JP2013036852A - ガスセンサ装置およびガスセンサを用いた濃度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスセンサにより測定される出力値から得られるガス中の特定ガス成分の濃度の値の精度をより高くすることができるガスセンサ装置及びガスセンサを用いた濃度測定方法を提供する。
【解決手段】ガスに含まれる特定ガス成分の濃度である特定成分濃度をに応じた出力値を出力するガスセンサ１０と、ガスの圧力を測定する圧力センサ２０と、ガスセンサ１０から出力される出力値、および、圧力センサ２０により測定されたガスの圧力値に基づいて特定成分濃度を算出する演算部３０と、が設けられたガスセンサ装置１において、演算部３０はフィックの法則から導き出された式であって、出力値および圧力値の関数である式に基づいて仮特定成分濃度を算出し、仮特定成分濃度および圧力値の関数である補正項に基づいて補正値を算出し、補正値を用いて仮特定成分濃度を補正して特定成分濃度を算出することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被検出ガスの濃度を測定するガスセンサを備えるガスセンサ装置及びガスセンサを用いた濃度測定方法、特に、ガスセンサから出力される出力値に対して圧力補正を行う必要がある場合に用いて好適なガスセンサ装置及びガスセンサを用いた濃度測定方法に関する。

ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関においては、消費燃料の低減を図るためや、排気ガスの浄化を図るために、燃焼室に送り込まれるガスと燃料との割合である混合比を調節する制御が一般的になっている。この混合比を制御するために、吸気ガスに含まれる特定ガス成分（例えば酸素）の割合や、排気ガスに含まれる特定ガス成分の割合を測定するために、ガスセンサが用いられている。

ガスセンサは、測定対象であるガス中に配置されるセンサ素子を備え、このセンサ素子から特定ガス成分の割合である特定ガス成分の濃度（例えば酸素濃度）に関する出力値が出力される。しかしながら、センサ素子から出力される出力値は、測定対象であるガス中の特定ガス成分の濃度だけではなく、ガスの圧力の影響も受けることが知られている。

近年においては、内燃機関に対する制御がきめ細かくなっていることから、特定ガス成分の濃度の値も、正確であることが求められ始めている。そこで、測定対象であるガス中のより正確な特定ガス成分の濃度を求めるために、ガスセンサから出力される出力値から、圧力の影響を除去する種々の方法が提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）。

特許文献１および２では、測定対象であるガス中の特定ガス成分の濃度を測定するセンサ素子と、圧力を測定する圧力センサとが設けられた構成が開示されている。そして、特許文献１および２には、センサ素子から出力された特定ガス成分の濃度に関する出力値に対して、圧力センサにより測定された圧力値に基づく係数を乗じて、特定ガス成分の濃度に関するガスセンサの出力値から圧力の影響を除去する方法（補正方法）が提案されている。

特開平６−２７３３８１号公報 特開２００５−０６１４２０号公報

特定ガス成分の濃度に関するガスセンサの出力値の補正を行わない場合と比較して、上述の特許文献１および２に記載された補正方法を用いることにより、特定ガス成分の濃度の値の精度はより正確になる。しかしながら、内燃機関に対する制御は、現在そして将来において更に精緻になると予想される。この場合、特定ガス成分の濃度の値も、さらに精度が高い値が要求されることになる。つまり、上述の特許文献１および２に記載された補正方法では、要求される精度で特定ガス成分の濃度の値を得ることが困難になるという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ガスセンサにより測定される出力値から得られる、ガス中の特定ガス成分濃度の値の精度をより高くすることができるガスセンサ装置及びガスセンサを用いた濃度測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のガスセンサ装置は、内燃機関に設けられた流路内を流れるガスに含まれる特定ガス成分の濃度に応じた出力値を出力するガスセンサと、前記ガスの圧力を測定する圧力センサと、前記ガスセンサから出力される前記出力値、および、前記圧力センサにより測定された前記ガスの圧力値に基づいて特定成分濃度を算出する演算部と、が設けられたガスセンサ装置であって、前記演算部は、フィックの法則から導かれた式であって、前記ガスセンサから出力される前記出力値、および、前記圧力センサにより測定された前記圧力値の関数である式に基づいて仮特定成分濃度を算出し、さらに、前記仮特定成分濃度および前記圧力センサにより測定された前記圧力値の関数である補正項に基づいて補正値を算出し、前記補正値を用いて前記仮特定成分濃度を補正して前記特定成分濃度を算出することを特徴とする。

本発明のガスセンサ装置によれば、フィックの法則から導かれた式であって、ガスセンサの出力値及び圧力センサの圧力値の関数である式に基づいて、特定成分の濃度（仮特定成分濃度）を算出しているため、特定成分の濃度に関するガスセンサの出力値に補正を行わない場合と比較して、特定成分の濃度の値の精度をより正確にすることができる。

さらに、本発明のガスセンサ装置によれば、フィックの法則に基づいて求められた仮特定成分濃度に誤差が含まれていても、仮特定成分濃度、および、圧力センサにより測定された圧力値の関数である補正項に基づく補正値を用いて仮特定成分濃度を補正することで、補正後の特定成分濃度の誤差が小さくすることができる。

本発明の発明者は、フィックの法則に基づく式により算出された仮特定成分濃度には、特定ガス成分の濃度とガスの圧力とに対する更なる依存性があることを実験により発見した。つまり、同じ特定ガス成分の濃度を有するガスであっても、ガスの圧力が異なると算出される仮特定成分濃度に違い（誤差）が出ることを発見した。そこで、仮特定成分濃度及び圧力値の関数である補正項から算出された補正値を用いて、仮特定成分濃度を補正することにより、仮特定成分濃度からガスの圧力による変動を除去し、誤差をより小さくした特定成分濃度を求めることができる。なお、補正値を用いた仮特定成分濃度の補正方法としては、仮特定成分濃度に対して補正値を減算する、または、加算する方法が望ましい。

なお、本発明のガスセンサ装置は、内燃機関に設けられた流路内を流れるガスが吸気ガスであってもよいし、排気ガスであっても良いが、吸気ガスであることが好ましい。吸気ガスにおいては、ガスの圧力変動が大きいため、ガスセンサの出力値と特定成分濃度とにより誤差が生じやすい状況となる。それに対し、本発明のガスセンサ装置を用いることで、吸気ガスであっても、ガスセンサの出力値からガスの圧力による変動を除去し、誤差をより小さくした特定成分濃度を求めることができる。

上記発明において前記演算部は、下式

（Ｉｐ：前記ガスセンサから出力される前記出力値、Ｐ：前記圧力センサにより測定された前記圧力値、Ａ、Ｂ：２つの圧力値と、２つの圧力値に対応する２つの出力値とにより算出される２つの仮特定成分濃度を近似可能にする定数）
にて仮特定成分濃度を算出することが望ましい。

このように、上式を用いて仮特定成分濃度を算出しているため、特定成分の濃度に関するガスセンサの出力値に補正を行わない場合と比較して、特定成分の濃度の値の精度をより正確にすることができる。その上、上式にて算出された仮特定成分濃度には、誤差が含まれるが、仮特定成分濃度、および、圧力センサにより測定された圧力値の関数である補正項に基づく補正値を用いて仮特定成分濃度を補正することで、補正後の特定成分濃度の誤差が小さくすることができる。

上記発明において前記補正項は、前記圧力センサにより測定された圧力値に係る多項式であることが望ましい。
このように、補正項を測定された圧力値に係る多項式とすることで、演算部により求められる特定成分濃度の誤差をより小さくすることができる。例えば、仮特定成分濃度のガス圧力に対する依存性が、ガス圧力の変化に応じて連続的に変化する場合であっても、当該変化に対応した多項式を補正項として用いることにより、特定成分濃度の誤差が大きくなることを抑制できる。

上記発明において前記多項式における各項にはそれぞれ異なる係数が含まれ、該係数は、前記仮特定成分濃度の関数であることが望ましい。
このように、補正項の各項における係数が、仮特定成分濃度の関数とすることで、演算部により求められる特定成分濃度の誤差を更に小さくすることができる。例えば、仮特定成分濃度のガス圧力に対する依存性が、ガスの圧力によって大きく変化し、固定された多項式である補正項を用いても補正が十分でない場合には、特定成分濃度の誤差を小さくすることは難しい。この場合であっても、多項式の各項の係数を仮特定成分濃度に応じて変化させることにより、補正項により補正可能な範囲を広くすることができ、特定成分濃度の誤差が大きくなることをより確実に抑制できる。

また、本発明のガスセンサを用いた濃度測定方法は、内燃機関に設けられた流路内を流れるガスに含まれる特定ガス成分の濃度に応じた出力値を出力するガスセンサ、及び前記ガスの圧力を測定する圧力センサを流路に配置し、前記ガスセンサから出力される前記出力値、および、前記圧力センサにより測定された前記ガスの圧力値に基づいて特定成分濃度を算出するガスセンサを用いた濃度測定方法であって、前記特定成分濃度を算出する際に、フィックの法則から導かれた式であって、前記ガスセンサから出力される前記出力値、および、前記圧力センサにより測定された前記圧力値の関数である式に基づいて仮特定成分濃度を算出し、さらに、前記仮特定成分濃度および前記圧力センサにより測定された圧力値の関数である補正項に基づいて補正値を算出し、前記補正値を用いて前記仮特定成分濃度を補正して前記特定成分濃度を算出することを特徴とする。

本発明のガスセンサを用いた濃度測定方法によれば、フィックの法則から導かれた式であって、ガスセンサの出力値及び圧力センサの圧力値の関数である式に基づいて、特定成分の濃度（仮特定成分濃度）を算出しているため、特定成分の濃度に関するガスセンサの出力値に補正を行わない場合と比較して、特定成分の濃度の値の精度をより正確にすることができる。

さらに、本発明のガスセンサを用いた濃度測定方法によれば、フィックの法則に基づいて求められた仮特定成分濃度に誤差が含まれていても、仮特定成分濃度、および、圧力センサにより測定された圧力値の関数である補正項に基づく補正値を用いて仮特定成分濃度を補正することで、補正後の特定成分濃度の誤差が小さくすることができる。

上記発明において前記仮特定成分濃度を算出する際に用いられる式は下式

（Ｉｐ：前記ガスセンサから出力される前記出力値、Ｐ：前記圧力センサにより測定された前記圧力値、Ａ、Ｂ：２つの圧力値と、２つの圧力値に対応する２つの出力値とにより算出される２つの仮特定成分濃度を近似可能にする定数）
であることが望ましい。

このように、上式を用いて仮特定成分濃度を算出しているため、特定成分の濃度に関するガスセンサの出力値に補正を行わない場合と比較して、特定成分の濃度の値の精度をより正確にすることができる。その上、上式にて算出された仮特定成分濃度には、誤差が含まれるが、仮特定成分濃度、および、圧力センサにより測定された圧力値の関数である補正項に基づく補正値を用いて仮特定成分濃度を補正することで、補正後の特定成分濃度の誤差が小さくすることができる。

上記発明において前記補正項は、前記圧力センサにより測定された圧力値に係る多項式であることが望ましい。
このように、補正項を測定された圧力値に係る多項式とすることで、演算により求められる特定成分濃度の誤差をより小さくすることができる。例えば、仮特定成分濃度のガス圧力に対する依存性が、ガス圧力の変化に応じて連続的に変化する場合であっても、当該変化に対応した多項式を補正項として用いることにより、特定成分濃度の誤差が大きくなることを抑制できる。

上記発明において前記多項式における各項にはそれぞれ異なる係数が含まれ、該係数は、前記仮特定成分濃度の関数であることが望ましい。
このように、補正項の各項における係数が、仮特定成分濃度の関数とすることで、演算により求められる特定成分濃度の誤差を更に小さくすることができる。例えば、仮特定成分濃度のガス圧力に対する依存性が、ガスの圧力によって大きく変化し、固定された多項式である補正項を用いても補正が十分でない場合には、特定成分濃度の誤差を小さくすることは難しい。この場合であっても、多項式の各項の係数を仮特定成分濃度に応じて変化させることにより、補正項により補正可能な範囲を広くすることができ、特定成分濃度の誤差が大きくなることをより確実に抑制できる。

本発明のガスセンサ装置及びガスセンサを用いた濃度測定方法によれば、ガスセンサにより測定される出力値から得られるガス中の特定ガス成分の濃度の値の精度をより高くすることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るガスセンサ装置の概略構成を説明する模式図である。 図１のＥＣＵにおける酸素濃度の算出方法を説明するフローチャートである。 補正項の係数Ｃを求める計算式の係数ａ，ｂ，ｃを説明するグラフである。 補正項の係数Ｃを求める計算式の係数ｄ，ｅを説明するグラフである。 ガスセンサ装置で測定された酸素濃度の測定誤差を説明するグラフである。

この発明の一実施形態に係るガスセンサ装置１について、図１から図５を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るガスセンサ装置１の概略構成を説明する模式図である。
ガスセンサ装置１は、図１に示すように、内燃機関４０に吸入される吸気ガスに含まれる酸素の濃度を測定するものである。ガスセンサ装置１により測定された酸素濃度は内燃機関４０の制御、例えば空燃比の制御に用いられるものである。ガスセンサ装置１には、酸素センサ（ガスセンサ）１０と、圧力センサ２０と、エンジンコントロールユニット（演算部）３０（以下「ＥＣＵ３０」と表記する。）と、が主に設けられている。

なお、本実施形態では、本発明のガスセンサ装置１を、内燃機関４０に吸入される吸気ガスに含まれる酸素濃度を測定する例に適用して説明するが、内燃機関４０から排気される排気ガスに含まれる酸素濃度を測定する例に適用してもよく、特に限定するものではない。但し、吸気ガスにおいては、ガスの圧力変動が大きく、後述するセンサ素子の出力値とＯ₂濃度により誤差が生じやすい状況となるため、本発明のガスセンサ装置を用いることが有効となる。

酸素センサ１０および圧力センサ２０は、内燃機関４０の吸入配管４１であって、排気再循環配管４３（以下、「ＥＧＲ配管４３」と表記する。）との合流点よりも内燃機関４０側、言い換えると下流側に配置されている。また、吸入配管４１における酸素センサ１０および圧力センサ２０の配置位置よりも上流側には、吸入配管４１を流れる空気の流量を調節する吸気弁４４が設けられている。なお、酸素センサ１０および圧力センサ２０の配置は、酸素センサ１０が上流側に配置されていてもよいし、圧力センサ２０が上流側に配置されていてもよく、特に限定するものではない。

なお、ＥＧＲ配管４３は、排気配管４２と吸入配管４１とをつなぐ配管であり、排気配管４２を流れる排気ガスの一部を吸入配管４１に導くもの、言い換えると排気ガスを再循環させるものである。ＥＧＲ配管４３には、排気ガスの再循環量を調節する調節弁４５が設けられている。

酸素センサ１０は、吸入配管４１の内部を流れる吸気ガスに含まれる酸素濃度を測定するセンサであり、酸素濃度に応じた出力値の１つである電流Ｉｐを出力するものである。電流Ｉｐの値は、吸気ガスに含まれる酸素濃度に応じて変化すると共に、吸入配管４１を流れる吸気ガスの圧力にも応じて変化する。言い換えると、電流Ｉｐは、酸素濃度の関数であるとともに、吸気ガス圧力の関数でもある。なお、酸素センサ１０としては、上述の特性を有する公知のセンサであればよく、特にその形式等を限定するものではない。

圧力センサ２０は、吸入配管４１の内部を流れる吸気ガスの圧力を測定するセンサであり、吸気ガスの圧力に応じた測定信号を出力するものである。なお、圧力センサ２０としては、公知の圧力センサを用いることができ、特に限定するものではない。

ＥＣＵ３０は、酸素センサ１０の出力値および圧力センサ２０の圧力値に基づいて、吸入配管４１の内部を流れる吸気ガスの酸素濃度を演算により求めるものであり、少なくとも、求められた酸素濃度に基づいて内燃機関４０の運転状態を制御するものである。ＥＣＵ３０における酸素濃度の算出方法については後述する。

次に、上記の構成からなるガスセンサ装置１における酸素濃度の算出方法について説明する。図２は、図１のＥＣＵ３０における酸素濃度の算出方法を説明するフローチャートである。

最初に、ＥＣＵ３０は、酸素センサ１０から出力される出力値（電流Ｉｐ）、および、圧力センサ２０から出力される測定信号である圧力に係る電気信号を取得する処理を実行する（Ｓ１１）。圧力に係る電気信号は、ＥＣＵ３０において予め記憶されているテーブルなどに基づいて、吸入配管４１の内部を流れる吸気ガスの圧力値Ｐに変換される。

次にＥＣＵ３０は、下記の式（１）に基づいて、仮Ｏ₂濃度（特許請求の範囲の「仮特定成分濃度」に相当する。）を算出する処理を実行する（Ｓ１２）。仮Ｏ₂濃度は、フィックの法則から導かれる式（１）に、電流Ｉｐの値および吸気ガスの圧力値Ｐを代入して得られる酸素濃度の値である。

ここで、Ｉｐは酸素センサ１０から出力された出力値であり、Ｐは圧力センサ２０により測定された圧力値である。なお、Ａ、Ｂは２つの圧力値に対して算出される仮特定成分濃度が近似可能な定数であり、具体的には、Ａは下記の式（２）により定まる定数、Ｂは下記の式（３）により定まる定数である。

ここで、Ｌは酸素センサ１０の拡散孔の長さ（ｍ）、Ｒは気体定数（８．３１４ＪＫ^-1ｍｏｌ^-1）、Ｓは酸素センサ１０の拡散孔の断面積（ｍ²）、Ｆはファラデー定数（９．６４８５×１０⁴Ｃｍｏｌ^-1）、Ｔは酸素センサ１０の拡散孔を通過する時のガスの温度（Ｋ）である。

なお、上述の係数Ａおよび係数Ｂは、上述の式（２）および式（３）に基づいて求めてもよいし、予めＯ₂濃度および圧力が判っているガスの酸素濃度を測定して、実験的に求めてもよく、特に限定するものではない。

上記の式（１）は、下記のフィックの法則である式（４）から導かれる式（５）に、分子拡散係数Ｄｍ（＝ｋＴ^1.75／Ｐ）およびクヌーセン拡散係数Ｄｋ（＝ｋ'Ｔ^0.5）を合成した拡散係数Ｄ_ABの式（６）を代入して整理して得られる式（７）に基づくものである。

ここで、ｃ_Aの上にドット（・）が付されたものは、成分Ａのモル質量速度（＝ｃ_Aｖ_A）であり、ｗ_Aは、成分Ａのモル分率（＝ｃ_A／ｃ）であり、ｃの上にドット（・）が付されたものは、モル質量速度（＝ｃｖ）であり、ｃはモル濃度（ｋｍｏｌ／ｍ³）である。また、Ｐ_Aは、成分Ａの分圧（ｋＰa）であり、Ｐは圧力（ｋＰa）であり、Ｐ_A／Ｐは、成分Ａの濃度（％）である。

仮Ｏ₂濃度が算出されると、ＥＣＵ３０は、次に係数Ｃを算出する計算式を決定する処理を実行する（Ｓ１３）。係数Ｃは、仮Ｏ₂濃度からＯ₂濃度（特許請求の範囲の「特定成分濃度」に相当する。）を求める下記の式（８）の補正項に含まれる係数である（式（９）参照）。

係数Ｃは、圧力センサ２０により測定された吸気ガスの圧力に応じて異なる計算式に基づいて算出される。本実施形態では、所定の圧力値Ｐ_T未満の場合には、下記の式（１０）が計算式として選択され、圧力値Ｐ_T以上の場合には、下記の式（１１）が計算式として選択される例に適用して説明する。

ｘは圧力センサ２０により測定された吸気ガスの圧力である。
ここで、ａは仮Ｏ₂濃度の値に基づいて定まる係数であり、具体的には図３（ａ）に示すように、仮Ｏ₂濃度の値が高くなる伴い値が小さくなる係数である。ｂは仮Ｏ₂濃度の値に基づいて定まる係数であり、具体的には図３（ｂ）に示すように、仮Ｏ₂濃度の値が高くなる伴い値が大きくなる係数である。ｃは仮Ｏ₂濃度の値に基づいて定まる係数であり、具体的には図３（ｃ）に示すように、仮Ｏ₂濃度の値が高くなる伴い値が小さくなる係数である。

ｄは仮Ｏ₂濃度の値に基づいて定まる係数であり、具体的には図４（ａ）に示すように、仮Ｏ₂濃度の値によって変化する係数である。ｅは仮Ｏ₂濃度の値に基づいて定まる係数であり、具体的には図４（ｂ）に示すように、仮Ｏ₂濃度の値が高くなる伴い値が小さくなる係数である。

ＥＣＵ３０において係数Ｃを算出する計算式が選定されると、次に、係数Ｃを算出する処理がＥＣＵ３０によって実行される（Ｓ１４）。
例えば、圧力センサ２０により測定された吸気ガス圧力が圧力値Ｐ_T未満の場合には、ＥＣＵ３０は上記の式（１０）を計算式として選択し、算出された仮Ｏ₂濃度に対応する係数ａ，ｂ，ｃの値、および、圧力センサ２０により測定された吸気ガス圧力に基づいて係数Ｃの値を算出する処理を実行する。

係数Ｃの値が算出されると、補正項の値である補正値を演算で求める処理がＥＣＵ３０によって実行される（Ｓ１５）。具体的には、上述の式（９）、算出された仮Ｏ₂濃度、および、Ｓ１４において算出された係数Ｃの値に基づいて、補正項の値が演算により求められる。

そして、上述の式（８）、算出された仮Ｏ₂濃度、および、Ｓ１５において算出された補正項の値に基づいて、Ｏ₂濃度（特定成分濃度）の算出処理がＥＣＵ３０により実行される（Ｓ１６）。以上により、ガスセンサ装置１における酸素濃度の算出が完了する。

次に、本実施形態のガスセンサ装置１で測定された酸素濃度の測定誤差（測定精度）について、図５を参照しつつ、従来の測定方法に基づく酸素濃度（本実施形態における仮Ｏ₂濃度に相当する。）の測定誤差と対比しながら説明する。

図５では、縦軸を酸素濃度の測定誤差（Ｅｒｒｏｒ）とし、横軸を測定対象である吸気ガスの圧力としている。また、測定対象の吸気ガスに含まれる酸素の濃度（Ｏ² ｃｏｎｃ．）が１５％の時の測定結果を菱形（◆，◇）のグラフで表し、１８％の時の測定結果を四角（■，□）のグラフで表し、２１％の時の測定結果を三角（▲，△）のグラフで表している。さらに、本実施形態のガスセンサ装置１による測定誤差は、白抜きの菱形（◇）、四角（□）、三角（△）のグラフで表し、比較対象である従来の測定方法に基づく測定誤差は、黒塗りの菱形（◆）、四角（■）、三角（▲）のグラフで表している。

まず測定誤差における、測定対象である吸気ガスの圧力の影響について着目して説明する。
従来の測定方法に基づく酸素濃度の測定誤差は、全ての酸素濃度について（◆，■，▲について）、空気圧力の増減に伴い測定誤差の程度が大きく変動している。具体的には、所定の圧力値Ｐ_T未満の範囲では、空気圧力の増加に伴い測定誤差が大きくなり、圧力値Ｐ_T以上の範囲では、空気圧力の増加に伴い測定誤差が小さくなる。

なお、ここで述べる所定の圧力値Ｐ_Tと、上述のＳ１３における所定の圧力値Ｐ_Tとは同一の値である。言い換えると、係数Ｃの算出に用いられる計算式は、吸気ガス圧力に対する仮Ｏ₂濃度の変化の態様に基づいて選択される。

これに対して、本実施形態のガスセンサ装置１で測定された酸素濃度の測定誤差は、全ての酸素濃度について（◇，□，△について）、吸気ガス圧力の増減に関わらず測定誤差は、比較的狭い範囲内で変動している。言い換えると、本実施形態のガスセンサ装置１は、吸気ガス圧力の増減の影響を受けることなく、一定の誤差範囲内の酸素濃度を出力することができる。

次に測定誤差における、測定対象である吸気ガスの酸素濃度の影響について着目して説明する。
従来の測定方法に基づく酸素濃度の測定誤差は、酸素濃度の変化に伴い測定誤差の程度が大きく変動している。具体的には、酸素濃度が高くなる（◆→■→▲）に伴い、測定誤差が小さくなる。これに対して、本実施形態のガスセンサ装置１で測定された酸素濃度の測定誤差は、酸素濃度の変化に伴い測定誤差の程度が変動するものの、明らかに変動の幅が小さくなっている。

以上から、本実施形態のガスセンサ装置１による酸素濃度の測定誤差は、従来の測定方法に基づく酸素濃度の測定誤差と比較して、測定対象である吸気ガスの圧力の影響を受けにくく、かつ、吸気ガスの酸素濃度の影響も受けにくいことが判る。

上記の構成によれば、フィックの法則から導かれた式（１）に基づいて求められた仮Ｏ₂濃度に誤差が含まれていても、仮Ｏ₂濃度、および、圧力センサ２０により測定された圧力値Ｐの関数である補正項に基づく補正値を用いて仮Ｏ₂濃度を補正することで、仮Ｏ₂濃度から吸気ガスの圧力による変動を除去し、補正後のＯ₂濃度の誤差が小さくすることができる。つまり、酸素センサ１０により測定される酸素濃度の精度をより高くすることができる。

式（１）にて示すように、

にて仮特定成分濃度が算出されることで、酸素濃度に関する酸素センサの電流値Ｉｐに補正を行わない場合と比較して、酸素濃度の精度をより正確にすることができる。その上、式（１）にて算出された仮Ｏ₂濃度には、誤差が含まれるが、仮Ｏ₂濃度、および、圧力センサ２０により測定された圧力値Ｐの関数である補正項に基づく補正値を用いて仮Ｏ₂濃度を補正することで、補正後のＯ₂濃度の誤差が小さくすることができる。

式（９）および式（１０）、または、式（９）および式（１１）に示すように、補正項を測定された圧力値ｘに係る多項式とすることで、ＥＣＵ３０により求められるＯ₂濃度の誤差をより小さくすることができる。例えば、仮Ｏ₂濃度の吸気ガス圧力に対する依存性が、吸気ガス圧力の変化に応じて連続的に変化する場合であっても、当該変化に対応した多項式を補正項として用いることにより、Ｏ₂濃度の誤差が大きくなることを抑制することができる。

補正項の各項における係数ａ，ｂ，ｃまたは係数ｄ，ｅを、仮Ｏ₂濃度の関数とすることで、ＥＣＵ３０により求められるＯ₂濃度の誤差を更に小さくすることができる。例えば、仮Ｏ₂濃度の吸気ガス圧力に対する依存性が、吸気ガスの圧力によって大きく変化し、固定された多項式である補正項を用いても補正が十分でない場合には、Ｏ₂濃度の誤差を小さくすることは難しい。この場合であっても、多項式の各項の係数ａ，ｂ，ｃまたは係数ｄ，ｅを仮Ｏ₂濃度に応じて変化させることにより、補正項により補正可能な範囲を広くすることができ、Ｏ₂濃度の誤差が大きくなることをより確実に抑制することができる。

なお、上述の実施形態では、仮Ｏ₂濃度を算出する際に式（１）を用いる例に適用して説明したが、上述の式（１）における指数部分（−Ａ・Ｉｐ（Ｂ＋Ｐ）／Ｐ）をテイラー展開した式を用いて仮Ｏ₂濃度を算出してもよく、特に限定するものではない。

また、上述の実施形態では、酸素センサ１０の電流値Ｉｐを出力値として用いたが、これに限らず、酸素センサ１０の電圧値Ｖｐを出力値として用いても良い。

１…ガスセンサ装置、１０…酸素センサ（ガスセンサ）、２０…圧力センサ、３０…エンジンコントロールユニット（演算部）、４０…内燃機関

Claims (8)

1. 内燃機関に設けられた流路内を流れるガスに含まれる特定ガス成分の濃度に応じた出力値を出力するガスセンサと、
   前記ガスの圧力を測定する圧力センサと、
   前記ガスセンサから出力される前記出力値、および、前記圧力センサにより測定された前記ガスの圧力値に基づいて特定成分濃度を算出する演算部と、
   が設けられたガスセンサ装置であって、
   前記演算部は、
   フィックの法則から導かれた式であって、前記ガスセンサから出力される前記出力値、および、前記圧力センサにより測定された前記圧力値の関数である式に基づいて仮特定成分濃度を算出し、
   さらに、前記仮特定成分濃度および前記圧力センサにより測定された前記圧力値の関数である補正項に基づいて補正値を算出し、
   前記補正値を用いて前記仮特定成分濃度を補正して前記特定成分濃度を算出することを特徴とするガスセンサ装置。
2. 前記演算部は、下式
   

   

   （Ｉｐ：前記ガスセンサから出力される前記出力値、Ｐ：前記圧力センサにより測定された前記圧力値、Ａ、Ｂ：２つの圧力値と、２つの圧力値に対応する２つの出力値とにより算出される２つの仮特定成分濃度を近似可能にする定数）
   にて仮特定成分濃度を算出することを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ装置。
3. 前記補正項は、前記圧力センサにより測定された圧力値に係る多項式であ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装置。
4. 前記多項式における各項にはそれぞれ異なる係数が含まれ、
   該係数は、前記仮特定成分濃度の関数であることを特徴とする請求項３記載のガスセンサ装置。
5. 内燃機関に設けられた流路内を流れるガスに含まれる特定ガス成分の濃度に応じた出力値を出力するガスセンサ、及び前記ガスの圧力を測定する圧力センサを流路に配置し、前記ガスセンサから出力される前記出力値、および、前記圧力センサにより測定された前記ガスの圧力値に基づいて特定成分濃度を算出するガスセンサを用いた濃度測定方法であって、
   前記特定成分濃度を算出する際に、
   フィックの法則から導かれた式であって、前記ガスセンサから出力される前記出力値、および、前記圧力センサにより測定された前記圧力値の関数である式に基づいて仮特定成分濃度を算出し、
   さらに、前記仮特定成分濃度および前記圧力センサにより測定された圧力値の関数である補正項に基づいて補正値を算出し、
   前記補正値を用いて前記仮特定成分濃度を補正して前記特定成分濃度を算出することを特徴とするガスセンサを用いた濃度測定方法。
6. 前記仮特定成分濃度を算出する際に用いられる式は下式
   

   

   （Ｉｐ：前記ガスセンサから出力される前記出力値、Ｐ：前記圧力センサにより測定された前記圧力値、Ａ、Ｂ：２つの圧力値と、２つの圧力値に対応する２つの出力値とにより算出される２つの仮特定成分濃度を近似可能にする定数）
   であることを特徴とする請求項５記載のガスセンサを用いた濃度測定方法。
7. 前記補正項は、前記圧力センサにより測定された圧力値に係る多項式であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のガスセンサを用いた濃度測定方法。
8. 前記多項式における各項にはそれぞれ異なる係数が含まれ、
   該係数は、前記仮特定成分濃度の関数であることを特徴とする請求項７記載のガスセンサを用いた濃度測定方法。

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