JP4913659B2 - ガスセンサ制御装置 - Google Patents
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Description
これを利用して、この電圧を所定の制御電圧に制御することにより、NOXなどの所定のガスの濃度を検知可能に構成したガスセンサ素子、およびこれを制御するガスセンサ制御装置が知られている(特許文献1参照)。
これに対し本発明のガスセンサ制御装置では、基準電圧手段の基準電圧を調整する基準電圧調整手段を備えている。このため、例えば、ガスセンサ制御装置の周辺や自身の温度変化等によって、制御手段や基準電圧手段の特性が変化し、これらのみでは端子間電圧を所定電圧に調整することが困難となっても、基準電圧調整手段で基準電圧そのものを調整できるので、制御対象セルの端子間電圧を所定電圧とすることができ、正確にガス濃度を測定することができる。
また、基準電圧手段としては、例えば、所定電圧と同じ、あるいはこれの所定倍の大きさなど、所定電圧に対応する大きさの基準電圧を発生するものが挙げられる。
これに対し、本発明のガスセンサ制御装置は、ガス濃度に関する第1信号を出力する一方で、出力信号利用装置からの許可信号を検知して、許可された期間内にアナログ調整電圧を更新する。このため、許可された期間内にアナログ調整電圧を更新したのであれば、これによって第1信号に変動が生じたとしても、出力信号利用装置がこれを考慮して第1信号を適切に扱うことができ、この更新による影響を抑制でき、正確にガス濃度の測定ができる。
これに対し、本発明のガスセンサ制御装置は、第1信号のほかに、アナログ調整電圧の更新中であることを示す第2信号を、第1信号を利用する出力信号利用装置に向けて出力する。このため、第1信号を利用する装置において、第2信号によりアナログ調整電圧の更新中であることを検知することで、例えば、この間に出力される第1信号を無視するなど、適切な処置をとることが可能となる。
次に、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1は、本発明のガスセンサ制御装置であるNOX検出装置1の概略構成を示す構成図である。
NOXセンサ素子10は、第1ポンピングセル11、酸素濃度検知セル12、および第2ポンピングセル13を、アルミナを主体とする絶縁層14a,14bを介してこの順に積層した構造を有する。また、多孔質物質からなる第1拡散抵抗体15aを介して測定対象ガスGMが取り込まれる第1測定室16を備えている。
また、NOXセンサ素子10は、多孔質体からなる第2拡散抵抗体15bを介して、第1測定室16と隣り合う、第2測定室18を備える。なお、第2測定室18は、酸素濃度検知セル12を積層方向に貫通し、第2ポンピングセル13にまで届いており、この第2測定室18には、第2ポンピングセル13の第2ポンプ用第1電極13bが露出している。
また、このNOX検出装置1はNOXセンサ素子10に対する通電制御を行うと共に、濃度信号sig1を出力するものであり、第1配線39aおよび第4配線39dを介してNOXセンサ素子10の第1ポンピングセル11に、第1配線39aおよび第3配線39cを介して第2ポンピングセル13に、第1配線39aおよび第2配線39bを介して酸素濃度検知セル12に、それぞれ接続している。
さらに、本実施形態におけるNOXセンサ制御回路20のMC21は、エンジン制御装置40(以下、ECUとも言う)と通信を行う。また、図示しないタイマを有する。
また、NOXセンサ制御回路20は、制御回路CC1に入力する基準電圧Vsxを出力する基準電圧回路VCを有する。この基準電圧回路VCは、加算前基準電圧Vstを出力する加算前基準電圧回路OCと加算回路ACとを含む。このうち加算前基準電圧回路OCは、Vs加算前基準電圧発生器23とバッファOA3で構成される。また、加算回路ACは、抵抗体R9〜R11によって構成されている。
かくして制御回路CC1は、第1配線39a、第2配線39b、および第4配線39dを介して、酸素濃度検知セル12および第1ポンピングセル11を含むフィードバック制御回路を構成し、酸素濃度検知セル12の第1端子間電圧Vsを所定電圧V1(425mV)に保つように制御を行っている。
本実施形態では、NOXセンサ素子10の各端子19a,19b,19cの電位Com,Vs+,Vp+を、それぞれのバッファOA6,OA5,OA7を介してモニタする。モニタした各電位Com,Vs+,Vp+は、それぞれVsVpモニタ回路26に入力される。
このVsVpモニタ回路26では、差動アンプ26m,26nを用いて、(Vs+)−(Com)、(Vp+)−(Com)が演算され、さらに、A/D変換器26a,26bによるデジタル値に変換されて、第1端子間電圧Vsに対応するデジタル化第1端子間電圧Vsd1、および第2端子間電圧Vpに対応するデジタル化第2端子間電圧Vpd1とされる。
なお、このMC21は、詳述しないが、CPUのほか、ROM、RAM等、公知の構成を有し、電源が投入(車両がキーオン)されると作動しはじめ、ROM等に予め格納したプログラムをCPUにロードして、後述するフローチャート(図4〜図6)に示すように動作する。
この基準電圧用アナログ電圧(アナログ調整電圧)Vsa2は、抵抗体R9,R10,R11で構成された加算回路ACにより、そのノードN1でVs加算前基準電圧発生器23の出力する加算前基準電圧Vstと加算されて基準電圧Vsxとなり、PID回路22に入力される。
しかも、モニタした第1端子間電圧Vsを、一旦デジタル信号化して、それを用いてMC21でデジタル指令値(デジタル調整値)Vsd2を算出する。そして、デジタル指令値(デジタル調整値)Vsd2に基づいて基準電圧用アナログ電圧(アナログ調整電圧)Vsa2を生成する。これにより、VsVpモニタ回路26、MC21、およびVs指令回路24の全てをアナログ回路で構成した場合に比べて、その一部をデジタル信号化して処理した分、回路素子の温度特性等による変動を回避できる。よって、VsVpモニタ回路26、MC21、およびVs指令回路24について、温度変化等による回路素子の特性変化の影響を低減可能である。従って、NOXセンサ素子、NOX検出装置全体としても、温度変化等が生じても、正確にNOX濃度の測定を行うことができる。
さらに、基準電圧回路VCは、加算前基準電圧回路OCと加算回路ACとを含んでいる。このため、加算回路OCで基準電圧用アナログ電圧(アナログ調整電圧)Vsa2を
加算前基準電圧Vstに加えることで容易に基準電圧Vsxを得ることができる。
なお、ECU40は、後述するように、MC21に向けてデジタル指令値(デジタル調整値)Vsd2の更新を許可する許可信号sig3を出力する。
車両をキーオン(起動)すると、それに伴いNOX検出装置1(MC21)が起動し、ステップS1において初期設定を行う。
ステップS2では、第1ポンピングセル11、酸素濃度検知セル12、および第2ポンピングセル13が活性化状態にあるか否かを判定する。つまり、NOXセンサ素子10が、ヒータにより活性化温度(600℃)以上であるか否かを判定する。ここで、NO、すなわち第1ポンピングセル11、酸素濃度検知セル12、および第2ポンピングセル13が、活性化状態にない場合、ステップS2を繰り返して活性化を待つ。一方、YES、すなわち第1ポンピングセル11、酸素濃度検知セル12、および第2ポンピングセル13が活性化状態にある場合には、ステップS3に進む。なお、本実施の形態では、第1ポンピングセル11、酸素濃度検知セル12、および第2ポンピングセル13が活性化状態にあるか否かは、酸素濃度検知セル12のインピーダンスを検出し、このインピーダンスに基づいて、全てのセルが活性化状態にあるか否かを判定するようにしている。この酸素濃度検知セル12のインピーダンスは、酸素濃度検知セル12の温度と相関関係があるため、インピーダンスを用いることで酸素濃度検知セル12の温度、ひいてはNOXセ
ンサ素子10の温度を検出することができる。なお、酸素濃度検知セル12のインピーダンスを検出するにあたっては、NOXセンサ制御回路20に設けたインピーダンス検出回路(図示せず)およびMC21を用いて行うことができるが、これについては先に述べた特開平11−304758号公報にて公知のため、詳述については省略する。
一方、YES、すなわち許可信号sig3が入力されている場合には、ステップS5に進む。
に、ステップS22に進み、MC21に入力した第2端子間電圧Vp(デジタル化第2端子間電圧Vpd1)が第2所定電圧V2の許容範囲内にあるか否かを判定する。ここで、YES、すなわち第2端子間電圧Vpが許容範囲内にあるときは、メインルーチンに戻り、ステップS3に戻る。
また、NOXセンサ素子10が活性化状態にあるときに、基準電圧用アナログ電圧(アナログ調整電圧)Vsa2の更新を行う。このように、このNOXセンサ素子10の状態が安定しているときに、基準電圧Vsxの更新を行うので、適切に酸素濃度検知セル12の第1端子間電圧Vsを第1所定電圧V1に制御することができる。
さらに、ECU40からの許可信号sig3を検知して、許可された期間内に基準電圧用アナログ電圧(アナログ調整電圧)Vsa2の更新を行う。これによって濃度信号sig1に変動が生じたとしても、ECU40がこれを考慮して濃度信号sig1を適切に扱うことができ、この更新による影響を抑制でき、正確にNOX濃度の測定ができる。
次に、本発明の変形形態について、図1、図2、図7を参照しつつ説明する。
本変形形態のNOX検出装置1は、実施形態でMC21がECU40から許可信号sig3を入力する代わりに、ECU40に向けて無効化信号sig2を出力する点で異なり、それ以外は同様である。
そこで、異なる点を中心として説明すると共に、同様の部分の説明は省略または簡略化するが、同様の部分については同様の作用効果を生じる。また、同じ内容のものには同番号を付して説明する。
また、NOXセンサ素子10が活性化状態にあるときに、基準電圧用アナログ電圧(アナログ調整電圧)Vsa2の更新を行う。このように、このNOXセンサ素子10の状態が安定しているときに、基準電圧Vsxの更新を行うので、適切に酸素濃度検知セル12の第1端子間電圧Vsを第1所定電圧V1に制御することができる。
さらに、本変形形態では、無効化信号sig2を出力している間に、基準電圧用アナログ電圧(アナログ調整電圧)Vsa2の更新を行う(ステップS27参照)。従って、MC21は、濃度信号sig1を利用するECU40において、無効化信号sig2によりアナログ調整電圧Vsa1の更新中であることを検知することで、例えば、この間に出力される濃度信号sig1を無視するなど、ECU40が適切な処置をとることが可能となる。
なお、本変形形態において、ステップS27は第2信号出力手段に対応する。
例えば、上述の実施形態等では、NOXセンサ素子を用いてNOXの濃度を検知するNOX検出装置について例示した。しかし、制御対象となるガスセンサ素子は、NOXセンサ素子に限定されない。例えば、酸素センサセルとポンピングセルを備えるUEGOセンサ(全領域酸素センサ)について適用し、この酸素センサセルを制御対象セルとしても良い。すなわち、酸素センサセルの端子間電圧を所定電圧に保つのに本発明を適用しても良い。また、上述の実施形態および変形形態のNOX検出装置において、基準電圧Vsxの
更新を行うに際して、第1端子間電圧Vsが所定の許容範囲を外れるたびに、即座に第1端子間電圧Vsが第1所定電圧V1となるようなリアルタイムな制御(調整)が行えるようにしても良い。
さらに、上述の実施形態および変形形態のNOX検出装置では、第1端子間電圧Vsが所定の許容範囲を外れたか否かで、この第1端子間電圧Vsが第1所定電圧V1となるように制御を行うようにしたが、上記許容範囲の上限値よりも大きく、かつ、下限値よりも小さい上限値および下限値を有する異常検出範囲を設定し、第1端子間電圧Vsが所定の許容範囲を外れ、かつ、異常検出範囲をも外れたときは、NOXセンサ制御回路20に異常が生じたと判定するような処理を加えても良い。
10 NOXセンサ素子(ガスセンサ素子)
11 第1ポンピングセル
11a 第2固体電解質層
12 酸素濃度検知セル(センサセル)
12a 第1固体電解質層
13 第2ポンピングセル
13a 第3固体電解質層
16 第1測定室
17 基準酸素室(基準雰囲気)
18 第2測定室
19a 第1センサ端子(第1端子)
19b 第2センサ端子(第2端子)
21 MC(基準電圧調整手段)
24 Vs指令回路(アナログ調整電圧生成手段、基準電圧調整手段)
26 VsVpモニタ回路(取得手段、基準電圧調整手段)
40 ECU(出力信号利用装置)
AC 加算回路(加算手段)
CC1 制御回路(制御手段)
GM 測定対象ガス
GN 酸素濃度調整済ガス
Ip2 第2ポンプ電流
OC 加算前基準電圧回路(加算前基準電圧手段)
sig1 濃度信号(第1信号)
sig2 無効化信号(第2信号)
sig3 許可信号
V1 第1所定電圧(所定電圧)
VC 基準電圧回路(基準電圧手段)
Vs 第1端子間電圧(端子間電圧)
Vsa2 基準電圧用アナログ電圧(アナログ調整電圧)
Vst 加算前基準電圧
Vsx 基準電圧
Vsd1 デジタル化第1端子間電圧(デジタル信号化端子間電圧)
Vsd2 デジタル指令値
Claims (8)
- 第1端子と第2端子とを含み、固体電解質体からなる制御対象セルを有するガスセンサ素子であって、上記制御対象セルが活性化した状態において、上記第1端子と上記第2端子との間の端子間電圧が所定電圧となるように制御することにより、所定のガスの濃度検出を行うガスセンサ素子に用いる
ガスセンサ制御装置であって、
上記所定電圧に対応した基準電圧を出力する基準電圧手段と、
上記基準電圧に基づいて、上記端子間電圧を上記所定電圧となるように制御する制御手段と、
上記端子間電圧を、上記所定電圧についての所定の許容範囲内に入るように、上記基準電圧手段の上記基準電圧を調整する基準電圧調整手段と、を備える
ガスセンサ制御装置。 - 請求項1に記載のガスセンサ制御装置であって、
前記基準電圧調整手段は、
前記端子間電圧をデジタル信号化して、デジタル信号化端子間電圧を取得する取得手段、
上記デジタル信号化端子間電圧を用いてデジタル調整値を算出する調整値算出手段、
上記デジタル調整値に基づいてアナログ調整電圧を生成するアナログ調整電圧生成手段、を含む
ガスセンサ制御装置。 - 請求項2に記載のガスセンサ制御装置であって、
前記基準電圧手段は、
加算前基準電圧を生成する加算前基準電圧手段、および
前記アナログ調整電圧を、上記加算前基準電圧に加えて、前記基準電圧を生成する加算手段、を含む
ガスセンサ制御装置。 - 請求項2または請求項3に記載のガスセンサ制御装置であって、
前記基準電圧調整手段における前記アナログ調整電圧の更新を、前記制御対象セルが活性化しているときに行う
ガスセンサ制御装置。 - 請求項2〜請求項4のいずれか1項に記載のガスセンサ制御装置であって、
前記基準電圧調整手段における前記アナログ調整電圧の更新を、所定期間毎に行う
ガスセンサ制御装置。 - 請求項2〜請求項4のいずれか1項に記載のガスセンサ制御装置であって、
前記ガスの濃度に関する第1信号を出力する第1信号出力手段と、
上記第1信号を利用する出力信号利用装置から入力される、前記アナログ調整電圧の更新を許可する許可信号の有無を検知する許可信号検知手段と、を備え、
前記アナログ調整電圧の更新を、上記許可信号により許可された期間内に行う
ガスセンサ制御装置。 - 請求項2〜請求項4のいずれか1項に記載のガスセンサ制御装置であって、
前記ガスの濃度に関する前記第1信号を、上記第1信号を利用する出力信号利用装置に対して出力する前記第1信号出力手段と、
前記アナログ調整電圧の更新中であることを示す第2信号を上記出力信号利用装置に出力する第2信号出力手段と、を備える
ガスセンサ制御装置。 - 請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のガスセンサ制御装置であって、
前記ガスセンサ素子は、
第1固体電解質体の一方の面が第1測定室に晒され、上記第1固体電解質体の他方の面が基準雰囲気に晒されてなるセンサセルと、
第2固体電解質体の一部が上記第1測定室に面し、上記センサセルの端子間電圧が第1所定電圧となるように、上記第1測定室に導入される測定対象ガスの酸素を出し入れする第1ポンピングセルと、
第3固体電解質体の一部が上記第1測定室に連通する第2測定室に面し、自身の端子間電圧に第2所定電圧が印加されることで、上記第2測定室に導入される上記第1ポンピングセルにより処理された後の酸素濃度調整済ガスに含まれるNOXの濃度に応じた電流が流れる第2ポンピングセルと、を有するNOXセンサ素子である
ガスセンサ制御装置。
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