JP2010169426A

JP2010169426A - 模擬信号生成装置

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Publication number: JP2010169426A
Application number: JP2009009986A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Yazawa; 克則矢澤
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2009-01-20
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2029-01-20
Also published as: JP5139337B2

Abstract

【課題】ガスセンサの活性化の有無を検知して、活性化前はガスセンサとＥＣＵとを直結し、活性化後には両者間に模擬信号生成装置を介在させた接続に、確実に、切り換えることができる模擬信号生成装置を提供する。
【解決手段】基準センサ２とＥＣＵ３との間に接続する劣化シミュレータ１にＳＷ回路部９０を設け、スイッチ９１，９２によりＡ−Ｂ間接続とＡ−Ｃ間接続とを切り換えられるようにする。基準センサ２が非活性の場合には、スイッチ９１，９２をＡ−Ｃ間接続とし、基準センサ２の出力（基準信号）を直接ＥＣＵ３に入力するスルー出力を行う。さらに、基準信号をモニタして基準センサ２の活性判定を行い、活性化したら、スイッチ９１，９２をＡ−Ｂ間接続に切り換え、基準信号をもとに生成した模擬信号をＥＣＵ３に対し出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガス中の特定成分の濃度に基づきその排気ガスの空燃比を検出するガスセンサが劣化した状態において出力する劣化信号を模擬した模擬信号を生成する模擬信号生成装置に関するものである。

従来、自動車のエンジンなど内燃機関の排気通路に取り付けられ、排気ガス中の特定成分の濃度に応じた検出信号を出力するガスセンサが知られている。例えば、酸素の濃度に基づき排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサは、自身の有するセンサ素子を流れる電流または電圧の大きさが排気ガス中の酸素の濃度に応じ、リニアに、または二値的に、変化することを利用して、排気ガス中の酸素濃度の検出を行う。空燃比センサから出力される検出信号は、エンジンの各種制御を司る電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」という。）に送信される。ＥＣＵでは、受信した検出信号に基づき排気ガスの空燃比が算出され、エンジンにおける燃料噴射量の調整等の空燃比フィードバック制御が行われる。

このようなガスセンサは、センサ素子が排気通路内で排気ガスに晒されることとなるため、長期間の使用に伴い経時劣化を生ずる。センサ素子が劣化すると空燃比フィードバック制御を正常に行えなくなり、排気ガスが、十分に浄化されないまま自動車から排出されてしまう虞がある。そこでＥＣＵの開発では、ガスセンサの劣化を検知するプログラムの設計が行われ、故障診断装置（いわゆるＯＢＤ）の機能の一つとしてＥＣＵに組み込まれている。

ところで、実車において排気ガスの浄化状態を確認する試験が行われる際には、空燃比フィードバック制御が正しく行われているか否かを確認する試験の一環として、上記のガスセンサの劣化を検知するプログラムが正常に作動するか否かについても試験される。この試験を行うにあたり、従来では、例えば正常なガスセンサに加速耐久試験を行って劣化度合いの異なるガスセンサを数種用意し、それら劣化させたガスセンサをそれぞれ実車に取り付け、排気ガスの浄化状態を確認する試験が行われていた。しかし、こうした試験に用いるため、劣化度合いの過渡的な状態を再現して狙い通りの劣化状態となったガスセンサを、加速耐久試験によりそれぞれ作成することは困難である。また、試験において、劣化状態の異なるガスセンサを試験の都度、排気管に取り付け取り換えるのは手間がかかる。そのため、ガスセンサが劣化したときに出力する劣化信号（正常時とは異なった変化を示す検出信号）を模擬した模擬信号を生成することができる模擬信号生成装置（劣化シミュレータ）が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。

このような模擬信号生成装置は、実車に取り付けた正常なガスセンサ（換言すれば、模擬信号を生成するための基準となるガスセンサ）とＥＣＵとの間に介在され、入力されたガスセンサの検出信号を加工して擬似的に模擬信号を生成し、この模擬信号をＥＣＵに対して出力するものである。特許文献１の模擬信号生成装置では、具体的には、排気ガス中の酸素濃度に応じて検出信号がリニアに変化する全領域空燃比センサのその検出信号をもとに、ゲインを変化させたり、応答特性に遅れを生じさせたりした模擬信号を生成している。

ところで、ガスセンサは、センサ素子が加熱され高温になると活性化して正常な検出信号を出力可能になるため、ＥＣＵでは、エンジン始動時に、検出信号の値をモニタしつつ、センサ素子が活性化したか否かの判定が行われている。ここで、実車において排気ガスの浄化状態を確認する試験を行う際に、あらかじめ模擬信号生成装置を接続した状態で自動車のエンジンを始動させると、ＥＣＵには模擬信号が入力されてしまうため、ガスセンサの活性判定を正常に行うことができない。そこで従来は、ガスセンサの活性化前にはガスセンサの検出信号をそのままＥＣＵに入力させる接続を行い、活性化後には接続を切り換え、模擬信号生成装置を介してガスセンサの検出信号（模擬信号）をＥＣＵに入力させている。

特開２００４−９３９５７号公報

しかしながら、従来は、ガスセンサとＥＣＵとの間にスイッチを設け、センサ素子の活性化前にはガスセンサとＥＣＵとを直結する接続に切り換え、活性化後に模擬信号生成装置を介在させる接続に切り換える操作を手動で行っていた。そして、センサ素子の活性化をエンジン始動後の経過時間で見計らっていたため、うっかりと活性化前にスイッチを切り換えてしまうことがあり、センサ素子の活性化前にガスセンサの異常が検知されてしまうため、活性化後の異常診断を適切に行えないことがあった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、ガスセンサの活性化の有無を検知して、活性化前はガスセンサとＥＣＵとを直結し、活性化後には両者間に模擬信号生成装置を介在させた接続に、確実に、切り換えることができる模擬信号生成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る模擬信号生成装置は、内燃機関の排気ガス中の特定成分の濃度に基づき当該排気ガスの空燃比を検出するガスセンサが劣化した状態において出力する劣化信号を模擬した模擬信号を生成する模擬信号生成装置であって、前記ガスセンサと同構成をなし、排気ガス中の特定成分の濃度に関連した基準信号を出力する基準センサから前記基準信号を取得し、その基準信号をもとに、所望の劣化状態を反映した前記模擬信号を生成する生成手段と、当該生成手段によって生成された前記模擬信号を出力する模擬信号出力手段と、前記基準センサから出力される前記基準信号を、前記生成手段を介さずに出力する基準信号出力手段と、前記基準センサが活性化したか否かを判定する判定手段と、当該判定手段による判定の結果、前記基準センサが非活性である場合には、前記基準信号出力手段を用いて前記基準信号を出力し、前記基準センサが活性化した場合には、前記模擬信号出力手段を用いて前記模擬信号を出力する選択を行う選択手段とを備えている。

本発明に係る模擬信号生成装置では、基準センサが非活性の場合には生成手段を介さずに基準センサの基準信号を出力する（すなわち基準信号を非加工のまま出力する）ことができるので、その基準信号を受信する外部装置が基準センサの活性判定を行う上で、誤判定される虞を軽減できる。外部装置では、ガスセンサが活性化するまでの過程においてガスセンサの異常状態を検出すると、活性化のプロセスを停止ないし再始動してしまう場合があるが、上記のような誤判定がなければ、ガスセンサとして正常に機能する基準センサが活性化するまでの間に、外部装置における活性化のプロセスが停止ないし再始動されにくい。また、模擬信号生成装置は判定手段を有し、基準センサが活性化したか否かを判定することができるので、基準センサが活性化したと判定手段が判定してから模擬信号の生成を始めればよい。この構成により、模擬信号生成装置は、基準センサが確実に活性化するまで模擬信号の出力を行うことがなく、非加工の基準信号の出力から模擬信号の出力への切り換えを、確実に、行うことができる。

また、本発明に係る模擬信号生成装置において、前記判定手段は、前記基準センサが出力する前記基準信号の状態が、予め定められた規定状態になったら、前記基準センサが活性化したと判定してもよい。このようにすれば、基準センサの活性判定を精度よく行うことができる。また、前記判定手段は、前記基準センサへの通電開始後、予め定められた規定時間が経過したら、前記基準センサが活性化したと判定してもよい。このようにすれば、基準センサの出力値をモニタするための構成を省くことができ、簡易な構成で基準センサの活性判定を行うことができる。あるいは、前記判定手段は、前記基準信号出力手段の出力する前記基準信号を受信する外部装置が、前記基準信号に基づき行う活性化判断の結果、前記基準センサが活性化したと判断した場合に出力する判断信号を受信したら、前記基準センサが活性化したと判定してもよい。このようにすれば、基準センサの活性判定を外部装置に委ねることができるので、上記同様、基準センサの出力値をモニタするための構成を省くことができる。さらに、模擬信号の出力を開始するタイミングを、外部装置の把握する、基準センサが活性化したタイミングに同期させることができる。

劣化シミュレータ１の概略的な構成を示すブロック図である。模擬信号生成プログラムのメインルーチンのフローチャートである。メインルーチンからコールされる活性判定処理のフローチャートである。活性判定処理の変形例を示すフローチャートである。活性判定処理の変形例を示すフローチャートである。

以下、本発明を具体化したガスセンサの模擬信号生成装置の一実施の形態について、劣化シミュレータ１を例に、図面を参照して説明する。

なお、本発明に係る模擬信号生成装置に接続されるガスセンサとしては、酸素センサや全領域空燃比センサ、ＮＯｘセンサなどを用いることができる。本実施の形態では、排気ガス中の酸素濃度に応じて出力値（検出信号の値）が変化すると共に、その出力値が理論空燃比を境にして急変する、いわゆるλ型の酸素センサをその一例とする。この酸素センサには、劣化を模擬したい対象品番の酸素センサと同構成で正常な（劣化していない）ものを用い、これを基準センサ２として、以下の説明を行うものとする。

なお、酸素センサについては公知のものを使用しているため、その構造等の詳細については説明を省略するが、以下に、酸素センサに用いられるセンサ素子による排気ガスの空燃比（排気ガス中の酸素濃度）の検出原理について簡単に説明する。このセンサ素子は、活性温度以上で酸素イオン導電性を示す性質を有するジルコニア製の固体電解質体を、一対の多孔質電極で挟んだ筒状ないしは板状をなす。２つの雰囲気をこの固体電解質体で隔て、両雰囲気間の酸素分圧に差が生じたとき、固体電解質体内を酸素イオンが移動することを利用して、酸素濃度の検出を行う。具体的には、排気ガス雰囲気と基準ガス雰囲気（基準となる酸素濃度を有する雰囲気）とを固体電解質体で隔てる。すると、両雰囲気間で酸素分圧の平衡化がなされる際に、固体電解質体内を移動する酸素イオンによって電子が運搬され、これに伴い多孔質電極間に起電力（検出信号）が生じる。この起電力は、多孔質電極の触媒作用により排気ガス中の未燃焼ガスを完全燃焼させた際の余剰酸素の有無によって大きく変化し、排気ガスの空燃比が理論空燃比である場合を境に、リッチ側とリーン側とで二値的な変動を示す。一般に、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側にある（排気ガス中の酸素濃度が低く、未燃焼ガスを完全燃焼させるのに酸素が足りない）場合、センサ素子の出力する検出信号の値は基準電位との電位差で約０．９Ｖを示す。また、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側にある（排気ガス中の酸素濃度が高く、未燃焼ガスを完全燃焼させても酸素が余る）場合、基準電位との電位差で約０．０５Ｖを示す。このような酸素センサの一例として、本実施の形態では、特開２００４−１３８５９９号公報に開示する酸素センサを使用しているものとして説明することとする。この酸素センサは、筒型のセンサ素子にヒータを内挿させ、センサ素子の先端部をガス流通孔付きのプロテクタ内に配置させた形態で、主体金具の内側に当該センサ素子を保持させた構造をなすものである。酸素センサは、外部装置（後述の電子制御装置や劣化シミュレータ）と接続するためのコネクタを有しており、このコネクタは、リード線、端子電極を介してセンサ素子に電気的に接続された構造をなしている。

図１に示すように、劣化シミュレータ１は、自動車の排気通路（図示外）に取り付けられる酸素センサとしての基準センサ２と、自動車の電子制御を司る電子制御装置（ＥＣＵ）３との間に介在される装置である。基準センサ２は、上記のように、排気通路内を流通する排気ガス中の酸素濃度に応じた検出信号（基準信号）を出力し、この検出信号が劣化シミュレータ１を介してＥＣＵ３に入力されている。ＥＣＵ３は、ガスセンサの検出信号をもとに、図示外のエンジンの制御（例えば、インジェクタから噴射する燃料の噴射量や噴射タイミングの調整や、点火時期の調整など）を行う装置である。なお、ＥＣＵ３は基準センサ２のヒータ回路（図示外）にヒータ駆動電圧の供給も行っており、センサ素子（図示外）の早期活性化や活性化後の安定化が図られている。

劣化シミュレータ１は、後述する模擬信号生成プログラムの実行にしたがい、入力された検出信号を基準信号として扱い、その基準信号を加工して、ガスセンサが劣化したときに出力する劣化信号（正常時とは異なった変化を示す検出信号）を模擬した模擬信号を生成する。劣化シミュレータ１は、その模擬信号を検出信号としてＥＣＵ３に対して出力（以下、「変換出力」ともいう。）する。その一方で、劣化シミュレータ１は、入力された検出信号（基準信号）に対する処理を行わず、そのままＥＣＵ３に対して出力（以下、「スルー出力」ともいう。）することもできる。

劣化シミュレータ１は、図示しないケーシング内に、自身の制御を司るＣＰＵ１１と、後述する模擬信号生成プログラム等が記憶された、書き換え可能なＥＥＰＲＯＭ１２と、各種のデータを一時的に記憶するＲＡＭ１３とを有するマイクロコンピュータ１０を備えている。なお、マイクロコンピュータ１０のＣＰＵ１１、ＥＥＰＲＯＭ１２およびＲＡＭ１３は公知の構成からなるものである。

マイクロコンピュータ１０には、Ａ／Ｄコンバータ３０およびＤ／Ａコンバータ５０が接続されている。Ａ／Ｄコンバータ３０には入力インターフェイス２０が接続されており、さらに後述するＳＷ回路部９０を介し、入力インターフェイス２０と基準センサ２とが接続されている。基準センサ２から出力される基準信号は、ＳＷ回路部９０および入力インターフェイス２０を介し、このＡ／Ｄコンバータ３０によりＡ／Ｄ変換されて、マイクロコンピュータ１０に入力される。また、Ｄ／Ａコンバータ５０には出力バッファ４０が接続されており、ＳＷ回路部９０を介し、出力バッファ４０とＥＣＵ３とが接続されている。後述する模擬信号生成プログラムの実行に伴いマイクロコンピュータ１０において生成された模擬信号は、このＤ／Ａコンバータ５０によりＤ／Ａ変換され、出力バッファ４０およびＳＷ回路部９０を介してＥＣＵ３に出力される。

さらに、マイクロコンピュータ１０には、入力部６０と表示制御部７０とが接続されている。入力部６０は、模擬信号の生成の際に設定可能なパラメータ等を、劣化シミュレータ１の操作者が入力できるように設けられている。入力部６０としては、プッシュスイッチ、ロータリースイッチ、タッチパネル等、如何なる入力デバイスを用いてもよい。表示制御部７０は、入力されたパラメータ等を操作者が確認できるように表示する表示部８０の表示制御を行うため設けられている。表示部８０についても、ＬＣＤディスプレイ、７セグメントＬＥＤ等、如何なる表示デバイスを用いてもよい。また、図示しないが、劣化シミュレータ１は電源回路等も備える。

次に、ＳＷ回路部９０について説明する。ＳＷ回路部９０は、例えばトランジスタやリレーなどを用いたスイッチ９１，９２、検出抵抗Ｒｄ、および差動増幅回路９５により構成される回路である。スイッチ９１，９２は、マイクロコンピュータ１０のポート電圧のオン・オフに応じ、接点Ａ−Ｂ間の接続、または接点Ａ−Ｃ間の接続に切り換える２極型のスイッチである。両スイッチ９１，９２の各接点Ｃ間は、検出抵抗Ｒｄを介して互いに接続されている。スイッチ９１の接点Ａは、基準センサ２の出力に接続されており、接点Ｂは、入力インターフェイス２０の入力に接続されている。また、スイッチ９２の接点Ａは、ＥＣＵ３の入力に接続されており、接点Ｂは、出力バッファ４０の出力に接続されている。そして、検出抵抗Ｒｄの両端には差動増幅回路９５が接続されており、検出抵抗Ｒｄを流れる電流の大きさに応じた出力電圧が、Ａ／Ｄコンバータ３０を介してマイクロコンピュータ１０に入力される。

この構成により、スイッチ９１，９２の接点がＡ−Ｃ間接続の場合には、基準センサ２の検出信号がそのままＥＣＵ３に出力（スルー出力）されるとともに、差動増幅回路９５により検出信号の大きさが検出（モニタ）されて、マイクロコンピュータ１０に入力される。一方、スイッチ９１，９２の接点がＡ−Ｂ間接続の場合には、基準センサ２からの検出信号が基準信号としてマイクロコンピュータ１０に入力され、その基準信号をもとに生成される模擬信号がＥＣＵ３に対して出力（変換出力）される。このように、ＳＷ回路部９０は、基準センサ２から出力される検出信号をＥＣＵ３にスルー出力するか、あるいはその検出信号をもとに模擬信号を生成してＥＣＵ３に変換出力するかの切り換えを行う。

このような構造をなす劣化シミュレータ１において、上記のＳＷ回路部９０におけるスルー出力または変換出力の切り換えは、マイクロコンピュータ１０にて実行される模擬信号生成プログラムにしたがって行われる。以下、図２，図３を参照し、模擬信号生成プログラムの動作について説明する。なお、フローチャートの各ステップを「Ｓ」と略記する。また、模擬信号生成プログラムにおいて使用される「活性フラグ」は、基準センサ２のセンサ素子（図示外）が活性化したと判断された場合に立てられるフラグであり、初期値（活性化の判定前）には０がセットされる。

自動車のエンジンが駆動されると、ＥＣＵ３の起動とともに、図示しないセンサ制御装置（本実施の形態ではＥＣＵ３に搭載されている。）が駆動され、ガスセンサ（ここでは基準センサ２）の活性化が開始される。具体的に、ＥＣＵ３により、基準センサ２に内蔵されたヒータに電力が供給され、センサ素子の加熱が開始される。センサ制御装置は、基準センサ２のセンサ素子に微小電流を流し、ＥＣＵ３は、出力される検出信号の値に基づいて、センサ素子が活性化したか否かの判断を行う。その基準センサ２とＥＣＵ３との間に接続された劣化シミュレータ１は、ＥＣＵ３の起動前、あるいはＥＣＵ３の起動にあわせて電源が投入され、図２に示す、模擬信号生成プログラムの実行が開始される。

図２に示す、模擬信号生成プログラムが実行されると、まず、初期化処理が行われる（Ｓ１）。この初期化処理では、上記した活性フラグの他に、後述するＳ１１の模擬信号生成処理などで使用される各種変数やフラグ、カウンタ等の記憶エリアがＲＡＭ１３に確保され、初期値が設定される。また、後述するＳ５〜Ｓ１５の処理を一定時間（サンプリング時間）ごとに繰り返し実行するため、計時用のタイマーをスタートさせる。

また、マイクロコンピュータ１０のポートからＳＷ回路部９０の制御信号が出力され、ＳＷ回路部９０のスイッチ９１，９２の接点間の接続が、ともに、接点Ａ−Ｃ間を接続するように切り換えられる。これにより、基準センサ２がＥＣＵ３に対してスルー出力を行えるように、両者の電気的な接続がなされる（Ｓ３）。なお、Ｓ３でスルー出力に設定し接点Ａ−Ｃ間を接続させてスルー出力を行わせるＣＰＵ１１が、本発明における「基準信号出力手段」に相当する。

次に、基準センサ２の出力の取得が行われる（Ｓ５）。上記のように、基準センサ２には、ＥＣＵ３のセンサ制御装置（図示外）からセンサ素子の活性判定用の微小電流が流されている。スルー出力に設定されているので検出抵抗Ｒｄにはその微小電流が流れており、差動増幅回路９５により検出抵抗Ｒｄの両端に生ずる電位が検出される。この検出抵抗Ｒｄの両端の電位は、Ａ／Ｄコンバータ３０を介してデジタル値に変換され、マイクロコンピュータ１０に入力されている。Ｓ５では、入力された検出抵抗Ｒｄの両端の電位をＲＡＭ１３に記憶する処理が行われる。

次のＳ７では活性フラグの状態が確認され、まだ活性判定が行われていない初回実行時には活性フラグの値が０であるのでＳ９に進み（Ｓ７：ＮＯ）、図３に示す活性判定処理のサブルーチンがコールされる（Ｓ９）。図３に示すように、活性判定処理では、Ｓ５で取得された活性前の基準センサ２の出力値が規定値と比較される（Ｓ３１）。この規定値は、センサ素子が十分に加熱され活性化したとみなせる状態において基準センサ２の出力値の取り得る値に対し、そのしきい値として、あらかじめ設定されたものである。センサ素子の活性化前では、基準センサ２の出力値は規定値よりも小さく（Ｓ３１：ＮＯ）、スルー出力を継続（接点Ａ−Ｃ間の接続を維持）するため、そのままメインルーチンに戻る。メインルーチンではＳ１５に進み、サンプリング時間（例えば１０ｍｓｅｃ）の経過を待って（Ｓ１５：ＮＯ）、タイマーのリセット後にＳ５に戻る（Ｓ１５：ＹＥＳ）。なお、Ｓ９において図３の活性判定処理をコールしてセンサ素子の活性判定を行うＣＰＵ１１が、本発明における「判定手段」に相当する。

Ｓ５，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１５が繰り返し実行される間に基準センサ２の出力値が基準値以上となり、Ｓ９からコールされる図３の活性判定処理において、Ｓ３１で、センサ素子が活性化したと判断されると（Ｓ３１：ＹＥＳ）、活性フラグに１が記憶され（Ｓ３３）。さらに変換出力の設定がなされる（Ｓ３５）。すなわち、マイクロコンピュータ１０のポートからＳＷ回路部９０の制御信号が出力され、ＳＷ回路部９０のスイッチ９１，９２の接点間の接続が、ともに、接点Ａ−Ｂ間を接続するように切り換えられる。これにより、基準センサ２から出力される検出信号が、基準信号として、入力インターフェイス２０およびＡ／Ｄコンバータ３０を介してＡ／Ｄ変換され、マイクロコンピュータ１０に入力されるようになる。なお、Ｓ３５で変換出力に設定し接点Ａ−Ｂ間を接続させて変換出力を行わせるＣＰＵ１１が、本発明における「模擬信号出力手段」に相当する。

Ｓ３５の後、メインルーチンに戻ってＳ１５へ進み、サンプリング時間の経過を待ってＳ５に戻る。今度は活性フラグが１となっているのでＳ７からＳ１１に進み（Ｓ７：ＹＥＳ）、模擬信号生成処理が実施される（Ｓ１１）。

なお、上記したように、模擬信号とは、ガスセンサが劣化したときに出力する劣化信号（正常時とは異なった変化を示す検出信号）を模擬したものであり、例えば信号値の変化に遅れやなまりが生じたり、ゲインが異なったりする状態を再現したものである。模擬信号の具体的な生成方法については公知であり、例えば、特開２００７−３１５２１０号公報に開示する劣化信号発生装置における劣化信号の生成方法を用いることができる。よって、Ｓ１１における模擬信号生成処理の具体的な内容（方法）についての説明（変数等も含む）は省略する。なお、Ｓ１１において基準信号をもとに模擬信号を生成するＣＰＵ１１が、本発明における「生成手段」に相当する。

生成された模擬信号は、Ｄ／Ａコンバータ５０および出力バッファ４０を介し、ＳＷ回路部９０のスイッチ９２を通じてＥＣＵ３に出力される（Ｓ１３）。そしてＳ１５に進み、サンプリング時間の経過を待ってＳ５に戻る。以降は同様に、Ｓ５，Ｓ７，Ｓ１１，Ｓ１３，Ｓ１５が繰り返し実行されて、基準信号をもとにした模擬信号の生成が継続され、ＥＣＵ３に出力される。

以上説明したように、劣化シミュレータ１では、ＥＣＵ３が起動した際には、基準センサ２の出力を直接ＥＣＵ３に入力させるスルー出力が行われるので、活性前の基準センサ２の出力（基準信号）をもとに模擬信号が生成されることがない。つまり、基準センサ２が非活性の場合には、基準信号が非加工のままＥＣＵ３に入力されるのである。したがって、ＥＣＵ３（より具体的にはＥＣＵ３に搭載されるセンサ制御装置）における基準センサ２のセンサ素子の活性判定に対し劣化シミュレータ１が影響を与えることがなく、誤判定される虞を軽減できる。さらに、劣化シミュレータ１では、基準センサ２の出力をモニタして独自にセンサ素子の活性判定を行い、非活性のうちは、スルー出力を維持する。そして、センサ素子が活性化したら、基準センサ２の出力が、劣化シミュレータ１を介してＥＣＵ３に入力される変換出力となるように、ＳＷ回路部９０の制御を行ってスイッチ９１，９２の接続を切り換える。つまり、劣化シミュレータ１は、センサ素子が非活性のうちはスルー出力を行い、活性化したら確実に変換出力に切り換え、ＥＣＵ３に対し模擬信号を出力することができるのである。

なお、本発明は上記実施の形態に限られず、各種の変形が可能である。図３に示した活性判定処理では、活性前の基準センサ２の出力値をモニタし、規定値以上となったらセンサ素子が活性化したと判定したが、活性化の有無の判定はこの方法に限るものではない。

例えば、本実施の形態では、基準センサ２の出力値が規定値以上となったらセンサ素子が活性化したと判定したが、もちろん、基準センサ２の出力値が活性化の過程で小さくなっていくタイプのガスセンサであれば、その出力値が規定値以下となった場合にセンサ素子が活性化したと判定すればよい。また、基準センサ２の出力値の最大値と最小値との差分を求め、その差分が規定値以上となったら活性化したと判定してもよい。あるいは、基準センサ２の出力値の変化の状態や度合いが予め定められた規定状態になった場合など、出力値の時間変動の状況に応じた活性判定を行ってもよい。

また、図４に示す、活性判定処理のように、センサ素子の活性化を開始してからの経過時間に応じて、センサ素子が活性化したとみなすことによる活性判定を行ってもよい。具体的にＣＰＵ１１は、模擬信号生成プログラムの実行を開始して活性前の基準センサ２の出力値をモニタし、センサ素子への通電開始後、初めて活性判定処理が実行された場合にのみタイマーを開始する（Ｓ４１：ＹＥＳ，Ｓ４３）。このときはまだ規定時間に満たないので（Ｓ４５：ＮＯ）、そのままメインルーチン（図２参照）に戻る。以後も、規定時間に満たないうちは（Ｓ４１：ＮＯ，Ｓ４５：ＮＯ）、そのままメインルーチンに戻る。その間、劣化シミュレータ１ではスルー出力が維持される。そして、センサ素子への通電を開始して規定時間が経過したら（Ｓ４５：ＹＥＳ）、センサ素子が活性化したとみなし、活性フラグを１にし（Ｓ４７）、さらに変換出力の設定を行って（Ｓ４９）、メインルーチンに戻る。以後、劣化シミュレータ１では、変換出力が行われるようになる。

このように、経過時間に基づく活性判定処理を行えば、劣化シミュレータ１において、活性前の基準センサ２の出力値をモニタする必要がない。このため、図１のＳＷ回路部９０において、検出抵抗Ｒｄや差動増幅回路９５の構成が不要である。また、模擬信号生成プログラムにおいても、センサ素子の非活性時にセンサ出力を取得したり、センサの出力を用いた活性判定に伴う各種演算等を行ったりせずともよく、簡易な処理でセンサの活性判定を行うことができる。

また、通常、ＥＣＵ３（あるいはセンサ制御装置（図示外））において、センサ素子の活性化の有無の判定が行われているが、その判定結果をもって、模擬信号生成プログラムにおける活性判定を行ってもよい。劣化シミュレータ１では、模擬信号生成プログラムの実行開始後にスルー出力が行われるので、ＥＣＵ３（またはセンサ制御装置）では、基準センサ２の検出信号に基づく正確なセンサ素子の活性判定が行われる。そこで、ＥＣＵ３においてセンサ素子の活性化を検知したら活性化信号を出力させ、劣化シミュレータ１で、その活性化信号を受信したら、センサ素子の活性化時の処理を行えばよい。この場合も、上記同様、劣化シミュレータ１において活性前の基準センサ２の出力値をモニタする必要がないため、上記同様、図１のＳＷ回路部９０において、検出抵抗Ｒｄや差動増幅回路９５の構成が不要である。その代わりに、ＥＣＵ３（またはセンサ制御装置）からマイクロコンピュータ１０に、活性化信号を入力させる（図１において点線の矢印で示す。）。

そして、模擬信号生成プログラムでは、Ｓ９（図２参照）の活性判定処理を、図５のフローチャートのように行えばよい。具体的に、模擬信号生成プログラムの実行開始後、活性判定処理（図５参照）では、ＥＣＵ３（またはセンサ制御装置）から活性化信号を受信しなければ（Ｓ５１：ＮＯ）、そのままメインルーチン（図２参照）に戻る。活性フラグが初期状態すなわち０であるので、メインルーチンではスルー出力が継続される（Ｓ７：ＮＯ）。そしてＣＰＵ１１は、ＥＣＵ３から活性化信号を受信したら（Ｓ５１：ＹＥＳ）、センサ素子が活性化したとみなし、活性フラグを１にし（Ｓ５３）、さらに変換出力の設定を行って（Ｓ５５）、メインルーチンに戻る。以後、劣化シミュレータ１では、変換出力が行われるようになる。

このように、基準センサ２の活性判定をＥＣＵ３に委ね、活性化信号の受信に基づく活性判定処理を行えば、劣化シミュレータ１においては活性前の基準センサ２の出力値をモニタする必要がない。このため、上記同様、図１のＳＷ回路部９０において、検出抵抗Ｒｄや差動増幅回路９５の構成が不要である。また、模擬信号生成プログラムにおいても、単に活性化信号の受信の有無による簡易な処理でセンサの活性判定を行うことができる。さらに、模擬信号の出力を開始するタイミング（スルー出力から変換出力に切り換えるタイミング）を、ＥＣＵ３の把握する、基準センサ２が活性化したタイミングに同期させることができる。

また、本実施の形態では、模擬信号生成プログラムを実行することでソフトウェア的に基準信号から模擬信号を生成したが、ロジック回路を構成したアナログまたはデジタル回路を作製し、模擬信号の生成を行ってもよい。また、例えばＵＳＢやＲＳ２６２Ｃ等の入出力インターフェイスを備え、対応するケーブルを用いてパーソナルコンピュータに接続し、設定値等の入力や表示確認等を行ってもよい。また、基準センサ２の基準信号や、生成した模擬信号をその入出力インターフェイスを介してパーソナルコンピュータに出力し、パーソナルコンピュータ上で出力波形を生成してモニタリングできるようにしてもよいし、もちろん、表示部８０に出力波形を表示させてもよい。

１劣化シミュレータ
２基準センサ
３ＥＣＵ
１１ＣＰＵ
９０ＳＷ回路部
９１，９２スイッチ

Claims

内燃機関の排気ガス中の特定成分の濃度に基づき当該排気ガスの空燃比を検出するガスセンサが劣化した状態において出力する劣化信号を模擬した模擬信号を生成する模擬信号生成装置であって、
前記ガスセンサと同構成をなし、排気ガス中の特定成分の濃度に関連した基準信号を出力する基準センサから前記基準信号を取得し、その基準信号をもとに、所望の劣化状態を反映した前記模擬信号を生成する生成手段と、
当該生成手段によって生成された前記模擬信号を出力する模擬信号出力手段と、
前記基準センサから出力される前記基準信号を、前記生成手段を介さずに出力する基準信号出力手段と、
前記基準センサが活性化したか否かを判定する判定手段と、
を備え、
当該判定手段による判定の結果、前記基準センサが非活性である場合には、前記基準信号出力手段を用いて前記基準信号の出力が行われ、前記基準センサが活性化した場合には、前記模擬信号出力手段を用いて前記模擬信号の出力が行われることを特徴とする模擬信号生成装置。
前記判定手段は、前記基準センサが出力する前記基準信号の状態が、予め定められた規定状態になったら、前記基準センサが活性化したと判定することを特徴とする請求項１に記載の模擬信号生成装置。
前記判定手段は、前記基準センサへの通電開始後、予め定められた規定時間が経過したら、前記基準センサが活性化したと判定することを特徴とする請求項１または２に記載の模擬信号生成装置。
前記判定手段は、前記基準信号出力手段の出力する前記基準信号を受信する外部装置が、前記基準信号に基づき行う活性化判断の結果、前記基準センサが活性化したと判断した場合に出力する判断信号を受信したら、前記基準センサが活性化したと判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の模擬信号生成装置。