JP6871080B2 - 制御状態設定装置およびセンサ制御システム - Google Patents

Description

本開示は、制御状態設定装置およびセンサ制御システムに関する。

センサ素子およびヒータ部を備えるセンサを制御するセンサ制御部が知られている。このようなセンサ制御部によるセンサの制御状態を設定する制御状態設定装置が知られている。また、センサ制御部および制御状態設定装置を備えるセンサ制御システムが知られている（特許文献１）。

センサ制御部としては、センサ素子の状態を検出する素子状態検出部と、ヒータ部を制御するヒータ制御部と、を備えるものがある。このような構成のセンサ制御部は、外部からのヒータ制御モード指令および素子状態検出モード指令に基づいて、センサ素子の状態を検出して、その検出結果に基づいてヒータ部の発熱状態を制御するように構成されている。

制御状態設定装置は、センサ制御部に対してヒータ制御モード指令および素子状態検出モード指令を送信することで、センサ制御部によるセンサの制御状態を設定するように構成されている。

特開２０１３−２１０３６１号公報

しかし、センサの用途によっては、センサ制御部のみでセンサ素子およびヒータ部を制御する構成ではなく、センサ制御部を用いてセンサ素子を制御するとともに、センサ制御部とは別に設けられた個別ヒータ制御部を用いてヒータ部を制御する構成を採用することがある。

このような構成においては、個別ヒータ制御部がヒータ部の制御を行うため、センサ制御部は、実際のヒータ部の制御状態を判断できず、センサ素子の状態検出タイミングをヒータ部の制御状態が考慮された時期に設定することが困難となる。

そこで、本開示は、センサ素子およびヒータ部を備えるセンサの制御において、センサ制御部とは別の個別ヒータ制御部を用いてヒータ部を制御する場合でも、センサ素子の状態検出タイミングをヒータ部の制御状態が考慮された時期に設定できる制御状態判定装置を提供すること、およびそのような制御状態判定装置を備えるセンサ制御システムを提供することを目的とする。

本開示の一態様は、センサ制御部によるセンサの制御状態を設定する制御状態設定装置であって、モード設定部を備える制御状態設定装置である。
センサ制御部は、センサ素子およびヒータ部を備えるセンサを制御するように構成されている。センサ制御部は、素子状態検出部と、内蔵ヒータ制御部と、を備える。

素子状態検出部は、外部からのヒータ制御モード指令および素子状態検出モード指令に基づいて、ヒータ制御モード指令および素子状態検出モード指令がいずれもモードＯＮ指令である場合に、センサ素子の状態を検出するように構成されている。内蔵ヒータ制御部は、ヒータ制御モード指令に基づいて、ヒータ制御モード指令がモードＯＮ指令である場合に、ヒータ部を制御するように構成されている。

ヒータ部は、内蔵ヒータ制御部ではなく、センサ制御部とは別に設けられた個別ヒータ制御部から出力されるパルス通電信号により通電制御される構成である。
モード設定部は、センサ制御部に対して出力するヒータ制御モード指令および素子状態検出モード指令を、個別ヒータ制御部によるヒータ部へのパルス通電信号に基づいて設定するように構成されている。モード設定部は、個別ヒータ制御部から出力される前記パルス通電信号のうちで予め定められた特定の通電状態を表す検出トリガ情報を受け取ると、センサ制御部に対して出力するヒータ制御モード指令および素子状態検出モード指令をそれぞれＯＮ状態に設定する。

この制御状態設定装置においては、モード設定部が個別ヒータ制御部によるヒータ部へのパルス通電信号に基づいてヒータ制御モード指令および素子状態検出モード指令を設定するため、センサ制御部の素子状態検出部は、実際のヒータ制御状態に応じてセンサ素子の状態検出時期を設定できる。

このような制御状態設定装置によれば、センサ制御部の内蔵ヒータ制御部によるヒータ制御ではなく、別に設けられた個別ヒータ制御部によるヒータ制御によりセンサのヒータ部を制御する構成であっても、素子状態検出部によるセンサ素子の状態検出時期を適切に設定できる。このため、この制御状態設定装置を用いることで、個別ヒータ制御部がヒータ制御を行う構成であっても、内蔵ヒータ制御部を備えるセンサ制御部を改造することなく、そのままセンサ素子の状態検出が可能となる。

よって、この制御状態設定装置によれば、センサ素子およびヒータ部を備えるセンサの制御において、センサ制御部とは別の個別ヒータ制御部を用いてヒータ部を制御する場合でも、センサ素子の状態検出タイミングを個別ヒータ制御部によるヒータ部の制御状態（パルス通電信号による通電制御状態）が考慮された時期に設定できる。つまり、この制御状態設定装置によれば、センサ制御部とは別の個別ヒータ制御部を用いてヒータ部を制御する場合でも、内蔵ヒータ制御部を備えるセンサ制御部を用いてセンサを制御することが可能となる。

次に、上記の制御状態設定装置においては、検出トリガ情報は、パルス通電信号におけるＯＮからＯＦＦへの切り替え時期を示すＯＦＦエッジ信号であってもよい。
このように、ＯＦＦエッジ信号を検出トリガ情報として利用することで、モード設定部は、個別ヒータ制御部からヒータ部に出力されるパルス通電信号がＯＦＦ状態である時期を判定できる。このため、モード設定部は、検出トリガ情報がＯＦＦ状態である時期に基づいて、ヒータ制御モード指令および素子状態検出モード指令をモードＯＮ指令に設定できるとともに、素子状態検出部によるセンサ素子の状態検出タイミングを設定できる。

これにより、素子状態検出部は、実際のヒータ制御状態に基づき設定された適切なタイミングで、センサ素子の状態検出を実行できる。
なお、センサ素子の状態検出としては、例えば、センサ素子のインピーダンス測定などが挙げられる。

次に、上記の制御状態設定装置においては、センサ制御部は、内蔵ヒータ制御部によるヒータ部への供給電力量の指令値である電力指令値を外部から受け取るように構成されており、制御状態設定装置は、内蔵ヒータ制御部がヒータ部に供給可能な供給電力量の範囲のうち最小値を、電力指令値としてセンサ制御部に対して出力する電力指令値出力部を備えてもよい。

制御状態設定装置は、このような電力指令値出力部を備えることで、センサ制御部の内蔵ヒータ制御部による仮想的制御において、ヒータ部への通電をＰＷＭ制御する場合のヒータ部への通電時間を最短に設定できる。これにより、内蔵ヒータ制御部による仮想的なヒータ制御が開始された後、ヒータ部への通電が停止されるまでの時間を最短に設定できるため、ヒータ通電停止時における素子状態検出部によるセンサ素子の状態検出タイミングを早い時期に設定できる。

これにより、制御状態設定装置は、個別ヒータ制御部から検出トリガ情報を受け取った後、センサ制御部（詳細には、素子状態検出部）によるセンサ素子の状態検出までの所要時間を最短に設定することができる。

次に、上記の制御状態設定装置においては、素子状態検出部は、ヒータ制御モード指令および素子状態検出モード指令の両者がモードＯＦＦ指令からモードＯＮ指令に変更されると、センサ素子の状態を検出し、その後、ヒータ制御モード指令および素子状態検出モード指令がいずれもモードＯＮ指令である期間中は、予め定められた検出周期でセンサ素子の状態を検出してもよい。

制御状態設定装置は、センサ素子の状態検出タイミングを表す個別信号をセンサ制御部に出力する構成を採ることなく、ヒータ制御モード指令および素子状態検出モード指令の切替タイミング（モードＯＦＦ指令からモードＯＮ指令に変更するタイミング）を用いて、センサ素子の状態検出タイミングをセンサ制御部に伝達できる。

これにより、センサ制御部の改造が不要となるため、制御状態設定装置は、既存のセンサ制御部を用いつつ、センサ素子の状態検出タイミングを設定することが可能となる。
なお、「ヒータ制御モード指令および素子状態検出モード指令の両者がモードＯＦＦ指令からモードＯＮ指令に変更される」とは、２つの指令が同時に変更される場合に限られず、異なるタイミングでの変更あっても２つの指令がいずれもモードＯＮ指令に変更された場合も含む概念である。

本開示の他の一態様は、センサ制御部と、制御状態設定装置と、を備えるセンサ制御システムであって、制御状態設定装置が上述の制御状態設定装置である。
センサ制御部は、センサ素子およびヒータ部を備えるセンサを制御するように構成されている。センサ制御部は、素子状態検出部と、内蔵ヒータ制御部と、を備える。素子状態検出部は、外部からのヒータ制御モード指令および素子状態検出モード指令に基づいて、ヒータ制御モード指令および素子状態検出モード指令がいずれもモードＯＮ指令である場合に、センサ素子の状態を検出するように構成されている。内蔵ヒータ制御部は、ヒータ制御モード指令に基づいて、ヒータ制御モード指令がモードＯＮ指令である場合に、ヒータ部を制御するように構成されている。

ヒータ部は、内蔵ヒータ制御部ではなく、センサ制御部とは別に設けられた個別ヒータ制御部から出力されるパルス通電信号により通電制御される構成である。
このセンサ制御システムは、上述の制御状態設定装置を備えることから、センサ素子およびヒータ部を備えるセンサの制御において、センサ制御部とは別の個別ヒータ制御部を用いてヒータ部を制御する場合でも、内蔵ヒータ制御部を備えるセンサ制御部を用いてセンサを制御することが可能となる。

中央演算処理装置およびセンサ制御装置を備えるセンサ制御システムの概略構成図である。 ガスセンサ素子およびヒータを備えるガスセンサの概略構成図である。 モード設定処理の処理内容を表すフローチャートである。 Ｒｐｖｓ測定判定処理の処理内容を表すフローチャートである。 センサ制御システムにおける各部の状態を表すタイミングチャートである。 モード設定処理の処理内容を表すフローチャートである。 仮想ヒータ制御処理の処理内容を表すフローチャートである。 ヒータ通電制御処理の処理内容を表すフローチャートである。 Ｒｐｖｓ測定パルス制御処理の処理内容を表すフローチャートである。

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
尚、本開示は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
第１実施形態として、ガスセンサ５を制御するセンサ制御システム１について、図１を用いて説明する。

ガスセンサ５は、内燃機関の排気管に設けられており、ガスセンサ素子５ａおよびヒータ５ｂを備えている。ガスセンサ素子５ａは、測定対象ガス（排気ガスなど）における特定ガス濃度（酸素濃度）を検出するように構成されている。ヒータ５ｂは、外部からの通電により発熱する発熱抵抗体５ｃ（図２参照）を備えており、ガスセンサ素子５ａを加熱するように構成されている。

センサ制御システム１は、中央演算処理装置２（ＭＣＵ２）と、センサ制御装置３と、ヒータ通電制御回路６と、を備える。
中央演算処理装置２は、センサ制御装置３およびヒータ通電制御回路６に接続されており、各種制御処理を実行するように構成されている。センサ制御装置３は、ガスセンサ素子５ａの各種特性（インピーダンス、セルの電圧など）を検出するように構成されている。ヒータ通電制御回路６は、ヒータ５ｂの発熱量を調整するためにヒータ５ｂの通電を制御するように構成されている。

センサ制御装置３は、ガスセンサ５のうちガスセンサ素子５ａに接続されている。センサ制御装置３は、ガスセンサ素子５ａのインピーダンスに応じて変化する素子インピーダンス信号Ｓｒｐｖｓを検出し、検出した素子インピーダンス信号Ｓｒｐｖｓを中央演算処理装置２に対して出力する。センサ制御装置３は、素子インピーダンス信号Ｓｒｐｖｓの他に、ガスセンサ素子５ａを用いて検出したガス検出信号Ｖｉｐを中央演算処理装置２に対して出力する機能を有している。なお、ガス検出信号Ｖｉｐは、ガスセンサ素子５ａが検出する特定ガスのガス濃度に応じて変化する。

ヒータ通電制御回路６は、ヒータ５ｂに接続されており、ガスセンサ素子５ａを目標温度に設定するためにヒータ５ｂへの供給電力量を制御するヒータ制御処理を実行する。ヒータ通電制御回路６は、ヒータ制御処理において、例えば、ヒータ５ｂに印加するヒータ電圧Ｖｈのデューティ比（換言すれば、ヒータ５ｂに供給するパルス信号のデューティ比）を通電制御することで、ヒータ５ｂへの供給電力量を制御するとともに、ガスセンサ素子５ａを目標温度に近づける制御を行う。ヒータ通電制御回路６は、ヒータ５ｂに印加するヒータ電圧Ｖｈの状態を表すヒータ電圧信号Ｓｖｈを、中央演算処理装置２に対して出力する。

中央演算処理装置２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインタフェース等を備えるマイクロコンピュータ２ａ（マイコン２ａ）を主体として構成されている。中央演算処理装置２は、各部から受信した各種情報を用いて各種制御処理を実行する。

例えば、中央演算処理装置２のマイコン２ａは、センサ制御装置３から受信した素子インピーダンス信号Ｓｒｐｖｓを用いてガスセンサ素子５ａの温度を検出する温度検出処理や、センサ制御装置３から受信したガス検出信号Ｖｉｐに基づき、測定対象ガス（排気ガスなど）における特定ガス濃度（酸素濃度）を検出するガス濃度検出処理を実行する。

また、中央演算処理装置２のマイコン２ａは、センサ制御装置３に対して出力する仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令Ｓｒを設定するモード設定処理を実行する。中央演算処理装置２のマイコン２ａは、ヒータ通電制御回路６から受信したヒータ電圧信号Ｓｖｈに基づいて、仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令Ｓｒを設定することで、センサ制御装置３によるガスセンサ素子５ａの素子インピーダンスＲｐｖｓの検出時期を制御する。

［１−２．ガスセンサ］
ガスセンサ５は、図２に示すように、板型のガスセンサ素子５ａと板型のヒータ５ｂとが積層されて構成されている。なお、ガスセンサ素子５ａとヒータ５ｂとの間には、補強板３０が備えられている。

ガスセンサ素子５ａは、ポンプセル１４と、多孔質拡散層１８と、起電力セル２４と、を積層することにより構成されている。
ポンプセル１４は、酸素イオン伝導性固体電解質体である部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ_２）により形成され、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された多孔質電極１２，１６を有している。なお多孔質電極１２は、多孔質状の保護層１５に覆われており、保護層１５は、多孔質電極１２の被毒を防止するための被毒防止層として備えられている。

起電力セル２４は、同じく酸素イオン伝導性固体電解質体である部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ_２）により形成され、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された多孔質電極２２，２８を有している。

ポンプセル１４のうち、中空の拡散室２０に臨む多孔質電極１６と、起電力セル２４のうちで中空の拡散室２０に臨む多孔質電極２２とは、互いに導通されるとともに、ガスセンサ素子５ａの端子ＣＯＭに接続されている。端子ＣＯＭは、通電経路４２および抵抗器Ｒを介して、センサ制御装置３のＶｃｅｎｔ点に接続されている（図１参照）。

ポンプセル１４の多孔質電極１２は、ガスセンサ素子５ａの端子Ｉｐ＋に接続され、起電力セル２４の多孔質電極２８は、ガスセンサ素子５ａの端子Ｖｓ＋に接続されている。端子Ｉｐ＋は、センサ制御装置３における第２オペアンプＯＰ２の出力端子に接続され、端子Ｖｓ＋は、通電経路４０を介して、センサ制御装置３における第４オペアンプＯＰ４の非反転入力端子＋に接続されている（図１参照）。

補強板３０は、起電力セル２４の多孔質電極２８を閉塞しつつ、多孔質電極２８の内部に基準酸素室２６を形成するように、起電力セル２４に積層されている。
ポンプセル１４と起電力セル２４との間には、多孔質拡散層１８により包囲された拡散室２０が形成されている。即ち、この拡散室２０は、多孔質拡散層１８を介して測定ガス雰囲気と連通されている。

ヒータ５ｂは、補強板３０を介して、ガスセンサ素子５ａ（ポンプセル１４、起電力セル２４）と共に一体化されている。ヒータ５ｂは、導体からなる発熱抵抗体５ｃを一対のアルミナシート８３，８５にて挟み込んだ構成である。ヒータ５ｂ（詳細には、発熱抵抗体５ｃ）は、ヒータ通電制御回路６に接続されており、通電により発熱することでポンプセル１４および起電力セル２４を加熱する。ヒータ５ｂの加熱によりポンプセル１４および起電力セル２４が活性化することで、ガスセンサ素子５ａは、ガス検出（酸素濃度検出）が可能となる。

［１−３．センサ制御装置］
次に、センサ制御装置３によるガスセンサ素子５ａを用いた酸素濃度の測定動作について説明する。

図１に示すように、センサ制御装置３は、定電流源回路６２より起電力セル２４に一定の微小電流Ｉｃｐを流しつつ、起電力セル２４の両端に発生する電圧Ｖｓが４５０ｍＶになるように、ポンプセル１４に流すポンプ電流Ｉｐを制御して、拡散室２０における酸素の汲み入れ、または汲み出しを行う。つまり、起電力セル２４の両端に発生する電圧Ｖｓが４５０ｍＶになるように、ポンプセル１４を用いて拡散室２０の酸素濃度を調整する。

ポンプセル１４に流れるポンプ電流Ｉｐの電流値及び電流方向は、排気ガス中の酸素濃度（空燃比）に応じて変化することから、このポンプ電流Ｉｐに基づいて排気ガス中の酸素濃度を算出することができる。なお、起電力セル２４に対して、拡散室２０の酸素を多孔質電極２８の側に汲み出す方向に微小電流Ｉｃｐを流すことで、基準酸素室２６は内部酸素基準源として機能する。

センサ制御装置３は、定電流源回路６２のほか、第１オペアンプＯＰ１から第５オペアンプＯＰ５、第１スイッチＳＷ１から第３スイッチＳＷ３、ＰＩＤ制御回路６９などを備えて構成されている。そして、定電流源回路６２、起電力セル２４、抵抗器Ｒは、この順に接続されて、微小電流Ｉｃｐを流す電流路を構成している。

第２オペアンプＯＰ２は、一方の入力端子がＶｃｅｎｔ点に接続され、他方の入力端子には基準電圧＋３．６Ｖが印加され、出力端子はポンプセル１４の端子Ｉｐ＋に接続されている。ＰＩＤ制御回路６９は、第１オペアンプＯＰ１を介して接続された起電力セル２４の端子Ｖｓ＋の電位とＶｃｅｎｔ点における電位との電位差が４５０ｍＶとなるように、ポンプ電流Ｉｐの大きさをＰＩＤ制御する。具体的には、ＰＩＤ制御回路６９にて、目標制御電圧（４５０ｍＶ）と起電力セル２４の両端に発生する電圧Ｖｓとの偏差がＰＩＤ演算され、第２オペアンプＯＰ２にフィードバックされることで、第２オペアンプＯＰ２は、ポンプセル１４にポンプ電流Ｉｐを流す。

センサ制御装置３は、ポンプ電流Ｉｐの大きさを検出し、電圧信号に変換する検出抵抗Ｒ１と、この検出抵抗Ｒ１の両端電圧（電位Ｖｃｅｎｔと電位Ｖｐｉｄとの差分）を差動増幅してガス検出信号（Ｖｉｐ信号）として出力する差動増幅回路６１とを備えている。このガス検出信号（Ｖｉｐ信号）は、ガス検出信号出力端子４３から中央演算処理装置２に対して出力される。

中央演算処理装置２（マイコン２ａ）は、ガス検出信号（Ｖｉｐ信号）を図示しないＡ／Ｄ変換回路にてデジタル値に変換した後に、保持しているマップまたは計算式に基づき、ガス検出信号（Ｖｉｐ信号）に対応する酸素濃度値を算出する酸素濃度算出処理を実行する。

次に、センサ制御装置３における起電力セル２４の素子インピーダンス（素子温度）測定動作について説明する。
センサ制御装置３において、第１オペアンプＯＰ１は、第１コンデンサＣ１、第１スイッチＳＷ１とともにサンプルホールド回路を形成している。このサンプルホールド回路は、起電力セル２４のインピーダンス測定時に第１スイッチＳＷ１をオンからオフ状態とし、起電力セル２４の素子インピーダンス測定のための電流通電直前の起電力セル２４の両端に発生する電圧Ｖｓを保持することにより、素子インピーダンス測定直前の電圧ＶｓをＰＩＤ制御回路６９に入力する役割を果たす。

第３オペアンプＯＰ３は、第１オペアンプＯＰ１に保持されているホールド値（インピーダンス測定用の電流を通電する直前の起電力セル２４の電圧Ｖｓ）と、起電力セル２４にインピーダンス測定用の電流−Ｉｃｏｎｓｔを通電した際のＶｓ＋電位（第４オペアンプＯＰ４の出力電位）との差分に応じた電圧変化量ΔＶｓを出力する。この電圧変化量ΔＶｓは、起電力セル２４のバルク抵抗値に比例することから、起電力セル２４の素子インピーダンスＲｐｖｓを表す素子インピーダンス信号Ｓｒｐｖｓとして利用可能である。

つまり、第３オペアンプＯＰ３は、電圧変化量ΔＶｓを出力するとともに、起電力セル２４のバルク抵抗値に比例する素子インピーダンス信号Ｓｒｐｖｓを出力する。なお、素子インピーダンス信号Ｓｒｐｖｓは、起電力セル２４のバルク抵抗値に比例する特性を有している。

第３オペアンプＯＰ３から出力された素子インピーダンス信号Ｓｒｐｖｓ（電圧変化量ΔＶｓ）は、第５オペアンプＯＰ５を介して、中央演算処理装置２に出力される。
第５オペアンプＯＰ５は、第２コンデンサＣ２、第２スイッチＳＷ２、抵抗Ｒ２と共に信号ホールド回路を形成している。この信号ホールド回路は、まず、起電力セル２４のインピーダンス測定時に第２スイッチＳＷ２がオフからオン状態になると、第３オペアンプＯＰ３から電圧変化量ΔＶｓが入力される。そのあと、第２スイッチＳＷ２がオンからオフ状態になると、この信号ホールド回路は、第２スイッチＳＷ２がオン状態の時に第３オペアンプＯＰ３から出力された電圧変化量ΔＶｓを第２コンデンサＣ２にて保持するとともに、電圧変化量ΔＶｓを表す素子インピーダンス信号Ｓｒｐｖｓを素子インピーダンス信号出力端子４１を介して中央演算処理装置２に対して出力する。

このようにしてセンサ制御装置３は、素子インピーダンス信号出力端子４１から中央演算処理装置２に対して電圧変化量ΔＶｓを表す素子インピーダンス信号Ｓｒｐｖｓを出力する。

なお、センサ制御装置３において、第１スイッチＳＷ１は、第１オペアンプＯＰ１、即ち、サンプルホールド回路における電圧ホールド動作を制御する。また、第２スイッチＳＷ２は、３個備えられており、起電力セル２４の抵抗値測定用（インピーダンス検出用）の一定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流すための電流源６３，６５をオン・オフ制御するための２個と、信号ホールド回路における信号ホールド動作を制御するための１個である。さらに、第３スイッチＳＷ３は、２個備えられており、第２スイッチＳＷ２にて流される抵抗値測定用の電流−Ｉｃｏｎｓｔとは逆極性の一定電流＋Ｉｃｏｎｓｔを流すための電流源６４，６６をオン・オフ制御するための２個である。

なお、一定電流＋Ｉｃｏｎｓｔは、電流−Ｉｃｏｎｓｔとは逆極性のパルス信号である。このように起電力セル２４に逆極性信号を流すことにより、起電力セル２４を構成する固体電解質体の配向現象によって内部起電力が影響を受けて本来の酸素濃度差に応じた内部起電力値を出力しない異常な状態から、正常な状態に復帰するまでの時間を短縮することができる。

スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３は、制御部５９からの指令に基づいて状態（オン状態、オフ状態）が制御される。
なお、制御部５９は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインタフェース等を備えるマイクロコンピュータを主体として構成されている。制御部５９は、中央演算処理装置２からの指令に基づき、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の状態を制御するスイッチ制御処理を実行する。

センサ制御装置３は、ガスセンサのヒータを制御するための内蔵ヒータ制御部６０を備えている。内蔵ヒータ制御部６０は、制御部５９からの指令に基づいてヒータへ印加する仮想ヒータ電圧Ｖｈｉを制御することで、ヒータへの供給電力量を制御するヒータ制御処理を実行することができる。内蔵ヒータ制御部６０は、ヒータ制御処理において、例えば、パルス状の仮想ヒータ電圧Ｖｈｉのデューティ比を制御することで、ヒータへの供給電力量を制御するとともに、ヒータの加熱対象であるガスセンサ素子を目標温度に近づける制御を行うことができる。

つまり、センサ制御装置３は、制御部５９を用いてガスセンサ素子５ａの素子インピーダンスＲｐｖｓ（素子温度）を検出するとともに、内蔵ヒータ制御部６０を用いてガスセンサ素子５ａを目標温度に制御することが可能に構成されている。

ただし、上述のように、本実施形態のセンサ制御システム１では、内蔵ヒータ制御部６０はヒータ５ｂとは接続されておらず、ヒータ５ｂを通電制御する主体は、内蔵ヒータ制御部６０ではなく、ヒータ通電制御回路６となるように構成されている。つまり、本実施形態では、内蔵ヒータ制御部６０は、仮想的にヒータ５ｂの通電制御を行うもののガスセンサ素子５ａを加熱する機能は発揮していない。

［１−４．制御処理］
中央演算処理装置２のマイコン２ａが実行するモード設定処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。

モード設定処理は、センサ制御装置３における仮想ヒータ制御モードおよびＲｐｖｓ測定機能のそれぞれの状態を、ＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかに設定するための処理である。具体的には、中央演算処理装置２のマイコン２ａは、仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令Ｓｒをセンサ制御装置３に出力することで、センサ制御装置３における仮想ヒータ制御モードおよびＲｐｖｓ測定機能のそれぞれの状態を設定する。

モード設定処理が開始されると、中央演算処理装置２のマイコン２ａは、まずＳ１１０にて、センサ制御装置３の初期化を行う。具体的には、センサ制御装置３に対して初期化指令信号を送信する。センサ制御装置３は、初期化指令信号を受信すると、ガスセンサ５のガスセンサ素子５ａを制御するための各種制御処理に用いる情報（内部フラグ、タイマなど）を初期化して、各種制御処理の準備を行う。

また、Ｓ１１０では、センサ制御装置３に対して、指令値としてのヒータ駆動固定電圧Ｖｈｆを送信する。ヒータ駆動固定電圧Ｖｈｆは、ヒータ５ｂの固定電圧制御時にセンサ制御装置３がヒータ５ｂに印加する電圧の指令値である。本実施形態では、ヒータ駆動固定電圧Ｖｈｆとして、内蔵ヒータ制御部６０がヒータ５ｂに供給可能な供給電力量の範囲のうち最小値に相当する値が設定されている。

次のＳ１２０では、中央演算処理装置２のマイコン２ａは、ヒータ通電制御回路６に対して起動指令信号を送信する。ヒータ通電制御回路６は、起動指令信号を受信すると、ヒータ５ｂの通電制御処理を開始する。

次のＳ１３０では、定常動作タイマによる経過時間のカウント処理を開始する。定常動作タイマでは、予め定められた定常周期Ｔ１（本実施形態では、Ｔ１＝１０ｍｓ）および予め定められた測定周期Ｔ２（本実施形態では、Ｔ２＝１００ｍｓ）のそれぞれについて、経過時間を繰り返しカウントする。

次のＳ１４０では、定常動作タイマによる経過時間のカウントにおいて、定常周期Ｔ１が経過したか否かを判定し、肯定判定するとＳ１５０に移行し、否定判定すると同ステップを繰り返し実行して定常周期Ｔ１が経過するまで待機する。

Ｓ１４０で肯定判定されてＳ１５０に移行すると、Ｓ１５０では、ヒータ通電制御回路６でのヒータ制御の状況を表すヒータ制御情報をヒータ通電制御回路６から取得する。このヒータ制御情報には、少なくともヒータ電圧Ｖｈ（パルス通電信号）の状態（ハイレベル、ローレベル）を表す情報が含まれている。

次のＳ１６０では、ガスセンサ素子５ａの素子インピーダンスＲｐｖｓ（素子温度）が測定可能な状態であるか否かを判定し、肯定判定するとＳ１８０に移行し、否定判定するとＳ１７０に移行する。Ｓ１６０では、センサ制御装置３から受信した起電力セル２４の電圧Ｖｓと、予め定められた測定可能判定値Ｖｔｈ（本実施形態では、Ｖｔｈ＝４．２Ｖ）とを比較する。Ｓ１６０では、電圧Ｖｓが測定可能判定値Ｖｔｈ以下である場合（Ｖｓ≦Ｖｔｈ）には、素子インピーダンスＲｐｖｓが測定可能と判定し（肯定判定）、電圧Ｖｓが測定可能判定値Ｖｔｈよりも大きい場合（Ｖｓ＞Ｖｔｈ）には、素子インピーダンスＲｐｖｓが測定不可能と判定する（否定判定）。

Ｓ１６０で否定判定されてＳ１７０に移行すると、Ｓ１７０では、仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令ＳｒをそれぞれＯＦＦ状態に設定する。
Ｓ１６０で肯定判定されてＳ１８０に移行すると、Ｓ１８０では、Ｒｐｖｓ測定判定処理を実行する。

Ｒｐｖｓ測定判定処理が開始されると、図４に示すように、中央演算処理装置２のマイコン２ａは、まずＳ２１０にて、ヒータ通電制御回路６によりヒータＰＷＭ制御されているヒータ電圧Ｖｈがローレベルであるか否かを判定し、肯定判定するとＳ２２０に移行し、否定判定するとＳ２４０に移行する。

Ｓ２１０で肯定判定されてＳ２２０に移行すると、Ｓ２２０では、中央演算処理装置２の起動後、Ｓ２１０での肯定判定が初回であるか否かを判定し、肯定判定するとＳ２３０に移行し、否定判定するとＳ２４０に移行する。

Ｓ２２０で否定判定されてＳ２４０に移行すると、Ｓ２４０では、前回のＲｐｖｓ測定機能指令ＳｒのＯＮ状態設定時から測定周期Ｔ２が経過したか否かを判定し、肯定判定するとＳ２３０に移行し、否定判定するとＳ２５０に移行する。

Ｓ２２０で肯定判定されるか、Ｓ２４０で肯定判定されてＳ２３０に移行すると、Ｓ２３０では、仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令ＳｒをそれぞれＯＮ状態に設定する。

Ｓ２１０で否定判定されるかＳ２４０で否定判定されてＳ２５０に移行すると、Ｓ２５０では、仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令ＳｒをそれぞれＯＦＦ状態に設定する。

Ｓ２３０またはＳ２５０が終了すると、モード設定処理に戻り、Ｓ１９０に移行する。Ｓ１９０では、仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令Ｓｒのそれぞれについて、最後に設定された状態（ＯＮ状態、ＯＦＦ状態）を表す指令信号をセンサ制御装置３に送信する。仮想ヒータ制御モード指令Ｓｈの状態を表す指令信号をモード指令信号Ｓｓｈとし、Ｒｐｖｓ測定機能指令Ｓｒの状態を表す指令信号を機能指令信号Ｓｓｒとする。

Ｓ１９０が終了すると、再び、Ｓ１４０に移行する。このあと、中央演算処理装置２のマイコン２ａは、自身の動作が停止するまで、Ｓ１４０からＳ１９０間での処理を繰り返し実行する。

ここで、ヒータ電圧Ｖｈ、仮想ヒータ制御モード指令Ｓｈ、Ｒｐｖｓ測定機能指令Ｓｒのそれぞれの状態を表すタイミングチャートを、図５の上側領域に示す。なお、図５の下側領域は、上側領域の波形における一部区間を拡大した波形を表すとともに、仮想ヒータ電圧Ｖｈｉ，Ｒｐｖｓ測定パルス信号Ｓｉ（インピーダンス測定用の電流−Ｉｃｏｎｓｔ）、ＡＤサンプリング周期Ｔｓをそれぞれ表している。

図５の上側領域に示すように、ヒータ電圧Ｖｈは、定常周期Ｔ１のパルス波形電圧であり、図５では、ローレベル期間とハイレベル期間が等しい状態のパルス波形が記載されている。仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令Ｓｒは、定常周期Ｔ１にわたりハイレベルに設定された後、ローレベルに設定される。仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令Ｓｒは、それぞれ測定周期Ｔ２ごとにハイレベルに設定される。

次に、センサ制御装置３（詳細には、制御部５９）が実行するＲｐｖｓ測定機能制御処理について、図６のフローチャートを用いて説明する。
Ｒｐｖｓ測定機能制御処理は、中央演算処理装置２からのＲｐｖｓ測定機能指令Ｓｒに基づいて、ガスセンサ素子５ａにおける素子インピーダンスＲｐｖｓの検出動作を制御するための制御処理である。

Ｒｐｖｓ測定機能制御処理が開始されると、センサ制御装置３は、まず、Ｓ３１０にて、中央演算処理装置２からＲｐｖｓ測定機能指令Ｓｒを受信する。
次のＳ３２０では、Ｒｐｖｓ測定機能指令ＳｒがＯＮ状態であるか否かを判定し、肯定判定するとＳ３３０に移行し、否定判定するとＳ３７０に移行する。

Ｓ３２０で肯定判定されてＳ３３０に移行すると、Ｓ３３０では、Ｒｐｖｓ測定周期Ｔ３（本実施形態では、Ｔ３＝１００ｍｓ）のタイマカウントを開始する。
次のＳ３４０では、Ｒｐｖｓ測定パルス信号Ｓｉの出力フラグＦ１をＯＮ状態に設定する。

なお、出力フラグＦ１は、後述するＲｐｖｓ測定パルス制御処理での判定処理に用いられる内部フラグである。Ｒｐｖｓ測定パルス制御処理で所定条件が成立すると、センサ制御装置３は、ガスセンサ素子５ａの起電力セル２４に対してＲｐｖｓ測定パルス信号Ｓｉ（インピーダンス測定用の電流−Ｉｃｏｎｓｔ）を出力する。

次のＳ３５０では、Ｒｐｖｓ測定機能指令ＳｒがＯＦＦ状態であるか否かを判定し、肯定判定するとＳ３７０に移行し、否定判定するとＳ３６０に移行する。
Ｓ３５０で否定判定されてＳ３６０に移行すると、Ｓ３６０では、Ｒｐｖｓ測定周期Ｔ３が経過したか否かを判定し、肯定判定するとＳ３３０に移行し、否定判定するとＳ３５０に移行する。

Ｓ３２０で否定判定されるか、Ｓ３５０で肯定判定されてＳ３７０に移行すると、Ｓ３７０では、Ｒｐｖｓ測定パルス信号Ｓｉの出力フラグＦ１をＯＦＦ状態に設定する。出力フラグＦ１がＯＦＦ状態になると、センサ制御装置３は、ガスセンサ素子５ａの起電力セル２４に対するＲｐｖｓ測定パルス信号Ｓｉの出力を停止する。

次のＳ３８０では、Ｒｐｖｓ測定周期Ｔ３のタイマカウントを停止するとともに、Ｒｐｖｓ測定周期Ｔ３のカウント値をクリアする。
Ｓ３８０が終了すると、Ｒｐｖｓ測定機能制御処理が終了する。Ｒｐｖｓ測定機能制御処理は、予め定められた実行周期で繰り返し実行される。

次に、センサ制御装置３（詳細には、制御部５９）が実行する仮想ヒータ制御処理について、図７のフローチャートを用いて説明する。
本実施形態の仮想ヒータ制御処理は、中央演算処理装置２からの仮想ヒータ制御モード指令Ｓｈに基づいて、仮想的にヒータ制御動作を実行するための制御処理である。つまり、仮想ヒータ制御処理は、実際にヒータ５ｂを通電制御するのではなく、センサ制御装置３の内部動作のみを実行する。

なお、センサ制御装置３の内蔵ヒータ制御部６０を実際にヒータ５ｂと接続した場合には、仮想ヒータ制御処理を実行することで、センサ制御装置３がヒータ５ｂを通電制御することができる。

仮想ヒータ制御処理が開始されると、センサ制御装置３は、まず、Ｓ４１０にて、中央演算処理装置２からヒータ駆動固定電圧Ｖｈｆを受信する。ヒータ駆動固定電圧Ｖｈｆは、中央演算処理装置２からの指令値であり、ヒータ５ｂの固定電圧制御時にセンサ制御装置３がヒータ５ｂに印加する電圧である。

なお、中央演算処理装置２でのモード設定処理のＳ１１０の実行時には、中央演算処理装置２の動作によりヒータ駆動固定電圧Ｖｈｆがセンサ制御装置３に送信され、Ｓ４１０の実行時には、センサ制御装置３の動作により中央演算処理装置２からセンサ制御装置３にヒータ駆動固定電圧Ｖｈｆが送信される。

次のＳ４２０では、中央演算処理装置２から仮想ヒータ制御モード指令Ｓｈを受信する。次のＳ４３０では、仮想ヒータ制御モード指令ＳｈがＯＮ状態であるか否かを判定し、肯定判定するとＳ４４０に移行し、否定判定するとＳ４８０に移行する。

Ｓ４３０で肯定判定されてＳ４４０に移行すると、Ｓ４４０では、ヒータ制御周期Ｔ４（本実施形態では、Ｔ４＝１０ｍｓ）のタイマカウントを開始する。
次のＳ４５０では、ヒータ通電制御処理を実行する。

ヒータ通電制御処理が開始されると、図８に示すように、センサ制御装置３（制御部５９）は、まず、Ｓ６１０にて、ヒータ制御モードが「ＰＩ制御」および「固定電圧制御」のいずれであるかを判定し、「ＰＩ制御」の場合にはＳ６２０に移行し、「固定電圧制御」の場合にはＳ６３０に移行する。

なお、本実施形態では、中央演算処理装置２からの指令により、ヒータ制御モードが「固定電圧制御」に設定されている。もし、センサ制御装置３の内蔵ヒータ制御部６０を実際にヒータ５ｂと接続した場合には、中央演算処理装置２は、素子インピーダンスＲｐｖｓが測定可能か否かによって、ヒータ制御モードを設定するための指令をセンサ制御装置３に出力する。具体的には、中央演算処理装置２は、素子インピーダンスＲｐｖｓが測定不可能な場合には、ヒータ制御モードを「固定電圧制御」に設定するための指令をセンサ制御装置３に出力し、素子インピーダンスＲｐｖｓが測定可能な場合には、ヒータ制御モードを「ＰＩ制御」に設定するための指令をセンサ制御装置３に出力する。

Ｓ６１０で「ＰＩ制御」と判定されてＳ６２０に移行すると、Ｓ６２０では、センサ制御装置３（制御部５９）が検出した最新の素子インピーダンスＲｐｖｓを読み出す。
次のＳ６４０では、ヒータへ印加する仮想ヒータ電圧Ｖｈｉに関して、素子インピーダンスＲｐｖｓを目標インピーダンスＲＴにするためのＰＷＭデューティ比を算出する。

Ｓ６１０で「固定電圧制御」と判定されてＳ６３０に移行すると、Ｓ６３０では、センサ制御装置３（制御部５９）の記憶部に保存されている目標固定電圧Ｖａを読み出す。なお、目標固定電圧Ｖａは、例えば、Ｓ４１０で取得したヒータ駆動固定電圧Ｖｈｆに相当する値が設定されている。

次のＳ６５０では、バッテリ電圧ＶＢを考慮しつつ、仮想ヒータ電圧Ｖｈｉが目標固定電圧ＶａとなるようにＰＷＭデューティ比を算出する。
Ｓ６４０またはＳ６５０が終了すると、次のＳ６６０では、算出したＰＷＭデューティ比が最大値以下であるか否かを判定し、肯定判定するとＳ６８０に移行し、否定判定するとＳ６７０に移行する。

Ｓ６６０で否定判定されてＳ６７０に移行すると、Ｓ６７０では、ＰＷＭデューティ比を最大値に設定する。
Ｓ６６０で肯定判定されてＳ６８０に移行すると、Ｓ６８０では、ＰＷＭデューティ比が最小値以上であるか否かを判定し、肯定判定するとＳ７００に移行し、否定判定するとＳ６９０に移行する。

Ｓ６８０で否定判定されてＳ６９０に移行すると、Ｓ６９０では、ＰＷＭデューティ比を最小値に設定する。
Ｓ６８０で肯定判定されるかＳ６７０またはＳ６９０が完了するとＳ７００に移行し、Ｓ７００では、並列処理として実行されるヒータＰＷＭ制御処理を開始する。ヒータＰＷＭ制御処理は、Ｓ６１０からＳ６９０までの処理で設定されたＰＷＭデューティ比に基づいて、ヒータへパルス出力される仮想ヒータ電圧Ｖｈｉのデューティ比を制御する制御処理である。なお、ヒータＰＷＭ制御処理は、後述するＳ４８０で停止されるまで、並行処理として処理を実行する。

次のＳ７１０では、並列処理として実行されるＲｐｖｓ測定パルス制御処理を開始する。なお、Ｓ７１０で並列処理としてのＲｐｖｓ測定パルス制御処理が開始されると、Ｓ７１０が終了し、ヒータ通電制御処理が終了する。ヒータ通電制御処理が終了すると、仮想ヒータ制御処理に戻り、Ｓ４６０に移行する。

ここで、Ｒｐｖｓ測定パルス制御処理について、図９のフローチャートを用いて説明する。
Ｒｐｖｓ測定パルス制御処理が開始されると、センサ制御装置３（制御部５９）は、まず、Ｓ８１０にて、ヒータＰＷＭ制御がローレベル出力であるか否かを判定し、肯定判定するとＳ８２０に移行し、否定判定すると同ステップを繰り返し実行することでヒータＰＷＭ制御がローレベル出力となるまで待機する。Ｓ８１０では、具体的には、仮想ヒータ電圧Ｖｈｉがローレベル出力であるか否かを判定している。

Ｓ８１０で肯定判定されてＳ８２０に移行すると、Ｓ８２０では、Ｒｐｖｓ測定パルス信号Ｓｉの出力フラグＦ１がＯＮ状態であるか否かを判定し、肯定判定するとＳ８３０に移行し、否定判定するとＲｐｖｓ測定パルス制御処理を終了する。

Ｓ８２０で肯定判定されてＳ８３０に移行すると、Ｓ８３０では、出力フラグＦ１をＯＦＦ状態に設定する。
次のＳ８４０では、Ｒｐｖｓ測定待ち時間Ｔｗａ（本実施形態では、Ｔｗａ＝２００μｓｅｃ）が経過するまで待機する。

Ｒｐｖｓ測定待ち時間Ｔｗａが経過してＳ８５０に移行すると、Ｓ８５０では、ＡＤサンプリング時期であるか否かを判定し、肯定判定するとＳ８６０に移行し、否定判定すると同ステップを繰り返し実行することで、ＡＤサンプリング時期になるまで待機する。なお、センサ制御装置３は、予め定められたＡＤサンプリング周期Ｔｓ（本実施形態では、８７μｓｅｃ）毎に、外部から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換処理を実行する。このＡＤサンプリング周期Ｔｓごとに実行されるＡＤ変換処理の実行タイミングがＡＤサンプリング時期である。なお、ＡＤサンプリング周期Ｔｓは、センサ制御装置３のサンプリング周波数Ｆｓ（本実施形態では、Ｆｓ＝１１．５ｋＨｚ）に基づいて決定される。

Ｓ８５０で肯定判定されてＳ８６０に移行すると、Ｓ８６０では、ＡＤ変換された起電力セル２４のセル電圧Ｖｓを取得し、検出電圧Ｖｓ２として記憶する。本実施形態では、第１オペアンプＯＰ１を有するサンプルホールド回路（図１参照）が検出電圧Ｖｓ２を保持するともに、制御部５９に備えられる記憶部（ＲＡＭなど）が検出電圧Ｖｓ２を記憶する。

次のＳ８７０では、パルス出力待ち時間Ｔｗｂが（本実施形態では、Ｔｗｂ＝１２０μｓｅｃ）が経過するまで待機する。
パルス出力待ち時間Ｔｗｂが経過してＳ８８０に移行すると、Ｓ８８０では、Ｒｐｖｓ測定パルス信号Ｓｉを起電力セル２４に対して出力するＲｐｖｓ測定パルス出力処理を実行する。Ｓ８８０では、具体的には、Ｒｐｖｓ測定パルス信号Ｓｉとしてインピーダンス測定用の電流−Ｉｃｏｎｓｔを起電力セル２４に対して出力する。

次のＳ８９０では、ＡＤサンプリング時期であるか否かを判定し、肯定判定するとＳ９００に移行し、否定判定すると同ステップを繰り返し実行することで、ＡＤサンプリング時期になるまで待機する。

Ｓ８９０で肯定判定されてＳ９００に移行すると、Ｓ９００では、ＡＤ変換された起電力セル２４のセル電圧Ｖｓを取得し、検出電圧Ｖｓ３として記憶するとともに、電圧変化量ΔＶｓ（＝Ｖｓ２−Ｖｓ３）を演算する。本実施形態では、第３オペアンプＯＰ３が電圧変化量ΔＶｓを出力するとともに、制御部５９が記憶部（ＲＡＭなど）に検出電圧Ｖｓ２を記憶しつつ、ＣＰＵで電圧変化量ΔＶｓを演算する。この電圧変化量ΔＶｓは、起電力セル２４の素子インピーダンスＲｐｖｓを表す素子インピーダンス信号Ｓｒｐｖｓとして利用可能である。

次のＳ９１０では、Ｒｐｖｓ測定パルス信号Ｓｉのローレベル出力（インピーダンス測定用の電流−Ｉｃｏｎｓｔ）を停止し、信号停止期間ＴＲ３（図５参照）が経過した後、ハイレベル期間ＴＲ２にわたりハイレベルの測定パルス信号Ｓｉ（電流−Ｉｃｏｎｓｔとは逆極性の一定電流＋Ｉｃｏｎｓｔ）を出力する。

なお、図５に示すように、Ｒｐｖｓ測定パルス信号Ｓｉには、ローレベル期間ＴＲ１にわたり出力される電流−Ｉｃｏｎｓｔと、ハイレベル期間ＴＲ２にわたり出力される一定電流＋Ｉｃｏｎｓｔと、が含まれている。電流−Ｉｃｏｎｓｔの通電後に、逆極性の一定電流＋Ｉｃｏｎｓｔを流すことにより、起電力セル２４を構成する固体電解質体の配向現象によって内部起電力が影響を受けて本来の酸素濃度差に応じた内部起電力値を出力しない異常な状態から、正常な状態に復帰するまでの時間を短縮することができる。

Ｓ８２０で否定判定されるかＳ９１０が終了すると、Ｒｐｖｓ測定パルス制御処理が終了する。
つまり、本実施形態のＲｐｖｓ測定パルス制御処理は、仮想ヒータ制御処理で設定されたデューティ比でＰＷＭ制御される仮想ヒータ電圧Ｖｈｉの変化状態に基づいて、Ｒｐｖｓ測定パルス信号Ｓｉを制御する制御処理である。Ｓ８１０では、仮想ヒータ電圧Ｖｈｉのハイレベルからローレベルへの切替タイミング（Ｌｏエッジタイミング）を検出しており、図５では、デューティーオン時間Ｔｈｔの終了時期を検出する。そのときに出力フラグＦ１がＯＮ状態である場合には（Ｓ８２０で肯定判定）、Ｒｐｖｓ測定待ち時間Ｔｗａが経過した後のＡＤサンプリング時期に検出電圧Ｖｓ２を検出する（Ｓ８６０）。その後、パルス出力待ち時間Ｔｗｂが経過するとＲｐｖｓ測定パルス信号Ｓｉを出力し（Ｓ８８０）、その後のＡＤサンプリング時期に検出電圧Ｖｓ３を検出するとともに、電圧変化量ΔＶｓ（＝Ｖｓ２−Ｖｓ３）を演算する（Ｓ９００）。

Ｓ７１０が終了してヒータ通電制御処理が終了すると、仮想ヒータ制御処理に戻り、Ｓ４６０にて、仮想ヒータ制御モード指令ＳｈがＯＦＦ状態であるか否かを判定し、肯定判定するとＳ４８０に移行し、否定判定するとＳ４７０に移行する。

Ｓ４６０で否定判定されてＳ４７０に移行すると、Ｓ４７０では、ヒータ制御周期Ｔ４が経過したか否かを判定し、肯定判定するとＳ４５０に移行し、否定判定するとＳ４６０に移行する。

Ｓ４３０で否定判定されるか、Ｓ４６０で肯定判定されてＳ４８０に移行すると、Ｓ４８０では、ヒータＰＷＭ制御を停止する。
次のＳ４９０では、ヒータ制御周期Ｔ４のタイマカウントを停止するとともに、ヒータ制御周期Ｔ４のカウント値をクリアする。

Ｓ４９０が終了すると、仮想ヒータ制御処理が終了する。仮想ヒータ制御処理は、予め定められた実行周期で繰り返し実行される。
図５の下側領域に示すように、ヒータ電圧Ｖｈがハイレベルからローレベルに変更されて、中央演算処理装置２から出力される仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令ＳｒがそれぞれＯＦＦ状態からＯＮ状態に変更されると、所定の通信時間Ｔｓｐが経過した後に、センサ制御装置３の内部における仮想ヒータ電圧Ｖｈｉがローレベルからハイレベルに設定される。

このあと、中央演算処理装置２からセンサ制御装置３に送信されたヒータ駆動固定電圧Ｖｈｆに応じたデューティーオン時間Ｔｈｔにわたり、仮想ヒータ電圧Ｖｈｉがハイレベルに設定された後、仮想ヒータ電圧Ｖｈｉがローレベルに変更される（Ｓ７００）。このあと、Ｒｐｖｓ測定待ち時間Ｔｗａが経過すると（Ｓ８４０）、その後のＡＤサンプリング時期における起電力セル２４のセル電圧Ｖｓ（検出電圧Ｖｓ２）を取得する（Ｓ８６０）。

その後、パルス出力待ち時間Ｔｗｂが経過すると、Ｒｐｖｓ測定パルス信号Ｓｉのローレベル出力（抵抗値測定用の電流−Ｉｃｏｎｓｔの出力）が開始され、その後のＡＤサンプリング時期における起電力セル２４のセル電圧Ｖｓ（検出電圧Ｖｓ３）を取得するとともに、電圧変化量ΔＶｓ（＝Ｖｓ２−Ｖｓ３）を演算する（Ｓ９００）。

その後、Ｒｐｖｓ測定パルス信号Ｓｉはゼロレベルに設定されて、信号停止期間ＴＲ３が経過すると、Ｒｐｖｓ測定パルス信号Ｓｉのハイレベル出力（一定電流＋Ｉｃｏｎｓｔの出力）が開始され、ハイレベル期間ＴＲ２が経過すると、Ｒｐｖｓ測定パルス信号Ｓｉはゼロレベルに設定される（Ｓ９１０）。

このように、センサ制御装置３は、自身がヒータ５ｂを通電制御しない構成であっても、中央演算処理装置２からの仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令Ｓｒに基づいて制御処理を実行することで、ガスセンサ素子５ａの状態を表す電圧変化量ΔＶｓを検出できる。センサ制御装置３は、電圧変化量ΔＶｓを素子インピーダンス信号Ｓｒｐｖｓとして中央演算処理装置２に送信できる。

［１−５．効果］
以上説明したように、センサ制御システム１は、ガスセンサ素子５ａおよびヒータ５ｂを備えるガスセンサ５を制御するにあたり、センサ制御装置３がガスセンサ素子５ａの状態（素子インピーダンスＲｐｖｓ）を検出し、ヒータ通電制御回路６がヒータ５ｂを通電制御するように構成されている。また、中央演算処理装置２は、ヒータ通電制御回路６によるヒータ制御状態に基づいて、仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令Ｓｒを設定することで、センサ制御装置３によるガスセンサ５の制御状態を設定する。

センサ制御装置３の制御部５９は、Ｒｐｖｓ測定機能制御処理およびＲｐｖｓ測定パルス制御処理を実行することで、仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令ＳｒがいずれもＯＮ状態である場合に（Ｓ３２０で肯定判定、Ｓ４３０で肯定判定）、Ｒｐｖｓ測定周期Ｔ３でガスセンサ素子５ａの状態（素子インピーダンスＲｐｖｓ）を検出する（Ｓ９００）ように構成されている。

センサ制御装置３の制御部５９は、仮想ヒータ制御処理を実行することで、仮想ヒータ制御モード指令ＳｈがＯＮ状態である場合に（Ｓ４３０で肯定判定）、ヒータ５ｂの通電制御を実行する（Ｓ４５０）ように構成されている。

中央演算処理装置２のマイコン２ａは、モード設定処理を実行することで、センサ制御装置３に対して出力する仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令Ｓｒを、ヒータ通電制御回路６によるヒータ５ｂの制御状態に基づいて設定するように構成されている。

中央演算処理装置２のマイコン２ａは、ヒータ通電制御回路６からのヒータ電圧信号Ｓｖｈを受信しており、パルス通電信号であるヒータ電圧信号Ｓｖｈがハイレベルからローレベルに切り替わると（Ｓ２１０で肯定判定）、仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令ＳｒをそれぞれＯＮ状態に設定する（Ｓ２３０）。

センサ制御システム１においては、中央演算処理装置２（マイコン２ａ）がヒータ通電制御回路６によるヒータ５ｂの制御状態に基づいて仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令Ｓｒを設定するため、センサ制御装置３（制御部５９）は、実際のヒータ制御状態に応じてガスセンサ素子５ａの状態検出時期を設定できる。

このようなセンサ制御システム１においては、センサ制御装置３（詳細には、制御部５９および内蔵ヒータ制御部６０）によるヒータ制御ではなく、別に設けられたヒータ通電制御回路６によるヒータ制御によりヒータ５ｂを通電制御する構成であっても、センサ制御装置３（詳細には、制御部５９）によるガスセンサ素子５ａの状態検出時期を適切に設定できる。このため、中央演算処理装置２を用いることで、ヒータ通電制御回路６がヒータ制御を行う構成であっても、内蔵ヒータ制御部６０を備えるセンサ制御装置３を改造することなく、センサ制御装置３を用いたガスセンサ素子５ａの状態検出が可能となる。

よって、中央演算処理装置２を備えるセンサ制御システム１によれば、ガスセンサ素子５ａおよびヒータ５ｂを備えるガスセンサ５の制御において、センサ制御装置３とは別のヒータ通電制御回路６を用いてヒータ５ｂを通電制御する場合でも、ガスセンサ素子５ａの状態検出タイミングをヒータ通電制御回路６によるヒータ５ｂの制御状態が考慮された時期に設定できる。

次に、中央演算処理装置２においては、仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令Ｓｒの切替タイミングを判定するための検出トリガ情報として、パルス通電信号であるヒータ電圧信号Ｓｖｈがハイレベルからローレベルに切り替わるときの信号（換言すれば、ヒータ通電状態のＯＮからＯＦＦへの切り替え時期を示すＯＦＦエッジ信号）を用いている（Ｓ２１０）。

このように、パルス通電信号であるヒータ電圧信号Ｓｖｈのうちで特定の通電状態を表すＯＦＦエッジ信号を検出トリガ情報として利用することにより、中央演算処理装置２のマイコン２ａは、ヒータ通電制御回路６からヒータ５ｂへのヒータ電圧Ｖｈの出力がＯＦＦ状態である時期を判断できる。このため、マイコン２ａは、ヒータ電圧Ｖｈの出力がＯＦＦ状態である時期に基づいて、仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令ＳｒをＯＮ状態に設定できるとともに、センサ制御装置３（制御部５９）によるガスセンサ素子５ａの状態検出タイミングを設定できる。

これにより、センサ制御装置３（制御部５９）は、実際のヒータ制御状態に基づき設定された適切なタイミングで、ガスセンサ素子５ａの状態検出（素子インピーダンスＲｐｖｓの検出）を実行できる。

次に、センサ制御システム１においては、センサ制御装置３は、制御部５９および内蔵ヒータ制御部６０による固定電圧制御（Ｓ６５０）に用いる目標固定電圧Ｖａを、中央演算処理装置２からの指令値としてのヒータ駆動固定電圧Ｖｈｆに基づいて設定している。

つまり、センサ制御装置３は、固定電圧制御（Ｓ６５０）に用いる目標固定電圧Ｖａの指令値であるヒータ駆動固定電圧Ｖｈｆを、中央演算処理装置２から受信するように構成されている（Ｓ１１０、Ｓ４１０）。

そして、中央演算処理装置２のマイコン２ａは、センサ制御装置３（内蔵ヒータ制御部６０）がヒータ５ｂに供給可能な供給電力量の範囲のうち最小値に相当する値が設定されたヒータ駆動固定電圧Ｖｈｆを出力する。

中央演算処理装置２（マイコン２ａ）がこのようなヒータ駆動固定電圧Ｖｈｆを出力することで、センサ制御装置３の制御部５９および内蔵ヒータ制御部６０による仮想的制御において、ヒータへの通電をＰＷＭ制御する場合のヒータへの通電時間（デューティーオン時間Ｔｈｔ）を最短に設定できる。これにより、制御部５９および内蔵ヒータ制御部６０による仮想的なヒータ制御が開始された後、ヒータへの通電が停止されるまでの時間を最短に設定できるため、ヒータ通電停止時における制御部５９によるガスセンサ素子５ａの状態検出タイミング（素子インピーダンスＲｐｖｓの検出タイミング）を早い時期に設定できる。

これにより、中央演算処理装置２を備えるセンサ制御システム１は、ヒータ通電制御回路６からヒータ電圧信号ＳｖｈのＯＦＦエッジ信号を受け取った後、センサ制御装置３（詳細には、制御部５９）によるガスセンサ素子５ａの状態検出までの所要時間を最短に設定することができる。

次に、センサ制御装置３の制御部５９は、仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令Ｓｒの両者がＯＦＦ状態からＯＮ状態に変更されると（Ｓ３２０で肯定判定、Ｓ４３０で肯定判定）、ガスセンサ素子５ａの状態（素子インピーダンスＲｐｖｓ）を検出する（Ｓ３４０、Ｓ４５０、Ｓ７１０）ように構成されている。

このため、中央演算処理装置２は、ガスセンサ素子５ａの状態検出タイミングを表す個別信号をセンサ制御装置３に出力する構成を採ることなく、仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令Ｓｒの切替タイミング（ＯＦＦ状態からＯＮ状態に変更するタイミング）を用いて、ガスセンサ素子５ａの状態検出タイミングをセンサ制御装置３に伝達できる。

これにより、センサ制御装置３の改造が不要となるため、中央演算処理装置２は、既存のセンサ制御装置３を用いつつ、ガスセンサ素子５ａの状態検出タイミングを設定することが可能となる。

また、センサ制御装置３の制御部５９は、ガスセンサ素子５ａの状態（素子インピーダンスＲｐｖｓ）を検出した後、仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令ＳｒがいずれもＯＮ状態である期間中は、Ｒｐｖｓ測定周期Ｔ３でガスセンサ素子５ａの状態を検出する（Ｓ３３０からＳ３６０までの処理を繰り返し実行）ように構成されている。

このように、ガスセンサ素子５ａの状態を繰り返し検出することで、ガスセンサ素子５ａの状態が変化した場合でも、変化後の状態を検出することができる。
［１−５．文言の対応関係］
ここで、文言の対応関係について説明する。

センサ制御システム１がセンサ制御システムに相当し、中央演算処理装置２が制御状態設定装置に相当し、センサ制御装置３がセンサ制御部に相当し、ガスセンサ５がセンサに相当し、ガスセンサ素子５ａがセンサ素子に相当し、ヒータ５ｂがヒータ部に相当し、ヒータ通電制御回路６が個別ヒータ制御部に相当する。

仮想ヒータ制御モード指令Ｓｈがヒータ制御モード指令に相当し、Ｒｐｖｓ測定機能指令Ｓｒが素子状態検出モード指令に相当し、Ｒｐｖｓ測定機能制御処理およびＲｐｖｓ測定パルス制御処理を実行する制御部５９が素子状態検出部に相当し、仮想ヒータ制御処理を実行する制御部５９および内蔵ヒータ制御部６０が内蔵ヒータ制御部に相当し、モード設定処理を実行するマイコン２ａがモード設定部に相当する。

ハイレベルからローレベルに切り替わるヒータ電圧信号Ｓｖｈが検出トリガ情報およびＯＦＦエッジ信号に相当し、ヒータ駆動固定電圧Ｖｈｆが電力指令値に相当し、Ｓ１１０を実行するマイコン２ａが電力指令値出力部に相当し、Ｒｐｖｓ測定周期Ｔ３が予め定められた検出周期に相当する。

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、中央演算処理装置２（マイコン２ａ）として、仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令Ｓｒの各状態を変更するにあたり、２つの指令が同時に変更される構成（Ｓ２３０）について説明した。しかし、中央演算処理装置２（マイコン２ａ）は、このような構成に限られることはなく、仮想ヒータ制御モード指令ＳｈおよびＲｐｖｓ測定機能指令Ｓｒをそれぞれ異なるタイミングで変更する構成であってもよい。なお、そのような場合であっても、センサ制御装置３（制御部５９）は、２つの指令がいずれもＯＮ状態に変更された場合に、ガスセンサ素子５ａの状態（素子インピーダンスＲｐｖｓ）を検出する。

また、上記実施形態では、ガスセンサ素子５ａの状態として素子インピーダンスＲｐｖｓを検出するようにしたが、ガスセンサ素子５ａの状態としてアドミッタンス等を検出するようにしてもよい。

次に、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

上述したマイコンの他、当該マイコンを構成要素とするシステム、当該マイコンとしてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、各種演算方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１…センサ制御システム、２…中央演算処理装置（ＭＣＵ）、２ａ…マイクロコンピュータ（マイコン）、３…センサ制御装置、５…ガスセンサ、５ａ…ガスセンサ素子、５ｂ…ヒータ、５ｃ…発熱抵抗体、６…ヒータ通電制御回路、１４…ポンプセル、２４…起電力セル、５９…制御部、６０…内蔵ヒータ制御部。

Claims (5)

1. センサ素子およびヒータ部を備えるセンサを制御するセンサ制御部による前記センサの制御状態を設定する制御状態設定装置であって、
   前記センサ制御部は、
   外部からのヒータ制御モード指令および素子状態検出モード指令に基づいて、前記ヒータ制御モード指令および前記素子状態検出モード指令がいずれもモードＯＮ指令である場合に、前記センサ素子の状態を検出する素子状態検出部と、
   前記ヒータ制御モード指令に基づいて、前記ヒータ制御モード指令がモードＯＮ指令である場合に、前記ヒータ部を制御する内蔵ヒータ制御部と、
   を備えており、
   前記ヒータ部は、前記内蔵ヒータ制御部ではなく、前記センサ制御部とは別に設けられた個別ヒータ制御部から出力されるパルス通電信号により通電制御される構成であり、
   当該制御状態設定装置は、
   前記センサ制御部に対して出力する前記ヒータ制御モード指令および前記素子状態検出モード指令を、前記個別ヒータ制御部による前記ヒータ部へのパルス通電信号に基づいて設定するモード設定部を備え、
   前記モード設定部は、前記個別ヒータ制御部から出力される前記パルス通電信号のうちで予め定められた特定の通電状態を表す検出トリガ情報を受け取ると、前記センサ制御部に対して出力する前記ヒータ制御モード指令および前記素子状態検出モード指令をそれぞれＯＮ状態に設定する、
   制御状態設定装置。
2. 前記検出トリガ情報は、前記パルス通電信号におけるＯＮからＯＦＦへの切り替え時期を示すＯＦＦエッジ信号である、
   請求項１に記載の制御状態設定装置。
3. 前記センサ制御部は、前記内蔵ヒータ制御部による前記ヒータ部への供給電力量の指令値である電力指令値を外部から受け取るように構成されており、
   当該制御状態設定装置は、前記内蔵ヒータ制御部が前記ヒータ部に供給可能な供給電力量の範囲のうち最小値を、前記電力指令値として前記センサ制御部に対して出力する電力指令値出力部を備える、
   請求項１または請求項２に記載の制御状態設定装置。
4. 前記素子状態検出部は、前記ヒータ制御モード指令および前記素子状態検出モード指令の両者がモードＯＦＦ指令からモードＯＮ指令に変更されると、前記センサ素子の状態を検出し、その後、前記ヒータ制御モード指令および前記素子状態検出モード指令がいずれもモードＯＮ指令である期間中は、予め定められた検出周期で前記センサ素子の状態を検出する、
   請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の制御状態設定装置。
5. センサ素子およびヒータ部を備えるセンサを制御するセンサ制御部と、
   前記センサ制御部による前記センサの制御状態を設定する制御状態設定装置と、
   を備えるセンサ制御システムであって、
   前記センサ制御部は、
   外部からのヒータ制御モード指令および素子状態検出モード指令に基づいて、前記ヒータ制御モード指令および前記素子状態検出モード指令がいずれもモードＯＮ指令である場合に、前記センサ素子の状態を検出する素子状態検出部と、
   前記ヒータ制御モード指令に基づいて、前記ヒータ制御モード指令がモードＯＮ指令である場合に、前記ヒータ部を制御する内蔵ヒータ制御部と、を備えており、
   前記ヒータ部は、前記内蔵ヒータ制御部ではなく、前記センサ制御部とは別に設けられた個別ヒータ制御部から出力されるパルス通電信号により通電制御される構成であり、
   前記制御状態設定装置は、請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の制御状態設定装置である、
   センサ制御システム。

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