JP2004044600A - ガス濃度センサの使用方法及びガス濃度センサの制御装置 - Google Patents

Abstract

　【課題】　ガス濃度を高精度に測定することができるガス濃度センサの使用方法及びガス濃度センサの制御装置を提供すること。
　【解決手段】　ステップ１００にて、所定の空気流量があるか否かを判定する。ステップ１１０では、ガス濃度センサのゼロ点補正のための処理を行なう。つまり、パージバルブ１７を閉じた状態で、ガス濃度センサ４によるパージガスのガス濃度を測定し、その際のセンサ出力Ｓ１を求める。そして、このセンサ出力Ｓ１を正しいセンサ出力Ｓ０と比較し、その差△Ｓを求める。従って、その後のガス濃度の測定の際には、得られたセンサ出力Ｓ２から前記差△Ｓを引いた値Ｓ３を、正しいセンサ出力として採用する。続くステップ１２０では、パージガスの供給量、従って供給すべきパージガスのガス濃度を求める。続くステップ１３０では、パージバルブ１７を駆動して、必要な供給量（Ａ％）のパージガスを吸気管２に供給する。
【選択図】　図７

Description

　本発明は、内燃機関用エンジンの吸気管へ供給される例えば吸入空気中の蒸発燃料等の可燃性ガスのガス濃度を測定するガス濃度センサの使用方法及びガス濃度センサの制御装置に関する。

　従来より、燃料タンクからエンジンへの燃料の供給系としては、燃料タンクからフューエルポンプにより汲み上げた燃料を、燃料配管を介してインジェクタへ送る第１の供給系がある。

　また、これとは別に、燃料タンク内に発生する蒸発燃料をキャニスタで一時的に吸着し、このキャニスタに溜まった燃料をパージして、パージガスとして吸気管へ送る第２の供給系がある。

　従って、エンジンでは、インジェクタからの噴射燃料に加えて、パージガス等の蒸発燃料（以下単にパージガスと記す）を、シリンダ内で燃焼させるようになっている。

　この様に、噴射燃料とは別にパージガスをエンジンに供給することにより、燃焼制御において空燃比が理論空燃比からズレてしまうと、触媒のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘの浄化能力が激減することになり、その結果、排出ガス中のこれらのガス濃度が上昇してしまう。

　また、例えばエンジンの始動時、特に触媒不活性時において、燃焼用主燃料系としてパージガスを使用するためには、パージガスの濃度を高精度で測定し、且つその供給量を最適に制御しなければ、失火や燃焼不良等が生じ好ましくない。　しかしながら、パージガスの測定用センサとしては、超音波を利用したものや、酸化物半導体を利用したもの等が考えられ、その開発が進められているが、必ずしも十分なものは得られていない。

　つまり、センサ出力の経時変化に加え、センサ表面への異物付着による出力誤差や、吸入空気に含まれる水分や雑ガズの影響による出力誤差の問題により、パージガスの濃度を高精度に測定することは容易ではないという問題があった。

　そのため、パージガスの濃度の測定結果に基づいて、パージガスの濃度の制御を精度良く行なうことが極めて難しいという問題があった。
　本発明は前記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、例えばパージガスのような特定ガスのガス濃度を高精度に測定することができるガス濃度センサの使用方法及びガス濃度センサの制御装置を提供することである。

　本発明は、内燃機関用エンジンにおいて、吸気管等に設置されたガス濃度センサの使用方法及びガス濃度センサの制御装置に関するものであり、経時変化やセンサ付着物や雑ガス等の影響を含んだ状態で、吸気管への特定ガス（例えばパージガス）の供給の前に吸入空気のみに基づいた測定を行ない、センサ出力のゼロ点（０点）の調整をすることによって、より高精度にガス濃度を測定できるようにしたものである。以下、請求項毎に詳細に説明する。

　（１）前記目的を達成するための請求項１の発明は、
　内燃機関用エンジンの吸気管又は吸気管に継がる配管に設置され、吸入空気中の特定ガス（例えば蒸発燃料であるパージガス）のガス濃度を測定するガス濃度センサの使用方法であって、前記特定ガスを供給する前の前記ガス濃度センサの出力に基づいて、前記ガス濃度の測定を行なうことにより、前記ガス濃度センサのゼロ点補正のために該ガス濃度センサの劣化の状態を検出することを特徴とするガス濃度センサの使用方法を要旨とする。

　本発明では、測定対象である特定ガスを供給する前に、ガス濃度センサによって吸入空気のみを用いてガス濃度の測定を行なう。この場合、特定ガスはまだ供給されておらず、よって、そのガス濃度は０％であるので、ガス濃度センサが正常であれば、ガス濃度０％に対応して予め設定された値（出力値Ｖ０）となるはずである。ところが、実際のガス濃度センサは、その経時変化や雑ガスやセンサ表面への付着物等によって影響を受けるので、ガス濃度が０％であっても、その出力は予め設定された値Ｖ０とならないことが多い。

　従って、例えば、ガス濃度０％に対応した正しい値Ｖ０から、あるズレ量（△Ｖ）だけズレた値（出力値Ｖ１＝Ｖ０＋△Ｖ）となった場合には、ガス濃度センサが、前記経時変化等の影響によりその性能が劣化し、又は雑ガスや付着物等の影響を受けていると判断することができる。

　なお、ガス濃度センサの出力変化には、センサ自体の劣化によるものや、吸入空気中の雑ガスの影響によるものが含まれるが、本発明では、これらの出力特性の変化をまとめて「劣化等」とも表す。

　（２）請求項２の発明は、
　前記ガス濃度センサの出力変化の状態に対応して、ゼロ点補正を行うことを特徴とする前記請求項１に記載のガス濃度センサの使用方法を要旨とする。

　本発明では、ガス濃度センサが劣化等している場合には、ゼロ点補正（オフセット補正）を行なって、ガス濃度センサの経時変化等によるセンサ出力のズレを修正する。
　例えば、経時変化等の影響を受けたセンサ出力Ｖ１に対して、その本来の値Ｖ０からのズレ量△Ｖを加味する（例えばＶ１−△Ｖ）ことにより、ガス濃度センサのゼロ点補正を行なう。

　従って、上述したゼロ点補正後に、特定ガスを供給した状態で、ガス濃度センサにより特定ガスのガス濃度を測定する場合には、このズレ量△Ｖを加味することにより、経時変化等の影響を排除して、より正確なガス濃度を測定できる。

　（３）請求項３の発明は、
　前記特定ガスを供給する前に測定した前記ガス濃度センサの出力値と、前記特定ガスが無い場合に出力されるべき前記ガス濃度センサの出力値とを比較し、その両出力値の差に基づいてゼロ点補正を行うことを特徴とする前記請求項２に記載のガス濃度センサの使用方法を要旨とする。

　本発明は、ゼロ点補正の内容をより具体的に示したものである。
　ここでは、特定ガス０％にて実際に測定したガス濃度センサの出力値（Ｖ１）と、特定ガス０％に対応したガス濃度センサの本来の出力値（Ｖ０）とを比較し、その両出力値の差（ズレ量△Ｖ）に基づいてゼロ点補正を行う。

　つまり、劣化したガス濃度センサは、常にズレ量△Ｖ分だけその出力がズレることになるので、このゼロ点補正により、ズレ量△Ｖを予め見込んでガス濃度を測定するのである。

　（４）請求項４の発明は、
　前記特定ガスを供給した状態で、前記ガス濃度センサの出力に基づいて前記特定ガスのガス濃度を測定する場合には、前記ゼロ点補正による補正量を考慮して前記特定ガスのガス濃度を求めることを特徴とする前記請求項２又は３に記載のガス濃度センサの使用方法を要旨とする。

　本発明は、特定ガスを供給した状態で、特定ガスのガス濃度を測定する方法をより具体的に示している。
　ここでは、特定ガスを供給した状態で、そのガス濃度を測定する場合には、前記ゼロ点補正による補正量を考慮してガス濃度を測定するので、経時変化等の影響を排除して、より正確なガス濃度を測定することができる。

　従って、例えば特定ガス０％にて実際に測定したガス濃度センサの出力値（Ｖ１）が、特定ガス０％に対応したガス濃度センサの本来の出力値（Ｖ０）より大きな場合（Ｖ１＞Ｖ０）には、特定ガスを供給した状態でのガス濃度の測定の際に、そのセンサ出力（Ｖ２）は△Ｖ＝Ｖ１−Ｖ０だけ高めに出るので、その差（Ｖ２−△Ｖ）を実際のガス濃度に対応した値とする。よって、この値（Ｖ２−△Ｖ）に対応したガス濃度を例えばマップ等から求めることにより、正確なガス濃度を求めることができる。

　また、これとは別に、劣化したガス濃度センサのセンサ出力自体はそのまま使用するが、マップ自体を補正量に応じて切り替えてもよい。
　尚、上述した様に、ゼロ点補正を行なうことにより、特定ガスの正確なガス濃度を求めた場合には、この正確なガス濃度に基づいて、特定ガスの供給状態を制御することができる。

　これにより、必要な量の特定ガスを適切に供給することができるので、例えば、燃焼後の空燃比制御等を精密に行なうことができる。
　尚、特定ガスの供給を制御する方法としては、例えば前記センサ出力に基づいてパージガスの供給量（例えばガス流量）を調節しパージバルブの開度を調節する方法を採用できる。

　（５）請求項５の発明は、
　前記特定ガスが可燃性ガスであることを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載のガス濃度センサの使用方法を要旨とする。

　本発明は、特定ガスの種類を例示している。つまり、特定ガスとしては、吸入空気中に供給される可燃性ガス（例えば蒸発燃料）が挙げられるが、この可燃性ガスとしては、キャニスタから供給されるパージガスや、ＥＧＲ（排気再循環）システム中の未燃性ガス等が挙げられる。

　（６）請求項６の発明は、
　前記ガス濃度センサの出力変化を検出する時期が、キーオン直後のクランキング時であることを特徴とする前記請求項１〜５のいずれかに記載のガス濃度センサの使用方法を要旨とする。

　本発明は、ガス濃度センサの劣化等を検出する時期、即ち特定ガスを供給しない状態で、ベースガスである吸入空気のみを測定してガス濃度センサの劣化等の状態を検出するタイミングを示している。

　そして、キーオン直後のクランキング時に、上述したガス濃度センサの劣化等の状態を検出する処理を行なうことにより、触媒の活性が高まっていない始動時においても、高精度なパージガスの供給コントロールが可能になるという利点がある。

　尚、ガス濃度センサの劣化等を検出した場合において、センサ出力のズレ量を加味してセンサのゼロ点補正を行なう時期は、センサの劣化等の検出直後が望ましいが、実際のガス濃度の測定までの期間であればいつでもよい（以下他の請求項でも同様）。

　（７）請求項７の発明は、
　前記ガス濃度センサの出力変化を検出する時期が、キャニスタから可燃性ガスのパージを行う前であることを特徴とする前記請求項１〜６のいずれかに記載のガス濃度センサの使用方法を要旨とする。

　本発明は、ガス濃度センサの劣化等を検出するタイミングを例示したものである。本発明では、ガス濃度センサの劣化等の検出を、可燃性ガス（例えば蒸発燃料）のパージを行う前に実施するので、ゼロ点補正を好適に行うことができる。　（８）請求項８の発明は、
　前記ガス濃度センサの出力変化を検出する時期が、キーオン後、初めてキャニスタから可燃性ガスのパージを行う前であることを特徴とする前記請求項６に記載のガス濃度センサの使用方法を要旨とする。

　本発明は、ガス濃度センサの劣化等を検出するタイミングを例示したものである。本発明では、ガス濃度センサの劣化等の検出を、キーオン後、初めてキャニスタから可燃性ガス（例えば蒸発燃料）のパージを行う前に実施するので、例えばパージバルブより下流側のパージガスの供給路に付着した燃料の影響を排除して、より正確にガス濃度センサの劣化等の状態を把握することができる。よって、より正確なゼロ点補正を行なうことができる。

　（９）請求項９の発明は、
　前記ガス濃度センサの出力変化を検出する時期が、燃料カット時であることを特徴とする前記請求項１〜５のいずれかに記載のガス濃度センサの使用方法を要旨とする。

　本発明は、ガス濃度センサの劣化等を検出するタイミングを例示したものである。本発明では、ガス濃度センサの劣化等の検出を、燃料カット時に行なうので、パージが行なわれないため、必ずベースガス（吸入空気）のみの測定を行なうことができるという利点がある。

　尚、上述したガス濃度センサの劣化等の検出は、ＥＣＵからの信号又は車載されている各種のセンサの信号をトリガとして実施することができる。
　（１０）請求項１０の発明は、
　前記ガス濃度センサが、音速の変化に基づいて、前記特定ガスのガス濃度を測定するものであることを特徴とする前記請求項１〜９のいずれかに記載のガス濃度センサの使用方法を要旨とする。

　本発明は、ガス濃度センサの種類を例示したものである。
　ここでは、超音波の音速が、吸入空気中の特定ガスのガス濃度に応じて変化するという性質を利用する。具体的には、例えば吸入空気に対して超音波を送信し、その超音波の伝播速度（従って伝播時間）を検出することによって、特定ガスのガス濃度を測定する。

　（１１）請求項１１の発明は、
　前記ガス濃度センサが、センサ素子における抵抗の変化に基づいて、前記特定ガスのガス濃度を測定するものであることを特徴とする前記請求項１〜９のいずれかに記載のガス濃度センサの使用方法を要旨とする。

　本発明は、ガス濃度センサの種類を例示したものである。
　本発明のガス濃度センサは、例えば、酸化スズ等の酸化物半導体からなる素子を備え、該素子表面における前記特定ガスの酸化反応により素子表面の吸着酸素量が変化する現象を利用したものであり、このとき、自由電子の量が変化することにより抵抗値が変化するので、この変化を検出することにより、特定ガスのガス濃度を測定する。

　（１２）請求項１２の発明は、
　前記ガス濃度センサが、センサ素子における起電力の変化に基づいて、前記特定ガスのガス濃度を測定するものであることを特徴とする前記請求項１〜９のいずれかに記載のガス濃度センサの使用方法を要旨とする。

　本発明は、ガス濃度センサの種類を例示したものである。
　本発明のガス濃度センサは、例えば、固体電解質からなる素子を備え、該素子表面において触媒等との反応により生じる基準極との混成電位、あるいはネルンストの式に従う電位差を検出することにより、特定ガスのガス濃度を測定する。
（１３）請求項１３の発明は、
　前記ガス濃度センサが、センサ素子における発熱量の変化に基づいて、前記特定ガスのガス濃度を測定するものであることを特徴とする前記請求項１〜９のいずれかに記載のガス濃度センサの使用方法を要旨とする。

　本発明は、ガス濃度センサの種類を例示したものである。
　本発明のガス濃度センサは、例えば、白金線等からなるヒータを使用し、白金線の表面上での前記特定ガスの酸化反応による発熱量を、白金線の抵抗値の変化に基づいて検出することにより、特定ガスのガス濃度を測定する。

　（１４）請求項１４の発明は、
　前記ガス濃度センサが、センサ素子における静電容量の変化に基づいて、前記特定ガスのガス濃度を検出するものであることを特徴とする前記請求項１〜９のいずれかに記載のガス濃度センサの使用方法を要旨とする。

　本発明は、ガス濃度センサの種類を例示したものである。
　本発明のガス濃度センサは、例えば、特定ガスが導入される測定室内に一対の電極が設けられ、前記特定ガスが導入されたときの両電極間の静電容量を検出することにより、特定ガスのガス濃度を測定する。

　（１５）請求項１５の発明は、
　前記請求項１〜１４のいずれかに記載のガス濃度センサの制御装置であって、前記特定ガスのガス濃度が０％の場合における前記ガス濃度センサの基準出力を記憶する記憶手段と、前記特定ガスを供給する前の前記ガス濃度センサの出力に基づいて、該ガス濃度センサの実出力を検出する実出力検出手段と、前記基準出力と前記実出力とを比較して、前記ガス濃度センサのゼロ点補正を行なうゼロ点補正手段と、を備えたことを特徴とするガス濃度センサの制御装置を要旨とする。

　本発明では、記憶手段によって、予め特定ガスのガス濃度が０％の場合におけるガス濃度センサの基準出力を記憶している。そして、実出力検出手段により、特定ガスを供給する前のガス濃度センサの出力に基づいて、特定ガス０％に対応するガス濃度センサの実出力を検出する。次に、ゼロ点補正手段により、前記基準出力と実出力とを比較して、そのズレを検出して、ガス濃度センサのゼロ点補正を行なう。

　これにより、特定ガスを供給した状態でガス濃度の測定を行なう場合には、経時変化等の影響を排除して、正確なガス濃度を検出することができる。
　（１６）請求項１６の発明は、
　前記ゼロ点補正を行ったガス濃度センサの出力に基づいて、前記特定ガスのガス濃度を測定する測定手段を備えたことを特徴とする前記請求項１５に記載のガス濃度センサの制御装置を要旨とする。

　本発明では、ゼロ点補正を行ったガス濃度センサの出力に基づいて、特定ガスのガス濃度を測定するので、経時変化等の影響を排除して、正確なガス濃度が得られるという利点がある。

　（１７）請求項１７の発明は、
　前記ゼロ点補正を行ったガス濃度センサの出力に基づいて、前記特定ガスの供給状態を調節する調節手段（例えばパージバルブ）を備えたことを特徴とする前記請求項１５又は１６に記載のガス濃度センサの制御装置を要旨とする。

　本発明では、ゼロ点補正を行ったガス濃度センサの出力に基づいて、正確なガス濃度が測定できるので、その正確なガス濃度に基づいて調節手段を制御することにより、必要な量の特定ガスを精密に供給することができる。

　以上詳述した様に、本発明のガス濃度センサの使用方法及びガス濃度センサの制御装置では、例えばパージガスの様な特定ガスを供給する前に、ガス濃度センサによって基準となるガス（例えば吸入空気のみ）の測定を行なうことにより、ガス濃度センサの劣化や雑ガスの影響等の程度を検出できる。

　よって、その劣化や雑ガスの影響等の程度に応じてゼロ点補正を行なうことにより、例えば湿度や付着物等の影響を排除して、ガス濃度を正確に求めることができる。
　従って、その正確な特定ガスのガス濃度に基づいて、供給すべき特定ガスの量を精密に調節することができ、それにより、空燃比等の各種の制御を好適に行なうことができる。

　以下、本発明のガス濃度センサの使用方法及びガス濃度センサの制御装置の実施の形態の例（実施例）を、図面を参照して説明する。
（実施例１）
　本発明は、超音波を利用したガス濃度センサにより、蒸発燃料のガス濃度を測定するものである。

　ａ）まず、本実施例におけるシステム構成を説明する。
　図１はガス濃度センサ及びその制御装置を含むシステム構成図である。
　図１に示す様に、本実施例では、エンジン１の吸気管２には、その上流側より、スロットルバルブ３、ガス濃度センサ４、インジェクタ６が配置されている。一方、エンジン１の排気管７には、上流側より、酸素センサ（全領域空燃比センサ）８、３元触媒９が配置されている。

　また、エンジン１に燃料を供給する経路として、液体の燃料を供給する第１の供給系と、気体（ガス）の燃料を供給する第２の供給系を備えている。
　前記第１の供給系として、ガソリンタンク１１は、第１供給路１２及び燃料ポンプ１５を介して、インジェクタ６に接続されている。従って、燃料は、ガソリンタンク１１から、燃料ポンプ１５により、第１供給路１２を介してインジェクタ６に供給され、インジェクタ６から吸気管２内に噴射供給される。

　一方、第２の供給系として、ガソリンタンク１１は、第２供給路１３を介してキャニスタ１４に接続され、キャニスタ１４は、第３供給路１６及びパージバルブ１７を介して、スロットルバルブ３とガス濃度センサ４との間の吸気管２に接続されている。従って、ガソリンタンク１１から蒸発した燃料は、一旦キャニスタ１４にて吸着され、このキャニスタ１４で適宜外気が導入されて、燃料のパージ（キャニスタ１４からの蒸発）が行われる。そして、パージにより発生した蒸発燃料（パージガス）は、パージバルブ１７にてガス流量を調節されて、スロットルバルブ３とガス濃度センサ４との間の吸気管２に供給される。

　また、このシステムには、パージガスの供給量の制御や空燃比の制御などの各種の制御を行うために、電子制御装置（ＥＣＵ）１９が配置されている。このＥＣＵ１９には、ガス濃度センサ４、酸素センサ８、エアフロメータ１０等の各種のセンサからの信号が入力するとともに、パージバルブ１７、スロットルバルブ３、インジェクタ６等の各種のアクチュエータに制御信号を出力する。尚、ＥＣＵ１９は、ガス濃度センサ４に対しても、そのオン・オフ等の制御信号も出力する。

　ｂ）次に、前記ガス濃度センサ４の構造及びその基本原理について説明する。　本実施例で使用するガス濃度センサ４は、圧電素子を利用して超音波を発生する超音波素子を用いた超音波式のガス濃度センサ４であり、図２に示す様に、吸入空気の経路に対して垂直に配置された超音波の送信素子４ｂと受信素子４ａとを備えている。尚、送信と受信とが兼用可能な素子を用いてもよい。

　このガス濃度センサ４を用いて濃度測定を行なう場合には、送信素子４ｂから超音波を送信し、その超音波を受信素子４ａにより受信する。このとき、送信波形と受信波形との間には、吸入空気中のパージガスのガス濃度に応じて伝播時間のズレがある。例えば図２（ａ）に示す様に、パージガスのガス濃度が低い場合には、送信波形と受信波形とのズレである伝播時間Ｔ1は小さく、一方、図２（ｂ）に示す様に、パージガスのガス濃度が高い場合には、伝播時間Ｔ2は大きい。従って、この伝播時間Ｔ1の大きさに対応したセンサ出力を取り出すことにより、ガス濃度を検出することができる。

　例えば蒸発燃料をブタンとした場合には、センサ出力とブタンのガス濃度との間には、図３に示すように、ほぼ比例の関係がある。従って、センサ出力が得られれば、そのセンサ出力から、蒸発燃料のガス濃度を測定することができる。尚、図３では、吸入空気が乾燥状態（絶対湿度０％）の場合を示している。

　ｃ）次に、前記ガス濃度センサ４のゼロ点補正（オフセット調節）の原理について説明する。
　この種の超音波式のガス濃度センサ４においては、センサ精度を悪くする要因として、下記1)Ｈ₂Ｏ（湿度）の影響と、2)付着物の影響がある。

　1)空気に対して分子量の小さなＨ₂Ｏ（湿度）が増えると、伝播速度が速くなり（伝播時間が短くなり）、その結果、センサ出力が高くなって、見かけ上ブタン濃度が低くなる。

　例えばブタン感度特性を示す図４では、上述した吸入空気が乾燥状態の場合を□（ＤＲＹ；絶対湿度０％）で示し、吸入空気の湿度が高い場合を△（ＷＥＴ；絶対湿度１２．５％、５０℃の相対湿度約９９ＲＨ％）で示すが、この図４から明かな様に、湿度が高くなるとセンサ出力が大きくなって、見かけ上ブタン濃度が低くなる。

　2)例えば図５（ａ）に示す様に、ガス濃度センサ４の送信素子４ｂや受信素子４ａの表面等に固体の付着物がある場合には、付着物中を伝わる超音波の伝播速度が速くなる（伝播時間が短くなる）。結果として、その伝播時間Ｔ1は、付着物がない図５（ｂ）に示す場合の伝播時間Ｔ2と比べて小さくなるので、前記1)と同様に、センサ出力が高くなって、見かけ上ブタン濃度が低くなる。

　従って、本実施例では、この特性を踏まえて、ガス濃度センサ４のゼロ点補正（オフセット調節）を行なうのである。
　具体的には、例えばイグニッションキーをオンし、吸入空気をエンジン１に導入する際に、パージガスを吸気管２に導入しない状態で、ガス濃度センサ４によるパージガスのガス濃度の測定を行なう。

　この段階では、吸入空気中にパージガスが存在しないので、ガス濃度センサ４の出力は、例えば図３に示す様に、パージガスの０％を示す電圧（約４．２Ｖ）のはずである。しかし、上述した湿度や付着物の影響がある場合には、例えば図４に示す様に、センサ出力が変化してしまう。

　従って、実際にパージガスを供給した状態で、そのガス濃度を測定する場合には、このセンサ出力による誤差を補正（ゼロ点補正）して、正確なガス濃度を測定する。
　例えば、図６に示す様に、パージガスが存在しないにもかかわらず、センサ主力が例えば４．８Ｖである場合（ＣＡＬ前）には、正しい出力である例えば４．２Ｖとの差（０．６Ｖ）を求めておき、実際にパージガスを供給してそのガス濃度を測定する場合には、その測定の際のセンサ出力から誤差である０．６Ｖを加味した値（ここでは引いた値）を、正しいセンサ出力（ＣＡＬ後）としてガス濃度（Ａ％）を求める。

　ｄ）次に、前記ＥＣＵ１９にて行われる処理のうち、主としてガス濃度センサ４に関する処理について、図７のフローチャートに基づいて説明する。
　まず、イグニッションキーがオン（キーオン）されてエンジン１が始動する場合、即ちクランキング時に、図７のステップ１００にて、エアフロメータ１０からの信号に基づいて、所定の空気流量があるか否かが判定される。ここで、肯定判断されるとステップ１１０に進む。

　ステップ１１０では、ガス濃度センサ４のゼロ点補正のための処理を行なう。　つまり、パージバルブ１７を閉じた状態において、吸入空気すなわちゼロガスをガス濃度センサ４にて測定し、その際のセンサ出力Ｓ１を求める。このセンサ出力Ｓ１は、湿度の影響や経時変化等を含む出力となっている。そして、このセンサ出力Ｓ１を正しいセンサ出力Ｓ０と比較し、その差△Ｓを求め、このセンサ出力の差△Ｓを、ゼロ点補正用の補正データとして記憶しておく。

　従って、その後のガス濃度の測定の際には、得られたセンサ出力Ｓ２から前記差△Ｓを引いた値Ｓ３を、正しいセンサ出力として採用するのである。
　続くステップ１２０では、パージガスの供給量、従って供給すべきパージガスのガス濃度（例えばブタンＡ％）を求める。この供給に必要なパージガスの量は、例えば始動時は、エンジンの種類や冷却水温等に応じて適宜決定され、例えば始動後は、エンジン回転数等に応じて適宜決定される。

　続くステップ１３０では、パージバルブ１７を駆動して、前記必要な供給量（Ａ％）のパージガスを吸気管２に供給する。
　つまり、ＥＣＵ１９には、例えば図８に示す様に、パージバルブ１７の開度とパージガスの供給量（従ってパージガスの濃度）との関係を示すマップが記憶されている。従って、パージガスを例えばＡ％供給する必要がある場合には、図８のライン１の理想的な関係を用いて、パージバルブ１７の開度を例えばａ％と設定し、そのバルブ開度ａ％となるようにパージバルブ１７を駆動する。尚、パージバルブ１７の開度は、パージバルブ１７を駆動する電流のデューティ比（Ｄ／Ｔ）により調節する。

　続くステップ１４０では、このパージガスが供給された状態で、ガス濃度センサ４を駆動して、燃焼前の段階で吸入空気中のパージガスのガス濃度を測定する。
　この測定の際には、上述した様に、実際のセンサ出力Ｓ２から前記ゼロ点補正用の差△Ｓを引いて、正しい（正確な）センサ出力Ｓ３を求め、このセンサ出力Ｓ３に基づき、例えば前記図３の関係を示すマップから、誤差を排除した正確なガス濃度（例えばＲＡ％）を求める。

　続くステップ１５０では、ゼロ点補正によって得られた正確なパージガスのガス濃度（ＲＡ％）が、前記ステップ１２０にて算出された狙いのガス濃度（Ａ％）と一致するか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ１６０に進み、一方否定判断されるとステップ１９０に進む。

　ステップ１６０では、点火制御を行なって、エンジン１のシリンダ内における燃料の燃焼を行なう。
　続くステップ１７０では、酸素センサ８からの信号に基づいて、排ガス中の酸素濃度を測定し、燃料混合気の空燃比を求める。

　続くステップ１８０では、空燃比、スロットル開度、エンジン回転数等の条件に応じて、インジェクタ６から噴射する燃料噴射量を決定し、前記ステップ１２０に戻る。尚、この燃料噴射量は、必要な燃料供給量から前記パージガスの供給量を減算したものである。

　一方、前記ステップ１５０にて否定判断されて進むステップ１９０では、正確なガス濃度（ＲＡ％）が狙いのガス濃度（Ａ％）と一致しないので、パージバルブ１７の開度を、狙いのガス濃度（Ａ％）が得られる様に補正する。

　つまり、ガス濃度とバルブ開度との関係が、図８のライン１で示す様に理想的なものであるならば、バルブ開度がａ％の場合に、狙いのガス濃度のＡ％が実現されるのであるが、実際には、供給側（例えばキャニスタ側）のガス濃度が既知ではなく、また有限であるため、バルブ開度を補正して燃焼前に狙いのガス濃度が得られる様にするのである。

　具体的には、例えば狙いのガス濃度（Ａ％）に対して、実際のガス濃度（ＲＡ％）の方が小さい場合には、例えば図８のライン２に示す様に、ガス濃度とバルブ開度との関係を変更し、この変更したマップに基づいて、パージバルブ１７を制御する。従って、この場合には、バルブ開度がｂ％となる様に、パージバルブ１７を駆動する。これによって、必要な量のパージガスが吸気管２に供給され、狙いのガス濃度（Ａ％）が実現される。

　ｅ）次に、本実施例の効果を確認するために行った実験例について説明する。　実験車両としては、直列６気筒２．０Ｌのエンジン搭載車を用い、モードは周波数が３Ｈｚで、空燃比λ＝１±０．０３になるように制御した。

　この実験の結果を、図９に示すが、実線のグラフがゼロ点補正を行った場合、破線のグラフがゼロ点補正を行わなかった場合を示している。
　蒸発燃料はパージオン（ＯＮ）後に供給されるが、図９から明かな様に、補正無しの場合では、センサ出力がリッチ側（λ＜１）でオーバーシュート（過応答）し、且つ制御ポイントまでの収束時間が長くなっており、好ましくない。

　それに対して、本実施例の様に補正有りの場合では、オーバーシュートが少なく、且つ制御ポイントまでの収束時間が短いので、好適である。
　この様に、本実施例では、キーオン時のクランキングの際に、パージガスが供給される前に、パージガスのガス濃度を測定し、その測定データを用いてガス濃度センサのゼロ点補正を行なっている。従って、実際のパージガスを供給してそのガス濃度を測定する場合には、湿度や付着物による影響を排除して、パージガスの正確なガス濃度を測定することができる。

　よって、この正確なガス濃度に基づいて、パージバルブ１７を制御することにより、必要な量だけ正確にパージガスを供給できるので、精密な空燃比制御等の各種の制御を好適に行なうことができる。
（実施例２）
　次に、実施例２について説明する。

　本実施例は、前記実施例１とは、使用するガス濃度センサの種類が異なる。尚、前記実施例１と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
　本実施例では、図１０に示す様な酸化物半導体センサ（具体的には素子の感応部に酸化スズを主成分として用いたセンサ）を使用する。

　この種の酸化物半導体センサでは、図１１に示す様に、センサ表面において蒸発燃料（例えばパージガス）が酸化反応を示し、その結果、吸着酸素量が変化することにより、素子の抵抗値が変化し、それによりセンサ出力が変化することを利用して、ガス濃度（例えばブタン濃度）を測定する。

　しかし、前記実施例１の超音波式センサと同様に、Ｈ₂Ｏ（湿度）の変動がセンサ出力の誤差要因になり、且つ経時変化によるセンサのゼロ点変動が問題となる。つまり、図１２（ａ）に示す様に、Ｈ₂Ｏがセンサ表面に付着すると、センサ出力が増えるので、結果として、ガス濃度が実際より低く出力される。また、図１２（ｂ）に示す様に、経時変化によって、出力安定性が悪くなってゼロ点変動が生じ、センサ出力が増えるので、結果として、ガス濃度が実際より低く出力される。

　従って、本実施例でも、前記実施例１と同様にゼロ点補正を行なうことにより、湿度や経時変化によるゼロ点変動の影響を排除できるので、正確にパージガスのガス濃度を測定することができる。よって、パージガスのガス濃度を制御を好適に行なうことができる。

　尚、本実施例では、酸化スズを用いた酸化物半導体センサについて説明したが、上述したゼロ点補正は、接触燃焼式センサ等にも適用できる。
　この接触燃焼式センサとは、白金等に多数の触媒をコーティングし、前記ガスが表面に吸脱着したときの抵抗値の変化を検出する方式であり、この種のセンサでは、同様の問題があるので、上述したゼロ点補正により、正確にガス濃度を測定することができるのである。
（実施例３）
　次に、実施例３について説明する。

　本実施例は、前記実施例１，２とは、使用するガス濃度センサの種類が異なる。尚、前記実施例１，２と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
　本実施例では、例えばジルコニアセラミックスの様な固体電解質の素子を用い、その起電力変化を用いたガス濃度センサを使用する。

　このガス濃度センサは、ガス反応により生じた反応極と基準極とのガス濃度差を濃淡電池の起電力として検出する方式であり、この種のセンサも同様に、センサ出力の安定性（経時変化）や湿度等の影響による誤差の発生という問題があるので、上述したゼロ点補正により、正確にガス濃度を測定することができるのである。
（実施例４）
　次に、実施例４について説明する。

　本実施例は、前記実施例１〜３とは、使用するガス濃度センサの種類が異なる。尚、前記実施例１〜３と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
　本実施例では、ＦＥＴタイプ（ゲート電圧変化）のガス濃度センサを使用する。

　このガス濃度センサは、ゲート電極に前記ガスに反応する有機感応膜等をのせた構成のもので、ガス濃度が変化するとイオン量の差によるゲート電圧が変化し、このゲート電圧の変化によるソース、ドレイン電流の変化を検出する方式である。この種のセンサも同様に、湿度の影響を受け易く、上述したゼロ点補正により、正確にガス濃度を測定することができるのである。
（実施例５）
　次に、実施例５について説明する。

　本実施例は、前記実施例１〜４とは、使用するガス濃度センサの種類が異なる。尚、前記実施例１〜４と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
　本実施例では、ヒータ等を用いたカロリーメトリックタイプのガス濃度センサを使用する。

　このガス濃度センサは、ヒータである白金上に設けた触媒層にて、ガスを酸化させ、この酸化反応による発熱量の違いをヒータの抵抗値の変化により検出する方式であり、この種のセンサも同様に、湿度の影響や経時変化という問題があるので、上述したゼロ点補正により、正確にガス濃度を測定することができるのである。
（実施例６）
　次に、実施例６について説明する。

　本実施例は、前記実施例１〜５とは、使用するガス濃度センサの種類が異なる。尚、前記実施例１〜５と同様な箇所の説明は、省略又は簡略化する。
　本実施例では、蒸発燃料が含まれると電極の静電容量が変化するタイプのガス濃度センサを使用する。

　このガス濃度センサは、ガス通路内に２つの電極を配置し、ガス濃度の変化とともに誘電率も変化することを利用して、この変化を電極間の静電容量として検出する方式であり、この種のセンサも同様に、長期間の使用による電極表面への付着物や湿度の影響による誤差発生という問題があるので、上述したゼロ点補正により、正確にガス濃度を測定することができるのである。

　尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
　（１）例えば前記各実施例では、キーオン後のクランキング時に補正を行ったが、それ以外のタイミングであっても、パージガスの供給を停止した状態で、パージガスのガス濃度を測定することにより、ガス濃度センサのゼロ点補正を行なってもよい。

　（２）前記各実施例では、ガス濃度センサによりパージガスのガス濃度を測定する場合を例に挙げたが、本発明は、それ以外に、例えば蒸発燃料生成器から供給される蒸発燃料のガス濃度を測定する場合に適用することができる。

実施例１のガス濃度センサの制御装置を含むシステム全体を示すシステム構成図である。 ガス濃度センサの測定原理を示す説明図である。 センサ精度が正常な場合のブタン感度特性を示すグラフである。 センサ精度が正常な場合と悪化した場合とを比較したブタン感度特性を示すグラフである。 センサ精度の悪化による変化を示し、（ａ）は付着物がある場合を示す説明図、（ｂ）は付着物がない場合を示す説明図である。 ゼロ点補正によるセンサ出力の変化を示す説明図である。 実施例１における制御処理を示すフローチャートである。 蒸発燃料濃度とパージバルブ開度との関係を示すグラフである。 実験結果を示すグラフである。 実施例２のガス濃度センサを示す説明図である。 実施例２のガス濃度センサのセンサ出力とガス濃度との関係を示すグラフである。 実施例２のガス濃度センサのセンサ精度の悪化の例を示し、（ａ）は湿度による影響を示すグラフ、（ｂ）は経時変化による影響を示すグラフである。

符号の説明

　１…エンジン
　２…吸気管
　３…スロットルバルブ
　４…ガス濃度センサ
　６…インジェクタ
　７…排気管
　８…酸素センサ
　１１…ガソリンタンク
　１２…第１供給路
　１３…第２供給路
　１４…キャニスタ
　１６…第３供給路
　１７…パージバルブ
　１９…電子制御装置（ＥＣＵ）

Claims (17)

1. 内燃機関用エンジンの吸気管又は吸気管に継がる配管に設置され、吸入空気中の特定ガスのガス濃度を測定するガス濃度センサの使用方法であって、
   　前記特定ガスを供給する前の前記ガス濃度センサの出力に基づいて、前記ガス濃度センサのゼロ点補正のために、該ガス濃度センサの出力変化の状態を検出することを特徴とするガス濃度センサの使用方法。
2. 前記ガス濃度センサの出力変化の状態に対応して、ゼロ点補正を行うことを特徴とする前記請求項１に記載のガス濃度センサの使用方法。
3. 前記特定ガスを供給する前に測定した前記ガス濃度センサの出力値と、前記特定ガスが無い場合に出力されるべき前記ガス濃度センサの出力値とを比較し、その両出力値の差に基づいてゼロ点補正を行うことを特徴とする前記請求項２に記載のガス濃度センサの使用方法。
4. 前記特定ガスを供給した状態で、前記ガス濃度センサの出力に基づいて前記特定ガスのガス濃度を測定する場合には、前記ゼロ点補正による補正量を考慮して前記特定ガスのガス濃度を求めることを特徴とする前記請求項２又は３に記載のガス濃度センサの使用方法。
5. 前記特定ガスが可燃性ガスであることを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載のガス濃度センサの使用方法。
6. 前記ガス濃度センサの出力変化を検出する時期が、キーオン直後のクランキング時であることを特徴とする前記請求項１〜５のいずれかに記載のガス濃度センサの使用方法。
7. 前記ガス濃度センサの出力変化を検出する時期が、キャニスタから可燃性ガスのパージを行う前であることを特徴とする前記請求項１〜６のいずれかに記載のガス濃度センサの使用方法。
8. 前記ガス濃度センサの出力変化を検出する時期が、キーオン後、初めてキャニスタから可燃性ガスのパージを行う前であることを特徴とする前記請求項６に記載のガス濃度センサの使用方法。
9. 前記ガス濃度センサの出力変化を検出する時期が、燃料カット時であることを特徴とする前記請求項１〜５のいずれかに記載のガス濃度センサの使用方法。
10. 前記ガス濃度センサが、音速の変化に基づいて、前記特定ガスのガス濃度を測定するものであることを特徴とする前記請求項１〜９のいずれかに記載のガス濃度センサの使用方法。
11. 前記ガス濃度センサが、センサ素子における抵抗の変化に基づいて、前記特定ガスのガス濃度を測定するものであることを特徴とする前記請求項１〜９のいずれかに記載のガス濃度センサの使用方法。
12. 前記ガス濃度センサが、センサ素子における起電力の変化に基づいて、前記特定ガスのガス濃度を測定するものであることを特徴とする前記請求項１〜９のいずれかに記載のガス濃度センサの使用方法。
13. 前記ガス濃度センサが、センサ素子における発熱量の変化に基づいて、前記特定ガスのガス濃度を測定するものであることを特徴とする前記請求項１〜９のいずれかに記載のガス濃度センサの使用方法。
14. 前記ガス濃度センサが、センサ素子における静電容量の変化に基づいて、前記特定ガスのガス濃度を測定するものであることを特徴とする前記請求項１〜９のいずれかに記載のガス濃度センサの使用方法。
15. 前記請求項１〜１４のいずれかに記載のガス濃度センサの制御装置であって、
    　前記特定ガスのガス濃度が０％の場合における前記ガス濃度センサの基準出力を記憶する記憶手段と、
    　前記特定ガスを供給する前の前記ガス濃度センサの出力に基づいて、該ガス濃度センサの実出力を検出する実出力検出手段と、
    　前記基準出力と前記実出力とを比較して、前記ガス濃度センサのゼロ点補正を行なうゼロ点補正手段と、
    　を備えたことを特徴とするガス濃度センサの制御装置。
16. 前記ゼロ点補正を行ったガス濃度センサの出力に基づいて、前記特定ガスのガス濃度を測定する測定手段を備えたことを特徴とする前記請求項１５に記載のガス濃度センサの制御装置。
17. 前記ゼロ点補正を行ったガス濃度センサの出力に基づいて、前記特定ガスの供給状態を調節する調節手段を備えたことを特徴とする前記請求項１５又は１６に記載のガス濃度センサの制御装置。

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