源電圧に基づいて上記スイッチング手段
の開閉の作動時デューティ比を制御する作動時デューテ
ィ比制御手段と、上記ガス検出装置の始動後所定期間に
わたり、上記作動時デューティ比制御手段に代えて、上
記ヒータに上記作動時電力よりも大きい始動時電力を所
定の経時パターンで供給するように、検出した上記電源
電圧に基づいて上記スイッチング手段の開閉の始動時デ
ューティ比を制御する始動時デューティ比制御手段と、
を備えるガス検出装置である。

【００２３】本発明のガス検出装置では、電源電圧検出
回路で電源の電源電圧を検出する。また、ヒータと電源
との回路を開閉するスイッチング手段を有する。ここ
で、作動期間中は、作動時デューティ比制御によって、
ヒータには一定の作動時電力を供給するように作動時デ
ューティ比を制御するので、電源電圧が変動したとして
もこれに拘わらず、一定条件でガスセンサ素子を加熱す
ることができる。さらに、始動時には、始動時デューテ
ィ比制御手段によって、ヒータには所定の経時パターン
で始動時電力を供給するように始動時デューティ比を制
御するので、電源電圧が変動したとしてもこれに拘わら
ず、始動時にも所定の経時パターンでガスセンサ素子を
加熱することができる。

【００２４】しかも、始動時には、作動時電力よりも大
きい始動時電力が供給される。当初から一定の作動時電
力を与え続けるよりも、始動時には作動時電力より大き
な始動時電力を与えると、早くガスセンサ素子のセンサ
抵抗値が安定になることが判っている。従って、このよ
うにすることで、早くガスセンサ素子のセンサ抵抗値を
安定させ、より早期に特定ガスの検知ができるようにな
る。

【００２５】さらに、上記ガス検出装置であって、前記
始動時デューティ比制御手段における前記始動時電力の
前記所定の経時パターンは、前記ヒータのヒータ温度
が、前記作動時電力の供給によって略一定の安定な温度
となる安定時ヒータ温度よりも、一時的に高くなる期間
を生じさせる経時パターンであるガス検出装置とするの
が好ましい。

【００２６】このガス検出装置では、安定時ヒータ温度
よりもヒータ温度が一時的に高くなる期間が生じるよう
に、始動時電力の経時パターンを調整している。ガスセ
ンサ素子の素子温度は、ヒータ温度の挙動とほぼ相似の
挙動となるから、ガスセンサ素子の素子温度も、作動時
の安定時素子温度を一時的に超える。前記したように、
ガスセンサ素子に吸着・付着していたガスや水分は、ガ
スセンサ素子の素子温度が高くなると加速度的に解離や
蒸発が進行する。このため、安定時ヒータ温度及び安定
時素子温度となるまでに、一旦高いヒータ温度及び素子
温度を経由したガスセンサ素子は、そうでないガスセン
サ素子に比して、吸着・付着しているガスや水分の量を
大きく減少させることができる。従って、結果としてセ
ンサ抵抗値を早期に安定化させうる。

【００２７】あるいは、前記ガス検出装置であって、前
記始動時デューティ比制御手段における前記始動時電力
の前記所定の経時パターンが、上記始動時電力の供給に
より、前記ヒータのヒータ温度が前記作動時電力の供給
によって略一定の安定な温度となる安定時ヒータ温度よ
りも高くなる時点よりも、後まで継続するガス検出装置
とするのが好ましい。

【００２８】本発明のガス検出装置では、ヒータ温度が
安定時ヒータ温度よりも高くなる時点よりも後まで、作
動時電力よりも大きな始動時電力を供給する経時パター
ンが継続する。従って、ヒータ温度が安定時ヒータ温度
よりも高くなる期間が確実に生じる。このため、ヒータ
温度の挙動とほぼ相似の挙動となるガスセンサ素子の素
子温度も、作動時の安定時素子温度を一時的に超える。
上述したように、ガスセンサ素子に吸着・付着していた
ガスや水分は、ガスセンサ素子の素子温度が高くなると
加速度的に解離や蒸発が進行する。このため、安定時ヒ
ータ温度及び安定時素子温度となるまでに、一旦高い温
度を経由したガスセンサ素子では、相対的に、吸着・付
着しているガスや水分の量を大きく減少させることがで
きる。従って、結果として、センサ抵抗値を早期に安定
化しうる。

【００２９】さらに、上記ガス検出装置であって、前記
始動時デューティ比制御手段における前記始動時電力の
前記所定の経時パターンは、前記ガスセンサ素子の素子
温度が、前記作動時電力の供給によって略一定の安定な
温度となる安定時素子温度よりも、一時的に高くなる期
間を生じさせる経時パターンであるガス検出装置とする
のが好ましい。

【００３０】このガス検出装置では、安定時素子温度よ
りも素子温度が一時的に高くなる期間が生じるように、
始動時電力の経時パターンを調整している。前記したよ
うに、ガスセンサ素子に吸着・付着していたガスや水分
は、ガスセンサ素子の素子温度が高くなると加速度的に
解離や蒸発が進行する。このため、安定時素子温度とな
るまでに、一旦高い素子温度を経由したガスセンサ素子
は、そうでないガスセンサ素子に比して、吸着・付着し
ているガスや水分の量を大きく減少させることができ
る。従って、結果としてセンサ抵抗値を早期に安定化さ
せうる。

【００３１】あるいは、前記ガス検出装置であって、前
記始動時デューティ比制御手段における前記始動時電力
の前記所定の経時パターンが、上記始動時電力の供給に
より、前記ガスセンサ素子の素子温度が前記作動時電力
の供給によって略一定の安定な温度となる安定時素子温
度よりも高くなる時点よりも、後まで継続するガス検出
装置とするのが好ましい。

【００３２】本発明のガス検出装置では、素子温度が安
定時素子温度よりも高くなる時点よりも後まで、作動時
電力よりも大きな始動時電力を供給する経時パターンが
継続する。従って、ガスセンサ素子の素子温度が、作動
時の安定時素子温度を一時的に超える。上述したよう
に、ガスセンサ素子に吸着・付着していたガスや水分
は、ガスセンサ素子の素子温度が高くなると加速度的に
解離や蒸発が進行する。このため、安定時素子温度とな
るまでに、一旦高い温度を経由したガスセンサ素子で
は、相対的に、吸着・付着しているガスや水分の量を大
きく減少させることができる。従って、結果として、セ
ンサ抵抗値を早期に安定化しうる。

【００３３】さらに、前記ガス検出装置であって、前記
電源電圧検出回路で検出した電源電圧をＶＢ、前記電源
が取りうる最も低い電源電圧値をＶＢＬとしたとき、前
記作動時デューティ比制御手段は、前記作動時デューテ
ィ比ＤＤを、下記式（１）によって与え、 ＤＤ＝Ｍ²／ＶＢ² （１） 但し、Ｍは、Ｍ＜ＶＢＬである定数、前記始動時デュー
ティ比制御手段は、前記始動時デューティ比ＤＳを、下
記式（２）によって与える ＤＳ＝Ｌ²／ＶＢ² （２） 但し、Ｌは、Ｍ＜Ｌ＜ＶＢＬである定数 ガス検出装置とすると良い。

【００３４】本発明のガス検出装置では、作動時デュー
ティ比ＤＤ及び始動時デューティ比ＤＳを、上記式
（１）及び（２）で与えるので、現在の電源電圧ＶＢが
電源が取りうる最も低い電源電圧値ＶＢＬより高い場合
には、デューティー比が１（＝１００％）以下になるか
ら確実に制御することが出来る。なお、電源電圧ＶＢが
ＶＢＬを下回った場合には、正常な範囲を下回っている
のであるから、電源に何らかの異常が生じていると考え
られる。

【００３５】あるいは、前記ガス検出装置であって、前
記電源電圧検出回路で検出した電源電圧をＶＢ、前記電
源が取りうる最も低い電源電圧値をＶＢＬとしたとき、
前記作動時デューティ比制御手段は、前記作動時デュー
ティ比ＤＤを、下記式（１）によって与え、 ＤＤ＝Ｍ²／ＶＢ² （１） 但し、Ｍは、Ｍ＜ＶＢＬである定数、 前記始動時デューティ比制御手段は、前記始動時デュー
ティ比のうち、始動時から第１所定時までの第１始動時
デューティ比ＤＳ１を、下記式（３）によって与え、 ＤＳ１＝Ｌ²／ＶＢ² （３） 但し、Ｌは、Ｍ＜Ｌ＜ＶＢＬである定数 第１所定時後、前記所定期間経過までの第２始動時デュ
ーティ比ＤＳ２を、上記第１始動時デューティ比ＤＳ１
から、作動時デューティ比ＤＤに徐々に近づけるように
変化させて与えるガス検出装置とすると良い。

【００３６】本発明のガス検出装置では、作動時デュー
ティ比ＤＤ及び第１始動時デューティ比ＤＳ１を、上記
式（１）及び（３）で与えるので、現在の電源電圧ＶＢ
が電源が取りうる最も低い電源電圧値ＶＢＬより高い場
合には、デューティー比ＤＤ、ＤＳ１，ＤＳ２のいずれ
もが１（＝１００％）以下になるから確実に制御するこ
とが出来る。しかも、第１所定時後、前記所定期間経過
までの第２始動時デューティ比ＤＳ２を、第１始動時デ
ューティ比ＤＳ１から、作動時デューティ比ＤＤに徐々
に近づけるように変化させる。つまり、始動時デューテ
ィ比制御手段は、ガス検出装置の始動後所定期間のう
ち、少なくとも終期において、始動時デューティ比を、
作動時デューティ比に徐々に近づけるように変化させ
る。このため、デューティ比が、始動して所定時間経過
した前後で急変しないので、ヒータにヒートショックが
かかりにくく、ヒータの寿命の短縮化を防止できる。

【００３７】さらに他の解決手段は、特定ガスの濃度に
応じてセンサ抵抗値が変化するガスセンサ素子、及びこ
のガスセンサ素子を加熱するヒータを有するガス検出装
置であって、ヒータに電力を供給する電源の電源電圧を
検出する電源電圧検出回路と、上記ガス検出装置の作動
期間中、検出した上記電源電圧に基づいて上記ヒータに
供給する電力を制御するヒータ加熱手段であって、上記
ガス検出装置の起動後、上記ヒータのヒータ温度を、一
時的に高いヒータ温度の期間を経由してから、これより
の低いヒータ温度に安定させるヒータ加熱手段と、を有
するガス検知装置である。

【００３８】本発明のガス検出装置では、検出した電源
電圧に基づいてヒータに供給する電力を制御しつつ、ヒ
ータ温度を、一時的に高い期間を経由して、これより低
いヒータ温度に安定させるヒータ加熱手段を有する。ガ
スセンサ素子の素子温度は、ヒータ温度の挙動とほぼ相
似の挙動を示すから、このヒータ加熱手段によれば、素
子温度についても、一時的に高い素子温度の期間を経由
してから安定な素子温度となる。前記したように、ガス
センサ素子に吸着・付着していたガスや水分は、ガスセ
ンサ素子の素子温度が高くなると加速度的に解離や蒸発
が進行する。従って、最終的には同じヒータ温度及び素
子温度となったとしても、それまでに一旦高いヒータ温
度及び素子温度を経由したガスセンサ素子は、そのよう
な高い温度を経由していないガスセンサ素子に比して、
吸着・付着しているガスや水分の量を大きく減少させる
ことができる。このため、本発明のガス検知装置のよう
にヒータ温度を一時的に高い温度にしてから低い温度に
安定させることによって、結果としてセンサ抵抗値を早
期に安定にすることができる。

【００３９】さらには、特定ガスの濃度に応じてセンサ
抵抗値が変化するガスセンサ素子、及びこのガスセンサ
素子を加熱するヒータを有するガス検出装置であって、
ヒータに電力を供給する電源の電源電圧を検出する電源
電圧検出回路と、上記ガス検出装置の作動期間中、検出
した上記電源電圧に基づいて上記ヒータに供給する電力
を制御するヒータ加熱手段であって、上記ガス検出装置
の起動後、上記ガスセンサ素子の素子温度を、一時的に
高い素子温度の期間を経由してから、これよりも低い素
子温度に安定させるヒータ加熱手段と、を有するガス検
知装置とするのが好ましい。

【００４０】本発明のガス検出装置では、検出した電源
電圧に基づいてヒータに供給する電力を制御しつつ、素
子温度を、一時的に高い期間を経由して低い温度に安定
させるヒータ加熱手段を有する。前記したように、ガス
センサ素子に吸着・付着していたガスや水分は、ガスセ
ンサ素子の素子温度が高くなると加速度的に解離や蒸発
が進行する。従って、最終的には同じ素子温度となった
としても、それまでに一旦高い素子温度を経由したガス
センサ素子は、そのような高い温度を経由していないガ
スセンサ素子に比して、吸着・付着しているガスや水分
の量を大きく減少させることができる。このため、本発
明のガス検知装置のように素子温度を一時的に高い温度
にしてから低い温度に安定させることによって、結果と
してセンサ抵抗値を早期に安定にすることができる。

【００４１】

【発明の実施の形態】（実施形態１）本発明の第１の実
施形態にかかるガス検出装置及び車両用外気導入制御シ
ステムを、図１〜図１１を参照して説明する。図１に示
すように、本実施形態のガス検出装置に使用するガスセ
ンサ素子２，３及びヒータ４は、単一のセラミック基板
１に形成されて一体型ガスセンサ素子１０を構成してい
る。このうち、還元性ガス用ガスセンサ素子（以下、単
にＧ素子ともいう）２は、ＳｎＯ₂を主成分とする酸化
物半導体から成る抵抗体であり、主としてＣＯ，ＨＣ
（ハイドロカーボン）などの還元性ガスに反応する性質
を有する。一方、酸化性ガス用ガスセンサ素子（以下、
単にＤ素子ともいう）３は、ＷＯ ₃を主成分とする酸化
物半導体から成る抵抗体であり、主としてＮＯｘなどの
酸化性ガスに反応する性質を有する。これらは、常温で
はガスに反応せず、ヒータ４で約２００〜４００℃程度
に加熱することで、それぞれ還元性ガスあるいは酸化性
ガスに反応できる活性状態となる。ヒータ４は、セラミ
ック基板１に形成された抵抗配線によって構成されてお
り、所定の電圧を印加することで、Ｇ素子およびＤ素子
が活性状態となる温度まで加熱されるように抵抗値など
の特性が選択されている。

【００４２】Ｇ素子２は、活性状態において、還元性ガ
スの濃度が上昇すると、そのセンサ抵抗値Ｒｇが低下す
る方向に変化する。このため、Ｇ素子２のセンサ抵抗値
Ｒｇの変化によって、還元性ガスの濃度変化を検知する
ことができる。一方、Ｄ素子３は、活性状態において、
酸化性ガスの濃度が上昇すると、そのセンサ抵抗値Ｒｄ
が上昇する方向に変化する。このため、Ｄ素子３のセン
サ抵抗値Ｒｄの変化によって、酸化性ガスの濃度変化を
検知することができる。

【００４３】ところで、ヒータ４で加熱を開始してか
ら、Ｇ素子２及びＤ素子３が活性化し、そのセンサ抵抗
値Ｒｇ，Ｒｄが安定して還元性や酸化性のガスの濃度に
応じた抵抗変化を示すことができるようになるまでに
は、時間が掛かる。この始動時の特性変化を測定するべ
く、以下のようにしてＤ素子２及びＧ素子３の特性を測
定した。即ち、図２（ａ）に示すように、Ｇ素子２と抵
抗値Ｒａを有する抵抗１１とでＶｓ＝５Ｖの電圧を抵抗
分割し、バッファ１２を通してＧ素子２にかかる電圧
（以下、単にＧ素子電圧ともいう）Ｖｇを測定する。同
じく、図２（ｂ）に示すように、Ｄ素子３と抵抗値Ｒｂ
を有する抵抗１３とでＶｓ＝５Ｖの電圧を抵抗分割し、
バッファ１４を通してＤ素子３にかかる電圧（以下、単
にＤ素子電圧ともいう）Ｖｄを測定する。さらに、図２
（ｃ）に示すように、電圧可変の直流電源１５をスイッ
チ１６を介してヒータ４に接続する。

【００４４】この状態で、直流電源１５の電圧ＥをＥ＝
５Ｖとして、スイッチ１６を閉じ、ヒータ４に電圧を印
加する。すると、ヒータ４にはその抵抗値に応じた電力
が投入される。なお、以下では、ヒータに投入される電
力を比較可能とするため、ヒータに印加される電圧で電
力を表現することとし、ヒータ４にＤＣ５Ｖを印加した
ときに投入される電力を５Ｖ電力と表現することにす
る。また、以下の測定はいずれも、還元性ガス及び酸化
性ガスの濃度変化のない状態、さらに言えば、ＣＯ，Ｈ
Ｃ，ＮＯｘなどの無い清浄環境下で、かつ環境温度２０
℃、相対湿度３５％ＲＨの一定条件下で測定した。

【００４５】時間＝０以降ヒータ４に電圧が印加される
と、ヒータ４が加熱され、それと共にＧ素子２及びＤ素
子３が加熱され、Ｇ素子電圧Ｖｇ及びＤ素子電圧Ｖｄ
は、図３のグラフに示すように変化する。即ち、Ｇ素子
２，Ｄ素子３とも、冷えた状態（加熱当初）はほぼ絶縁
体に近い状態であり、従って、加熱当初は、Ｇ素子電圧
Ｖｇ、Ｄ素子電圧Ｖｄ共に、ほぼ５Ｖに近い高い値とな
る。なお、図３のグラフでは、加熱当初約３．８Ｖ一定
となっているのは、バッファ１２，１４の最大出力値が
３．８Ｖであるためである。

【００４６】その後、Ｇ素子２，Ｄ素子３とも、センサ
抵抗値Ｒｇ，Ｒｄが急速に低下し、図３のグラフでは時
間１０秒付近で極小値が得られる。その後、Ｇ素子２，
Ｄ素子３とも、センサ抵抗値Ｒｇ，Ｒｄが徐々に増加
し、次第に一定値に近づく。この図３のグラフから判る
ように、当初から直流電圧Ｅ＝５Ｖを印加して５Ｖ電力
を供給し続けると、Ｇ素子２及びＤ素子３とも、Ｇ素子
電圧ＶｇやＤ素子電圧Ｖｄ（抵抗値ＲｇやＲｄ）が安定
するまでに、１８０秒以上の時間が掛かることが判る。
従って、このようにしてＧ素子やＤ素子を活性化させる
と、ヒータ４の加熱開始から数分程度の期間に還元性ガ
スや酸化性ガスの濃度変化が生じても精度の良い検知が
困難であることが判る。

【００４７】そこで、早期にＧ素子やＤ素子の抵抗値Ｒ
ｇ，Ｒｄを安定化させるため、加熱当初に、通常の作動
時よりも大きな電力を投入するようにする。具体的に
は、図４のグラフに示すように、ヒータ４の加熱当初か
ら２０秒間だけ、直流電源１１５の電圧をＥ＝７Ｖにし
て、この期間だけ７Ｖ電力を投入するようにする。する
と、図４のグラフに示すように、Ｇ素子電圧ＶｇやＤ素
子電圧Ｖｄ（抵抗値ＲｇｄやＲｄ）が早く安定し、Ｇ素
子２は４０秒程度、Ｄ素子３は６０秒程度でほぼ安定さ
せ得ることが判る。

【００４８】但し、Ｇ素子２については、図５に示すよ
うに、加熱当初に過剰な電力（例えば、９Ｖ電力×３０
ｓｅｃ）を投入すると、その後（３０秒経過後）に一定
電圧（例えばＥ＝５Ｖ）で電力を投入しているにも拘わ
らず、Ｇ素子電圧Ｖｇ（抵抗値Ｒｇ）が、一旦極大値
（図５では４０秒前後に現れる極大値）を取った後、徐
々に低下しながら安定する傾向がある。この場合にも、
比較的短時間（図５では１２０秒程度）で安定するの
で、図３に示す一定電圧（例えばＥ＝５Ｖ）で電力を供
給し続ける場合に比較すると早い。しかし、Ｇ素子２
は、前述したように、還元性ガスの濃度が上昇すると抵
抗値Ｒｇが低下する性質を有する。このため、十分安定
する以前にガス検知を行うと、抵抗値Ｒｇの低下をＣＯ
などの還元性ガスの増加と誤検知する危険性がある。

【００４９】かかる知見に基づいて、Ｇ素子２、Ｄ素子
３、ヒータ４を用いたガス検出装置１５０、及びこれに
よって開閉制御される自動車車室内への外気導入用フラ
ップの駆動回路を構成して外気導入用フラップを制御す
る外気導入制御システム１００を図６，図７に示す。即
ち、本制御システム１００のうち、ガス検出装置１５０
は、マイクロコンピュータ１０１、及び、Ｇ素子２のセ
ンサ抵抗値Ｒｇの変化に応じた電圧を出力するＧ素子回
路１１０、Ｄ素子３のセンサ抵抗値Ｒｄの変化に応じた
電圧を出力するＤ素子回路１２０、Ｇ素子２，Ｄ素子３
を加熱するヒータ４を制御するヒータ制御回路１３０、
マイクロコンピュータ１０１、Ｇ素子回路１１０、及び
Ｄ素子回路１２０に駆動電圧Ｖｃｃ（＝５Ｖ）を供給す
るレギュレータ回路１４０を備える。

【００５０】さらに、マイクロコンピュータ１０１の出
力端子（ＯＵＴ）１０６は、電子制御アセンブリ１６０
と接続している。この電子制御アセンブリ１６０は、本
実施形態では、自動車室内につながるダクト１７１に二
股状に接続された、内気を取り入れ循環させる内気取り
入れ用ダクト１７２と外気を取り入れる外気取り入れ用
ダクト１７３とを切り替えるフラップ１７４を制御する
ものである。即ち、出力端子１０６からのアセンブリ制
御信号、具体的にはフラップ開閉信号Ｓｆに従って、フ
ラップ制御回路１６１が駆動され、アクチュエータ１６
２が動作して、フラップ１７４が回動して内気取り入れ
用ダクト１７２及び外気取り入れ用ダクト１７３のいず
れかをダクト１７１に接続する。ダクト１７１内には、
空気を室内に圧送するファン１７５が設置されている。
例えば、図７において実線で示すように、フラップ１７
４が外気取り入れ用ダクト１７３を塞ぐことで、外気の
室内への進入が阻止され、ダクト１７１は内気取り入れ
用ダクト１７２と連通して内気循環状態となる。逆に、
破線で示すように、フラップ１７４が内気取り入れ用ダ
クト１７２を塞ぐと、ダクト１７１は外気取り入れ用ダ
クト１７３と連通して外気が室内へ取り入れられる。

【００５１】マイクロコンピュータ１０１は、詳細は図
示しないが、公知の構成を有し、演算を行うマイクロプ
ロセッサ、プログラムやデータを一時記憶しておくＲＡ
Ｍ、プログラムやデータを保持するＲＯＭ、第１，第
２，第３ＡＤ変換入力端子（ＡＤ１，ＡＤ２，ＡＤ３）
１０２，１０３，１０４をそれぞれ有する３つの８ｂｉ
ｔＡ／Ｄ変換回路をも含む。またＰＷＭ端子１０５から
はＰＷＭ信号を出力することができる。また、レギュレ
ータ回路１４０は、レギュレータ１４１によって、バッ
テリ電圧ＶＢの変動に拘わらず、常に電圧Ｖｃｃ＝５Ｖ
を発生し、供給する。マイクロコンピュータ１０１に
は、Ｖｃｃ端子１０７を通じて電圧Ｖｃｃが供給され
る。

【００５２】また、Ｇ素子回路１１０は、Ｇ素子２と抵
抗値Ｒａの抵抗１１１とでＶｃｃ（＝５Ｖ）を抵抗分圧
する回路であり、センサ抵抗値Ｒｇに応じてこの分圧点
である動作点ＰｇのＧ素子電圧Ｖｇが変化する。具体的
には、ＣＯ，ＨＣなどの還元性ガスの濃度が上昇する
と、動作点ＰｇのＧ素子電圧Ｖｇが低下するように変化
する。このＧ素子電圧Ｖｇは、マイクロコンピュータ１
０１の第１ＡＤ変換入力端子（ＡＤ１）１０２に入力さ
れる。同様に、Ｄ素子回路１２０は、Ｄ素子３と抵抗値
Ｒｂの抵抗１２１とでＶｃｃ（＝５Ｖ）を抵抗分圧する
回路であり、センサ抵抗値Ｒｄに応じてこの分圧点であ
る動作点ＰｄのＤ素子電圧Ｖｄが変化する。具体的に
は、ＮＯｘなどの酸化性ガスの濃度が上昇すると、動作
点ＰｄのＤ素子電圧Ｖｄが上昇するように変化する。こ
のＤ素子電圧Ｖｄは、マイクロコンピュータ１０１の第
２ＡＤ変換入力端子（ＡＤ２）１０３に入力される。第
１，第２ＡＤ変換入力端子１０２，１０３に入力された
Ｇ素子電圧Ｖｇ及びＤ素子電圧Ｖｄの変化に応じて、マ
イクロコンピュータ１０１で公知の手法により、還元性
ガスや酸化性ガスの濃度変化を検知する。その結果に基
づき、マイクロコンピュータ１０１の出力端子１０６を
通じて、フラップ制御回路１６１及びアクチュエータ１
６２が駆動され、ダクト１７１内のフラップ１７４を開
閉する。

【００５３】さらに、ヒータ４については、ヒータ制御
回路１３０で通電を制御する。自動車においてガスセン
サ素子を用いる場合には、ヒータ４に電力を供給するに
あたり、車載バッテリＢＴから電源を得る必要がある。
ところで、この車載バッテリ４は、上述した実験などで
使用した直流電源１５などと異なり、そのバッテリ電圧
ＶＢが時間とともに変動する。例えば、自動車の始動時
には、スタータ等を起動するため、大量の電流を消費す
るので、バッテリ電圧ＶＢは低くなる。バッテリー容量
にもよるが、一般に１２Ｖ定格の鉛蓄電池タイプのバッ
テリＢＴで、正常な変動範囲がＶＢ＝９〜１６Ｖ程度と
見込まれる。

【００５４】そこで、マイクロコンピュータ１０１など
を含め、レギュレータ回路１４０からヒータ４に常に一
定の電圧Ｖｃｃを印加することも考えられる。しかし、
マイクロコンピュータ１０１などに加えて、大きな電力
を消費するヒータ４にレギュレータ回路１４０から電力
を供給することとした場合には、レギュレータ１４１を
大型のものとする必要があり、コストアップとなる。

【００５５】これに対し本実施形態では、図６に示すヒ
ータ制御回路１３０を用いてヒータ４をＰＷＭ制御によ
り電力制御する。まず、バッテリ電圧ＶＢをマイクロコ
ンピュータ１０１の第３ＡＤ変換入力端子（ＡＤ３）１
０４に入力して検出する。具体的には、入力電圧レベル
を５Ｖ以下に調整するため、抵抗１３１，１３２でバッ
テリ電圧ＶＢを１／４に分割した分割バッテリ電圧ＶＥ
を第３ＡＤ変換入力端子１０４に入力し、Ａ／Ｄ変換し
て分割バッテリ電圧ＶＥを計測する。一方、ＰＷＭ端子
１０５からは、分割バッテリ電圧ＶＥ、及びヒータ４に
投入する電力パターンに応じたデューティ比（ｔ１／Ｔ
＝ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）：Ｔは周期）を有するヒータ制
御用のパルス信号Ｓｈが出力される。パルス信号Ｓｈ
は、抵抗１３４を通じてトランジスタ１３５のベースに
入力され、トランジスタ１３５をオンオフさせる。なお
抵抗１３６はバイアス抵抗である。これにより、抵抗１
３７，１３８に接続するＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ１３
３のゲート電位が変化し、ＭＯＳＦＥＴ１３３も同様に
オンオフする。従って、ヒータ４には、スイッチとして
働くＭＯＳＦＥＴ１３３を介してデューティ比（ｔ１／
Ｔ）のパルス電圧及びパルス電力が印加、供給される。
このようにすると、レギュレータ１４１に小型で安価な
ものを用いることができるから、全体としても安価にで
きる。

【００５６】次いで、上記ヒータ４のヒータ制御回路１
３０による制御について、図８，図９を参照して説明す
る。エンジンが駆動されると、マイクロコンピュータ１
０１が起動し、必要なプログラムがＲＯＭから読み込ま
れて、以下のようにヒータ制御回路１３０が制御され
る。具体的には、ＰＷＭ端子１０５からヒータ制御用の
パルス信号Ｓｈが出力される。上記したように、バッテ
リＢＴのバッテリ電圧ＶＢは変動する。しかし、バッテ
リＢＴが正常である場合には、バッテリ電圧はＶＢ＝９
〜１６Ｖの範囲内にあり、従って、最も低いバッテリ電
圧ＶＢＬ＝９Ｖを下回ることはないと考えられる。一
方、デューティ比は１００％を越える値を取り得ない。
そこで、ヒータ４の加熱において、このＶＢＬ＝９Ｖよ
りも低い直流電圧値、具体的にはＬ＝ＤＣ７Ｖ、あるい
はＭ＝ＤＣ５Ｖで通電し続けたのに相当する電力をヒー
タ４に供給するのであれば、デューティ比が１００％以
下の範囲で制御できることになる。そこで、以下では、
始動後２０秒間は７Ｖ電力を供給し、その後５Ｖ電力を
供給し続けるパターンでヒータ４を制御する。これは、
図４を参照して説明した電力パターンと同じものであ
る。

【００５７】そこでまず、図８に示すように、ステップ
Ｓ１で初期値を設定する。タイマ変数を初期化し（ＴＩ
ＭＥ＝０）、７Ｖ電力供給の際の始動時デューティ比Ｄ
Ｓを算出するための初期値ＬＬ＝４９（＝Ｌ²＝７²）、
５Ｖ電力供給の際の作動時デューティ比ＤＤを算出する
ための初期値ＭＭ＝２５（＝Ｍ²＝５²）を設定する。電
圧に対し電力は電圧の２乗の関係を有するからである。

【００５８】次いで、ステップＳ２で、第３ＡＤ変換入
力端子１０４を通じて、分割バッテリ電圧ＶＥ（＝ＶＢ
／４）を取得する。ステップＳ３で分割バッテリ電圧Ｖ
Ｅが所定の範囲２．２５Ｖ≦ＶＥ≦４．０Ｖ（つまり、
９Ｖ≦ＶＢ≦１６Ｖ）の範囲にあるか否かを判断する。
この範囲外である場合（Ｎｏ）には、バッテリ電圧ＶＢ
が異常であるとしてステップＳ８に進み、故障であるこ
とを出力をし、再びステップＳ２に戻る。

【００５９】一方、上記範囲内である場合（Ｙｅｓ）に
は、ステップＳ４に進み、始動時デューティ比ＤＳを、
ＤＳ＝ＬＬ／１６ＶＥ²（＝ＬＬ／ＶＢ²）によって求め
る。例えば、ＶＢ＝１２Ｖであった場合には、ＶＥ＝１
２／４＝３となり、ＤＳ＝４９／（１６×３²）＝０．
３４（＝３４％）が得られる。その後、ステップＳ５に
おいて、得られた始動時デューティ比ＤＳ（例えば０．
３４）に従うパルス信号ＳｈをＰＷＭ端子１０５から出
力し、ヒータ制御回路１３０を用いてヒータ４を始動時
デューティ比ＤＳでパルス駆動する。なお、パルス信号
Ｓｈの周波数ｆｓｈは、１５Ｈｚ（周期Ｔ＝０．０６７
ｓｅｃ）とした。このようにしてバッテリ電圧ＶＢに応
じた始動時デューティ比ＤＳでヒータ４をパルス駆動す
るので、ヒータ４には、ＤＣ７Ｖを印加したのと同様の
電力（７Ｖ電力）が投入される。

【００６０】その後、ステップＳ６でサイクルタイムで
ある０．４秒の経過を待ち、ステップＳ７でタイマ変数
ＴＩＭＥ≧２０秒であるか否か、つまり始動時から２０
秒経過したか否かを判断し、経過前の場合（Ｎｏ）に
は、ステップＳ２に戻る。一方、２０秒経過した場合
（Ｙｅｓ）には、ステップＳ９に進む（図９参照）。２
０秒経過により始動時の７Ｖ電力の投入が終了する。

【００６１】ステップＳ９では、ステップＳ２と同様に
第３ＡＤ変換入力端子１０４を通じて、分割バッテリ電
圧ＶＥ（＝ＶＢ／４）を取得する。次いで、ステップＳ
１０で、ステップＳ３と同じく、分割バッテリ電圧ＶＥ
が所定の範囲２．２５Ｖ≦ＶＥ≦４．０Ｖ（つまり、９
Ｖ≦ＶＢ≦１６Ｖ）の範囲にあるか否かを判断する。こ
の範囲外である場合（Ｎｏ）には、バッテリ電圧ＶＢの
異常としてステップＳ１４に進み、故障であることを出
力をし、再びステップＳ９に戻る。

【００６２】一方、上記範囲内である場合（Ｙｅｓ）に
は、ステップＳ１１に進み、作動時デューティ比ＤＤ
を、ＤＤ＝ＭＭ／１６ＶＥ²（＝ＭＭ／ＶＢ²）によって
求める。例えば、ＶＢ＝１２Ｖであった場合には、ＶＥ
＝１２／４＝３となり、ＤＤ＝２５／（１６×３²）＝
０．１７（＝１７％）が得られる。その後、ステップＳ
１２において、得られた作動時デューティ比ＤＤ（例え
ば０．１７）に従うパルス信号ＳｈをＰＷＭ端子１０５
から出力し、ヒータ制御回路１３０を用いてヒータ４を
作動時デューティ比ＤＤでパルス駆動する。このように
してバッテリ電圧ＶＢに応じた作動時デューティ比ＤＤ
でヒータ４をパルス駆動するので、ヒータ４には、ＤＣ
５Ｖを印加したのと同様の電力（５Ｖ電力）が投入され
る。その後、ステップＳ１３でサイクルタイムである
０．４秒の経過を待ちステップＳ１０に戻る。従って、
これ以降、ヒータ４は自動車（エンジン）の運転を停止
し、マイクロコンピュータ１０１の駆動が停止するま
で、ＤＣ５Ｖを印加したのと同様の電力（５Ｖ電力）が
投入され続ける。

【００６３】このようにヒータ４を制御したので、ヒー
タ４によって加熱されたＧ素子２及びＤ素子３は、図４
に示したＤＣ７Ｖを２０秒印加後、ＤＣ５Ｖを印加した
場合と同様の挙動を示し、４０〜６０秒程度の早い時間
でＧ素子電圧Ｖｇ、Ｄ素子電圧Ｖｄ、あるいは抵抗値Ｒ
ｇ，Ｒｄが安定する。従って、自動車を始動させてから
６０秒程度の早い時期から、このガス検出装置１５０を
用いれば、還元性ガスや酸化性ガスの濃度変化を確実に
検知することができるようになり、適切にフラップ１７
４を開閉できるようになる。しかも、このような経時パ
ターンでヒータ４に電力を投入することで、Ｇ素子２の
センサ抵抗値Ｒｇ（Ｇ素子電圧Ｖｇ）は、始動直後の極
小点を過ぎた後に、上昇しつつ一定値に近づくように変
化するので、ガス検知開始後に、センサ抵抗値Ｒｇの変
化を還元性ガスの濃度が上昇しているためと誤検知をす
る危険性がない。

【００６４】さらに、ヒータ４に電力を供給した場合
の、ヒータ４の温度変化について、図１０，図１１を参
照して説明する。まず、始動から一定の５Ｖ電力をヒー
タ４に投入した場合について説明する。この場合、ガス
センサ素子２，３のＧ素子電圧Ｖｇ、Ｄ素子電圧Ｖｄ
（センサ抵抗値Ｒｇ，Ｒｄ）は、図３に示すように変化
し、安定化までに時間を要する。一方、ヒータ４の表面
温度（ヒータ温度）は、図１０，図１１中に破線で示す
ように、時間＝０で速やかに立ち上がり、時間＝約１５
秒程度で飽和し、それ以降は約２８５℃で安定するよう
に変化する。

【００６５】これに対し、本実施系形態１のように、当
初は７Ｖ電力を２０秒投入し、その後、一定の５Ｖ電力
を投入すると、ガスセンサ素子２，３のセンサ抵抗値Ｒ
ｇ，Ｒｄは、図４に示すように変化し、早期に安定化す
る。また、ヒータ４の表面温度は、温度が安定した以降
は、上述の５Ｖ電力一定（破線）の場合と同様な約２８
５℃（安定時ヒータ温度）で安定するが、それに至るま
での経路が異なる。具体的には、図１０，図１１中に実
線で示すように、５Ｖ電力一定（破線）の場合に比し
て、温度の立ち上がりが急峻になり、時間＝約１５秒程
度で、約３６０℃の温度で一旦飽和する。その後、投入
電力が５Ｖ電力に減少するので、時間＝２０秒以降、温
度が低下し、時間＝約２５秒で約２８５℃に安定する。
従って、２０秒間だけ５Ｖ電力に代えて、７Ｖ電力を投
入したことにより、ヒータ４の表面温度の温度パターン
が、破線より図中上側にずれて実線で示すヒータ温度パ
ターンとなったと考えられる。また、実線と破線との間
に囲まれた部分を生じさせる熱量によって、図３に示す
Ｇ素子電圧ＶｇやＤ素子電圧Ｖｄ（センサ抵抗値Ｒｇ，
Ｒｄ）の挙動に対し、図４に示すＧ素子電圧Ｖｇ等の挙
動に違いが生じ、ガスセンサ素子２，３の早期安定化が
可能となったと考えられる。

【００６６】なお、ヒータ４はガスセンサ素子２，３を
加熱するためのものであり、ガスセンサ素子２，３に近
接して配置されることから、ガスセンサ素子２，３の素
子温度は、ヒータ４のヒータ温度に比してその値が若干
低くなるものの、システム起動後の素子温度の挙動は、
ヒータ温度の挙動とほぼ相似のパターンとなる。特に、
本実施形態ではヒータ４とガスセンサ素子３，４とが１
つのセラミック基板１に形成されているので、素子温度
とヒータ温度の挙動が特に良く似たパターンとなる。例
えば、一定の５Ｖ電力を投入した場合、図１０，図１１
に破線で示したのと同じく、図１２に破線で示すよう
に、ヒータ温度は、時間＝０で立ち上がり、時間＝約１
５秒で飽和し、それ以降は約２８５℃で安定する。これ
に対し、Ｇ素子２の表面温度（素子温度）は、図１２に
細い実線で示すように、ヒータ温度とほぼ相似の挙動を
示す。即ち、同じく時間＝０で立ち上がり、時間＝約１
５秒で飽和し、以降は約２７０℃で安定する。また、Ｄ
素子３の表面温度（素子温度）も、図１２に太い実線で
示すように、ヒータ温度とほぼ相似の挙動を示す。即
ち、同じく時間＝０で立ち上がり、時間＝約１５秒で飽
和し、以降は約２６０℃で安定する。

【００６７】なお、図１０には、ヒータ４のヒータ温度
（具体的には表面温度）のみを示し、ガスセンサ素子
２，３の素子温度は示さなかった。しかし、上述の７Ｖ
電力一定×２０秒、その後５Ｖ電力一定というパターン
で電力を供給すると、ガスセンサ素子（Ｇ素子）２の素
子温度は、図１０に実線で示すヒータ温度の挙動とほぼ
相似のパターンの挙動を示し、最高温度約３４５℃とな
った後に約２７０℃で安定した。また、ガスセンサ素子
（Ｄ素子）３の素子温度も、図１０に実線で示すヒータ
温度の挙動とほぼ相似のパターンの挙動を示し、最高温
度約３３５℃となった後に約２６０℃で安定した。そこ
で、本実施形態及び後記する他の実施形態において、温
度変化のパターンについては、ガスセンサ素子２，３の
素子温度も含めて、ヒータ４の表面温度（ヒータ温度）
で代表させて示すこととする。ヒータ４の表面温度は、
サーモグラフィ（ＡＶＩＯ社製、コンパクトサーモＴＶ
Ｓ−２０００ＭＫII）を用いて測定した。

【００６８】さらに、ヒータ温度とセンサ抵抗値の安定
化までの時間との関係について、考察する。図１１にお
いて、破線と実線とで囲まれた部分のうち、安定時ヒー
タ温度（約２８５℃）よりも下方に位置する部分（領域
１）に相当する熱量ついては、ヒータ４さらにはガスセ
ンサ素子２，３の温度をより速やかに高めるのに用いら
れたものと理解できる。従って、この部分に相当する熱
量によって、センサ抵抗値の安定化が早められたと考え
られる。

【００６９】一方、図１１において、破線と実線とで囲
まれた部分のうち、安定時ヒータ温度（約２８５℃）よ
りも上方に位置する部分（領域２）に相当する熱量つい
ては、ヒータ４やガスセンサ素子２，３の温度をより速
やかに高めるのに用いられたのみならず、下記の作用を
生じさせたものと考えられる。即ち、ガスセンサ素子
２，３には、不使用時つまりヒータ４で加熱されていな
いとき、様々なガスや水分がその表面に吸着・付着して
しまうことがある。特に、長期間にわたって、ガス検出
装置１０を使用しない場合などには、置かれた環境によ
っては多くのガスや水分が吸着・付着する。このような
状態で、ヒータ４に通電して昇温させガスセンサ素子
２，３をも昇温させると、ガスや水分が徐々に解離や蒸
発するのである。しかるに、この解離等が緩慢に生じる
ことが、ガスセンサ素子２，３のセンサ抵抗値Ｒｇ，Ｒ
ｄの安定までに長時間を要する要因の１つであると考え
られる。

【００７０】これに対し、ガスセンサ素子２，３の温度
を高くすると、吸着・付着していたガスや水分の解離や
蒸発が加速度的に進行する。つまり、図１１における領
域２のように、一時的にではあるが、安定時ヒータ温度
を超えて、これよりも高いヒータ温度とするヒータ温度
パターンを採用することにより、さらに言えば、一時的
にではあるが、安定時素子温度を超えて、これよりも高
い素子温度とする素子温度パターンを採用することによ
り、この期間（具体的には、時間＝約５〜約２５秒の期
間）に、ガスセンサ素子２，３に吸着・付着していたガ
スや水分の多くを集中的に解離・蒸発させることができ
るため、その後に早期にセンサ抵抗値Ｒｇ，Ｒｄが安定
化すると考えられる。このように、本実施形態１では、
ヒータ４のヒータ温度が安定時ヒータ温度（本実施形態
１では約２８５℃）よりも高くなる時点（時間＝約５
秒）よりも後まで継続して、具体的には時間＝２０秒ま
で継続して、ヒータ４に７Ｖ電力を投入する。これによ
り、ヒータ４のヒータ温度は、安定時ヒータ温度を一時
的に超える。このようにすることで、ガスセンサ素子に
吸着等していたガスや水分の多くを速やかに放散するこ
とができたため、センサ抵抗値Ｒｇ，Ｒｄのより早期安
定化を達成しえたと考えられる。

【００７１】また、素子温度について言えば、本実施形
態１では、Ｇ素子２やＤ素子３の素子温度が安定時素子
温度（本実施形態１ではＧ素子２で約２７０℃、Ｄ素子
３で約２６０℃）よりも高くなる時点（時間＝約５秒）
よりも後まで継続して、具体的には時間＝２０秒まで継
続して、ヒータ４に７Ｖ電力を投入する。これにより、
ガスセンサ素子２，３の素子温度は、それぞれ安定時素
子温度を一時的に超える。このようにすることで、ガス
センサ素子に吸着等していたガスや水分の多くを速やか
に放散することができたため、センサ抵抗値Ｒｇ，Ｒｄ
のより早期安定化を達成し得たと考えられる。

【００７２】なお、本実施形態１と異なり、７Ｖ電力を
投入する期間を、ヒータ４の温度が約２８５℃に達する
よりも短く、具体的には５秒以下とした場合には、ヒー
タ４の温度が約２８５℃の安定時ヒータ温度を超えるこ
とはなくなる。つまり、領域２は無くなると考えられ
る。但し、５Ｖ電力一定とした場合（図３参照）に比べ
れば、領域１が存在する分、安定化までの時間を短くす
ることができる。

【００７３】（実施形態２）次いで、本発明の第２の実
施形態にかかるガス検出装置及び車両用外気導入制御シ
ステムについて、図１３〜図１６を参照して説明する。
上記実施形態１では、ヒータ４の制御にあたり、始動時
デューティ比ＤＳから作動時デューティ比ＤＤに切り替
える際、ステップ状に切り替えたため、ヒータ４に供給
される電力が、始動から２０秒経過の前後で７Ｖ電力か
ら５Ｖ電力に急変する。これに対し本実施形態２では、
ヒータ４に供給する電力の急変を避け、徐々に変化させ
る点で異なるのみであり、ガス検出装置１５０及びこれ
を含む外気導入制御システム１００の構成は同様である
ので、異なる部分を中心に説明する。

【００７４】本実施形態２では、第１始動時を経過した
後、所定期間経過までの間に、第２始動時デューティ比
ＤＳ２が徐々に変化して、ヒータ４に投入される電力が
急変するのが防止される。まず、始動から第１所定時ま
での期間（本実施形態２では２０秒間）、実施形態１と
同様に、ヒータ４に７Ｖ電力を供給する。そこでまず、
図１３に示すように、ステップＳ２１で初期値を設定す
る。タイマ変数を初期化し（ＴＩＭＥ＝０）、７Ｖ電力
供給の際の第１始動時デューティ比ＤＳ１を算出するた
めの初期値ＬＬ＝４９（＝Ｌ²＝７²）、５Ｖ電力供給の
際の作動時デューティ比ＤＤを算出するための初期値Ｍ
Ｍ＝２５（＝Ｍ²＝５²）を設定する。

【００７５】次いで、ステップＳ２２で、第３ＡＤ変換
入力端子１０４を通じて、分割バッテリ電圧ＶＥを取得
する。ステップＳ２３で分割バッテリ電圧ＶＥが所定の
範囲２．２５Ｖ≦ＶＥ≦４．０Ｖ（つまり、９Ｖ≦ＶＢ
≦１６Ｖ）の範囲にあるか否かを判断する。この範囲外
のとき（Ｎｏ）は、バッテリ電圧ＶＢの異常としてステ
ップＳ２８に進み、故障であることを出力をし、再びス
テップＳ２２に戻る。

【００７６】一方、上記範囲内のとき（Ｙｅｓ）は、ス
テップＳ２４に進み、第１始動時デューティ比ＤＳ１
を、ＤＳ１＝ＬＬ／１６ＶＥ²（＝ＬＬ／ＶＢ²）によっ
て求める。例えば、ＶＢ＝１２Ｖであった場合には、Ｖ
Ｅ＝１２／４＝３となり、ＤＳ１＝４９／（１６×
３²）＝０．３４が得られる。その後、ステップＳ２５
において、得られた第１始動時デューティ比ＤＳ１（例
えば０．３４）に従うパルス信号ＳｈをＰＷＭ端子１０
５から出力し、ヒータ制御回路１３０を用いてヒータ４
を第１始動時デューティ比ＤＳ１でパルス駆動する。こ
のようにしてバッテリ電圧ＶＢに応じた第１始動時デュ
ーティ比ＤＳ１でヒータ４をパルス駆動するので、ヒー
タ４には、ＤＣ７Ｖを印加したのと同様の電力（７Ｖ電
力）が投入される。

【００７７】その後、ステップＳ２６でサイクルタイム
である０．４秒の経過を待ち、ステップＳ２７でタイマ
変数ＴＩＭＥ≧２０秒であるか否か、つまり始動時から
２０秒経過したか否かを判断し、経過前の場合（Ｎｏ）
には、ステップＳ２２に戻る。一方、２０秒経過する
（Ｙｅｓ）と、ステップＳ２９に進む（図１４参照）。
以上は実施形態１とほぼ同様である。

【００７８】その後、ステップＳ２９では、ステップＳ
２２と同様に第３ＡＤ変換入力端子１０４を通じて、分
割バッテリ電圧ＶＥ（＝ＶＢ／４）を取得する。次い
で、ステップＳ３０で、分割バッテリ電圧ＶＥが所定の
範囲２．２５Ｖ≦ＶＥ≦４．０Ｖの範囲にあるか否かを
判断する。この範囲外である場合（Ｎｏ）には、ステッ
プＳ３５に進み、故障であることを出力をし、再びステ
ップＳ２９に戻る。

【００７９】一方、上記範囲内である場合（Ｙｅｓ）に
は、ステップＳ３１に進み、第２始動時デューティ比Ｄ
Ｓ２を、ＤＳ２＝ＬＬ／１６ＶＥ²によって求める。但
し、後述するように、ステップＳ３６でこのステップＳ
３６を通る度に初期値ＬＬを漸減させているので、ステ
ップＳ３１で算出される第２始動時デューティ比ＤＳ２
は、たとえバッテリ電圧ＶＢが一定の場合でも、ステッ
プＳ２３で算出した第１始動時デューティ比ＤＳ１より
も次第に小さくなる。その後、ステップＳ３２におい
て、得られた第２始動時デューティ比ＤＳ２に従うパル
ス信号ＳｈをＰＷＭ端子１０５から出力し、ヒータ制御
回路１３０を用いてヒータ４を第２始動時デューティ比
ＤＳ２でパルス駆動する。このようにして第２始動時デ
ューティ比ＤＳ２でヒータ４をパルス駆動するので、ヒ
ータ４には、ＤＣ７Ｖを印加したのと同様の電力（７Ｖ
電力）から徐々に投入される電力が小さくなる。

【００８０】その後、ステップＳ３３で０．４秒の経過
を待ち、ステップＳ３４に進む。ステップＳ３４では、
漸減した初期値ＬＬが初期値ＭＭと比較され、ＬＬ＞Ｍ
Ｍ（Ｎｏ）のときには、ステップＳ３６に進む。ステッ
プＳ３６では、初期値ＬＬが、ＬＬ＝ＬＬ−Δの式によ
って漸減処理される。本実施形態では、Δ＝２．０とし
た。従って、ステップＳ３６を１２回通過すると、つま
り４．８秒（＝１２×０．４）経過すると、ステップＳ
３４でＬＬ≦ＭＭとなりＹｅｓと判断され、ステップＳ
３７に進む（図１５参照）。この時点で、第２始動時デ
ューティ比ＤＳ２によってヒータ４に与えられる電力
は、後述するステップＳ３９で算出された作動時デュー
ティ比ＤＤによってヒータ４に与えられる電力（５Ｖ電
力）と同じあるいはそれ以下となる。

【００８１】以降のステップＳ３７以下では、実施形態
１と同様の処理がなされる。即ち、ステップＳ３７で
は、第３ＡＤ変換入力端子１０４を通じて、分割バッテ
リ電圧ＶＥを取得し、ステップＳ３８で、分割バッテリ
電圧ＶＥが２．２５Ｖ≦ＶＥ≦４．０Ｖの範囲にあるか
否かを判断する。この範囲外のとき（Ｎｏ）は、ステッ
プＳ４２に進み、故障であることを出力をし、再びステ
ップＳ３７に戻る。一方、上記範囲内のとき（Ｙｅｓ）
には、ステップＳ３９に進み、作動時デューティ比ＤＤ
を、ＤＤ＝ＭＭ／１６ＶＥ²によって求める。その後、
ステップＳ４０において、得られた作動時デューティ比
ＤＤに従うパルス信号ＳｈをＰＷＭ端子１０５から出力
し、ヒータ制御回路１３０を用いてヒータ４を作動時デ
ューティ比ＤＤでパルス駆動する。このようにしてバッ
テリ電圧ＶＢに応じた作動時デューティ比ＤＤでヒータ
４をパルス駆動するので、ヒータ４には、ＤＣ５Ｖを印
加したのと同様の電力（５Ｖ電力）が投入される。

【００８２】その後、ステップＳ４１で０．４秒の経過
を待ちステップＳ３７に戻る。従って、これ以降、ヒー
タ４は自動車（エンジン）の運転を停止し、マイクロコ
ンピュータ１０１の駆動が停止するまで、ＤＣ５Ｖを印
加したのと同様の電力（５Ｖ電力）が投入され続ける。

【００８３】この実施形態２によるヒータ制御では、始
動から２０秒経過するまでは、ヒータ４に７Ｖ電力を投
入するが、その後約４．８秒間で投入する電力を階段状
に徐々に低下させ、始動から約２５秒経過後は、ヒータ
４に５Ｖ電力を供給する。図１６に上記のようにしてヒ
ータを加熱した場合の、Ｇ素子２及びＤ素子３につい
て、Ｇ素子電圧Ｖｇ、Ｄ素子電圧Ｖｄの変化を示す。こ
のようにしても、Ｇ素子電圧Ｖｇ、Ｄ素子電圧Ｖｄは、
ヒータ４の加熱開始（時刻０）から４０〜６０秒の早い
時期にほぼ安定することが判る。しかも、ヒータ４に投
入される電力が途中で急変しないので、ヒータ４やセラ
ミック基板１にかかるヒートショックが軽減でき、ヒー
タ４やセラミック基板１を含む一体型ガスセンサ素子１
０の寿命をより延ばすことができる。

【００８４】なお、本実施形態２においても、デューテ
ィ比を制御してヒータ４をパルス駆動し、始動時電力を
上述の経時パターンで投入することにより、図１７に実
線で示すように、ヒータ４の表面温度は、時間＝約５〜
約３０秒の期間において、安定時ヒータ温度（本実施形
態では約２８５℃）を超え、最高で約３６０℃に達する
ため、この期間に、ガスセンサ素子２，３に吸着等して
いたガスや水分を大きく減らすことができ、センサ抵抗
値Ｒｇ，Ｒｄを早期に安定化し得ていることが判る（図
３及び図１６参照）。

【００８５】また、図示しないが、本実施形態２でも、
ガスセンサ素子２，３の素子温度は、図１７に実線で示
すヒータ温度と相似の素子温度パターンとなり、時間＝
約５〜約３０秒の期間において、素子２，３の素子温度
がそれぞれ安定時素子温度を超える。このため、ガスセ
ンサ素子に吸着等していたガスや水分の多くを速やかに
放散することができたため、センサ抵抗値Ｒｇ，Ｒｄの
より早期安定化を達成し得たと考えられる。

【００８６】（実施形態３）次いで、本発明の第３の実
施形態にかかるガス検出装置及び車両用外気導入制御シ
ステムについて、図１８〜図２１を参照して説明する。
前記した実施形態１では、ヒータ４の制御にあたり、始
動時デューティ比ＤＳから作動時デューティ比ＤＤに切
り替える際、１段のステップ状に一挙に切り替えたた
め、ヒータ４に投入される電力が、始動から２０秒経過
の前後で７Ｖ電力から５Ｖ電力に急変する。これに対し
本実施形態３では、ヒータ４に投入する電力の急変を避
け、２段の階段状に変化させる点で異なるのみであり、
ガス検出装置１５０及びこれを含む外気導入制御システ
ム１００の構成は同様であるので、異なる部分を中心に
説明する。

【００８７】本実施形態３では、第１始動時デューティ
比ＤＳ１を用いる第１始動時を経過した後、第２始動時
デューティ比ＤＳ２を用い、その後始動期間が経過した
ら、作動時デューティ比ＤＤを用いる。これにより、ヒ
ータ４に投入される電力が急変するのを防止する。ま
ず、始動から第１所定時までの期間（本実施形態３では
１０秒間）、実施形態１と同様に、ヒータ４に７Ｖ電力
を供給する。そこでまず、図１８に示すように、ステッ
プＳ５１で初期値を設定する。具体的には、タイマ変数
を初期化し（ＴＩＭＥ＝０）、７Ｖ電力供給の際の第１
始動時デューティ比ＤＳ１を算出するための初期値ＬＬ
＝４９（＝Ｌ²＝７²）、６.３Ｖ電力供給の際の第２始
動時デューティ比ＤＳ２を算出するための初期値ＰＰ＝
４０（＝Ｐ²＝６.３²）、５Ｖ電力供給の際の作動時デ
ューティ比ＤＤを算出するための初期値ＭＭ＝２５（＝
Ｍ²＝５²）を設定する。

【００８８】次いで、ステップＳ５２で、分割バッテリ
電圧ＶＥを取得する。ステップＳ５３で分割バッテリ電
圧ＶＥが所定の範囲２．２５Ｖ≦ＶＥ≦４．０Ｖ（つま
り、９Ｖ≦ＶＢ≦１６Ｖ）の範囲にあるか否かを判断す
る。この範囲外のとき（Ｎｏ）は、バッテリ電圧ＶＢの
異常としてステップＳ５８に進み、故障であることを出
力をし、再びステップＳ５２に戻る。

【００８９】一方、上記範囲内のとき（Ｙｅｓ）は、ス
テップＳ５４に進み、第１始動時デューティ比ＤＳ１
を、ＤＳ１＝ＬＬ／１６ＶＥ²（＝ＬＬ／ＶＢ²）によっ
て求める。その後、ステップＳ５５において、得られた
第１始動時デューティ比ＤＳ１（例えば０．３４）に従
うパルス信号ＳｈをＰＷＭ端子１０５から出力し、ヒー
タ制御回路１３０を用いてヒータ４を第１始動時デュー
ティ比ＤＳ１でパルス駆動する。このようにして、ヒー
タ４には、ＤＣ７Ｖを印加したのと同様の電力（７Ｖ電
力）が投入される。

【００９０】その後、ステップＳ５６で０．４秒の経過
を待ち、ステップＳ５７でタイマ変数ＴＩＭＥ≧１０秒
であるか否かを判断し、１０秒経過前の場合（Ｎｏ）に
は、ステップＳ５２に戻る。一方、１０秒経過する（Ｙ
ｅｓ）と、ステップＳ５９に進み、タイマ変数を初期化
する（ＴＩＭＥ＝０）。

【００９１】その後、図１９に示すように、ステップＳ
６０では、ステップＳ５２と同様に分割バッテリ電圧Ｖ
Ｅ（＝ＶＢ／４）を取得する。次いで、ステップＳ６１
で、分割バッテリ電圧ＶＥが所定の範囲（２．２５Ｖ≦
ＶＥ≦４．０Ｖ）にあるか否かを判断する。この範囲外
である場合（Ｎｏ）には、ステップＳ６６に進み、故障
であることを出力をし、再びステップＳ６０に戻る。

【００９２】一方、上記範囲内である場合（Ｙｅｓ）に
は、ステップＳ６２に進み、第２始動時デューティ比Ｄ
Ｓ２を、ＤＳ２＝ＰＰ／１６ＶＥ²によって求める。そ
の後、ステップＳ６３において、得られた第２始動時デ
ューティ比ＤＳ２（例えば０．２８）に従うパルス信号
ＳｈをＰＷＭ端子１０５から出力し、ヒータ制御回路１
３０を用いてヒータ４を第２始動時デューティ比ＤＳ２
でパルス駆動する。このようにして第２始動時デューテ
ィ比ＤＳ２でヒータ４をパルス駆動するので、ヒータ４
には、ＤＣ６．３Ｖを印加したのと同様の電力（６．３
Ｖ電力）が投入される。

【００９３】その後、ステップＳ６４で０．４秒の経過
を待ち、ステップＳ６５に進み、タイマ変数ＴＩＭＥ≧
２９秒であるか否かを判断し、２９秒経過前（Ｎｏ）の
ときには、ステップＳ６０に戻る。一方、２９秒経過す
る（Ｙｅｓ）と、ステップＳ６７に進む。その後は、ス
テップＳ６７〜７２において、前記した実施形態１のス
テップ９以降と同様の処理（図９参照）がなされる。こ
れにより、バッテリ電圧ＶＢに応じた作動時デューティ
比ＤＤでヒータ４をパルス駆動するので、ヒータ４に
は、ＤＣ５Ｖを印加したのと同様の電力（５Ｖ電力）
が、自動車（エンジン）の運転を停止し、マイクロコン
ピュータ１０１の駆動が停止するまで、投入され続け
る。

【００９４】この実施形態３によるヒータ制御では、始
動から１０秒経過するまでは、ヒータ４に７Ｖ電力を投
入するが、その後２９秒間、６．３Ｖ電力に低下させて
投入し、さらにその後に（つまり始動から３９秒経過以
降）５Ｖ電力を供給する。図２０に上記のようにしてヒ
ータを加熱した場合の、Ｇ素子２及びＤ素子３につい
て、Ｇ素子電圧Ｖｇ、Ｄ素子電圧Ｖｄの変化を示す。こ
のようにしても、Ｇ素子電圧Ｖｇ、Ｄ素子電圧Ｖｄは、
ヒータ４の加熱開始（時刻０）から５０〜６０秒の早い
時期にほぼ安定することが判る。しかも、ヒータ４に投
入される電力が２段の階段状に変化するため、急変が緩
和され、ヒータ４やセラミック基板１にかかるヒートシ
ョックが軽減でき、ヒータ４やセラミック基板１を含む
一体型ガスセンサ素子１０の寿命をより延ばすことがで
きる。

【００９５】なお、本実施形態３においても、デューテ
ィ比を制御してヒータ４をパルス駆動し、始動時電力を
上述の経時パターンで投入することにより、図２１に実
線で示すように、ヒータ４の表面温度は、時間＝約５〜
約４３秒の期間において、安定時ヒータ温度（本実施形
態では約２８５℃）を超えるため、ガスセンサ素子２，
３に吸着等していたガスや水分を大きく減らすことがで
きているため、センサ抵抗値Ｒｇ，Ｒｄを早期に安定化
し得ていることが判る（図３及び図２０参照）。

【００９６】また、図示しないが、本実施形態３でも、
ガスセンサ素子２，３の素子温度は、図２１に実線で示
すヒータ温度と相似の素子温度パターンとなり、時間＝
約５〜約４３秒の期間において、素子２，３の素子温度
がそれぞれ安定時素子温度を超える。このため、ガスセ
ンサ素子に吸着等していたガスや水分の多くを速やかに
放散することができたため、センサ抵抗値Ｒｇ，Ｒｄの
より早期安定化を達成し得たと考えられる。

【００９７】（変形形態１）上記実施形態１，２，３で
は、図６に示したように、Ｇ素子回路１１０において、
Ｇ素子２と抵抗１１１とで電源電圧Ｖｃｃを分圧し、そ
の動作点ＰｇのＧ素子電位Ｖｇを用いて還元性ガスの濃
度変化を検出した。また、Ｄ素子回路１２１において、
Ｄ素子３と抵抗１２１とで電源電圧Ｖｃｃを分圧し、そ
の動作点ＰｄのＤ素子電位Ｖｄを用いて酸化性ガスの濃
度変化を検出した。しかし、他の回路構成によってＧ素
子２やＤ素子３の出力信号を得ることもできる。例え
ば、図２２，図２３に示すＧ素子回路３１０及びＤ素子
回路３２０を有するガス検出装置３５０、及びこれによ
って外気導入用フラップを制御する外気導入制御システ
ム３００を構成することもできる。

【００９８】Ｇ素子回路３１０は、Ｇ素子２のセンサ抵
抗値Ｒｇに応じて変化する動作点ＰｇのＧ素子電圧Ｖｇ
（出力信号）を得るための回路であり、マイクロコンピ
ュータ３０１の第１ＰＷＭ端子３０５から出力されるパ
ルス信号Ｓｇを入力されると、第１ＡＤ変換端子３０２
に対してＧ素子電圧Ｖｇを出力する。第１ＰＷＭ端子３
０５には、抵抗値Ｒｃの固定抵抗器３１１とダイオード
３１２が直列に接続され、静電容量Ｃｇで一端３１３Ａ
が接地されたコンデンサ３１３の他端３１３Ｂと接続し
ている。さらに、Ｇ素子２は、コンデンサ３１３と並列
に配置され、一端２Ａが接地され、他端２Ｂがコンデン
サ３１３の他端３１３Ｂと接続している。なお、この接
続点が動作点Ｐｇである。第１ＡＤ変換端子３０２には
この動作点ＰｇのＧ素子電圧Ｖｇが導かれている。ま
た、ダイオード３１２は、コンデンサ３１３側をカソー
ドとした向きで接続されている。

【００９９】Ｇ素子電圧Ｖｇはマイクロコンピュータ３
０１内でＡ／Ｄ変換されて処理され、この電圧変化によ
り還元性ガスの濃度変化を検出する。このマイクロコン
ピュータ３０１には、実施形態１，２と同様に、電子制
御アセンブリ１６０（具体的にはフラップ制御回路１６
１やアクチュエータ１６２）が接続されている。さら
に、マイクロコンピュータ３０１は、Ｇ素子電圧Ｖｇな
どに応じて、ＰＷＭ端子３０５からパルス信号Ｓｇを出
力する。このパルス信号ＳｇによってＧ素子回路３１０
が駆動される。このパルス信号Ｓｇは、図２２の楕円内
に示すように、０Ｖと＋５Ｖとの２つの電位が交互に現
れる周期Ｔｇ（＝ｔ３＋ｔ４）のパルス信号であり、こ
のパルス信号Ｓｇのデューティ比Ｄｇは、Ｄｇ＝ｔ３／
Ｔｇ＝ｔ３／（ｔ３＋ｔ４）で与えられる。

【０１００】このＧ素子回路３１０に入力されるパルス
信号Ｓｇがハイレベル（＋５Ｖ）になると、固定抵抗器
３１１とダイオード３１２を通じてコンデンサ３１３
に、時定数τ１＝Ｃ・Ｒｃ・Ｒｇ／（Ｒｃ＋Ｒｇ）で充
電される。一方、パルス信号Ｓｇがローレベル（０Ｖ）
になると、コンデンサ３１３の電荷はＧ素子２を通じ
て、時定数τ２＝ＣＲｇで放電される。パルス信号Ｓｇ
を繰り返し入力すると、充電と放電とが均衡した定常状
態となり、図２２上方の楕円内に示すように、動作点Ｐ
ｇのＧ素子電圧Ｖｇは、若干のリップルを有するもの
の、ほぼ一定値となる。このＧ素子電圧Ｖｇは、センサ
抵抗値Ｒｇに応じて変化するから、Ｇ素子電圧Ｖｇをマ
イクロコンピュータ３０１内でＡ／Ｄ変換することで、
還元性ガス濃度の変化を検出することができる。

【０１０１】しかも、パルス信号Ｓｇのデューティ比Ｄ
ｇに応じて、コンデンサ３１３の充電電圧（つまりＧ素
子電圧Ｖｇ）を変化させることができる。実施形態１，
２で示した、Ｇ素子２と抵抗１１１とで電圧Ｖｃｃを分
圧してＧ素子電圧Ｖｇを得るＧ素子回路１１０（図６参
照）では、温度や湿度などの環境によって、Ｇ素子２の
センサ抵抗値Ｒｇが大きく変動した場合に、Ｇ素子電圧
Ｖｇが電源電位Ｖｃｃ近くあるいは接地電位近くに偏っ
てしまうことがある。すると、ガス濃度変化によってセ
ンサ抵抗値Ｒｇがさらに変化しても、それによるＧ素子
電圧Ｖｇの変化が小さくなり、ガス濃度変化を正確に検
出することができなくなることがある。これに対して、
本変形形態にかかるＧ素子回路３１０を含むガス検知装
置３５０及び制御システム３００では、このような場合
でも、パルス信号Ｓｇのデューティ比Ｄｇ適宜選択する
ことで、Ｇ素子電圧Ｖｇを、例えば、１〜３．５Ｖなど
の所望の範囲に保ち、その電圧範囲内で還元性ガス濃度
の変化によるＧ素子電圧Ｖｇの変動を精度良く計測でき
る利点がある。

【０１０２】このことはＤ素子３及びこれを用いるＤ素
子回路３２０についても同様である。これらの動作は、
上記したＧ素子回路３１０と同様であるので詳述は省略
するが、Ｄ素子電圧ＶｄをＡ／Ｄ変換してその変化を検
出することにより、酸化性ガス濃度の変化を検出するこ
とができる。また、温度や湿度の変化によってセンサ抵
抗値Ｒｄが大きく変化した場合でも、第２ＰＷＭ端子３
０６から出力するパルス信号Ｓｄのデューティ比Ｄｄ適
宜選択することで、Ｄ素子電圧Ｖｄを所望の範囲に保
ち、その電圧範囲内で酸化性ガス濃度の変化によるＤ素
子電圧Ｖｄの変動を精度良く計測できるのも同様であ
る。

【０１０３】以上において、本発明を実施形態１，２，
３及び変形形態１に即して説明したが、本発明は上記実
施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでも
ない。例えば、上記実施形態では、還元性ガスに反応す
るＧ素子２と酸化性ガスに反応するＤ素子３の２つのガ
スセンサ素子が、単一のセラミック基板１に形成された
一体型ガスセンサ素子１０を用いた例を示したが、単一
のガスセンサ素子を有するガス検出装置に適用しても良
い。また、ヒータとガスセンサ素子とが別体となったガ
ス検出装置に適用しても良い。

【０１０４】また、上記実施形態１では、ヒータ４の加
熱開始から２０秒間７Ｖ電力を投入したので、この実施
形態１において、始動時に所定期間にわたりヒータに投
入する電力の経時パターンは、２０秒間変化しないパタ
ーンとなっている。しかし、実施形態２のように、始動
時の終期に、つまり所定期間の終期に作動時の電力に徐
々に近づける経時パターンとすると良い。この点は、実
施形態３のような複数段の階段状に変化させた場合にも
当てはまる。即ち、始動後の所定期間の終期、つまり最
終段（実施形態３では２段目、６．３Ｖ電力）から、作
動時電力（５Ｖ電力）に、徐々に近づける経時パターン
とすると良い。また、その近づけ方は、実施形態２のよ
うに、階段状にかつ一定割合で減らすようにして近づけ
ても良いが、作動時の電力に漸近するように変化させる
等適宜選択することができる。また、実施形態２では、
約５秒間という比較的短い時間で作動時電力に近づける
経時パターンとしたが、センサ抵抗値Ｒｇ，Ｒｄ（Ｇ素
子電圧Ｖｇ，Ｄ素子電圧Ｖｄ）の安定までに許容できる
時間（待ちうる時間）などを考慮しつつ、できるだけ長
い時間をかけてゆっくりと作動時電力に近づけるように
するのが好ましい。

【０１０５】さらに、上記実施形態等では、車両用外気
導入制御システム１００等にガス検出装置１５０等を用
いたが、自動車室内などの空気清浄機制御システムなど
にも適用することができる。特に、バッテリなど電源電
圧が変動する電源を用いるものに本発明のガス検出装置
を適用することが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１にかかり、２つのガスセンサ素子と
ヒータを備える一体型ガスセンサ素子の説明図である。

【図２】ヒータと２つのガスセンサ素子の特性を調査す
るための測定回路を示す回路図であり、（ａ）はＧ素子
の特性を測定する回路、（ｂ）はＤ素子の特性を測定す
る回路、（ｃ）はヒータへの電力印加回路である。

【図３】ヒータに、始動から一定の５Ｖ電力を供給しつ
づけた場合のＧ素子及びＤ素子の出力電圧の変化を示す
グラフである。

【図４】ヒータに、始動から２０秒間７Ｖ電力を供給
し、その後５Ｖ電力を供給した場合のＧ素子及びＤ素子
の出力電圧の変化を示すグラフである。

【図５】ヒータに、始動から３０秒間９Ｖ電力を供給
し、その後５Ｖ電力を供給した場合のＧ素子の出力電圧
の変化を示すグラフである。

【図６】実施形態１にかかる２つのガスセンサ素子、ヒ
ータを備えるガス検出装置、及び自動車外気導入用フラ
ップの制御回路の回路図のうち、主にガス検出装置を示
す回路図である。

【図７】実施形態１にかかる２つのガスセンサ素子、ヒ
ータを備えるガス検出装置、及び自動車外気導入用フラ
ップの制御回路の回路図のうち、主に自動車外気導入用
フラップの制御回路を示す回路図である。

【図８】実施形態１にかかりヒータを駆動制御を示すフ
ローチャートのうち、始動時の制御を示す前半部であ
る。

【図９】実施形態１にかかりヒータを駆動制御を示すフ
ローチャートのうち、始動から時間が経過した通常作動
時の制御を示す後半部である。

【図１０】実施形態１にかかり、始動から２０秒間７Ｖ
電力を供給し、その後５Ｖ電力を供給した場合のヒータ
の表面温度の変化を、始動から一定の５Ｖ電力を供給し
た場合と対比して示すグラフである。

【図１１】図１０のグラフについて説明する説明図であ
る。

【図１２】投入電力を５Ｖ電力一定としたときの、ヒー
タ温度とＧ素子及びＤ素子の素子温度の挙動を示すグラ
フである。

【図１３】実施形態２にかかりヒータを駆動制御を示す
フローチャートのうち、始動時の制御を示す前半部であ
る。

【図１４】実施形態２にかかりヒータを駆動制御を示す
フローチャートのうち、始動から通常作動に移行する期
間の制御を示す中間部である。

【図１５】実施形態２にかかりヒータを駆動制御を示す
フローチャートのうち、通常作動に移行した後の制御を
示す後半部である。

【図１６】実施形態２にかかり、始動から２０秒間７Ｖ
電力を供給し、ついで徐々に電力を５Ｖ電力まで低下さ
せ、その後一定の５Ｖ電力を供給した場合のＧ素子及び
Ｄ素子の出力電圧の変化を示すグラフである。

【図１７】実施形態２にかかり、始動から２０秒間７Ｖ
電力を供給し、７Ｖ電力から５Ｖ電力まで５秒で低下さ
せ、その後５Ｖ電力を供給した場合のヒータの表面温度
の変化を、始動から一定の５Ｖ電力を供給した場合と対
比して示すグラフである。

【図１８】実施形態３にかかりヒータを駆動制御を示す
フローチャートのうち、前半部である。

【図１９】実施形態３にかかりヒータを駆動制御を示す
フローチャートのうち、後半部である。

【図２０】実施形態３にかかり、始動から１０秒間７Ｖ
電力を供給し、ついで２９秒間６．３Ｖ電力を供給し、
その後一定の５Ｖ電力を供給した場合のＧ素子及びＤ素
子の出力電圧の変化を示すグラフである。

【図２１】実施形態３にかかり、始動から１０秒間７Ｖ
電力を供給し、ついで２９秒間６．３Ｖ電力を供給し、
その後５Ｖ電力を供給した場合のヒータの表面温度の変
化を、始動から一定の５Ｖ電力を供給した場合と対比し
て示すグラフである。

【図２２】変形形態１にかかる２つのガスセンサ素子、
ヒータを備えるガス検出装置、及び自動車外気導入用フ
ラップの制御回路の回路図のうち、主にガス検出装置を
示す回路図である。

【図２３】変形形態１にかかる２つのガスセンサ素子、
ヒータを備えるガス検出装置、及び自動車外気導入用フ
ラップの制御回路の回路図のうち、主に自動車外気導入
用フラップの制御回路を示す回路図である。

【符号の説明】

２，３ ガスセンサ素子 Ｒｇ，Ｒｄ センサ抵抗値 ４ ヒータ １００ 外気導入制御システム １０１ マイクロコンピュータ １１０ Ｇ素子回路 １２０ Ｄ素子回路 １３０ ヒータ制御回路 １４０ レギュレータ回路 １５０ ガス検出装置 １６０ 電子制御アセンブリ １７１ ダクト １７４ フラップ ＢＴ バッテリ（電源） ＶＢ バッテリ電圧（電源電圧） １３３ ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩崎 裕子 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 平井 一人 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G046 AA03 AA11 AA13 AA18 BA09 DB05 DC05 DD01 EB01 FB02 FE39 FE46

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】特定ガスの濃度に応じてセンサ抵抗値が変
   化するガスセンサ素子、及びこのガスセンサ素子を加熱
   するヒータを有するガス検出装置であって、 ヒータに電力を供給する電源の電源電圧を検出する電源
   電圧検出回路と、 上記ガス検出装置の作動期間中、検出した上記電源電圧
   に基づいて電力を制御して、上記ヒータに一定の作動時
   電力を供給する作動時電力供給手段と、 上記ガス検出装置の始動後所定期間にわたり、上記作動
   時電力供給手段に代えて、上記ヒータに電力を供給する
   始動時電力供給手段であって、検出した上記電源電圧に
   基づいて電力を制御して、上記作動時電力よりも大きい
   始動時電力を所定の経時パターンで供給する始動時電力
   供給手段と、を備えるガス検出装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載のガス検出装置であって、 前記始動時電力供給手段における前記始動時電力の前記
   所定の経時パターンは、 前記ヒータのヒータ温度が、前記作動時電力の供給によ
   って略一定の安定な温度となる安定時ヒータ温度より
   も、一時的に高くなる期間を生じさせる経時パターンで
   あるガス検出装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載のガス検出装置であって、 前記始動時電力供給手段における前記始動時電力の前記
   所定の経時パターンは、 前記ガスセンサ素子の素子温度が、前記作動時電力の供
   給によって略一定の安定な温度となる安定時素子温度よ
   りも、一時的に高くなる期間を生じさせる経時パターン
   であるガス検出装置。
4. 【請求項４】請求項１に記載のガス検出装置であって、 前記始動時電力供給手段における前記始動時電力の前記
   所定の経時パターンは、 前記ヒータのヒータ温度が前記作動時電力の供給によっ
   て略一定の安定な温度となる安定時ヒータ温度よりも高
   くなる時点よりも、後まで継続するガス検出装置。
5. 【請求項５】請求項１に記載のガス検出装置であって、 前記始動時電力供給手段における前記始動時電力の前記
   所定の経時パターンは、 前記ガスセンサ素子の素子温度が前記作動時電力の供給
   によって略一定の安定な温度となる安定時素子温度より
   も高くなる時点よりも、後まで継続するガス検出装置。
6. 【請求項６】請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載
   のガス検出装置であって、 前記始動時電力供給手段における前記始動時電力の前記
   所定の経時パターンは、 この始動時電力供給手段による前記始動時電力の供給、
   及びその後の前記作動時電力供給手段による前記作動時
   電力の供給の期間にわたり、上記特定ガスの濃度変化が
   ないとしたときに、上記ガスセンサ素子のセンサ抵抗値
   が、始動から６０秒以内に略一定値となる変化を起こさ
   せる経時パターンであるガス検出装置。
7. 【請求項７】請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載
   のガス検出装置であって、 前記ガスセンサ素子は、前記特定ガスの濃度の上昇に応
   じて前記センサ抵抗値が低下する特性を有し、 前記始動時電力供給手段における前記始動時電力の前記
   所定の経時パターンは、 この始動時電力供給手段による前記始動時電力の供給、
   及びその後の前記作動時電力供給手段による前記作動時
   電力の供給の期間にわたり、上記特定ガスの濃度変化が
   ないとしたときに、上記ガスセンサ素子のセンサ抵抗値
   が、始動直後の極小値を過ぎた後に、上昇しつつ一定値
   に近づく変化を起こさせる経時パターンであるガス検出
   装置。
8. 【請求項８】特定ガスの濃度に応じてセンサ抵抗値が変
   化するガスセンサ素子、及びこのガスセンサ素子を加熱
   するヒータを有するガス検出装置であって、 上記ヒータに電力を供給する電源の電源電圧を検出する
   電源電圧検出回路と、上記ヒータと上記電源との間に介
   在して、上記ヒータと電源との回路を開閉するスイッチ
   ング手段と、 上記ガス検出装置の作動期間中、上記ヒータに一定の作
   動時電力を供給するように、検出した上記電源電圧に基
   づいて上記スイッチング手段の開閉の作動時デューティ
   比を制御する作動時デューティ比制御手段と、 上記ガス検出装置の始動後所定期間にわたり、上記作動
   時デューティ比制御手段に代えて、上記ヒータに上記作
   動時電力よりも大きい始動時電力を所定の経時パターン
   で供給するように、検出した上記電源電圧に基づいて上
   記スイッチング手段の開閉の始動時デューティ比を制御
   する始動時デューティ比制御手段と、を備えるガス検出
   装置。
9. 【請求項９】請求項８に記載のガス検出装置であって、 前記電源電圧検出回路で検出した電源電圧をＶＢ、前記
   電源が取りうる最も低い電源電圧値をＶＢＬとしたと
   き、 前記作動時デューティ比制御手段は、 前記作動時デューティ比ＤＤを、下記式（１）によって
   与え、 ＤＤ＝Ｍ²／ＶＢ² （１） 但し、Ｍは、Ｍ＜ＶＢＬである定数、 前記始動時デューティ比制御手段は、 前記始動時デューティ比ＤＳを、下記式（２）によって
   与える ＤＳ＝Ｌ²／ＶＢ² （２） 但し、Ｌは、Ｍ＜Ｌ＜ＶＢＬである定数 ガス検出装置。
10. 【請求項１０】請求項８に記載のガス検出装置であっ
    て、 前記電源電圧検出回路で検出した電源電圧をＶＢ、前記
    電源が取りうる最も低い電源電圧値をＶＢＬとしたと
    き、 前記作動時デューティ比制御手段は、 前記作動時デューティ比ＤＤを、下記式（１）によって
    与え、 ＤＤ＝Ｍ²／ＶＢ² （１） 但し、Ｍは、Ｍ＜ＶＢＬである定数、 前記始動時デューティ比制御手段は、 前記始動時デューティ比のうち、 始動時から第１所定時までの第１始動時デューティ比Ｄ
    Ｓ１を、下記式（３）によって与え、 ＤＳ１＝Ｌ²／ＶＢ² （３） 但し、Ｌは、Ｍ＜Ｌ＜ＶＢＬである定数 第１所定時後、前記所定期間経過までの第２始動時デュ
    ーティ比ＤＳ２を、上記第１始動時デューティ比ＤＳ１
    から、作動時デューティ比ＤＤに徐々に近づけるように
    変化させて与えるガス検出装置。
11. 【請求項１１】特定ガスの濃度に応じてセンサ抵抗値が
    変化するガスセンサ素子、及びこのガスセンサ素子を加
    熱するヒータを有するガス検出装置であって、 ヒータに電力を供給する電源の電源電圧を検出する電源
    電圧検出回路と、 上記ガス検出装置の作動期間中、検出した上記電源電圧
    に基づいて上記ヒータに供給する電力を制御するヒータ
    加熱手段であって、 上記ガス検出装置の起動後、上記ヒータのヒータ温度
    を、一時的に高いヒータ温度の期間を経由してから、こ
    れよりも低いヒータ温度に安定させるヒータ加熱手段
    と、を有するガス検知装置。