JP2018072005A - Heater controller for gas concentration sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heater driving device capable of circumventing continuous noise signal due to on/off switching of a heater when a resistance value of a gas detection element is measured in a gas concentration sensor.SOLUTION: A heater controller 100 for controlling activation of a heater of a gas concentration sensor includes a gas detection element 30 and a heater 40 for heating and activating the gas detection element. The number of synchronization between the detection cycle of the resistance value of the gas detection element and the drive cycle of the heater is set as to be the smallest within a predetermined time so that the detection cycle of the resistance value of the gas detection element 30 and the drive cycle of activation to the heater 40 are not synchronized at all times.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、ガス濃度センサのガス検出素子を活性化するヒータへの通電を制御するためのガス濃度センサのヒータ制御装置に関するものである。   The present invention relates to a heater controller for a gas concentration sensor for controlling energization to a heater that activates a gas detection element of the gas concentration sensor.

固体電解質体および一対の電極からなるセルを少なくとも1つ以上備えるガス検出素子を有し、酸素等の特定ガスの濃度を検出するガス濃度センサにおいて、ガス検出素子は温度が上昇すると活性化し、固体電解質体が酸素イオン導電性を良好に発揮することにより特定ガスの濃度検出を可能とする。ガス検出素子は、内燃機関から排出される排気ガスの熱によって加熱される。その一方で、ガス検出素子の早期活性化と、素子温度を一定に保つことによる動作の安定性を確保するため、ガス濃度センサはガス検出素子を加熱するためのヒータを備える。   In a gas concentration sensor having a gas detection element including at least one cell composed of a solid electrolyte body and a pair of electrodes and detecting the concentration of a specific gas such as oxygen, the gas detection element is activated when the temperature rises, The electrolyte body exhibits oxygen ion conductivity satisfactorily, thereby enabling detection of the concentration of a specific gas. The gas detection element is heated by the heat of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine. On the other hand, the gas concentration sensor includes a heater for heating the gas detection element in order to ensure early activation of the gas detection element and stability of operation by keeping the element temperature constant.

ガス濃度センサのヒータ制御装置は、ヒータの通電制御を通常PWM(パルス幅変調)制御によって行う。ここでPWM制御に適用する駆動周期は、ヒータへの通電のオン・オフに伴いガス検出素子の温度変化に大きく影響を与えない範囲で、できるだけ長く動作させるほうがよいが、ガス検出素子の特性によっては、駆動周期を短くする必要があるものも開発されている。   The heater control device for the gas concentration sensor performs heater energization control by normal PWM (pulse width modulation) control. Here, the drive cycle applied to the PWM control should be operated as long as possible within a range that does not greatly affect the temperature change of the gas detection element as the heater is turned on / off, but it depends on the characteristics of the gas detection element. Some have been developed that require a shorter driving cycle.

ガス濃度センサのヒータ制御装置は、ガス検出素子による特定ガスの濃度検出を行いながら、ガス検出素子の抵抗値(インピーダンス)を検出することによって、ガス検出素子の温度を検出する。ヒータ制御装置は、ガス検出素子温度の検出結果に基づいてPWM制御におけるデューティ比を算出し、ヒータの通電制御を行うことで、ガス検出素子の温度を一定に保つ。   The heater controller of the gas concentration sensor detects the temperature of the gas detection element by detecting the resistance value (impedance) of the gas detection element while detecting the concentration of the specific gas by the gas detection element. The heater control device calculates the duty ratio in PWM control based on the detection result of the gas detection element temperature, and controls the heater energization to keep the temperature of the gas detection element constant.

ここで、図6に示すように、PWM制御によるヒータへの通電のオン・オフ切り換えタイミングとガス検出素子の抵抗値の検出時期(検出期間)とが重なると、素子抵抗値の検出結果にノイズが重畳する可能性がある。このため、ヒータへの通電のPWM制御におけるオン・オフ切り換え時期と、素子抵抗値の検出時期とが重複しないように、オン・オフ切り換えタイミングを強制的にずらすように制御することができる制御装置が知られている(例えば特許文献1参照)。
また、同様にヒータへの通電のオン・オフにおけるノイズの影響を受けないように、1回の周期内に複数回抵抗値を算出し、前回の算出値との相関性を持って今回の抵抗値を算出する制御装置が知られている(例えば特許文献2参照)。
Here, as shown in FIG. 6, when the ON / OFF switching timing of energization to the heater by the PWM control and the detection timing (detection period) of the resistance value of the gas detection element overlap, noise detection results are detected. May overlap. Therefore, a control device capable of forcibly shifting the on / off switching timing so that the on / off switching timing in the PWM control of energization to the heater does not overlap with the detection timing of the element resistance value. Is known (see, for example, Patent Document 1).
Similarly, the resistance value is calculated multiple times within a single cycle so that it is not affected by noise when the heater is turned on / off, and the current resistance value is correlated with the previous calculated value. A control device that calculates a value is known (see, for example, Patent Document 2).

特開2006−113081号公報JP 2006-113081 A 特開2015−64208号公報JP2015-64208A

しかしながら、特許文献1の方式はPWM制御のオン・オフ切り替え時期にあわせた制御が必要であり、素子抵抗の検出制御とヒータ駆動のPWM制御の同期処理が必要になるが、素子抵抗の検出制御とヒータ駆動のPWM制御を別デバイスで実施する場合、制御タイミングの同期は困難と考えられる。また同一デバイスで素子抵抗の検出制御とヒータ駆動のPWM制御を実施する場合でも、制御タイミングの同期をとるために制御内容が複雑化するとともに、高性能なマイクロコンピュータが必要になるため、高コスト化につなが
る。またPWM制御の駆動周期が短くなった場合、所望の時間を設定できない問題が生じる。
また特許文献2の方式もPWM制御の駆動周期が短くなった場合、1周期の時間が短くなるため、1回の周期内に抵抗値を算出するための十分な回数がとれず、正確な抵抗値を算出できなくなる問題が生じる。
However, the method of Patent Document 1 requires control in accordance with the on / off switching timing of PWM control, and requires synchronization processing of element resistance detection control and heater drive PWM control, but element resistance detection control. When the heater-driven PWM control is performed by another device, it is considered difficult to synchronize the control timing. Even when element resistance detection control and heater drive PWM control are performed with the same device, the control contents are complicated to synchronize the control timing, and a high-performance microcomputer is required. Leading to Further, when the PWM control drive cycle is shortened, there arises a problem that a desired time cannot be set.
Also, in the method of Patent Document 2, when the PWM control drive cycle is shortened, the time of one cycle is shortened, so that a sufficient number of times for calculating the resistance value cannot be taken within one cycle, and the accurate resistance There arises a problem that the value cannot be calculated.

またヒータへの通電のオン・オフ切り替えに伴うノイズの影響を低減させる場合、前回値に対し、なまし処理を行うことで一過性のノイズの影響を低減させることは可能であるが、抵抗検出のタイミングとヒータ駆動のPWM制御が一定期間重なった場合、なまし処理では影響を低減させることができない問題が生じる。   In addition, when reducing the effect of noise caused by switching on / off the power supply to the heater, it is possible to reduce the effect of transient noise by performing an annealing process on the previous value. When the detection timing and the heater-driven PWM control overlap for a certain period, there is a problem that the influence cannot be reduced by the annealing process.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ガス検出素子の抵抗値の検出周期とヒータに通電するPWM信号の駆動周期が常時同調しないように、ヒータに通電するPWM信号の駆動周期を設定することで、ヒータのオン・オフの切り替えに伴うノイズの影響を継続的に受けないようにしたガス濃度センサのヒータ制御装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems. The heater is energized so that the detection period of the resistance value of the gas detection element and the drive period of the PWM signal energizing the heater are not always synchronized. It is an object of the present invention to provide a heater control device for a gas concentration sensor that is configured not to be continuously affected by noise associated with heater on / off switching by setting a PWM signal drive cycle. .

この発明に係わるガス濃度センサのヒータ制御装置は、固体電解質体および固体電解質体に設けられた一対の電極を有する少なくとも一つ以上のセルを備えるガス検出素子と、ガス検出素子を加熱して活性化させるヒータとを備えるガス濃度センサのヒータへの通電を制御するヒータ制御装置であって、ガス検出素子の抵抗値の検出周期と、ヒータへの通電の駆動周期が常時同調しないよう、ガス検出素子の抵抗値の検出周期とヒータの駆動周期との同調回数が、所定時間内において最も少なくなるようにヒータの駆動周期を設定するようにしたものである。   A heater control device for a gas concentration sensor according to the present invention includes a gas detection element including at least one cell having a solid electrolyte body and a pair of electrodes provided on the solid electrolyte body, and heating the gas detection element to activate the gas detection element. A heater control device for controlling energization to a heater of a gas concentration sensor comprising a heater for generating gas, so that the detection cycle of the resistance value of the gas detection element and the drive cycle of energization to the heater are not always synchronized. The heater driving cycle is set so that the number of tunings between the element resistance detection cycle and the heater driving cycle is minimized within a predetermined time.

この発明では、ガス検出素子の抵抗値の検出周期とヒータに通電するPWM信号の駆動周期が常時同調しないようにヒータ駆動周期を設定するようにしたから、ガス濃度センサのガス検出素子の抵抗の計測タイミングに、ヒータのオン・オフの切り替えに伴うノイズ信号が継続的に印加されなくなることから、信号処理におけるなまし処理の効果を損なうことなく、ガス検出素子の抵抗の計測が可能となる。   In the present invention, since the heater drive cycle is set so that the detection cycle of the resistance value of the gas detection element and the drive cycle of the PWM signal energizing the heater are not always synchronized, the resistance of the gas detection element of the gas concentration sensor is set. Since the noise signal accompanying the on / off switching of the heater is not continuously applied at the measurement timing, the resistance of the gas detection element can be measured without impairing the effect of the annealing process in the signal processing.

この発明の実施の形態に係わるガス濃度センサのヒータ制御装置を示すブロック回路図である。It is a block circuit diagram which shows the heater control apparatus of the gas concentration sensor concerning embodiment of this invention. この発明の実施の形態1におけるヒータ駆動タイミングとセンサ抵抗計測タイミングを示すチャート図である。It is a chart figure which shows the heater drive timing and sensor resistance measurement timing in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2に係わる固定周期におけるヒータ駆動周期の算出方法を表すフローチャート図である。It is a flowchart figure showing the calculation method of the heater drive period in the fixed period concerning Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3に係わる可変周期におけるヒータ駆動周期の算出方法を表すフローチャート図である。It is a flowchart figure showing the calculation method of the heater drive period in the variable period concerning Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3における駆動周期の設定方法を表すフローチャート図である。It is a flowchart figure showing the setting method of the drive period in Embodiment 3 of this invention. 従来におけるヒータ駆動タイミングとセンサ抵抗計測タイミングを示すチャート図である。It is a chart figure which shows the heater drive timing in the past, and sensor resistance measurement timing.

実施の形態の全体説明
以下、この発明の実施の形態に係るガス濃度センサのヒータ制御装置を図1から図5に
基づいて説明する。この実施形態では、ガス濃度センサはその一例としてリニア空燃比センサ(以下、A/Fセンサと称す)とし、ヒータ制御装置はその一例として自動車の電子制御装置(ECU=Engine Control Unit)について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, a heater control device for a gas concentration sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the gas concentration sensor is a linear air-fuel ratio sensor (hereinafter referred to as an A / F sensor) as an example, and the heater control device is an electronic control device (ECU = Engine Control Unit) of an automobile as an example. .

図1はガス濃度センサのヒータ制御装置のブロック回路図を示し、図1において、ガス濃度センサとしてのリニアA/Fセンサ10はヒータ制御装置としての電子制御装置100に電気的に接続されて構成されている。
なお、リニアA/Fセンサ10及びリニアA/Fセンサ10を制御するための電子制御装置100を構成する専用のIC(ASIC)については、公知のものを使用しているため、その構造等の詳細については説明を省略し、概略的な構成について以下に説明する。
FIG. 1 is a block circuit diagram of a heater control device for a gas concentration sensor. In FIG. 1, a linear A / F sensor 10 as a gas concentration sensor is electrically connected to an electronic control device 100 as a heater control device. Has been.
In addition, since it is using a well-known thing about exclusive IC (ASIC) which comprises the electronic control apparatus 100 for controlling the linear A / F sensor 10 and the linear A / F sensor 10, its structure etc. A detailed description will be omitted, and a schematic configuration will be described below.

リニアA/Fセンサ10は、自動車のエンジンの排気通路(図示省略)に取り付けられ、排気通路を流通する排気ガス中の酸素濃度をもとに、排気ガスの空燃比を検出するセンサである。リニアA/Fセンサ10は、センサ素子20より複数のリード線を外部に引き出し、離れた位置に配置される電子制御装置100と電気的に接続する。電子制御装置100は、マイクロコンピュータ60を備え、リニアA/Fセンサ10を動作させる専用の集積回路(以下、ASICと称す)70とヒータドライバ50が組み込まれている。電子制御装置100は、ASIC70およびヒータドライバ50を用いてリニアA/Fセンサ10への通電を制御し、且つリニアA/Fセンサ10から得られる出力に基づき、エンジンの空燃比のフィードバック制御を行う。   The linear A / F sensor 10 is a sensor that is attached to an exhaust passage (not shown) of an automobile engine and detects the air-fuel ratio of the exhaust gas based on the oxygen concentration in the exhaust gas flowing through the exhaust passage. The linear A / F sensor 10 draws a plurality of lead wires from the sensor element 20 to the outside and is electrically connected to the electronic control device 100 arranged at a distant position. The electronic control device 100 includes a microcomputer 60 and incorporates a dedicated integrated circuit (hereinafter referred to as ASIC) 70 for operating the linear A / F sensor 10 and a heater driver 50. The electronic control unit 100 controls energization to the linear A / F sensor 10 using the ASIC 70 and the heater driver 50, and performs feedback control of the air-fuel ratio of the engine based on the output obtained from the linear A / F sensor 10. .

センサ素子20は、ガス検出素子30とヒータ40からなり、ガス検出素子30は酸素ポンプセルとして機能するIpセル31と、酸素濃度検出セルとして機能するVsセル32によって構成され、各セルは固体電解質体および固体電解質体に設けられた一対の電極を有する。Ipセル31およびVsセル32に設けられた電極のうち、一方の電極は、図1に示すように、互いに導通し、リニアA/Fセンサ10のCOMポートに接続する。Vsセル32の他方の電極はVs+ポートに接続し、Ipセル31の他方の電極はIp+ポートに接続する。
ヒータ40は発熱抵抗体41を備え、発熱抵抗体41の両端にバッテリからの電圧Vhを印加するようになっている。発熱抵抗体41の一方のヒータ端子には、電子制御装置100のヒータドライバ50が接続され、発熱抵抗体41への通電をPWM制御(パルス幅変調制御)する。
The sensor element 20 includes a gas detection element 30 and a heater 40. The gas detection element 30 includes an Ip cell 31 that functions as an oxygen pump cell and a Vs cell 32 that functions as an oxygen concentration detection cell. Each cell is a solid electrolyte body. And a pair of electrodes provided on the solid electrolyte body. One of the electrodes provided in the Ip cell 31 and the Vs cell 32 is electrically connected to each other and connected to the COM port of the linear A / F sensor 10 as shown in FIG. The other electrode of the Vs cell 32 is connected to the Vs + port, and the other electrode of the Ip cell 31 is connected to the Ip + port.
The heater 40 includes a heating resistor 41, and a voltage Vh from the battery is applied to both ends of the heating resistor 41. The heater driver 50 of the electronic control device 100 is connected to one heater terminal of the heating resistor 41, and PWM control (pulse width modulation control) of energization to the heating resistor 41 is performed.

次に、センサ素子20が接続される電子制御装置100の概略的な構成について説明する。電子制御装置100は、マイクロコンピュータ60、ASIC70、およびヒータドライバ50、および図示しない他のエンジンの制御に関わる様々な機能を有し、以下では主にマイクロコンピュータ60、ASIC70、およびヒータドライバ50にかかわる機能につき説明を行う。
また、電子制御装置100は、リニアA/Fセンサ10のCOMポートに接続された抵抗器R1および検出抵抗器R4を備える。
Next, a schematic configuration of the electronic control device 100 to which the sensor element 20 is connected will be described. The electronic control device 100 has various functions related to the control of the microcomputer 60, the ASIC 70, the heater driver 50, and other engines (not shown), and mainly relates to the microcomputer 60, the ASIC 70, and the heater driver 50 below. The function will be explained.
In addition, the electronic control device 100 includes a resistor R1 and a detection resistor R4 connected to the COM port of the linear A / F sensor 10.

マイクロコンピュータ60は、ヒータ制御部61とA/D変換器62を備える。A/D変換器62は、ASIC70のVIPポート、VRPVSポートに接続され、センサ素子20から排気ガス中の酸素濃度に応じた電流値を電圧信号として入力されるアナログの出力電圧をデジタル値に変換し、マイクロコンピュータ60内で空燃比制御をする。ヒータ制御部61は、センサ素子20の抵抗値をA/D変換器62によりデジタル信号として入力してヒータドライバ50にPWM制御の駆動信号を出力し、リニアA/Fセンサ10への電力の供給を制御する。   The microcomputer 60 includes a heater control unit 61 and an A / D converter 62. The A / D converter 62 is connected to the VIP port and the VRPVS port of the ASIC 70, and converts an analog output voltage inputted as a voltage signal from the sensor element 20 according to the oxygen concentration in the exhaust gas into a digital value. Then, air-fuel ratio control is performed in the microcomputer 60. The heater control unit 61 inputs the resistance value of the sensor element 20 as a digital signal by the A / D converter 62, outputs a PWM control drive signal to the heater driver 50, and supplies power to the linear A / F sensor 10. To control.

ASIC70は、リニアA/Fセンサ10の駆動制御を行うための回路を集積して1チ
ップ化し、電子制御装置100に容易に組み込めるようにした、特定用途向け集積回路である。ASIC70は、ガス検出素子30に電力を供給することによって検出されるガス検出素子30の酸素濃度の検出結果をマイクロコンピュータ60に出力する。
ASIC70は、具体的には、主にRpvs測定回路71、PID制御回路72、制御目標電圧(450mV)として設定する目標電圧設定器73、Ip出力回路74、VRPVS出力サンプルホールド回路75、オペアンプOP1、OP2で構成される。
The ASIC 70 is an application specific integrated circuit that integrates a circuit for performing drive control of the linear A / F sensor 10 into one chip and can be easily incorporated into the electronic control device 100. The ASIC 70 outputs the detection result of the oxygen concentration of the gas detection element 30 detected by supplying power to the gas detection element 30 to the microcomputer 60.
Specifically, the ASIC 70 mainly includes an Rpvs measurement circuit 71, a PID control circuit 72, a target voltage setting unit 73 set as a control target voltage (450 mV), an Ip output circuit 74, a VRPVS output sample and hold circuit 75, an operational amplifier OP1, It is composed of OP2.

Rpvs測定回路71は、Vsセル32に所定時間毎に定電流を所定の短時間流すことで、Vs+ポートに生じた電位の変化によりVsセル32の素子抵抗値Rpvsを検出するものである。PID制御回路72は、Vsセル32の一対の電極間に発生する電圧(起電力)Vsと、目標電圧設定器73によりあらかじめ定められた制御目標電圧(例えば450mV)と比較して、Ipセル31に流されるポンプ電流Ipの向きと大きさを制御するための信号を出力する。目標電圧設定器73はポンプ電流Ipの制御目標となる基準電圧(例えば450mV)を生成する。Ip出力回路74は、ポンプ電流Ipが流れることによって検出抵抗器R4の両端に生じる電位差を所定の増幅率で増幅してマイクロコンピュータ60のA/D変換器62に出力する。VRPVS出力サンプルホールド回路75は、Rpvs測定回路71で検出したVsセル32の素子抵抗値Rpvsを保持した上でVs+ポートに生じた電位差ΔVsを出力する。   The Rpvs measurement circuit 71 detects the element resistance value Rpvs of the Vs cell 32 based on a change in potential generated at the Vs + port by allowing a constant current to flow through the Vs cell 32 every predetermined time for a predetermined short time. The PID control circuit 72 compares the voltage (electromotive force) Vs generated between the pair of electrodes of the Vs cell 32 with a control target voltage (for example, 450 mV) determined in advance by the target voltage setting unit 73, thereby comparing the Ip cell 31. A signal for controlling the direction and the magnitude of the pump current Ip that is passed through is output. The target voltage setting unit 73 generates a reference voltage (for example, 450 mV) that is a control target of the pump current Ip. The Ip output circuit 74 amplifies the potential difference generated at both ends of the detection resistor R4 when the pump current Ip flows, and outputs it to the A / D converter 62 of the microcomputer 60. The VRPVS output sample hold circuit 75 holds the element resistance value Rpvs of the Vs cell 32 detected by the Rpvs measurement circuit 71 and outputs the potential difference ΔVs generated at the Vs + port.

ASIC70の機能の概略は次の通りである。ガス検出素子30のVsセル32に微小な定電流Icpを流し、Vsセル32に接続された電極を基準電極として機能させる。そしてASIC70は、Vsセル32の一対の電極間に生ずる起電力Vsを検出し、あらかじめ定められた基準電圧(例えば450mV)と比較する。ASIC70は、比較結果に基づき、Ipセル31の一対の電極間に流すポンプ電流Ipの向きや大きさを制御する。Ipセル31は、ポンプ電流Ipの向きや大きさに応じて、酸素の汲み入れ又は酸素の汲み出しを行う。さらに、ASIC70は、温度に応じて変化するガス検出素子30の抵抗値変化をRpvs測定回路71が検出し、マイクロコンピュータ60に出力する。   The outline of the function of the ASIC 70 is as follows. A minute constant current Icp is passed through the Vs cell 32 of the gas detection element 30, and the electrode connected to the Vs cell 32 is caused to function as a reference electrode. The ASIC 70 detects the electromotive force Vs generated between the pair of electrodes of the Vs cell 32 and compares it with a predetermined reference voltage (for example, 450 mV). The ASIC 70 controls the direction and magnitude of the pump current Ip that flows between the pair of electrodes of the Ip cell 31 based on the comparison result. The Ip cell 31 pumps oxygen or pumps oxygen depending on the direction and magnitude of the pump current Ip. Further, in the ASIC 70, the Rpvs measurement circuit 71 detects a change in the resistance value of the gas detection element 30 that changes in accordance with the temperature, and outputs the change to the microcomputer 60.

ヒータドライバ50は、ヒータ40の発熱抵抗体41の両端に、バッテリからの電圧Vhを印加する。ヒータドライバ50は、発熱抵抗体41への通電をPWM(パルス幅変調)制御してオン・オフする。発熱抵抗体41の両端に印加する電圧Vhの電圧波形のデューティ比は、マイクロコンピュータ60のヒータ制御部61が算出する。具体的な算出にあたって、ヒータ制御部61は、ASIC70が検出するVsセル32の加熱状態に応じた抵抗値変化をもとに、デューティ比を演算する。ヒータ制御部61は、デューティ比の演算結果に従い、ヒータドライバ50にパルス信号を出力する。ヒータドライバ50はヒータ制御部61が出力するパルス信号に基づいて、デューティ比に応じた電圧波形をなす電圧Vhを発熱抵抗体41に印加し、Ipセル31およびVsセル32を加熱する。   The heater driver 50 applies a voltage Vh from the battery to both ends of the heating resistor 41 of the heater 40. The heater driver 50 turns on and off by applying PWM (pulse width modulation) control to energize the heating resistor 41. The heater controller 61 of the microcomputer 60 calculates the duty ratio of the voltage waveform of the voltage Vh applied to both ends of the heating resistor 41. In the specific calculation, the heater control unit 61 calculates the duty ratio based on the resistance value change according to the heating state of the Vs cell 32 detected by the ASIC 70. The heater control unit 61 outputs a pulse signal to the heater driver 50 according to the duty ratio calculation result. The heater driver 50 applies the voltage Vh having a voltage waveform corresponding to the duty ratio to the heating resistor 41 based on the pulse signal output from the heater control unit 61 to heat the Ip cell 31 and the Vs cell 32.

次に、リニアA/Fセンサ10を用いて排気ガスの酸素濃度(空燃比)を検出する動作について簡単に説明する。
まず、Vsセル32の一対の電極間に発生する電圧(起電力)Vsが、排気ガスの空燃比を理論空燃比に近づけるための電圧Vsの制御目標電圧として設定される450mVと比較され、検出抵抗器R4を介してオペアンプOP1にフィードバックされる。つまり、Ipセル31に流されるポンプ電流Ipの向きと大きさが、PID制御回路72およびオペアンプOP1によって制御され、ガス検出素子30内の排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように、Ipセル31による酸素の汲み入れまたは汲み出しが行われる。
Next, an operation for detecting the oxygen concentration (air-fuel ratio) of the exhaust gas using the linear A / F sensor 10 will be briefly described.
First, the voltage (electromotive force) Vs generated between the pair of electrodes of the Vs cell 32 is compared with 450 mV, which is set as a control target voltage of the voltage Vs for bringing the air-fuel ratio of the exhaust gas close to the stoichiometric air-fuel ratio, and detected. It is fed back to the operational amplifier OP1 through the resistor R4. That is, the direction and magnitude of the pump current Ip flowing through the Ip cell 31 is controlled by the PID control circuit 72 and the operational amplifier OP1, so that the air-fuel ratio of the exhaust gas in the gas detection element 30 becomes the stoichiometric air-fuel ratio. The cell 31 pumps or pumps oxygen.

具体的に、ガス検出素子30内に流入した排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであった場合、排気ガス中の酸素濃度が薄いため、外部からガス検出素子30の固体電解質体を介してガス検出素子30内に酸素を汲み入れるように、ポンプ電流Ipが通電制御
される。
一方、ガス検出素子30内に流入した排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであった場合、排気ガス中には多くの酸素が存在するため、ガス検出素子30内から外部へ酸素を汲み出すように、ポンプ電流Ipが通電制御される。
Specifically, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the gas detection element 30 is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, since the oxygen concentration in the exhaust gas is thin, the solid electrolyte body of the gas detection element 30 is externally attached. The pump current Ip is energized and controlled so that oxygen is pumped into the gas detecting element 30 through.
On the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the gas detection element 30 is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, a large amount of oxygen exists in the exhaust gas, so oxygen is released from the gas detection element 30 to the outside. The pump current Ip is energized to be pumped out.

このときのIpセル31に流されるポンプ電流Ipが検出抵抗器R4を流れる。Ip出力回路74はポンプ電流Ip(検出抵抗器R4の両端の電位差)を電圧変換し、リニアA/Fセンサ10の出力(検出信号)としてマイクロコンピュータ60のA/D変換器62に出力する。マイクロコンピュータ60内では、検出信号として得たポンプ電流Ipの大きさと向きから、排気ガス中に含まれる酸素濃度、ひいては排気ガスの空燃比を検出する。   At this time, the pump current Ip flowing through the Ip cell 31 flows through the detection resistor R4. The Ip output circuit 74 converts the pump current Ip (potential difference between both ends of the detection resistor R4) into a voltage and outputs it as an output (detection signal) of the linear A / F sensor 10 to the A / D converter 62 of the microcomputer 60. In the microcomputer 60, the oxygen concentration contained in the exhaust gas, and hence the air-fuel ratio of the exhaust gas, is detected from the magnitude and direction of the pump current Ip obtained as the detection signal.

ところで、安定した酸素濃度の検出結果を得るには、ガス検出素子30の固体電解質体が活性化温度以上(例えば、750℃)となるまでガス検出素子30を加熱して活性化させ、活性化後もガス検出素子30の温度を一定に保つ制御を行う必要がある。前述したように、ヒータドライバ50は、マイクロコンピュータ60のヒータ制御部61が算出したデューティ比に従い、ガス検出素子30を加熱するヒータ40の発熱抵抗体41への通電をPWM制御で行う。ヒータ40にはバッテリ電圧が印加されるので、PWM制御によるヒータ40への通電のオン・オフ切り換え時にノイズを生ずる恐れがある。また、外来のノイズの影響を受ける恐れもある。ノイズが生ずると、電子制御装置100の基準電位が変動する。   By the way, in order to obtain a stable detection result of the oxygen concentration, the gas detection element 30 is heated and activated until the solid electrolyte body of the gas detection element 30 reaches an activation temperature or higher (for example, 750 ° C.). It is necessary to perform control to keep the temperature of the gas detection element 30 constant thereafter. As described above, the heater driver 50 energizes the heating resistor 41 of the heater 40 that heats the gas detection element 30 by PWM control according to the duty ratio calculated by the heater control unit 61 of the microcomputer 60. Since the battery voltage is applied to the heater 40, there is a possibility that noise may be generated when the energization of the heater 40 is switched on / off by PWM control. There is also a risk of being affected by external noise. When noise occurs, the reference potential of the electronic control device 100 changes.

Vsセル32の素子抵抗値Rpvsは、所定時間毎に定電流を所定の短時間流すことでVs+ポートに生じた電位の変化をRpvs測定回路71で検出し、VRPVS出力サンプルホールド回路75が保持した上で出力する電位差ΔVsに基づいて求められる。このため、Vsセル32の素子抵抗値Rpvsがノイズの影響を受けた場合、素子抵抗値Rpvsは、ノイズが生じたタイミングによって、本来のノイズを含まない素子抵抗値Rpvsよりも高い値になったり低い値になったりする可能性がある。つまり、ヒータ40の通電オン時のノイズが重畳した素子抵抗値Rpvsと、オフ時のノイズが重畳した素子抵抗値Rpvsが、共に本来よりも高い値または共に低い値になる場合もあれば、それぞれが高い値と低い値になる場合もある。   The element resistance value Rpvs of the Vs cell 32 is detected by the Rpvs measurement circuit 71 by detecting a change in the potential generated at the Vs + port by passing a constant current for a predetermined short time every predetermined time, and is held by the VRPVS output sample hold circuit 75. It is obtained based on the potential difference ΔVs output above. For this reason, when the element resistance value Rpvs of the Vs cell 32 is affected by noise, the element resistance value Rpvs may be higher than the element resistance value Rpvs that does not include the original noise depending on the timing at which the noise occurs. It may be a low value. That is, the element resistance value Rpvs with superimposed noise when the heater 40 is energized and the element resistance value Rpvs with superimposed noise when off may both be higher or lower than the original values, respectively. May be high and low.

例えば、VRPVS出力サンプルホールド回路75が電位差ΔVsを保持した時点ではノイズの影響がなく、ヒータ制御部61に電位差ΔVsが出力される際にヒータ40がオンになって基準電位が高くなった場合、ヒータ制御部61が取得する素子抵抗値Rpvsは、本来よりも低い値になる可能性がある。また、例えば、ヒータ40への通電がオンになり、そのとき生ずる瞬雑ノイズの影響で電位差ΔVsが本来よりも大きい値となり、その値をVRPVS出力サンプルホールド回路75が保持したが、基準電位が影響を受けて高くなる前に電位差ΔVsがヒータ制御部61に出力された場合、ヒータ制御部61が取得するRpvsは、本来よりも高い値になる可能性がある。   For example, when the VRPVS output sample hold circuit 75 holds the potential difference ΔVs, there is no influence of noise, and when the potential difference ΔVs is output to the heater control unit 61, the heater 40 is turned on and the reference potential becomes high. The element resistance value Rpvs acquired by the heater control unit 61 may be lower than the original value. Further, for example, the energization of the heater 40 is turned on, and the potential difference ΔVs becomes larger than the original value due to the influence of instantaneous noise generated at that time, and the value is held by the VRPVS output sample hold circuit 75. If the potential difference ΔVs is output to the heater control unit 61 before being affected and increased, the Rpvs acquired by the heater control unit 61 may be higher than the original value.

また、例えば、ヒータ40への通電がオフになり、そのとき生ずる瞬雑ノイズの影響で電位差ΔVsが本来よりも大きい値でVRPVS出力サンプルホールド回路75が保持したものの、ヒータ制御部61に電位差ΔVsを出力する際には基準電位に対する影響がなくなり低くなった場合、ヒータ制御部61が取得する素子抵抗値Rpvsは、本来よりも高い値になる可能性がある。もっとも、ノイズが生じたタイミングによっては、基準電位の変動があっても、VRPVS出力サンプルホールド回路75が電位差ΔVsを保持したときと、VRPVS出力サンプルホールド回路75がヒータ制御部61に電位差ΔVsを出力するときの基準電位が同じで、差分である電位差ΔVsにノイズの影響を及ぼさない場合もある。   Further, for example, although the energization of the heater 40 is turned off and the VRPVS output sample hold circuit 75 holds the potential difference ΔVs at a value larger than the original due to the influence of instantaneous noise generated at that time, the potential difference ΔVs is stored in the heater control unit 61. In the case where the reference potential is not affected when the voltage is output, the element resistance value Rpvs acquired by the heater control unit 61 may be higher than the original value. However, depending on the timing at which noise occurs, even when the reference potential varies, the VRPVS output sample hold circuit 75 outputs the potential difference ΔVs to the heater control unit 61 when the VRPVS output sample hold circuit 75 holds the potential difference ΔVs. In some cases, the reference potential is the same and the potential difference ΔVs, which is the difference, does not affect the noise.

この発明は、ヒータ40のオン・オフの切り替えに伴うガス検出素子30の抵抗の計測値がノイズの影響を受けないようにしたガス濃度センサのヒータ制御装置を提供するもので、各実施の形態について以下に説明する。
実施の形態1.
この発明の実施の形態1は、図2に示すように、ガス検出素子30の抵抗値検出周期を例えば120msecへ設定し、ヒータ40の駆動周期を定期的に算出設定して可変にすることで、ヒータ40のオン・オフの切り替えが、ガス検出素子30の抵抗値を検出するタイミングと継続的に重ならないよう制御するようにしたものである。
具体的には、ヒータ制御部61はヒータ駆動周期を定期的に更新する処理を具備する。一般的にPWM制御においては、ヒータ制御部61内に設定された周期情報とデューティ情報を周期の終了タイミングで同時に更新することが可能であり、本設定を実現するために実際の駆動とは非同期に周期情報とデューティ情報を所定の変数に保存する構成となっている。
The present invention provides a heater control device for a gas concentration sensor in which the measured value of the resistance of the gas detection element 30 associated with the on / off switching of the heater 40 is not affected by noise. Is described below.
Embodiment 1 FIG.
In the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the resistance value detection cycle of the gas detection element 30 is set to 120 msec, for example, and the drive cycle of the heater 40 is periodically calculated and set to be variable. The heater 40 is controlled so that the on / off switching does not continuously overlap with the timing of detecting the resistance value of the gas detection element 30.
Specifically, the heater control unit 61 includes a process for periodically updating the heater driving cycle. In general, in PWM control, it is possible to update the cycle information and duty information set in the heater control unit 61 at the same time at the end timing of the cycle, and asynchronously with the actual drive in order to realize this setting. In addition, the period information and the duty information are stored in predetermined variables.

ヒータ制御部61は、ガス検出素子30の抵抗値の検出周期と、独立して動作するヒータ40への通電の駆動周期が常時同調しないよう、ガス検出素子30の抵抗値の検出周期とヒータ40の駆動周期との同調回数が、所定時間内において最も少なくなるようにヒータ40の駆動周期を設定する。なお、上記の同調とは同期と同義である。
また、ヒータ40の駆動周期の算出設定の際に、ヒータ40の駆動周期の上限値と下限値を温度変化の影響等によるガス検出素子30の特性から規定することで、ヒータ駆動への影響を最小限とすることができる。例えば、ヒータ40の駆動周期上限値は16msecへ設定し、ヒータ40の駆動周期下限値は13msecへ設定する。駆動周期上限値と下限値を設定することによりガス検出素子30の温度変化への影響を小さくすることが可能となる。
The heater controller 61 detects the resistance detection period of the gas detection element 30 and the heater 40 so that the detection period of the resistance value of the gas detection element 30 and the drive period of energization to the independently operating heater 40 do not always synchronize. The driving cycle of the heater 40 is set so that the number of times of tuning with the driving cycle is minimized within a predetermined time. The above-mentioned tuning is synonymous with synchronization.
In addition, when setting the calculation of the driving cycle of the heater 40, the upper and lower limits of the driving cycle of the heater 40 are defined from the characteristics of the gas detection element 30 due to the influence of temperature change, etc. Can be minimal. For example, the driving cycle upper limit value of the heater 40 is set to 16 msec, and the driving cycle lower limit value of the heater 40 is set to 13 msec. By setting the drive cycle upper limit value and lower limit value, it is possible to reduce the influence of the gas detection element 30 on the temperature change.

このように実施の形態1の発明は、ヒータ40の駆動周期がガス検出素子30の抵抗値の検出周期と常時同調しないよう、ヒータ40の駆動周期を定期的に算出設定することで、ヒータ40のオン・オフの切り替えが、ガス検出素子30の抵抗値を検出するタイミングと継続的に重ならないよう制御することが可能となり、ヒータ40のオン・オフの切り替えに伴うノイズの影響を継続的に受けないようガス検出素子30の抵抗値を検出することができる。   As described above, according to the first embodiment, the heater 40 is periodically calculated and set so that the drive period of the heater 40 does not always synchronize with the detection period of the resistance value of the gas detection element 30. On / off switching of the heater 40 can be controlled so that it does not continuously overlap with the timing of detecting the resistance value of the gas detection element 30, and the influence of noise accompanying the on / off switching of the heater 40 is continuously maintained. The resistance value of the gas detection element 30 can be detected so as not to be received.

実施の形態2.
この発明の実施の形態2は、ヒータ40の駆動周期を固定周期とする場合に、ヒータ駆動周期は図3のフローチャートに示すように、ヒータ駆動周期の上限値より小さく、ガス検出素子30の抵抗値検出周期とヒータ40の駆動周期との最小公倍数が、ガス検出素子30の抵抗値検出周期とヒータ40の駆動周期である固定周期との乗算値となる最大の値を固定周期として算出設定するようにしたものである。
Embodiment 2. FIG.
In the second embodiment of the present invention, when the driving cycle of the heater 40 is a fixed cycle, the heater driving cycle is smaller than the upper limit value of the heater driving cycle, as shown in the flowchart of FIG. The least common multiple of the value detection cycle and the heater 40 drive cycle is calculated and set as a fixed cycle with a maximum value that is a product of the resistance detection cycle of the gas detection element 30 and the fixed cycle that is the drive cycle of the heater 40 as a fixed cycle. It is what I did.

図3はこの実施の形態2におけるヒータ駆動における固定周期の算出方法を表すフローチャート図である。
図3において、ステップS31はヒータ40の通電駆動における固定周期の初期値として予め決めた上限値(例えば16msec)を設定する。ステップS32は、ガス検出素子30の抵抗検出周期とヒータ駆動周期の最小公倍数が、素子抵抗検出周期とヒータ駆動周期の乗算値(素子抵抗検出周期とヒータ駆動周期が1以外の同じ約数を持たない)と一致するかどうかを判断する。ステップS33は、ステップS32において、素子抵抗検出周期とヒータ駆動周期の最小公倍数が素子抵抗検出周期とヒータ駆動周期の乗算値である場合(YES)、最大のヒータ駆動周期である13msecが算出設定される。ステップS34は、ステップS32において、素子抵抗検出周期とヒータ駆動周期の最小公倍数が
、素子抵抗検出周期とヒータ駆動周期の乗算値でない場合(NO)、駆動周期上限値16msecから1msecを減算した値にヒータ駆動周期を再設定してステップS32に戻る。
FIG. 3 is a flowchart showing a method for calculating a fixed period in heater driving in the second embodiment.
In FIG. 3, step S31 sets a predetermined upper limit value (for example, 16 msec) as an initial value of a fixed period in energization driving of the heater 40. In step S32, the least common multiple of the resistance detection cycle of the gas detection element 30 and the heater drive cycle has a multiplication value of the element resistance detection cycle and the heater drive cycle (the element resistance detection cycle and the heater drive cycle have the same divisor other than 1). No). In step S33, when the least common multiple of the element resistance detection period and the heater driving period is a product of the element resistance detection period and the heater driving period (YES) in step S32, 13 msec which is the maximum heater driving period is calculated and set. The In step S34, when the least common multiple of the element resistance detection period and the heater driving period is not a product of the element resistance detection period and the heater driving period in step S32 (NO), the value is obtained by subtracting 1 msec from the driving period upper limit value 16 msec. The heater driving cycle is reset and the process returns to step S32.

上記のステップS32からステップS34において、以下のように計測周期との最小公倍数が固定周期×計測周期となる最大は13msecとなることを説明する。
0)固定周期が16msecの場合
⇒計測周期120msecとの最小公倍数が固定周期×計測周期にならない。
1)固定周期が15msecの場合
⇒計測周期120msecとの最小公倍数が固定周期×計測周期にならない。
2)固定周期が14msecの場合
⇒計測周期120msecとの最小公倍数が固定周期×計測周期にならない。
3)固定周期が13msecの場合
⇒計測周期120msecとの最小公倍数が固定周期×計測周期になるため、乗算
値となる最大の値は13msecとなる。
このように実施の形態2の発明は、抵抗検出周期とヒータの駆動周期が常時同期しないよう、ヒータの駆動周期を決めたら、その値に常に駆動周期を固定にすることで、所定時間内でのガス検出素子30の抵抗値検出周期とヒータ40の駆動周期の同調回数の期待値を最も少なくすることができる。
In the above-described step S32 to step S34, it will be described that the maximum that the least common multiple of the measurement period is fixed period × measurement period is 13 msec as follows.
0) When the fixed period is 16 msec ⇒The least common multiple of the measurement period of 120 msec is not fixed period x measurement period.
1) When the fixed period is 15 msec ⇒The least common multiple of the measurement period of 120 msec is not fixed period x measurement period.
2) When the fixed cycle is 14 msec ⇒ The least common multiple of the measurement cycle of 120 msec does not become fixed cycle x measurement cycle.
3) When the fixed period is 13 msec => Since the least common multiple of the measurement period of 120 msec is fixed period x measurement period, the maximum multiplication value is 13 msec.
As described above, in the second embodiment, when the heater driving cycle is determined so that the resistance detection cycle and the heater driving cycle are not always synchronized, the driving cycle is always fixed to the value within a predetermined time. The expected value of the number of tunings of the resistance value detection cycle of the gas detection element 30 and the driving cycle of the heater 40 can be minimized.

実施の形態3.
この発明の実施の形態3は、ヒータ40の駆動周期を可変周期とする場合に、ヒータ駆動周期はテーブルによって駆動周期の可変化を実現するようにしたものである。
この実施例では、ガス検出素子30の抵抗値検出周期を120msec.へ設定した。またヒータ40の駆動周期上限値を16msecに設定し、可変周期設定テーブルのデータ数は4に設定した。その一例が次の表1に示すように、駆動周期16msecから1msecずつ減算することで、16msecから15msecの間で4つの駆動周期データが設定される。

Figure 2018072005
表1に設定したデータに基づいて動作させた場合、ヒータ駆動周期は4つの周期デー
タがテーブル番号順に周期的に変更されるものとなる。 Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment of the present invention, when the driving cycle of the heater 40 is a variable cycle, the heater driving cycle can be varied by a table.
In this embodiment, the resistance value detection cycle of the gas detection element 30 is set to 120 msec. Set to. The upper limit value of the driving cycle of the heater 40 was set to 16 msec, and the number of data in the variable cycle setting table was set to 4. As an example, as shown in Table 1 below, four drive cycle data are set between 16 msec and 15 msec by subtracting 1 msec from the drive cycle of 16 msec.
Figure 2018072005
When the operation is performed based on the data set in Table 1, the heater driving cycle is such that four cycle data are periodically changed in the order of the table numbers.

テーブルの要素の算出設定については、図4のフローチャートに示すように、全テーブル要素(駆動周期)の合計値と素子抵抗検出周期との最少公倍数が、素子抵抗検出周期と全テーブル要素(駆動周期)の合計値との乗算値となるよう算出設定し、各要素(駆動周期)はヒータ駆動周期の上限値以下となるように設定するようにしたものである。   As shown in the flowchart of FIG. 4, regarding the calculation setting of the table elements, the least common multiple of the total value of all table elements (drive cycle) and the element resistance detection cycle is the element resistance detection cycle and all table elements (drive cycle). ) Is calculated and set so as to be a multiplication value with the total value, and each element (drive cycle) is set to be equal to or less than the upper limit value of the heater drive cycle.

図4はこの実施の形態3におけるヒータ駆動における可変周期の算出方法を表すフローチャート図である。
図4において、ステップS41は、ヒータ駆動における可変周期の初期値として各テーブルデータで規定された上限値(例えば16msec)を設定する。ステップS42はガス検出素子30の抵抗検出周期と全テーブルデータの駆動周期の合計値の最少公倍数が、ガス検出素子30の抵抗検出周期と全テーブルデータの駆動周期の合計値との乗算値(検出周期と全テーブルデータの合計値が1以外の同じ約数を持たない)と一致するかどうか
判断する。ステップS43は、ステップS42において、最小公倍数がガス検出素子30の抵抗検出周期と全テーブルデータの駆動周期の合計値との乗算値である場合(YES)、最大のヒータ駆動周期である16msecが算出設定される。ステップS44は、ステップS42において、最小公倍数が素子抵抗検出周期と全テーブルデータの合計値との乗算値でない場合(NO)、テーブルデータの中の番号順に周期的に変更し、駆動周期上限値16msecから1msecを減算した値に駆動周期へ再設定してステップS42に戻る。
FIG. 4 is a flowchart showing a variable period calculation method in heater driving in the third embodiment.
In FIG. 4, step S41 sets the upper limit value (for example, 16 msec) prescribed | regulated by each table data as an initial value of the variable period in heater drive. In step S42, the least common multiple of the sum of the resistance detection period of the gas detection element 30 and the drive period of all table data is a product of the resistance detection period of the gas detection element 30 and the sum of the drive periods of all table data (detection). It is determined whether or not the cycle and the total value of all table data match the same divisor other than 1). In step S43, when the least common multiple is a multiplication value of the resistance detection cycle of the gas detection element 30 and the total value of the drive cycles of all table data in step S42 (YES), the maximum heater drive cycle of 16 msec is calculated. Is set. In step S44, if the least common multiple is not a product of the element resistance detection cycle and the total value of all table data in step S42 (NO), the drive cycle upper limit value 16 msec is periodically changed in the order of the numbers in the table data. Then, the drive cycle is reset to a value obtained by subtracting 1 msec from step S42, and the process returns to step S42.

ヒータ駆動の可変周期の設定については、定期的に実行される処理のなかで実際の駆動周期の変化を監視することで、駆動周期を所望の値に更新することが可能となる。具体的には図5に示すフローチャートで行われる。
図5はヒータ駆動周期の設定方法を表すフローチャートで、ステップS51は、定期処理において、実際のヒータ駆動周期が監視処理内で設定された記憶値(テーブルデータの記憶値)と一致しているかを判断する。ステップS52は、ヒータ駆動周期が記憶値と一致している場合(YES)、実際の駆動処理において周期が更新されたと判断し、テーブルデータの番号を繰り上げて次回駆動周期を更新(最終番号まで到達すれば先頭番号に戻る)する。ステップS53は、次回の駆動周期をあらかじめ設定されたテーブルデータを用いて算出設定する。その後記憶値を本設定値に更新する。
Regarding the setting of the variable cycle of the heater drive, it is possible to update the drive cycle to a desired value by monitoring the change in the actual drive cycle in the processing that is periodically executed. Specifically, this is performed according to the flowchart shown in FIG.
FIG. 5 is a flowchart showing a heater driving cycle setting method. In step S51, in the regular processing, whether the actual heater driving cycle matches the stored value (stored value of the table data) set in the monitoring processing. to decide. In step S52, if the heater driving cycle matches the stored value (YES), it is determined that the cycle has been updated in the actual driving process, and the next driving cycle is updated by incrementing the number of the table data (up to the final number). If it does, it will return to the top number). In step S53, the next drive cycle is calculated and set using preset table data. Thereafter, the stored value is updated to this set value.

上記のステップS42からステップS44において、以下のように要素(駆動周期)の合計値と計測周期との最小公倍数が、駆動周期の合計値×計測周期と一致するのは、16msec、15msec、15msec、15msecという具合にヒータ駆動周期が可変となることを説明する。
0)テーブルデータが(16、16、16、16)の場合
⇒合計64のため、計測周期120msecとの最小公倍数が合計値×計測周期に
ならない。
1)テーブルデータが(16、16、16、15)の場合
⇒合計63のため、計測周期120msecとの最小公倍数が合計値×計測周期に
ならない。
2)テーブルデータが(16、16、15、15)の場合
⇒合計62のため、計測周期120msecとの最小公倍数が合計値×計測周期に
ならない。
3)テーブルデータが(16、15、15、15)の場合
⇒合計61のため、計測周期120msecとの最小公倍数が合計値×計測周期に
なる。
In steps S42 to S44, the least common multiple of the total value of elements (drive cycle) and the measurement cycle matches the total value of the drive cycle × measurement cycle as follows: 16 msec, 15 msec, 15 msec, A description will be given of the fact that the heater driving cycle is variable such as 15 msec.
0) When the table data is (16, 16, 16, 16) ⇒ Because the total is 64, the least common multiple with the measurement cycle of 120 msec does not equal the total value × measurement cycle.
1) When the table data is (16, 16, 16, 15) ⇒ Because the total is 63, the least common multiple with the measurement cycle of 120 msec does not equal the total value × measurement cycle.
2) When the table data is (16, 16, 15, 15) ⇒ Because the total is 62, the least common multiple with the measurement cycle of 120 msec does not equal the total value × measurement cycle.
3) When the table data is (16, 15, 15, 15) ⇒ Because the total is 61, the least common multiple with the measurement cycle of 120 msec is the total value × measurement cycle.

この実施形態3では定期処理にて次回駆動周期を算出する構成としているが、駆動周期の終了の割り込みにおいて時間駆動周期を設定する構成としてもよい。
また実施形態3の可変周期の設定では、あらかじめ設定されたテーブルデータを用いて駆動周期を算出設定しているが、任意の駆動周期を設定してもよい。ただし、ヒータ駆動周期が高周期の場合、駆動デューティによっては分解能が不足し、設定した駆動デューティでヒータ駆動されない懸念がある。
またヒータ駆動周期が低周期の場合、熱応答の影響が大きくなり、正常に素子抵抗が検出されない懸念がある。そのため、ガス検出素子30の温度変化に大きく影響を与えない範囲で、駆動周期の上限値と下限値を規定することで、同様に既述の効果が得られる。
In the third embodiment, the next drive cycle is calculated by regular processing, but a time drive cycle may be set at the end of the drive cycle.
In the setting of the variable period in the third embodiment, the driving period is calculated and set using preset table data, but an arbitrary driving period may be set. However, when the heater driving cycle is a high cycle, the resolution is insufficient depending on the driving duty, and there is a concern that the heater is not driven at the set driving duty.
Further, when the heater driving cycle is low, there is a concern that the influence of the thermal response becomes large and the element resistance is not normally detected. Therefore, by defining the upper limit value and the lower limit value of the drive cycle within a range that does not greatly affect the temperature change of the gas detection element 30, the above-described effects can be obtained in the same manner.

実施の形態4.
この発明の実施の形態4は、ヒータ駆動周期を実施の形態2の固定周期とする場合と実施の形態3の可変周期とする場合を組み合わせたものである。
即ち、ヒータの駆動周期の算出設定に際し、ガス検出素子30の抵抗検出周期との所定
時間内での同調回数が最も少ない固定周期と、テーブルで設定された可変周期の各要素の平均値のうち、周期が長い方をヒータ駆動周期として設定する。
例えば、固定周期13msecに対して、可変周期のテーブルデータ平均値が15.25msecとなるため、より長い周期である可変周期を選択してヒータ駆動周期として設定する。これにより所定時間内での素子抵抗検出周期とヒータ駆動周期の同調回数の期待値を最も少なくすることができる。
Embodiment 4 FIG.
The fourth embodiment of the present invention combines the case where the heater driving cycle is the fixed cycle of the second embodiment and the variable cycle of the third embodiment.
That is, when calculating and setting the heater driving cycle, the fixed cycle with the smallest number of tunings within a predetermined time with the resistance detection cycle of the gas detection element 30 and the average value of each element of the variable cycle set in the table The longer cycle is set as the heater driving cycle.
For example, since the table data average value of the variable period is 15.25 msec with respect to the fixed period of 13 msec, a longer variable period is selected and set as the heater driving period. Thereby, the expected value of the number of times of tuning of the element resistance detection period and the heater driving period within a predetermined time can be minimized.

なお、上記した実施の形態において、ヒータ制御装置は自動車の電子制御装置(ECU)を例としたが、ECUとは独立の制御装置を設けてもよい。ガス濃度センサの一例としてリニアA/Fセンサを挙げたが、固体電解質体を基体とするガス検出素子と、固体電解質体を加熱して早期活性化を図るヒータ素子を備えるガス濃度センサ、例えば、酸素センサ、NOxセンサ、HCセンサ等に適用してもよい。   In the above-described embodiment, the heater control device is an automobile electronic control device (ECU), but a control device independent of the ECU may be provided. As an example of the gas concentration sensor, a linear A / F sensor has been described. However, a gas concentration sensor including a gas detection element having a solid electrolyte body as a base and a heater element for heating the solid electrolyte body to achieve early activation, for example, You may apply to an oxygen sensor, NOx sensor, HC sensor, etc.

また、上記の実施形態では、素子抵抗値の検出にあたり、特定のセル(上記の実施形態ではVsセル)に対して特定の大きさの電流を流したときの電圧変化を用いて検出するようにしたが、特定のセルに対して特定の大きさの電圧を印加したときの電流変化を用いて検出するようにしてもよい。なお、素子抵抗値を検出するための特定のセルはVsセルに限定されず、その他のセル(上記の実施形態ではIpセル)であってもよい。   In the above embodiment, when detecting the element resistance value, detection is performed using a voltage change when a current of a specific magnitude is supplied to a specific cell (Vs cell in the above embodiment). However, it may be detected using a change in current when a voltage of a specific magnitude is applied to a specific cell. The specific cell for detecting the element resistance value is not limited to the Vs cell, and may be another cell (Ip cell in the above embodiment).

以上、この発明の実施の形態を記述したが、この発明は実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the embodiments, and various design changes can be made. Within the scope of the present invention, each embodiment is described. These embodiments can be freely combined, and each embodiment can be modified or omitted as appropriate.

10:リニアA/Fセンサ、 20:センサ素子、 30:ガス検出素子、
31:Ipセル、 32:Vsセル、 40:ヒータ、 41:発熱抵抗体、
50:ヒータドライバ、 60:マイクロコンピュータ、 61:ヒータ制御部、
62:A/D変換器、 70:ASIC、 71:Rpvs測定回路、
72:PID制御回路、 73:目標電圧設定器、 74:Ip出力回路、
75:VRPVS出力サンプルホールド回路、 100:電子制御装置(ECU)
10: Linear A / F sensor, 20: Sensor element, 30: Gas detection element,
31: Ip cell, 32: Vs cell, 40: heater, 41: heating resistor,
50: Heater driver, 60: Microcomputer, 61: Heater control unit,
62: A / D converter, 70: ASIC, 71: Rpvs measurement circuit,
72: PID control circuit 73: Target voltage setting device 74: Ip output circuit
75: VRPVS output sample and hold circuit 100: Electronic control unit (ECU)

この発明に係わるガス濃度センサのヒータ制御装置は、固体電解質体および固体電解質体に設けられた一対の電極を有する少なくとも一つ以上のセルを備えるガス検出素子と、ガス検出素子を加熱して活性化させるヒータとを備えるガス濃度センサのヒータへの通電を制御するヒータ制御装置であって、ガス検出素子の抵抗値の検出周期と、ヒータへの通電の駆動周期が常時同調しないよう、ガス検出素子の抵抗値の検出周期とヒータの駆動周期との同調回数が、所定時間内において最も少なくなるようにヒータの駆動周期を算出設定すると共に、ヒータの駆動周期の算出設定に際し、ヒータ駆動周期を固定周期とする場合には、ヒータ駆動周期は、ガス検出素子の抵抗検出周期と固定周期との最小公倍数が、ガス検出素子の抵抗検出周期と固定周期との乗算値となる最大の値を設定するようにしたものである。 A heater control device for a gas concentration sensor according to the present invention includes a gas detection element including at least one cell having a solid electrolyte body and a pair of electrodes provided on the solid electrolyte body, and heating the gas detection element to activate the gas detection element. A heater control device for controlling energization to a heater of a gas concentration sensor comprising a heater for generating gas, so that the detection cycle of the resistance value of the gas detection element and the drive cycle of energization to the heater are not always synchronized. The heater drive cycle is calculated and set so that the number of tunings between the element resistance value detection cycle and the heater drive cycle is minimized within a predetermined time, and the heater drive cycle is set for the heater drive cycle calculation setting. When the fixed period is set, the heater driving period is the least common multiple of the resistance detection period of the gas detection element and the fixed period, and the resistance detection period of the gas detection element is It is obtained so as to set the maximum value as the multiplication value of the constant period.

テーブルの要素の算出設定については、図4のフローチャートに示すように、全テーブル要素(駆動周期)の合計値と素子抵抗検出周期との最小公倍数が、素子抵抗検出周期と全テーブル要素(駆動周期)の合計値との乗算値となるよう算出設定し、各要素(駆動周期)はヒータ駆動周期の上限値以下となるように設定するようにしたものである。 Calculation setting table elements, as shown in the flowchart of FIG. 4, the minimum common multiple is the element resistance detection period and the total table elements (drive cycle of the sum and the element resistance detection cycle of all table elements (drive cycle) ) Is calculated and set so as to be a multiplication value with the total value, and each element (drive cycle) is set to be equal to or less than the upper limit value of the heater drive cycle.

図4はこの実施の形態3におけるヒータ駆動における可変周期の算出方法を表すフローチャート図である。
図4において、ステップS41は、ヒータ駆動における可変周期の初期値として各テーブルデータで規定された上限値(例えば16msec)を設定する。ステップS42はガス検出素子30の抵抗検出周期と全テーブルデータの駆動周期の合計値の最小公倍数が、ガス検出素子30の抵抗検出周期と全テーブルデータの駆動周期の合計値との乗算値(検出周期と全テーブルデータの合計値が1以外の同じ約数を持たない)と一致するかどうか判断する。ステップS43は、ステップS42において、最小公倍数がガス検出素子30の抵抗検出周期と全テーブルデータの駆動周期の合計値との乗算値である場合(YES)、最大のヒータ駆動周期である16msecが算出設定される。ステップS44は、ステップS42において、最小公倍数が素子抵抗検出周期と全テーブルデータの合計値との乗算値でない場合(NO)、テーブルデータの中の番号順に周期的に変更し、駆動周期上限値16msecから1msecを減算した値に駆動周期へ再設定してステップS42に戻る。
FIG. 4 is a flowchart showing a variable period calculation method in heater driving in the third embodiment.
In FIG. 4, step S41 sets the upper limit value (for example, 16 msec) prescribed | regulated by each table data as an initial value of the variable period in heater drive. Step S42 is the smallest common multiple of the sum of the resistance detection period and the driving period of the entire table data of the gas detection element 30, the multiplication value of the sum of the resistance detection period and the driving period of the entire table data of the gas detection element 30 (detection It is determined whether or not the cycle and the total value of all table data match the same divisor other than 1). In step S43, when the least common multiple is a multiplication value of the resistance detection cycle of the gas detection element 30 and the total value of the drive cycles of all table data in step S42 (YES), the maximum heater drive cycle of 16 msec is calculated. Is set. In step S44, if the least common multiple is not a product of the element resistance detection cycle and the total value of all table data in step S42 (NO), the drive cycle upper limit value 16 msec is periodically changed in the order of the numbers in the table data. Then, the drive cycle is reset to a value obtained by subtracting 1 msec from step S42, and the process returns to step S42.

Claims (5)

固体電解質体および前記固体電解質体に設けられた一対の電極を有する少なくとも一つ以上のセルを備えるガス検出素子と、前記ガス検出素子を加熱して活性化させるヒータとを備えるガス濃度センサの前記ヒータへの通電を制御するヒータ制御装置であって、前記ガス検出素子の抵抗値の検出周期と、前記ヒータへの通電の駆動周期が常時同調しないよう、前記ガス検出素子の抵抗値の検出周期と前記ヒータの駆動周期との同調回数が、所定時間内において最も少なくなるように前記ヒータの駆動周期を設定することを特徴とするガス濃度センサのヒータ制御装置。   The gas concentration sensor comprising: a solid electrolyte body and a gas detection element including at least one cell having a pair of electrodes provided on the solid electrolyte body; and a heater that heats and activates the gas detection element A heater control device for controlling energization to a heater, wherein a detection cycle of a resistance value of the gas detection element and a detection cycle of a resistance value of the gas detection element so that a drive cycle of energization to the heater is not always synchronized. A heater control device for a gas concentration sensor, wherein the heater driving cycle is set such that the number of times of tuning between the heater and the heater driving cycle is minimized within a predetermined time. 前記ヒータの駆動周期の算出設定に際し、任意の駆動周期を設定する場合、前記ヒータの駆動周期の上限値と下限値を規定した請求項1に記載のガス濃度センサのヒータ制御装置。   2. The heater control device for a gas concentration sensor according to claim 1, wherein an upper limit value and a lower limit value of the heater drive cycle are defined when an arbitrary drive cycle is set when calculating and setting the drive cycle of the heater. 前記ヒータの駆動周期の算出設定に際し、ヒータ駆動周期を固定周期とする場合には、前記ヒータ駆動周期は、前記ガス検出素子の抵抗検出周期と前記固定周期との最小公倍数が、前記ガス検出素子の抵抗検出周期と前記固定周期との乗算値となる最大の値を設定することを特徴とした請求項1または請求項2に記載のガス濃度センサのヒータ制御装置。   When setting the heater drive cycle to be a fixed cycle, the heater drive cycle has a least common multiple of the resistance detection cycle of the gas detection element and the fixed cycle. The heater control apparatus for a gas concentration sensor according to claim 1 or 2, wherein a maximum value that is a product of the resistance detection period and the fixed period is set. 前記ヒータの駆動周期の算出設定に際し、ヒータ駆動周期を可変周期とする場合には、複数の駆動周期を有する可変周期設定テーブルを備え、前記可変周期設定テーブルの各駆動周期は、前記ガス検出素子の抵抗検出周期と前記可変周期設定テーブルの全駆動周期の合計値との最少公倍数が、前記ガス検出素子の抵抗検出周期と前記可変周期設定テーブルの全駆動周期の合計値との乗算値となるよう設定することを特徴とした請求項1または請求項2に記載のガス濃度センサのヒータ制御装置。   When setting the heater drive cycle to be a variable cycle, the heater drive cycle includes a variable cycle setting table having a plurality of drive cycles, and each drive cycle of the variable cycle setting table includes the gas detection element. The least common multiple of the resistance detection cycle and the total value of all the drive cycles in the variable cycle setting table is a product of the resistance detection cycle of the gas detection element and the total value of all the drive cycles in the variable cycle setting table. The heater control device for a gas concentration sensor according to claim 1 or 2, wherein the heater control device is set as follows. 前記ヒータの駆動周期の算出設定に際し、前記ヒータ駆動周期の上下限値の範囲で、前記ガス検出素子の抵抗検出周期との所定時間内での同調回数が最も少ない固定周期と、前記ガス検出素子の抵抗検出周期との所定時間内での同調回数が最も少ない前記可変周期設定テーブルの中の駆動周期をそれぞれ算出し、前記可変周期設定テーブルの駆動周期の平均値と前記固定周期のうち、周期が長い方をヒータ駆動周期として設定する請求項4に記載のガス濃度センサのヒータ制御装置。

When setting the calculation of the heater driving cycle, a fixed cycle with the smallest number of times of tuning within a predetermined time with the resistance detection cycle of the gas detection element in the range of the upper and lower limit values of the heater driving cycle, and the gas detection element Each of the driving cycles in the variable cycle setting table having the smallest number of tunings within a predetermined time with the resistance detection cycle is calculated, and among the average value of the driving cycles in the variable cycle setting table and the fixed cycle, the cycle The heater control device for a gas concentration sensor according to claim 4, wherein the longer one is set as a heater driving cycle.

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005003500A (en) * 2003-06-11 2005-01-06 Toyota Motor Corp Heater control device
JP2006113081A (en) * 2001-05-31 2006-04-27 Denso Corp Heater controller device for gas concentration sensor
JP2015064208A (en) * 2013-09-24 2015-04-09 日本特殊陶業株式会社 Heater control device for gas sensors

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006113081A (en) * 2001-05-31 2006-04-27 Denso Corp Heater controller device for gas concentration sensor
JP2005003500A (en) * 2003-06-11 2005-01-06 Toyota Motor Corp Heater control device
JP2015064208A (en) * 2013-09-24 2015-04-09 日本特殊陶業株式会社 Heater control device for gas sensors

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