JP4241737B2 - Gas concentration sensor heater control device - Google Patents

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Description

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。   The present invention relates to a heater control device for a gas concentration sensor.

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。   For example, in an automobile engine, air-fuel ratio control is generally performed based on a detection result by a gas concentration sensor such as an A / F sensor. A gas concentration sensor has a sensor element using a solid electrolyte body made of zirconia, and in order to accurately detect an air-fuel ratio (oxygen concentration) with this sensor element, it is necessary to maintain the temperature of the sensor element at a predetermined activation temperature. is there. Normally, a heater is built in the sensor and the energization amount (duty ratio) of the heater is controlled. As such a heater control method, for example, a method of controlling power supplied to the heater or feedback controlling the element resistance to a target value corresponding to the activation temperature of the sensor element is known.

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。   In the gas concentration sensor, a change in the power supply voltage of the heater or a voltage change due to the harness occurs, and the power fluctuates due to the change. As a result, there arises a problem that the controllability of heater energization is lowered.

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OFF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。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。   Further, when controlling the heater energization, the heater energization is periodically switched ON or OFF by duty ratio control. In this case, noise is generated in the electrical path of the sensor element at the time of ON / OFF switching. Therefore, if the element resistance detection period overlaps with the heater energization ON / OFF switching timing, noise due to heater energization ON / OFF switching will occur. There is a possibility that the element resistance is erroneously detected due to the influence of the above. In particular, when the sensor element harness and the heater harness are bundled together, such a problem is likely to occur.

本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的は、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。   The present invention has been made paying attention to the above problems, and its object is to provide a heater control device for a gas concentration sensor that can suppress erroneous detection of element resistance and improve its detection accuracy. It is.

請求項1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。   In the first aspect of the present invention, the applied voltage or current to the sensor element is temporarily switched to a value for detecting the element resistance by the element resistance detecting means, and the current concentration or voltage change of the gas concentration sensor is changed from the current change or voltage change at that time. Element resistance is detected. The heater control means periodically turns on / off the power to the heater. In particular, when the element resistance detection period by the element resistance detection means overlaps with the heater energization ON / OFF switching timing, any one of the timings is forcibly shifted.

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、素子抵抗の誤検出を抑制し、その検出精度を向上させることができる。   If the element resistance detection period and the heater energization ON / OFF switching timing overlap, the element resistance may be erroneously detected due to the influence of noise caused by heater energization ON / OFF switching. On the other hand, according to the present invention, erroneous detection of element resistance can be suppressed and the detection accuracy can be improved.

具体的には、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、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、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。 Specifically, when detecting the element resistance, it is estimated whether or not the heater energization ON / OFF switching overlaps the element resistance detection period. It is good to change the timing. At this time, when it is estimated that the heater energization switching overlaps the element resistance detection period, the energization switching is performed in the direction where the heater energization time is less changed before the start of the element resistance detection or after the end of the detection. It is good to change the timing.

上記発明によれば、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、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。 According to the above invention, the element resistance detection period and the heater energization ON / OFF switching timing do not overlap, and the desired effect described above can be obtained. In particular, there is little influence on the heater energization time, and the heater controllability can be maintained well.

請求項2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。 In the invention according to claim 2, when detecting the element resistance, it is estimated whether the ON / OFF switching of the heater energization overlaps in the element resistance detection period. Wait for detection to start. This is a method of shifting the element resistance detection period, and in this case as well, the element resistance detection period and the heater ON / OFF switching timing can be prevented from overlapping.

請求項3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。 According to a third aspect of the present invention, the heater control means sets a duty ratio at a constant predetermined cycle, and energizes the heater by an ON time corresponding to the duty ratio, and the heater energization ON / OFF When the switching overlaps the element resistance detection period, the predetermined period is lengthened or shortened. Similarly, in this case, it is possible to prevent the element resistance detection period and the heater energization ON / OFF switching timing from overlapping.

請求項4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。 In the invention according to claim 4, when the heater energization period and the element resistance detection period are synchronized, the maximum value or the minimum value is specified for the duty ratio of the heater energization so as not to overlap with the element resistance detection period. . Similarly, in this case, it is possible to prevent the element resistance detection period and the heater energization ON / OFF switching timing from overlapping.

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5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。 In some cases, the gas concentration sensor has a plurality of cells in the solid electrolyte body, and the element resistance detection means detects the element resistance in each cell. In this case, as described in claim 5, any one of the cells In the element resistance detection period, it is preferable not to overlap the heater energization ON / OFF switching timing.

また、ガス濃度センサを複数有するシステムでは、請求項6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。 Further, in a system having a plurality of gas concentration sensors, as described in claim 6 , even in the element resistance detection period of any one of the gas concentration sensors, it is not allowed to overlap with the ON / OFF switching timing of all heater energizations. good.

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7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8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7,8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。 In each of the above inventions, it has been explained that the detection period of the element resistance and the heater energization ON / OFF switching timing do not overlap. However, the element resistance is obtained from the measurement result of the current change or the voltage change. When measuring current change and voltage change, it is good if it is not affected by noise. Therefore, as described in claim 7, the element resistance detection period can be the peak hold period of the peak hold circuit. Alternatively, the element resistance detection period may be a period including at least A / D conversion timing. According to the seventh and eighth aspects, since the period during which the energization switching should not overlap is narrowed in a limited manner, the influence on the original element resistance detection and heater energization can be minimized.

(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。
(First embodiment)
A first embodiment in which the present invention is embodied as an air-fuel ratio detection apparatus will be described below with reference to the drawings. The air-fuel ratio detection apparatus in the present embodiment is applied to a gasoline engine mounted on an automobile. In the air-fuel ratio control system, the fuel injection amount to the engine is determined based on the detection result by the air-fuel ratio detection apparatus. Control at a desired air-fuel ratio. In the air-fuel ratio control apparatus, the air-fuel ratio is detected from the oxygen concentration in the exhaust gas using the detection result of the limiting current air-fuel ratio sensor (A / F sensor), and the A / F sensor is activated. In order to maintain it, the element impedance (element resistance) is detected, and the heater built in the sensor is energized. Details will be described below.

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。   FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an outline of an air-fuel ratio detection apparatus according to the present embodiment. In FIG. 1, the air-fuel ratio detection device 15 includes a microcomputer (hereinafter referred to as a microcomputer 20) that forms the center of the internal calculation. The microcomputer 20 controls an engine control ECU 16 for realizing fuel injection control, ignition control, and the like. So that they can communicate with each other. The A / F sensor 30 is attached to an exhaust pipe 12 extending from the engine main body 11 of the engine 10, and a linear air-fuel ratio detection signal proportional to the oxygen concentration in the exhaust gas in accordance with the application of a voltage commanded from the microcomputer 20. (Sensor current signal) is output.

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20は、バッテリ電源+Bの給電を受けて動作する。   The microcomputer 20 is configured by a well-known CPU, ROM, RAM, and the like for executing various arithmetic processes, and controls a bias control circuit 24 and a heater control circuit 26 described later according to a predetermined control program. The microcomputer 20 operates by receiving power from the battery power source + B.

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。   The A / F sensor 30 is configured by a so-called multilayer sensor in which a heater is stacked on a sensor element made of a solid electrolyte body, and the solid electrolyte body and the heater are integrated. Hereinafter, the sensor element structure of the A / F sensor 30 will be described with reference to FIG. The sensor element has a long shape, and FIG. 2 shows a cross-sectional structure in a direction orthogonal to the longitudinal direction.

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。   In the A / F sensor 30, the oxygen ion conductive solid electrolyte body 31 made of partially stabilized zirconia has a rectangular plate shape, and an exhaust gas side electrode 32 is provided on one surface thereof, and the other surface thereof is provided on the other surface. A reference gas side electrode 33 facing the reference gas chamber 37 is provided. The solid electrolyte body 31 is laminated with a porous diffusion resistance layer 34 made of alumina ceramic having a porosity of about 10% and a gas shielding layer 35 made of dense and gas-sealing alumina ceramic.

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36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。   The solid electrolyte body 31 is laminated with a spacer 36 made of alumina ceramic that is electrically insulating and dense and does not transmit gas. The spacer 36 is provided with a groove 36 a that functions as a reference gas chamber 37. It has been. A heater substrate 38 is laminated on the spacer 36, and a heater (heating element) 39 that generates heat when energized is provided on the heater substrate 38.

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。   Returning to the description of FIG. In FIG. 1, a bias command signal Vr for applying a voltage to the A / F sensor 30 is input from the microcomputer 20 to the D / A converter 21 and converted into an analog signal V1 by the D / A converter 21. Thereafter, the signal is input to an LPF (low-pass filter) 22. The output voltage V2 from which the high-frequency component of the analog signal V1 has been removed by the LPF 22 is input to the bias control circuit 24. In the bias control circuit 24, a voltage corresponding to the A / F value at that time is applied to the A / F sensor 30 based on a predetermined applied voltage characteristic at the time of A / F detection, and a single-shot signal composed of a predetermined frequency signal at the time of detecting the element impedance. In addition, a voltage having a predetermined time constant is applied to the A / F sensor 30.

バイアス制御回路24内の電流検出回路25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。   The current detection circuit 25 in the bias control circuit 24 detects the current value that flows along with the voltage applied to the A / F sensor 30. An analog signal having a current value detected by the current detection circuit 25 is input to the microcomputer 20 via the A / D converter 23.

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39のON時間(通電時間)が制御される。   The operation of the heater 39 of the A / F sensor 30 is controlled by the heater control circuit 26. That is, the heater control circuit 26 duty-controls energization to the heater 39 according to the element impedance of the A / F sensor 30 in accordance with a command from the microcomputer 20. In this case, the duty frequency of the heater control signal is about 10 Hz, and when the heater is energized, the ON time (energization time) of the heater 39 in one cycle of about 100 ms is controlled.

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。   FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the heater control circuit 26. In FIG. 3, one end of the heater 39 is connected to the battery power source + B, and the other end is connected to the collector of the transistor 26a. The emitter of the transistor 26a is grounded through a heater current detection resistor 26b. The heater voltage Vhe is detected by the potential difference between both ends of the heater 39, and the detection result is input to the microcomputer 20 via the operational amplifier 26c and the A / D converter 27. The heater current Ihe is detected by a potential difference between both ends of the heater current detection resistor 26b, and the detection result is input to the microcomputer 20 via the operational amplifier 26d and the A / D converter 28.

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Iheが検出されるようになっている。   Incidentally, when the heater control signal is switched from OFF to ON, an interrupt process is started by the microcomputer 20, and the detection timing of the heater voltage Vhe and the heater current Ihe is set by the interrupt process. In this case, when the heater energization is switched ON, a hardware delay occurs in the rise of the heater current Ihe, and thus the heater voltage Vhe and the heater current Ihe are detected at a timing that takes the delay into consideration.

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。   Next, the operation of the air-fuel ratio detection device 15 configured as described above will be described. FIG. 4 is a flowchart showing an outline of a main routine executed by the microcomputer 20, and this routine is started when the microcomputer 20 is turned on.

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。   In FIG. 4, first, in step 100, it is determined whether or not a predetermined time Ta has elapsed since the previous A / F detection. The predetermined time Ta is a time corresponding to the detection period of the A / F value, and is set to about Ta = 4 msec, for example. Then, on the condition that step 100 is YES, the process proceeds to step 110, and A / F value detection processing is performed. In this A / F value detection process, an applied voltage corresponding to the sensor current at that time is set, and the voltage is applied between the electrodes 32 and 33 of the A / F sensor 30, and the sensor current at that time is detected as a current. Detection is performed by the circuit 25. Then, the detected sensor current is converted into an A / F value.

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、2sec等の時間が選択的に設定される。そして、ステップ120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。   After detecting the A / F value, in step 120, it is determined whether or not a predetermined time Tb has elapsed since the previous element impedance detection. The predetermined time Tb is a time corresponding to the detection cycle of the element impedance ZAC, and for example, a time such as 128 msec or 2 sec is selectively set according to the engine operating state. Then, on the condition that step 120 is YES, the element impedance ZAC is detected in step 130, and heater energization control is performed in the subsequent step 140. The element impedance ZAC detection process and heater energization control will be described in detail later.

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ZAC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。   Next, the detection procedure of the element impedance ZAC in step 130 of FIG. 4 will be described with reference to FIG. In the present embodiment, when detecting the element impedance ZAC, a so-called “alternating current impedance” is obtained using a sweep method.

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。   In FIG. 5, first, in step 131, a heater control signal confirmation process is performed so that the heater 39 is not switched ON / OFF within the detection period of the element impedance ZAC.

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、ZAC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/OFF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。   In short, when the impedance is detected by the sweep method, the sensor applied voltage is temporarily manipulated to either positive or negative, but when the heater 39 is switched ON / OFF at that time, noise is generated in the electrical path of the sensor element, and ZAC This may affect the detected value. In particular, when the harness of the sensor element and the harness of the heater 39 are bundled together, such a problem is likely to occur. Therefore, the heater ON / OFF timing is monitored by a counter in the microcomputer 20, and any of the following processes is performed so that the detection period of the element impedance ZAC and the heater ON / OFF timing do not overlap.

(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。   (1) When the heater ON / OFF timing occurs within the element impedance ZAC detection period, the impedance detection is started after the heater ON / OFF timing.

(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OFF時間を一時的に長くする(又は短くする)。   (2) When the heater ON / OFF timing occurs within the detection period of the element impedance ZAC, the heater ON / OFF switching is made to wait until the impedance detection is completed. In this case, the ON time or OFF time of the heater 39 is temporarily extended (or shortened).

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。   Thereafter, in step 132, the bias command signal Vr is manipulated to change the voltage to the positive side in a time of about several tens to 100 μsec with respect to the applied voltage for A / F detection up to that time. In step 133, the voltage change amount ΔV at that time and the sensor current change amount ΔI detected by the current detection circuit 25 are read. In the following step 134, the element impedance ZAC is calculated from the ΔV value and ΔI value (ZAC = ΔV / ΔI), and then the process returns to the original routine of FIG.

上記の処理によれば、前記図1のLPF22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=ΔV/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。   According to the above processing, a voltage having a predetermined time constant is applied to the A / F sensor 30 through the LPF 22 and the bias control circuit 24 of FIG. As a result, as shown in FIG. 7, the peak current (current change amount ΔI) is detected after elapse of time t from the application of the voltage, and the element impedance ZAC is detected from the voltage change amount ΔV and the peak current (ΔI) at that time. (ZAC = ΔV / ΔI). In such a case, by applying a single voltage to the A / F sensor 30 via the LPF 22, generation of an excessive peak current is suppressed, and a highly reliable element impedance ZAC can be detected.

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。   The element impedance ZAC obtained as described above has the relationship shown in FIG. 8 with respect to the element temperature. That is, the lower the element temperature, the greater the element impedance ZAC. In the above configuration, the voltage applied to the sensor is temporarily switched during impedance detection. Instead of this, the current flowing through the sensor element may be switched temporarily. The element impedance is detected from the voltage change amount.

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。   Next, the heater energization control procedure in step 140 of FIG. 4 will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the heater energization is feedback-controlled according to the deviation of the element impedance ZAC so that the sensor element of the A / F sensor 30 is maintained at the target temperature = 700 ° C.

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、50Ω)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)。   In FIG. 6, first, in step 141, the execution condition of the heater control at the time of temperature rise is determined. Specifically, the condition for performing the heater control at the time of temperature rise is determined based on whether or not the element impedance ZAC is equal to or higher than a predetermined determination value (for example, 50Ω). For example, immediately after the engine is started and the element temperature of the A / F sensor 30 is still low, it is determined that the element impedance ZAC is large and the heater control at the time of temperature increase is performed (YES in step 141).

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Duty補正に関しては後述する。   When step 141 is YES, it progresses to step 142 and performs heater control at the time of temperature increase. In this heater control at the time of temperature rise, basically all energization control with a duty ratio of 100% is performed. Next, in step 149, after performing duty correction based on the heater power and the like, the process returns to the original routine of FIG. The duty correction in step 149 will be described later.

また、素子温が上昇すると、ステップ141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720℃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143,144では、素子温が制御範囲(本実施の形態では、700±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。   If the element temperature rises, step 141 becomes NO. In this case, in step 143, it is determined whether or not the element temperature is less than 720 ° C. based on the element impedance ZAC at that time, and in the subsequent step 144, the element temperature is also 680 ° C. or more based on the element impedance ZAC. It is determined whether or not. That is, the range of ± 20 ° C. around the target value (700 ° C.) of the element temperature is set as the element temperature control range. In steps 143 and 144, the element temperature is within the control range (in this embodiment, 700 ± 20). It is determined whether or not the temperature is within (° C). Then, the process proceeds to step 145 on condition that the element temperature is within the control range, and the control duty ratio Duty is calculated by a known PID control method.

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Gp、積分項Gi、微分項Gdを算出する。   Specifically, in step 145, the element impedance ZAC at the previous processing is set to the previous value “ZAC0”, and in the subsequent step 146, the current value ZAC of the element impedance (detected value according to FIG. 5) is read. In step 147, the proportional term Gp, the integral term Gi, and the differential term Gd are calculated by the following mathematical formula.

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、「Ki」は積分定数、「Kd」は微分定数を表す。
Gp = Kp. (ZAC-ZACref)
Gi = Gi + Ki · (ZAC−ZACref)
Gd = Kd · (ZAC−ZAC0)
In the above equations, “Kp” represents a proportional constant, “Ki” represents an integral constant, and “Kd” represents a differential constant.

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+Gd)、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。   In step 148, the proportional term Gp, integral term Gi, and differential term Gd are added to calculate the control duty ratio Duty (Duty = Gp + Gi + Gd). Return to the routine.

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Duty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150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。   On the other hand, when the element temperature is not within the control range, the control duty ratio Duty is guarded at steps 150 and 151. That is, when the element temperature is 720 ° C. or higher (when step 143 is NO), the process proceeds to step 150, where the control duty ratio Duty is guarded with a predetermined upper limit value. At this time, for example, the maximum value of Duty is limited so that Duty = 10% or less. When the element temperature is lower than 680 ° C. (when step 144 is NO), the process proceeds to step 151 where the control duty ratio Duty is guarded with a predetermined lower limit value. At this time, for example, the minimum value of Duty is limited so that Duty = 60% or more.

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。   Incidentally, the upper limit guard set in step 150 corresponds to the “first guard value” described in the claims, and the lower limit guard set in step 151 corresponds to the “second guard value”. According to the value, the duty is limited in the direction in which the change in the element temperature (element impedance) is suppressed. As an example, the guard values are Duty = 10% and 60%. However, the numerical values may be arbitrary, and design values that do not cause defects such as element cracks may be used as appropriate.

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。   In the present embodiment, the processing of FIG. 5 corresponds to “element resistance detection means” recited in the claims. 6 are the same “determination means”, steps 145 to 148 are the same “control amount calculation means”, step 149 is the same “control amount correction means”, and steps 150 and 151 are the same “ It corresponds to “guard value setting means”.

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Duty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。   Next, the contents of the duty correction at step 149 will be described in detail. This duty correction is performed based on a comparison between a standard heater power defined in advance and a calculated value of the heater power each time. Basically, a quotient of the reference power and the detected power, “ “Reference power / detected power” is used as a correction term, the correction term is multiplied by the control duty ratio Duty, and the product is set as the corrected Duty. In this case, in order to perform correction by power comparison (reference power / detected power), detection values of both the heater voltage and the heater current are required. However, since the processing load increases, the following (a) The correction by the heater voltage and the correction by the heater current will be described in detail.

(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。
(A) Correction by heater voltage When the heater power is W, the heater voltage is V, the heater current is I, and the heater resistance is R, W = V · I = V ^ 2 / R. Indicates power.) In this case, if the heater resistance R is assumed to be constant, the correction term “reference power / detection power” is obtained by “reference voltage ^ 2 / detection voltage ^ 2”. That is, if the reference voltage is defined in advance, the correction term can be calculated from the detection voltage of the heater 39. Then, the duty value is multiplied by the correction term to correct the duty.

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。   On the other hand, if W = V · I and the heater current I is considered to be constant, the correction term “reference power / detection power” is obtained by “reference voltage / detection voltage”. Also in this case, if the reference voltage is defined in advance, the correction term can be calculated from the detection voltage of the heater 39. Then, the duty value is multiplied by the correction term to correct the duty.

(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。
(B) Correction by heater current When W = V · I = I ^ 2 · R and the heater resistance R is considered to be constant, the correction term “reference power / detection power” is “reference current ^ 2 / detection current”. ^ 2 ". That is, if the reference current is defined in advance, the correction term can be calculated from the detected current of the heater 39. Then, the duty value is multiplied by the correction term to correct the duty.

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。   On the other hand, if W = V · I and the heater voltage V is considered to be constant, the correction term “reference power / detected power” is obtained by “reference current / detected current”. Also in this case, if the reference current is defined in advance, the correction term can be calculated from the detected current of the heater 39. Then, the duty value is multiplied by the correction term to correct the duty.

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。   According to the above-described correction by (a) heater voltage and (b) correction by heater current, duty correction for voltage change or current change can be easily performed. In particular, when the correction by the heater current is performed, since the current flowing through the energization path of the heater 39 is the same everywhere, the correction can be performed including the variation of the harness resistance.

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。   It is also possible to use a predefined map as correction by the heater voltage or heater current. Specifically, the correction amount is calculated according to the detected value of the heater voltage using the relationship of FIG. According to FIG. 9, as the heater voltage (detected value) increases with respect to the reference voltage, a smaller correction term is set. Further, the same operation may be performed at the time of correction by the heater current. In this case, if the voltage drop due to the harness is reflected as the map value, the system can be easily adapted.

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。   FIG. 10 is a time chart showing how the heater energization control is performed as described above, particularly when the element temperature rapidly increases or decreases. Here, (a) in FIG. 10 shows a case where the element temperature rises (ie, ZAC falls) due to factors such as heating of the exhaust gas and falls outside the control range, and (b) in FIG. 10 shows a fuel cut. The case where the element temperature falls due to factors such as (ZAC increases) and falls outside the control range is shown. In the figure, symbol ▽ indicates the timing at which heater energization control is performed at intervals of, for example, 128 msec.

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。   In FIG. 10A, the element temperature is feedback-controlled near the target value (700 ° C.) before the timing t1. When the element temperature rapidly rises at the timing of t1 and the element temperature at the timing of t2 deviates to the high temperature side of the control range (when it becomes 720 ° C. or more), the control duty ratio Duty is guarded at the maximum value of 10%. In this case, if normal feedback control (PID control) is continued after t2, the duty changes as shown by a two-dot chain line in the figure, and the duty cannot be immediately controlled to a low value. On the other hand, the control delay is eliminated by guarding the duty with the maximum value as described above.

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。   In FIG. 10B, the element temperature is feedback-controlled near the target value (700 ° C.) before the timing t11. Then, when the element temperature suddenly falls at the timing of t11 and the element temperature at the timing of t12 deviates to the low temperature side of the control range (below 680 ° C.), the control duty ratio Duty is guarded at the minimum value of 60%. In this case as well, the control delay is eliminated as described above.

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。   According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained. Since the control duty ratio Duty (heater control amount) is corrected based on a comparison between a predetermined standard heater power and the actual heater power in each case, a change in the power supply voltage of the heater 39 or a voltage caused by the harness Even if power changes due to a change, the control duty ratio Duty can be set in correspondence with the change. As a result, it is possible to appropriately set the control duty ratio Duty and thus improve the controllability of the heater energization.

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。   In this case, the duty correction is performed by a simple method by correcting the duty by comparing the reference value of the heater voltage with the detected value or by correcting the duty by comparing the reference value of the heater current with the detected value. Can be realized.

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Duty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。   Since the upper limit guard and the lower limit guard of the control duty ratio Duty are set and the duty is limited in such a direction as to suppress the change in the element temperature (element impedance), even if the element temperature changes suddenly due to a rise in exhaust temperature, fuel cut, etc. The heater control can be performed by following the change quickly. In particular, when calculating Duty while reflecting an integral term by PID control, a control delay occurs when the temperature changes suddenly. However, according to the present embodiment, the control delay is eliminated. Therefore, early activation of the sensor element at a low temperature and prevention of problems such as element cracking at a high temperature can be realized.

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。   Since the duty correction is performed on the upper limit guard and the lower limit guard of the control duty ratio Duty in the same manner as in normal feedback control, the control accuracy of heater energization using the guard value is improved.

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。   Since each timing is adjusted so that the detection period of the element impedance ZAC does not overlap with the heater ON / OFF timing, erroneous detection of the element impedance ZAC is suppressed, and the detection accuracy is improved.

(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/OFF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。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. In the first embodiment, the heater control signal confirmation process (step 131 in FIG. 5) is briefly described so that the heater 39 is not turned ON / OFF within the detection period of the element impedance ZAC. In this embodiment, a detailed configuration will be described.

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NOx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。   In the present embodiment, the present invention is embodied in a gas concentration detection device capable of detecting NOx concentration in exhaust gas, and FIG. 11 is a configuration diagram showing an outline of the gas concentration detection device. FIG. 12 is a sectional view showing details of the gas concentration sensor. First, the configuration of the gas concentration sensor 100 will be described with reference to FIG. The gas concentration sensor 100 has a three-cell structure including a pump cell, a sensor cell, and a monitor cell, and is embodied as a so-called composite gas sensor that can simultaneously detect the oxygen concentration and NOx concentration in the exhaust gas. 12A is a cross-sectional view showing the tip portion structure of the sensor element, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 12A.

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)141,142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141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144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。   In the gas concentration sensor 100, solid electrolytes (solid electrolyte elements) 141, 142 made of an oxygen ion conductive material have a plate shape, and are spaced apart from each other by a predetermined interval via a spacer 143 made of an insulating material such as alumina. Are stacked. Among these, a pinhole 141a is formed in the solid electrolyte 141 on the upper side of the figure, and exhaust gas around the sensor is introduced into the first chamber 144 through the pinhole 141a. The first chamber 144 communicates with the second chamber 146 through the throttle unit 145. Reference numeral 147 denotes a porous diffusion layer.

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。   The solid electrolyte 142 on the lower side of the figure is provided with a pump cell 110 so as to face the first chamber 144, and the pump cell 110 discharges or pumps oxygen in the exhaust gas introduced into the first chamber 144. At the same time, it detects the oxygen concentration in the exhaust gas. Here, the pump cell 110 has a pair of upper and lower electrodes 111 and 112 with a solid electrolyte 142 interposed therebetween, and in particular, the electrode 111 on the first chamber 144 side is a NOx inert electrode (an electrode that is difficult to decompose NOx gas). . The pump cell 110 decomposes oxygen present in the first chamber 144 and discharges it from the electrode 112 to the atmosphere passage 150 side.

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120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。   Further, a monitor cell 120 and a sensor cell 130 are provided on the solid electrolyte 141 on the upper side of the drawing so as to face the second chamber 146. The monitor cell 120 generates a current output in accordance with the electromotive force or voltage application according to the residual oxygen concentration in the second chamber 146. The sensor cell 130 detects the NOx concentration from the gas that has passed through the pump cell 110.

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141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121(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。   In particular, in the present embodiment, as shown in FIG. 12B, the monitor cell 120 and the sensor cell 130 are arranged in parallel so as to be in the same position with respect to the flow direction of the exhaust gas. The electrode on the atmosphere passage 148 side is a common electrode 122. That is, the monitor cell 120 includes a solid electrolyte 141 and an electrode 121 and a common electrode 122 arranged to face each other, and the sensor cell 130 similarly includes the solid electrolyte 141 and an electrode 131 and a common electrode arranged to face each other. 122. The electrode 121 (electrode on the second chamber 146 side) of the monitor cell 120 is made of a noble metal such as Au—Pt inert to NOx gas, whereas the electrode 131 (electrode on the second chamber 146 side) of the sensor cell 130 is It consists of noble metals such as Pt that are active in NOx gas.

固体電解質142の図の下面には絶縁層149が設けられ、この絶縁層149により大気通路150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。   An insulating layer 149 is provided on the lower surface of the solid electrolyte 142 in the figure, and an atmospheric passage 150 is formed by the insulating layer 149. In addition, a heater 151 for heating the entire sensor is embedded in the insulating layer 149. The heater 151 generates heat energy by supplying power from the outside in order to activate the entire sensor including the pump cell 110, the monitor cell 120, and the sensor cell 130.

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141a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。   In the gas concentration sensor 100 having the above configuration, the exhaust gas is introduced into the first chamber 144 through the porous diffusion layer 147 and the pinhole 141a. When the exhaust gas passes through the vicinity of the pump cell 110, a decomposition reaction occurs by applying a voltage between the electrodes 111 and 112 of the pump cell 110, and oxygen flows through the pump cell 110 according to the oxygen concentration in the first chamber 144. Is put in and out. At this time, since the electrode 111 on the first chamber 144 side is a NOx inactive electrode, NOx in the exhaust gas is not decomposed in the pump cell 110, but only oxygen is decomposed and discharged to the atmospheric passage 150. Then, the oxygen concentration contained in the exhaust gas is detected by the current flowing through the pump cell 110.

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NOx濃度が検出される。   Thereafter, the exhaust gas that has passed in the vicinity of the pump cell 110 flows into the second chamber 146, and the monitor cell 120 generates an output corresponding to the residual oxygen concentration in the gas. The output of the monitor cell 120 is detected as a monitor cell current by applying a predetermined voltage between the electrodes 121 and 122 of the monitor cell 120. Further, by applying a predetermined voltage between the electrodes 131 and 122 of the sensor cell 130, NOx in the gas is reduced and decomposed, and oxygen generated at that time is discharged to the atmospheric passage 148. At that time, the concentration of NOx contained in the exhaust gas is detected by the current flowing through the sensor cell 130.

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。   Next, the electrical configuration of the gas concentration detection device will be described with reference to FIG. FIG. 11 shows a gas concentration detection apparatus using the gas concentration sensor 100 described above, but the electrode arrangement of the monitor cell 120 and the sensor cell 130 is shown in a side-by-side state for convenience.

図11において、制御回路200は、CPU、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110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。   In FIG. 11, the control circuit 200 is configured by a known microcomputer including a CPU, an A / D converter, a D / A converter, an I / O port, and the like, and applies an applied voltage to each of the cells 110 to 130 as a D / A. Output as appropriate from the converter (D / A0 to D / A2). In addition, the control circuit 200 uses the A / D converter (A / D0 to A / D5) to set the voltages of the terminals Vc, Ve, Vd, Vb, Vg, and Vh to measure the current flowing through the cells 110 to 130. Enter each one. The control circuit 200 detects the oxygen concentration and NOx concentration in the exhaust gas based on the current measured by the pump cell 110 and the sensor cell 130, and outputs the detected value to the outside from the D / A converter (D / A4, D / A3). To do.

回路構成について詳しくは、ポンプセル110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。   For details of the circuit configuration, in the pump cell 110, the reference voltage Va is applied to one electrode 112 by the reference power supply 201 and the operational amplifier 202, and the control circuit 200 is connected to the other electrode 111 via the operational amplifier 203 and the current detection resistor 204. Command voltage (Vb) is applied. When a current flows through the pump cell 110 according to the oxygen concentration in the exhaust gas when applying Vb, the current is detected by the current detection resistor 204. That is, the Vb voltage and the Vd voltage, which are both terminal voltages of the current detection resistor 204, are taken into the control circuit 200, and the pump cell current Ip is calculated from the Vb voltage and the Vd voltage.

また、モニタセル120及びセンサセル130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122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200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。   A reference voltage Vf is applied to the common electrode 122 of the monitor cell 120 and the sensor cell 130 by the reference power source 205 and the operational amplifier 206, and an operational amplifier 207 and a current detection resistor 208 are provided to the sensor cell electrode 131 different from the common electrode 122. The command voltage (Vg) of the control circuit 200 is applied through the via. When a current flows through the sensor cell 130 according to the NOx concentration in the exhaust gas when applying Vg, the current is detected by the current detection resistor 208. That is, the Vg voltage and the Vh voltage that are both terminal voltages of the current detection resistor 208 are taken into the control circuit 200, and the sensor cell current Is is calculated from the Vg voltage and the Vh voltage.

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)209、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。Vc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200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。   Further, the command voltage (Vc) of the control circuit 200 is applied to the monitor cell electrode 121 different from the common electrode 122 via an LPF (low-pass filter) 209, an operational amplifier 210 and a current detection resistor 211. When a current flows through the monitor cell 120 according to the residual oxygen concentration in the exhaust gas when applying Vc, the current is detected by the current detection resistor 211. That is, the Vc voltage and the Ve voltage that are both terminal voltages of the current detection resistor 211 are taken into the control circuit 200, and the monitor cell current Im is calculated from the Vc voltage and the Ve voltage. The LPF 209 is realized by a primary filter made up of a resistor and a capacitor, for example.

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10kHz以上が望ましく、LPF209の時定数は5μsec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。   In the present embodiment, the element impedance is detected for the monitor cell 120 using the sweep method. That is, when the impedance of the monitor cell 120 is detected, the control circuit 200 instantaneously switches the monitor cell applied voltage (command voltage Vc) to at least one of the positive side and the negative side. This applied voltage is applied to the monitor cell 120 while being sinusoidally processed by the LPF 209. The frequency of the AC voltage is desirably 10 kHz or more, and the time constant of the LPF 209 is set at about 5 μsec. Then, the element impedance of the monitor cell 120 is calculated from the voltage change amount and current change amount at that time.

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141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。   Incidentally, in the monitor cell 120 and the sensor cell 130, since one electrode is the common electrode 122, there is an advantage that the drive circuit on the reference voltage side can be reduced and the advantage that the number of lead wires taken out from the gas concentration sensor 100 can be reduced. It is done. In addition, since the monitor cell 120 and the sensor cell 130 are formed adjacent to each other with the same solid electrolyte 141, there is a concern that the current flows to the adjacent electrode during the sweep and the impedance detection accuracy deteriorates. By providing, one electrode becomes the same electric potential, and this influence can be reduced.

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。   Incidentally, in the monitor cell 120, only a current of about several μA flows when detecting residual oxygen, whereas a current of about several mA flows during sweeping for impedance detection. If currents with different orders are detected by the same detection resistor, overrange may occur or detection accuracy may deteriorate. Therefore, in the present embodiment, the current detection resistor is switched between the residual oxygen detection by the monitor cell 120 and the impedance detection.

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。   Specifically, another current detection resistor 212 and a switch circuit 213 (for example, a semiconductor switch) are provided in parallel with the current detection resistor 211. The switch circuit 213 is configured to be turned on / off by an output from the I / O port of the control circuit 200. In this case, at the time of normal gas concentration detection, the switch circuit 213 is turned off (opened), and the monitor cell current Im is detected by a resistance of about several hundred kΩ by the current detection resistor 211. On the other hand, at the time of impedance detection, the switch circuit 213 is turned on (closed), and the monitor cell current Im is detected by a resistance of about several hundred Ω by the current detection resistors 211 and 212.

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。   The Ve voltage is input to the control circuit 200 through the P / H circuit (peak hold circuit) 220. In this case, in the P / H circuit 220, the P / H period is set and canceled by the control circuit 200, and the P / H period is temporarily set in the vicinity of the voltage change reaching the peak value when the impedance is detected. ing.

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MOSFETドライバ251を駆動する。このとき、MOSFET252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。   The CPU in the control circuit 200 drives the MOSFET driver 251 by outputting the control duty ratio Duty from the I / O port. At this time, the power supplied from the power source 253 (for example, battery power source) to the heater 151 by the MOSFET 252 is PWM-controlled. In the present embodiment, the control circuit 200 constitutes “element resistance detection means” and “heater control means” described in the claims.

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PWM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。   FIG. 13 is a time chart showing an outline of heater energization. As shown in FIG. 13, the PWM counter is configured to repeat counting up at a constant time period. In this embodiment, 128 msec is one period of the PWM counter. Incidentally, this time is the same as the detection cycle of the element impedance ZAC.

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。   Each time the control duty ratio Duty is calculated, the heater ON set time is set in a register or the like according to the Duty, and when the PWM counter reaches the ON set time, the heater energization is switched from ON to OFF. The heater energization is turned on again at the timing when the PWM counter is reset.

例えば、インピーダンス検出期間が図のTi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。   For example, when the impedance detection period is set in the Ti period in the figure and the Ti period overlaps with ON / OFF switching of the heater energization (ON to OFF in the figure), noise is detected in the electrical path of the sensor element as described above. This is considered to affect the detection value of ZAC. Specifically, as shown in FIG. 20, an error ΔIa occurs in the waveform of the sweep current that accompanies the sweep of the applied voltage, and an incorrect peak value is stored when the P / H circuit 220 is used. Therefore, in the present embodiment, it is proposed to forcibly change the timing of either ON or OFF of the heater energization when the heater energization is switched ON / OFF within the impedance detection period.

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。   That is, in FIG. 14 showing the details, the timings a and b are the impedance detection period Ti, and the sweep waveform is given to the sensor terminal voltage (or sensor current) within the period Ti. In this case, since the energization OFF timing c occurs within the impedance detection period Ti, the energization OFF timing c is set earlier or later so that the heater energization does not occur during the impedance detection period Ti.

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/OFF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。   Actually, it is the voltage change amount ΔV (or equivalent current change) that is desired to be detected accurately within the impedance detection period Ti, and the heater energization is turned on during the period from the start of the change of the sensor voltage to the peak value. It is good if / OFF does not occur. In particular, in this configuration in which the peak value of the voltage change is taken into the control circuit 200 via the P / H circuit 220, the heater energization is turned ON / OFF in the P / H period (periods a to d in the figure) by the P / H circuit 220. If it does not occur, it is good. Therefore, when the energization OFF timing is advanced, the energization OFF timing is changed to timing a, and the energization waveform is changed to “1 after change” in the figure. Further, in order to delay the energization OFF timing, the energization OFF timing is changed to timing d, and the energization waveform is set to “2 after change” in the figure. Incidentally, the duty becomes small after the change 1 and becomes large after the change 2.

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。   In order to force the heater energization ON / OFF timing earlier or later, the actual heater control signal may be controlled by manipulating the port output. Specifically, as shown in FIG. 15, when the impedance detection period Ti and the energization OFF timing overlap, the port output is temporarily turned OFF, thereby changing the heater energization from the state before the change shown in the figure. Switch to a later state. In addition, it is also possible to change the ON setting time of the PWM counter to the increase side or the decrease side, thereby making the energization switching timing earlier or later.

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。   FIG. 16 is a flowchart showing a ZAC detection routine in the present embodiment, and this processing is performed by the control circuit 200 at a predetermined time period (in this embodiment, 128 msec period). The process of FIG. 16 corresponds to the process of FIG. 5 in the first embodiment. In practice, the control circuit 200 performs the process corresponding to FIGS. 4 and 6 in addition to this ZAC detection routine. . Although illustration is omitted, in the case of the present embodiment, the NOx concentration is detected in addition to the detection of A / F in the process corresponding to FIG.

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。
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。
The heater energization ON / OFF switching is basically performed separately from the element impedance detection process (the process of FIG. 16), but in this embodiment, the impedance detection period and the heater energization ON / OFF switching timing are performed. Only when and overlap, the switching of the energization is performed within the element impedance detection process.
In FIG. 16, first, at step 301, the current PWM counter value is read, and at the next step 302, the current switching timing is confirmed from the current PWM counter, the ON setting time, and the required time of the P / H period. Then, it is estimated whether the ON / OFF switching of heater energization is performed redundantly during the current impedance detection period (P / H period). Further, at this time, when it is estimated that the energization switching is duplicated, it is determined whether the energization switching is made earlier or later. For this, it is sufficient to select the one with less change of the duty.

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。   Thereafter, in step 303, it is determined whether or not the heater energization switching should be performed now. When it is assumed that the energization switching is duplicated and the energization switching is accelerated, the step is set to YES, and the heater energization is immediately switched on / off in step 304.

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。   Thereafter, in step 305, P / H by the P / H circuit 220 is started, and in the subsequent step 306, the applied voltage is changed (swept) once. In step 307, voltage change and current change at that time are measured, and in step 308, P / H by the P / H circuit 220 is terminated.

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310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。   In step 309, it is determined whether or not the heater energization switching should be performed now. When it is estimated that the energization switching is duplicated and the energization switching is delayed, the corresponding step is set to YES, and the heater energization is immediately switched on / off in step 310. Finally, in step 311, the element impedance ZAC is calculated from the measured voltage change and current change.

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ZAC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。   As described above, according to the present embodiment, when the impedance detection period overlaps with the heater energization ON / OFF switching timing, any one of the timings is forcibly shifted back and forth, so that the element impedance ZAC is erroneously detected. And the detection accuracy can be improved.

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。   When the heater energization ON / OFF switching overlaps with the impedance detection period, the energization switching timing is changed to the one with less change in the heater energization time (Duty) before the impedance detection starts or after the detection ends. There is little influence on heater energization time, and heater controllability can be maintained well.

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。   In particular, since the heater energization switching timing is changed so as not to overlap the P / H period, the period during which the energization switching should not overlap is limited and the change in heater energization time can be minimized. Incidentally, by taking in the peak value of the voltage change via the P / H circuit 220, the peak value can be detected correctly even if the timing of the voltage peak varies back and forth.

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。   When A / D conversion is performed at a predetermined timing and a peak voltage or the like is thereby acquired, the switching timing is changed so that the heater energization switching is not performed at least at the A / D conversion timing. It ’s fine.

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。   In order to prevent the impedance detection period and the heater energization ON / OFF switching timing from overlapping, a method other than the above can be used, and another mode will be described below.

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。   First, in FIG. 17, when the heater energization switching timing and the impedance detection period Ti overlap, the start of impedance detection (actually the start of P / H) is waited until the energization switching ends. In the case of FIG. 17, the impedance detection period is changed from Ti to Tia. Similarly, even when the impedance detection period is shifted, it is possible to prevent the impedance detection period and the heater ON / OFF switching timing from overlapping.

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、PWM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。   Next, in FIG. 18, when the heater energization switching timing and the impedance detection period Ti overlap, the PWM cycle is lengthened or shortened to change the heater control state. In the example of FIG. 18, the PWM cycle is changed from Tα to Tβ. In this case, if the period of PWM and the period of impedance detection are synchronized, it is only necessary to change to Tβ once and then return to Tα. Here, the period of PWM and the period of impedance detection are in synchronism with each other when the period is the same, or when the period of impedance detection is n times or 1 / n times the period of PWM. Say. Similarly, even when the heater control state is changed, it is possible to prevent the impedance detection period and the heater ON / OFF switching timing from overlapping.

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Tiとが重複しないよう、ヒータ通電のデューティ比(ON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、ON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。   In FIG. 19, when the PWM cycle and the impedance detection cycle are synchronized, the heater energization duty ratio (ON setting time) is maximized so that the heater energization switching timing and the impedance detection period Ti do not overlap. Or it defines the minimum value. In the example of FIG. 19, an upper limit guard value is set so that the ON setting time does not exceed the upper limit guard value. In such a case as well, the effects described above can be obtained. If there is an impedance detection period immediately after the heater energization is ON, a lower limit guard value for the ON setting time may be set.

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。   In the above description, the element impedance is detected for the monitor cell 120 of the gas concentration sensor 100, but the case where the element impedance is also detected for other cells (pump cell 100, sensor cell 130) is conceivable. In this case, it is preferable not to overlap the heater energization switching timing in the impedance detection period of any cell.

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/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。   Also, in a system having a plurality of gas concentration sensors, such as when a plurality of gas concentration sensors are provided in the exhaust pipe of an engine, the timing for switching ON / OFF all heater energization during the impedance detection period of any gas concentration sensor. It is good not to overlap.

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。   In addition to the above, the present invention can be embodied in the following forms. In FIG. 6, when the duty is limited by the guard value in steps 150 and 151, the duty correction for the guard value may be relatively loose. Therefore, the correction execution time interval is expanded only when the duty is limited by the guard value. In this case, the processing frequency relating to correction is reduced, and the processing load on the microcomputer 20 can be reduced.

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、Duty≧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。   Further, the detection of the heater voltage and the heater current is permitted only when the ON time of the control duty ratio Duty is longer than a predetermined value. Actually, detection of the heater voltage and the heater current is permitted only when Duty ≧ 50%. That is, the heater voltage and heater current are detected when the heater energization is turned on, but if the ON time is too short, it becomes difficult to detect the heater voltage and heater current. On the other hand, according to this configuration, the detection of the heater voltage and the heater current can be reliably performed. In this case, the calculation load on the microcomputer 20 can be reduced, and the heater voltage and heater current can be detected with a simple detection circuit.

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。   As duty correction, it is also possible to correct the control duty ratio Duty based on a comparison between the heater voltage or heater current detected each time and the heater voltage or heater current detected before that. Specifically, correction is performed using the following equation.

Figure 0004241737
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。
Figure 0004241737
Even in such a case, the control duty ratio Duty can be set appropriately and the controllability of the heater energization can be improved as in the above-described embodiment. In the above equation, the term “previous detection voltage / current detection voltage” is changed to “previous detection voltage ^ 2 / current detection voltage ^ 2” or “previous detection current / current detection voltage”. The current may be changed to “current” or “previous detection current ^ 2 / current detection current ^ 2.” Incidentally, the accuracy of correction is improved when the voltage or current is a square value. The comparison target is not limited to the current value and the previous value, but may be a comparison between the current value and the previous value.

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。   In the above embodiment, both the duty correction process and the upper limit and lower limit guard processes are performed in the heater energization control routine of FIG. 6, but this routine is realized by incorporating at least the duty correction. It ’s fine. Further, at least one of the upper limit guard on the high temperature side (step 150 in FIG. 6) and the lower limit guard on the low temperature side (step 151 in FIG. 6) may be performed. As a configuration for guarding the control duty ratio Duty, basically, the higher the detected value of the element impedance, the higher the guard value of the element impedance so that the sensor element can be activated at a low temperature and the element can be prevented from cracking at a high temperature. Anything can be realized as long as the value is set to be large.

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。   As element resistance of the gas concentration sensor, instead of impedance, admittance that is the reciprocal thereof may be calculated. In this case, it is also possible to switch between impedance and admittance depending on the element temperature (sensor active state).

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、NOx濃度を検出するNOxセンサ、HC濃度を検出するHC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。   As the gas concentration sensor, in addition to the aforementioned A / F sensor for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas, for example, a NOx sensor for detecting the NOx concentration, an HC sensor for detecting the HC concentration, a CO sensor for detecting the CO concentration, etc. Applicable. In that case, a plurality of detection cells may be provided. Furthermore, a gas other than the exhaust gas can be used as the measurement gas. As the gas concentration detection device, applications other than the air-fuel ratio detection device can be applied.

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。The block diagram which shows the outline | summary of the air fuel ratio detection apparatus in embodiment of invention. センサ素子の要部断面図。Sectional drawing of the principal part of a sensor element. ヒータ制御回路の構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the structure of a heater control circuit. マイコンによるメインルーチンを示すフローチャート。The flowchart which shows the main routine by a microcomputer. 素子インピーダンスの検出手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the detection procedure of element impedance. ヒータ通電の制御手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the control procedure of heater energization. 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。The wave form diagram which shows the voltage change and current change at the time of an impedance detection. 素子インピーダンスと素子温との関係を示す図。The figure which shows the relationship between element impedance and element temperature. ヒータ電圧と補正項との関係を示す図。The figure which shows the relationship between a heater voltage and a correction | amendment term. 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。The time chart which shows a mode that heater energization control is implemented. 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。The block diagram which shows the outline | summary of the gas concentration detection apparatus in 2nd Embodiment. ガス濃度センサの構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of a gas concentration sensor. ヒータ通電の動作を示すタイムチャート。The time chart which shows operation of heater energization. ヒータ通電切り換えの詳細を示すタイムチャート。The time chart which shows the detail of heater energization switching. ヒータ通電の動作を示すタイムチャート。The time chart which shows operation of heater energization. 素子インピーダンスの検出手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the detection procedure of element impedance. ヒータ通電の動作を示すタイムチャート。The time chart which shows operation of heater energization. ヒータ通電の動作を示すタイムチャート。The time chart which shows operation of heater energization. ヒータ通電の動作を示すタイムチャート。The time chart which shows operation of heater energization. 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。The time chart which shows the current waveform at the time of heater energization switching.

符号の説明Explanation of symbols

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
141,142 固体電解質
151 ヒータ
200 制御回路
220 P/H回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Engine 15 Air-fuel ratio detection apparatus 20 Microcomputer 30 A / F sensor 31 Solid electrolyte body 39 Heater 100 Gas concentration sensor 110 Pump cell 120 Monitor cell 130 Sensor cell 141, 142 Solid electrolyte 151 Heater 200 Control circuit 220 P / H circuit

Claims (8)

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、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ことを特徴とするガス濃度センサのヒータ制御装置。
A gas concentration sensor having a sensor element using a solid electrolyte body and a heater for heating the sensor element to an active state;
An element resistance detecting means for temporarily switching the applied voltage or current to the sensor element to a value for detecting the element resistance, and detecting the element resistance of the gas concentration sensor from the current change or voltage change at that time;
Heater control means for periodically turning ON / OFF the energization of the heater,
When detecting the element resistance by the element resistance detecting means , it is estimated whether the ON / OFF switching of the heater energization overlaps the element resistance detection period. A heater control apparatus for a gas concentration sensor, characterized in that the timing of switching energization is changed so that the heater energization time changes less .
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とを特徴とするガス濃度センサのヒータ制御装置。
A gas concentration sensor having a sensor element using a solid electrolyte body and a heater for heating the sensor element to an active state;
An element resistance detecting means for temporarily switching the applied voltage or current to the sensor element to a value for detecting the element resistance, and detecting the element resistance of the gas concentration sensor from the current change or voltage change at that time;
Heater control means for periodically turning ON / OFF the energization of the heater,
When detecting the element resistance by the element resistance detection means, it is estimated whether the ON / OFF switching of heater energization overlaps with the element resistance detection period. A heater control device for a gas concentration sensor, characterized in that
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ことを特徴とするガス濃度センサのヒータ制御装置。
A gas concentration sensor having a sensor element using a solid electrolyte body and a heater for heating the sensor element to an active state;
An element resistance detecting means for temporarily switching the applied voltage or current to the sensor element to a value for detecting the element resistance, and detecting the element resistance of the gas concentration sensor from the current change or voltage change at that time;
Heater control means for periodically turning ON / OFF the energization of the heater,
The heater control means sets a duty ratio at a constant predetermined cycle and energizes the heater with an ON time corresponding to the duty ratio, and the ON / OFF switching of the heater energization overlaps the element resistance detection period. In the case, the heater control device of the gas concentration sensor , wherein the predetermined period is lengthened or shortened .
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、
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ことを特徴とするガス濃度センサのヒータ制御装置。
A gas concentration sensor having a sensor element using a solid electrolyte body and a heater for heating the sensor element to an active state;
An element resistance detecting means for temporarily switching the applied voltage or current to the sensor element to a value for detecting the element resistance, and detecting the element resistance of the gas concentration sensor from the current change or voltage change at that time;
Heater control means for periodically turning ON / OFF the energization of the heater,
When the heater energization period and the element resistance detection period are synchronized, a maximum value or a minimum value is specified for the duty ratio of the heater energization so as not to overlap with the element resistance detection period . Heater control device.
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。The gas concentration sensor has a plurality of cells in the solid electrolyte body, and the element resistance detection means detects element resistance in each cell, and the heater energization is turned on in the element resistance detection period of any cell. The heater control apparatus for a gas concentration sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the heater control apparatus does not overlap with the timing of switching off / off. 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1〜5の何れかに記載のガス濃度センサのヒータ制御装置。 6. The system according to claim 1, wherein the gas concentration sensor includes a plurality of gas concentration sensors, and is configured not to overlap with ON / OFF switching timings of all heater energizations in an element resistance detection period of any gas concentration sensor. The heater control apparatus of the gas concentration sensor as described in 2 . 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1〜6の何れかに記載のガス濃度センサのヒータ制御装置。 7. The configuration according to claim 1, wherein a current change or a voltage change at the time of detecting the element resistance is captured via a peak hold circuit, and the detection period of the element resistance is a peak hold period of the peak hold circuit. Heater control device for gas concentration sensor. 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1〜7の何れかに記載のガス濃度センサのヒータ制御装置。 2. A configuration in which a current change or a voltage change at the time of element resistance detection is taken in via an A / D converter at a predetermined timing, and the element resistance detection period is a period including at least an A / D conversion timing. The heater control apparatus of the gas concentration sensor in any one of -7 .
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