JP4723335B2 - ヒータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、外部から受信したヒータ制御指令に基づいて、通電により発熱するヒータの通電制御を行うヒータ制御装置に関する。

従来より、通電により発熱するヒータを通電制御するヒータ制御装置が知られている。
ヒータ制御装置は、例えば、内燃機関の空燃比制御を行う空燃比制御システムに備えられて、空燃比センサ（詳細には、酸素センサ素子）を加熱するヒータを制御する用途に用いることができる（特許文献１参照）。

なお、内燃機関を制御するシステムとして、内燃機関の全体を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）と、ＥＣＵからの制御指令に基づき内燃機関の各部を制御する複数の下位制御装置と、を備えるものがある。そして、ヒータ制御装置は、下位制御装置の１つとして備えられることがある。

そして、電子制御装置（ＥＣＵ）と複数の制御装置との間における信号送受信は、各信号ごとに専用の信号経路（専用信号ケーブル）を配設することで実現できる。
また、近年、内燃機関を制御するシステムとしては、複数の制御装置間における信号送受信を、各信号ごとに専用に設けられる信号経路ではなく、多種類の信号送受信が可能な信号伝送経路（シリアル通信経路、パラレル通信経路など）を用いて実現するシステムが提案されている。

なお、信号伝送経路は、予め定められた伝送手順（伝送プロトコル）に従い信号送受信を行うことで、物理的なケーブルの本数に制約されることなく多種類の信号送受信が可能となる。このように、信号伝送経路は、多種類の信号送受信が可能となることから、各信号専用の信号経路を用いる場合に比べて、送受信信号の総数に対するケーブル本数を削減できるという利点がある。

このため、ヒータ制御装置においても、信号伝送経路を通じて外部（例えば、ＥＣＵ）からヒータ制御指令を受信し、ヒータ制御指令に基づきヒータ制御を行う構成を採ることが考えられる。
特開平９−４４９４号公報

しかし、専用信号ケーブルや信号伝送経路を通じて外部からヒータ制御指令を受信するヒータ制御装置においては、専用信号ケーブルや信号伝送経路での異常発生等によりヒータ制御指令が受信されない状態が継続すると、適切なヒータの通電制御ができない虞がある。

つまり、ヒータ制御指令を受信しない限り、ヒータ制御装置は、ヒータへの通電を行えないため、ヒータによる発熱をそもそも行えなかったり、ヒータが適切に発熱していた場合であっても、ヒータ制御指令が受信できないために発熱が停止されて、ヒータ温度が異常低下を生じたりしてしまい、ヒータの発熱によって加熱させたい対象物を適切に加熱できなくなってしまう。

例えば、ヒータ制御装置が内燃機関の排気系に取り付けられるガスセンサ（詳細には、ガスセンサを構成するセンサ素子）を加熱するヒータを制御する場合において、ヒータによってガスセンサを適切に加熱することができないと、ガスセンサ（詳細には、センサ素子）に付着した排気ガス中のススや被毒物質（例えば、Ｓｉ成分やリンなど）を熱によって除去する効果が低下してしまい、ススや被毒物質の付着に起因したガスセンサの検出精度の低下を招く虞がある。

そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、ヒータ制御指令が受信されない状態が継続する場合であっても、ヒータによる発熱を強制的に行うことができるヒータ制御装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、ガスセンサを構成するセンサ素子を加熱するために当該センサ素子に付設されるヒータの通電制御を行うと共に、外部から受信したヒータ制御指令に基づいて、通電により発熱するヒータの通電制御を行うヒータ制御装置であって、ヒータ制御指令の未受信継続時間を計測する未受信継続時間計測手段と、未受信継続時間が予め定められた許容時間判定値よりも大きいか否かを判断する許容時間判定手段と、許容時間判定手段において未受信継続時間が許容時間判定値よりも大きいと判定されると、ヒータの通電制御を開始するヒータ制御強制開始手段と、を備えることを特徴とするヒータ制御装置である。

つまり、このヒータ制御装置は、外部からのヒータ制御指令を受信しない状態が継続する時間（未受信継続時間）を未受信継続時間計測手段にて計測しており、未受信継続時間が許容時間判定値よりも大きくなると、ヒータ制御強制開始手段がヒータの通電制御を強制的に開始するよう構成されている。

このように、このヒータ制御装置は、ヒータ制御指令を受信しない状態が許容時間判定値よりも長く継続した場合にはヒータの通電制御を開始することから、ヒータ制御指令が受信できない状況下においてもヒータ温度が低下したり、ヒータによる発熱そのものが行えなかったりするのを抑制できる。

よって、本発明によれば、ヒータ制御指令が受信されない状態が継続する場合であっても、ヒータの発熱によって加熱させたい対象物を適切に加熱することができる。
なお、例えば、内燃機関の排気管に備えられるガスセンサ（詳細には、ガスセンサを構成するセンサ素子）を加熱するために当該センサ素子に付設されるヒータを通電制御する用途に、本発明のヒータ制御装置を用いることで、ヒータ制御指令を外部から受信できない状態が継続する場合であっても、ヒータの通電制御を強制的に行えるので、ガスセンサ（センサ素子）に付着した排気ガス中のススや被毒物質をヒータの発熱によって適切に除去することができる。

なお、ここでいうガスセンサとしては、被測定ガス（例えば、排気ガス）中の酸素濃度を検出するための酸素センサやＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサを挙げることができ、その構成としては、例えば、固体電解質体あるいは金属酸化物半導体を有するセンサ素子を備えたものを挙げることができる。

また、上記発明においては、外部からヒータ制御指令を受信する経路は、専用信号ケーブルに限られることはなく、信号伝送経路とすることもできる。
そこで、上記発明においては、信号伝送経路を介してヒータ制御指令を受信する信号伝送経路受信手段を備える構成としてもよい。

つまり、信号伝送経路受信手段を備えることで、信号伝送経路を介してヒータ制御指令を受信することができる。
なお、信号伝送経路に通信障害などが生じて、信号伝送経路を介したヒータ制御指令の送受信が不可能となった場合には、ヒータ制御装置は、ヒータ制御指令を外部から受信できない状態となる。

しかし、そのような状態に陥った場合であっても、本発明のヒータ制御装置であれば、ヒータ制御を強制的に開始できることから、ヒータ温度が異常低下したり、ヒータによる発熱そのものが行えなかったりするのを抑制できる。

なお、信号伝送経路の例としては、シリアル通信経路やパラレル通信経路などが挙げられる。
ところで、ヒータ制御強制開始手段の動作によりヒータ制御が開始された場合、ヒータ制御装置の使用者にとっては、ヒータ制御指令を正常に受信してヒータ制御を開始したのか、ヒータ制御強制開始手段の動作によりヒータ制御が開始されたのかを判断することができない虞がある。

そこで、上記発明においては、許容時間判定手段において未受信継続時間が許容時間判定値よりも大きいと判定されると、ヒータ制御指令の未受信状態が発生したことを記憶する未受信情報記憶手段を備える構成としてもよい。

このように未受信情報記憶手段を備えてヒータ制御指令の未受信状態が発生したことを記憶することで、その記憶情報に基づき、ヒータ制御指令が受信できないという異常状態に陥ったことを事後的に確認することが可能となる。つまり、ヒータ制御装置の動作状態について事後的な診断作業を行うにあたり、未受信情報記憶手段の記憶内容を診断作業に利用することができる。

よって、本発明によれば、ヒータ制御指令が受信できないという異常状態に陥ったことを事後的に判断することができ、記憶した情報を、異常状態が生じたことを使用者に通知するための情報源として利用することや、ヒータ制御装置の動作状態について事後的な診断作業に利用することができる。

なお、未受信情報記憶手段は、ヒータ制御装置への電力供給が停止された場合であっても、記憶情報を保持する構成であることが望ましく、例えば、不揮発性メモリを用いて実現することができる。また、記憶する情報内容としては、少なくとも「未受信状態（異常状態）が生じた事実」を含めることが必要であり、また、事後的な診断作業をさらに容易にするためには、その他の情報（異常発生日時、他の信号送受信状態、装置内各部の動作状態など）を記憶しても良い。

以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
なお、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

図１は、内燃機関を備える車両に搭載されて車両を制御する車両制御システム１の概略構成図である。車両制御システム１は、本発明を適用したセンサ・ヒータ制御装置１１を備えており、排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度検出などの各種制御処理を行う。

車両制御システム１は、センサ・ヒータ制御装置１１（以下、センサ・ヒータ用コントローラ１１ともいう）と、センサ部１３と、電子制御装置１５（以下、ＥＣＵ１５ともいう）と、信号伝送経路１７と、を備えて構成されている。

なお、車両制御システム１は、センサ・ヒータ制御装置１１の他にも下位制御装置を備えているが、ここでは説明を省略する。
電子制御装置１５（ＥＣＵ１５）は、中央演算処理装置３５（以下、ＥＣＵ内ＣＰＵ３５ともいう），ＲＯＭ（図示省略），ＲＡＭ（図示省略）を中心に構成されたマイクロコンピュータを備えており、車両各部に備えられる各種制御装置を制御するための制御処理を実行する。なお、制御処理としては、例えば、各種センサの検出信号に基づき車両各部の状態を判定する処理や、内燃機関の空燃比を制御する処理や、センサ部１３の出力に基づきＮＯｘ吸蔵触媒をリフレッシュする処理等がある。

また、ＥＣＵ１５は、各種制御装置との間で各種信号を送受信するための処理を行うＥＣＵ内ＣＡＮトランシーバ３７を備えている。ＥＣＵ内ＣＡＮトランシーバ３７は、所定の伝送手順（通信プロトコル）に従い、信号伝送経路１７を介して各種制御装置との間で信号送受信を行うものであり、ＥＣＵ内ＣＰＵ３５からの指令に応じて各種信号の送受信を実行する。本実施形態での通信プロトコルは、ＣＡＮである。

信号伝送経路１７は、ハイレベル信号ケーブルＣＡＮＨと、ローレベル信号ケーブルＣＡＮＬと、を備えて構成されている。
センサ部１３は、排気ガスに含まれるＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサであり、車両の排気管に備えられる。そして、センサ部１３は、ＮＯｘ検出するためのセンサ素子部３１と、センサ素子部３１を加熱するためのヒータ部３３と、を備えて構成されている。

図２に、センサ部１３のうちセンサ素子部３１およびヒータ部３３の概略内部構成と、センサ素子部３１の動作原理と、を表す説明図を示す。
図２に示すように、センサ素子部３１およびヒータ部３３は、貼り合わせセメント１２５を介して積層されることで、センサ部１３を構成する。

ヒータ部３３は、発熱抵抗体１２９がセラミック基体に埋設した形で構成され、センサ・ヒータ用コントローラ１１の通電制御によりセンサ素子部３１を所定の作動温度（活性化温度）に加熱、維持するためのものである。

センサ素子部３１は、第１ポンプセル１２２と、電池セル１２３と、第２ポンプセル１２４とが、スペーサ１２６，１２７，１２８を介して積層されることで構成される。スペーサ１２６〜１２８は、アルミナを主体とする絶縁体材料で構成されている。

第１ポンプセル１２２は、酸素イオン伝導性固体電解質材料であるジルコニアを主体に形成されている。そして、第１ポンプセル１２２の表面と裏面のそれぞれには、白金で形成された電極１３１，１３２が備えられている。第１ポンプセル１２２の一方の電極１３１は、直接被測定ガス雰囲気に晒されるように構成されている。

電池セル１２３は、第１ポンプセル１２２と同様にジルコニアを主体に形成されている。電池セル１２３の表面と裏面のそれぞれには、白金で形成された電極１３３，１３４が備えられている。電極１３４は、電池セル１２３と第２ポンプセル１２４との間に介装されたスペーサ１２８の内部に埋設されている。

そして、第１ポンプセル１２２と電池セル１２３との間には、被測定ガス（本実施形態では、排気ガス）における酸素濃度を測定するための第１測定室１４１が形成されている。この第１測定室１４１は、多孔質物質を充填して形成された第１拡散抵抗部１５１を経由して被測定ガス雰囲気と連通するように構成されている。

また、第１ポンプセル１２２から電池セル１２３を介して第２ポンプセル１２４に到る領域には、ＮＯｘ濃度を測定するための第２測定室１４２が形成されている。この第２測定室１４２は、その一部がスペーサ１２７及びスペーサ１２８に囲まれており、連通孔１４３および第２拡散抵抗部１５２を経由して、第１測定室１４１に連通している。なお、連通孔１４３は、電池セル１２３を貫通して設けられており、第２拡散抵抗部１５２は、第１拡散抵抗部１５１との間で第１測定室１４１を形成するものである。また、第２拡散抵抗部１５２は、多孔質物質を充填して形成されている。

そして、第１拡散抵抗部１５１を介して第１測定室１４１に導入された被測定ガス中の酸素（Ｏ₂ ）は、第１ポンプセル１２２に電圧を印加することにより電極１３２にて解離され、そのとき生成された酸素イオンが固体電解質体を通って電極１３１から外部へ導出される。このとき固体電解質体を通じて流れる電流が第１ポンプ電流Ｉｐ１である。より具体的には、電池セル１２３より出力される電圧値が一定となるように、第１ポンプセル１２２に流れる第１ポンプ電流Ｉｐ１の電流量が、センサ・ヒータ用コントローラ１１のセンサ制御処理によってフィードバック制御される。

なお、この第１ポンプ電流Ｉｐ１の電流値を検出することで、被測定ガス中の酸素濃度を算出することができる。
また、電池セル１２３には、電流値が一定の微小電流Ｉｃｐが通電されており、この通電により第１測定室１４１の中の酸素を電極１３４側に汲み出し、電極１３４を内部酸素基準源として作用させている。

第２ポンプセル１２４は、酸素イオン伝導性固体電解質材料であるジルコニアにより形成されている。第２ポンプセル１２４の上には、一対の電極１３５，１３６が形成されている。電極１３５は、第２測定室１４２に面して配置され、電極１３６は、スペーサ１２８に埋設されると共に、多孔質層１５３を介して電池セル１２３側の電極１３４に対向して配置されている。

また、センサ部１３は、６本の電極線１１４を備えている。
これら６本の電極線１１４のうちの２本は、ヒータ部３３の発熱抵抗体１２９の両端と電気的に接続されている。６本の電極線１１４のうち３本は、第１ポンプセル１２２の電極１３１，電池セル１２３の電極１３４および第２ポンプセル１２４の電極１３６とそれぞれ電気的に接続されている。６本の電極線１１４のうち残り１本は、第１ポンプセル１２２の電極１３２，電池セル１２３の電極１３３，第２ポンプセル１２４の電極１３５に電気的に接続されている。

そして、上述した第１測定室１４１のガスは、この第１測定室１４１から第２拡散抵抗部１５２を経由して第２測定室１４２に導かれ、そこで酸素（Ｏ₂ ）と窒素（Ｎ₂ ）に解離され、酸素が第２ポンプセル１２４により汲み出される。このとき第２ポンプセル１２４を流れる第２ポンプ電流Ｉｐ２が被測定ガス中のＮＯｘの濃度に比例する。すなわち、第２ポンプ電流Ｉｐ２は、被測定ガス中のＮＯｘ濃度に比例するため、個々のセンサ固有のオフセット値と第２ポンプ電流Ｉｐ２とに基づいて、ＮＯｘ濃度を算出することができる。

図１に戻り、センサ・ヒータ制御装置１１は、中央演算処理装置２１（以下、コントローラ内ＣＰＵ２１ともいう），ＲＯＭ（図示省略），ＲＡＭ（図示省略）を中心に構成されたマイクロコンピュータを備えており、ＥＣＵ１５からの制御指令に基づきセンサ部１３の制御処理を実行する。

また、センサ・ヒータ制御装置１１は、不揮発性メモリからなる記憶部２２と、ＥＣＵ１５との間で各種信号を送受信するための処理を行うコントローラ内ＣＡＮトランシーバ２３と、コントローラ内ＣＰＵ２１からの指令に基づきヒータ部３３への電流通電を行うヒータドライバ２５と、を備えている。

次に、コントローラ内ＣＰＵ２１で実行されるセンサ・ヒータ制御処理について説明する。図３に、センサ・ヒータ制御処理の処理内容を表すフローチャートを示す。
なお、センサ・ヒータ制御処理の開始時期は、センサ・ヒータ制御装置１１への電源投入時期である。そして、本実施形態においては、使用者の操作によりイグニッションスイッチ（図示省略）がＯＮ状態に設定されることで、バッテリ装置（図示省略）からセンサ・ヒータ制御装置１１への電力供給が開始される。

センサ・ヒータ制御処理が起動されると、まず、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す。以下同様。）では、初期化処理を行う。具体的には、内部変数である第１時間変数Ｔｉｍｅ１、第２時間変数Ｔｉｍｅ２をリセット（０を設定）する処理と、内部フラグであるヒータＯＮフラグＦｈｅおよびプリヒート終了フラグＦｐｒをリセット状態に設定（０を設定）する処理と、ヒータ印加電圧変数ＶＨｍｒをリセット（０を設定）する処理と、を実行する。

なお、本実施形態では、ヒータＯＮフラグＦｈｅおよびプリヒート終了フラグＦｐｒのフラグ状態は、０が設定されているときがリセット状態であり、１が設定されているときがセット状態である。

次のＳ１２０では、Ｓ１２０での処理開始時点から所定の処理待機時間（本実施形態では、１０［ｍｓｅｃ］）が経過したか否かを判断しており、肯定判定する場合にはＳ１３０に移行し、否定判定する場合には同ステップを繰り返し実行して、処理待機時間が経過するまで待機する。つまり、Ｓ１２０では、所定の処理待機時間が経過するまで待機する処理を行う。

次にＳ１３０では、バッテリ装置（図示省略）からセンサ・ヒータ制御装置１１に印加されるバッテリ電圧ＶＢを読み込む処理を行う。
続くＳ１４０では、センサ制御処理を実行する。

具体的には、センサ素子部３１が活性化したか否かを判定する処理や、センサ素子部３１の活性化後に第１ポンプセル１２２、第２ポンプセル１２４を駆動制御して、各セルからの出力（第１ポンプ電流Ｉｐ１、第２ポンプ電流Ｉｐ２など）を読み込む処理などを実行する。

次のＳ１５０では、ＥＣＵ１５からのヒータ制御コマンド（ヒータ制御指令）の受信が無い状態であるか否かを判断しており、受信無しの場合には肯定判定してＳ１６０に移行し、受信有りの場合には否定判定してＳ２００に移行する。

なお、ヒータ制御コマンド（ヒータ制御指令）としては、ヒータ制御開始指令、ヒータ制御停止指令がある。
Ｓ１５０で肯定判定されてＳ１６０に移行すると、Ｓ１６０では、第１時間変数Ｔｉｍｅ１の設定値に対して１加算する処理を行う。つまり、Ｓ１６０での処理前の第１時間変数Ｔｉｍｅ１の設定値が１０である場合には、Ｓ１６０での処理が実行されることで、第１時間変数Ｔｉｍｅ１の設定値が１１に変更される。

次のＳ１７０では、第１時間変数Ｔｉｍｅ１が予め定められた許容時間判定値（本実施形態では、３００［ｓｅｃ］に相当する値）よりも大きいか否かを判断しており、肯定判定する場合にはＳ１８０に移行し、否定判定する場合にはＳ２４０に移行する。

Ｓ１７０で肯定判定されてＳ１８０に移行すると、Ｓ１８０では、ヒータＯＮフラグＦｈｅをセット状態（＝１）に設定する処理を行う。
次のＳ１９０では、ヒータ制御コマンド（ヒータ制御指令）の未受信状態が発生したことを、記憶部２２に記憶させる処理を行う。

なお、このとき記憶部２２が記憶する情報内容には、未受信状態（異常状態）が生じた事実、異常発生日時、他の信号送受信状態、センサ・ヒータ制御装置１１の内部における各部の動作状態が、含まれている。

Ｓ１５０で否定判定されてＳ２００に移行すると、Ｓ２００では、第１時間変数Ｔｉｍｅ１の設定値を０に設定する処理を行う。つまり、Ｓ２００では、第１時間変数Ｔｉｍｅ１の設定値をリセットする処理を行う。

次にＳ２１０では、ＥＣＵ１５からヒータＯＮ要求されたか否かを判断しており、ヒータＯＮ要求された場合には肯定判定してＳ２２０に移行し、ヒータＯＮ要求されていない場合には否定判定してＳ２３０に移行する。

なお、Ｓ２１０では、ＥＣＵ１５からのヒータ制御コマンドとしてヒータ制御開始指令を受信している場合に肯定判定し、ＥＣＵ１５からのヒータ制御コマンドとしてヒータ制御停止指令を受信している場合に否定判定する。

Ｓ２１０で肯定判定されてＳ２２０に移行すると、Ｓ２２０では、ヒータＯＮフラグＦｈｅに１を設定して、ヒータＯＮフラグＦｈｅをセット状態に設定する処理を行う。
Ｓ２１０で否定判定されてＳ２３０に移行すると、Ｓ２２０では、ヒータＯＮフラグＦｈｅに０を設定して、ヒータＯＮフラグＦｈｅをリセット状態に設定する処理を行う。

Ｓ１７０で否定判定されるか、Ｓ１９０，Ｓ２２０，Ｓ２３０のいずれかの処理が終了すると、Ｓ２４０に移行する。Ｓ２４０では、ヒータＯＮフラグＦｈｅがリセット状態（＝０）であるか否かを判断しており、肯定判定される場合にはＳ３１０に移行し、否定判定される場合にはＳ２５０に移行する。

Ｓ２４０で肯定判定されてＳ３１０に移行すると、Ｓ３１０では、ヒータ印加電圧変数ＶＨｍｒに対して印加停止電圧（本実施形態では、０［Ｖ］）を設定する処理を行う。なお、ヒータ印加電圧変数ＶＨｍｒは、ヒータ印加電圧のＰＷＭ制御における制御目標値の設定に用いる変数であり、制御目標値の設定処理は、後述するＳ３２０で実行される。

Ｓ２４０で否定判定されてＳ２５０に移行すると、Ｓ２５０では、プリヒート終了フラグＦｐｒがリセット状態（＝０）であるか否かを判断しており、肯定判定する場合にはＳ２６０に移行し、否定判定する場合にはＳ３００に移行する。

Ｓ２５０で肯定判定されてＳ２６０に移行すると、Ｓ２６０では、ヒータ印加電圧変数ＶＨｍｒに対してプリヒート電圧（本実施形態では、３［Ｖ］）を設定する処理を行う。なお、ヒータ印加電圧変数ＶＨｍｒは、ヒータ印加電圧のＰＷＭ制御における制御目標値の設定に用いる変数であり、制御目標値の設定処理は、後述するＳ３２０で実行される。

次のＳ２７０では、第２時間変数Ｔｉｍｅ２の設定値に対して１加算する処理を行う。つまり、Ｓ２７０での処理前の第２時間変数Ｔｉｍｅ２の設定値が１０である場合には、Ｓ２７０での処理が実行されることで、第２時間変数Ｔｉｍｅ２の設定値が１１に変更される。

次のＳ２８０では、プリヒート時間が経過したか否かを判断しており、プリヒート時間が経過して肯定判定するとＳ２９０に移行し、プリヒート時間が経過しておらず否定判定する場合にはＳ３２０に移行する。

なお、Ｓ２８０では、第２時間変数Ｔｉｍｅ２の設定値に基づいてプリヒート時間が経過したか否かを判断しており、第２時間変数Ｔｉｍｅ２の設定値が予め定められたプリヒート時間判定値（本実施形態では、１８０［ｓｅｃ］に相当する値）よりも大きくなると肯定判定し、第２時間変数Ｔｉｍｅ２の設定値がプリヒート時間判定値以下であると否定判定する。

また、Ｓ２８０で肯定判定された場合には、Ｓ２９０にて、プリヒート終了フラグＦｐｒをセット状態（＝１）に設定する処理を行う。
Ｓ２５０で否定判定されてＳ３００に移行すると、Ｓ３００では、ヒータ印加電圧変数ＶＨｍｒに対してメイン電圧（本実施形態では、１０［Ｖ］）を設定する処理を行う。

Ｓ２８０で否定判定されるか、Ｓ２９０、Ｓ３００、Ｓ３１０の処理が終了すると、Ｓ３２０に移行する。
Ｓ３２０では、ヒータへの印加電圧のＰＷＭ制御における制御目標値を設定する処理を実行する。具体的には、ヒータ印加電圧変数ＶＨｍｒの２乗値とバッテリ電圧ＶＢの２乗値との比率をＤｕｔｙ制御値として設定し、そのＤｕｔｙ制御値をヒータドライバ２５に対して出力する処理を行う。

ヒータドライバ２５は、ヒータ部３３に対してパルス状の電圧信号を印加するにあたり、電圧信号のパルス幅を制御するＰＷＭ制御を実行することで、ヒータへの通電制御を行うものである。そして、ヒータドライバ２５は、コントローラ内ＣＰＵ２１から受け取ったＤｕｔｙ制御値に基づいてパルス状の電圧信号のＰＷＭ制御を行うことで、ヒータへの印加電圧（電圧実効値）がヒータ印加電圧変数ＶＨｍｒに基づき定められる電圧値となるように、ヒータへの通電制御を行う。

次のＳ３３０では、Ｓ１４０で検出したセンサ部１３の出力値（第１ポンプ電流Ｉｐ１、第２ポンプ電流Ｉｐ２など）を、ＣＡＮデータとして信号伝送経路１７を介してＥＣＵ１５に送信する処理を行う。これにより、ＥＣＵ１５は、センサ部１３の出力値に基づき被測定ガスにおける酸素濃度およびＮＯｘ濃度を判定すると共に、判定結果に基づき各種制御処理（ＮＯｘ吸蔵触媒をリフレッシュする処理など）を実行する。

Ｓ３３０での処理が終了すると再びＳ１２０に移行する。
このようにして、コントローラ内ＣＰＵ２１は、Ｓ１２０からＳ３３０までの処理を繰り返し実行することで、ヒータの発熱状態を制御するヒータ制御処理と、センサ出力を検出するセンサ制御処理と、を実行する。

以上説明したように、本実施形態におけるセンサ・ヒータ制御装置１１は、ＥＣＵ１５からのヒータ制御コマンド（ヒータ制御開始指令、ヒータ制御停止指令）を受信しない状態が継続する時間（未受信継続時間）を、Ｓ１６０における第１時間変数Ｔｉｍｅ１のカウントアップ処理によって計測している。

そして、未受信継続時間に相当する第１時間変数Ｔｉｍｅ１が許容時間判定値よりも大きいか否かを判定し（Ｓ１７０）、第１時間変数Ｔｉｍｅ１が許容時間判定値よりも大きくなると（Ｓ１７０にて肯定判定）、ヒータＯＮフラグＦｈｅを強制的にセット状態（＝１）に設定する（Ｓ１８０）。

ヒータＯＮフラグＦｈｅがセット状態（＝１）になると、Ｓ２４０にて否定判定されてヒータ印加電圧変数ＶＨｍｒに所定の電圧値が設定され（Ｓ２６０、Ｓ３００）、ヒータ印加電圧変数ＶＨｍｒに応じてヒータへの印加電圧のＰＷＭ制御における制御目標値が設定される（Ｓ３２０）。この結果、ヒータドライバ２５が、ヒータへの印加電圧（電圧実効値）のＰＷＭ制御を開始する。

このように、センサ・ヒータ制御装置１１は、ヒータ制御コマンドを受信しない状態が許容時間判定値よりも長く継続した場合には、ヒータドライバ２５によるヒータ通電制御を強制的に開始することから、ヒータ部３３の温度が異常低下したり、ヒータによる発熱そのものが行えなかったりするのを抑制できる。

よって、本実施形態のセンサ・ヒータ制御装置１１によれば、ヒータ制御コマンドが受信されない状態が継続する場合であっても、ヒータ部３３の通電制御を強制的に行えるので、センサ部１３に付着した排気ガス中のススや被毒物質をヒータ部３３の発熱によって適切に除去することができる。

なお、本実施形態のセンサ・ヒータ制御装置１１においては、未受信継続時間（第１時間変数Ｔｉｍｅ１）の計測開始時期が装置の起動直後に限られず、装置起動後にヒータ制御コマンドを受信した場合であっても、その後にヒータ制御コマンドを受信できない状態となると、未受信継続時間（第１時間変数Ｔｉｍｅ１）の計測を開始する。

このため、センサ・ヒータ制御装置１１によれば、一度正常にヒータ制御コマンドが受信できたにもかかわらず、その後に何らかの要因で異常が発生し、ヒータ制御コマンドが受信できない状態が生じた場合であっても、ヒータ温度が異常低下するのを抑制することができる。

また、本実施形態のセンサ・ヒータ制御装置１１は、第１時間変数Ｔｉｍｅ１が許容時間判定値よりも大きいと判定されると（Ｓ１７０で肯定判定）、ヒータ制御コマンド（ヒータ制御指令）の未受信状態が発生したことを、記憶部２２に記憶させる処理を行う（Ｓ１９０）。

このように記憶部２２にヒータ制御コマンドの未受信状態が発生したことを記憶することで、その記憶情報に基づき、ヒータ制御コマンドが受信できないという異常状態に陥ったことを事後的に確認することが可能となる。

また、記憶部２２が記憶する情報内容には、未受信状態（異常状態）が生じた事実だけではなく、異常発生日時、他の信号送受信状態、センサ・ヒータ制御装置１１の内部における各部の動作状態が含まれている。

よって、センサ・ヒータ制御装置１１は、動作状態について事後的な診断作業を行うにあたり、記憶部２２の記憶内容を診断作業に利用することができる。また、記憶部２２に記憶した情報を、異常状態が生じたことを使用者に通知するための情報源として利用することも可能である。

さらに、本実施形態のセンサ・ヒータ制御装置１１は、ヒータへの通電開始直後の印加電圧を低く抑えており（プリヒート電圧：３［Ｖ］）、急激な温度変化に起因するセンサ素子部３１の破損を抑制している。

なお、本実施形態においては、センサ・ヒータ制御装置１１が特許請求の範囲に記載のヒータ制御装置に相当し、ヒータ制御コマンド（ヒータ制御開始指令、ヒータ制御停止指令）がヒータ制御指令に相当している。また、センサ・ヒータ制御処理におけるＳ１６０での処理が未受信継続時間計測手段に相当し、Ｓ１７０での処理が許容時間判定手段に相当し、Ｓ１８０，Ｓ２４０，Ｓ２６０，Ｓ３００，Ｓ３２０がヒータ制御強制開始手段に相当している。さらに、コントローラ内ＣＡＮトランシーバ２３が信号伝送経路受信手段に相当し、記憶部２２が未受信情報記憶手段に相当する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、ヒータ制御装置の制御対象となるヒータは、ＮＯｘセンサを加熱するためのヒータに限られることはなく、全領域空燃比センサやラムダセンサを加熱するためのヒータなど他の用途のヒータであっても良い。

また、信号伝送経路における通信プロトコルは、ＣＡＮに限られることはなく、他のプロトコルを採用することができる。さらに、信号伝送経路は、シリアル通信経路に限られることはなく、パラレル通信経路であっても良い。

そして、制御処理における各数値（例えば、許容時間判定値、プリヒート時間判定値など）は、上記数値に限られることはなく、用途や使用環境などの諸条件に応じて適宜設定することができる。

また、バッテリ装置は、車両の各部に対する電力供給を行うにあたり各部の電力負荷の変動に伴って、出力するバッテリ電圧ＶＢが変動することがある。このため、本実施形態では、Ｓ１３０にて電圧読み込み処理を行うが、バッテリ電圧ＶＢが変動しない場合には、予めバッテリ電圧ＶＢを設定しておき、その設定値をＳ３２０等での処理に利用しても良い。

センサ・ヒータ制御装置を備える車両制御システムの概略構成図である。 センサ部のうちセンサ素子部およびヒータ部の概略内部構成と、センサ素子部の動作原理と、を表す説明図である。 センサ・ヒータ制御処理の処理内容を表すフローチャートである。

符号の説明

１…車両制御システム、１１…センサ・ヒータ制御装置（センサ・ヒータ用コントローラ）、１３…センサ部、１５…電子制御装置（ＥＣＵ）、１７…信号伝送経路、２１…中央演算処理装置（コントローラ内ＣＰＵ）、２２…記憶部、２３…コントローラ内ＣＡＮトランシーバ、２５…ヒータドライバ、３１…センサ素子部、３３…ヒータ部、３５…中央演算処理装置（ＥＣＵ内ＣＰＵ）、３７…ＥＣＵ内ＣＡＮトランシーバ、

Claims (3)

1. ガスセンサを構成するセンサ素子を加熱するために当該センサ素子に付設されるヒータの通電制御を行うと共に、外部から受信したヒータ制御指令に基づいて、通電により発熱するヒータの通電制御を行うヒータ制御装置であって、
   前記ヒータ制御指令の未受信継続時間を計測する未受信継続時間計測手段と、
   前記未受信継続時間が予め定められた許容時間判定値よりも大きいか否かを判断する許容時間判定手段と、
   前記許容時間判定手段において前記未受信継続時間が前記許容時間判定値よりも大きいと判定されると、前記ヒータの通電制御を開始するヒータ制御強制開始手段と、
   を備えることを特徴とするヒータ制御装置。
2. 信号伝送経路を介して前記ヒータ制御指令を受信する信号伝送経路受信手段を備えること、
   を特徴とする請求項１に記載のヒータ制御装置。
3. 前記許容時間判定手段において前記未受信継続時間が前記許容時間判定値よりも大きいと判定されると、前記ヒータ制御指令の未受信状態が発生したことを記憶する未受信情報記憶手段を備えること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒータ制御装置。