专利名称：气体传感器控制设备和气体传感器控制方法
技术领域：
本发明涉及用于控制诸如包括至少一个单元的气体传感器等的气体传感器的设
备和/或方法，其中该单元包括固态电解质构件和形成在该固态电解质构件上的一对电极。具体地，本发明涉及用于感测气体传感器的单元的阻抗并根据感测到的单元阻抗来控制向气体传感器的加热器供电的技术。
背景技术：
诸如氧气传感器和空燃比(air fuel ratio)传感器等的气体传感器被广泛用于机动车或其它应用设备的内燃机，以改善燃料消耗并控制燃烧。此外，随着对环境的关注以及用于限制机动车的排气排放的规定趋严，对减少排气混合物中的氮氧化物(N0x)的量的需求增大，并且该需求驱动能够直接感测NOx的浓度的NOx传感器的发展。这些气体传感器使用包括一个或多个单元的气体感测元件，其中每个单元包括诸如氧化锆(zirconia)等的氧离子导电固态电解质的固态电解质构件和形成在固态电解质构件上的一对电极。气体感测元件产生可以确定出指定气体的浓度的输出。 作为气体传感器，已知具有如下结构的用于感测被测气体的氧气浓度的全量程的空燃比传感器(也被称为UEG0传感器)该结构包括配置在被测气体通过扩散抵抗构件而被导入的测量室两侧上的两个单元(氧气浓度感测单元和氧泵单元)。此外，已知除包括这两个单元(氧气浓度感测单元和氧泵单元)以外还包括用于感测N0x浓度的单元的N0x气体传感器。 气体传感器与用于向气体传感器的单元供电的传感器驱动电路连接，并且被配置为根据单元的输出感测被测气体(气体混合物)中的指定气体的浓度。这种气体传感器包括加热器，该加热器用于将单元(单元的固态电解质构件)加热至高于或等于活性温度(activation temperature)的较高温度，以使得固态电解质构件变为氧离子导电。控制向加热器的供电，以快速激活单元并且以等于或高于活性温度的温度稳定地使单元保持为活性的。 日本专利文献(JP平10-48180A)示出一种用于感测根据单元的温度而改变的单元的阻抗(元件阻抗或单元阻抗)并通过控制向加热器的供电来控制单元的温度的温度控制系统。可以通过控制提供至加热器的电量来控制单元的温度，以使周期性感测到的单元的阻抗变为期望目标阻抗。可以通过将阻抗感测信号(或电流)输入到要感测阻抗的被监视单元来感测单元阻抗，并且可以根据响应于阻抗感测信号的被监视单元的输出(应答信号)来确定该阻抗。 如果通向被监视单元的配线由于某些故障而被断开，则由控制系统感测到的被监视单元的阻抗会过大或无限增大。结果，控制系统误判断为单元(气体传感器)是冷的，并且向加热器持续提供最大有效电压。最大有效电压的持续施加可能会反常地提高气体传感器的温度并且损坏气体传感器。因此，日本专利文献(JP 2000-121600)提出了一种用于通过监视元件阻抗的异常变化来检测诸如气体感测元件和 热器的断开态的诊断系统。
发明内容
然而，当检测到异常时，上述诊断系统禁止向加热器供电，以使得气体传感器冷却并且碳等的异物可能附着至传感器的表面(感测元件的表面)。当恢复正常状态且重新开始正常加热器控制模式时，附着至气体传感器的物质可能会妨碍气体感测元件的功能。考虑到这种问题，本发明的目的是提供诸如气体传感器控制设备和/或方法等的如下技术，该技术足以防止由于诸如配线断开等故障引起的气体传感器的不适当的过热，并且使得能够恢复正常气体传感器运行。本发明的另一 目的是提供诸如气体传感器控制设备和/或方法等的如下技术，该技术足以防止当因单元的配线断开等而检测到的气体传感器的阻抗显示过高级别这一状态继续时由于加热器的过热引起的气体传感器的不适当过热，并通过在不停止向加热器供电的情况下冷却气体传感器来防止诸如炭等异物附着至传感器的表面。
根据本发明的一方面，一种用于对用于感测指定气体的浓度的气体传感器进行控制的气体传感器控制设备，所述气体传感器包括如下单元，该单元包括固态电解质构件和形成在所述固态电解质构件上的一对电极，所述气体传感器控制设备包括加热器调节部，用于控制向包括在所述气体传感器中的加热器的通电；阻抗感测部，用于根据所述单元的输出来感测所述气体传感器的所述(被监视)单元的阻抗；阻抗状态检测部，用于检测由所述阻抗感测部感测到的所述阻抗是否大于或等于预定的异常判断阈值；电压状态检测部，用于当所述阻抗被判断为大于或等于预定的所述异常判断阈值时，检测是否最大有效电压被施加至所述加热器；持续时间测量部，用于检测向所述加热器施加所述最大有效电压的施加持续时间是否等于或大于预定的加热器过热防止时间；以及电压降低部，用于当所述施加持续时间等于或大于预定的所述加热器过热防止时间时，命令所述加热器调节部向所述加热器施加较低有效电压，所述较低有效电压小于所述最大有效电压并被设置为使所述单元的温度保持大于或等于500°C。 根据本发明的另一方面，一种用于对用于感测指定气体的浓度的气体传感器进行
控制的气体传感器控制方法，所述气体传感器包括加热器和如下单元，该单元包括固态电解质构件和形成在所述固态电解质构件上的一对电极，所述气体传感器控制方法包括阻
抗感测步骤，用于根据所述(被监视)单元的输出感测所述气体传感器的所述(被监视)单元的阻抗；阻抗状态检测步骤，用于检测由所述阻抗感测步骤感测到的所述阻抗是否大于或等于预定的异常判断阈值；电压状态检测步骤，用于当所述阻抗被判断为大于或等于预定的所述异常判断阈值时，检测是否最大有效电压被施加至所述加热器；持续时间测量步骤，用于检测向所述加热器施加所述最大有效电压的施加持续时间是否等于或大于预定的加热器过热防止时间；以及电压降低步骤，用于当所述施加持续时间等于或大于预定的所述加热器过热防止时间时，向所述加热器施加较低有效电压，所述较低有效电压小于所述最大有效电压并被设置为使所述单元的温度保持大于或等于500°C 。 根据本发明的又一方面，一种包括以下元件(部件或步骤)的部分或全部的气体传感器控制设备或方法加热器调节元件，用于向包括在用于感测指定气体的浓度的气体传感器中的加热器供电或提供电力；阻抗感测元件，用于感测所述气体传感器的(被监视)单元的阻抗；以及控制元件，其被配置为检查当所述阻抗大于或等于预定的异常判断阈值时而满足的第一状态，检查当提供至所述加热器的电力大于或等于预定的较高电力电平 时而满足的第二状态，测量当所述第一状态和所述第二状态两者同时满足时而满足的第三 状态的持续(或持续时间)，以及当所述第三状态的持续时间等于或大于预定的过热防止 时间时，将提供至所述加热器的电力或通电量从较高电力电平降低至低于所述较高电力电 平的较低电力电平。所述控制元件可以包括以下的子元件(子部件或子步骤)第一子元 件，用于检查第一状态；第二子元件，用于检查第二状态；第三子元件，用于测量第三状态 的持续时间；以及第四子元件，用于当第三状态的持续时间等于或大于预定的过热防止时 间时，将电力降低至较低电力电平。
图1是示出根据本发明实施例的形成内燃机控制系统的至少一部分的气体传感 器控制系统的示意图。 图2是示意性示出图1的气体传感器控制系统中的电子控制单元的结构的电路 图。 图3是示出由图1的气体传感器控制系统进行的过热防止处理的图。
图4是示出由图1的气体传感器控制系统进行的加热器控制处理的流程图。
图5是示出由图1的气体传感器控制系统进行的过热防止处理的流程图。
具体实施例方式
图l示意性示出包括气体传感器控制单元(电子控制单元ECU)5的控制系统1。本 示例的控制系统1被构成为内燃机控制系统，该内燃机控制系统进行用于控制内燃机(引 擎)的一个或多个运行状态的各种控制操作以及用于感测要检测的被测气体(诸如排气混 合物等)中的指定气体成分(诸如氧气)的操作。 该控制系统1包括电子控制单元5和安装到引擎的排气管上的气体传感器8。电 子控制单元5包括用于控制气体传感器8 (感测元件10)的传感器控制电路2、引擎控制装 置9(下文中称之为引擎CPU 9)、以及用于控制加热器(或加热元件)43的加热器控制电路 60。传感器控制电路2包括传感器驱动电路52。引擎控制装置9与加热器控制电路60连 接，并且用于控制加热器控制电路60，以将感测元件10的温度控制至运行温度(或活性温 度)。引擎控制装置9通过传输线缆71与传感器控制电路2连接，并且用于控制传感器控 制电路2。 气体传感器8包括感测元件IO，用于在宽量程内感测作为被测量的气体的被测 气体(排气混合物)中的氧气浓度；以及加热器或加热元件43，用于使感测元件10的温度 保持在运行温度。该气体传感器8用作全量程空燃比传感器。正如后面更详细说明的那样， 感测元件10包括氧泵单元14、多孔扩散层18、感测单元24、以及增强板30。
传感器控制电路2包括与气体传感器8电连接的传感器驱动电路52以及其它电 路。传感器驱动电路52通过向气体传感器8(氧泵单元14和感测单元24)供电来控制气 体传感器8，并且感测氧泵单元14的输出信号(气体传感器信号)和元件阻抗或单元阻抗 (在本示例中，随氧气浓度感测单元24的元件阻抗而变化的阻抗信号Vrpvs)。传感器控制 电路2将气体传感器信号和元件阻抗信号传送至引擎控制装置9。在本示例中，氧气浓度感
6测单元24是其阻抗要被感测的单元，因此氧气浓度感测单元24可以用作"(阻抗)被监视 单元"。 可以以例如ASIC(application specific integrated circuit,专用集成电路) 的形式来实现传感器控制电路2。气体传感器信号是根据被测气体的氧气浓度而变化的、并 用于感测氧气浓度的信号。元件阻抗(阻抗信号)表示随气体传感器8的温度而变化的气 体传感器8的电阻。正如后面更详细说明的那样，根据元件阻抗来控制气体传感器8(加热 器43)。 传感器控制电路2(传感器驱动电路52)包括与第一连接端子15、第二连接端子 17和第三连接端子19分别电连接的Vs+端子、C0M端子和Ip+端子。传感器控制电路2的 Vs+端子通过第一连接端子15和配线61连接至后面说明的感测元件10的第二感测电极 28。传感器控制电路2的COM端子通过第二连接端子17和配线62连接至感测元件10的 第一感测电极22和第二泵电极16。传感器控制电路2的Ip+端子通过第三连接端子19和 配线63连接至感测元件10的第一泵电极12。因此，传感器驱动电路52与气体传感器8连 接，并且用于接收气体传感器信号和阻抗信号。 在下面的说明中，不对Vs+端子与第一连接端子15之间、COM端子与第二连接端 子17之间以及Ip+端子与第三连接端子19之间进行区分。在下面的说明中，根据需要使 用"Vs+线路"来表示如下的部分如果在该部分中出现配线故障或异常(诸如配线的断开 或破损等)，则引起元件阻抗的过度增加。Vs+线路至少包括从用于感测元件阻抗的氧气浓 度感测单元24的感测电极28和22延伸出的配线61和62以及与配线61和62连接的传 感器驱动电路52的配线部。控制部55可以被构成为例如模拟切换电路。
引擎控制装置9可以由微计算机构成，其中该微计算机包括中央处理单元CPU、用 于存储诸如数据和程序等的信息的存储部(RAM和ROM)、以及用于从外部设备或装置输入 信号并将信号输出至外部设备或装置的输入和输出端口 。在引擎控制装置9中，CPU根据存 储在存储部中的程序进行各种计算机操作，并控制计算、数据传送以及指令的执行。此外， 引擎控制装置9将输入到输入端口的信号反映在输入端口寄存器的内容上，并将存储在输 出端口寄存器中的内容作为信号提供至输出端口 。 根据从传感器控制电路2输出的气体传感器信号Vip，引擎控制装置9确定或判断 流经氧泵单元14的Ip电流的通电状态或电流供给状态(诸如电流方向和电流大小等)，并 根据Ip电流的通电状态来计算氧气浓度。通过使用计算出的氧气浓度，引擎控制装置9控 制引擎的燃烧和其它运行状态。 根据从传感器控制电路2输出的阻抗信号Vrpvs，引擎控制装置9计算氧气浓度感 测单元24的阻抗Rpvs，并进行将与计算出的阻抗Rpvs相对应的加热器43的加热器电流命 令输出至加热器控制电路60的加热器电流控制处理。在一个可能的解释中，该加热器电流 命令与"命令"相对应，并且引擎控制装置9与"阻抗异常判断部件"、"电压施加判断部件"、 "电压施加状态判断部件"、"命令部件"、"活性判断部件"和"时间设置部件"相对应，并且可 以用作"阻抗状态检测部"、"电压状态检测部"、"持续时间测量部"、"电压降低部"、"活性判 断部"和"时间设置部"的至少一部分。加热器控制电路60和引擎控制电路9与"加热器 控制部件"相对应，并且可以用作"加热器调节部"的至少一部分。传感器控制电路2和引 擎控制装置9与"阻抗感测部件"相对应，并且可以用作"阻抗感测部"的至少一部分。
气体传感器8具有图l所示的以下结构。氧泵单元14包括板状的固态电解质构 件13以及分别形成在固态电解质构件13的前表面和后表面上的第一泵电极12和第二泵 电极16。固态电解质构件13由氧离子导电固态电解质制成。在本示例中，固态电解质构件 13由部分稳定的氧化锆(Zr02)制成。第一泵电极12和第二泵电极16由包含铂作为主要 成分的材料制成。第一泵电极12通过配线63与电子控制单元5的第三连接端子19电连 接。第二泵电极16通过配线62与电子控制单元5的第二连接端子17电连接。第一泵电 极12覆盖有使第一泵电极12免于有毒物质侵害的多孔保护层29。 氧气浓度感测单元24包括板状的固态电解质构件23以及分别形成在固态电解质 构件23的前表面和后表面上的第一感测电极22和第二感测电极28。固态电解质构件23由 氧离子导电固态电解质制成。在本示例中，固态电解质构件23由部分稳定的氧化锆(Zr02) 制成。第一感测电极22和第二感测电极28由包含铂作为主要成分的材料制成。第一感测 电极22通过配线62与电子控制单元5的第二连接端子17电连接，并且还与第二泵电极16 连接。第二感测电极28通过配线61与电子控制单元5的第一连接端子15电连接。
在氧泵单元14与氧气浓度感测单元24之间形成的且主要由用于使单元14和24 两者彼此电绝缘的绝缘材料(诸如氧化铝(alumina)等)制成的绝缘层(未示出)的一部 分中设置有多孔扩散层18。多孔扩散层18是用于控制被导入感测元件10的被测气体的扩 散的、主要由绝缘材料(诸如氧化铝等)制成的多孔层。代替多孔扩散层18，可选地，在上 述绝缘层的侧壁中形成小孔，作为扩散控制部。 测量室20是在氧泵单元14和氧气浓度感测单元24之间由多孔扩散层18和上述 绝缘层包围的空心部分。该测量室20通过多孔扩散层18(或多孔部)与被测气体大气连 通。第二泵电极16裸露在测量室20的上部，并且第一感测电极22裸露在测量室20的下 部。 增强板30被安装到氧气浓度感测单元24的与面向测量室20的前侧表面相对的 后侧表面，以形成叠层从而整体上增加感测元件10的强度。增强板30由包含陶瓷作为主 要成分的材料制成，并且形成为大小约等于固态电解质构件13和23的板状形状。
第二感测电极28夹持在增强板30和氧离子导电固态电解质构件23之间，并且与 外部屏蔽。在第二感测电极28周围形成密闭空间的基准氧气室26。因此，可以通过沿从第 二感测电极28向着第一感测电极22的方向提供小的恒定电流Icp并从测量室20向着第 二感测电极28泵入氧气，来在基准氧气室26中以基本恒定浓度累积氧气。因此，使用基准 氧气室26中的氧气浓度作为感测实际氧气浓度时的基准氧气浓度。 将平板状的加热器43配置为使其面向感测元件10的氧泵单元14。加热器43由 包含氧化铝作为主要成分的材料制成，并且加热器43中包括由包含铂作为主要成分的材 料制成的加热器配线72。通过从加热器控制电路60提供的电力(electric power)来控制 加热器43，以将感测元件10的温度控制至目标活性温度(在本示例中为830°C )。加热器 配线72的一端与加热器控制电路60电连接。加热器配线72的另一端与电池VB(在本示 例中为12V电池)连接。通过加热，加热器43激活感测元件10(氧泵单元14和氧气浓度 感测单元24)，并且使得能够进行气体感测(氧气感测)动作。 由此构成的气体传感器8 (感测元件10)按下面的方式运行。首先，被测气体(在 本示例中为排气)通过多孔扩散层18扩散至测量室20。然后，如果提供至引擎的空气燃料混合物(测量室20中的被测气体)保持在理论上的空燃比，则通过测量室20和提供基准 氧气浓度的基准氧气室26之间的氧气浓度差，在氧气浓度感测单元24中产生450 [mV]的 电动势。(在第一感测电极22和第二感测电极28之间产生450[mV]的电位差。)
根据提供至引擎的空气燃料混合物的空燃比的变化，包含在排气中的氧气的浓度 改变，由此测量室20中的被测气体的氧气浓度也改变。因此，本示例的引擎控制系统1利 用传感器控制电路2控制流过氧泵单元14的Ip电流，以使第一感测电极22和第二感测电 极28之间的电位差保持在450[mV]。因此，通过控制Ip电流以将测量室20中的大气控制 在与理论上的空燃比相同的状态，控制系统使氧泵单元14进行氧气泵入动作。
将氧泵单元14配置为响应于在电极(第一泵电极12和第二泵电极16)之间提供 的电流的方向，在从测量室20抽出氧气的操作和将氧气传送至测量室20的操作之间进行 切换。此外，氧泵单元14能够根据在电极之间提供的电流的大小来调节氧气的泵入量。因 此，引擎控制装置9可以根据Ip电流的电流状态(诸如电流方向和电流大小等)来计算被 测气体的氧气浓度。 图2是示意性示出电子控制单元5的、用于说明电子控制单元5的结构和动作的 电路图。如之前所述，电子控制单元5包括传感器控制电路2、加热器控制电路60以及引擎 控制装置9。传感器控制电路2包括传感器驱动电路52和控制部55。
加热器控制电路60包括晶体管Tr，其中晶体管Tr包括与加热电阻元件72的一 端连接的集电极、通过电阻Rh接地的发射极以及与引擎控制装置9连接的基极。因此，通 过将接通晶体管Tr的电压电平的信号(加热器接通信号或"命令")输出至晶体管Tr的基 极，引擎控制装置9可以通过提供来自电池VB的电压来使电流流过加热电阻元件72，从而 利用加热器43生成热。当引擎控制装置9停止输出加热器接通信号时，晶体管Tr断开，并 且停止向加热电阻元件72供电，从而终止加热器43的加热操作。 在本示例中，通过在要向加热器43施加最大有效电压(=本示例中为12V的电池 VB的电源电压)时将占空比(或占空率)设置为100%、并通过在施加比最大有效电压低 的电压时使占空比在0% 100%之间改变，来控制施加至加热器43的电压。由于该控制， 引擎控制装置9将通过占空比确定出的上述加热器接通信号传送至加热器控制电路60，并 且响应于加热器接通信号，加热器控制电路60以接通-断开(on-off)模式运行。因此，该 系统通过P丽来控制向加热器43的电流供给。 传感器驱动电路52具有主要用于测量氧气浓度的以下电路结构。传感器驱动电 路52包括运算放大器0P2、PID控制电路69和恒流电路82。运算放大器0P2用于使Ip电 流流动以驱动氧泵单元14。 PID控制电路69是用于改善Ip电流的控制特性的电路。恒流 电路82是用于将恒定电流Icp提供至氧气浓度感测单元24以使(基准氧气室26中的) 第二感测电极28周围的氧气浓度保持恒定的电路。 传感器驱动电路52还包括用于根据从引擎控制装置9输出的切换命令信号来改 变传感器驱动电路52的运行状态的开关SW1 SW3。根据开关SW1 SW3的接通/断开 状态的变化，传感器驱动电路52可以进行用以提供感测阻抗信号Vrpvs的传感器信号的操 作、用以感测阻抗信号Vrpvs的操作、以及用以控制向加热器43供电并感测气体传感器8 的温度的各种其它操作。 此外，传感器驱动电路52包括与C0M端子17连接的Vcent点。PID控制电路69的输出端子、运算放大器0P2的反相输入端子、以及差分放大器电路81的其中一个输入端子 连接至Vcent点。PID控制电路69的输出端子通过感测电阻Rl连接至Vcent点。将3. 6V 的基准电压施加至运算放大器0P2的非反相输入端子。运算放大器OP2的输出端子连接至 Ip+端子。因此，运算放大器0P2形成用于控制向感测元件10(确切地为氧泵单元14)供电 的负反馈电路的一部分。 差分放大器电路81的另一输入端子与PID控制电路69的输出端子和感测电阻R1 之间的接合点(Vpid点)连接。差分放大器电路81用于放大感测电阻R1的两端之间的电 压差。第二泵电极16通过电阻R、配线62和第二连接端子(C0M端子)17连接至Vcent点。
PID控制电路69对氧气浓度感测单元24的450mV的控制目标电压和氧气浓度感 测单元24的输出电压Vs之间的偏差A Vs进行PID计算，从而进行负反馈控制的功能，以 改善控制特性。PID控制电路69的输入端子通过运算放大器0P1与运算放大器0P4的输 出端子连接，其中运算放大器0P4的非反相输入端子与Vs+端子15连接。因此，氧气浓度 感测单元24的输出电压Vs通过运算放大器0P4输入至PID控制电路69。运算放大器0P4 的反相输入端子与其自身的输出端子连接。 与Vs+端子15连接的恒流电路82包括与(图2中由8V表示的)恒压源串联的 电阻。将恒流电路82配置为向氧气浓度感测单元24提供(例如17iiA的)恒定电流Icp， 以使氧气浓度感测单元24的第二感测电极28周围的(在基准氧气室26中的)氧气浓度 保持恒定。 将这些电路配置为按照以下方式感测氧气浓度。首先，传感器驱动电路52利用恒 流电路82向氧气浓度感测单元24提供小的恒定电流Icp，并且同时控制流过氧泵单元14 的泵电流Ip，以将氧气浓度感测单元24两端之间(Vs+端子和COM端子之间)的电压Vs控 制为450mV。通过这样做，传感器驱动电路52将氧气抽至测量室20和从测量室20抽出氧 气。也就是说，传感器驱动电路52利用氧泵单元14调节测量室20中的氧气浓度(氧气分 压)，以使氧气浓度感测单元24两端的电压Vs变为450mV。 流过氧泵单元14的泵电流Ip的大小和方向根据排气的氧气浓度(空燃比)而变 化。因此，可以通过利用感测电阻Rl感测该泵电流Ip、并通过使用在该感测电阻Rl两端的 电压的差分放大而获得的气体传感器信号Vip，来计算排气中的氧气浓度。通过沿着将氧气 从测量室20向着第二感测电极28抽取的方向使小电流Icp流过氧气浓度感测单元24，可 以将基准氧气室26用作内部氧气基准源。 PID控制电路69用于以PID控制模式控制泵电流Ip，以将在通过第一运算放大器 0P1连接的氧气浓度感测单元24的Vs+端子处的电位和COM端子(Vcent点)处的电位之 间的电位差控制为450mV。在本示例中，将基于目标控制电压(450mV)和氧气浓度感测单 元24两端的电压Vs之间的偏差的PID控制电路69的PID计算结果反馈至第二运算放大 器0P2，并且第二运算放大器0P2向氧泵单元14提供泵电流Ip。 将感测电阻R1配置为感测泵电流Ip的大小并将其转换为电压信号。差分放大器 81以预定的放大程度对该感测电阻Rl两端之间的电压(Vcent点处的电位和Vpid点处的 电位之间的差)进行差分放大，并将其作为气体传感器信号Vip从信号输出端子84提供至 引擎控制装置9。 引擎控制装置9利用A/D转换器电路(未示出)将气体传感器信号Vip转换为数字信号。此后，引擎控制装置9进行浓度计算处理，以通过使用形式上为(多个)映射或(多个)数学表达式的函数关系来计算与气体传感器信号Vip相对应的氧气浓度。
传感器驱动电路52具有主要用于感测氧气浓度感测单元24的阻抗Rpvs的以下电路结构。 第一运算放大器0P1的非反相输入端子通过第一电容器Cl和第一开关SW1与第四运算放大器0P4的输出端子连接。第一运算放大器0P1、第一电容器C1以及第一开关SW1构成采样保持电路。在对氧气浓度感测单元24进行阻抗感测时，该采样保持电路使第一开关SW1从接通转变为断开，从而保持紧挨在用于感测氧气浓度感测单元24的阻抗的供电之前在氧气浓度感测单元24两端产生的电压Vs (Vs+端子的电位)。通过这样做，采样保持电路将紧挨在阻抗的检测之前的电压Vs输入至PID控制电路69。 第一电容器Cl的一端与第一开关SW1和第一运算放大器0P1的非反相输入端子之间的接合点连接。第一电容器C1的另一端接地。 第一运算放大器0P1的输出端子通过电阻R3与第三运算放大器0P3的非反相输入端子(+端子)连接。此外，电阻R5的一端与电阻R3和第三运算放大器0P3的非反相输入端子之间的接合点连接。电阻R5的另一端接地。 第三运算放大器0P3的反相输入端子通过电阻R4与第四运算放大器0P4的输出端子连接，并且还通过电阻R6与第三运算放大器0P3自身的输出端子连接。因此，第三运算放大器0P3的反相输入端子接收将用于感测阻抗的后面说明的电流-Iconst提供至氧气浓度感测单元24时的Vs+电位(Vs+端子的电位)。 第三运算放大器0P3输出电压变化AVs，其中该电压变化AVs与由第一运算放大器0P1保持的保持值(紧挨在提供用于感测阻抗的电流之前的氧气浓度感测单元24的电压Vs)和将阻抗感测电流-Iconst提供至氧气浓度感测单元24时的Vs+电位(第四运算放大器0P4的输出电位)之间的差相对应。由于该电压变化A Vs与氧气浓度感测单元24的体电阻(bulk resistance)大致成比例，因此可以使用该电压变化AVs作为表示氧气浓度感测单元24的阻抗的阻抗信号Vrpvs。因此，第三运算放大器0P3输出电压变化AVs，并且输出与氧气浓度感测单元24的体电阻大致成比例的阻抗信号Vrpvs。
在该传感器控制装置5中，第三运算放大器0P3和电阻R3 R6构成差分放大型运算放大器电路(即，差分放大器电路)90。因此，用于感测阻抗的运算放大器电路90是可以去除共同输入至两个输入端子的噪声的差分放大类型，因此，传感器控制装置5可以产生几乎未受噪声影响的适当的阻抗信号Vrpvs。 运算放大器90 (第三运算放大器0P3)的输出端子通过第二开关SW2和电阻R2与第五运算放大器0P5的非反相输入端子连接。第五运算放大器0P5的反相输入端子与第五运算放大器0P5自身的输出端子连接，以接收第五运算放大器0P5的输出。第二电容器C2的一端与电阻R2和第五运算放大器0P5的非反相输入端子之间的接合点连接。第二电容器C2的另一端接地。第五运算放大器0P5的输出端子通过信号输出端子41与引擎控制装置9连接。 第五运算放大器0P5、第二电容器C2、第二开关SW2和电阻R2构成信号保持电路。当在感测氧气浓度感测单元24的阻抗时第二开关SW2从断开转变为接通时，将电压变化A Vs从第三运算放大器0P3输入至该信号保持电路。此后，当第二开关SW2从接通转变为断开时，信号保持电路利用第二电容器C2保持在第二开关SW2的接通状态时从第三运算放 大器0P3输出的电压变化AVs，并将表示电压变化AVs的阻抗信号Vrpvs传送至引擎控制 装置9。 然后，引擎控制装置9利用A/D转换器(未示出)将阻抗信号Vrpvs转换为数字 信号，之后进行用于通过使用引擎控制装置9中保持的映射或数学表达式计算氧气浓度感 测单元24的阻抗以及气体传感器8的温度的温度感测处理。 电流源83通过第二开关SW2与Vs+端子15连接。电流源65通过另一第二开关 SW2与电阻R和COM端子17之间的接合点连接。这些电流源83和65是用于提供恒定电 流-Iconst以感测氧气浓度感测单元24的阻抗的电源。 类似地，电流源64通过第三开关SW3与Vs+端子15连接。电流源66通过另一第 三开关SW3与电阻R和COM端子17之间的接合点连接。这些电流源64和66是用于提供 极性与阻抗感测恒定电流-Iconst相反的恒定电流+Iconst的电源。
(切换)控制部55是用于对这些第一、第二和第三开关SW1 SW3的切换状态(接 通/断开状态)进行控制的电路。在从引擎控制装置9接收到用于通知温度感测处理开始 的通知信号Sr之后，控制部55进行操作，以根据控制部55中设置的计时器电路的计时器 计数来控制开关SW1 SW3的状态。 将第一开关SW1配置为控制第一运算放大器0P1 (采样保持电路)的电压保持操 作。将第二开关SW2配置为对用于感测氧气浓度感测单元24的阻抗的恒定电流-Iconst 的接通/断开状态进行控制，并对第五运算放大器0P5 (信号保持电路)的信号保持操作进 行控制。将第三开关SW3配置为对极性与恒定电流-Iconst相反的恒定电流+Ic0nSt的接 通/断开状态进行控制。 图3以例示由引擎控制装置9进行的过热防止处理的图的形式示出根据本发明的 该实施例的主要特征部分。在本实施例中，如果由于诸如氧气浓度感测单元24的Vs+线路 的断开等的故障而使得氧气浓度感测单元24的阻抗Rpvs大于或等于异常判断阈值(用 于判断异常的阻抗的阈值)，则(i)在当向加热器43施加最大有效电压的施加时间等于预 定过热防止时间(或时间段)时，控制系统终止向加热器43施加最大有效电压；并且(ii) 控制系统以低的(或较低的)有效电压向加热器43供电，其中该有效电压低于最大有效电 压，并且足以使氧气浓度感测单元24的温度大于或等于500°C (或使氧气浓度感测单元24 的阻抗Rpvs等于与大于或等于50(TC的温度相对应的值)。 如图3所示，当氧气浓度感测单元24的Vs+线路断开并且由此阻抗变得过大或无 限大时，控制系统误判断为氧气浓度感测单元24的温度过低，并且持续向加热器43施加最 大有效电压。结果，气体传感器8的温度可能异常地增大(如图3中的点划线所示，超过 IOO(TC )，从而导致损坏。 如果Vs+线路与地电位短路，则控制系统不能检测信号本身。因此，控制系统可以
立即检测异常状态的出现，并且根据另一处理对异常状态适当地作出响应。 因此，当氧气浓度感测单元24的阻抗Rpvs大于或等于异常判断阈值(在本示例
中为400Q)时，本实施例的控制系统通过将向加热器43的最大有效电压的施加时间(持
续时间)限制到预定加热器过热防止时间(nterval) (T。p， Tj来防止气体传感器8的过热
(如图3的实线所示)。
在经过了加热器过热防止时间之后，控制系统向加热器43施加低于最大有效电压的较低有效电压。因此，代替响应于异常状态的出现而切断向加热器43的供电，控制系统以较低电压继续加热操作以保持用于防止气体传感器8(感测元件10)变冷的温度，从而防止异物(诸如炭等)附着至感测元件10的表面。 当氧气浓度感测单元24的阻抗Rpvs小于异常判断阈值时，控制系统基于PI计算恢复正常加热器控制操作。利用本身已知的该PI计算，控制系统在后面说明的步骤S18的操作时，根据阻抗Rpvs的目标值和阻抗Rpvs的值之间的差A Rpvs来计算使气体传感器8的温度保持恒定的加热器施加电压。 在本示例中，将较低有效电压设置在用于对等于或大于预定温度(在本示例中为500°C)的氧气浓度感测单元24的温度进行控制的电压(在本示例中为8V)，其中该预定温度用于有效防止诸如排气中的炭等不期望的物质附着至感测元件10的表面。如果将较低有效电压设置在使氧气浓度感测单元24的温度保持大于或等于70(TC的电平，则可以防止诸如磷、硅和铅等物质的附着。氧气浓度感测单元24的温度的优选范围为750°C 900°C ，并且优选地，将较低有效电压设置在使氧气浓度感测单元24的温度保持在该温度范围内的电平。可以根据氧气浓度感测单元24的阻抗Rpvs来测量氧气浓度感测单元24的温度。
可以基于对直到通过持续施加最大有效电压使温度增大到IOO(TC为止的时间量进行测量的实验结果来实验性地确定加热器过热防止时间。可允许的加热器过热防止时间的长度根据在施加最大有效电压之前的气体传感器8的状态(诸如温度等)而变化。因此，本示例采用从在气体传感器8处于常温的状态下开始施加最大有效电压起直到最大有效电压的温度等于IOO(TC为止的时间(时间量)T。p(第二持续时间值或第二时间量)以及从在气体传感器8处于目标运行温度(PI控制时的温度为830°C )的状态下开始施加最大有效电压起直到气体传感器8的温度等于IOO(TC为止的时间(时间量)Td(第一持续时间值或第一时间量)。通过以该方式设置加热器过热防止时间，控制系统可以更精确地防止气体传感器8的过热。第二持续时间值(T。p)长于第一持续时间值(TJ。在本示例中，当气体传感器8处于目标运行温度(在本示例中为830°C )时，阻抗Rpvs约为75 Q 。
图4和图5示出由引擎控制装置9进行的加热器控制处理和加热器过热防止处理。在本示例中，图4所示的加热器控制处理作为主例程而执行，并且图5所示的加热器过热防止处理作为子例程而执行。与加热器控制处理同步地，引擎控制装置9进行用于感测气体传感器8的温度的温度感测处理。温度感测处理本身是已知的。简言之，引擎控制装置9获得在预定感测时刻从传感器驱动电路52输出的阻抗信号Vrpvs。然后，根据阻抗信号Vrpvs，引擎控制装置9通过使用表示阻抗信号Vrpvs和阻抗Rpvs之间的关系的预定数学表达式或数据(诸如二维映射等)来计算氧气浓度感测单元24的阻抗Rpvs。然后，引擎控制装置9根据阻抗Rpvs来计算氧气浓度感测单元24的温度(或气体传感器8的温度)。将由此计算出的温度用于加热器控制处理。 在感测阻抗Rpvs时，系统通过接通第二开关S W2向氧气浓度感测单元24提供恒定电流-Iconst。在感测阻抗之后，系统通过接通第三开关SW3向氧气浓度感测单元24提供极性与阻抗感测电流(-Iconst)相反的反向极性电流+Iconst。通过这样做，系统可以降低从由阻抗感测电流定向氧气浓度感测单元24的固态电解质构件并且内部电动势受到影响的状态(输出的电动势没有正确地反映氧气浓度差的状态)恢复正常状态为止的恢复时间。例如在控制部55的控制下，以100msec的规定时间间隔进行用于感测氧气浓度感测单 元24的阻抗Rpvs的处理。 图4示出作为主例程而执行的加热器控制处理。在开始加热器控制处理之后，引 擎控制装置9首先在步骤S10进行初始化操作。在该操作中，引擎控制装置9将过热防止 标志、传感器活性经验标志和过热防止计数器复位为0。过热防止标志是用于当过热防止标 志为0N(二1)时将控制立即转至过热防止处理的状态代码。传感器活性经验标志是表示 气体传感器8是活性的且气体传感器8处于正常气体测量状态(允许流过泵电流Ip)的状 态的状态代码。当激活气体传感器8时，传感器活性经验标志为0N(二 1)。过热防止计数 器用于计数或测量图3所示的加热器过热防止时间(T。p， TJ 。 引擎控制装置9从S10进入步骤S12，并且读取从传感器驱动电路52输出的阻抗 Rpvs。然后，在步骤S14，引擎控制装置9检测过热防止标志是否为0N(等于1)。当过热防 止标志为ON时，引擎控制装置9从S14直接进入步骤S25并且开始子例程(图5的过热 防止处理)。当过热防止标志为OFF使得S14的结果为"否"时，引擎控制装置9进入步骤 S16。 在S16，引擎控制装置9检测传感器活性经验标志是否为ON(l)。当传感器活性经 验标志为ON使得S16的结果为"是"时，引擎控制装置9从S16进入步骤S18，并且当传感 器活性经验标志为OFF使得S16的结果为"否"时，引擎控制装置9从S16进入步骤S20。
在步骤S18，引擎控制装置9通过PI计算来计算加热器施加电压(Vhrms)。如前所 述，PI计算本身是已知的，并且计算加热器施加电压，以使气体传感器8的温度保持恒定。 根据由此计算出的加热器施加电压，引擎控制装置9通过加热器控制电路60(以P丽控制 的方式)来控制向加热器43的通电。 在步骤S20，引擎控制装置9检测在S12获得的阻抗Rpvs是否小于传感器活性判 定或判断阈值(在本示例中设置为400Q)。当阻抗Rpvs小于活性判断阈值(400 Q)时，引 擎控制装置9认为气体传感器8处于正常活性状态，并且在步骤S22将传感器活性经验标 志设置为ON(l)。引擎控制装置9从S22进入步骤S18。 当阻抗Rpvs大于或等于活性判断阈值时，引擎控制装置9从S20进入步骤S24，并 且在S24将向加热器43的施加电压(Vhrms)设置为最大有效电压。在S24的阶段，不确定 是由于线路断开等故障而引起阻抗Rpvs不正常还是仅气体传感器8的温度低。
引擎控制装置9从S18或S24进入步骤S25，并且开始作为子例程的图5的加热 器过热防止处理。当加热器过热防止处理的子例程结束时，引擎控制装置9进入步骤S26， 并且在S26检测是否已经经过了 S12的预定阻抗Rpvs读取周期(在本示例中为10msec)。 然后，当在经过了 Rpvs读取周期之后S26的结果变为"是"时，引擎控制装置9返回S12，并 且当S26的结果为"否"时，引擎控制装置9等待。 图5示出作为子例程而执行的过热防止处理。在开始过热防止处理之后，引擎控 制装置9首先检测氧气浓度感测单元24的阻抗Rpvs是否小于预定的异常判定或判断阈值 (在本示例中设置为等于400Q)。当阻抗Rpvs小于异常判断阈值(400 Q)时，引擎控制装 置9从S50进入步骤S52。在S52，引擎控制装置9将过热防止计数器复位为0，并且将过热 防止标志复位为OFF(O)。在S52之后，引擎控制装置9终止图5的处理。
当阻抗Rpvs大于或等于异常判断阈值(400 Q)使得S50的结果为"否"时，引擎
14控制装置9在步骤S54检测加热器施加电压(Vhrms)是否等于最大有效电压。如果S54的结果为"否"，则引擎控制装置9终止图5的处理。 在S54为"是"的情况下，引擎控制装置9判断为尽管满足S50的异常状态加热器施加电压也增大到最大有效电压，并且进入步骤S56。在S56，如图3所示，引擎控制装置9增加过热防止计数器，以开始测量如下时间该时间用于在过热防止时间期满时停止最大有效电压的持续施加。 然后，引擎控制装置9在步骤S58检测传感器活性经验标志是否为ON(l)。进行S58的判断，以通过检查活性经验标志来估计气体传感器8的温度状态，由此根据气体传感器8的温度来选择加热器过热防止时间(T。p，Tj的适当量。 当传感器活性经验标志为OFF使得S58的结果为"否"时，引擎控制装置9进入步骤S60。在S60，引擎控制装置9假定气体传感器8仍未被激活且仍是冷的，并且检测过热防止计数器是否大于或等于时间量或时间间隔T。p。 当过热防止计数器大于或等于T。p使得S60的结果为"是"时，引擎控制装置9判断为最大有效电压的施加持续了大于或等于T。p的时间段，并且进入步骤S62。在S62，引擎控制装置9向加热器控制电路60传送用于使加热器施加电压(Vhrms)降至低有效电压(较低有效电压)的(加热器接通信号形式的)命令信号，并将加热器过热防止标志设置为1。在本示例中，该命令信号指示通过将占空比从与最大有效电压相对应的较大值降低至与较低有效电压相对应的较小值来使加热器施加电压从最大有效电压降低至较低有效电压(8V)。响应于加热器接通信号形式的该命令信号，加热器控制电路60向加热器43施加较低有效电压。在S62之后，引擎控制装置9终止图5的过热防止处理并返回图4的主例程。
在S62将过热防止标志设置为1。因此，当引擎控制装置9返回图4的主例程时，引擎控制装置9可以从S14直接进入S25，并且继续图5的加热器过热防止处理。当到达步骤S62时，诸如Vs+线路的断开等的异常还可能继续存在。因此，在S62将过热防止标志设置为l。 当传感器活性经验标志为ON使得S58的结果为"是"时，引擎控制装置9进入步骤S64。在S64，引擎控制装置9假定气体传感器8已经被激活并以PI控制模式控制气体传感器8，并且气体传感器8的温度增大至运行温度(例如，83(TC )，并且引擎控制装置9检测过热防止计数器是否大于或等于时间量或时间间隔Td。 当过热防止计数器大于或等于Td使得S64的结果为"是"时，引擎控制装置9判断为最大有效电压的施加持续了大于或等于Td的时间段，并且进入步骤S66。在S66，引擎控制装置9向加热器控制电路60传送用于将加热器施加电压(Vhrms)降低至低有效电压(较低有效电压)的(加热器接通信号形式的)命令信号，并且将加热器过热防止标志设置为1 。在本示例中，该命令信号指示通过使占空比从与最大有效电压相对应的较大值降低至与较低有效电压相对应的较小值来使加热器施加电压从最大有效电压降低至较低有效电压(8V)。响应于加热器接通信号形式的该命令信号，加热器控制电路60向加热器43施加较低有效电压。在S66之后，引擎控制装置9终止图5的过热防止处理，并返回图4的主例程。在S66，由于与步骤S62中相同的原因将过热防止标志设置为1。 在本实施例中，步骤S12与"阻抗感测步骤"相对应，并且步骤S50与"阻抗状态检测步骤"(或"阻抗异常判断步骤")相对应。步骤S54与"电压状态检测步骤"(或"电压施加判断步骤")相对应。步骤S56、 S58、 S60和S64与"持续时间测量步骤"(或"电压施 加状态判断步骤")相对应。根据步骤S62和S64的引擎控制装置9和/或加热器控制电 路60的操作与"电压降低步骤"(或"较低有效电压施加步骤")相对应。步骤S20与"活 性判断步骤"相对应。根据S58的判断设置加热器过热防止时间量的操作与"时间设置步 骤"相对应。 本发明不限于上述实施例。在本发明的范围内可以进行各种变形和修改。例如，感 测元件IO可以是所示示例中所采用的全量程空燃比之外的任意各种类型。本发明可以应 用于向感测元件添加另一单元且形成有两个测量室的诸如NOx传感器等的气体传感器。在 所示的实施例中，气体传感器控制设备包含在ECU 5中。然而，可选地将气体传感器控制设 备与ECU 5分开设置。例如，将气体传感器控制设备设置在气体传感器8和ECU 5之间，并 且将其构成为包括传感器控制电路2、加热器控制电路60以及能够执行加热器控制处理和 加热器过热防止处理的微计算机。可以将微计算机设置在单独包括微计算机或连同电路2 和60 —起的电路板中。在所示的示例中，在步骤S20中使用的活性判断阈值和在步骤S50 中使用的异常判断阈值彼此相等。然而，可以将活性判断阈值和异常判断阈值分别设置为 两个不同的量。 根据所示的实施例，气体传感器控制设备被配置为与用于感测指定气体的浓度的 气体传感器连接，或者气体传感器控制设备包括被配置为与气体传感器连接的(可以包括 一个或多个端子的)连接部。可选地，气体传感器控制设备可以是包括气体传感器的气体 传感器控制系统。气体传感器可以是包括至少一个单元(被监视单元)的传感器，其中该 单元包括固态电解质构件和形成在固态电解质构件上的一对电极。气体传感器控制设备包 括加热器调节部，用于控制向包括在气体传感器中的加热器通电；阻抗感测部，用于根据 单元的输出感测气体传感器的(被监视的)单元的阻抗；传感器(阻抗)状态检测部，用于 检测由阻抗感测部感测到的阻抗是否大于或等于预定的异常判断阈值；加热器(电压)状 态检测部，用于当判断为阻抗大于或等于预定的异常判断阈值时，检测是否向加热器施加 最大有效电压(或大于或等于可能与如所示示例中的最大有效电压相等的预定电平的较 高有效电压)；持续时间测量部，用于检测向加热器施加最大有效电压(或较大有效电压) 的施加持续时间是否等于或大于预定的加热器过热防止时间；以及电压降低部，用于当施 加持续时间等于或大于预定的加热器过热防止时间时，指示加热器调节部将施加至加热器 的电压降低至较低有效电压并继续以较低有效电压向加热器施加电压，其中该较低有效电 压小于最大有效电压，并将其设置为使单元的温度保持大于或等于诸如50(TC等的预定温 度。可以通过检测经由被监视单元感测到的阻抗判断感测到的阻抗是否为可以假定在温度 等于或大于50(TC时的值，来判断是否向加热器施加使被监视单元的温度保持大于或等于 50(TC的较低有效电压。 根据本实施例各种可能理解的其中之一，气体传感器控制设备具有包括如下部件 的基本结构加热器调节部，用于向包括在用于感测指定气体的浓度的气体传感器中的加 热器供电或通电；阻抗感测部，用于感测气体传感器的(被监视)单元的阻抗；以及控制 部，用于检查当阻抗大于或等于预定的异常判断阈值时满足的第一状态(S50 :"否")，检查 当提供至加热器的电力大于或等于(诸如最大有效电压等的)预定的较高电力电平时满 足的第二状态(S54 :"是")，测量当同时满足第一状态和第二状态两者时满足的第三状态(S56)的持续(持续时间)，并且当第三状态的持续达到预定的过热防止时间时，通过加热器调节部将提供至加热器的电力(或电量)降低至低于较高电力电平的较低电力电平。由此构成的气体传感器控制设备还可以包括以下特征的任意一个或多个。
(1)基本结构的控制部可以用于根据在开始持续第三状态之前或紧挨在开始持续第三状态之前气体传感器的开始(温度)状态来调节预定过热防止时间。(2)可以将较低电力电平设置为使气体传感器的温度保持在防止包含在被测气体中的诸如炭等的物质附着至气体传感器的较高温度等级。(3)控制部可以用于根据气体传感器的(被监视的)单元的阻抗在(诸如在S18的PI控制模式等的)正常加热器控制模式下正常地对利用加热器调节部向加热器提供的电力进行控制(例如，以使得降低感测到的实际阻抗和期望目标阻抗之间的偏差)。(4)控制部可以用于当满足第一状态和第二状态时，终止正常加热器控制模式并且代替地开始限制加热器控制模式(包括直到过热防止时间的结束为止的限制时间模式以及在过热防止时间的结束之后利用较低电力电平的限制电力模式)。(5)控制部可以用于当不满足第一状态时，终止限制加热器控制模式并且代替地恢复正常加热器控制模式。 本申请要求于2008年11月06日提交的日本专利申请2008-285054的优先权。日本专利申请2008-285054的全部内容通过引用包含于此。 尽管已通过参考本发明的特定实施例说明了本发明，但是本发明并不局限于上述实施例。根据上述教导，本领域技术人员可以想到上述实施例的修改和变形。参考所附权利要求书来限定本发明的范围。
1权利要求
一种用于对用于感测指定气体的浓度的气体传感器进行控制的气体传感器控制设备，所述气体传感器包括如下单元，该单元包括固态电解质构件和形成在所述固态电解质构件上的一对电极，所述气体传感器控制设备包括加热器调节部，用于控制向包括在所述气体传感器中的加热器的通电；阻抗感测部，用于根据所述单元的输出来感测所述气体传感器的所述单元的阻抗；阻抗状态检测部，用于检测由所述阻抗感测部感测到的所述阻抗是否大于或等于预定的异常判断阈值；电压状态检测部，用于当所述阻抗被判断为大于或等于预定的所述异常判断阈值时，检测是否最大有效电压被施加至所述加热器；持续时间测量部，用于检测向所述加热器施加所述最大有效电压的施加持续时间是否等于或大于预定的加热器过热防止时间；以及电压降低部，用于当所述施加持续时间等于或大于预定的所述加热器过热防止时间时，命令所述加热器调节部向所述加热器施加较低有效电压，所述较低有效电压小于所述最大有效电压并被设置为使所述单元的温度保持大于或等于500℃。
2. 根据权利要求1所述的气体传感器控制设备，其特征在于，所述气体传感器控制设 备还包括活性判断部，用于检测由所述阻抗感测部感测到的所述阻抗是否小于或等于活性判断 阈值，并且当所述阻抗小于或等于所述活性判断阈值时，判断为所述气体传感器是活性的； 以及时间设置部，用于当所述阻抗小于或等于所述活性判断阈值时，将所述加热器过热防 止时间设置为等于第一量，并且当所述阻抗大于所述活性判断阈值时，将所述加热器过热 防止时间设置为等于比所述第一量大的第二量。
3. 根据权利要求1所述的气体传感器控制设备，其特征在于，所述较低有效电压被设 置为使所述单元的温度保持大于或等于700°C。
4. 一种用于对用于感测指定气体的浓度的气体传感器进行控制的气体传感器控制方 法，所述气体传感器包括加热器和如下单元，该单元包括固态电解质构件和形成在所述固 态电解质构件上的一对电极，所述气体传感器控制方法包括阻抗感测步骤，用于根据所述单元的输出感测所述气体传感器的所述单元的阻抗；阻抗状态检测步骤，用于检测由所述阻抗感测步骤感测到的所述阻抗是否大于或等于 预定的异常判断阈值；电压状态检测步骤，用于当所述阻抗被判断为大于或等于预定的所述异常判断阈值 时，检测是否最大有效电压被施加至所述加热器；持续时间测量步骤，用于检测向所述加热器施加所述最大有效电压的施加持续时间是 否等于或大于预定的加热器过热防止时间；以及电压降低步骤，用于当所述施加持续时间等于或大于预定的所述加热器过热防止时间 时，向所述加热器施加较低有效电压，所述较低有效电压小于所述最大有效电压并被设置 为使所述单元的温度保持大于或等于500°C。
5. 根据权利要求4所述的气体传感器控制方法，其特征在于，所述气体传感器控制方 法还包括活性判断步骤，用于检测由所述阻抗感测步骤感测到的所述阻抗是否小于或等于活性 判断阈值，并且当所述阻抗小于或等于所述活性判断阈值时，判断为所述气体传感器是活 性的；以及时间设置步骤，用于当所述阻抗小于或等于所述活性判断阈值时，将所述加热器过热 防止时间设置为等于第一量，并且当所述阻抗大于所述活性判断阈值时，将所述加热器过 热防止时间设置为等于比所述第一量大的第二量。
6. 根据权利要求4所述的气体传感器控制方法，其特征在于，所述较低有效电压被设 置为使所述单元的温度保持大于或等于700°C。
7. —种气体传感器控制设备，包括加热器调节部，用于向包括在用于感测指定气体的浓度的气体传感器中的加热器提供 电力；阻抗感测部，用于感测所述气体传感器的单元的阻抗；以及 控制部，其被配置为检查当所述阻抗大于或等于预定的异常判断阈值时而满足的第一状态， 检查当提供至所述加热器的电力大于或等于预定的较高电力水平时而满足的第二状态，测量当所述第一状态和所述第二状态两者同时满足时而满足的第三状态的持续时间，以及当所述第三状态的持续时间达到预定的过热防止时间时，将由所述加热器调节部提供 至所述加热器的电力降低至低于所述较高电力水平的较低电力水平，其中所述较低电力水 平被设置为使所述气体传感器的温度保持为防止气体中所包含的异物附着至所述气体传 感器的较高温度等级。
8. 根据权利要求7所述的气体传感器控制设备，其特征在于，所述控制部被配置为根 据在所述第三状态的持续开始之前所述气体传感器的开始状态来调节预定的所述过热防 止时间。
全文摘要
本发明涉及气体传感器控制设备和气体传感器控制方法。该气体传感器控制设备包括加热器调节部，用于控制向包括在气体传感器中的加热器的通电；阻抗感测部，用于感测气体传感器的单元的阻抗；以及阻抗状态检测部，用于检测感测到的阻抗是否大于或等于预定异常判断阈值。该气体传感器控制设备还包括电压状态检测部，用于当阻抗大于预定异常判断阈值时，检测是否最大有效电压被施加至加热器；持续时间测量部，用于检测最大有效电压的施加持续时间是否等于或大于预定加热器过热防止时间；以及电压降低部，用于当施加持续时间达到预定加热器过热防止时间时，将加热器施加电压降低至使单元的温度保持大于或等于500℃的较低有效电压。
文档编号G01N27/407GK101738426SQ20091021141
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月6日 优先权日2008年11月6日
发明者加藤章良, 铃木启司 申请人:日本特殊陶业株式会社