(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス濃度センサのガス検出素子の抵抗値の計測タイミングに、ヒータのオン・オフの切り替えに伴うノイズ信号が継続的に印加されることを回避できるヒータ駆動装置を提供する。【解決手段】ガス検出素子３０と、ガス検出素子を加熱して活性化させるヒータ４０とを備えるガス濃度センサのヒータへの通電を制御するヒータ制御装置１００であって、ガス検出素子３０の抵抗値の検出周期と、ヒータ４０への通電の駆動周期が常時同調しないよう、ガス検出素子の抵抗値の検出周期とヒータの駆動周期との同調回数が、所定時間内において最も少なくなるようにヒータの駆動周期を設定するようにした。【選択図】図１
2018072005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質体および前記固体電解質体に設けられた一対の電極を有する少なくとも一つ以上のセルを備えるガス検出素子と、前記ガス検出素子を加熱して活性化させるヒータとを備えるガス濃度センサの前記ヒータへの通電を制御するヒータ制御装置であって、前記ガス検出素子の抵抗値の検出周期と、前記ヒータへの通電の駆動周期が常時同調しないよう、前記ガス検出素子の抵抗値の検出周期と前記ヒータの駆動周期との同調回数が、所定時間内において最も少なくなるように前記ヒータの駆動周期を設定することを特徴とするガス濃度センサのヒータ制御装置。
【請求項２】
前記ヒータの駆動周期の算出設定に際し、任意の駆動周期を設定する場合、前記ヒータの駆動周期の上限値と下限値を規定した請求項１に記載のガス濃度センサのヒータ制御装置。
【請求項３】
前記ヒータの駆動周期の算出設定に際し、ヒータ駆動周期を固定周期とする場合には、前記ヒータ駆動周期は、前記ガス検出素子の抵抗検出周期と前記固定周期との最小公倍数が、前記ガス検出素子の抵抗検出周期と前記固定周期との乗算値となる最大の値を設定することを特徴とした請求項１または請求項２に記載のガス濃度センサのヒータ制御装置。
【請求項４】
前記ヒータの駆動周期の算出設定に際し、ヒータ駆動周期を可変周期とする場合には、複数の駆動周期を有する可変周期設定テーブルを備え、前記可変周期設定テーブルの各駆動周期は、前記ガス検出素子の抵抗検出周期と前記可変周期設定テーブルの全駆動周期の合計値との最少公倍数が、前記ガス検出素子の抵抗検出周期と前記可変周期設定テーブルの全駆動周期の合計値との乗算値となるよう設定することを特徴とした請求項１または請求項２に記載のガス濃度センサのヒータ制御装置。
【請求項５】
前記ヒータの駆動周期の算出設定に際し、前記ヒータ駆動周期の上下限値の範囲で、前記ガス検出素子の抵抗検出周期との所定時間内での同調回数が最も少ない固定周期と、前記ガス検出素子の抵抗検出周期との所定時間内での同調回数が最も少ない前記可変周期設定テーブルの中の駆動周期をそれぞれ算出し、前記可変周期設定テーブルの駆動周期の平均値と前記固定周期のうち、周期が長い方をヒータ駆動周期として設定する請求項４に記載のガス濃度センサのヒータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガス濃度センサのガス検出素子を活性化するヒータへの通電を制御するためのガス濃度センサのヒータ制御装置に関するものである。
【０００２】
固体電解質体および一対の電極からなるセルを少なくとも１つ以上備えるガス検出素子を有し、酸素等の特定ガスの濃度を検出するガス濃度センサにおいて、ガス検出素子は温度が上昇すると活性化し、固体電解質体が酸素イオン導電性を良好に発揮することにより特定ガスの濃度検出を可能とする。ガス検出素子は、内燃機関から排出される排気ガスの熱によって加熱される。その一方で、ガス検出素子の早期活性化と、素子温度を一定に保つことによる動作の安定性を確保するため、ガス濃度センサはガス検出素子を加熱するためのヒータを備える。
【０００３】
ガス濃度センサのヒータ制御装置は、ヒータの通電制御を通常ＰＷＭ（パルス幅変調）制御によって行う。ここでＰＷＭ制御に適用する駆動周期は、ヒータへの通電のオン・オフに伴いガス検出素子の温度変化に大きく影響を与えない範囲で、できるだけ長く動作させるほうがよいが、ガス検出素子の特性によっては、駆動周期を短くする必要があるものも開発されている。
【０００４】
ガス濃度センサのヒータ制御装置は、ガス検出素子による特定ガスの濃度検出を行いながら、ガス検出素子の抵抗値（インピーダンス）を検出することによって、ガス検出素子の温度を検出する。ヒータ制御装置は、ガス検出素子温度の検出結果に基づいてＰＷＭ制御におけるデューティ比を算出し、ヒータの通電制御を行うことで、ガス検出素子の温度を一定に保つ。
【０００５】
ここで、図６に示すように、ＰＷＭ制御によるヒータへの通電のオン・オフ切り換えタイミングとガス検出素子の抵抗値の検出時期（検出期間）とが重なると、素子抵抗値の検出結果にノイズが重畳する可能性がある。このため、ヒータへの通電のＰＷＭ制御におけるオン・オフ切り換え時期と、素子抵抗値の検出時期とが重複しないように、オン・オフ切り換えタイミングを強制的にずらすように制御することができる制御装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
また、同様にヒータへの通電のオン・オフにおけるノイズの影響を受けないように、１回の周期内に複数回抵抗値を算出し、前回の算出値との相関性を持って今回の抵抗値を算出する制御装置が知られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１１３０８１号公報
【特許文献２】特開２０１５−６４２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の方式はＰＷＭ制御のオン・オフ切り替え時期にあわせた制御が必要であり、素子抵抗の検出制御とヒータ駆動のＰＷＭ制御の同期処理が必要になるが、素子抵抗の検出制御とヒータ駆動のＰＷＭ制御を別デバイスで実施する場合、制御タイミングの同期は困難と考えられる。また同一デバイスで素子抵抗の検出制御とヒータ駆動のＰＷＭ制御を実施する場合でも、制御タイミングの同期をとるために制御内容が複雑化するとともに、高性能なマイクロコンピュータが必要になるため、高コスト化につなが
る。またＰＷＭ制御の駆動周期が短くなった場合、所望の時間を設定できない問題が生じる。
また特許文献２の方式もＰＷＭ制御の駆動周期が短くなった場合、１周期の時間が短くなるため、１回の周期内に抵抗値を算出するための十分な回数がとれず、正確な抵抗値を算出できなくなる問題が生じる。
【０００８】
またヒータへの通電のオン・オフ切り替えに伴うノイズの影響を低減させる場合、前回値に対し、なまし処理を行うことで一過性のノイズの影響を低減させることは可能であるが、抵抗検出のタイミングとヒータ駆動のＰＷＭ制御が一定期間重なった場合、なまし処理では影響を低減させることができない問題が生じる。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ガス検出素子の抵抗値の検出周期とヒータに通電するＰＷＭ信号の駆動周期が常時同調しないように、ヒータに通電するＰＷＭ信号の駆動周期を設定することで、ヒータのオン・オフの切り替えに伴うノイズの影響を継続的に受けないようにしたガス濃度センサのヒータ制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係わるガス濃度センサのヒータ制御装置は、固体電解質体および固体電解質体に設けられた一対の電極を有する少なくとも一つ以上のセルを備えるガス検出素子と、ガス検出素子を加熱して活性化させるヒータとを備えるガス濃度センサのヒータへの通電を制御するヒータ制御装置であって、ガス検出素子の抵抗値の検出周期と、ヒータへの通電の駆動周期が常時同調しないよう、ガス検出素子の抵抗値の検出周期とヒータの駆動周期との同調回数が、所定時間内において最も少なくなるようにヒータの駆動周期を設定するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明では、ガス検出素子の抵抗値の検出周期とヒータに通電するＰＷＭ信号の駆動周期が常時同調しないようにヒータ駆動周期を設定するようにしたから、ガス濃度センサのガス検出素子の抵抗の計測タイミングに、ヒータのオン・オフの切り替えに伴うノイズ信号が継続的に印加されなくなることから、信号処理におけるなまし処理の効果を損なうことなく、ガス検出素子の抵抗の計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態に係わるガス濃度センサのヒータ制御装置を示すブロック回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるヒータ駆動タイミングとセンサ抵抗計測タイミングを示すチャート図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係わる固定周期におけるヒータ駆動周期の算出方法を表すフローチャート図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係わる可変周期におけるヒータ駆動周期の算出方法を表すフローチャート図である。
【図５】この発明の実施の形態３における駆動周期の設定方法を表すフローチャート図である。
【図６】従来におけるヒータ駆動タイミングとセンサ抵抗計測タイミングを示すチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態の全体説明
以下、この発明の実施の形態に係るガス濃度センサのヒータ制御装置を図１から図５に
基づいて説明する。この実施形態では、ガス濃度センサはその一例としてリニア空燃比センサ（以下、Ａ／Ｆセンサと称す）とし、ヒータ制御装置はその一例として自動車の電子制御装置（ＥＣＵ＝Engine Control Unit）について説明する。
【００１４】
図１はガス濃度センサのヒータ制御装置のブロック回路図を示し、図１において、ガス濃度センサとしてのリニアＡ／Ｆセンサ１０はヒータ制御装置としての電子制御装置１００に電気的に接続されて構成されている。
なお、リニアＡ／Ｆセンサ１０及びリニアＡ／Ｆセンサ１０を制御するための電子制御装置１００を構成する専用のＩＣ（ＡＳＩＣ）については、公知のものを使用しているため、その構造等の詳細については説明を省略し、概略的な構成について以下に説明する。
【００１５】
リニアＡ／Ｆセンサ１０は、自動車のエンジンの排気通路（図示省略）に取り付けられ、排気通路を流通する排気ガス中の酸素濃度をもとに、排気ガスの空燃比を検出するセンサである。リニアＡ／Ｆセンサ１０は、センサ素子２０より複数のリード線を外部に引き出し、離れた位置に配置される電子制御装置１００と電気的に接続する。電子制御装置１００は、マイクロコンピュータ６０を備え、リニアＡ／Ｆセンサ１０を動作させる専用の集積回路（以下、ＡＳＩＣと称す）７０とヒータドライバ５０が組み込まれている。電子制御装置１００は、ＡＳＩＣ７０およびヒータドライバ５０を用いてリニアＡ／Ｆセンサ１０への通電を制御し、且つリニアＡ／Ｆセンサ１０から得られる出力に基づき、エンジンの空燃比のフィードバック制御を行う。
【００１６】
センサ素子２０は、ガス検出素子３０とヒータ４０からなり、ガス検出素子３０は酸素ポンプセルとして機能するＩｐセル３１と、酸素濃度検出セルとして機能するＶｓセル３２によって構成され、各セルは固体電解質体および固体電解質体に設けられた一対の電極を有する。Ｉｐセル３１およびＶｓセル３２に設けられた電極のうち、一方の電極は、図１に示すように、互いに導通し、リニアＡ／Ｆセンサ１０のＣＯＭポートに接続する。Ｖｓセル３２の他方の電極はＶｓ＋ポートに接続し、Ｉｐセル３１の他方の電極はＩｐ＋ポートに接続する。
ヒータ４０は発熱抵抗体４１を備え、発熱抵抗体４１の両端にバッテリからの電圧Ｖｈを印加するようになっている。発熱抵抗体４１の一方のヒータ端子には、電子制御装置１００のヒータドライバ５０が接続され、発熱抵抗体４１への通電をＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）する。
【００１７】
次に、センサ素子２０が接続される電子制御装置１００の概略的な構成について説明する。電子制御装置１００は、マイクロコンピュータ６０、ＡＳＩＣ７０、およびヒータドライバ５０、および図示しない他のエンジンの制御に関わる様々な機能を有し、以下では主にマイクロコンピュータ６０、ＡＳＩＣ７０、およびヒータドライバ５０にかかわる機能につき説明を行う。
また、電子制御装置１００は、リニアＡ／Ｆセンサ１０のＣＯＭポートに接続された抵抗器Ｒ１および検出抵抗器Ｒ４を備える。
【００１８】
マイクロコンピュータ６０は、ヒータ制御部６１とＡ／Ｄ変換器６２を備える。Ａ／Ｄ変換器６２は、ＡＳＩＣ７０のＶＩＰポート、ＶＲＰＶＳポートに接続され、センサ素子２０から排気ガス中の酸素濃度に応じた電流値を電圧信号として入力されるアナログの出力電圧をデジタル値に変換し、マイクロコンピュータ６０内で空燃比制御をする。ヒータ制御部６１は、センサ素子２０の抵抗値をＡ／Ｄ変換器６２によりデジタル信号として入力してヒータドライバ５０にＰＷＭ制御の駆動信号を出力し、リニアＡ／Ｆセンサ１０への電力の供給を制御する。
【００１９】
ＡＳＩＣ７０は、リニアＡ／Ｆセンサ１０の駆動制御を行うための回路を集積して１チ
ップ化し、電子制御装置１００に容易に組み込めるようにした、特定用途向け集積回路である。ＡＳＩＣ７０は、ガス検出素子３０に電力を供給することによって検出されるガス検出素子３０の酸素濃度の検出結果をマイクロコンピュータ６０に出力する。
ＡＳＩＣ７０は、具体的には、主にＲｐｖｓ測定回路７１、ＰＩＤ制御回路７２、制御目標電圧（４５０ｍＶ）として設定する目標電圧設定器７３、Ｉｐ出力回路７４、ＶＲＰＶＳ出力サンプルホールド回路７５、オペアンプＯＰ１、ＯＰ２で構成される。
【００２０】
Ｒｐｖｓ測定回路７１は、Ｖｓセル３２に所定時間毎に定電流を所定の短時間流すことで、Ｖｓ＋ポートに生じた電位の変化によりＶｓセル３２の素子抵抗値Ｒｐｖｓを検出するものである。ＰＩＤ制御回路７２は、Ｖｓセル３２の一対の電極間に発生する電圧（起電力）Ｖｓと、目標電圧設定器７３によりあらかじめ定められた制御目標電圧（例えば４５０ｍＶ）と比較して、Ｉｐセル３１に流されるポンプ電流Ｉｐの向きと大きさを制御するための信号を出力する。目標電圧設定器７３はポンプ電流Ｉｐの制御目標となる基準電圧（例えば４５０ｍＶ）を生成する。Ｉｐ出力回路７４は、ポンプ電流Ｉｐが流れることによって検出抵抗器Ｒ４の両端に生じる電位差を所定の増幅率で増幅してマイクロコンピュータ６０のＡ／Ｄ変換器６２に出力する。ＶＲＰＶＳ出力サンプルホールド回路７５は、Ｒｐｖｓ測定回路７１で検出したＶｓセル３２の素子抵抗値Ｒｐｖｓを保持した上でＶｓ＋ポートに生じた電位差ΔＶｓを出力する。
【００２１】
ＡＳＩＣ７０の機能の概略は次の通りである。ガス検出素子３０のＶｓセル３２に微小な定電流Ｉｃｐを流し、Ｖｓセル３２に接続された電極を基準電極として機能させる。そしてＡＳＩＣ７０は、Ｖｓセル３２の一対の電極間に生ずる起電力Ｖｓを検出し、あらかじめ定められた基準電圧（例えば４５０ｍＶ）と比較する。ＡＳＩＣ７０は、比較結果に基づき、Ｉｐセル３１の一対の電極間に流すポンプ電流Ｉｐの向きや大きさを制御する。Ｉｐセル３１は、ポンプ電流Ｉｐの向きや大きさに応じて、酸素の汲み入れ又は酸素の汲み出しを行う。さらに、ＡＳＩＣ７０は、温度に応じて変化するガス検出素子３０の抵抗値変化をＲｐｖｓ測定回路７１が検出し、マイクロコンピュータ６０に出力する。
【００２２】
ヒータドライバ５０は、ヒータ４０の発熱抵抗体４１の両端に、バッテリからの電圧Ｖｈを印加する。ヒータドライバ５０は、発熱抵抗体４１への通電をＰＷＭ（パルス幅変調）制御してオン・オフする。発熱抵抗体４１の両端に印加する電圧Ｖｈの電圧波形のデューティ比は、マイクロコンピュータ６０のヒータ制御部６１が算出する。具体的な算出にあたって、ヒータ制御部６１は、ＡＳＩＣ７０が検出するＶｓセル３２の加熱状態に応じた抵抗値変化をもとに、デューティ比を演算する。ヒータ制御部６１は、デューティ比の演算結果に従い、ヒータドライバ５０にパルス信号を出力する。ヒータドライバ５０はヒータ制御部６１が出力するパルス信号に基づいて、デューティ比に応じた電圧波形をなす電圧Ｖｈを発熱抵抗体４１に印加し、Ｉｐセル３１およびＶｓセル３２を加熱する。
【００２３】
次に、リニアＡ／Ｆセンサ１０を用いて排気ガスの酸素濃度（空燃比）を検出する動作について簡単に説明する。
まず、Ｖｓセル３２の一対の電極間に発生する電圧（起電力）Ｖｓが、排気ガスの空燃比を理論空燃比に近づけるための電圧Ｖｓの制御目標電圧として設定される４５０ｍＶと比較され、検出抵抗器Ｒ４を介してオペアンプＯＰ１にフィードバックされる。つまり、Ｉｐセル３１に流されるポンプ電流Ｉｐの向きと大きさが、ＰＩＤ制御回路７２およびオペアンプＯＰ１によって制御され、ガス検出素子３０内の排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように、Ｉｐセル３１による酸素の汲み入れまたは汲み出しが行われる。
【００２４】
具体的に、ガス検出素子３０内に流入した排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであった場合、排気ガス中の酸素濃度が薄いため、外部からガス検出素子３０の固体電解質体を介してガス検出素子３０内に酸素を汲み入れるように、ポンプ電流Ｉｐが通電制御
される。
一方、ガス検出素子３０内に流入した排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであった場合、排気ガス中には多くの酸素が存在するため、ガス検出素子３０内から外部へ酸素を汲み出すように、ポンプ電流Ｉｐが通電制御される。
【００２５】
このときのＩｐセル３１に流されるポンプ電流Ｉｐが検出抵抗器Ｒ４を流れる。Ｉｐ出力回路７４はポンプ電流Ｉｐ（検出抵抗器Ｒ４の両端の電位差）を電圧変換し、リニアＡ／Ｆセンサ１０の出力（検出信号）としてマイクロコンピュータ６０のＡ／Ｄ変換器６２に出力する。マイクロコンピュータ６０内では、検出信号として得たポンプ電流Ｉｐの大きさと向きから、排気ガス中に含まれる酸素濃度、ひいては排気ガスの空燃比を検出する。
【００２６】
ところで、安定した酸素濃度の検出結果を得るには、ガス検出素子３０の固体電解質体が活性化温度以上（例えば、７５０℃）となるまでガス検出素子３０を加熱して活性化させ、活性化後もガス検出素子３０の温度を一定に保つ制御を行う必要がある。前述したように、ヒータドライバ５０は、マイクロコンピュータ６０のヒータ制御部６１が算出したデューティ比に従い、ガス検出素子３０を加熱するヒータ４０の発熱抵抗体４１への通電をＰＷＭ制御で行う。ヒータ４０にはバッテリ電圧が印加されるので、ＰＷＭ制御によるヒータ４０への通電のオン・オフ切り換え時にノイズを生ずる恐れがある。また、外来のノイズの影響を受ける恐れもある。ノイズが生ずると、電子制御装置１００の基準電位が変動する。
【００２７】
Ｖｓセル３２の素子抵抗値Ｒｐｖｓは、所定時間毎に定電流を所定の短時間流すことでＶｓ＋ポートに生じた電位の変化をＲｐｖｓ測定回路７１で検出し、ＶＲＰＶＳ出力サンプルホールド回路７５が保持した上で出力する電位差ΔＶｓに基づいて求められる。このため、Ｖｓセル３２の素子抵抗値Ｒｐｖｓがノイズの影響を受けた場合、素子抵抗値Ｒｐｖｓは、ノイズが生じたタイミングによって、本来のノイズを含まない素子抵抗値Ｒｐｖｓよりも高い値になったり低い値になったりする可能性がある。つまり、ヒータ４０の通電オン時のノイズが重畳した素子抵抗値Ｒｐｖｓと、オフ時のノイズが重畳した素子抵抗値Ｒｐｖｓが、共に本来よりも高い値または共に低い値になる場合もあれば、それぞれが高い値と低い値になる場合もある。
【００２８】
例えば、ＶＲＰＶＳ出力サンプルホールド回路７５が電位差ΔＶｓを保持した時点ではノイズの影響がなく、ヒータ制御部６１に電位差ΔＶｓが出力される際にヒータ４０がオンになって基準電位が高くなった場合、ヒータ制御部６１が取得する素子抵抗値Ｒｐｖｓは、本来よりも低い値になる可能性がある。また、例えば、ヒータ４０への通電がオンになり、そのとき生ずる瞬雑ノイズの影響で電位差ΔＶｓが本来よりも大きい値となり、その値をＶＲＰＶＳ出力サンプルホールド回路７５が保持したが、基準電位が影響を受けて高くなる前に電位差ΔＶｓがヒータ制御部６１に出力された場合、ヒータ制御部６１が取得するＲｐｖｓは、本来よりも高い値になる可能性がある。
【００２９】
また、例えば、ヒータ４０への通電がオフになり、そのとき生ずる瞬雑ノイズの影響で電位差ΔＶｓが本来よりも大きい値でＶＲＰＶＳ出力サンプルホールド回路７５が保持したものの、ヒータ制御部６１に電位差ΔＶｓを出力する際には基準電位に対する影響がなくなり低くなった場合、ヒータ制御部６１が取得する素子抵抗値Ｒｐｖｓは、本来よりも高い値になる可能性がある。もっとも、ノイズが生じたタイミングによっては、基準電位の変動があっても、ＶＲＰＶＳ出力サンプルホールド回路７５が電位差ΔＶｓを保持したときと、ＶＲＰＶＳ出力サンプルホールド回路７５がヒータ制御部６１に電位差ΔＶｓを出力するときの基準電位が同じで、差分である電位差ΔＶｓにノイズの影響を及ぼさない場合もある。  
【００３０】
この発明は、ヒータ４０のオン・オフの切り替えに伴うガス検出素子３０の抵抗の計測値がノイズの影響を受けないようにしたガス濃度センサのヒータ制御装置を提供するもので、各実施の形態について以下に説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１は、図２に示すように、ガス検出素子３０の抵抗値検出周期を例えば１２０ｍｓｅｃへ設定し、ヒータ４０の駆動周期を定期的に算出設定して可変にすることで、ヒータ４０のオン・オフの切り替えが、ガス検出素子３０の抵抗値を検出するタイミングと継続的に重ならないよう制御するようにしたものである。
具体的には、ヒータ制御部６１はヒータ駆動周期を定期的に更新する処理を具備する。一般的にＰＷＭ制御においては、ヒータ制御部６１内に設定された周期情報とデューティ情報を周期の終了タイミングで同時に更新することが可能であり、本設定を実現するために実際の駆動とは非同期に周期情報とデューティ情報を所定の変数に保存する構成となっている。
【００３１】
ヒータ制御部６１は、ガス検出素子３０の抵抗値の検出周期と、独立して動作するヒータ４０への通電の駆動周期が常時同調しないよう、ガス検出素子３０の抵抗値の検出周期とヒータ４０の駆動周期との同調回数が、所定時間内において最も少なくなるようにヒータ４０の駆動周期を設定する。なお、上記の同調とは同期と同義である。
また、ヒータ４０の駆動周期の算出設定の際に、ヒータ４０の駆動周期の上限値と下限値を温度変化の影響等によるガス検出素子３０の特性から規定することで、ヒータ駆動への影響を最小限とすることができる。例えば、ヒータ４０の駆動周期上限値は１６ｍｓｅｃへ設定し、ヒータ４０の駆動周期下限値は１３ｍｓｅｃへ設定する。駆動周期上限値と下限値を設定することによりガス検出素子３０の温度変化への影響を小さくすることが可能となる。
【００３２】
このように実施の形態１の発明は、ヒータ４０の駆動周期がガス検出素子３０の抵抗値の検出周期と常時同調しないよう、ヒータ４０の駆動周期を定期的に算出設定することで、ヒータ４０のオン・オフの切り替えが、ガス検出素子３０の抵抗値を検出するタイミングと継続的に重ならないよう制御することが可能となり、ヒータ４０のオン・オフの切り替えに伴うノイズの影響を継続的に受けないようガス検出素子３０の抵抗値を検出することができる。
【００３３】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２は、ヒータ４０の駆動周期を固定周期とする場合に、ヒータ駆動周期は図３のフローチャートに示すように、ヒータ駆動周期の上限値より小さく、ガス検出素子３０の抵抗値検出周期とヒータ４０の駆動周期との最小公倍数が、ガス検出素子３０の抵抗値検出周期とヒータ４０の駆動周期である固定周期との乗算値となる最大の値を固定周期として算出設定するようにしたものである。
【００３４】
図３はこの実施の形態２におけるヒータ駆動における固定周期の算出方法を表すフローチャート図である。
図３において、ステップＳ３１はヒータ４０の通電駆動における固定周期の初期値として予め決めた上限値（例えば１６ｍｓｅｃ）を設定する。ステップＳ３２は、ガス検出素子３０の抵抗検出周期とヒータ駆動周期の最小公倍数が、素子抵抗検出周期とヒータ駆動周期の乗算値（素子抵抗検出周期とヒータ駆動周期が１以外の同じ約数を持たない）と一致するかどうかを判断する。ステップＳ３３は、ステップＳ３２において、素子抵抗検出周期とヒータ駆動周期の最小公倍数が素子抵抗検出周期とヒータ駆動周期の乗算値である場合（ＹＥＳ）、最大のヒータ駆動周期である１３ｍｓｅｃが算出設定される。ステップＳ３４は、ステップＳ３２において、素子抵抗検出周期とヒータ駆動周期の最小公倍数が
、素子抵抗検出周期とヒータ駆動周期の乗算値でない場合（ＮＯ）、駆動周期上限値１６ｍｓｅｃから１ｍｓｅｃを減算した値にヒータ駆動周期を再設定してステップＳ３２に戻る。
【００３５】
上記のステップＳ３２からステップＳ３４において、以下のように計測周期との最小公倍数が固定周期×計測周期となる最大は１３ｍｓｅｃとなることを説明する。
０）固定周期が１６ｍｓｅｃの場合
⇒計測周期１２０ｍｓｅｃとの最小公倍数が固定周期×計測周期にならない。
１）固定周期が１５ｍｓｅｃの場合
⇒計測周期１２０ｍｓｅｃとの最小公倍数が固定周期×計測周期にならない。
２）固定周期が１４ｍｓｅｃの場合
⇒計測周期１２０ｍｓｅｃとの最小公倍数が固定周期×計測周期にならない。
３）固定周期が１３ｍｓｅｃの場合
⇒計測周期１２０ｍｓｅｃとの最小公倍数が固定周期×計測周期になるため、乗算
値となる最大の値は１３ｍｓｅｃとなる。
このように実施の形態２の発明は、抵抗検出周期とヒータの駆動周期が常時同期しないよう、ヒータの駆動周期を決めたら、その値に常に駆動周期を固定にすることで、所定時間内でのガス検出素子３０の抵抗値検出周期とヒータ４０の駆動周期の同調回数の期待値を最も少なくすることができる。
【００３６】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３は、ヒータ４０の駆動周期を可変周期とする場合に、ヒータ駆動周期はテーブルによって駆動周期の可変化を実現するようにしたものである。
この実施例では、ガス検出素子３０の抵抗値検出周期を１２０ｍｓｅｃ．へ設定した。またヒータ４０の駆動周期上限値を１６ｍｓｅｃに設定し、可変周期設定テーブルのデータ数は４に設定した。その一例が次の表１に示すように、駆動周期１６ｍｓｅｃから１ｍｓｅｃずつ減算することで、１６ｍｓｅｃから１５ｍｓｅｃの間で４つの駆動周期データが設定される。
【表１】
2018072005.tif 000003
表１に設定したデータに基づいて動作させた場合、ヒータ駆動周期は４つの周期デー
タがテーブル番号順に周期的に変更されるものとなる。
【００３７】
テーブルの要素の算出設定については、図４のフローチャートに示すように、全テーブル要素（駆動周期）の合計値と素子抵抗検出周期との最少公倍数が、素子抵抗検出周期と全テーブル要素（駆動周期）の合計値との乗算値となるよう算出設定し、各要素（駆動周期）はヒータ駆動周期の上限値以下となるように設定するようにしたものである。
【００３８】
図４はこの実施の形態３におけるヒータ駆動における可変周期の算出方法を表すフローチャート図である。
図４において、ステップＳ４１は、ヒータ駆動における可変周期の初期値として各テーブルデータで規定された上限値（例えば１６ｍｓｅｃ）を設定する。ステップＳ４２はガス検出素子３０の抵抗検出周期と全テーブルデータの駆動周期の合計値の最少公倍数が、ガス検出素子３０の抵抗検出周期と全テーブルデータの駆動周期の合計値との乗算値（検出周期と全テーブルデータの合計値が１以外の同じ約数を持たない）と一致するかどうか
判断する。ステップＳ４３は、ステップＳ４２において、最小公倍数がガス検出素子３０の抵抗検出周期と全テーブルデータの駆動周期の合計値との乗算値である場合（ＹＥＳ）、最大のヒータ駆動周期である１６ｍｓｅｃが算出設定される。ステップＳ４４は、ステップＳ４２において、最小公倍数が素子抵抗検出周期と全テーブルデータの合計値との乗算値でない場合（ＮＯ）、テーブルデータの中の番号順に周期的に変更し、駆動周期上限値１６ｍｓｅｃから１ｍｓｅｃを減算した値に駆動周期へ再設定してステップＳ４２に戻る。
【００３９】
ヒータ駆動の可変周期の設定については、定期的に実行される処理のなかで実際の駆動周期の変化を監視することで、駆動周期を所望の値に更新することが可能となる。具体的には図５に示すフローチャートで行われる。
図５はヒータ駆動周期の設定方法を表すフローチャートで、ステップＳ５１は、定期処理において、実際のヒータ駆動周期が監視処理内で設定された記憶値（テーブルデータの記憶値）と一致しているかを判断する。ステップＳ５２は、ヒータ駆動周期が記憶値と一致している場合（ＹＥＳ）、実際の駆動処理において周期が更新されたと判断し、テーブルデータの番号を繰り上げて次回駆動周期を更新（最終番号まで到達すれば先頭番号に戻る）する。ステップＳ５３は、次回の駆動周期をあらかじめ設定されたテーブルデータを用いて算出設定する。その後記憶値を本設定値に更新する。
【００４０】
上記のステップＳ４２からステップＳ４４において、以下のように要素（駆動周期）の合計値と計測周期との最小公倍数が、駆動周期の合計値×計測周期と一致するのは、１６ｍｓｅｃ、１５ｍｓｅｃ、１５ｍｓｅｃ、１５ｍｓｅｃという具合にヒータ駆動周期が可変となることを説明する。
０）テーブルデータが（１６、１６、１６、１６）の場合
⇒合計６４のため、計測周期１２０ｍｓｅｃとの最小公倍数が合計値×計測周期に
ならない。
１）テーブルデータが（１６、１６、１６、１５）の場合
⇒合計６３のため、計測周期１２０ｍｓｅｃとの最小公倍数が合計値×計測周期に
ならない。
２）テーブルデータが（１６、１６、１５、１５）の場合
⇒合計６２のため、計測周期１２０ｍｓｅｃとの最小公倍数が合計値×計測周期に
ならない。
３）テーブルデータが（１６、１５、１５、１５）の場合
⇒合計６１のため、計測周期１２０ｍｓｅｃとの最小公倍数が合計値×計測周期に
なる。
【００４１】
この実施形態３では定期処理にて次回駆動周期を算出する構成としているが、駆動周期の終了の割り込みにおいて時間駆動周期を設定する構成としてもよい。
また実施形態３の可変周期の設定では、あらかじめ設定されたテーブルデータを用いて駆動周期を算出設定しているが、任意の駆動周期を設定してもよい。ただし、ヒータ駆動周期が高周期の場合、駆動デューティによっては分解能が不足し、設定した駆動デューティでヒータ駆動されない懸念がある。
またヒータ駆動周期が低周期の場合、熱応答の影響が大きくなり、正常に素子抵抗が検出されない懸念がある。そのため、ガス検出素子３０の温度変化に大きく影響を与えない範囲で、駆動周期の上限値と下限値を規定することで、同様に既述の効果が得られる。
【００４２】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４は、ヒータ駆動周期を実施の形態２の固定周期とする場合と実施の形態３の可変周期とする場合を組み合わせたものである。
即ち、ヒータの駆動周期の算出設定に際し、ガス検出素子３０の抵抗検出周期との所定
時間内での同調回数が最も少ない固定周期と、テーブルで設定された可変周期の各要素の平均値のうち、周期が長い方をヒータ駆動周期として設定する。
例えば、固定周期１３ｍｓｅｃに対して、可変周期のテーブルデータ平均値が１５．２５ｍｓｅｃとなるため、より長い周期である可変周期を選択してヒータ駆動周期として設定する。これにより所定時間内での素子抵抗検出周期とヒータ駆動周期の同調回数の期待値を最も少なくすることができる。
【００４３】
なお、上記した実施の形態において、ヒータ制御装置は自動車の電子制御装置（ＥＣＵ）を例としたが、ＥＣＵとは独立の制御装置を設けてもよい。ガス濃度センサの一例としてリニアＡ／Ｆセンサを挙げたが、固体電解質体を基体とするガス検出素子と、固体電解質体を加熱して早期活性化を図るヒータ素子を備えるガス濃度センサ、例えば、酸素センサ、ＮＯｘセンサ、ＨＣセンサ等に適用してもよい。
【００４４】
また、上記の実施形態では、素子抵抗値の検出にあたり、特定のセル（上記の実施形態ではＶｓセル）に対して特定の大きさの電流を流したときの電圧変化を用いて検出するようにしたが、特定のセルに対して特定の大きさの電圧を印加したときの電流変化を用いて検出するようにしてもよい。なお、素子抵抗値を検出するための特定のセルはＶｓセルに限定されず、その他のセル（上記の実施形態ではＩｐセル）であってもよい。
【００４５】
以上、この発明の実施の形態を記述したが、この発明は実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１０：リニアＡ／Ｆセンサ、  ２０：センサ素子、  ３０：ガス検出素子、
３１：Ｉｐセル、  ３２：Ｖｓセル、  ４０：ヒータ、  ４１：発熱抵抗体、
５０：ヒータドライバ、  ６０：マイクロコンピュータ、  ６１：ヒータ制御部、
６２：Ａ／Ｄ変換器、  ７０：ＡＳＩＣ、  ７１：Ｒｐｖｓ測定回路、
７２：ＰＩＤ制御回路、  ７３：目標電圧設定器、  ７４：Ｉｐ出力回路、
７５：ＶＲＰＶＳ出力サンプルホールド回路、  １００：電子制御装置（ＥＣＵ）
【図１】
2018072005.tif 000004
【図２】
2018072005.tif 000005
【図３】
2018072005.tif 000006
【図４】
2018072005.tif 000007
【図５】
2018072005.tif 000008
【図６】
2018072005.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月29日(2017.11.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質体および前記固体電解質体に設けられた一対の電極を有する少なくとも一つ以上のセルを備えるガス検出素子と、前記ガス検出素子を加熱して活性化させるヒータとを備えるガス濃度センサの前記ヒータへの通電を制御するヒータ制御装置であって、前記ガス検出素子の抵抗値の検出周期と、前記ヒータへの通電の駆動周期が常時同調しないよう、前記ガス検出素子の抵抗値の検出周期と前記ヒータの駆動周期との同調回数が、所定時間内において最も少なくなるように前記ヒータの駆動周期を算出設定すると共に、前記ヒータの駆動周期の算出設定に際し、ヒータ駆動周期を固定周期とする場合には、前記ヒータ駆動周期は、前記ガス検出素子の抵抗検出周期と前記固定周期との最小公倍数が、前記ガス検出素子の抵抗検出周期と前記固定周期との乗算値となる最大の値を設定することを特徴とするガス濃度センサのヒータ制御装置。
【請求項２】
固体電解質体および前記固体電解質体に設けられた一対の電極を有する少なくとも一つ以上のセルを備えるガス検出素子と、前記ガス検出素子を加熱して活性化させるヒータとを備えるガス濃度センサの前記ヒータへの通電を制御するヒータ制御装置であって、前記ガス検出素子の抵抗値の検出周期と、前記ヒータへの通電の駆動周期が常時同調しないよう、前記ガス検出素子の抵抗値の検出周期と前記ヒータの駆動周期との同調回数が、所定時間内において最も少なくなるように前記ヒータの駆動周期を算出設定すると共に、前記ヒータの駆動周期の算出設定に際し、ヒータ駆動周期を可変周期とする場合には、複数の駆動周期を有する可変周期設定テーブルを備え、前記可変周期設定テーブルの各駆動周期は、前記ガス検出素子の抵抗検出周期と前記可変周期設定テーブルの全駆動周期の合計値との最小公倍数が、前記ガス検出素子の抵抗検出周期と前記可変周期設定テーブルの全駆動周期の合計値との乗算値となるよう設定することを特徴とするガス濃度センサのヒータ制御装置。
【請求項３】
前記ヒータの駆動周期の算出設定に際し、前記ヒータ駆動周期の上下限値の範囲で、前記ガス検出素子の抵抗検出周期との所定時間内での同調回数が最も少ない固定周期と、前記ガス検出素子の抵抗検出周期との所定時間内での同調回数が最も少ない前記可変周期設定テーブルの中の駆動周期をそれぞれ算出し、前記可変周期設定テーブルの駆動周期の平均値と前記固定周期のうち、周期が長い方をヒータ駆動周期として設定する請求項２に記載のガス濃度センサのヒータ制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
この発明に係わるガス濃度センサのヒータ制御装置は、固体電解質体および固体電解質体に設けられた一対の電極を有する少なくとも一つ以上のセルを備えるガス検出素子と、ガス検出素子を加熱して活性化させるヒータとを備えるガス濃度センサのヒータへの通電を制御するヒータ制御装置であって、ガス検出素子の抵抗値の検出周期と、ヒータへの通電の駆動周期が常時同調しないよう、ガス検出素子の抵抗値の検出周期とヒータの駆動周期との同調回数が、所定時間内において最も少なくなるようにヒータの駆動周期を算出設定すると共に、ヒータの駆動周期の算出設定に際し、ヒータ駆動周期を固定周期とする場合には、ヒータ駆動周期は、ガス検出素子の抵抗検出周期と固定周期との最小公倍数が、ガス検出素子の抵抗検出周期と固定周期との乗算値となる最大の値を設定するようにしたものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
テーブルの要素の算出設定については、図４のフローチャートに示すように、全テーブル要素（駆動周期）の合計値と素子抵抗検出周期との最小公倍数が、素子抵抗検出周期と全テーブル要素（駆動周期）の合計値との乗算値となるよう算出設定し、各要素（駆動周期）はヒータ駆動周期の上限値以下となるように設定するようにしたものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
図４はこの実施の形態３におけるヒータ駆動における可変周期の算出方法を表すフローチャート図である。
図４において、ステップＳ４１は、ヒータ駆動における可変周期の初期値として各テーブルデータで規定された上限値（例えば１６ｍｓｅｃ）を設定する。ステップＳ４２はガス検出素子３０の抵抗検出周期と全テーブルデータの駆動周期の合計値の最小公倍数が、ガス検出素子３０の抵抗検出周期と全テーブルデータの駆動周期の合計値との乗算値（検出周期と全テーブルデータの合計値が１以外の同じ約数を持たない）と一致するかどうか判断する。ステップＳ４３は、ステップＳ４２において、最小公倍数がガス検出素子３０の抵抗検出周期と全テーブルデータの駆動周期の合計値との乗算値である場合（ＹＥＳ）、最大のヒータ駆動周期である１６ｍｓｅｃが算出設定される。ステップＳ４４は、ステップＳ４２において、最小公倍数が素子抵抗検出周期と全テーブルデータの合計値との乗算値でない場合（ＮＯ）、テーブルデータの中の番号順に周期的に変更し、駆動周期上限値１６ｍｓｅｃから１ｍｓｅｃを減算した値に駆動周期へ再設定してステップＳ４２に戻る。