氣體傳感器的加熱器控制方法和加熱器控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供氣體傳感器的加熱器控制方法和加熱器控制裝置，即使施加在加熱器的電源電壓比以往高，也能夠抑制由加熱引起的施加到檢測元件的負(fù)荷，并且能夠?qū)崿F(xiàn)檢測元件的提前激活。與電源電壓比16V高的電源裝置連接，以在加熱器元件上施加了12V的電源電壓時描繪的升溫曲線為目標(biāo)，進行基于PWM控制的針對加熱器元件的通電。由于在加熱器元件上施加高電源電壓，因此PWM控制的接通時間中的每單位時間的溫度上升幅度變大。通過將PWM頻率提高到30Hz以上，從而縮短每一周期的接通時間，將每一周期的溫度上升幅度抑制得低，使得每0.1秒小于25℃。
【專利說明】氣體傳感器的加熱器控制方法和加熱器控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于對加熱器的通電進行控制的加熱器控制方法和加熱器控制裝置，該加熱器對氣體傳感器的檢測元件進行激活。
【背景技術(shù)】
[0002]公知有如下的氣體傳感器:具有檢測元件，該檢測元件具有至少一個由固體電解質(zhì)體和一對電極構(gòu)成的電池，對氧氣等特定氣體的濃度進行檢測。檢測元件在溫度上升時激活，根據(jù)被固體電解質(zhì)體隔開的兩個氣氛間的氧氣濃度差，在一對電極之間產(chǎn)生電動勢。檢測元件是通過從內(nèi)燃機排出的排氣的熱量而被加熱，而另一方面為了檢測元件的提前激活，在氣體傳感器上設(shè)置有加熱器。在加熱器上施加電源電壓，但是存在如下的問題:當(dāng)電源電壓高時每單位時間的溫度上升幅度大，對檢測元件施加負(fù)荷并產(chǎn)生裂縫等。
[0003]因此，公知有通過PWM控制來進行針對加熱器的通電的技術(shù)(例如參照專利文獻(xiàn)I)。如果通過PWM控制對施加在加熱器的有效電壓進行控制，則能夠使加熱器的溫度上升中的每單位時間的溫度上升曲線接近適當(dāng)?shù)臏囟壬仙€。因此，能夠減少針對檢測元件的負(fù)荷，并且能夠有效地確保加熱器的升溫速度。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開平9-127035號公報
[0007]另外，期望在電源電壓比以往高的車輛(例如，具有超過16V的電源電壓的車輛)上使用氣體傳感器。此時，當(dāng)設(shè)定與電源電壓一致的占空比來進行通電，以使通過PWM控制而施加到加熱器的有效電壓與以往的有效電壓相同可知，存在有可能在檢測元件上產(chǎn)生裂縫的問題。發(fā)明人研究的結(jié)果，即使PWM控制的一周期的接通時間(通電期間)比以往變短，在接通期間施加到加熱器的電壓(以下，也稱為“施加電壓”。)也比以往變高，因此可知接通期間的加熱器的溫度上升比以往急劇。針對該情況，為了減少接通期間的加熱器的溫度上升，當(dāng)降低占空比以縮短接通時間時，由于施加到加熱器的有效電壓變低，因此加熱器的溫度上升曲線比以往變得平緩，存在檢測元件的激活耗時的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于，提供如下的氣體傳感器的加熱器控制方法和加熱器控制裝置:即使施加到加熱器的電源電壓比以往高，也能夠抑制由加熱引起的施加到檢測元件的負(fù)荷，并且能夠?qū)崿F(xiàn)檢測元件的提前激活。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第I方式，提供氣體傳感器的加熱器控制方法，用于控制針對氣體傳感器的加熱器的通電，該氣體傳感器具有:氣體檢測元件，具有至少一個以上的電池，所述電池具有固體電解質(zhì)體和設(shè)置于所述固體電解質(zhì)體的一對電極；以及所述加熱器，從電源裝置施加電源電壓而發(fā)熱，對所述氣體檢測元件進行加熱而使其激活，在所述加熱器與具有比16V高的電源電壓的電源裝置連接，使用能夠?qū)⑨槍λ黾訜崞鞯碾娫措妷旱氖┘忧袚Q到通電或非通電的狀態(tài)的開關(guān)單元，以30Hz以上的PWM頻率對針對所述加熱器的通電進行PWM控制時，將小于100%且使每0.1秒所述加熱器的溫度變化小于25°C的占空比設(shè)定到所述開關(guān)單元而進行所述PWM控制，以使施加在所述加熱器的有效值成為對于所述加熱器預(yù)先設(shè)定的施加電壓值。
[0010]對于所述加熱器預(yù)先設(shè)定的施加電壓值是指使得從常溫到成為能夠檢測的溫度的時間小于15秒并且有效電壓值為小于16V的電壓值。
[0011]根據(jù)第I方式的氣體傳感器的加熱器控制方法，將PWM頻率設(shè)定為30Hz以上。由此，能夠縮短每一周期的接通時間，即使將比16V高的電源電壓施加到加熱器，也能夠?qū)⒔油ㄆ陂g的加熱器的溫度上升幅度抑制得低。由此，如果以30Hz以上的PWM頻率、設(shè)定為加熱器的溫度變化每0.1秒小于25°C的占空比來進行PWM控制，則能夠抑制施加到檢測元件的負(fù)荷。而且，即使縮短接通時間，也能夠維持施加到加熱器的電壓的有效值，因此能夠?qū)崿F(xiàn)檢測元件的提前激活。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的第2方式，提供氣體傳感器的加熱器控制裝置，用于控制針對氣體傳感器的加熱器的通電，該氣體傳感器具有:氣體檢測元件，具有至少一個以上的電池，所述電池具有固體電解質(zhì)體和設(shè)置于所述固體電解質(zhì)體的一對電極；以及所述加熱器，從電源裝置施加電源電壓而發(fā)熱，對所述氣體檢測元件進行加熱而使其激活，所述氣體傳感器的加熱器控制裝置具有:開關(guān)單元，所述加熱器與具有比16V高的電源電壓的電源裝置連接，所述開關(guān)單元能夠?qū)⑨槍λ黾訜崞鞯碾娫措妷旱氖┘忧袚Q到通電或非通電的狀態(tài)；以及控制單元，以30Hz以上的PWM頻率對所述開關(guān)單元進行驅(qū)動，對針對所述加熱器的通電進行PWM控制，所述控制單元將小于100%且使每0.1秒所述加熱器的溫度變化小于25°C的占空比設(shè)定到所述開關(guān)單元而進行所述PWM控制，以使施加在所述加熱器的有效值成為對于所述加熱器預(yù)先設(shè)定的施加電壓值。
[0013]在第2方式的氣體傳感器的加熱器控制裝置中，將控制單元驅(qū)動開關(guān)單元的PWM頻率設(shè)定為30Hz以上。由此，能夠縮短每一周期的接通時間，即使將比16V高的電源電壓施加到加熱器，也能夠?qū)⒔油ㄆ陂g的加熱器的溫度上升幅度抑制得低。由此，如果以30Hz以上的PWM頻率、設(shè)定為使每0.1秒加熱器的溫度變化小于25°C的占空比來進行PWM控制，則能夠抑制施加到檢測元件的負(fù)荷。而且，即使縮短了接通時間，也能夠維持施加到加熱器的電壓的有效值，因此能夠?qū)崿F(xiàn)檢測元件的提前激活。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是示出具有加熱器元件7的全范圍空燃比傳感器2和傳感器控制裝置I的電結(jié)構(gòu)的框圖。
[0015]圖2是示出加熱器元件7的溫度上升與通電時間之間的關(guān)系的升溫曲線的曲線圖。
[0016]圖3是說明以電源電壓16V、PWM頻率IOHz來對加熱器元件7進行了通電時的溫度變化的圖。
[0017]圖4是說明以電源電壓32V、PWM頻率IOHz來對加熱器元件7進行了通電時的溫度變化的圖。
[0018]圖5是說明以電源電壓32V、PWM頻率IOOHz來對加熱器元件7進行了通電時的溫度變化的圖。
【具體實施方式】
[0019]以下，參照附圖對具體化了本發(fā)明的氣體傳感器的加熱器控制方法和加熱器控制裝置的一實施方式進行說明。首先，參照圖1，作為加熱器控制裝置的一例，舉出對全范圍空燃比傳感器2的驅(qū)動進行控制的傳感器控制裝置1，對其電結(jié)構(gòu)進行說明。
[0020]圖1所示的傳感器控制裝置I是搭載在車輛上的電子控制單元(E⑶)，與全范圍空燃比傳感器2電連接。本實施方式中的氣體傳感器，將輸出值(檢測信號的值)根據(jù)從發(fā)動機排出的排氣中含有的氧氣濃度而線性地變化的、所謂的全范圍空燃比傳感器2作為其一例。另外，對于全范圍空燃比傳感器2使用公知的傳感器，因此省略對其構(gòu)造等的詳細(xì)說明，以下對其示意性結(jié)構(gòu)進行說明。
[0021]全范圍空燃比傳感器2具有如下構(gòu)造:在未圖示的殼體內(nèi)保持了構(gòu)成細(xì)長且長條的板狀的傳感器元件5。從全范圍空燃比傳感器2抽出用于取出該傳感器元件5輸出的信號的信號線，與傳感器控制裝置I電連接，該傳感器控制裝置I安裝在與全范圍空燃比傳感器2分開的位置。
[0022]如公知那樣，傳感器元件5是如下的元件:用于檢測排氣中的氧氣濃度的氣體檢測元件6、和用于對氣體檢測元件6進行加熱的加熱器元件7成為一體。氣體檢測元件6內(nèi)置有在以氧化鋯為主體并具有氧離子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)體的兩面形成了以Pt為主體的電極的兩種類的電池(Vs電池61、Ip電池62)。氣體檢測元件6構(gòu)成為如下構(gòu)造:層壓上述Vs電池61和Ip電池62并形成能夠?qū)肱艢獾淖鳛樾∈业臍怏w檢測室(未圖示)，在該氣體檢測室內(nèi)分別露出兩電池的一個電極。該兩電池的一個電極彼此導(dǎo)通，經(jīng)由未圖示的信號線與傳感器控制裝置I具有的ASIC20 (后述)的COM端口連接。另外，Vs電池61的另一個電極是作為在對導(dǎo)入到上述氣體檢測室內(nèi)的排氣中的氧氣濃度進行檢測時成為基準(zhǔn)的氧氣基準(zhǔn)電極來發(fā)揮功能，經(jīng)由未圖示的信號線與ASIC20的Vs+端口連接。并且，Ip電池62的另一個電極為了進行氣體檢測室內(nèi)與外氣之間的氧氣交換而被暴露于氣體檢測元件6的外氣，與ASIC20的Ip+端口電連接。
[0023]加熱器元件7對氣體檢測元件6的固體電解質(zhì)體進行加熱而實現(xiàn)提前激活，在激活之后，維持固體電解質(zhì)體的溫度而確保氣體檢測元件6的動作的穩(wěn)定性。加熱器元件7具有如下構(gòu)造:在以氧化鋁為主體的兩個絕緣基體之間，夾著以鉬為主體的發(fā)熱電阻體71而進行配置。另外，傳感器元件5的具體的構(gòu)造是公知的，在圖1中將全范圍空燃比傳感器2示出為電路結(jié)構(gòu)。
[0024]接著，對連接有全范圍空燃比傳感器2的傳感器控制裝置I的示意性的結(jié)構(gòu)進行說明。傳感器控制裝置I具有微機10、ASIC20以及加熱器控制電路30。另外，雖然未圖示，但是除此之外還具有與發(fā)動機的控制有關(guān)的各種電路(裝置)。微機10通過ASIC20和加熱器控制電路30來控制針對全范圍空燃比傳感器2的電力供給，并且能夠?qū)⑴c排氣中的氧氣濃度對應(yīng)的電流值作為電壓信號而從氣體檢測元件6獲得。
[0025]微機10是用于電子地控制汽車發(fā)動機的驅(qū)動等的裝置。微機10根據(jù)各種控制程序的執(zhí)行，對包含ASIC20的、與自身連接的各電路(裝置)進行控制，從而對燃料的噴射定時和點火時期進行控制。為此，微機10通過未圖示的信號入輸出部，將用于控制對于全范圍空燃比傳感器2的電力供給的信號，輸出到ASIC20和加熱器控制電路30。另外，微機10通過ASIC20獲取全范圍空燃比傳感器2的輸出(檢測信號)。而且，在微機10中還輸入有發(fā)動機的活塞位置和能夠檢測轉(zhuǎn)速的曲柄角、或者燃燒壓力等信息。
[0026]在該微機10上搭載有公知結(jié)構(gòu)的CPU11、R0M12以及RAM13。CPUll執(zhí)行包括上述控制的各種控制，在R0M12中存儲有用于進行這些各種控制的程序和初始值等。在RAM13中暫時存儲有在程序的執(zhí)行中使用的各種變量和標(biāo)志、計數(shù)器等。
[0027]其次，ASIC20是面向如下特定用途的集成電路:對用于進行全范圍空燃比傳感器2的驅(qū)動控制的電路進行集成而實現(xiàn)單芯片化，容易地組裝到傳感器控制裝置I。ASIC20根據(jù)從微機10輸入的信號向氣體檢測元件6供給電力，并且將氣體檢測元件6的氧氣濃度的檢測結(jié)果輸出至微機10。具體地講，在ASIC20中，在氣體檢測元件6的Vs電池61中流過微小的恒電流Icp，使氧離子向上述另一個電極側(cè)移動而積攢氧氣，作為氧氣基準(zhǔn)電極來發(fā)揮功能。另外，對在Vs電池61的一對電極之間產(chǎn)生的電動勢Vs進行檢測，進行與預(yù)先確定的基準(zhǔn)電壓(例如450mV)之間的比較。根據(jù)該比較結(jié)果，通過對在Ip電池62的一對電極之間流過的泵電流Ip的方向和大小進行控制，從而進行基于Ip電池62的氧氣向氣體檢測室的進入和氧氣從氣體檢測室的放出。另外，雖然Vs電池61、Ip電池62具有內(nèi)部電阻，但是公知該電阻值(內(nèi)部電阻值、阻抗)具有根據(jù)固體電解質(zhì)體的溫度上升而降低的特性，內(nèi)部電阻值與Vs電池61、Ip電池62的溫度之間存在預(yù)定的相關(guān)關(guān)系。ASIC20另行對Vs電池61的內(nèi)部電阻值的變化進行檢測，輸出到微機10。
[0028]加熱器控制電路30對設(shè)置于傳感器元件5上的加熱器元件7的發(fā)熱電阻體71的兩端施加來自蓄電池8的電壓Vh。詳細(xì)地講，加熱器控制電路30具有用于通過PWM控制(脈沖寬度調(diào)制控制)進行針對發(fā)熱電阻體71的通電的開關(guān)元件31 (例如晶體管)。施加到發(fā)熱電阻體71的兩端的電壓Vh的電壓波形的占空比由微機10的CPUll計算。具體地講，ASIC20檢測與Vs電池61的加熱狀態(tài)對應(yīng)的內(nèi)部電阻值，CPUll根據(jù)該內(nèi)部電阻值的變化，通過公知的運算式、或者預(yù)先制作的表，求出占空比。加熱器控制電路30將構(gòu)成與占空比對應(yīng)的電壓波形的電壓Vh加到CPUll輸出的脈沖信號并施加到發(fā)熱電阻體71。發(fā)熱電阻體71發(fā)熱，對Ip電池61和Vs電池62進行加熱。另外，作為加熱器控制電路30的開關(guān)元件31，不限于上述晶體管，也可以使用FET等。
[0029]另外，如圖2所示，公知表示在對發(fā)熱電阻體71通電時的加熱器元件7的溫度上升與通電時間之間的關(guān)系的溫度上升曲線(以下，也稱為“升溫曲線”。)描繪出與針對發(fā)熱電阻體71的電力對應(yīng)的曲線(溫度的變動方式)。為了氣體檢測元件6的提前激活，優(yōu)選增加向加熱器元件7 (發(fā)熱電阻體71)供給的電力，使加熱器元件7的溫度在更短的時間內(nèi)到達(dá)能夠激活的溫度。但是，當(dāng)短時間內(nèi)的溫度上升幅度大時，存在氣體檢測元件6產(chǎn)生裂縫或破損的問題。
[0030]在本實施方式中，作為抑制施加到固體電解質(zhì)體的負(fù)荷且能夠?qū)崿F(xiàn)氣體檢測元件6的提前激活的升溫曲線，設(shè)定對加熱器元件7施加的有效電壓成為12V的升溫曲線(以下，也稱為“12V升溫曲線”。另外，在圖2中，用虛線表示12V升溫曲線。)。但是，有時根據(jù)搭載傳感器控制裝置I的車輛，蓄電池8的電源電壓不同。因此，傳感器控制裝置I以加熱器元件7的溫度上升描繪12V升溫曲線的方式進行PWM控制。
[0031]具體地講，在本實施方式中，特別是在與電源電壓比16V高的蓄電池8連接的情況下，關(guān)于CPUll對加熱器控制電路30輸出的脈沖信號，將其PWM頻率設(shè)定為30Hz以上，例如100Hz。即，傳感器控制裝置I的CPUll以在PWM周期的一周期中通過占空比設(shè)定的定時來進行開關(guān)元件31的一次接通/斷開，將該PWM周期的一周期設(shè)為0.01秒(IOOHz的情況)，進行PWM控制。除此之外，設(shè)定為加熱器元件7的溫度變化每0.1秒小于25°C的占空t匕。通過該兩個設(shè)定，即使施加到加熱器元件7的蓄電池8的電源電壓比16V高，也能夠抑制施加到氣體檢測元件6的負(fù)荷。
[0032]以下，說明根據(jù)上述設(shè)定進行對于加熱器元件7的PWM控制的理由。另外，在向加熱器元件7施加的有效電壓成為12V時描繪的12V升溫曲線中，將開始通電并經(jīng)過了預(yù)定時間時的加熱器元件7的溫度設(shè)為TrC，將其0.1秒之后的加熱器元件7的溫度設(shè)為T2°C。
[0033]例如，考慮了如下情況:將傳感器控制裝置I與電源電壓16V的蓄電池8連接，將PWM頻率設(shè)定為IOHz，進行以12V升溫曲線為目標(biāo)設(shè)定了占空比的PWM控制。由于PWM頻率為10Hz，因此PWM周期的一周期為0.1秒。如圖3所示，CPUll通過基于Vs電池61的內(nèi)部電阻值的運算求出占空比，使得從開始通電并經(jīng)過了預(yù)定時間時起0.1秒后的加熱器元件7 (發(fā)熱電阻體71)的溫度達(dá)到T2°C。如果從通電開始起預(yù)定時間后的加熱器元件7 (發(fā)熱電阻體71)的溫度與施加了 12V的電源電壓的情況同樣為TinijCPUll以電壓有效值成為12V的方式設(shè)定占空比。此時，從O秒到P秒開關(guān)元件31接通，在加熱器元件7上施加16V，從P秒到0.1秒開關(guān)元件31斷開。加熱器元件7 (發(fā)熱電阻體71)在開關(guān)元件31接通期間(以下，也稱為“接通時間”。)通過16V電壓的施加而溫度上升IVC，在開關(guān)元件31斷開期間(以下，也稱為“斷開時間”。)通過自然冷卻而溫度降低，預(yù)定時間0.1秒后的溫度達(dá)到T2°C。
[0034]另外，對與圖3不同的、在圖2所示的12V升溫曲線中在斷開時間中也觀察到溫度上升的點進行說明。另外，在圖2中，加熱器元件7的溫度是如下測量的實測值:在加熱器元件7的表面與形成于加熱器元件7的內(nèi)部的發(fā)熱電阻體71的圖案對應(yīng)的位置處，使熱電偶接觸而配置，通過溫度檢測器進行了測量。因此，在升溫曲線中，由于溫度檢測器的分辨率，有時示出比PWM周期細(xì)的階梯狀的溫度變化。在接通期間，通過發(fā)熱電阻體71的發(fā)熱，加熱器元件7的溫度上升。之后，當(dāng)成為斷開時間時，如圖3所示發(fā)熱電阻體71的溫度降低，發(fā)熱電阻體71的溫度還是比加熱器元件7的表面的溫度高，因此加熱器元件7的溫度上升。之后，加熱器元件7的表面的溫度上升，在接近發(fā)熱電阻體71的溫度時，溫度上升幅度變小，但是加熱器元件7表面的溫度繼續(xù)上升。由此，在圖3中，雖然加熱器元件7的溫度在接通時間上升、在斷開時間下降，但這是為了便于說明，在測量了發(fā)熱電阻體71自身的溫度的情況和PWM頻率非常低的情況下有時會反映出。另一方面，在測量了加熱器元件7的表面溫度時，如圖2所示，有時在PWM周期的每一周期溫度上升幅度發(fā)生變化并持續(xù)溫度上升的狀態(tài)。
[0035]此處，發(fā)明人確認(rèn)到:在將蓄電池8的電源電壓設(shè)定為比16V高的32V，傳感器控制裝置I以12V升溫曲線為目標(biāo)進行了 PWM控制時，有時在氣體檢測元件6上裂縫或破損。
[0036]另外，如圖2所示，在12V升溫曲線中，每單位時間的溫度上升幅度根據(jù)從通電開始起經(jīng)過的時期而不同。在12V升溫曲線中，每單位時間的溫度上升幅度在通電的初期大。發(fā)明人得出了如下的結(jié)論:通過對該通電的初期中的每單位時間的溫度上升幅度進行控制，從而即使是當(dāng)對氣體檢測元件6施加負(fù)荷時容易產(chǎn)生裂縫或破損的時期、例如加熱器元件7的溫度上升的時期，也能夠抑制氣體檢測元件6的裂縫或破損。
[0037]因此，考慮了如下的情況:在傳感器控制裝置I上連接電源電壓32V的蓄電池8，將PWM頻率設(shè)定為與上述同樣的10Hz，如圖2所示，進行以12V升溫曲線為目標(biāo)設(shè)定了占空比的PWM控制。如圖4所示，PWM周期的一周期為0.1秒。由于從通電開始起經(jīng)過預(yù)定時間后的加熱器元件7 (發(fā)熱電阻體71)的溫度為T1°C，因此CPUll以施加到加熱器元件7的電壓的有效值成為12V的方式設(shè)定占空比。在加熱器元件7上從O秒到Q秒為止的接通時間施加32V，經(jīng)過從Q秒到0.1秒的斷開時間而經(jīng)過一周期。施加有32V的接通時間中的加熱器元件7 (發(fā)熱電阻體71)的溫度上升率(斜率)比電源電壓為16V的情況大。加熱器元件7 (發(fā)熱電阻體71)通過在接通時間施加32V的電壓而溫度上升Ty°C，在斷開時間通過自然冷卻而溫度降低，與上述同樣，預(yù)定時間0.1秒后的溫度達(dá)到T2°C。在PWM頻率為IOHz且電源電壓為32V時，在接通時間上升的加熱器元件7的溫度Ty°C比PWM頻率為IOHz且電源電壓為16V時在接通時間上升的溫度IVC高。
[0038]另外，在圖2中，在PWM頻率為IOHz且電源電壓為32V時(用單點劃線示出此時的升溫曲線。)，加熱器元件7的溫度上升幅度最大且為每0.1秒25.5°C。
[0039]如上所述，在與傳感器控制裝置I連接的蓄電池8的電源電壓為32V時，由于PWM頻率為10Hz，因此接通期間的溫度上升Ty°C，是比較高的，容易對氣體檢測元件6施加負(fù)荷。其結(jié)果，存在在氣體檢測元件6上產(chǎn)生裂縫或破損的問題。
[0040]并且，在蓄電池8的電源電壓比16V高的32V時的PWM控制中，傳感器控制裝置I為了抑制在以12V升溫曲線為目標(biāo)時施加到固體電解質(zhì)體的負(fù)荷，考慮減少向加熱器元件7供給的電力。但是，當(dāng)通過電力的減少而加熱器元件7的溫度上升變慢時，會對氣體檢測元件6的提前激活產(chǎn)生影響。因此發(fā)明人關(guān)注PWM頻率，考慮通過提高PWM頻率來抑制每一周期的溫度上升幅度，并實現(xiàn)氣體檢測元件6的提前激活。
[0041]考慮了如下的情況:將傳感器控制裝置I與電源電壓32V的蓄電池8連接，將PWM頻率設(shè)定為100Hz，進行以12V升溫曲線為目標(biāo)設(shè)定了占空比的PWM控制。如圖5所示，PWM周期的一周期為0.01秒。由于從通電開始起經(jīng)過預(yù)定時間之后的加熱器元件7 (發(fā)熱電阻體71)的溫度為T1°C，因此CPUll以施加到加熱器元件7的電壓的有效值成為12V的方式設(shè)定占空比。在加熱器元件7上在從O秒到R秒的接通時間施加32V，經(jīng)過從R秒到0.1秒的斷開時間而經(jīng)過一周期。施加32V的接通時間中的加熱器元件7 (發(fā)熱電阻體71)的溫度上升率(斜率)與圖4的情況相同，比電源電壓為16V的情況大。加熱器元件7通過在接通時間施加32V的電壓而溫度上升IVC，在斷開時間通過自然冷卻而溫度降低。將這種溫度上升和下降重復(fù)進行10周期，加熱器元件7與上述同樣預(yù)定時間0.1秒后的溫度達(dá)到T2°C。在PWM頻率為IOOHz且電源電壓為32V的情況下在接通時間上升的加熱器元件7的溫度Tz V比在PWM頻率為IOHz且電源電壓為32V的情況下在接通時間上升的溫度Ty °C低。
[0042]另外，在圖2中，在PWM頻率為IOOHz且電源電壓為32V時(用實線示出此時的升溫曲線。)，加熱器元件7的溫度上升幅度最大且為每0.1秒18.3°C。
[0043]如上所述，在與傳感器控制裝置I連接的蓄電池8的電源電壓為32V時，通過將PWM頻率設(shè)為IOOHz，使接通期間的溫度上升IVC，是比較低的。在上述電源電壓為32V且PWM頻率為IOHz的情況下，與Ty°C的溫度上升相比確實降低，其結(jié)果，在氣體檢測元件6上很難施加負(fù)荷，能夠抑制裂縫或破損。[0044]也就是說，如果將PWM頻率設(shè)定得高，并縮短PWM頻率的一周期的時間，則還能夠縮短每一周期的接通時間。因此，即使將比16V高的電源電壓施加到加熱器元件7，也能夠?qū)⒔油ㄆ陂g的加熱器的溫度上升幅度抑制得低。由此，如果與32V的蓄電池8連接，在IOOHz的PWM頻率下，設(shè)定為加熱器的溫度變化每0.1秒小于25 V的占空比而進行PWM控制，則能夠抑制施加在檢測元件上的負(fù)荷。而且，即使縮短接通時間，也能夠維持施加在加熱器的電壓的有效值。由此，如果為了氣體檢測元件6的提前激活，以12V升溫曲線為目標(biāo)控制施加在加熱器元件7的電壓的有效值而進行PWM控制，則能夠如以往那樣確保向加熱器元件7 (發(fā)熱電阻體71)供給的電力，并能夠?qū)崿F(xiàn)提前激活。
[0045]即使在電源電壓為32V時使PWM頻率為30Hz以上，并以12V升溫曲線為目標(biāo)設(shè)定占空比而進行PWM控制，在氣體檢測元件6上也沒有產(chǎn)生裂縫或破損。發(fā)明人確認(rèn)到:在蓄電池8的電源電壓比16V高時的以12V升溫曲線為目標(biāo)的PWM控制中，如果PWM頻率為30Hz以上則在氣體檢測元件6上不產(chǎn)生裂縫或破損。
[0046]另外，本發(fā)明不限定于上述實施方式，也可以在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)施加各種變更。雖然傳感器控制裝置I以汽車的ECU為例，但是也可以設(shè)置與ECU獨立的控制裝置。雖然作為氣體傳感器的一例舉出了全范圍空燃比傳感器，但是本發(fā)明也可以在具有以固體電解質(zhì)體為基體的氣體檢測元件、和對固體電解質(zhì)體進行加熱而實現(xiàn)提前激活的加熱器元件的氣體傳感器，例如氧氣傳感器、NOx傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、HC傳感器等中應(yīng)用。
[0047]另外，在本發(fā)明中，以12V升溫曲線為目標(biāo)，但并不限于此，也可以例如以IOV升溫曲線、8V升溫曲線為目標(biāo)。即，有效電壓為使從常溫到成為能夠檢測的溫度的時間小于15秒這樣的小于16V的電壓值即可。
【權(quán)利要求】
1.一種氣體傳感器的加熱器控制方法，用于控制針對氣體傳感器的加熱器的通電，該氣體傳感器具有:氣體檢測元件，具有至少一個電池，所述電池具有固體電解質(zhì)體和設(shè)置于所述固體電解質(zhì)體的一對電極；以及所述加熱器，從電源裝置施加電源電壓而發(fā)熱，對所述氣體檢測元件進行加熱而使所述氣體檢測元件激活，所述氣體傳感器的加熱器控制方法的特征在于， 在所述加熱器與具有比16V高的電源電壓的電源裝置連接，使用能夠?qū)⑨槍λ黾訜崞鞯碾娫措妷旱氖┘忧袚Q到通電或非通電的狀態(tài)的開關(guān)單元，以30Hz以上的PWM頻率對針對所述加熱器的通電進行PWM控制時， 將小于100%且使每0.1秒所述加熱器的溫度變化小于25°C的占空比設(shè)定到所述開關(guān)單元而進行所述PWM控制，以使施加在所述加熱器的有效值成為對于所述加熱器預(yù)先設(shè)定的施加電壓值。
2.一種氣體傳感器的加熱器控制裝置，用于控制針對氣體傳感器的加熱器的通電，該氣體傳感器具有:氣體檢測元件，具有至少一個電池，所述電池具有固體電解質(zhì)體和設(shè)置于所述固體電解質(zhì)體的一對電極；以及所述加熱器，從電源裝置施加電源電壓而發(fā)熱，對所述氣體檢測元件進行加熱而使所述氣體檢測元件激活，所述氣體傳感器的加熱器控制裝置的特征在于，具有: 開關(guān)單元，所述加熱器與具有比16V高的電源電壓的電源裝置連接，所述開關(guān)單元能夠?qū)⑨槍λ黾訜崞鞯碾娫措妷旱氖┘忧袚Q到通電或非通電的狀態(tài)；以及 控制單元，以30Hz以上的PWM頻率對所述開關(guān)單元進行驅(qū)動，對針對所述加熱器的通電進行PWM控制， 所述控制單元將小于100%且使每0.1秒所述加熱器的溫度變化小于25°C的占空比設(shè)定到所述開關(guān)單元而進行所述PWM控制，以使施加在所述加熱器的有效值成為對于所述加熱器預(yù)先設(shè)定的施加電壓值。
【文檔編號】G05B19/04GK104007160SQ201410067138
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月26日
【發(fā)明者】五十嵐愛, 林裕之, 照井智久, 久田薰 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會社