JP5005563B2 - ガス検出装置および車両用空調システム - Google Patents

Description

本発明は、環境雰囲気中の特定ガスの濃度変化を検出するガス検出装置と、これを備える車両用空調システムに関する。

従来、環境雰囲気中の特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化する酸化物半導体を用いたガスセンサ素子が知られている。ガスセンサ素子によって検出可能な特定ガスとしては、例えば、自動車の排気ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）などの酸化性ガスやＣＯ、ＨＣ（ハイドロカーボン）などの還元性ガスがある。こうしたガスセンサ素子は、例えば、環境雰囲気中の排気ガスの濃度変化に応じて、自動車の空調システムの動作モードを、外気導入と内気循環のいずれかに自動的に切り換える装置に利用されている（特許文献１参照）。

特許文献２には、こうしたガスセンサ素子の故障を防止する技術が開示されている。具体的には、ガスセンサ素子から出力される電圧が、所定の閾値よりも低い場合に、ショートが発生するおそれがあると判断して、ガスセンサ素子への通電を停止させる技術が記載されている。

しかし、特許文献２に記載の技術では、環境温度や湿度の急激な変化や特殊なガスの影響によって一時的にガスセンサ素子が異常な電圧を出力した場合にも、特定ガスの検出が停止されてしまう。そのため、ガスセンサ素子自体は、正常に機能しているにもかかわらず、特定ガスの濃度の検出が長期間不能となってしまう場合があった。また、特許文献２に記載の技術においても、通電が停止された後に、ガスセンサ素子を備える装置を再起動させれば、特定ガスの検出を再開させることも可能ではある。しかし、ガスセンサ素子は、出力を安定させるために十分に加熱する必要があるため、特定ガスの検出再開までに相当の時間を要する場合があった。

特開２００５−２０７７６０号公報 特開２００７−１３２８２９号公報

上述した問題を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、ガスセンサ素子が故障したと判定された場合に、特定ガスの検知結果の出力を迅速に再開させる技術を提供する点にある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
第１の形態のガス検出装置は、環境雰囲気中の特定ガスの濃度に応じて電気的な特性が変化する酸化物半導体を有するガスセンサ素子と、前記ガスセンサ素子から、該ガスセンサ素子の前記電気的な特性を示すセンサ値を取得する取得部と、前記取得されたセンサ値に基づいて、前記ガスセンサ素子から前記取得部までの電気経路の故障を判定する故障判定部と、前記故障判定部による判定の結果に関わらず、前記取得されたセンサ値に基づいて、前記特定ガスの濃度変化を検出するガス濃度検出部と、前記故障判定部によって前記電気経路が故障していると判定された場合には、前記電気経路が故障していることを表す故障信号を出力し、前記故障判定部によって前記電気経路が故障していないと判定された場合には、前記ガス濃度検出部により検出されている前記特定ガスの濃度変化に応じた濃度信号を出力する信号出力部と、を備えるガス検出装置である。
上記形態のガス検出装置では、故障判定部によるガスセンサ素子の故障の判定結果に関わらず、ガスセンサ素子から出力されたセンサ値に基づいて、特定ガスの濃度変化の検出を続行する。更に、上記態様のガス検出装置では、故障判定部によってガスセンサ素子が故障していると判定された場合には、ガスセンサ素子が故障していることを表す故障信号を出力し、故障判定部によってガスセンサ素子が故障していないと判定された場合には、ガス濃度検出部にて検出されている特定ガスの濃度変化に応じた濃度信号を出力する。つまり、信号の出力段階において、故障信号を出力するのか濃度信号を出力するのかを選択するので、故障していると誤判定された場合であっても、ガスセンサ素子から出力されるセンサ値が正常な状態に復帰すれば、即座に、特定ガスの濃度変化に応じた濃度信号を出力することが可能になる。

［適用例１］ガス検出装置であって、環境雰囲気中の特定ガスの濃度に応じて電気的な特性が変化する酸化物半導体を有するガスセンサ素子と、前記ガスセンサ素子から、該ガスセンサ素子の前記電気的な特性を示すセンサ値を取得する取得部と、前記取得されたセンサ値に基づいて、前記ガスセンサ素子から前記取得部までの電気経路の故障を判定する故障判定部と、前記故障判定部による判定の結果に関わらず、前記取得されたセンサ値に基づいて、前記特定ガスの濃度状態を求めるガス濃度検出部と、前記故障判定部によって前記電気経路が故障していると判定された場合には、前記電気経路が故障していることを表す故障信号を出力し、前記故障判定部によって前記電気経路が故障していないと判定された場合には、前記ガス濃度検出部により求められている前記特定ガスの濃度状態を表す濃度信号を出力する信号出力部とを備えるガス検出装置。

上記態様のガス検出装置では、故障判定部によるガスセンサ素子の故障の判定結果に関わらず、ガスセンサ素子から出力されたセンサ値に基づいて、特定ガスの濃度状態の検出を続行する。更に、上記態様のガス検出装置では、故障判定部によってガスセンサ素子が故障していると判定された場合には、ガスセンサ素子が故障していることを表す故障信号を出力し、故障判定部によってガスセンサ素子が故障していないと判定された場合には、ガス濃度検出部にて求められている特定ガスの濃度状態を表す濃度信号を出力する。つまり、信号の出力段階において、故障信号を出力するのか濃度信号を出力するのかを選択するので、故障していると誤判定された場合であっても、ガスセンサ素子から出力されるセンサ値が正常な状態に復帰すれば、即座に、特定ガスの濃度状態を出力することが可能になる。

［適用例２］適用例１に記載のガス検出装置であって、前記故障判定部は、当該ガス検出装置が起動されてから所定の期間を経過した後に、前記故障の判定を行うガス検出装置。

上記態様のガス検出装置によれば、ガス検出装置が起動してから所定の期間を経過した後のセンサ値に基づいて故障判定を行うようにしているため、酸化物半導体を有するガスセンサ素子のセンサ出力値が比較的安定した値を示すようになってから故障の判定を行うことができる。そのため、故障したと誤判定されることを抑制することが可能になる。

［適用例３］適用例１または適用例２に記載のガス検出装置であって、前記信号出力部は、前記濃度信号として、前記特定ガスの濃度状態に応じて異なるデューティ比を採るパルス信号を出力するものであり、該信号出力部は、前記濃度信号が採り得る範囲外のデューティ比のパルス信号を、前記故障信号として出力するガス検出装置。

上記態様のガス検出装置によれば、性質の異なる２種類の信号を同一の伝送路で出力することが可能になる。

［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれかに記載のガス検出装置であって、前記故障判定部は、前記取得されたセンサ値と予め定められた大きさの異なる２種類の閾値とを比較することで、前記電気経路に断線が生じているか、前記電気経路にショートが生じているか、前記電気経路が正常であるかのいずれかを判定するガス検出装置。

上記態様のガス検出装置によれば、ガスセンサ素子から出力されるセンサ値を用いることで、２種類の故障状態を判別することができる。

［適用例５］車両に備えられる車両用空調システムであって、適用例１ないし適用例４のいずれかに記載のガス検出装置と、前記ガス検出装置の信号出力部から出力された信号を受信する受信部と、前記受信した信号が、前記濃度信号である場合に、該濃度信号が示す前記特定ガスの濃度状態に応じて前記車両内に導入する大気を外気または内気に切り換え、前記受信した信号が前記故障信号である場合に、故障が発生したことを所定の出力装置に出力する制御部とを備える車両用空調システム。

上記態様の車両用空調システムによれば、ガス検出装置から入力した信号に応じて、車両内に導入する大気を切り換えや、故障の報知を行うことが可能になる。

なお、本発明は、上述した形態や適用例以外にも、ガス検出装置の制御方法や車両用空調システムの制御方法などとして適用することが可能である。

以下、本発明の実施の形態を実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．車両用空調システムの概略構成：
Ｂ．メインルーチン：
Ｃ．故障判定処理ルーチン：
Ｄ．出力レベル設定処理ルーチン：
Ｅ．変形例：

Ａ．車両用空調システムの概略構成：
図１は、実施例としてのガス検出装置１０を備える車両用空調システム１００の概略構成を示す説明図である。本実施例の車両用空調システム１００は、ガスセンサ素子１２によって検知される大気中の特定ガスの濃度に基づいて、エアコンの動作モードを、外気導入や内気循環に切り換えるシステムである。外気導入とは、車室外の環境雰囲気を車室内へ導入することをいい、内気循環とは、車室内から排出した雰囲気を再度、車室内へ戻して循環させることをいう。

図１に示すように、自動車の車室内には、内部にファン２７が設けられたダクト２５が接続されている。このダクト２５には、外気を導入するための外気導入ダクト２３と、内気を循環させるための内気循環ダクト２４とが接続されている。外気導入ダクト２３と内気循環ダクト２４のどちらがダクト２５に導通するかは、フラップ２６の回動動作によって選択される。外気導入ダクト２３とダクト２５とが導通すれば、外気導入となり、内気循環ダクト２４とダクト２５とが導通すれば、内気循環となる。

車両用空調システム１００は、上述したフラップ２６を回動させるアクチュエータ２２と、アクチュエータ２２の駆動を制御するエアコン電子制御装置（以下、エアコンＥＣＵという）２１と、車室外の環境雰囲気中の特定ガスの濃度を検出するガス検出装置１０とを備えている。ガス検出装置１０は、例えば、車両のフロントグリルに取り付けられる。

ガス検出装置１０は、ガスセンサ素子１２や、ガスセンサ素子１２を加熱するヒータ３０、ガスセンサ素子１２から出力された電圧を入力するバッファ素子１３、バッファ素子１３から出力された信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１４、Ａ／Ｄ変換器１４から出力された信号を解析するマイクロコンピュータ１５を備えている。

ガスセンサ素子１２は、その一端が接地されており、他端が、抵抗器１１に接続されている。抵抗器１１は、固定された抵抗値Ｒｄを有しており、ガスセンサ素子１２とは逆側の端子が、電源電圧Ｖｃｃ（本実施例では５Ｖ）に接続されている。ガスセンサ素子１２としては、排気ガス中のＮＯｘ等の酸化性ガスに反応し、その濃度に応じて抵抗値Ｒｓが変化する酸化物半導体が使用される。具体的には、本実施例のガスセンサ素子１２には三酸化タングステン（ＷＯ３）が使用されており、環境雰囲気中の酸化性ガスの濃度が上昇すると抵抗値Ｒｓが上昇する。なお、ガスセンサ素子１２を構成する酸化物半導体は三酸化タングステンに限られず、二酸化スズ（ＳｎＯ２）等の材質を用いても良い。

バッファ素子１３は、電源電圧Ｖｃｃをガスセンサ素子１２と抵抗器１１とで分圧する分圧点に、その入力ポートが接続されている。このバッファ素子１３には、ガスセンサ素子１２の抵抗値Ｒｓに基づいて変化する電圧Ｖｓが入力される。抵抗器１１の抵抗値Ｒｄは一定であることから、酸化性ガスの濃度が上がりガスセンサ素子１２の抵抗値Ｒｓが上昇すると、ガスセンサ素子１２の出力電圧Ｖｓは大きくなる。

バッファ素子１３の出力側にはＡ／Ｄ変換器１４が接続されている。Ａ／Ｄ変換器１４は、バッファ素子１３からアナログ値である電圧Ｖｓを入力すると、これをデジタル信号のセンサ値に変換し、マイクロコンピュータ１５に出力する。具体的には、Ａ／Ｄ変換器１４は、０Ｖから５Ｖの間で連続的に変化する電圧Ｖｓを、２５６段階のセンサ値に量子化して、マイクロコンピュータ１５に出力する。

マイクロコンピュータ１５は、ＣＰＵ１７やＲＯＭ１６、ＲＡＭ１８を備えている。ＲＯＭ１６には、所定の制御プログラムが記憶されている。ＣＰＵ１７は、この制御プログラムをＲＡＭ１８にロードして実行することで、後述するメインルーチンや、故障判定処理ルーチン、出力レベル設定処理ルーチンの処理を実現する。ＣＰＵ１７は、この制御プログラムの働きにより、本願の「取得部」、「故障判定部」、「ガス濃度検出部」、「信号出力部」として機能する。

マイクロコンピュータ１５の出力ポート５１にはエアコンＥＣＵ２１が接続されている。マイクロコンピュータ１５からエアコンＥＣＵ２１には、ガス検出装置１０の故障状態を示す故障信号や、ガスセンサ素子１２が検出した特定ガスの濃度のレベルを示す濃度信号が、パルス波（パルス信号）によって出力される。マイクロコンピュータ１５は、故障信号と濃度信号とでパルス波のデューティ比を変化させることで、これらの信号を同一の伝送路によってエアコンＥＣＵ２１に送信する。

エアコンＥＣＵ２１は、マイクロコンピュータ１５から故障信号や濃度信号を入力すると、入力した信号に応じた処理を実行する。具体的には、エアコンＥＣＵ２１は、マイクロコンピュータ１５から故障信号を入力した場合には、エアコンＥＣＵ２１に接続された警告灯４０を点灯させる。なお、本実施例では警告灯４０を点灯させることとしたが、エアコンＥＣＵ２１が備えるフラッシュメモリなどに、故障が発生した旨を、故障の種別やその発生時期と共に記録することとしてもよい。

エアコンＥＣＵ２１は、マイクロコンピュータ１５から濃度信号を入力した場合には、その濃度信号によって表される特定ガスの濃度レベルに応じて、アクチュエータ２２を制御し、フラップ２６の開度を調整する。こうすることで、エアコンＥＣＵ２１は、特定ガスの濃度レベルに応じて、外気導入と内気循環との切り替えを行うことができる。

マイクロコンピュータ１５の出力ポート５２には、スイッチング素子３１が接続されている。スイッチング素子３１は、ガスセンサ素子１２の近傍に配置されたヒータ３０のオン・オフを行う素子である。ヒータ３０は、ガス検出装置１０の起動と共にオンにされ、ガスセンサ素子１２を数百℃程度に加熱する。ガスセンサ素子１２を活性化させて精度良く特定ガスの濃度を検出すると共に、ガスセンサ素子１２からの出力電圧Ｖｓの早期安定化を促し、早期の特定ガスの濃度検出につなげるためである。ヒータ３０による加熱により、ガスセンサ素子１２は、概ね３０秒程度で活性化し、出力電圧Ｖｓが安定した挙動を呈する。本実施例では、ヒータ３０は、ガスセンサ素子１２とともに同一の絶縁性セラミック基板３２上に実装されている。

Ｂ．メインルーチン：
図２は、マイクロコンピュータ１５が実行するメインルーチンのフローチャートである。このメインルーチンは、ガス検出装置１０の起動と共に実行される処理である。

このメインルーチンが実行されると、マイクロコンピュータ１５は、まず、初期化処理を行う（ステップＳ１０）。この初期化処理では、マイクロコンピュータ１５が使用する各種パラメータの準備や初期化が行われる。また、この初期化処理によりタイマのカウントが開始される。本実施例では、この初期化処理によって、後述する処理で用いられる断線フラグが「０」、ショートフラグが「０」、出力レベルが「０」に設定される。

初期化処理が終了すると、マイクロコンピュータ１５は、Ａ／Ｄ変換器１４から、センサ値を取得する（ステップＳ２０）。

センサ値を取得すると、マイクロコンピュータ１５は、故障判定処理を実行する（ステップＳ３０）。故障判定処理とは、Ａ／Ｄ変換器１４から取得したセンサ値に基づいて、ガスセンサ素子１２の故障（ショートもしくは断線）を検出する処理である。この故障判定処理の詳細については後述する。

故障判定処理が終了すると、マイクロコンピュータ１５は、現在のタイマの値に基づき、予め定められた初期暖気時間が経過したかを判断する（ステップＳ４０）。初期暖気時間とは、ガスセンサ素子１２が活性化するために必要な時間である。本実施例では、この初期暖気時間を３５秒とした。

初期暖気時間が経過していれば（ステップＳ４０：Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ１５は、ガス濃度検知処理を実行する（ステップＳ５０）。ガス濃度検知処理とは、Ａ／Ｄ変換器１４から入力したセンサ値に基づいて、ガスセンサ素子１２が検出した特定ガスの濃度を判定する処理である。本実施例では、このガス濃度検知処理によって、特定ガスの濃度が、低濃度であって環境雰囲気が清浄状態にある（低レベル）か、高濃度であって環境雰囲気が汚染状態にある（高レベル）のいずれかに判定される。なお、上記ステップＳ４０において、初期暖気時間が経過していない場合には（ステップＳ４０：Ｎｏ）、ガスセンサ素子１２がまだ活性化されておらず、その出力が不安定な状態にある可能性があるので、マイクロコンピュータ１５は、このステップＳ５０のガス濃度検知処理をスキップする。

本実施例のガスセンサ素子１２は、酸化物半導体によって構成されているため、ガスセンサ素子１２の抵抗値Ｒｓは、酸化性ガスの濃度変化とは無関係に、温度や湿度の変化に影響されて変動する場合がある。そのため、上記ステップＳ５０のガス濃度検知処理では、ガス濃度の変化を判定するためにセンサ値と比較する基準値を動的に定める。具体的には、この基準値を、過去のセンサ値と所定の係数とに基づいて計算することで、現在のセンサ値の変動に緩慢に追従するような値とする。そして、現在のセンサ値とこの基準値との差分を求め、この差分が、所定の閾値より大きくなった場合に、特定ガスの濃度が高まったと判断する。逆に、現在のセンサ値が、基準値よりも下回れば、特定ガスの濃度が低下したと判断する。このような処理を行うことで、マイクロコンピュータ１５は、温度や湿度の変化による影響を抑制して、精度良く、特定ガスの濃度変化を検出することが可能になる。このようなガス濃度検知処理の詳細は、例えば、特開２００５−２０７７６０号公報や特開２００５−１１４６１６号公報に開示されている。

ステップＳ５０のガス濃度検知処理が終了した場合、もしくは、ステップＳ４０で初期暖気時間が経過していないと判定された場合には、マイクロコンピュータ１５は、続いて、出力レベル設定処理を実行する（ステップＳ６０）。この出力レベル設定処理では、ステップＳ３０で実行した故障判定処理の結果を示す故障信号や、ステップＳ５０で検出した特定ガスの濃度レベルを示す濃度信号がエアコンＥＣＵ２１に出力される。かかる処理の詳細については後述する。

出力レベル設定処理の実行後、マイクロコンピュータ１５は、タイマの値が所定のサンプリング時間までカウントアップされたか判断する（ステップＳ７０）。本実施例では、このサンプリング時間を、０．１秒とする。サンプリング時間までカウントアップされていなければ（ステップＳ７０：ＮＯ）、マイクロコンピュータ１５は、このステップＳ７０の処理をループすることで、タイマがサンプリング時間までカウントアップされるのを待機する。一方、サンプリング時間までカウントアップされれば、マイクロコンピュータ１５は、上記ステップＳ２０に処理を移行する。つまり、本実施例では、上述したステップＳ２０からステップＳ７０までの処理が、０．１秒単位で繰り返し実行されることになる。

以上、本実施例のマイクロコンピュータ１５が実行するメインルーチンについて説明した。以下、上記ステップＳ３０において実行される故障判定処理ルーチンの詳細と、上記ステップＳ６０において実行される出力レベル設定処理ルーチンの詳細について説明する。

Ｃ．故障判定処理ルーチン：
図３は、図２に示したメインルーチンのステップＳ３０で実行される故障判定処理ルーチンの詳細なフローチャートである。この故障判定処理ルーチンが実行されると、まず、マイクロコンピュータ１５は、断線フラグが「１」であるかを判断する（ステップＳ１００）。上述したように、この断線フラグは、ガス検出装置１０の起動直後には「０」であるため、故障判定処理ルーチンが最初に実行された場合には、ステップＳ１００では、「Ｎｏ」と判断される。

ステップＳ１００で、「Ｎｏ」と判断されると、マイクロコンピュータ１５は、続いて、ショートフラグが「１」であるかを判断する（ステップＳ１１０）。上述したように、このショートフラグも、ガス検出装置１０の起動直後には「０」であるため、故障判定処理ルーチンが最初に実行された場合には、ステップＳ１１０では、「Ｎｏ」と判断される。

ステップＳ１１０で、「Ｎｏ」と判断されると、マイクロコンピュータ１５は、タイマの値に基づき、現時点が、故障判定タイミングであるかを判断する（ステップＳ１２０）。本実施例では、この故障判定タイミングは、ガス検出装置１０の起動から３０秒後とする。このタイミングは、ガスセンサ素子１２からの出力電圧Ｖｓ（換言すれば、センサ値）が比較的安定した挙動を呈するために必要な時間を勘案して設定されている。また、この故障判定タイミングは、上述したメインルーチンでガス濃度検知処理の実行が開始される初期暖気時間（３５秒）よりも若干短い時間に設定されている。これは、特定ガスの濃度の測定を開始する前に、ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路に電気的な故障が生じているかを判断するためである。

ステップＳ１２０において、現時点が、故障判定タイミングでないと判断されれば（ステップＳ１２０：Ｎｏ）、つまり、ガス検出装置１０の起動から３０秒未満であるか、もしくは、３０秒を経過したと判断されれば、マイクロコンピュータ１５は、当該故障判定処理ルーチンを抜けて、処理をメインルーチンに戻す。

一方、現在が、故障判定タイミングであると判断されれば（ステップＳ１２０：Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ１５は、メインルーチンのステップＳ２０で取得したセンサ値が、所定の断線判定閾値を超えているかを判断する（ステップＳ１３０）。本実施例では、断線判定閾値を、４．３Ｖとした。図１に示すように、ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路に断線が発生した場合には、バッファ素子１３の入力ポートが、抵抗器１１を介して、電源電圧Ｖｃｃに接続された状態になる可能性がある。この場合、センサ値は、電源電圧Ｖｃｃ（５Ｖ）に近づく。そのため、本実施例では、ある程度の測定誤差を考慮し、断線判定閾値を４．３Ｖとした。なお、断線判定閾値は、４．３Ｖに限定される必要はなく、電源電圧Ｖｃｃの８０％程度以上の電圧とすることが可能である。

ステップＳ１３０で、センサ値が、断線判定閾値を超えていると判断されれば（ステップＳ１３０：Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ１５は、ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路に断線が生じていると判定する。そこで、その判定結果として、断線フラグを「１」に設定する（ステップＳ１４０）。断線フラグを「１」に設定すると、マイクロコンピュータ１５は、当該故障判定処理ルーチンを抜けて、処理を、メインルーチンに戻す。

ステップＳ１３０で、センサ値が、断線判定閾値を超えていないと判断されれば（ステップＳ１３０：Ｎｏ）、続いて、マイクロコンピュータ１５は、メインルーチンのステップＳ２０で取得したセンサ値が、所定のショート判定閾値未満であるかを判断する（ステップＳ１５０）。本実施例では、ショート判定閾値を、０．５Ｖとした。図１に示すように、ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路がショートした場合には、バッファ素子１３の入力ポートが接地された状態になる可能性がある。この場合、センサ値は０Ｖに近づく。そのため、本実施例では、ある程度の測定誤差を考慮して、ショート判定閾値を０．５Ｖとした。なお、ショート判定閾値は、０．５Ｖに限定される必要はなく、電源電圧Ｖｃｃの１０％以下程度の電圧とすることが可能である。

ステップＳ１５０で、センサ値が、ショート判定閾値未満であると判断されれば（ステップＳ１５０：Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ１５は、ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路がショートしていると判定する。そこで、その判定結果として、ショートフラグを「１」に設定する（ステップＳ１６０）。ショートフラグを「１」に設定すると、マイクロコンピュータ１５は、当該故障判定処理ルーチンを抜けて、処理を、メインルーチンに戻す。これに対して、ステップＳ１５０で、センサ値が、ショート判定閾値未満でないと判断されれば（ステップＳ１５０：Ｎｏ）、マイクロコンピュータ１５は、ステップＳ１６０の処理をスキップし、処理を、メインルーチンに戻す。

以上で説明したように、本実施例の故障判定処理ルーチンでは、ガス検出装置１０の起動から３０秒経過した故障判定タイミングの際に、１回だけ、ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路に断線やショートが発生しているかを判定している。

上記ステップＳ１００で、断線フラグが「１」であると判断された場合（ステップＳ１００：Ｙｅｓ）、つまり、故障判定タイミング時にガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路に断線が生じていると判断されていた場合には、マイクロコンピュータ１５は、センサ値が、上述した断線判定閾値以下になったかを判断する（ステップＳ１７０）。つまり、このステップＳ１７０では、一旦、断線が生じていると判断された状態から、ガスセンサ素子１２の出力が正常な状態に復帰したかを判断する。このステップＳ１７０において、センサ値が、断線判定閾値以下になったと判断されれば（ステップＳ１７０：Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ１５は、断線フラグを「０」にクリアして（ステップＳ１８０）、当該故障判定処理ルーチンを抜ける。一方、センサ値が、依然として、断線判定閾値を超えたままであれば（ステップＳ１７０：Ｎｏ）、マイクロコンピュータ１５は、断線フラグを「１」に維持したまま、当該故障判定処理ルーチンを抜ける。

上記ステップＳ１１０で、ショートフラグが「１」であると判断された場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、つまり、故障判定タイミング時にガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路にショートが生じていると判断されていた場合には、マイクロコンピュータ１５は、センサ値が、上述したショート判定閾値以上になったかを判断する（ステップＳ１９０）。つまり、このステップＳ１９０では、一旦、ショートが生じている判断された状態から、ガスセンサ素子１２の出力が正常な状態に復帰したかを判断する。このステップＳ１９０において、センサ値が、ショート判定閾値以上になったと判断されれば（ステップＳ１９０：Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ１５は、ショートフラグを「０」にクリアして（ステップＳ２００）、当該故障判定処理ルーチンを抜ける。一方、センサ値が、依然としてショート判定閾値未満のままであれば（ステップＳ１７０：Ｎｏ）、マイクロコンピュータ１５は、断線フラグを「１」に維持したまま、当該故障判定処理ルーチンを抜ける。

以上で説明した故障判定処理ルーチンによれば、ガス検出装置１０の起動後３０秒の時点の故障判定タイミングにおいて、ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路に断線またはショートが発生していると判定された場合であっても、その後に、ガスセンサ素子１２の出力が正常な値となっていれば、故障判定の結果をクリアすることができる。

Ｄ．出力レベル設定処理ルーチン：
図４は、図２に示したメインルーチンのステップＳ６０で実行される出力レベル設定処理ルーチンの詳細なフローチャートである。この出力レベル設定処理ルーチンが実行されると、マイクロコンピュータ１５は、まず、断線フラグとショートフラグの少なくとも一方が「１」であるかを判断する（ステップＳ３００）。つまり、ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路に故障が生じているかを判断する。

ステップＳ３００において、断線フラグとショートフラグの少なくともいずれか一方が「１」であると判断されれば（ステップＳ３００：Ｙｅｓ）、ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路に故障が生じていることになるので、マイクロコンピュータ１５は、故障信号をエアコンＥＣＵ２１に出力する。具体的には、マイクロコンピュータ１５は、その故障状態に応じて出力信号のレベルを設定する（ステップＳ３１０）。本実施例では、断線フラグが「１」であれば、マイクロコンピュータ１５は、出力レベルを「０」に設定する。一方、ショートフラグが「０」であれば、マイクロコンピュータ１５は、出力レベルを「１」に設定する。ステップＳ３１０によって出力レベルの設定が完了すると、マイクロコンピュータ１５は、当該出力レベル設定処理ルーチンを抜ける。

ステップＳ３００において、断線フラグとショートフラグの両者が「０」であると判断されれば（ステップＳ３００：Ｎｏ）、ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路は正常な状態であるので、マイクロコンピュータ１５は、濃度信号をエアコンＥＣＵ２１に出力する。つまり、メインルーチンのステップＳ５０で検知した特定ガスの濃度状態に応じて出力信号のレベルを設定する（ステップＳ３２０）。具体的には、ガス濃度が低濃度であれば、出力レベルを「２」に設定する。一方、ガス濃度が高濃度であれば、出力レベルを「３」に設定する。ステップＳ３２０によって出力レベルの設定が完了すると、マイクロコンピュータ１５は、当該出力レベル設定処理ルーチンを抜ける。

以上で説明した出力レベル設定処理ルーチンによれば、ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路が故障中であれば、故障状態を示す信号がエアコンＥＣＵ２１に出力される。一方、故障中でなければ、特定ガスの濃度レベルがエアコンＥＣＵ２１に出力される。

上記出力レベル設定処理ルーチンのステップＳ３１０またはステップＳ３２０によって出力レベルが設定されると、設定された出力レベルに応じたパルス信号が、マイクロコンピュータ１５の出力ポート５１からエアコンＥＣＵ２１に出力される。

図５は、出力レベルに応じたパルス信号の一覧を示す表である。図示するように、本実施例では、出力レベルが「０」、すなわち、ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路にショートが発生した場合には、デューティ比が１０％のパルス信号が出力される。これに対して、出力レベルが「１」、すなわち、ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路に断線が発生した場合には、デューティ比が９０％のパルス信号が出力される。また、出力レベルが「２」、すなわち、ガス濃度が低濃度の場合（環境雰囲気が清浄状態である場合）には、デューティ比が３０％のパルス信号が出力される。また、出力レベルが「３」、すなわち、ガス濃度が高濃度の場合（環境雰囲気が汚染状態である場合）には、デューティ比が５０％のパルス信号が出力される。つまり、本実施例では、故障信号のデューティ比を、濃度信号が採り得るデューティ比の範囲外のデューティ比としている。エアコンＥＣＵ２１は、マイクロコンピュータ１５から受信したパルス信号のデューティ比を判別することで、入力したパルス信号が、故障を示す信号であるか、ガス濃度を示す信号であるのかを判別する。そして、入力した信号が故障信号（出力レベル０，１）であれば、警告灯４０を点灯させる。また、濃度信号であれば、その濃度に応じたフラップ２６の回動制御を行う。具体的には、低濃度信号（出力レベル２）であれば、外気循環とし、高濃度信号（出力レベル３）であれば、内気循環モードとする。

以上で説明した本実施例の車両用空調システム１００では、所定の故障判定タイミングにおいて、ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路が故障していると判定された場合であっても（図３のステップＳ１４０，Ｓ１６０参照）、その判定の結果に関わらず、ガスセンサ素子１２を用いて、ガス濃度の検知を続行する（図２のステップＳ５０参照）。ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路に断線やショートが生じることは希な現象であるため、ガスセンサ素子１２の出力（センサ値）が異常であっても、それは、温度や湿度の急激な変化や特殊なガスの影響による誤判定である可能性が高い。そのため、ある程度の時間が経過すれば、ガスセンサ素子１２の出力（センサ値）が正常な出力に復帰する場合が多いためである。この結果、本実施例のガス検出装置１０によれば、故障であると誤判定された場合でも、センサ値が正常な値に復帰すれば、迅速に、特定ガスの濃度レベルの出力を再開させることができる。

また、本実施例では、上述のように、故障判定の結果に関わらず、ガス濃度の検知を続行させるため、ガス検知の再開時にガスセンサ素子１２を再度、加熱して活性化させる処理が不要となる。従って、この点でも、迅速に、ガスの濃度レベルの出力を再開させることが可能になる。

更に、本実施例では、上記出力レベル設定処理ルーチンによって、ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路が故障中であれば、故障状態を示す信号がエアコンＥＣＵ２１に出力され、故障中でなければ、ガスの濃度レベルがエアコンＥＣＵ２１に出力される。つまり、故障の発生時ではなく、信号の出力段階において、故障信号を出力するのか、濃度信号を出力するのかを選択している。そのため、ガスセンサ素子からマイクロコンピュータ１５までの電気経路が故障していると誤判定された場合であっても、ガスセンサ素子から出力されるセンサ値が正常な状態に復帰すれば、即座に、特定ガスの濃度レベルの出力を再開させることが可能になる。

また、本実施例では、ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路が故障しているか否かの判断を、ガス検出装置１０の起動後、所定のタイミング（故障判定タイミング）が経過した後に一回のみ行うこととした。これにより、本実施例によれば、故障の誤判定によって車両の走行時に警告灯４０が頻繁に点灯する事態を抑制することが可能になる。

また、本実施例では、マイクロコンピュータ１５からエアコンＥＣＵ２１に出力するパルス信号のデューティ比を異ならせることで、ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路の故障を示す信号と、ガスの濃度を示す信号とを同一の伝送路で出力することにした。そのため、マイクロコンピュータ１５とエアコンＥＣＵ２１とを結ぶ配線の数を削減することが可能になる。

Ｅ．変形例：
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明はこのような実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。例えば、以下のような変形が可能である。

上記実施例では、ガス検出装置１０が検出可能なガス濃度が、「低濃度」か「高濃度」の２種類であるものとした。しかし、ガス濃度の検知は、より多段階に行うこととしてもよい。このように、多段階でガス濃度を検知すれば、エアコンＥＣＵ２１は、ガス濃度に応じてフラップ２６の開度を制御することで、外気と内気の混合割合を調整することが可能になる。

上記実施例では、ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路が故障しているか否かの判断を、ガス検出装置１０の起動後、所定のタイミング（故障判定タイミング）で一回のみ行うこととした。これに対して、故障しているか否かは、ガス検出装置１０の起動中に定期的に行うこととしてもよい。この場合、１回の故障判定につき、センサ値が、数秒ないし数分間、異常な値であれば、故障やショートが発生していると判断することとする。こうすることで、故障したとの誤判定を抑制することが可能になる。

また、上記実施例では、ガス検出装置１０の起動後の所定のタイミング（故障判定タイミング）において、１回のサンプリングで取得したセンサ値に基づいて、故障の判断を行っている（図３のステップＳ１３０，Ｓ１５０参照）。これに対して、故障の判断は、連続してサンプリングした複数のセンサ値に基づいて行うこととしてもよい。具体的には、故障判定タイミング後、連続して１０回、センサ値をサンプリングし、そのうちの６個以上のセンサ値が、断線判定閾値を超えた場合に、ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路が断線していると判断することができる。また、連続して１０回サンプリングしたセンサ値のうち、６個以上のセンサ値が、ショート判定閾値を下回った場合に、ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路がショートしていると判断することができる。このように、複数回連続してサンプリングしたセンサ値と所定の閾値とを比較し、その閾値と所定の関係になるセンサ値の割合を求めて故障の判定を行うこととすれば、より精度良く、ガスセンサ素子１２からマイクロコンピュータ１５までの電気経路が故障しているか否かを判断することができる。

上記実施例では、ガスセンサ素子１２は、酸化性ガスに反応する酸化物半導体によって構成されていることとした。これに対して、ガスセンサ素子１２は、ＣＯやＨＣなどの還元性ガスに反応する酸化物半導体によって構成されていてもよい。また、酸化性ガスと還元性ガスの両者に反応する酸化物半導体によって構成されていてもよい。

ガス検出装置１０を備える車両用空調システム１００の概略構成を示す説明図である。 メインルーチンのフローチャートである。 故障判定処理ルーチンの詳細なフローチャートである。 出力レベル設定処理ルーチンの詳細なフローチャートである。 出力レベルに応じたパルス信号の一覧を示す表である。

符号の説明

１０…ガス検出装置
１１…抵抗器
１２…ガスセンサ素子
１３…バッファ素子
１４…Ａ／Ｄ変換器
１５…マイクロコンピュータ
１６…ＲＯＭ
１７…ＣＰＵ
１８…ＲＡＭ
２１…エアコンＥＣＵ
２２…アクチュエータ
２３…外気導入ダクト
２４…内気循環ダクト
２５…ダクト
２６…フラップ
２７…ファン
３０…ヒータ
３１…スイッチング素子
３２…絶縁性セラミック基板
４０…警告灯
５１，５２…出力ポート
１００…車両用空調システム

Claims (5)

1. ガス検出装置であって、
   環境雰囲気中の特定ガスの濃度に応じて電気的な特性が変化する酸化物半導体を有するガスセンサ素子と、
   前記ガスセンサ素子から、該ガスセンサ素子の前記電気的な特性を示すセンサ値を取得する取得部と、
   前記取得されたセンサ値に基づいて、前記ガスセンサ素子から前記取得部までの電気経路の故障を判定する故障判定部と、
   前記故障判定部による判定の結果に関わらず、前記取得されたセンサ値に基づいて、前記特定ガスの濃度変化を検出するガス濃度検出部と、
   前記故障判定部によって前記電気経路が故障していると判定された場合には、前記電気経路が故障していることを表す故障信号を出力し、前記故障判定部によって前記電気経路が故障していないと判定された場合には、前記ガス濃度検出部により検出されている前記特定ガスの濃度変化に応じた濃度信号を出力する信号出力部と
   を備えるガス検出装置。
2. 請求項１に記載のガス検出装置であって、
   前記故障判定部は、当該ガス検出装置が起動されてから所定の期間を経過した後に、前記故障の判定を行う
   ガス検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のガス検出装置であって、
   前記信号出力部は、前記濃度信号として、前記特定ガスの濃度変化に応じて異なるデューティ比を採るパルス信号を出力するものであり、
   該信号出力部は、前記濃度信号が採り得る範囲外のデューティ比のパルス信号を、前記故障信号として出力する
   ガス検出装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のガス検出装置であって、
   前記故障判定部は、前記取得されたセンサ値と予め定められた大きさの異なる２種類の閾値とを比較することで、前記電気経路に断線が生じているか、前記電気経路にショートが生じているか、前記電気経路が正常であるかのいずれかを判定する
   ガス検出装置。
5. 車両に備えられる車両用空調システムであって、
   請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のガス検出装置と、
   前記ガス検出装置の信号出力部から出力された信号を受信する受信部と、
   前記受信した信号が、前記濃度信号である場合に、該濃度信号が示す前記特定ガスの濃度変化に応じて前記車両内に導入する大気を外気または内気に切り換え、前記受信した信号が前記故障信号である場合に、故障が発生したことを所定の出力装置に出力する制御部と
   を備える車両用空調システム。

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