(57)【要約】【課題】通電により発熱するヒータを通電制御するヒータ制御装置において、過剰な電力供給によるヒータの破損を防止できるヒータ制御装置、およびこのようなヒータ制御装置を備えるガス検出装置を提供する。【解決手段】車両用外気導入制御システム１００に備えられるヒータ制御装置１３０は、ヒータ４への印加電圧（バッテリ電圧ＶＢ）が判定基準電圧以上になる場合に、スイッチング回路１３２を制御して、電源装置１９１からヒータ４に向かう電力供給経路を遮断状態に設定する。ヒータ制御装置１３０は、保護動作所要時間が５００［μＳｅｃ］以下に設定されており、ヒータ４への印加電圧が４０［Ｖ］以上となる期間がヒータ４の許容最大印加時間（５００［μＳｅｃ］）を超える前に、電力供給経路を遮断状態に制御できる。このため、過剰な電力供給によるヒータ４の破損を防止できる。【選択図】　図２
2004047217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により発熱するヒータに対して出力可能な最大出力電圧が前記ヒータの許容最大電圧よりも低い電圧に制限されて、前記ヒータに対して電力供給を行う電力供給手段と、
前記電力供給手段から前記ヒータに供給される電力量を制御することで前記ヒータの通電制御を行う通電制御手段と、を備え、
特定ガスを検出するための感ガス体を、目標温度に加熱・維持するように前記ヒータの通電制御を行うヒータ制御装置であって、
前記ヒータへの印加電圧値を検出する保護用印加電圧検出手段と、
前記ヒータへの電力供給経路を通電状態または遮断状態に切り換える保護用スイッチング手段と、
前記保護用印加電圧検出手段による検出電圧値に基づいて前記ヒータへの印加電圧を判断し、判定基準電圧以上の電圧の前記ヒータへの印加時間が、前記最大出力電圧の印加時に前記ヒータが正常動作可能な最大時間である許容最大印加時間を超える前に、前記保護用スイッチング手段を用いて前記電力供給経路を遮断状態に制御するヒータ保護制御手段と、
を備えることを特徴とするヒータ制御装置。
【請求項２】
前記ヒータ保護制御手段は、マイクロコンピュータにおいて周期的に実行される内部処理として備えられ、
当該内部処理は、前記許容最大印加時間よりも短くなるよう定められた周期で実行されること、
を特徴とする請求項１に記載のヒータ制御装置。
【請求項３】
前記通電制御手段は、
前記ヒータへの印加電圧のＤＵＴＹ制御に用いる制御基準電圧値を設定するために前記ヒータへの印加電圧値を検出するＤＵＴＹ制御用印加電圧検出手段と、
前記ヒータへの電力供給経路を通電状態または遮断状態に切り換えるＤＵＴＹ制御用スイッチング手段と、
前記ＤＵＴＹ制御用印加電圧検出手段にて検出された前記印加電圧値により設定される前記制御基準電圧値に基づき、前記ＤＵＴＹ制御用スイッチング手段を用いて前記ヒータへの印加電圧をＤＵＴＹ制御することで、前記感ガス体を加熱・維持するＤＵＴＹ制御手段と、を備えて構成され、
前記保護用スイッチング手段と前記ＤＵＴＹ制御用スイッチング手段とが、同一のスイッチング手段で構成されていること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒータ制御装置。
【請求項４】
前記保護用印加電圧検出手段と前記ＤＵＴＹ制御用印加電圧検出手段とが、同一の電圧検出手段で構成されていること、
を特徴とする請求項３に記載のヒータ制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のヒータ制御装置であり、前記感ガス体から所定サイクル時間ごとに取得される検出信号の履歴データに基づき基準値を設定し、現在の該検出信号と該基準値とを用いて前記特定ガスの濃度変化を検出するガス検出装置に備えられるヒータ制御装置であって、
前記ヒータ保護制御手段により前記ヒータへの電力供給経路が遮断状態となる通電遮断時間を計測し、通電遮断時に前記感ガス体が前記目標温度よりも低い温度まで低下するのに要する温度低下所要時間と前記通電遮断時間とを比較し、前記通電遮断時間が前記温度低下所要時間よりも長いか否かを判断する不活性化判定手段と、
前記不活性化判定手段により前記通電遮断時間が前記温度低下所要時間よりも長いと判断されると、前記ガス検出装置で用いられる前記検出信号の履歴データの初期化を指令するためのデータ初期化指令を、前記ガス検出装置に対して通知するデータ初期化指令手段を備えたこと、
を特徴とするヒータ制御装置。
【請求項６】
前記感ガス体を、目標温度に加熱・維持するために前記ヒータの通電制御を行うヒータ制御手段を備え、前記感ガス体から所定サイクル時間ごとに取得される検出信号の履歴データに基づき基準値を設定し、現在の該検出信号と該基準値とを用いて前記特定ガスの濃度変化を検出するガス検出装置であって、
前記ヒータ制御手段が、請求項１から請求項５のいずれかに記載のヒータ制御装置で構成されていること、
を特徴とするガス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感ガス体を目標温度に加熱・維持するためにヒータの通電制御を行うヒータ制御装置、およびそのようなヒータ制御装置を備えるガス検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＳｎＯ２　やＷＯ３　等の酸化物半導体などを用いて構成される感ガス体（ガスセンサ素子）は、活性化温度（例えば、２００［℃］〜４００［℃］）以上になると特定ガス（例えば、ＣＯやＮＯ２　など）の濃度変化に応じて抵抗値が変化するという特徴があり、このような感ガス体を備えるガス検出装置が知られている。また、このような感ガス体を早期に活性化させるためにヒータを用いる場合があり、感ガス体を加熱・維持するようにヒータの発熱量を制御するヒータ制御装置がある。
【０００３】
そして、感ガス体を加熱するためのヒータとしては、一般に電流の通電により発熱する構造のヒータが多く用いられており、ヒータ制御装置は、例えば、ヒータへの供給電力をＤＵＴＹ制御することで、感ガス体の温度を略一定に維持するようにヒータの発熱量を制御することができる。
【０００４】
また、感ガス体は、例えば、被測定ガス中における特定ガスの濃度変化の検出に用いられており、一例としては、自動車用空調機器（カーエアコン）での外気導入と内気循環を切り換えるフラップの開閉制御において、外気の汚れ具合（ＣＯやＮＯ２　濃度変化など）の測定に用いられることがある。
【０００５】
このように、感ガス体が自動車に搭載される場合には、ヒータ制御装置は、車載電源装置（車載バッテリ）が出力する電源電圧をヒータに印加してヒータを発熱させると共に、ヒータへの印加電圧のＤＵＴＹ制御を行うことでヒータの発熱量を制御する。
【０００６】
なお、自動車には、感ガス体を加熱するヒータの他にも、車載バッテリからの電力供給により駆動する複数の電気機器が搭載されており、これら複数の電気機器と車載バッテリとを接続するための電力供給経路（電力供給ケーブル）が、自動車各部に配設されている。
【０００７】
そして、各電気機器のオン・オフ状態の変化に起因して電力供給経路に流れる電流値が瞬時的に大きく変化すると、電力供給経路の周囲の磁界が変化して、誘導起電力としてのサージ電圧が電力供給経路に発生することがある。このサージ電圧は、数１０［ｋＶ］以上の高電圧になる場合があり、電力供給経路に接続される電気機器のうち許容最大電圧が低いものについては、許容最大電圧を超えるサージ電圧に耐えられず破損する虞がある。特に、ヒータは、僅かな時間であっても、許容最大電圧を超える電圧が印加されると、破損してしまう。
【０００８】
なお、許容最大電圧は、電気機器への印加電圧のうち、電気機器が動作可能な電圧範囲の最大値であり、一般に、電気機器は、実使用環境で印加される定格電圧が許容最大電圧よりも低くなるように構成されている。
そして、高電圧印加による電気機器の破損という問題に対しては、例えば、保護対象となる電気機器の許容最大電圧よりも低いツェナー電圧であるツェナーダイオードを、保護対象の電気機器に並列となるように電力供給経路とグランドとの間に接続することで、電気機器を保護するサージ電圧対策方法がある。つまり、サージ電圧が発生した場合には、ツェナーダイオードがツェナー降伏して電力供給経路の電圧上昇をツェナー電圧以下に抑えることで、電気機器への印加電圧が許容最大電圧を上回るのを防止して、電気機器を高電圧による破損から保護するのである。
【０００９】
なお、各電気機器への印加電圧を許容最大電圧よりも低い電圧に制限する電圧制限手段としては、ツェナーダイオードの他にバリスタなどを用いることもできる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ヒータへの印加電圧が許容最大電圧より低い電圧に制限される場合であっても、ヒータの定格電圧よりも大きい電圧が印加されてヒータへの供給電力が過剰になると、過熱によりヒータが破損する虞がある。
【００１１】
つまり、ヒータへの印加電圧を制限する印加電圧制限手段（ツェナーダイオードやバリスタなど）を用いて、ヒータへの印加電圧を許容最大電圧以下に制限する場合であっても、ヒータの定格電圧を超える電圧がヒータに印加される場合があり得る。そして、このような定格電圧を超える電圧の印加によりヒータへの供給電力が過剰になりヒータの許容最大電力を超えると、ヒータの破損に至ることから、印加電圧制限手段では、過剰な電力供給による破損を防止することができない。
【００１２】
なお、許容最大電力は、電気機器への供給電力のうち、電気機器が動作可能な電力範囲の最大値であり、一般に、電気機器は、定格電圧の印加時に供給される定格電力が許容最大電力よりも小さくなるように構成されている。
そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、通電により発熱するヒータを通電制御するヒータ制御装置において、過剰な電力供給によるヒータの破損を防止できるヒータ制御装置、およびこのようなヒータ制御装置を備えるガス検出装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
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、通電により発熱するヒータに対して出力可能な最大出力電圧がヒータの許容最大電圧よりも低い電圧に制限されて、ヒータに対して電力供給を行う電力供給手段と、電力供給手段からヒータに供給される電力量を制御することでヒータの通電制御を行う通電制御手段と、を備え、特定ガスを検出するための感ガス体を、目標温度に加熱・維持するようにヒータの通電制御を行うヒータ制御装置であって、ヒータへの印加電圧値を検出する保護用印加電圧検出手段と、ヒータへの電力供給経路を通電状態または遮断状態に切り換える保護用スイッチング手段と、保護用印加電圧検出手段による検出電圧値に基づいてヒータへの印加電圧を判断し、判定基準電圧以上の電圧のヒータへの印加時間が、最大出力電圧の印加時にヒータが正常動作可能な最大時間である許容最大印加時間を超える前に、保護用スイッチング手段を用いて電力供給経路を遮断状態に制御するヒータ保護制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
つまり、このヒータ制御装置は、ヒータに対する判定基準電圧以上の電圧の印加時間が許容最大印加時間を超える前に、ヒータ保護制御手段が、電力供給経路を遮断状態に制御するよう構成されており、ヒータに対して過剰な電力が供給されるのを防止している。このため、ヒータへの供給電力が許容最大電力を上回るのを防止でき、過剰な電力供給によるヒータの破損を防止することができる。
【００１５】
なお、ヒータへの供給電力が許容最大電力を超えるまでの所要時間に関しては、ヒータへの印加電圧が高くなるに従い単位時間あたりの供給電力が増大することから、ヒータへの印加電圧が高くなるほど所要時間は短くなる。また、このヒータ制御装置では、ヒータへの印加電圧は、電力供給手段の最大出力電圧以下に制限されている。このため、ヒータへの供給電力が許容最大電力を超えるまでの所要時間は、電力供給手段の最大出力電圧が印加される場合に最短となり、印加電圧が低くなるに従い長くなる。
【００１６】
そして、このヒータ制御装置では、電力供給経路を遮断状態にするための判定に用いる判定基準電圧以上の電圧のヒータへの印加時間（判定基準時間）を、電力供給手段からの最大出力電圧の印加時にヒータが正常動作可能な最大時間である許容最大印加時間以下としている。これにより、ヒータへの印加電圧が電力供給手段の最大出力電圧よりも低い場合においても、判定基準電圧以上の電圧の印加時間が許容最大印加時間を超える前に電力供給経路を遮断でき、ヒータへの供給電力が許容最大電力を超過するのを確実に防止できる。
【００１７】
また、このヒータ制御装置は、電力供給手段の最大出力電圧がヒータの許容最大電圧よりも低い電圧に制限されていることから、ヒータへの印加電圧が許容最大電圧を超えることによるヒータの破損が発生しないよう構成されている。
よって、本発明（請求項１）のヒータ制御装置によれば、通電により発熱するヒータを通電制御するにあたり、許容最大電圧を上回る電圧印加によるヒータの破損を防止できると共に、許容最大電力を超える過剰な電力供給によるヒータの破損を防止することができる。
【００１８】
なお、判定基準電圧は、ヒータの定格電圧よりも高い電圧範囲で、かつ、電力供給手段の最大出力電圧以下の電圧範囲において、ヒータの種類や用途などの諸条件に応じた任意の電圧値に設定するとよい。
そして、上述のヒータ制御装置は、例えば、コンパレータなどを備えるアナログ回路を用いてヒータ保護制御手段などの各手段を構成することができる。
【００１９】
また、上述のヒータ制御装置は、例えば、請求項２に記載のように、ヒータ保護制御手段が、マイクロコンピュータにおいて周期的に実行される内部処理として備えられ、この内部処理が、許容最大印加時間よりも短くなるよう定められた周期で実行されるように構成してもよい。
【００２０】
つまり、ヒータ制御装置には、マイクロコンピュータ（以下、マイコンともいう）を備えるものがあり、マイコンの内部処理として各手段を構成することで、アナログ回路を用いて各手段を構成する場合に比べて、回路基板上の部品点数の増加を抑えることができる。
【００２１】
そして、ヒータ保護制御手段としての内部処理の実行周期を、許容最大印加時間よりも短くなるよう定められた周期に設定することで、許容最大印加時間内に判定基準電圧以上の電圧を認識して電力供給を遮断状態にすることができ、ヒータへの供給電力が過剰となるのを防止できる。
【００２２】
なお、内部処理の実行周期は、許容最大印加時間から、保護用印加電圧検出手段により検出された検出電圧値のＡ／Ｄ変換処理に要する変換所要時間や、保護用スイッチング手段を通電状態から遮断状態に駆動制御するのに要する駆動制御所要時間などを含む各種所要時間を差し引いた時間よりも短い時間に設定すると良い。
【００２３】
よって、本発明（請求項２）のヒータ制御装置によれば、部品点数の増大を抑えて装置の大型化を抑制しつつ、過剰な電力供給によるヒータの破損を防止できるヒータ制御装置を実現することができる。
そして、上述（請求項１または請求項２）のヒータ制御装置は、請求項３に記載のように、通電制御手段が、ヒータへの印加電圧のＤＵＴＹ制御に用いる制御基準電圧値を設定するためにヒータへの印加電圧値を検出するＤＵＴＹ制御用印加電圧検出手段と、ヒータへの電力供給経路を通電状態または遮断状態に切り換えるＤＵＴＹ制御用スイッチング手段と、ＤＵＴＹ制御用印加電圧検出手段にて検出された印加電圧値により設定される制御基準電圧値に基づき、ＤＵＴＹ制御用スイッチング手段を用いてヒータへの印加電圧をＤＵＴＹ制御することで、感ガス体を加熱・維持するＤＵＴＹ制御手段と、を備えて構成され、保護用スイッチング手段とＤＵＴＹ制御用スイッチング手段とが、同一のスイッチング手段で構成されているとよい。
【００２４】
つまり、通電制御手段が、ＤＵＴＹ制御用スイッチング手段を用いてヒータへの印加電圧をＤＵＴＹ制御するよう構成されている場合において、保護用スイッチング手段とＤＵＴＹ制御用スイッチング手段とを、同一のスイッチング手段で構成するのである。そして、ヒータ保護制御手段およびＤＵＴＹ制御手段が、ヒータへの電力供給経路を通電状態または遮断状態に切り換えるにあたり、同一のスイッチング手段を用いて電力供給経路の状態を切り換えるように、ヒータ制御装置を構成するのである。
【００２５】
なお、この場合、ヒータ保護制御手段およびＤＵＴＹ制御手段の双方が同時にスイッチング手段を通電状態に制御する制御指令を行う場合には、スイッチング手段を通電状態に制御し、ヒータ保護制御手段またはＤＵＴＹ制御手段の少なくとも一方がスイッチング手段を遮断状態に制御する制御指令を行う場合には、スイッチング手段を遮断状態に制御するように、ヒータ制御装置を構成すると良い。例えば、ヒータ保護制御手段およびＤＵＴＹ制御手段からの制御指令に基づいて、上記のようにスイッチング手段を制御する合成制御手段を備えると良い。
【００２６】
これにより、保護用スイッチング手段とＤＵＴＹ制御用スイッチング手段とをそれぞれ別個に備える場合に比べて、スイッチング手段の個数を削減することができる。
よって、本発明（請求項３）によれば、スイッチング手段の個数を削減することができるため、スイッチング手段の設置スペースを縮小できると共にヒータ制御装置の小型化を図ることができ、更に、コストの上昇を抑えることができる。
【００２７】
また、上述（請求項３）のガス検出装置においては、請求項４に記載のように、保護用印加電圧検出手段とＤＵＴＹ制御用印加電圧検出手段とが、同一の電圧検出手段で構成されているとよい。
つまり、通電制御手段が、検出したヒータへの印加電圧に基づき制御基準電圧値を設定してヒータへの印加電圧をＤＵＴＹ制御するよう構成されている場合において、保護用印加電圧検出手段とＤＵＴＹ制御用印加電圧検出手段とを、同一の電圧検出手段で構成するのである。そして、ヒータ保護制御手段およびＤＵＴＹ制御手段が、同一の電圧検出手段を用いて、ヒータへの印加電圧を検出するようにヒータ制御装置を構成するのである。
【００２８】
これにより、保護用印加電圧検出手段とＤＵＴＹ制御用印加電圧検出手段とを、それぞれ別個独立に備える場合に比べて、電圧検出手段の個数を削減することができる。
よって、本発明（請求項４）によれば、電圧検出手段の個数を削減することができるため、電圧検出手段の設置スペースを縮小できると共にヒータ制御装置の小型化を図ることができ、更に、コストの上昇を抑えることができる。
【００２９】
ところで、サージ電圧の発生期間が長くなり、上記のヒータ制御装置によるヒータへの通電停止時間が長くなると、感ガス体の温度が低下してしまい、感ガス体の抵抗値がその温度低下の影響を受けて変化してしまい、その結果、感ガス体から取得される検出信号が特定ガスの濃度変化に拘わらず変化することになる。
【００３０】
また、感ガス体から所定サイクル時間ごとに取得される検出信号を用いて特定ガスの濃度変化を検出するガス検出装置としては、過去の検出信号の履歴データを用いて基準値を設定し、基準値と現在の検出信号とを用いてガス濃度検出を行う構成のものがある。このように検出信号の履歴データを用いてガス濃度検出を行うガス検出装置においては、感ガス体の温度低下に伴う検出信号の変化によって基準値が不適切な値に設定されてしまい、ガス濃度の検出精度が低下することになる。なお、「現在の検出信号」とは、所定サイクル時間ごとに順に得られた時系列の値のうち、考察している時点またはその時点よりも過去に得られた値のうち、直近に得られた値を指す。
【００３１】
そこで、こうした問題に対しては、請求項５に記載のように、上述（請求項１から請求項４のいずれか）のヒータ制御装置であり、感ガス体から所定サイクル時間ごとに取得される検出信号の履歴データに基づき基準値を設定し、現在の検出信号と基準値とを用いて特定ガスの濃度変化を検出するガス検出装置に備えられるヒータ制御装置であって、ヒータ保護制御手段によりヒータへの電力供給経路が遮断状態となる通電遮断時間を計測し、通電遮断時に感ガス体が目標温度よりも低い温度まで低下するのに要する温度低下所要時間と通電遮断時間とを比較し、通電遮断時間が温度低下所要時間よりも長いか否かを判断する不活性化判定手段と、不活性化判定手段により通電遮断時間が温度低下所要時間よりも長いと判断されると、ガス検出装置で用いられる検出信号の履歴データの初期化を指令するためのデータ初期化指令を、ガス検出装置に対して通知するデータ初期化指令手段を備えたヒータ制御装置を用いると良い。
【００３２】
本願発明者の検討により、ヒータへの電力供給経路を遮断状態とした場合でも、遮断直後から感ガス体の温度低下が即座に起こらないことが判った。そこで、ヒータへの電力供給経路の遮断状態が、所定時間（感ガス体の温度が目標温度を維持する期間）を経過した場合に限り、データ初期化指令を通知して、ガス検出装置に対して感ガス体から取得される検出信号の変動が、感ガス体の温度低下によるものであることを通知するのである。なお、ヒータ制御装置は、例えば、データ初期化指令信号をガス検出装置に対して出力することで、データ初期化指令をガス検出装置に通知するように構成すると良い。
【００３３】
これにより、ガス検出装置は、データ初期化指令が通知された場合には、感ガス体の温度低下に対応するための温度低下対応処理を実行することで、ガス検出精度の低下を防ぐことができる。なお、温度低下対応処理は、蓄積されている履歴データを全て消去（初期化）して、感ガス体が活性化状態になった後に、再び履歴データの蓄積を開始する処理として実現することができる。
【００３４】
よって、本発明（請求項５）のヒータ制御装置によれば、長期間にわたりヒータへの電力供給を遮断した場合に、感ガス体の温度低下に起因して基準値が不適切な値に設定されるのを防止でき、また、瞬間的にヒータへの電力供給を遮断した場合には、データ初期化指令を通知せずに、検出信号の履歴データを有効に利用して、特定ガスの濃度変化を検出することができるので、ガス検出精度の低下を抑制することができる。
【００３５】
次に、上記目的を達成するためになされた請求項６に記載の発明は、感ガス体を、目標温度に加熱・維持するためにヒータの通電制御を行うヒータ制御手段を備え、感ガス体から所定サイクル時間ごとに取得される検出信号の履歴データに基づき基準値を設定し、現在の検出信号と基準値とを用いて特定ガスの濃度変化を検出するガス検出装置であって、ヒータ制御手段が、請求項１から請求項５のいずれかに記載のヒータ制御装置で構成されていることを特徴とする。
【００３６】
つまり、ヒータ制御手段を備えて構成されるガス検出装置においては、サージ電圧の発生によるヒータの破損を防止する必要があり、その際には、許容最大電圧を超える過大電圧の印加による破損や、許容最大電力を超える過剰な電力供給による破損を防止する必要がある。
【００３７】
そのため、ヒータ制御手段を、上述（請求項１から請求項５のいずれか）のヒータ制御装置で構成することで、過大電圧の印加や過剰電力の供給によるヒータの破損を防止することができる。
また、ヒータ制御手段を、上述（請求項３または請求項４）のヒータ制御装置で構成することで、スイッチング手段や電圧検出手段の個数を削減でき、ガス検出装置の小型化やコスト上昇の抑制を図ることができる。
【００３８】
また、請求項５に記載のヒータ制御装置を備えるガス検出装置は、ヒータへの通電停止期間が長くなり温度低下によって感ガス体の検出信号が変化する場合であっても、ヒータ制御装置から通知されるデータ初期化指令に基づいて、検出信号の変化が温度低下によるものであると判断することができる。そして、このガス検出装置は、ヒータ制御装置からデータ初期化指令が通知される場合には、感ガス体の温度低下に対応するための温度低下対応処理を実行することにより、検出信号の履歴データに基づくガス検出における検出精度の低下を防ぐことができる。なお、温度低下対応処理は、上述したように、蓄積されている履歴データを全て消去（初期化）して、感ガス体が活性化状態になった後に、再び履歴データの蓄積を開始する処理として実現することができる。
【００３９】
よって、本発明（請求項６）のガス検出装置によれば、通電により発熱するヒータを通電制御するヒータ制御装置を備える場合に、許容最大電圧を超える過大電圧の印加による破損や、許容最大電力を超える過剰な電力供給による破損を防止することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例として、本発明が適用されたヒータ制御装置および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ヒータ制御装置および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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、活性化温度（例えば、約２００〜４００［℃］程度）以上になることで、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。
【００４３】
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。
【００４４】
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（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。
【００４５】
次に、図２に、本発明が適用されたヒータ制御装置１３０およびガス検出装置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。
【００４６】
そして、車両用外気導入制御システム１００は、定電圧（約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の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の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。
【００４７】
なお、車両用外気導入制御システム１００のうち、電源装置１９１、ヒータ回路１３１およびマイコン１０１がヒータ制御装置１３０を構成しており、また、電源装置１９１、Ｇ素子回路１１０、Ｄ素子回路１２０、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。
【００４８】
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。
【００４９】
電子制御アセンブリ１６０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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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ＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ端子１０５を備えている。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
そして、マイコン１０１は、後述するガス検出処理を実行することで、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。
【００５７】
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、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）を抵抗１８１，１８２で４分の１に分圧し、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。
【００５８】
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。
【００５９】
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ＤＵＴＹ制御するよう構成されている。
なお、パルス指令信号Ｓｈは、ヒータ４が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・維持するために必要な電力量に応じて設定されたＤＵＴＹ比を有する信号である。また、ＤＵＴＹ比は、マイコン１０１の内部処理（後述するサージ検出処理）において設定されており、サージ検出処理では、検出したバッテリ電圧ＶＢを制御基準電圧値とし、この制御基準電圧値からヒータ４に５［Ｖ］相当の電圧が印加されるようなＤＵＴＹ比を算出し、そのＤＵＴＹ比をパルス指令信号ＳｈのＤＵＴＹ比として設定する。
【００６０】
次に、マイコン１０１において実行されるガス検出処理について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。なお、マイコン１０１は、後述するサージ電圧検出処理も実行している。
また、マイコン１０１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おり、以下の説明では、Ｇ素子２にて検出する還元性ガスのガス検出処理について説明する。なお、Ｄ素子３にて検出する酸化性ガスのガス検出処理についても、基本的な処理内容は、還元性ガスのガス検出処理と同様である。
【００６１】
そして、ガス検出処理は、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。
ガス検出処理が開始されると、まず、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）では、ＲＡＭ動作の初期化処理などを含むイニシャライズ処理を行う。
【００６２】
次に、Ｓ１２０では、後述するサージ検出処理の割り込み実行を許可する割り込み許可フラグをセット状態に設定する処理を行う。なお、サージ検出処理は、割り込み許可フラグがセット状態の場合には、他の制御処理よりも優先して実行され、割り込み許可フラグがクリア状態の場合には、他の制御処理の実行中は実行されず、他の制御処理が終了して実行権利が与えられるまで待機する。
【００６３】
続くＳ１３０では、ヒータ４による加熱によりＧ素子２およびＤ素子３が活性化状態になるまでのウォーミングアップ時間をカウントするウォーミングアップ処理を行う。つまり、車両用外気導入制御システム１００の起動直後は、Ｇ素子２およびＤ素子３の温度は低く、安定して特定ガスの濃度に応じた抵抗変化を示すことができるようになるまでには時間がかかるため、所定のウェーミングアップ時間が経過するまでは測定を待機するのである。
【００６４】
なお、ヒータ４への電力供給を制御する処理は、後述するサージ検出処理に含まれており、サージ検出処理は、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る。
次のＳ１４０では、ガス検出処理において使用する各変数を初期化する処理を行う。具体的には、サージ検出フラグｆｃ、検出信号であるセンサ出力値Ｓ（ｎ）、基準値であるベース値Ｂ（ｎ）にそれぞれ０を代入することで、各変数を初期化する。
【００６５】
続くＳ１５０では、サージ検出フラグｆｃがセット状態（ｆｃ＝１）であるか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ１４０に移行し、否定判定されるとＳ１６０に移行する。なお、サージ検出フラグｆｃは、後述するサージ検出処理においてセット状態（ｆｃ＝１）に設定されるフラグであり、具体的には、温度低下所要時間よりも長い期間にわたり継続してサージ電圧が発生した場合にセット状態（ｆｃ＝１）に設定される。
【００６６】
そして、Ｓ１５０で肯定判定されると再びＳ１４０に移行し、Ｓ１４０では、上述したように各変数を初期化する処理を行う。
また、Ｓ１５０で否定判定されてＳ１６０に移行すると、Ｓ１６０では、Ｇ素子回路１１０が出力するＧ素子電圧Ｖｇに基づいて検出されるガス濃度をセンサ出力値Ｓ（ｎ）として取得する処理を行う。このとき取得されるセンサ出力値Ｓ（ｎ）は、ガス濃度が高濃度に変化するほど値が小さくなり、ガス濃度が低濃度に変化するほど値が大きくなる。
【００６７】
なお、Ｄ素子３を用いて酸化性ガスを検出するガス検出処理においては、Ｓ１６０での処理として、Ｄ素子回路１２０が出力するＤ素子電圧Ｖｄに基づいて検出されるガス濃度をセンサ出力値Ｓ（ｎ）として取得する処理を行う。
続くＳ１７０では、直前のＳ１６０での処理が変数初期化後の初めてのセンサ出力値Ｓ（ｎ）の取得であるか否かを判断し、肯定判定する場合にはＳ１８０に移行し、否定判定する場合にはＳ１９０に移行する。つまり、Ｓ１７０では、過去に取得したセンサ出力値Ｓ（ｎ）の履歴データが１個である場合には肯定判定し、履歴データが２個以上である場合には否定判定する。
【００６８】
そして、Ｓ１７０で肯定判定されてＳ１８０に移行すると、Ｓ１８０では、前回のベース値Ｂ（ｎ）に現在のセンサ出力値Ｓ（ｎ）の値を代入する（すなわち、Ｂ（１）＝Ｓ（１）とする）。そして、このＳ１８０の処理後、Ｓ２６０に移行する。
【００６９】
また、Ｓ１７０で否定判定されてＳ１９０に移行すると、Ｓ１９０では、濃度高信号が発生しているか否かを判断して、肯定判定する場合にはＳ２１０に移行し、否定判定する場合にはＳ２００に移行する。なお、濃度高信号は、後述するＳ２４０またはＳ２５０において、発生状態あるいは停止状態のいずれかに設定される。
【００７０】
そして、Ｓ１９０にて否定判定されてＳ２００に移行すると、ベース値Ｂ（ｎ）を次の数式［数１］に基づいて設定する。
【００７１】
【数１】
2004047217.tif 000003
【００７２】
また、Ｓ１９０にて肯定判定されてＳ２１０に移行すると、ベース値Ｂ（ｎ）を次の数式［数２］に基づいて設定する。
【００７３】
【数２】
2004047217.tif 000004
【００７４】
ただし、［数１］および［数２］における係数ｋ１および係数ｋ２は、０＜ｋ１＜１および０＜ｋ２＜ｋ１＜１の関係を有する。
そして、Ｓ２００またはＳ２１０での処理が終了すると、Ｓ２２０に移行し、Ｓ２２０では、ベース値Ｂ（ｎ）からセンサ出力値Ｓ（ｎ）を差し引いた差分値Ｄ（ｎ）を算出する処理を実行する。なお、Ｄ素子３を用いて酸化性ガスを検出するガス検出処理においては、Ｓ２２０での処理として、センサ出力値Ｓ（ｎ）からベース値Ｂ（ｎ）を差し引いた差分値Ｄ（ｎ）を算出する処理を実行する。
【００７５】
続くＳ２３０では、Ｓ２２０で算出した差分値Ｄ（ｎ）が閾値Ｔよりも大きいか否かを判断し、肯定判定する場合にはＳ２４０に移行し、否定判定する場合にはＳ２５０に移行する。なお、閾値Ｔは、用途や装置構成などの諸条件に応じた適切な値に設定すると良い。
【００７６】
そして、Ｓ２３０にて肯定判定されて、Ｓ２４０に移行すると、Ｓ２４０では、濃度高信号を発生状態に設定する処理を行う。また、Ｓ２３０にて否定判定されて、Ｓ２５０に移行すると、濃度高信号を停止状態に設定する処理を行う。
Ｓ１８０、Ｓ２４０またはＳ２５０での処理が終わると、Ｓ２６０に移行し、Ｓ２６０では、今回の一連の処理で算出したベース値Ｂ（ｎ）を記憶する処理を行う。記憶されたベース値Ｂ（ｎ）は、次回の一連の処理において、前回のベース値Ｂ（ｎ−１）として使用される。
【００７７】
次のＳ２７０では、Ａ／Ｄサンプリングタイムに達したか否かを判断しており、肯定判定する場合にはＳ１５０に移行し、否定判定する場合には繰り返し処理を実行することで待機する。なお、本実施例では、Ｓ１６０におけるセンサ出力値Ｓ（ｎ）の取得処理（サンプリング処理）が、所定サイクル時間毎に、より具体的には、４００［ｍＳｅｃ］周期で実行されるように、Ｓ２７０において判定するＡ／Ｄサンプリングタイムが設定されている。
【００７８】
そして、Ｓ２７０にて肯定判定されると、再びＳ１５０に移行する。
このあと、サージ検出フラグｆｃがクリア状態（ｆｃ＝０）である間は、Ｓ１５０からＳ２７０までの一連の処理が、４００［ｍＳｅｃ］周期で繰り返し実行される。また、サージ検出フラグｆｃがセット状態（ｆｃ＝１）になると、Ｓ１５０で肯定判定されてＳ１４０での変数初期化処理が実行され、その後、Ｓ１５０からＳ２７０までの一連の処理が実行される。
【００７９】
このように、ガス検出処理は、センサ出力値Ｓ（ｎ）の履歴データに基づきベース値Ｂ（ｎ）を設定（更新）して、センサ出力値Ｓ（ｎ）とベース値Ｂ（ｎ）との差分値Ｄ（ｎ）が閾値Ｔよりも大きいか否かを判断することで、ガス濃度検出を行っている。
【００８０】
なお、このガス検出処理では、ガス濃度検出に用いるベース値Ｂ（ｎ）を、センサ出力値Ｓ（ｎ）の履歴データに基づき設定していることから、Ｇ素子２またはＤ素子３の温度によりセンサ出力値Ｓ（ｎ）が変化すると、ベース値Ｂ（ｎ）が不適切な値に設定されることになる。例えば、サージ電圧の発生期間が長くなり、ヒータ４を保護するためにヒータ４への電力供給を強制的に停止する時間が長くなると、Ｇ素子２やＤ素子３の温度が低下してセンサ出力値Ｓ（ｎ）が変化することがある。このような場合には、後述するサージ検出処理においてサージ検出フラグｆｃがセット状態（ｆｃ＝１）に設定されるため、Ｓ１５０で肯定判定されて、Ｓ１４０にて各変数を初期化する処理を行う。このため、ベース値Ｂ（ｎ）は、適正な値のセンサ出力値Ｓ（ｎ）の履歴データに基づき再び設定されることになり、ガス検出の判定において誤判定されるのを防止することができる。
【００８１】
また、このガス検出処理は、濃度高信号が発生状態であるか停止状態であるかによって、ベース値Ｂ（ｎ）を更新するための数式を切り替えることで、ガス濃度検出の検出精度を向上させている。具体的には、濃度高信号が発生状態となる場合には、濃度高信号が停止状態となる場合に比べて係数の値が小さい数式［数２］を用いてベース値Ｂ（ｎ）を緩慢に変化させている。なお、ガス濃度が低い状態の場合には、センサ出力値Ｓ（ｎ）の単位時間あたりの変化は、外気温や湿度といった外乱の影響を受け易いのに対し、ガス濃度が高い状態の場合には、センサ出力値Ｓ（ｎ）の単位時間あたりの変化は、外乱の影響よりも特定ガスによる影響の方が明らかに大きい。このことから、上述のようにベース値Ｂ（ｎ）を更新することで、ガス濃度の状態に応じた適切なベース値Ｂ（ｎ）を設定することができ、ガス検出の精度を高めることができる。
【００８２】
次に、マイコン１０１において実行されるサージ検出処理について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。なお、サージ検出処理は、車両用外気導入制御システム１００が起動された後、１３０［μＳｅｃ］毎に周期的に繰り返し実行される。
【００８３】
そして、サージ検出処理が開始されると、まず、Ｓ４１０では、電圧検出回路１８０から出力される分圧バッテリ電圧ＶＥを取り込み、取り込んだ分圧バッテリ電圧ＶＥと抵抗１８１，１８２の分圧比とに基づきヒータ４への印加電圧であるバッテリ電圧ＶＢを検出（算出）する処理を行う。
【００８４】
次に、Ｓ４２０では、Ｓ４１０で検出したバッテリ電圧ＶＢが、ヒータ４の定格電圧（５［Ｖ］）に応じて設定された判定基準電圧（本実施例では、１６［Ｖ］）以上であるか否かを判断し、肯定判定する場合にはＳ４５０に移行し、否定判定する場合にはＳ４３０に移行する。つまり、Ｓ４２０では、検出したバッテリ電圧ＶＢに基づいて、サージ電圧が発生したか否かを判断しており、サージ電圧が発生した場合（肯定判定の場合）にはＳ４５０に移行し、サージ電圧が発生していない場合（否定判定の場合）にはＳ４３０に移行する。
【００８５】
なお、Ｓ４２０における判定基準電圧は、ヒータ４の定格電圧よりも高く、電源装置１９１の最大出力電圧以下の範囲内において、ヒータ４の種類や用途などに応じた値に設定すればよく、１６［Ｖ］に限定されるものではない。
本実施例のヒータ４は、許容最大電圧が６０［Ｖ］であるため、瞬時的であっても印加電圧が６０［Ｖ］を超えると破損に至り、また、印加電圧が４０［Ｖ］の場合における許容最大印加時間が５００［μＳｅｃ］であるため、印加電圧が４０［Ｖ］の状態が５００［μＳｅｃ］を超えると破損に至る。
【００８６】
そして、Ｓ４２０で否定判定されてＳ４３０に移行すると、ヒータの温度低下を判定するためのタイマのカウント値をリセットする処理を行う。具体的には、ローレベルをカウントするカウンタのカウント値を０に設定する処理を行う。
Ｓ４３０での処理の後、Ｓ４４０に移行すると、Ｓ４４０では、スイッチング回路１３２に対して、所定のＤＵＴＹ比でハイレベルまたはローレベルを切り替えてパルス指令信号Ｓｈを出力し、所定のＤＵＴＹ比でヒータ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ＤＵＴＹ制御して、５［Ｖ］相当の電圧が印加されるように電力制御する処理を行う。具体的には、まず、Ｓ４１０で検出したバッテリ電圧ＶＢを制御基準電圧値とし、この制御基準電圧値からヒータ４に５［Ｖ］相当の電圧が印加されるように、ＤＵＴＹ比を計算式またはマップを用いて算出し、そのＤＵＴＹ比をパルス指令信号ＳｈのＤＵＴＹ比として設定する。そして、ハイレベル時間とローレベル時間との比率が、設定したＤＵＴＹ比と等しくなるようにパルス指令信号Ｓｈを出力して、スイッチング回路１３２を駆動制御することで、ヒータ４への印加電圧をＤＵＴＹ制御する。
【００８７】
一方、Ｓ４２０での処理において肯定判定されてＳ４５０に移行すると、パルス指令信号Ｓｈを強制的にローレベルに設定する処理を行う。つまり、パルス指令信号Ｓｈをローレベルに設定することで、スイッチング回路１３２によってヒータ４への電力供給経路を遮断状態に設定して、ヒータ４への電力供給を停止するのである。これにより、サージ電圧がヒータ４に印加されるのを防ぐことができる。
【００８８】
次のＳ４６０では、ローレベルのカウント値をインクリメントするカウントアップ処理を行う。
続くＳ４７０では、ローレベルのカウント数が５０回連続してカウントされたか否かを判断しており、肯定判定するとＳ４８０に移行し、否定判定すると本サージ検出処理を終了する。なお、Ｓ４７０では、ローレベルのカウント数が５０回連続してカウントされたか否かを判断しているものであるが、本サージ検出処理は１３０［μｓｅｃ］毎に繰り返される関係から、このＳ４７０は、パルス指令信号Ｓｈのローレベル状態が６５００［μｓｅｃ］（＝１３０［μｓｅｃ］×５０）連続して続いているかを判断していることと同等の処理を実行している。この６５００［μｓｅｃ］という時間が、特許請求の範囲に記載の温度低下所要時間に相当するものである。
【００８９】
そして、Ｓ４７０にて肯定判定されてＳ４８０に移行すると、Ｓ４８０では、サージ検出フラグｆｃをセット状態（ｆｃ＝１）に設定する。
Ｓ４４０での処理が終了するか、Ｓ４７０で肯定判定されるか、Ｓ４８０での処理が終了すると、本サージ検出処理は終了する。
【００９０】
つまり、サージ検出処理は、ヒータ４への印加電圧が判定基準電圧未満である場合にはＤＵＴＹ制御によりヒータ４の通電制御を行い、サージ電圧が発生してヒータ４への印加電圧が判定基準電圧以上である場合にはヒータ４への通電（電力供給）を停止する処理を行う。また、サージ検出処理は、ヒータ４への通電停止期間が温度低下所要時間よりも大きくなる場合には、サージ検出フラグｆｃをセット状態（ｆｃ＝１）に設定することで、別途実行されているガス検出処理に対して、センサ出力値Ｓ（ｎ）の変動が、ヒータ４への通電遮断によるＧ素子２またはＤ素子３の温度変化に起因するものであることを通知する。
【００９１】
以上説明したように、本実施例の車両用外気導入制御システム１００に備えられるヒータ制御装置１３０は、ヒータ４への印加電圧（バッテリ電圧ＶＢ）が判定基準電圧以上になる場合に、スイッチング回路１３２を制御して、電源装置１９１からヒータ４に向かう電力供給経路を遮断状態に設定する。
【００９２】
そして、ヒータ制御装置１３０は、ヒータ４に判定基準電圧以上の電圧が印加された時点から電力供給経路が遮断状態に設定されるまでの保護動作所要時間が５００［μＳｅｃ］未満となるように、Ａ／Ｄ変換回路やスイッチング回路１３２などが選択されると共にサージ検出処理のステップ数や実行周期（１３０［μＳｅｃ］）が設定されて構成されている。
【００９３】
なお、保護動作所要時間は、詳細には、ヒータ４への判定基準電圧以上の電圧の印加時点を起点として、電圧検出回路１８０およびサージ検出処理のＳ４１０による検出電圧（バッテリ電圧ＶＢ）に基づき、マイコン１０１（サージ検出処理）がスイッチング回路１３２を制御して、電力供給経路が遮断状態に設定されるまでの所要時間の最大時間である。
【００９４】
そして、ヒータ制御装置１３０における保護動作所要時間の最短時間は、Ａ／Ｄ変換回路における変換所要時間や、サージ検出処理において電圧検出からパルス指令信号Ｓｈのローレベル出力までに要する判定所要時間や、サージ検出処理によるパルス指令信号Ｓｈのローレベル出力からスイッチング回路１３２を遮断状態に駆動制御するまでの駆動制御所要時間などを合計した各種所要時間に略等しくなる。また、ヒータ制御装置１３０における保護動作所要時間の最長時間は、各種所要時間に対してサージ検出処理の実行周期を加算した合計時間に略等しくなる。
【００９５】
このように、ヒータ制御装置１３０は、保護動作所要時間が５００［μＳｅｃ］未満に設定されており、ヒータ４への印加電圧が４０［Ｖ］以上となる期間がヒータ４の許容最大印加時間（５００［μＳｅｃ］）を超える前に、電力供給経路を遮断状態に制御することができる。このため、ヒータ４への供給電力が、ヒータ４の許容最大電力を上回るのを防止でき、過剰な電力供給によるヒータ４の破損を防止できる。
【００９６】
また、ヒータ制御装置１３０は、電源装置１９１の最大出力電圧（４０［Ｖ］）がツェナーダイオード１９３によりヒータ４の許容最大電圧（６０［Ｖ］）よりも低い電圧に制限されていることから、ヒータ４への印加電圧が許容最大電圧を超えることによるヒータの破損が発生しないよう構成されている。
【００９７】
よって、本実施例のヒータ制御装置１３０によれば、通電により発熱するヒータ４を通電制御するにあたり、許容最大電圧を上回る電圧印加によるヒータ４の破損を防止できると共に、許容最大電力を超える過剰な電力供給によるヒータ４の破損を防止することができる。
【００９８】
なお、ヒータ制御装置１３０は、ヒータ４への印加電圧が判定基準電圧以上となる場合に電力供給経路を遮断状態に設定するためのサージ検出処理を、マイコン１０１の内部処理として実行している。このように構成したヒータ制御装置１３０は、ヒータ４への印加電圧が判定基準電圧以上となる場合に電力供給経路を遮断状態に設定するためのアナログ回路を備える構成に比べて、回路基板上の部品点数の増加を抑えることができる。
【００９９】
そして、ヒータ制御装置１３０は、スイッチング回路１３２が、ヒータ４をＤＵＴＹ制御するためのＤＵＴＹ制御用スイッチング手段として機能すると共に、ヒータ４をサージ電圧から保護するための保護用スイッチング手段としても機能するよう構成されている。このため、保護用スイッチング手段とＤＵＴＹ制御用スイッチング手段とをそれぞれ別個に備える場合に比べて、スイッチング手段の個数を削減することができることから、スイッチング手段の設置スペースを縮小できると共にヒータ制御装置の小型化を図ることができ、更に、コストの上昇を抑えることができる。
【０１００】
また、ヒータ制御装置１３０は、電圧検出回路１８０が、ヒータ４への印加電圧がサージ電圧か否かを判定するためにヒータ４への印加電圧値を検出する保護用印加電圧検出手段として機能すると共に、ヒータ４への印加電圧のＤＵＴＹ制御に用いる制御基準電圧値を設定するために、ヒータ４への印加電圧値を検出するＤＵＴＹ制御用印加電圧検出手段としても機能するよう構成されている。これにより、保護用印加電圧検出手段とＤＵＴＹ制御用印加電圧検出手段とを、それぞれ別個独立に備える場合に比べて、電圧検出手段の個数を削減することができるため、電圧検出手段の設置スペースを縮小できると共にヒータ制御装置の小型化を図ることができ、更に、コストの上昇を抑えることができる。
【０１０１】
さらに、ヒータ制御装置１３０は、マイコン１０１で実行されるサージ検出処理において、ヒータ４への通電停止時間が温度低下所要時間よりも長くなる場合には、サージ検出フラグｆｃをセット状態（ｆｃ＝１）に設定するよう構成されている。つまり、ヒータ制御装置１３０は、サージ検出フラグｆｃをセット状態に設定することで、ガス検出装置１５０（詳細には、ガス検出処理）に対して、Ｇ素子２およびＤ素子３の温度低下に起因して、Ｇ素子電圧ＶｇおよびＤ素子電圧Ｖｄが変動していることを通知している。
【０１０２】
そして、サージ検出フラグｆｃがセット状態に設定されると、ガス検出装置１５０のガス検出処理では、各変数を初期化する処理（Ｓ１４０）を行い、ベース値Ｂ（ｎ）が不適切な値に設定されるのを防止して、ガス検出の検出精度が低下するのを防止している。そして、サージ電圧が終了し、ヒータ４への印加電圧が適正な値になると、ガス検出処理では、再び、センサ出力値Ｓ（ｎ）の履歴データに基づきベース値Ｂ（ｎ）を設定（更新）して、センサ出力値Ｓ（ｎ）とベース値Ｂ（ｎ）との差分値Ｄ（ｎ）が閾値Ｔよりも大きいか否かを判断することで、ガス検出を行う。
【０１０３】
なお、ガス検出処理では、サージ検出フラグｆｃがセット状態であることを検出（Ｓ１５０で肯定判定）すると、Ｓ１４０においてサージ検出フラグｆｃをクリア状態（ｆｃ＝０）に設定する処理を行うが、サージ電圧が継続して発生している間は、サージ検出処理によって１３０［μＳｅｃ］毎にサージ検出フラグｆｃがセット状態に設定される。そして、サージ検出処理によるサージ検出フラグｆｃの更新周期は、ガス検出処理でのＳ１５０からＳ２７０までの一連の処理の実行周期（４００［ｍＳｅｃ］）よりも短いことから、サージ電圧が解消するまでは、ガス検出処理のＳ１５０の実行時には、サージ検出フラグｆｃはセット状態に設定されている。つまり、サージ電圧が解消してサージ検出フラグｆｃがクリア状態（ｆｃ＝０）になるまでは、ガス検出処理において、センサ出力値Ｓ（ｎ）の履歴データに基づくベース値Ｂ（ｎ）の設定（更新）は行われない。このため、ベース値Ｂ（ｎ）は、適正な値のセンサ出力値Ｓ（ｎ）の履歴データに基づき設定されることになり、ガス検出の判定において誤判定がなされるのを防止できる。
【０１０４】
これらのことから、車両用外気導入制御システム１００は、サージ電圧による各部の破損を抑えることができ、また、ガス検出精度の低下を抑制することができるため、適切なフラップ制御が可能となる。
なお、上記実施例においては、電源装置１９１が特許請求の範囲に記載の電力供給手段に相当し、電圧検出回路１８０，スイッチング回路１３２およびマイコン１０１で実行されるサージ検出処理におけるＳ４１０およびＳ４４０が通電制御手段に相当し、Ｇ素子２およびＤ素子３が感ガス体に相当し、電圧検出回路１８０が保護用印加電圧検出手段およびＤＵＴＹ制御用印加電圧検出手段に相当し、スイッチング回路１３２が保護用スイッチング手段およびＤＵＴＹ制御用スイッチング手段に相当する。
【０１０５】
また、マイコン１０１で実行されるサージ検出処理におけるＳ４１０〜Ｓ４３０、Ｓ４５０〜Ｓ４８０がヒータ保護制御手段に相当し、マイコン１０１で実行されるサージ検出処理におけるＳ４１０およびＳ４４０がＤＵＴＹ制御手段に相当し、マイコン１０１で実行されるサージ検出処理におけるＳ４２０，Ｓ４３０，Ｓ４６０，Ｓ４７０が不活性化判定手段に相当し、マイコン１０１で実行されるサージ検出処理におけるＳ４８０がデータ初期化指令手段に相当する。
【０１０６】
さらに、サージ検出フラグｆｃは、データ初期化指令を通知するための前述のデータ初期化指令信号として用いられており、ガス検出処理におけるＳ１４０およびＳ１５０は、前述の温度低下対応処理として実行されている。
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。
【０１０７】
例えば、上記実施例では、ガス検出処理において、サージ検出フラグｆｃがセット状態であることを検出すると、各変数を初期化する処理を行うよう構成されているが、より長い期間にわたりヒータへの通電遮断状態が続いた場合には、Ｓ１１０から処理を再開するようにしてもよい。つまり、過度に長い期間にわたりヒータの通電が停止されると、感ガス体の温度が大幅に低下しており、ヒータへの通電再開直後からガス検出を行うことは困難となる場合がある。そのような場合には、車両用外気導入制御システム１００の起動直後の状態と等しい状態になることから、ガス検出処理を最初のステップであるＳ１１０から再度実行することで、ガス検出に関する処理をイニシャライズを含めて再度実行すると良い。
【０１０８】
また、電圧検出回路１８０は、抵抗１８２に並列接続されるコンデンサを備えることで、バッテリ電圧ＶＢの急峻な変動の影響を抑えて、バッテリ電圧ＶＢを検出することが可能となる。
さらに、サージ電圧は、車両に配設される電力供給経路に限らず、車両以外の装置等に配設される電力供給線においても発生することがあり、車両以外の装置に備えられるヒータ制御装置においても、本発明を適用することができる。
【０１０９】
また、アナログ回路の設置スペースを大きく確保できるヒータ制御装置においては、上記のヒータ制御装置１３０におけるサージ検出処理に代えて、図５に示すヒータ保護制御回路２０１を備えてもよい。なお、図５は、ヒータ保護制御回路２０１、ヒータ４、スイッチング回路１３２、電圧検出回路１８０および電源装置１９１の接続状態を表す構成図であり、ヒータのＤＵＴＹ制御処理を行うマイコン１０１については図示を省略している。
【０１１０】
ヒータ保護制御回路２０１は、エミッタがグランドに接地された制御用トランジスタ２０３と、出力端子が抵抗素子２０９を介して制御用トランジスタ２０３のベースに接続されたコンパレータ２０５と、を備えて構成されている。
制御用トランジスタ２０３は、コレクタがマイコン１０１のＰＷＭ端子１０５とトランジスタ１３５のベース（詳細には、抵抗１３４）との接続点に接続されており、コンパレータ２０５の出力信号がハイレベルとなると、オン状態（短絡状態）になることでトランジスタ１３５のベース電位を強制的にローレベルに設定する。なお、制御用トランジスタ２０３のベースとエミッタとを接続する抵抗素子２０７は、バイアス抵抗である。
【０１１１】
また、コンパレータ２０５は、反転入力端子（−）に駆動電圧Ｖｃｃを抵抗素子２１１および抵抗素子２１３で分圧した判定基準用分圧電圧Ｖｊ（＝１．６［Ｖ］）が入力されており、非反転入力端子（＋）に電圧検出回路１８０から出力される分圧バッテリ電圧ＶＥが入力されている。
【０１１２】
なお、図５に示す電圧検出回路１８０は、バッテリ電圧ＶＢを１０分の１に低下させた分圧バッテリ電圧ＶＥを出力するよう構成されている。
このため、コンパレータ２０５は、バッテリ電圧ＶＢが判定基準電圧（１６［Ｖ］）以上になると（換言すれば、分圧バッテリ電圧ＶＥが１．６［Ｖ］以上になると）、出力信号をハイレベルに設定して制御用トランジスタ２０３をオン状態に駆動制御し、トランジスタ１３５を強制的にオフ状態に設定する。
【０１１３】
このように構成されたヒータ保護制御回路２０１は、バッテリ電圧ＶＢが１６［Ｖ］以上になると、トランジスタ１３５を強制的にオフ状態に設定することで、マイコン１０１のＰＷＭ端子１０５からＰＷＭ信号が出力される場合であっても、ヒータ４への電力供給を強制的に停止する。
【０１１４】
なお、ヒータ保護制御回路２０１は、アナログ回路であり、バッテリ電圧ＶＢの検出を一定周期毎ではなく常時継続して行うことから、ヒータ４に判定基準電圧（この実施例では、１６［Ｖ］）以上の電圧が印加された時点から電力供給経路が遮断状態に設定されるまでの保護動作所要時間が、上記のヒータ制御装置１３０よりも短くなる。
【０１１５】
したがって、ヒータ保護制御回路２０１を備えるヒータ制御装置は、ヒータ４への印加電圧が４０［Ｖ］以上となる期間がヒータ４の許容最大印加時間（５００［μＳｅｃ］）を超える前に、電力供給経路を遮断状態に制御できる。つまり、ヒータ保護制御回路２０１を備えるヒータ制御装置は、ヒータ４への供給電力が許容最大電力を上回るのを防止することで、過剰な電力供給によるヒータ４の破損を防止できる。また、ヒータ保護制御回路２０１を備えることで、マイコンにおいてサージ検出処理を行う必要が無くなるため、マイコンでの内部処理の処理負荷の上昇を抑制できるという利点がある。
【０１１６】
また、ヒータ制御装置１３０やヒータ保護制御回路２０１を備えるヒータ制御装置は、判定基準電圧が１６［Ｖ］に設定されているが、判定基準電圧は、１６［Ｖ］に限ることはなく、ヒータの種類や用途に応じて適切な値に設定すれば良く、例えば、２５［Ｖ］や３５［Ｖ］に設定してもよい。つまり、判定基準電圧は、ヒータの定格電圧よりも高い電圧範囲で、かつ、電力供給手段の最大出力電圧以下の電圧範囲において、ヒータの種類や用途などの諸条件に応じた任意の電圧値に設定することで、ヒータを保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヒータ制御装置およびガス検出装置に備えられる一体型ガスセンサ素子の概略構成図である。
【図２】ヒータ制御装置およびガス検出装置を備える車両用外気導入制御システムの構成を表す構成図である。
【図３】マイクロコンピュータ（マイコン）において実行されるガス検出処理の処理内容を表すフローチャートである。
【図４】マイクロコンピュータ（マイコン）において実行されるサージ検出処理の処理内容を表すフローチャートである。
【図５】ヒータ保護制御回路、ヒータ、スイッチング回路、電圧検出回路および電源装置の接続状態を表す構成図である。
【符号の説明】
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、１３０…ヒータ制御装置、１３１…ヒータ回路、１３２…スイッチング回路、１５０…ガス検出装置、１８０…電圧検出回路、１９１…電源装置（バッテリ）。
【図１】
2004047217.tif 000005
【図２】
2004047217.tif 000006
【図３】
2004047217.tif 000007
【図４】
2004047217.tif 000008
【図５】
2004047217.tif 000009