JP6125989B2 - センサ制御装置およびガス検知システム - Google Patents
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Description
なお、デジタルアナログ変換部が酸素ポンプセルに対して通電するポンプ電流は、一方向ではなく双方向(正方向および逆方向の両方向)である。これにより、ポンプ電流の通電方向(正方向、逆方向)に応じて、酸素ポンプセルによる酸素の汲み入れ動作または汲み出し動作を切り替えることができる。
次に、本発明のセンサ制御装置においては、デジタルアナログ変換部は、電気抵抗値が変化する抵抗値変化部を備えており、参照電圧が抵抗値変化部に印加されて生じる電流をポンプ電流として生成する、という構成を採ることができる。
次に、本発明のセンサ制御装置においては、最大電流範囲変更部は、ガスセンサの特性または種類に応じて定められるセンサ情報に基づいて、最大電流範囲を変更しており、センサ情報を記憶する記憶部を備える、という構成を採ることができる。
また、記憶部にセンサ情報を記憶する構成を採ることで、制御対象のガスセンサに応じて記憶部の記憶内容(センサ情報)を変更できる。
次に、本発明のセンサ制御装置においては、ガスセンサは、測定対象ガスに含まれる特定成分に応じた起電力を生じる検知セルを備えてもよい。そして、センサ制御装置は、前記起電力のアナログ値をデジタル値に変換するアナログデジタル変換部を備えており、ポンプ電流演算部は、前記起電力のデジタル値に基づいてポンプ電流を演算する、という構成を採ることができる。
そして、アナログデジタル変換部を備えて、ポンプ電流演算部が起電力に基づいてポンプ電流を演算するセンサ制御装置は、酸素ポンプセルおよび検知セルを備えるガスセンサを制御できる。
本発明のガス検知システムは、ポンプ電流に応じて酸素の汲み入れまたは汲み出しを行う酸素ポンプセルを有するガスセンサと、ガスセンサを制御するセンサ制御装置と、を備えるガス検知システムであって、センサ制御装置として、上述のセンサ制御装置を備えること、を特徴とするガス検知システムである。
尚、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
[1−1.全体構成]
図1は、本発明が適用された実施形態としてのガス検知システム1の全体構成図である。
ガス検知システム1は、酸素を検出するガスセンサ8と、ガスセンサ8を制御するセンサ制御装置2と、を備えている。ガス検知システム1は、検出した酸素濃度をエンジン制御装置9に通知する。
センサ制御装置2は、AD変換部31(アナログデジタル変換部31)、デジタル演算部33、電流DA変換部35(電流デジタルアナログ変換部35)、EEPROM37、RAM39、参照電圧生成部41、SPI制御部43、を備えている。
EEPROM37は、少なくともポンプ電流Ipの最大電流範囲に対応する参照電圧Vrefに関する情報や、製造バラツキの補正に使用する情報などを含むセンサ情報を記憶している。このセンサ情報は、制御対象となるガスセンサ8の種類または特性に応じて定められるものであり、本実施形態では、センサ制御装置2の製造段階でEEPROM37に記憶され、出荷後のフィールドでも書き換えられることがある。
参照電圧生成部41は、RAM39に一時的に記憶された「参照電圧Vrefに関する情報」に基づいて参照電圧Vrefを生成し、生成した参照電圧Vrefを電流DA変換部35に供給する。
次に、電流DA変換部35の構成について説明する。
図2は、電流DA変換部35の全体構成図である。
回路電源端子65は、所定の電源電圧Vcを供給する回路電源(図示省略)に接続されており、回路電源から供給される電源電圧Vcを、正方向通電部55および逆方向通電部57に供給するための電力供給経路の一部を構成する。
つまり、可変抵抗回路63aは、DAC制御信号S1に基づいて、正方向通電部55および逆方向通電部57の切替状態、および回路全体としての電気抵抗値を変更可能に構成されている。
他方、デジタル信号制御部51の設定に基づいて、正方向通電部55のスイッチング素子Swa00〜Swa11の全てを開状態(OFF状態)とすると共に、逆方向通電部57のスイッチング素子Swb00〜Swb11の一部または全てを閉状態(ON状態)とする(以下、第2状態という)場合、オペアンプOPaによるフィードバック制御によって可変抵抗回路63aに印加される電圧が0[V]となり、可変抵抗回路63aには電流が流れない状態となる。つまり、デジタル信号制御部51の設定に基づいて、第2状態とする場合、正方向通電部55によるポンプ電流Ipの通電は行われない。
他方、デジタル信号制御部51の設定に基づいて、第1状態とする場合、オペアンプOPbによるフィードバック制御によって逆方向通電部57の可変抵抗回路63bに印加される電圧が0[V]となり、逆方向通電部57の可変抵抗回路63bには電流が流れない状態となる。つまり、デジタル信号制御部51の設定に基づいて、第1状態とする場合、逆方向通電部57によるポンプ電流Ipの通電は行われない。
[1−3.ポンプ電流Ipの最大電流範囲]
ここで、センサ制御装置2が供給可能なポンプ電流Ipの最大電流範囲を変更することにより、ポンプ電流Ipの制御精度が向上する理由について説明する。
なお、図3では、ポンプ電流Ipの最大電流範囲が「−11.5〜11.5[mA]」となるように参照電圧Vrefを設定した場合の相関関係を実線aで表しており、ポンプ電流Ipの最大電流範囲が「−4.0〜4.0[mA]」となるように参照電圧Vrefを設定した場合の相関関係を点線bで表している。
次に、エンジン制御装置9で実行される劣化補正処理について説明する。
なお、劣化補正処理は、経時変化などの影響によるガスセンサ8の劣化状態に応じて、EEPROM37およびRAM39に記憶されているセンサ情報のうち「参照電圧Vrefに関する情報」を書き換えるために実行される。
劣化補正処理が起動されると、まず、S110(Sはステップを表す)では、デジタル演算部33で実行されるポンプ電流制御処理での演算結果(DAC制御信号S1)を、SPI制御部43およびSPI通信線44を介して、デジタル演算部33から取得する。つまり、S110では、劣化補正実施条件を満たす環境下におけるポンプ電流制御処理での演算結果(DAC制御信号S1)を、デジタル演算部33から取得する。
次のS130では、S120での演算結果に基づいて、「参照電圧Vrefに関する情報」の補正値を演算する。具体的には、S120での演算結果(ガスセンサ8の検出誤差)と予め定められたマップあるいは演算式を用いて、「参照電圧Vrefに関する情報」の補正値を演算する。
そして、「参照電圧Vrefに関する情報」の補正値を受信したSPI制御部43は、RAM39に『「参照電圧Vrefに関する情報」の補正値』を「参照電圧Vrefに関する情報」として書き込む処理(上書きする処理)を実行する。これにより、参照電圧生成部41から電流DA変換部35に供給される参照電圧Vrefが変更されて、電流DA変換部35が供給可能なポンプ電流Ipの最大電流範囲と、DAC制御信号S1の1bitあたりに相当するポンプ電流Ipの大きさ(分解能)と、がガスセンサ8の劣化状態に応じた適切な値に変更される。
以上説明したように、本実施形態のガス検知システム1においては、センサ制御装置2は、参照電圧生成部41を備えており、電流DA変換部35におけるポンプ電流Ipの最大電流範囲を変更できる。
つまり、センサ最大電流が小さいガスセンサ8の制御時には、電流DA変換部35の最大電流範囲をそのガスセンサ8のセンサ最大電流を考慮した範囲に変更することで、相対的なポンプ電流Ipの制御精度の低下を抑制できる。
また、センサ制御装置2に備えられる電流DA変換部35は、参照電圧生成部41から供給される参照電圧Vrefに応じてポンプ電流Ipの最大電流範囲が変化する構成である。このため、参照電圧生成部41が参照電圧Vrefを変更することで、電流DA変換部35からガスセンサ8のポンプセル14に通電されるポンプ電流Ipの最大電流範囲を任意に変更することできる。
センサ制御装置2においては、EEPROM37は、ポンプ電流Ipの最大電流範囲に対応する参照電圧Vrefに関する情報などを含むセンサ情報を記憶している。このセンサ情報は、制御対象となるガスセンサ8の種類や特性に応じて定められるものであり、センサ制御装置2の製造段階でEEPROM37に記憶される。
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
内燃機関の排気ガスが測定対象ガスの一例に相当し、酸素が特定ガスの一例に相当し、ポンプセル14が酸素ポンプセルの一例に相当し、起電力セル24が検知セルの一例に相当する。
第2実施形態として、ポンプ電流Ipの最大電流範囲に関する情報に関して、複数種類のガスセンサにそれぞれ対応した複数の情報がEEPROM37に記憶されており、複数の情報の中から選択される1つの情報を用いてポンプ電流を制御する第2センサ制御装置102を備える第2ガス検知システム101について説明する。
第2実施形態の第2センサ制御装置102は、第1実施形態のセンサ制御装置2に対してセレクタ部40が追加された構成である。
このような構成の第2センサ制御装置102は、製造段階でガスセンサ8の種類を1種類に特定する必要が無く、実使用段階において、エンジン制御装置9からの選択指令(センサ種別信号Ss)を受信することで、ガスセンサ8の種類に応じたポンプ電流Ipの最大電流範囲を設定することが可能となる。
よって、第2実施形態の第2センサ制御装置102および第2ガス検知システム101によれば、エンジン制御装置9からの選択指令(センサ種別信号Ss)に基づいて、ガスセンサ8の種類に応じたポンプ電流Ipの最大電流範囲を設定することができ、相対的なポンプ電流Ipの制御精度の低下を抑制できる。
第3実施形態として、第1実施形態のガス検知システム1における電流DA変換部35を第2電流DA変換部135に置き換えて構成される第3ガス検知システムについて説明する。
つまり、可変電流回路163cは、DAC制御信号S1(詳細には、電流値に関する情報)に基づいて、FETc20〜FETc31の全体として通電可能な電流値を変更可能に構成されている。そして、FETc20〜FETc31に通電される合計電流値は、FETc1に通電される電流値と同等となる。
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
[4.他の実施形態]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
Claims (6)
- ポンプ電流に応じて酸素の汲み入れまたは汲み出しを行う酸素ポンプセルを有するガスセンサを制御するセンサ制御装置であって、
前記酸素ポンプセルに通電するポンプ電流をデジタル制御で演算するポンプ電流演算部と、
前記ポンプ電流演算部の演算結果を示すデジタル信号に基づいて、前記酸素ポンプセルに対して通電するポンプ電流を生成するデジタルアナログ変換部と、
前記デジタルアナログ変換部にて生成可能な前記ポンプ電流の最大電流範囲を変更する最大電流範囲変更部と、
を備えることを特徴とするセンサ制御装置。 - 前記デジタルアナログ変換部は、外部から供給される参照電圧に応じて前記最大電流範囲が変化する構成であり、
前記最大電流範囲変更部は、前記参照電圧を変更することで前記最大電流範囲を変更すること、
を特徴とする請求項1に記載のセンサ制御装置。 - 前記デジタルアナログ変換部は、電気抵抗値が変化する抵抗値変化部を備えており、前記参照電圧が前記抵抗値変化部に印加されて生じる電流を前記ポンプ電流として生成すること、
を特徴とする請求項2に記載のセンサ制御装置。 - 前記最大電流範囲変更部は、前記ガスセンサの特性または種類に応じて定められるセンサ情報に基づいて、前記最大電流範囲を変更しており、
前記センサ情報を記憶する記憶部を備えること、
を特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のセンサ制御装置。 - 前記ガスセンサは、測定対象ガスに含まれる特定成分に応じた起電力を生じる検知セルを備えており、
前記起電力のアナログ値をデジタル値に変換するアナログデジタル変換部を備えており、
前記ポンプ電流演算部は、前記起電力のデジタル値に基づいて前記ポンプ電流を演算すること、
を特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のセンサ制御装置。 - ポンプ電流に応じて酸素の汲み入れまたは汲み出しを行う酸素ポンプセルを有するガスセンサと、
前記ガスセンサを制御するセンサ制御装置と、
を備えるガス検知システムであって、
前記センサ制御装置として、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のセンサ制御装置を備えること、
を特徴とするガス検知システム。
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