JP2003050226A

JP2003050226A - ガス濃度センサのヒータ制御装置

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Publication number: JP2003050226A
Application number: JP2002106331A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Haneda; 聡羽田; Hidekazu Kurokawa; 英一黒川; Mitsunobu Niwa; 三信丹羽
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2003-02-21
Anticipated expiration: 2022-04-09
Also published as: DE60234226D1; EP1262649B1; EP1953371A2; EP1262649A2; EP1953371B1; JP3843880B2; US6870142B2; US20020179443A1; DE60231453D1; EP1953371A3; EP1262649A3

Abstract

(57)【要約】【課題】ヒータ制御量を適正に設定し、ひいてはヒータ
通電の制御性を向上させること。【解決手段】Ａ／Ｆセンサ３０は、固体電解質体を用い
たセンサ素子、並びに該センサ素子を活性状態に加熱す
るためのヒータ３９を有する。空燃比検出装置１５内の
マイコン２０は、Ａ／Ｆセンサ３０の素子インピーダン
スを検出し、該検出した素子インピーダンスと目標値と
の偏差に基づいてヒータ制御量を算出する。また、マイ
コン２０は、予め規定した基準のヒータ電力と、その都
度の実際のヒータ電力との比較に基づき、前記算出した
ヒータ制御量を補正する。これにより、ヒータの電源電
圧の変化やハーネスによる電圧変化が生じ、それが原因
で電力が変動しても、その変動に対応させつつヒータ制
御量が設定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス濃度センサの
ヒータ制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車用エンジンにおいては、一
般にＡ／Ｆセンサ等のガス濃度センサによる検出結果に
基づき空燃比制御が実施される。ガス濃度センサはジル
コニア製の固体電解質体を用いたセンサ素子を有し、こ
のセンサ素子により空燃比（酸素濃度）を精度良く検出
するにはセンサ素子の温度を所定の活性温度に維持する
必要がある。通常は同センサにヒータを内蔵しヒータの
通電量（デューティ比）を制御している。こうしたヒー
タ制御の手法として、例えばヒータへの供給電力を制御
したり、センサ素子の活性温度相当の目標値に素子抵抗
をフィードバック制御したりするものが知られている。

【０００３】上記ガス濃度センサでは、ヒータの電源電
圧の変化やハーネスによる電圧変化が生じ、それが原因
で電力が変動してしまう。そのため、結果としてヒータ
通電の制御性が低下するという問題が生じる。

【０００４】また、ヒータ通電の制御に際しては、デュ
ーティ比制御によりヒータ通電が周期的にＯＮ又はＯＦ
Ｆに切り換えられる。この場合、そのＯＮ／ＯＦＦ切り
換え時にはセンサ素子の電気経路にノイズが生じること
から、素子抵抗の検出期間とヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ
切り換えのタイミングとが重複すると、ヒータ通電のＯ
Ｎ／ＯＦＦ切り換えによるノイズの影響から素子抵抗が
誤検出されるおそれがある。特にセンサ素子のハーネス
とヒータのハーネスとが一つに束ねられていると、こう
した不具合が生じやすい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
着目してなされたものであって、第１の目的は、ヒータ
制御量を適正に設定し、ひいてはヒータ通電の制御性を
向上させることができるガス濃度センサのヒータ制御装
置を提供することであり、第２の目的は、素子抵抗の誤
検出を抑制し、その検出精度を向上させることができる
ガス濃度センサのヒータ制御装置を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明で
は、素子抵抗検出手段により、ガス濃度センサの素子抵
抗（素子インピーダンス）が検出され、制御量算出手段
により、前記検出した素子抵抗と目標値との偏差に基づ
いてヒータ制御量が算出される。また、制御量補正手段
により、予め規定した基準のヒータ電力と、その都度の
実際のヒータ電力との比較に基づき、前記制御量算出手
段により算出したヒータ制御量が補正される。かかる場
合、ヒータの電源電圧の変化やハーネスによる電圧変化
が生じ、それが原因で電力が変動しても、その変動に対
応させつつヒータ制御量を設定することができる。その
結果、ヒータ制御量を適正に設定し、ひいてはヒータ通
電の制御性を向上させることができる。

【０００７】なお本明細書では、ガス濃度センサの素子
抵抗を検出することを要件とするが、それは交流的なイ
ンピーダンス、又はその逆数であるアドミタンスを含む
ものである。

【０００８】具体的には、前記制御量補正手段が請求項
２又は請求項３のように構成されると良い。すなわち、
請求項２の発明では、ヒータ電圧の基準値と検出値との
比較によりヒータ制御量が補正される。請求項３の発明
では、ヒータ電流の基準値と検出値との比較によりヒー
タ制御量が補正される。これらの構成によれば、ヒータ
電圧又はヒータ電流の何れかについてのみ検出を要する
ため、簡易な手法にてヒータ制御量の補正が実現でき
る。なおこの場合、ヒータ抵抗又はヒータ電流の何れか
が一定であるとした条件下において、ヒータ電圧の比較
によりヒータ制御量を補正するのが望ましく、また一方
で、ヒータ抵抗又はヒータ電圧の何れかが一定であると
した条件下において、ヒータ電流の比較によりヒータ制
御量を補正するのが望ましい。

【０００９】また、請求項４に記載の発明では、制御量
補正手段により、その都度検出したヒータ電圧又はヒー
タ電流とそれ以前に検出したヒータ電圧又はヒータ電流
との比較に基づき、前記制御量算出手段により算出した
ヒータ制御量が補正される。この場合、ヒータの電源電
圧の変化やハーネスによる電圧変化が生じ、それが原因
で電力が変動しても、その変動に対応させつつヒータ制
御量を設定することができる。その結果、請求項１の発
明と同様に、ヒータ制御量を適正に設定し、ひいてはヒ
ータ通電の制御性を向上させることができる。

【００１０】また、請求項５に記載の発明では、ガード
値設定手段により、ヒータ制御量を制限するためのガー
ド値が、素子抵抗の検出値が大きいほど大きくなるよう
設定される。つまり、この種のガス濃度センサでは、素
子温度が低いほど素子抵抗の検出値が大きくなり、この
場合にはヒータ制御量が比較的大きいガード値で制限さ
れる。これにより、低温時におけるセンサ素子の早期活
性化が実現できる。また逆に、高温時にはヒータ制御量
のガード値が小さくなるため、過剰なヒータ通電が抑制
され、素子割れ等の不具合が解消される。

【００１１】また、ヒータ通電のフィードバック制御に
際して、その都度の素子抵抗の偏差が積分項として反映
される場合、センサ素子の環境温度の変化等により素子
抵抗が大幅に変化すると、その変化に素早く追従でき
ず、制御の遅れが生じてしまう。かかる場合において、
以下の請求項６を提案する。

【００１２】すなわち、請求項６に記載の発明では、素
子抵抗が目標値を含む所定の制御範囲にあるか否かが判
定される。そして、前記制御範囲から外れて素子抵抗が
変化した旨判定される場合、その素子抵抗の変化を抑え
る向きにヒータ制御量のガード値が設定される。本構成
によれば、環境温度の変化等により素子抵抗が所定の制
御範囲を外れる場合において、制御の遅れが解消され
る。

【００１３】より具体的には、請求項７に記載したよう
に実現されるのが望ましい。すなわち、前記制御範囲に
対し素子温の高温側に素子抵抗が変化した旨判定される
場合、ヒータ制御量の最大値を制限するための第１のガ
ード値が設定される。また、前記制御範囲に対し素子温
の低温側に素子抵抗が変化した旨判定される場合、ヒー
タ制御量の最小値を制限するための第２のガード値が設
定される。

【００１４】前記設定したガード値でヒータ制御量が制
限される場合、言い換えればガード値でヒータが通電さ
れる場合、請求項８に記載したように、該ガード値を対
象に補正が実施されると良い。請求項８によれば、ガー
ド値を用いたヒータ通電の制御精度が向上する。

【００１５】またガード値でヒータが通電される場合に
は、ガード値に対する補正は比較的緩い精度で良い。そ
こで、請求項９に記載したように、補正実施の時間間隔
が拡げられると良い。この場合、補正に関する処理頻度
が少なくなり、処理負荷が軽減できる。

【００１６】また、請求項１０に記載の発明では、ヒー
タ通電のＯＮ時間が所定値よりも長い場合にのみ、ヒー
タ電力算出のためのヒータ電圧又はヒータ電流の検出が
許可される。つまり、ヒータ電圧又はヒータ電流はヒー
タ通電のＯＮ時に検出されるが、そのＯＮ時間が短すぎ
ると、ヒータ電圧又はヒータ電流の検出が困難になる。
これに対し本発明によれば、ヒータ電圧又はヒータ電流
の検出が確実に実施できる。

【００１７】請求項１１に記載の発明では、センサ素子
への印加電圧又は電流が素子抵抗検出用の値に一時的に
切り換えられ、その時の電流変化又は電圧変化から素子
抵抗が検出される。かかる構成において、その素子抵抗
の検出期間とヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えのタイ
ミングとが重複する場合、各タイミングの何れかが強制
的にずらされる。つまり、素子抵抗の検出期間とヒータ
通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えのタイミングとが重複する
と、ヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えによるノイズの
影響から素子抵抗が誤検出されるおそれがある。これに
対し本発明によれば、素子抵抗の誤検出が抑制され、そ
の検出精度が向上する。

【００１８】一方、請求項１２に記載の発明では、素子
抵抗検出手段により、センサ素子への印加電圧又は電流
が素子抵抗検出用の値に一時的に切り換えられ、その時
の電流変化又は電圧変化から前記ガス濃度センサの素子
抵抗が検出される。また、ヒータ制御手段により、ヒー
タへの通電が周期的にＯＮ／ＯＦＦされる。そして特
に、前記素子抵抗検出手段による素子抵抗の検出期間と
ヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えのタイミングとが重
複する場合に、各タイミングの何れかが強制的にずらさ
れる。

【００１９】前記請求項１１の説明でも記載した通り、
素子抵抗の検出期間とヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換
えのタイミングとが重複すると、ヒータ通電のＯＮ／Ｏ
ＦＦ切り換えによるノイズの影響から素子抵抗が誤検出
されるおそれがある。これに対し本発明によれば、素子
抵抗の誤検出を抑制し、その検出精度を向上させること
ができる。

【００２０】具体的には、請求項１３に記載したよう
に、素子抵抗検出に際し、ヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切
り換えが素子抵抗検出期間に重複するか否かを推測し、
重複する旨推測した場合、当該検出開始前若しくは検出
終了後に通電切り換えのタイミングを変更すると良い。
またこのとき、請求項１４に記載したように、ヒータ通
電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えが素子抵抗検出期間に重複す
る旨推測した場合において、素子抵抗の検出開始前若し
くは検出終了後のうち、ヒータ通電時間の変更が少ない
方に通電切り換えのタイミングを変更すると良い。

【００２１】上記請求項１３，１４の発明によれば、素
子抵抗の検出期間とヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換え
のタイミングとが重複することはなく、上述した所望の
効果が得られる。特に請求項１４では、ヒータ通電時間
への影響が少なく、ヒータ制御性も良好に維持できる。

【００２２】請求項１５に記載の発明では、素子抵抗検
出に際し、ヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えが素子抵
抗検出期間に重複するか否かを推測し、重複する旨推測
した場合、通電切り換えが終わるまで素子抵抗検出の開
始を待つようにした。これは、素子抵抗の検出期間の方
をずらす手法であり、かかる場合にも同様に、素子抵抗
の検出期間とヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えのタイ
ミングとが重複することが防止できる。

【００２３】請求項１６に記載の発明では、前記ヒータ
制御手段は、一定の所定周期でデューティ比を設定し、
そのデューティ比に対応するＯＮ時間によりヒータを通
電するものであって、ヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換
えが素子抵抗検出期間に重複する場合、前記所定周期を
長く又は短くする。かかる場合にも同様に、素子抵抗の
検出期間とヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えのタイミ
ングとが重複することが防止できる。

【００２４】請求項１７に記載の発明では、ヒータ通電
の周期と素子抵抗検出の周期とが同調する場合に、素子
抵抗の検出期間と重複しないよう、ヒータ通電のデュー
ティ比について最大値又は最小値を規定した。かかる場
合にも同様に、素子抵抗の検出期間とヒータ通電のＯＮ
／ＯＦＦ切り換えのタイミングとが重複することが防止
できる。

【００２５】ガス濃度センサが固体電解質体に複数のセ
ルを有し、素子抵抗検出手段が各セルで素子抵抗を検出
するものもあり、この場合には、請求項１８に記載した
ように、何れかのセルの素子抵抗検出期間においてもヒ
ータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えのタイミングと重複さ
せないようにすると良い。

【００２６】また、ガス濃度センサを複数有するシステ
ムでは、請求項１９に記載したように、何れかのガス濃
度センサの素子抵抗検出期間においても全てのヒータ通
電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えのタイミングと重複させない
ようにすると良い。

【００２７】上記各発明では、素子抵抗の検出期間とヒ
ータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えのタイミングとを重複
させないことを説明したが、素子抵抗は電流変化や電圧
変化の計測結果から求められるものであり、要は、電流
変化や電圧変化を計測する際にノイズの影響を受けなけ
れば良い。故に、請求項２０に記載したように、素子抵
抗の検出期間はピークホールド回路のピークホールド期
間であるとすることができる。或いは、請求項２１に記
載したように、素子抵抗の検出期間は少なくともＡ／Ｄ
変換のタイミングを含む期間であるとすることができ
る。請求項２０，２１によれば、通電切り換えが重複し
てはいけない期間が限定的に狭められるため、本来の素
子抵抗検出やヒータ通電への影響を最小限にすることが
できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、この
発明を空燃比検出装置として具体化した第１の実施の形
態を図面に従って説明する。本実施の形態における空燃
比検出装置は、自動車に搭載されるガソリンエンジンに
適用されるものであって、空燃比制御システムにおいて
は空燃比検出装置による検出結果を基にエンジンへの燃
料噴射量を所望の空燃比にて制御する。また、空燃比制
御装置においては、限界電流式空燃比センサ（Ａ／Ｆセ
ンサ）の検出結果を用い排ガス中の酸素濃度から空燃比
を検出することとしており、該Ａ／Ｆセンサを活性状態
に保つべく、素子インピーダンス（素子抵抗）を検出す
ると共にセンサ内蔵のヒータを通電制御する。以下、詳
細に説明する。

【００２９】図１は、本実施の形態における空燃比検出
装置の概要を示す全体構成図である。図１において、空
燃比検出装置１５は、その内部演算の中枢をなすマイク
ロコンピュータ（以下、マイコン２０という）を備え、
マイコン２０は燃料噴射制御や点火制御等を実現するた
めのエンジン制御ＥＣＵ１６に対して相互に通信可能に
接続されている。Ａ／Ｆセンサ３０は、エンジン１０の
エンジン本体１１から延びる排気管１２に取り付けられ
ており、マイコン２０から指令される電圧の印加に伴
い、排ガス中の酸素濃度に比例したリニアな空燃比検出
信号（センサ電流信号）を出力する。

【００３０】マイコン２０は、各種の演算処理を実行す
るための周知のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等により構成さ
れ、所定の制御プログラムに従い後述するバイアス制御
回路２４やヒータ制御回路２６を制御する。マイコン２
０は、バッテリ電源＋Ｂの給電を受けて動作する。

【００３１】Ａ／Ｆセンサ３０は、固体電解質体からな
るセンサ素子にヒータを積層して配置し、これら固体電
解質体とヒータとを一体化してなる、いわゆる積層型セ
ンサにて構成されている。以下、Ａ／Ｆセンサ３０のセ
ンサ素子構造について図２を用いて説明する。なお、セ
ンサ素子は長尺状をなし、図２には長手方向に直交する
方向での断面構造を示す。

【００３２】Ａ／Ｆセンサ３０において、部分安定化ジ
ルコニアよりなる酸素イオン導電性の固体電解質体３１
は長方形板状をなしており、その一方の面には排ガス側
電極３２が設けられ、他方の面には基準ガス室３７と対
面する基準ガス側電極３３が設けられている。固体電解
質体３１には、気孔率１０％程度のアルミナセラミック
よりなる多孔質拡散抵抗層３４と、緻密でガスシール性
のアルミナセラミックよりなるガス遮蔽層３５とが積層
されている。

【００３３】また、固体電解質体３１には、電気絶縁性
を有し且つ緻密でガスを透過させないアルミナセラミッ
クよりなるスペーサ３６が積層されており、スペーサ３
６には、基準ガス室３７として機能する溝部３６ａが設
けられている。また、スペーサ３６にはヒータ基板３８
が積層され、そのヒータ基板３８に、通電により発熱す
るヒータ（発熱体）３９が設けられている。

【００３４】前記図１の説明に戻る。図１において、Ａ
／Ｆセンサ３０に電圧を印加するためのバイアス指令信
号Ｖｒはマイコン２０からＤ／Ａ変換器２１に入力さ
れ、同Ｄ／Ａ変換器２１にてアナログ信号Ｖ１に変換さ
れた後、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）２２に入力され
る。そして、ＬＰＦ２２にてアナログ信号Ｖ１の高周波
成分が除去された出力電圧Ｖ２はバイアス制御回路２４
に入力される。バイアス制御回路２４では、Ａ／Ｆ検出
時には所定の印加電圧特性に基づきその時々のＡ／Ｆ値
に対応した電圧がＡ／Ｆセンサ３０に印加され、素子イ
ンピーダンス検出時には所定周波数信号よりなる単発的
で且つ所定の時定数を持った電圧がＡ／Ｆセンサ３０に
印加されるようになっている。

【００３５】バイアス制御回路２４内の電流検出回路２
５は、Ａ／Ｆセンサ３０への電圧印加時にそれに伴って
流れる電流値を検出する。電流検出回路２５にて検出さ
れた電流値のアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器２３を介し
てマイコン２０に入力される。

【００３６】Ａ／Ｆセンサ３０のヒータ３９は、ヒータ
制御回路２６によりその動作が制御される。つまり、ヒ
ータ制御回路２６は、マイコン２０からの指令に従い、
Ａ／Ｆセンサ３０の素子インピーダンスに応じてヒータ
３９への通電をデューティ制御する。この場合、ヒータ
制御信号のデューティ周波数は１０Ｈｚ程度であり、ヒ
ータ通電時には、１周期約１００ｍｓにおけるヒータ３
９のＯＮ時間（通電時間）が制御される。

【００３７】図３は、ヒータ制御回路２６の構成を示す
回路図である。図３において、ヒータ３９の一端はバッ
テリ電源＋Ｂに接続され、他端はトランジスタ２６ａの
コレクタに接続されている。同トランジスタ２６ａのエ
ミッタはヒータ電流検出用抵抗２６ｂを介して接地され
ている。ヒータ電圧Ｖｈｅはヒータ３９の両端電位差に
より検出され、その検出結果はオペアンプ２６ｃ並びに
Ａ／Ｄ変換器２７を介してマイコン２０に入力される。
また、ヒータ電流Ｉｈｅはヒータ電流検出用抵抗２６ｂ
の両端電位差により検出され、その検出結果はオペアン
プ２６ｄ並びにＡ／Ｄ変換器２８を介してマイコン２０
に入力される。

【００３８】因みに、ヒータ制御信号のＯＦＦ→ＯＮ切
り換え時には、マイコン２０による割り込み処理が起動
し、その割り込み処理にてヒータ電圧Ｖｈｅやヒータ電
流Ｉｈｅの検出タイミングが設定される。この場合、ヒ
ータ通電のＯＮ切り換え時には、ヒータ電流Ｉｈｅの立
ち上がりにハード的な遅れが生じるため、その遅れを考
慮したタイミングでヒータ電圧Ｖｈｅやヒータ電流Ｉｈ
ｅが検出されるようになっている。

【００３９】次に、上記の如く構成される空燃比検出装
置１５の作用を説明する。図４は、マイコン２０により
実施されるメインルーチンの概要を示すフローチャート
であり、同ルーチンはマイコン２０への電源投入に伴い
起動される。

【００４０】図４において、先ずステップ１００では、
前回のＡ／Ｆ検出時から所定時間Ｔａが経過したか否か
を判別する。所定時間Ｔａは、Ａ／Ｆ値の検出周期に相
当する時間であって、例えばＴａ＝４ｍｓｅｃ程度に設
定される。そして、ステップ１００がＹＥＳであること
を条件にステップ１１０に進み、Ａ／Ｆ値の検出処理を
実施する。このＡ／Ｆ値の検出処理では、その時々のセ
ンサ電流に応じた印加電圧を設定すると共に、その電圧
をＡ／Ｆセンサ３０の電極３２，３３間に印加し、その
時のセンサ電流を電流検出回路２５により検出する。そ
して、該検出したセンサ電流をＡ／Ｆ値に変換する。

【００４１】Ａ／Ｆ値の検出後、ステップ１２０では、
前回の素子インピーダンス検出時から所定時間Ｔｂが経
過したか否かを判別する。所定時間Ｔｂは、素子インピ
ーダンスＺＡＣの検出周期に相当する時間であって、例
えばエンジン運転状態に応じて１２８ｍｓｅｃ、２ｓｅ
ｃ等の時間が選択的に設定される。そして、ステップ１
２０がＹＥＳであることを条件に、ステップ１３０で素
子インピーダンスＺＡＣを検出すると共に、続くステッ
プ１４０でヒータ通電制御を実施する。素子インピーダ
ンスＺＡＣの検出処理、ヒータ通電制御については後で
詳しく説明する。

【００４２】次に、前記図４のステップ１３０における
素子インピーダンスＺＡＣの検出手順を図５を用いて説
明する。なお本実施の形態では、素子インピーダンスＺ
ＡＣの検出に際し、掃引法を用いていわゆる「交流イン
ピーダンス」を求めることとしている。

【００４３】図５において、先ずステップ１３１では、
素子インピーダンスＺＡＣの検出期間内にヒータ３９の
ＯＮ／ＯＦＦが切り換えられることがないよう、ヒータ
制御信号の確認処理を実施する。

【００４４】要するに、掃引法によるインピーダンス検
出時には、一時的にセンサ印加電圧が正負何れかに操作
されるが、その際にヒータ３９のＯＮ／ＯＦＦが切り換
えられると、センサ素子の電気経路にノイズが生じ、Ｚ
ＡＣの検出値に影響が及ぶことが考えられる。特にセン
サ素子のハーネスとヒータ３９のハーネスとが一つに束
ねられていると、こうした不具合が生じやすい。そこ
で、マイコン２０内のカウンタによりヒータＯＮ／ＯＦ
Ｆのタイミングをモニタし、素子インピーダンスＺＡＣ
の検出期間とヒータＯＮ／ＯＦＦのタイミングとが重複
しないよう、以下の何れかの処理を実施する。（１）素子インピーダンスＺＡＣの検出期間内にヒータ
ＯＮ／ＯＦＦのタイミングが発生する時、ヒータＯＮ／
ＯＦＦのタイミングを待ってインピーダンス検出を開始
する。（２）素子インピーダンスＺＡＣの検出期間内にヒータ
ＯＮ／ＯＦＦのタイミングが発生する時、インピーダン
ス検出が終了するまでヒータＯＮ／ＯＦＦの切り換えを
待たせる。なおこの場合、ヒータ３９のＯＮ時間又はＯ
ＦＦ時間を一時的に長くする（又は短くする）。

【００４５】その後、ステップ１３２では、バイアス指
令信号Ｖｒを操作し、それまでのＡ／Ｆ検出用の印加電
圧に対して電圧を正側に数１０〜１００μｓｅｃ程度の
時間で単発的に変化させる。また、ステップ１３３で
は、その時の電圧変化量ΔＶと電流検出回路２５により
検出されたセンサ電流の変化量ΔＩとを読み取る。続く
ステップ１３４では、前記ΔＶ値及びΔＩ値から素子イ
ンピーダンスＺＡＣを算出し（ＺＡＣ＝ΔＶ／ΔＩ）、
その後元の図４のルーチンに戻る。

【００４６】上記の処理によれば、前記図１のＬＰＦ２
２並びにバイアス制御回路２４を介し、所定の時定数を
持たせた電圧が単発的にＡ／Ｆセンサ３０に印加され
る。その結果、図７に示すように、当該電圧の印加から
ｔ時間経過後にピーク電流（電流変化量ΔＩ）が検出さ
れ、その時の電圧変化量ΔＶとピーク電流（ΔＩ）とか
ら素子インピーダンスＺＡＣが検出される（ＺＡＣ＝Δ
Ｖ／ΔＩ）。かかる場合、ＬＰＦ２２を介して単発的な
電圧をＡ／Ｆセンサ３０に印加することにより、過度な
ピーク電流の発生が抑制され、信頼性の高い素子インピ
ーダンスＺＡＣが検出できる。

【００４７】上記の如く求められる素子インピーダンス
ＺＡＣは、素子温に対して図８に示す関係を有する。す
なわち、素子温が低いほど、素子インピーダンスＺＡＣ
は飛躍的に大きくなる。なお上記構成では、インピーダ
ンス検出に際し、センサ印加電圧を一時的に切り換えた
が、これに代えて、センサ素子に流れる電流を一時的に
切り換えても良く、何れにしても、その際の電流変化量
と電圧変化量とから素子インピーダンスが検出される。

【００４８】次に、前記図４のステップ１４０における
ヒータ通電の制御手順を図６を用いて説明する。なお本
実施の形態では、Ａ／Ｆセンサ３０のセンサ素子が目標
温度＝７００℃に保持されるよう、素子インピーダンス
ＺＡＣの偏差に応じてヒータ通電がフィードバック制御
される。

【００４９】図６において、先ずステップ１４１では、
昇温時ヒータ制御の実施条件を判定する。具体的には、
素子インピーダンスＺＡＣが所定の判定値（例えば、５
０Ω）以上であるか否かにより昇温時ヒータ制御の実施
条件を判別する。例えば、エンジン始動直後でありＡ／
Ｆセンサ３０の素子温が未だ低い場合には、素子インピ
ーダンスＺＡＣが大きく、昇温時ヒータ制御を行う旨が
判別される（ステップ１４１がＹＥＳ）。

【００５０】ステップ１４１がＹＥＳの場合、ステップ
１４２に進み、昇温時ヒータ制御を実施する。この昇温
時ヒータ制御では基本的に、デューティ比１００％の全
通電制御が実施される。次いで、ステップ１４９では、
ヒータ電力等に基づくＤｕｔｙ補正を実施した後、元の
図４のルーチンに戻る。なお、ステップ１４９のＤｕｔ
ｙ補正に関しては後述する。

【００５１】また、素子温が上昇すると、ステップ１４
１がＮＯとなる。この場合、ステップ１４３では、その
時の素子インピーダンスＺＡＣに基づいて素子温が７２
０℃未満であるか否かを判別し、続くステップ１４４で
は、同じく素子インピーダンスＺＡＣに基づいて素子温
が６８０℃以上であるか否かを判別する。つまり、素子
温の目標値（７００℃）を中心としてその±２０℃の範
囲を素子温の制御範囲としており、ステップ１４３，１
４４では、素子温が制御範囲（本実施の形態では、７０
０±２０℃）内に入っているか否かが判別される。そし
て、素子温が制御範囲内に入っていることを条件にステ
ップ１４５に進み、周知のＰＩＤ制御手法により制御デ
ューティ比Ｄｕｔｙを算出する。

【００５２】具体的には、ステップ１４５では、前回処
理時の素子インピーダンスＺＡＣを前回値「ＺＡＣ０」
とし、続くステップ１４６では、素子インピーダンスの
今回値ＺＡＣ（前記図５による検出値）を読み出す。ま
た、ステップ１４７では、下記の数式により比例項Ｇ
ｐ、積分項Ｇｉ、微分項Ｇｄを算出する。Ｇｐ＝Ｋｐ・（ＺＡＣ−ＺＡＣｒｅｆ）Ｇｉ＝Ｇｉ＋Ｋｉ・（ＺＡＣ−ＺＡＣｒｅｆ）Ｇｄ＝Ｋｄ・（ＺＡＣ−ＺＡＣ０）但し、上記各式において、「Ｋｐ」は比例定数、「Ｋ
ｉ」は積分定数、「Ｋｄ」は微分定数を表す。

【００５３】そして、ステップ１４８では、上記比例項
Ｇｐ、積分項Ｇｉ、微分項Ｇｄを加算して制御デューテ
ィ比Ｄｕｔｙを算出し（Ｄｕｔｙ＝Ｇｐ＋Ｇｉ＋Ｇ
ｄ）、続くステップ１４９でＤｕｔｙ補正を実施した
後、元の図４のルーチンに戻る。

【００５４】一方、素子温が制御範囲内に入っていない
場合、ステップ１５０，１５１で制御デューティ比Ｄｕ
ｔｙがガードされる。すなわち、素子温が７２０℃以上
の場合（ステップ１４３がＮＯの場合）、ステップ１５
０に進み、制御デューティ比Ｄｕｔｙを所定の上限値で
ガードする。このとき、例えばＤｕｔｙ＝１０％以下と
なるようＤｕｔｙの最大値を制限する。また、素子温が
６８０℃未満の場合（ステップ１４４がＮＯの場合）、
ステップ１５１に進み、制御デューティ比Ｄｕｔｙを所
定の下限値でガードする。このとき、例えばＤｕｔｙ＝
６０％以上となるようＤｕｔｙの最小値を制限する。

【００５５】因みに、ステップ１５０で設定した上限ガ
ードが特許請求の範囲で記載した「第１のガード値」
に、ステップ１５１で設定した下限ガードが同「第２の
ガード値」にそれぞれ相当し、これらのガード値によれ
ば、素子温（素子インピーダンス）の変化を抑える向き
にＤｕｔｙが制限される。これらガード値は一例として
Ｄｕｔｙ＝１０％，６０％としたが、その数値は任意で
良く、素子割れ等の不具合を招かないような設計上の数
値を適宜用いれば良い。

【００５６】なお本実施の形態では、図５の処理が特許
請求の範囲に記載した「素子抵抗検出手段」に相当す
る。また、図６のステップ１４３，１４４が同「判定手
段」に、ステップ１４５〜１４８が同「制御量算出手
段」に、ステップ１４９が同「制御量補正手段」に、ス
テップ１５０，１５１が同「ガード値設定手段」に、そ
れぞれ相当する。

【００５７】次に、ステップ１４９のＤｕｔｙ補正の内
容について詳述する。このＤｕｔｙ補正は、予め規定し
た基準のヒータ電力と、その都度のヒータ電力の算出値
との比較に基づいて実施されるものであり、基本的に
は、基準電力と検出電力との商、「基準電力／検出電
力」を補正項としてその補正項を制御デューティ比Ｄｕ
ｔｙに乗算し、その積を補正後のＤｕｔｙとする。この
場合、電力比較（基準電力／検出電力）による補正を実
施するには、ヒータ電圧とヒータ電流の双方の検出値が
必要になるが、それでは処理の負荷が増えるため、以下
には、（ａ）ヒータ電圧による補正、（ｂ）ヒータ電流
による補正について詳しく説明する。

【００５８】（ａ）ヒータ電圧による補正ヒータ電力をＷ、ヒータ電圧をＶ、ヒータ電流をＩ、ヒ
ータ抵抗をＲとした時、Ｗ＝Ｖ・Ｉ＝Ｖ^2／Ｒとなる
（なお、「＾」はベキ乗を示す）。この場合、ヒータ抵
抗Ｒが一定であるとみなせば、補正項「基準電力／検出
電力」は「基準電圧^2／検出電圧^2」で求められる。つ
まり、基準電圧を予め規定しておけば、ヒータ３９の検
出電圧により補正項が算出できる。そして、その補正項
をＤｕｔｙ算出値に乗算し、Ｄｕｔｙを補正する。

【００５９】一方、Ｗ＝Ｖ・Ｉであり、ヒータ電流Ｉが
一定であるとみなせば、補正項「基準電力／検出電力」
は「基準電圧／検出電圧」で求められる。この場合に
も、基準電圧を予め規定しておけば、ヒータ３９の検出
電圧により補正項が算出できる。そして、その補正項を
Ｄｕｔｙ算出値に乗算し、Ｄｕｔｙを補正する。

【００６０】（ｂ）ヒータ電流による補正Ｗ＝Ｖ・Ｉ＝Ｉ^2・Ｒであり、ヒータ抵抗Ｒが一定であ
るとみなせば、補正項「基準電力／検出電力」は「基準
電流^2／検出電流^2」で求められる。つまり、基準電流
を予め規定しておけば、ヒータ３９の検出電流により補
正項が算出できる。そして、その補正項をＤｕｔｙ算出
値に乗算し、Ｄｕｔｙを補正する。

【００６１】一方、Ｗ＝Ｖ・Ｉであり、ヒータ電圧Ｖが
一定であるとみなせば、補正項「基準電力／検出電力」
は「基準電流／検出電流」で求められる。この場合に
も、基準電流を予め規定しておけば、ヒータ３９の検出
電流により補正項が算出できる。そして、その補正項を
Ｄｕｔｙ算出値に乗算し、Ｄｕｔｙを補正する。

【００６２】上記した（ａ）ヒータ電圧による補正、
（ｂ）ヒータ電流による補正によれば、電圧変化又は電
流変化に対するＤｕｔｙ補正が簡易的に実施できる。特
に、ヒータ電流による補正を実施する場合、ヒータ３９
の通電経路に流れる電流はどこでも同一であるため、ハ
ーネス抵抗のばらつき分をも含む形で補正が実施でき
る。

【００６３】ヒータ電圧又はヒータ電流による補正とし
て、予め規定したマップを用いることも可能である。具
体的には、図９の関係を用い、ヒータ電圧の検出値に応
じて補正量を算出する。図９によれば、ヒータ電圧（検
出値）が基準電圧に対して大きくなるほど、小さい補正
項が設定されるようになる。また、ヒータ電流による補
正時にも同様に行えば良い。この場合、マップ値として
ハーネスによる電圧降下分など反映させておけば、シス
テム適合が簡単に実施できる。

【００６４】上記の如くヒータ通電制御が実施される様
子、特に素子温が急激に上昇又は降下する場合の様子を
図１０のタイムチャートに示す。ここで、図１０の
（ａ）は、排気の加熱等の要因により素子温が上昇（す
なわち、ＺＡＣが低下）して制御範囲を外れた場合を示
し、図１０の（ｂ）は、燃料カット等の要因により素子
温が下降（ＺＡＣが増大）して制御範囲を外れた場合を
示す。なお図中、記号▽は、例えば１２８ｍｓｅｃ間隔
でヒータ通電制御が実施されるタイミングを示す。

【００６５】図１０（ａ）において、ｔ１のタイミング
以前は素子温が目標値（７００℃）付近にフィードバッ
ク制御されている。そして、ｔ１のタイミングで素子温
が急上昇し、ｔ２のタイミングでの素子温が制御範囲の
高温側に外れると（７２０℃以上になると）、制御デュ
ーティ比Ｄｕｔｙが最大値１０％でガードされる。この
場合、ｔ２以降も通常のフィードバック制御（ＰＩＤ制
御）を継続すると、図に二点鎖線で示す如くＤｕｔｙが
変化し、Ｄｕｔｙを直ぐに低い値に制御することができ
ない。これに対し、上記の通りＤｕｔｙを最大値でガー
ドすることにより、制御の遅れが解消される。

【００６６】また、図１０（ｂ）において、ｔ１１のタ
イミング以前は素子温が目標値（７００℃）付近にフィ
ードバック制御されている。そして、ｔ１１のタイミン
グで素子温が急降下し、ｔ１２のタイミングでの素子温
が制御範囲の低温側に外れると（６８０℃未満になる
と）、制御デューティ比Ｄｕｔｙが最小値６０％でガー
ドされる。この場合にも前記同様、制御の遅れが解消さ
れる。

【００６７】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。予め規定した基準のヒータ電力
とその都度の実際のヒータ電力との比較に基づき、制御
デューティ比Ｄｕｔｙ（ヒータ制御量）が補正されるよ
う構成したので、ヒータ３９の電源電圧の変化やハーネ
スによる電圧変化が生じ、それが原因で電力が変動して
も、その変動に対応させつつ制御デューティ比Ｄｕｔｙ
を設定することができる。その結果、制御デューティ比
Ｄｕｔｙを適正に設定し、ひいてはヒータ通電の制御性
を向上させることができる。

【００６８】またこの場合、ヒータ電圧の基準値と検出
値との比較によりＤｕｔｙを補正したり、ヒータ電流の
基準値と検出値との比較によりＤｕｔｙを補正したりす
ることで、簡易な手法にてＤｕｔｙ補正が実現できる。

【００６９】制御デューティ比Ｄｕｔｙの上限ガード及
び下限ガードを設定し、素子温（素子インピーダンス）
の変化を抑える向きにＤｕｔｙを制限するので、排気温
の上昇や燃料カット等により素子温が急激に変化しても
その変化に素早く追従してヒータ制御を実施することが
できる。特に、ＰＩＤ制御により積分項を反映しつつＤ
ｕｔｙを算出する場合、急激な温度変化に際して制御の
遅れが生じるが、本実施の形態によれば制御の遅れが解
消される。従って、低温時におけるセンサ素子の早期活
性化や、高温時における素子割れ等の不具合防止が実現
できる。

【００７０】制御デューティ比Ｄｕｔｙの上限ガード及
び下限ガードに対しても、通常のフィードバック制御時
と同様にＤｕｔｙ補正を実施するので、ガード値を用い
たヒータ通電の制御精度が向上する。

【００７１】素子インピーダンスＺＡＣの検出期間とヒ
ータＯＮ／ＯＦＦのタイミングとが重複しないよう各タ
イミングを調整するので、素子インピーダンスＺＡＣの
誤検出が抑制され、その検出精度が向上する。

【００７２】（第２の実施の形態）次に、第２の実施の
形態を説明する。上記第１の実施の形態では、素子イン
ピーダンスＺＡＣの検出期間内にヒータ３９がＯＮ／Ｏ
ＦＦされないよう、ヒータ制御信号の確認処理（図５の
ステップ１３１）を実施することを簡単に説明したが、
本実施の形態ではその詳細な構成について説明する。

【００７３】本実施の形態では、排ガス中のＮＯｘ濃度
を検出することが可能なガス濃度検出装置に本発明を具
体化することとしており、図１１は、ガス濃度検出装置
の概要を示す構成図であり、図１２はガス濃度センサの
詳細を示す断面図である。先ずはじめに、図１２により
ガス濃度センサ１００の構成を説明する。このガス濃度
センサ１００は、ポンプセル、センサセル及びモニタセ
ルからなる３セル構造を有し、排ガス中の酸素濃度とＮ
Ｏｘ濃度とを同時に検出可能な、いわゆる複合型ガスセ
ンサとして具体化されている。なお、図１２（ａ）は、
センサ素子の先端部構造を示す断面図であり、図１２
（ｂ）は、図１２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【００７４】ガス濃度センサ１００において、酸素イオ
ン伝導性材料からなる固体電解質（固体電解質素子）１
４１，１４２は板状をなし、アルミナ等の絶縁材料から
なるスペーサ１４３を介して図の上下に所定間隔を隔て
て積層されている。このうち、図の上側の固体電解質１
４１にはピンホール１４１ａが形成されており、このピ
ンホール１４１ａを介して当該センサ周囲の排ガスが第
１チャンバー１４４内に導入される。第１チャンバー１
４４は、絞り部１４５を介して第２チャンバー１４６に
連通している。符号１４７は多孔質拡散層である。

【００７５】図の下側の固体電解質１４２には、第１チ
ャンバー１４４に面するようにしてポンプセル１１０が
設けられており、ポンプセル１１０は、第１チャンバー
１４４内に導入した排ガス中の酸素を排出又は汲み込む
働きをすると共に、その際に排ガス中の酸素濃度を検出
する。ここで、ポンプセル１１０は、固体電解質１４２
を挟んで上下一対の電極１１１，１１２を有し、そのう
ち特に第１チャンバー１４４側の電極１１１はＮＯｘ不
活性電極（ＮＯｘガスを分解し難い電極）である。ポン
プセル１１０は、第１チャンバー１４４内に存在する酸
素を分解して電極１１２より大気通路１５０側に排出す
る。

【００７６】また、図の上側の固体電解質１４１には、
第２チャンバー１４６に面するようにしてモニタセル１
２０及びセンサセル１３０が設けられている。モニタセ
ル１２０は、第２チャンバー１４６内の残留酸素濃度に
応じて起電力、又は電圧印加に伴い電流出力を発生す
る。また、センサセル１３０は、ポンプセル１１０を通
過した後のガスからＮＯｘ濃度を検出する。

【００７７】特に本実施の形態では、図１２（ｂ）に示
すように、排ガスの流れ方向に対して同等位置になるよ
う、モニタセル１２０及びセンサセル１３０が並列に配
置されると共に、これら各セル１２０，１３０の大気通
路１４８側の電極が共通電極１２２となっている。すな
わち、モニタセル１２０は、固体電解質１４１とそれを
挟んで対向配置された電極１２１及び共通電極１２２と
からなり、センサセル１３０は、同じく固体電解質１４
１とそれを挟んで対向配置された電極１３１及び共通電
極１２２とからなる。なお、モニタセル１２０の電極１
２１（第２チャンバー１４６側の電極）はＮＯｘガスに
不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属からなるのに対し、セン
サセル１３０の電極１３１（第２チャンバー１４６側の
電極）はＮＯｘガスに活性なＰｔ等の貴金属からなる。

【００７８】固体電解質１４２の図の下面には絶縁層１
４９が設けられ、この絶縁層１４９により大気通路１５
０が形成されている。また、絶縁層１４９には、センサ
全体を加熱するためのヒータ１５１が埋設されている。
ヒータ１５１はポンプセル１１０、モニタセル１２０及
びセンサセル１３０を含めたセンサ全体を活性状態にす
べく、外部からの給電により熱エネルギーを発生させ
る。

【００７９】上記構成のガス濃度センサ１００におい
て、排ガスは多孔質拡散層１４７及びピンホール１４１
ａを通って第１チャンバー１４４に導入される。そし
て、この排ガスがポンプセル１１０近傍を通過する際、
ポンプセル１１０の電極１１１，１１２間に電圧を印加
することで分解反応が起こり、第１チャンバー１４４内
の酸素濃度に応じてポンプセル１１０を介して酸素が出
し入れされる。なおこのとき、第１チャンバー１４４側
の電極１１１がＮＯｘ不活性電極であるので、ポンプセ
ル１１０では排ガス中のＮＯｘは分解されず、酸素のみ
が分解されて大気通路１５０に排出される。そして、ポ
ンプセル１１０に流れた電流により、排ガス中に含まれ
る酸素濃度が検出される。

【００８０】その後、ポンプセル１１０近傍を通過した
排ガスは第２チャンバー１４６に流れ込み、モニタセル
１２０では、ガス中の残留酸素濃度に応じた出力が発生
する。モニタセル１２０の出力は、該モニタセル１２０
の電極１２１，１２２間に所定の電圧を印加すること
で、モニタセル電流として検出される。また、センサセ
ル１３０の電極１３１，１２２間に所定の電圧を印加す
ることでガス中のＮＯｘが還元分解され、その際発生す
る酸素が大気通路１４８に排出される。その際、センサ
セル１３０に流れた電流により、排ガス中に含まれるＮ
Ｏｘ濃度が検出される。

【００８１】次に、ガス濃度検出装置の電気的な構成を
図１１を用いて説明する。なお図１１は、前述のガス濃
度センサ１００を用いたガス濃度検出装置であるが、モ
ニタセル１２０及びセンサセル１３０の電極配置につい
ては、便宜上、横並びの状態で示す。

【００８２】図１１において、制御回路２００は、ＣＰ
Ｕ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、Ｉ／Ｏポー
ト等を備える周知のマイクロコンピュータで構成されて
おり、各セル１１０〜１３０の印加電圧をＤ／Ａコンバ
ータ（Ｄ／Ａ０〜Ｄ／Ａ２）より適宜出力する。また、
制御回路２００は、各セル１１０〜１３０に流れる電流
を測定すべく、各端子Ｖｃ、Ｖｅ、Ｖｄ、Ｖｂ、Ｖｇ、
Ｖｈの電圧をＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ０〜Ａ／Ｄ５）
より各々入力する。制御回路２００は、ポンプセル１１
０やセンサセル１３０での測定電流に基づいて排ガス中
の酸素濃度やＮＯｘ濃度を検出し、その検出値をＤ／Ａ
コンバータ（Ｄ／Ａ４，Ｄ／Ａ３）より外部に出力す
る。

【００８３】回路構成について詳しくは、ポンプセル１
１０において一方の電極１１２には、基準電源２０１及
びオペアンプ２０２により基準電圧Ｖａが印加され、他
方の電極１１１には、オペアンプ２０３及び電流検出抵
抗２０４を介して制御回路２００の指令電圧（Ｖｂ）が
印加される。Ｖｂ印加に際し、排ガス中の酸素濃度に応
じてポンプセル１１０に電流が流れると、その電流が電
流検出抵抗２０４により検出される。つまり、電流検出
抵抗２０４の両端子電圧であるＶｂ電圧及びＶｄ電圧が
制御回路２００に取り込まれ、そのＶｂ電圧及びＶｄ電
圧によりポンプセル電流Ｉｐが算出される。

【００８４】また、モニタセル１２０及びセンサセル１
３０の共通電極１２２には、基準電源２０５及びオペア
ンプ２０６により基準電圧Ｖｆが印加され、共通電極１
２２とは異なる方のセンサセル電極１３１には、オペア
ンプ２０７及び電流検出抵抗２０８を介して制御回路２
００の指令電圧（Ｖｇ）が印加される。Ｖｇ印加に際
し、排ガス中のＮＯｘ濃度に応じてセンサセル１３０に
電流が流れると、その電流が電流検出抵抗２０８により
検出される。つまり、電流検出抵抗２０８の両端子電圧
であるＶｇ電圧及びＶｈ電圧が制御回路２００に取り込
まれ、そのＶｇ電圧及びＶｈ電圧によりセンサセル電流
Ｉｓが算出される。

【００８５】また、共通電極１２２とは異なる方のモニ
タセル電極１２１には、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）２
０９、オペアンプ２１０及び電流検出抵抗２１１を介し
て制御回路２００の指令電圧（Ｖｃ）が印加される。Ｖ
ｃ印加に際し、排ガス中の残留酸素濃度に応じてモニタ
セル１２０に電流が流れると、その電流が電流検出抵抗
２１１により検出される。つまり、電流検出抵抗２１１
の両端子電圧であるＶｃ電圧及びＶｅ電圧が制御回路２
００に取り込まれ、そのＶｃ電圧及びＶｅ電圧によりモ
ニタセル電流Ｉｍが算出される。なお、ＬＰＦ２０９
は、例えば抵抗及びコンデンサからなる一次フィルタに
て実現される。

【００８６】また本実施の形態では、モニタセル１２０
を対象に、掃引法を用いて素子インピーダンスが検出さ
れるようになっている。つまり、モニタセル１２０のイ
ンピーダンス検出時において、制御回路２００により、
モニタセル印加電圧（指令電圧Ｖｃ）が正側又は負側の
少なくとも何れかに瞬間的に切り換えられる。この印加
電圧は、ＬＰＦ２０９により正弦波的になまされつつモ
ニタセル１２０に印加される。交流電圧の周波数は１０
ｋＨｚ以上が望ましく、ＬＰＦ２０９の時定数は５μｓ
ｅｃ程度で設定される。そして、その時の電圧変化量と
電流変化量とからモニタセル１２０の素子インピーダン
スが算出される。

【００８７】因みに、モニタセル１２０及びセンサセル
１３０では、一方の電極を共通電極１２２としたため、
基準電圧側のドライブ回路が削減できるというメリット
や、ガス濃度センサ１００からのリード線の取り出し本
数が削減できるというメリットが得られる。また、モニ
タセル１２０とセンサセル１３０とは同じ固体電解質１
４１で隣り合って形成されるため、掃引時には隣の電極
に電流が流れ、インピーダンスの検出精度が悪化するこ
とが懸念されるが、共通電極１２２を設けることで一方
の電極が同じ電位となり、この影響が低減できる。

【００８８】ところで、モニタセル１２０では残留酸素
を検出する際に数μＡ程度の電流しか流れないのに対
し、インピーダンス検出のための掃引時には数ｍＡ程度
の電流が流れる。このオーダーの異なる電流を同じ検出
抵抗で検出すると、オーバーレンジしたり、検出精度が
悪くなったりする。そこで本実施の形態では、モニタセ
ル１２０による残留酸素検出時とインピーダンス検出時
とで電流検出抵抗を切り換えることとする。

【００８９】具体的には、電流検出抵抗２１１に並列
に、別の電流検出抵抗２１２とスイッチ回路２１３（例
えば、半導体スイッチ）とを設ける。そして、制御回路
２００のＩ／Ｏポートからの出力により、スイッチ回路
２１３をオン／オフさせるよう構成する。この場合、通
常のガス濃度検出時には、スイッチ回路２１３をオフ
（開放）し、電流検出抵抗２１１による数１００ｋΩ程
度の抵抗でモニタセル電流Ｉｍを検出する。これに対
し、インピーダンス検出時には、スイッチ回路２１３を
オン（閉鎖）し、電流検出抵抗２１１及び２１２による
数１００Ω程度の抵抗でモニタセル電流Ｉｍを検出す
る。

【００９０】Ｖｅ電圧は、Ｐ／Ｈ回路（ピークホールド
回路）２２０を通じて制御回路２００に入力される。こ
の場合、Ｐ／Ｈ回路２２０は、制御回路２００によりＰ
／Ｈ期間が設定及び解除され、インピーダンス検出時に
は電圧変化がピーク値に達する付近でＰ／Ｈ期間が一時
的に設定されるようになっている。

【００９１】また、制御回路２００内のＣＰＵは、制御
デューティ比ＤｕｔｙをＩ／Ｏポートから出力してＭＯ
ＳＦＥＴドライバ２５１を駆動する。このとき、ＭＯＳ
ＦＥＴ２５２により電源２５３（例えばバッテリ電源）
からヒータ１５１へ供給される電力がＰＷＭ制御され
る。なお本実施の形態では、制御回路２００により特許
請求の範囲に記載した「素子抵抗検出手段」及び「ヒー
タ制御手段」が構成される。

【００９２】図１３は、ヒータ通電の概要を示すタイム
チャートである。図１３に示すように、ＰＷＭカウンタ
は一定の時間周期でカウントアップを繰り返す構成とな
っており、本実施の形態の場合、１２８ｍｓｅｃをＰＷ
Ｍカウンタの１周期としている。因みに、この時間は素
子インピーダンスＺＡＣの検出周期と同じである。

【００９３】制御デューティ比Ｄｕｔｙが算出される都
度、そのＤｕｔｙに応じてヒータＯＮ設定時間がレジス
タ等にセットされ、そのＰＷＭカウンタがＯＮ設定時間
に達するとヒータ通電がＯＮからＯＦＦに切り換えられ
る。また、ＰＷＭカウンタがリセットされるタイミング
で、ヒータ通電が再度ＯＮされる。

【００９４】例えば、インピーダンス検出期間が図のＴ
ｉの期間で設定され、当該Ｔｉ期間とヒータ通電のＯＮ
／ＯＦＦの切り換え（図ではＯＮ→ＯＦＦ）とが重複す
る場合、前述の通りセンサ素子の電気経路にノイズが生
じ、ＺＡＣの検出値に影響が及ぶと考えられる。具体的
には、図２０に示すように、印加電圧の掃引に伴う掃引
電流の波形に誤差ΔＩａが生じ、Ｐ／Ｈ回路２２０を用
いる場合において誤ったピーク値が保存されてしまう。
そこで本実施の形態では、インピーダンス検出期間内に
ヒータ通電がＯＮ／ＯＦＦ切り換えられる場合に、ヒー
タ通電のＯＮ又はＯＦＦの何れかのタイミングを強制的
に変更することを提案する。

【００９５】すなわち、詳細を示す図１４では、タイミ
ングａ〜ｂがインピーダンス検出期間Ｔｉであり、その
期間Ｔｉ内でセンサ端子電圧（又はセンサ電流）に掃引
波形が与えられる。この場合、インピーダンス検出期間
Ｔｉ内で通電ＯＦＦタイミングｃが生じるため、その通
電ＯＦＦタイミングｃを早く、或いは遅くしてインピー
ダンス検出期間Ｔｉ内にヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦが生
じないようにする。

【００９６】実際には、インピーダンス検出期間Ｔｉ内
において、正確に検出したいのは電圧変化量ΔＶ（又は
それ相当の電流変化）であり、センサ電圧の変化開始か
らピーク値に達するまでの期間でヒータ通電のＯＮ／Ｏ
ＦＦが生じなければ良い。特に電圧変化のピーク値をＰ
／Ｈ回路２２０を介して制御回路２００に取り込む本構
成では、Ｐ／Ｈ回路２２０によるＰ／Ｈ期間（図のａ〜
ｄの期間）でヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦが生じなければ
良い。故に、通電ＯＦＦタイミングを早くする場合に
は、通電ＯＦＦのタイミングをタイミングａに変更し、
通電波形を図の「変更後１」のようにする。また、通電
ＯＦＦタイミングを遅くする場合には、通電ＯＦＦのタ
イミングをタイミングｄに変更し、通電波形を図の「変
更後２」のようにする。因みに、変更後１ではＤｕｔｙ
が小さくなり、変更後２ではＤｕｔｙが大きくなる。

【００９７】ヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを
強制的に早く又は遅くするには、ポート出力を操作する
ことにより実際のヒータ制御信号を制御すれば良い。具
体的には、図１５に示すように、インピーダンス検出期
間Ｔｉと通電ＯＦＦのタイミングとが重複する場合にお
いて、ポート出力を一時的にＯＦＦし、それによりヒー
タ通電を図示の変更前の状態から変更後の状態に切り換
える。その他に、ＰＷＭカウンタのＯＮ設定時間を増加
側又は減少側に変更し、それにより通電切り換えのタイ
ミングを早く又は遅くすることも可能である。

【００９８】図１６は、本実施の形態におけるＺＡＣ検
出ルーチンを示すフローチャートであり、この処理は、
所定時間周期（本実施の形態では１２８ｍｓｅｃ周期）
で制御回路２００により実施される。図１６の処理は、
第１の実施の形態における図５の処理に相当するもので
あり、実際には、制御回路２００はこのＺＡＣ検出ルー
チンの他、図４、図６相当の処理を実施する。なお、図
示は割愛するが、本実施の形態の場合、図４相当の処理
ではＡ／Ｆの検出の他、ＮＯｘ濃度の検出が行われる。

【００９９】ヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えは、基
本的に素子インピーダンスの検出処理（図１６の処理）
とは別に実施されるが、本実施の形態では、インピーダ
ンス検出期間とヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えのタ
イミングとが重複する場合に限り、当該通電の切り換え
を素子インピーダンスの検出処理内で実施するものであ
る。

【０１００】図１６において、先ずステップ３０１で
は、現時点でのＰＷＭカウンタの値を読み込み、続くス
テップ３０２では、今現在のＰＷＭカウンタ、ＯＮ設定
時間、Ｐ／Ｈ期間の所要時間から通電切り換えのタイミ
ングを確認する。そして、今回のインピーダンス検出期
間（Ｐ／Ｈ期間）内にヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換
えが重複して行われるか否かを推測する。またこのと
き、通電切り換えが重複すると推測される場合に通電切
り換えを早くするか、又は遅くするかを判断する。これ
は、Ｄｕｔｙの変更が少ない方を選択すれば良い。

【０１０１】その後、ステップ３０３では、ヒータ通電
のＯＮ／ＯＦＦ切り換えを今実施すべきか否かを判別す
る。通電切り換えが重複すると推測され、通電切り換え
を早くする場合には、当該ステップをＹＥＳとし、ステ
ップ３０４で直ちにヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換え
を実施する。

【０１０２】その後、ステップ３０５では、Ｐ／Ｈ回路
２２０によるＰ／Ｈを開始し、続くステップ３０６で
は、印加電圧を単発的に変化（掃引）させる。そして、
ステップ３０７では、その時の電圧変化と電流変化とを
計測し、ステップ３０８では、Ｐ／Ｈ回路２２０による
Ｐ／Ｈを終了する。

【０１０３】ステップ３０９では、ヒータ通電のＯＮ／
ＯＦＦ切り換えを今実施すべきか否かを判別する。通電
切り換えが重複すると推測され、通電切り換えを遅くす
る場合には、当該ステップをＹＥＳとし、ステップ３１
０で直ちにヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えを実施す
る。最後に、ステップ３１１では、前記計測した電圧変
化及び電流変化から素子インピーダンスＺＡＣを算出す
る。

【０１０４】以上本実施の形態によれば、インピーダン
ス検出期間とヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えのタイ
ミングとが重複する場合に、各タイミングの何れかが強
制的に前後にずらされるため、素子インピーダンスＺＡ
Ｃの誤検出を抑制し、その検出精度を向上させることが
できる。

【０１０５】ヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えがイン
ピーダンス検出期間に重複する場合において、インピー
ダンス検出開始前若しくは検出終了後のうち、ヒータ通
電時間（Ｄｕｔｙ）の変更が少ない方に通電切り換えの
タイミングが変更されるため、ヒータ通電時間への影響
が少なく、ヒータ制御性も良好に維持できる。

【０１０６】特にＰ／Ｈ期間に重複しないようヒータ通
電切り換えのタイミングが変更されるので、通電切り換
えが重複してはいけない期間が限定的に狭められ、ヒー
タ通電時間の変更を最小限に抑えることができる。因み
に、Ｐ／Ｈ回路２２０を介して電圧変化のピーク値を取
り込むことにより、電圧ピークのタイミングが前後にば
らついたとしてもピーク値を正しく検出することができ
る。

【０１０７】なお所定タイミングでＡ／Ｄ変換を行い、
それによりピーク電圧等を取り込む構成とした場合に
は、少なくともＡ／Ｄ変換のタイミングでヒータ通電切
り換えが行われないよう、当該切り換えのタイミングが
変更されれば良い。

【０１０８】インピーダンス検出期間とヒータ通電のＯ
Ｎ／ＯＦＦ切り換えのタイミングとが重複しないように
するには、上記以外の手法を用いることも可能であり、
以下には別の形態を説明する。

【０１０９】先ず図１７では、ヒータ通電切り換えのタ
イミングとインピーダンス検出期間Ｔｉとが重複する場
合において、通電切り換えが終わるまでインピーダンス
検出の開始（実際には、Ｐ／Ｈの開始）を待つようにし
た。図１７の事例では、インピーダンス検出期間がＴｉ
からＴｉａに変更される。このようにインピーダンス検
出期間の方をずらす場合であっても同様に、インピーダ
ンス検出期間とヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えのタ
イミングとが重複することが防止できる。

【０１１０】次に、図１８では、ヒータ通電切り換えの
タイミングとインピーダンス検出期間Ｔｉとが重複する
場合において、ヒータ制御状態を変更すべくＰＷＭの周
期を長く又は短くする。図１８の事例では、ＰＷＭの周
期をＴαからＴβに変更する。この場合、ＰＷＭの周期
とインピーダンス検出の周期とが同調していれば、Ｔβ
に変更するのは１回だけで良く、その後Ｔαに戻す。こ
こで、ＰＷＭの周期とインピーダンス検出の周期とが同
調しているとは、それらの周期が同一である場合、ＰＷ
Ｍの周期に対してインピーダンス検出の周期がｎ倍又は
１／ｎ倍である場合を言う。このようにヒータ制御状態
を変更する場合であっても同様に、インピーダンス検出
期間とヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えのタイミング
とが重複することが防止できる。

【０１１１】また、図１９では、ＰＷＭの周期とインピ
ーダンス検出の周期とが同調する場合において、ヒータ
通電切り換えのタイミングとインピーダンス検出期間Ｔ
ｉとが重複しないよう、ヒータ通電のデューティ比（Ｏ
Ｎ設定時間）について最大値又は最小値を規定するもの
である。図１９の事例では、上限ガード値を設定し、Ｏ
Ｎ設定時間がこの上限ガード値を超えないようにしてい
る。かかる場合にも同様に、既述の効果が得られる。な
お、ヒータ通電ＯＮの直後にインピーダンス検出期間が
存在する場合には、ＯＮ設定時間の下限ガード値を設定
すれば良い。

【０１１２】上記の説明では、ガス濃度センサ１００の
モニタセル１２０について素子インピーダンスを検出す
る旨説明したが、他のセル（ポンプセル１００，センサ
セル１３０）についても素子インピーダンスを検出する
場合が考えられる。この場合には、何れかのセルのイン
ピーダンス検出期間においてもヒータ通電切り換えのタ
イミングと重複させないようにすると良い。

【０１１３】また、エンジンの排気管に複数のガス濃度
センサが設けられる場合など、ガス濃度センサを複数有
するシステムでは、何れかのガス濃度センサのインピー
ダンス検出期間においても全てのヒータ通電のＯＮ／Ｏ
ＦＦ切り換えのタイミングと重複させないようにすると
良い。

【０１１４】なお本発明は、上記以外に次の形態にて具
体化できる。前記図６においてステップ１５０，１５１
でのガード値でＤｕｔｙが制限される場合、そのガード
値に対するＤｕｔｙ補正は比較的緩い精度で良い。そこ
で、ガード値でＤｕｔｙが制限される場合に限り、補正
実施の時間間隔を拡張する。この場合、補正に関する処
理頻度が少なくなり、マイコン２０の処理負荷が軽減で
きる。

【０１１５】また、制御デューティ比ＤｕｔｙのＯＮ時
間が所定値よりも長い場合にのみ、ヒータ電圧及びヒー
タ電流の検出を許可するよう構成する。実際には、Ｄｕ
ｔｙ≧５０％の場合のみ、ヒータ電圧及びヒータ電流の
検出を許可する。つまり、ヒータ電圧やヒータ電流はヒ
ータ通電のＯＮ時に検出されるが、そのＯＮ時間が短す
ぎると、ヒータ電圧やヒータ電流の検出が困難になる。
これに対し本構成によれば、ヒータ電圧やヒータ電流の
検出が確実に実施できる。またこの場合、マイコン２０
の演算負荷が軽減できると共に、簡単な検出回路でヒー
タ電圧やヒータ電流を検出することができる。

【０１１６】Ｄｕｔｙ補正として、その都度検出したヒ
ータ電圧又はヒータ電流とそれ以前に検出したヒータ電
圧又はヒータ電流との比較に基づき、制御デューティ比
Ｄｕｔｙを補正することも可能である。具体的には、次
式を用いて補正を実施する。

【０１１７】

【数１】かかる場合にも、既述の実施の形態と同様に、制御デュ
ーティ比Ｄｕｔｙを適正に設定し、ひいてはヒータ通電
の制御性を向上させることができる。なお、上記数式に
おいて、「前回の検出電圧／今回の検出電圧」の項を、
「前回の検出電圧^2／今回の検出電圧^2」に変更した
り、「前回の検出電流／今回の検出電流」や「前回の検
出電流^2／今回の検出電流^2」に変更したりしても良
い。因みに、電圧又は電流は２乗の値を用いた方が補正
の精度が向上する。また、比較の対象は、今回値と前回
値とに限らず、今回値とそれ以前の値との比較であれば
良い。

【０１１８】上記実施の形態では、図６のヒータ通電制
御ルーチンにおいて、Ｄｕｔｙ補正の処理と、上限及び
下限のガード処理とを共に実施したが、同ルーチンとし
ては、少なくともＤｕｔｙ補正を組み込んだもので実現
されれば良い。また、素子温の高温側の上限ガード（図
６のステップ１５０）と、低温側の下限ガード（図６の
ステップ１５１）とのうち、少なくとも一方のみを実施
するものであっても良い。制御デューティ比Ｄｕｔｙを
ガードするための構成としては基本的に、低温時におけ
るセンサ素子の早期活性化や、高温時における素子割れ
等の不具合防止が実現できるよう、素子インピーダンス
の検出値が大きいほどガード値大きくなるよう設定され
るものであれば任意に実現できる。

【０１１９】ガス濃度センサの素子抵抗として、インピ
ーダンスに代えて、その逆数であるアドミタンスを演算
するようにしても良い。この場合、素子温度（センサ活
性状態）に応じてインピーダンスとアドミタンスとを切
り換えて使用することも可能である。

【０１２０】ガス濃度センサとして、排ガス中の酸素濃
度を検出する既述のＡ／Ｆセンサ以外に、例えば、ＮＯ
ｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ、ＨＣ濃度を検出するＨ
Ｃセンサ、ＣＯ濃度を検出するＣＯセンサ等が適用でき
る。その場合、検出セルは複数個有するものであっても
良い。更に、排ガス以外のガスを被測定ガスとすること
も可能である。ガス濃度検出装置としても、空燃比検出
装置以外の適用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態における空燃比検出装置の概
要を示す構成図。

【図２】センサ素子の要部断面図。

【図３】ヒータ制御回路の構成を示す回路図。

【図４】マイコンによるメインルーチンを示すフローチ
ャート。

【図５】素子インピーダンスの検出手順を示すフローチ
ャート。

【図６】ヒータ通電の制御手順を示すフローチャート。

【図７】インピーダンス検出時における電圧変化と電流
変化とを示す波形図。

【図８】素子インピーダンスと素子温との関係を示す
図。

【図９】ヒータ電圧と補正項との関係を示す図。

【図１０】ヒータ通電制御が実施される様子を示すタイ
ムチャート。

【図１１】第２の実施の形態におけるガス濃度検出装置
の概要を示す構成図。

【図１２】ガス濃度センサの構成を示す断面図。

【図１３】ヒータ通電の動作を示すタイムチャート。

【図１４】ヒータ通電切り換えの詳細を示すタイムチャ
ート。

【図１５】ヒータ通電の動作を示すタイムチャート。

【図１６】素子インピーダンスの検出手順を示すフロー
チャート。

【図１７】ヒータ通電の動作を示すタイムチャート。

【図１８】ヒータ通電の動作を示すタイムチャート。

【図１９】ヒータ通電の動作を示すタイムチャート。

【図２０】ヒータ通電切り換え時の電流波形を示すタイ
ムチャート。

【符号の説明】

１０…エンジン、１５…空燃比検出装置、２０…マイコ
ン、３０…Ａ／Ｆセンサ、３１…固体電解質体、３９…
ヒータ、１００…ガス濃度センサ、１１０…ポンプセ
ル、１２０…モニタセル、１３０…センサセル、１４
１，１４２…固体電解質、１５１…ヒータ、２００…制
御回路、２２０…Ｐ／Ｈ回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｎ 27/46 ３２７Ｇ３２７Ｑ３３１ (72)発明者丹羽三信愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体電解質体を用いたセンサ素子、並びに
該センサ素子を活性状態に加熱するためのヒータを有す
るガス濃度センサと、前記ガス濃度センサの素子抵抗を検出する素子抵抗検出
手段と、前記検出した素子抵抗と目標値との偏差に基づいてヒー
タ制御量を算出する制御量算出手段と、予め規定した基準のヒータ電力とその都度の実際のヒー
タ電力との比較に基づき、前記制御量算出手段により算
出したヒータ制御量を補正する制御量補正手段と、を備
えることを特徴とするガス濃度センサのヒータ制御装
置。
【請求項２】前記制御量補正手段は、ヒータ電圧の基準
値と検出値との比較によりヒータ制御量を補正する請求
項１に記載のガス濃度センサのヒータ制御装置。
【請求項３】前記制御量補正手段は、ヒータ電流の基準
値と検出値との比較によりヒータ制御量を補正する請求
項１に記載のガス濃度センサのヒータ制御装置。
【請求項４】固体電解質体を用いたセンサ素子、並びに
該センサ素子を活性状態に加熱するためのヒータを有す
るガス濃度センサと、前記ガス濃度センサの素子抵抗を検出する素子抵抗検出
手段と、前記検出した素子抵抗と目標値との偏差に基づいてヒー
タ制御量を算出する制御量算出手段と、その都度検出したヒータ電圧又はヒータ電流とそれ以前
に検出したヒータ電圧又はヒータ電流との比較に基づ
き、前記制御量算出手段により算出したヒータ制御量を
補正する制御量補正手段と、を備えることを特徴とする
ガス濃度センサのヒータ制御装置。
【請求項５】ヒータ制御量を制限するためのガード値
を、素子抵抗の検出値が大きいほど大きくなるよう設定
するガード値設定手段を更に備える請求項１〜４の何れ
かに記載のガス濃度センサのヒータ制御装置。
【請求項６】前記検出した素子抵抗と素子抵抗の目標値
との偏差に基づき、少なくとも積分項を反映しつつヒー
タ通電のフィードバック制御を実施するヒータ制御装置
であって、前記検出した素子抵抗が目標値を含む所定の制御範囲に
あるか否かを判定する判定手段を更に備え、前記ガード値設定手段は、前記制御範囲から外れて素子
抵抗が変化した旨判定される場合、その素子抵抗の変化
を抑える向きにヒータ制御量のガード値を設定する請求
項５に記載のガス濃度センサのヒータ制御装置。
【請求項７】請求項６に記載のガス濃度センサのヒータ
制御装置において、前記ガード値設定手段は、前記制御
範囲に対し素子温の高温側に素子抵抗が変化した旨判定
される場合、ヒータ制御量の最大値を制限するための第
１のガード値を設定し、前記制御範囲に対し素子温の低
温側に素子抵抗が変化した旨判定される場合、ヒータ制
御量の最小値を制限するための第２のガード値を設定す
るガス濃度センサのヒータ制御装置。
【請求項８】請求項５〜７の何れかに記載のガス濃度セ
ンサのヒータ制御装置において、前記ガード値設定手段
により設定したガード値でヒータ制御量が制限される場
合、前記制御量補正手段は、該ガード値を対象に補正を
実施するガス濃度センサのヒータ制御装置。
【請求項９】請求項８に記載のガス濃度センサのヒータ
制御装置において、前記ガード値設定手段により設定し
たガード値でヒータ制御量が制限される場合、前記制御
量補正手段は、補正実施の時間間隔を拡げるガス濃度セ
ンサのヒータ制御装置。
【請求項１０】所定周期におけるヒータ通電のＯＮ時間
を制御するようにしたガス濃度センサのヒータ制御装置
において、ヒータ通電のＯＮ時間が所定値よりも長い場合にのみ、
ヒータ電力算出のためのヒータ電圧又はヒータ電流の検
出を許可する請求項１〜９の何れかに記載のガス濃度セ
ンサのヒータ制御装置。
【請求項１１】前記素子抵抗検出手段は、センサ素子へ
の印加電圧又は電流を素子抵抗検出用の値に一時的に切
り換え、その時の電流変化又は電圧変化から素子抵抗を
検出するものであり、その素子抵抗の検出期間とヒータ
通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えのタイミングとが重複する
場合、各タイミングの何れかを強制的にずらすようにし
た請求項１〜１０の何れかに記載のガス濃度センサのヒ
ータ制御装置。
【請求項１２】固体電解質体を用いたセンサ素子、並び
に該センサ素子を活性状態に加熱するためのヒータを有
するガス濃度センサと、センサ素子への印加電圧又は電流を素子抵抗検出用の値
に一時的に切り換え、その時の電流変化又は電圧変化か
ら前記ガス濃度センサの素子抵抗を検出する素子抵抗検
出手段と、ヒータへの通電を周期的にＯＮ／ＯＦＦさせるヒータ制
御手段と、を備え、前記素子抵抗検出手段による素子抵抗の検出期間とヒー
タ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えのタイミングとが重複す
る場合、各タイミングの何れかを強制的にずらすように
したことを特徴とするガス濃度センサのヒータ制御装
置。
【請求項１３】前記素子抵抗検出手段による素子抵抗検
出に際し、ヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えが素子抵
抗検出期間に重複するか否かを推測し、重複する旨推測
した場合、当該検出開始前若しくは検出終了後に通電切
り換えのタイミングを変更する請求項１２に記載のガス
濃度センサのヒータ制御装置。
【請求項１４】ヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えが素
子抵抗検出期間に重複する旨推測した場合において、素
子抵抗の検出開始前若しくは検出終了後のうち、ヒータ
通電時間の変更が少ない方に通電切り換えのタイミング
を変更する請求項１３に記載のガス濃度センサのヒータ
制御装置。
【請求項１５】前記素子抵抗検出手段による素子抵抗検
出に際し、ヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えが素子抵
抗検出期間に重複するか否かを推測し、重複する旨推測
した場合、通電切り換えが終わるまで素子抵抗検出の開
始を待つようにした請求項１２に記載のガス濃度センサ
のヒータ制御装置。
【請求項１６】前記ヒータ制御手段は、一定の所定周期
でデューティ比を設定し、そのデューティ比に対応する
ＯＮ時間によりヒータを通電するものであって、ヒータ
通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換えが素子抵抗検出期間に重複
する場合、前記所定周期を長く又は短くする請求項１２
に記載のガス濃度センサのヒータ制御装置。
【請求項１７】ヒータ通電の周期と素子抵抗検出の周期
とが同調する場合に、素子抵抗の検出期間と重複しない
よう、ヒータ通電のデューティ比について最大値又は最
小値を規定した請求項１２に記載のガス濃度センサのヒ
ータ制御装置。
【請求項１８】前記ガス濃度センサは前記固体電解質体
に複数のセルを有し、前記素子抵抗検出手段は各セルで
素子抵抗を検出するものであり、何れかのセルの素子抵
抗検出期間においてもヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換
えのタイミングと重複させないようにした請求項１２〜
１７の何れかに記載のガス濃度センサのヒータ制御装
置。
【請求項１９】前記ガス濃度センサを複数有するシステ
ムであって、何れかのガス濃度センサの素子抵抗検出期
間においても全てのヒータ通電のＯＮ／ＯＦＦ切り換え
のタイミングと重複させないようにした請求項１２〜１
８の何れかに記載のガス濃度センサのヒータ制御装置。
【請求項２０】素子抵抗検出時の電流変化又は電圧変化
をピークホールド回路を介して取り込む構成であって、
前記素子抵抗の検出期間はピークホールド回路のピーク
ホールド期間である請求項１２〜１９の何れかに記載の
ガス濃度センサのヒータ制御装置。
【請求項２１】素子抵抗検出時の電流変化又は電圧変化
を所定タイミングでＡ／Ｄ変換器を介して取り込む構成
であって、前記素子抵抗の検出期間は少なくともＡ／Ｄ
変換のタイミングを含む期間である請求項１２〜１９の
何れかに記載のガス濃度センサのヒータ制御装置。