DE102014019355A1

DE102014019355A1 - Sensorsteuerungsvorrichtung und gasdetektionssystem

Info

Publication number: DE102014019355A1
Application number: DE102014019355.1A
Authority: DE
Inventors: Yuzo HIGUCHI; Tomonori Uemura
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2015-06-25
Also published as: US20150177209A1; JP2015121466A; JP6125989B2; US9599600B2

Abstract

Eine Sensorsteuerungsvorrichtung steuert einen Gassensor mittels einer digitalen Steuerung und beschränkt eine Verringerung der Genauigkeit einer Pumpstrom-Steuerung. Ein Gasdetektionssystem umfasst eine solche Sensorsteuerungsvorrichtung. Die Sensorsteuerungsvorrichtung umfasst einen Referenzspannung-Erzeugungsabschnitt und kann den Maximalstrombereich eines Pumpstroms Ip in dem Strom-DA-Wandlerabschnitt ändern. Die Sensorsteuerungsvorrichtung kann den Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip auf einen geeigneten Bereich in Abhängigkeit des Typs oder der Charakteristik eines zu steuernden Gassensors einstellen. D. h., wenn ein Gassensor einen kleinen maximalen Sensorstrom ausweist, wird der Maximalstrombereich des Strom-DA-Wandlerabschnitts auf einen Bereich geändert, welcher unter Berücksichtigung des maximalen Sensorstroms des Gassensors bestimmt ist, wodurch eine Verringerung der Genauigkeit beim Steuern des Pumpstroms Ip beschränkt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorsteuerungsvorrichtung, welche einen Gassensor steuert, welcher eine Sauerstoffpumpzelle zum Heraus- und Hineinpumpen von Sauerstoff gemäß einem Pumpstrom aufweist, und ein Gasdetektionssystem, welches einen solchen Gassensor und eine solche Sensorsteuerungsvorrichtung umfasst.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Bekannt ist ein Gasdetektionssystem, welches einen Gassensor, welcher eine Sauerstoffpumpzelle zum Herein- und Herauspumpen von Sauerstoff gemäß eines Pumpstroms aufweist, und eine Sensorsteuerungsvorrichtung zum Steuern des Gassensors umfasst.
Ein Beispiel eines solchen Gassensors ist ein linearer Luft/Kraftstoff-Sensor, welcher in einem zu messenden Gas enthaltenen Sauerstoff unter Verwendung einer Sauerstoffpumpzelle hinein- oder herauspumpt, und die Sauerstoffkonzentration des zu messenden Gases auf dem Pumpstrom basierend detektiert, wobei der Pumpstrom so zugeführt wird, dass die Sauerstoffkonzentration des zu messenden Gases einer vorbestimmten Sollkonzentration gleich wird. Ein weiteres Beispiel eines solchen Gassensors ist ein NOx-Sensor, welcher die NOx-Konzentration eines zu messenden Gases detektiert.
Die Sensorsteuerungsvorrichtung muss diverse Berechnungsfunktionen zum Steuern des Pumpstroms eines solchen Gassensors aufweisen und muss ferner dem Bedürfnis einer reduzierten Größe der Vorrichtung entsprechen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurde eine Sensorsteuerungsvorrichtung verwendet, welche anstelle einer analogen Schaltung einen digitalen Steuerabschnitt zum Durchführen diverser Steuerungsarten einsetzt.
Eine solche Sensorsteuerungsvorrichtung mit einem digitalen Steuerabschnitt weist einen Digital-Analog-Wandlerabschnitt zum Wandel eines digitalen Werts (Berechnungsergebnis) in einen analogen Strom auf. Ein Beispiel des Digital-Analog-Wandlerabschnitts ist ein Strom-DAC (Digital-Analog-Wandler), welcher einen analogwertigen Strom ein- oder ausgibt.
Ein solcher Digital-Analog-Wandlerabschnitt ermöglicht der Sensorsteuerungsvorrichtung den Pumpstrom (analoger Wert), welcher der Pumpzelle des Gassensors zugeführt wird, zu steuern, während der Pumpstrom mittels digitaler Steuerung durch den digitalen Steuerabschnitt berechnet wird.
Ein solcher digitaler Steuerabschnitt kann im Vergleich zu einer analogen Schaltung hinsichtlich der Größe reduziert werden und kann eine Operation des Änderns von Steuerkonstanten im Vergleich zu einer analogen Schaltung einfacher vornehmen. Daher kann eine Sensorsteuerungsvorrichtung, welche einen solchen digitalen Steuerabschnitt einsetzt, einfach zur Steuerung einer großen Anzahl von Typen von Gassensoren und von Gassensoren diverser Charakteristiken einfach angepasst werden.
STAND DER TECHNIK-DOKUMENTE
Patent Dokument 1 ist eine offengelegte japanische Patentanmeldung (kokai) Nr. 2008-008667
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einer Sensorsteuerungsvorrichtung, welche durch Verwenden eines digitalen Steuerabschnitts eine große Anzahl von Typen (oder diverser Charakteristiken) von Gassensoren handhaben kann, besteht die Möglichkeit, dass, wenn die Sensorsteuerungsvorrichtung einen Gassensor gesteuert, dessen Maximalstrom (maximaler Sensorstrom) klein ist, die Genauigkeit der Pumpstrom-Steuerung aufgrund des Einflusses eines Quantisierungsfehlers in einem Digital-Analog-Wandlerabschnitt abnimmt.
Insbesondere wenn der von dem Digital-Analog-Wandlerabschnitt bereitstellbare Maximalstrom fest ist, wird in der Sensorsteuerungsvorrichtung, welche einen digitalen Steuerabschnitt einsetzt, der Maximalstrombereich, innerhalb welchem Pumpstrom von der Vorrichtung bereitgestellt werden kann (d. h. der Maximalstrombereich, innerhalb welchem Pumpstrom von dem Digital-Analog-Wandlerabschnitt bereitgestellt werden kann), unter Berücksichtigung des Maximalstroms eines Sensors eingestellt, welcher unter den Gassensoren diverser Typen (oder diverser Charakteristiken) den größten maximalen Sensorstrom aufweist.
Eine solche Sensorsteuerungsvorrichtung weist das folgende Problem auf. Wenn die Sensorsteuerungsvorrichtung einen Gassensor steuert, dessen Maximalstrom (maximaler Sensorstrom) klein ist, stellt sie den Pumpstrom lediglich innerhalb eines Bereichs bereit, welcher kleiner ist als der maximale Bereich des Digital-Analog-Wandlerabschnitts. Daher nimmt die Genauigkeit beim Steuern des Pumpstroms ab.
Wenn beispielsweise der Maximalstrombereich eines 13-Bit Digital-Analog-Wandlerabschnitts bezüglich eines Gassensors eingestellt ist, dessen Maximalstrom (maximaler Sensorstrom) ±11,5 mA beträgt, verringert sich die effektive Anzahl von Bits des Digital-Analog-Wandlerabschnitts auf 11 bis 12 Bits, wenn die Sensorsteuerungsvorrichtung einen Gassensor steuert, dessen Maximalstrom (maximaler Sensorstrom) ±4,0 mA beträgt.
10 zeigt einen beispielhaften Graph, welcher die Charakteristik eines 13-Bit Digital-Analog-Wandlerabschnitts (Strom-DAC) für den Fall darstellt, dass der Maximalstrombereich des 13-Bit Digital-Analog-Wandlerabschnitts (Strom-DAC) auf ±11,5 mA gesetzt ist. Wenn, wie in 10 gezeigt, der Digital-Analog-Wandlerabschnitt einen Pumpstrom innerhalb eines Bereichs von ±4,0 mA ausgibt, kann von der Weite W1 des maximalen Bereichs (13 Bits) des Digital-Analog-Wandlerabschnitts lediglich eine Weite W2 verwendet werden, welche gleich oder kleiner als die Hälfte der Weite W1 (etwa ein Drittel der Weite W1) ist. Daher verringert sich die effektive Anzahl von Bits auf 11 bis 12 Bits.
Insbesondere wenn der Maximalstrombereich, innerhalb dessen der Digital-Analog-Wandlerabschnitt den Pumpstrom bereitstellen kann, fest ist, erhöht sich für einen abnehmenden maximalen Sensorstrom des Gassensors das Verhältnis des Stromwerts pro Bit zu dem maximalen Sensorstrom des Gassensors. Daher wird eine genaue Steuerung des Pumpstroms schwierig und die Genauigkeit der Steuerung des Pumpstroms verringert sich.
In Anbetracht des voran beschriebenen Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sensorsteuerungsvorrichtung bereitzustellen, welche einen Gassensor mittels einer digitalen Steuerung steuert und welche ein Verringern der Genauigkeit beim Steuern des Pumpstroms beschränken kann. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gasdetektionssystem bereitzustellen, welches eine solche Sensorsteuerungsvorrichtung umfasst.
Eine Sensorsteuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist dazu hergerichtet, einen Gassensor zu steuern, welcher eine Sauerstoffpumpzelle zum Hinein- oder Herauspumpen von Sauerstoff in Abhängigkeit eines Pumpstroms aufweist. Die Sensorsteuerungsvorrichtung umfasst einen Pumpstrom-Rechenabschnitt, einen Digital-Analog-Wandlerabschnitt und einen Maximalstrombereich-Änderungsabschnitt. Der Pumpstrom-Rechenabschnitt berechnet mittels einer digitalen Steuerung ein digitales Signal, welches einem der Sauerstoffpumpzelle zugeführten Pumpstrom entspricht, und stellt das digitale Signal bereit. Der Digital-Analog-Wandlerabschnitt erzeugt den der Sauerstoffpumpzelle zugeführten Pumpstrom basierend auf dem digitalen Signal, welches ein Rechenergebnis des Pumpstrom-Rechenabschnitts repräsentiert. Der Maximalstrombereich-Änderungsabschnitt ändert einen Maximalstrombereich des Pumpstroms, welcher von dem Digital-Analog-Wandlerabschnitt erzeugt werden kann.
Die Sensorsteuerungsvorrichtung umfasst den Maximalstrombereich-Änderungsabschnitt, welcher dazu konfiguriert ist, den Maximalstrombereich des Pumpstroms, welcher von dem Digital-Analog-Wandlerabschnitt erzeugt werden kann, zu ändern. Somit kann die Sensorsteuerungsvorrichtung den Maximalstrombereich des Pumpstroms auf einen für den Typ oder die Charakteristik eines zu steuernden Gassensors geeigneten Bereich ändern.
Wenn beispielsweise ein Gassensor gesteuert wird, dessen maximaler Sensorstrom klein ist, wird der Maximalstrombereich des Digital-Analog-Wandlerabschnitts auf einen Bereich geändert, welcher unter Berücksichtigung des maximalen Sensorstroms des Gassensors bestimmt ist, wodurch eine Verringerung der Genauigkeit bei der Steuerung des Pumpstroms beschränkt werden kann.
Gemäß der Sensorsteuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann daher eine Verringerung der Genauigkeit beim Steuern des Pumpstroms beschränkt werden, wenn der Gassensor mittels einer digitalen Steuerung gesteuert wird.
Insbesondere ist der der Sauerstoffpumpzelle durch den Digital-Analog-Wandlerabschnitt zugeführte Pumpstrom nicht unidirektional sondern bidirektional (Vorwärtsrichtung und Rückwärtsrichtung). Somit kann der Betrieb der Sauerstoffpumpzelle zwischen einem Betrieb des Hineinpumpens von Sauerstoff und einem Betrieb des Herauspumpens von Sauerstoff gemäß der Speisungsrichtung (Flussrichtung) des Pumpstroms (Vorwärtsrichtung, Rückwärtsrichtung) umgeschaltet werden.
Die Sensorsteuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann wie folgt konfiguriert sein. Der Digital-Analog-Wandlerabschnitt ist so konfiguriert, dass sich der Maximalstrombereich mit einer extern angelegten Referenzspannung ändert und der Maximalstrombereich-Änderungsabschnitt ändert den Maximalstrombereich, indem die Referenzspannung verändert wird. Mit anderen Worten erzeugt der Maximalstrombereich-Änderungsabschnitt die Referenzspannung; und der Digital-Analog-Wandlerabschnitt ist so konfiguriert, dass sich der Maximalstrombereich mit der Referenzspannung ändert.
Die Sensorsteuerungsvorrichtung, welche eine solche Konfiguration aufweist, kann den Maximalstrombereich des Digital-Analog-Wandlerabschnitts beliebig ändern, indem die Referenzspannung durch den Maximalstrombereich-Änderungsabschnitt geändert wird.
Die Sensorsteuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ferner wie folgt konfiguriert sein. Der Digital-Analog-Wandlerabschnitt kann einen Abschnitt variablen Widerstands umfassen, dessen elektrischer Widerstand variabel ist (d. h., der Abschnitt variablen Widerstands weist einen variablen elektrischen Widerstand auf), und erzeugt als den Pumpstrom einen Strom, welcher als Resultat einer Anwendung der Referenzspannung auf den Abschnitt variablen Widerstands generiert wird.
Da der Abschnitt variablen Widerstands in dem Digital-Analog-Wandlerabschnitt bereitgestellt wird, kann der Pumpstrom als ein Strom erzeugt werden, welcher als Resultat einer Anwendung der Referenzspannung auf den Abschnitt variablen Widerstands generiert wird.
Die Sensorsteuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann auch wie folgt konfiguriert sein. Der Maximalstrombereich-Änderungsabschnitt kann den Maximalstrombereich auf einer Sensorinformation basierend ändern, welche gemäß einer Charakteristik oder Typs des Gassensors bestimmt ist, und die Sensorsteuerungsvorrichtung kann einen Speicherabschnitt zum Speichern der Sensorinformation umfassen.
Ein geeigneter, der Charakteristik oder dem Typ des Gassensors entsprechender Maximalstrombereich des Pumpstroms kann konfiguriert werden, indem die Sensorinformation in Abhängigkeit der Charakteristik oder des Typs des Gassensors bestimmt ist.
Durch Verwenden einer Konfiguration des Speicherns der Sensorinformation in dem Speicherabschnitt ist es ferner möglich, die in dem Speicherabschnitt gespeicherte Information (Sensorinformation) in Abhängigkeit des zu steuernden Gassensors zu ändern.
Im Ergebnis kann die Sensorsteuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung Gassensoren diverser Typen oder Gassensoren mit diversen Charakteristiken handhaben und kann eine Verringerung der Genauigkeit beim Steuern des Pumpstroms beschränken.
Die Sensorsteuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann des Weiteren wie folgt konfiguriert sein. Der Gassensor kann eine Detektionszelle umfassen, welche eine elektromotorische Kraft erzeugt, welche einer spezifischen Komponente entspricht, die in einem zu messenden Gas enthalten ist. Die Sensorsteuerungsvorrichtung kann dann einen Analog-Digital-Wandlerabschnitt zum Wandeln eines analogen Werts der elektronischen Kraft in einen digitalen Wert umfassen und der Pumpstrom-Rechenabschnitt kann den Pumpstrom auf dem digitalen Wert der elektromotorischen Kraft basierend berechnen.
Der Gassensor, welcher zusätzlich zu einer Sauerstoffpumpzelle eine Detektionszelle umfasst, weist eine höhere Gasdetektionsgenauigkeit auf als ein Gassensor, welcher lediglich die Sauerstoffpumpzelle umfasst.
Die Sensorsteuerungsvorrichtung, welche einen Analog-Digital-Wandlerabschnitt umfasst und in welcher der Pumpstrom-Rechenabschnitt den Pumpstrom auf einer elektromotorischen Kraft basierend berechnet, kann einen Gassensor, welcher eine Sauerstoffpumpzelle und eine Detektionszelle umfasst, steuern.
Somit kann die Sensorsteuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einen Gassensor steuern, welcher eine Sauerstoffpumpzelle und eine Detektionszelle umfasst, und kann die Genauigkeit der Gasdetektion verbessern.
Ein Gasdetektionssystem der vorliegenden Erfindung umfasst die oben beschriebene Sensorsteuerungsvorrichtung und einen Gassensor, welcher eine Sauerstoffpumpzelle zum Hinein- oder Herauspumpen von Sauerstoff in Abhängigkeit eines Pumpstroms aufweist.
Da dieses Gasdetektionssystem die oben beschriebene Sensorsteuerungsvorrichtung umfasst, kann, wie in dem Fall der oben beschriebenen Sensorsteuerungsvorrichtung, eine Verringerung der Genauigkeit beim Steuern des Pumpstroms beschränkt werden. Insbesondere wenn ein Gassensor gesteuert wird, dessen maximaler Sensorstrom klein ist, wird der Maximalstrombereich des Digital-Analog-Wandlerabschnitts auf einen Bereich geändert, welcher unter Berücksichtigung des maximalen Sensorstroms des Gassensors bestimmt ist, wodurch eine Verringerung der Genauigkeit beim Steuern des Pumpstroms beschränkt werden kann.
Somit kann gemäß dem Gasdetektionssystem der vorliegenden Erfindung eine Verringerung der Genauigkeit beim Steuern des Pumpstroms beschränkt werden, wenn der Gassensor mittels einer digitalen Steuerung gesteuert wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Aspekte der vorliegenden Erfindung werden im Detail mit Bezug auf die nachfolgenden Figuren beschrieben, wobei:
1 eine Übersichtsdarstellung eines Gasdetektionssystems 1 ist,
2 eine Übersichtsdarstellung eines Strom-DA-Wandlerabschnitts 35 ist,
3 ein beispielhafter Graph ist, welcher die Korrelation zwischen einem DAC-Steuersignal S1 und einem Pumpstrom Ip in dem Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 zeigt,
4 ein Flussdiagramm ist, welches die Details eines Abnutzungskorrekturprozesses zeigt,
5 eine Übersichtsdarstellung eines zweiten Gasdetektionssystems 101 einer zweiten Ausführungsform ist,
6 eine Übersichtsdarstellung eines zweiten Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitts 155 ist, welcher in einem zweiten Strom-DA-Wandlerabschnitt 135 bereitgestellt ist,
7 eine Übersichtsdarstellung eines zweiten Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitts 157 ist, welcher in dem zweiten Strom-DA-Wandlerabschnitt 135 bereitgestellt ist,
8 eine Übersichtsdarstellung eines vierten Gasdetektionssystems 201 einer vierten Ausführungsform ist,
9 eine Übersichtsdarstellung eines fünften Gasdetektionssystems 301 einer fünften Ausführungsform ist,
10 ein beispielhafter Graph ist, welcher die Charakteristik eines Digital-Analog-Wandlerabschnitts (Strom-DAC) zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die nachfolgenden Ausführungsformen beschränkt und diverse andere Formen können verwendet werden, ohne den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
A. ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
1-1. ALLGEMEINE KONFIGURATION
1 ist eine Übersichtsdarstellung eines Gasdetektionssystems 1, welches eine Ausführungsform ist, auf welche die vorliegende Erfindung angewendet wird.
Das Gasdetektionssystem 1 wird beispielsweise zur Detektion eines bestimmten Gases (in der vorliegenden Ausführungsform: Sauerstoff) verwendet, welches in von einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgas enthalten ist.
Das Detektionssystem 1 umfasst einen Gassensor 8 zum Detektieren von Sauerstoff und eine Sensorsteuerungsvorrichtung 2 zum Steuern des Gassensors 8. Das Gasdetektionssystem 1 informiert eine Motorsteuerungsvorrichtung 9 über die die detektierte Sauerstoffkonzentration.
Die Motorsteuerungsvorrichtung 9 ist ein Mikrocontroller, welcher diverse Arten von Steuerprozessen zum Steuern des Verbrennungsmotors ausführt. Die Motorsteuerungsvorrichtung 9 führt als eine der diversen Arten von Steuerprozessen eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung für den Verbrennungsmotor durch, indem die von dem Gasdetektionssystem 1 detektierte Sauerstoffkonzentration verwendet wird.
Der Gassensor 8 ist an einem Abgasrohr des Verbrennungsmotors (Motors) angeordnet und detektiert die Sauerstoffkonzentration des Abgases über einen weiten Bereich. Der Gassensor 8 wird auch als linearer Luft/Kraftstoff-Sensor bezeichnet. Der Gassensor 8 besteht aus einer Pumpzelle 14 und einer elektromotorische-Kraft-Zelle 24.
Die Pumpzelle 14 umfasst einen Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolytteil 15, welcher aus teilweise stabilisiertem Zirkonoxid (ZrO₂) gebildet ist, und ein Paar poröser Elektronen 16, welche im Wesentlichen aus Platin gebildet sind und an der Vorder- bzw. Rückseite des Festelektrolytteils 15 angeordnet sind. Die elektromotorische-Kraft-Zelle 24 umfasst einen Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolytteil 25, welcher aus teilweise stabilisiertem Zirkonoxid (ZrO₂) gebildet ist, und ein Paar poröse Elektronen 28, welche im Wesentlichen aus Platin gebildet sind und an der Vorder- bzw. Rückseite des Festelektrolytteils 25 angeordnet sind.
Der Gassensor 8 hat eine Messkammer (nicht gezeigt), welche innerhalb des Gassensors 8 zwischen der Pumpzelle 14 und der elektromotorische-Kraft-Zelle 24 angeordnet ist. Ein zumessendes Gas (in der vorliegenden Ausführungsform: Abgas) wird in die Messekammer durch eine poröse Diffusionsschicht (nicht gezeigt) eingeführt.
Der Gassensor 8 funktioniert wie folgt. Die elektromotorische-Kraft-Zelle 24 erzeugt eine elektromotorische Kraft (Detektionsspannung Vs), welche der Sauerstoffkonzentration der Messkammer entspricht (mit anderen Worten, die Sauerstoffkonzentration des zu messenden Gases, welches durch die poröse Diffusionsschicht in die Messkammer eingeführt ist). Insbesondere wird in der elektromotorische-Kraft-Zelle 24 eine Detektionsspannung Vs erzeugt, welche der Differenz der Sauerstoffkonzentrationen an der porösen Elektrode 28 auf der Vorderseite und der porösen Elektrode 28 auf der Rückseite entspricht.
Der in dem zu messenden Gas innerhalb der Messkammer enthaltene Sauerstoff wird in die Messkammer hinein- oder aus der Messkammer herausgepumpt, indem die Pumpzelle 14 so verwendet wird, dass die Detektionsspannung Vs der elektromotorische-Kraft-Zelle 24 gleich einem vorbestimmten Referenzwert wird (z. B. ca. 450 mV). Insbesondere wird ein Pumpstrom Ip dazu gebracht, zwischen der porösen Elektrode 16 an der Vorderseite der Pumpzelle 14 und der porösen Elektrode 16 an der Rückseite der Pumpzelle 14 zu fließen, so dass Sauerstoff innerhalb Messkammer herausgepumpt oder Sauerstoff in die Messkammer hineingepumpt wird, um hierdurch die Sauerstoffkonzentration der Messkammer einzustellen.
Insbesondere wird der Gassensor 8 für eine Anwendung verwendet, in welcher die Sauerstoffkonzentration des zu messenden Gases auf dem Pumpstrom Ip basierend detektiert wird, welcher dazu gebracht wird, so durch die Pumpzelle 14 zu fließen, dass die Sauerstoffkonzentration der Messkammer einer vorbestimmten Sollkonzentration gleich wird (z. B. eine Konzentration, welche dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht).
Die Sensorsteuerungsvorrichtung 2 treibt und steuert den Gassensor 8, so dass die Sauerstoffkonzentration des Abgases detektiert wird, und berichtet die detektierte Sauerstoffkonzentration an die Motorsteuerungsvorrichtung 9 über eine SPI-Kommunikationsverbindung 44.
Die Sensorsteuerungsvorrichtung 2 umfasst einen AD-Wandlerabschnitt 31 (Analog-Digital-Wandlerabschnitt 31), einen digitalen Rechenabschnitt 33, einen Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 (Strom-Digital-Analog-Wandlerabschnitt 35), ein EEPROM 37, ein RAM 39, einen Referenzspannung-Erzeugungsabschnitt 41 und einen SPI-Steuerabschnitt 43.
Der AD-Wandlerabschnitt 31 wandelt einen analogen Wert der an der elektromotorische-Kraft-Zelle 24 des Gassensors 8 erzeugten Detektionsspannung Vs in einen digitalen Wert und sendet den digitalen Wert der Detektionsspannung Vs an den digitalen Rechenabschnitt 33. Zu betonen ist, dass die über die elektromotorische-Kraft-Zelle 24 erzeugte Detektionsspannung Vs sich mit der Sauerstoffkonzentration der Messkammer ändert.
Der digitale Rechenabschnitt 33 ist ein Prozessor (CPU), welcher diverse Arten von Berechnungs-/Steuerprozessen ausführt. Als einer der Berechnungs-/Steuerprozesse führt der digitale Rechenabschnitt 33 einen Pumpstrom-Steuerprozess des Steuerns des der Pumpzelle 14 zugeführten Pumpstroms Ip so durch, dass die Detektionsspannung Vs der elektromotorische-Kraft-Zelle 24 gleich einer Sollsteuerspannung (in der vorliegenden Ausführungsform: 450 mV) wird.
Insbesondere führt der digitale Rechenabschnitt 33, welcher den Pumpstrom-Steuerprozess ausführt, eine PID-Berechnung basierend auf einer Differenz (Abweichung) ΔVs zwischen der Sollsteuerspannung (450 mV) und der Detektionsspannung Vs der elektromotorische-Kraft-Zelle 24 durch und steuert den der Pumpzelle 14 durch den Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 zugeführten Pumpstrom Ip so, dass sich die Abweichung ΔVs null annähert (mit anderen Worten nähert sich die Detektionsspannung Vs der Sollsteuerspannung an).
Der digitale Rechenabschnitt 33 überträgt an den Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 ein DAC-Steuersignal S1, welches den Pumpstrom Ip betreffende Information enthält. Das DAC-Steuersignal S1 ist ein digitales Signal, welches Information betreffend die Stärke und die Speisungsrichtung (Flussrichtung) (Vorwärtsrichtung, Rückwärtsrichtung) des Pumpstroms Ip enthält.
Der Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 führt eine DA-Wandlung auf dem DAC-Steuersignal S1 basierend durch, welches die von dem digitalen Rechenabschnitt 33 berechnete, den Pumpstrom Ip betreffende Information enthält, und speist die Pumpzelle 14 mit dem Pumpstrom Ip. Details des Strom-DA-Wandlerabschnitts 32 werden später beschrieben.
Das EEPROM 37 ist ein Speicherabschnitt zum Speichern der Inhalte der Berechnungs-/Steuerprozesse, diverser für die Berechnungs-/Steuerprozesse verwendeter Parameter, etc.
Das EEPROM 37 speichert Sensorinformation, welche wenigstens eine Information umfasst, welche eine Referenzspannung Vref betrifft, welche dem Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip entspricht, und eine Information, welche zur Korrektur einer während der Herstellung erzeugten Toleranz verwendet wird. Diese Sensorinformation wird gemäß dem Typ oder der Charakteristik des zu steuernden Gassensors 8 bestimmt. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Sensorinformation während der Herstellung der Sensorsteuerungsvorrichtung 2 in dem EEPROM 37 gespeichert und kann nach der Auslieferung vor Ort überschrieben werden.
Das RAM 39 ist ein Speicherabschnitt zum temporären Speichern von Steuerdaten, etc., welche für die diversen Arten von Berechnungs-/Steuerungsprozessen verwendet werden.
Der Referenzspannung-Erzeugungsabschnitt 41 erzeugt die Referenzspannung Vs auf Basis von „die Referenzspannung Vref betreffender Information”, welche temporär in dem RAM 39 gespeichert ist, und führt die erzeugte Referenzspannung Vref dem Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 zu.
Die temporär in dem RAM 39 gespeicherte, „die Referenzspannung Vref betreffende Information” wird ferner in dem von dem digitalen Rechenabschnitt 33 durchgeführten Pumpstrom-Steuerprozess verwendet. Während der Maximalstromwert des der Referenzspannung Vref entsprechenden Maximalstrombereichs als ein Stromwert eingestellt ist, welcher dem Maximalwert des DAC-Steuersignals S1 entspricht, wird, in dem Pumpstrom-Steuerprozess, der Wert des DAC-Steuersignals S1, welcher dem Berechnungsergebnis (der Stromwert des Pumpstroms Ip) entspricht, basierend auf dem Verhältnis zwischen dem Berechnungsergebnis (der Stromwert des Pumpstroms Ip) und dem Maximalstrombereich berechnet.
Wenn dieses DAC-Steuersignal S1 an den Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 gesendet ist, speist der Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 die Pumpzelle 14 mit dem auf dem DAC-Steuersignal S1 basierend erzeugten Pumpstrom Ip.
Der SPI-Steuerabschnitt 43 steuert eine über eine serielle Peripherieschnittstelle durchgeführte Datenkommunikation und steuert eine Datenübertragung über die SPI-Kommunikationsverbindung 44 an die Motorsteuerungsvorrichtung 9 und einen Datenempfang über die SPI-Kommunikationsverbindung 44 von der Motorsteuerungsvorrichtung 9.
1-2. STROM-DA-WANDLERABSCHNITT 35
Als Nächstes wird die Konfiguration des Strom-DA-Wandlerabschnitts 35 beschrieben.
2 ist eine Übersichtsdarstellung des Strom-DA-Wandlerabschnitts 35.
Der Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 umfasst einen Digitalsignal-Steuerabschnitt 51, einen Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 55, einen Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 57, einen Referenzspannungsanschluss 59, einen Pumpstromanschluss 61 und einen Schaltungsenergieversorgungsanschluss 65.
Basierend auf dem DAC-Steuersignal S1 von dem digitalen Rechenabschnitt 33 setzt der Digitalsignal-Steuerabschnitt 51 die Zustände (offene (aus) oder geschlossene (an) Zustände) von Schaltelementen Swa00 bis Swa11 des später beschriebenen Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitts 55, die Zustände (offene (aus) oder geschlossene (an) Zustände) von Schaltelementen Swb00 bis Swb11 des später beschriebenen Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitts 57, einen in dem Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 55 verwendeten Speisungsstromwert und einen in dem Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 57 verwendeten Speisungsstromwert.
Das DAC-Steuersignal S1 besteht insbesondere aus 13 Bits, wobei ein Bit davon als eine die Speisungsrichtung des Pumpstroms Ip betreffende Information verwendet wird und 12 Bits davon als eine den Stromwert des Pumpstroms Ip betreffende Information verwendet werden.
Der Referenzspannungsanschluss 59 ist elektrisch mit dem Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 55 und dem Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 57 verbunden. Der Referenzspannungsanschluss 59 ist mit dem Referenzspannung-Erzeugungsabschnitt 41 (nicht in 2 gezeigt) verbunden und die Referenzspannung Vref wird von dem Referenzspannung-Erzeugungsabschnitt 41 zugeführt.
Die von dem Referenzspannung-Erzeugungsabschnitt 41 zugeführte Referenzspannung Vref wird dem Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 55 und dem Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 57 über den Referenzspannungsanschluss 59 zugeführt.
Der Schaltungsenergieversorgungsanschluss 65 ist mit einer Schaltungsenergieversorgung (nicht gezeigt) zum Zuführen einer vorbestimmten Energieversorgungsspannung Vc verbunden und bildet einen Teil eines Versorgungspfads für elektrische Energie zum Zuführen der Energieversorgungsspannung Vc von der Schaltungsenergieversorgung an den Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 55 und den Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 57.
Der Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 55 umfasst einen Operationsverstärker OPa, eine Schaltung variablen Widerstands 63a, eine Vielzahl von Feldeffekttransistoren FETa1, FETa2, FETa3, eine Vielzahl von Widerstandselementen Ra1, Ra2, Ra3, eine Vielzahl von Kondensatoren Ca1, Ca2, etc.
Die Schaltung variablen Widerstands 63a umfasst zwölf Widerstandselemente der Raa00 bis Raa11 und zwölf Schaltelemente Swa00 bis Swa11. In 1 sind einige der Widerstandselemente Raa00 bis Raa11 und einige der Schaltelemente Swa00 bis Swa11 nicht gezeigt.
Die Widerstände der zwölf Widerstandselemente Raa00 bis Raa11 sind durch Änderung ihrer Längen, Breiten oder Anzahl von das entsprechende Widerstandselement bildenden Unterelementen so eingestellt, dass das Verhältnis eines Referenzwiderstands Rref zu dem Widerstand des Widerstandselements Raa(n) „n-te Potenz von 2” beträgt. Beispielsweise ist, wenn der Widerstand des Widerstandselements Raa00 „Rref/(0-te Potent von 2)” beträgt, der Widerstand des Widerstandselements Raa01 „Rref/(1-te Potenz von 2)”, der Widerstand des Widerstandselements Raa02 „Rref/(2-te Potenz von 2)” und der Widerstand des Widerstandselements Raa11 „Rref/(11-te Potenz von 2)”.
Die Zustände (offene (aus) Zustände oder geschlossene (an) Zustände) der zwölf Schaltelemente Swa00 bis Swa11 werden auf dem DAC-Steuersignal S1 basierend eingestellt. Insbesondere ist die Schaltung variablen Widerstands 63a dazu konfiguriert, die Zustände des Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitts 57 und des Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitts 57 und den elektrischen Widerstand der gesamten Schaltung auf dem DAC-Steuersignal S1 basierend zu ändern.
Wenn auf Basis des Einstellens durch den Digitalsignal-Steuerabschnitt 51 einige oder alle der Schaltelemente Swa00 bis Swa11 des Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitts 55 in ihre geschlossenen Zustände (an-Zustände) gebracht sind und alle Schaltelemente Swb00 bis Swb11 des Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitts 57 in ihre offenen Zustände (aus-Zustände) gebracht sind (nachfolgend wird dieser Zustand als ein erster Zustand bezeichnet), wird in dem Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 55 die Referenzspannung Vref an die Schaltung variablen Widerstands 63a als ein Resultat rückgekoppelter Steuerung, welche von dem Operationsverstärker OPa durchgeführt wird, angelegt.
In dem Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 55 bilden der Feldeffekttransistor FETa1 und FETa2 eine Stromspiegel-Schaltung und die zwei Feldeffekttransistoren sind in der vorliegenden Ausführungsform von derselben Größe. Ein Strom, welcher durch die Referenzspannung Vref und den elektrischen Widerstand der Schaltung variablen Widerstands 63a bestimmt ist, fließt durch den Feldeffekttransistor FETa1 und somit fließt ein Strom der selben Stärke in dem Feldeffekttransistor FETa2. Der auf diese Weise durch den Feldeffekttransistor FETa2 fließende Strom wird der Pumpzelle 14 über den Pumpstromanschluss 61 als ein Pumpstrom Ip in Richtung zu der Pumpzelle 14 hin (Vorwärtsrichtung) zugeführt.
Wenn basierend auf dem Einstellen durch den Digitalsignal-Steuerabschnitt 51 der erste Zustand hergestellt ist, speist der Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 55 die Pumpzelle 14 mit dem Pumpstrom Ip in Vorwärtsrichtung.
Wenn hingegen basierend auf dem Einstellen durch den Digitalsignal-Steuerabschnitt 51 alle der Schaltelemente Swa00 bis Swa11 des Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitts 55 in ihre offenen Zustände (aus-Zustände) gebracht sind und einige oder alle der Schaltelemente Swb00 bis Swb11 des Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitts 57 in ihre geschlossenen Zustände (an-Zustände) gebracht sind (nachfolgend wird dieser Zustand als ein zweiter Zustand bezeichnet), beträgt die an der Schaltung variablen Widerstands 63a anliegende Spannung als ein Resultat der von dem Operationsverstärker OPa durchgeführten, rückgekoppelten Steuerung 0 V und es fließt kein Strom durch die Schaltung variablen Widerstands 63a. D. h., wenn der zweite Zustand basierend auf dem Einstellen durch den Digitalsignal-Steuerabschnitt 51 hergestellt ist, wird der Pumpstrom Ip nicht durch den Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 55 bereitgestellt.
Der Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 57 umfasst einen Operationsverstärker OPb, eine Schaltung variablen Widerstands 63b, eine Vielzahl von Feldeffekttransistoren FETb1, FETb2, FETb3, FETb4, FETb5, eine Vielzahl von Widerstandselementen Rb1, Rb2, Rb3, eine Vielzahl von Kondensatoren Cb1, Cb2, etc.
Von diesen sind der Operationsverstärker OPb, die Schaltung variablen Widerstands 63b, die Vielzahl von Widerstandselementen Rb1, Rb2, Rb3, die Vielzahl von Kondensatoren Cb1, Cb2 jeweils entsprechend gleich dem Operationsverstärker OPa, der Schaltung variablen Widerstands 63a, der Vielzahl von Widerstandselementen Ra1, Ra2, Ra3 und der Vielzahl von Kondensatoren Ca1, Ca2, welche in dem Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 55 bereitgestellt sind. Daher werden ihre Beschreibungen nicht wiederholt.
Wenn der zweite Zustand basierend auf dem Einstellen durch den Digitalsignal-Steuerungsabschnitt 51 hergestellt ist, wird in dem Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 57 die Referenzspannung Vref an die Schaltung variablen Widerstands 63b als Resultat einer von dem Operationsverstärker OPb durchgeführten, rückgekoppelten Steuerung angelegt.
In dem Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 57 bilden die Feldeffekttransistoren FETb1 und FETb2 eine Stromspiegel-Schaltung und die Feldeffekttransistoren FETb3 und FETb4 bilden eine weitere Stromspiegel-Schaltung. Die Feldeffekttransistoren FETb1 und FETb2 sind von derselben Größe. Ferner sind die Feldeffekttransistoren FETb3 und FETb4 von derselben Größe.
Daher fließt in dem Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 57 ein Strom, welcher durch die Referenzspannung Vref und den elektrischen Widerstand der Schaltung variablen Widerstands 63b bestimmt ist, durch den Feldeffekttransistor FETb1 und ein Strom der selben Stärke fließt auch durch den Feldeffekttransistor FETb2. Ferner fließt ein Strom, dessen Stärke gleich der des durch den Feldeffekttransistor FETb2 fließenden Stroms ist, auch durch den Feldeffekttransistor FETb3 und ein Strom, dessen Stärke gleich der des durch den Feldeffekttransistor FETb3 fließenden Stroms ist, fließt auch durch den Feldeffekttransistor FETb4. Der auf diese Weise durch den Feldeffekttransistor FETb4 fließende Strom versorgt die Pumpzelle 14 über den Pumpstromanschluss 61 als einen Pumpstrom in einer Richtung hin zu dem Feldeffekttransistor FETb4 (Rückwärtsrichtung).
Wenn basierend auf dem Einstellen durch den Digitalsignal-Steuerabschnitt 51 der zweite Zustand hergestellt ist, speist der Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 55 die Pumpzelle 14 mit dem Pumpstrom Ip in Rückwärtsrichtung.
Wenn jedoch der erste Zustand basierend auf dem Einstellen durch den Digitalsignal-Steuerabschnitt 51 hergestellt ist, beträgt die an die Schaltung variablen Widerstands 63b des Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitts 57 angelegte Spannung als Resultat einer von dem Operationsverstärker OPb durchgeführten, gekoppelten Steuerung 0 V und es fließt kein Strom durch die Schaltung variablen Widerstands 63b des Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitts 57. D. h., wenn der erste Zustand basierend auf dem Einstellen durch den Digitalsignal-Steuerabschnitt 51 hergestellt ist, wird der Pumpstrom Ip nicht von dem Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 57 bereitgestellt.
Wie oben beschrieben, empfängt der Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 das DAC-Steuersignal S1, welches die von dem digitalen Rechenabschnitt 33 berechnete Information (Speisungsrichtung, Stromwert) des Pumpstroms Ip umfasst, führt eine DA-Wandlung auf der empfangenen digitalen Informationen basierend durch und speist die Pumpzelle 14 mit dem auf dem DAC-Steuersignal S1 basierenden Pumpstrom.
Insbesondere stellt der Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 den Stromwert des Pumpstroms Ip auf dem elektrischen Widerstand der Schaltung variablen Widerstands 63a, 63b und der von dem Referenzspannung-Erzeugungsabschnitt 41 erzeugten Referenzspannung Vref basierend ein. Ferner stellt der Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 die Speisungsrichtung des Pumpstroms Ip ein, indem wahlweise der erste oder zweite Zustand basierend auf dem Einstellen durch den Digitalsignal-Steuerabschnitt 51 hergestellt wird.
Insbesondere sind in der vorliegenden Ausführungsform die Feldeffekttransistoren, welche eine jede der Stromspiegel-Schaltungen bilden, von derselben Größe. Eine Stromverstärkung kann jedoch durch Ändern der Dimensionsverhältnisse der Feldeffekttransistoren durchgeführt werden.
1-3. MAXIMALSTROMBEREICH DES PUMPSTROMS Ip
Nun wird der Grund beschrieben, weshalb die Genauigkeit beim Steuern des Pumpstroms Ip durch Ändern des Maximalstrombereichs des Pumpstroms Ip, welcher von der Sensorsteuerungsvorrichtung 2 bereitgestellt werden kann, verbessert werden kann.
3 zeigt einen beispielhaften Graphen, welcher die Korrelation zwischen dem Pumpstrom Ip und dem DAC-Steuersignal S1 (13-Bit Daten) in dem Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 der Sensorsteuerungsvorrichtung 2 zeigt.
In 3 zeigt eine durchgezogene Linie „a” die Korrelation, wenn die Referenzspannung Vref so eingestellt ist, dass der Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip „–11,5 mA bis 11,5 mA” beträgt, und eine gestrichelte Linie „b” zeigt die Korrelation, wenn die Referenzspannung Vref so eingestellt, dass der Maximalstromgereich des Pumpstroms Ip „–4,0 mA bis 4,0 mA” beträgt.
Wie aus 3 ersichtlich, ist der Pumpstrom Ip ein Speisungsstrom in Vorwärtsrichtung, wenn das DAC-Steuersignal S1 größer als „0x0FFF” ist; und der Pumpstrom Ip ist ein Speisungsstrom in Rückwärtsrichtung, wenn das DAC-Steuersignal S1 kleiner als „0x0FFF” ist; wenn das DAC-Steuersignal S1 „0x0FFF” ist, wird kein Pumpstrom Ip bereitgestellt.
Der Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 erzeugt einen Strom, welcher dem Maximalwert des Maximalstrombereichs des Pumpstroms Ip entspricht, wenn das DAC-Steuersignal S1 der Maximalwert „0x1FFF” ist, und erzeugt einen Strom, welcher dem Minimalwert des Maximalstrombereichs des Pumpstroms Ip entspricht, wenn das DAC-Steuersignal S1 der Minimalwert „0x0000” ist.
Wenn eine Sensorsteuerungsvorrichtung 2, in welcher der Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip auf den Bereich von „–11,5 mA bis 11,5 mA” eingestellt ist, dazu verwendet wird, einen Gassensor zu steuern, dessen maximaler Pumpstrom (maximaler Sensorstromwert) 4,0 mA ist, beträgt die einer Erhöhung des DAC-Steuersignals S1 je Bit entsprechende Stärke des Pumpstroms Ip (Auflösung) 2,8 μA.
Wenn im Gegensatz dazu eine Sensorsteuerungsvorrichtung 2, in welcher der Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip auf den Bereich von „–4,0 mA bis 4,0 mA” eingestellt ist, dazu verwendet wird, den Gassensor zu steuern, dessen maximaler Pumpstrom (maximaler Sensorstromwert) 4,0 mA beträgt, beträgt die einer Erhöhung des DAC-Steuersignals S1 je Bit entsprechende Stärke des Pumpstroms Ip (Auflösung) 0,98 μA.
D. h., wenn der obere Schrankenwert des Maximalstrombereichs des Pumpstroms Ip, welcher von der Sensorsteuerungsvorrichtung 2 bereitgestellt werden kann, auf einen Wert eingestellt ist, welcher größer als der maximale Sensorstromwert des Gassensors ist, erhöht sich die einer Erhöhung des DAC-Steuersignals S1 je Bit repräsentierende Stärke des Pumpstroms Ip (Auflösung) und die Genauigkeit beim Steuern Pumpstroms Ip sinkt ab.
Wenn im Gegensatz dazu der Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip, welcher von der Sensorsteuerungsvorrichtung 2 bereitgestellt werden kann, so nah wie möglich auf den maximalen Sensorstromwert des Gassensors eingestellt wird, kann die einer Erhöhung des DAC-Steuersignals S1 je Bit entsprechende Stärke des Pumpstroms Ip (Auflösung) verringert werden und die Genauigkeit beim Steuern des Pumpstroms Ip kann erhöht werden.
Die Sensorsteuerungsvorrichtung 2 der vorliegenden Erfindung kann Gassensoren diverser Typen oder Gassensoren diverser Charakteristiken steuern, indem die in dem EEPROM 37 gespeicherte Information (Information, welche ein Teil der Sensorinformation ist und die Referenzspannung Vref betrifft, welche dem Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip entspricht) in Abhängigkeit des Typs oder der Charakteristik eines jeden Gassensors 8 im Vorhinein richtig einstellt.
1-4. ABNUTZUNGSKORREKTURPROZESS
Als Nächstes wird ein von der Motorsteuerungsvorrichtung 9 ausgeführter Abnutzungskorrekturprozess beschrieben.
Insbesondere wird der Abnutzungskorrekturprozess durchgeführt, um die „die Referenzspannung Vref betreffende Information”, welche ein Teil der in dem EEPROM 37 und dem RAM 39 gespeicherten Sensorinformation ist, in Abhängigkeit des Grades der Abnutzung des Gassensors 8 zu überschreiben, welche durch den Einfluss einer Änderung über die Zeit oder dergleichen verursacht wird.
Der Abnutzungskorrekturprozess wird beispielsweise durchgeführt, wenn die Motorsteuerungsvorrichtung 9 ein Korrekturanweisungssignal von einem externen Gerät empfängt. D. h., das Korrekturanweisungssignal wird an die Motorsteuerungsvorrichtung 9 gesendet, wenn die Atmosphäre des zu messenden Gases eine vorbestimmte Abnutzungskorrektur-Ausführungsbedingungen erfüllt (in der vorliegenden Ausführungsform: die Sauerstoffkonzentration = 16 vol%, der atmosphärische Druck = 100 kPa, nach einer Aktivierung des Gassensors) (insbesondere in einem Zustand, in dem eine Kraftstoffzufuhr abgeschnitten ist).
4 zeigt ein Flussdiagramm, welches die Details des Abnutzungskorrekturprozesses darstellt.
Wenn der Abnutzungskorrekturprozess gestartet wird, erhält in S110 (S steht für Schritt) die Motorsteuerungsvorrichtung 9 das Berechnungsergebnis (das DAC-Steuersignal S1) des von dem digitalen Rechenabschnitt 33 ausgeführten Pumpstrom-Steuerprozesses. Die Motorsteuerungsvorrichtung 9 erhält das DAC-Steuersignal S1 von dem digitalen Rechenabschnitt 33 über den SPI-Steuerabschnitt 43 und die SPI-Kommunikationsverwendung 44. Insbesondere erhält in Silo die Motorsteuerungsvorrichtung 9 von dem digitalen Rechenabschnitt 33 das Berechnungsergebnis (das DAC-Steuersignal S1) des Pumpstrom-Steuerprozesses in einem Umfeld, welches die Abnutzungskorrektur-Ausführungsbedingung erfüllt.
Als Nächstes, in S120, berechnet die Motorsteuerungsvorrichtung 9 die Differenz (Abweichung) zwischen einem im Vorhinein festgelegten Abnutzungsbestimmungs-Referenzwert und einem Reduzierten Wert des Pumpstroms Ip, welcher aus dem in S110 erhaltenen DAC-Steuersignal S1 berechnet wird. Die Motorsteuerungsvorrichtung 9 berechnet dann einen Detektionsfehler des Gassensors 8 unter Verwendung der Abweichung und einer vorbestimmten Abbildung oder Berechnungsformel und bestimmt den Abnutzungsgrad des Gassensors 8. In S120 führt die Motorsteuerungsvorrichtung 9 insbesondere einen Prozess des Berechnens des reduzierten Werts des Pumpstroms Ip basierend auf dem DAC-Steuersignal S1 durch.
Wenn beispielsweise der reduzierte Wert des Pumpstroms Ip „2,87 mA” beträgt und der Abnutzungsbestimmungs-Referenzwert im Vorhinein auf „2,90 mA” gesetzt ist, beträgt die Abweichung „–0,03 mA”. Die Motorsteuerungsvorrichtung 9 berechnen den Detektionsfehler (z. B., –1,0%) des Gassensors 8 unter Verwendung der Abweichung und der vorbestimmten Abbildung (oder Berechnungsformel).
Da sich der Detektionsfehler des Gassensors 8 mit dem Abnutzungsgrad des Gassensors 8 ändert, repräsentiert der Detektionsfehler, welcher das Ergebnis der Berechnung aus S120 ist, den Abnutzungsgrad des Gassensors 8.
Als Nächstes, in S130, berechnet die Motorsteuerungsvorrichtung 9 basierend auf dem Resultat der Berechnung in S120 einen Korrekturwert der „die Referenzspannung Vref betreffenden Information”. Insbesondere berechnet die Motorsteuerungsvorrichtung 9 den Korrekturwert der „die Referenzspannung Vref betreffenden Information” unter Verwendung des Berechnungsergebnisses aus S120 (des Detektionsfehlers des Gassensors 8) und einer vorbestimmten Abbildung oder Berechnungsformel.
Als Nächstes, in S140, überträgt die Motorsteuerungsvorrichtung 9 den in S130 berechneten Korrekturwert der „die Referenzspannung Vref betreffenden Information” (z. B., 2,7 V) an die Sensorsteuerungsvorrichtung 2 über die SPI-Kommunikationsverbindung 44.
Nach dem Empfangen des Korrekturwertes der „die Referenzspannung Vref betreffenden Information” führt der SPI-Steuerabschnitt 43 einen Prozess des Schreibens (Überschreibens) des Korrekturwertes der „die Referenzspannung Vref treffenden Information” in das RAM 39 als die „die Referenzspannung Vref betreffende Information” durch. Im Ergebnis wird die von dem Referenzspannung-Erzeugungsabschnitt 41 an den Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 zugeführte Referenzspannung Vref geändert, wodurch der Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip, welcher von dem Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 bereitgestellt werden kann, und die der Erhöhung des DAC-Steuersignals S1 je Bit entsprechende Stärke des Pumpstroms Ip (Auflösung) auf einen geeigneten Bereich bzw. einen geeigneten Wert geändert werden, welche dem Abnutzungsgrad des Gassensors 8 entsprechen.
1-5. WIRKUNGEN
Wie zuvor beschrieben, umfasst in dem Gasdetektionssystem 1 der vorliegenden Ausführungsform die Sensorsteuerungsvorrichtung 2 den Referenzspannung-Erzeugungsabschnitt 41 und kann den Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip in dem Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 ändern.
Die Sensorsteuerungsvorrichtung 2 mit einer solchen Konfiguration kann den Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip auf einen geeigneten Bereich in Abhängigkeit des Typs oder der Charakteristik eines zu steuernden Gassensors 8 ändern.
Wenn ein Gassensor 8, dessen maximaler Sensorstrom klein ist, gesteuert wird, wird der Maximalstrombereich des Strom-DA-Wandlerabschnitts 35 auf einen Bereich geändert, welcher unter Berücksichtigung des maximalen Sensorstroms des Gassensors 8 bestimmt ist, wodurch ein Verschlechtern der Genauigkeit beim Steuern des Pumpstroms Ip beschränkt wird.
Gemäß dem Gasdetektionssystem 1 der vorliegenden Ausführungsform kann daher, wenn der Gassensor mittels einer digitalen Steuerung gesteuert wird, eine Verringerung der Genauigkeit beim Steuern des Pumpstroms Ip beschränkt werden.
Ferner ist der in der Sensorsteuerungsvorrichtung 2 bereitgestellte Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 so konfiguriert, dass sich der Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip mit der von dem Referenzspannung-Erzeugungsabschnitt 41 bereitgestellten Referenzspannung Vref ändert. Somit kann der Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip, welcher der Pumpzelle 14 des Gassensors 8 von dem Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 zugeführt wird, frei verändert werden, indem die von dem Referenzspannung-Erzeugungsabschnitt 41 erzeugte Referenzspannung Vref geändert wird.
Ferner umfasst der Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 die Schaltungen variablen Widerstands 63a, 63b, dessen elektrische Widerstände sich mit dem DAC-Steuersignal S1 des digitalen Rechenabschnitts 33 ändern, und ist dazu konfiguriert, die Pumpzelle 14 als den Pumpstrom Ip mit einem Pumpstrom zu speisen, welcher als Resultat einer Anwendung der Referenzspannung Vref auf die Schaltungen variablen Widerstands 63a, 63b generiert wird.
D. h., da der Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 die Schaltungen variablen Widerstands 63a, 63b umfasst, kann der Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 seine elektrische Charakteristik (elektrischen Widerstand) gemäß dem Rechenergebnis (dem DAC-Steuersignal S1) des Pumpstrom-Steuerprozesses ändern, welcher von dem digitalen Rechenabschnitt 33 durchgeführt wird. Da der Pumpstrom Ip ein Strom ist, welcher als Resultat einer Anwendung der Referenzspannung Vref auf die Schaltungen variablen Widerstands 63a und 63b generiert wird, kann der Pumpstrom Ip einen beliebigen Wert annehmen, welcher dem Berechnungsergebnis des digitalen Rechenabschnitts 33 entspricht.
Im Ergebnis kann der Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 die Pumpzelle 14 mit dem Pumpstrom Ip speisen, welcher dem Berechnungsergebnis des digitalen Rechenabschnitts 33 entspricht.
In der Sensorsteuerungsvorrichtung 2 speichert das EEPROM 37 eine Sensorinformation, welche eine Information umfasst, die die Referenzspannung Vref betrifft, welche dem Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip entspricht. Diese Sensorinformation ist gemäß dem Typ oder der Charakteristik des zu steuernden Gassensors 8 bestimmt und wird während der Herstellung der Sensorsteuerungsvorrichtung 2 in dem EEPROM 37 gespeichert.
Da die die Referenzspannung Vref betreffende Information gemäß dem Typ oder der Charakteristik des Gassensors 8 bestimmt ist und in dem EEPROM 37 gespeichert ist, kann die Sensorsteuerungsvorrichtung 2 einen geeigneten Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip in Abhängigkeit des Typs oder der Charakteristik des Gassensors 8 einstellen.
Durch Verwenden der Konfiguration, gemäß welcher die Sensorinformation, welche die die Referenzspannung Vref betreffende Information umfasst, in dem EEPROM 37 gespeichert ist, kann die in dem EEPROM 37 gespeicherte Information (die Sensorinformation, welche die Referenzspannung Vref betreffende Information umfasst) in Abhängigkeit des zu steuernden Gassensors 8 geändert werden.
Im Ergebnis kann die Sensorsteuerungsvorrichtung 2 der vorliegenden Erfindung Gassensoren diverser Typen oder Gassensoren diverser Charakteristiken handhaben und kann eine Verringerung der Genauigkeit beim Steuern des Pumpstroms Ip beschränken.
1-6. PENDANTS ZU DEN ANSPRÜCHEN
Nachfolgend werden Begriffe der vorliegenden Ausführungsform hinsichtlich ihrer Pendants in den Ansprüchen erläutert.
Von dem Verbrennungsmotor ausgestoßenes Abgas entspricht dem zu messenden Gas, Sauerstoff entspricht dem bestimmten Gas und die elektromotorische-Kraft-Zelle 24 entspricht der Detektionszelle.
Ferner entspricht der digitale Rechenabschnitt 33 dem Pumpstrom-Rechenabschnitt, der Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 entspricht dem Digital-Analog-Wandlerabschnitt, der Referenzspannung-Erzeugungsabschnitt 41 entspricht dem Maximalstrombereich-Änderungsabschnitt, die Schaltungen variablen Widerstands 63a und 63b entsprechen dem Abschnitt variablen Widerstands, das EEPROM 37 und das RAM 39 entsprechen dem Speicherabschnitt, die „die Referenzspannung Vref betreffende Information” entspricht der Sensorinformation und der AD-Wandlerabschnitt 31 entspricht dem Analog-Digital-Wandlerabschnitt.
2. ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
Als eine zweite Ausführungsform wird ein zweites Gasdetektionssystem 101 beschrieben, welches eine zweite Sensorsteuerungsvorrichung 102 umfasst, in welcher das EEPROM 37 eine Vielzahl von Informationsstücken speichert, von denen jedes den Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip betrifft und einer Vielzahl von Typen von Gassensoren entspricht, wobei die zweite Sensorsteuerungsvorrichtung 102 den Pumpstrom unter Verwendung eines aus der Vielzahl von Informationsstücken ausgewählten Informationsstücks steuert.
In der nachfolgenden Beschreibung werden Bestandteile der zweiten Ausführungsform, welche mit Bestandteilen der ersten Ausführungsform identisch sind, durch dieselben, in der ersten Ausführungsform verwendeten Bezugszeichen bezeichnet und auf eine Beschreibung dieser Bestandteile wird verzichtet. Von den Bestandteilen der zweiten Ausführungsform werden im Wesentlichen solche Bestandteile beschrieben, welche sich von denen der ersten Ausführungsform unterscheiden.
5 ist eine Übersichtsdarstellung des zweiten Gasdetektionssystems 101 der zweiten Ausführungsform.
Die zweite Sensorsteuerungsvorrichtung 102 der zweiten Ausführungsform ist durch Hinzufügung eines Auswahlabschnitts 40 zu der Sensorsteuerungsvorrichtung 2 der ersten Ausführungsform konfiguriert.
Das EEPROM 37 gespeichert eine Vielzahl von Informationsstücken, welche einer Vielzahl von Typen von Gassensoren entsprechen, wobei jedes der Informationsstücke die Referenzspannung Vref betrifft, welche dem Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip entspricht. Wenn beispielsweise das EEPROM 37 zwei Informationsstücke bezüglich Gassensoren zweier Typen (Typen A und B) speichert, speichert das EEPROM 37 ein Informationsstück (3,0 V) bezüglich der Referenzspannung Vref des Gassensors vom Typ A und ein Informationsstück (1,0 V) bezüglich der Referenzspannung Vref des Gassensors vom Typ B.
Der Auswahlabschnitt 40 ist zwischen dem EEPROM 37 und dem RAM 39 angeordnet und führt einen Prozess des Auswählens diverser Arten von Informationsstücken, welche zwischen dem EEPROM 37 und dem RAM 39 übertragen und empfangen werden, basierend auf einer extern bereitgestellten Auswahlanweisung durch.
Auf Basis eines Sensortyp-Signals Ss, welches von der Motorsteuerungsvorrichtung 9 über den SPI-Steuerabschnitt 43 und die SPI-Kommunikationsverbindung 44 empfangen wird, wählt der Auswahlabschnitt 40 ein Informationsstück aus der Vielzahl von Informationsstücken, welche in dem EEPROM 37 gespeichert sind, aus und schreibt das ausgewählte Informationsstück in den RAM 39. Wenn beispielsweise der Inhalt des Sensortyp-Signals Ss eine „Anweisung, welche eine Auswahl des Typs A anweist” ist, liest der Auswähler 40 das „Informationsstück (3,0 V) bezüglich der Referenzspannung Vref des Gassensors vom Typ A” aus dem EEPROM 37 als die die Referenzspannung Vref betreffende Information aus und schreibt diese Information in den RAM 39.
Der Referenzspannung-Erzeugungsabschnitt 41 erzeugt die Referenzspannung Vref basierend auf der „die Referenzspannung Vref betreffenden Information”, welche temporär, auf Basis des Sensortyp-Signals Ss, in dem RAM 39 gespeichert ist, und führt die erzeugte Referenzspannung Vref dem Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 zu.
Der Strom-DA-Wandlerabschnitt 35 setzt den Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip auf Basis der Referenzspannung Vref.
Die zweite Sensorsteuerungsvorrichtung 102, welche die oben beschriebene Konfiguration aufweist, kann die Notwendigkeit der Einschränkung des Typs des Gassensors 8 auf einen einzigen Typ während der Herstellung beseitigen und kann den Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip gemäß dem Typ des Gassensors 8 während der Verwendung einstellen, indem eine Auswahlanweisung (das Sensortyp-Signals Ss) von der Motorsteuerungsvorrichtung 9 empfangen wird.
Insbesondere ist die Motorsteuerungsvorrichtung 9 so konfiguriert, dass der Typ des Gassensors 8 in die Motorsteuerungsvorrichtung 9 eingegeben werden kann, und ist dazu konfiguriert, die Auswahlanweisung (das Sensortyp-Signals Ss) gemäß dem Eingabetyp zu übertragen.
Gemäß der zweiten Sensorsteuerungsvorrichtung 102 und dem zweiten Gasdetektionssystem 101 der zweiten Ausführungsform kann somit der dem Typ des Gassensors 8 entsprechende Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip basierend auf der Auswahlanweisung (dem Sensortyp-Signals Ss) der Motorsteuerungsvorrichtung 9 eingestellt werden. Somit kann eine Verschlechterung der Genauigkeit beim Steuern des Pumpstroms Ip beschränkt werden.
3. DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
Als eine dritte Ausführungsform wird ein drittes Gasdetektionssystem beschrieben, welches durch Ersetzen des Strom-DA-Wandlerabschnitts 35 des Gasdetektionssystems 1 der ersten Ausführungsform durch einen zweiten Strom-DA-Wandlerabschnitt 135 konfiguriert ist.
In der nachfolgenden Beschreibung werden Bestandteile der dritten Ausführungsform, welche mit Bestandteilen der ersten Ausführungsform identisch sind, durch dieselben, in der ersten Ausführungsform verwendeten Bezugszeichen bezeichnet und auf eine Beschreibung dieser Bestandteile wird verzichtet. Von den Bestandteilen der dritten Ausführungsform werden im Wesentlichen solche Bestandteile beschrieben, welche sich von denen der ersten Ausführungsform unterscheidet.
Der zweite Strom-DA-Wandlerabschnitt 135 ist konfiguriert durch Ersetzen des Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitts 55 des Strom-DA-Wandlerabschnitts 35 der ersten Ausführungsform, gezeigt in 2, durch einen zweiten Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 155 und durch Ersetzen des Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitts 57 durch einen zweiten Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 157.
6 ist eine Übersichtsdarstellung des zweiten Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitts 155, welcher in dem zweiten Strom-DA-Wandlerabschnitt 135 bereitgestellt ist, und 7 ist eine Übersichtsdarstellung des zweiten Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitts 157, welcher in dem zweiten Strom-DA-Wandlerabschnitt 135 bereitgestellt ist.
Wie in 6 gezeigt, umfasst der zweite Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 155 einen Operationsverstärker OPc, eine Schaltung variablen Stroms 163c, eine Vielzahl von Feldeffekttransistoren FETc1, FETc2, FETc3, FETc4, eine Vielzahl von Widerstandselementen Rd11, Rc12, Rc13, eine Vielzahl von Kondensatoren Cc11, Cc12, etc.
Wenn der oben beschriebene erste Zustand basierend auf dem Einstellen durch den Digitalsignal-Steuerabschnitt 51 hergestellt ist, wird in dem zweiten Vorwärtsrichtung-Speicherungsabschnitt 155 ein Referenzstrom Iba1 als ein Resultat einer von dem Operationsverstärker OPc durchgeführten, gekoppelten Steuerung erzeugt. D. h., der Referenzstrom Iba1 ist ein Strom, welcher von dem Feldeffekttransistor FETc3 zu dem Feldeffekttransistor FETc4 fließt, und die Relation „der Referenzstrom Iba1 = die Referenzspannung Vref/(der Widerstand des Widerstandselements Rc13)” ist erfüllt. D. h., die Stärke des Referenzstroms Iba1 ändert sich mit der Referenzspannung Vref.
Die Schaltung variablen Stroms 163c umfasst zwölf Feldeffekttransistoren FETc20 bis FETc31, zwölf Widerstandselemente Rac20 bis Rac31 und zwölf Schaltelemente Swc20 bis Swc31. In 6 sind einige der Feldeffekttransistoren FETc20 bis FETc31, einige der Widerstandselemente Rac20 bis Rac31 und einige der Schaltelemente Swc20 bis Swc31 nicht gezeigt.
Obwohl die Feldeffekttransistoren FETc20 bis FETc31 dieselbe Gate-Länge haben, haben sie unterschiedliche Gate-Breiten. Die Gate-Breiten der Feldeffekttransistoren FETc20 bis FETc31 sind so bestimmt, dass das Verhältnis der Gate-Breite des n-ten Feldeffekttransistors zu einer Referenz-Gate-Breite W die „n-te Potenz von 2” wird. Wenn beispielsweise die Gate-Breite des Feldeffekttransistors FETc20 „Wx(die 0-te Potenz von 2)” beträgt, beträgt die Gate-Breite des Feldeffekttransistors FETc21 „Wx(die 1-te Potenz von 2)”, die Gate-Breite des Feldeffekttransistors FETc22 „Wx(die 2-te Potenz von 2)” und die Gate-Breite des Feldeffekttransistors FETc31 „Wx(die 11-te Potenz von 2)”. Insbesondere fließt durch einen Feldeffekttransistor ein Strom, welcher proportional zu der Gate-Breite des Feldeffekttransistors ist.
Wenn die Schaltelemente Swc20 bis Swc31, welche den Feldeffekttransistoren FETc20 bis FETc31 entsprechen, jeweils in einen geschlossenen Zustand (an-Zustand) gebracht sind, wird die gleiche Gate-Spannung an die Feldeffekttransistoren FETc20 bis FETc31 angelegt, wie die Gate-Spannung des Feldeffekttransistors FETc4. Somit fließen Drain-Ströme, welche proportional zu dem Referenzstrom Iba1 und proportional zu den entsprechenden Gate-Breiten sind, durch die Feldeffekttransistoren FETc20 bis FETc31.
Die Zustände (offene (aus) Zustände oder geschlossenen (an) Zustände) der zwölf Schaltelemente Swc20 bis Swc31 werden auf dem DAC-Steuersignal S1 basierend eingestellt. Insbesondere ist die Schaltung variablen Stroms 163c dazu konfiguriert, den Strom, welcher von den Feldeffekttransistoren FETc20 bis FETc31 als Ganzes bereitgestellt werden kann, auf dem DAC-Steuersignal S1 (insbesondere einer den Stromwert betreffenden Information) basierend zu steuern. Die Summe der durch die Feldeffekttransistoren FETc20 bis FETc31 fließenden Ströme wird gleich dem durch den Feldeffekttransistor FETc1 fließenden Strom.
Um den Einfluss der Spannungsabfälle an den Feldeffekttransistoren FETc20 bis FETc31 in dem an-Zustand auf die Steuerauflösung des durch den Feldeffekttransistor FETc1 fließenden Stroms zu reduzieren, werden die Widerstände der Widerstandselemente Rac20 bis Rac31 größer ausgelegt als die der Schaltelemente Swc20 bis Swc31 im an-Zustand.
Durch die oben beschriebene Konfiguration wird, wenn der oben beschriebene erste Zustand basierend auf dem Einstellen durch den Digitalsignal-Steuerabschnitt 51 hergestellt ist, in dem zweiten Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 155 der Referenzstrom Iba1, welcher gemäß der Referenzspannung Vref bestimmt ist, dem Feldeffekttransistor FETc4 zugeführt. In der Schaltung variablen Stroms 163c fließende Ströme, welche proportional zu dem Referenzstrom Iba1 sind und basierend auf dem DAC-Steuersignal S1 (insbesondere einer den Strom der betreffenden Information) bestimmt sind, fließen durch die Feldeffekttransistoren FETc20 bis FETc31 und fließen durch den Feldeffekttransistor FETc1.
D. h., wenn der oben beschriebene erste Zustand basierend auf dem Einstellen durch den Digitalsignal-Steuerabschnitt 51 hergestellt ist, fließt in dem zweiten Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 155 ein Strom durch den Feldeffekttransistor FETc1, welcher in Abhängigkeit der Referenzspannung Vref und des DAC-Steuersignals S1 bestimmt ist.
In dem zweiten Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 155 bilden ferner die Feldeffekttransistoren FETc1 und FETc2 eine Stromspiegel-Schaltung und die zwei Feldeffekttransistoren sind in der vorliegenden Ausführungsform von derselben Größe. Somit fließt ein Strom der selben Stärke durch den Feldeffekttransistor FETc2 wie die des durch den Feldeffekttransistor FETc1 fließenden Stroms. Der auf diese Weise durch den Feldeffekttransistor FETc2 fließende Strom wird der Pumpzelle 14 über den Pumpstromanschluss 61 als ein Pumpstrom Ip in einer Richtung hin zu der Pumpzelle 14 zugeführt (Vorwärtsrichtung).
D. h., wenn der oben beschriebene erste Zustand basierend auf dem Einstellen durch den Digitalsignal-Steuerabschnitt 51 hergestellt ist, wird die Pumpzelle 14 von dem zweiten Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 155 mit dem Pumpstrom Ip in Vorwärtsrichtung gespeist.
Wenn jedoch der oben beschriebene zweite Zustand basierend auf dem Einstellen durch den Digitalsignal-Steuerabschnitt 51 hergestellt ist, beträgt der als ein Resultat einer von dem Operationsverstärker OPc durchgeführten, rückgekoppelten Steuerung erzeugte Referenzstrom Iba1 0 A; d. h., es wird ein Zustand hergestellt, in dem der Referenzstrom Iba1 nicht erzeugt wird. D. h., wenn die Referenzspannung Vref nicht an den zweiten Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 155 angelegt ist, wird der Pumpstrom Ip nicht durch den zweiten Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 155 bereitgestellt.
Wie in 7 gezeigt, umfasst der zweite Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 157 einen Operationsverstärker OPd, eine Schaltung variablen Stroms 163d, eine Vielzahl von Feldeffekttransistoren FETd1, FETd2, FETd3, FETd4, FETd5, FETd6, eine Vielzahl von Widerstandselementen Rd11, Rd12, Rd13, eine Vielzahl von Kondensatoren Cd11, Cd12, etc.
Von diesen Komponenten sind der Operation Verstärker OPd, die Schaltung variablen Stroms 163d, die Vielzahl von Widerstandselementen Rd11, Rd12, Rd13 und die Vielzahl von Kondensatoren Cd11, Cd12 entsprechend gleich dem Operationsverstärker OPc, der Schaltung variablen Stroms 163c, der Vielzahl von Widerstandselementen Rc11, Rc12, Rc13 und der Vielzahl von Kondensatoren Cc11, Cc12, welche in dem zweiten Vorwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 155 bereitgestellt sind. Daher wird auf deren Beschreibungen verzichtet.
Wenn der oben beschriebene zweite Zustand basierend auf dem Einstellen durch den Digitalsignal-Steuerabschnitt 51 hergestellt ist, wird in dem zweiten Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 157 ein zweiter Referenzstrom Iba2 als ein Resultat einer von dem Operationsverstärker OPd durchgeführten, rückgekoppelten Steuerung erzeugt. D. h., der zweite Referenzstrom Iba2 ist ein Strom, welcher von dem Feldeffekttransistor FETd5 zu dem Feldeffekttransistor FETd6 fließt, und die Beziehung ”der zweite Referenzstrom Iba2 = die Referenzspannung Vref/(der Widerstand des Widerstandselements Rd13)” ist erfüllt. Somit ändert sich der Stromwert des zweiten Referenzstroms Iba2 mit der Referenzspannung Vref.
In der Schaltung variablen Stroms 163d fließen Ströme, welche proportional zu dem zweiten Referenzstrom Iba2 sind und auf dem DAC-Steuersignal S1 (insbesondere einer den Stromwert der betreffenden Information) basierend bestimmt sind, durch die Feldeffekttransistoren FETd20 bis FETd31 und fließen durch den Feldeffekttransistor FETd1.
Wenn der oben beschriebene zweite Zustand basierend auf dem Einstellen durch den Digitalsignal-Steuerabschnitt 51 hergestellt ist, fließt in dem zweiten Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 157 ein Strom durch den Feldeffekttransistor FETd1, welcher in Abhängigkeit von der Referenzspannung Vref und dem DAC-Steuersignal S1 bestimmt ist.
In dem zweiten Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 157 bilden ferner die Feldeffekttransistoren FETd1 und FETd2 eine Stromspiegel-Schaltung und die Feldeffekttransistoren FETd3 und FETd4 bilden eine weitere Stromspiegel-Schaltung. Die Feldeffekttransistoren FETd1 und FETd2 sind von derselben Größe und die Feldeffekttransistoren FETd3 und FETd4 sind von derselben Größe.
Somit fließt in dem zweiten Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 157 ein in Abhängigkeit von der Referenzspannung Vref und dem DAC-Steuersignal S1 bestimmter Strom durch den Feldeffekttransistor FETd1 und ein Strom derselben Stärke fließt auch durch den Feldeffekttransistor FETd2. Ferner fließt ein Strom, dessen Stärke gleich der Stärke des durch den Feldeffekttransistor FETd2 fließenden Stroms ist, auch durch den Feldeffekttransistor FETd3 und ein Strom, dessen Stärke gleich der Stärke des durch den Feldeffekttransistor FETd3 fließenden Stroms ist, fließt auch durch den Feldeffekttransistor FETd4. Der auf diese Weise durch den Feldeffekttransistor FETd4 fließende Strom wird der Pumpzelle über den Pumpstromanschluss 61 als ein Pumpstrom Ip in einer Richtung hin zu den Feldeffekttransistoren FETd4 (Rückwärtsrichtung) bereitgestellt.
D. h., wenn der oben beschriebene zweite Zustand basierend auf dem Einstellen durch den Digitalsignal-Steuerabschnitt 51 hergestellt ist, wird der Pumpstrom Ip in Rückwärtsrichtung der Pumpzelle 14 durch den zweiten Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 157 bereitgestellt.
Wenn jedoch der oben beschriebene erste Zustand basierend auf dem Einstellen durch den Digitalsignal-Steuerabschnitt 51 hergestellt ist, beträgt der als Resultat einer von dem Operationsverstärker OPd durchgeführten, rückgekoppelten Steuerung erzeugte zweite Referenzstrom Iba2 0 A; d. h., ein Zustand ist hergestellt, in dem der zweite Referenzstrom Iba2 nicht erzeugt wird. D. h., wenn die Referenzspannung Vref nicht an den zweiten Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 157 angelegt ist, wird der Pumpstrom Ip nicht von dem zweiten Rückwärtsrichtung-Speisungsabschnitt 157 bereitgestellt.
Wie zuvor beschrieben, empfängt der zweite Strom-DA-Wandlerabschnitt 135 das DAC-Steuersignal S1, welches die von dem digitalen Rechenabschnitt 33 berechnete Information (Speisungsrichtung, Stromwert) des Pumpstroms Ip umfasst, führt eine DA-Wandlung auf der empfangenen digitalen Informationen basierend durch und führt den auf dem DAC-Steuersignal S1 bestimmten Pumpstrom der Pumpzelle 14 zu.
Insbesondere stellt der zweite Strom-DA-Wandlerabschnitt 135 den Stromwert des Pumpstroms Ip basierend auf der von dem Referenzspannung-Erzeugungsabschnitt 41 bereitgestellten Referenzspannung Vref und dem DAC-Steuersignal S1 des digitalen Rechenabschnitts 33 ein. Ferner stellt der zweite Strom-DA-Wandlerabschnitt 135 die Speisungsrichtung des Pumpstroms Ip ein, indem wahlweise der erste oder zweite Zustand basierend auf dem Einstellen durch den Digitalsignal-Steuerabschnitt 51 hergestellt wird.
Der zweite Strom-DA-Wandlerabschnitt 135, welcher einen solche Konfiguration aufweist, kann anstelle des Strom-DA-Wandlerabschnitts 35 der ersten Ausführungsform verwendet werden.
Nachfolgend werden Begriffe der vorliegenden Ausführungsform hinsichtlich ihrer Pendants in den Ansprüchen erläutert.
der zweite Strom-DA-Wandlerabschnitt 135 entspricht dem Digital-Analog-Wandlerabschnitt.
4. WEITERE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden vorangehend beschrieben; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann in verschiedenen Formen, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, verwendet werden.
Beispielsweise wird in den oben beschriebenen Ausführungsformen ein Datenkommunikationsverfahren zur Kommunikation zwischen der Sensorsteuerungsvorrichtung und der Motorsteuerungsvorrichtung verwendet, welches eine serielle Peripherieschnittstelle verwendet. Es können jedoch andere Datenkommunikationsverfahren verwendet werden. Beispielsweise können CAN-Kommunikationen (Controller Area Network Communications) verwendet werden.
8 zeigt die Übersichtsdarstellung eines vierten Gasdetektionssystems 201 einer vierten Ausführungsform, welche durch Ersetzen des SPI-Steuerabschnitts 43 und der SPI-Kommunikationsverbindung 44 des Gasdetektionssystems 1 der ersten Ausführungsform durch einen CAN-Steuerabschnitt 143 und eine CAN-Kommunikationsverbindung 144 konfiguriert ist. Die in dem vierten Gasdetektionssystem 201 der vierten Ausführungsform bereitgestellte Sensorsteuerungsvorrichtung ist eine vierte Sensorsteuerungsvorrichtung 202.
9 zeigt die Übersichtsdarstellung eines fünften Gasdetektionssystems 301 einer fünften Ausführungsform, welche durch Ersetzen des SPI-Steuerabschnitts 43 und der SPI-Kommunikationsverbindung 44 des zweiten Gasdetektionssystems 101 der zweiten Ausführungsform durch einen CAN-Steuerabschnitt 143 und eine CAN-Kommunikationsverbindung 144 konfiguriert ist. Die in dem fünften Gasdetektionssystem 301 der fünften Ausführungsform bereitgestellte Sensorsteuerungsvorrichtung ist eine fünfte Sensorsteuerungsvorrichtung 302.
Wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform können das vierte Gasdetektionssystem 201 und das fünfte Gasdetektionssystem 301 eine Verringerung der Genauigkeit beim Steuern des Pumpstroms Ip beschränken, wenn der Gassensor mittels digitaler Steuerung gesteuert wird.
Der Gassensor ist nicht auf Gassensoren zu Detektion von Sauerstoff beschränkt und kann ein anderer Typ Sensor sein, welcher eine Sauerstoffpumpzelle zum Hinein- oder Herauspumpen von Sauerstoff aufweist, beispielsweise ein NOx-Sensor zum Detektieren von NOx. Ferner kann der Gassensor ein Gassensor sein, welcher keine elektromotorische-Kraft-Zelle (Detektionszelle) umfasst und lediglich Sauerstoff durch eine Sauerstoffpumpzelle detektiert.
Der Referenzspannung-Erzeugungsabschnitt 41 kann aus dem RAM 39 eine „dem maximalen Sensorstrom der Pumpzelle betreffende Information” oder eine „den Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip betreffende, dem maximalen Sensorstrom entsprechende Information” anstelle der „die Referenzspannung Vref betreffenden Information” auslesen, die Referenzspannung Vref auf dieser Informationen basierend berechnen und die Referenzspannung Vref basierend auf dem Berechnungsergebnis erzeugen.
Die zweite Ausführungsform ist dazu konfiguriert, in dem EEPROM 37 eine Vielzahl von Informationsstücken zu speichern, welche einer Vielzahl von Typen von Gassensoren entsprechen und die Referenzspannung Vref betreffen, welche dem Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip entspricht. Die Vielzahl von Informationsstücken ist jedoch nicht auf eine „eine Vielzahl von Typen des Gassensors betreffende Information” beschränkt. Beispielsweise kann die zweite Ausführungsform dazu konfiguriert sein, in dem EEPROM 37 als eine Vielzahl von Informationsstücken eine „die Abnutzungsgrade von Gassensoren des selben Typs betreffende Information” oder „die einzelnen Unterschiede von Gassensoren des selben Typs betreffende Information” zu speichern.
Wenn die „die Abnutzungsgrade von Gassensoren des selben Typs betreffende Information” als die Vielzahl von Informationsstücken gespeichert ist, kann durch Ändern der Referenzspannung Vref gemäß dem Abnutzungsgrad eines jeden Gassensors der Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip auf einen Bereich eingestellt werden, welcher dem Abnutzungsgrad des Gassensors entspricht. Somit kann, selbst für eine Anwendung, bei welcher eine Gasdetektion über einen langen Zeitraum durchgeführt wird, eine Verringerung der Genauigkeit beim Steuern des Pumpstroms Ip, verursacht durch die Abnutzung des Gassensors, beschränkt werden.
Wenn die „die einzelnen Unterschiede von Gassensoren des selben Typs betreffende Information” als die Vielzahl von Informationsstücken gespeichert ist, kann durch Ändern der Referenzspannung gemäß der einzelnen Differenz eines jeden Gassensors der Maximalstrombereich des Pumpstroms Ip auf einen Bereich eingestellt werden, welcher der einzelnen Abweichung des Gassensors entspricht. Selbst für einen Fall, in dem Charakteristiken von Gassensoren aufgrund der einzelnen Unterschiede der Gassensoren unterschiedlich sind, kann daher eine Verringerung der Genauigkeit beim Steuern des Pumpstroms Ip, verursacht durch den einzelnen Unterschiede eines jeden Gassensoren, beschränkt werden.
Bezugszeichenliste

1: Gasdetektionssystem,
2: Sensorsteuerungsvorrichtung,
8: Gassensor (Sauerstoffsensor),
9: Motorsteuerungsvorrichtung,
14: Pumpzelle,
24: Elektromotorische-Kraft-Zelle,
31: AD-Wandlerabschnitt (Analog-Digital-Wandlerabschnitt),
33: digitaler Rechenabschnitt,
35: Strom-DA-Wandlerabschnitt (Strom-Digital-Analog-Wandlerabschnitt),
37: EEPROM,
39: RAM,
40: Auswahlabschnitt,
41: Referenzspannung-Erzeugungsabschnitt,
63a, 63b: Schaltung variablen Widerstands,
101: zweites Gasdetektionssystem,
102: zweite Sensorsteuerungsvorrichtung,
135: zweiter Strom-DA-Wandlerabschnitt,
163c, 163d: Schaltung variablen Stroms,
201: viertes Gasdetektionssystem,
202: vierte Sensorsteuerungsvorrichtung,
301: fünftes Gasdetektionssystem,
302: fünfte Sensorsteuerungsvorrichtung.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008-008667 [0008]

Claims

Eine Sensorsteuerungsvorrichtung, welche einen Gassensor steuert, der eine Sauerstoffpumpzelle zum Hinein- oder Herauspumpen von Sauerstoff in Abhängigkeit eines Pumpstroms aufweist, wobei die Sensorsteuerungsvorrichtung umfasst: einen Pumpstrom-Rechenabschnitt, welcher ein digitales Signal berechnet, das einem der Sauerstoffpumpzelle zugeführten Pumpstrom entspricht, und das digitale Signal bereitstellt; einen Digital-Analog-Wandlerabschnitt, welcher den Pumpstrom auf dem digitalen Signal basierend erzeugt; und einen Maximalstrombereich-Änderungsabschnitt, welcher einen Maximalstrombereich des Pumpstroms, welcher von dem Digital-Analog-Wandlerabschnitt erzeugt werden kann, ändert.
Eine Sensorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Maximalstrombereich-Änderungsabschnitt eine Referenzspannung erzeugt; und der Digital-Analog-Wandlerabschnitt so konfiguriert ist, dass sich der Maximalstrombereich mit der Referenzspannung ändert.
Eine Sensorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Digital-Analog-Wandlerabschnitt einen Abschnitt variablen Widerstands mit einem variablen elektrischen Widerstand umfasst und als den Pumpstrom einen Strom erzeugt, welcher als Resultat einer Anwendung der Referenzspannung auf den Abschnitt variablen Widerstands generiert wird.
Eine Sensorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Speicherabschnitt zum Speichern von gemäß einer Charakteristik oder eines Typs des Gassensors bestimmter Sensorinformation, wobei der Maximalstrombereich-Änderungsabschnitt den Maximalstrombereich auf der Sensorinformation basierend ändert.
Eine Sensorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Gassensor eine Detektionszelle umfasst, welche eine elektromotorische Kraft erzeugt, die einer bestimmten, in einem zu messenden Gas enthaltenen Komponente entspricht; die Sensorsteuerungsvorrichtung einen Analog-Digital-Wandlerabschnitt zum Wandeln eines analogen Werts der elektromotorischen Kraft in einen digitalen Wert umfasst; und der Pumpstrom-Rechenabschnitt den Pumpstrom auf dem digitalen Wert der elektromotorischen Kraft basierend berechnet.
Ein Gasdetektionssystem, umfassend: die Sensorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 und einen Gassensor, welcher eine Sauerstoffpumpzelle zum Hinein- oder Herauspumpen von Sauerstoff in Abhängigkeit eines Pumpstroms aufweist.