JP4758278B2 - Gas detector - Google Patents
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Description
本発明は、特定ガスの濃度に応じてセンサ抵抗値が変化するガスセンサ素子と、電源装置から供給される電力により発熱してガスセンサ素子を加熱するヒータと、センサ抵抗値に基づき測定対象ガスにおける特定ガスの濃度変化を判定するガス検知判定手段と、を有するガス検出装置に関する。 The present invention relates to a gas sensor element whose sensor resistance value changes according to the concentration of a specific gas, a heater that generates heat by power supplied from a power supply device and heats the gas sensor element, and a specific gas in a measurement target gas based on the sensor resistance value. The present invention relates to a gas detection device having gas detection determination means for determining a gas concentration change.
従来より、特定ガスの濃度に応じてセンサ抵抗値が変化するガスセンサ素子と、電源装置から供給される電力により発熱してガスセンサ素子を加熱するヒータと、センサ抵抗値に基づき測定対象ガスにおける特定ガスの濃度変化を判定するガス検知判定手段と、を有するガス検出装置が知られている。 Conventionally, a gas sensor element whose sensor resistance value changes according to the concentration of the specific gas, a heater that generates heat by the power supplied from the power supply device and heats the gas sensor element, and a specific gas in the measurement target gas based on the sensor resistance value There is known a gas detection device having gas detection determination means for determining a concentration change of the gas.
そして、このようなガス検出装置としては、たとえば、電源装置(バッテリ)からヒータへの印加電圧をPWM制御(Pulse Width Modulation control)して、ヒータへの供給電力量を目標電力量に設定することで、ガスセンサ素子を目標温度(活性化温度)まで加熱する構成のガス検出装置が提案されている(特許文献1)。 As such a gas detection device, for example, the voltage applied to the heater from the power supply device (battery) is subjected to PWM control (Pulse Width Modulation control), and the power supply amount to the heater is set to the target power amount. Thus, a gas detection device configured to heat the gas sensor element to a target temperature (activation temperature) has been proposed (Patent Document 1).
なお、ガス検出装置においては、電源装置から出力される電源出力電圧値が一定値であることを前提としてPWM制御を行い、ヒータへの供給電力量が目標電力量となるようにDuty比率を制御するものがある。しかし、このような構成のガス検出装置においては、電源出力電圧が変動した場合には、ヒータへの供給電力量に誤差が生じてしまい、実際のヒータへの供給電力量が目標電力量とは異なる値となることがある。 In the gas detection device, PWM control is performed on the assumption that the power supply output voltage value output from the power supply device is a constant value, and the duty ratio is controlled so that the amount of power supplied to the heater becomes the target power amount. There is something to do. However, in the gas detection device having such a configuration, when the power supply output voltage fluctuates, an error occurs in the amount of power supplied to the heater, and the actual amount of power supplied to the heater is the target power amount. May have different values.
これに対して、特許文献1に記載のガス検出装置では、電源出力電圧を検出して、電源出力電圧の変動に応じてPWM制御におけるDuty比率を制御することにより、電源出力電圧が変動した場合であっても、ヒータへの供給電力量に誤差が生じるのを抑制するように構成されている。
しかしながら、上記従来のガス検出装置においては、電源出力電圧の変動に応じてDuty比率を制御する構成ではあるものの、電源出力電圧の検出時期がヒータへの通電開始前であることから、ヒータへの通電を開始した後に電源出力電圧が変動した場合には、ヒータへの供給電力量に誤差が生じる虞がある。 However, in the above conventional gas detection device, although the duty ratio is controlled according to the fluctuation of the power supply output voltage, the detection time of the power supply output voltage is before the start of energization to the heater. If the power supply output voltage fluctuates after energization has started, there is a risk that an error will occur in the amount of power supplied to the heater.
つまり、上記従来のガス検出装置は、ヒータへの通電開始前に検出した電源出力電圧値に基づいてPWM制御のDuty比率を設定し、ヒータへの供給電力量を目標電力量に制御する構成(処理)である。そして、ヒータへの通電開始後に電源出力電圧が変動した場合、Duty比率は変動前の電源出力電圧に基づいて定められた値であり、変動後の電源出力電圧に基づいて定められた値ではないため、ヒータへの供給電力量が目標電力量から離れてしまい、ヒータへの供給電力量に誤差が生じてしまう。 That is, the conventional gas detection device is configured to set the duty ratio of PWM control based on the power supply output voltage value detected before the start of energization to the heater, and to control the power supply amount to the heater to the target power amount ( Processing). When the power supply output voltage fluctuates after starting energization of the heater, the duty ratio is a value determined based on the power supply output voltage before the fluctuation, and is not a value determined based on the power supply output voltage after the fluctuation. For this reason, the amount of power supplied to the heater deviates from the target power amount, and an error occurs in the amount of power supplied to the heater.
なお、上記従来のガス検出装置では、PWMの1周期毎であってヒータへの通電開始前に電源出力電圧の検出を行うものであるが、電源出力電圧の検出をPWMの複数周期(例えば、3周期)毎に実施して、上記の処理を簡易的に行うこともできる。しかし、この場合には、より電源出力電圧の変動が生じ易くなるため、ヒータへの供給電力量に誤差が生じ易い傾向となる。 In the above conventional gas detection device, the power supply output voltage is detected every PWM cycle and before the heater energization is started. However, the power supply output voltage is detected by a plurality of PWM cycles (for example, It is possible to carry out the above processing simply by performing it every three cycles). However, in this case, the power supply output voltage is more likely to fluctuate, so that an error tends to occur in the amount of power supplied to the heater.
このようにヒータへの供給電力量が目標電力量とは異なる値になると、ガスセンサ素子の温度が目標温度(活性化温度)から離れてしまい、ガスセンサ素子の活性化状態に変化が生じることになる。これにより、特定ガスの濃度とセンサ抵抗値との相関関係にも変化が生じてしまい、特定ガス濃度が一定であるにもかかわらずセンサ抵抗値が変動するなどの現象が発生して、ガス検出精度が低下する虞がある。 When the amount of power supplied to the heater becomes a value different from the target power amount in this way, the temperature of the gas sensor element moves away from the target temperature (activation temperature), and the activation state of the gas sensor element changes. . As a result, the correlation between the concentration of the specific gas and the sensor resistance value also changes, causing a phenomenon that the sensor resistance value fluctuates even though the specific gas concentration is constant, and the gas detection There is a risk that the accuracy may decrease.
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、ヒータへの通電開始後に電源出力電圧が変動した場合であっても、ヒータへの供給電力量に誤差が生じ難く、ガス検出精度の低下を抑制できるガス検出装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of these problems, and even when the power supply output voltage fluctuates after the start of energization of the heater, an error is unlikely to occur in the amount of power supplied to the heater, and gas detection accuracy is improved. It aims at providing the gas detection apparatus which can suppress a fall.
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、特定ガスの濃度に応じてセンサ抵抗値が変化するガスセンサ素子と、電源装置からの電力供給により発熱してガスセンサ素子を加熱するヒータと、センサ抵抗値の変化に基づき測定対象ガスにおける特定ガスの濃度変化を判定するガス検知判定手段と、を有するガス検出装置であって、ヒータへの印加電圧のPWM制御により電源装置からヒータへの供給電力量を制御する供給電力制御手段と、PWM制御の1周期のうちヒータへの通電時間帯において、電源装置から出力される電源出力電圧を複数回にわたり検出する電源出力電圧検出手段と、PWM制御の1周期毎に、ヒータへの通電開始後にヒータに供給された供給済み電力量を、電源出力電圧検出手段により検出された電源出力電圧に基づいて演算する供給済み電力演算手段と、を備えており、供給電力制御手段は、ガスセンサ素子を活性化温度に加熱するための目標電力量をヒータに対して供給するにあたり、PWM制御の1周期毎に、ヒータへの通電開始後、供給済み電力演算手段により演算される供給済み電力量が目標電力量以上であるか否かを判断し、供給済み電力量が目標電力量以上になると、ヒータへの通電を停止すること、を特徴とするガス検出装置である。 The invention according to claim 1, which has been made to achieve such an object, heats the gas sensor element that generates heat by supplying power from a power sensor and a gas sensor element that changes in sensor resistance value according to the concentration of the specific gas. A gas detection device having a heater and gas detection determination means for determining a change in concentration of a specific gas in a measurement target gas based on a change in sensor resistance value, wherein the heater from the power supply device is controlled by PWM control of the voltage applied to the heater. Supply power control means for controlling the amount of power supplied to the power supply, and power supply output voltage detection means for detecting the power supply output voltage output from the power supply device a plurality of times in the energization time zone of the heater in one cycle of PWM control The supplied power amount supplied to the heater after the start of energization to the heater is detected by the power supply output voltage detection means for each cycle of the PWM control. A supplied power calculating means for calculating based on the source output voltage, and the supplied power control means is configured to supply PWM with a target power amount for heating the gas sensor element to the activation temperature. After each start of energization of the heater, it is determined whether the supplied power amount calculated by the supplied power calculation means is equal to or greater than the target power amount, and the supplied power amount is equal to or greater than the target power amount. Then, the gas detection device is characterized in that energization of the heater is stopped.
このガス検出装置は、PWM制御の1周期のうちヒータへの通電時間帯において、複数回にわたり電源出力電圧を検出し、検出した電源出力電圧に基づいてヒータに供給した供給済み電力量を演算する構成を有する。このため、このガス検出装置は、ヒータへの電圧印加中に電源出力電圧が変動した場合でも、実際にヒータへ供給した供給済み電力量を、変動する電源出力電圧に基づいて精度良く演算することができる。 This gas detection device detects a power supply output voltage a plurality of times during the energization time period of the heater in one cycle of PWM control, and calculates a supplied power amount supplied to the heater based on the detected power supply output voltage. It has a configuration. For this reason, even if the power supply output voltage fluctuates during voltage application to the heater, this gas detection device accurately calculates the supplied power amount actually supplied to the heater based on the fluctuating power supply output voltage. Can do.
そして、このガス検出装置は、ヒータへの通電開始後に電源出力電圧が変動した場合でも、上記したようにヒータに対して実際に供給された供給済み電力量を演算できることから、この供給済み電力量が目標電力量以上になったときにヒータへの通電を停止することで、ヒータへの供給電力量を精度良く目標電力量に近づけられ、ヒータへの供給電力量の誤差を小さくすることができる。この結果、ヒータによるガスセンサ素子の温度制御における制御精度が向上し、温度変動によるガスセンサ素子の活性化状態の変化を抑制でき、特定ガス濃度が一定であるにもかかわらずセンサ抵抗値が変動するなどの現象が発生するのを防止できることから、ガス検出精度が低下するのを抑制できる。 The gas detection device can calculate the supplied power amount actually supplied to the heater as described above even when the power supply output voltage fluctuates after the energization of the heater is started. By stopping energization of the heater when the power exceeds the target power amount, the power supply amount to the heater can be accurately approximated to the target power amount, and the error in the power supply amount to the heater can be reduced. . As a result, the control accuracy in the temperature control of the gas sensor element by the heater is improved, the change in the activation state of the gas sensor element due to the temperature fluctuation can be suppressed, the sensor resistance value fluctuates despite the specific gas concentration being constant, etc. Therefore, it is possible to prevent the gas detection accuracy from being lowered.
よって、本発明によれば、ヒータへの通電開始後に電源出力電圧が変動した場合でも、ヒータへの供給電力量に誤差が生じ難く、ヒータによるガスセンサ素子の温度制御における制御精度を向上できることから、ガス検出精度の低下を抑制することができる。 Therefore, according to the present invention, even when the power supply output voltage fluctuates after the start of energization to the heater, it is difficult to cause an error in the amount of power supplied to the heater, and the control accuracy in the temperature control of the gas sensor element by the heater can be improved. A decrease in gas detection accuracy can be suppressed.
なお、供給電力制御手段で用いる目標電力量は、ガス検出素子を活性化温度まで加熱するためにヒータへ供給すべき電力量である。そして、この目標電力量は、ガス検出素子の活性化温度およびヒータの電気抵抗値などの構成部品条件に基づき予め定められた固定値としてもよく、あるいは、構成部品条件を基本として外気温などの変動条件を考慮して定められる変動値としてもよい。 Note that the target power amount used by the supplied power control means is the power amount to be supplied to the heater in order to heat the gas detection element to the activation temperature. The target power amount may be a fixed value determined in advance based on the component conditions such as the activation temperature of the gas detection element and the electric resistance value of the heater, or may be based on the component conditions such as the outside air temperature. It is good also as a fluctuation value defined in consideration of fluctuation conditions.
次に、上述のガス検出装置においては、請求項2に記載のように、PWM制御の1周期毎に、ヒータへの通電開始時期から通電停止時期までの供給済み電力量から当該周期の目標電力量を減算した過剰供給電力量を演算する過剰供給電力量演算手段と、予め定められた基本目標電力量から前回周期の過剰供給電力量を差し引いた補正後目標電力量を目標電力量として演算する補正後目標電力量演算手段と、を備え、供給電力制御手段は、ヒータへの通電開始後、供給済み電力演算手段により演算される供給済み電力量と、補正後目標電力量演算手段により演算された補正後目標電力量とを比較し、供給済み電力量が補正後目標電力量以上になると、ヒータへの通電を停止するように、構成することができる。 Next, in the above-described gas detection device, as described in claim 2, for each cycle of the PWM control, the target power of the cycle is determined from the supplied power amount from the energization start timing to the energization stop timing to the heater. An excess supply power amount calculation means for calculating an excess supply power amount obtained by subtracting the amount, and a corrected target power amount obtained by subtracting the excessive supply power amount of the previous cycle from a predetermined basic target power amount is calculated as a target power amount. A corrected target power amount calculating means, and the supplied power control means is calculated by the supplied power amount calculated by the supplied power calculating means and the corrected target power amount calculating means after energization of the heater is started. The corrected target power amount is compared, and when the supplied power amount is equal to or greater than the corrected target power amount, the heater can be configured to stop energization.
このガス検出装置においては、PWM制御の1周期毎に、実際にヒータへ供給した供給済み電力量(ヒータへの通電開始時期から通電停止時期までの供給済み電力量)のうち当該周期の目標電力量を差し引いた過剰供給電力量を演算し、基本目標電力量から過剰供給電力量を差し引いた補正後目標電力量を新たな目標電力量として演算する。 In this gas detection device, the target power of the cycle of the supplied power amount actually supplied to the heater (the supplied power amount from the energization start timing to the energization stop timing) for each cycle of PWM control. The excess power supply amount obtained by subtracting the amount is calculated, and the corrected target power amount obtained by subtracting the excess supply power amount from the basic target power amount is calculated as a new target power amount.
そして、供給電力制御手段は、ヒータへの通電開始後、供給済み電力演算手段により演算される供給済み電力量が前回周期の過剰供給電力量を用いて演算された補正後目標電力量以上になると、ヒータへの通電を停止する。つまり、供給電力制御手段は、PWM制御の1周期でヒータに供給する目標電力量として、補正後目標電力量演算手段で演算された補正後目標電力量を用いる。 Then, the supply power control unit, after starting energization of the heater, when the supplied power amount calculated by the supplied power calculation unit is equal to or greater than the corrected target power amount calculated using the excessive supply power amount of the previous cycle. Stop energizing the heater. That is, the supplied power control unit uses the corrected target power amount calculated by the corrected target power amount calculating unit as the target power amount supplied to the heater in one cycle of PWM control.
すなわち、このガス検出装置は、ある周期において、実際にヒータへ供給した電力量が目標電力量を上回って過剰供給電力量が生じた場合でも、その次の周期において補正後目標電力量(過剰供給電力量を考慮して定められる電力量)を用いてヒータ制御を行う。 In other words, this gas detection device has a corrected target power amount (excess supply) in the next cycle even if the amount of power actually supplied to the heater exceeds the target power amount and an excess supply power amount occurs in a certain cycle. Heater control is performed using a power amount determined in consideration of the power amount.
これにより、このように構成されたガス検出装置は、今回周期でのヒータへの供給電力量を前回周期での過剰供給電力量に相当する分だけ低減でき、前回周期および今回周期での供給電力量の平均値を基本目標電力量に近づけることができ、ヒータへの供給電力量の誤差をより一層小さくすることができる。 Thus, the gas detection device configured in this way can reduce the amount of power supplied to the heater in the current cycle by an amount corresponding to the amount of excess power supplied in the previous cycle, and the power supplied in the previous cycle and the current cycle. The average value of the amounts can be brought close to the basic target power amount, and the error in the amount of power supplied to the heater can be further reduced.
よって、本発明によれば、実際にヒータへ供給した電力量が基本目標電力量を上回って過剰供給電力量が生じた場合であっても、複数の周期における平均値としての供給電力量の誤差をより一層小さくすることができ、ガスセンサ素子の温度制御における制御精度をさらに向上できる。 Therefore, according to the present invention, even if the amount of power actually supplied to the heater exceeds the basic target power amount and an excessive amount of power is generated, an error in the amount of power supplied as an average value in a plurality of cycles. Can be further reduced, and the control accuracy in the temperature control of the gas sensor element can be further improved.
なお、基本目標電力量は、ガス検出素子を活性化温度まで加熱するにあたりヒータへ供給すべき電力量であって、ガス検出素子の活性化温度およびヒータの電気抵抗値などの構成部品条件に基づき予め定めておくことができる。 Note that the basic target power amount is the amount of power to be supplied to the heater when the gas detection element is heated to the activation temperature, and is based on the component part conditions such as the activation temperature of the gas detection element and the electric resistance value of the heater. It can be determined in advance.
次に、上述のガス検出装置においては、請求項3に記載のように、供給済み電力演算手段は、ヒータへの通電時間帯のうち、電源出力電圧検出手段による電源出力電圧の検出時期を境界として分割される単位時間帯毎に、当該単位時間帯においてヒータに供給された単位時間供給電力量を演算する単位供給電力量演算手段を備えており、供給電力制御手段は、PWM制御の1周期毎に、ヒータへの通電開始前において、当該周期でヒータに供給すべき電力量の残量を表す供給電力残量変数の初期値として目標電力量を設定する供給電力残量変数初期設定手段と、ヒータへの通電開始後、電源出力電圧検出手段により電源出力電圧が検出されると、当該電圧検出時期を終期とする単位時間帯における単位時間供給電力量と、当該電圧検出時期に設定されている供給電力残量変数とを比較し、単位時間供給電力量が供給電力残量変数よりも小さいか否かを判定する変数判定手段と、変数判定手段において肯定判定された場合に、供給電力残量変数から単位時間供給電力量を減算した値を供給電力残量変数に再設定する供給電力残量変数再設定手段と、変数判定手段において否定判定された場合に、供給済み電力量が目標電力量以上であると判定して、ヒータへの通電を停止するヒータ通電停止手段と、を備えるように構成することができる。 Next, in the above-described gas detection device, as described in claim 3, the supplied power calculation means has a boundary between detection times of the power supply output voltage by the power supply output voltage detection means in the energization time zone to the heater. Is provided with unit supply power amount calculating means for calculating the unit time supply power amount supplied to the heater in the unit time period, and the supply power control means is provided with one cycle of PWM control. A supply power remaining amount variable initial setting means for setting a target power amount as an initial value of a supply power remaining amount variable representing the remaining amount of power to be supplied to the heater in the cycle before starting the energization of the heater; When the power supply output voltage is detected by the power supply output voltage detecting means after the energization of the heater is started, the unit time supply power amount in the unit time zone that ends the voltage detection time and the voltage detection time A variable determination unit that compares the determined supply power remaining amount variable and determines whether the unit time supply power amount is smaller than the supply power remaining amount variable, and when the variable determination unit makes an affirmative determination, Supply power remaining amount variable resetting means for resetting the value obtained by subtracting the unit time supply power amount from the supply power remaining amount variable to the supply power remaining amount variable, and the amount of supplied power when the variable determination means makes a negative determination. Is determined to be equal to or greater than the target power amount, and heater energization stopping means for stopping energization of the heater can be provided.
このガス検出装置は、ヒータへの通電時間帯のうち電源出力電圧の検出時期を境界として分割される単位時間帯毎に、ヒータに供給された単位時間供給電力量を演算しており、電源出力電圧が検出されると、当該検出時期を終期とする単位時間帯における単位時間供給電力量が供給電力残量変数よりも小さいか否かを判定する。 This gas detection device calculates the unit-time supply power amount supplied to the heater for each unit time zone that is divided with the detection time of the power supply output voltage as a boundary in the energization time zone to the heater, and the power output When the voltage is detected, it is determined whether or not the unit time supply power amount in the unit time zone whose end is the detection time is smaller than the supply power remaining amount variable.
そして、変数判定手段において肯定判定された場合(単位時間供給電力量が供給電力残量変数よりも小さい場合)には、供給電力残量変数再設定手段が、供給電力残量変数から単位時間供給電力量を減算した値を供給電力残量変数に再設定する。また、変数判定手段において否定判定された場合(単位時間供給電力量が供給電力残量変数以上である場合)には、ヒータ通電停止手段にて、供給済み電力量が目標電力量以上に到達したと判定して、ヒータへの通電を停止する。 When the variable determination unit makes an affirmative determination (when the unit time supply power amount is smaller than the supply power remaining amount variable), the supply power remaining amount variable resetting unit supplies the unit time supply from the supply power remaining amount variable. The value obtained by subtracting the electric energy is reset to the remaining power supply variable. In addition, when the variable determination unit makes a negative determination (when the unit time supply power amount is equal to or greater than the supply power remaining amount variable), the supplied power amount has reached the target power amount or more at the heater energization stop unit. And the power supply to the heater is stopped.
なお、供給電力残量変数は、PWM制御の1周期毎に、ヒータへの通電開始前において、供給電力残量変数初期設定手段により初期値が設定される。この初期値は、目標電力量であって、ガス検出素子を活性化温度まで加熱するにあたり、PWM制御の1周期においてヒータへ供給すべき電力量である。 Note that the supplied power remaining amount variable is set to an initial value by the supplied power remaining amount variable initial setting unit before the start of energization of the heater every PWM control cycle. This initial value is the target power amount, and is the power amount to be supplied to the heater in one cycle of PWM control when the gas detection element is heated to the activation temperature.
つまり、このガス検出装置は、PWM制御の1周期でヒータへ供給すべき電力量を供給電力残量変数の初期値として設定し、電源出力電圧が検出される毎に供給電力残量変数から単位時間供給電力量を減算していき、単位時間供給電力量が供給電力残量変数以上になると、ヒータへの通電を停止する構成である。 That is, this gas detection device sets the amount of power to be supplied to the heater in one cycle of PWM control as the initial value of the supply power remaining variable, and from the supply power remaining variable to the unit every time the power output voltage is detected. The time supply power amount is subtracted, and the power supply to the heater is stopped when the unit time supply power amount becomes equal to or greater than the supply power remaining amount variable.
換言すれば、このガス検出装置は、ヒータへの通電開始後、単位時間供給電力量の積算値が供給電力残量変数の初期値以上になると、ヒータへの通電を停止する構成であり、このようにして供給電力量を制御することで、ガス検出素子を活性化温度まで加熱するために必要な電力量をヒータへの供給することができる。 In other words, this gas detection device is configured to stop energization of the heater when the integrated value of the unit time supply power amount becomes equal to or greater than the initial value of the remaining power supply variable after the start of energization of the heater. By controlling the amount of power supplied in this way, the amount of power necessary for heating the gas detection element to the activation temperature can be supplied to the heater.
そして、単位時間供給電力量は、ヒータへの通電時間帯のうち電源出力電圧の検出時期を境界として分割される単位時間帯において、実際にヒータに供給された電力量であることから、ヒータへの通電開始後に電源出力電圧が変動した場合でも、ヒータに対して実際に供給された電力量に応じた値となる。 The unit time supply power amount is the amount of power actually supplied to the heater in the unit time zone divided from the detection time of the power supply output voltage in the energization time zone to the heater. Even when the power supply output voltage fluctuates after the start of energization, the value corresponds to the amount of power actually supplied to the heater.
つまり、このガス検出装置は、ヒータへの通電開始後に電源出力電圧が変動した場合でも、ヒータに対して実際に供給された電力量を判定できることから、ヒータへの供給電力量を精度良く目標電力量に制御できると共にヒータへの供給電力量の誤差を小さくすることができ、ヒータによるガスセンサ素子の温度制御における制御精度を向上できる。 In other words, this gas detection device can determine the amount of power actually supplied to the heater even when the power supply output voltage fluctuates after the start of energization of the heater. The amount of power supplied to the heater can be reduced, and the control accuracy in the temperature control of the gas sensor element by the heater can be improved.
なお、供給電力残量変数は、当該周期でヒータに対して供給すべき電力量の残量を表す変数として利用することもできる。
次に、上述のうち過剰供給電力量演算手段および補正後目標電力量演算手段を備えるガス検出装置においては、請求項4に記載のように、供給済み電力演算手段は、ヒータへの通電時間帯のうち、電源出力電圧検出手段による電源出力電圧の検出時期を境界として分割される単位時間帯毎に、当該単位時間帯においてヒータに供給された単位時間供給電力量を演算する単位供給電力量演算手段を備えており、供給電力制御手段は、PWM制御の1周期毎に、ヒータへの通電開始前において、当該周期でヒータに供給すべき電力量の残量を表す供給電力残量変数の初期値として目標電力量を設定する供給電力残量変数初期設定手段と、ヒータへの通電開始後、電源出力電圧検出手段により電源出力電圧が検出されると、当該電圧検出時期を終期とする単位時間帯における単位時間供給電力量と、当該電圧検出時期に設定されている供給電力残量変数とを比較し、単位時間供給電力量が供給電力残量変数よりも小さいか否かを判定する変数判定手段と、変数判定手段において肯定判定された場合に、供給電力残量変数から単位時間供給電力量を減算した値を供給電力残量変数に再設定する供給電力残量変数再設定手段と、変数判定手段において否定判定された場合に、供給済み電力量が目標電力量以上であると判定して、ヒータへの通電を停止するヒータ通電停止手段と、を備え、過剰供給電力量演算手段は、変数判定手段において否定判定された場合に、単位時間供給電力量から供給電力残量変数の値を差し引いた値を過剰供給電力量として演算するように、構成することができる。
The supply power remaining amount variable can also be used as a variable representing the remaining amount of power to be supplied to the heater in the cycle.
Next, in the gas detection apparatus including the excess power supply amount calculation means and the corrected target power amount calculation means among the above, the supplied power calculation means includes the energization time zone for the heater as described in claim 4. Among these, a unit supply power amount calculation that calculates a unit time supply power amount supplied to the heater in the unit time zone for each unit time zone divided with the detection timing of the power output voltage by the power output voltage detection means as a boundary. The supply power control means is an initial stage of a supply power remaining amount variable that represents the remaining amount of power to be supplied to the heater in this cycle before the start of energization to the heater every PWM control cycle. When the power supply output voltage is detected by the power supply output voltage detection means after the start of energization of the heater, the supply power remaining amount variable initial setting means for setting the target power amount as a value is terminated. The unit time supply power amount in the unit time zone to be compared with the supply power remaining amount variable set at the voltage detection time, and whether or not the unit time supply power amount is smaller than the supply power remaining amount variable is determined. A variable determination unit that resets and a supply power remaining amount variable resetting unit that resets a value obtained by subtracting the unit time supply power amount from the supply power remaining amount variable to the supply power remaining amount variable when the variable determination unit makes an affirmative determination And a heater energization stop unit that determines that the supplied power amount is equal to or greater than the target power amount and stops energization of the heater when a negative determination is made by the variable determination unit. The means can be configured to calculate a value obtained by subtracting the value of the remaining power supply variable from the unit time supply power amount as the excess supply power amount when a negative determination is made by the variable determination means.
このガス検出装置は、単位時間供給電力量が逐次減ぜられる供給電力残量変数以上になると、変数判定手段において否定判定されて、ヒータへの通電を停止する。このとき(変数判定手段において否定判定される時)の単位時間供給電力量と供給電力残量変数との差分値は、実際にヒータへ供給した電力量のうち目標電力量(または補正後目標電力量)を超過した電力量(過剰供給電力量)に相当する。 In this gas detection device, when the amount of supplied power per unit time becomes equal to or greater than the supply power remaining amount variable that is successively reduced, a negative determination is made by the variable determination means, and the energization to the heater is stopped. At this time (when a negative determination is made by the variable determination means), the difference value between the unit time supply power amount and the supply power remaining amount variable is the target power amount (or the corrected target power among the power actually supplied to the heater). It corresponds to the amount of power exceeding the amount) (the amount of excess supply power).
このため、変数判定手段において否定判定された場合に、過剰供給電力量演算手段が、単位時間供給電力量から供給電力残量変数の値を差し引いた値を過剰供給電力量として演算することで、実際にヒータへ供給した電力量のうち目標電力量(または補正後目標電力量)を超過した電力量(過剰供給電力量)を得ることができる。 For this reason, when a negative determination is made in the variable determination means, the excess supply power amount calculation means calculates the value obtained by subtracting the value of the remaining power supply variable from the unit time supply power amount as the excess supply power amount, It is possible to obtain a power amount (excess supply power amount) that exceeds a target power amount (or corrected target power amount) among the power amounts actually supplied to the heater.
そして、供給電力制御手段は、前回周期の過剰供給電力量を用いて演算された新たな目標電力としての補正後目標電力量を用いてヒータへの供給電力量を制御する。
これにより、このガス検出装置は、前回周期および今回周期での供給電力量の平均値を基本目標電力量に近づけることができ、ヒータへの供給電力量の誤差をより一層小さくすることができる。
The supply power control means controls the power supply amount to the heater using the corrected target power amount as the new target power calculated using the excessive supply power amount of the previous cycle.
Thereby, this gas detection apparatus can make the average value of the power supply amount in the previous cycle and the current cycle approach the basic target power amount, and can further reduce the error of the power supply amount to the heater.
よって、本発明によれば、実際にヒータへ供給した電力量が基本目標電力量を上回って過剰供給電力量が生じた場合であっても、複数の周期における平均値としての供給電力量の誤差をより一層小さくすることができ、ガスセンサ素子の温度制御における制御精度をさらに向上できる。 Therefore, according to the present invention, even if the amount of power actually supplied to the heater exceeds the basic target power amount and an excessive amount of power is generated, an error in the amount of power supplied as an average value in a plurality of cycles. Can be further reduced, and the control accuracy in the temperature control of the gas sensor element can be further improved.
本発明の実施形態として、本発明が適用されたガス検出装置を備える車両用外気導入制御システムについて、図面と共に説明する。
まず、図1に、本発明が適用されたガス検出装置に備えられる一体型ガスセンサ素子10の概略構成図を示す。図1に示すように、一体型ガスセンサ素子10は、還元性ガス用ガスセンサ素子2、酸化性ガス用ガスセンサ素子3およびヒータ4が、単一のセラミック基板1に形成されて構成されている。
As an embodiment of the present invention, a vehicle outside air introduction control system including a gas detection device to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
First, FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of an integrated gas sensor element 10 provided in a gas detection device to which the present invention is applied. As shown in FIG. 1, the integrated gas sensor element 10 includes a reducing gas gas sensor element 2, an oxidizing gas gas sensor element 3, and a heater 4 formed on a single ceramic substrate 1.
このうち、還元性ガス用ガスセンサ素子2(以下、単にG素子2ともいう)は、SnO2 を主成分とする酸化物半導体からなる抵抗体であり、主としてCO、HC(ハイドロカーボン)等の還元性ガスに反応してその抵抗値(以下、Gセンサ抵抗値Rgともいう)が変化する性質を有している。また、酸化性ガス用ガスセンサ素子3(以下、単にD素子3ともいう)は、WO3 を主成分とする酸化物半導体からなる抵抗体であり、主としてNOx等の酸化性ガスに反応してその抵抗値(以下、Dセンサ抵抗値Rdともいう)が変化する性質を有している。 Among these, the gas sensor element 2 for reducing gas (hereinafter also simply referred to as G element 2) is a resistor made of an oxide semiconductor containing SnO 2 as a main component, and mainly reduces CO, HC (hydrocarbon) and the like. It has a property that its resistance value (hereinafter also referred to as G sensor resistance value Rg) changes in response to a reactive gas. The gas sensor element 3 for oxidizing gas (hereinafter also simply referred to as D element 3) is a resistor made of an oxide semiconductor mainly composed of WO 3 and reacts mainly with an oxidizing gas such as NOx. The resistance value (hereinafter also referred to as D sensor resistance value Rd) varies.
なお、G素子2およびD素子3は、常温ではガスに反応することはなく、200[℃]以上の活性化温度になることで、それぞれ還元性ガスあるいは酸化性ガスに反応する活性化状態となる。そして、活性化状態となったG素子2は、還元性ガスの濃度の上昇に伴いGセンサ抵抗値Rgが低下する方向に変化することから、Gセンサ抵抗値Rgの変化に基づいて還元性ガスの濃度変化を検出することができる。また、活性化状態となったD素子3は、酸化性ガスの濃度の上昇に伴いDセンサ抵抗値Rdが上昇する方向に変化することから、Dセンサ抵抗値Rdの変化に基づいて酸化性ガスの濃度変化を検出することができる。 Note that the G element 2 and the D element 3 do not react with gas at room temperature, and have an activation state that reacts with a reducing gas or an oxidizing gas by reaching an activation temperature of 200 ° C. or higher, respectively. Become. Since the G element 2 in the activated state changes in a direction in which the G sensor resistance value Rg decreases as the concentration of the reducing gas increases, the reducing gas is changed based on the change in the G sensor resistance value Rg. Concentration change can be detected. Further, since the D element 3 in the activated state changes in the direction in which the D sensor resistance value Rd increases as the concentration of the oxidizing gas increases, the oxidizing gas is changed based on the change in the D sensor resistance value Rd. Concentration change can be detected.
また、ヒータ4は、セラミック基板1に形成された抵抗配線からなり、所定の電圧が印加されると発熱するよう構成されており、G素子2およびD素子3を活性化温度以上の目標温度に加熱・維持して活性化状態とするために備えられている。なお、ヒータ4は、少なくともG素子2およびD素子3が活性化温度以上まで加熱できるように、抵抗値などの特性が選択されて構成されている。 The heater 4 is composed of a resistance wiring formed on the ceramic substrate 1 and is configured to generate heat when a predetermined voltage is applied. The G element 2 and the D element 3 are brought to a target temperature that is equal to or higher than the activation temperature. It is provided for heating and maintaining to be in an activated state. The heater 4 is configured by selecting characteristics such as a resistance value so that at least the G element 2 and the D element 3 can be heated to the activation temperature or higher.
そして、図1に示す一体型ガスセンサ素子10においては、D素子端子5が後述するマイクロコンピュータ101(後述する図2参照)の第2AD変換入力端子103に接続され、G素子端子6が後述するマイクロコンピュータ101(図2参照)の第1AD変換入力端子102に接続され、ヒータ端子7が後述する電源装置191(図2参照)の正極に接続され、基準端子8が後述する電源装置191(図2参照)の負極と同電位のグランドに接続される。 In the integrated gas sensor element 10 shown in FIG. 1, the D element terminal 5 is connected to the second AD conversion input terminal 103 of the microcomputer 101 (see FIG. 2 described later), and the G element terminal 6 is connected to the micro sensor described later. Connected to the first AD conversion input terminal 102 of the computer 101 (see FIG. 2), the heater terminal 7 is connected to the positive electrode of the power supply device 191 (see FIG. 2) described later, and the reference terminal 8 is connected to the power supply device 191 (FIG. 2) described later. Connected to a ground having the same potential as the negative electrode of (see).
次に、図2に、本発明が適用されたガス検出装置150を備える車両用外気導入制御システム100の構成を表す構成図を示す。なお、車両用外気導入制御システム100は、ガス検出装置150により外気中に含まれる酸化性ガス濃度および還元性ガス濃度の変化を検出し、その検出結果に基づいて外気導入用フラップ174(以下、単に、フラップ174ともいう)を開閉制御するものである。 Next, FIG. 2 is a configuration diagram showing the configuration of the vehicle outside air introduction control system 100 including the gas detection device 150 to which the present invention is applied. The vehicle outside air introduction control system 100 detects changes in the oxidizing gas concentration and the reducing gas concentration contained in the outside air by the gas detection device 150, and based on the detection result, the outside air introduction flap 174 (hereinafter referred to as the outside air introduction flap 174). Simply opening and closing the flap 174).
そして、車両用外気導入制御システム100は、定電圧(定格電圧12[V]。以下、バッテリ電圧VBともいう)を出力する電源装置191(以下、単にバッテリ191ともいう)と、マイクロコンピュータ101(以下、マイコン101ともいう)と、G素子2におけるGセンサ抵抗値Rgの変化に応じた電圧を出力するG素子回路110と、D素子3におけるDセンサ抵抗値Rdの変化に応じた電圧を出力するD素子回路120と、G素子2およびD素子3を活性化温度に加熱・維持するためのヒータ4と、ヒータ4の通電制御を行うヒータ回路131と、駆動電圧Vcc(5[V])を供給するレギュレータ回路140と、フラップ174を制御する電子制御アセンブリ160と、を備えて構成されている。 The vehicle outside air introduction control system 100 includes a power supply device 191 (hereinafter also simply referred to as battery 191) that outputs a constant voltage (rated voltage 12 [V]; hereinafter also referred to as battery voltage VB), and a microcomputer 101 (referred to as battery 191). Hereinafter, it is also referred to as a microcomputer 101), a G element circuit 110 that outputs a voltage according to a change in the G sensor resistance value Rg in the G element 2, and a voltage according to a change in the D sensor resistance value Rd in the D element 3. D element circuit 120, heater 4 for heating and maintaining G element 2 and D element 3 at the activation temperature, heater circuit 131 for controlling energization of heater 4, and drive voltage Vcc (5 [V]) Regulator circuit 140 and an electronic control assembly 160 for controlling the flap 174.
なお、車両用外気導入制御システム100のうち、電源装置191、G素子回路110、D素子回路120、ヒータ4、ヒータ回路131およびマイコン101がガス検出装置150を構成している。 In the outside air introduction control system 100 for a vehicle, the power supply device 191, the G element circuit 110, the D element circuit 120, the heater 4, the heater circuit 131, and the microcomputer 101 constitute a gas detection device 150.
電源装置191は、バッテリ電圧VBを出力する電圧出力部192と、アノードが電圧出力部192の負極と同電位のグランドに接続されると共にカソードが電圧出力部192の正極に接続されたツェナーダイオード193を備えて構成されており、出力可能な最大出力電圧が40[V]に制限されている。つまり、40[V]を超えるサージ電圧が、電源装置191から装置各部に至る電力供給経路に発生する場合には、ツェナーダイオード193がツェナー降伏して、電力供給経路の電圧値を40[V]以下に制限している。 The power supply device 191 includes a voltage output unit 192 that outputs a battery voltage VB, and a Zener diode 193 having an anode connected to the ground having the same potential as the negative electrode of the voltage output unit 192 and a cathode connected to the positive electrode of the voltage output unit 192. The maximum output voltage that can be output is limited to 40 [V]. That is, when a surge voltage exceeding 40 [V] is generated in the power supply path from the power supply device 191 to each part of the device, the Zener diode 193 breaks down and the voltage value of the power supply path is set to 40 [V]. Restricted to:
電子制御アセンブリ160は、外気導入用フラップ174を制御するものである。なお、外気導入用フラップ174は、自動車室内に繋がるダクト171に二股状に接続された内気取り入れ用ダクト172と外気取り入れ用ダクト173とを切り替えるために備えられている。つまり、外気導入用フラップ174は、自動車に備えられる空調システムのうち車室内につながるダクト171に設けられており、車室内への送風の循環状態を外気導入あるいは内気循環に切り替えるために備えられている。 The electronic control assembly 160 controls the outside air introduction flap 174. The outside air introduction flap 174 is provided to switch between the inside air intake duct 172 and the outside air intake duct 173 connected to the duct 171 connected to the interior of the automobile. In other words, the outside air introduction flap 174 is provided in the duct 171 connected to the vehicle interior in the air conditioning system provided in the automobile, and is provided to switch the circulation state of the air flow into the vehicle interior to outside air introduction or inside air circulation. Yes.
また、電子制御アセンブリ160は、フラップ制御回路161と、アクチュエータ162を備えて構成されている。このうち、フラップ制御回路161は、マイコン101の出力端子106(OUT端子106)に接続されており、出力端子106からのアセンブリ制御信号(フラップ開閉信号Sf)に従いアクチュエータ162を駆動して、フラップ174を回動することで、内気取り入れ用ダクト172および外気取り入れ用ダクト173のいずれかをダクト171に接続する。なお、ダクト171の内部には、空気を車室内側に向けて圧送するファン175が備えられている。 The electronic control assembly 160 includes a flap control circuit 161 and an actuator 162. Among these, the flap control circuit 161 is connected to the output terminal 106 (OUT terminal 106) of the microcomputer 101, and drives the actuator 162 in accordance with the assembly control signal (flap opening / closing signal Sf) from the output terminal 106, and the flap 174. Is rotated to connect either the inside air intake duct 172 or the outside air intake duct 173 to the duct 171. Note that a fan 175 is provided inside the duct 171 to pressure-feed air toward the passenger compartment.
そして、例えば、フラップ174が、図2において実線で示すように、外気取り入れ用ダクト173を塞ぐ位置に配置されると、外気の室内への進入が阻止されてダクト171は内気取り入れ用ダクト172と連通して、車室内の空気を循環させる内気循環状態となる。反対に、フラップ174が、図2において破線で示すように、内気取り入れ用ダクト172を塞ぐ位置に配置されると、ダクト171は外気取り入れ用ダクト173と連通して、車室外の空気を車室内に取り入れる外気導入状態となる。 For example, when the flap 174 is disposed at a position closing the outside air intake duct 173 as shown by a solid line in FIG. 2, the outside air is prevented from entering the room, and the duct 171 is connected to the inside air intake duct 172. It communicates and it will be in the inside air circulation state which circulates the air in a vehicle interior. On the other hand, when the flap 174 is disposed at a position that closes the inside air intake duct 172 as shown by a broken line in FIG. 2, the duct 171 communicates with the outside air intake duct 173 to allow the air outside the vehicle interior to pass through the vehicle interior. It will be in the outside air introduction state to take in.
次に、マイコン101は、詳細は図示しないが、公知の構成を有し、演算を行うマイクロプロセッサ、プログラムやデータを一時記憶するRAM、プログラムやデータを保持するROM、アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路などを含んで構成されている。なお、A/D変換回路は、第1AD変換入力端子102、第2AD変換入力端子103、第3AD変換入力端子104から入力されるアナログ信号を、マイクロプロセッサなどで使用可能なデジタル信号に変換する。また、マイコン101は、ヒータ回路131に対してパルス指令信号Shを出力するPWM端子105を備えている。 Next, although not shown in detail, the microcomputer 101 has a known configuration, a microprocessor that performs calculation, a RAM that temporarily stores programs and data, a ROM that stores programs and data, and an analog signal that is converted into a digital signal. An A / D conversion circuit is included. Note that the A / D conversion circuit converts analog signals input from the first AD conversion input terminal 102, the second AD conversion input terminal 103, and the third AD conversion input terminal 104 into digital signals that can be used by a microprocessor or the like. Further, the microcomputer 101 includes a PWM terminal 105 that outputs a pulse command signal Sh to the heater circuit 131.
さらに、レギュレータ回路140は、レギュレータ141によって、バッテリ電圧VBの変動に拘わらず、常に一定の駆動電圧Vcc(5[V])を出力するよう構成されており、マイコン101、G素子回路110、D素子回路120等に対して駆動電圧Vccを出力することで、電力供給を行う。なお、マイコン101は、受電端子107(Vcc端子)にて駆動電圧Vccを受電する。 Furthermore, the regulator circuit 140 is configured to always output a constant drive voltage Vcc (5 [V]) by the regulator 141 regardless of the fluctuation of the battery voltage VB. The microcomputer 101, the G element circuit 110, D Power is supplied by outputting the drive voltage Vcc to the element circuit 120 or the like. The microcomputer 101 receives the drive voltage Vcc at the power receiving terminal 107 (Vcc terminal).
また、G素子回路110は、G素子2と抵抗値Raの第1抵抗111とで駆動電圧Vccを抵抗分圧する回路であり、G素子2と第1抵抗111との分圧点(以下、動作点Pgともいう)が、マイコン101の第1AD変換入力端子102に接続されている。そして、動作点Pgの電位(以下、G素子電圧Vgともいう)は、Gセンサ抵抗値Rgの変化に応じて値が変化しており、具体的には、還元性ガス(CO、HCなど)の濃度が上昇すると、G素子電圧Vgは低下する。 The G element circuit 110 is a circuit that resistively divides the drive voltage Vcc between the G element 2 and the first resistor 111 having the resistance value Ra. The G element circuit 110 and the first resistor 111 are divided by the voltage dividing point (hereinafter referred to as operation). (Also referred to as point Pg) is connected to the first AD conversion input terminal 102 of the microcomputer 101. The potential at the operating point Pg (hereinafter also referred to as G element voltage Vg) changes according to the change in the G sensor resistance value Rg. Specifically, reducing gas (CO, HC, etc.) As the concentration of increases, the G element voltage Vg decreases.
同様に、D素子回路120は、D素子3と抵抗値Rbの第2抵抗121とで駆動電圧Vccを抵抗分圧する回路であり、D素子3と第2抵抗121との分圧点(以下、動作点Pdともいう)が、マイコン101の第2AD変換入力端子103に接続されている。そして、動作点Pdの電位(以下、D素子電圧Vdともいう)は、Dセンサ抵抗値Rdの変化に応じて値が変化しており、具体的には、酸化性ガス(NOxなど)の濃度が上昇すると、D素子電圧Vdは上昇する。 Similarly, the D element circuit 120 is a circuit that resistively divides the drive voltage Vcc between the D element 3 and the second resistor 121 having the resistance value Rb. The operation point Pd) is connected to the second AD conversion input terminal 103 of the microcomputer 101. The potential at the operating point Pd (hereinafter also referred to as the D element voltage Vd) changes according to the change in the D sensor resistance value Rd. Specifically, the concentration of the oxidizing gas (NOx, etc.) Increases, the D element voltage Vd increases.
そして、マイコン101は、後述するガス検知判定処理(S140)を実行することで、第1AD変換入力端子102および第2AD変換入力端子103に入力されたG素子電圧VgおよびD素子電圧Vdの変化に応じて、還元性ガスや酸化性ガスの濃度変化を検出する。また、マイコン101は、還元性ガスや酸化性ガスの濃度変化についての検出結果に基づき、フラップ開閉信号Sfを電子制御アセンブリ160に対して出力し、ダクト171の内部に備えられるフラップ174の切り替え制御処理を行う。 Then, the microcomputer 101 executes a gas detection determination process (S140), which will be described later, to change the G element voltage Vg and the D element voltage Vd input to the first AD conversion input terminal 102 and the second AD conversion input terminal 103. In response, the concentration change of the reducing gas or oxidizing gas is detected. Further, the microcomputer 101 outputs a flap opening / closing signal Sf to the electronic control assembly 160 based on the detection result of the concentration change of the reducing gas or the oxidizing gas, and controls the switching of the flap 174 provided in the duct 171. Process.
また、ヒータ回路131は スイッチング回路132と、電圧検出回路180とを備えて構成されている。
このうち、電圧検出回路180は、抵抗181,182およびコンデンサ183を備えており、バッテリ191からヒータ4への印加電圧値(換言すれば、バッテリ電圧VB)を分圧し、その分圧した分圧バッテリ電圧VEをマイコン101の第3AD変換入力端子104に入力するよう構成されている。つまり、電圧検出回路180は、ヒータ4への印加電圧を、マイコン101の第3AD変換入力端子104に入力可能な電圧レベルに変換して、マイコン101に対して出力するよう構成されている。
The heater circuit 131 includes a switching circuit 132 and a voltage detection circuit 180.
Among these, the voltage detection circuit 180 includes resistors 181 and 182 and a capacitor 183, and divides the applied voltage value from the battery 191 to the heater 4 (in other words, the battery voltage VB) and divides the divided voltage. The battery voltage VE is configured to be input to the third AD conversion input terminal 104 of the microcomputer 101. That is, the voltage detection circuit 180 is configured to convert the voltage applied to the heater 4 into a voltage level that can be input to the third AD conversion input terminal 104 of the microcomputer 101 and output the voltage to the microcomputer 101.
また、スイッチング回路132は、マイコン101からのパルス指令信号Shに基づき、ヒータ4への電力供給経路を通電状態あるいは遮断状態に切り替え可能に構成されている。つまり、スイッチング回路132は、マイコン101からのパルス指令信号Shが抵抗134を通じてトランジスタ135のベースに入力されるよう構成されており、トランジスタ135は、パルス指令信号Shの状態に応じてオン状態(通電状態)またはオフ状態(遮断状態)に設定される。なお、抵抗136は、バイアス抵抗である。このようなトランジスタ135の状態変化により、抵抗137および抵抗138の接続点に接続するpチャネルMOSFET133のゲート電位が変化して、MOSFET133は、パルス指令信号Shの状態に応じてオン状態(通電状態)またはオフ状態(遮断状態)に設定される。 The switching circuit 132 is configured to be able to switch the power supply path to the heater 4 between the energized state and the cut-off state based on the pulse command signal Sh from the microcomputer 101. That is, the switching circuit 132 is configured such that the pulse command signal Sh from the microcomputer 101 is input to the base of the transistor 135 through the resistor 134, and the transistor 135 is turned on (energized) in accordance with the state of the pulse command signal Sh. State) or off state (blocking state). The resistor 136 is a bias resistor. With such a change in the state of the transistor 135, the gate potential of the p-channel MOSFET 133 connected to the connection point between the resistor 137 and the resistor 138 changes, and the MOSFET 133 is turned on (energized) in accordance with the state of the pulse command signal Sh. Or it is set to an off state (blocking state).
つまり、スイッチング回路132は、マイコン101からのパルス指令信号Shに応じて、ヒータ4への通電・遮断を切り替えることで、ヒータ4への印加電圧をPWM制御するよう構成されている。 That is, the switching circuit 132 is configured to perform PWM control on the voltage applied to the heater 4 by switching between energization and interruption of the heater 4 in accordance with the pulse command signal Sh from the microcomputer 101.
次に、マイコン101において実行される通常ルーチン処理について、図3に示すフローチャートを用いて説明する。
なお、通常ルーチン処理は、車両用外気導入制御システム100が起動されると共に処理が開始され、車両用外気導入制御システム100が停止するまで処理を継続する。
Next, normal routine processing executed in the microcomputer 101 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
The normal routine process is continued until the outside air introduction control system 100 for the vehicle is started and the process is started, and continues until the outside air introduction control system 100 for the vehicle is stopped.
通常ルーチン処理が開始されると、まず、S110(Sはステップを表す)では、RAM動作の初期化などを含む初期設定処理を行う。
なお、S110での初期設定処理には、ガス検知待機時間カウンタ更新処理を起動する処理やヒータ制御割り込み処理を起動する処理などが含まれている。ガス検知待機時間カウンタ更新処理は、次のS120での判定処理に用いるガス検知待機時間カウンタを経過時間に応じた値に更新する処理を行う。ヒータ制御割り込み処理の処理内容については、後述する。
When normal routine processing is started, first, in S110 (S represents a step), initial setting processing including initialization of RAM operation and the like is performed.
The initial setting process in S110 includes a process for starting the gas detection standby time counter update process, a process for starting the heater control interrupt process, and the like. The gas detection standby time counter update process performs a process of updating the gas detection standby time counter used for the determination process in the next S120 to a value corresponding to the elapsed time. The processing content of the heater control interrupt processing will be described later.
次のS120では、ガス検知待機時間が経過したか否かを判定しており、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することで、ガス検知待機時間が経過するまで待機する。 In the next S120, it is determined whether or not the gas detection standby time has elapsed. If an affirmative determination is made, the process proceeds to S130, and if a negative determination is made, the same step is repeatedly executed to perform a gas detection standby. Wait until time has passed.
なお、ガス検知待機時間が経過したか否かの判定方法としては種々の方法があるが、本実施形態では、ガス検知待機時間カウンタと待機時間基準値とを比較し、ガス検知待機時間カウンタが待機時間基準値以上になると肯定判定し、ガス検知待機時間カウンタが待機時間基準値未満であるときには否定判定する。待機時間基準値は、予め定められた定数とすることができ、本実施形態では、待機時間基準値として「0.1[sec]」が設定されている。 Although there are various methods for determining whether or not the gas detection standby time has elapsed, in this embodiment, the gas detection standby time counter is compared with the standby time reference value, and the gas detection standby time counter An affirmative determination is made when the standby time reference value is exceeded, and a negative determination is made when the gas detection standby time counter is less than the standby time reference value. The standby time reference value can be a predetermined constant. In this embodiment, “0.1 [sec]” is set as the standby time reference value.
次のS130では、ガス検知待機時間カウンタをリセットする処理を実行する。
続くS140では、ガス検知判定処理を実行する。
ガス検知判定処理では、G素子2にて検出する還元性ガスのガス検出処理、およびD素子3にて検出する酸化性ガスのガス検出処理をそれぞれ実行して、検出結果に応じたフラップ開閉信号Sfを出力する処理を実行する。
In the next S130, processing for resetting the gas detection standby time counter is executed.
In continuing S140, a gas detection determination process is performed.
In the gas detection determination process, the gas detection process of the reducing gas detected by the G element 2 and the gas detection process of the oxidizing gas detected by the D element 3 are respectively executed, and the flap open / close signal corresponding to the detection result A process of outputting Sf is executed.
なお、ガス検知判定処理としては、公知の手法(処理)を用いて行うことができるため詳細な説明は省略するが、本実施形態では、特開2005−308451号公報にて本願出願人が開示したガス検知判定処理を実行した。 The gas detection determination process can be performed using a known method (process), and thus detailed description thereof will be omitted. In the present embodiment, the present applicant discloses in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-308451. The detected gas detection process was executed.
S140の処理が終了すると、再びS120に移行する。
つまり、通常ルーチン処理では、定期的に(換言すれば、S120で肯定判定される毎に)ガス検知判定処理(S140での処理)を実行することで、外気中に含まれる酸化性ガス濃度および還元性ガス濃度の変化を検出し、その検出結果に基づいて外気導入用フラップ174を開閉制御するためのフラップ開閉信号Sfを出力する処理を実行する。
When the process of S140 ends, the process proceeds to S120 again.
That is, in the normal routine process, by performing the gas detection determination process (the process in S140) periodically (in other words, every time an affirmative determination is made in S120), the oxidizing gas concentration contained in the outside air and A process of detecting a change in the reducing gas concentration and outputting a flap opening / closing signal Sf for controlling opening / closing of the outside air introduction flap 174 based on the detection result is executed.
次に、ヒータ制御割り込み処理の処理内容について説明する。ヒータ制御割り込み処理の処理内容を表すフローチャートを図4に示す。
なお、ヒータ制御割り込み処理は、予め定められた一定周期(実行周期TB)毎に繰り返し実行される。本実施形態では、ヒータ制御割り込み処理の実行周期TBが「PWM制御における1周期の1/128」に設定されている。なお、本実施形態におけるPWM制御の1周期(実行周期TA)は、1/30[sec]に設定されている。
Next, the processing content of the heater control interrupt processing will be described. FIG. 4 is a flowchart showing the contents of the heater control interrupt process.
The heater control interrupt process is repeatedly executed at predetermined intervals (execution cycle TB). In the present embodiment, the execution cycle TB of the heater control interrupt process is set to “1/128 of one cycle in PWM control”. Note that one cycle (execution cycle TA) of PWM control in the present embodiment is set to 1/30 [sec].
ヒータ制御割り込み処理が開始されると、S310では、ヒータに対して電圧印加を開始するタイミングであるか否かを判定しており、肯定判定する場合にはS320に移行し、否定判定する場合にはS350に移行する。 When the heater control interruption process is started, in S310, it is determined whether or not it is a timing to start voltage application to the heater. If an affirmative determination is made, the process proceeds to S320, and if a negative determination is made. Proceeds to S350.
ヒータに対する電圧印加開始タイミングであるか否かの判定方法としては種々の方法があるが、本実施形態では、ヒータ電圧印加開始判定カウンタと印加開始判定基準値とを比較して、ヒータに対する電圧印加開始タイミングであるか否かを判定する。具体的には、ヒータ電圧印加開始判定カウンタが印加開始判定基準値以上であるときに肯定判定し、ヒータ電圧印加開始判定カウンタが印加開始判定基準値未満であるときに否定判定する。 There are various methods for determining whether or not it is the voltage application start timing for the heater. In this embodiment, the heater voltage application start determination counter is compared with the application start determination reference value to apply the voltage to the heater. It is determined whether it is a start timing. Specifically, an affirmative determination is made when the heater voltage application start determination counter is greater than or equal to the application start determination reference value, and a negative determination is made when the heater voltage application start determination counter is less than the application start determination reference value.
なお、印加開始判定基準値は、PWM制御の1周期(実行周期TA)に相当する値が予め定められており、本実施形態では、印加開始判定基準値として「1/30[sec]に相当する値」が設定されている。 The application start determination reference value is determined in advance as a value corresponding to one cycle (execution cycle TA) of PWM control. In this embodiment, the application start determination reference value corresponds to “1/30 [sec]”. Value to be set ".
また、ヒータ電圧印加開始判定カウンタは、時間経過の判定に用いるカウンタであり、PWM制御の1周期を判定する用途に用いられる他に、バッテリ電圧の検出タイミングを判定する用途などにも用いられる。そして、ヒータ電圧印加開始判定カウンタは、通常ルーチン処理でのS110にてヒータ制御割り込み処理が起動される前に初期化(ゼロクリア)されており、単位時間が経過する毎にS350での処理によりインクリメント(加算)され、S310で肯定判定されてS340に移行するとゼロクリアされる。 The heater voltage application start determination counter is a counter used for determining the passage of time. In addition to being used for determining one cycle of PWM control, the heater voltage application start determining counter is also used for determining battery voltage detection timing. The heater voltage application start determination counter is initialized (cleared to zero) before the heater control interrupt process is started in S110 in the normal routine process, and is incremented by the process in S350 each time a unit time elapses. (Addition) is made, and when the determination in S310 is affirmative and the process proceeds to S340, it is cleared to zero.
S310で肯定判定されてS320に移行すると、S320では、PWM制御における今回の周期(換言すれば、今回のヒータ電圧印加期間)においてヒータに供給する目標電力を設定する処理を実行する。具体的には、基本目標電力量Wから前回周期における過剰供給電力量AWを差し引いた値を、供給電力残量変数SW(n)の初期値SW(0)として設定する。このようにして設定される供給電力残量変数SW(n)の初期値SW(0)は、以下の説明において「補正後目標電力量SW(0)」ともいう。 When an affirmative determination is made in S310 and the process proceeds to S320, in S320, a process of setting target power to be supplied to the heater in the current cycle in PWM control (in other words, the current heater voltage application period) is executed. Specifically, a value obtained by subtracting the excess supply power amount AW in the previous cycle from the basic target power amount W is set as the initial value SW (0) of the remaining supply power variable SW (n). The initial value SW (0) of the remaining power supply variable SW (n) set in this way is also referred to as “corrected target power amount SW (0)” in the following description.
なお、基本目標電力量Wは、G素子2およびD素子3を活性化温度まで加熱するためにヒータ4へ供給すべき電力量であって、G素子2およびD素子3の活性化温度およびヒータ4の電気抵抗値などの各種条件に基づき予め定められた固定値である。本実施形態では、基本目標電力量Wは、マイコン101の記憶部(ROM、RAMなど)に記憶されており、S320では、記憶部から基本目標電力量Wを読み込み、供給電力残量変数SW(n)の初期値SW(0)(補正後目標電力量SW(0))を設定する際に利用する。 The basic target power amount W is the amount of power to be supplied to the heater 4 in order to heat the G element 2 and the D element 3 to the activation temperature, and the activation temperature of the G element 2 and the D element 3 and the heater 4 is a fixed value determined in advance based on various conditions such as an electric resistance value of 4. In the present embodiment, the basic target power amount W is stored in the storage unit (ROM, RAM, etc.) of the microcomputer 101. In S320, the basic target power amount W is read from the storage unit, and the remaining power supply variable SW ( This is used when setting the initial value SW (0) of n) (the corrected target power amount SW (0)).
また、過剰供給電力量AWは、S110にてヒータ制御割り込み処理が起動される前に初期値(例えば、0[W])が設定されており、S320の初回実行時には、この初期値が用いられ、S320の第2回目以降の実行時には、後述するS420で更新された値が用いられる。 The excess power supply amount AW is set to an initial value (for example, 0 [W]) before the heater control interrupt process is started in S110, and this initial value is used when S320 is executed for the first time. In the second and subsequent executions of S320, the value updated in S420 described later is used.
次のS330では、ヒータへの電圧印加制御を開始する処理を実行する。
具体的には、PWM端子105からヒータ回路131に対してハイレベルのパルス指令信号Shを出力することで、ヒータ回路131によるヒータ4への電圧印加を開始する処理を実行する。また、S330では、マイコン101の各種制御処理に利用される内部フラグの1つであるヒータ制御フラグFhをセット状態に設定する。なお、ヒータ制御フラグFhは、ヒータへの電圧印加制御中であるか否かを示す状態フラグであり、ヒータ電圧印加制御中である場合にはセット状態に設定され、ヒータ電圧印加制御中ではない場合にはリセット状態に設定される。
In the next S330, a process of starting voltage application control to the heater is executed.
Specifically, by outputting a high-level pulse command signal Sh from the PWM terminal 105 to the heater circuit 131, processing for starting voltage application to the heater 4 by the heater circuit 131 is executed. In S330, the heater control flag Fh, which is one of internal flags used for various control processes of the microcomputer 101, is set to the set state. The heater control flag Fh is a state flag indicating whether or not voltage application control to the heater is being performed. When the heater voltage application control is being performed, the heater control flag Fh is set to a set state and is not being subjected to heater voltage application control. In some cases, the reset state is set.
ここで、本実施形態のガス検出装置150によるヒータ制御に関して、PWM制御の実行周期TAおよびバッテリ電圧検出処理(換言すれば、ヒータ制御割り込み処理)の実行周期TBについて説明する。 Here, regarding the heater control by the gas detection device 150 of the present embodiment, the execution cycle TA of the PWM control and the execution cycle TB of the battery voltage detection process (in other words, the heater control interrupt process) will be described.
ヒータへの印加電圧波形を表した説明図を図5に示す。なお、図5では、上側に3周期分のパルス波形を示し、下側に第1回周期における電圧印加時の拡大波形を示す。
図5の上側に示すように、ヒータ制御に関するPWM制御の実行周期TAは、隣接する開始時期どうしの時間間隔(例えば、第1回周期の開始時期ts1と第2回周期の開始時期ts2との時間間隔)に等しく、この実行周期TAは、電圧印加実行時間Tonと電圧印加停止時間Toffとに分けることができる。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the waveform of the voltage applied to the heater. In FIG. 5, a pulse waveform for three cycles is shown on the upper side, and an enlarged waveform at the time of voltage application in the first cycle is shown on the lower side.
As shown in the upper side of FIG. 5, the execution cycle TA of the PWM control related to the heater control is a time interval between adjacent start timings (for example, the start timing ts1 of the first cycle and the start timing ts2 of the second cycle). This execution period TA can be divided into a voltage application execution time Ton and a voltage application stop time Toff.
パルス波形のうち開始時刻ts1、ts2,ts3は、PWM制御における1周期の開始時期であるとともにヒータへの電圧印加開始時期であり、ヒータ制御割り込み処理におけるS330の実行時期にそれぞれ相当している。そして、隣接する開始時刻どうしの時間間隔(換言すれば、PWM制御の実行周期TA)は、S310で用いられる印加開始判定基準値により定められる。 Among the pulse waveforms, start times ts1, ts2, and ts3 are the start time of one cycle in PWM control and the start time of voltage application to the heater, and each correspond to the execution time of S330 in the heater control interrupt process. The time interval between adjacent start times (in other words, the PWM control execution period TA) is determined by the application start determination reference value used in S310.
また、図5の下側に示すように、電圧印加実行時間Tonは、バッテリ電圧検出時期tVnを境界として複数の単位時間帯に分割することができ、隣接するバッテリ電圧検出時期tVnどうしの時間間隔は、ヒータ制御割り込み処理の実行周期TBに相当する。 Further, as shown in the lower side of FIG. 5, the voltage application execution time Ton can be divided into a plurality of unit time zones with the battery voltage detection time tVn as a boundary, and the time interval between adjacent battery voltage detection times tVn. Corresponds to the execution period TB of the heater control interrupt process.
図4のフローチャートに戻り、次のS340では、ヒータ電圧印加開始判定カウンタをクリア(ゼロクリア)する。
また、S310で否定判定されてS350に移行すると、S350では、ヒータ電圧印加開始判定カウンタをインクリメント(1加算)する処理を実行する。
Returning to the flowchart of FIG. 4, in the next S340, the heater voltage application start determination counter is cleared (zero cleared).
If a negative determination is made in S310 and the process proceeds to S350, a process of incrementing (adding 1) the heater voltage application start determination counter is executed in S350.
なお、前述したように、このヒータ制御割り込み処理は一定周期(実行周期TB)毎に実行されることから、S310での否定判定が繰り返される間は、S350でのヒータ電圧印加開始判定カウンタのインクリメント処理は一定周期(実行周期TB)毎に繰り返し実行される。そして、PWM制御における1周期の開始時期(換言すれば、ヒータ電圧印加開始タイミング)になると、S310で肯定判定されて、ヒータ電圧印加開始判定カウンタがクリアされる(S340)。 As described above, since this heater control interrupt process is executed at regular intervals (execution period TB), the increment of the heater voltage application start determination counter in S350 is repeated while the negative determination in S310 is repeated. The process is repeatedly executed at regular intervals (execution cycle TB). Then, at the start timing of one cycle in PWM control (in other words, heater voltage application start timing), an affirmative determination is made in S310, and the heater voltage application start determination counter is cleared (S340).
このため、PWM制御における制御周期(実行周期TA)に関して、今回周期のヒータ電圧印加開始時期から次回周期のヒータ電圧印加開始時期に至るまでの間においては、ヒータ電圧印加開始判定カウンタに基づいてヒータへの電圧印加開始時期からの概略経過時間を判定することができる。具体的には、ヒータ制御割り込み処理の実行周期TBとヒータ電圧印加開始判定カウンタとを乗算して得られる値が、ヒータへの電圧印加開始時期からの概略経過時間に相当する。 Therefore, regarding the control cycle (execution cycle TA) in PWM control, the heater voltage application start determination counter is used based on the heater voltage application start determination counter during the period from the heater voltage application start timing of the current cycle to the heater voltage application start timing of the next cycle. The approximate elapsed time from the voltage application start time to the can be determined. Specifically, a value obtained by multiplying the execution period TB of the heater control interrupt process and the heater voltage application start determination counter corresponds to the approximate elapsed time from the voltage application start time to the heater.
次のS360では、ヒータ電圧印加制御中であるか否かを判定しており、肯定判定する場合にはS370に移行し、否定判定する場合には再びS310に移行する。なお、S360では、ヒータ制御フラグFhの状態(セット状態またはリセット状態)に基づき、ヒータ4への電圧印加制御中であるか否かを判定する。 In next S360, it is determined whether or not the heater voltage application control is being performed. If the determination is affirmative, the process proceeds to S370, and if the determination is negative, the process proceeds to S310 again. In S360, based on the state (set state or reset state) of the heater control flag Fh, it is determined whether voltage application control to the heater 4 is being performed.
S360で肯定判定されてS370に移行すると、S370では、バッテリ191から出力されるバッテリ電圧VBを検出する処理を実行する。
具体的には、第3AD変換入力端子104に入力される分圧バッテリ電圧VEのA/D変換値を取得し、分圧バッテリ電圧VEと電圧検出回路180の抵抗分圧値とに基づいてバッテリ電圧VBを算出することで、バッテリ電圧VBの検出を行う。そして、検出したバッテリ電圧VBの値をバッテリ電圧変数V(n)に代入して保存する。
When an affirmative determination is made in S360 and the process proceeds to S370, a process of detecting the battery voltage VB output from the battery 191 is executed in S370.
Specifically, the A / D conversion value of the divided battery voltage VE inputted to the third AD conversion input terminal 104 is acquired, and the battery is based on the divided battery voltage VE and the resistance divided value of the voltage detection circuit 180. The battery voltage VB is detected by calculating the voltage VB. Then, the detected value of the battery voltage VB is assigned to the battery voltage variable V (n) and stored.
なお、バッテリ電圧変数V(n)の引数nは、PWM制御での今回の周期におけるバッテリ電圧の検出回数に応じて定められる値であり、本実施形態ではヒータ電圧印加開始判定カウンタの数値が設定される。例えば、第1回目のバッテリ電圧検出時期には、ヒータ電圧印加開始判定カウンタが1であることから引数nにはn=1が設定され、第2回目のバッテリ電圧検出時期には、同様にして、引数nにはn=2が設定される。 Note that the argument n of the battery voltage variable V (n) is a value determined according to the number of times of detection of the battery voltage in the current cycle in PWM control. In this embodiment, the numerical value of the heater voltage application start determination counter is set. Is done. For example, since the heater voltage application start determination counter is 1 at the first battery voltage detection time, n = 1 is set for the argument n, and similarly at the second battery voltage detection time. , N = 2 is set in the argument n.
また、前述したように、このヒータ制御割り込み処理は一定周期毎に実行されていることから、S310での否定判定が繰り返されるとともにS360での肯定判定が繰り返される間は、S370でのバッテリ電圧の検出処理は、ヒータ制御割り込み処理の実行周期TBに応じた一定周期毎に実行される。 Further, as described above, since this heater control interrupt process is executed at regular intervals, while the negative determination in S310 is repeated and the affirmative determination in S360 is repeated, the battery voltage in S370 is determined. The detection process is executed at regular intervals according to the execution period TB of the heater control interrupt process.
次のS380では、実行周期TBで繰り返し実行されるヒータ制御割り込み処理のうち、今回(例えば、第n回目)に検出したバッテリ電圧VB(換言すれば、バッテリ電圧変数V(n))に応じたヒータへの供給電力量を演算する処理を実行する。換言すれば、S380では、ヒータ4への通電時間帯(電圧印加時間帯)のうちバッテリ電圧VBの検出時期を境界として分割される複数の単位時間帯のうち、第n回目の単位時間帯においてヒータ4に供給された単位時間供給電力量W(n)を演算する処理を実行する。 In the next S380, the heater control interrupt process repeatedly executed in the execution cycle TB corresponds to the battery voltage VB (in other words, the battery voltage variable V (n)) detected this time (for example, the nth time). A process of calculating the amount of power supplied to the heater is executed. In other words, in S380, in the n-th unit time zone among a plurality of unit time zones divided with the detection timing of the battery voltage VB as a boundary in the energization time zone (voltage application time zone) to the heater 4. A process of calculating the unit time supply power W (n) supplied to the heater 4 is executed.
なお、図5の下側に示す説明図のうち、時刻tV1,tV2,・・・,tVnがバッテリ電圧の検出時期に相当し、これらの検出時期を境界として分割される分割領域が単位時間帯に相当する。 In the explanatory diagram shown in the lower part of FIG. 5, times tV1, tV2,..., TVn correspond to battery voltage detection times, and the divided areas divided by these detection times as boundaries are unit time zones. It corresponds to.
本実施形態では、バッテリ電圧と単位時間供給電力量との相関関係を示すマップデータを用いて、バッテリ電圧変数V(n)に応じた単位時間供給電力量W(n)を演算する処理を実行する。バッテリ電圧VBと単位時間供給電力量との相関関係を示すマップデータは、シミュレーション値あるいは実測値などに基づき予め定められており、マイコン101の記憶部(ROMなど)に記憶されている。 In the present embodiment, a process of calculating a unit time supply power amount W (n) corresponding to the battery voltage variable V (n) is executed using map data indicating the correlation between the battery voltage and the unit time supply power amount. To do. Map data indicating the correlation between the battery voltage VB and the amount of power supplied per unit time is predetermined based on a simulation value or an actual measurement value, and is stored in a storage unit (ROM or the like) of the microcomputer 101.
なお、図5の下側に示す説明図のうち、時刻tV1,tV2,・・・,tVnで分割される各分割領域の面積が単位時間供給電力量W(n)に比例した値となる。
次のS390では、バッテリ電圧の前回検出時における供給電力残量変数SW(n−1)と、バッテリ電圧の今回検出時における単位時間供給電力量W(n)とを比較して、供給電力残量変数SW(n−1)が単位時間供給電力量W(n)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S400に移行し、否定判定する場合にはS410に移行する。
In the explanatory diagram shown at the bottom of FIG. 5, the area of each divided region divided at times tV1, tV2,..., TVn is a value proportional to the unit time supply power amount W (n).
In the next S390, the remaining supply power variable SW (n-1) at the previous detection of the battery voltage is compared with the unit time supply power W (n) at the current detection of the battery voltage. It is determined whether or not the quantity variable SW (n−1) is larger than the unit time supply power amount W (n). If the determination is affirmative, the process proceeds to S400. If the determination is negative, the process proceeds to S410. To do.
なお、バッテリ電圧の前回検出時における供給電力残量変数SW(n−1)は、前回のヒータ制御割り込み処理でのS400において値が代入されている。また、バッテリ電圧の今回検出時における単位時間供給電力量W(n)は、今回のヒータ制御割り込み処理におけるS380で演算された値である。 Note that the value of the remaining power supply variable SW (n−1) at the previous detection of the battery voltage is substituted in S400 in the previous heater control interrupt process. Further, the unit time supply power W (n) at the current detection of the battery voltage is the value calculated in S380 in the current heater control interrupt processing.
S390で肯定判定されてS400に移行すると、S400では、前回検出時の供給電力残量変数SW(n−1)から今回検出時の単位時間供給電力量W(n)を減算した値を、今回検出時の供給電力残量変数SW(n)に代入する処理を実行する。 When an affirmative determination is made in S390 and the process proceeds to S400, in S400, a value obtained by subtracting the unit time supply power amount W (n) at the current detection from the supply power remaining amount variable SW (n-1) at the previous detection is calculated. A process of substituting in the remaining power supply variable SW (n) at the time of detection is executed.
つまり、S400では、このあとさらにヒータに対して供給するべき電力量の残量を演算するとともに、演算結果を今回検出時の供給電力残量変数SW(n)に代入して保存する処理を行う。 In other words, in S400, the remaining amount of power to be supplied to the heater is further calculated, and the calculation result is substituted into the supplied power remaining amount variable SW (n) at the time of the current detection and stored. .
また、S390で否定判定されてS410に移行すると、S410では、ヒータへの電圧印加制御を停止する処理を実行する。
具体的には、PWM端子105からヒータ回路131に対してローレベルのパルス指令信号Shを出力することで、ヒータ回路131によるヒータ4への電圧印加を停止する処理を実行する。また、S410では、ヒータ制御フラグFhをリセット状態に設定する。
If a negative determination is made in S390 and the process proceeds to S410, a process of stopping voltage application control to the heater is executed in S410.
Specifically, by outputting a low-level pulse command signal Sh from the PWM terminal 105 to the heater circuit 131, processing for stopping the voltage application to the heater 4 by the heater circuit 131 is executed. In S410, the heater control flag Fh is set to the reset state.
ここで、図5の上側に示すパルス波形のうち時刻te1、te2,te3は、ヒータへの電圧印加停止時期であり、ヒータ制御割り込み処理におけるS410の実行時期にそれぞれ相当している。なお、電圧印加開始時期ts1と電圧印加停止時期te1との時間差は、電圧印加実行時間Tonであり、また、実行周期TAのうち電圧印加実行時間Tonの占める比率が、PWM制御のDuty比率となる。 Here, times te1, te2, and te3 in the pulse waveform shown on the upper side of FIG. 5 are the timing of stopping the application of voltage to the heater, and correspond to the timing of execution of S410 in the heater control interrupt processing. The time difference between the voltage application start time ts1 and the voltage application stop time te1 is the voltage application execution time Ton, and the ratio of the voltage application execution time Ton in the execution cycle TA is the duty ratio of PWM control. .
さらに、電圧印加実行時間Tonは、ヒータへの供給済み電力量ΣWi(=W(1)+W(2)+・・・+W(n))に応じた値となる。なお、ヒータへの供給済み電力量ΣWiは、バッテリ電圧検出時期のうち第1回目から第n回目までの単位時間供給電力量W(i)(i=1〜n)の総和である。 Further, the voltage application execution time Ton takes a value corresponding to the amount of power already supplied to the heater ΣWi (= W (1) + W (2) +... + W (n)). The supplied power amount ΣWi to the heater is the sum of the unit time supplied power amounts W (i) (i = 1 to n) from the first time to the nth time in the battery voltage detection time.
なお、図5の下側に示すように、電圧印加実行時間Tonは、バッテリ電圧検出時期tVnを境界として複数の単位時間帯に分割することができ、各単位時間帯においてヒータに供給された単位時間供給電力量W(i)(i=1〜n)の総和が、電圧印加実行時間Tonにおいてヒータに供給された供給電力量(ヒータへの供給済み電力量ΣWi)に相当する。 As shown on the lower side of FIG. 5, the voltage application execution time Ton can be divided into a plurality of unit time zones with the battery voltage detection time tVn as a boundary, and the unit supplied to the heater in each unit time zone. The sum total of the time supply power amount W (i) (i = 1 to n) corresponds to the supply power amount (power amount already supplied to the heater ΣWi) supplied to the heater during the voltage application execution time Ton.
図5に示すように、パルス波形の面積が供給電力量に応じた大きさとなることから、各単位時間帯における単位時間供給電力量W(n)は、単位時間帯の継続時間(換言すれば、実行周期TB)とヒータへの印加電圧に基づいて演算することができる。 As shown in FIG. 5, since the area of the pulse waveform has a size corresponding to the amount of power supplied, the unit time power supply amount W (n) in each unit time zone is the duration of the unit time zone (in other words, , Based on the execution cycle TB) and the voltage applied to the heater.
図4のフローチャートに戻り、次のS420では、バッテリ電圧の今回検出時における単位時間供給電力量W(n)からバッテリ電圧の前回検出時における供給電力残量変数SW(n−1)を減算した値を、過剰供給電力量AWに代入する処理を実行する。 Returning to the flowchart of FIG. 4, in the next step S420, the remaining power variable SW (n−1) at the previous detection of the battery voltage is subtracted from the unit time supply power W (n) at the current detection of the battery voltage. A process of substituting the value into the excessive power supply amount AW is executed.
なお、供給電力残量変数SW(n)は、初期値SW(0)(補正後目標電力量SW(0))が設定された後(S320)、バッテリ電圧VBが検出される毎(S370)に、検出されたバッテリ電圧(バッテリ電圧変数V(n))に基づき演算される単位時間供給電力量W(n)だけ減算される(S400)。そして、S400での減算処理は、前回検出時の供給電力残量変数SW(n−1)が今回検出時の単位時間供給電力量W(n)以下になるまで(S390で否定判定されるまで)繰り返し実行される。 The supplied power remaining amount variable SW (n) is set to the initial value SW (0) (the corrected target power amount SW (0)) (S320), and each time the battery voltage VB is detected (S370). Then, the unit time supply electric energy W (n) calculated based on the detected battery voltage (battery voltage variable V (n)) is subtracted (S400). The subtraction process at S400 is performed until the remaining power supply variable SW (n−1) at the previous detection becomes equal to or less than the unit time supply power W (n) at the current detection (until a negative determination is made at S390). ) Repeatedly executed.
そして、S340、S400、S420の処理が終了するか、S360で否定判定されると、ヒータ制御割り込み処理が終了する。さらに、ヒータ制御割り込み処理は、上述したように、一定周期(実行周期)毎に繰り返し実行される。 Then, when the processes of S340, S400, and S420 are finished or a negative determination is made in S360, the heater control interrupt process is finished. Furthermore, as described above, the heater control interrupt process is repeatedly executed at regular intervals (execution cycles).
ここで、過剰供給電力量AWについて説明する。
図6に、PWM制御における第1回周期から第3回周期までにおける、供給済み電力量ΣWi、補正後目標電力量SW(0)、過剰供給電力量AW、基本目標電力量Wの相関関係を表した説明図を示す。
Here, the excessive power supply amount AW will be described.
FIG. 6 shows the correlation among the supplied power amount ΣWi, the corrected target power amount SW (0), the excess supplied power amount AW, and the basic target power amount W from the first cycle to the third cycle in PWM control. An explanatory diagram is shown.
まず、第1回周期は、初回のヒータ制御であり、前回周期での過剰供給電力量AWとして初期値(0[W])が設定されることから(S110)、補正後目標電力量SW(0)として基本目標電力量Wに等しい値が設定される。 First, the first cycle is the first heater control, and an initial value (0 [W]) is set as the excessive supply power amount AW in the previous cycle (S110), so that the corrected target power amount SW ( As 0), a value equal to the basic target power amount W is set.
そして、第1回周期においてヒータに供給される供給済み電力量ΣWi(=W(1)+W(2)+・・・+W(n))は、バッテリ電圧検出時期(図5での時刻tVn)毎に積算されていき、供給済み電力量ΣWiが補正後目標電力量SW(0)以上になると、第1回周期でヒータへ供給すべき電力の供給が完了して、ヒータへの電圧印加が停止される。 Then, the supplied electric energy ΣWi (= W (1) + W (2) +... + W (n)) supplied to the heater in the first cycle is the battery voltage detection time (time tVn in FIG. 5). When the supplied power amount ΣWi becomes equal to or greater than the corrected target power amount SW (0), supply of power to be supplied to the heater is completed in the first cycle, and voltage application to the heater is performed. Stopped.
つまり、供給済み電力量ΣWiが補正後目標電力量SW(0)以上になるときには、供給電力残量変数SW(n−1)が単位時間供給電力量W(n)以下となり、S390で否定判定されて、ヒータへの電圧印加が停止される(S410)。 That is, when the supplied power amount ΣWi is equal to or greater than the corrected target power amount SW (0), the remaining power supply variable SW (n−1) is equal to or less than the unit time supply power amount W (n), and a negative determination is made in S390. Then, the voltage application to the heater is stopped (S410).
ここで、「バッテリ電圧検出時期のうち第1回目から第n回目までにおけるヒータへの供給済み電力量ΣWi(=W(1)+W(2)+・・・+W(n))」は、実際にヒータに供給された電力量であり、この値から補正後目標電力量SW(0)を差し引いた値は、目標値を超えてヒータに供給された電力量(過剰供給電力量AW)に相当する。なお、図6では、第1回周期における過剰供給電力量AWを「AW1」として、第2回周期における過剰供給電力量AWを「AW2」として、第3回周期における過剰供給電力量AWを「AW3」として表している。 Here, “the amount of power already supplied to the heater ΣWi (= W (1) + W (2) +... + W (n)) from the first time to the nth time in the battery voltage detection time” is actually The value obtained by subtracting the corrected target power amount SW (0) from this value corresponds to the amount of power supplied to the heater exceeding the target value (excess supply power amount AW). To do. In FIG. 6, the excess supply power amount AW in the first cycle is “AW1”, the excess supply power amount AW in the second cycle is “AW2”, and the excess supply power amount AW in the third cycle is “ AW3 ".
また、図6の第1回周期に示すように、「バッテリ電圧検出時期のうち第1回目から第n−1回目までにおけるヒータへの供給済み電力量ΣWi(=W(1)+W(2)+・・・+W(n−1))」と「前回検出時の供給電力残量変数SW(n−1)」との合計値は、「補正後目標電力量SW(0)」に等しくなる。 Further, as shown in the first cycle of FIG. 6, “amount of electric power already supplied to the heater ΣWi (= W (1) + W (2) in the battery voltage detection timing from the first time to the (n−1) th time”. The total value of “+... + W (n−1))” and “the remaining power supply variable SW (n−1) at the time of previous detection” is equal to “the corrected target power amount SW (0)”. .
さらに、図6に示すように、バッテリ電圧検出時期のうち今回検出時の単位時間供給電力量W(n)から前回検出時の供給電力残量変数SW(n−1)を減算して得られる値は、補正後目標電力量SW(0)を超えてヒータに供給された電力量(過剰供給電力量AW)に相当する。 Further, as shown in FIG. 6, it is obtained by subtracting the remaining power supply variable SW (n−1) at the previous detection from the unit time supply power W (n) at the current detection in the battery voltage detection time. The value corresponds to the amount of power supplied to the heater beyond the corrected target power amount SW (0) (excess supply power amount AW).
これらのことから、S420において今回検出時の単位時間供給電力量W(n)から前回検出時の供給電力残量変数SW(n−1)を減算して得られる値は、PWM制御の今回周期において、「供給電力残量変数SW(n)の初期値SW(0)」から「供給済み電力量ΣWi(i=1〜n)」を減算して得られる過剰供給電力量AWに等しくなる。 For these reasons, the value obtained by subtracting the remaining power supply variable SW (n−1) at the previous detection from the unit time supply power W (n) at the current detection in S420 is the current period of the PWM control. , The excess power supply amount AW obtained by subtracting the “supplied power amount ΣWi (i = 1 to n)” from the “initial value SW (0) of the remaining power supply variable SW (n)”.
なお、S420での過剰供給電力量AWの演算方法としては、上記方法の他に、例えば、「バッテリ電圧検出時期のうち第1回目から第n回目までにおけるヒータへの供給済み電力量ΣWi」を算出して、供給済み電力量ΣWiから補正後目標電力量SW(0)を減算する方法を採ることも可能である。 In addition to the above-described method, for example, “the amount of power already supplied to the heater ΣWi from the first to the n-th of the battery voltage detection time” may be used as the calculation method of the excessive supply power amount AW in S420. It is also possible to take a method of calculating and subtracting the corrected target power amount SW (0) from the supplied power amount ΣWi.
ところで、各単位時間帯における単位時間供給電力量W(n)は、単位時間帯の継続時間(換言すれば、実行周期TB)とヒータへの印加電圧に基づいて演算できるが、このうち、単位時間帯の継続時間は、ヒータ制御割り込み処理の実行周期TBに相当しており一定値であるが、ヒータへの印加電圧は、ノイズなどの要因によって変動する場合がある。 By the way, the unit time power supply amount W (n) in each unit time zone can be calculated based on the duration of the unit time zone (in other words, the execution cycle TB) and the voltage applied to the heater. The duration of the time zone corresponds to the execution period TB of the heater control interrupt process and is a constant value, but the voltage applied to the heater may vary depending on factors such as noise.
これに対して、本実施形態では、ヒータ制御割り込み処理のS380において、検出したバッテリ電圧VBを用いて単位時間供給電力量W(n)を演算することから、ヒータへの印加電圧(換言すれば、バッテリ電圧VB)が変動した場合であっても、変動する電圧値に応じて単位時間帯にヒータ4へ供給された電力量を検出できる。 On the other hand, in the present embodiment, since the unit time supply power amount W (n) is calculated using the detected battery voltage VB in S380 of the heater control interruption process, the applied voltage to the heater (in other words, Even when the battery voltage VB) fluctuates, the amount of power supplied to the heater 4 in the unit time zone can be detected according to the fluctuating voltage value.
よって、本実施形態のガス検出装置150によれば、ヒータ4への通電開始後にバッテリ電圧VBが変動した場合でも、ヒータ4への供給電力量に誤差が生じ難く、ヒータ4によるガスセンサ素子(G素子2、D素子3)の温度制御においてガスセンサ素子の温度が目標温度から離れるのを抑制できる。このため、ガス検出装置150は、ガスセンサ素子の温度制御における制御精度を向上できることから、温度変動によるガスセンサ素子の活性化状態の変化を抑制でき、ガス検出精度の低下を抑制することができる。 Therefore, according to the gas detection device 150 of the present embodiment, even when the battery voltage VB fluctuates after the energization of the heater 4 is started, an error hardly occurs in the amount of power supplied to the heater 4, and the gas sensor element (G In the temperature control of the element 2 and the D element 3), the temperature of the gas sensor element can be suppressed from moving away from the target temperature. For this reason, since the gas detection apparatus 150 can improve the control precision in the temperature control of a gas sensor element, it can suppress the change of the activation state of a gas sensor element by a temperature fluctuation, and can suppress the fall of a gas detection precision.
次に、PWM制御での制御周期で過剰供給電力量AWが生じた場合に、PWM制御における次回周期での目標電力量の補正について説明する。
まず、S390で否定判定される場合において、供給済み電力量ΣWiが補正後目標電力量SW(0)に一致する場合には、ヒータへの供給電力量が目標値と等しい値に制御されたことになるが、供給済み電力量ΣWiが補正後目標電力量SW(0)よりも大きくなる場合には、ヒータへの供給電力量が目標値よりも過剰に供給されたことになる。このような場合においては、ヒータに供給された供給済み電力量ΣWiから補正後目標電力量SW(0)を差し引いた値が過剰供給電力量AWとなる。なお、上述したように、図6では、第1回周期における過剰供給電力量をAW1として表している。
Next, the correction of the target power amount in the next cycle in the PWM control when the excessive supply power amount AW occurs in the control cycle in the PWM control will be described.
First, when a negative determination is made in S390, if the supplied power amount ΣWi matches the corrected target power amount SW (0), the power supplied to the heater is controlled to a value equal to the target value. However, when the supplied power amount ΣWi is larger than the corrected target power amount SW (0), the power amount supplied to the heater is supplied in excess of the target value. In such a case, a value obtained by subtracting the corrected target power amount SW (0) from the supplied power amount ΣWi supplied to the heater is the excess supply power amount AW. As described above, in FIG. 6, the excess power supply amount in the first cycle is represented as AW1.
このような過剰な電力供給が生じる場合には、ヒータへの供給電力量が目標値から逸脱することになるが、前回周期の過剰供給電力量AWを用いて次回周期での目標電力量を補正することで、ヒータへの供給電力量が目標値から逸脱するのを抑制することができる。 When such excessive power supply occurs, the power supply amount to the heater deviates from the target value, but the target power amount in the next cycle is corrected using the excessive power supply amount AW in the previous cycle. By doing so, it is possible to suppress the amount of power supplied to the heater from deviating from the target value.
例えば、図6に示すように、第2回周期における目標電力量の補正に関しては、基本目標電力量Wから第1回周期の過剰供給電力量AW1を減算した値(=W−AW1)を演算して、演算結果を第2回周期における補正後目標電力量SW(0)として設定する(S320)。同様に、第3回周期における目標電力量の補正に関しては、基本目標電力量Wから第2回周期の過剰供給電力量AW2を減算した値(=W−AW2)を演算して、演算結果を第3回周期における補正後目標電力量SW(0)として設定する(S320)。 For example, as shown in FIG. 6, regarding the correction of the target power amount in the second cycle, a value (= W−AW1) obtained by subtracting the excess supply power amount AW1 in the first cycle from the basic target power amount W is calculated. Then, the calculation result is set as the corrected target power amount SW (0) in the second cycle (S320). Similarly, regarding the correction of the target power amount in the third cycle, a value (= W−AW2) obtained by subtracting the excess supply power amount AW2 in the second cycle from the basic target power amount W is calculated, and the calculation result is calculated. The corrected target power amount SW (0) in the third cycle is set (S320).
本実施形態のガス検出装置は、このようにして目標電力量を補正することで、ある周期において供給済み電力量ΣWiが補正後目標電力量SW(0)を超えてしまい過剰供給電力量AWが生じても、次回周期での目標電力量を過剰供給電力量AWを用いて補正できるため、1周期あたりの供給電力量の平均値を基本目標電力量Wに近づけることができる。これにより、本実施形態のガス検出装置は、ヒータへの供給電力量が目標値から逸脱するのを抑制することができる。 In the gas detection device according to the present embodiment, by correcting the target power amount in this way, the supplied power amount ΣWi exceeds the corrected target power amount SW (0) in a certain cycle, and the excess supply power amount AW is increased. Even if it occurs, the target power amount in the next cycle can be corrected using the excess supply power amount AW, so that the average value of the supplied power amount per cycle can be brought close to the basic target power amount W. Thereby, the gas detection apparatus of this embodiment can suppress that the electric energy supplied to a heater deviates from a target value.
次に、本実施形態のガス検出装置150を用いて、バッテリ電圧の変動が生じた場合のヒータ制御精度(換言すれば、ガスセンサ素子の温度制御精度)への影響を評価した実験結果について説明する。 Next, an experimental result in which the influence on the heater control accuracy (in other words, the temperature control accuracy of the gas sensor element) when the battery voltage fluctuates using the gas detection device 150 of the present embodiment will be described. .
実験は、測定対象ガスにおける特定ガス濃度を一定に維持した条件下で、バッテリ電圧VBを変動させた場合に、ガスセンサ素子の抵抗値が変化するか否かを判定することで、評価を行った。 The experiment was evaluated by determining whether the resistance value of the gas sensor element changes when the battery voltage VB is changed under the condition that the specific gas concentration in the measurement target gas is kept constant. .
実験では、電源装置191(定格出力12[V])の出力電圧(バッテリ電圧VB)を方形波(パルス波)とすることで、バッテリ電圧VBを強制的に変動させた。このときの方形波は、電圧値をローレベル電圧(10.5[V])とハイレベル電圧(13.5[V])とに交互に切り替えることで発生させたものであり、さらに、切替周期を1[Hz]〜100[Hz]の間で変動させて発生させた波形である。なお、方形波は、300秒にわたり発生させた。 In the experiment, the battery voltage VB was forcibly varied by setting the output voltage (battery voltage VB) of the power supply device 191 (rated output 12 [V]) to a square wave (pulse wave). The square wave at this time is generated by alternately switching the voltage value between a low level voltage (10.5 [V]) and a high level voltage (13.5 [V]). It is a waveform generated by changing the period between 1 [Hz] and 100 [Hz]. A square wave was generated over 300 seconds.
また、比較例として、従来構成のガス検出装置を用いて実験を実施しており、従来構成では、ヒータ制御におけるバッテリ電圧の検出タイミングがPWM制御の3周期に1回の割合となるように設定されている。また、比較例における電源装置(定格出力12[V])の出力電圧(バッテリ電圧VB)は、本実施形態のガス検出装置150と同様の条件で強制的に変動させた。 In addition, as a comparative example, an experiment was performed using a gas detection device having a conventional configuration. In the conventional configuration, the detection timing of the battery voltage in the heater control is set to a ratio of once every three PWM control cycles. Has been. Further, the output voltage (battery voltage VB) of the power supply device (rated output 12 [V]) in the comparative example was forcibly varied under the same conditions as those of the gas detection device 150 of the present embodiment.
図7に従来構成のガス検出装置における実験結果を示し、図8に本実施形態のガス検出装置150における実験結果を示す。
なお、図7および図8では、G素子2の抵抗値(G素子信号)およびD素子3の抵抗値(D素子信号)に相当する信号を、マイコン内センサ信号として表している。
FIG. 7 shows the experimental results in the conventional gas detector, and FIG. 8 shows the experimental results in the gas detector 150 of the present embodiment.
7 and 8, signals corresponding to the resistance value of the G element 2 (G element signal) and the resistance value of the D element 3 (D element signal) are represented as sensor signals in the microcomputer.
また、両構成のガス検出装置でのガス検知判定処理は、上述したように、特開2005−308451号公報にて開示された処理にて実行している。
図7に示すように、従来構成のガス検出装置においては、測定対象ガスにおける特定ガス濃度が一定であるにもかかわらず、G素子信号およびD素子信号はいずれも変動しており、G素子信号およびD素子信号に基づき判断される特定ガス濃度の判定値(図7では出力レベルとして記載)が変動していることが判る。
In addition, the gas detection determination process in the gas detectors of both configurations is executed by the process disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-308451 as described above.
As shown in FIG. 7, in the gas detector of the conventional configuration, the G element signal and the D element signal both fluctuate despite the specific gas concentration in the measurement target gas being constant. It can be seen that the determination value of the specific gas concentration determined based on the D element signal (described as the output level in FIG. 7) fluctuates.
つまり、従来構成のガス検出装置においては、バッテリ電圧VBが短期間の繰り返し変動を生じた場合には、ヒータ制御が不安定となりガスセンサ素子の温度が変動してしまい、特定ガス濃度が変化していないにも拘わらず、センサ検出信号(本実施形態では、センサ素子の抵抗値に応じた信号)が変動してしまい、特定ガス濃度の判定精度が低下することがわかる。 In other words, in the conventional gas detection device, when the battery voltage VB repeatedly fluctuates for a short time, the heater control becomes unstable, the temperature of the gas sensor element fluctuates, and the specific gas concentration changes. In spite of the absence, the sensor detection signal (in this embodiment, a signal corresponding to the resistance value of the sensor element) fluctuates, and the determination accuracy of the specific gas concentration is lowered.
これに対して、本実施形態のガス検出装置150は、図8に示すように、バッテリ電圧VBが短期間の繰り返し変動を生じた場合であっても、G素子信号およびD素子信号はいずれもほぼ一定値を示している。このため、ガス検出装置150においては、バッテリ電圧VBが変動した場合であっても、G素子信号およびD素子信号に基づき判断される特定ガス濃度の判定結果は変化していない(図示省略)。 On the other hand, as shown in FIG. 8, the gas detection device 150 of the present embodiment has both the G element signal and the D element signal even when the battery voltage VB undergoes a short-term repeated fluctuation. It shows an almost constant value. For this reason, in the gas detection device 150, even when the battery voltage VB varies, the determination result of the specific gas concentration determined based on the G element signal and the D element signal is not changed (not shown).
以上説明したように、本実施形態のガス検出装置150は、PWM制御の1周期のうちヒータへの通電時間帯(電圧印加実行時間Ton)において、複数回にわたりバッテリ電圧VBを検出し、検出したバッテリ電圧VBに基づいてヒータ4に供給した供給済み電力量ΣWiを演算している。このため、ガス検出装置150は、ヒータ4への電圧印加中にバッテリ電圧VBが変動した場合でも、実際にヒータ4へ供給した供給済み電力量ΣWiを変動するバッテリ電圧VBに基づいて判定可能に構成されている。 As described above, the gas detection device 150 of the present embodiment detects and detects the battery voltage VB a plurality of times in the energization time zone (voltage application execution time Ton) of the heater in one cycle of PWM control. The supplied power amount ΣWi supplied to the heater 4 is calculated based on the battery voltage VB. For this reason, even when the battery voltage VB fluctuates during voltage application to the heater 4, the gas detection device 150 can determine the supplied power amount ΣWi actually supplied to the heater 4 based on the fluctuating battery voltage VB. It is configured.
つまり、ガス検出装置150は、ヒータ4への通電開始後にバッテリ電圧VBが変動した場合でも、ヒータ4に対して実際に供給された電力量を判定できることから、ヒータ4への供給電力量を精度良く目標電力量に近づけることができる。このため、ガス検出装置150は、ヒータ4への供給電力量の誤差を小さくできることから、ヒータ4によるガスセンサ素子(G素子2、D素子3)の温度制御における制御精度を向上でき、ガスセンサ素子の温度制御が良好となる。 That is, the gas detection device 150 can determine the amount of power actually supplied to the heater 4 even when the battery voltage VB fluctuates after the energization of the heater 4 is started. It can approach the target power amount well. For this reason, since the gas detection device 150 can reduce the error in the amount of power supplied to the heater 4, it can improve the control accuracy in the temperature control of the gas sensor elements (G element 2 and D element 3) by the heater 4. Good temperature control.
このことから、ガス検出装置150は、温度変動によるガスセンサ素子の活性化状態の変化を抑制でき、特定ガス濃度が一定であるにもかかわらずセンサ抵抗値が変動するなどの現象が発生するのを防止できる。 From this, the gas detection device 150 can suppress the change in the activation state of the gas sensor element due to the temperature fluctuation, and the phenomenon that the sensor resistance value fluctuates even though the specific gas concentration is constant. Can be prevented.
よって、ガス検出装置150は、ヒータ4への通電開始後にバッテリ電圧VBが変動した場合でも、ヒータ4への供給電力量に誤差が生じ難く、ヒータ4によるガスセンサ素子の温度制御における制御精度を向上できることから、温度変動によるガスセンサ素子の活性化状態の変化を抑制でき、ガス検出精度の低下を抑制することができる。 Therefore, the gas detection device 150 is less likely to cause an error in the amount of power supplied to the heater 4 even when the battery voltage VB fluctuates after the energization of the heater 4 is started, and improves the control accuracy in the temperature control of the gas sensor element by the heater 4. Since it can do, the change of the activation state of the gas sensor element by a temperature change can be suppressed, and the fall of gas detection accuracy can be suppressed.
なお、ガス検出装置150は、ヒータ制御割り込み処理を実行することで、ヒータ4への通電時間帯のうちバッテリ電圧VBの検出時期を境界として分割される単位時間帯毎に、ヒータ4に供給された単位時間供給電力量W(n)を演算している(S380)。 The gas detection device 150 is supplied to the heater 4 for each unit time zone divided by the detection time of the battery voltage VB in the energization time zone to the heater 4 by executing the heater control interruption process. The unit time supply power amount W (n) is calculated (S380).
また、ヒータ制御割り込み処理では、バッテリ電圧VBが検出されると(S370)、当該検出時期を終期とする単位時間帯における単位時間供給電力量W(n)が供給電力残量変数SW(n−1)よりも小さいか否かを判定する(S390)。 Further, in the heater control interrupt process, when the battery voltage VB is detected (S370), the unit time supply power amount W (n) in the unit time zone that ends the detection time is changed to the supply power remaining amount variable SW (n− It is determined whether it is smaller than 1) (S390).
そして、S390において肯定判定された場合(単位時間供給電力量W(n)が供給電力残量変数SW(n−1)よりも小さい場合)には、S400において、供給電力残量変数SW(n−1)から単位時間供給電力量W(n)を減算した値を供給電力残量変数SW(n)に再設定する。また、S390において否定判定された場合(単位時間供給電力量W(n)が供給電力残量変数SW(n−1)以上である場合)には、供給済み電力量が目標電力量以上に到達したと判定して、S410にて、ヒータへの通電を停止する。 If an affirmative determination is made in S390 (when the unit time supply power amount W (n) is smaller than the supply power remaining amount variable SW (n−1)), in S400, the supply power remaining amount variable SW (n -1), the value obtained by subtracting the unit time supply power amount W (n) is reset in the supply power remaining amount variable SW (n). Further, when a negative determination is made in S390 (when the unit time supply power amount W (n) is equal to or greater than the supply power remaining amount variable SW (n-1)), the supplied power amount reaches the target power amount or more. In step S410, energization of the heater is stopped.
なお、供給電力残量変数SW(n)は、PWM制御の1周期毎に、ヒータ4への通電開始前において、S320での処理により初期値SW(0)が設定される。この初期値SW(0)は、目標電力量であって、ガス検出素子を活性化温度まで加熱するにあたり、PWM制御の1周期においてヒータ4へ供給すべき電力量である。 The supplied power remaining amount variable SW (n) is set to the initial value SW (0) by the process in S320 before the energization of the heater 4 is started for each cycle of the PWM control. This initial value SW (0) is the target power amount, and is the power amount to be supplied to the heater 4 in one cycle of PWM control when the gas detection element is heated to the activation temperature.
つまり、ガス検出装置150は、PWM制御の1周期でヒータへ供給すべき電力量を供給電力残量変数SW(n)の初期値SW(0)として設定し、バッテリ電圧VBが検出される毎に供給電力残量変数SW(n−1)から単位時間供給電力量W(n)を減算していき、単位時間供給電力量W(n)が供給電力残量変数SW(n−1)以上になると、ヒータ4への通電を停止する構成である。 That is, the gas detection device 150 sets the amount of power to be supplied to the heater in one cycle of PWM control as the initial value SW (0) of the remaining power supply variable SW (n), and each time the battery voltage VB is detected. Is subtracted from the power supply remaining amount variable SW (n−1), and the unit time supply power amount W (n) is equal to or greater than the power supply remaining amount variable SW (n−1). Then, the power supply to the heater 4 is stopped.
なお、単位時間供給電力量W(n)は、ヒータ4への通電時間帯(電圧印加実行時間Ton)のうちバッテリ電圧VBの検出時期を境界として分割される単位時間帯において、実際にヒータに供給された電力量であることから、ヒータ4への通電開始後にバッテリ電圧VBが変動した場合でも、ヒータ4に対して実際に供給された電力量に応じた値となる。 The unit time power supply W (n) is actually applied to the heater in the unit time zone divided by the detection time of the battery voltage VB in the energization time zone (voltage application execution time Ton) to the heater 4. Since the electric power is supplied, even when the battery voltage VB fluctuates after the energization of the heater 4 is started, the electric power is a value corresponding to the electric power actually supplied to the heater 4.
また、ガス検出装置150は、単位時間供給電力量W(n)が供給電力残量変数SW(n−1)以上になると、S390において否定判定されて、ヒータへの通電を停止するが、このときの単位時間供給電力量W(n)と供給電力残量変数SW(n−1)との差分値は、実際にヒータ4へ供給した供給済み電力量ΣWiのうち補正後目標電力量SW(0)を超過した過剰供給電力量AWに相当する。 Further, when the unit time supply power amount W (n) becomes equal to or greater than the supply power remaining amount variable SW (n−1), the gas detection device 150 makes a negative determination in S390 and stops energizing the heater. The difference between the unit time supply power amount W (n) and the remaining power supply variable SW (n−1) is the corrected target power amount SW (of the supplied power amount ΣWi actually supplied to the heater 4. This corresponds to the excessive power supply amount AW exceeding 0).
このため、S390において否定判定された場合に、S420において、単位時間供給電力量W(n)から供給電力残量変数SW(n−1)の値を差し引いた値を過剰供給電力量AWとして演算することで、実際にヒータ4へ供給した供給済み電力量ΣWiのうち補正後目標電力量SW(0)を超過した過剰供給電力量AWを得ることができる。 For this reason, when a negative determination is made in S390, a value obtained by subtracting the value of the remaining power supply variable SW (n−1) from the unit time supply power W (n) is calculated as the excess supply power AW in S420. By doing so, it is possible to obtain an excessive supply electric energy AW that exceeds the corrected target electric energy SW (0) in the supplied electric energy ΣWi that is actually supplied to the heater 4.
そして、ヒータ制御割り込み処理では、前回周期の過剰供給電力量AWを用いて演算された補正後目標電力量SW(0)を用いてヒータ4への供給電力量を制御する。
これにより、ガス検出装置150は、前回周期および今回周期での供給電力量の平均値を基本目標電力量Wに近づけることができ、ヒータ4への供給電力量の誤差をより一層小さくすることができる。
In the heater control interruption process, the power supply amount to the heater 4 is controlled using the corrected target power amount SW (0) calculated using the excessive supply power amount AW of the previous cycle.
Thereby, the gas detection device 150 can bring the average value of the power supply amount in the previous cycle and the current cycle closer to the basic target power amount W, and can further reduce the error of the power supply amount to the heater 4. it can.
よって、ガス検出装置150によれば、実際にヒータ4へ供給した電力量が目標電力量を上回って過剰供給電力量AWが生じた場合であっても、複数の周期における平均値としての供給電力量の誤差をより一層小さくすることができ、ガスセンサ素子の温度制御における制御精度をさらに向上できる。 Therefore, according to the gas detection device 150, even when the amount of power actually supplied to the heater 4 exceeds the target power amount and the excessive supply power amount AW occurs, the supply power as an average value in a plurality of cycles The amount error can be further reduced, and the control accuracy in the temperature control of the gas sensor element can be further improved.
なお、本実施形態においては、G素子2およびD素子3が特許請求の範囲に記載のガスセンサ素子に相当し、S140を実行するマイコン101がガス検知判定手段に相当している。 In the present embodiment, the G element 2 and the D element 3 correspond to the gas sensor elements described in the claims, and the microcomputer 101 that executes S140 corresponds to the gas detection determination unit.
また、ヒータ制御割り込み処理を実行するマイコン101が供給電力制御手段に相当し、バッテリ電圧VBが電源出力電圧に相当し、S370を実行するマイコン101および電圧検出回路180が電源出力電圧検出手段に相当し、S380およびS400を実行するマイコン101が供給済み電力演算手段に相当している。 Further, the microcomputer 101 that executes the heater control interrupt process corresponds to the supply power control means, the battery voltage VB corresponds to the power supply output voltage, and the microcomputer 101 that executes S370 and the voltage detection circuit 180 correspond to the power supply output voltage detection means. The microcomputer 101 that executes S380 and S400 corresponds to the supplied power calculation means.
さらに、S420を実行するマイコン101が過剰供給電力量演算手段に相当し、S320を実行するマイコン101が補正後目標電力量演算手段に相当し、S380を実行するマイコン101が単位供給電力量演算手段に相当している。 Further, the microcomputer 101 that executes S420 corresponds to the excessive power supply amount calculating means, the microcomputer 101 that executes S320 corresponds to the corrected target power amount calculating means, and the microcomputer 101 that executes S380 is the unit supplied power amount calculating means. It corresponds to.
また、S320を実行するマイコン101が供給電力残量変数初期設定手段と、S390を実行するマイコン101が変数判定手段に相当し、S400を実行するマイコン101が供給電力残量変数再設定手段に相当し、S410を実行するマイコン101がヒータ通電停止手段に相当している。 Further, the microcomputer 101 executing S320 corresponds to a supplied power remaining amount variable initial setting unit, the microcomputer 101 executing S390 corresponds to a variable determining unit, and the microcomputer 101 executing S400 corresponds to a supplied power remaining amount variable resetting unit. The microcomputer 101 that executes S410 corresponds to heater energization stopping means.
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、上記の実施形態では、ヒータ制御割り込み処理の実行周期TBが「PWM制御における1周期の1/128」に設定されているが、実行周期TBは、上記数値に限定されることはなく、バッテリ電圧の変動が生じた場合でもヒータへの供給電力量を適切に目標値に制御できる範囲内で設定すればよい。例えば、実行周期TBを「PWM制御における1周期の1/100」以下に設定することで、バッテリ電圧の変動を適切に検出でき、バッテリ電圧の変動に応じてヒータへの供給電力量を適切に制御することができる。
As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited to the said Example, A various aspect can be taken.
For example, in the above embodiment, the execution cycle TB of the heater control interrupt process is set to “1/128 of one cycle in PWM control”, but the execution cycle TB is not limited to the above numerical value. Even when the battery voltage fluctuates, the power supply amount to the heater may be set within a range that can be appropriately controlled to the target value. For example, by setting the execution cycle TB to “1/100 of one cycle in PWM control” or less, it is possible to appropriately detect battery voltage fluctuations, and to appropriately supply the amount of power supplied to the heater according to battery voltage fluctuations. Can be controlled.
また、ヒータへの供給電力量、ヒータへの印加電圧、電源装置の定格出力電圧などは、上記実施形態の数値に限られることはなく、用途などに応じて他の数値を設定することも可能である。 In addition, the amount of power supplied to the heater, the applied voltage to the heater, the rated output voltage of the power supply device, etc. are not limited to the values in the above embodiment, and other values can be set according to the application. It is.
さらに、ヒータへの供給電力量(基本目標電力量W)は、一定値に限られることはなく、外部条件(周囲温度など)の変化に応じて設定される可変値としてもよい。
また、ガス検出装置の用途は、車両用外気導入制御システムに限られることはなく、他の用途(例えば、排気ガス制御、空燃比制御など)に用いることもできる。
Furthermore, the amount of power supplied to the heater (basic target power amount W) is not limited to a constant value, and may be a variable value set in accordance with changes in external conditions (such as ambient temperature).
Further, the use of the gas detection device is not limited to the vehicle outside air introduction control system, and can be used for other uses (for example, exhaust gas control, air-fuel ratio control, etc.).
1…セラミック基板、2…還元性ガス用ガスセンサ素子(G素子)、3…酸化性ガス用ガスセンサ素子(D素子)、4…ヒータ、10…一体型ガスセンサ素子、100…車両用外気導入制御システム、101…マイクロコンピュータ(マイコン)、110…G素子回路、120…D素子回路、131…ヒータ回路、132…スイッチング回路、140…レギュレータ回路、150…ガス検出装置、160…電子制御アセンブリ、174…外気導入用フラップ、180…電圧検出回路、191…電源装置(バッテリ)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ceramic substrate, 2 ... Gas sensor element for reducing gas (G element), 3 ... Gas sensor element for oxidizing gas (D element), 4 ... Heater, 10 ... Integrated gas sensor element, 100 ... Outside air introduction control system for vehicles DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Microcomputer (microcomputer), 110 ... G element circuit, 120 ... D element circuit, 131 ... Heater circuit, 132 ... Switching circuit, 140 ... Regulator circuit, 150 ... Gas detector, 160 ... Electronic control assembly, 174 ... External air introduction flap, 180 ... voltage detection circuit, 191 ... power supply device (battery).
Claims (4)
電源装置からの電力供給により発熱して前記ガスセンサ素子を加熱するヒータと、
前記センサ抵抗値の変化に基づき測定対象ガスにおける前記特定ガスの濃度変化を判定するガス検知判定手段と、
を有するガス検出装置であって、
前記ヒータへの印加電圧のPWM制御により前記電源装置から前記ヒータへの供給電力量を制御する供給電力制御手段と、
前記PWM制御の1周期のうち前記ヒータへの通電時間帯において、前記電源装置から出力される電源出力電圧を複数回にわたり検出する電源出力電圧検出手段と、
前記PWM制御の1周期毎に、前記ヒータへの通電開始後に前記ヒータに供給された供給済み電力量を、前記電源出力電圧検出手段により検出された前記電源出力電圧に基づいて演算する供給済み電力演算手段と、
を備えており、
前記供給電力制御手段は、前記ガスセンサ素子を活性化温度に加熱するための目標電力量を前記ヒータに対して供給するにあたり、前記PWM制御の1周期毎に、前記ヒータへの通電開始後、前記供給済み電力演算手段により演算される前記供給済み電力量が前記目標電力量以上であるか否かを判断し、前記供給済み電力量が前記目標電力量以上になると、前記ヒータへの通電を停止すること、
を特徴とするガス検出装置。 A gas sensor element whose sensor resistance value changes according to the concentration of the specific gas;
A heater that heats the gas sensor element by generating heat by power supply from a power supply device;
Gas detection determination means for determining a change in concentration of the specific gas in the measurement target gas based on a change in the sensor resistance value;
A gas detection device comprising:
Supply power control means for controlling the amount of power supplied from the power supply device to the heater by PWM control of the voltage applied to the heater;
Power supply output voltage detection means for detecting the power supply output voltage output from the power supply device a plurality of times in the energization time zone of the heater in one cycle of the PWM control;
Supplyed power for calculating the supplied power amount supplied to the heater after the start of energization to the heater based on the power supply output voltage detected by the power supply output voltage detection means for each cycle of the PWM control. Computing means;
With
In supplying the target power amount for heating the gas sensor element to the activation temperature to the heater, the supply power control means, after the start of energization to the heater, for each cycle of the PWM control, It is determined whether the supplied power amount calculated by the supplied power calculation means is equal to or greater than the target power amount. When the supplied power amount is equal to or greater than the target power amount, energization of the heater is stopped. To do,
A gas detection device characterized by the above.
予め定められた基本目標電力量から前回周期の前記過剰供給電力量を差し引いた補正後目標電力量を前記目標電力量として演算する補正後目標電力量演算手段と、
を備え、
前記供給電力制御手段は、前記ヒータへの通電開始後、前記供給済み電力演算手段により演算される前記供給済み電力量と、前記補正後目標電力量演算手段により演算された前記補正後目標電力量とを比較し、前記供給済み電力量が前記補正後目標電力量以上になると、前記ヒータへの通電を停止すること、
を特徴とする請求項1に記載のガス検出装置。 Excess supply power amount calculation means for calculating an excess supply power amount obtained by subtracting the target power amount of the cycle from the supplied power amount from the start time of power supply to the heater to the stop time of power supply for each cycle of the PWM control. When,
A corrected target power amount calculating means for calculating, as the target power amount, a corrected target power amount obtained by subtracting the excess supply power amount of the previous cycle from a predetermined basic target power amount;
With
The supply power control means includes the supplied power amount calculated by the supplied power calculation means after the start of energization to the heater, and the corrected target power amount calculated by the corrected target power amount calculation means. And when the supplied power amount is equal to or greater than the corrected target power amount, stopping energization of the heater,
The gas detection device according to claim 1.
前記供給電力制御手段は、
前記PWM制御の1周期毎に、前記ヒータへの通電開始前において、当該周期で前記ヒータに供給すべき電力量の残量を表す供給電力残量変数の初期値として前記目標電力量を設定する供給電力残量変数初期設定手段と、
前記ヒータへの通電開始後、前記電源出力電圧検出手段により前記電源出力電圧が検出されると、当該電圧検出時期を終期とする前記単位時間帯における前記単位時間供給電力量と、当該電圧検出時期に設定されている前記供給電力残量変数とを比較し、前記単位時間供給電力量が前記供給電力残量変数よりも小さいか否かを判定する変数判定手段と、
前記変数判定手段において肯定判定された場合に、前記供給電力残量変数から前記単位時間供給電力量を減算した値を前記供給電力残量変数に再設定する供給電力残量変数再設定手段と、
前記変数判定手段において否定判定された場合に、前記供給済み電力量が前記目標電力量以上であると判定して、前記ヒータへの通電を停止するヒータ通電停止手段と、
を備えること、
を特徴とする請求項1または請求項2に記載のガス検出装置。 The supplied power calculating means is, for each unit time zone divided with the detection time of the power supply output voltage by the power supply output voltage detection means as a boundary in the energization time zone to the heater, in the unit time zone. A unit supply power amount calculating means for calculating a unit time supply power amount supplied to the heater;
The supply power control means includes
For each cycle of the PWM control, before starting energization to the heater, the target power amount is set as an initial value of a supply power remaining amount variable indicating the remaining amount of power to be supplied to the heater in the cycle. Supply power remaining variable initial setting means;
When the power supply output voltage is detected by the power supply output voltage detection means after the start of energization of the heater, the unit time supply power amount in the unit time zone that ends the voltage detection time, and the voltage detection time Variable determination means for comparing the supply power remaining amount variable set to the above and determining whether the unit time supply power amount is smaller than the supply power remaining amount variable;
A supply power remaining amount variable resetting unit that resets a value obtained by subtracting the unit time supply power amount from the supply power remaining amount variable to the supply power remaining amount variable when an affirmative determination is made in the variable determination unit;
A heater energization stopping unit that determines that the supplied power amount is equal to or greater than the target power amount when the variable determination unit makes a negative determination, and stops energization of the heater;
Providing
The gas detection device according to claim 1, wherein:
前記供給電力制御手段は、
前記PWM制御の1周期毎に、前記ヒータへの通電開始前において、当該周期で前記ヒータに供給すべき電力量の残量を表す供給電力残量変数の初期値として前記目標電力量を設定する供給電力残量変数初期設定手段と、
前記ヒータへの通電開始後、前記電源出力電圧検出手段により前記電源出力電圧が検出されると、当該電圧検出時期を終期とする前記単位時間帯における前記単位時間供給電力量と、当該電圧検出時期に設定されている前記供給電力残量変数とを比較し、前記単位時間供給電力量が前記供給電力残量変数よりも小さいか否かを判定する変数判定手段と、
前記変数判定手段において肯定判定された場合に、前記供給電力残量変数から前記単位時間供給電力量を減算した値を前記供給電力残量変数に再設定する供給電力残量変数再設定手段と、
前記変数判定手段において否定判定された場合に、前記供給済み電力量が前記目標電力量以上であると判定して、前記ヒータへの通電を停止するヒータ通電停止手段と、
を備え、
前記過剰供給電力量演算手段は、前記変数判定手段において否定判定された場合に、前記単位時間供給電力量から前記供給電力残量変数の値を差し引いた値を前記過剰供給電力量として演算すること、
を特徴とする請求項2に記載のガス検出装置。 The supplied power calculating means is, for each unit time zone divided with the detection time of the power supply output voltage by the power supply output voltage detection means as a boundary in the energization time zone to the heater, in the unit time zone. A unit supply power amount calculating means for calculating a unit time supply power amount supplied to the heater;
The supply power control means includes
For each cycle of the PWM control, before starting energization to the heater, the target power amount is set as an initial value of a supply power remaining amount variable indicating the remaining amount of power to be supplied to the heater in the cycle. Supply power remaining variable initial setting means;
When the power supply output voltage is detected by the power supply output voltage detection means after the start of energization of the heater, the unit time supply power amount in the unit time zone that ends the voltage detection time, and the voltage detection time Variable determination means for comparing the supply power remaining amount variable set to the above and determining whether the unit time supply power amount is smaller than the supply power remaining amount variable;
A supply power remaining amount variable resetting unit that resets a value obtained by subtracting the unit time supply power amount from the supply power remaining amount variable to the supply power remaining amount variable when an affirmative determination is made in the variable determination unit;
A heater energization stopping unit that determines that the supplied power amount is equal to or greater than the target power amount when the variable determination unit makes a negative determination, and stops energization of the heater;
With
The excess supply power amount calculation means calculates, as the excess supply power amount, a value obtained by subtracting the value of the remaining power supply variable from the unit time supply power amount when a negative determination is made by the variable determination means. ,
The gas detection device according to claim 2.
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