JP2001228109A - 制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサ抵抗値Ｒｓに応じてガスセンサ素子を
適切な条件で駆動し、温度や湿度などの環境の影響を軽
減して、特定ガスの濃度を正確に検出し、適切な制御が
可能なガスセンサ素子を用いた制御システムを提供す
る。 【解決手段】 制御システム１０は、センサ抵抗値Ｒｓ
を持つガスセンサ素子１１と、これと接続し制御端子１
２Ｃを含む直流電流源１２と、動作点Ｐｄの電位Ｖｄが
入力されるＡ／Ｄ変換回路１４及びマイクロコンピュー
タ１５を含む制御回路１３と、電子制御アセンブリ１９
とを備える。環境変化でセンサ抵抗値Ｒｓが変動して
も、制御端子１２Ｃに制御出力端子１３ＣＴから適切な
制御信号Ｓｃを入力しガスセンサ素子１１に適切な電流
量Ｉ１を流すことで、正確に特定ガスの濃度を検出し、
電子制御アセンブリ１９を適切に制御できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスセンサ素子を
用いて環境中の特定ガスの濃度を検出し、自動車室内へ
の外気導入制御など各種の制御を行うガスセンサ素子を
用いた制御システムに関し、特に、温度や湿度など他の
環境によって生じるガスセンサ素子のセンサ抵抗変化の
影響を軽減可能なガスセンサ素子を用いた制御システム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＷＯ３薄膜、鉛−フタロシア
ニン、ＳｎＯ２等を用いたガスセンサ素子など、環境中
のＮＯｘやＣＯ、ＨＣ（ハイドロカーボン）など特定の
ガスの濃度によってそのセンサ抵抗が変化するために、
このセンサ抵抗の変化によって特定のガス濃度を検出可
能なガスセンサ素子が知られている。また、このような
ガスセンサ素子を用いて、例えば、自動車室内への外気
導入のためのフラップを、外気の汚染状況に応じて適宜
開閉したり、喫煙による室内空気の汚染を検知し、空気
清浄機の制御を行うなど、各種の制御システムが知られ
ている。

【０００３】このようなガスセンサ素子を用いた制御シ
ステムでは、センサ抵抗の変化を電気信号として検出す
るため、センサ抵抗値Ｒｓを持つガスセンサ素子と所定
の検出抵抗値Ｒｄを持つ検出抵抗とを直列に接続して、
両端に所定電圧を印加し、センサ抵抗と検出抵抗とで分
圧し、両者間の分圧電位を検出すると共にこの電圧の変
化に基づいて各種の処理を行うことが多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガスセ
ンサ素子のセンサ抵抗値Ｒｓは、検出対象であるＮＯｘ
など特定ガスの濃度のみならず、ガスセンサ素子の置か
れた環境、例えば、温度や湿度などによっても大きく影
響を受けることがある。このように温度や湿度などの環
境によって、センサ抵抗値Ｒｓが大きく変化すると、一
定の値を有する検出抵抗値Ｒｄとで所定電圧を分圧した
際に、分圧電位が所定電位近くあるいは接地電位近くに
偏って、センサ抵抗値Ｒｓを、従って特定ガスの濃度を
正確に検出することができなくなる。

【０００５】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであって、ガスセンサ素子のセンサ抵抗値Ｒｓに応
じて、ガスセンサ素子を適切な条件で駆動することによ
り、温度や湿度などの環境の影響を軽減して、特定ガス
の濃度を正確に検出し、適切な制御が可能な、ガスセン
サ素子を用いた制御システムを提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】しかして
その解決手段は、特定ガスの濃度変化によってセンサ抵
抗の値が変化するガスセンサ素子を用いた制御システム
であって、センサ抵抗を有するガスセンサ素子と、制御
端子を有し、上記制御端子に入力された制御信号により
上記ガスセンサ素子に流す電流を制御可能な電流制御回
路と、マイクロコンピュータを含む制御回路であって、
上記ガスセンサ素子の両端のうち、このガスセンサ素子
のセンサ抵抗変化により電位が変動する動作点の電位を
入力するＡ／Ｄ変換回路、及び上記電流制御回路の制御
端子に接続され、上記制御信号を出力する制御出力端
子、を備える制御回路と、を含む制御システムである。

【０００７】本発明の制御システムでは、ガスセンサ素
子を流れる電流が電流制御回路によって制御されてい
る。このため、特定ガス濃度の変化や温度や湿度などの
環境変化によるセンサ抵抗値の変化は、ガスセンサ素子
両端間の電圧降下の変化として表れる。従って、ガスセ
ンサ素子の両端の一方の電位、即ち、このガスセンサ素
子のセンサ抵抗変化により電位が変動する動作点の電位
を、Ａ／Ｄ変換回路に入力すれば、マイクロコンピュー
タで動作点の電位の変化に基づいて、特定ガスの濃度変
化などを、演算によって求め、外気導入路のフラップの
開閉や空気清浄機のオンオフなど各種の制御動作を行わ
せることができる。

【０００８】さらに、本制御システムでは、電流制御回
路に制御端子を有し、制御回路には、この制御端子に接
続し制御信号を出力する制御出力端子を備える。これに
より、温度や湿度などの環境変化によってセンサ抵抗が
大きく変化した場合に、ガスセンサ素子を流れる電流や
Ａ／Ｄ変換回路からのセンサ出力データに基づいて、制
御出力端子から出力する制御信号を変化させ、即ち、ガ
スセンサ素子に流す電流値を変化させ、動作点の電位が
適切な範囲に入るようにすることができる。具体的に
は、例えば、センサ抵抗が大きくなった場合には、電流
値を一定とすると動作点の電位が上昇し、電流制御回路
の上限電位に近づいたり、Ａ／Ｄ変換可能な上限を超え
たりして、特定ガスの濃度変化による抵抗変化を十分検
知できない可能性がある。しかし、本発明の制御システ
ムでは、ガスセンサ素子に流す電流を減少させること
で、動作点の電位を低下させ、適切な範囲での測定を可
能とすることができる。逆に、センサ抵抗が小さくなっ
た場合も同様に、ガスセンサ素子に流す電流を増加させ
ることで、動作点の電位を上昇させ、適切な範囲での測
定を可能とすることができる。

【０００９】このように、本発明の制御システムでは、
電流制御回路がガスセンサ素子に流す電流値を適宜変更
することができる。従って、温度や湿度などの環境変化
によってセンサ抵抗が大きく変化しても、適切な電圧範
囲で測定ができるから、特定ガスの濃度を正確に検出す
ることができる。

【００１０】さらに上記の制御システムであって、前記
電流制御回路は、検出抵抗であって、一端は、前記ガス
センサ素子の一端と接続され、他端は、接地電位に接続
する検出抵抗と、演算増幅回路であって、出力端子は、
前記動作点である上記ガスセンサ素子の他端に接続し、
反転入力端子は、上記ガスセンサ素子と上記検出抵抗と
の抵抗−センサ接続点に接続し、前記制御出力端子と接
続する前記制御端子は、非反転入力端子である演算増幅
回路と、を含み、前記Ａ／Ｄ変換回路は、上記ガスセン
サ素子の他端の電位を入力する制御システムとすると良
い。

【００１１】本発明の制御システムでは、電流制御回路
として、検出抵抗と演算増幅回路を用いた定電流回路を
用い、ガスセンサ素子に流す電流が検出抵抗の抵抗値と
制御信号の電圧によって決定される構成となっている。
従って、簡単で安価な回路構成でガスセンサ素子に流す
電流を制御することができ、しかも、無段階に電流を制
御することができるので、環境の変化によってセンサ抵
抗値が大きく変化しても、適切な電流値を選択してガス
センサ素子に流すことができる。

【００１２】あるいは、前記制御システムであって、前
記電流制御回路は、前記制御端子であるゲート端子によ
り、ソース−ドレイン間、及びドレイン端子と接続する
前記ガスセンサ素子に流す電流を制御可能なＦＥＴであ
り、前記Ａ／Ｄ変換回路には、前記動作点である上記Ｆ
ＥＴと上記ガスセンサ素子とのＦＥＴ−センサ接続点の
電位が入力され、前記制御回路の制御出力端子は、前記
制御信号として、ゲート電圧を制御するゲート制御信号
を出力する制御システムとすると良い。

【００１３】ＦＥＴは、ゲート−ソース間の電圧Ｖｇｓ
が一定の場合には、ソース−ドレイン間の電圧Ｖｓｄに
拘わらず、ドレイン電流Ｉｄがほぼ一定となる静特性を
有している。つまり、ドレイン電流を電圧Ｖｇｓ、つま
りゲート端子に印加するゲート電圧で制御できる。そこ
で、本発明の制御システムでは、ＦＥＴを電流制御回路
として用い、ソース−ドレイン間及びガスセンサ素子に
流す電流をゲート制御信号で制御し、Ａ／Ｄ変換回路に
は動作点であるＦＥＴ−センサ接続点の電位が入力され
ている。このため、簡単かつ安価に回路を構成すること
ができる。また、温度や湿度などの環境の変化によっ
て、ガスセンサ素子のセンサ抵抗値が大きく変化した場
合でも、ＦＥＴ−センサ接続点の電位、従って、Ａ／Ｄ
変換回路の出力、及びゲート制御信号に応じて、電流制
御回路で流す電流を適宜変更することができる。

【００１４】それ故、センサ抵抗が大きく変化しても、
ガスセンサ素子に流す電流を制御してＦＥＴ−センサ接
続点の電位を適切な範囲にして測定ができるから、温度
や湿度などの環境変化によってセンサ抵抗が大きく変化
しても、特定ガスの濃度を正確に検出することができ
る。また、本発明の制御システムでは、ゲート制御信号
によりＦＥＴのソース−ドレイン間に流す電流を無段階
に制御することができるから、環境の変化によってセン
サ抵抗値が大きく変化しても、適切な電流値を選択する
ことができる。

【００１５】なお、具体的には、ＦＥＴのドレイン端子
をガスセンサ素子を介して電源電位に接続し、ソース端
子を接地するものや、ＦＥＴのソース端子を電源電位に
接続し、ドレイン端子をガスセンサ素子を介して接地す
るものが挙げられる。また、ＦＥＴとしては、ＭＯＳＦ
ＥＴやＪＦＥＴを使用することができる。

【００１６】また、他の解決手段は、特定ガスの濃度変
化によって、センサ抵抗の値が変化するガスセンサ素子
を用いた制御システムであって、センサ抵抗を有し、一
端が接地電位に接続するガスセンサ素子と、上記ガスセ
ンサ素子の他端と接続された一端を有する検出抵抗と、
演算増幅回路であって、出力端子が、上記ガスセンサ素
子のセンサ抵抗の変化により電位が変動する動作点であ
る上記検出抵抗の他端に接続し、反転入力端子が、上記
検出抵抗と上記ガスセンサ素子との抵抗−センサ接続点
に接続し、非反転入力端子を有する演算増幅回路と、マ
イクロコンピュータを含む制御回路であって、上記動作
点の電圧を入力するＡ／Ｄ変換回路、及び上記演算増幅
回路の非反転入力端子に接続され、制御信号を出力する
制御出力端子、を備える制御回路と、を含む制御システ
ムである。

【００１７】本発明の制御システムでは、ガスセンサ素
子と検出抵抗と演算増幅回路とで、定電流回路を構成し
ており、ガスセンサ素子及び検出抵抗に流れる電流は、
制御信号の電圧とガスセンサ素子のセンサ抵抗値とで決
まる。このため、動作点の電位、従ってＡ／Ｄ変換回路
の出力、及び制御信号の電位に応じて、ガスセンサ素子
及び検出抵抗に流す電流値を適宜変更することができ
る。それ故、動作点の電位を適切な範囲にして測定がで
きるから、温度や湿度などの環境変化によってセンサ抵
抗が大きく変化しても、特定ガスの濃度を正確に検出す
ることができる。また、本発明の制御システムでは、検
出抵抗と演算増幅回路を用いているので、簡単で安価な
回路構成でガスセンサ素子に流す電流を制御することが
でき、しかも、無段階に電流を制御することができるか
ら、環境の変化によってセンサ抵抗値が大きく変化して
も、適切な電流値を選択することができる。

【００１８】さらに、上記いずれかに記載の制御システ
ムであって、前記制御回路のうち前記マイクロコンピュ
ータは、ＰＷＭ信号を出力する出力端子を有し、上記出
力端子と前記制御出力端子とは、平滑回路を介して接続
されている制御システムとすると良い。

【００１９】本発明の制御システムでは、マイクロコン
ピュータはＰＷＭ信号を出力する出力端子を有し、出力
端子と制御出力端子とは、ＰＷＭ出力波形を直流波形に
整形する平滑回路を介して接続されている。従って、出
力端子から出力されるＰＷＭ信号のデューティ比を変化
させることで、制御出力端子から出力される制御信号の
電位を容易に変化させることができる。つまり、制御出
力端子から出力される制御信号の電位は、ＰＷＭ信号の
デューティ比に依存する。

【００２０】ここで、ＰＷＭ信号は、マイクロコンピュ
ータの持つＰＷＭ出力端子によれば容易に出力すること
ができる。あるいは、Ｉ／Ｏポートの端子を出力ポート
に設定し、出力ポートから出力できる２つの電位（例え
ばＧＮＤ電位とＶｃｃ電位）を、デューティ比に従って
所定タイミング毎に切り替えれることでも、容易に所定
デューティ比を有するＰＷＭ信号を出力させることがで
きる。つまり、マイクロコンピュータから、容易にＰＷ
Ｍ信号を出力させることができる。さらに、ＰＷＭ信号
を平滑回路によって平滑化すれば良いので、この部分の
回路構成も容易である。

【００２１】さらに、上記いずれかに記載の制御システ
ムであって、前記制御回路は、前記Ａ／Ｄ変換回路に入
力された動作点の電位について、直前の所定期間の移動
平均値を算出する移動平均値算出手段と、上記移動平均
値が第１所定値よりも小さいか否かを判断する第１判断
手段と、上記移動平均値が上記第１所定値より大きな第
２所定値よりも大きいか否かを判断する第２判断手段
と、上記第１判断手段において、上記移動平均値が上記
第１所定値より小さいと判断された場合、及び上記第２
判断手段において、上記移動平均値が上記第２所定値よ
り大きいと判断された場合のいずれかの場合に、前記ガ
スセンサ素子に適切な電流量を流すように、前記制御出
力端子から前記制御信号を変更して出力させる制御信号
変更手段と、を備える制御システムとすると良い。

【００２２】本発明の制御システムでは、直前の所定期
間の移動平均値を算出し、この移動平均値が第１所定値
より小さい場合、または第２所定値より大きい場合に
は、ガスセンサ素子に適切な電流量を流すように、制御
信号を変更して出力させる。移動平均値は、ノイズやご
く短時間でのセンサ抵抗の変動及び動作点電位の変動の
影響を受けにくい。短時間の変化は平均化されてあまり
顕在化しないからである。一方、温度や湿度の変化など
環境の変化は、長時間にわたることが多いため、環境変
化によってセンサ抵抗値が増加あるいは減少すると、移
動平均値にその影響が表れ、徐々に移動平均値が上昇あ
るいは下降する。

【００２３】この移動平均値が第１所定値より小さくな
ったとき、または第２所定値より大きくなったときは、
環境の変化によりガスセンサ素子のセンサ抵抗値が小さ
く、あるいは大きくなりすぎた場合であり、現在流して
いる電流値では、動作点の電位が低くあるいは高くなり
すぎて、特定ガス濃度を正確に検出し難くなる危険性が
ある。これに対し、本発明の制御システムでは、このよ
うな場合に、ガスセンサ素子に適切な電流量を流すよう
に、制御信号を変更して出力させるので、動作点の電位
を適正な範囲にすることができるから、環境の変化が生
じても、特定ガスの濃度を正確に検出することができ
る。

【００２４】さらに、上記いずれかに記載の制御システ
ムであって、前記マイクロコンピュータは、前記Ａ／Ｄ
変換回路を含むことを特徴とする制御システムとすると
良い。

【００２５】本発明の制御システムでは、マイクロコン
ピュータがＡ／Ｄ変換回路を含んでいるので、マイクロ
コンピュータの他に、別途Ａ／Ｄ変換回路を外付けして
一旦Ａ／Ｄ変換を行ってからマイクロコンピュータに入
力する必要がないので、部品点数を削減でき、Ａ／Ｄ変
換回路を動作させるための回路配線なども不要となる。
また、Ａ／Ｄ変換回路のプリント基板などへの接続不良
なども無くなるので、信頼性も向上する。

【００２６】

【発明の実施の形態】（実施形態１）本発明の第１の実
施形態について、図１〜図５に示す図面等を参照しつつ
説明する。図１に示す回路図は、本実施形態１にかかる
制御システム１０の概略を示す。即ち、本制御システム
１０は、ＮＯｘの濃度によってそのセンサ抵抗値Ｒｓが
変化するガスセンサ素子１１と、ガスセンサ素子１１に
電流を流す直流電流源１２と、制御回路１３と、制御対
象である電子制御アセンブリ１９とを有する。直流電流
源１２は、最大で制御回路１３の電源電位Ｖｃｃと略同
一電圧を出力でき、制御端子１２ＣＴによって、その電
流値Ｉ１を制御できる。制御回路１３は、内部にＡ／Ｄ
変換回路１４及びマイクロコンピュータ１５を含んでい
る。なお、マイクロコンピュータ１５は、演算を行うマ
イクロプロセッサ、プログラムやデータを一時記憶して
おくＲＡＭ、プログラムやデータを保持するＲＯＭなど
を含み、Ａ／Ｄ変換回路１４をも含むこともある。

【００２７】ガスセンサ素子１１は、その両端１１Ａ，
１１Ｂがそれぞれ直流電流源１２の端子１２Ａ，１２Ｂ
と接続している。このうち端子１２Ａとの接続点Ｐｄ
は、センサ抵抗値Ｒｓの変化によってその電位が変化す
る動作点である。さらに、この動作点Ｐｄの電位Ｖｄ
は、制御回路１３の入力端子１３ＡＤを通じて、Ａ／Ｄ
変換回路１４に入力されている。この電位ＶｄをＡ／Ｄ
変換したデータＤａｄをマイクロコンピュータ１５で処
理し、その変化などから特定ガスの濃度変化を検出す
る。一方、制御回路１３の制御出力端子１３ＣＴから
は、制御信号Ｓｃが出力され、この制御信号Ｓｃに従っ
て、電流制御回路１２の電流量Ｉ１が制御される。この
際、動作点Ｐｄの電位ＶｄをＡ／Ｄ変換したデータＤａ
ｄをマイクロコンピュータ１５で処理して、ガスセンサ
素子１１に適切な電流量Ｉ１を流すように、制御出力端
子１３ＣＴから出力される制御信号Ｓｃが制御される。
電子制御アセンブリ１９は、検出した特性ガスの濃度変
化などによって制御される。

【００２８】次いで、図２を参照して、本実施形態の電
流制御回路及び制御回路について具体的に説明する。制
御システム１０のうち、電流制御回路１２は、オペアン
プ１６と抵抗値Ｒｄを有する検出抵抗１７とからなり、
ガスセンサ素子１１も含めて定電流回路を構成する。即
ち、ガスセンサ素子１１と検出抵抗１７とが直列に接続
され、その抵抗−センサ接続点Ｐｒｓには、オペアンプ
１６の反転入力端子１６Ｂが接続されている。検出抵抗
の一方の端１７Ｂは接地されている。また、オペアンプ
１６の出力端子１６Ａは、ガスセンサ素子１１の一方の
端１１Ａと動作点Ｐｄで接続している。従って、この構
成により、非反転入力端子１６Ｃへ制御電圧Ｖｃを入力
すると、検出抵抗１７及びガスセンサ素子１１には、一
定電流量Ｉ１＝Ｖｃ／Ｒｄが流れる。従って、動作点Ｐ
ｄの電位Ｖｄは、Ｖｄ＝Ｉ１（Ｒｓ＋Ｒｄ）となる。

【００２９】動作点Ｐｄの電位Ｖｄは、マイクロコンピ
ュータ１５のＡ／Ｄ入力端子１５ＡＤ（１３ＡＤ）に入
力される。なお、図１ではマイクロコンピュータ１５と
Ａ／Ｄ変換回路１４とは別体であるように表現したが、
破線で示すように、マイクロコンピュータ１５はＡ／Ｄ
変換回路１４を含んでいる。一方、マイクロコンピュー
タ１５は、ＰＷＭ出力端子１５ＰＷを有しており、この
ＰＷＭ出力端子１５ＰＷからは、所定デューティ比ＤＴ
にパルス幅変調された出力信号Ｓｐｗが出力される。こ
のＰＷＭ出力信号Ｓｐｗは、抵抗１８Ｒとコンデンサ１
８Ｃとからなる平滑回路１８によって平滑化されて、直
流の制御信号Ｓｃとしてオペアンプ１６の非反転入力端
子１６Ｃに入力される。制御信号Ｓｃの電位Ｖｃは、Ｐ
ＷＭ出力信号Ｓｐｗのデューティ比ＤＴによって変化さ
せることができる。ここで、検出抵抗１７の抵抗値Ｒｄ
は既知であり、動作点Ｐｄの電位Ｖｄは、これをＡ／Ｄ
変換したデータＤａｄによって検出できる。また、制御
信号Ｓｃの電圧Ｖｃは、抵抗１８Ｒの抵抗値及びコンデ
ンサ１８Ｃの容量値が一定であるので、ＰＷＭ出力端子
１５ＰＷから出力されるＰＷＭ出力信号Ｓｐｗのデュー
ティ比ＤＴによって決まる。従って、これらから、セン
サ抵抗値Ｒｓを求めることができる。

【００３０】なお、マイクロコンピュータ１５には、ア
センブリ制御端子１５Ｂを有しており、詳細は説明しな
いが、電子制御アセンブリ１９をこのアセンブリ制御端
子１５Ｂによって制御している。この電子制御アセンブ
リ１９としては、自動車室内への外気導入のためのフラ
ップを開閉するフラップ制御アセンブリや、自動車室内
の空気清浄のための空気清浄機のオンオフを行う空気清
浄機制御アセンブリなどが挙げられる。例えば、フラッ
プ制御アセンブリにおいては、アセンブリ制御端子１５
Ｂの信号に応じて、モータが作動し、外気導入路をフラ
ップで塞いだり、外気導入路を開放したりする制御が行
われる。

【００３１】次いで、この制御システム１０のうち、ガ
スセンサ素子１１に流す電流量Ｉ１に関連する制御を、
図３のフローチャート及び、図４，図５のグラフに基づ
いて説明する。本実施形態の制御システム１０では、ま
ず、ステップＳ１において、ガスセンサ素子１１の出
力、即ち、動作点Ｐｄの電位Ｖｄを、Ａ／Ｄ変換回路１
４に入力してセンサ出力データＤａｄを０．４秒間隔で
取得する。

【００３２】次いで、ステップＳ２で後述するタイマの
カウントアップを判断し、さらに、ステップＳ３におい
て、直前４０秒間分のセンサ出力データＤａｄ１００ヶ
についての移動平均値Ｍｄを算出する。センサ抵抗値Ｒ
ｓが変化すると、動作点Ｐｄの電位Ｖｄ、従ってこれを
Ａ／Ｄ変換したセンサ出力データＤａｄは直ちに変化す
る。しかし、この移動平均値Ｍｄは、直前４０秒間分の
センサ出力データＤａｄの平均値であるので、ノイズや
短時間の動作点電位の変動などには影響されにくい性質
を持つ。一方、温度や湿度など環境の変化によってセン
サ抵抗値Ｒｓが変化する場合には、長時間にわたって変
化が継続するため、移動平均値Ｍｄにもその影響が表れ
る。例えば、環境の変化によってセンサ抵抗値Ｒｓが大
きくなる場合には、センサ出力データＤａｄが長期間に
わたって大きくなるため、移動平均値Ｍｄも徐々に大き
くなる。逆に、環境の変化によってセンサ抵抗値Ｒｓが
小さくなる場合には、センサ出力データＤａｄも長期間
にわたって小さくなり、移動平均値Ｍｄも徐々に小さく
なる。従って、移動平均値Ｍｄを用いることで、ノイズ
や短時間の動作点電位の変動などに影響されず、環境の
変化によるセンサ抵抗値Ｒｓの変動を検知することがで
きる。

【００３３】次いで、ステップＳ４において、移動平均
値Ｍｄが第１所定値Ｎ１より小さいか否かを判断し、Ｙ
ｅｓ（Ｍｄ＜Ｎ１）の場合は、ステップＳ６に進む。Ｎ
ｏの場合は、ステップＳ５において、第１所定値Ｎ１よ
り大きい値である第２所定値Ｎ２より移動平均値Ｍｄが
大きいか否かを判断する。Ｙｅｓ（Ｍｄ＞Ｎ２）の場合
にはステップＳ６に進み、Ｎｏの場合には、ステップＳ
１に戻って、同様な測定を繰り返す。

【００３４】次いでステップＳ６以降の処理について説
明する。上記したように、移動平均値Ｍｄが第１所定値
Ｎ１より小さい場合、及び第２所定値Ｎ２より大きい場
合のいずれかの場合に、ステップＳ６以降の処理がなさ
れる。これらに場合には、環境の変化によってセンサ抵
抗値Ｒｓが小さくあるいは大きくなりすぎたため、セン
サ出力データＤａｄから特定ガスの濃度変化によるセン
サ抵抗値Ｒｓの変化を正確に検出できない危険性があ
る。

【００３５】これに対し、まずステップＳ６では、ＰＷ
Ｍ出力端子１５ＰＷから出力すべきＰＷＭ出力信号Ｓｐ
ｗの適正デューティ比ＤＴｏを算出する。具体的には、
移動平均値Ｍｄ、現在のＰＷＭ出力のデューティ比ＤＴ
などから、適正デューティ比ＤＴｏに変更して出力さ
せ、電流量Ｉ１を変化させたときに、センサ出力データ
Ｄａｄが第１所定値Ｎ１と第２所定値Ｎ２のほぼ中間の
値となるように、適正デューティ比ＤＴｏを選択する。
次いで、ステップＳ７において、この適正デューティ比
ＤＴｏでＰＷＭ出力端子１５ＰＷからＰＷＭ出力信号Ｓ
ｐｗを出力する。これにより、オペアンプ１６の非反転
入力端子１６Ｃに入力される制御信号の電圧Ｖｃが変更
され、これに伴い、ガスセンサ素子１１及び検出抵抗１
７に流れる電流量Ｉ１が変化する。従って、動作点Ｐｄ
の電位Ｖｄも変化する。具体的には、第１所定値Ｎ１と
第２所定値Ｎ２とのほぼ中間の測定に適した値となる。

【００３６】その後、ステップＳ８でタイマをセット
し、ステップＳ１にもどり、同様な計測を繰り返す。な
お、ステップＳ８でタイマセットしたのは、デューティ
比ＤＴを変化させた後は、ガスセンサ素子１１に流され
る電流量Ｉ１が変更前と大きく異なるから、所定時間Ｔ
ｍ＝４０秒経過以降でないと、移動平均値Ｍｄによる判
断（ステップＳ４，Ｓ５）は不正確になるので、所定時
間Ｔｍ＝４０秒経過以降にステップＳ４，Ｓ５による判
断を行わせるためである。

【００３７】次いでこの処理を、図４，図５を参照し
て、具体的な移動平均値Ｍｄの変動例に従って説明す
る。なお、本例においては、第１所定値Ｎ１＝１
（Ｖ）、第２所定値Ｎ２＝３（Ｖ）とする。まず、図４
のグラフに示すように、例えば、時刻ｔ＝ｔｓにおいて
は、約２．５Ｖであった移動平均値Ｍｄが、環境の変化
によって徐々に低下し、時刻ｔ１で第１所定値Ｎ１＝１
（Ｖ）を下回ったとする。すると上記ステップＳ４でＹ
ｅｓと判断され、ステップＳ６で適正デューティ比ＤＴ
ｏが算出され、この適正デューティ比ＤＴｏに従ったＰ
ＷＭ出力信号Ｓｐｗが出力される。具体的には、電流量
Ｉ１を大きくして動作点Ｐｄの電位Ｖｄを上げるため、
現在のデューティ比ＤＴよりも高い値が適正デューティ
比ＤＴｏとして選択され、出力される。

【００３８】これにより、ガスセンサ素子１１に流され
る電流量Ｉ１が変更（増加）され、動作点Ｐｄの電位Ｖ
ｄ、及びこれをＡ／Ｄ変換したセンサ出力データＤａｄ
が大きくなって適切な範囲の値となる。なお、タイマに
よって時刻ｔ１〜ｔ２（＝ｔ１＋４０秒）の期間は、移
動平均値Ｍｄが算出されない。このようにして、電流量
Ｉ１を変更したので、時刻ｔ１以降のセンサ出力データ
Ｄａｄが第１所定値Ｎ１と第２所定値Ｎ２の間の値とな
ったため、時刻ｔ２以降における移動平均値Ｍｄも、第
１所定値Ｎ１と第２所定値Ｎ２の間の値となっている。

【００３９】なお、さらに移動平均値Ｍｄが低下し続
け、時刻ｔ３で再び第１所定値Ｎ１を下回った場合に
は、この時点で同様にして電流量Ｉ１を増加させるよう
に、再び適正デューティ比ＤＴｏを算出して出力させれ
ばよい。この場合も、時刻ｔ３〜ｔ４（＝ｔ３＋４０
秒）の期間は、移動平均値Ｍｄが算出されない。

【００４０】同様に、図５のグラフに示すように、例え
ば、時刻ｔ＝ｔｓにおいては、約２．５Ｖであった移動
平均値Ｍｄが、環境の変化によって徐々に上昇し、時刻
ｔ５で第２所定値Ｎ２＝３（Ｖ）を越えたとする。する
と上記ステップＳ５でＹｅｓと判断され、ステップＳ６
で適正デューティ比ＤＴｏが算出され、この適正デュー
ティ比ＤＴｏに従ったＰＷＭ出力信号Ｓｐｗが出力され
る。具体的には、電流量Ｉ１を小さくして動作点Ｐｄの
電位Ｖｄを下げるべく、現在のデューティ比ＤＴよりも
低い値が適正デューティ比ＤＴｏとして選択され、出力
される。

【００４１】これにより、ガスセンサ素子１１に流され
る電流量Ｉ１が変更（減少）され、動作点Ｐｄの電位Ｖ
ｄ、及びこれをＡ／Ｄ変換したセンサ出力データＤａｄ
が小さくなって適切な範囲の値となる。なお、タイマに
よって時刻ｔ５〜ｔ６（＝ｔ５＋４０秒）の期間は、移
動平均値Ｍｄが算出されない。このようにして、電流量
Ｉ１を変更したので、時刻ｔ５以降のセンサ出力データ
Ｄａｄが第１所定値Ｎ１と第２所定値Ｎ２の間の値とな
ったため、時刻ｔ５以降における移動平均値Ｍｄも、第
１所定値Ｎ１と第２所定値Ｎ２の間の値となっている。

【００４２】なお、さらに移動平均値Ｍｄが上昇し続
け、時刻ｔ７で再び第２所定値Ｎ２を越えた場合には、
この時点で同様にして電流量Ｉ１を減少させるように、
再び適正デューティ比ＤＴｏを算出して出力させればよ
い。この場合も、時刻ｔ７〜ｔ８（＝ｔ７＋４０秒）の
期間は、移動平均値Ｍｄが算出されない。

【００４３】上記したように本実施形態の制御システム
１０では、電流制御回路１２、具体的には、オペアンプ
１６と検出抵抗１７とから構成される定電流回路によっ
て、ガスセンサ素子１１に流す電流量Ｉ１を制御する。
しかも、この電流量Ｉ１は、動作点Ｐｄの電位Ｖｄ（セ
ンサ出力データＤａｄ）や制御信号Ｓｃ（制御信号の電
位Ｖｃ、さらにはＰＷＭ出力信号Ｓｐｗのディーティ比
ＤＴ）に基づいて、マイクロコンピュータ１５によって
制御されている。このため、環境の変化によってガスセ
ンサ素子１１のセンサ抵抗値Ｒｓが大きく変化したとし
ても、電流量Ｉ１を適正な値に変更することができるか
ら、特定ガスの濃度変化による動作点Ｐｄの電位Ｖｄ
（センサ出力データＤａｄ）の変化を正確に検出するこ
とができる。また、電流制御回路１２は無段階に電流量
Ｉ１を調整できるので、適切な電流量を容易に選択する
ことができる。さらに、本実施形態では、移動平均値Ｍ
ｄを算出し、これが第１所定値Ｎ１を下回り、あるいは
第２所定値Ｎ２を越えた場合に、適正ディーティ比ＤＴ
ｏを算出して出力させるので、ノイズその他による短時
間の変動の影響を受けずに、適正な範囲で動作点Ｐｄの
電位Ｖｄ（センサ出力データＤａｄ）を計測できる。従
って、正確に特定ガスの濃度を検出して、システムの制
御に役立てることができる。

【００４４】（実施形態２）次いで、第２の実施形態の
制御システム２０について、図６の回路図を参照して説
明する。本制御システム２０は、図２に示した制御シス
テム１０におけるガスセンサ素子１１と検出抵抗１７と
を入れ替えた回路構成を有するものである。従って、異
なる部分を中心に説明し、同様な部分は説明を省略ある
いは簡略化する。本制御システム２０は、実施形態１と
同様に、ＮＯｘの濃度によってそのセンサ抵抗値Ｒｓが
変化するガスセンサ素子２１と、検出抵抗２７と、ガス
センサ素子２１及び検出抵抗２７に電流を流すオペアン
プ２６と、制御回路２３とを有する。具体的には、ガス
センサ素子２１と検出抵抗２７とが直列に接続され、そ
の抵抗−センサ接続点Ｐｒｓには、オペアンプ２６の反
転入力端子２６Ｂが接続されている。ガスセンサ素子２
１の一方の端２１Ｂは接地されている。また、オペアン
プ２６の出力端子２６Ａは、検出抵抗２７の一方の端２
７Ａと動作点Ｐｄで接続している。従って、この構成に
より、非反転入力端子２６Ｃへ制御電圧Ｖｃを入力する
と、ガスセンサ素子２１及び検出抵抗２７には、電流Ｉ
２＝Ｖｃ／Ｒｓが流れる。従って、動作点Ｐｄの電位Ｖ
ｄは、Ｖｄ＝Ｉ２（Ｒｓ＋Ｒｄ）となる。

【００４５】但し、オペアンプ２６、ガスセンサ素子２
１及び検出抵抗２７は、実施形態１と異なり、ガスセン
サ素子２１のセンサ抵抗Ｒｓが変動するので、ガスセン
サ素子２１及び検出抵抗２７に流される電流Ｉ２（＝Ｖ
ｃ／Ｒｓ）は、一定とは限らない。また、動作点Ｐｄの
電位Ｖｄは、ガスセンサ素子２１のセンサ抵抗値Ｒｓの
変動で、実施形態１と逆の動きをする点で異なる。即
ち、実施形態１ではセンサ抵抗値Ｒｓが増加すると電位
Ｖｄも上昇し、センサ抵抗値Ｒｓが減少すると電位Ｖｄ
も低下した。しかし、本実施形態２では、センサ抵抗値
Ｒｓが増加すると、ガスセンサ素子２１を流れる電流Ｉ
２が減少するので、電位Ｖｄは低下し、逆にセンサ抵抗
値Ｒｓが減少すると電位Ｖｄは上昇する。実施形態１に
比して、ガスセンサ素子２１と検出抵抗２７とを入れ替
えた回路構成となっているからである。

【００４６】動作点Ｐｄの電位Ｖｄは、実施形態１と同
様に、マイクロコンピュータ２５のＡ／Ｄ入力端子２５
ＡＤに入力される。また、マイクロコンピュータ２５
は、ＰＷＭ出力端子２５ＰＷを有しており、このＰＷＭ
出力端子２５ＰＷからは、所定デューティ比ＤＴにパル
ス幅変調された出力信号Ｓｐｗが出力される。このＰＷ
Ｍ出力信号Ｓｐｗは、抵抗１８Ｒとコンデンサ１８Ｃと
からなる平滑回路１８によって平滑化されて、直流の制
御信号Ｓｃとしてオペアンプ２６の非反転入力端子２６
Ｃに入力される。制御信号Ｓｃの電位Ｖｃは、ＰＷＭ出
力信号Ｓｐｗのデューティ比ＤＴによって変化させるこ
とができる。検出抵抗２７の抵抗値Ｒｄは既知であり、
動作点Ｐｄの電位Ｖｄは、これをＡ／Ｄ変換したデータ
Ｄａｄによって検出できる。また、制御信号Ｓｃの電圧
Ｖｃは、ＰＷＭ出力信号Ｓｐｗのデューティ比ＤＴによ
って決まる。従って、これらから、センサ抵抗値Ｒｓを
求めることができる。なお、マイクロコンピュータ２５
には、アセンブリ制御端子２５Ｂを有しており、電子制
御アセンブリ２９をこのアセンブリ制御端子２５Ｂによ
って制御しているのも実施形態１と同様である。

【００４７】本実施形態２でも、実施形態１において説
明したのと同様の処理の流れで、制御システム２０のう
ち、ガスセンサ素子２１に流す電流Ｉ２に関連する制御
を行うので、図３のフローチャートを用いて説明する。
但し、上記したようにセンサ抵抗値Ｒｓの変動と動作点
Ｐｄの電位Ｖｄの変動とが、実施形態１とは逆の関係に
なっている。本実施形態２の制御システム２０でも、ス
テップＳ１において、動作点Ｐｄの電位Ｖｄを、Ａ／Ｄ
変換回路１４に入力してセンサ出力データＤａｄを０．
４秒間隔で取得する。

【００４８】次いで、ステップＳ２で後述するタイマの
カウントアップを判断し、さらに、ステップＳ３におい
て、直前４０秒間分のセンサ出力データＤａｄの１００
ヶについての移動平均値Ｍｄを算出する。移動平均値Ｍ
ｄには、短時間の変動に影響が現れにくいが、長時間に
わたって変化が継続する温度や湿度など環境の変化は現
れる点は、実施形態１と同様である。従って、移動平均
値Ｍｄを用いることで、ノイズや短時間の動作点電位の
変動などに影響されず、環境の変化によるセンサ抵抗値
Ｒｓの変動を検知することができる。

【００４９】次いで、ステップＳ４において、移動平均
値Ｍｄが第１所定値Ｎ１より小さいか否かを判断し、Ｙ
ｅｓ（Ｍｄ＜Ｎ１）の場合は、ステップＳ６に進む。Ｎ
ｏの場合は、ステップＳ５において、第１所定値Ｎ１よ
り大きい値である第２所定値Ｎ２より移動平均値Ｍｄが
大きいか否かを判断する。Ｙｅｓ（Ｍｄ＞Ｎ２）の場合
にはステップＳ６に進み、Ｎｏの場合には、ステップＳ
１に戻って、同様な測定を繰り返す。

【００５０】次いで、ステップＳ６以降の処理について
説明する。実施形態１と同様、移動平均値Ｍｄが徐々に
変化して第１所定値Ｎ１より小さくなった場合、あるい
は第２所定値Ｎ２より大きくなった場合に、ステップＳ
６以降の処理がなされる。具体的には、環境の変化によ
ってセンサ抵抗値Ｒｓが大きく、動作点Ｐｄの電位Ｖｄ
が小さい状態が継続すると、移動平均値Ｍｄが徐々に減
少し、第１所定値Ｎ１より小さくなった時点でステップ
Ｓ６以降の処理がなされる。同様に、センサ抵抗値Ｒｓ
が小さく、動作点Ｐｄの電位Ｖｄが大きい状態が継続す
ると、移動平均値Ｍｄが徐々に増加し、第２所定値Ｎ２
より大きくなった時点でステップＳ６以降の処理がなさ
れる。動作点Ｐｄの電位Ｖｄが、小さくあるいは大きく
なりすぎると、センサ出力データＤａｄから特定ガスの
濃度変化によるセンサ抵抗値Ｒｓの変化を正確に検出で
きない危険性があるためである。

【００５１】ステップＳ６では、実施形態１と同様に、
ＰＷＭ出力端子２５ＰＷから出力されるＰＷＭ出力信号
Ｓｐｗの適正デューティ比ＤＴｏを算出する。次いで、
ステップＳ７において、この適正デューティ比ＤＴｏで
ＰＷＭ出力端子１５ＰＷからＰＷＭ出力信号Ｓｐｗを出
力する。これによりオペアンプ２６の非反転入力端子２
６Ｃに入力される制御信号の電圧Ｖｃが変更され、これ
に伴い、ガスセンサ素子２１及び検出抵抗２７に流れる
電流Ｉ２が変化する。従って、動作点Ｐｄの電位Ｖｄも
変化する。具体的には、第１所定値Ｎ１と第２所定値Ｎ
２のほぼ中間の測定に適した値となる。

【００５２】その後、実施形態１と同様に、ステップＳ
８でタイマをセットし、ステップＳ１にもどり、同様な
計測を繰り返す。なお、ステップＳ８でタイマセットし
たのは、所定時間Ｔｍ＝４０秒経過以降にステップＳ
４，Ｓ５による判断を行わせるためである。このような
処理により、本実施形態２においても、ガスセンサ素子
２１のセンサ抵抗値Ｒｓが変動した場合に、実施形態１
と同様、図４，図５に示すような制御を行うことができ
る。

【００５３】従って、本実施形態２の制御システム２０
においても、環境の変化によってガスセンサ素子２１の
センサ抵抗値Ｒｓが大きく変化したとしても、動作点Ｐ
ｄの電位Ｖｄを適切な範囲に維持しておくことができる
から、特定ガスの濃度変化による動作点Ｐｄの電位Ｖｄ
（センサ出力データＤａｄ）の変化を正確に検出するこ
とができる。また、オペアンプ２６、ガスセンサ素子２
１及び検出抵抗２７からなる定電流回路は無段階に電流
量Ｉ２を調整できるので、適切な電流量を容易に選択す
ることができる。さらに、本実施形態では、移動平均値
Ｍｄを算出し、これが第１所定値Ｎ１を下回り、あるい
は第２所定値Ｎ２を越えた場合に、適正ディーティ比Ｄ
Ｔｏを算出して出力させるので、ノイズその他による短
時間の変動の影響を受けずに、常に適正な範囲で動作点
Ｐｄの電位Ｖｄ（センサ出力データＤａｄ）を計測でき
る。従って、正確に特定ガスの濃度を検出して、システ
ムの制御に役立てることができる。

【００５４】（実施形態３）次いで、第３の実施形態の
制御システム３０について、図７に示す回路図を参照し
つつ説明する。この制御システム３０は、図１に示した
制御システム１０と同様に、ＮＯｘの濃度によってその
センサ抵抗値Ｒｓを有するガスセンサ素子３１、Ａ／Ｄ
変換回路３４とマイクロコンピュータ３５を含む制御回
路３３、及び電子制御アセンブリ３９を有している。し
かし、実施形態１における直流電流源として、演算増幅
回路１６及び検出抵抗１７に代えて、ＦＥＴ３６を用い
る点で異なる。従って、異なる部分を中心に説明する。

【００５５】まず、図７を参照して、本制御システム３
０を説明する。ＦＥＴ３６はドレイン端子３６Ｄでガス
センサ素子３１と直列に接続し、ＦＥＴ３６のソース端
子３６Ｓは接地電位に接続し、ガスセンサ素子３１の一
方の端３１Ａは電源電位Ｖｃｃに接続されている。ＦＥ
Ｔ３６のドレイン端子３６Ｄとガスセンサ素子３１の一
方の端３１ＢとのＦＥＴ−センサ接続点Ｐｄは、センサ
抵抗Ｒｓの変化によって電圧が変化する動作点であり、
その電位Ｖｄは、制御回路３３の入力端子３３ＡＤ（３
５ＡＤ）を通じて、マイクロコンピュータ３５内のＡ／
Ｄ変換回路３４に入力されている。

【００５６】ＦＥＴ３６は、制御端子１２ＣＴであるゲ
ート端子３６Ｇを有し、このゲート端子３６Ｇに入力さ
れる制御信号Ｓｃの制御電圧Ｖｃによって、ソース−ド
レイン間、従ってガスセンサ素子３１を流れるドレイン
電流Ｉ３の電流量を電子的に変化させることができる。
一点鎖線で示す制御回路３３は、実施形態１と同様に、
内部にＡ／Ｄ変換回路３４及びマイクロコンピュータ３
５を含んでいる。なお、マイクロコンピュータ３５は、
演算を行うマイクロプロセッサ、プログラムやデータを
一時記憶しておくＲＡＭ、プログラムやデータを保持す
るＲＯＭなどを含み、Ａ／Ｄ変換回路３４をも含んでい
る。本制御システム３０では、ＦＥＴ−センサ接続点Ｐ
ｄの電位ＶｄをＡ／Ｄ変換したデータＤａｄをマイクロ
コンピュータ３５で処理し、その変化などから特定ガス
の濃度変化を検出する。一方、制御回路３３の制御出力
端子３３ＣＴからは、制御信号Ｓｃが出力され、この制
御信号Ｓｃに従って、ＦＥＴ３６のドレイン電流Ｉ３が
制御される。この際、ドレイン電流Ｉ３でガスセンサ素
子３１に生じる電圧降下が適切な値となるように、制御
出力端子３３ＣＴから出力される制御信号Ｓｃを制御す
る。

【００５７】具体的には、実施形態１，２と同様、マイ
クロコンピュータ３５は、ＰＷＭ出力端子３５ＰＷを有
しており、このＰＷＭ出力端子３５ＰＷからは、所定デ
ューティ比ＤＴにパルス幅変調されたＰＷＭ出力信号Ｓ
ｐｗが出力される。このＰＷＭ出力信号Ｓｐｗは、制御
回路３３のうち、抵抗素子３８Ｒとコンデンサ３８Ｃと
からなる平滑回路３８によって平滑化されて、直流の制
御信号ＳｃとしてＦＥＴ３６のゲート端子３６Ｇに入力
される。制御信号Ｓｃの電位Ｖｃは、ＰＷＭ出力信号Ｓ
ｐｗのデューティ比ＤＴによって変化させることができ
る。なお、マイクロコンピュータ３５にも、アセンブリ
制御端子３５Ｂを有しており、実施形態１，２と同様、
電子制御アセンブリ３９をこのアセンブリ制御端子３５
Ｂによって制御する。

【００５８】本実施形態３でも、実施形態１において説
明したのと同様の処理の流れで、制御システム３０のう
ち、電流制御回路１２であるＦＥＴ３６のドレイン電流
Ｉ３に関連する制御を行うので、図３のフローチャート
を用いて説明する。本実施形態３の制御システム３０で
も、ステップＳ１において、動作点であるＦＥＴ−セン
サ接続点Ｐｄの電位Ｖｄを、Ａ／Ｄ変換回路３４に入力
してセンサ出力データＤａｄを０．４秒間隔で取得す
る。

【００５９】次いで、ステップＳ２で後述するタイマの
カウントアップを判断し、さらに、ステップＳ３におい
て、直前４０秒間分のセンサ出力データＤａｄの１００
ヶについての移動平均値Ｍｄを算出する。移動平均値Ｍ
ｄには、短時間の変動に影響が現れにくいが、長時間に
わたって変化が継続する温度や湿度など環境の変化は現
れる点は、実施形態１，２と同様である。従って、移動
平均値Ｍｄを用いることで、ノイズや短時間の接続点電
位の変動などに影響されず、環境の変化によるセンサ抵
抗値Ｒｓの変動を検知することができる。

【００６０】次いで、ステップＳ４において、移動平均
値Ｍｄが第１所定値Ｎ１より小さいか否かを判断し、Ｙ
ｅｓ（Ｍｄ＜Ｎ１）の場合は、ステップＳ６に進む。Ｎ
ｏの場合は、ステップＳ５において、第１所定値Ｎ１よ
り大きい値である第２所定値Ｎ２より移動平均値Ｍｄが
大きいか否かを判断する。Ｙｅｓ（Ｍｄ＞Ｎ２）の場合
にはステップＳ６に進み、Ｎｏの場合には、ステップＳ
１に戻って、同様な測定を繰り返す。

【００６１】次いで、ステップＳ６以降の処理について
説明する。実施形態１と同様、移動平均値Ｍｄが徐々に
変化して第１所定値Ｎ１より小さくなった場合、あるい
は第２所定値Ｎ２より大きくなった場合に、ステップＳ
６以降の処理がなされる。具体的には、環境の変化によ
ってセンサ抵抗値Ｒｓが大きくなり、ＦＥＴ−センサ接
続点Ｐｄの電位Ｖｄが小さい状態が継続すると、移動平
均値Ｍｄが徐々に減少し、第１所定値Ｎ１より小さくな
った時点でステップＳ６以降の処理がなされる。同様
に、環境の変化によってセンサ抵抗値Ｒｓが小さくな
り、ＦＥＴ−センサ接続点Ｐｄの電位Ｖｄが大きい状態
が継続すると、移動平均値Ｍｄが徐々に増加し、第２所
定値Ｎ２より大きくなった時点でステップＳ６以降の処
理がなされる。ＦＥＴ−センサ接続点Ｐｄの電位Ｖｄ
が、小さくあるいは大きくなりすぎて、電源電位Ｖｃｃ
あるいは接地電位に近くなると、センサ出力データＤａ
ｄから特定ガスの濃度変化によるセンサ抵抗値Ｒｓの変
化を正確に検出できない危険性があるためである。

【００６２】ステップＳ６では、実施形態１と同様に、
ＰＷＭ出力端子３５ＰＷから出力されるＰＷＭ出力信号
Ｓｐｗの適正デューティ比ＤＴｏを算出する。具体的に
は、移動平均値Ｍｄ、現在のＰＷＭ出力信号のデューテ
ィ比ＤＴなどから、適正デューティ比ＤＴｏに変更して
出力させ、ドレイン電流Ｉ３を変化させたときに、セン
サ出力データＤａｄが第１所定値Ｎ１と第２所定値Ｎ２
のほぼ中間に値となるように、適正デューティ比ＤＴｏ
を選択する。次いで、ステップＳ７において、この適正
デューティ比ＤＴｏでＰＷＭ出力端子３５ＰＷからＰＷ
Ｍ出力信号Ｓｐｗを出力する。これによりＦＥＴ３６の
ゲート端子３６Ｇに入力される制御信号の電圧Ｖｃが変
更され、これに伴い、ドレイン電流Ｉ３が変化する。従
って、ガスセンサ素子３１による電圧降下（Ｒｓ・Ｉ
３）が変化するので、ＦＥＴ−センサ接続点Ｐｄの電位
Ｖｄも変化する。具体的には、第１所定値Ｎ１と第２所
定値Ｎ２のほぼ中間の測定に適した値となる。

【００６３】その後、ステップＳ８でタイマをセット
し、ステップＳ１にもどり、同様な計測を繰り返す。な
お、ステップＳ８でタイマセットしたのは、デューティ
比ＤＴを変化させた後は、ドレイン電流Ｉ３が変更前と
大きく異なるから、所定時間Ｔｍ＝４０秒経過以降でな
いと、移動平均値Ｍｄによる判断（ステップＳ４，Ｓ
５）は不正確になるので、所定時間Ｔｍ＝４０秒経過以
降にステップＳ４，Ｓ５による判断を行わせるためであ
る。このような処理により、本実施形態３においても、
ガスセンサ素子３１のセンサ抵抗値Ｒｓが変動した場合
に、実施形態１，２と同様、図４，図５に示すような制
御を行うことができる。

【００６４】従って、本実施形態３の制御システム３０
においても、環境の変化によってガスセンサ素子３１の
センサ抵抗値Ｒｓが大きく変化したとしても、ＦＥＴ−
センサ接続点（動作点）Ｐｄの電位Ｖｄを適切な範囲に
維持しておくことができるから、特定ガスの濃度変化に
よる動作点Ｐｄの電位Ｖｄ（センサ出力データＤａｄ）
の変化を正確に検出することができる。また、ＦＥＴ３
６は無段階にドレイン電流Ｉ３を調整できるので、適切
な電流値を容易に選択することができる。さらに、本実
施形態では、移動平均値Ｍｄを算出し、これが第１所定
値Ｎ１を下回り、あるいは第２所定値Ｎ２を越えた場合
に、適正ディーティ比ＤＴｏを算出して出力させるの
で、ノイズその他による短時間の変動の影響を受けず
に、常に適正な範囲でＦＥＴ−センサ接続点Ｐｄの電位
Ｖｄ（センサ出力データＤａｄ）を計測できる。従っ
て、正確に特定ガスの濃度を検出して、システムの制御
に役立てることができる。

【００６５】（実施形態４）次いで、第４の実施形態の
制御システム４０について、図８に示す回路図を参照し
つつ説明する。この制御システム４０は、図７に示した
制御システム３０において、ＦＥＴ３６とガスセンサ素
子３１とを入れ替えた回路構成を有するものである。従
って、異なる部分を中心に説明する。

【００６６】まず、図８を参照して、本制御システム４
０を説明する。本制御システム４０は、実施形態３と同
様に、ＮＯｘの濃度によってそのセンサ抵抗値Ｒｓを有
するガスセンサ素子４１、Ａ／Ｄ変換回路４４とマイク
ロコンピュータ４５を含む制御回路４３、電子制御アセ
ンブリ４９を有している。なお、ＦＥＴ４６とガスセン
サ素子４１とは直列に接続され、ＦＥＴ４６のソース端
子４６Ｓは電源電位Ｖｃｃに接続し、ガスセンサ素子４
１の一方の端４１Ｂは接地されている。ＦＥＴ４６のド
レイン端子４６Ｄとガスセンサ素子４１の他方の端４１
ＡとのＦＥＴ−センサ接続点Ｐｄは動作点であり、その
電位Ｖｄは、制御回路４３の入力端子４３ＡＤ（４５Ａ
Ｄ）を通じて、マイクロコンピュータ４５内のＡ／Ｄ変
換回路４４に入力されている。

【００６７】ＦＥＴ４６は、ゲート端子４６Ｇを有し、
このゲート端子４６Ｇに入力される制御信号Ｓｃの制御
電圧Ｖｃによって、ソース−ドレイン間、及びガスセン
サ素子４１を流れるドレイン電流Ｉ４の電流量を電子的
に変化させることができる。一点鎖線で示す制御回路４
３はマイクロコンピュータ４５を含み、マイクロコンピ
ュータ４５はＡ／Ｄ変換回路４４を含んでいる。本制御
システム４０でも、電位ＶｄをＡ／Ｄ変換したデータＤ
ａｄをマイクロコンピュータ３５で処理し、その変化な
どから特定ガスの濃度変化を検出する。一方、制御出力
端子４３ＣＴから出力された制御信号Ｓｃに従って、Ｆ
ＥＴ４６のドレイン電流Ｉ４が制御される。この際、ド
レイン電流Ｉ４でガスセンサ素子４１に生じる電圧降下
が適切な値となるように、制御出力端子４３ＣＴから出
力される制御信号Ｓｃを制御する。

【００６８】具体的には、実施形態１〜３と同様、マイ
クロコンピュータ４５は、ＰＷＭ出力端子４５ＰＷを有
し、これから所定デューティ比ＤＴのＰＷＭ出力信号Ｓ
ｐｗが出力される。このＰＷＭ出力信号Ｓｐｗは、抵抗
素子４８Ｒとコンデンサ４８Ｃとからなる平滑回路４８
で平滑化されて、直流の制御信号ＳｃとしてＦＥＴ４６
のゲート端子４６Ｇに入力される。ゲート電圧Ｖｃは、
ＰＷＭ出力信号Ｓｐｗのデューティ比ＤＴによって変化
させることができる。なお、マイクロコンピュータ４５
にも、アセンブリ制御端子４５Ｂを有しており、実施形
態１〜３と同様、電子制御アセンブリ４９をこのアセン
ブリ制御端子４５Ｂによって制御する。

【００６９】本実施形態４でも、実施形態１において説
明したのと同様の処理の流れで、制御システム４０のう
ち、電流制御回路１２であるＦＥＴ４６のドレイン電流
Ｉ４に関連する制御を行うので、図３のフローチャート
を用いて説明する。但し、実施形態３とは、ガスセンサ
素子とＦＥＴの位置が入れ替えられているため、実施形
態３と異なり、ガスセンサ素子４１のセンサ抵抗値Ｒｓ
が大きくなるとＦＥＴ−センサ接続点Ｐｄの電位Ｖｄも
大きくなる。

【００７０】ステップＳ１において、電位ＶｄをＡ／Ｄ
変換回路４４に入力してセンサ出力データＤａｄを０．
４秒間隔で取得し、ステップＳ２で後述するタイマのカ
ウントアップを判断し、さらに、ステップＳ３で直前４
０秒間分のセンサ出力データＤａｄの１００ヶについて
の移動平均値Ｍｄを算出する。移動平均値Ｍｄを用いる
ことで、ノイズや短時間の接続点電位の変動などに影響
されず、環境の変化によるセンサ抵抗値Ｒｓの変動を検
知することができる。

【００７１】次いで、ステップＳ４において、移動平均
値Ｍｄが第１所定値Ｎ１より小さいか否かを判断し、Ｙ
ｅｓ（Ｍｄ＜Ｎ１）の場合は、ステップＳ６に進む。Ｎ
ｏの場合は、ステップＳ５において、第１所定値Ｎ１よ
り大きい値である第２所定値Ｎ２より移動平均値Ｍｄが
大きいか否かを判断する。Ｙｅｓ（Ｍｄ＞Ｎ２）の場合
にはステップＳ６に進み、Ｎｏの場合には、ステップＳ
１に戻って、同様な測定を繰り返す。

【００７２】次いで、ステップＳ６以降の処理について
説明する。実施形態１〜３と同様、移動平均値Ｍｄが徐
々に変化して第１所定値Ｎ１より小さくなった場合、あ
るいは第２所定値Ｎ２より大きくなった場合に、ステッ
プＳ６以降の処理がなされる。具体的には、環境の変化
によってセンサ抵抗値Ｒｓが小さく、ＦＥＴ−センサ接
続点Ｐｄの電位Ｖｄが小さい状態が継続すると、移動平
均値Ｍｄが徐々に減少し、第１所定値Ｎ１より小さくな
った時点でステップＳ６以降の処理がなされる。同様
に、環境の変化によってセンサ抵抗値Ｒｓが大きくな
り、ＦＥＴ−センサ接続点Ｐｄの電位Ｖｄが大きい状態
が継続すると、移動平均値Ｍｄが徐々に増加し、第２所
定値Ｎ２より大きくなった時点でステップＳ６以降の処
理がなされる。ＦＥＴ−センサ接続点Ｐｄの電位Ｖｄ
が、小さくあるいは大きくなりすぎて、電源電位Ｖｃｃ
あるいは接地電位に近くなると、センサ出力データＤａ
ｄから特定ガスの濃度変化によるセンサ抵抗値Ｒｓの変
化を正確に検出できない危険性があるためである。

【００７３】ステップＳ６では、実施形態１と同様に、
ＰＷＭ出力端子４５ＰＷから出力されるＰＷＭ出力信号
Ｓｐｗの適正デューティ比ＤＴｏを算出する。具体的に
は、移動平均値Ｍｄ、現在のＰＷＭ出力信号のデューテ
ィ比ＤＴなどから、適正デューティ比ＤＴｏに変更して
出力させ、ドレイン電流Ｉ４を変化させたときに、セン
サ出力データＤａｄが第１所定値Ｎ１と第２所定値Ｎ２
のほぼ中間に値となるように、適正デューティ比ＤＴｏ
を選択する。次いで、ステップＳ７において、この適正
デューティ比ＤＴｏでＰＷＭ出力端子４５ＰＷからＰＷ
Ｍ出力信号Ｓｐｗを出力する。これによりＦＥＴ４６の
ゲート端子４６Ｇに入力される制御信号Ｓｃの電圧Ｖｃ
が変更され、これに伴い、ドレイン電流Ｉ４が変化す
る。従って、ガスセンサ素子４１による電圧降下（Ｒｓ
・Ｉ４）が変化するので、ＦＥＴ−センサ接続点Ｐｄの
電位Ｖｄも変化する。具体的には、第１所定値Ｎ１と第
２所定値Ｎ２のほぼ中間の測定に適した値となる。

【００７４】その後、ステップＳ８でタイマをセット
し、ステップＳ１にもどり、同様な計測を繰り返す。な
お、ステップＳ８でタイマセットしたのは、デューティ
比ＤＴを変化させた後は、ドレイン電流Ｉ４が変更前と
大きく異なるから、所定時間Ｔｍ＝４０秒経過以降でな
いと、移動平均値Ｍｄによる判断（ステップＳ４，Ｓ
５）は不正確になるので、所定時間Ｔｍ＝４０秒経過以
降にステップＳ４，Ｓ５による判断を行わせるためであ
る。このような処理により、本実施形態４においても、
ガスセンサ素子４１のセンサ抵抗値Ｒｓが変動した場合
に、実施形態１〜３と同様、図４，図５に示すような制
御を行うことができる。

【００７５】従って、本実施形態４の制御システム４０
においても、環境の変化によってガスセンサ素子４１の
センサ抵抗値Ｒｓが大きく変化したとしても、ＦＥＴ−
センサ接続点（動作点）Ｐｄの電位Ｖｄを適切な範囲に
維持しておくことができるから、特定ガスの濃度変化に
よる動作点Ｐｄの電位Ｖｄ（センサ出力データＤａｄ）
の変化を正確に検出することができる。また、ＦＥＴ４
６も無段階にドレイン電流Ｉ４を調整できるので、適切
な電流値を容易に選択することができる。さらに、本実
施形態では、移動平均値Ｍｄを算出し、これが第１所定
値Ｎ１を下回り、あるいは第２所定値Ｎ２を越えた場合
に、適正ディーティ比ＤＴｏを算出して出力させるの
で、ノイズその他による短時間の変動の影響を受けず
に、常に適正な範囲でＦＥＴ−センサ接続点Ｐｄの電位
Ｖｄ（センサ出力データＤａｄ）を計測できる。従っ
て、正確に特定ガスの濃度を検出して、システムの制御
に役立てることができる。

【００７６】以上において、本発明を実施形態１〜４に
即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更
して適用できることはいうまでもない。例えば、上記各
実施形態１〜４においては、いずれもマイクロコンピュ
ータ１５等にＡ／Ｄ変換回路１４等を含んでいたが、両
者を別体としても良いことは明らかである。但し、マイ
クロコンピュータ１５等がＡ／Ｄ変換回路１４等を含ん
でいると、両者の接続等が不要であり、容易かつ安価に
製造でき、信頼性も向上させることができる。

【００７７】また、マイクロコンピュータ１５等のＰＷ
Ｍ出力端子１５ＰＷ等を用いて、ＰＷＭ出力信号を出力
させた例を示したが、マイクロコンピュータ１５等にＰ
ＷＭ出力用の端子が無くとも、通常のＩ／Ｏ端子を出力
端子とし、この出力端子に所定タイミングで電源電位Ｖ
ｃｃと接地電位ＧＮＤとが現れるようにプラグラムすれ
ば、ＰＷＭ出力信号を出力することができる。また、上
記実施形態１，２では、オペアンプ１６，２６と検出抵
抗１７，２７を用いて定電流回路を構成し、実施形態
３，４ではＦＥＴ３６，４６を用いたが、その他の構成
の直流電流源や定電流回路を用いても良い。また、実施
形態１〜４では、一度の変更で、センサ出力データＤａ
ｄの値が第１所定値Ｎ１と第２所定値Ｎ２のほぼ中間の
値となるように、適正ディーティ比ＤＴｏを選択した。
しかし、ディーティ比ＤＴを若干変更し、その後のセン
サ出力データＤａｄの値をチェックし、さらに、デュー
ティ比ＤＴを変更するというように、センサ出力データ
Ｄａｄを、第１所定値Ｎ１と第２所定値Ｎ２のほぼ中間
の値など所望の値に徐々に近づくように制御することも
できる。

【００７８】また、上記各実施形態では、いずれにおい
てもＮｏｘを検知するガスセンサ素子１１等を用いた
が、ガスセンサ素子としては、他のガス、例えばＣＯ、
ＨＣ（ハイドロカーボン）などを検知できるガスセンサ
素子について本発明を適用しても良いことは言うまでも
ない。また、上記実施形態３，４では、ＦＥＴとしてＭ
ＯＳＦＥＴを用いたが、ＪＦＥＴを用いることもでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１にかかる制御システムの概略の構成
を示す回路図である。

【図２】実施形態１にかかる制御システムのうち、電流
制御回路及び制御回路の内容を含む回路図である。

【図３】実施形態１にかかる制御システムのうち、電流
制御に関するフローチャートである。

【図４】実施形態１にかかり、移動平均値Ｍｄが低下し
た場合の動作を説明するグラフである。

【図５】実施形態１にかかり、移動平均値Ｍｄが上昇し
た場合の動作を説明するグラフである。

【図６】実施形態２にかかる制御システムのうち、電流
制御回路及び制御回路の内容を含む回路図である。

【図７】実施形態３にかかる制御システムのうち、電流
制御回路及び制御回路の内容を含む回路図である。

【図８】実施形態４にかかる制御システムのうち、電流
制御回路及び制御回路の内容を含む回路図である。

【符号の説明】

１０，２０，３０，４０：制御システム １１，２１，３１，４１：ガスセンサ素子 Ｒｓ：センサ抵抗値 Ｒｄ：検出抵抗値 １２：直流電流源 １３，２３，３３，４３：制御回路 １４，２４，３４，４４：Ａ／Ｄ変換回路 １５，２５，３５，４５：マイクロコンピュータ １６，２６：オペアンプ（演算増幅回路） １７，２７：検出抵抗 １８，３８，４８：平滑回路 １９，２９，３９，４９：電子制御アセンブリ ３６，４６：ＦＥＴ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松岡 俊也 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 佐藤 保史 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G046 AA11 AA13 AA18 DC14 DC16 DC17 DC18 DD01 EB05 FA02 FB02 FE28 FE39 FE46 3L061 BA01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】特定ガスの濃度変化によってセンサ抵抗の
   値が変化するガスセンサ素子を用いた制御システムであ
   って、 センサ抵抗を有するガスセンサ素子と、 制御端子を有し、上記制御端子に入力された制御信号に
   より上記ガスセンサ素子に流す電流を制御可能な電流制
   御回路と、 マイクロコンピュータを含む制御回路であって、 上記ガスセンサ素子の両端のうち、このガスセンサ素子
   のセンサ抵抗変化により電位が変動する動作点の電位を
   入力するＡ／Ｄ変換回路、及び上記電流制御回路の制御
   端子に接続され、上記制御信号を出力する制御出力端
   子、 を備える制御回路と、を含む制御システム。
2. 【請求項２】請求項１に記載の制御システムであって、 前記電流制御回路は、 検出抵抗であって、 一端は、前記ガスセンサ素子の一端と接続し、 他端は、接地電位に接続する検出抵抗と、 演算増幅回路であって、 出力端子は、前記動作点である上記ガスセンサ素子の他
   端に接続し、 反転入力端子は、上記ガスセンサ素子と上記検出抵抗と
   の抵抗−センサ接続点に接続し、 前記制御出力端子と接続する前記制御端子は、非反転入
   力端子である演算増幅回路と、 を含み、 前記Ａ／Ｄ変換回路は、上記ガスセンサ素子の他端の電
   位を入力する制御システム。
3. 【請求項３】請求項１に記載の制御システムであって、 前記電流制御回路は、前記制御端子であるゲート端子に
   より、ソース−ドレイン間、及びドレイン端子と接続す
   る前記ガスセンサ素子に流す電流を制御可能なＦＥＴで
   あり、 前記Ａ／Ｄ変換回路には、前記動作点である上記ＦＥＴ
   と上記ガスセンサ素子とのＦＥＴ−センサ接続点の電位
   が入力され、 前記制御回路の制御出力端子は、前記制御信号として、
   ゲート電圧を制御するゲート制御信号を出力する制御シ
   ステム。
4. 【請求項４】特定ガスの濃度変化によって、センサ抵抗
   の値が変化するガスセンサ素子を用いた制御システムで
   あって、 センサ抵抗を有し、一端が接地電位に接続するガスセン
   サ素子と、 上記ガスセンサ素子の他端と接続された一端を有する検
   出抵抗と、 演算増幅回路であって、 出力端子が、上記ガスセンサ素子のセンサ抵抗の変化に
   より電位が変動する動作点である上記検出抵抗の他端に
   接続し、 反転入力端子が、上記検出抵抗と上記ガスセンサ素子と
   の抵抗−センサ接続点に接続し、 非反転入力端子を有する演算増幅回路と、 マイクロコンピュータを含む制御回路であって、 上記動作点の電圧を入力するＡ／Ｄ変換回路、及び上記
   演算増幅回路の非反転入力端子に接続され、制御信号を
   出力する制御出力端子、 を備える制御回路と、を含む制御システム。
5. 【請求項５】請求項２〜請求項４のいずれかに記載の制
   御システムであって、 前記制御回路のうち前記マイクロコンピュータは、ＰＷ
   Ｍ信号を出力する出力端子を有し、 上記出力端子と前記制御出力端子とは、平滑回路を介し
   て接続されている制御システム。
6. 【請求項６】請求項１〜請求項５のいずれかに記載の制
   御システムであって、 前記制御回路は、 前記Ａ／Ｄ変換回路に入力された動作点の電位につい
   て、直前の所定期間の移動平均値を算出する移動平均値
   算出手段と、 上記移動平均値が第１所定値よりも小さいか否かを判断
   する第１判断手段と、 上記移動平均値が上記第１所定値より大きな第２所定値
   よりも大きいか否かを判断する第２判断手段と、 上記第１判断手段において、上記移動平均値が上記第１
   所定値より小さいと判断された場合、及び上記第２判断
   手段において、上記移動平均値が上記第２所定値より大
   きいと判断された場合のいずれかの場合に、前記ガスセ
   ンサ素子に適切な電流量を流すように、前記制御出力端
   子から前記制御信号を変更して出力させる制御信号変更
   手段と、を備える制御システム。
7. 【請求項７】請求項１〜請求項６のいずれかに記載の制
   御システムであって、 前記マイクロコンピュータは、前記Ａ／Ｄ変換回路を含
   むことを特徴とする制御システム。