JP2014055865A

JP2014055865A - Gas sensor

Info

Publication number: JP2014055865A
Application number: JP2012201107A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Higuchi; 雄三樋口; Tomonori Kamimura; 朋典上村
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2032-09-13
Also published as: JP5985320B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas sensor which houses a sensor element having a heater and a circuit board in the same housing part and prevents overheating of the circuit board.SOLUTION: A gas sensor comprises: a sensor element 10 having a detection part 11 and a heater 200; a circuit board 20 mounted with processing means 20A for processing output signals from the sensor element and heater energization control means 20B for controlling the energization of the heater so as to maintain the temperature of the sensor element at a first temperature during a detection period of concentration of a specific gas by the sensor element; and a housing part 60 which houses the sensor element and the circuit board. On the circuit board, a temperature sensor 25 and threshold value determination means 20C for determining whether the temperature of the circuit board exceeds a threshold value are mounted. If it is determined that the temperature of the circuit board exceeds the threshold value, the heater energization control means stops the energization of the heater or forcibly controls the energization of the heater so that the temperature of the circuit board becomes lower than the threshold value.

Description

本発明は、固体電解質体及び該固体電解質体に設けられた一対の電極を備える検知部と、検知部を加熱するヒータとを有するガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor including a solid electrolyte body, a detection unit including a pair of electrodes provided on the solid electrolyte body, and a heater for heating the detection unit.

自動車等の内燃機関の燃費向上や燃焼制御を行うガスセンサとして、吸気管を流通する吸気ガスや排気管を流通する排気ガスといったガス雰囲気中の特定ガス成分のガス濃度を検出するガスセンサが知られている。このガスセンサは、ジルコニア等の酸素イオン伝導性の固体電解質体の表面に一対の電極を形成してなるセルを１つないし複数備える検知部と、この検知部を加熱するヒータを有したセンサ素子を備えている。そして、ヒータにより固体電解質体を活性化温度（８００℃程度）に加熱することで、ガス濃度を測定可能としている。
一方、従来のガスセンサは外部装置である電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）に接続され、ＥＣＵにてセンサ素子からのガス濃度を表す出力信号を処理したり、ヒータの通電制御を行っている。しかしながら、かかる場合には、上記処理のための回路をＥＣＵ内に確保する設計が必要となり設計の自由度が制約されると共に、ＥＣＵ内にこれら回路を設置するスペースを確保するのが困難となることがある。また、センサ素子からの出力信号はアナログ信号であるため、ＥＣＵへの信号送信中に電気的なノイズの影響を受け、ガス濃度の検出精度が低下することがある。
そこで、センサ素子からの出力信号の処理回路及びヒータへの通電量を制御するヒータ制御回路を回路基板上に設け、この回路基板とセンサ素子とを金属製のケース内に一体に収容したガスセンサが開発されている（特許文献１参照）。 Gas sensors that detect the gas concentration of specific gas components in a gas atmosphere, such as intake gas that flows through an intake pipe and exhaust gas that flows through an exhaust pipe, are known as gas sensors that improve fuel consumption and combustion control of an internal combustion engine such as an automobile. Yes. This gas sensor includes a sensor element having one or a plurality of cells formed by forming a pair of electrodes on the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte body such as zirconia and a heater for heating the detector. I have. The gas concentration can be measured by heating the solid electrolyte body to the activation temperature (about 800 ° C.) with a heater.
On the other hand, a conventional gas sensor is connected to an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU), which is an external device, and the ECU processes an output signal representing a gas concentration from a sensor element and performs energization control of a heater. However, in such a case, it is necessary to design the circuit for the above processing in the ECU, which restricts the degree of freedom of design and makes it difficult to secure a space for installing these circuits in the ECU. Sometimes. In addition, since the output signal from the sensor element is an analog signal, the detection accuracy of the gas concentration may be reduced due to the influence of electrical noise during signal transmission to the ECU.
Therefore, a processing circuit for an output signal from the sensor element and a heater control circuit for controlling the energization amount to the heater are provided on the circuit board, and a gas sensor in which the circuit board and the sensor element are integrally housed in a metal case is provided. It has been developed (see Patent Document 1).

特開２００９−１８６４２４号公報JP 2009-186424 A

しかしながら、各種の電子部品を実装した回路基板とセンサ素子とを同一のケース（筐体）内に一体に収容した場合、ヒータで活性化温度に加熱されたセンサ素子から回路基板に熱が伝わり、回路基板上の各種の電子部品の動作定格温度（例えば、１５０℃）を超え、回路基板が動作不良となるおそれがある。
特に、いわゆるアイドリングストップと称される、自動車が信号待ち等の所定の自動停止条件で停止した場合には、エンジン（内燃機関）への空気の吸入や、排ガスの排出も停止されることになり、ガスセンサ周囲の気体の流れも停止して熱がこもることになる。そして、この状態でヒータへの通電が維持され、センサ素子の温度が活性化温度に維持され続けると、アイドリングストップの間にセンサ素子から回路基板への受熱が継続され、回路がさらに高温になる。
又、回路基板が過熱されると、ケースを樹脂製としたり、ケースに樹脂コネクタ等を接続した場合には、これらの樹脂部材の耐熱温度を超えるおそれがある。さらに、回路基板に各種のデータ（後述するパラメータ等）を記録する不揮発性の半導体メモリを配置した場合、この半導体メモリ内に電荷として記録されたデータが熱により消去されるおそれがある。
すなわち、本発明は、ヒータを有するセンサ素子と回路基板とを同一の筐体部に収容したガスセンサにおいて、センサ素子からの受熱による回路基板の過熱を防止したガスセンサの提供を目的とする。 However, when the circuit board on which various electronic components are mounted and the sensor element are integrally accommodated in the same case (housing), heat is transmitted from the sensor element heated to the activation temperature by the heater to the circuit board, The operating rated temperature (for example, 150 ° C.) of various electronic components on the circuit board may be exceeded, and the circuit board may malfunction.
In particular, when an automobile stops under a predetermined automatic stop condition such as a so-called idling stop, such as waiting for a signal, intake of air into the engine (internal combustion engine) and exhaust of exhaust gas are also stopped. The gas flow around the gas sensor also stops and heat is trapped. In this state, when the energization of the heater is maintained and the temperature of the sensor element is maintained at the activation temperature, the heat reception from the sensor element to the circuit board is continued during the idling stop, and the circuit is further heated. .
Further, when the circuit board is overheated, when the case is made of resin, or when a resin connector or the like is connected to the case, the heat resistance temperature of these resin members may be exceeded. Furthermore, when a non-volatile semiconductor memory for recording various data (parameters to be described later) is arranged on the circuit board, the data recorded as charges in the semiconductor memory may be erased by heat.
That is, an object of the present invention is to provide a gas sensor in which a sensor element having a heater and a circuit board are accommodated in the same casing, and the circuit board is prevented from being overheated due to heat received from the sensor element.

上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、固体電解質体及び該固体電解質体上に形成された一対の電極を備え、特定ガスの濃度を検知する検知部と、前記検知部を加熱するヒータとを有するセンサ素子と、前記センサ素子からの出力信号を処理する処理手段、及び、前記センサ素子による前記特定ガスの濃度の検知期間に前記センサ素子の温度を第１温度に維持するよう前記ヒータを通電制御するヒータ通電制御手段が実装された回路基板と、前記センサ素子と前記回路基板とを収容する筐体部と、を備えたガスセンサであって、前記回路基板には、当該回路基板の温度を測定する温度センサと、前記温度センサにて測定された前記回路基板の温度が閾値を超えたか否かを判定する閾値判定手段とが実装されており、前記ヒータ通電制御手段は、前記閾値判定手段によって前記回路基板の温度が前記閾値を超えたと判定されたとき、前記ヒータへの通電を停止する処理、または、前記回路基板の温度が前記閾値未満となるように前記ヒータへの通電を強制的に制御する処理のいずれかからなる抑制処理を実行する。
このガスセンサによれば、回路基板の温度が閾値を超えると、ヒータ通電制御手段がヒータへの通電を停止する処理、または、回路基板の温度が閾値未満となるようにヒータへの通電を強制的に制御する処理のいずれかからなる抑制処理を実行するので、センサ素子がそれ以上加熱されることがなく、センサ素子から回路基板に熱が伝わって回路基板が動作不良となることを防止できる。つまり、ヒータを有するセンサ素子と回路基板とを同一の筐体部に収容したガスセンサにおいて、回路基板の過熱を有効に防止することができる。なお、回路基板の過熱を効果的に防止するには、回路基板の温度が閾値を超えたと判定されたとき、ヒータへの通電を停止することが好ましい。 In order to solve the above-described problems, a gas sensor of the present invention includes a solid electrolyte body and a pair of electrodes formed on the solid electrolyte body, a detection unit that detects the concentration of a specific gas, and a heater that heats the detection unit And a heater for maintaining the temperature of the sensor element at the first temperature during a period of detection of the concentration of the specific gas by the sensor element. A gas sensor comprising: a circuit board on which heater energization control means for controlling energization is mounted; and a housing portion that houses the sensor element and the circuit board, wherein the circuit board includes the circuit board. A temperature sensor that measures temperature and a threshold value determination unit that determines whether or not the temperature of the circuit board measured by the temperature sensor exceeds a threshold value are mounted, and the heater energization The control unit is configured to stop the energization of the heater when the threshold value determination unit determines that the temperature of the circuit board exceeds the threshold value, or so that the temperature of the circuit board becomes less than the threshold value. A suppression process including any one of processes for forcibly controlling energization of the heater is executed.
According to this gas sensor, when the temperature of the circuit board exceeds the threshold value, the heater energization control means forcibly energizes the heater so that the heater current supply means stops energizing the heater or the temperature of the circuit board falls below the threshold value. Therefore, the sensor element is prevented from being heated any more and heat is transmitted from the sensor element to the circuit board, thereby preventing the circuit board from malfunctioning. That is, overheating of the circuit board can be effectively prevented in the gas sensor in which the sensor element having the heater and the circuit board are accommodated in the same casing. In order to effectively prevent overheating of the circuit board, it is preferable to stop energization of the heater when it is determined that the temperature of the circuit board exceeds the threshold value.

前記ガスセンサにおいて、前記閾値判定手段によって前記回路基板の温度が前記第１閾値を超えたと判定された後に第２閾値を下回ったと判定されたとき、前記ヒータ通電制御手段は、前記抑制処理を解除した前記ヒータへの通電制御を再開してもよい。
このガスセンサによれば、回路基板の温度が第２閾値を下回り、回路基板の動作不良が生じない状態になると、ヒータ通電制御手段は抑制処理を解除してヒータへの通電制御を再開するため、回路基板の過熱を抑えた状態でガスセンサを復帰させつつ繰り返し使用することができる。なお、第２閾値の値は、第１閾値と同値であっても良いし、異なる値であってもよい。 In the gas sensor, when it is determined by the threshold determination means that the temperature of the circuit board has exceeded the first threshold and then is determined to be lower than the second threshold, the heater energization control means cancels the suppression process. The energization control to the heater may be resumed.
According to this gas sensor, when the temperature of the circuit board falls below the second threshold value and the circuit board does not malfunction, the heater energization control means cancels the suppression process and resumes energization control to the heater. It can be used repeatedly while returning the gas sensor in a state where overheating of the circuit board is suppressed. Note that the value of the second threshold value may be the same value as the first threshold value, or may be a different value.

前記ガスセンサは内燃機関に設けられた配管に取り付けられ、前記ヒータ通電制御手段は、運転されていた前記内燃機関が所定の自動停止条件を満たして停止した場合に、前記第１温度より低く、且つ、前記第１閾値に対応する温度よりも高い第２温度に前記センサ素子の温度を維持するよう前記ヒータを通電制御してもよい。
このガスセンサによれば、内燃機関が信号待ち等の所定の自動停止条件で停止した場合に、ヒータ通電制御手段が第１温度より低い第２温度にセンサ素子の温度を維持するようヒータを通電制御するので、当該内燃機関の停止状態でガスセンサ周囲に熱がこもっても、ヒータによるセンサ素子の加熱が第１温度より少なくなるので、センサ素子から回路基板への受熱を低減できる。又、センサ素子の加熱を完全に停止せずに予熱状態で待機できるので、当該内燃機関の停止状態が解除されて通常運転に移行した時に、ガスセンサをすぐに第１温度に昇温して特定ガスの濃度の検知を迅速に行える。
つまり、このガスセンサでは、内燃機関が所定の自動停止条件を満たして停止した場合に、第２温度にセンサ素子の温度を維持するようヒータを通電制御することで、回路基板の温度が閾値を超えにくいように対処しつつ、自動停止条件が長時間継続するなどして回路基板の温度が閾値を超えた場合に、上記したヒータの通電を停止する等の処理を実行する２段階の対処を行っているのである。 The gas sensor is attached to a pipe provided in the internal combustion engine, and the heater energization control means is lower than the first temperature when the operated internal combustion engine stops under a predetermined automatic stop condition, and The energization of the heater may be controlled so that the temperature of the sensor element is maintained at a second temperature higher than a temperature corresponding to the first threshold value.
According to this gas sensor, when the internal combustion engine is stopped under a predetermined automatic stop condition such as waiting for a signal, the heater energization control is performed so that the heater energization control means maintains the temperature of the sensor element at the second temperature lower than the first temperature. Therefore, even if heat is accumulated around the gas sensor when the internal combustion engine is stopped, the heating of the sensor element by the heater is less than the first temperature, so that the heat reception from the sensor element to the circuit board can be reduced. In addition, since the heating of the sensor element can be waited in a preheated state without completely stopping, the gas sensor is immediately heated to the first temperature and specified when the stopped state of the internal combustion engine is released and the normal operation is started. Gas concentration can be detected quickly.
In other words, in this gas sensor, when the internal combustion engine stops while satisfying a predetermined automatic stop condition, the temperature of the circuit board exceeds the threshold value by controlling the energization of the heater so as to maintain the temperature of the sensor element at the second temperature. While taking measures to make it difficult, if the automatic stop condition continues for a long time, etc., and the temperature of the circuit board exceeds the threshold value, the above-mentioned two steps of executing the processing such as stopping energization of the heater are performed. -ing

前記回路基板はさらに、前記処理手段による前記出力信号を処理するためのパラメータ、及び／又は前記ヒータ通電制御手段による前記ヒータを通電制御するためのパラメータを電荷として記録する不揮発性の半導体メモリを有してもよい。
パラメータ（データ）を電荷として記録する不揮発性の半導体メモリは、熱によりパラメータが消去され易いので、かかる不揮発性の半導体メモリを用いる場合に本発明はさらに有効となる。 The circuit board further includes a nonvolatile semiconductor memory that records, as electric charges, parameters for processing the output signal by the processing means and / or parameters for controlling energization of the heater by the heater energization control means. May be.
Since a nonvolatile semiconductor memory that records parameters (data) as charges is easily erased by heat, the present invention is further effective when such a nonvolatile semiconductor memory is used.

この発明によれば、ヒータを有するセンサ素子と回路基板とを同一の筐体部に収容したガスセンサにおいて、センサ素子からの受熱による回路基板の過熱を防止することができる。 According to the present invention, in a gas sensor in which a sensor element having a heater and a circuit board are accommodated in the same casing, overheating of the circuit board due to heat received from the sensor element can be prevented.

本発明の実施形態に係るガスセンサの断面図である。It is sectional drawing of the gas sensor which concerns on embodiment of this invention. ガスセンサの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a gas sensor. センサ素子の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a sensor element. 回路基板収納部に検知部収納部を組み付ける前の斜視図である。It is a perspective view before attaching a detection part storage part to a circuit board storage part. 処理手段、ヒータ通電制御手段、及び閾値判定手段の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a process means, a heater energization control means, and a threshold value determination means. 閾値判定手段２０Ｃによるヒータへの通電の可否情報の生成のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of generation | occurrence | production of the propriety information of electricity supply to a heater by the threshold value determination means 20C. ヒータ通電制御処理のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of a heater energization control process.

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に示すように、ガスセンサは、センサ素子１０と、回路基板２０と、両者１０、２０に接続される端子５０と、これらを一括して収納するケース（特許請求の範囲の「筐体部」に相当）６０とを備えている。ガスセンサは、内燃機関を備える自動車等の配管（例えば、吸気ガス系）に取り付けられている。なお、本実施例では被測定ガス中の特定ガスとして酸素を例示して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, the gas sensor includes a sensor element 10, a circuit board 20, a terminal 50 connected to both 10 and 20, and a case for housing them together (the “housing section” in the claims). 60). The gas sensor is attached to piping (for example, an intake gas system) of an automobile or the like equipped with an internal combustion engine. In this embodiment, oxygen will be described as an example of the specific gas in the gas to be measured.

センサ素子１０は、長手方向に延びる板状をなし、先端側（長手方向一端側であり、図中下方）に検知部１１が形成され、上端側の外表面のうち表裏面に電極端子部１２０、１２１が形成されている。このセンサ素子１０は、図３に示すように、検出素子３００とヒータ２００とが積層された構造とされている。検出素子３００は、酸素濃度検出セル１３０と酸素ポンプセル１４０とが積層された構造とされている。
ヒータ２００は、アルミナを主体とする第１基体１０１及び第２基体１０３と、第１基体１０１と第２基体１０３とに挟まれ、白金を主体とする発熱体１０２とを有している。発熱体１０２は、先端側に位置する発熱部１０２ａと、発熱部１０２ａから第１基体１０１の長手方向に沿って延びる一対のヒータリード部１０２ｂとを有している。そして、ヒータリード部１０２ｂの端末は、第１基体１０１に設けられるヒータ側スルーホール１０１ａに形成された導体を介して電極端子部１２０と電気的に接続されている。 The sensor element 10 has a plate shape extending in the longitudinal direction, the detection unit 11 is formed on the tip side (one end side in the longitudinal direction, the lower side in the figure), and the electrode terminal unit 120 on the front and back surfaces of the outer surface on the upper end side. , 121 are formed. As shown in FIG. 3, the sensor element 10 has a structure in which a detection element 300 and a heater 200 are stacked. The detection element 300 has a structure in which an oxygen concentration detection cell 130 and an oxygen pump cell 140 are stacked.
The heater 200 includes a first substrate 101 and a second substrate 103 mainly composed of alumina, and a heating element 102 mainly composed of platinum sandwiched between the first substrate 101 and the second substrate 103. The heating element 102 has a heating part 102a located on the tip side and a pair of heater lead parts 102b extending from the heating part 102a along the longitudinal direction of the first base 101. The terminal of the heater lead portion 102b is electrically connected to the electrode terminal portion 120 via a conductor formed in the heater side through hole 101a provided in the first base 101.

酸素濃度検出セル１３０は、第１固体電解質体１０５と、その第１固体電解質体１０５の両面に形成された第１電極１０４及び第２電極１０６とから形成されている。第１電極１０４は、第１電極部１０４ａと、第１電極部１０４ａから第１固体電解質体１０５の長手方向に沿って延びる第１リード部１０４ｂとから形成されている。第２電極１０６は、第２電極部１０６ａと、第２電極部１０６ａから第１固体電解質体１０５の長手方向に沿って延びる第２リード部１０６ｂとから形成されている。
そして、第１リード部１０４ｂの端末は、第１固体電解質体１０５に設けられる第１スルーホール１０５ａ、後述する絶縁層１０７に設けられる第２スルーホール１０７ａ、第２固体電解質体１０９に設けられる第４スルーホール１０９ａ及び保護層１１１に設けられる第６スルーホール１１１ａのそれぞれに形成された導体を介して電極端子部１２１の１つと電気的に接続されている。一方、第２リード部１０６ｂの端末は、後述する絶縁層１０７に設けられる第３スルーホール１０７ｂ、第２固体電解質体１０９に設けられる第５スルーホール１０９ｂ及び保護層１１１に設けられる第７スルーホール１１１ｂのそれぞれに形成された導体を介して電極端子部１２１の１つと電気的に接続されている。 The oxygen concentration detection cell 130 is formed by a first solid electrolyte body 105 and a first electrode 104 and a second electrode 106 formed on both surfaces of the first solid electrolyte body 105. The first electrode 104 is formed of a first electrode portion 104 a and a first lead portion 104 b extending from the first electrode portion 104 a along the longitudinal direction of the first solid electrolyte body 105. The second electrode 106 is formed of a second electrode portion 106 a and a second lead portion 106 b extending from the second electrode portion 106 a along the longitudinal direction of the first solid electrolyte body 105.
The terminals of the first lead portion 104b are first through holes 105a provided in the first solid electrolyte body 105, second through holes 107a provided in an insulating layer 107 described later, and second terminals provided in the second solid electrolyte body 109. The four through-holes 109a and the sixth through-holes 111a provided in the protective layer 111 are electrically connected to one of the electrode terminal portions 121 through conductors formed respectively. On the other hand, the terminal of the second lead portion 106b is a third through hole 107b provided in the insulating layer 107 described later, a fifth through hole 109b provided in the second solid electrolyte body 109, and a seventh through hole provided in the protective layer 111. It is electrically connected to one of the electrode terminal portions 121 through a conductor formed on each of 111b.

一方、酸素ポンプセル１４０は、第２固体電解質体１０９と、その第２固体電解質体１０９の両面に形成された第３電極１０８及び第４電極１１０とから形成されている。第３電極１０８は、第３電極部１０８ａと、この第３電極部１０８ａから第２固体電解質体１０９の長手方向に沿って延びる第３リード部１０８ｂとから形成されている。第４電極１１０は、第４電極部１１０ａと、この第４電極部１１０ａから第２固体電解質体１０９の長手方向に沿って延びる第４リード部１１０ｂとから形成されている。
そして、第３リード部１０８ｂの端末は、第２固体電解質体１０９に設けられる第５スルーホール１０９ｂ及び保護層１１１に設けられる第７スルーホール１１１ｂのそれぞれに形成された導体を介して電極端子部１２１の１つ（第２リード部１０６ｂが電気的に接続される電極端子部１２１と共通）と電気的に接続されている。一方、第４リード部１１０ｂの端末は、保護層１１１に設けられる第８スルーホール１１１ｃに形成された導体を介して電極端子部１２１の１つと電気的に接続されている。 On the other hand, the oxygen pump cell 140 is formed of the second solid electrolyte body 109 and the third electrode 108 and the fourth electrode 110 formed on both surfaces of the second solid electrolyte body 109. The third electrode 108 is formed of a third electrode portion 108 a and a third lead portion 108 b extending from the third electrode portion 108 a along the longitudinal direction of the second solid electrolyte body 109. The fourth electrode 110 is formed of a fourth electrode portion 110 a and a fourth lead portion 110 b extending from the fourth electrode portion 110 a along the longitudinal direction of the second solid electrolyte body 109.
And the terminal of the 3rd lead part 108b is an electrode terminal part via the conductor formed in each of the 5th through hole 109b provided in the 2nd solid electrolyte body 109, and the 7th through hole 111b provided in protection layer 111. It is electrically connected to one of 121 (common to the electrode terminal portion 121 to which the second lead portion 106b is electrically connected). On the other hand, the terminal of the fourth lead portion 110b is electrically connected to one of the electrode terminal portions 121 via a conductor formed in an eighth through hole 111c provided in the protective layer 111.

これら第１固体電解質体１０５、第２固体電解質体１０９は、ジルコニア（ＺｒＯ₂）に安定化剤としてイットニア（Ｙ₂Ｏ₃）又はカルシア（ＣａＯ）を添加してなる部分安定化ジルコニア燃結体から構成されている。
発熱体１０２、第１電極１０４、第２電極１０６、第３電極１０８、第４電極１１０、電極端子部１２０及び電極端子部１２１は、白金族元素で形成することができる。これらを形成する好適な白金族元素としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等を挙げることができ、これらはその一種を単独で使用することもできるし、又二種以上を併用することもできる。
もっとも、発熱体１０２、第１電極１０４、第２電極１０６、第３電極１０８、第４電極１１０、電極端子部１２０及び電極端子部１２１は、耐熱性及び耐酸化性を考慮するとＰｔを主体にして形成することがより一層好ましい。さらに、発熱体１０２、第１電極１０４、第２電極１０６、第３電極１０８、第４電極１１０、電極端子部１２０及び電極端子部１２１は、主体となる白金族元素の他にセラミック成分を含有することが好ましい。 The first solid electrolyte body 105 and the second solid electrolyte body 109 are partially stabilized zirconia sintered bodies obtained by adding yttonia (Y ₂ O ₃ ) or calcia (CaO) as a stabilizer to zirconia (ZrO ₂ ). It is composed of
The heating element 102, the first electrode 104, the second electrode 106, the third electrode 108, the fourth electrode 110, the electrode terminal portion 120, and the electrode terminal portion 121 can be formed of a platinum group element. Pt, Rh, Pd etc. can be mentioned as a suitable platinum group element which forms these, These can also be used individually by 1 type, and can also use 2 or more types together.
However, the heating element 102, the first electrode 104, the second electrode 106, the third electrode 108, the fourth electrode 110, the electrode terminal portion 120, and the electrode terminal portion 121 are mainly composed of Pt in consideration of heat resistance and oxidation resistance. It is even more preferable to form them. Furthermore, the heating element 102, the first electrode 104, the second electrode 106, the third electrode 108, the fourth electrode 110, the electrode terminal portion 120, and the electrode terminal portion 121 contain a ceramic component in addition to the main platinum group element. It is preferable to do.

そして、上記酸素ポンプセル１４０と酸素濃度検出セル１３０との間には、絶縁層１０７が形成されている。絶縁層１０７は、絶縁部１１４と拡散律速部１１５とからなる。この絶縁層１０７の絶縁部１１４には、第２電極部１０６ａ及び第３電極部１０８ａに対応する位置にガス検出室１０７ｃが形成されている。このガス検出室１０７ｃは、絶縁層１０７の幅方向で外部と連通しており、この連通部分に、外部とガス検出室１０７ｃとの間のガス拡散を所定の律速条件下で実現する拡散律速部１１５が配置されている。
絶縁部１１４は、絶縁性を有するセラミック燃結体であれば特に限定されず、例えば、アルミナやムライト等の酸化物系セラミックを挙げることができる。拡散律速部１１５は、アルミナからなる多孔質体である。この拡散律速部１１５によって被測定ガスがガス検出室１０７ｃへ流入する際の律速が行われる。
また、第２固体電解質体１０９の表面には、第４電極１１０を挟み込むようにして、保護層１１１が形成されている。この保護層１１１は、第４電極部１１０ａを挟み込む多孔質の電極保護部１１３ａが、第４リード部１１０ｂを挟み込む補強部１１２に形成された貫通孔１１２ａに挿入配置された形態をなしている。 An insulating layer 107 is formed between the oxygen pump cell 140 and the oxygen concentration detection cell 130. The insulating layer 107 includes an insulating portion 114 and a diffusion rate controlling portion 115. In the insulating portion 114 of the insulating layer 107, a gas detection chamber 107c is formed at a position corresponding to the second electrode portion 106a and the third electrode portion 108a. The gas detection chamber 107c communicates with the outside in the width direction of the insulating layer 107, and a diffusion rate-determining unit that realizes gas diffusion between the outside and the gas detection chamber 107c under a predetermined rate-limiting condition. 115 is arranged.
The insulating part 114 is not particularly limited as long as it is an insulating ceramic sintered body, and examples thereof include oxide ceramics such as alumina and mullite. The diffusion control part 115 is a porous body made of alumina. The diffusion rate-determining unit 115 performs rate-limiting when the gas to be measured flows into the gas detection chamber 107c.
A protective layer 111 is formed on the surface of the second solid electrolyte body 109 so as to sandwich the fourth electrode 110. The protective layer 111 has a configuration in which a porous electrode protective part 113a sandwiching the fourth electrode part 110a is inserted and disposed in a through hole 112a formed in the reinforcing part 112 sandwiching the fourth lead part 110b.

図１に示すように、回路基板２０は、センサ素子１０の上端より上方に位置し、その板面をセンサ素子１０の長手方向（軸方向）と略直交する方向に向けて配置されている。そして、回路基板２０は、センサ素子１０の電極端子部１２０、１２１と端子５０を介して電気的に接続されると共に、自動車の運転制御や空燃比制御等の総合的な制御を行う電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ９９という）と電線９０を介して電気的に接続されている。
図２に示すように、回路基板２０の表面には、信号処理用の各種電子部品２１、例えば、集積回路（ＩＣ）、抵抗器及びコンデンサが実装されている。回路基板２０の表面には、さらに回路基板２０の温度を測定する温度センサ（半導体温度センサ）２５、及び後述するパラメータを電荷として記録するＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）２７が実装されている。 As shown in FIG. 1, the circuit board 20 is positioned above the upper end of the sensor element 10, and the plate surface thereof is arranged in a direction substantially orthogonal to the longitudinal direction (axial direction) of the sensor element 10. The circuit board 20 is electrically connected to the electrode terminal portions 120 and 121 of the sensor element 10 via the terminal 50, and performs an overall control such as an operation control of the automobile and an air-fuel ratio control. (Hereinafter referred to as ECU 99) and an electric wire 90.
As shown in FIG. 2, various electronic components 21 for signal processing such as an integrated circuit (IC), a resistor, and a capacitor are mounted on the surface of the circuit board 20. On the surface of the circuit board 20, a temperature sensor (semiconductor temperature sensor) 25 for measuring the temperature of the circuit board 20 and an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) 27 for recording parameters described later as charges are mounted. Yes.

そして、図５に示すように、上記した各種電子部品２１等により、回路基板２０の表面（上面）には、センサ素子１０からの出力信号を処理する処理手段２０Ａと、ヒータ２００を通電制御するヒータ通電制御手段２０Ｂと、回路基板２０の温度が閾値を超えたか否かを判定する閾値判定手段２０Ｃとが構成されている。
処理手段２０Ａは、センサ素子１０の電気的特性に応じて変化するセンサ信号（酸素濃度に応じた出力信号）をアナログ・デジタル変換器によりアナログ信号からデジタル信号に変換するセンサ信号変換回路２０Ａ１と、センサ素子１０の温度を表す信号を検出するセンサ温度検出回路２０Ａ２を有している。このうち、センサ信号変換回路２０Ａ１で生成されたデジタル信号はＥＣＵ９９に向けて出力され、ＥＣＵ９９では入力されたデジタル信号に基づき被測定ガスの濃度変化を検出する処理が実行される。
一方、センサ温度検出回路２０Ａ２は、センサ素子１０の温度信号をヒータ通電制御手段２０Ｂに出力する。なお、公知のようにセンサ素子１０の固体電解質体の内部抵抗は温度によって変化するので、センサ温度検出回路２０Ａ２は、固体電解質体の内部抵抗、即ち酸素濃度検出セル１３０の内部抵抗Ｒpvsを定期的に測定し、内部抵抗Ｒpvsとセンサ素子１０の温度との関係からセンサ素子１０の温度を算出する。 Then, as shown in FIG. 5, the energization of the processing means 20A for processing the output signal from the sensor element 10 and the heater 200 is controlled on the surface (upper surface) of the circuit board 20 by the various electronic components 21 described above. A heater energization control unit 20B and a threshold determination unit 20C for determining whether or not the temperature of the circuit board 20 exceeds the threshold are configured.
The processing means 20A includes a sensor signal conversion circuit 20A1 that converts a sensor signal (an output signal corresponding to the oxygen concentration) that changes according to the electrical characteristics of the sensor element 10 from an analog signal to a digital signal by an analog / digital converter; A sensor temperature detection circuit 20A2 that detects a signal indicating the temperature of the sensor element 10 is provided. Among these, the digital signal generated by the sensor signal conversion circuit 20A1 is output to the ECU 99, and the ECU 99 executes a process for detecting a change in the concentration of the gas to be measured based on the input digital signal.
On the other hand, the sensor temperature detection circuit 20A2 outputs the temperature signal of the sensor element 10 to the heater energization control means 20B. As is well known, since the internal resistance of the solid electrolyte body of the sensor element 10 varies with temperature, the sensor temperature detection circuit 20A2 periodically determines the internal resistance of the solid electrolyte body, that is, the internal resistance Rpvs of the oxygen concentration detection cell 130. The temperature of the sensor element 10 is calculated from the relationship between the internal resistance Rpvs and the temperature of the sensor element 10.

ヒータ通電制御手段２０Ｂは、温度狙い値切替回路２０Ｂ１、実効電圧狙い値計算回路２０Ｂ２、ヒータ制御回路２０Ｂ３、及びヒータドライバ２０Ｂ４を有している。実効電圧狙い値計算回路２０Ｂ２は、センサ温度検出回路２０Ａ２からセンサ素子１０の温度信号（すなわち、酸素濃度検出セル１３０の内部抵抗Ｒpvsを反映した信号）を受信すると共に、温度狙い値切替回路２０Ｂ１からセンサ素子１０の目標温度（目標抵抗）を受信する。そして、実効電圧狙い値計算回路２０Ｂ２は、センサ素子１０を目標温度まで加熱するためのヒータ２００の実効電圧（通電量）を計算する。具体的には、実効電圧狙い値計算回路２０Ｂ２は、内部抵抗Ｒpvsが目標温度を示す抵抗値（目標Ｒpvs）となるようなヒータ２００の実効電圧を演算する。
ヒータ制御回路２０Ｂ３は、実効電圧狙い値計算回路２０Ｂ２で演算された実効電圧が得られるよう、ヒータ２００に印加する電圧の電圧波形（オン信号とオフ信号とからなるパルス駆動信号）のデューティ比を算出する。なお、デューティ比の算出に当たり、ヒータ制御回路２０Ｂ３は電源であるバッテリ（図示せず）の電源電圧を読み込み、公知の算出手法によりデューティ比を算出する。
ヒータドライバ２０Ｂ４はヒータ２００への通電をＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）するためのスイッチング素子であり、ヒータ２００の一端とバッテリとの間に配置され、ヒータ２００の他端はグランド電位に接続されている。そして、ヒータドライバ２０Ｂ４は、ヒータ制御回路２０Ｂ３が算出したデューティ比に調整されたパルス駆動信号に基づきオン、オフ制御され、これによりヒータ２００の通電制御が実行される。
なお、閾値判定手段２０Ｃの構成及び動作、並びにＥＥＰＲＯＭ２７に記録された「第１温度」及び「第２温度」については後述する。 The heater energization control means 20B includes a temperature target value switching circuit 20B1, an effective voltage target value calculation circuit 20B2, a heater control circuit 20B3, and a heater driver 20B4. The effective voltage target value calculation circuit 20B2 receives the temperature signal of the sensor element 10 (that is, a signal reflecting the internal resistance Rpvs of the oxygen concentration detection cell 130) from the sensor temperature detection circuit 20A2, and from the temperature target value switching circuit 20B1. The target temperature (target resistance) of the sensor element 10 is received. Then, the effective voltage target value calculation circuit 20B2 calculates the effective voltage (energization amount) of the heater 200 for heating the sensor element 10 to the target temperature. Specifically, the effective voltage target value calculation circuit 20B2 calculates the effective voltage of the heater 200 such that the internal resistance Rpvs becomes a resistance value (target Rpvs) indicating the target temperature.
The heater control circuit 20B3 sets the duty ratio of the voltage waveform of the voltage applied to the heater 200 (pulse drive signal composed of an ON signal and an OFF signal) so that the effective voltage calculated by the effective voltage target value calculation circuit 20B2 is obtained. calculate. In calculating the duty ratio, the heater control circuit 20B3 reads a power supply voltage of a battery (not shown) as a power source, and calculates the duty ratio by a known calculation method.
The heater driver 20B4 is a switching element for PWM control (pulse width modulation control) of energization to the heater 200, and is arranged between one end of the heater 200 and the battery, and the other end of the heater 200 is connected to the ground potential. ing. The heater driver 20B4 is on / off controlled based on the pulse drive signal adjusted to the duty ratio calculated by the heater control circuit 20B3, whereby the energization control of the heater 200 is executed.
The configuration and operation of the threshold determination unit 20C and “first temperature” and “second temperature” recorded in the EEPROM 27 will be described later.

図１、図２に示すように、センサ素子１０の電極端子部１２０、１２１と、回路基板２０の処理手段２０Ａ及びヒータ通電制御手段２０Ｂとの間には、双方間を電気的に中継する５本の端子５０が介設されている。各端子５０は、帯状のリード端子であって軸方向に延びて配置され、その一端側（図中下方）が電極端子部１２０、１２１のそれぞれとロー付けにより接続されていると共に、その他端側（図中上方）が回路基板２０の導体が形成されたスルーホール２２に裏面側（下方）から挿通されて、回路基板２０の表面側で信号変換回路及びヒータ制御回路とそれぞれ半田付けにより接続されている。
また、回路基板２０の一端側方には筒状のコネクタ部３０が外方に開口して配置され、このコネクタ部３０内には５本のコネクタピン３１が横並びに突出して配置されている。各コネクタピン３１は、コネクタ部３０の背面から引き出されて回路基板２０の裏面側へクランク状に折り曲げられ、さらに回路基板２０の導体が形成されたスルーホール２３に裏面側から挿通されて、回路基板２０の表面側で信号変換回路及びヒータ制御回路とそれぞれ半田付けにより接続されている。
さらに、コネクタ部３０は、図１に示すように、相手コネクタ部９５と嵌合され、この嵌合に伴ってコネクタピン３１が相手コネクタ部９５に装着された相手コネクタピン９６と電気的に接続される。相手コネクタピン９６はＥＣＵ９９との間に配策された電線９０の端末に接続されている。 As shown in FIG. 1 and FIG. 2, between the electrode terminal portions 120 and 121 of the sensor element 10 and the processing means 20A and the heater energization control means 20B of the circuit board 20, the two are electrically relayed. A book terminal 50 is interposed. Each terminal 50 is a strip-like lead terminal and is arranged extending in the axial direction, and one end side (lower side in the figure) is connected to each of the electrode terminal portions 120 and 121 by brazing and the other end side. (Upper side in the figure) is inserted from the back side (lower side) into the through hole 22 in which the conductor of the circuit board 20 is formed, and connected to the signal conversion circuit and the heater control circuit by soldering on the front side of the circuit board 20, respectively. ing.
Further, a cylindrical connector portion 30 is disposed on one side of the circuit board 20 so as to open outward, and five connector pins 31 are disposed so as to project sideways in the connector portion 30. Each connector pin 31 is pulled out from the back surface of the connector portion 30 and bent in a crank shape toward the back surface side of the circuit board 20, and is further inserted from the back surface side into the through hole 23 in which the conductor of the circuit board 20 is formed. The signal conversion circuit and the heater control circuit are respectively connected by soldering on the surface side of the substrate 20.
Further, as shown in FIG. 1, the connector part 30 is fitted to the mating connector part 95, and the connector pin 31 is electrically connected to the mating connector pin 96 attached to the mating connector part 95 in accordance with this fitting. Is done. The mating connector pin 96 is connected to the terminal of the electric wire 90 routed between the ECU 99.

続いてケース６０について説明する。ケース６０は金属製であり、センサ素子１０の周りを包囲して軸方向に細長く延びる筒状の検知部収納部６１と、回路基板２０の周りを包囲して軸方向と略直交する方向に沿う扁平箱形状の回路基板収納部６２とから構成されている。回路基板収納部６２は、上下に装着される上カバー６３及び下カバー６４により構成されている。
図２に示すように、上カバー６３は全体として浅皿状をなし、略矩形状の蓋部６３ａと、この蓋部６３ａの４辺から立ち下がる立下部６３ｂとからなる。
蓋部６３ａには、透過部材６５が嵌着される円形の嵌着孔６６が開設されている。透過部材６５は、図１に示すように、防水性及び通気性を有するフィルタ６５ａと、このフィルタ６５ａを内包するキャップ６５ｂとからなり、キャップ６５ｂと上カバー６３との間に、第１シールリング６７が設けられている。フィルタ６５ａは、回路基板収納部６２の内側から外側に向かう空気の通過を許容するが、回路基板収納部６２の外側から内側に向かう水の浸入を規制するものであり、例えば、ゴアテックス（登録商標）を挙げることができる。 Next, the case 60 will be described. The case 60 is made of metal, and surrounds the sensor element 10 and extends in the axial direction and extends in the axial direction. The case 60 surrounds the circuit board 20 and extends in a direction substantially orthogonal to the axial direction. The circuit board housing portion 62 is formed in a flat box shape. The circuit board housing part 62 is composed of an upper cover 63 and a lower cover 64 that are mounted vertically.
As shown in FIG. 2, the upper cover 63 has a shallow dish shape as a whole, and includes a substantially rectangular lid portion 63a and a lower portion 63b that falls from four sides of the lid portion 63a.
A circular fitting hole 66 into which the transmission member 65 is fitted is formed in the lid part 63a. As shown in FIG. 1, the transmission member 65 includes a filter 65 a having waterproofness and air permeability and a cap 65 b containing the filter 65 a, and the first seal ring is interposed between the cap 65 b and the upper cover 63. 67 is provided. The filter 65a allows the passage of air from the inside to the outside of the circuit board housing portion 62, but restricts the ingress of water from the outside to the inside of the circuit board housing portion 62. For example, Gore-Tex (registered) Trademark).

そして、図２に示すように、立下部６３ｂの下端には、下向きに突出する凸部６８が周方向に沿って形成されている。また、立下部６３ｂの短辺側の一方には、コネクタ部３０と対応する位置に、第１切欠窓６９が下方に開口して形成されている。さらに、立下部６３ｂの両長辺側には、板状の張出縁部７０が長辺方向に沿って形成されている。張出縁部７０には、４隅寄りの位置に第１貫通孔７１が開設され、長辺方向の略中央部に第２貫通孔７２が開設されている。
下カバー６４は、全体として上カバー６３よりも肉厚で且つ上カバー６３より深い皿状をなし、略矩形状の底部６４ａと、この底部６４ａの４辺から立ち上がる立上部６４ｂとからなる。立上部６４ｂの上端には、凸部６８を受ける溝７３が周方向に沿って形成されている。また、立上部６４ｂの短辺側の一方には、コネクタ部３０と対応する位置に、第２切欠窓７４が上方に開口して形成されている。さらに、立上部６４ｂの両長辺側は、張出縁部７０の張出量に相当する肉厚を有し、その４隅寄りの位置に第１受け孔７５が開設され、長辺方向の略中央部に第２受け孔７６が開設されている。 And as shown in FIG. 2, the convex part 68 which protrudes below is formed in the lower end of the standing part 63b along the circumferential direction. In addition, a first cutout window 69 is formed on one side of the short side of the upright portion 63b so as to open downward at a position corresponding to the connector portion 30. Further, on both long sides of the standing part 63b, plate-like protruding edge portions 70 are formed along the long side direction. In the overhanging edge portion 70, first through holes 71 are formed at positions close to the four corners, and a second through hole 72 is formed at a substantially central portion in the long side direction.
The lower cover 64 as a whole is thicker than the upper cover 63 and has a dish shape deeper than the upper cover 63. The lower cover 64 includes a substantially rectangular bottom portion 64a and a raised portion 64b that rises from four sides of the bottom portion 64a. A groove 73 that receives the convex portion 68 is formed along the circumferential direction at the upper end of the upright portion 64b. In addition, a second cutout window 74 is formed on one of the short sides of the upright portion 64b so as to open upward at a position corresponding to the connector portion 30. Furthermore, both long sides of the upright portion 64b have a thickness corresponding to the protruding amount of the protruding edge portion 70, and first receiving holes 75 are opened at positions close to the four corners in the long side direction. A second receiving hole 76 is formed in a substantially central portion.

上カバー６３及び下カバー６４の組み付けにあたり、立上部６４ｂの上端と立下部６３ｂの下端とが互いに突き合わされると、凸部６８が溝７３に嵌まり、上カバー６３及び下カバー６４の互いの位置決めがなされる。また、立上部６４ｂの上端と立下部６３ｂの下端とが互いに突き合わされると、第１貫通孔７１と第１受け孔７５とが互いに整合し、両孔７１、７５を連通するボルト（図示せず）の締め付けにより上カバー６３と下カバー６４とが互いに固定される。同じく整合状態となる第２貫通孔７２と第２受け孔７６とはガスセンサの取り付けに伴い、取付対象体（ガスが流通する配管）の取付面９８に開設された係合孔（図示せず）と整合し、これら第２貫通孔７２、第２受け孔７６及び係合孔９７を連通するボルトの締め付けによりガスセンサが取付対象体に装着される。
さらに、立上部６４ｂの上端と立下部６３ｂの下端とが互いに突き合わされると、コネクタ部３０の外周面に形成された凹溝３２（図２参照）に、上方から第１切欠窓６９が嵌着すると共に下方から第２切欠窓７４が嵌着し、これにより、コネクタ部３０が上カバー６３と下カバー６４との間に挟まれた状態で固定される。又、図１に示すように、コネクタ部３０の凹溝３２の溝底にはシール部３５が周設され、このシール部３５によりコネクタ部３０とケース６０との間のシールがとられる。
また、図２に示すように、下カバー６４の内面の４隅には回路基板２０を支持する支持部７８が立設され、支持部７８の上端には第３受け孔７９が開設されている。回路基板２０が支持部７８に支持されたときに、第３受け孔７９と回路基板２０の４隅に開設された第３貫通孔２９とが互いに整合し、両孔２９、７９を連通するボルト５１の締め付けにより回路基板２０が下カバー６４に底部６４ａから浮いた状態で固定される。 When the upper cover 63 and the lower cover 64 are assembled, when the upper end of the upright portion 64b and the lower end of the lower portion 63b are abutted with each other, the convex portion 68 fits into the groove 73, and the upper cover 63 and the lower cover 64 Positioning is done. Further, when the upper end of the raised portion 64b and the lower end of the raised portion 63b are abutted with each other, the first through hole 71 and the first receiving hole 75 are aligned with each other, and a bolt (not shown) that communicates both the holes 71 and 75 is shown. The upper cover 63 and the lower cover 64 are fixed to each other. Similarly, the second through hole 72 and the second receiving hole 76 that are aligned are engagement holes (not shown) formed in the attachment surface 98 of the attachment object (pipe through which gas flows) with the attachment of the gas sensor. The gas sensor is attached to the attachment target body by tightening a bolt that communicates with the second through hole 72, the second receiving hole 76, and the engagement hole 97.
Further, when the upper end of the raised portion 64b and the lower end of the raised portion 63b are abutted with each other, the first cutout window 69 is fitted into the concave groove 32 (see FIG. 2) formed in the outer peripheral surface of the connector portion 30 from above. At the same time, the second cutout window 74 is fitted from below, so that the connector 30 is fixed while being sandwiched between the upper cover 63 and the lower cover 64. Further, as shown in FIG. 1, a seal portion 35 is provided around the groove bottom of the concave groove 32 of the connector portion 30, and the seal between the connector portion 30 and the case 60 is taken by the seal portion 35.
As shown in FIG. 2, support portions 78 for supporting the circuit board 20 are erected at the four corners of the inner surface of the lower cover 64, and a third receiving hole 79 is opened at the upper end of the support portion 78. . When the circuit board 20 is supported by the support portion 78, the third receiving hole 79 and the third through holes 29 formed at the four corners of the circuit board 20 are aligned with each other, and the bolts communicating both the holes 29, 79 are connected. By tightening 51, the circuit board 20 is fixed to the lower cover 64 in a state of floating from the bottom 64 a.

そして、図４に示すように、下カバー６４の底部６４ａには、円形の装着孔８０が開設され、この装着孔８０に上方から検知部収納部６１が挿通して装着される。この装着孔８０は底部６４ａの中央から偏心した位置に設定されている。また、底部６４ａには、第２シールリング８１が嵌着される環状溝８２が、装着孔８０の周りを取り囲むように形成されている。さらに、底部６４ａにおける環状溝８２より外側には、第４受け孔８３が周方向に間隔をあけて形成されている。
一方、検知部収納部６１は長手方向に細長く延びる有底の円筒状をなし、その上端開口縁に、フランジ部８４が径方向外向きに張り出して形成されている。そして、フランジ部８４には第４貫通孔８５が周方向に間隔をあけて形成されている。検知部収納部６１が下カバー６４の装着孔８０に装着されると、第４貫通孔８５と第４受け孔８３とが互いに整合し、両孔８３、８５を連通するボルト５３の締め付けにより検知部収納部６１が下カバー６４に固定される。このとき、フランジ部８４と下カバー６４との間は第２シールリング８１によってシールがとられる。 As shown in FIG. 4, a circular mounting hole 80 is formed in the bottom portion 64 a of the lower cover 64, and the detection unit storage unit 61 is inserted and mounted in the mounting hole 80 from above. The mounting hole 80 is set at a position eccentric from the center of the bottom portion 64a. In addition, an annular groove 82 into which the second seal ring 81 is fitted is formed in the bottom portion 64 a so as to surround the mounting hole 80. Furthermore, the 4th receiving hole 83 is formed in the outer side from the annular groove 82 in the bottom part 64a at intervals in the circumferential direction.
On the other hand, the detection unit storage unit 61 has a bottomed cylindrical shape that is elongated in the longitudinal direction, and a flange portion 84 projects outwardly in the radial direction at the upper end opening edge. And the 4th through-hole 85 is formed in the flange part 84 at intervals in the circumferential direction. When the detector 61 is mounted in the mounting hole 80 of the lower cover 64, the fourth through hole 85 and the fourth receiving hole 83 are aligned with each other, and detection is performed by tightening the bolt 53 that communicates both the holes 83 and 85. The part storage part 61 is fixed to the lower cover 64. At this time, a seal is taken between the flange portion 84 and the lower cover 64 by the second seal ring 81.

また、検知部収納部６１は、図１に示すように、厚みが厚い上部６１ａと、厚みが中程度の中間部６１ｂと、厚みが薄い下部６１ｃとが順に連なった形態となっている。図４に示すように、検知部収納部６１の上部６１ａの外周面には、第３シールリング８６が嵌着される外周溝８７が周設されている。図１に示すように、検知部収容部６１が取付対象体の装着孔９３に装着されたとき、取付対象体の装着孔９３の内周面と検知部収納部６１の外周面との間は第３シールリング８６によってシールがとられる。
また、検知部収納部６１の中間部６１ｂの内周面には段部８８が設けられ、この段部８８を境とする下側が上側より縮径された形態となっている。段部８８にはセンサ素子１０を保持する保持部材４１が上方から当て止めされ、これにより、センサ素子１０が検知部収納部６１内に上下方向に位置決め状態で保持されている。保持部材４１は、アルミナからなるセラミック製のリング部材であり、センサ素子１０の外周面のうち検知部１１より上方に嵌着されている。
さらに、検知部収納部６１の下部６１ｃには上下方向に延びるスリット状の通気孔８９が開設され、検知部収納部６１内にセンサ素子１０が収納された状態では、通気孔８９に内側からセンサ素子１０の検知部１１が臨むように配置されている。配管を流れるガスの流路に検知部収納部６１の下部６１ｃが曝されると、被測定ガスが通気孔８９から検知部収納部６１内に導入され、導入された被測定ガスがセンサ素子１０の検知部１１に接触する。検知部収納部６１の壁面は通気孔８９を残して閉塞されている。 As shown in FIG. 1, the detection unit storage unit 61 has a configuration in which a thick upper part 61 a, a middle intermediate part 61 b, and a thin lower part 61 c are sequentially connected. As shown in FIG. 4, an outer peripheral groove 87 into which the third seal ring 86 is fitted is provided on the outer peripheral surface of the upper portion 61 a of the detection unit storage unit 61. As shown in FIG. 1, when the detection unit accommodation portion 61 is attached to the attachment hole 93 of the attachment target body, the gap between the inner peripheral surface of the attachment target body attachment hole 93 and the outer peripheral surface of the detection portion storage portion 61 is between The third seal ring 86 provides a seal.
Further, a step portion 88 is provided on the inner peripheral surface of the intermediate portion 61b of the detection portion storage portion 61, and the lower side with the step portion 88 as a boundary is reduced in diameter from the upper side. A holding member 41 that holds the sensor element 10 is held against the stepped portion 88 from above, and thereby the sensor element 10 is held in a state of being positioned in the vertical direction in the detection portion storage portion 61. The holding member 41 is a ceramic ring member made of alumina, and is fitted on the outer peripheral surface of the sensor element 10 above the detection unit 11.
Further, a slit-like vent hole 89 extending in the vertical direction is formed in the lower portion 61c of the detection unit storage unit 61. When the sensor element 10 is stored in the detection unit storage unit 61, a sensor is provided in the ventilation hole 89 from the inside. It arrange | positions so that the detection part 11 of the element 10 may face. When the lower part 61c of the detection unit storage unit 61 is exposed to the gas flow path flowing through the pipe, the measurement gas is introduced into the detection unit storage unit 61 from the vent 89, and the introduced measurement gas is introduced into the sensor element 10. The detection part 11 is contacted. The wall surface of the detection unit storage unit 61 is closed except for the vent hole 89.

また、検知部収納部６１とセンサ素子１０との間で、且つ保持部材４１の上方には硬化部４２が設けられている。硬化部４２は、例えば、アルミナ、具体的にはアルミナセメントの硬化体を挙げることができる。また、アルミナは非導電性であるため、センサ素子１０と電気的に干渉することがなく、ガスセンサの機能を良好に発揮させることができる。
さらに、検知部収納部６１とセンサ素子１０との間で、且つ回路基板２０に近い、保持部材４１及び硬化部４２の上方には封止部４３が設けられ、この封止部４３によってセンサ素子１０の上端部が気密に封止されている。封止部４３は、耐熱性を有する絶縁樹脂からなるのが好ましく、例えば、エポキシ樹脂やフッ素ゴムからなり得る。また、封止部４３は、エポキシ樹脂及びフッ素ゴムの両方によって構成してもよい。このように封止部４３がセンサ素子１０の上端部を封止することにより、検知部収納部６１から回路基板収納部６２に水が移動するのを防止し、回路基板２０に水が接触するのを防ぐことができる。 Further, a curing unit 42 is provided between the detection unit storage unit 61 and the sensor element 10 and above the holding member 41. The hardening part 42 can mention the hardening body of an alumina, specifically, an alumina cement, for example. In addition, since alumina is non-conductive, it does not interfere electrically with the sensor element 10, and the function of the gas sensor can be exhibited well.
Further, a sealing portion 43 is provided between the detection portion storage portion 61 and the sensor element 10 and above the holding member 41 and the curing portion 42, which is close to the circuit board 20, and the sealing portion 43 provides a sensor element. The upper end of 10 is hermetically sealed. The sealing portion 43 is preferably made of an insulating resin having heat resistance, and can be made of, for example, an epoxy resin or fluororubber. Moreover, you may comprise the sealing part 43 by both an epoxy resin and fluororubber. In this way, the sealing portion 43 seals the upper end portion of the sensor element 10, thereby preventing water from moving from the detection portion storage portion 61 to the circuit board storage portion 62, so that water contacts the circuit board 20. Can be prevented.

次に、本発明の特徴部分である、閾値判定手段２０Ｃによる閾値判定、及びヒータ通電制御手段２０Ｂによるヒータ通電制御処理について、図５〜図７を参照して説明する。図６は閾値判定手段２０Ｃによるヒータへの通電の可否情報の生成のフローチャート、図７はヒータ通電制御処理のフローチャートである。
図５に示すように、閾値判定手段２０Ｃは、回路温度検出回路２０Ｃ１、ＯＮ→ＯＦＦ閾値、ＯＦＦ→ＯＮ閾値、及び閾値比較回路（コンパレータ）２０Ｃ２を有している。回路温度検出回路２０Ｃ１は、温度センサ２５から回路基板２０の温度を表す信号（電圧信号）を検出し、閾値比較回路２０Ｃ２に出力する。ＯＮ→ＯＦＦ閾値は、回路基板２０の温度が第１閾値を超えたときにヒータ２００への通電を停止する温度値であり、詳細には、当該温度値に対応する電圧値が閾値比較回路２０Ｃ２に出力される。ＯＦＦ→ＯＮ閾値は、回路基板２０の温度が第２閾値未満になったときにヒータへの通電を許容する温度値であり、詳細には、当該温度値に対応する電圧値が閾値比較回路２０Ｃ２に出力される。なお、ＯＦＦ→ＯＮ閾値は、ＯＮ→ＯＦＦ閾値（例えば、１４５℃）より低い温度であり、ＯＦＦ→ＯＮ閾値を、回路基板２０上の各種電子部品２１の動作定格温度（例えば、１５０℃）より低温（例えば、ＯＦＦ→ＯＮ閾値＝１４０℃）に設定するとよい。
又、ＯＦＦ→ＯＮ閾値とＯＮ→ＯＦＦ閾値は同じ値であってもよいが、両閾値が同じ値である場合には、閾値の前後でヒータ２００への通電のＯＮ、ＯＦＦが頻繁に切り替わり、ヒータ２００への通電制御が不安定になることがあるが、上述のように温度の異なる２つの値を第１、第２閾値に設定することで、かかる不具合を防止できる。 Next, threshold determination by the threshold determination unit 20C and heater energization control processing by the heater energization control unit 20B, which are features of the present invention, will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a flowchart for generating information on whether or not the heater can be energized by the threshold determination means 20C, and FIG.
As shown in FIG. 5, the threshold determination means 20C includes a circuit temperature detection circuit 20C1, an ON → OFF threshold, an OFF → ON threshold, and a threshold comparison circuit (comparator) 20C2. The circuit temperature detection circuit 20C1 detects a signal (voltage signal) representing the temperature of the circuit board 20 from the temperature sensor 25, and outputs the signal to the threshold comparison circuit 20C2. The ON → OFF threshold value is a temperature value at which energization to the heater 200 is stopped when the temperature of the circuit board 20 exceeds the first threshold value. Specifically, the voltage value corresponding to the temperature value is a threshold value comparison circuit 20C2. Is output. The OFF → ON threshold value is a temperature value that allows energization of the heater when the temperature of the circuit board 20 becomes less than the second threshold value. Specifically, the voltage value corresponding to the temperature value is a threshold value comparison circuit 20C2. Is output. The OFF → ON threshold is a temperature lower than the ON → OFF threshold (for example, 145 ° C.), and the OFF → ON threshold is lower than the operating rated temperature (for example, 150 ° C.) of various electronic components 21 on the circuit board 20. It may be set to a low temperature (for example, OFF → ON threshold = 140 ° C.).
Also, the OFF → ON threshold and the ON → OFF threshold may be the same value, but when both thresholds are the same value, ON / OFF of the power supply to the heater 200 is frequently switched before and after the threshold, Although energization control to the heater 200 may become unstable, such a problem can be prevented by setting the two values having different temperatures as the first and second threshold values as described above.

そして、図６に示すように、閾値比較回路２０Ｃ２は、まずヒータ２００への通電の可否情報として、「H_Enable」に「偽（False）」をセットする（ステップＳ２）。「H_Enable」は真の場合にヒータ２００への通電を許容し、偽の場合に通電を停止するフラグである。次に、閾値比較回路２０Ｃ２は、回路基板２０の温度がＯＦＦ→ＯＮ閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４で「Ｎｏ」であればステップＳ２に戻る。ステップＳ４で「Ｙｅｓ」であれば、閾値比較回路２０Ｃ２は、「H_Enable」に「真（True）」をセットする（ステップＳ６）。次に、閾値比較回路２０Ｃ２は、回路基板２０の温度がＯＮ→ＯＦＦ閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ８）。ステップＳ８で「Ｎｏ」であればステップＳ２に戻る。ステップＳ８で「Ｙｅｓ」であればステップＳ８に戻る。
このようにして、回路基板２０の温度がＯＦＦ→ＯＮ閾値未満である限り「H_Enable」に「真（True）」がセットされ、回路基板２０の温度がＯＦＦ→ＯＮ閾値を超えると「H_Enable」に「偽（False）」がセットされる。
そして、「H_Enable」の値は、所定のタイミング毎にヒータ制御回路２０Ｂ３に出力される。 Then, as shown in FIG. 6, the threshold comparison circuit 20C2 first sets “False” to “H_Enable” as information on whether or not the heater 200 can be energized (step S2). “H_Enable” is a flag that allows energization of the heater 200 when true and stops energization when false. Next, the threshold value comparison circuit 20C2 determines whether or not the temperature of the circuit board 20 is less than the OFF → ON threshold value (step S4). If “No” in the step S4, the process returns to the step S2. If “Yes” in step S4, the threshold comparison circuit 20C2 sets “True” to “H_Enable” (step S6). Next, the threshold value comparison circuit 20C2 determines whether or not the temperature of the circuit board 20 is less than the ON → OFF threshold value (step S8). If “No” in the step S8, the process returns to the step S2. If “Yes” in the step S8, the process returns to the step S8.
In this way, “H_Enable” is set to “True” as long as the temperature of the circuit board 20 is lower than the OFF → ON threshold, and “H_Enable” is set when the temperature of the circuit board 20 exceeds the OFF → ON threshold. “False” is set.
The value “H_Enable” is output to the heater control circuit 20B3 at every predetermined timing.

次に、図７に示すように、ヒータ通電制御手段２０Ｂによりヒータ通電制御処理が行われる。まず、ヒータ制御回路２０Ｂ３は、閾値比較回路２０Ｃ２から受信した「H_Enable」の値が真（True）であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０で「偽（False）」であればステップＳ３８の処理に移行し、Ｄｕｔｙ計算タイミングが経過したか否かを判定する。このように、ヒータ制御回路２０Ｂ３は、ステップＳ２０で「H_Enable」の値が「偽（False）」であると判定されると、Ｓ２２〜Ｓ３６の処理をスキップすることで、実効電圧狙い値を計算せず、且つ、ヒータドライバ２０Ｂ４自身の駆動を行わないようにして、ヒータ２００への通電を停止する処理（抑制処理）を実行する。一方、ステップＳ２０で「真（True）」であれば、センサ温度検出回路２０Ａ２は酸素濃度検出セル１３０の内部抵抗Ｒpvsの検出を通じてセンサ温度を検出する（ステップＳ２２）。
続いて、温度狙い値切替回路２０Ｂ１は、ＥＣＵ９９からアイドルストップ信号を受信したか否かを判断する（ステップＳ２４）。ここで、アイドルストップ信号は、自動車が信号待ち等の所定の自動停止条件で停止した（アイドリングストップ）ことを示す信号である。自動停止条件としては、（１）車速が０ｋｍ／ｈであること、（２）アクセルペダルの踏み込み量が０であること、（３）ブレーキペダルの踏み込みが有ること、を全て満たすという条件を例示することができるが、この例に限られない。又、アイドリングストップでは、エンジン（内燃機関）への空気の吸入や、排ガスの排出も停止される。 Next, as shown in FIG. 7, heater energization control processing is performed by the heater energization control means 20B. First, the heater control circuit 20B3 determines whether or not the value of “H_Enable” received from the threshold comparison circuit 20C2 is true (step S20). If “False” in step S20, the process proceeds to step S38 to determine whether the duty calculation timing has elapsed. As described above, when the heater control circuit 20B3 determines that the value of “H_Enable” is “false” in step S20, the heater control circuit 20B3 calculates the effective voltage target value by skipping the processing of S22 to S36. Without performing the driving of the heater driver 20B4 itself, a process (suppression process) for stopping energization of the heater 200 is executed. On the other hand, if “True” in step S20, the sensor temperature detection circuit 20A2 detects the sensor temperature through the detection of the internal resistance Rpvs of the oxygen concentration detection cell 130 (step S22).
Subsequently, the temperature target value switching circuit 20B1 determines whether or not an idle stop signal has been received from the ECU 99 (step S24). Here, the idle stop signal is a signal indicating that the automobile has stopped under a predetermined automatic stop condition such as waiting for a signal (idling stop). Examples of the automatic stop condition include a condition that (1) the vehicle speed is 0 km / h, (2) the accelerator pedal is depressed by 0, and (3) the brake pedal is depressed. However, the present invention is not limited to this example. In idling stop, the intake of air into the engine (internal combustion engine) and the exhaust of exhaust gas are also stopped.

そして、ステップＳ２４で「Ｎｏ」であれば、温度狙い値切替回路２０Ｂ１は、ＥＥＰＲＯＭ２７から第１温度の値を取得する（ステップＳ２６）。一方、ステップＳ２４で「Ｙｅｓ」であれば、温度狙い値切替回路２０Ｂ１は、ＥＥＰＲＯＭ２７から第２温度の値を取得する（ステップＳ２８）。
ここで、「第１温度」は、内燃機関がアイドリングストップ等の所定の自動停止条件で停止していない、つまり、内燃機関が通常運転をしている場合のガスセンサの制御温度（目標温度）であり、例えば８００℃程度に設定され、固体電解質体を活性化させて特定ガス（酸素）の濃度検知を精度良く行えるようになっている。一方、「第２温度」は、内燃機関がアイドリングストップ等の所定の自動停止条件で停止している場合のガスセンサの制御温度（目標温度）であり、第１温度より低温（例えば６００℃）に設定されている。第２温度は、アイドリングストップ等が解除されて内燃機関の通常運転に移行した時に、ガスセンサをすぐに第１温度に昇温して被測定ガスの検知を迅速に行えるよう、センサ素子１０を予熱状態で待機できる温度に設定される。又、第２温度は、アイドリングストップ等で内燃機関への空気の吸入や、排ガスの排出が停止され、ガスセンサ周囲の気体の流れも停止して熱がこもった状態でヒータへの通電が維持されても、センサ素子１０から回路基板２０への受熱を低減できる温度に設定される。
なお、第１温度及び第２温度が、特許請求の範囲の「ヒータを通電制御するためのパラメータ」に相当する。 If “No” in step S24, the temperature target value switching circuit 20B1 acquires the value of the first temperature from the EEPROM 27 (step S26). On the other hand, if “Yes” in the step S24, the temperature target value switching circuit 20B1 acquires the value of the second temperature from the EEPROM 27 (step S28).
Here, the “first temperature” is the control temperature (target temperature) of the gas sensor when the internal combustion engine is not stopped under a predetermined automatic stop condition such as idling stop, that is, the internal combustion engine is operating normally. For example, it is set to about 800 ° C., and the concentration of the specific gas (oxygen) can be accurately detected by activating the solid electrolyte body. On the other hand, the “second temperature” is a control temperature (target temperature) of the gas sensor when the internal combustion engine is stopped under a predetermined automatic stop condition such as idling stop, and is lower than the first temperature (for example, 600 ° C.). Is set. The second temperature preheats the sensor element 10 so that the gas sensor can be immediately heated to the first temperature and detection of the gas to be measured can be performed quickly when the idling stop or the like is canceled and the internal combustion engine is shifted to normal operation. It is set to a temperature at which it can stand by In addition, the second temperature is such that the intake of air into the internal combustion engine and the exhaust gas discharge are stopped by idling stop or the like, the flow of gas around the gas sensor is stopped, and the heater is kept energized in a state where heat is accumulated. However, it is set to a temperature at which heat reception from the sensor element 10 to the circuit board 20 can be reduced.
The first temperature and the second temperature correspond to “a parameter for controlling energization of the heater” in the claims.

次に、実効電圧狙い値計算回路２０Ｂ２は、ステップＳ２２でセンサ温度検出回路２０Ａ２が取得したセンサ温度と、ステップＳ２６又はＳ２８で温度狙い値切替回路２０Ｂ１が取得したセンサ素子１０の目標温度（第１温度又は第２温度）とに基づき、センサ素子１０を目標温度に制御（維持）するためのヒータ２００の実効電圧（通電量）を計算する（ステップＳ３０）。
次に、ヒータ制御回路２０Ｂ３は、ヒータ２００に接続されるバッテリの電源電圧を検出し（ステップＳ３２）、実効電圧狙い値計算回路２０Ｂ２で演算された実効電圧が得られるよう、ヒータ２００に印加する電圧の電圧波形のデューティ比を算出する（ステップＳ３４）。そして、ヒータ制御回路２０Ｂ３は、このデューティ比を有するパルス駆動信号（１周期分のパルス駆動信号）をヒータドライバ２０Ｂ４へ出力し（ステップＳ３６）、ヒータドライバ２０Ｂ４は、デューティ比に応じた電圧（実効電圧）をヒータ２００に印加し、ヒータ２００の通電制御を行う。 Next, the effective voltage target value calculation circuit 20B2 acquires the sensor temperature acquired by the sensor temperature detection circuit 20A2 in step S22, and the target temperature (first value) of the sensor element 10 acquired by the temperature target value switching circuit 20B1 in step S26 or S28. Based on the temperature or the second temperature), the effective voltage (energization amount) of the heater 200 for controlling (maintaining) the sensor element 10 at the target temperature is calculated (step S30).
Next, the heater control circuit 20B3 detects the power supply voltage of the battery connected to the heater 200 (step S32), and applies it to the heater 200 so that the effective voltage calculated by the effective voltage target value calculation circuit 20B2 is obtained. The duty ratio of the voltage waveform of the voltage is calculated (step S34). Then, the heater control circuit 20B3 outputs a pulse drive signal (pulse drive signal for one cycle) having this duty ratio to the heater driver 20B4 (step S36), and the heater driver 20B4 outputs a voltage (effective) according to the duty ratio. Voltage) is applied to the heater 200, and energization control of the heater 200 is performed.

以上説明したように、本発明の実施形態に係るガスセンサによれば、回路基板２０の温度が第１閾値に相当するＯＮ→ＯＦＦ閾値を超えると、ヒータ通電制御手段２０Ｂがヒータ２００への通電を停止するのでセンサ素子１０がそれ以上加熱されることがなく、センサ素子１０から回路基板２０に熱が伝わって回路基板２０上の各電子部品の動作定格温度を超えて回路基板が動作不良となることを防止できる。つまり、ヒータ２００を有するセンサ素子１０と回路基板２０とを同一の筐体部６０に収容したガスセンサにおいて、回路基板２０の過熱を有効に防止することができる。
又、本発明の実施形態に係るガスセンサを、内燃機関に設けられた配管に取り付けると共に、内燃機関が信号待ち等の所定の自動停止条件で停止した場合に、ヒータ通電制御手段２０Ｂが第１温度より低く、且つ、第１閾値としてのＯＮ→ＯＦＦ閾値に対応する温度よりも高い第２温度にセンサ素子１０の温度を維持するようヒータ２００を通電制御すれば、当該内燃機関の停止状態でガスセンサ周囲に熱がこもっても、ヒータによるセンサ素子１０の加熱が第１温度より少なくなるので、センサ素子１０から回路基板２０への受熱を低減できる。又、センサ素子１０の加熱を完全に停止せずに予熱状態で待機できるので、当該内燃機関の停止状態が解除されて通常運転に移行した時に、ガスセンサをすぐに第１温度に昇温して特定ガス（酸素）の濃度検知を迅速に行える。
なお、このようにセンサ素子１０の温度を第１温度及び第２温度に維持する際、第１温度及び第２温度（ヒータを通電制御するためのパラメータ）をＥＥＰＲＯＭ２７等の不揮発性の半導体メモリに記録すると、ガスセンサを使用するユーザの要求仕様やセンサ種別に応じたパラメータの変更が容易となって汎用性が向上するが、この不揮発性の半導体メモリはデータを電荷として記録する（電気信号で書き込み可能である）ため、熱によりデータが消去され易い。従って、このように、データを電荷として記録する不揮発性の半導体メモリを用いる回路基板２０において、本発明はさらに有効となる。 As described above, according to the gas sensor according to the embodiment of the present invention, when the temperature of the circuit board 20 exceeds the ON → OFF threshold corresponding to the first threshold, the heater energization control unit 20B energizes the heater 200. Since the sensor element 10 is stopped, the sensor element 10 is not further heated, and heat is transferred from the sensor element 10 to the circuit board 20, exceeding the rated operating temperature of each electronic component on the circuit board 20, causing the circuit board to malfunction. Can be prevented. That is, overheating of the circuit board 20 can be effectively prevented in the gas sensor in which the sensor element 10 having the heater 200 and the circuit board 20 are accommodated in the same casing 60.
In addition, when the gas sensor according to the embodiment of the present invention is attached to a pipe provided in the internal combustion engine and the internal combustion engine is stopped under a predetermined automatic stop condition such as waiting for a signal, the heater energization control means 20B has the first temperature. If the heater 200 is energized and controlled so as to maintain the temperature of the sensor element 10 at a second temperature that is lower and higher than the temperature corresponding to the ON → OFF threshold value as the first threshold value, the gas sensor is stopped in a state where the internal combustion engine is stopped. Even if heat is trapped in the surroundings, heating of the sensor element 10 by the heater is less than the first temperature, so that heat reception from the sensor element 10 to the circuit board 20 can be reduced. Further, since the heating of the sensor element 10 can be waited in a preheated state without completely stopping, the gas sensor is immediately raised to the first temperature when the stopped state of the internal combustion engine is canceled and the normal operation is started. The concentration of specific gas (oxygen) can be detected quickly.
When the temperature of the sensor element 10 is maintained at the first temperature and the second temperature in this manner, the first temperature and the second temperature (parameters for controlling energization of the heater) are stored in the nonvolatile semiconductor memory such as the EEPROM 27. Recording makes it easy to change parameters according to the specifications required by the user who uses the gas sensor and the sensor type, improving versatility, but this non-volatile semiconductor memory records data as electric charges (writing with electric signals) Therefore, data is easily erased by heat. Therefore, the present invention is further effective in the circuit board 20 using the nonvolatile semiconductor memory that records data as electric charges.

なお、本発明は上記実施の形態に限られず、各種の変形が可能なことは言うまでもない。本実施の形態のガスセンサは、酸素ポンプセル１４０と酸素濃度検出セル１３０とを備えた２セル式のガスセンサであるが、その他のタイプのガスセンサ（１セルタイプの酸素センサや３セルタイプのＮＯｘセンサなど）に対し、本発明を適用してもよい。
また、ヒータをセンサ素子に積層した板状センサに限らず、筒状のセンサ素子の内部にヒータを挿入した筒型センサであってもよい。
また、本実施の形態では、ヒータ通電制御手段２０Ｂは、ＥＣＵ９９からアイドルストップ信号（内燃機関が所定の自動停止条件で停止したことを示す信号）を受信したが、例えば上述の自動停止条件として例示した３つの条件値（車速等）をＥＣＵ９９から受信し、ヒータ通電制御手段２０Ｂ自身がこれら条件からアイドリングストップ（内燃機関が所定の自動停止条件で停止したこと）の有無を判断してもよい。
さらに、温度センサ２５は、サーミスタ（抵抗変化型温度センサ）でもよいし、ＥＥＰＲＯＭやその他の集積回路に内蔵した半導体温度センサであってよい。また、不揮発性の半導体メモリに記録されるパラメータ（データ）は、第１温度及び第２温度に限らず、ヒータを通電制御するためのパラメータであれば何でもよく、処理手段２０Ａによる出力信号を処理するためのパラメータ（例えば、センサ信号を増幅するための増幅率）であってもよい。
データを電荷として記録する不揮発性の半導体メモリとしては、上記したＥＥＰＲＯＭの他、（例えば、フラッシュメモリ）であってもよい。 Needless to say, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. The gas sensor of the present embodiment is a two-cell type gas sensor including an oxygen pump cell 140 and an oxygen concentration detection cell 130, but other types of gas sensors (such as a one-cell type oxygen sensor and a three-cell type NOx sensor) ), The present invention may be applied.
Further, the sensor is not limited to the plate sensor in which the heater is stacked on the sensor element, but may be a cylindrical sensor in which the heater is inserted into the cylindrical sensor element.
Further, in the present embodiment, the heater energization control unit 20B receives an idle stop signal (a signal indicating that the internal combustion engine has stopped under a predetermined automatic stop condition) from the ECU 99. The three condition values (vehicle speed, etc.) may be received from the ECU 99, and the heater energization control means 20B itself may determine whether or not there is an idling stop (the internal combustion engine has been stopped under a predetermined automatic stop condition) from these conditions.
Further, the temperature sensor 25 may be a thermistor (resistance change type temperature sensor), or may be a semiconductor temperature sensor built in an EEPROM or other integrated circuit. The parameter (data) recorded in the non-volatile semiconductor memory is not limited to the first temperature and the second temperature, but may be any parameter for controlling energization of the heater, and the output signal from the processing means 20A is processed. Parameter (for example, an amplification factor for amplifying the sensor signal).
The nonvolatile semiconductor memory that records data as electric charge may be a flash memory other than the above-described EEPROM.

さらに、上記実施の形態では、図７におけるステップＳ２０で「偽（False）」であればステップＳ２０に戻り、ヒータ制御回路２０Ｂ３は、実効電圧狙い値を計算せず、且つ、ＰＷＭ出力を実施することなく、ヒータドライバ２０Ｂ４自身の駆動を行わない抑制処理を実行したが、抑制処理はこれに限定されない。具体的には、ステップＳ２０で「偽（False）」であれば、当該ステップＳ２０で「真（True）」と判定されるまで、回路基板２０の温度が第１閾値としてのＯＮ→ＯＦＦ閾値未満となるようにヒータ２００への通電を強制的に制御する処理（抑制処理）を実行するようにしてもよい。このヒータ２００への通電を強制的に制御するにあたっては、ガスセンサの制御温度（目標温度）をＯＮ→ＯＦＦ閾値未満の値に設定して、ヒータ２００に印加する電圧の電圧波形のデューティ比を算出してヒータ２００を通電制御してもよいし、回路基板２００の温度がＯＮ→ＯＦＦ閾値を超えないように設定された一定のデューティ比のもと、ヒータ２００を通電制御するようにしてもよい。 Furthermore, in the above embodiment, if “false” is determined in step S20 in FIG. 7, the process returns to step S20, and the heater control circuit 20B3 does not calculate the effective voltage target value and performs PWM output. However, although the suppression process which does not drive heater driver 20B4 itself was performed, the suppression process is not limited to this. Specifically, if “false” is determined in step S20, the temperature of the circuit board 20 is less than the ON → OFF threshold value as the first threshold value until “true” is determined in step S20. A process for forcibly controlling the energization of the heater 200 (a suppression process) may be executed. When the energization of the heater 200 is forcibly controlled, the control temperature (target temperature) of the gas sensor is set to a value less than the ON → OFF threshold value, and the duty ratio of the voltage waveform of the voltage applied to the heater 200 is calculated. Then, the heater 200 may be energized, or the heater 200 may be energized under a constant duty ratio set so that the temperature of the circuit board 200 does not exceed the ON → OFF threshold. .

１０センサ素子
１１検知部
２０回路基板
２０Ａ処理手段
２０Ｂヒータ通電制御手段
２０Ｃ閾値判定手段
２５温度センサ
２７不揮発性の半導体メモリ
６０筐体部
１０５、１０９固体電解質体
１０４ａ、１０６ａ、１０８ａ、１１０ａ一対の電極
２００ヒータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sensor element 11 Detection part 20 Circuit board 20A Processing means 20B Heater energization control means 20C Threshold determination means 25 Temperature sensor 27 Non-volatile semiconductor memory 60 Housing | casing part 105, 109 Solid electrolyte body 104a, 106a, 108a, 110a A pair of electrode 200 heater

Claims

固体電解質体及び該固体電解質体上に形成された一対の電極を備え、特定ガスの濃度を検知する検知部と、前記検知部を加熱するヒータとを有するセンサ素子と、
前記センサ素子からの出力信号を処理する処理手段、及び、前記センサ素子による前記特定ガスの濃度の検知期間に前記センサ素子の温度を第１温度に維持するよう前記ヒータを通電制御するヒータ通電制御手段が実装された回路基板と、
前記センサ素子と前記回路基板とを収容する筐体部と、を備えたガスセンサであって、
前記回路基板には、当該回路基板の温度を測定する温度センサと、前記温度センサにて測定された前記回路基板の温度が閾値を超えたか否かを判定する閾値判定手段とが実装されており、
前記ヒータ通電制御手段は、前記閾値判定手段によって前記回路基板の温度が前記閾値を超えたと判定されたとき、前記ヒータへの通電を停止する処理、または、前記回路基板の温度が前記閾値未満となるように前記ヒータへの通電を強制的に制御する処理のいずれかからなる抑制処理を実行するガスセンサ。 A sensor element comprising a solid electrolyte body and a pair of electrodes formed on the solid electrolyte body, and having a detection unit for detecting the concentration of a specific gas, and a heater for heating the detection unit;
Processing means for processing an output signal from the sensor element, and heater energization control for controlling energization of the heater so as to maintain the temperature of the sensor element at the first temperature during the period of detection of the concentration of the specific gas by the sensor element A circuit board on which means are mounted;
A gas sensor comprising: a housing portion that houses the sensor element and the circuit board;
The circuit board is mounted with a temperature sensor that measures the temperature of the circuit board, and threshold determination means that determines whether or not the temperature of the circuit board measured by the temperature sensor exceeds a threshold. ,
The heater energization control unit is configured to stop energization of the heater when the threshold determination unit determines that the temperature of the circuit board exceeds the threshold, or the temperature of the circuit board is less than the threshold. The gas sensor which performs the suppression process which consists of either of the process which controls the electricity supply to the said heater compulsorily so that it may become.

前記閾値判定手段によって前記回路基板の温度が前記第１閾値を超えたと判定された後に第２閾値を下回ったと判定されたとき、前記ヒータ通電制御手段は、前記抑制処理を解除した前記ヒータへの通電制御を再開する請求項１記載のガスセンサ。 When it is determined that the temperature of the circuit board has fallen below the second threshold after the threshold determination means determines that the temperature of the circuit board has exceeded the first threshold, the heater energization control means The gas sensor according to claim 1, wherein energization control is resumed.

前記ガスセンサは内燃機関に設けられた配管に取り付けられ、
前記ヒータ通電制御手段は、運転されていた前記内燃機関が所定の自動停止条件を満たして停止した場合に、前記第１温度より低く、且つ、前記第１閾値に対応する温度よりも高い第２温度に前記センサ素子の温度を維持するよう前記ヒータを通電制御する請求項１又は２記載のガスセンサ。 The gas sensor is attached to a pipe provided in the internal combustion engine,
The heater energization control means has a second lower temperature than the first temperature and higher than the temperature corresponding to the first threshold when the operated internal combustion engine stops after satisfying a predetermined automatic stop condition. The gas sensor according to claim 1, wherein the heater is energized to maintain the temperature of the sensor element at a temperature.

前記回路基板はさらに、前記処理手段による前記出力信号を処理するためのパラメータ、及び／又は前記ヒータ通電制御手段による前記ヒータを通電制御するためのパラメータを電荷として記録する不揮発性の半導体メモリを有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスセンサ。 The circuit board further includes a nonvolatile semiconductor memory that records parameters for processing the output signal by the processing means and / or parameters for controlling energization of the heater by the heater energization control means as charges. The gas sensor according to claim 1.