JP2006284358A - ガスセンサ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２個以上のガスセンサを制御する用途において、安価でありながら、ガス検出信号および素子抵抗値信号を出力するために外部機器との間を結ぶ信号経路を簡素化して出力することができるガスセンサ制御装置を提供する。
【解決手段】 ガスセンサ制御装置１は、複数のガスセンサに関する複数の信号（第１素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ１、第２素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ２、センサ接続端子３９の各端子の電圧値信号）を出力するにあたり、従来のように信号毎に個別の信号出力手段を備えるのではなく、１つの信号切替出力部３３を備えて各信号を切替出力している。このように、複数の信号出力手段に代えて１つの信号切替出力部３３を備えることで、少なくともエンジン制御装置へ信号出力する信号出力部や信号経路を少なくすることができ、構成が簡単で、安価なガスセンサ制御装置１とすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固体電解質体を用いた素子部を備えるガスセンサに接続されて、内燃機関から排出される排気ガス中に含まれる特定成分濃度に応じたガス検出信号を検出すると共に、固体電解質体を有する素子部の内部抵抗値に応じた素子抵抗値信号を検出し、ガス検出信号および素子抵抗値信号を外部機器に出力するガスセンサ制御装置に関する。

従来より、固体電解質体を用いた素子部を備えるガスセンサに接続されて、内燃機関から排出される排気ガス中に含まれる特定成分濃度（例えば、酸素濃度）に応じたガス検出信号を検出するとともに、固体電解質体を有する素子部の内部抵抗値に応じた素子抵抗値信号を検出し、ガス検出信号および素子抵抗値信号をエンジン制御装置（ＥＣＵ）を構成するＣＰＵ等の外部機器に出力するガスセンサ制御装置が知られている（特許文献１，２参照）。

なお、外部機器は、例えば、入力されたガス検出信号に基づき被測定ガス中の特定成分の検出処理を行い、特定成分の検出結果に基づいて内燃機関の空燃比フィードバック制御を含めた各種制御を行う。また、外部機器は、入力された素子抵抗値信号に基づき素子部の温度検出処理を行い、素子部の温度を目標温度に制御する処理を行う。
特開平１０−０８１４１４号公報（図１、図１０） 特開平１０−０４８１８０号公報（図２）

しかし、上記従来のガスセンサ制御装置は、１つのガスセンサに対して１個備えられる構成（換言すれば、１個のガスセンサのみを制御する構成）であることから、Ｖ型エンジンのように両バンクの排気管に複数のガスセンサを取り付けて空燃比制御を行う場合には、ガスセンサの個数に応じて複数のガスセンサ制御装置を備える必要があり、ガスセンサ制御装置としてのトータルの価格が高くなるばかりか、設置スペースが大きくなるという問題がある。

また、複数のガスセンサ制御装置を備える場合、各ガスセンサ制御装置にて検出されるガス検出信号および素子抵抗値信号を個々に外部機器に出力するために、複数のガスセンサ制御装置と外部機器との間の信号経路が増加し、信号経路の取り回しが複雑化することになる。

そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、２個以上のガスセンサを制御する用途において、安価でありながら、各ガスセンサより検出されるガス検出信号および素子抵抗値信号を外部機器に出力するために外部機器との間を結ぶ信号経路を簡素化することができるガスセンサ制御装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、固体電解質体を用いた素子部を備えるガスセンサに接続されて、内燃機関から排出される排気ガス中に含まれる特定成分濃度に応じたガス検出信号を検出すると共に、素子部の内部抵抗値に応じた素子抵抗値信号を検出し、ガス検出信号および素子抵抗値信号を外部機器に対して出力するガスセンサ制御装置であって、２個以上のガスセンサに一対一に対応付けられて接続されると共に、接続先のガスセンサからガス検出信号および素子抵抗値信号を検出する複数の信号検出手段と、複数の信号検出手段が検出した複数の素子抵抗値信号を少なくとも含む２つ以上の信号が入力され、入力された２つ以上の信号を切り替えていずれか１つの信号を切替出力信号として外部機器に出力する信号切替出力手段と、切替出力信号として出力すべき信号を特定し、信号切替出力手段を制御して切替出力信号を設定する切替出力信号制御手段と、を備えることを特徴とするガスセンサ制御装置である。

信号切替出力手段は、入力される複数の素子抵抗値信号を含めた２つ以上の信号のうちいずれか１つの信号を、切替出力信号制御手段からの指令に基づいて切替出力するものであり、従来における複数の信号出力手段に代わり、２個以上の信号を順次切替えて外部機器に出力できる。

つまり、本発明のガスセンサ制御装置は、１つの信号切替出力手段で、切替えにより複数の素子抵抗値信号を含めた２個以上の信号を切り替えて出力することができるので、少なくとも素子抵抗値信号を外部機器へ出力する手段および信号経路を減らすことができ、構成が簡単で、安価なガスセンサ制御装置とすることができる。また、従来に比べてセンサ制御装置と外部機器との間を結ぶ信号経路を簡素化することができ、外部機器側のＡ／Ｄ変換手段の数についても削減可能となる。

なお、信号切替出力手段については、少なくとも複数の信号検出手段が検出した複数の素子抵抗値信号を切り替えて出力するものであれば良く、その他に複数のガス検出信号を切り替えて出力できるようにしていても良い。

ところで、ガスセンサ制御装置を内燃機関に適用した場合、ガス検出信号に基づき外部機器にて空燃比フィードバック制御が実行されることになるが、複数の信号検出手段が検出したガス検出信号をも信号切替出力手段にて切替出力すると、外部機器はある程度の時間間隔を空けつつ順にしか各ガス検出信号をサンプリングすることができない。そのために、近年の排ガス規制の強化や燃費改善の要求に応えるための精密な空燃比フィードバック制御を促すことができないおそれがある。

そこで、上記のガスセンサ制御装置においては、複数の信号検出手段が検出した複数のガス検出信号を、外部機器に対して信号切替出力手段を介することなくそれぞれ独立して出力するガス検出信号出力手段を備えると良い。

このようにガス検出信号出力手段を備えて複数のガス検出信号をそれぞれ独立して出力することで、外部機器に対して複数のガス検出信号を常時出力可能となる。つまり、このガス検出信号出力手段を備えるガスセンサ制御装置を用いることで、外部機器は、複数のガスセンサより得られるガス検出信号を、短い時間間隔であるいは任意のタイミングで認識することができる。

よって、本発明のガスセンサ制御装置によれば、複数の素子抵抗値信号は信号切替出力手段により切り替えて出力しつつ、複数のガス検出信号はガス検出信号手段により独立して出力するようにしたことで、構成が簡単で、安価なガスセンサ制御装置としながら、精密な空燃比制御を促すことが可能なガスセンサ制御装置とすることができる。

次に、上述のガスセンサ制御装置においては、複数の信号検出手段は、それぞれ検出した素子抵抗値信号を保持する抵抗値信号保持手段を備え、抵抗値信号保持手段にて保持した素子抵抗値信号を信号切替出力手段に対して出力してもよい。

つまり、時間経過に伴い変化する素子抵抗値のうち特定時期の素子抵抗値を外部機器に出力する場合には、特定時期における素子抵抗値信号を抵抗値信号保持手段で保持することで、外部機器への素子抵抗値信号の出力時期を保持期間中の任意の時期に設定することができる。

これにより、信号切替出力手段から２個以上の素子抵抗値信号を切り替えて出力する場合において、各素子抵抗値信号の出力時期を定める際の自由度が大きくなり、複数のガスセンサの素子抵抗値信号をより容易に外部機器に対して出力できる。

次に、上述のガスセンサ制御装置においては、切替出力信号を指定する信号指定指令を外部機器から受け取る信号指定指令受取手段を備え、切替出力信号制御手段は、信号指定指令に基づいて切替出力信号として出力すべき信号を特定してもよい。

このように、外部機器から受け取る信号指定指令に基づいて切替出力信号を特定することで、ガスセンサ制御装置は、外部機器が切替出力信号として要求する信号を正しく特定できる。これにより、当該ガスセンサ制御装置と外部機器との間で切替出力信号の内容を連関させるための同期を図ることができる。

そして、この場合においては、例えば、信号指定指令受取手段は、シリアル通信により信号指定指令を受信してもよい。
シリアル通信においては多種類の信号を通信できることから、多種類の信号に信号指定指令に関する信号を含めることで、ガスセンサ制御装置は、信号指定指令を受け取るための信号受取手段を別途設けることなく、信号指定指令を受け取ることができる。

つまり、このガスセンサ制御装置によれば、外部機器から信号指定指令を受け取るにあたり、他の信号と信号受取手段を共用できることから、構成をより簡素化して、より安価なガスセンサ制御装置とすることができる。

ところで、信号検出手段とガスセンサとの接続点における電圧異常を外部機器に通知する構成のガスセンサ制御装置においては、接続点電圧信号を常時出力してもよいが、接続点の電圧異常は発生頻度が低いため、必ずしも接続点電圧信号を常時出力する必要はなく、異常発生時に出力すればよい。また、信号検出手段とガスセンサとの接続点は、制御対象となるガスセンサの個数に応じて増加することから、構成が複雑となる。

そこで、上述のガスセンサ制御装置においては、信号検出手段とガスセンサとを接続する複数の接続点における電圧異常を検知する異常検知手段と、異常検知手段にて電圧異常を検知したときに、電圧異常の発生を通知するための電圧異常通知信号を外部機器に対して出力する電圧異常通知手段と、を備え、信号切替出力手段には、さらに複数の接続点におけるそれぞれの電圧値に応じた複数の接続点電圧信号が入力され、信号指定指令受取手段は、複数の接続点電圧信号の少なくとも１つを切替出力信号として特定するための信号指定指令を、異常通知信号が通知された外部機器から受け取るように、構成してもよい。

このように異常検知手段および電圧異常通知手段を備えることで、外部機器に対して電圧異常の発生を通知することができる。
また、複数の接続点電圧信号が信号切替出力手段に入力されると共に、信号指定指令受取手段が、複数の接続点電圧信号の少なくとも１つを切替出力信号として特定するための信号指定指令を、異常通知信号が通知された外部機器から受け取ることにより、外部機器からの要求に応じて接続点電圧信号を切替出力信号として出力できる。

このようなガスセンサ制御装置は、複数の接続点電圧信号を切替出力信号として切替出力することができ、複数の接続点電圧信号を外部機器へ出力する手段および信号経路を減らすことができ、構成が簡単で、安価なガスセンサ制御装置とすることができる。

よって、本発明のガスセンサ制御装置によれば、２個以上のガスセンサを制御する用途において接続点の電圧異常発生時に複数の接続点電圧信号を出力する場合であっても、構成が簡単であり安価に実現できる。また、このガスセンサ制御装置は、従来に比べてセンサ制御装置と外部機器との間を結ぶ信号経路を簡素化することができる。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
まず、本発明が適用されたガスセンサ制御装置１の概略構成図を、図１に示す。
ガスセンサ制御装置１は、Ｖ型エンジンの両バンクの排気管に１つずつ設けられる２個のガスセンサ８，９からそれぞれガス検出信号および素子抵抗値信号を検出し、ガス検出信号および素子抵抗値信号をエンジン制御装置に出力する。

なお、ガスセンサ８，９は、排気ガス中の酸素濃度を広域に検出するものであり、また、エンジン制御装置は、各種制御処理の１つとして、ガス検出信号を用いてＶ型エンジンの気筒別空燃比制御を行う。

ガスセンサ制御装置１は、信号検出部３１、信号切替出力部３３、信号制御部３５、異常検知部３７、を備えている。また、ガスセンサ制御装置１は、センサ接続端子３９、切替出力信号端子４１、ガス検出信号端子４３，シリアル通信端子４５を備えている。

センサ接続端子３９は、第１ガスセンサ８に接続される３つの端子（Ｖｓ＋１端子、ＣＯＭ１端子、Ｉｐ＋１端子）と、第２ガスセンサ９に接続される３つの端子（Ｖｓ＋２端子、ＣＯＭ２端子、Ｉｐ＋２端子）と、を備えている。

信号検出部３１は、センサ接続端子３９を介して第１ガスセンサ８に接続される第１信号検出回路５１と，センサ接続端子３９を介して第２ガスセンサ９に接続される第２信号検出回路５３を備えている。

ここで、ガスセンサ８，９の概略構成図を図２に示すと共に、ガスセンサについて簡単に説明する。なお、第１ガスセンサ８および第２ガスセンサ９は、それぞれ同様の構成である。

ガスセンサ８、９は、ポンプセル１４と、多孔質拡散層１８と、起電力セル２４と、補強板３０とを積層することにより構成されている。
ポンプセル１４は、酸素イオン伝導性固体電解質体である部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ₂ ）により形成され、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された多孔質電極１２、１６を有している。また、起電力セル２４は、同じく酸素イオン伝導性固体電解質体である部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ₂ ）により形成され、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された多孔質電極２２、２８を有している。

ポンプセル１４の拡散室２０に臨む多孔質電極１６と、起電力セル２４の拡散室２０に臨む多孔質電極２２とは、互いに導通されるとともに、ガスセンサ８，９の出力端子ＣＯＭに接続されている。なお、それぞれの出力端子ＣＯＭは、抵抗器Ｒを介してセンサ接続端子３９のＣＯＭ１端子あるいはＣＯＭ２端子に接続されている（図１参照）。また、ポンプセル１４の多孔質電極１２は、ガスセンサ８，９の出力端子Ｉｐ＋に接続され、起電力セル２４の多孔質電極２８は、ガスセンサ８，９の出力端子Ｖｓ＋に接続されている。なお、それぞれの出力端子Ｉｐ＋は、センサ接続端子３９のＩｐ＋１端子あるいはＩｐ＋２端子に接続され、それぞれの出力端子Ｖｓ＋端子は、センサ接続端子３９のＶｓ＋１端子あるいはＶｓ＋２端子に接続されている（図１参照）。

また、補強板３０は、起電力セル２４の多孔質電極２８を閉塞しつつ基準酸素室２６を形成するように、起電力セル２４に積層されている。
ポンプセル１４と起電力セル２４との間には、多孔質拡散層１８により包囲された拡散室２０が形成されている。即ち、該拡散室２０は、多孔質拡散層１８を介して測定ガス雰囲気と連通されている。なお、本実施態様では、多孔質物質を充填して成る多孔質拡散層１８を用いるが、この代わりに小孔を配設することも可能である。

なお、ガスセンサ８，９は、図示しないヒータを備えており、ヒータによる加熱によりポンプセル１４および起電力セル２４を活性化することで、ガス検出が可能となる。
次に、信号検出部３１における第１信号検出回路５１について説明する。図３に、第１ガスセンサ８が接続された第１信号検出回路５１の回路図を示す。なお、第２信号検出回路５３は、第１信号検出回路５１と同様の構成である。

まず、第１信号検出回路５１における酸素濃度を測定する動作について説明する。
この第１信号検出回路５１では、定電流源回路６２より起電力セル２４に一定の微小電流Ｉｃｐを流しつつ、起電力セル２４の両端に発生する電圧Ｖｓが４５０ｍＶになるようにポンプセル１４に流すポンプ電流Ｉｐを制御して、拡散室２０の酸素の汲み入れないし汲み出しを行う。ポンプセル１４に流れるポンプ電流Ｉｐの電流値及び電流方向は、排気ガス中の酸素濃度（空燃比）に応じて変化することから、このポンプ電流Ｉｐに基づいて排気ガス中の酸素濃度を算出することができる。なお、起電力セル２４に拡散室２０の酸素を多孔質電極２８側にくみ出す方向に微小電流Ｉｃｐを流すことで、基準酸素室２６は内部酸素基準源として機能する。

また、第１信号検出回路５１は、定電流源回路６２のほか、オペアンプＯＰ１、オペアンプＯＰ２、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３、ＰＩＤ制御回路６９を含んでいる。定電流源回路６２、起電力セル２４、抵抗器Ｒは、この順に接続されて、微小電流Ｉｃｐを流す電流路を構成している。

オペアンプＯＰ２は、反転入力端子がＶｃｅｎｔ点に接続され、非反転入力端子には基準電圧＋４Ｖが印加され、出力端子はポンプセル１４のＩｐ＋端子に接続されている。ＰＩＤ制御回路６９では、オペアンプＯＰ１を介して接続された起電力セル２４のＶｓ＋端子の電位と、Ｖｃｅｎｔ点における電位とが４５０ｍＶとなるように、ポンプ電流Ｉｐの大きさがＰＩＤ制御される。具体的には、ＰＩＤ制御回路６９にて、目標制御電圧（４５０ｍＶ）と起電力セル２４の両端に発生する電圧Ｖｓとの偏差ΔＶｓがＰＩＤ演算され、オペアンプＯＰ２にてフィードバックされて、ポンプセル１４にポンプ電流Ｉｐを流す。

さらに、第１信号検出回路５１は、ポンプ電流Ｉｐの大きさを検出し、電圧信号に変換する検出抵抗Ｒ１と、この検出抵抗Ｒ１の両端電圧（電位Ｖｃｅｎｔと電位Ｖｐｉｄとの差分）を差動増幅して、ガス検出信号（Ｖｉｐ信号）として出力する差動増幅回路６１と、を含んでいる。

なお、第１信号検出回路５１は、第１ガスセンサ８のガス検出信号（Ｖｉｐ信号）である第１ガス検出信号（Ｖｉｐ１信号）を出力し、第２信号検出回路５３は、第２ガスセンサ９のガス検出信号（Ｖｉｐ信号）である第２ガス検出信号（Ｖｉｐ２信号）を出力している。

これらのガス検出信号（Ｖｉｐ信号）は、ガス検出信号端子４３（図１参照）から外部のエンジン制御装置に対して出力される。なお、ガス検出信号端子４３は、２つの信号端子（ＶＩｐ１端子、ＶＩｐ２端子）を備えている。

そして、エンジン制御装置は、ガス検出信号（Ｖｉｐ信号）を図示しないＡ／Ｄ変換回路にてデジタル値に変換した後、保持しているマップから対応する酸素濃度値を算出する。さらに、エンジン制御装置は、算出した酸素濃度値に基づき空燃比を検出する処理を行うと共に、目標空燃比となるように空燃比制御処理を行う。

次に、第１信号検出回路５１における起電力セル２４の抵抗値（温度）測定動作について説明する。
第１信号検出回路５１においては、オペアンプＯＰ１は、コンデンサＣ１、スイッチＳＷ１と共にサンプルホールド回路を形成しており、起電力セル２４の抵抗値測定時にスイッチＳＷ１をオンからオフ状態とし、起電力セル２４の抵抗値測定のための電流通電直前の起電力セル２４の両端に発生する電圧Ｖｓを保持することにより、抵抗値測定直前の電圧ＶｓをＰＩＤ制御回路６９に入力する役割を果たす。

オペアンプＯＰ３は、オペアンプＯＰ１に保持されているホールド値（抵抗値測定用の電流を通電する直前の起電力セル２４の電圧Ｖｓ）と、起電力セル２４に抵抗値測定用の電流−Ｉconst を通電した際の電位Ｖｓｈとの差分に応じた電圧値を出力する。この電圧値は、起電力セル２４のバルク抵抗値に比例することから、素子抵抗値信号Ｒｐｖｓとして利用可能である。

つまり、オペアンプＯＰ３は、起電力セル２４のバルク抵抗値に比例する素子抵抗値信号Ｒｐｖｓを出力する。なお、素子抵抗値信号Ｒｐｖｓは、起電力セル２４のバルク抵抗値に比例するとともに、起電力セル２４の温度に比例する特性を有している。

信号ホールド回路５５は、コンデンサやスイッチを備える公知の回路構成を有するものであり、信号ホールド回路５５に備えられるスイッチがオフからオン状態に切り替わると、オペアンプＯＰ３から出力される素子抵抗値信号Ｒｐｖｓのピークホールドを開始するよう構成されている。そして、信号ホールド回路５５は、そのスイッチがオンされてから所定期間経過後にオフ状態になると、素子抵抗値信号Ｒｐｖｓのピーク値が保持されると共に、保持している素子抵抗値信号Ｒｐｖｓを出力するよう構成されている。

このようにして、第１信号検出回路５１は、素子抵抗値信号Ｒｐｖｓを出力する。
なお、第１信号検出回路５１において、スイッチＳＷ１は、オペアンプＯＰ１、即ち、サンプルホールド回路電圧ホールド動作を制御する。また、スイッチＳＷ２は、起電力セル２４の抵抗値測定用の一定電流−Ｉconst を流すための電流源６３をオン・オフし、スイッチＳＷ３は、スイッチＳＷ２にて流される抵抗値測定用の電流−Ｉconstとは逆極性の一定電流＋Ｉconst を流すための電流源６４をオン・オフする。

スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３のタイミングチャートと共に、起電力セル２４の両端に発生する電圧Ｖｓの波形を、図４に示す。また、図３では、信号ホールド回路５５をブロック図で表したが、この信号ホールド回路５５に備えられるスイッチＳＷ４のタイミングチャートについても、図４に示す。

スイッチＳＷ１は、予め定められたインターバルＴ５毎に設定されたオフ時間Ｔ６（例えば、５００μｓ）に渡りオフし、起電力セル２４の抵抗測定を可能ならしめる。なお、このオフ時間Ｔ６においては、オペアンプＯＰ１等から成るサンプルホールド回路にて、ＰＩＤ制御回路６９への入力値は０．４５Ｖに維持される。

また、スイッチＳＷ１がオンからオフ状態へ切り替わるタイミングに同期して、信号ホールド回路５５のスイッチＳＷ４がオフからオン状態に切り替わる。
スイッチＳＷ１がオフされてから時間Ｔ１が経過した後、スイッチＳＷ２が時間Ｔ３（約１００μｓ）に渡りオンし、抵抗値測定用の一定電流−Ｉconst が起電力セル２４側に流される。この電流−Ｉconst の極性は、起電力セル２４に生じる内部起電力と逆極性であって、この電流−Ｉconst によって起電力セル２４の両端の電圧が、図中に示すようにΔＶｓ分低下する。

ここで、電流−Ｉconst の通電を開始した後、時間Ｔ２（約６０μｓ）が経過すると、信号ホールド回路５５のスイッチＳＷ４がオンからオフ状態に切り替わり、当該時点（通電開始から６０μｓ経過時）でのオペアンプＯＰ３の出力（素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ）のピーク値は、信号ホールド回路５５に保持される。そして、信号ホールド回路５５は、次回の電流−Ｉconst の通電タイミングまで、素子抵抗値信号Ｒｐｖｓのピーク値を保持すると共に、保持している素子抵抗値信号Ｒｐｖｓを出力する。

なお、ここで、電流−Ｉconst の通電開始から６０μｓ経過時の値を測定するのは、測定された抵抗値に前記多孔質電極と前記固体電解質体の界面における抵抗成分が含まれないようにするためである。これは、低周波の電流や電圧によって測定を行うと起電力セル２４の多孔質電極２２、２８と固体電解質体との界面の劣化等による該界面における抵抗成分の変化分を含む値が検出されるため、この変化分によって正確に測定が行い得なくなるからである。なお、視点を変えると、この測定の時間を変化させることにより劣化を含めた抵抗を測定し、劣化検出に用いることが可能となる。

そして、スイッチＳＷ２のオン時点から時間Ｔ３が経過した時点で、スイッチＳＷ２をオフすると同時にスイッチＳＷ３をオンし、スイッチＳＷ２をオンした時間とほぼ等しい時間Ｔ３に渡り、抵抗値測定用の上記電流−Ｉconst とは逆極性の一定電流＋Ｉconst を起電力セル２４側に通電する。これは、起電力セル２４を構成する酸素イオン伝導性固体電解質体の配向現象によって内部起電力が影響を受けて、本来の酸素濃度差を反映する内部起電力値を出力しない状態から、正常な状態に復帰するまでの復帰時間を短縮させ、抵抗値の測定後に酸素濃度の測定を短時間で再開し得るようにするためである。

この一定電流＋Ｉconst の通電のための時間Ｔ３の経過後、スイッチＳＷ３がオフとなった後、時間Ｔ４が経過したタイミングで、スイッチＳＷ１がオンし、起電力セル２４の電圧Ｖｓが再び、オペアンプＯＰ１を介してＰＩＤ制御回路６９に加えられ、ポンプ電流をＰＩＤ制御した形での酸素濃度の測定が再開される。そして、インターバルＴ５の経過後スイッチＳＷ１がオフし、再び起電力セル２４の抵抗値を測定する。

なお、素子抵抗値信号Ｒｐｖｓは、信号切替出力部３３を介してガスセンサ制御装置１の外部に出力される。本実施形態では、素子抵抗値信号Ｒｐｖｓはエンジン制御装置に対して出力されており、エンジン制御装置は、素子抵抗値信号Ｒｐｖｓに基づいて、起電力セル２４のバルク抵抗値と相関する値が目標値となるように、ガスセンサを加熱するためのヒータ（図示省略）への通電を制御する。この温度制御は実質的に、起電力セル２４のバルク抵抗値が目標値よりも高いときには、電圧を高め、また、目標値よりも低いときには、電圧を下げることにより、ガスセンサ８の温度を正確に目標温度（８００℃）に保つよう機能する。

図１に戻り、信号切替出力部３３は、複数の信号が入力され、それら複数の入力信号を切り替えていずれか１つの信号を切替出力信号として出力する。なお、信号切替出力部３３は、例えば、マルチプレクサを用いて構成することができる。

信号切替出力部３３の入力側には、第１素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ１、第２素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ２、センサ接続端子３９の各端子（Ｖｓ＋１端子、ＣＯＭ１端子、Ｉｐ＋１端子、Ｖｓ＋２端子、ＣＯＭ２端子、Ｉｐ＋２端子）の電圧値信号がそれぞれ入力されている。

異常検知部３７は、センサ接続端子３９の各端子（Ｖｓ＋１端子、ＣＯＭ１端子、Ｉｐ＋１端子、Ｖｓ＋２端子、ＣＯＭ２端子、Ｉｐ＋２端子）の電圧値が正常範囲内にあるか否かをそれぞれ判定することにより、信号検出部３１とガスセンサ８，９との接続点における電圧異常を検知する。

異常検知部３７は、センサ接続端子３９の各端子ごとの正常範囲を判定基準値として予め記憶しており、その判定基準値と各端子の電圧値とをそれぞれ比較して、端子の電圧値が判定基準値に含まれる場合にはその端子を正常と判定し、端子の電圧値が判定基準値を逸脱している場合にはその端子を異常と判定する。そして、異常検知部３７は、電圧異常を検知すると、電圧異常の発生を通知する電圧異常通知信号を、シリアル通信端子４５を介してエンジン制御装置に対して出力する。

信号制御部３５は、信号切替出力部３３に対して切替制御信号を出力して、信号切替出力部３３を制御することで、信号切替出力部３３が出力する切替出力信号を設定する処理を行う。ここで、信号制御部３５での信号制御処理の処理内容を表すフローチャートを、図５に示す。

図５に示すように、まず、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す。以下同じ）では、エンジン制御装置から信号指定指令を受信する処理を行う。
なお、信号制御部３５は、シリアル通信端子４５を介して接続される外部機器との間で各種信号の送受信を行う構成であり、シリアル通信によりエンジン制御装置から信号指定指令などの各種信号を受信する。

次のＳ１２０では、受信した信号指定指令に基づき切替出力信号として出力すべき信号を特定する処理を行う。
なお、エンジン制御装置から送信される信号指定指令は、予め信号切替出力部３３から出力される各種信号と対応付けられてエンジン制御装置内に設定されているため、信号制御部３５は、信号指定指令に基づきその都度切替出力信号を特定することができる。

次のＳ１３０では、Ｓ１２０での特定結果に基づき、エンジン制御装置が要求する信号を切替出力信号として出力するように切替制御信号を設定し、設定した切替制御信号を信号切替出力部３３に対して出力する処理を行う。

なお、信号切替出力部３３は、信号制御部３５からの切替制御信号に従い、複数の入力信号の中から切替出力信号として出力すべき信号を設定することで、複数の入力信号を切り替えていずれか１つの信号を切替出力信号として出力する。

Ｓ１３０での処理が終了すると、再びＳ１１０に移行する。
このようにして、Ｓ１１０からＳ１３０までの処理を繰り返し実行することで、信号制御部３５は、外部のエンジン制御装置からの信号指定指令に基づき信号切替出力部３３を制御して切替出力信号を設定することで、エンジン制御装置の要求に応じた切替出力信号を出力する処理を行う。

なお、エンジン制御装置は、接続点電圧異常の通知が異常検知部３７よりなされた時となされていない時とで、切替出力信号として出力する信号が異なるように、信号指定指令を行う。

具体的には、エンジン制御装置は、接続点電圧異常が異常検知部３７より通知されていない時には、第１素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ１および第２素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ２を切り替えて交互に切替出力信号として出力するように、信号指定指令をシリアル通信端子４５を介して信号制御部３５に所定の周期で送信する。また、エンジン制御装置は、接続点電圧異常が異常検知部３７より通知された時には、センサ接続端子３９の各端子（Ｖｓ＋１端子、ＣＯＭ１端子、Ｉｐ＋１端子、Ｖｓ＋２端子、ＣＯＭ２端子、Ｉｐ＋２端子）の電圧値信号の中から、１つずつ信号を切り替えて切替出力信号として出力するように、順次信号指定指令を信号制御部３５に送信する。

つまり、ガスセンサ制御装置１は、異常検知部３７にてセンサ接続端子３９の各端子の電圧異常が検知されると、シリアル通信端子４５を介してエンジン制御装置に対して電圧異常を通知する。その後、ガスセンサ制御装置１は、エンジン制御装置からシリアル通信端子４５を介して信号制御部３５に順次送信される信号指定指令に基づき、センサ接続端子３９の各端子の電圧値信号を切替出力信号として順次切替出力するように処理を行う。

なお、ガスセンサ制御装置１においては、第１信号検出回路５１および第２信号検出回路５３が特許請求の範囲における複数の信号検出手段に相当し、信号切替出力部３３が信号切替出力手段に相当し、信号制御部３５が切替出力信号制御手段に相当し、ガス検出信号端子４３がガス検出信号出力手段に相当している。また、信号ホールド回路５５が、特許請求の範囲に記載された抵抗値信号保持手段に相当し、異常検知部３７が異常検知手段および電圧異常通知手段に相当し、信号制御部３５での信号制御処理におけるＳ１１０およびシリアル通信端子４５が信号指定指令受取手段に相当し、ガスセンサ８，９のポンプセル１４および起電力セル２４がガスセンサの素子部に相当している。

以上説明したように、ガスセンサ制御装置１は、切替出力信号端子４１から、第１素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ１、第２素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ２、センサ接続端子３９の各端子（Ｖｓ＋１端子、ＣＯＭ１端子、Ｉｐ＋１端子、Ｖｓ＋２端子、ＣＯＭ２端子、Ｉｐ＋２端子）の電圧値信号の中のうちいずれか１つの信号を切替えて出力する。これは、信号切替出力部３３が、入力された２個以上の信号のうちいずれか１つの信号を切替出力することで実現される。

つまり、ガスセンサ制御装置１は、複数のガスセンサに関する複数の信号（第１素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ１、第２素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ２、センサ接続端子３９の各端子の電圧値信号）を出力するにあたり、従来のように信号毎に個別の信号出力手段を備えるのではなく、１つの信号切替出力部３３を備えて各信号を出力している。このように、複数の信号出力手段に代えて１つの信号切替出力部３３を備えることで、エンジン制御装置へ信号出力する信号出力部や信号経路を少なくすることができ、構成が簡単で、安価なガスセンサ制御装置１とすることができる。

とりわけ、ガスセンサ制御装置１は、少なくとも２つの素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ１，Ｒｐｖｓ２を１つの信号切替出力部３３にて切り替えて出力するから、これらの素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ１，Ｒｐｖｓ２をエンジン制御装置へ出力する手段については、確実に削減することができる。

また、信号検出部３１における第１信号検出回路５１および第２信号検出回路５３は、それぞれ素子抵抗値信号Ｒｐｖｓを保持する（ピークホールドする）信号ホールド回路５５を備えている。

なお、起電力セル２４のバルク抵抗値を示す素子抵抗値信号Ｒｐｖｓは、ガスセンサ制御装置１の駆動中において、ガス検出信号Ｖｉｐ１、Ｖｉｐ２のように常時検出される必要はなく、時間経過に伴い変化する素子抵抗値のうち特定時期の素子抵抗値を外部機器（エンジン制御装置）に出力できればよいものである。このため、特定時期における素子抵抗値信号Ｒｐｖｓを信号ホールド回路５５で保持することで、エンジン制御装置への素子抵抗値信号Ｒｐｖｓの出力時期を保持期間中の任意の時期に設定可能となる。

これにより、信号切替出力部３３から複数の素子抵抗値信号Ｒｐｖｓを切り替えて出力する場合において、各素子抵抗値信号Ｒｐｖｓの出力時期を定める際の自由度が大きくなり、２個のガスセンサ８，９のそれぞれについて、素子抵抗値信号Ｒｐｖｓをより容易にエンジン制御装置に対して出力できる。

また、ガスセンサ制御装置１は、信号検出部３１が検出した２個のガス検出信号（Ｖｉｐ１信号、Ｖｉｐ２信号）を信号切替出力部３３を介して切替出力するのではなく、ガス検出信号端子４３から複数のガス検出信号（Ｖｉｐ１信号、Ｖｉｐ２信号）を独立して出力することで、エンジン制御装置に対して複数のガス検出信号を常時出力している。

このように構成されたガスセンサ制御装置１によれば、複数のガスセンサにおけるガス検出信号（Ｖｉｐ１信号、Ｖｉｐ２信号）の最新状態を外部機器に出力でき、複数のガス検出信号を常時必要とするエンジン制御装置に対して適切にガス検出信号（Ｖｉｐ１信号、Ｖｉｐ２信号）を出力できる。これにより、エンジン制御装置は、より精密な空燃比制御を実行することが可能となる。

さらに、ガスセンサ制御装置１は、エンジン制御装置からの信号指定指令をシリアル通信により受信しており、シリアル通信端子４５を信号指定指令以外の信号と共用できることから、信号指定指令のための専用の端子スペースを設ける必要がなく、ガスセンサ制御装置１をより安価にすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、上記実施形態においては、ガス検出信号（Ｖｉｐ１信号、Ｖｉｐ２信号）をガス検出信号端子４３から常時出力する構成であるが、ガス検出信号を信号切替出力部３３を介して切替出力する構成を採ることもできる。

また、外部機器であるエンジン制御装置からの信号指定指令に基づき切替出力信号を設定することで、切替出力信号の内容について同期を図る構成に限られず、ガスセンサ制御装置において切替出力信号の内容を決定し、信号内容を識別するための出力内容識別信号を外部機器に対して出力することで、切替出力信号の内容について同期を図るように構成しても良い。

つまり、外部機器（エンジン制御装置）が切替出力信号を決定する構成に限られず、ガスセンサ制御装置が切替出力信号を決定する構成を採ることもできる。
なお、出力内容識別信号は、専用の出力端子から外部機器に対して出力してもよく、あるいは、シリアル通信により外部機器に対して出力してもよい。

そして、ガスセンサ制御装置において切替出力信号を決定する場合には、例えば、一定周期ごとに信号を順次切替える構成としてもよく、あるいは、信号毎に出力期間を異なる長さに設定して順次切替出力してもよい。

また、信号切替出力部を複数備えて、複数の切替出力信号を出力するように構成しても良い。例えば、複数の素子抵抗値信号（Ｒｐｖｓ１、Ｒｐｖｓ２）を切替出力する抵抗値信号切替出力部と、複数のガス検出信号（Ｖｉｐ１信号、Ｖｉｐ２信号）を切替出力するガス検出信号切替出力部と、を備えて、ガスセンサ制御装置を構成しても良い。

そして、センサ接続端子のいずれかの端子に電圧異常が発生した時には、正常状態の端子を含めた全ての電圧値信号を出力する構成に限られることはなく、異常が生じ易い端子に関する電圧値信号を切替出力し、その端子に異常が発生していない場合に限り、他の端子に関する電圧信号を切替出力するように、外部機器側を設定することもできる。

また、制御対象となるガスセンサの個数は２個に限られることはなく、３個以上のガスセンサを制御する構成を採ることもできる。
なお、３個以上のガスセンサを制御する場合には、各部の構成（信号検出部における信号検出回路の個数、信号切替出力部における入力端子の個数、信号制御部における制御処理の内容、異常検知部における入力端子の個数など）を、ガスセンサの個数に応じた構成とすることにより、各ガスセンサを制御することができる。

ガスセンサ制御装置の概略構成図である。 ガスセンサの概略構成図である。 ガスセンサが接続された第１信号検出回路の回路図である。 スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４のタイミングチャート、および起電力セルの電圧Ｖｓの波形を表す説明図である。 信号制御部での信号制御処理の処理内容を表すフローチャートである。

符号の説明

１…ガスセンサ制御装置、８，９…ガスセンサ、３１…信号検出部、３３…信号切替出力部、３５…信号制御部、３７…異常検知部、３９…センサ接続端子、４１…切替出力信号端子、４３…ガス検出信号端子、４５…シリアル通信端子、５１…第１信号検出回路、５３…第２信号検出回路、５５…信号ホールド回路。

Claims (6)

1. 固体電解質体を用いた素子部を備えるガスセンサに接続されて、内燃機関から排出される排気ガス中に含まれる特定成分濃度に応じたガス検出信号を検出すると共に、前記素子部の内部抵抗値に応じた素子抵抗値信号を検出し、前記ガス検出信号および前記素子抵抗値信号を外部機器に対して出力するガスセンサ制御装置であって、
   ２個以上の前記ガスセンサに一対一に対応付けられて接続されると共に、接続先のガスセンサから前記ガス検出信号および前記素子抵抗値信号を検出する複数の信号検出手段と、
   前記複数の信号検出手段が検出した複数の前記素子抵抗値信号を少なくとも含む２つ以上の信号が入力され、前記入力された２つ以上の信号を切り替えていずれか１つの信号を切替出力信号として前記外部機器に出力する信号切替出力手段と、
   前記切替出力信号として出力すべき信号を特定し、前記信号切替出力手段を制御して前記切替出力信号を設定する切替出力信号制御手段と、
   を備えることを特徴とするガスセンサ制御装置。
2. 前記複数の信号検出手段が検出した複数の前記ガス検出信号を、前記外部機器に対して前記信号切替出力手段を介することなくそれぞれ独立して出力するガス検出信号出力手段を備えること、
   を特徴とする請求項１に記載のガスセンサ制御装置。
3. 前記複数の信号検出手段は、それぞれ検出した前記素子抵抗値信号を保持する抵抗値信号保持手段を備え、前記抵抗値信号保持手段にて保持した前記素子抵抗値信号を前記信号切替出力手段に対して出力すること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスセンサ制御装置。
4. 前記切替出力信号を指定する信号指定指令を前記外部機器から受け取る信号指定指令受取手段を備え、
   前記切替出力信号制御手段は、前記信号指定指令に基づいて前記切替出力信号として出力すべき信号を特定すること、
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のガスセンサ制御装置。
5. 前記信号指定指令受取手段は、シリアル通信により前記信号指定指令を受信すること、
   を特徴とする請求項４に記載のガスセンサ制御装置。
6. 前記信号検出手段と前記ガスセンサとを接続する複数の接続点における電圧異常を検知する異常検知手段と、
   前記異常検知手段にて電圧異常を検知したときに、電圧異常の発生を通知するための電圧異常通知信号を前記外部機器に対して出力する電圧異常通知手段と、を備え、
   前記信号切替出力手段には、さらに前記複数の接続点におけるそれぞれの電圧値に応じた複数の接続点電圧信号が入力され、
   前記信号指定指令受取手段は、前記複数の接続点電圧信号の少なくとも１つを前記切替出力信号として特定するための信号指定指令を、前記異常通知信号が通知された前記外部機器から受け取ること、
   を特徴とする請求項４または請求項５に記載のガスセンサ制御装置。

Images