JP2019074510A - センサ制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
条件判断部は、測定室に含まれる酸素の濃度が高いことを示す予め設定された劣化検出条件が成立したか否かを判断するように構成される。
第1検出部は、検出用通電部が酸素濃度検出セルに劣化検出用電流を流してから予め設定された第1検出時間が経過した時点で、酸素濃度検出セルに劣化検出用電流が流れていることにより酸素濃度検出セルに発生する第1セル電圧を検出するように構成される。
また、本開示の一態様では、具体的には、ポンプセル停止部を備え、劣化検出条件は、エンジンが停止してから予め設定された検出開始時間が経過することであるようにしてもよい。ポンプセル停止部は、当該センサ制御装置を搭載する車両のエンジンが停止すると、ポンプセルによる酸素の汲み出しまたは汲み入れを停止させるように構成される。
インピーダンス検出用通電部は、予め設定された一定の電流値を有するインピーダンス検出用電流を酸素濃度検出セルに流すように構成される。第3検出部は、インピーダンス検出用通電部が酸素濃度検出セルにインピーダンス検出用電流を流してから予め設定された第3検出時間が経過した時点で、酸素濃度検出セルにインピーダンス検出用電流が流れていることにより酸素濃度検出セルに発生する第3セル電圧を検出するように構成される。
以下に本開示の第1実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態のセンサ制御装置1は、車両に搭載され、図1に示すように、ガスセンサ3を制御する。
ガスセンサ3は、図2に示すように、センサ素子10と、ヒータ30と、端子Ip+と、端子COMと、端子Vs+とを備える。
ポンプセル11は、部分安定化ジルコニアにより板状に形成された酸素イオン伝導性固体電解質体21と、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ポンプ電極22,23と、ポンプ電極22を覆う多孔質保護層24を備える。ポンプ電極22は、多孔質保護層24に覆われることにより被毒物質などから保護される。ポンプ電極22は端子Ip+に接続され、ポンプ電極23は端子COMに接続される。
センサ素子10では、被測定ガスである内燃機関からの排気ガスが、多孔質拡散層12を介して測定室28に拡散する。センサ素子10は、内燃機関に供給される混合気が理論空燃比に保たれている状態のもとで測定室28に内燃機関からの排気ガスが導入された状態では、測定室28と基準ガス室29との間の酸素濃度差により、酸素濃度検出セル13に450mVの起電力を発生する特性を有する。すなわち、検出電極26と検出電極27との間には、450mVの電位差が生じることになる。
センサ制御回路41は、特定用途向集積回路(すなわち、ASIC)で実現されている。ASICは、Application Specific ICの略である。
電流源55は、一定電流−Iconstとは極性が逆になっている一定電流+Iconstを流す。電流源55は、一端が電源に接続され、他端がスイッチSW3と接続配線83とを介してガスセンサ3の端子Vs+に接続される。
制御部58は、ASIC内に構成されたロジック回路であり、スイッチSW1,SW2,SW3,SW4をオン/オフする制御を実行する。制御部58は、センサ制御回路41の受信ポート61を介して、マイコン43から送信されるデータを受信する。
酸素濃度を検出する場合には、制御部58は、スイッチSW1,SW4をオンにし、スイッチSW2,SW3をオフにする。これにより、ガスセンサ3の端子Vs+の電圧は、ボルテージフォロアとして構成されているオペアンプOP4およびオペアンプOP1を介してPID制御回路51の入力端子ITに印加される。そして、上述のように、PID制御回路51は、目標制御電圧と電圧Vsとの偏差に基づいてPID演算を実行し、オペアンプOP2は、ポンプセル11にポンプ電流Ipを流す。さらに、上述のように、差動増幅回路52は、ガス検出信号Vipをマイコン43へ出力する。マイコン43は、ガス検出信号Vipの電圧値を、図示しないA/D変換回路を用いてデジタル値に変換した後に、マイコン43が備えるマップまたは計算式に基づいて、ガス検出信号Vipに対応する酸素濃度を算出する。
インピーダンスRpvsを検出する場合には、制御部58は、スイッチSW2,SW4をオンにし、スイッチSW1,SW3をオフにする。これにより、スイッチSW1をオフにする直前における端子Vs+の電圧がコンデンサC1により保持される。このため、オペアンプOP1は、スイッチSW1をオフにする直前における端子Vs+の電圧をPID制御回路51とオペアンプOP3へ出力する。
濃度算出処理が実行されると、マイコン43は、図6に示すように、まずS310にて、マイコン43に入力された最新のガス検出信号Vipを取得する。さらにS320にて、S210にて読み出した劣化判定用電圧DVsを用いて、S310で取得したガス検出信号Vipを補正する。具体的には、マイコン43は、例えば、劣化判定用電圧DVsの値と、補正後のガス検出信号Vipの値との対応関係が設定された検出信号補正マップを参照して、ガス検出信号Vipを補正する。
ヒータ制御処理が実行されると、マイコン43は、図8に示すように、まずS510にて、マイコン43に入力された最新の差電圧ΔVsを取得する。さらにS520にて、S510で取得された差電圧ΔVsに基づいて、差電圧ΔVsが補正後の目標差電圧ΔVstgとなるように、ヒータ30に供給する電力のデューティ比を算出する。
図9は、一定電流−Iconstの通電時間が60μs、0.3ms、1.0ms、10msおよび100msである場合における酸素濃度検出セル13のインピーダンスRpvsの複素インピーダンスプロットである。
してセンサ制御装置1は、一定電流−Iconstを流してから予め設定された第1パル
スオン時間が経過した時点で、酸素濃度検出セル13に一定電流−Iconstが流れて
いることにより酸素濃度検出セル13に発生する差電圧ΔVsを検出する。
また、S20は条件判断部としての処理に相当し、S40は検出用通電部としての処理に相当し、S60,S70は第1検出部としての処理に相当し、S80,S90は第2検出部としての処理に相当する。
また、S220は劣化判断部としての処理に相当し、S320はポンプ電流補正部としての処理に相当する。
以下に本開示の第2実施形態を図面とともに説明する。なお第2実施形態では、第1実施形態と異なる部分を説明する。共通する構成については同一の符号を付す。
第2実施形態のインピーダンス検出処理は、S10〜S30の代わりにS810〜S830の処理を実行する点が第1実施形態と異なる。
以上説明した第2実施形態において、S810はポンプセル停止部としての処理に相当し、S830は条件判断部としての処理に相当する。
以下に本開示の第3実施形態を図面とともに説明する。なお第3実施形態では、第2実施形態と異なる部分を説明する。共通する構成については同一の符号を付す。
第3実施形態のインピーダンス検出処理は、S820,S830の代わりにS825,S835の処理を実行する点が第2実施形態と異なる。
このように構成されたセンサ制御装置1は、エンジン5が停止し、且つ、セル電圧Vsが予め設定された検出開始電圧以下であると判断した場合に、一定電流−Iconstを酸素濃度検出セル13に流す。
以上説明した第3実施形態において、S835は条件判断部としての処理に相当する。
以下に本開示の第4実施形態を図面とともに説明する。なお第4実施形態では、第1実施形態と異なる部分を説明する。共通する構成については同一の符号を付す。
一方、制御目標電圧が第1目標電圧よりも低い電圧値である第2目標電圧(本実施形態では20mV)に設定された場合には、センサ制御装置1は、測定室28の酸素の濃度が理論空燃比よりも高くなるようにポンプ電流Ipを流す通電制御を行なう。このように制御目標電圧が第2目標電圧に設定されたもとでは、センサ制御装置1は、制御目標電圧が第1目標電圧に設定された場合よりも、測定室28に含まれる酸素の濃度が高くなるようにガスセンサ3を通電制御する。この第2目標電圧は、後述するが、ガスセンサ3の劣化検出期間に設定される制御目標電圧に相当する。
以下に本開示の第5実施形態を図面とともに説明する。なお第5実施形態では、上記した第3実施形態と異なる部分を説明する。共通する構成については同一の符号を付す。第5実施形態のセンサ制御装置1は、インピーダンス検出処理が変更された点が第3実施形態と異なる。
例えば上記実施形態では、ガスセンサとして酸素センサを用いるものを説明したが、酸素以外のガス(例えば、NOxなど)を検出するガスセンサであってもよい。例えば、ポンプセルと酸素濃度検出セルとの間に設けられる測定室と連通する第2の測定室を設けると共に、第2の測定室の内外に一対の電極を有する第2のポンプセルを設けたNOxセンサに対して、本発明を適用してもよい。このNOxセンサでは、ポンプセル11によって測定室中の酸素濃度が所定濃度に調整され、この酸素濃度が調整されたガスが第2の測定室に導入される。そして、第2のポンプセルの一対の電極間に所定の電圧値を印加することで、第2の測定室に導入されたガス中のNOxが解離し、解離によって生じた酸素に応じて第2のポンプセルに電流が流れることになる。この第2のポンプセルに流れる電流がNOx濃度と相関があるため、被測定ガス中のNOxを検出することができる。このようなNOxセンサにおいても、ポンプセルと酸素濃度検出セルとの間に配置される測定室に含まれる酸素の濃度が高いことを示す予め設定された劣化検出条件が成立したと判断した際に、上記したように、酸素濃度検出セルを通じて取得される第1セル電圧および第2セル電圧を用いることで、NOxセンサの劣化検出の精度を向上させることができる。
また、上記実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
Claims (10)
- 被測定ガスが導入される測定室と、
第1固体電解質体と、前記第1固体電解質体上に形成された一対の第1電極とを有し、一対の前記第1電極のうち一方の前記第1電極が前記測定室に面して配置され、他方の前記第1電極が基準ガス雰囲気に設定される基準ガス室に配置されて、前記測定室と前記基準ガス室との間の酸素分圧差に応じた電圧を発生させる酸素濃度検出セルと、
第2固体電解質体と、前記第2固体電解質体上に形成された一対の第2電極とを有し、一対の前記第2電極のうち一方の前記第2電極が前記測定室に面して配置されて、一対の前記第2電極の間に流れるポンプ電流に応じて、前記測定室内に導入された前記被測定ガスに含まれる酸素の汲み出しまたは汲み入れを行うポンプセルと、を備えるガスセンサに接続されるとともに、前記酸素濃度検出セルに生じる前記電圧が、制御目標電圧として設定される第1目標電圧となるように、前記ポンプセルに流す前記ポンプ電流を通電制御するセンサ制御装置であって、
前記測定室に含まれる酸素の濃度が高いことを示す予め設定された劣化検出条件が成立したか否かを判断するように構成された条件判断部と、
前記劣化検出条件が成立したと前記条件判断部が判断した場合に、予め設定された一定の電流値を有する劣化検出用電流を前記酸素濃度検出セルに流すように構成された検出用通電部と、
前記検出用通電部が前記酸素濃度検出セルに前記劣化検出用電流を流してから予め設定された第1検出時間が経過した時点で、前記酸素濃度検出セルに前記劣化検出用電流が流れていることにより前記酸素濃度検出セルに発生する第1セル電圧を検出するように構成された第1検出部と、
前記検出用通電部が前記酸素濃度検出セルに前記劣化検出用電流を流してから前記第1検出時間より長くなるように予め設定された第2検出時間が経過した時点で、前記酸素濃度検出セルに前記劣化検出用電流が流れていることにより前記酸素濃度検出セルに発生する第2セル電圧を検出するように構成された第2検出部と
を備えるセンサ制御装置。 - 請求項1に記載のセンサ制御装置であって、
前記劣化検出条件は、前記測定室に含まれる酸素の濃度が予め設定された検出開始判定値を超えることであるセンサ制御装置。 - 請求項1に記載のセンサ制御装置であって、
当該センサ制御装置を搭載する車両のエンジンが停止すると、前記ポンプセルによる酸素の汲み出しまたは汲み入れを停止させるように構成されたポンプセル停止部を備え、
前記劣化検出条件は、前記エンジンが停止してから予め設定された検出開始時間が経過することであるセンサ制御装置。 - 請求項1に記載のセンサ制御装置であって、
当該センサ制御装置を搭載する車両のエンジンが停止すると、前記ポンプセルによる酸素の汲み出しまたは汲み入れを停止させるように構成されたポンプセル停止部を備え、
前記劣化検出条件は、当該センサ制御装置を搭載する車両のエンジンが停止し、且つ、前記酸素濃度検出セルに発生する電圧が予め設定された検出開始電圧以下であることであるセンサ制御装置。 - 請求項1に記載のセンサ制御装置であって、
前記ガスセンサによる特定ガス成分の濃度検出期間には、前記制御目標電圧として前記第1目標電圧を設定する一方、前記ガスセンサの劣化検出期間には、前記第1目標電圧と異なる電圧値である第2目標電圧に設定する目標電圧設定部を備え、
前記第2目標電圧は、前記酸素濃度検出セルに生じる前記電圧が、前記第1目標電圧となるように前記ポンプ電流が通電制御された場合よりも、前記測定室に含まれる酸素の濃度が高くなるように前記ポンプ電流を通電制御させられる電圧値であり、
前記劣化検出条件は、前記目標電圧設定部にて前記制御目標電圧が前記第1目標電圧から前記第2目標電圧に切り替えられることであるセンサ制御装置。 - 請求項5に記載のセンサ制御装置であって、
前記劣化検出条件は、前記目標電圧設定部にて前記制御目標電圧が前記第1目標電圧から前記第2目標電圧に切り替えられ、且つ、前記制御目標電圧が第2電圧に設定されてから予め設定された安定化時間が経過することであるセンサ制御装置。 - 請求項1〜請求項6の何れか1項に記載のセンサ制御装置であって、
前記第2セル電圧から前記第1セル電圧を減算した減算値を劣化判定電圧として、前記劣化判定電圧に基づいて、前記ガスセンサの劣化を判断するように構成された劣化判断部を備えるセンサ制御装置。 - 請求項1〜請求項7の何れか1項に記載のセンサ制御装置であって、
前記第1セル電圧および前記第2セル電圧に基づいて前記ポンプ電流の電流値を補正するように構成されたポンプ電流補正部を備えるセンサ制御装置。 - 請求項1〜請求項8の何れか1項に記載のセンサ制御装置であって、
予め設定された一定の電流値を有するインピーダンス検出用電流を前記酸素濃度検出セルに流すように構成されたインピーダンス検出用通電部と、
前記インピーダンス検出用通電部が前記酸素濃度検出セルに前記インピーダンス検出用電流を流してから予め設定された第3検出時間が経過した時点で、前記酸素濃度検出セルに前記インピーダンス検出用電流が流れていることにより前記酸素濃度検出セルに発生する第3セル電圧を検出するように構成された第3検出部と、
前記第3検出部により検出された前記第3セル電圧を用いて、前記酸素濃度検出セルおよび前記ポンプセルを加熱するヒータの通電を制御するように構成されたヒータ制御部と、
前記第1セル電圧および前記第2セル電圧に基づいて、前記ヒータ制御部による制御を補正するように構成された制御補正部と
を備えるセンサ制御装置。 - 請求項9に記載のセンサ制御装置であって、
前記制御補正部は、前記第1セル電圧および前記第2セル電圧に基づいて、前記ヒータを制御するための制御量の目標値を補正することにより、前記ヒータ制御部による制御を補正するセンサ制御装置。
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