JP2000292411A - Gas concentration detector - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To properly detect the concn. of gas by suppressing the lowering of gas concn. detection accuracy at a time of the control of a heater. SOLUTION: A gas concn. sensor 100 is equipped with a pump cell 110 for detecting the concn. of oxygen in exhaust gas, a sensor cell 120 for detecting the concn. of NOx in exhaust gas and the heater 103 embedded in an insulating layer and generating heat by the power supply from a battery power source. The oxygen concn. detecting part 211 and NOx concn. detecting part 212 in a sensor control circuit 210 detect the concns. of oxygen and NOx in exhaust gas. An impedance detecting part 213 detects the element impedance of the sensor cell 120. A heater control part 214 converts the element impedance of the sensor cell 120 to element temp. and calculates a voltage control signal for the F/B control of the element temp. (the temp. of the sensor cell 120) to a predetermined target value. A voltage control circuit 220 controls the power supply to the heater on the basis of the voltage control signal from the heater control part 214.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被検出ガス中の特
定成分の濃度を検出するためのガス濃度センサを備える
ガス濃度検出装置に係り、例えば排ガス中のＮＯｘ濃度
に対応する微弱な電流信号等を出力するガス濃度センサ
を用いたガス濃度検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas concentration detecting device provided with a gas concentration sensor for detecting the concentration of a specific component in a gas to be detected, for example, a weak current signal corresponding to the NOx concentration in exhaust gas. The present invention relates to a gas concentration detection device that uses a gas concentration sensor that outputs the same.

【０００２】[0002]

【従来の技術】例えば車両用エンジンからの排ガスを原
因とする大気汚染は現代社会に深刻な問題を引き起こし
ており、排ガス中の公害物質に対する浄化基準法規が年
々厳しくなってきている。そのため、ガソリン若しくは
ディーゼルエンジンに対する燃焼制御や触媒コンバータ
を利用し、排ガス中の公害物質を低減するための検討が
進められている。米国においては、ＯＢＤ−II（On Boa
rd Diagnostic −II）規制にて排ガス浄化用の触媒が適
切であるかどうか判定する機能を要求している。2. Description of the Related Art Air pollution caused by, for example, exhaust gas from a vehicle engine has caused serious problems in modern society, and regulations for purification of pollutants in exhaust gas have become stricter year by year. Therefore, studies are being made to reduce the pollutants in exhaust gas by using combustion control and catalytic converters for gasoline or diesel engines. In the United States, OBD-II (On Boa
The rd Diagnostic -II) regulation requires a function to determine whether a catalyst for purifying exhaust gas is appropriate.

【０００３】これに対し、触媒の上流側及び下流側に２
つのＯ2 センサを設けてこの２つのＯ2 センサの検出結
果を取り込む、いわゆる２Ｏ2 センサモニタシステムが
導入されているが、この方法は公害物質の直接的な検出
方法ではない。そのため、排ガス中の成分から公害物質
が事実低減されたか否かといった、その正確な検出・判
定が困難であった。On the other hand, the upstream and downstream sides of the catalyst are
Although a so-called 2O2 sensor monitor system has been introduced in which two O2 sensors are provided and the detection results of the two O2 sensors are taken, this method is not a direct method for detecting pollutants. Therefore, it has been difficult to accurately detect and determine whether or not the pollutant is actually reduced from the components in the exhaust gas.

【０００４】仮に排ガス中のＮＯｘ濃度を直接検出する
ことで燃焼制御モニタ、触媒モニタ等が可能となれば、
排ガス中の公害物質の低減がより正確で効果的なものと
なる。すなわち、排ガス中のＮＯｘ濃度の知見により燃
料噴射やＥＧＲ率などがフィードバック制御できれば、
エンジンから排出される公害成分を低減することができ
る。また、ＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサを
排ガス浄化用の触媒コンバータよりも下流側に設けるこ
とにより、当該コンバータに担持された触媒の劣化を容
易に判定することも可能となる。If it is possible to monitor combustion control, catalyst, etc. by directly detecting the NOx concentration in exhaust gas,
The reduction of pollutants in exhaust gas is more accurate and effective. That is, if the fuel injection and the EGR rate can be feedback controlled based on the knowledge of the NOx concentration in the exhaust gas,
Pollution components emitted from the engine can be reduced. Further, by providing the NOx sensor for detecting the NOx concentration downstream of the catalytic converter for purifying the exhaust gas, it is possible to easily determine the deterioration of the catalyst carried by the converter.

【０００５】このような背景から、排ガス中のＮＯｘ濃
度を精度良く検出することのできるＮＯｘセンサを提供
すると共に、同ＮＯｘセンサを車両用エンジンに搭載す
る技術が望まれている。[0005] From such a background, there is a demand for a technique of providing a NOx sensor capable of accurately detecting the NOx concentration in exhaust gas and mounting the NOx sensor in a vehicle engine.

【０００６】また、ＮＯｘ濃度の検出と同時に排ガス中
の酸素濃度が検出できれば、空燃比フィードバック制御
システムにも効果を発揮することができる。つまり、近
年の車両用エンジンの空燃比制御においては、例えば制
御精度を高める要望やリーンバーン化への要望があり、
これらの要望に対応すべくエンジンに吸入される混合気
の空燃比（排ガス中の酸素濃度）を広域に且つリニアに
検出するセンサ及び装置も望まれている。Further, if the oxygen concentration in the exhaust gas can be detected simultaneously with the detection of the NOx concentration, the effect can be exhibited in the air-fuel ratio feedback control system. That is, in the air-fuel ratio control of the vehicle engine in recent years, for example, there is a demand for improving control accuracy and a demand for lean burn.
In order to meet these demands, there is also a demand for a sensor and an apparatus for linearly detecting the air-fuel ratio (oxygen concentration in exhaust gas) of an air-fuel mixture taken into an engine over a wide area.

【０００７】こうしたガス濃度センサにおいて、その検
出精度を維持するには同センサを活性状態に保つことが
不可欠である。一般にはセンサに付設したヒータを通電
制御することにより、当該センサの素子部を加熱してセ
ンサ活性状態を維持するようにしている。In such a gas concentration sensor, it is essential to keep the sensor in an active state in order to maintain the detection accuracy. Generally, by energizing a heater attached to a sensor, the element portion of the sensor is heated to maintain the sensor active state.

【０００８】例えば排ガス中の酸素濃度とＮＯｘ濃度と
を同時に検出できるガス濃度センサとしては、２セル構
造又は３セル構造等の、いわゆる複合型ガスセンサが知
られている。一例として２セル構造のガス濃度センサ
は、酸素濃度を検出するためのポンプセルと、ＮＯｘ濃
度を検出するためのセンサセルとを有し、これら各セル
がヒータの加熱により所定の活性状態で保持されるよう
になっている。For example, a so-called composite gas sensor having a two-cell structure or a three-cell structure is known as a gas concentration sensor capable of simultaneously detecting the concentration of oxygen and the concentration of NOx in exhaust gas. As an example, a gas concentration sensor having a two-cell structure has a pump cell for detecting oxygen concentration and a sensor cell for detecting NOx concentration, and these cells are held in a predetermined active state by heating a heater. It has become.

【０００９】図２６は、マイコンを使用したガス濃度セ
ンサ（ＮＯｘセンサ）の回路構成を示す。図２６におい
て、ガス濃度センサ１００は、ポンプセル１１０とセン
サセル１２０とヒータ１０３とを備える。センサ制御回
路７１０は、マイコン７００からの指令信号に従いポン
プセル１１０及びセンサセル１２０への印加電圧を制御
しつつ、その電圧印加に伴って各セル１１０，１２０に
流れる電流信号を検出する。そして、当該電流信号を電
圧値に変換してＡ／Ｆ出力又はＮＯｘ出力として外部装
置に出力する。FIG. 26 shows a circuit configuration of a gas concentration sensor (NOx sensor) using a microcomputer. 26, the gas concentration sensor 100 includes a pump cell 110, a sensor cell 120, and a heater 103. The sensor control circuit 710 controls a voltage applied to the pump cell 110 and the sensor cell 120 according to a command signal from the microcomputer 700, and detects a current signal flowing through each of the cells 110 and 120 with the application of the voltage. Then, the current signal is converted into a voltage value and output to an external device as an A / F output or a NOx output.

【００１０】ヒータ１０３にはバッテリ電源（＋Ｂ）が
接続され、トランジスタ７２０のＯＮ／ＯＦＦによりバ
ッテリ電源（＋Ｂ）からヒータ１０３への電力供給が制
御される。つまり、マイコン７００は、ガス濃度センサ
１００の温度情報（素子温やヒータ温等）に基づいて、
パルス幅変調（ＰＷＭ）によるデューティ比信号でトラ
ンジスタ７２０の駆動を制御して素子温（セル１１０，
１２０の温度）を所望の温度に保持する。このとき、素
子温の変化速度を考慮して、数Ｈｚ〜数１０Ｈｚ程度の
周期でＰＷＭ制御を行うこととしていた。[0010] A battery power supply (+ B) is connected to the heater 103, and power supply from the battery power supply (+ B) to the heater 103 is controlled by turning on / off the transistor 720. That is, the microcomputer 700 uses the temperature information (element temperature, heater temperature, etc.) of the gas concentration sensor 100 based on the temperature information.
The driving of the transistor 720 is controlled by a duty ratio signal based on pulse width modulation (PWM) to control the element temperature (cell 110,
(Temperature of 120) at the desired temperature. At this time, in consideration of the change speed of the element temperature, the PWM control is performed at a cycle of about several Hz to several tens Hz.

【００１１】因みに、ヒータ１０３の端子間電圧はヒー
タ電圧検出回路７３０により検出され、Ａ／Ｄコンバー
タ７４０を通してマイコン７００に取り込まれる。ま
た、ヒータ電流はヒータ電流検出回路７５０により検出
され、Ａ／Ｄコンバータ７６０を通してマイコン７００
に取り込まれる。そして、ヒータ電圧及びヒータ電流の
検出結果に基づいて、ヒータ断線等を診断するフェイル
制御やヒータの電力制御が実施される。Incidentally, the voltage between the terminals of the heater 103 is detected by the heater voltage detection circuit 730 and taken into the microcomputer 700 through the A / D converter 740. Further, the heater current is detected by a heater current detection circuit 750, and is supplied to the microcomputer 700 through an A / D converter 760.
It is taken in. Then, based on the detection results of the heater voltage and the heater current, fail control for diagnosing a heater disconnection or the like and power control of the heater are performed.

【００１２】[0012]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来装
置では、ヒータ通電がＰＷＭ制御される際、ヒータＯＮ
（通電）時とヒータＯＦＦ（非通電）時とでＮＯｘ出力
が不用意に変動してしまい、安定したＮＯｘ出力が得ら
れないという問題が発生する。However, in the above-described conventional apparatus, when the heater energization is controlled by PWM, the heater is turned on.
The NOx output fluctuates inadvertently between (energization) and heater OFF (non-energization), causing a problem that a stable NOx output cannot be obtained.

【００１３】かかる問題を図２７を用いて説明する。図
２７では、ＮＯｘ濃度が一定であるにも拘わらず、本来
一定であるはずのＮＯｘ出力電圧がヒータのＯＮ／ＯＦ
Ｆに伴い変動してしまう。その結果、ＮＯｘ出力電圧に
基づいてＮＯｘ濃度を検出する際、その検出精度が低下
する。The above problem will be described with reference to FIG. In FIG. 27, although the NOx concentration is constant, the NOx output voltage that should be constant is the ON / OF of the heater.
It fluctuates with F. As a result, when detecting the NOx concentration based on the NOx output voltage, the detection accuracy is reduced.

【００１４】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その目的とするところは、ヒータ制御時に
おけるガス濃度検出精度の低下を抑制し、ガス濃度を適
正に検出することができるガス濃度検出装置を提供する
ことである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to suppress a decrease in gas concentration detection accuracy during heater control and to properly detect gas concentration. It is an object of the present invention to provide a gas concentration detecting device which can be used.

【００１５】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明のガス濃度検出装
置はその前提として、被検出ガス中の特定成分の濃度に
応じたガス濃度信号を出力するセンサ素子と、センサ素
子付近の絶縁層に埋設され、当該センサ素子を加熱する
ヒータとを備えたガス濃度センサを用いる。The gas concentration detector of the present invention is based on the premise that a sensor element for outputting a gas concentration signal corresponding to the concentration of a specific component in a gas to be detected and an insulating layer near the sensor element are provided. A gas concentration sensor having an embedded heater and a heater for heating the sensor element is used.

【００１６】上記構成のガス濃度検出装置では既述の通
り、ガス濃度が一定であるにも拘わらずヒータのＯＮ／
ＯＦＦに伴い出力電圧が変動してしまい、ガス濃度の検
出精度が低下する。この問題は、センサ素子とヒータと
が比較的近い位置に配設される、例えば積層型センサに
て多く見られ、それは以下の理由によるものと考えられ
る。In the gas concentration detecting device having the above-described structure, as described above, the heater is turned on / off despite the fact that the gas concentration is constant.
The output voltage fluctuates with the turning off, and the detection accuracy of the gas concentration decreases. This problem is often seen in, for example, a stacked sensor in which the sensor element and the heater are disposed relatively close to each other, for the following reasons.

【００１７】すなわち、図２０のようにガス濃度センサ
を等価的に示す場合、センサ素子１０とヒータ２０との
間には抵抗３０とコンデンサ４０とが存在すると考えら
れる。抵抗３０は絶縁層（アルミナ等）の絶縁抵抗であ
る。この場合、センサ素子１０が高温になると絶縁抵抗
が低下し、絶縁抵抗の低下に伴い、ヒータ２０のＯＮ／
ＯＦＦ時に微弱な電流がセンサ素子１０にリークする。
リーク電流が発生すると、ヒータ２０のＯＮ／ＯＦＦ各
々においてＮＯｘ出力が変動する。特にＮＯｘ濃度の検
出信号等、微弱な電流信号をセンサ出力とする場合には
その影響度が大きいと言える。That is, when the gas concentration sensor is equivalently shown as in FIG. 20, it is considered that the resistor 30 and the capacitor 40 exist between the sensor element 10 and the heater 20. The resistance 30 is an insulation resistance of an insulating layer (such as alumina). In this case, when the temperature of the sensor element 10 becomes high, the insulation resistance decreases, and with the decrease of the insulation resistance, the ON /
When turned off, a weak current leaks to the sensor element 10.
When a leak current occurs, the NOx output fluctuates at each of ON / OFF of the heater 20. In particular, when a weak current signal such as a NOx concentration detection signal is used as a sensor output, the influence can be said to be large.

【００１８】また、絶縁抵抗（図２０の抵抗３０の抵抗
値）が一定ならば、電圧が大きいほどリーク電流が増加
する。そのため、図２１に示されるように、ヒータのＯ
Ｎ／ＯＦＦに伴う電圧変化が大きいとＮＯｘ出力変動が
大きく、ヒータのＯＮ／ＯＦＦに伴う電圧変化が小さい
とＮＯｘ出力変動が小さくなる。If the insulation resistance (the resistance value of the resistor 30 in FIG. 20) is constant, the leak current increases as the voltage increases. Therefore, as shown in FIG.
If the voltage change accompanying N / OFF is large, the NOx output fluctuation is large, and if the voltage change accompanying ON / OFF of the heater is small, the NOx output fluctuation is small.

【００１９】そこで、請求項１に記載の発明では、セン
サ素子を所定温度に維持すべくヒータの通電を制御する
ヒータ制御手段を備え、該制御手段はヒータ通電時にお
けるリーク電流のセンサ出力への影響を排除するための
構成を備えることを特徴とする。かかる場合、センサ出
力へのリーク電流の影響が排除されるので、ヒータ制御
時におけるガス濃度検出精度の低下を抑制し、ガス濃度
を適正に検出することができる。Therefore, the invention according to claim 1 includes heater control means for controlling energization of the heater in order to maintain the sensor element at a predetermined temperature, and the control means controls the output of the leak current to the sensor output when the heater is energized. It is characterized by having a configuration for eliminating the influence. In such a case, since the influence of the leak current on the sensor output is eliminated, a decrease in the gas concentration detection accuracy during heater control can be suppressed, and the gas concentration can be properly detected.

【００２０】より具体的には、請求項２に記載したよう
に、ヒータ制御手段は、センサ素子を所定温度に維持す
るためのヒータの電圧目標値を設定し、その目標値に応
じてヒータ通電を制御する。More specifically, as set forth in claim 2, the heater control means sets a heater voltage target value for maintaining the sensor element at a predetermined temperature, and controls the heater power supply in accordance with the target value. Control.

【００２１】本構成によれば、ヒータ通電をＯＮ／ＯＦ
Ｆ制御していた従来装置とは異なり、ヒータ制御の影響
による出力変動を最小限に抑えることができる。つま
り、ヒータ電圧の変化が少なくなることで、絶縁層を介
して流れるリーク電流の影響が小さくなる。このとき、
仮にヒータに印加される電源電圧（例えばバッテリ電
圧）が変動してもその影響が小さく、適正なヒータ制御
が継続できる。According to this configuration, the heater energization is turned ON / OF.
Unlike the conventional apparatus that performs the F control, the output fluctuation due to the influence of the heater control can be minimized. That is, since the change in the heater voltage is reduced, the influence of the leak current flowing through the insulating layer is reduced. At this time,
Even if the power supply voltage (for example, battery voltage) applied to the heater fluctuates, its influence is small, and proper heater control can be continued.

【００２２】また、請求項３に記載の発明では、ヒータ
制御手段は、センサ活性時においてヒータに加わる電圧
の変化量を所定値で制限するので、センサ出力への影響
が確実に抑制される。但し、センサ素子とヒータとの位
置関係やセンサ構造（材質、寸法）など様々な要因によ
ってセンサ出力への影響度合が変わるため、それを考慮
して電圧変化量を制限するための所定値を決めるとよ
い。According to the third aspect of the present invention, since the heater control means limits the amount of change in the voltage applied to the heater when the sensor is activated by a predetermined value, the influence on the sensor output is reliably suppressed. However, since the degree of influence on the sensor output changes depending on various factors such as the positional relationship between the sensor element and the heater and the sensor structure (material and dimensions), a predetermined value for limiting the voltage change amount is determined in consideration of the change. Good.

【００２３】一例として、電圧変化量を約２Ｖ以下に制
限する際の、その根拠を図２２を用いて説明する。な
お、純粋なアルミナの８００〜１０００℃において、絶
縁抵抗は２０〜１００ＭΩ程度であるが、ヒータとセン
サ素子との間の絶縁抵抗は多少の不純物があるため、実
際にはもう少し低く１〜２０ＭΩ程度である。以下に
は、絶縁抵抗６ＭΩ時のリーク電流がセンサ出力に及ぼ
す影響について説明する。As an example, the basis for limiting the amount of voltage change to about 2 V or less will be described with reference to FIG. In addition, the insulation resistance of pure alumina at 800 to 1000 ° C. is about 20 to 100 MΩ, but the insulation resistance between the heater and the sensor element has some impurities. It is. In the following, the effect of the leak current when the insulation resistance is 6 MΩ on the sensor output will be described.

【００２４】図２２（ａ），（ｂ）に示すヒータ制御回
路の簡易構成において、ヒータ２０は一端がバッテリ電
源＋Ｂに接続され（＋Ｂ＝１４Ｖ）、他端がトランジス
タ等のスイッチ素子５０でＯＮ／ＯＦＦされる。センサ
素子１０には電圧印加に伴いセンサ電流が流れると共
に、絶縁層を介してヒータ２０よりリーク電流が流れ
る。図２２（ａ）のようにトランジスタＯＦＦ時には、
ヒータ２０に加わる電圧はヒータ両端とも１４Ｖ固定で
あり、ヒータ端子間電圧は０Ｖなのでヒータ２０は発熱
しない。このとき、センサ面とヒータ面とが構造的に平
行であればセンサ素子全面が１４Ｖの影響を受け、その
相当分だけヒータＯＦＦ時にリーク電流が流れると考え
られる。In the simplified configuration of the heater control circuit shown in FIGS. 22A and 22B, one end of the heater 20 is connected to a battery power supply + B (+ B = 14 V), and the other end is turned on by a switch element 50 such as a transistor. / OFF. A sensor current flows through the sensor element 10 with the application of a voltage, and a leak current flows from the heater 20 via the insulating layer. When the transistor is OFF as shown in FIG.
The voltage applied to the heater 20 is fixed at 14 V at both ends of the heater, and since the voltage between the heater terminals is 0 V, the heater 20 does not generate heat. At this time, if the sensor surface and the heater surface are structurally parallel, the entire surface of the sensor element is affected by 14 V, and it is considered that a leak current flows by a considerable amount when the heater is turned off.

【００２５】一方、図２２（ｂ）のようにトランジスタ
ＯＮ時には、ヒータ２０に加わる電圧は一端が１４Ｖ、
他端が０Ｖであり、ヒータ端子間電圧は１４Ｖなのでヒ
ータ２０が発熱する。ヒータ電圧は場所によって０〜１
４Ｖに直線的に変化するが、例えばヒータの幅、厚さ、
抵抗率が一定の場合、ヒータ両端子間の中央部分は７Ｖ
となる。このとき、センサ素子１０が７Ｖの影響を受
け、その相当分だけヒータＯＮ時にリーク電流が流れる
と考えられる。よって、ヒータＯＮ時とＯＦＦ時とを比
較すれば、その電圧差は７Ｖとなり、「リーク電流＝電
圧／絶縁抵抗」であるから、 となる。On the other hand, when the transistor is turned on as shown in FIG.
The other end is 0 V, and the voltage between the heater terminals is 14 V, so that the heater 20 generates heat. The heater voltage ranges from 0 to 1 depending on the location.
Although it changes linearly to 4 V, for example, the width, thickness,
When the resistivity is constant, the center between both heater terminals is 7V
Becomes At this time, it is considered that the sensor element 10 is affected by 7 V, and a leak current flows when the heater is turned on by a considerable amount. Therefore, when the heater is turned on and when it is turned off, the voltage difference is 7 V, and “leak current = voltage / insulation resistance”. Becomes

【００２６】例えばＮＯｘ濃度１０００ｐｐｍの時のセ
ンサ出力電流が４μＡであるセンサの場合、ダイナミッ
クレンジ１０００ｐｐｍに対して３０％（＝１．２μＡ
／４μＡ）の誤差が発生し、センサ出力は約３００ｐｐ
ｍ分の影響をリーク電流にて受ける。従って、センサ出
力の誤差を例えば５％未満にする場合、ヒータの電圧変
化を約２Ｖ以下とすればよいこととなる。なお、要求精
度が厳しいならばヒータの電圧変化を一層小さくし、要
求精度が緩ければヒータの電圧変化を大きくしても良
い。For example, in the case of a sensor having a sensor output current of 4 μA when the NOx concentration is 1000 ppm, 30% (= 1.2 μA) with respect to a dynamic range of 1000 ppm.
/ 4 μA), and the sensor output is about 300 pp
The influence of m minutes is received by the leakage current. Therefore, when the error of the sensor output is set to, for example, less than 5%, the voltage change of the heater may be set to about 2 V or less. If the required accuracy is severe, the change in the voltage of the heater may be further reduced, and if the required accuracy is low, the change in the voltage of the heater may be increased.

【００２７】また、ヒータ制御手段として一般的な定電
圧回路であるドロッパ方式の電源を用いると、トランジ
スタの発熱の問題が生じ、回路の小型化が困難となる。
これは、ヒータの抵抗値が数Ωと低いために大きい電流
を制御しなければならないことに起因する。なお、ドロ
ッパ方式の電源とは、制御したい電圧を得るのに電源電
圧と制御電圧との差を抵抗によって制御する電源であ
り、一般的にトランジスタのコレクタ−エミッタ間の電
流を制御することにより実現している。＋１４Ｖを５Ｖ
に制御する電源で負荷電流２Ａの場合、（１４−５）×
２Ａ＝１８Ｗがトランジスタの消費電力となり熱として
捨てられる。Further, if a dropper type power supply, which is a general constant voltage circuit, is used as the heater control means, a problem of transistor heat generation occurs, and it is difficult to reduce the size of the circuit.
This is because a large current must be controlled because the resistance value of the heater is as low as several Ω. Note that the dropper type power supply is a power supply that controls the difference between the power supply voltage and the control voltage with a resistor to obtain the voltage to be controlled, and is generally realized by controlling the current between the collector and emitter of the transistor. are doing. + 14V to 5V
(14-5) ×
2A = 18 W becomes the power consumption of the transistor and is discarded as heat.

【００２８】これに対して、請求項４に記載の発明で
は、ヒータ制御手段は、電源電圧をＯＮ／ＯＦＦするス
イッチ素子と、電源電圧を平滑化するコイル及びコンデ
ンサとを備えるスイッチング電源を持つ。例えばトラン
ジスタからなるスイッチ素子をＯＮ／ＯＦＦし、その際
の電源電圧をコイルとコンデンサとで平滑してヒータに
印加する。この場合、ヒータの電圧変化が少なくなり、
センサ出力への影響が低減できる。また、発熱が抑えら
れ、小型化並びに効率化が実現できる。なお、スイッチ
ング電源にダイオードを設ければ、スイッチＯＦＦ時に
コイルに蓄えられたエネルギがダイオードにて放出さ
れ、電圧変化がより一層低減される。On the other hand, in the invention according to claim 4, the heater control means has a switching power supply including a switch element for turning on / off the power supply voltage, and a coil and a capacitor for smoothing the power supply voltage. For example, a switch element composed of a transistor is turned on / off, and a power supply voltage at that time is smoothed by a coil and a capacitor and applied to a heater. In this case, the voltage change of the heater is reduced,
The effect on the sensor output can be reduced. Further, heat generation is suppressed, and miniaturization and efficiency can be realized. If a diode is provided in the switching power supply, the energy stored in the coil is released by the diode when the switch is turned off, and the voltage change is further reduced.

【００２９】請求項５に記載の発明では、前記スイッチ
ング電源のスイッチング周波数を、ガス濃度が変化する
周波数以上とする。この場合、フィルタ処理等により本
来必要なガス濃度の信号と不要なリーク電流の信号との
分離が可能となる。According to the fifth aspect of the present invention, the switching frequency of the switching power supply is set to be equal to or higher than the frequency at which the gas concentration changes. In this case, it is possible to separate the signal of the originally required gas concentration from the signal of the unnecessary leak current by filtering or the like.

【００３０】また、スイッチング周波数は、先述した出
力精度への影響もあるため、その要求精度等によって決
めると良い。例えば、請求項６に記載したように、前記
スイッチング電源のスイッチング周波数を１ｋＨｚ以上
とする。つまり、スイッチング周波数が低すぎると、ス
イッチング電源のリップルが大きくなりすぎてしまう。
この問題はコンデンサ容量を大きくすれば解決できる
が、それに伴い回路の大型化やコスト上昇といった別の
問題が生じる。これに対してスイッチング周波数を上記
の如く高くすれば、回路の大型化やコスト上昇といった
問題を解消しつつ、リップルの影響を抑えることができ
る。Since the switching frequency has an effect on the output accuracy described above, it is preferable to determine the switching frequency based on the required accuracy and the like. For example, the switching frequency of the switching power supply is 1 kHz or more. That is, if the switching frequency is too low, the ripple of the switching power supply will be too large.
Although this problem can be solved by increasing the capacitance of the capacitor, other problems such as an increase in the size of the circuit and an increase in cost arise. On the other hand, if the switching frequency is increased as described above, it is possible to suppress the influence of the ripple while solving the problems such as an increase in the size of the circuit and an increase in the cost.

【００３１】請求項７に記載の発明では、ガス濃度セン
サにより検出されるガス濃度信号を入力し、所定の低周
波数域で当該ガス濃度信号を通過させるフィルタを備
え、そのフィルタのカットオフ周波数を、前記スイッチ
ング電源のスイッチング周波数以下とする。これによ
り、ヒータ電圧の変化による影響を抑え、必要なガス濃
度信号を取り出すことが可能となる。According to the seventh aspect of the present invention, there is provided a filter for inputting a gas concentration signal detected by a gas concentration sensor and passing the gas concentration signal in a predetermined low frequency range. , Below the switching frequency of the switching power supply. As a result, it is possible to suppress the influence of a change in the heater voltage and extract a necessary gas concentration signal.

【００３２】ガス濃度が変化する周波数は一般に１０Ｈ
ｚ程度であり、この場合、フィルタの効果を十分効かせ
るためには、請求項８に記載したように、フィルタのカ
ットオフ周波数を数１０Ｈｚ〜１００Ｈｚ程度とすると
良い。本構成によれば、仮に、ヒータ制御の影響を受け
てセンサ出力が比較的高周波で変動しても、その影響が
排除でき、より一層高精度なガス濃度検出が実現でき
る。The frequency at which the gas concentration changes is generally 10H
In this case, the cutoff frequency of the filter may be set to about several tens Hz to 100 Hz in order to make the effect of the filter sufficiently effective. According to this configuration, even if the sensor output fluctuates at a relatively high frequency due to the influence of the heater control, the influence can be eliminated, and more accurate gas concentration detection can be realized.

【００３３】一方、既存の装置では、例えばガス濃度変
化の周波数と同じ領域の周波数（排ガス温の変動を考慮
に入れて数Ｈｚ〜数１０Ｈｚ程度の周波数）でヒータ通
電がＯＮ／ＯＦＦ制御される。またこの場合、既述の通
りヒータのＯＮ／ＯＦＦに応じてセンサ出力が変動す
る。On the other hand, in the existing apparatus, for example, the heater energization is controlled to be ON / OFF at a frequency in the same region as the frequency of the gas concentration change (frequency of several Hz to several tens Hz in consideration of the fluctuation of exhaust gas temperature). . In this case, as described above, the sensor output fluctuates according to ON / OFF of the heater.

【００３４】これに対し請求項９に記載の発明では、ガ
ス濃度センサにより検出されるガス濃度信号を入力し、
所定の低周波数域で当該ガス濃度信号を通過させるフィ
ルタを備え、パルス幅変調信号によりヒータの通電を制
御する際、当該通電制御の影響を受けた信号成分と、影
響のない信号成分とが分離可能となるように変調周波数
を上げることを特徴とする。According to the ninth aspect of the present invention, a gas concentration signal detected by a gas concentration sensor is input,
A filter that passes the gas concentration signal in a predetermined low frequency range is provided. When controlling energization of the heater by a pulse width modulation signal, signal components affected by the energization control are separated from unaffected signal components. It is characterized in that the modulation frequency is increased so as to be possible.

【００３５】パルス幅変調（ＰＷＭ）信号によりヒータ
通電が制御される時、ガス濃度信号（センサ出力）は、
ヒータのＯＮ／ＯＦＦの影響を受けて変動する。つま
り、ガス濃度号にヒータ制御用のＰＷＭ信号が重畳す
る。このとき、ガス濃度信号は比較的低周波であるのに
対し、ヒータ制御用のＰＷＭ信号は高周波であるため、
これら各信号の周波数成分の差を利用して各信号を分離
することが可能となる。When heater energization is controlled by a pulse width modulation (PWM) signal, a gas concentration signal (sensor output)
It fluctuates under the influence of ON / OFF of the heater. That is, the PWM signal for heater control is superimposed on the gas concentration. At this time, the gas concentration signal has a relatively low frequency, whereas the PWM signal for controlling the heater has a high frequency.
Each signal can be separated using the difference between the frequency components of these signals.

【００３６】要するに、ガス濃度信号が前記フィルタを
通過する際、低周波のガス濃度信号と高周波のＰＷＭ信
号とが分離されて低周波成分（ガス濃度信号）だけ通過
が許容される。フィルタ通過後のガス濃度信号は、ヒー
タのＯＮ／ＯＦＦの影響が排除されたものとなる。その
結果、前記請求項１の発明と同様に、ヒータ制御時にお
けるガス濃度検出精度の低下を抑制し、ガス濃度を適正
に検出することができる。In short, when the gas concentration signal passes through the filter, the low-frequency gas concentration signal and the high-frequency PWM signal are separated, and only the low-frequency component (gas concentration signal) is allowed to pass. The gas concentration signal after passing through the filter is one in which the influence of ON / OFF of the heater is eliminated. As a result, similarly to the first aspect of the present invention, it is possible to suppress a decrease in the gas concentration detection accuracy at the time of heater control and to appropriately detect the gas concentration.

【００３７】請求項９の発明においては、請求項１０に
記載したように、パルス幅変調の周波数（ＰＷＭ周波
数）を、ガス濃度が変化する周波数以上とすると良い。
より具体的には、請求項１１に記載したように、前記フ
ィルタのカットオフ周波数に対し、パルス幅変調の周波
数（ＰＷＭ周波数）を１０倍以上とするのが望ましい。
この場合、ガス濃度信号とヒータ制御用のＰＷＭ信号と
をより確実に分離させることができる。In the ninth aspect of the present invention, it is preferable that the pulse width modulation frequency (PWM frequency) be equal to or higher than the frequency at which the gas concentration changes.
More specifically, as described in claim 11, it is desirable that the frequency of pulse width modulation (PWM frequency) be 10 times or more the cutoff frequency of the filter.
In this case, the gas concentration signal and the PWM signal for heater control can be more reliably separated.

【００３８】又は、請求項１２に記載したように、前記
フィルタのカットオフ周波数をパルス幅変調の周波数以
下とする。より具体的には、請求項１３に記載したよう
に、前記フィルタのカットオフ周波数を数Ｈｚ〜１００
Ｈｚ程度とするのが望ましい。この場合、例えばエンジ
ンの気筒別空燃比制御を実施する装置において、当該空
燃比制御で使われる周波数成分を阻害しない周波数とし
つつ、ガス濃度信号とヒータ制御用のＰＷＭ信号とを確
実に分離させることができる。Alternatively, the cutoff frequency of the filter is set to be equal to or lower than the frequency of pulse width modulation. More specifically, as described in claim 13, the cutoff frequency of the filter is several Hz to 100
It is desirable to set it to about Hz. In this case, for example, in a device for performing cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control of an engine, it is necessary to surely separate a gas concentration signal and a PWM signal for heater control while maintaining a frequency that does not impede a frequency component used in the air-fuel ratio control. Can be.

【００３９】上記の如くヒータのＰＷＭ周波数を上げる
場合、ヒータ電圧及びヒータ電流の検出が困難になり、
それに起因してフェイル制御やヒータの電力制御が実施
できなくなるという新たな問題が生ずる。例えばヒータ
電圧及びヒータ電流を測定しその計測値をＡ／Ｄコンバ
ータを介してマイコンに取り込む際、ヒータＯＮ時間又
はＯＦＦ時間が短すぎると、Ａ／Ｄ変換時間が不足し、
ヒータ電圧及びヒータ電流が測定できなくなる。When the PWM frequency of the heater is increased as described above, it becomes difficult to detect the heater voltage and the heater current.
As a result, a new problem arises in that fail control and heater power control cannot be performed. For example, when a heater voltage and a heater current are measured and the measured values are taken into a microcomputer via an A / D converter, if the heater ON time or the OFF time is too short, the A / D conversion time becomes insufficient,
The heater voltage and heater current cannot be measured.

【００４０】この問題の対策案として、請求項１４に記
載の発明では、ヒータの電圧又は電流の少なくとも一方
を検出するための検出回路を備え、該検出回路の出力側
にはサンプルホールド回路を接続する。本構成によれ
ば、ヒータ電圧及びヒータ電流の検出値が一旦サンプル
ホールド回路に保持され、その後、同サンプルホールド
回路から出力される。従って、ヒータのＰＷＭ周波数を
上げたとしてもヒータ電圧及びヒータ電流が確実に検出
できる。As a countermeasure against this problem, in the invention according to claim 14, a detection circuit for detecting at least one of the voltage and the current of the heater is provided, and a sample and hold circuit is connected to the output side of the detection circuit. I do. According to this configuration, the detected values of the heater voltage and the heater current are temporarily held in the sample and hold circuit, and then output from the sample and hold circuit. Therefore, even if the PWM frequency of the heater is increased, the heater voltage and the heater current can be reliably detected.

【００４１】ところで、ガス濃度検出装置として例えば
図２３の回路構成を考える。この回路では、ヒータ２０
の一端にバッテリ電源（＋Ｂ）が接続され、他端にスイ
ッチ素子５０が接続されている。すなわち、スイッチ素
子５０がＧＮＤ側に配置されている。また、例えば車載
用のガス濃度検出装置では片電源（＋Ｂ＝１４Ｖ）であ
り、センサ素子１０の基準電圧を２Ｖ、印加電圧をＶｒ
ｅｆとしている。この場合、センサ出力はマイコンのＡ
／Ｄ等を介してマイクロコンピュータに取り込まれるた
め、０〜５Ｖ程度の信号であると考えられる。By way of example, the circuit configuration shown in FIG. 23 is considered as a gas concentration detecting device. In this circuit, the heater 20
Is connected to a battery power supply (+ B) at one end, and the switch element 50 is connected to the other end. That is, the switch element 50 is arranged on the GND side. Further, for example, in the case of a vehicle-mounted gas concentration detection device, a single power supply (+ B = 14 V) is used, the reference voltage of the sensor element 10 is 2 V, and the applied voltage is
ef. In this case, the sensor output is A
Since it is taken into the microcomputer via / D or the like, it is considered that the signal is about 0 to 5V.

【００４２】この図２３の構成では、（ａ）に示すよう
にスイッチ素子５０のＯＦＦ時（ヒータＯＦＦ時）に
は、ヒータ電圧はどこでも同じ１４Ｖとなる。一方、
（ｂ）に示すようにスイッチ素子５０のＯＮ時（ヒータ
ＯＮ時）には、ヒータ電圧は０〜１４Ｖの範囲で分布す
る。つまり、センサ素子１０側の回路では電圧が０〜５
Ｖ程度で変化するのに対し、ヒータ２０側の回路では電
圧が０〜＋Ｂ（１４Ｖ）の範囲で変化する。以上のこと
から、特にヒータＯＦＦ時には、センサ素子１０側の回
路とヒータ１０側の回路との電圧差が大きく、リーク電
流の影響も大きいと考えられる。In the configuration shown in FIG. 23, as shown in FIG. 23A, when the switch element 50 is turned off (when the heater is turned off), the heater voltage becomes the same 14 V everywhere. on the other hand,
As shown in (b), when the switch element 50 is turned on (when the heater is turned on), the heater voltage is distributed in a range of 0 to 14V. That is, in the circuit on the sensor element 10 side, the voltage is 0 to 5
On the other hand, the voltage changes in the range of 0 to + B (14 V) in the circuit on the heater 20 side, while the voltage changes in the order of V. From the above, it is considered that the voltage difference between the circuit on the sensor element 10 side and the circuit on the heater 10 side is large especially when the heater is turned off, and the influence of the leak current is large.

【００４３】そこで、こうしたリーク電流の影響を抑え
るべく、ヒータ２０側での電圧の変化範囲とセンサ素子
１０側での電圧の変化範囲との差を少なくする。つま
り、センサとの電位差ができるだけ少なくすれば、リー
クの影響を小さくすることができる。Therefore, in order to suppress the influence of such a leak current, the difference between the voltage change range on the heater 20 side and the voltage change range on the sensor element 10 side is reduced. That is, if the potential difference from the sensor is made as small as possible, the influence of the leak can be reduced.

【００４４】請求項１５に記載の発明では、ヒータの一
端を電源電圧に接続し、他端を接地するヒータの通電回
路を備え、ヒータと電源電圧との間にスイッチ手段を配
置してヒータの通電をオン／オフ制御する。実際には、
図２４に示すように、スイッチ素子５１を＋Ｂ側に配置
することにより、ヒータＯＦＦ時にはヒータ全体が０Ｖ
となっている。よって、図２３の構成と比較して、リー
ク電流の影響が少なくなる。According to a fifteenth aspect of the present invention, the heater is provided with an energizing circuit for connecting one end of the heater to the power supply voltage and grounding the other end of the heater. On / off control of energization. actually,
As shown in FIG. 24, by arranging the switch element 51 on the + B side, when the heater is turned off, the entire heater becomes 0V.
It has become. Therefore, the influence of the leak current is reduced as compared with the configuration of FIG.

【００４５】また、請求項１６に記載の発明では、ヒー
タの一端を電源電圧に接続し、他端を接地するヒータの
通電回路を備え、ヒータと電源電圧との間、ヒータと接
地側との間、の両方にスイッチ手段を配置して、両スイ
ッチ手段を同時に操作してヒータの通電をオン／オフ制
御する。実際には、図２５に示すように、スイッチ素子
５２，５３を＋Ｂ側及びＧＮＤ側に配置し、各スイッチ
素子５２，５３を同時にＯＮ／ＯＦＦさせる。この場
合、スイッチ素子５２，５３のＯＦＦ時にヒータ両端が
オープン状態となるため、やはりリーク電流の影響が低
減できる。Further, according to the present invention, there is provided a heater energizing circuit for connecting one end of the heater to the power supply voltage and grounding the other end, and connecting the heater with the power supply voltage and connecting the heater with the ground side. Switch means are arranged on both sides, and both switch means are simultaneously operated to control on / off of energization of the heater. Actually, as shown in FIG. 25, the switch elements 52 and 53 are arranged on the + B side and the GND side, and the switch elements 52 and 53 are simultaneously turned ON / OFF. In this case, since both ends of the heater are open when the switch elements 52 and 53 are turned off, the influence of the leak current can be reduced.

【００４６】また、請求項１７に記載の発明では、パル
ス幅変調信号によりヒータの通電を制御する際、ヒータ
通電時とヒータ非通電時とでガス濃度信号を各々取り込
み、該取り込んだヒータ通電時とヒータ非通電時との両
方のガス濃度信号に基づいて当該ガス濃度信号を補正す
る。Further, according to the present invention, when controlling the energization of the heater by the pulse width modulation signal, the gas concentration signals are respectively taken when the heater is energized and when the heater is not energized, and when the heater is energized, The gas concentration signal is corrected based on both the gas concentration signals when the heater is turned off.

【００４７】つまり、センサ素子から出力されるガス濃
度信号は、ヒータＯＮ／ＯＦＦ（通電／非通電）の何れ
においてもＰＷＭ信号の影響を受ける。そのため、上記
の通りヒータ通電時とヒータ非通電時との両方のガス濃
度信号に基づいて当該ガス濃度信号を補正することで、
ＰＷＭ信号による影響を排除したガス濃度信号が得られ
る。その結果、ヒータ制御時におけるガス濃度検出精度
の低下を抑制し、ガス濃度を適正に検出することができ
る。That is, the gas concentration signal output from the sensor element is affected by the PWM signal regardless of whether the heater is on or off (energized / deenergized). Therefore, by correcting the gas concentration signal based on both the gas concentration signals when the heater is energized and when the heater is not energized as described above,
A gas concentration signal free of the influence of the PWM signal is obtained. As a result, it is possible to suppress a decrease in gas concentration detection accuracy during heater control, and to appropriately detect gas concentration.

【００４８】請求項１８に記載の発明では、ヒータ通電
時とヒータ非通電時とのガス濃度信号を平均化してその
平均値にてガス濃度信号を補正する。本構成によれば、
簡易に且つ正確にガス濃度が検出できるようになる。In the present invention, the gas concentration signals when the heater is energized and when the heater is not energized are averaged, and the average value is used to correct the gas concentration signal. According to this configuration,
The gas concentration can be easily and accurately detected.

【００４９】一方、請求項１９に記載の発明では、パル
ス幅変調信号によりヒータの通電を制御する際、ヒータ
通電時若しくはヒータ非通電時のうち、どちらか一方の
ガス濃度信号のみを出力する。要するに、ヒータの通電
時及び非通電時にはそれぞれの影響がセンサ出力に現れ
るが、ヒータの通電時若しくは非通電時のどちらか一方
の検出結果のみを外部に出力することで、ヒータの通電
／非通電によるバラツキの影響が抑えられる。それ故、
ガス濃度センサの検出精度が向上する。On the other hand, in controlling the energization of the heater by the pulse width modulation signal, only one of the gas concentration signals is output when the heater is energized or when the heater is not energized. In short, when the heater is energized and de-energized, the respective effects appear in the sensor output. By outputting either the detection result when the heater is energized or non-energized to the outside, the energization / de-energization of the heater is performed. The effect of the variation due to is suppressed. Therefore,
The detection accuracy of the gas concentration sensor is improved.

【００５０】なお、センサ出力は、ヒータの通電時又は
非通電時のデータをサンプルホールド回路等の保持手段
で一旦保持した後、外部に出力されると良い。本請求項
１９の発明は、外部に出力されるタイミングが通電時又
は非通電時の何れか一方の時に限られるため、ガス濃度
センサの細かい挙動には対応しにくくなるが、構成は簡
単となる利点がある。但し、ヒータ制御の周波数を大き
くするなどして、サンプリング数を増やせば細かい挙動
にも対応できる。The sensor output may be output to the outside after the data when the heater is energized or de-energized is temporarily held by holding means such as a sample and hold circuit. According to the nineteenth aspect of the present invention, since the timing of outputting to the outside is limited to either the energization or the non-energization, it is difficult to cope with the fine behavior of the gas concentration sensor, but the configuration is simplified. There are advantages. However, if the number of samplings is increased, for example, by increasing the frequency of the heater control, it is possible to cope with fine behavior.

【００５１】また、請求項２０に記載の発明では、パル
ス幅変調信号によりヒータの通電を制御する際、前記絶
縁層の抵抗変化に伴うリーク電流の影響度合を推定し、
該推定したリーク電流の相当分だけガス濃度信号を補正
する。According to the twentieth aspect of the present invention, when controlling the energization of the heater by the pulse width modulation signal, the degree of influence of the leak current due to the resistance change of the insulating layer is estimated.
The gas concentration signal is corrected by an amount corresponding to the estimated leak current.

【００５２】絶縁層の抵抗変化に伴うリーク電流は、例
えばヒータの電源電圧やセンサ素子の温度によって大小
変化する。そのため、上記の通りリーク電流の影響度合
を推定し、該推定したリーク電流の相当分だけガス濃度
信号を補正することで、正確なガス濃度信号が得られ
る。その結果、ヒータ制御時におけるガス濃度検出精度
の低下を抑制し、ガス濃度を適正に検出することができ
る。The leakage current due to the resistance change of the insulating layer changes depending on, for example, the power supply voltage of the heater or the temperature of the sensor element. Therefore, an accurate gas concentration signal can be obtained by estimating the degree of influence of the leak current as described above and correcting the gas concentration signal by an amount corresponding to the estimated leak current. As a result, it is possible to suppress a decrease in gas concentration detection accuracy during heater control, and to appropriately detect gas concentration.

【００５３】実際には、請求項２１に記載したように、
ヒータの電源電圧が大きいほど、ガス濃度信号を大きな
値で補正するとよい。或いは、請求項２２に記載したよ
うに、センサ素子の温度が大きいほど、ガス濃度信号を
大きな値で補正するとよい。つまり、電源電圧が増加す
ると、或いは素子温が上昇するとリーク電流の影響が増
大すると考えられるが、上記請求項２１，２２の構成に
よれば、ガス濃度信号の補正が適正に実施できる。In practice, as described in claim 21,
It is preferable to correct the gas concentration signal with a larger value as the power supply voltage of the heater is larger. Alternatively, the gas concentration signal may be corrected with a larger value as the temperature of the sensor element is higher. That is, it is considered that the influence of the leak current increases when the power supply voltage increases or the element temperature rises. However, according to the configuration of the present invention, the gas concentration signal can be properly corrected.

【００５４】特に請求項２３に記載の通り、ガス濃度セ
ンサが第１セル及び第２セル等の複数のセルとヒータと
から構成される場合、第２セルにて計測されるガス濃度
信号が微弱電流となり、リーク電流の影響を受け易くな
るが、上記請求項１〜２２に記載の発明を適宜用いるこ
とで、こうした微弱なガス濃度信号であっても精度良く
検出できる。なお、例えばエンジンによる排ガス中の酸
素濃度とＮＯｘ濃度とを検出するガス濃度センサでは、
第１セルにて酸素濃度が検出され、第２セルにてＮＯｘ
濃度が検出される。In particular, when the gas concentration sensor is composed of a plurality of cells such as a first cell and a second cell and a heater, the gas concentration signal measured in the second cell is weak. Although it becomes a current, it is easily affected by the leak current. By appropriately using the inventions of the above-described claims 1 to 22, even such a weak gas concentration signal can be detected with high accuracy. For example, in a gas concentration sensor that detects an oxygen concentration and a NOx concentration in exhaust gas from an engine,
The oxygen concentration is detected in the first cell, and NOx is detected in the second cell.
The concentration is detected.

【００５５】また、請求項２４に記載の通り、ガス濃度
センサが特定のガス濃度に応じた起電力を発生するセル
を有する場合であっても、上記請求項１〜２２に記載の
発明を適宜用いることで、センサ出力におけるリーク電
流の影響を抑制することができ、ガス濃度の検出精度が
向上する。Further, as described in claim 24, even when the gas concentration sensor has a cell that generates an electromotive force corresponding to a specific gas concentration, the invention according to claims 1 to 22 can be appropriately performed. By using this, the influence of the leak current on the sensor output can be suppressed, and the detection accuracy of the gas concentration is improved.

【００５６】ここで上記各請求項の発明のうち、請求項
１〜１６の発明は、センサによるガス濃度出力がヒータ
制御時の影響（リーク電流の影響）を受けないようヒー
タの通電を制御する発明であり、請求項１７〜２２の発
明は、ガス濃度出力がヒータ制御時の影響を受けた際に
それを補正する発明であると言える。但しこれら何れの
発明においても、リーク電流の影響を排除してガス濃度
の検出精度を向上させるものであることには変わりな
い。Here, among the above-mentioned inventions, the inventions of claims 1 to 16 control the energization of the heater so that the gas concentration output by the sensor is not affected by the heater control (the influence of the leak current). It can be said that the inventions of claims 17 to 22 are inventions for correcting when the gas concentration output is affected by the heater control. However, in any of these inventions, the effect of leak current is eliminated to improve the detection accuracy of the gas concentration.

【００５７】[0057]

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、請求
項１〜８及び２３に記載の発明を具体化した第１の実施
の形態を図面に従って説明する。本実施の形態における
ガス濃度検出装置は、自動車用ガソリンエンジンに適用
されるものであって、同エンジンの空燃比制御システム
においてはガス濃度検出装置による検出結果に基づいて
エンジンへの燃料噴射量を所望の空燃比（Ａ／Ｆ）でフ
ィードバック制御する。特に本実施の形態では、排ガス
中の酸素（Ｏ2 ）濃度とＮＯｘ濃度とを同時に検出可能
な、いわゆる複合型ガスセンサを用い、同センサからガ
ス濃度情報を取得することとしている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A first embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings. The gas concentration detection device according to the present embodiment is applied to an automobile gasoline engine, and in the air-fuel ratio control system of the engine, the fuel injection amount to the engine is determined based on the detection result by the gas concentration detection device. Feedback control is performed at a desired air-fuel ratio (A / F). In particular, in this embodiment, a so-called composite gas sensor capable of simultaneously detecting the concentration of oxygen (O2) and the concentration of NOx in exhaust gas is used, and gas concentration information is obtained from the sensor.

【００５８】つまり本実施の形態の装置では、検出した
酸素濃度により空燃比がフィードバック制御される一
方、検出したＮＯｘ濃度によりエンジン排気管に取り付
けられたＮＯｘ触媒（例えばＮＯｘ吸蔵還元型触媒）の
制御が実施される。ＮＯｘ触媒の制御について略述すれ
ば、ＮＯｘ触媒にて浄化されずに排出されるＮＯｘ量を
ガス濃度センサの検出結果から判定し、ＮＯｘ未浄化量
が増大した時に、ＮＯｘ浄化能力を回復させるための再
生処理を実行する。再生処理としては、ＮＯｘ触媒に対
して一時的にリッチガスを供給し、同触媒に吸着したイ
オンを除去するようにすればよい。That is, in the apparatus of this embodiment, while the air-fuel ratio is feedback-controlled based on the detected oxygen concentration, the control of the NOx catalyst (eg, NOx storage reduction type catalyst) attached to the engine exhaust pipe is controlled based on the detected NOx concentration. Is performed. Briefly describing the control of the NOx catalyst, the amount of NOx discharged without being purified by the NOx catalyst is determined from the detection result of the gas concentration sensor, and when the unpurified amount of NOx increases, the NOx purification capability is restored. Is executed. In the regeneration process, a rich gas may be temporarily supplied to the NOx catalyst to remove ions adsorbed on the catalyst.

【００５９】本実施の形態におけるガス濃度検出装置の
概要を図１のブロック図を用いて説明する。ガス濃度セ
ンサ１００は、２セル構造を有するいわゆる複合型ガス
センサとして構成され、酸素濃度を検出するためのポン
プセル１１０と、ＮＯｘ濃度を検出するためのセンサセ
ル１２０と、バッテリ電源からの給電により発熱するヒ
ータ１０３とを備える。The outline of the gas concentration detecting apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the block diagram of FIG. The gas concentration sensor 100 is configured as a so-called composite gas sensor having a two-cell structure, and includes a pump cell 110 for detecting an oxygen concentration, a sensor cell 120 for detecting a NOx concentration, and a heater that generates heat when supplied from a battery power supply. 103.

【００６０】ここで、図２を用いてガス濃度センサ１０
０の構成を詳細に説明する。ガス濃度センサ１００は、
ポンプセル１１０、多孔質拡散層１０１、センサセル１
２０、大気ダクト１０２及びヒータ１０３を要件とし、
これら各部材が積層されて成る。なお、同センサ１００
は図の右端部にてエンジン排気管に取り付けられ、その
上下面及び左面が排ガスに晒されるようになっている。Here, the gas concentration sensor 10 will be described with reference to FIG.
0 will be described in detail. The gas concentration sensor 100 is
Pump cell 110, porous diffusion layer 101, sensor cell 1
20, air duct 102 and heater 103 as requirements,
These members are laminated. The sensor 100
Is attached to the engine exhaust pipe at the right end of the figure, and its upper and lower surfaces and the left surface are exposed to exhaust gas.

【００６１】より詳細には、ポンプセル１１０は多孔質
拡散層１０１と排ガス空間との間に設置される。ポンプ
セル１１０の排ガス側（図の上側）にはポンプ第１電極
１１１が設置され、多孔質拡散層１０１側（図の下側）
にはポンプ第２電極１１２が設置される。また、センサ
セル１２０は多孔質拡散層１０１と大気ダクト１０２と
の間に設置される。センサセル１２０の多孔質拡散層１
０１側（図の上側）にはセンサ第１電極１２１が設置さ
れ、大気ダクト１０２側（図の下側）にはセンサ第２電
極１２２が設置される。そして、多孔質拡散層１０１に
は図の左側から排ガスが導入されて図の右方へと流通す
る。More specifically, the pump cell 110 is provided between the porous diffusion layer 101 and the exhaust gas space. A pump first electrode 111 is provided on the exhaust gas side (upper side in the figure) of the pump cell 110, and is located on the porous diffusion layer 101 side (lower side in the figure).
Is provided with a pump second electrode 112. The sensor cell 120 is provided between the porous diffusion layer 101 and the air duct 102. Porous diffusion layer 1 of sensor cell 120
A sensor first electrode 121 is provided on the 01 side (upper side in the figure), and a sensor second electrode 122 is provided on the atmosphere duct 102 side (lower side in the figure). Then, exhaust gas is introduced into the porous diffusion layer 101 from the left side of the figure and flows to the right side of the figure.

【００６２】ポンプセル１１０及びセンサセル１２０は
積層して形成された固体電解質を有し、これら固体電解
質はＺｒＯ2 、ＨｆＯ2 、ＴｈＯ2 、Ｂｉ2 Ｏ3 等にＣ
ａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 等を安定剤として
固溶させた酸素イオン伝導性酸化物焼成体からなる。ま
た、多孔質拡散層１０１は、アルミナ、マグネシャ、ケ
イ石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質からな
る。The pump cell 110 and the sensor cell 120 have solid electrolytes formed by lamination, and these solid electrolytes are converted to ZrO 2, HfO 2, ThO 2, Bi 2 O 3, etc.
It is composed of an oxygen ion conductive oxide fired body in which aO, MgO, Y2 O3, Yb2 O3, etc. are dissolved as a stabilizer. Further, the porous diffusion layer 101 is made of a heat-resistant inorganic substance such as alumina, magnesia, quartzite, spinel, and mullite.

【００６３】ポンプセル１１０の排ガス側のポンプ第１
電極１１１と、センサセル１２０のセンサ第１，第２電
極１２１，１２２とは、白金Ｐｔ等の触媒活性の高い貴
金属からなる。一方、ポンプセル１１０の多孔質拡散層
１０１側のポンプ第２電極１１２は、ＮＯｘガスに不活
性な（ＮＯｘガスを分解し難い）Ａｕ−Ｐｔ等の貴金属
からなる。The first pump on the exhaust gas side of the pump cell 110
The electrode 111 and the sensor first and second electrodes 121 and 122 of the sensor cell 120 are made of a noble metal having high catalytic activity such as platinum Pt. On the other hand, the pump second electrode 112 on the porous diffusion layer 101 side of the pump cell 110 is made of a noble metal such as Au-Pt which is inert to the NOx gas (it is difficult to decompose the NOx gas).

【００６４】ヒータ１０３は絶縁層１０４に埋設され、
この絶縁層１０４とセンサセル１２０との間に大気ダク
ト１０２が構成される。基準ガス室を構成する大気ダク
ト１０２には外部から大気が導入され、その大気は酸素
濃度の基準となる基準ガスとして用いられる。絶縁層１
０４はアルミナ等にて形成され、ヒータ１０３は白金と
アルミナ等のサーメットにて形成される。ヒータ１０３
はポンプセル１１０やセンサセル１２０を含めセンサ全
体（電極含む）を活性状態にすべく、外部からの給電に
より熱エネルギを発生させる。The heater 103 is embedded in the insulating layer 104,
An air duct 102 is formed between the insulating layer 104 and the sensor cell 120. Atmosphere is introduced into the air duct 102 constituting the reference gas chamber from the outside, and the air is used as a reference gas serving as a reference for the oxygen concentration. Insulation layer 1
04 is made of alumina or the like, and the heater 103 is made of cermet of platinum and alumina. Heater 103
Generates thermal energy by external power supply in order to activate the entire sensor (including electrodes) including the pump cell 110 and the sensor cell 120.

【００６５】上記構成のガス濃度センサ１００について
その動作を図３を用いて説明する。図３（ａ）に示され
るように、多孔質拡散層１０１には図の左側から排ガス
成分が導入され、その排ガスがポンプセル近傍を通過す
る際、ポンプセル１１０に電圧を印加することで分解反
応が起こる。なお、排ガス中には酸素（Ｏ2 ）、窒素酸
化物（ＮＯｘ）、二酸化炭素（ＣＯ2 ）、水（Ｈ2 Ｏ）
等のガス成分が含まれる。The operation of the gas concentration sensor 100 having the above configuration will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3A, an exhaust gas component is introduced into the porous diffusion layer 101 from the left side of the figure, and when the exhaust gas passes near the pump cell, a decomposition reaction is performed by applying a voltage to the pump cell 110. Occur. The exhaust gas contains oxygen (O2), nitrogen oxides (NOx), carbon dioxide (CO2), and water (H2 O).
And other gas components.

【００６６】既述の通りポンプセル１１０のポンプ第２
電極１１２はＮＯｘ不活性電極（ＮＯｘガスを分解し難
い電極）で形成されている。従って、図３（ｂ）に示さ
れるように、排ガス中の酸素（Ｏ2 ）のみがポンプセル
１１０で分解され、ポンプ第１電極１１１から排ガス中
に排出される。このとき、ポンプセル１１０に流れた電
流が排ガス中に含まれる酸素濃度として検出される。As described above, the pump second of the pump cell 110
The electrode 112 is formed of a NOx inert electrode (an electrode that hardly decomposes NOx gas). Therefore, as shown in FIG. 3B, only oxygen (O2) in the exhaust gas is decomposed by the pump cell 110 and discharged from the pump first electrode 111 into the exhaust gas. At this time, the current flowing through the pump cell 110 is detected as the concentration of oxygen contained in the exhaust gas.

【００６７】また、排ガス中の酸素（Ｏ2 ）はポンプセ
ル１１０で完全に分解されず、その一部はそのままセン
サセル近傍まで流通する。そして、図３（ｃ）に示され
るように、センサセル１２０に電圧を印加することによ
り、残留酸素（Ｏ2 ）とＮＯｘとが分解される。つま
り、残留酸素（Ｏ2 ）とＮＯｘとがそれぞれセンサセル
１２０のセンサ第１電極１２１で分解され、センサセル
１２０を介してセンサ第２電極１２２から大気ダクト１
０２の大気中に排出される。このとき、センサセル１２
０に流れた電流が排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度として
検出される。Further, oxygen (O 2) in the exhaust gas is not completely decomposed in the pump cell 110, and a part of the oxygen (O 2) flows to the vicinity of the sensor cell as it is. Then, as shown in FIG. 3 (c), by applying a voltage to the sensor cell 120, residual oxygen (O2) and NOx are decomposed. That is, the residual oxygen (O2) and NOx are decomposed at the sensor first electrode 121 of the sensor cell 120, respectively, and are sent from the sensor second electrode 122 through the sensor cell 120 to the atmosphere duct 1
02 is released into the atmosphere. At this time, the sensor cell 12
The current flowing to zero is detected as the concentration of NOx contained in the exhaust gas.

【００６８】次に、酸素濃度を検出するためのポンプセ
ル１１０の特性と、ＮＯｘ濃度を検出するためのセンサ
セル１２０の特性とについて、図４及び図５を用いて説
明する。先ずは、ポンプセル特性を図４を用いて説明す
る。Next, the characteristics of the pump cell 110 for detecting the oxygen concentration and the characteristics of the sensor cell 120 for detecting the NOx concentration will be described with reference to FIGS. First, pump cell characteristics will be described with reference to FIG.

【００６９】図４のＶ−Ｉ特性図に示されるように、ポ
ンプセルは酸素濃度に対して限界電流特性を有する。同
図において、限界電流検出域はＶ軸に対して平行な直線
部分からなり、その領域は酸素濃度が濃いほど正電圧側
にシフトする。因みに、ポンプセル１１０のポンプ第２
電極１１２（多孔質拡散層１０１側の電極）がＮＯｘ不
活性電極であるために同ポンプセル１１０ではＮＯｘガ
スが分解されにくくなっているが、図４に示した通り一
定の電圧以上になると、ＮＯｘが分解され、酸素濃度に
応じたポンプセル電流に加えてＮＯｘ濃度に応じたポン
プセル電流が流れる（図４の破線部分）。As shown in the VI characteristic diagram of FIG. 4, the pump cell has a limiting current characteristic with respect to the oxygen concentration. In the figure, the limit current detection area is composed of a linear portion parallel to the V axis, and the area shifts toward the positive voltage side as the oxygen concentration increases. By the way, the pump second of the pump cell 110
Since the electrode 112 (the electrode on the porous diffusion layer 101 side) is a NOx inactive electrode, the NOx gas is hardly decomposed in the pump cell 110. However, when the voltage exceeds a certain voltage as shown in FIG. Is decomposed, and a pump cell current corresponding to the NOx concentration flows in addition to the pump cell current corresponding to the oxygen concentration (broken line portion in FIG. 4).

【００７０】次に、センサセル特性を図５を用いて説明
する。図５のＶ−Ｉ特性図に示されるように、センサセ
ルはＮＯｘ濃度に対して限界電流特性を有する。同図に
おいて、Ａ１部分では多孔質拡散層１０１を通じてセン
サセル１２０に流れ込む残留酸素によりオフセット分の
電流（オフセット電流）が流れ、Ａ２部分ではＮＯｘの
分解電流が流れる（図では１０００ｐｐｍの場合を示
す）。また、「Ａ１＋Ａ２」以上の電流、すなわち図の
右端の電流が大きくなる部分（ＮＯｘ濃度が１０００ｒ
ｐｍの時、Ａ３部分）ではＨ2 Ｏの分解電流が流れる。
このとき、排ガス中のＮＯｘ濃度に対応する限界電流は
「Ａ１＋Ａ２」の電流値で検出される。ＮＯｘ分解電流
を規定する限界電流検出域はＶ軸に対して平行な直線部
分からなり、その領域はＮＯｘ濃度が濃いほど僅かなが
ら正電圧側にシフトする。Next, the sensor cell characteristics will be described with reference to FIG. As shown in the VI characteristic diagram of FIG. 5, the sensor cell has a limit current characteristic with respect to the NOx concentration. In the figure, in the portion A1, a current corresponding to the offset (offset current) flows due to residual oxygen flowing into the sensor cell 120 through the porous diffusion layer 101, and in the portion A2, a decomposition current of NOx flows (in the figure, 1000 ppm is shown). In addition, a portion where the current larger than “A1 + A2”, that is, the current at the right end of the drawing becomes large (NOx concentration is 1000 r
At pm, the decomposition current of H2 O flows in A3).
At this time, the limit current corresponding to the NOx concentration in the exhaust gas is detected as a current value of “A1 + A2”. The limit current detection area that defines the NOx decomposition current is composed of a linear portion parallel to the V axis, and the area shifts slightly to the positive voltage side as the NOx concentration increases.

【００７１】一方、前記図１のセンサ制御回路２１０
は、酸素濃度検出部２１１とＮＯｘ濃度検出部２１２と
インピーダンス検出部２１３とヒータ制御部２１４とを
有する。酸素濃度検出部２１１は、ガス濃度センサ１０
０のポンプセル電極に接続され、ポンプセル１１０に電
圧を印加すると共に酸素濃度（Ａ／Ｆ）に応じた電流信
号を検出して外部に出力する。ＮＯｘ濃度検出部２１２
は、ガス濃度センサ１００のセンサセル電極に接続さ
れ、センサセル１２０に電圧を印加すると共にＮＯｘ濃
度に応じた電流信号を検出して外部に出力する。On the other hand, the sensor control circuit 210 shown in FIG.
Has an oxygen concentration detector 211, a NOx concentration detector 212, an impedance detector 213, and a heater controller 214. The oxygen concentration detection unit 211
The pump cell 110 is connected to the pump cell electrode 0, and applies a voltage to the pump cell 110, detects a current signal corresponding to the oxygen concentration (A / F), and outputs the signal to the outside. NOx concentration detector 212
Is connected to the sensor cell electrode of the gas concentration sensor 100, applies a voltage to the sensor cell 120, detects a current signal corresponding to the NOx concentration, and outputs it to the outside.

【００７２】インピーダンス検出部２１３は、例えば掃
引法を用いてセンサセル１２０の素子インピーダンスを
検出する。具体的には、センサセル１２０のインピーダ
ンス検出時において、センサセル印加電圧を一定量だけ
瞬間的に変化させ、その時のセンサセル電流の変化量を
計測する。そして、その時の電圧変化量と電流変化量と
からセンサセル１２０の交流素子インピーダンスを算出
する。因みに、インピーダンス検出の周期は、エンジン
始動時には１２８ｍｓ、定常運転時には２５６ｍｓとい
うように可変に設定される。The impedance detector 213 detects the element impedance of the sensor cell 120 using, for example, a sweep method. Specifically, at the time of detecting the impedance of the sensor cell 120, the voltage applied to the sensor cell is instantaneously changed by a certain amount, and the amount of change in the sensor cell current at that time is measured. Then, the AC element impedance of the sensor cell 120 is calculated from the voltage change amount and the current change amount at that time. Incidentally, the cycle of impedance detection is variably set to 128 ms at the time of engine start and 256 ms at the time of steady operation.

【００７３】ヒータ制御部２１４は、前記検出したセン
サセル１２０の素子インピーダンスを素子温に変換す
る。ここで、素子インピーダンスは素子温に対して図７
に示す関係を有する。すなわち、素子温が低いほど、素
子インピーダンスが飛躍的に大きくなる。そして、ヒー
タ制御部２１４は、素子温（センサセル１２０の温度）
を所定の目標値にＦ／Ｂ制御するための電圧制御信号を
求め、その電圧制御信号を電圧制御回路２２０に対して
出力する。The heater control unit 214 converts the detected element impedance of the sensor cell 120 into an element temperature. Here, the element impedance is shown in FIG.
The relationship shown in FIG. That is, as the element temperature is lower, the element impedance is dramatically increased. Then, the heater control unit 214 determines the element temperature (the temperature of the sensor cell 120).
, A voltage control signal for performing F / B control to a predetermined target value is obtained, and the voltage control signal is output to the voltage control circuit 220.

【００７４】電圧制御回路２２０は、センサ制御回路２
１０（ヒータ制御部２１４）から送信される電圧制御信
号に従い、ヒータ１０３の通電を制御する。一例として
電圧制御回路２２０は図６に示すスイッチング電源にて
構成され、同制御回路２２０から直流電圧が出力されて
ヒータ通電状態が制御される。なお本実施の形態では、
ヒータ制御部２１４及び電圧制御回路２２０が本発明の
「ヒータ制御手段」に相当し、これによりヒータ通電時
におけるリーク電流のセンサ出力への影響が排除され
る。The voltage control circuit 220 includes the sensor control circuit 2
In accordance with the voltage control signal transmitted from the control unit 10 (heater control unit 214), the power supply to the heater 103 is controlled. As an example, the voltage control circuit 220 is configured by the switching power supply shown in FIG. 6, and a DC voltage is output from the control circuit 220 to control the heater energization state. In the present embodiment,
The heater control unit 214 and the voltage control circuit 220 correspond to the “heater control unit” of the present invention, and thereby eliminate the influence of the leak current on the sensor output when the heater is energized.

【００７５】図６において、スイッチング電源からなる
電圧制御回路２２０は電源（＋Ｂ）２２１、スイッチ素
子（トランジスタ）２２２、ダイオード２２３、コイル
２２４及びコンデンサ２２５を有する。そして、電圧制
御信号に従い高速でスイッチ素子２２２がＯＮ／ＯＦＦ
されることにより、電圧制御回路２２０の出力電圧が調
整され、ひいてはヒータ１０３に加わる電圧が制御され
る。このとき、コイル２２４及びコンデンサ２２５は、
スイッチ素子２２２のＯＮ／ＯＦＦ時に電源電圧を平滑
化する。ダイオード２２３は、スイッチＯＦＦ時にコイ
ル２２４に蓄えられたエネルギを放出する。In FIG. 6, a voltage control circuit 220 composed of a switching power supply has a power supply (+ B) 221, a switch element (transistor) 222, a diode 223, a coil 224, and a capacitor 225. Then, the switch element 222 is turned on / off at high speed according to the voltage control signal.
As a result, the output voltage of the voltage control circuit 220 is adjusted, and thus the voltage applied to the heater 103 is controlled. At this time, the coil 224 and the capacitor 225
The power supply voltage is smoothed when the switch element 222 is turned on / off. The diode 223 emits the energy stored in the coil 224 when the switch is turned off.

【００７６】スイッチ素子２２２のスイッチング周波数
は、ＮＯｘ濃度が変化する周波数（１０Ｈｚ程度）以上
で規定される。より具体的には、スイッチング周波数を
１ｋＨｚ以上とするのが望ましく、本実施の形態では、
小型化や電力効率の向上や電圧変動の抑制を図るべく、
数１０ｋＨｚでスイッチ素子２２２をスイッチングさせ
るようにしている。The switching frequency of the switch element 222 is defined by a frequency (about 10 Hz) or more at which the NOx concentration changes. More specifically, the switching frequency is desirably 1 kHz or more. In the present embodiment,
In order to reduce size, improve power efficiency, and suppress voltage fluctuations,
The switching element 222 is switched at several tens of kHz.

【００７７】実際には、例えばセンサ活性時のヒータ抵
抗が４．５Ω程度のヒータ制御において、スイッチング
周波数を１６ｋＨｚ、コンデンサ容量を８２０μＦ、コ
イルインダクタンスを３６μＨ程度とした。これら各数
値の設定により、センサ活性時においてヒータ１０３に
加わる電圧の変化量が所定値（例えば２Ｖ以下）で制限
される。すなわち、リーク電流が１．２μＡ（絶縁抵抗
６ＭΩ、電圧７Ｖ）、ＮＯｘ濃度１０００ｐｐｍの時の
センサ出力電流が４μＡである場合、ダイナミックレン
ジ１０００ｐｐｍに対して３０％（＝１．２μＡ／４μ
Ａ）の誤差が発生し、センサ出力は約３００ｐｐｍ分の
影響をリーク電流にて受けることとなる。従って、セン
サ出力の誤差を例えば５％未満にするのであれば、ヒー
タ１０３の電圧変化を約２Ｖ以下とする。Actually, for example, in heater control in which the heater resistance when the sensor is activated is about 4.5Ω, the switching frequency is 16 kHz, the capacitor capacity is 820 μF, and the coil inductance is about 36 μH. By setting these numerical values, the amount of change in the voltage applied to the heater 103 when the sensor is activated is limited to a predetermined value (for example, 2 V or less). That is, when the leak current is 1.2 μA (insulation resistance 6 MΩ, voltage 7 V) and the sensor output current is 4 μA when the NOx concentration is 1000 ppm, 30% (= 1.2 μA / 4 μ) with respect to the dynamic range 1000 ppm.
The error A) occurs, and the sensor output is affected by about 300 ppm by the leak current. Therefore, if the error of the sensor output is to be set to, for example, less than 5%, the voltage change of the heater 103 is set to about 2 V or less.

【００７８】なお、ヒータ抵抗に応じてコンデンサ容量
やコイルインダクタンスを変えることにより精度確保が
可能である。但し、センサ素子とヒータとの位置関係や
センサ構造（材質、寸法）など様々な要因によってセン
サ出力への影響度合が変わるため、それを考慮して電圧
変化量を制限するための所定値を決めるとよい。The accuracy can be ensured by changing the capacitor capacity and the coil inductance according to the heater resistance. However, since the degree of influence on the sensor output changes depending on various factors such as the positional relationship between the sensor element and the heater and the sensor structure (material and dimensions), a predetermined value for limiting the voltage change amount is determined in consideration of the change. Good.

【００７９】また、センサ制御回路２１０内の酸素濃度
検出部２１１、ＮＯｘ濃度検出部２１２の出力側には各
々、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）２１５，２１６が設け
られている。ＬＰＦ２１５，２１６のカットオフ周波数
は、電圧制御回路２２０（スイッチング電源）のスイッ
チング周波数以下とし、特に本実施の形態では、数１０
Ｈｚ〜１００Ｈｚ程度で規定する。本構成によれば、仮
に、ヒータ制御の影響を受けてセンサ出力が比較的高周
波で変動しても、その影響が排除でき、より一層高精度
なガス濃度検出が実現できる。Further, LPFs (low-pass filters) 215 and 216 are provided on the output side of the oxygen concentration detecting section 211 and the NOx concentration detecting section 212 in the sensor control circuit 210, respectively. The cutoff frequency of the LPFs 215 and 216 is set to be equal to or lower than the switching frequency of the voltage control circuit 220 (switching power supply).
It is specified at about Hz to 100 Hz. According to this configuration, even if the sensor output fluctuates at a relatively high frequency due to the influence of the heater control, the influence can be eliminated, and more accurate gas concentration detection can be realized.

【００８０】図８は、エンジン始動直後からのヒータ電
圧（端子間電圧）と素子温との変化を示すタイムチャー
トである。同図において、始動直後の冷間時には、セン
サの活性時間を短縮するために前記図６の電源電圧＋Ｂ
がそのままヒータ１０３に印加される。すなわち、前記
図６のスイッチ素子２２２がＯＮ状態で保持される。こ
れにより、ガス濃度センサ１００の早期活性化が図られ
る。FIG. 8 is a time chart showing changes in the heater voltage (inter-terminal voltage) and the element temperature immediately after the start of the engine. In the same figure, at the time of the cold immediately after the start, the power supply voltage + B of FIG.
Is applied to the heater 103 as it is. That is, the switch element 222 of FIG. 6 is held in the ON state. Thereby, early activation of the gas concentration sensor 100 is achieved.

【００８１】時刻ｔ１以降、センサ活性化の進行に従
い、電圧制御信号が調整されてヒータ１０３の印加電圧
が徐々に下げられる。そのため、活性状態に至るまでの
時刻ｔ１〜ｔ２の期間では電圧変化が大きくなる。但し
この時は絶縁層１０４（アルミナ）の絶縁抵抗が高くリ
ーク電流の影響が小さいため、ＮＯｘ出力が不用意に変
動するといった不都合は生じない。After time t1, as the sensor activation progresses, the voltage control signal is adjusted and the voltage applied to heater 103 is gradually reduced. Therefore, the voltage change is large during the period from time t1 to time t2 until the active state is reached. However, at this time, since the insulation resistance of the insulating layer 104 (alumina) is high and the influence of the leak current is small, the inconvenience that the NOx output fluctuates carelessly does not occur.

【００８２】時刻ｔ２でセンサ活性化が完了した後は、
絶縁層１０４の絶縁抵抗が低くなり、ＮＯｘ出力がリー
ク電流の影響を受け易くなる。しかしながら、電圧制御
信号により調整されるヒータ印加電圧の変化幅が比較的
小さいため（２Ｖ以下）、ＮＯｘ出力に対して多大な影
響が及ぶことはない。従って、安定したＮＯｘ出力が継
続的に得られることとなる。After the sensor activation is completed at time t2,
The insulation resistance of the insulation layer 104 is reduced, and the NOx output is easily affected by the leakage current. However, since the change width of the heater applied voltage adjusted by the voltage control signal is relatively small (2 V or less), there is no great influence on the NOx output. Therefore, a stable NOx output is continuously obtained.

【００８３】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。 （ａ）ガス濃度センサ１００の素子温を所定の目標値に
Ｆ／Ｂ制御するための電圧制御信号に基づいて、ヒータ
通電を制御するようにした。本構成によれば、数Ｈｚ〜
数１０Ｈｚ程度の周波数でヒータ通電をＯＮ／ＯＦＦ制
御していた従来装置とは異なり、ヒータ制御の影響によ
る出力変動を最小限に抑えることができる。つまり、ヒ
ータ電圧の変化が少なくなることで、絶縁層１０４を介
して流れるリーク電流の影響が小さくなる。このとき、
仮にヒータ１０３に印加されるバッテリ電圧＋Ｂが変動
しても、その影響を受けることもなく、適正なヒータ制
御が継続できる。その結果、ヒータ制御時におけるガス
濃度検出精度の低下を抑制し、ガス濃度を適正に検出す
ることができる。According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained. (A) Heater energization is controlled based on a voltage control signal for F / B controlling the element temperature of the gas concentration sensor 100 to a predetermined target value. According to this configuration, several Hz to
Unlike a conventional device that controls ON / OFF of heater energization at a frequency of about several tens of Hz, output fluctuation due to the influence of heater control can be minimized. That is, since the change in the heater voltage is reduced, the influence of the leak current flowing through the insulating layer 104 is reduced. At this time,
Even if the battery voltage + B applied to the heater 103 fluctuates, proper heater control can be continued without being affected. As a result, it is possible to suppress a decrease in gas concentration detection accuracy during heater control, and to appropriately detect gas concentration.

【００８４】（ｂ）特にガス濃度センサ１００では、セ
ンサセル１２０にて計測されるＮＯｘ濃度信号が微弱電
流となり、リーク電流の影響による出力変動が大きくな
るが、上記構成によれば、こうした微弱なＮＯｘ濃度信
号であっても精度良く検出できる。また、ポンプセル１
１０、センサセル１２０及びヒータ１０３が各々積層さ
れてなる積層構造のセンサの場合、リーク電流の影響度
合が大きいと言えるが、こうしたセンサにあっても好ま
しいガス濃度検出装置が提供できる。(B) In the gas concentration sensor 100 in particular, the NOx concentration signal measured by the sensor cell 120 becomes a weak current, and the output fluctuates greatly due to the influence of the leak current. Even a density signal can be detected with high accuracy. Pump cell 1
In the case of a sensor having a stacked structure in which the sensor cell 10, the sensor cell 120, and the heater 103 are stacked, it can be said that the degree of influence of the leak current is large. However, even with such a sensor, a preferable gas concentration detection device can be provided.

【００８５】（ｃ）センサ活性時においてヒータ１０３
に加わる電圧の変化量が所定値（例えば２Ｖ以下）で制
限されるので、センサ出力への影響がより確実に抑制さ
れる。(C) When the sensor is activated, the heater 103
Is limited by a predetermined value (for example, 2 V or less), so that the influence on the sensor output is more reliably suppressed.

【００８６】（ｄ）スイッチ素子２２２、コイル２２４
及びコンデンサ２２５を備えるスイッチング電源にて電
圧制御回路２２０が構成されるので、ヒータ１０３の電
圧変化が少なくなり、センサ出力への影響がより一層低
減できる。また、一般的な定電圧回路（ドロッパ方式の
電源）を用いる場合に比べ、トランジスタの発熱が抑え
られ、小型化並びに効率化が実現できる。また、スイッ
チング電源にダイオード２２３を設けることで、スイッ
チＯＦＦ時にコイル２２４に蓄えられたエネルギがダイ
オード２２３にて放出され、電圧変化がより一層低減さ
れる。(D) Switch element 222, coil 224
Further, since the voltage control circuit 220 is configured by the switching power supply including the capacitor 225 and the voltage change of the heater 103, the influence on the sensor output can be further reduced. Further, compared to the case of using a general constant voltage circuit (dropper-type power supply), heat generation of the transistor is suppressed, and downsizing and efficiency can be realized. Further, by providing the diode 223 in the switching power supply, the energy stored in the coil 224 is released by the diode 223 when the switch is turned off, and the voltage change is further reduced.

【００８７】（ｅ）電圧制御回路２２０（スイッチング
電源）のスイッチング周波数を１ｋＨｚ以上としたの
で、回路の大型化やコスト上昇といった問題を解消しつ
つ、リップルの影響を抑えることができる。その結果、
車載に適した装置が提供できる。つまり、スイッチング
周波数が低すぎると、スイッチング電源のリップルが大
きくなりすぎてしまい、その問題を解消すべくコンデン
サ容量を大きくすると回路の大型化やコスト上昇を招く
が、上記構成によればこれらの問題が何れも解消され
る。(E) Since the switching frequency of the voltage control circuit 220 (switching power supply) is set to 1 kHz or more, it is possible to suppress the influence of ripples while solving the problem of an increase in circuit size and an increase in cost. as a result,
A device suitable for in-vehicle use can be provided. That is, if the switching frequency is too low, the ripple of the switching power supply becomes too large, and if the capacitor capacity is increased to solve the problem, the circuit becomes large and the cost increases. Are all eliminated.

【００８８】（ｆ）信号出力部にＬＰＦ２１５，２１６
を設け、ＬＰＦ２１５，２１６のカットオフ周波数を数
１０Ｈｚ〜１００Ｈｚ程度としたので、ヒータ電圧の変
化による影響を抑え、必要なガス濃度信号を取り出すこ
とが可能となる。但し、ＬＰＦ２１５，２１６を設けな
い構成としても良く、何れにしても上記（ａ）〜（ｅ）
の効果が変わらず得られ、従来既存の装置と比べてガス
濃度の検出精度が向上する。(F) LPFs 215 and 216
Is provided, and the cutoff frequency of the LPFs 215 and 216 is set to about several tens Hz to 100 Hz. Therefore, it is possible to suppress the influence of a change in the heater voltage and extract a necessary gas concentration signal. However, the configuration may be such that the LPFs 215 and 216 are not provided, and in any case, the above (a) to (e)
Can be obtained without change, and the detection accuracy of the gas concentration is improved as compared with the existing device.

【００８９】次に、本発明における第２〜第５の実施の
形態を説明する。但し、以下の各実施の形態の構成にお
いて、上述した第１の実施の形態と同等であるものにつ
いては図面に同一の記号を付すと共にその説明を簡略化
する。そして、以下には第１の実施の形態との相違点を
中心に説明する。Next, second to fifth embodiments of the present invention will be described. However, in the configurations of the following embodiments, the same components as those of the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description is simplified. The following description focuses on differences from the first embodiment.

【００９０】（第２の実施の形態）請求項９〜１３，１
５に記載の発明を具体化した第２の実施の形態を以下に
説明する。パルス幅変調（ＰＷＭ）信号によりヒータの
通電がＯＮ／ＯＦＦ制御される装置では、一般にＰＷＭ
周波数が数Ｈｚ〜数１０Ｈｚ（例えば８Ｈｚ程度）で設
定される。この数Ｈｚ〜数１０Ｈｚの周波数はＮＯｘ濃
度変化の周波数に略一致する。(Second Embodiment) Claims 9 to 13, 1
A second embodiment that embodies the invention described in 5 will be described below. In a device in which energization of a heater is controlled on / off by a pulse width modulation (PWM) signal, generally a PWM is used.
The frequency is set at several Hz to several tens Hz (for example, about 8 Hz). The frequency of several Hz to several tens Hz substantially coincides with the frequency of the NOx concentration change.

【００９１】これに対し本実施の形態では、ヒータ制御
のＰＷＭ周波数を、ＮＯｘ濃度が変化する周波数以上で
規定すべく、数１００Ｈｚ〜数ｋＨｚ（例えば１ｋＨｚ
程度）まで上げる。かかる場合、例えばセンサセルで検
出されるＮＯｘ濃度信号には、前記の如く数１００Ｈｚ
〜数ｋＨｚでＯＮ／ＯＦＦされるヒータ制御の影響が及
ぶが、その状態でＮＯｘ濃度信号をＬＰＦ（ローパスフ
ィルタ）に通し、実際のＮＯｘ濃度成分と高周波成分
（ヒータのＯＮ／ＯＦＦ成分）とを分離させる。On the other hand, in the present embodiment, several hundreds Hz to several kHz (for example, 1 kHz) are set so that the PWM frequency of the heater control is specified to be equal to or higher than the frequency at which the NOx concentration changes.
Degree). In such a case, for example, the NOx concentration signal detected by the sensor cell includes several hundred Hz as described above.
In this state, the influence of the heater control which is turned on / off at several kHz is applied. In this state, the NOx concentration signal is passed through an LPF (low-pass filter), and the actual NOx concentration component and the high-frequency component (heater ON / OFF component) are converted. Let it separate.

【００９２】本実施の形態におけるガス濃度検出装置の
構成を図９に示す。図９において、ガス濃度センサ１０
０のヒータ１０３は、例えばマイコンを使ったヒータ制
御回路３５０により１ｋＨｚでＰＷＭ制御される。ガス
濃度センサ１００において、ポンプセル１１０には排ガ
ス中の酸素濃度に応じたポンプセル電流が流れ、そのポ
ンプセル電流が酸素濃度検出回路３１０にて計測され
る。また、センサセル１２０には排ガス中のＮＯｘ濃度
に応じたセンサセル電流が流れ、そのセンサセル電流が
ＮＯｘ濃度検出回路３２０にて計測される。上記の各検
出回路３１０，３２０はポンプセル電流、センサセル電
流を各々電圧値に変換して出力する。FIG. 9 shows the configuration of the gas concentration detecting device according to the present embodiment. In FIG. 9, the gas concentration sensor 10
The 0 heater 103 is PWM-controlled at 1 kHz by a heater control circuit 350 using a microcomputer, for example. In the gas concentration sensor 100, a pump cell current corresponding to the oxygen concentration in the exhaust gas flows through the pump cell 110, and the pump cell current is measured by the oxygen concentration detection circuit 310. A sensor cell current corresponding to the NOx concentration in the exhaust gas flows through the sensor cell 120, and the sensor cell current is measured by the NOx concentration detection circuit 320. Each of the detection circuits 310 and 320 converts the pump cell current and the sensor cell current into a voltage value and outputs the voltage value.

【００９３】酸素濃度検出回路３１０にはＬＰＦ３３０
が接続され、同ＬＰＦ３３０を通過した信号がＡ／Ｆ出
力として取り出される。また、ＮＯｘ濃度検出回路３２
０にはＬＰＦ３４０が接続され、同ＬＰＦ３４０を通過
した信号がＮＯｘ出力として取り出される。ＬＰＦ３３
０，３４０は、ヒータ制御のＰＷＭ周波数以下でそのカ
ットオフ周波数が規定され、実際にはカットオフ周波数
が数１０Ｈｚ程度で設定される。The oxygen concentration detecting circuit 310 has an LPF 330
Are connected, and the signal passing through the LPF 330 is extracted as an A / F output. The NOx concentration detection circuit 32
The LPF 340 is connected to 0, and a signal passing through the LPF 340 is extracted as a NOx output. LPF33
0, 340 defines the cutoff frequency below the PWM frequency of the heater control, and the cutoff frequency is actually set at about several tens Hz.

【００９４】ここで、ヒータ制御回路３５０についてよ
り詳細な構成を図１０に示す。図１０の構成はハイサイ
ドスイッチ仕様となっており、バッテリ電源（＋Ｂ）と
ヒータ１０３との間にスイッチ３５１が設けられてい
る。ヒータ１０３の端子間電圧はヒータ電圧検出回路３
５２にて検出され、ヒータ１０３に流れる電流はヒータ
電流検出回路３５３にて検出される。これら各検出回路
３５２，３５３の検出結果はＡ／Ｄコンバータ３５４，
３５５を介してマイコン３５６に取り込まれる。Here, a more detailed configuration of the heater control circuit 350 is shown in FIG. The configuration in FIG. 10 is a high-side switch specification, and a switch 351 is provided between the battery power supply (+ B) and the heater 103. The voltage between the terminals of the heater 103 is determined by the heater voltage detection circuit 3.
The current flowing through the heater 103 is detected by the heater current detection circuit 353. The detection results of these detection circuits 352 and 353 are output from the A / D converter 354 and
The data is input to the microcomputer 356 via the computer 355.

【００９５】マイコン３５６は、Ｄ／Ａコンバータ３５
７の出力を調整することによりアナログの電圧変化を作
る。マイコン３５６による電圧信号が比較器３５８の反
転入力端子に入力される。また、比較器３５８の非反転
入力端子には発振回路３５９から１ｋＨｚのノコギリ波
が入力される。比較器３５８は、各入力端子の信号を比
較することによりＰＷＭ波形を生成し、該生成した信号
をスイッチ３５１に対して出力する。その結果、スイッ
チ３５１が周波数１ｋＨｚのヒータ制御信号でＯＮ／Ｏ
ＦＦ制御されることとなる。The microcomputer 356 includes the D / A converter 35
By adjusting the output of 7, an analog voltage change is created. A voltage signal from the microcomputer 356 is input to the inverting input terminal of the comparator 358. A 1 kHz sawtooth wave is input from the oscillation circuit 359 to the non-inverting input terminal of the comparator 358. The comparator 358 generates a PWM waveform by comparing the signal of each input terminal, and outputs the generated signal to the switch 351. As a result, the switch 351 is turned on / off by the heater control signal having a frequency of 1 kHz.
FF control is performed.

【００９６】或いは、ヒータ制御回路３５０を図１１の
ように構成する。但し、図１１の構成はローサイドスイ
ッチ仕様となっており、ヒータ１０３と接地（ＧＮＤ）
側との間にスイッチ３５１が設けられている。Alternatively, the heater control circuit 350 is configured as shown in FIG. However, the configuration in FIG. 11 is a low-side switch specification, and the heater 103 and the ground (GND)
A switch 351 is provided between the switch and the side.

【００９７】図１１において、マイコン３５６は、ＰＷ
Ｍ専用回路（ＩＣ）３６０に対して制御信号を出力す
る。ＰＷＭ専用回路３６０は、ＰＷＭ周波数を例えば１
ｋＨｚとしてスイッチ３５１のＯＮ／ＯＦＦを制御す
る。なおその他、ヒータ電圧検出回路３５２，ヒータ電
流検出回路３５３，Ａ／Ｄコンバータ３５４，３５５等
の構成は前記図１０と同じである。In FIG. 11, the microcomputer 356 has a PW
A control signal is output to M dedicated circuit (IC) 360. The PWM dedicated circuit 360 sets the PWM frequency to, for example, 1
The ON / OFF of the switch 351 is controlled as kHz. The other components such as the heater voltage detection circuit 352, the heater current detection circuit 353, the A / D converters 354 and 355 are the same as those in FIG.

【００９８】本実施の形態の装置により得られる特有の
作用を、図１２の波形図を参照しながら説明する。同図
１２において、（ａ）の如くＮＯｘ濃度が変化する場
合、ＮＯｘ濃度検出回路３２０の出力は（ｂ）の如くヒ
ータ１０３のＯＮ／ＯＦＦの影響（リーク電流の影響）
を受ける。つまり、ＮＯｘ濃度信号にヒータ制御信号が
重畳した波形となる。The specific operation obtained by the device according to the present embodiment will be described with reference to the waveform diagram of FIG. In FIG. 12, when the NOx concentration changes as shown in FIG. 12A, the output of the NOx concentration detection circuit 320 is influenced by the ON / OFF of the heater 103 as shown in FIG.
Receive. In other words, the waveform has a waveform in which the heater control signal is superimposed on the NOx concentration signal.

【００９９】かかる場合、ＮＯｘ濃度信号の変化は数Ｈ
ｚ〜数１０Ｈｚであるのに対し、ヒータ１０３のＯＮ／
ＯＦＦの周波数は１ｋＨｚ程度である。従って、ＮＯｘ
濃度検出回路３２０から出力されるＮＯｘ濃度信号がＬ
ＰＦ３４０を通過する際、低周波のＮＯｘ濃度信号と高
周波のヒータ制御信号とが分離されて低周波成分（ＮＯ
ｘ濃度信号）だけ通過が許容される。これにより、ヒー
タ１０３のＯＮ／ＯＦＦに伴ってＮＯｘ濃度信号がリー
ク電流の影響を受けても、最終的には当該リーク電流の
影響のないＮＯｘ出力が得られる（図の（ｃ））。In such a case, the change in the NOx concentration signal is several H
z to several tens Hz, the ON /
The OFF frequency is about 1 kHz. Therefore, NOx
The NOx concentration signal output from the concentration detection circuit 320 is L
When passing through the PF 340, the low-frequency NOx concentration signal and the high-frequency heater control signal are separated and the low-frequency component (NO
x density signal). As a result, even if the NOx concentration signal is affected by the leak current due to ON / OFF of the heater 103, a NOx output that is not affected by the leak current is finally obtained ((c) in the figure).

【０１００】なお、Ａ／Ｆ出力についても同様に、ＬＰ
Ｆ３３０を介して取り出すことで、リーク電流の影響の
ない信号として抽出できる。但し、Ａ／Ｆ出力とＮＯｘ
出力とを比較すると、後者の方が微弱な電流信号である
ため、ＮＯｘ出力の方がリーク電流の影響を受け易い。
そのため、センサセル１２０側についてだけＬＰＦを設
ける構成としてもよい。Similarly, for the A / F output, LP
By extracting the signal through F330, the signal can be extracted without being affected by the leak current. However, A / F output and NOx
Compared with the output, the latter is a weaker current signal, so the NOx output is more susceptible to the leakage current.
Therefore, the LPF may be provided only on the sensor cell 120 side.

【０１０１】以上第２の実施の形態によれば、ＰＷＭ制
御の際に、ＰＷＭ信号の周波数を従来一般の数Ｈｚ〜数
１０Ｈｚから１ｋＨｚ程度にまで上げると共に、ガス濃
度センサ１００にて検出されるガス濃度信号（酸素濃度
信号、ＮＯｘ濃度信号）をＬＰＦ３３０，３４０に入力
することとした。かかる場合、ＬＰＦ通過後のガス濃度
信号は、ヒータ１０３のＯＮ／ＯＦＦの影響が排除され
たものとなり、ヒータ制御時におけるガス濃度検出精度
の低下を抑制し、ガス濃度を適正に検出することができ
る。According to the second embodiment, during PWM control, the frequency of the PWM signal is increased from the conventional general frequency of several Hz to several tens of Hz to about 1 kHz, and is detected by the gas concentration sensor 100. Gas concentration signals (oxygen concentration signals, NOx concentration signals) are input to the LPFs 330 and 340. In such a case, the gas concentration signal after passing through the LPF is one in which the influence of ON / OFF of the heater 103 is eliminated, so that a decrease in the gas concentration detection accuracy at the time of heater control can be suppressed, and the gas concentration can be properly detected. it can.

【０１０２】本実施の形態では、ＬＰＦ３３０，３４０
のカットオフ周波数が数１０Ｈｚであるに対し、ＰＷＭ
周波数を１ｋＨｚ程度としたので、ガス濃度信号とヒー
タ制御用のＰＷＭ信号とをより確実に分離させることが
できる。なお、ＰＷＭ周波数は、ＬＰＦ３３０，３４０
のカットオフ周波数に対し１０倍以上であれば任意に設
定でき、要はガス濃度信号とヒータ制御用のＰＷＭ信号
とが分離できる周波数であればよい。さらに、ＬＰＦ３
３０，３４０のカットオフ周波数は１００Ｈｚ程度以下
とするのが望ましい。この場合、エンジンの気筒別空燃
比制御で使われる周波数成分を阻害しない周波数としつ
つ、ガス濃度信号とヒータ制御用のＰＷＭ信号とを確実
に分離させることができる。In the present embodiment, LPFs 330 and 340 are used.
Has a cutoff frequency of several tens of Hz,
Since the frequency is set to about 1 kHz, the gas concentration signal and the PWM signal for heater control can be more reliably separated. Note that the PWM frequency is the LPF 330, 340
The cutoff frequency can be set arbitrarily as long as it is at least 10 times as high as the cutoff frequency. Furthermore, LPF3
It is desirable that the cutoff frequency of 30, 340 is set to about 100 Hz or less. In this case, it is possible to reliably separate the gas concentration signal from the PWM signal for heater control while keeping the frequency component used in the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control of the engine at a frequency that does not impede.

【０１０３】本実施の形態では特に、図１０に示すヒー
タ制御回路３５０において、ヒータ１０３をハイサイド
スイッチ仕様とし、バッテリ電源＋Ｂとヒータ１０３と
の間に配置したスイッチ３５１をＯＮ／ＯＦＦしてヒー
タ１０３の通電を制御するので、ヒータＯＦＦ時にはヒ
ータ全体が０Ｖ（ＧＮＤ側の電圧）となる。よって、ヒ
ータＯＦＦ時のヒータ電圧が必ずしも０Ｖとならないロ
ーサイドスイッチ仕様と比べ、リーク電流の影響を少な
くすることができる。すなわち、ヒータ１０３側での電
圧の変化範囲とセンサ素子側での電圧の変化範囲との差
が少なくなり、その分、リークの影響が小さくなる。In the present embodiment, in particular, in the heater control circuit 350 shown in FIG. 10, the heater 103 has a high-side switch specification, and a switch 351 disposed between the battery power supply + B and the heater 103 is turned on / off to turn on / off the heater. Since the energization of the heater 103 is controlled, the entire heater becomes 0 V (GND side voltage) when the heater is turned off. Therefore, the influence of the leak current can be reduced as compared with the low-side switch specification in which the heater voltage when the heater is turned off is not always 0V. That is, the difference between the voltage change range on the heater 103 side and the voltage change range on the sensor element side is reduced, and the influence of leakage is reduced accordingly.

【０１０４】なお、リーク電流の影響を低減するための
ヒータ制御回路３５０の他の構成として、ヒータ１０３
のハイサイド及びローサイドの両方にスイッチを配置
し、両スイッチを同時に操作してヒータ１０３の通電を
ＯＮ／ＯＦＦ制御しても良い。この実施の形態は請求項
１６の発明に相当し、概要としては図２５の如くヒータ
制御回路３５０が具体化されればよい。As another configuration of the heater control circuit 350 for reducing the influence of the leak current, the heater 103
A switch may be arranged on both the high side and the low side, and both switches may be operated simultaneously to control ON / OFF of energization of the heater 103. This embodiment corresponds to a sixteenth aspect of the present invention, and the outline may be such that the heater control circuit 350 is embodied as shown in FIG.

【０１０５】（第３の実施の形態）請求項１４に記載の
発明を具体化した第３の実施の形態を以下に説明する。
上記第２の実施の形態の如くヒータのＰＷＭ周波数を１
ｋＨｚ程度まで上げる場合、ヒータ電圧及びヒータ電流
の検出が困難になり、それに起因してフェイル制御やヒ
ータの電力制御が実施できなくなるという新たな問題が
生ずる。因みに、フェイル制御では、ヒータＯＮ時又は
ＯＦＦ時の電圧値及び電流値をモニタしてヒータ断線の
チェックを行い、ヒータに適切な電力が加わっているか
どうかを確認する。また、ヒータの電力制御では、ヒー
タ電圧及びヒータ電流をチェックすることでヒータに加
わる電力を制御する。(Third Embodiment) A third embodiment of the present invention will be described below.
As in the second embodiment, the PWM frequency of the heater is set to 1
When the frequency is increased to about kHz, it becomes difficult to detect the heater voltage and the heater current, and as a result, a new problem arises in that fail control and heater power control cannot be performed. By the way, in the fail control, the voltage value and the current value at the time of heater ON or OFF are monitored to check for heater disconnection, and it is confirmed whether appropriate power is applied to the heater. In the power control of the heater, the power applied to the heater is controlled by checking the heater voltage and the heater current.

【０１０６】例えば前記図１０の構成において、ヒータ
電圧及びヒータ電流の測定値をＡ／Ｄコンバータ３５
４，３５５を介してマイコン３５６に取り込む際に、ヒ
ータＯＮ時間又はＯＦＦ時間が短すぎると、Ａ／Ｄ変換
時間が不足し、ヒータ電圧及びヒータ電流が測定できな
くなる。For example, in the configuration of FIG. 10, the measured values of the heater voltage and the heater current are stored in the A / D converter 35.
If the heater ON time or the OFF time is too short when the data is taken into the microcomputer 356 via the 4,355, the A / D conversion time becomes insufficient, and the heater voltage and the heater current cannot be measured.

【０１０７】つまり、図１３（ａ）に示されるように、
ＰＷＭ周波数１ｋＨｚの時に、ＰＷＭ信号のディーティ
比が５％であると、ヒータＯＮ時間が５０μｓｅｃしか
ない。又は、図１３（ｂ）に示されるように、ＰＷＭ信
号のディーティ比が９５％であると、ヒータＯＦＦ時間
が５０μｓｅｃしかない。上記図１３（ａ），（ｂ）の
場合、Ａ／Ｄ変換が完了する前に入力電圧が変化すると
正確な変換処理を行うことができない。それ故に、例え
ば変換時間が３５μｓｅｃ未満であるような高速のＡ／
Ｄコンバータを使わなければ、ヒータＯＮ時又はＯＦＦ
時のヒータ電圧及びヒータ電流が測定できない。That is, as shown in FIG.
At a PWM frequency of 1 kHz, if the duty ratio of the PWM signal is 5%, the heater ON time is only 50 μsec. Alternatively, as shown in FIG. 13B, when the duty ratio of the PWM signal is 95%, the heater OFF time is only 50 μsec. In the case of FIGS. 13A and 13B, if the input voltage changes before A / D conversion is completed, accurate conversion processing cannot be performed. Therefore, for example, a fast A / A with a conversion time of less than 35 μsec.
Without D converter, heater ON or OFF
Heater voltage and heater current cannot be measured.

【０１０８】但し、例え高速のＡ／Ｄコンバータを使用
したとしても、いつＡ／Ｄコンバータを測定開始の状態
にするかが課題となる。特にＰＷＭ専用ＩＣを使用する
場合などではＯＮ／ＯＦＦのタイミングが把握しにく
い。つまり、適切な時にＡ／Ｄ変換が開始できないた
め、ヒータ電圧及びヒータ電流が検出できない可能性が
ある。また、Ａ／Ｄ変換のタイミングの管理が難しいた
めにソフトの負荷が増大し、システム全体の制御が困難
になる、或いはコスト高となる等の問題が生ずる。However, even when a high-speed A / D converter is used, it is a problem when the A / D converter is brought into a measurement start state. In particular, it is difficult to determine the ON / OFF timing when using a PWM dedicated IC. That is, since the A / D conversion cannot be started at an appropriate time, the heater voltage and the heater current may not be detected. In addition, since it is difficult to manage the timing of A / D conversion, the load of software is increased, which causes problems such as difficulty in controlling the entire system or increase in cost.

【０１０９】なお、既存の装置ではＰＷＭ周波数が数Ｈ
ｚ〜数１０Ｈｚであり、同周波数が例えば７．８Ｈｚで
あるとすると、ＯＮ／ＯＦＦの周期は１２８ｍｓｅｃと
なる。そのため、デューティ比が１％であっても１．２
８ｍｓｅｃ（１２８０μｓｅｃ）のＯＮ時間が確保で
き、Ａ／Ｄ変換時間を１００μｓｅｃとする汎用のＡ／
Ｄコンバータでも十分使用できる。In the existing device, the PWM frequency is several Hs.
If the frequency is z to several tens of Hz, and the frequency is, for example, 7.8 Hz, the ON / OFF cycle is 128 msec. Therefore, even if the duty ratio is 1%, 1.2%
A general-purpose A / D converter with an ON time of 8 msec (1280 μsec) and an A / D conversion time of 100 μsec
A D converter can be used satisfactorily.

【０１１０】そこで本実施の形態では、比較的高速（１
ｋＨｚ程度）でのＰＷＭ制御に際し、ヒータＯＮ時及び
ＯＦＦ時のそれぞれについて検出したヒータ電圧及びヒ
ータ電流をサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路に取り込
み、同Ｓ／Ｈ回路にて一時的に記憶保持する。Therefore, in the present embodiment, a relatively high speed (1
At the time of the PWM control at about (kHz), the heater voltage and the heater current detected when the heater is ON and when the heater is OFF are taken into a sample hold (S / H) circuit, and are temporarily stored and held in the S / H circuit. .

【０１１１】図１４は、本実施の形態におけるヒータ制
御回路３５０の構成を示す電気回路図である。但し図１
４は、前記図１０の一部を変更したものであり、以下に
は図１０との相違点のみを説明する。FIG. 14 is an electric circuit diagram showing a configuration of heater control circuit 350 in the present embodiment. However, FIG.
4 is a partial modification of FIG. 10, and only the differences from FIG. 10 will be described below.

【０１１２】図１４において、ヒータ電圧検出回路３５
２及びヒータ電流検出回路３５３にはそれぞれ、Ｓ／Ｈ
回路３７１，３７２が接続される。Ｓ／Ｈ回路３７１，
３７２は、タイミング調整回路３７３からの指令信号に
従い、ヒータＯＮ時及びＯＦＦ時のそれぞれについてヒ
ータ電圧及びヒータ電流を一時的に記憶保持する。この
とき、ヒータ電圧及びヒータ電流の検出値（検出回路３
５２，３５３の出力）は、ヒータ信号が変化しても直ぐ
には現れないため、ヒータ信号のＯＮ／ＯＦＦ変化から
所定の遅延時間が経過した後、ヒータ電圧及びヒータ電
流がホールドされる。In FIG. 14, the heater voltage detection circuit 35
2 and the heater current detection circuit 353 respectively have S / H
Circuits 371 and 372 are connected. S / H circuit 371,
In accordance with a command signal from the timing adjustment circuit 373, the heater 372 temporarily stores and holds the heater voltage and the heater current when the heater is ON and when the heater is OFF. At this time, the detected values of the heater voltage and the heater current (detection circuit 3
52, 353) do not appear immediately even if the heater signal changes, so the heater voltage and the heater current are held after a predetermined delay time has elapsed from the ON / OFF change of the heater signal.

【０１１３】Ｓ／Ｈ回路３７１，３７２の出力はＡ／Ｄ
コンバータ３５４，３５５を介してマイコン３５６に取
り込まれる。このとき、Ａ／Ｄ変換途中に入力電圧が変
化してしまい、適正なＡ／Ｄ変換が実施できなくなると
いった不都合が回避される。従って、Ａ／Ｄコンバータ
３５４，３５５では常に安定したＡ／Ｄ変換が実施で
き、ヒータ電圧及びヒータ電流が検出できないという不
都合が解消される。The output of S / H circuits 371 and 372 is A / D
The data is input to the microcomputer 356 via the converters 354 and 355. At this time, it is possible to avoid such a disadvantage that the input voltage changes during the A / D conversion and the A / D conversion cannot be performed properly. Therefore, the A / D converters 354 and 355 can always perform stable A / D conversion, and the disadvantage that the heater voltage and the heater current cannot be detected is solved.

【０１１４】以上第３の実施の形態によれば、ヒータ電
圧検出回路３５２及びヒータ電流検出回路３５３の出力
側にＳ／Ｈ回路３７１，３７２を接続したので、上記第
２の実施の形態の如くヒータ１０３のＰＷＭ周波数を上
げたとしても、ヒータ電圧及びヒータ電流が確実に検出
できる。According to the third embodiment, the S / H circuits 371 and 372 are connected to the output sides of the heater voltage detection circuit 352 and the heater current detection circuit 353, and therefore, as in the second embodiment. Even if the PWM frequency of the heater 103 is increased, the heater voltage and the heater current can be reliably detected.

【０１１５】かかる場合、比較的低速のＡ／Ｄコンバー
タを使用する装置であっても、ヒータ電圧及びヒータ電
流の読み取りが可能となる。また、ヒータのＯＮ／ＯＦ
Ｆ切り換えの直後にＡ／Ｄ値を読まなくてよいため、Ａ
／Ｄ変換のタイミングを正確に合わせる必要がなく、Ｐ
ＷＭ信号との同期を取らなくてもよい。その結果、回路
の低コスト化、制御性やソフトの簡略化が実現できる。In this case, the heater voltage and the heater current can be read even by an apparatus using a relatively low-speed A / D converter. Also, ON / OF of the heater
Since it is not necessary to read the A / D value immediately after F switching,
There is no need to precisely match the timing of the / D conversion,
It is not necessary to synchronize with the WM signal. As a result, cost reduction of the circuit, controllability and simplification of software can be realized.

【０１１６】なお、Ｓ／Ｈ回路とＡ／Ｄコンバータとを
一体化してＳ／Ｈ処理とＡ／Ｄ変換処理とを共に実施す
る、トラックホールド（Ｔ／Ｈ）型Ａ／Ｄコンバータを
用いればヒータ電圧及びヒータ電流の測定は可能である
が、ソフト負荷やコストが上がってしまう。A track-hold (T / H) type A / D converter that integrates an S / H circuit and an A / D converter and performs both S / H processing and A / D conversion processing can be used. Although the measurement of the heater voltage and the heater current is possible, the software load and the cost increase.

【０１１７】（第４の実施の形態）次に、請求項１７，
１８に記載の発明を具体化した第４の実施の形態を以下
に説明する。本実施の形態では、ヒータ制御のＯＮ／Ｏ
ＦＦ（通電／非通電）時のＮＯｘ出力電圧値を平均化し
てガス濃度信号を出力する。つまり、ＮＯｘ出力電圧
は、ヒータのＯＮ／ＯＦＦ時にそれぞれ影響を受けるこ
とから、ＯＮ時の出力とＯＦＦ時の出力との平均をとっ
てセンサ出力とする。(Fourth Embodiment) Next,
A fourth embodiment embodying the invention described in Item 18 will be described below. In the present embodiment, ON / O of heater control
The NOx output voltage value at the time of FF (energized / deenergized) is averaged to output a gas concentration signal. That is, since the NOx output voltage is affected when the heater is turned ON / OFF, the sensor output is obtained by averaging the ON output and the OFF output.

【０１１８】本実施の形態におけるガス濃度検出装置の
概要を図１５に示す。図１５において、ＮＯｘ濃度検出
回路４１０は、排ガス中のＮＯｘ濃度に応じたＮＯｘ濃
度信号（電圧信号）を生成し出力する。同検出回路４１
０によるＮＯｘ濃度信号はＡ／Ｄコンバータ４２０を介
してマイコン４００に入力される。FIG. 15 shows an outline of the gas concentration detecting device according to the present embodiment. In FIG. 15, a NOx concentration detection circuit 410 generates and outputs a NOx concentration signal (voltage signal) corresponding to the NOx concentration in the exhaust gas. Detection circuit 41
The NOx concentration signal due to 0 is input to the microcomputer 400 via the A / D converter 420.

【０１１９】マイコン４００は、数Ｈｚ〜数１０Ｈｚ程
度の周波数（例えば７．８Ｈｚ）のＰＷＭ信号をヒータ
制御回路４３０に出力し、ヒータ制御回路４３０はＰＷ
Ｍ信号に従ってヒータ通電をＯＮ／ＯＦＦ制御（ＰＷＭ
制御）する。また、マイコン４００は、ヒータＯＮ時に
おけるＮＯｘ濃度信号とヒータＯＦＦ時におけるＮＯｘ
濃度信号とからこれら各信号の平均値を算出し、この平
均値から補正信号を求めてＤ／Ａコンバータ４４０を介
して補正回路４５０に出力する。補正回路４５０は、Ｎ
Ｏｘ濃度検出回路４１０から取り込まれるＮＯｘ濃度信
号を、マイコン４００から取り込まれる補正信号により
補正し、該補正した信号をＮＯｘ出力とする。The microcomputer 400 outputs a PWM signal having a frequency of about several Hz to several tens of Hz (for example, 7.8 Hz) to the heater control circuit 430, and the heater control circuit 430 outputs the PWM signal.
ON / OFF control of heater energization according to M signal (PWM
Control. Further, the microcomputer 400 calculates the NOx concentration signal when the heater is on and the NOx concentration signal when the heater is off.
An average value of each of these signals is calculated from the density signal, a correction signal is obtained from the average value, and output to the correction circuit 450 via the D / A converter 440. The correction circuit 450
The NOx concentration signal taken in from the Ox concentration detection circuit 410 is corrected by a correction signal taken in from the microcomputer 400, and the corrected signal is output as a NOx output.

【０１２０】図１６は、本実施の形態における作用を説
明するためのタイムチャートである。図１６において、
ＮＯｘ濃度検出回路４１０によるＮＯｘ濃度信号（Ａ／
Ｄコンバータ４２０の入力信号）は、ヒータ１０３のＯ
Ｎ／ＯＦＦの影響を受ける。マイコン４００では、ヒー
タＯＮ時のＮＯｘ濃度信号ａ１，ｂ１とヒータＯＦＦ時
のＮＯｘ濃度信号ａ２，ｂ２とがそれぞれ平均化され、
平均値ａ３，ｂ３が算出される。すなわち、 ａ３＝（ａ１＋ａ２）／２ ｂ３＝（ｂ１＋ｂ２）／２ といった演算が行われる。このとき、ＰＷＭ信号のディ
ーティ比が変化しても、平均値ａ３，ｂ３は同じ値とな
り、ディーティ比の変化による影響を受けないことが分
かる。FIG. 16 is a time chart for explaining the operation of the present embodiment. In FIG.
The NOx concentration signal (A /
The input signal of the D converter 420)
It is affected by N / OFF. The microcomputer 400 averages the NOx concentration signals a1, b1 when the heater is on and the NOx concentration signals a2, b2 when the heater is off,
Average values a3 and b3 are calculated. That is, an operation such as a3 = (a1 + a2) / 2 b3 = (b1 + b2) / 2 is performed. At this time, even if the duty ratio of the PWM signal changes, the average values a3 and b3 have the same value, and it is understood that the average values a3 and b3 are not affected by the change in the duty ratio.

【０１２１】そして、前記平均値ａ３，ｂ３に応じた補
正信号が補正回路４５０に対して出力され、同補正回路
４５０では、ＮＯｘ濃度信号（検出回路４１０の出力）
と補正信号（平均値ａ３，ｂ３）との差分に応じた補正
が行われる。これにより、図示の如くヒータＯＮ／ＯＦ
Ｆに拘わらず、安定したＮＯｘ出力が得られる。つま
り、補正前のＮＯｘ濃度信号が、ヒータＯＮ／ＯＦＦ
（ＰＷＭ信号）の影響を受けて変動するのに対し、補正
後のＮＯｘ出力はＮＯｘ濃度（実値）が一定であれば変
化しない。Then, a correction signal corresponding to the average values a3 and b3 is output to the correction circuit 450, and the correction circuit 450 outputs a NOx concentration signal (output of the detection circuit 410).
And a correction signal corresponding to the difference between the correction signals (average values a3 and b3). As a result, the heater is turned ON / OF as shown in the figure.
Regardless of F, a stable NOx output is obtained. That is, the NOx concentration signal before the correction is determined by the heater ON / OFF
While it fluctuates under the influence of the (PWM signal), the corrected NOx output does not change if the NOx concentration (actual value) is constant.

【０１２２】また本装置では、マイコン４００から出力
される補正信号（平均値ａ３，ｂ３）に基づいて経時的
な信号のずれ量（ヒータのＯＮ／ＯＦＦによるずれ）が
求められ、そのずれ量だけ補正回路４５０による補正が
行われる。そして、補正後のＮＯｘ出力と本来のＮＯｘ
出力との差に応じて、ＮＯｘ濃度検出回路４１０でゲイ
ン調整が行われる。In the present apparatus, a time-dependent signal shift (shift due to heater ON / OFF) is obtained based on the correction signals (average values a3, b3) output from the microcomputer 400. Correction by the correction circuit 450 is performed. Then, the corrected NOx output and the original NOx
The gain is adjusted by the NOx concentration detection circuit 410 according to the difference from the output.

【０１２３】以上第４の実施の形態によれば、ＰＷＭ信
号によりヒータ通電を制御する際、ヒータＯＮ時とヒー
タＯＦＦ時とでＮＯｘ濃度信号を各々取り込み、該取り
込んだヒータＯＮ／ＯＦＦ時の両方のＮＯｘ濃度信号に
基づいて当該ＮＯｘ濃度信号を補正するようにした。こ
れにより、ＰＷＭ信号による影響を排除したＮＯｘ濃度
信号が得られる。その結果、ヒータ制御時におけるガス
濃度検出精度の低下を抑制し、ガス濃度（ＮＯｘ濃度）
を適正に検出することができる。According to the fourth embodiment, when controlling the energization of the heater by the PWM signal, the NOx concentration signals are taken in when the heater is turned on and when the heater is turned off, and both the taken-in heater ON / OFF states are taken. The NOx concentration signal is corrected based on the NOx concentration signal. As a result, a NOx concentration signal free of the influence of the PWM signal is obtained. As a result, a decrease in gas concentration detection accuracy during heater control is suppressed, and the gas concentration (NOx concentration) is reduced.
Can be properly detected.

【０１２４】また、従来装置と同様に比較的低い周波数
（数Ｈｚ〜数１０Ｈｚ程度）でヒータをＯＮ／ＯＦＦ制
御するため、例えば前記図１４の装置のようにＳ／Ｈ回
路等を使う構成としなくても、ヒータ電圧及びヒータ電
流が検出できる。勿論、高価なＡ／Ｄコンバータを使用
する必要もない。Further, in order to control ON / OFF of the heater at a relatively low frequency (about several Hz to several tens of Hz) similarly to the conventional apparatus, for example, an S / H circuit or the like is used as in the apparatus of FIG. Even without this, the heater voltage and the heater current can be detected. Of course, there is no need to use an expensive A / D converter.

【０１２５】補正信号の算出に際し、ヒータＯＮ／ＯＦ
Ｆ時のＮＯｘ濃度信号を平均化してその平均値を使うよ
うにした。本構成によれば、簡易に且つ正確にＮＯｘ濃
度が検出できるようになる。In calculating the correction signal, the heater ON / OF
The NOx concentration signal at the time of F was averaged, and the average value was used. According to this configuration, the NOx concentration can be easily and accurately detected.

【０１２６】また、マイコン４００から出力される補正
信号（平均値ａ３，ｂ３）に基づいてＮＯｘ濃度検出回
路４１０のゲイン調整が行われる。このとき、ＰＷＭ制
御時のＮＯｘ濃度信号をそのまま使ってゲイン調整する
と、デューティ比の大小に応じてゲインのバラツキが生
じるが、本構成によれば、こうした不都合が解消され
る。The gain of the NOx concentration detection circuit 410 is adjusted based on the correction signals (average values a3, b3) output from the microcomputer 400. At this time, if the gain is adjusted using the NOx concentration signal at the time of the PWM control as it is, a variation in the gain occurs depending on the magnitude of the duty ratio. According to the present configuration, such an inconvenience is solved.

【０１２７】上記第４の実施の形態では、ヒータＯＮ時
のＮＯｘ濃度信号とヒータＯＦＦ時のＮＯｘ濃度信号と
の両方を用い、それらを平均化して当該ＮＯｘ濃度信号
を出力したが、以下のように変更して具体化することも
可能である。すなわち、前述したように、ＮＯｘ出力電
圧は、ヒータのＯＮ／ＯＦＦ時にそれぞれ影響を受け、
その影響がセンサ出力に現れる。そこで、ヒータＯＮ時
又はヒータＯＦＦ時のうち、何れか一方のＮＯｘ濃度信
号のみを出力する。これにより、ヒータ１０３のＯＮ／
ＯＦＦによるバラツキの影響が抑えられ、ガス濃度セン
サ１００の検出精度が向上する。この実施の形態は請求
項１９の発明に相当する。In the fourth embodiment, both the NOx concentration signal when the heater is turned on and the NOx concentration signal when the heater is turned off are used, and the signals are averaged to output the NOx concentration signal. It is also possible to change it to a specific example. That is, as described above, the NOx output voltage is affected when the heater is turned on / off, respectively.
The effect appears on the sensor output. Therefore, only one of the NOx concentration signals is output when the heater is ON or when the heater is OFF. Thereby, the heater 103 is turned ON / OFF.
The influence of variation due to OFF is suppressed, and the detection accuracy of the gas concentration sensor 100 is improved. This embodiment corresponds to the nineteenth aspect of the present invention.

【０１２８】この実施の形態を実現するには、前記図１
５の装置を用い、補正回路４５０から出力されるＮＯｘ
出力として、ヒータＯＮ時のＮＯｘ濃度信号とヒータＯ
ＦＦ時のＮＯｘ濃度信号とのうち何れかを用いる。因み
に、ヒータＯＮ時のＮＯｘ濃度信号とヒータＯＦＦ時の
ＮＯｘ濃度信号との何れをＮＯｘ出力として用いるか
は、予め決めておいても良いし、その都度決定する用に
しても良い。また、センサ出力は、ヒータＯＮ時又はＯ
ＦＦ時のデータをサンプルホールド回路等の保持手段で
一旦保持した後、外部に出力されると良い。In order to realize this embodiment, FIG.
NOx output from the correction circuit 450 using the apparatus of FIG.
As outputs, the NOx concentration signal when the heater is ON and the heater O
Any of the NOx concentration signal at the time of FF is used. Incidentally, which of the NOx concentration signal when the heater is ON and the NOx concentration signal when the heater is OFF is used as the NOx output may be determined in advance or may be determined each time. In addition, the sensor output is output when the heater is ON or
It is preferable that the data at the time of FF is temporarily held by a holding means such as a sample and hold circuit and then output to the outside.

【０１２９】かかる実施の形態は、外部に出力されるタ
イミングがヒータＯＮ時又はＯＦＦ時の何れか一方の時
に限られるため、ガス濃度センサ１００の細かい挙動に
は対応しにくくなるが、構成は簡単となる利点がある。
但し、ヒータ制御の周波数を大きくするなどして、サン
プリング数を増やせば細かい挙動にも対応できる。In this embodiment, the timing of outputting to the outside is limited to one of the ON state and the OFF state of the heater. Therefore, it is difficult to cope with the fine behavior of the gas concentration sensor 100, but the configuration is simple. There are advantages.
However, if the number of samplings is increased, for example, by increasing the frequency of the heater control, it is possible to cope with fine behavior.

【０１３０】（第５の実施の形態）次に、請求項２０〜
２２に記載の発明を具体化した第５の実施の形態を以下
に説明する。ガス濃度センサにおいて、絶縁層の抵抗変
化に伴うリーク電流は、例えばヒータの電源電圧（バッ
テリ電圧）や各セルの温度によって大小変化する。つま
り、バッテリ電圧は＋ＢからＧＮＤの間で大きく変化し
（１０〜１６Ｖ程度）、その都度リーク電流による影響
度合が相違する。また、セル温度はその時々の排ガス温
度等に応じて変化し、やはりその都度リーク電流による
影響度合が相違する。そのため本実施の形態では、ＰＷ
Ｍ信号によるヒータの通電制御時において、リーク電流
の影響度合を推定し、該推定したリーク電流の相当分だ
けガス濃度信号を補正する。(Fifth Embodiment) Next, claims 20 to
A fifth embodiment of the present invention will be described below. In a gas concentration sensor, a leakage current accompanying a change in resistance of an insulating layer changes in magnitude depending on, for example, a power supply voltage (battery voltage) of a heater or a temperature of each cell. That is, the battery voltage greatly changes between + B and GND (about 10 to 16 V), and the influence of the leak current differs each time. In addition, the cell temperature changes according to the temperature of the exhaust gas at that time and the like, and the degree of the influence of the leak current also changes each time. Therefore, in the present embodiment, PW
During the energization control of the heater by the M signal, the degree of influence of the leak current is estimated, and the gas concentration signal is corrected by an amount corresponding to the estimated leak current.

【０１３１】本実施の形態におけるガス濃度検出装置の
構成を図１７に示す。図１７において、マイコン５００
は、数Ｈｚ〜数１０Ｈｚ程度の周波数（例えば７．８Ｈ
ｚ）のＰＷＭ信号をヒータ制御回路５８０に出力し、ヒ
ータ制御回路５８０はＰＷＭ信号に従いヒータ通電をＯ
Ｎ／ＯＦＦ制御（ＰＷＭ制御）する。ＮＯｘ濃度検出回
路５１０は、排ガス中のＮＯｘ濃度に応じたＮＯｘ濃度
信号（電圧信号）を生成し出力する。同検出回路５１０
によるＮＯｘ濃度信号はＡ／Ｄコンバータ５２０を介し
てマイコン５００に入力される。FIG. 17 shows the configuration of the gas concentration detecting device according to the present embodiment. In FIG. 17, a microcomputer 500
Is a frequency of about several Hz to several tens Hz (for example, 7.8H
z) outputs the PWM signal to the heater control circuit 580, and the heater control circuit 580 turns the heater power ON according to the PWM signal.
N / OFF control (PWM control) is performed. The NOx concentration detection circuit 510 generates and outputs a NOx concentration signal (voltage signal) corresponding to the NOx concentration in the exhaust gas. Detection circuit 510
Is input to the microcomputer 500 via the A / D converter 520.

【０１３２】インピーダンス検出回路５３０は、例えば
掃引法を用いてセンサセル１２０の素子インピーダンス
を検出し、その検出結果がＡ／Ｄコンバータ５４０を介
してマイコン５００に入力される。その他に、マイコン
５００にはＡ／Ｄコンバータ５５０を介してバッテリ電
圧＋Ｂが入力される。The impedance detection circuit 530 detects the element impedance of the sensor cell 120 using, for example, a sweep method, and the result of the detection is input to the microcomputer 500 via the A / D converter 540. In addition, the microcomputer 500 receives the battery voltage + B via the A / D converter 550.

【０１３３】マイコン５００は、前記第４の実施の形態
で説明した図１５及び図１６と同様に、ヒータＯＮ時に
おけるＮＯｘ濃度信号とヒータＯＦＦ時におけるＮＯｘ
濃度信号とからこれら各信号の平均値を算出し、この平
均値から第１補正信号を求めてＤ／Ａコンバータ５６０
を介して補正回路５７０に出力する。As in the case of FIGS. 15 and 16 described in the fourth embodiment, the microcomputer 500 is provided with a NOx concentration signal when the heater is on and a NOx concentration signal when the heater is off.
An average value of each of these signals is calculated from the density signal and a first correction signal is obtained from the average value to obtain a D / A converter 560.
To the correction circuit 570 via

【０１３４】また、マイコン５００は、センサセル１２
０の素子インピーダンスを素子温（センサセルの温度）
に変換してその素子温に応じた補正値ｆ１を算出すると
共に、バッテリ電圧＋Ｂに応じた補正値ｆ２を算出す
る。このとき、例えば図１８（ａ），（ｂ）の関係を用
いて補正値ｆ１，ｆ２を算出する。そして、マイコン５
００は、補正値ｆ１，ｆ２から第２補正信号を生成して
その第２補正信号をＤ／Ａコンバータ５６０を介して補
正回路５７０に対して出力する。The microcomputer 500 includes the sensor cell 12
Device impedance of 0 (device temperature)
And a correction value f1 corresponding to the element temperature is calculated, and a correction value f2 corresponding to the battery voltage + B is calculated. At this time, the correction values f1 and f2 are calculated using, for example, the relationships shown in FIGS. And microcomputer 5
00 generates a second correction signal from the correction values f1 and f2 and outputs the second correction signal to the correction circuit 570 via the D / A converter 560.

【０１３５】図１８（ａ），（ｂ）による補正値ｆ１，
ｆ２は、ヒータ１０３のＰＷＭ制御時におけるガス濃度
信号のリーク電流分を補正するものであって、図１８
（ａ）によれば、素子温が高いほどリーク電流の影響が
大きいため、補正値ｆ１が大きな値に設定される。ま
た、図１８（ｂ）によれば、バッテリ電圧＋Ｂが高いほ
どリーク電流の影響が大きいため、補正値ｆ２が大きな
値に設定される。なお、図１８（ｂ）の関係において
は、横軸のバッテリ電圧＋Ｂをヒータ１０３の端子間電
圧に置き換えてもよい。また、上記図１８（ａ），
（ｂ）による補正のうち、何れか一方の補正のみを実施
するように構成してもよい。The correction values f1 and f1 shown in FIGS.
f2 is for correcting the leak current of the gas concentration signal during the PWM control of the heater 103, and is shown in FIG.
According to (a), the higher the element temperature, the greater the effect of the leak current, so the correction value f1 is set to a large value. Also, according to FIG. 18B, the higher the battery voltage + B, the greater the effect of the leak current, so the correction value f2 is set to a large value. Note that in the relationship of FIG. 18B, the battery voltage + B on the horizontal axis may be replaced with the terminal voltage of the heater 103. In addition, FIG.
Of the corrections in (b), only one of the corrections may be performed.

【０１３６】補正回路５７０は、ＮＯｘ濃度検出回路５
１０から取り込まれるＮＯｘ濃度信号を、マイコン５０
０から取り込まれる第１，第２補正信号により補正し、
該補正した信号をＮＯｘ出力とする。The correction circuit 570 includes the NOx concentration detection circuit 5
The NOx concentration signal taken in from the
Correction by the first and second correction signals taken from 0,
The corrected signal is used as a NOx output.

【０１３７】図１９は、ヒータ制御の概要をより具体的
に説明するためのタイムチャートである。図１９では時
刻ｔ１１以前と以降とでバッテリ電圧＋Ｂが相違し、時
刻ｔ１１以降、バッテリ電圧＋Ｂが上昇している。但
し、ＮＯｘ濃度は不変であるとする。FIG. 19 is a time chart for more specifically explaining the outline of the heater control. In FIG. 19, the battery voltage + B differs before and after time t11, and the battery voltage + B increases after time t11. However, it is assumed that the NOx concentration is unchanged.

【０１３８】図１９のタイムチャートにおいて、ＮＯｘ
濃度検出回路５１０によるＮＯｘ濃度信号（Ａ／Ｄコン
バータ５２０の入力信号）は、ヒータ１０３のＯＮ／Ｏ
ＦＦの影響を受けるが、ヒータＯＮ時のＮＯｘ濃度信号
とヒータＯＦＦ時のＮＯｘ濃度信号との平均値を第１補
正信号として、この第１補正信号によりＮＯｘ濃度信号
が補正される。In the time chart of FIG.
The NOx concentration signal (input signal of the A / D converter 520) from the concentration detection circuit 510 is used to turn on / off the heater 103.
Although affected by the FF, the average value of the NOx concentration signal when the heater is on and the NOx concentration signal when the heater is off is used as the first correction signal, and the first correction signal corrects the NOx concentration signal.

【０１３９】このとき、同図において時刻ｔ１１以前と
以降とでバッテリ電圧＋Ｂが相違するため、バッテリ電
圧＋Ｂの差分だけ平均化後のＮＯｘ濃度信号が変動する
が、その時々のバッテリ電圧＋Ｂに応じた第２補正信号
により、平均化後のＮＯｘ濃度信号が適宜補正される。
例えば第２補正信号の相当量だけＮＯｘ濃度信号が差し
引かれる。これにより、ヒータＯＮ時の電圧レベルの変
化に拘わらず、安定したＮＯｘ出力が得られる。At this time, since the battery voltage + B differs between before and after time t11 in the same figure, the averaged NOx concentration signal fluctuates by the difference of the battery voltage + B, but according to the battery voltage + B at that time. The averaged NOx concentration signal is appropriately corrected by the second correction signal.
For example, the NOx concentration signal is subtracted by an amount corresponding to the second correction signal. Thus, a stable NOx output can be obtained regardless of the change in the voltage level when the heater is turned on.

【０１４０】但し厳密には、ヒータ制御系の構成（バッ
テリ電源、ヒータ及びスイッチ素子の接続）がローサイ
ドスイッチ仕様であるか、若しくはハイサイドスイッチ
仕様であるかによって、リーク電流の影響度合が相違す
る。そのため、リーク電流の影響度合に応じた補正はヒ
ータＯＮ時及びＯＦＦ時のそれぞれについて行うとよ
い。However, strictly speaking, the degree of influence of the leak current differs depending on whether the configuration of the heater control system (connection of the battery power supply, the heater, and the switch element) is a low-side switch specification or a high-side switch specification. . Therefore, the correction according to the degree of influence of the leak current is preferably performed for each of the heater ON and OFF.

【０１４１】すなわち、ヒータ制御系がローサイドスイ
ッチ構成である場合、ヒータＯＦＦ時には、−側端子は
開放されるものの＋側端子はバッテリ電源（＋Ｂ）に接
続されたままとなる。また、ヒータ制御系がハイサイド
スイッチ構成である場合、ヒータＯＦＦ時には、＋側端
子は開放されるものの−側端子はＧＮＤに接続されたま
まとなる。この場合、ヒータＯＦＦ時に＋Ｂ接続か、Ｇ
ＮＤ接続かによってリーク電流の影響度合が相違するた
めそれを考慮するとよい。なお、ヒータの両側の端子
（ハイサイド側、ローサイド側）を同時に開放すれば、
ヒータＯＦＦ時の影響は非常に少ないと考えられ、この
場合にはＧＮＤ側の影響は受け難くなるので＋Ｂのみを
考慮すればよい。That is, when the heater control system has a low-side switch configuration, when the heater is turned off, the-side terminal is opened, but the + side terminal remains connected to the battery power supply (+ B). When the heater control system has a high-side switch configuration, when the heater is turned off, the + side terminal is opened, but the − side terminal remains connected to GND. In this case, + B connection or G
Since the degree of influence of the leakage current differs depending on whether the connection is ND or not, it is desirable to consider this. If the terminals (high side, low side) on both sides of the heater are opened at the same time,
It is considered that the influence when the heater is turned off is very small. In this case, the influence on the GND side is hardly received, so that only + B needs to be considered.

【０１４２】以上第５の実施の形態によれば、ＰＷＭ信
号によりヒータ通電を制御する際、絶縁層１０４の抵抗
変化に伴うリーク電流の相当分だけＮＯｘ濃度信号を補
正することで、正確なＮＯｘ濃度信号が得られる。その
結果、ヒータ制御時におけるガス濃度検出精度の低下を
抑制し、ガス濃度を適正に検出することができる。According to the fifth embodiment, when controlling the energization of the heater by the PWM signal, the NOx concentration signal is corrected by an amount corresponding to the leak current caused by the resistance change of the insulating layer 104, so that the accurate NOx A density signal is obtained. As a result, it is possible to suppress a decrease in gas concentration detection accuracy during heater control, and to appropriately detect gas concentration.

【０１４３】なお本発明は、上記以外に次の形態にて具
体化できる。上記第１の実施の形態では、電圧制御回路
２２０の一形態として、図６に示すスイッチング電源を
用いたが、他の形態としてシリーズ電源を用いてもよ
い。また、ヒータ１０３に加わる電圧変化が少ない構成
であればよいため、シリーズ電源とスイッチング電源と
を組み合わせたようなものでもよい。The present invention can be embodied in the following modes other than the above. In the first embodiment, the switching power supply shown in FIG. 6 is used as one form of the voltage control circuit 220, but a series power supply may be used as another form. In addition, since it is sufficient that the voltage applied to the heater 103 has a small change in voltage, a combination of a series power supply and a switching power supply may be used.

【０１４４】上記第２の実施の形態（図９の構成）で
は、ガス濃度信号（酸素濃度信号、ＮＯｘ濃度信号）と
ＰＷＭ信号とをハードウエアにより分離する構成を説明
したが、これを変更する。例えばガス濃度信号（検出回
路３１０，３２０の出力）をＡ／Ｄコンバータを介して
マイコンに取り込み、該取り込んだ信号をＤＳＰ処理な
どによって信号成分毎に分離してもよい。また、検出回
路３１０，３２０の後段にＬＰＦを入れたが、このＬＰ
Ｆを各検出回路３１０，３２０に内蔵する構成であって
もよい。つまり、ガス濃度に応じた微弱電流を増幅する
段階でＬＰＦ（例えばカットオフ周波数＝数１０Ｈｚ）
を入れる。In the second embodiment (the configuration of FIG. 9), the configuration in which the gas concentration signal (oxygen concentration signal, NOx concentration signal) and the PWM signal are separated by hardware has been described, but this is changed. . For example, a gas concentration signal (the output of the detection circuits 310 and 320) may be captured by a microcomputer via an A / D converter, and the captured signal may be separated into signal components by DSP processing or the like. Further, the LPF is inserted after the detection circuits 310 and 320.
F may be incorporated in each of the detection circuits 310 and 320. That is, at the stage of amplifying the weak current according to the gas concentration, the LPF (for example, cutoff frequency = several tens of Hz)
Insert

【０１４５】上記第４の実施の形態（図１５の構成）で
は、ヒータＯＮ時とヒータＯＦＦ時との各々のガス濃度
信号の平均値から補正信号を算出したが、この構成を変
更する。例えば補正信号の算出に際し、ヒータＯＮ時及
びヒータＯＦＦ時のガス濃度信号ａ１，ａ２について、
α，βの重み付けを行って補正値ｆａを算出する。すな
わち、 ｆａ＝（α×ａ１＋β×ａ２）／（α＋β） の演算から補正値ｆａを算出する。In the fourth embodiment (the configuration shown in FIG. 15), the correction signal is calculated from the average value of each gas concentration signal when the heater is turned on and when the heater is turned off, but this configuration is changed. For example, when calculating the correction signal, regarding the gas concentration signals a1 and a2 when the heater is turned on and when the heater is turned off,
The correction value fa is calculated by weighting α and β. That is, the correction value fa is calculated from the calculation of fa = (α × a1 + β × a2) / (α + β).

【０１４６】そして、この補正値ｆａに応じた補正信号
によりＮＯｘ濃度信号を補正する。かかる構成において
も、既述の通り安定したＮＯｘ出力が得られる等の優れ
た効果が得られる。因みに、前記α，βの値は、ヒータ
ＯＮ時におけるリーク電流の影響度合と、ヒータＯＦＦ
時におけるリーク電流の影響度合とを反映するものであ
って、前者の方が大きいと想定される場合にはα＞βと
し、各影響度合が等しいと想定される場合にはα＝βと
すればよい。The NOx concentration signal is corrected by a correction signal corresponding to the correction value fa. Even in such a configuration, excellent effects such as stable NOx output can be obtained as described above. Incidentally, the values of α and β depend on the degree of the influence of the leak current when the heater is turned on, and the influence of the heater off.
It reflects the degree of influence of the leakage current at the time, and α> β when the former is assumed to be larger, and α = β when the degrees of influence are assumed to be equal. I just need.

【０１４７】同じく第４の実施の形態において、マイコ
ン４００内で補正量（補正信号）を算出し、外部の補正
回路４５０で補正をする例を示したが、これを変更す
る。例えば、補正回路４５０の機能をマイコン４００に
盛り込む。この場合、マイコン４００では、Ａ／Ｄコン
バータ４２０からの入力信号（ＮＯｘ濃度信号）に基づ
いて補正値が算出されると共に、この補正値を使ってＮ
Ｏｘ濃度信号が補正される。そして、補正後のＮＯｘ信
号が外部に出力される。Similarly, in the fourth embodiment, an example is described in which the correction amount (correction signal) is calculated in the microcomputer 400 and the correction is performed by the external correction circuit 450, but this will be changed. For example, the function of the correction circuit 450 is incorporated in the microcomputer 400. In this case, the microcomputer 400 calculates a correction value based on the input signal (NOx concentration signal) from the A / D converter 420 and uses this correction value to set N
The Ox concentration signal is corrected. Then, the corrected NOx signal is output to the outside.

【０１４８】上記第４，第５の実施の形態では、ＮＯｘ
濃度信号についてのみ、当該信号を補正するための構成
及び手法を記載したが、酸素濃度信号についても同様に
信号を補正してもよい。これにより、酸素濃度信号の検
出が向上する。In the fourth and fifth embodiments, NOx
Although the configuration and method for correcting the concentration signal are described only for the concentration signal, the signal may be similarly corrected for the oxygen concentration signal. Thereby, the detection of the oxygen concentration signal is improved.

【０１４９】本発明のガス濃度センサとしては、上記図
２に示す２セル構造のガス濃度センサ１００の他に、３
個以上のセルを有する構造のガス濃度センサや、単一の
セルを有し酸素濃度のみを検出する酸素センサ（Ａ／Ｆ
センサ）が適用できる。また、各セル及びヒータが各々
積層されてなる積層構造のセンサ以外にも適用できる。
要は、各セル（センサ素子）付近の絶縁層にヒータが埋
設される構成であればよく、仮に積層構造でなくともと
リーク電流等による影響は受ける可能性は十分にある。As a gas concentration sensor of the present invention, in addition to the gas concentration sensor 100 having a two-cell structure shown in FIG.
A gas concentration sensor having a structure having more than one cell, or an oxygen sensor having a single cell and detecting only oxygen concentration (A / F
Sensor) can be applied. Further, the present invention can be applied to a sensor other than a sensor having a stacked structure in which each cell and heater are stacked.
The point is that the heater may be buried in the insulating layer near each cell (sensor element). Even if the heater is not a laminated structure, there is a good possibility that the heater is affected by a leak current or the like.

【０１５０】ガス濃度センサが特定のガス濃度に応じた
起電力を発生するセルを有するものであっても良い。起
電力を発生するセルを有したガス濃度センサとしては、
例えば、特開平１１−１０８８８８号公報に記載のガス
センサの構成を用いる。かかる場合にも、上記各実施の
形態の構成を適宜用いることで、センサ出力におけるリ
ーク電流の影響を抑制することができ、ガス濃度の検出
精度が向上する。The gas concentration sensor may have a cell for generating an electromotive force corresponding to a specific gas concentration. As a gas concentration sensor having a cell that generates an electromotive force,
For example, the configuration of the gas sensor described in JP-A-11-108888 is used. Also in such a case, by appropriately using the configuration of each of the above embodiments, the influence of the leak current on the sensor output can be suppressed, and the detection accuracy of the gas concentration is improved.

【０１５１】さらに、酸素（Ｏ2 ）濃度とＮＯｘ濃度と
を検出可能なガス濃度センサの他、酸素濃度とＨＣ濃度
又はＣＯ濃度とを検出可能なガス濃度センサにも適用で
きる。ＨＣ濃度又はＣＯ濃度を検出する場合、ポンプセ
ルにて排ガス（被検出ガス）中の余剰酸素を排出し、セ
ンサセルにて余剰酸素排出後のガス成分からＨＣ又はＣ
Ｏを分解する。これにより、酸素濃度に加え、ＨＣ濃度
又はＣＯ濃度が検出できる。Further, the present invention can be applied not only to a gas concentration sensor capable of detecting the oxygen (O2) concentration and the NOx concentration, but also to a gas concentration sensor capable of detecting the oxygen concentration and the HC concentration or the CO concentration. When detecting the HC concentration or the CO concentration, excess oxygen in the exhaust gas (gas to be detected) is discharged by a pump cell, and HC or C is extracted from the gas component after the discharge of the excess oxygen by a sensor cell.
Decomposes O. Thus, the HC concentration or the CO concentration can be detected in addition to the oxygen concentration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】第１の実施の形態においてガス濃度検出装置の
概要を示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a gas concentration detection device according to a first embodiment.

【図２】ガス濃度センサの構成を示す要部断面図。FIG. 2 is a sectional view of a main part showing a configuration of a gas concentration sensor.

【図３】ガス濃度センサの動作原理を説明するための
図。FIG. 3 is a diagram for explaining the operation principle of the gas concentration sensor.

【図４】ガス濃度センサのポンプセル特性を説明するた
めのＶ−Ｉ特性図。FIG. 4 is a VI characteristic diagram for explaining pump cell characteristics of the gas concentration sensor.

【図５】ガス濃度センサのセンサセル特性を説明するた
めのＶ−Ｉ特性図。FIG. 5 is a VI characteristic diagram for explaining sensor cell characteristics of the gas concentration sensor.

【図６】スイッチング電源の構成を示す電気回路図。FIG. 6 is an electric circuit diagram showing a configuration of a switching power supply.

【図７】素子インピーダンスと素子温との関係を示す
図。FIG. 7 is a diagram showing a relationship between element impedance and element temperature.

【図８】ヒータ電圧と素子温との推移を示すタイムチャ
ート。FIG. 8 is a time chart showing changes in heater voltage and element temperature.

【図９】第２の実施の形態においてガス濃度検出装置の
概要を示す構成図。FIG. 9 is a configuration diagram illustrating an outline of a gas concentration detection device according to a second embodiment.

【図１０】ヒータ制御回路の構成を示すブロック図。FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of a heater control circuit.

【図１１】ヒータ制御回路の構成を示すブロック図。FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration of a heater control circuit.

【図１２】第２の実施の形態における作用を説明するた
めのタイムチャート。FIG. 12 is a time chart for explaining an operation in the second embodiment.

【図１３】デューティ比＝５％，９５％のＰＷＭ信号を
示す波形図。FIG. 13 is a waveform diagram showing a PWM signal having a duty ratio of 5% and 95%.

【図１４】第３の実施の形態においてヒータ制御回路の
構成を示すブロック図。FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a heater control circuit according to a third embodiment.

【図１５】第４の実施の形態においてガス濃度検出装置
の概要を示す構成図。FIG. 15 is a configuration diagram illustrating an outline of a gas concentration detection device according to a fourth embodiment.

【図１６】第４の実施の形態における作用を説明するた
めのタイムチャート。FIG. 16 is a time chart for explaining an operation in the fourth embodiment.

【図１７】第５の実施の形態においてガス濃度検出装置
の概要を示す構成図。FIG. 17 is a configuration diagram illustrating an outline of a gas concentration detection device according to a fifth embodiment.

【図１８】第５の実施の形態において補正値ｆ１，ｆ２
を設定するための図。FIG. 18 shows correction values f1 and f2 in the fifth embodiment.
The figure for setting.

【図１９】第５の実施の形態における作用を説明するた
めのタイムチャート。FIG. 19 is a time chart for explaining an operation in the fifth embodiment.

【図２０】ガス濃度センサを等価的に示す構成図。FIG. 20 is a configuration diagram equivalently showing a gas concentration sensor.

【図２１】信号波形を示すタイムチャート。FIG. 21 is a time chart showing signal waveforms.

【図２２】ガス濃度検出装置の簡易構成を示す回路図。FIG. 22 is a circuit diagram showing a simple configuration of a gas concentration detection device.

【図２３】ガス濃度検出装置の簡易構成を示す回路図。FIG. 23 is a circuit diagram showing a simple configuration of a gas concentration detection device.

【図２４】ガス濃度検出装置の簡易構成を示す回路図。FIG. 24 is a circuit diagram showing a simple configuration of a gas concentration detection device.

【図２５】ガス濃度検出装置の簡易構成を示す回路図。FIG. 25 is a circuit diagram showing a simple configuration of a gas concentration detection device.

【図２６】従来技術においてガス濃度検出装置の概要を
示す構成図。FIG. 26 is a configuration diagram showing an outline of a gas concentration detection device in a conventional technique.

【図２７】ヒータのＯＮ／ＯＦＦに伴いＮＯｘ出力が変
動する様子を示すタイムチャート。FIG. 27 is a time chart showing a state where the NOx output fluctuates in accordance with ON / OFF of a heater.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１００…ガス濃度センサ、１０３…ヒータ、１０４…絶
縁層、１１０…センサ素子（第１セル）としてのポンプ
セル、１２０…センサ素子（第２セル）としてのセンサ
セル、２１０…センサ制御回路、２１４…ヒータ制御
部、２１５，２１６…ＬＰＦ（ローパスフィルタ）、２
２０…電圧制御回路、３３０，３４０…ＬＰＦ（ローパ
スフィルタ）、３５０…ヒータ制御回路、３５１…スイ
ッチ、３５２…ヒータ電圧検出回路、３５３…ヒータ電
流検出回路、３７１，３７２…Ｓ／Ｈ回路（サンプルホ
ールド回路）、４００，５００…マイコン、４５０，５
７０…補正回路。Reference Signs List 100: gas concentration sensor, 103: heater, 104: insulating layer, 110: pump cell as sensor element (first cell), 120: sensor cell as sensor element (second cell), 210: sensor control circuit, 214: heater Control unit, 215, 216 ... LPF (low-pass filter), 2
20: voltage control circuit, 330, 340: LPF (low-pass filter), 350: heater control circuit, 351: switch, 352: heater voltage detection circuit, 353: heater current detection circuit, 371, 372: S / H circuit (sample) Hold circuit), 400, 500 microcomputer, 450, 5
70 ... correction circuit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒川 英一 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 川瀬 友生 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 羽田 聡 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Eiichi Kurokawa 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Inside Denso Co., Ltd. (72) Tomo Kawase 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Pref. Inside Denso Corporation (72) Inventor Satoshi Haneda 1-1 1-1 Showa-cho, Kariya City, Aichi Prefecture Inside Denso Corporation

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】被検出ガス中の特定成分の濃度に応じたガ
ス濃度信号を出力するセンサ素子と、センサ素子付近の
絶縁層に埋設され、当該センサ素子を加熱するヒータと
を備えたガス濃度センサを用いるガス濃度検出装置にお
いて、 センサ素子を所定温度に維持すべくヒータの通電を制御
するヒータ制御手段を備え、該制御手段はヒータ通電時
におけるリーク電流のセンサ出力への影響を排除するた
めの構成を備えることを特徴とするガス濃度検出装置。1. A gas concentration comprising: a sensor element for outputting a gas concentration signal corresponding to the concentration of a specific component in a gas to be detected; and a heater embedded in an insulating layer near the sensor element for heating the sensor element. In a gas concentration detection device using a sensor, a heater control means for controlling energization of a heater to maintain a sensor element at a predetermined temperature is provided. The control means eliminates an influence of a leak current upon sensor output when the heater is energized. A gas concentration detection device comprising: 【請求項２】前記ヒータ制御手段は、センサ素子を所定
温度に維持するためのヒータの電圧目標値を設定し、そ
の目標値に応じてヒータ通電を制御する請求項１に記載
のガス濃度検出装置。2. The gas concentration detection device according to claim 1, wherein said heater control means sets a heater voltage target value for maintaining the sensor element at a predetermined temperature, and controls heater energization according to the target value. apparatus. 【請求項３】前記ヒータ制御手段は、センサ活性時にお
いてヒータに加わる電圧の変化量を所定値で制限する請
求項１に記載のガス濃度検出装置。3. The gas concentration detecting device according to claim 1, wherein said heater control means limits a change amount of a voltage applied to the heater when the sensor is activated by a predetermined value. 【請求項４】前記ヒータ制御手段は、電源電圧をＯＮ／
ＯＦＦするスイッチ素子と、電源電圧を平滑化するコイ
ル及びコンデンサとを備えるスイッチング電源を持つ請
求項３に記載のガス濃度検出装置。4. The heater control means turns on / off a power supply voltage.
4. The gas concentration detection device according to claim 3, further comprising a switching power supply including a switch element for turning off, a coil and a capacitor for smoothing a power supply voltage. 【請求項５】前記スイッチング電源のスイッチング周波
数を、ガス濃度が変化する周波数以上とする請求項４に
記載のガス濃度検出装置。5. The gas concentration detecting device according to claim 4, wherein the switching frequency of the switching power supply is equal to or higher than the frequency at which the gas concentration changes. 【請求項６】前記スイッチング電源のスイッチング周波
数を１ｋＨｚ以上とする請求項４に記載のガス濃度検出
装置。6. The gas concentration detecting device according to claim 4, wherein the switching frequency of the switching power supply is 1 kHz or more. 【請求項７】ガス濃度センサにより検出されるガス濃度
信号を入力し、所定の低周波数域で当該ガス濃度信号を
通過させるフィルタを備え、そのフィルタのカットオフ
周波数を、前記スイッチング電源のスイッチング周波数
以下とする請求項４〜６の何れかに記載のガス濃度検出
装置。7. A filter for inputting a gas concentration signal detected by a gas concentration sensor and passing the gas concentration signal in a predetermined low frequency range, wherein a cutoff frequency of the filter is set to a switching frequency of the switching power supply. The gas concentration detecting device according to any one of claims 4 to 6, wherein: 【請求項８】ガス濃度センサにより検出されるガス濃度
信号を入力し、所定の低周波数域で当該ガス濃度信号を
通過させるフィルタを備え、そのフィルタのカットオフ
周波数を数１０Ｈｚ〜１００Ｈｚ程度とする請求項４〜
６の何れかに記載のガス濃度検出装置。8. A filter for inputting a gas concentration signal detected by a gas concentration sensor and passing the gas concentration signal in a predetermined low frequency range, and a cutoff frequency of the filter is set to about several tens Hz to 100 Hz. Claim 4-
7. The gas concentration detection device according to any one of 6. 【請求項９】被検出ガス中の特定成分の濃度に応じたガ
ス濃度信号を出力するセンサ素子と、センサ素子付近の
絶縁層に埋設され、当該センサ素子を加熱するヒータと
を備えたガス濃度センサを用いるガス濃度検出装置にお
いて、 ガス濃度センサにより検出されるガス濃度信号を入力
し、所定の低周波数域で当該ガス濃度信号を通過させる
フィルタを備え、 パルス幅変調信号によりヒータの通電を制御する際、当
該通電制御の影響を受けた信号成分と、影響のない信号
成分とが分離可能となるように変調周波数を上げること
を特徴とするガス濃度検出装置。9. A gas concentration comprising: a sensor element for outputting a gas concentration signal corresponding to the concentration of a specific component in a gas to be detected; and a heater embedded in an insulating layer near the sensor element and heating the sensor element. In a gas concentration detection device using a sensor, a filter that inputs a gas concentration signal detected by the gas concentration sensor and passes the gas concentration signal in a predetermined low frequency range is provided, and power supply to the heater is controlled by a pulse width modulation signal. A signal component affected by the energization control and a signal component having no effect are increased in modulation frequency so as to be separable. 【請求項１０】パルス幅変調の周波数を、ガス濃度が変
化する周波数以上とする請求項９に記載のガス濃度検出
装置。10. The gas concentration detecting device according to claim 9, wherein the frequency of the pulse width modulation is equal to or higher than the frequency at which the gas concentration changes. 【請求項１１】前記フィルタのカットオフ周波数に対
し、パルス幅変調の周波数を１０倍以上とする請求項９
に記載のガス濃度検出装置。11. The pulse width modulation frequency is at least 10 times the cutoff frequency of the filter.
3. The gas concentration detection device according to 1. 【請求項１２】前記フィルタのカットオフ周波数をパル
ス幅変調の周波数以下とする請求項９に記載のガス濃度
検出装置。12. The gas concentration detecting device according to claim 9, wherein a cutoff frequency of said filter is set to be equal to or lower than a frequency of pulse width modulation. 【請求項１３】前記フィルタのカットオフ周波数を数１
０Ｈｚ〜１００Ｈｚ程度とする請求項９に記載のガス濃
度検出装置。13. The filter according to claim 1, wherein
The gas concentration detection device according to claim 9, wherein the gas concentration is about 0 Hz to 100 Hz. 【請求項１４】請求項９〜１３の何れかに記載のガス濃
度検出装置において、 ヒータの電圧又は電流の少なくとも一方を検出するため
の検出回路を備え、該検出回路の出力側にはサンプルホ
ールド回路を接続したガス濃度検出装置。14. A gas concentration detecting device according to claim 9, further comprising a detecting circuit for detecting at least one of a voltage and a current of a heater, wherein a sample and hold circuit is provided on an output side of said detecting circuit. Gas concentration detector with circuit connected. 【請求項１５】被検出ガス中の特定成分の濃度に応じた
ガス濃度信号を出力するセンサ素子と、センサ素子付近
の絶縁層に埋設され、当該センサ素子を加熱するヒータ
とを備えたガス濃度センサを用いるガス濃度検出装置に
おいて、 ヒータの一端を電源電圧に接続し、他端を接地するヒー
タの通電回路を備え、ヒータと電源電圧との間にスイッ
チ手段を配置してヒータの通電をオン／オフ制御するこ
とを特徴とするガス濃度検出装置。15. A gas concentration comprising: a sensor element for outputting a gas concentration signal corresponding to the concentration of a specific component in a gas to be detected; and a heater buried in an insulating layer near the sensor element and heating the sensor element. In a gas concentration detection device using a sensor, one end of a heater is connected to a power supply voltage, and the other end of the heater is provided with an energization circuit of a heater that is grounded, and a switch is disposed between the heater and the power supply voltage to energize the heater. A gas concentration detection device that performs on / off control. 【請求項１６】被検出ガス中の特定成分の濃度に応じた
ガス濃度信号を出力するセンサ素子と、センサ素子付近
の絶縁層に埋設され、当該センサ素子を加熱するヒータ
とを備えたガス濃度センサを用いるガス濃度検出装置に
おいて、 ヒータの一端を電源電圧に接続し、他端を接地するヒー
タの通電回路を備え、ヒータと電源電圧との間、ヒータ
と接地側との間、の両方にスイッチ手段を配置して、両
スイッチ手段を同時に操作してヒータの通電をオン／オ
フ制御することを特徴とするガス濃度検出装置。16. A gas concentration comprising: a sensor element for outputting a gas concentration signal corresponding to the concentration of a specific component in a gas to be detected; and a heater embedded in an insulating layer near the sensor element and heating the sensor element. In a gas concentration detecting device using a sensor, one end of a heater is connected to a power supply voltage, and the other end of the heater is provided with an energizing circuit of a heater, and the other end is grounded. A gas concentration detecting device, wherein switch means is disposed, and both switch means are simultaneously operated to control on / off of energization of a heater. 【請求項１７】被検出ガス中の特定成分の濃度に応じた
ガス濃度信号を出力するセンサ素子と、センサ素子付近
の絶縁層に埋設され、当該センサ素子を加熱するヒータ
とを備えたガス濃度センサを用いるガス濃度検出装置に
おいて、 パルス幅変調信号によりヒータの通電を制御する際、ヒ
ータ通電時とヒータ非通電時とでガス濃度信号を各々取
り込み、該取り込んだヒータ通電時とヒータ非通電時と
の両方のガス濃度信号に基づいて当該ガス濃度信号を補
正することを特徴とするガス濃度検出装置。17. A gas concentration comprising: a sensor element for outputting a gas concentration signal corresponding to the concentration of a specific component in a gas to be detected; and a heater buried in an insulating layer near the sensor element and heating the sensor element. In a gas concentration detection device using a sensor, when controlling energization of a heater by a pulse width modulation signal, a gas concentration signal is fetched when the heater is energized and when the heater is not energized, and the acquired heater is energized and when the heater is deenergized. Wherein the gas concentration signal is corrected based on both of the gas concentration signals. 【請求項１８】請求項１７に記載のガス濃度検出装置に
おいて、 ヒータ通電時とヒータ非通電時とのガス濃度信号を平均
化してその平均値にてガス濃度信号を補正するガス濃度
検出装置。18. The gas concentration detecting device according to claim 17, wherein the gas concentration signal is averaged between when the heater is energized and when the heater is not energized, and the average value is used to correct the gas concentration signal. 【請求項１９】被検出ガス中の特定成分の濃度に応じた
ガス濃度信号を出力するセンサ素子と、センサ素子付近
の絶縁層に埋設され、当該センサ素子を加熱するヒータ
とを備えたガス濃度センサを用いるガス濃度検出装置に
おいて、 パルス幅変調信号によりヒータの通電を制御する際、ヒ
ータ通電時若しくはヒータ非通電時のうち、どちらか一
方のガス濃度信号のみを出力することを特徴とするガス
濃度検出装置。19. A gas concentration comprising: a sensor element for outputting a gas concentration signal corresponding to the concentration of a specific component in a gas to be detected; and a heater buried in an insulating layer near the sensor element and heating the sensor element. In a gas concentration detection device using a sensor, when controlling energization of a heater by a pulse width modulation signal, only one of the gas concentration signals is output when the heater is energized or when the heater is not energized. Concentration detection device. 【請求項２０】被検出ガス中の特定成分の濃度に応じた
ガス濃度信号を出力するセンサ素子と、センサ素子付近
の絶縁層に埋設され、当該センサ素子を加熱するヒータ
とを備えたガス濃度センサを用いるガス濃度検出装置に
おいて、 パルス幅変調信号によりヒータの通電を制御する際、前
記絶縁層の抵抗変化に伴うリーク電流の影響度合を推定
し、該推定したリーク電流の相当分だけガス濃度信号を
補正することを特徴とするガス濃度検出装置。20. A gas concentration comprising: a sensor element for outputting a gas concentration signal corresponding to the concentration of a specific component in a gas to be detected; and a heater embedded in an insulating layer near the sensor element and heating the sensor element. In a gas concentration detection device using a sensor, when controlling the energization of a heater by a pulse width modulation signal, the degree of influence of a leak current due to a change in resistance of the insulating layer is estimated, and the gas concentration is reduced by an amount corresponding to the estimated leak current. A gas concentration detecting device for correcting a signal. 【請求項２１】請求項２０に記載のガス濃度検出装置に
おいて、 ヒータの電源電圧が大きいほど、ガス濃度信号を大きな
値で補正するガス濃度検出装置。21. The gas concentration detection device according to claim 20, wherein the gas concentration signal is corrected by a larger value as the power supply voltage of the heater is larger. 【請求項２２】請求項２０又は２１に記載のガス濃度検
出装置において、 センサ素子の温度が大きいほど、ガス濃度信号を大きな
値で補正するガス濃度検出装置。22. The gas concentration detecting device according to claim 20, wherein the higher the temperature of the sensor element is, the larger the value of the gas concentration signal is corrected. 【請求項２３】ガス濃度センサは、電圧印加に伴い被検
出ガス中の余剰酸素を排出しつつその酸素濃度に応じた
電流を流す第１セルと、同じく電圧印加に伴い余剰酸素
排出後のガス成分から特定成分の濃度に応じた電流を流
す第２セルとを含む複数のセルを有するセンサ素子と、
前記複数のセルを加熱するヒータとを備えてなる請求項
１〜２２の何れかに記載のガス濃度検出装置。23. A gas concentration sensor comprising: a first cell for discharging a surplus oxygen in a gas to be detected upon application of a voltage and flowing a current corresponding to the oxygen concentration; A sensor element having a plurality of cells including a second cell for flowing a current according to the concentration of the specific component from the component,
23. The gas concentration detecting device according to claim 1, further comprising a heater for heating the plurality of cells. 【請求項２４】ガス濃度センサは、特定のガス濃度に応
じた起電力を発生するセルを有するセンサ素子と、セン
サ素子付近の絶縁層に埋設され、当該センサ素子を加熱
するヒータとを備えてなる請求項１〜２２の何れかに記
載のガス濃度検出装置。24. A gas concentration sensor comprising: a sensor element having a cell for generating an electromotive force corresponding to a specific gas concentration; and a heater buried in an insulating layer near the sensor element and heating the sensor element. The gas concentration detecting device according to claim 1.