JP4954185B2 - ガスセンサシステムと、ガスセンサの制御方法 - Google Patents
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Description
A.第1実施例:
B.第2実施例:
C.変形例:
図1は、本発明の一実施例としてのガスセンサシステム1を示す説明図である。このガスセンサシステム1は、ガスセンサ5と、ガスセンサ5を加熱するヒータ80と、ガスセンサ5に接続された検出回路3と、ヒータ80を制御するヒータ制御回路6と、各回路3、6を制御する処理装置2と、を備えている。このガスセンサシステム1は、内燃機関に供給される混合気の空燃比(A/F)を出力する。出力された空燃比は、例えば、燃料噴射量の制御等に利用される。なお、本実施例では、内燃機関としてガソリンエンジンを採用することとしている。
図11は、フィードバック演算部の別の実施例を示す説明図である。図5に示すフィードバック演算部PIDとの差違は、アナログ演算回路の代わりに、デジタル演算を実行するデジタル演算部300を有している点である。このフィードバック演算部PIDaは、図5に示すフィードバック演算部PIDと同じ機能を有している。上述の第1実施例において、フィードバック演算部PIDの代わりにフィードバック演算部PIDaを利用することができる。
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上述の各実施例において、フィードバック制御のための演算としては、PID演算に限らず、電流Ipの電圧Vsに応答した制御を実現するような種々の演算を採用可能である。例えば、P演算を採用してもよく、PI演算を採用してもよい。また、PID演算に限らず、他の演算を採用してもよい。
上述の各実施例において、ガスセンサ5を制御する装置の構成としては、図1に示す構成に限らず、種々の構成を採用可能である。例えば、オペアンプの代わりに、専用の増幅回路を利用してもよい。また、フィードバック演算部の構成としても、図5、図11に示す構成に限らず、種々の構成を採用可能である。
上述の各実施例において、温度に応じて変更される制御定数の段階数が3以上であってもよい。例えば、図7の実施例において、さらに、温度閾値TTよりも低い第2温度閾値で、制御定数が切り替えられてもよい。いずれの場合も、実際に利用するガスセンサの種々の温度における周波数特性に合わせて、予め実験的に、制御定数を決定すればよい。
上述の各実施例において、センサの制御処理の手順としては、図7、図9、図10に示す手順に限らず、種々の手順を採用可能である。例えば、起電力セル24のインピーダンスを測定する処理(図10の処理)が、ヒータ80の制御(図9)とは独立に実行されてもよい。例えば、図7のステップS330で、定数制御モジュールM4が、回路制御部59(図1)に、素子インピーダンスの測定開始を指示することによって、図10の処理が実行されてもよい。
上述の各実施例において、起電力セル24の抵抗値と相関を有する指標値としては、定電流を起電力セル24に流すことによって得られる電圧に限らず、種々の値を採用可能である。例えば、定電圧を起電力セル24に印加することによって得られる電流を採用してもよい。いずれの場合も、指標値とガスセンサの温度との対応関係は、予め実験的に決定すればよい。
上述の各実施例において、ガスセンサとしては、図2に示すような空燃比センサに限らず、測定室とポンプセルと起電力セルとを有する種々のセンサを採用可能である。例えば、図2に示す実施例においてヒータ80を省略してもよい。また、排ガス中の窒素酸化物(NOx)の濃度を測定するセンサ(NOxセンサとも呼ぶ)を採用してもよい。このようなNOxセンサの構成としては、図2のガスセンサ5に、第2の測定室と第2のポンプセルとを追加した構成を採用可能である。このようなNOxセンサの動作としては、例えば、以下の動作を採用可能である。排ガスは、測定室20(図2)に流入する。電流Ipの電圧Vsに応じたフィードバック制御によって、測定室20中の酸素濃度は所定の濃度に調整される。酸素濃度が調整された排ガスは、第2の測定室(図示せず)に流入する。第2の測定室には第2のポンプセルの一方の電極が露出している。第2の測定室に流入したNOxは電極上で分解され、その結果、酸素を生じる。第2ポンプセルに電圧を印加すると、生成された酸素量に応じた電流が流れる。この電流を測定することによって、NOxの量(すなわち、濃度)を特定することができる。
上記各実施例において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部あるいは全部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。例えば、図6の定数制御モジュールM4の機能を、専用のハードウェア回路によって実現してもよい。
2…処理装置
3…検出回路
5…ガスセンサ
6…ヒータ制御回路
12…外電極
14…ポンプセル
14E…外面
14I…内面
14c…電解質層
15…保護層
16…内電極
18…多孔質拡散層
20…拡散室
22…内電極
24…起電力セル
24E…外面
24I…内面
24c…電解質層
26…基準酸素室
28…外電極
40、42…通電経路
43…ガス検出端子
59…回路制御部
61…差動増幅回路
62…定電流回路
63、64、65、66…定電流源
80…ヒータ
83…アルミナシート
87…ヒータ抵抗
140…制御オペアンプ
146…目標電圧出力部
147…基準オペアンプ
149…加算オペアンプ
300…デジタル演算部
300M…メモリ
310…A/D変換部
320…D/A変換部
Pout…出力点
PID1…第1制御定数
PID2…第2制御定数
SWp…スイッチ
SW1…第1スイッチ
SW2a、SW2b、SW2c…第2スイッチ
SW3a、SW3b…第3スイッチ
Rpvs…インピーダンス信号
PIDa…フィードバック演算部
R1…検出抵抗器
Rs…スイッチ抵抗器
R、R2、Rh、R1p、R2p、R3p、R4p、R5p、R6p、R7p…抵抗器
C1、C2、C1p、C2p、C3p…キャパシタ
M1…A/F出力モジュール
M3…ヒータ制御モジュール
M4…定数制御モジュール
VB…直流電源
ID…駆動部
VD…検出部
IT…入力端子
RT…基準端子
OT…出力端子
Tr…トランジスタ
OP1…第1オペアンプ
OP2…第2オペアンプ
OP3…第3オペアンプ
OP4…第4オペアンプ
OP5…第5オペアンプ
PID…フィードバック演算部
Ipt…第1端子
Vst…第2端子
COM…第3端子
Claims (12)
- ガスセンサシステムであって、
ガスセンサと、
電流制御部と、
定数制御部と、
前記ガスセンサの温度に応じた値である温度対応値を取得する取得部と、
を備え、
前記ガスセンサは、
測定対象ガスが流入する測定室と、
第1外電極と、前記測定室に露出する第1内電極と、前記第1外電極と前記第1内電極とに挟まれた第1固体電解質と、を有するポンプセルと、
第2外電極と、前記測定室に露出する第2内電極と、前記第2外電極と前記第2内電極とに挟まれた第2固体電解質と、を有する起電力セルと、
を備え、
前記電流制御部は、前記起電力セルの電圧に応答して前記ポンプセルに流れる電流をフィードバック制御し、
前記定数制御部は、前記温度対応値に応じて前記フィードバック制御の制御定数を変更する、
ガスセンサシステム。 - 請求項1に記載のガスセンサシステムであって、さらに、
前記ガスセンサの温度を目標温度に上げるために利用されるヒータを備え、
前記定数制御部は、
前記ガスセンサの温度が、前記目標温度よりも低い温度閾値が上限である第1温度範囲内にあることを、前記温度対応値が表す場合には、第1制御定数を採用し、
前記ガスセンサの温度が、前記目標温度を含むとともに前記温度閾値が下限である第2温度範囲内にあることを、前記温度対応値が表す場合には、第2制御定数を採用する、
ガスセンサシステム。 - 請求項1または請求項2に記載のガスセンサシステムであって、
前記電流制御部は、互いに異なる制御定数を定める複数の回路素子と、前記回路素子によって定められた前記制御定数に基づいて前記フィードバック制御のための演算を実行するアナログ演算回路と、を含み、
前記定数制御部は、前記アナログ演算回路と前記複数の回路素子との間の接続状態を切り替えることによって前記制御定数を変更するスイッチを含む、
ガスセンサシステム。 - 請求項1または請求項2に記載のガスセンサシステムであって、
前記電流制御部は、前記制御定数を表す定数値に基づいて前記フィードバック制御のためのデジタル演算を実行する演算部を含み、
前記定数制御部は、前記デジタル演算に利用される前記定数値を変更する、
ガスセンサシステム。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のガスセンサシステムであって、
前記取得部は、前記温度対応値として、前記起電力セルの抵抗値と相関を有する指標値を取得し、
前記定数制御部は、前記指標値に応じて前記制御定数を変更する、
ガスセンサシステム。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のガスセンサシステムであって、
前記電流制御部は、前記起電力セルの電圧が目標電圧になるように、前記ポンプセルに流れる電流をフィードバック制御する、
ガスセンサシステム。 - ガスセンサの制御方法であって、
前記ガスセンサは、
測定対象ガスが流入する測定室と、
第1外電極と、前記測定室に露出する第1内電極と、前記第1外電極と前記第1内電極とに挟まれた第1固体電解質と、を有するポンプセルと、
第2外電極と、前記測定室に露出する第2内電極と、前記第2外電極と前記第2内電極とに挟まれた第2固体電解質と、を有する起電力セルと、
を備え、
前記方法は、
前記起電力セルの電圧に応答して前記ポンプセルに流れる電流をフィードバック制御する工程と、
前記ガスセンサの温度に応じた値である温度対応値を取得する工程と、
前記温度対応値に応じて前記フィードバック制御の制御定数を変更する工程と、
を備える、方法。 - 請求項7に記載の方法であって、さらに、
ヒータが前記ガスセンサの温度を目標温度に上げる工程を備え、
前記制御定数を変更する工程は、
前記ガスセンサの温度が、前記目標温度よりも低い温度閾値が上限である第1温度範囲内にあることを、前記温度対応値が表す場合には、第1制御定数を採用する工程と、
前記ガスセンサの温度が、前記目標温度を含むとともに前記温度閾値が下限である第2温度範囲内にあることを、前記温度対応値が表す場合には、第2制御定数を採用する工程と、
を含む、方法。 - 請求項7または請求項8に記載の方法であって、
前記電流をフィードバック制御する工程は、アナログ演算回路が、回路素子によって定められた前記制御定数に基づいて前記フィードバック制御のための演算を実行する工程を含み、
前記制御定数を変更する工程は、前記アナログ演算回路と、互いに異なる制御定数を定める複数の回路素子との間の接続状態を切り替えることによって前記制御定数を変更する工程を含む、
方法。 - 請求項7または請求項8に記載の方法であって、
前記電流をフィードバック制御する工程は、演算部が、前記制御定数を表す定数値に基づいて前記フィードバック制御のためのデジタル演算を実行する工程を含み、
前記制御定数を変更する工程は、前記デジタル演算に利用される前記定数値を変更する工程を含む、
方法。 - 請求項7ないし請求項10のいずれかに記載の方法であって、さらに、
前記温度対応値を取得する工程は、前記温度対応値として、前記起電力セルの抵抗値と相関を有する指標値を取得する工程を含み、
前記制御定数を変更する工程は、前記指標値に応じて前記制御定数を変更する工程を含む、
方法。 - 請求項7ないし請求項11のいずれかに記載の方法であって、
前記電流をフィードバック制御する工程は、前記起電力セルの電圧が目標電圧になるように、前記ポンプセルに流れる電流をフィードバック制御する工程を含む、方法。
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