WO2018198568A1 - 制御装置 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a control device for a gas sensor that measures a gas concentration.
- a gas sensor for measuring the concentration of a specific gas (for example, oxygen) contained in the exhaust gas is provided in an exhaust passage of a vehicle having an internal combustion engine.
- a gas sensor for measuring oxygen concentration such as an O 2 sensor or an A / F sensor, has a solid oxide layer that allows oxygen ions to pass therethrough, and its electromotive force depends on the oxygen concentration in the detected space. It is the composition which changes.
- the gas sensor In order to accurately measure the gas concentration with the gas sensor, it is necessary to keep the temperature of the gas sensor within the activation temperature range. Since this activation temperature range is a relatively narrow temperature range, it is difficult to keep the temperature of the gas sensor in the activation temperature range only by heating the gas sensor with exhaust gas. For this reason, the gas sensor is generally provided with a heater for heating the gas sensor, and the temperature of the gas sensor is generally adjusted to be within the activation temperature range by energizing the heater.
- the temperature of the gas sensor is estimated by measuring the impedance of the gas sensor by utilizing the correlation between the temperature of the gas sensor and the impedance.
- a sweep voltage is applied to the gas sensor while the measurement of the gas concentration by the gas sensor is temporarily interrupted. Thereafter, the impedance of the gas sensor is calculated by dividing the voltage increase in the gas sensor by the current increase. After calculating the impedance of the gas sensor, the measurement of the gas concentration by the gas sensor is resumed.
- reverse sweep voltage the voltage opposite to the above sweep voltage
- Application is also performed.
- the absolute value of the reverse sweep voltage coincides with the absolute value of the sweep voltage in order to keep the amount of electric charge accumulated in the gas sensor as low as possible.
- the present disclosure is intended to provide a control device that can suppress the accumulation of electric charges in the gas sensor due to the measurement of impedance and can accurately measure the gas concentration by the gas sensor.
- a control device is a control device for a gas sensor that measures a gas concentration, and controls a voltage application unit that applies a voltage to the gas sensor and an operation of the voltage application unit in order to measure the impedance of the gas sensor. And a sweep measuring unit that measures at least one of a current flowing through the gas sensor and a voltage applied to the gas sensor.
- the operation control unit is configured to operate the voltage application unit so that a current in the first direction flows through the gas sensor in the first period, and to reverse the gas sensor in the first direction in the second period following the first period.
- the second control for operating the voltage application unit so that the current in the second direction flows, and the absolute value of the value measured by the sweep measurement unit when the first control is being performed. Based on a comparison between a first measurement value and a second measurement value that is an absolute value of a value measured by the sweep measurement unit when the second control is performed, the first period and the second period The length of at least one of them is changed.
- control device having such a configuration, after a current in the first direction flows through the gas sensor in the first period, a current in the second direction flows through the gas sensor in the second period. The impedance is measured in the first period, and the charge accumulated in the gas sensor is removed in the second period.
- the length of at least one of the first period and the second period is changed based on the first measurement value and the second measurement value measured by the sweep measurement unit.
- the length of at least one of the first period and the second period is changed.
- the charge accumulated in the gas sensor can be suppressed to approximately zero. Since the electromotive force after the impedance measurement is performed is prevented from fluctuating due to the accumulated charges, the gas concentration can be accurately measured by the gas sensor.
- a control device capable of suppressing the accumulation of electric charges in the gas sensor due to the impedance measurement and accurately measuring the gas concentration by the gas sensor.
- FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the configuration of the gas sensor and the control device according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a diagram illustrating a temporal change in the sweep current flowing through the gas sensor when impedance is measured.
- FIG. 3 is a diagram illustrating a temporal change in the sweep current flowing through the gas sensor when the impedance is measured.
- FIG. 4 is a diagram illustrating a temporal change in the sweep current flowing through the gas sensor when impedance is measured.
- FIG. 5 is a diagram for explaining the timing at which the length of the second period or the like is changed.
- FIG. 6 is a diagram for explaining a method of adjusting the length of the second period or the like.
- FIG. 7 is a flowchart showing a flow of processing executed by the control device of FIG.
- FIG. 8 is a flowchart showing a flow of processing executed by the control device of FIG.
- FIG. 9 is a flowchart showing a flow of processing executed by the control device of FIG.
- FIG. 10 is a flowchart showing a flow of processing executed by the control device of FIG.
- FIG. 11 is a diagram illustrating the relationship between the difference between the first measurement value and the second measurement value and the amount of electromotive force fluctuation of the gas sensor.
- FIG. 12 is a flowchart illustrating a flow of processing executed by the control device according to the second embodiment.
- FIG. 13 is a flowchart illustrating a flow of processing executed by the control device according to the third embodiment.
- FIG. 14 is a flowchart illustrating a flow of processing executed by the control device according to the fourth embodiment.
- FIG. 15 is a flowchart illustrating a flow of processing executed by the control device according to the fifth embodiment.
- FIG. 16 is a flowchart illustrating a flow of processing executed by the control device according to the sixth embodiment.
- FIG. 17 is a diagram illustrating a temporal change in the sweep current flowing through the gas sensor when the impedance is measured by the control device according to the seventh embodiment.
- FIG. 18 is a diagram illustrating a temporal change in the sweep current flowing through the gas sensor when the impedance is measured by the control device according to the seventh embodiment.
- FIG. 19 is a flowchart illustrating a flow of processing executed by the control device according to the seventh embodiment.
- FIG. 20 is a flowchart showing a flow of processing executed by the control device according to the eighth embodiment.
- FIG. 21 is a flowchart illustrating a flow of processing executed by the control device according to the ninth embodiment.
- FIG. 22 is a diagram showing the relationship between the temperature and impedance of the gas sensor.
- FIG. 23 is a diagram illustrating a temporal change in the sweep current flowing through the gas sensor when impedance is measured by the control device according to the comparative example.
- FIG. 24 is a diagram illustrating a state in which the electromotive force of the gas sensor changes with time when impedance is measured by the control device according to the comparative example.
- the configurations of the control device 100 and the gas sensor 200 according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
- the gas sensor 200 is provided in an exhaust passage (not shown) of the vehicle, and is an O 2 sensor for measuring the oxygen concentration of the exhaust gas passing through the exhaust passage.
- the control device 100 is a device for executing gas concentration measurement by the gas sensor 200 by applying a voltage to the gas sensor 200 or the like.
- the gas sensor 200 has a solid oxide layer formed of partially stabilized zirconia and a pair of electrode layers formed on both sides of the solid oxide layer (both not shown).
- the exhaust gas flowing through the exhaust passage is introduced into one of the electrode layers. Air is introduced into the other electrode layer.
- oxygen ions pass through the solid oxide layer according to the difference between the oxygen concentration in the exhaust gas and the oxygen concentration in the atmosphere. For this reason, in the gas sensor 200, an electromotive force having a magnitude corresponding to the oxygen concentration of the exhaust gas is generated.
- FIG. 1 shows an equivalent circuit of the gas sensor 200 configured as described above.
- Resistors R ⁇ b> 21 and R ⁇ b> 22 indicate resistance components of respective layers constituting the gas sensor 200.
- Capacitors C ⁇ b> 21 and C ⁇ b> 22 indicate capacitance components of each layer constituting the gas sensor 200.
- the power source V20 schematically shows an electromotive force of the gas sensor 200, that is, a source of electromotive force having a magnitude corresponding to the oxygen concentration of the exhaust gas.
- the electromotive force is approximately 1 V when the air-fuel ratio of the exhaust gas is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and is approximately 0 V when the air-fuel ratio of the exhaust gas is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. In the region where the air-fuel ratio is in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio, the electromotive force changes rapidly between 1V and 0V.
- the electromotive force of the gas sensor 200 is output toward the control device 100 as a potential difference between one end P21 of the gas sensor 200 and the other end P22.
- the end P21 is connected to a terminal T1 included in the control device 100.
- the end P22 is connected to a terminal T2 included in the control device 100.
- the gas sensor 200 in order to accurately measure the oxygen concentration by the gas sensor 200, it is necessary to keep the temperature of the gas sensor 200 (specifically, the temperature of the solid oxide layer) within the active temperature range. Since this activation temperature range is a relatively narrow temperature range, it is difficult to keep the temperature of the gas sensor 200 within the activation temperature range only by heating the gas sensor 200 with exhaust gas. Therefore, the gas sensor 200 is provided with a heater HT for heating the gas sensor 200.
- the control device 100 controls the magnitude of the current supplied to the heater HT, so that the temperature of the gas sensor 200 is adjusted to be within the above active temperature range.
- control device 100 When the control device 100 performs the temperature control as described above, the control device 100 needs to grasp the temperature of the gas sensor 200. For this reason, it is conceivable to separately provide a temperature sensor for measuring the temperature of the gas sensor 200. However, in view of an increase in component costs, such a configuration is not preferable.
- control device 100 periodically measures the impedance of the gas sensor 200 (specifically, the impedance of the solid oxide layer) and estimates the temperature of the gas sensor 200 based on the impedance.
- the resistor Z20 shown in the equivalent circuit of FIG. 1 indicates the impedance of the gas sensor 200.
- FIG. 22 shows the relationship between the temperature and the impedance of the gas sensor 200.
- the impedance of the gas sensor 200 tends to decrease as the temperature of the gas sensor 200 increases.
- the correspondence shown in FIG. 22 is measured in advance and stored in a storage device (not shown) included in the control device 100.
- the control device 100 estimates the temperature of the gas sensor 200 based on the impedance of the gas sensor 200 measured by a method described later and the correspondence shown in FIG.
- the control device 100 adjusts the duty ratio of the voltage applied to the heater HT based on the estimated temperature of the gas sensor 200.
- Control device 100 is provided with power supply lines PL1 and PL2.
- the power supply line PL1 is a constant voltage source for offsetting the potential at the end P22 of the gas sensor 200 by a predetermined amount from the ground potential to the + side.
- the power supply line PL2 is a constant voltage source for supplying operation power to the operational amplifier OP.
- a resistor R11 and a resistor R12 are arranged in series between the power supply line PL1 and the ground line.
- a point P11 between the resistors R11 and R12 is connected to a non-inverting input portion of the operational amplifier OP.
- the output part of the operational amplifier OP is connected to the end P22 of the gas sensor 200 via the resistor R13 and the terminal T2.
- a capacitor C11 is disposed between the line extending from the output part of the operational amplifier OP and the ground line.
- the line extending from the output part of the operational amplifier OP branches in the middle, and the branched line is connected to the inverting input part of the operational amplifier OP. For this reason, when the oxygen concentration is measured by the gas sensor 200, the potential of the end P22 of the gas sensor 200 is maintained at the same potential as the point P11 (2 V in this embodiment).
- the potential of the end P21 of the gas sensor 200 is a potential obtained by adding the electromotive force of the gas sensor 200 to the potential of the end P22. For this reason, the gas sensor 200 will change the electric potential of the edge part P22 according to oxygen concentration.
- the electric potential of the end P22 varies between approximately 2V and 3V depending on the oxygen concentration of the exhaust gas.
- Control device 100 is provided with power supply line PL3 in addition to power supply lines PL1 and PL2.
- the power line PL3 is a constant voltage source provided to apply a sweep voltage to be described later to the gas sensor 200 when measuring the impedance of the gas sensor 200.
- a resistor R14, a switching element F1, a switching element F2, and a resistor R12 are arranged in series so as to be arranged in this order.
- the switching elements F1 and F2 are both field effect transistors (FETs).
- FETs field effect transistors
- the switching operations of the switching elements F1 and F2 are individually controlled by the operation control unit 110 described later.
- the point P14 between the switching element F1 and the switching element F2 is connected to the end P21 of the gas sensor 200 via the terminal T1.
- a resistor R16 and a capacitor C12 are arranged in parallel with each other.
- the switching elements F1 and F2 are both opened. For this reason, the potential at the point P14 is equal to the potential at the end P22 plus the electromotive force of the gas sensor 200 without being affected by the power supply line PL3.
- the switching element F1 is controlled to be opened and closed with a predetermined duty ratio while the switching element F2 is kept open. Thereby, a voltage is applied to the gas sensor 200 in a direction from the end P21 toward the end P22 (hereinafter, this direction is also referred to as “first direction”).
- the switching element F1 is returned to the open state, and control is performed to open and close the switching element F2 with a predetermined duty ratio.
- a voltage is applied to the gas sensor 200 in a direction from the end P22 toward the end P21 (hereinafter, this direction is also referred to as “second direction”).
- the switching elements F1 and F2 that perform the operation as described above are portions that apply a voltage to the gas sensor 200 in order to measure the impedance of the gas sensor 200.
- Such switching elements F1 and F2 correspond to the “voltage application unit” in the present embodiment.
- the control device 100 further includes an operation control unit 110, a measurement unit 120, a heater control unit 130, and a mask setting unit 140. Each of these is configured as an individual IC. However, the specific configuration of the operation control unit 110 and the like is not limited to the above. For example, the entire operation control unit 110, measurement unit 120, and heater control unit 130 may be configured as a single IC. Further, any one of the operation control units 110 or the like may be configured by a combination of a plurality of ICs instead of one.
- the operation control unit 110 is a part that transmits a control signal to each of the switching elements F1 and F2 that are voltage application units, thereby individually controlling the opening and closing operations.
- the measurement unit 120 is a part that measures a current flowing through the gas sensor 200, a voltage applied to the gas sensor 200, and the like. As shown in FIG. 1, the measurement unit 120 receives a potential at a point P12 between the resistor R13 and the operational amplifier OP and a potential at a point P13 between the resistor R13 and the end P22. . The measuring unit 120 can measure (calculate) the current flowing through the resistor R13, that is, the magnitude of the current flowing through the gas sensor 200, based on the potential difference between the point P12 and the point P13.
- the potential of the point P15 between the point P14 and the end P21 is also input to the measuring unit 120.
- the measurement unit 120 can measure the potential difference between the end P21 and the end P22 of the gas sensor 200 based on the potential difference between the point P15 and the point P13.
- the potential difference between the point P15 and the point P13 is equal to the electromotive force of the gas sensor 200.
- the measurement unit 120 can calculate the oxygen concentration of the exhaust gas at the current time based on the electromotive force of the gas sensor 200.
- the measurement unit 120 determines the gas sensor 200 based on the amount of change in the voltage (potential difference between the point P15 and the point P13) applied to the gas sensor 200 and the amount of change in the current flowing through the gas sensor 200. It also has a function of calculating the impedance.
- the measuring unit 120 has a sensor temperature estimating unit 121 as a functional control block.
- the sensor temperature estimation unit 121 is a part that estimates the current temperature of the gas sensor 200 based on the impedance of the gas sensor 200 and the corresponding relationship shown in FIG.
- the measurement unit 120 also receives a measurement value from the temperature sensor 150.
- the temperature sensor 150 is a sensor provided to measure the temperature of the control device 100 during operation, and corresponds to a “temperature measurement unit” in the present embodiment.
- the part where the temperature is measured by the temperature sensor 150 is preferably in the vicinity of the resistor R14 or the resistor R15 in the control device 100.
- the heater control unit 130 is a part that supplies current to the heater HT of the gas sensor 200.
- the heater control unit 130 controls the heater HT so that the temperature of the gas sensor 200 estimated by the sensor temperature estimation unit 121 (that is, the temperature estimated based on the impedance of the gas sensor 200) is maintained within the activation temperature range. Adjust the duty ratio of the applied voltage.
- the mask setting unit 140 is a part for setting the mask period TM10.
- the mask period TM10 will be described later.
- FIG. 2 shows the time change of the sweep current (actually the current flowing through the resistor R13) measured by the measurement unit 120.
- the control device 100 sets the mask period TM10 as a period for temporarily prohibiting the measurement of the oxygen concentration, and measures the impedance in the mask period TM10.
- the period from time t0 to time t40 is set as the mask period TM10.
- the mask period TM10 is set by the mask setting unit 140.
- a period during which the oxygen concentration is measured by the gas sensor 200 that is, a period other than the mask period TM10 is also referred to as a “concentration measurement period TM20”.
- the setting of the mask period TM10 and the measurement of the impedance in the mask period TM10 are repeatedly executed every time a predetermined period elapses. For this reason, the mask period TM10 and the concentration measurement period TM20 are alternately repeated.
- the operation control unit 110 starts opening / closing the switching element F1 with a predetermined duty ratio while keeping the switching element F2 open. Thereby, a sweep voltage is applied to the gas sensor 200 in the first direction from the end P21 toward the end P22.
- the duty ratio is set in advance such that the magnitude of the sweep current flowing through the gas sensor 200 matches the predetermined target value (I10). For this reason, in the example of FIG. 2, the magnitude of the sweep current after time t10 is I10.
- the state where the sweep voltage in the first direction is applied to the gas sensor 200 is continued in the predetermined first period TM11.
- the control for applying the sweep voltage to the gas sensor 200 can be said to be a control for operating the switching element F1, which is a voltage application unit, so that a current in the first direction flows through the gas sensor 200.
- this control is also referred to as “first control”.
- the measurement unit 120 calculates the impedance of the gas sensor 200 by dividing the increase amount of the sweep voltage by the increase amount of the sweep current.
- the increase amount of the sweep voltage and the increase amount of the sweep current are both measured by the measurement unit 120.
- the measurement of the oxygen concentration by the gas sensor 200 may be restarted immediately after the calculation of the impedance is completed and the first period TM11 ends.
- the gas sensor 200 at the end of the first period TM11 is in a state where electric charges are accumulated (that is, charged) by application of the sweep voltage.
- the charge is discharged from the gas sensor 200 for a relatively long time.
- the electromotive force indicating the measurement value of the gas sensor 200 may temporarily change due to the influence of the discharge as described above. That is, an electromotive force different from the electromotive force corresponding to the gas concentration may be output from the gas sensor 200.
- the switching element F1 is returned to the open state, and then the switching element F2 is started to open and close with a predetermined duty ratio. Thereby, a sweep voltage is applied to the gas sensor 200 in the second direction from the end P22 toward the end P21. Thereby, discharge of electric charge from the gas sensor 200 is promoted.
- the duty ratio is set in advance so that the magnitude of the sweep current flowing through the gas sensor 200 matches the predetermined target value ( ⁇ I10). Therefore, in the example of FIG. 2, the magnitude of the sweep current after time t20 is ⁇ I10.
- the state in which the sweep voltage in the second direction is applied to the gas sensor 200 is continued in the predetermined second period TM12. In the example of FIG. 2, the period from time t20 to time t30 is the second period TM12.
- the mask setting unit 140 sets a mask period TM10 in which the measurement of gas concentration is temporarily prohibited as a period including both the first period TM11 and the second period TM12.
- control for applying the sweep voltage to the gas sensor 200 is control for operating the switching element F2 that is a voltage application unit so that a current in the second direction opposite to the first direction flows in the gas sensor 200. be able to.
- this control is also referred to as “second control”.
- the target value (I10) of the sweep current flowing through the gas sensor 200 in the first control and the target value ( ⁇ I10) of the sweep current flowing through the gas sensor 200 in the second control are equal to each other in absolute values.
- the duty ratio during switching operation of the switching elements F1 and F2 is set in advance so that the absolute value of the sweep current in the first control and the absolute value of the sweep current in the second control are equal to each other. .
- the length of the first period TM11 in which the first control is performed and the length of the second period TM12 in which the second control is performed are basically the same.
- the amount of charge stored in the gas sensor 200 in the first period TM11 and the amount of charge released from the gas sensor 200 in the second period TM12 substantially coincide.
- time t40 when the measurement of the oxygen concentration by the gas sensor 200 is resumed (time t40), there is almost no influence of the electric charge on the electromotive force of the gas sensor 200.
- the mask period TM10 in which the sweep voltage is applied as described above is set repeatedly as described above. For this reason, in the control apparatus 100, the application of the sweep voltage by the switching element F1 or the like (voltage application unit) and the measurement of the sweep current by the measurement unit 120 are repeatedly executed.
- the value of the sweep current in the first period TM11 is the target value I10. It may become a different value. Similarly, the value of the sweep current in the second period TM12 may become a value different from the target value ⁇ I10.
- FIG. 23 shows an example of the temporal change of the sweep current when the application of the sweep voltage to the gas sensor 200 is executed by the control device according to the comparative example.
- the value of the sweep current in the first period TM11 is a value (I11) larger than the target value (I10) due to the influence of component variations.
- the value of the sweep current in the first period TM11 coincides with the target value ⁇ I10.
- the length of the first period TM11 and the length of the second period TM12 are the same.
- the amount of charge stored in the gas sensor 200 in the first period TM11 is larger than the amount of charge released from the gas sensor 200 in the second period TM12. For this reason, at the time t40 when the gas concentration measurement is started in the concentration measurement period TM20, the electromotive force of the gas sensor 200 is shifted to the + side due to the influence of the residual charge, which is different from the electromotive force corresponding to the oxygen concentration. It becomes a thing.
- control device 100 changes the length of at least one of the first period TM11 and the second period TM12. A specific example will be described with reference to FIG.
- the value of the sweep current in the first period TM11 and the value of the sweep current in the second period TM12 are shown in FIG. I10, ⁇ I10) is the time variation of the sweep current.
- the control device 100 measures the value of the sweep current that actually flows through the gas sensor 200 in the first period TM11 in which the first control is performed by the measurement unit 120 at time t191.
- the time t191 is a time set in advance as a time when a predetermined period (a period shorter than the first period TM11) has elapsed since the time t10 when the first period TM11 was started.
- the absolute value of the sweep current measured by the measurement unit 120 in the first period TM11 is hereinafter also referred to as “first measurement value”.
- the control device 100 measures the value of the sweep current that actually flows through the gas sensor 200 in the second period TM12 in which the second control is performed by the measurement unit 120 at time t291.
- the time t291 is a time set in advance as a time when a predetermined period (a period shorter than the second period TM12) has elapsed from the time t20 when the second period TM12 is started.
- the absolute value of the sweep current measured by the measurement unit 120 in the second period TM12 is hereinafter also referred to as “second measurement value”.
- FIG. 3B shows a sweep current when the value of the sweep current in the first period TM11 becomes I11 larger than the target value I10, as in the example of FIG. 23 described above. Is a time change.
- the first measurement value (I11) is larger than the second measurement value (I10).
- the operation control unit 110 of the control device 100 changes the length of the second period TM12 to be longer than that in the case of FIG. In the example of FIG. 3B, the time when the second period TM12 ends is changed to a time t31 after the time t30. As a result, the length of the second period TM12 in FIG. 3B is longer than the length of the first period TM11 in FIG.
- the timing at which measurement by the measurement unit 120 (acquisition of the first measurement value) is performed after the first period TM ⁇ b> 11, that is, the length of the period from time t ⁇ b> 10 to time t ⁇ b> 191 is illustrated in FIG. There is no change between A) and FIG. Also, the timing at which measurement by the measurement unit 120 (acquisition of the second measurement value) is performed after the second period TM12 is reached, that is, the length of the period from time t20 to time t291 is shown in FIG. No change has been made between 3 (B).
- the mask period TM10 is extended along with the extension of the second period TM12. Specifically, the time at which the mask period TM10 ends is changed from time t40 to time t45. By performing such processing by the mask setting unit 140, a situation in which the measurement of the gas concentration is started at a time before the end of the second period TM12 is prevented.
- the amount of charge released from the gas sensor 200 in the second period TM12 increases due to the increase in the second period TM12. That is, not only has the charge stored in the gas sensor 200 increased in the first period TM11, but also the charge released from the gas sensor 200 in the second period TM12 has increased. For this reason, the amount of electric charge stored in the gas sensor 200 at the time when the measurement of the gas concentration is resumed (time t45) is suppressed as compared with the example shown in FIG. Since accumulation of electric charges in the gas sensor 200 in the mask period TM10 is suppressed, the gas concentration can be accurately measured by the gas sensor 200.
- the second period TM12 is also changed to be longer. Even in this case, charge accumulation in the gas sensor 200 is suppressed as described above.
- the value of the sweep current in the first period TM11 and the value of the sweep current in the second period TM12 are respectively shown in FIG. I10, ⁇ I10) is the time variation of the sweep current.
- FIG. 4B shows a temporal change of the sweep current when the value of the sweep current in the first period TM11 becomes I09 smaller than the target value I10.
- the first measurement value (I09) is smaller than the second measurement value (I10).
- the operation control unit 110 of the control device 100 makes the length of the first period TM11 longer than that in the case of FIG. change.
- the time at which the first period TM11 ends (also the start time of the second period TM12) is changed to a time t21 after the time t20.
- the time at which the second period TM12 ends is changed from time t30 to time t32. Therefore, the length of the second period TM12 in FIG. 4B is the same as the length of the second period TM12 in FIG.
- the length of the first period TM11 in FIG. 4B is longer than the length of the second period TM12 in FIG. 4B.
- the time at which the measurement by the measurement unit 120 (acquisition of the second measurement value) is performed in the second period TM12 is changed from time t291 to time t292.
- the length of the period from time t21 to time t292 is the same as the length of the period from time t20 to time t291 in FIG.
- the timing at which the measurement by the measurement unit 120 (acquisition of the second measurement value) is performed is as shown in FIG. Has not changed between.
- the timing at which the measurement by the measurement unit 120 (acquisition of the first measurement value) is performed after the first period TM11 is performed is not changed between FIG. 4 (A) and FIG. 4 (B).
- the mask period TM10 is extended with the extension of the first period TM11. Specifically, the time at which the mask period TM10 ends is changed from time t40 to time t46. By performing such processing by the mask setting unit 140, a situation in which the measurement of the gas concentration is started at a time before the end of the second period TM12 is prevented.
- the amount of charge stored per unit time in the gas sensor 200 in the first period TM11 is smaller than in the case of FIG. 4A.
- the amount of charge (total amount) stored in the gas sensor 200 in the first period TM11 is substantially the same as in FIG. 4A. Yes.
- the difference between the amount of charge stored in the gas sensor 200 in the first period TM11 and the amount of charge released from the gas sensor 200 in the second period TM12 is suppressed to the same extent as in the case of FIG. be able to. Since accumulation of electric charges in the gas sensor 200 in the mask period TM10 is suppressed, the gas concentration can be accurately measured by the gas sensor 200.
- the first period TM11 is also changed to be longer. Even in this case, charge accumulation in the gas sensor 200 is suppressed as described above.
- the control device 100 does not prevent the difference in the absolute value of the sweep current depending on the direction in which the sweep voltage is applied.
- the length of the first period TM11 or the like By adjusting the length of the first period TM11 or the like, a decrease in measurement accuracy is prevented. For this reason, the problem of the cost increase by suppressing the tolerance of components, etc. does not arise.
- the operation control unit 110 changes the length of the first period TM11 and the like based on the comparison between the first measurement value and the second measurement value in the mask period TM10 in which the first measurement value and the like are acquired. Instead, it is performed in the next mask period TM10.
- the first measurement value acquired in the mask period TM10 starting from time t0 is larger than the second measurement value measured during the same period.
- the length of the first period TM11 and the length of the second period TM12 remain equal to each other.
- the second period TM12 is lengthened based on the comparison between the first measurement value and the second measurement value acquired in the mask period TM10 starting from time t0. has been edited.
- the operation control unit 110 changes the length of the first period TM11 and the second period TM12 in the next time based on the comparison between the first measurement value and the second measurement value measured this time.
- the first measurement value and the second measurement value are acquired, and the lengths thereof are compared. Based on the comparison, the length of the first period TM11 or the length of the second period TM12 in the next mask period TM10 is changed.
- the first measurement value which is the absolute value of the value measured by the measurement unit 120 when the first control is being performed
- the second control are performed.
- the length of one of the first period TM11 and the second period TM12 is changed based on the comparison with the second measurement value that is the absolute value of the value measured by the measurement unit 120 when .
- the measurement unit 120 that acquires the first measurement value and the second measurement value corresponds to the “sweep measurement unit” in the present embodiment.
- the measurement unit 120 of the present embodiment has a function of measuring the potential of the point P15 and the like in addition to the function of acquiring the first measurement value and the second measurement value. Instead of such a mode, the measurement unit 120 has only a function of acquiring the first measurement value and the second measurement value, specifically, a function of measuring the sweep current, and the other functions are different ICs. It is good also as a structure which bears.
- the example in which the lengths of the first period TM11 and the second period TM12 are changed based on the (value) has been described.
- the lengths of the first period TM11 and the second period TM12 may be changed.
- the absolute value of the potential difference between the point P15 and the point P13 acquired in the first period TM11 is used as the first measurement value, and the potential difference between the point P15 and the point P13 acquired in the second period TM12.
- the absolute value may be used as the second measurement value.
- the specific method for changing the first period TM11 or the like in that case is the same as that described so far.
- the measurement unit 120 which is a sweep measurement unit, has only a function of acquiring the first measurement value and the second measurement value, specifically, a function of measuring the sweep voltage. It is good also as a structure which IC takes.
- the time integral value of the value measured by the measurement unit 120 in the first period TM11 and the time integral value of the value measured by the measurement unit 120 in the second period TM12 are respectively The lengths of the first period TM11 and the second period TM12 are changed so as to coincide with each other in the absolute values of.
- the time integrated value of the value measured by the measuring unit 120 in the first period TM11 is an absolute value corresponding to the area S1 shown in FIG. Such a time integral value can be calculated by multiplying the first measurement value acquired at time t191 in FIG. 3 by the length of the first period TM11. Moreover, it is good also as calculating a time integral value more correctly by acquiring 1st measured value in multiple times in 1st period TM11.
- the time integrated value of the value measured by the measurement unit 120 in the second period TM12 is an absolute value corresponding to the area S2 shown in FIG. Such a time integral value can be calculated by multiplying the second measurement value acquired at time t291 in FIG. 3 by the length of the second period TM12. Moreover, it is good also as calculating a time integral value more correctly by acquiring a 2nd measured value in multiple times in 2nd period TM12.
- the absolute value of the time integration value in the first period TM11 (area S1 in FIG. 6) and the absolute value of the time integration value in the second period TM12 (area S2 in FIG. 6) are made to coincide with each other.
- the amount of electric charge stored in the gas sensor 200 in the first period TM11 and the amount of electric charge released from the gas sensor 200 in the second period TM12 can be made to match substantially accurately.
- the amount of charge at the time when the measurement of the gas concentration is started becomes almost zero, the gas concentration can be measured more accurately.
- the operation control unit 110 may change both.
- the current time is the mask period TM10.
- the gas concentration cannot be measured by the gas sensor 200. For this reason, a series of processes shown in FIG.
- step S02 the electromotive force of the gas sensor 200 is acquired. Specifically, the potential difference between the points P15 and P13 in FIG. 1 is acquired by the measuring unit 120 as the electromotive force.
- step S03 following step S02 the oxygen concentration corresponding to the electromotive force is calculated, and the operation control of the internal combustion engine is performed based on the oxygen concentration.
- the control device 100 in the present embodiment also has a function of controlling the operation of the internal combustion engine. That is, the control device 100 is configured as a so-called engine ECU.
- control device 100 is configured as a dedicated device that controls the gas sensor 200 may be used separately from the engine ECU.
- a signal indicating the calculated oxygen concentration is output from the control device 100 to the engine ECU. 1 may be output as it is to the engine ECU as a signal indicating the oxygen concentration.
- a process executed to measure the impedance of the gas sensor 200 will be described with reference to FIG.
- the series of processes shown in FIG. 8 is repeatedly executed by the control device 100 every time a predetermined control period elapses. Further, this process is executed in parallel with the series of processes shown in FIG.
- the “start condition” is a condition set in advance as a condition necessary for performing impedance measurement while changing the first period TM11 and the second period TM12. More detailed contents of the processing performed in step S11 will be described with reference to FIG.
- step S31 it is determined whether or not the temperature of the gas sensor 200 estimated by the sensor temperature estimation unit 121 exceeds a predetermined temperature.
- This “predetermined temperature” is a temperature set in advance as a minimum temperature at which the gas sensor 200 can operate. If the temperature of the gas sensor 200 exceeds the predetermined temperature by being heated by the heater HT, the process proceeds to step S32. In step S32, it is determined that the start condition is satisfied.
- step S31 when the temperature of the gas sensor 200 does not exceed the predetermined temperature in step S31, the process proceeds to step S33. In step S33, it is determined that the start condition is not satisfied.
- the start condition is that the temperature of the gas sensor 200 estimated by the sensor temperature estimation unit 121 exceeds a predetermined temperature.
- the operation control unit 110 energizes the heater HT, and after the temperature estimated by the sensor temperature estimation unit 121 exceeds a predetermined temperature, at least one of the first period TM11 and the second period TM12. The process of changing the length is started. Accordingly, it is possible to prevent a situation in which adjustment of the first period TM11 and the like is performed wastefully even though the gas concentration measurement in the gas sensor 200 cannot be performed accurately yet.
- step S12 it is determined whether a start condition is satisfied in step S11. If the start condition is not satisfied, the process proceeds to step S27.
- step S27 the impedance of the gas sensor 200 is measured.
- the impedance is measured in a state where the respective lengths are fixed as in the example of FIG.
- the same processing as that except for step S25 is performed in a series of processing performed after step S13 described later. Thereafter, the series of processes shown in FIG.
- step S27 the same processing as that except for steps S21, S22, and S25 is performed in a series of processing performed after step S13 described later. It is good.
- step S12 the process proceeds to step S13.
- step S13 the mask setting unit 140 executes processing for starting the mask period TM10. That is, the period after step S13 is executed is set as the mask period TM10 described with reference to FIG.
- step S14 processing for applying a sweep voltage in the first direction to the gas sensor 200, that is, first control is started.
- this process is a process for opening and closing the switching element F1, and is executed by the operation control unit 110.
- the first period TM11 shown in FIG. 3 and the like is started from the time when the process of step S14 is executed.
- step S15 it is determined whether or not it is time to acquire the sweep current.
- the “timing at which the sweep current is acquired” here corresponds to, for example, time t191 in FIG. 3A, and can also be referred to as “timing to acquire the first measurement value”.
- timing to acquire the first measurement value based on whether or not a predetermined period has elapsed since the start of the process of step S14, it is determined whether or not the present timing is the above timing.
- step S15 If it is determined that it is not the time to acquire the sweep current, the process of step S15 is repeatedly executed. When it is determined that the current time is the timing for acquiring the sweep current, the process proceeds to step S16.
- step S16 the value of the sweep current flowing through the gas sensor 200 is measured by the measurement unit 120, and the absolute value of the value is acquired as the first measurement value.
- step S17 the value of the sweep voltage applied to the gas sensor 200 (potential difference between the points P15 and P13) is acquired by the measuring unit 120.
- step S18 the impedance of the gas sensor 200 is calculated based on the value of the sweep current measured in step S16 and the value of the sweep voltage measured in step S17. Specifically, the impedance is calculated by dividing the increase amount of the sweep voltage by the increase amount of the sweep current.
- the impedance calculated in step S18 is used for control performed by the heater control unit 130, that is, control for adjusting the duty ratio of the voltage applied to the heater HT and maintaining the temperature of the gas sensor 200 within the activation temperature range.
- the control is executed in parallel with a series of processes shown in FIG.
- step S19 it is determined whether or not the first period TM11 has elapsed since the process in step S14 was performed.
- the length of the first period TM11 used for the determination is the first period set (changed) in step S25 described later when the series of processes shown in FIG. 8 is executed in the previous control cycle. It is the length of TM11.
- step S19 the process of applying the sweep voltage in the second direction to the gas sensor 200, that is, the second control is started.
- this process is a process for opening and closing the switching element F2, and is executed by the operation control unit 110.
- the second period TM12 shown in FIG. 3 and the like is started from the time when the process of step S20 is executed.
- step S21 it is determined whether or not it is time to acquire the sweep current.
- the “timing to acquire the sweep current” here corresponds to, for example, the time t291 in FIG. 3A and can also be said to be “timing to acquire the second measurement value”.
- a predetermined period has elapsed since the start of the process of step S20, it is determined whether or not the present time is the above timing.
- step S21 If it is determined that it is not time to acquire the sweep current, the process of step S21 is repeatedly executed. When it is determined that the current time is the timing for acquiring the sweep current, the process proceeds to step S22.
- step S22 the value of the sweep current flowing through the gas sensor 200 is measured by the measurement unit 120, and the absolute value of the value is acquired as the second measurement value.
- step S23 it is determined whether or not the second period TM12 has elapsed since the process in step S20 was performed.
- the length of the second period TM12 used for the determination is the second period set (changed) in step S25 described later when the series of processes shown in FIG. 8 is executed in the previous control cycle. It is the length of TM12.
- step S23 If the second period TM12 has not yet elapsed, the process of step S23 is repeatedly executed, and the second control is continued. If the second period TM12 has elapsed, the process proceeds to step S24. In step S24, the opening / closing operation of the switching element F2 is stopped, and the switching element F2 is returned to the open state. As a result, the second control is terminated.
- step S25 following step S24, the length of at least one of the first period TM11 and the second period TM12 based on the first measurement value acquired in step S16 and the second measurement value acquired in step S22. Processing to change is performed. More detailed contents of the processing performed in step S25 will be described with reference to FIG.
- step S41 it is determined whether or not the first measurement value is larger than the second measurement value.
- the process proceeds to step S42.
- step S42 as described with reference to FIG. 3B, processing for extending the second period TM12 is performed. Note that the second period TM12 whose length has been changed in this way is used in the determination in step S23 when the series of processing shown in FIG. 8 is executed in the next control cycle.
- step S41 when the first measurement value is not larger than the second measurement value, the process proceeds to step S43.
- step S43 it is determined whether or not the first measurement value is smaller than the second measurement value.
- step S44 as described with reference to FIG. 4B, processing for extending the first period TM11 is performed.
- the first period TM11 whose length is changed in this way is used in the determination in step S19 when the series of processes shown in FIG. 8 is executed in the next control cycle.
- step S43 if the first measurement value is not smaller than the second measurement value, the series of processes shown in FIG. In this case, the first measurement value and the second measurement value are equal to each other. Therefore, the lengths of the first period TM11 and the second period TM12 are not changed.
- step S26 subsequent to step S25, the mask setting unit 140 executes processing for ending the mask period TM10.
- the time when the process is performed corresponds to, for example, time t40 in FIG.
- the horizontal axis in the graph of FIG. 11 is a value obtained by subtracting the second measurement value from the first measurement value. In the present embodiment, it can be said to be a “current difference”.
- the vertical axis in the graph is obtained by subtracting the electromotive force of the gas sensor 200 from the potential difference between the points P15 and P13 after the impedance measurement is repeatedly executed a predetermined number of times. That is, it shows how much the electromotive force of the gas sensor 200 measured by the measurement unit 120 has changed from the (correct) value corresponding to the gas concentration due to the influence of accumulated charges.
- the value indicated on the vertical axis is also referred to as “electromotive force fluctuation amount”.
- a line L1 indicates time variation of the electromotive force variation when the length of the first period TM11 and the length of the second period TM12 are not changed and are always constant. .
- the amount of charge accumulated in the gas sensor 200 increases, and thus the amount of variation in electromotive force also increases.
- points D1, D2, and D3 indicate the measured values of the electromotive force fluctuation amount when the length of the first period TM11 and the length of the second period TM12 are changed as described above. It is. As indicated by these points D1 and the like, according to the control performed by the control device 100 according to the present embodiment, the electromotive force fluctuation amount is very small without depending on the difference between the first measurement value and the second measurement value. It is suppressed to the range (within ⁇ 5 mV). As a result, the gas concentration can be accurately measured in the concentration measurement period TM20.
- the second embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment only in the content of the process performed in step S11 of FIG. 8, specifically, the content of the start condition. Below, a different point from 1st Embodiment is mainly demonstrated.
- the series of processes shown in FIG. 12 shows the specific flow of the process performed in step S11 of FIG. 8, and is executed in place of the series of processes shown in FIG.
- the first step S51 it is determined whether or not a predetermined period has elapsed from the time when the heater controller 130 starts energizing the heater HT.
- This “predetermined period” is set in advance as a period required for the temperature of the gas sensor 200 to reach a sufficient temperature (minimum temperature at which the gas sensor 200 can operate) after heating by the heater HT is started. It is a period.
- step S51 if a predetermined period has elapsed since the start of energization of the heater HT, the process proceeds to step S52. In step S52, it is determined that the start condition is satisfied.
- step S53 it is determined that the start condition is not satisfied.
- the start condition is that a predetermined period has elapsed since the start of energization of the heater HT. For this reason, the operation control part 110 will start the process which changes the length of at least one among a 1st period and a 2nd period, after the predetermined period passes since the energization to a heater was started. Accordingly, it is possible to prevent a situation in which adjustment of the first period TM11 and the like is performed wastefully even though the gas concentration measurement in the gas sensor 200 cannot be performed yet. Even in such an aspect, the same effects as those described in the first embodiment can be obtained.
- the third embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment only in the content of the process performed in step S11 of FIG. 8, specifically, the content of the start condition. Below, a different point from 1st Embodiment is mainly demonstrated.
- the series of processes shown in FIG. 13 shows a specific flow of the process performed in step S11 of FIG. 8, and is executed in place of the series of processes shown in FIG.
- step S61 the temperature of the control device 100 (main body temperature) is acquired by the temperature sensor 150.
- step S62 following step S61 it is determined whether or not the temperature of the control device 100 acquired in step S62 varies from the temperature of the control device 100 acquired in the previous control cycle. For example, if the absolute value of the difference between the temperature acquired last time and the temperature acquired this time exceeds a predetermined threshold, it is determined that the temperature of the control device 100 has fluctuated.
- Step S62 when it is determined that the temperature of the control device 100 has changed, the process proceeds to Step S63.
- step S63 it is determined that the start condition is satisfied.
- step S62 determines whether the temperature of the control device 100 has been changed. If it is determined in step S62 that the temperature of the control device 100 has not changed, the process proceeds to step S64. In step S64, it is determined that the start condition is not satisfied.
- the fact that the temperature of the control device 100 has changed is set as a start condition. For this reason, when the temperature measured by the temperature sensor 150 fluctuates, the operation control unit 110 starts a process of changing the length of at least one of the first period TM11 and the second period TM12. As a result, the resistance value of the resistor R14 or the like does not change with temperature, and the adjustment of the first period TM11 or the like is performed wastefully even though the need for adjusting the first period TM11 or the like is low. Can be prevented. Even in such an aspect, the same effects as those described in the first embodiment can be obtained.
- the fourth embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment only in the content of the process performed in step S11 of FIG. 8, specifically, the content of the start condition. Below, a different point from 1st Embodiment is mainly demonstrated.
- step S11 of FIG. 8 shows a specific flow of the process performed in step S11 of FIG. 8, and is executed in place of the series of processes shown in FIG.
- step S71 it is determined whether or not a predetermined period has elapsed since the processing after step S13 in FIG. If the predetermined period has elapsed, the process proceeds to step S72. In step S72, it is determined that the start condition is satisfied. On the other hand, if it is determined in step S71 that the predetermined period has not elapsed, the process proceeds to step S73. In step S73, it is determined that the start condition is not satisfied.
- the operation control unit 110 starts a process of changing the length of at least one of the first period TM11 and the second period TM12 every time the predetermined period elapses.
- the processing load on the control device 100 can be reduced. Even in such an aspect, the same effects as those described in the first embodiment can be obtained.
- the fifth embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment only in the contents of the process performed in step S25 of FIG. Below, a different point from 1st Embodiment is mainly demonstrated.
- the series of processes shown in FIG. 15 shows a specific flow of the process performed in step S25 of FIG. 8, and is executed in place of the series of processes shown in FIG. In this process, Steps S81 and S82 are added to the beginning of a series of processes shown in FIG.
- the control device 100 counts the number of times that the sweep voltage is applied to the gas sensor 200 (which can be said to be the number of times the impedance measurement is performed), and stores the number of times. Hereinafter, the number of times is also referred to as “number of times of application”.
- the first step S81 it is determined whether or not the number of times of application has reached a predetermined number. If the number of times of application has reached the predetermined number, the process proceeds to step S82.
- step S82 the application count is reset to zero.
- step S41 and subsequent steps subsequent to step S82 processing similar to that described with reference to FIG. 10 is performed. Therefore, a specific description thereof is omitted.
- step S81 if the number of times of application has not reached the predetermined number, the series of processes shown in FIG. 15 is terminated without changing the lengths of the first period TM11 and the second period TM12.
- the first period TM11 and the second period Processing for changing the length of at least one of the TMs 12 is performed.
- the length of the first period TM11 is maintained at the changed length until the number of subsequent applications reaches a predetermined number.
- the sweep voltage is applied and the impedance measurement is repeatedly performed. For this reason, the processing load of the control apparatus 100 can be reduced compared with the case where 1st period TM11 grade
- the series of processes shown in FIG. 16 shows a specific flow of the process performed in step S25 of FIG. 8, and is executed in place of the series of processes shown in FIG.
- control device 100 counts the number of times of application. Furthermore, the control device 100 stores the first measurement value and the second measurement value acquired by the measurement unit 120 as a history each time a series of processes shown in FIG. 8 is executed.
- step S91 it is determined whether or not the number of times of application has reached a predetermined number.
- This predetermined number of times is preset as the number of first measurement values and the like necessary for calculating the average value of each of the first measurement value and the second measurement value. If the number of times of application has reached the predetermined number, the process proceeds to step S92. In step S92, the application count is reset to zero.
- step S93 following step S92, an average value of the first measurement values obtained as many times as the predetermined number of times is calculated.
- an average value of the second measurement values acquired by the same number as the predetermined number is calculated. Thereafter, it is determined whether or not the average value of the first measurement values is larger than the average value of the second measurement values.
- step S94 processing for extending the second period TM12 is performed.
- step S93 when the average value of the first measurement value is not larger than the average value of the second measurement value, the process proceeds to step S95.
- step S95 it is determined whether or not the average value of the first measurement values is smaller than the average value of the second measurement values.
- step S96 as described with reference to FIG. 4B, a process of extending the first period TM11 is performed.
- step S95 if the average value of the first measurement values is not smaller than the average value of the second measurement values, the series of processes shown in FIG. In this case, the average value of the first measurement value and the average value of the second measurement value are equal to each other. Therefore, the lengths of the first period TM11 and the second period TM12 are not changed.
- step S91 if the number of times of application has not reached the predetermined number, the series of processes shown in FIG. 16 is terminated without changing the length of the first period TM11 or the second period TM12.
- the operation control unit 110 Based on the comparison between the average value of the first measurement values and the average value of the second measurement values, the length of at least one of the first period TM11 and the second period TM12 in the next and subsequent times is changed.
- the operation control unit 110 changes the second period TM12 after the next time to be longer, and performs the first measurement.
- the operation control unit 110 changes the first period TM11 after the next time to be longer.
- the seventh embodiment will be described. Also in the control device 100 according to the present embodiment, the length of at least one of the first period TM11 and the second period TM12 is changed in order to prevent the influence of accumulated charges on the electromotive force. However, the mode of the change is different from the case of the first embodiment. A specific example will be described with reference to FIG.
- the value of the sweep current in the first period TM11 and the value of the sweep current in the second period TM12 are shown in FIG. I10, ⁇ I10) is the time variation of the sweep current.
- FIG. 17B shows the time change of the sweep current when the value of the sweep current in the first period TM11 becomes I11 larger than the target value I10.
- the first measurement value (I11) is larger than the second measurement value (I10).
- the operation control unit 110 of the present embodiment changes the length of the first period TM11 to be shorter than that in the case of FIG. In the example of FIG. 17B, the time at which the first period TM11 ends (also the start time of the second period TM12) is changed to a time t19 before the time t20.
- the time at which the second period TM12 ends is changed from time t30 to time t29.
- the length of the second period TM12 in FIG. 17B is the same as the length of the second period TM12 in FIG.
- the length of the first period TM11 in FIG. 17B is shorter than the length of the first period TM11 in FIG.
- the mask period TM10 is shortened along with the shortening of the first period TM11. Specifically, the time at which the mask period TM10 ends is changed from time t40 to time t33.
- the transition to the concentration measurement period TM20 and the measurement of the gas concentration can be performed at an early stage.
- the amount of charge stored per unit time in the gas sensor 200 in the first period TM11 is larger than that in the case of FIG.
- the amount (total amount) of charges stored in the gas sensor 200 in the first period TM11 is substantially the same as in FIG. 17A. Yes.
- the difference between the amount of electric charge stored in the gas sensor 200 in the first period TM11 and the amount of electric charge released from the gas sensor 200 in the second period TM12 is suppressed to be as small as in the case of FIG. be able to. Since accumulation of electric charges in the gas sensor 200 in the mask period TM10 is suppressed, the gas concentration can be accurately measured by the gas sensor 200.
- the first period TM11 is also changed to be shorter. Even in this case, charge accumulation in the gas sensor 200 is suppressed as described above.
- the operation control unit 110 changes the first period TM11 to be shorter when the first measurement value is larger than the second measurement value. At this time, even if it is attempted to acquire the first measurement value at the same timing (t191) as in FIG. 17A after the first period TM11, the first period TM11 has ended at that time, The first measurement value cannot be obtained accurately.
- the timing by which the measurement part 120 performs measurement is also changed.
- the above timing is changed so that the first measurement value is acquired at time t181 earlier than time t191.
- the period from time t10 to time t181 is shorter than the first period TM11 after the change.
- the timing at which the second measurement value is acquired after the second period TM12 is not changed.
- the second measurement value is acquired at time t281 earlier than time t291.
- the length of the period from time t19 to time t281 is from time t20 in FIG. This is the same as the length of the period up to time t291.
- the value of the sweep current in the first period TM11 and the value of the sweep current in the second period TM12 are respectively set to the target values (FIG. 18A).
- I10, ⁇ I10) is the time variation of the sweep current.
- FIG. 18B shows a time change of the sweep current when the value of the sweep current in the first period TM11 becomes I09 smaller than the target value I10.
- the first measurement value (I09) is smaller than the second measurement value (I10).
- the operation control unit 110 of the control device 100 makes the length of the second period TM12 shorter than that in the case of FIG. change.
- the time when the second period TM12 ends is changed to time t29 before time t30.
- the length of the second period TM12 in FIG. 18B is shorter than the length of the first period TM11 in FIG. 18B.
- the mask period TM10 is shortened along with the shortening of the second period TM12. Specifically, the time at which the mask period TM10 ends is changed from time t40 to time t39.
- the transition to the concentration measurement period TM20 and the measurement of the gas concentration can be performed at an early stage.
- the amount of electric charge released from the gas sensor 200 in the second period TM12 decreases due to the shortening of the second period TM12. That is, not only the charge stored in the gas sensor 200 during the first period TM11 has decreased, but also the charge released from the gas sensor 200 during the second period TM12 has decreased.
- the difference between the amount of charge stored in the gas sensor 200 in the first period TM11 and the amount of charge released from the gas sensor 200 in the second period TM12 is suppressed to the same extent as in the case of FIG. be able to. Since accumulation of electric charges in the gas sensor 200 in the mask period TM10 is suppressed, the gas concentration can be accurately measured by the gas sensor 200.
- the second period TM12 is also changed so as to be shortened. Even in this case, charge accumulation in the gas sensor 200 is suppressed as described above.
- the operation control unit 110 of the present embodiment changes the second period TM12 to be shorter when the first measurement value is smaller than the second measurement value. At this time, even if it is attempted to acquire the second measurement value at the same timing (t291) as in FIG. 18A after the second period TM12, the second period TM12 has ended at that time, The second measurement value cannot be obtained accurately.
- the timing by which the measurement part 120 performs measurement is also changed.
- the above timing is changed so that the first measurement value is acquired at time t281 earlier than time t291.
- the period from time t20 to time t281 is shorter than the second period TM12 after the change.
- the timing (t191) at which the first measurement value is acquired after the first period TM11 is not changed.
- the timing for acquiring the first measurement value or the timing for acquiring the second measurement value is appropriately changed.
- the operation control unit 110 in the present embodiment also has a time integral value (area of FIG. 6) of the value measured by the measurement unit 120 in the first period TM11. S1) and the time integration value (area S2 in FIG. 6) of the values measured by the measurement unit 120 in the second period TM12 are mutually equal in the absolute values, the first period TM11 and the second period Change the length of TM12.
- step S101 in the process shown in FIG. 19 it is determined whether or not the first measurement value is larger than the second measurement value.
- the process proceeds to step S102.
- step S102 as described with reference to FIG. 17B, a process of shortening the first period TM11 is performed.
- the first period TM11 whose length is changed in this way is used in the determination in step S19 when the series of processes shown in FIG. 8 is executed in the next control cycle.
- step S101 when the first measurement value is not larger than the second measurement value, the process proceeds to step S103.
- step S103 it is determined whether or not the first measurement value is smaller than the second measurement value.
- step S104 as described with reference to FIG. 18B, a process of shortening the second period TM12 is performed. Note that the second period TM12 whose length has been changed in this way is used in the determination in step S23 when the series of processing shown in FIG. 8 is executed in the next control cycle.
- step S103 when the first measurement value is not smaller than the second measurement value, the series of processes shown in FIG. In this case, the first measurement value and the second measurement value are equal to each other. Therefore, the lengths of the first period TM11 and the second period TM12 are not changed.
- the eighth embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the seventh embodiment only in the contents of the process performed in step S25 of FIG. Hereinafter, differences from the seventh embodiment will be mainly described.
- the series of processes shown in FIG. 20 shows a specific flow of the process performed in step S25 of FIG. 8, and is executed in place of the series of processes shown in FIG.
- control device 100 counts the number of times of application as in the fifth embodiment (FIG. 15). Furthermore, the control device 100 stores the first measurement value and the second measurement value acquired by the measurement unit 120 as a history each time a series of processes shown in FIG. 8 is executed.
- the first step S111 it is determined whether or not the number of times of application has reached a predetermined number.
- This predetermined number of times is preset as the number of first measurement values and the like necessary for calculating the average value of each of the first measurement value and the second measurement value. If the number of times of application has not reached the predetermined number of times, the series of processing shown in FIG. 20 is terminated without changing the length of the first period TM11 or the second period TM12. If the number of times of application has reached the predetermined number, the process proceeds to step S112.
- step S112 the application count is reset to zero.
- step S113 subsequent to step S112 an average value of the first measurement values acquired as many times as the predetermined number is calculated.
- an average value of the second measurement values acquired by the same number as the predetermined number is calculated. Thereafter, it is determined whether or not the average value of the first measurement values is larger than the average value of the second measurement values.
- step S114 As described with reference to FIG. 17B, a process of shortening the first period TM11 is performed.
- step S113 when the average value of the first measurement value is not larger than the average value of the second measurement value, the process proceeds to step S115.
- step S115 it is determined whether or not the average value of the first measurement values is smaller than the average value of the second measurement values.
- step S116 as described with reference to FIG. 18B, a process of shortening the second period TM12 is performed.
- step S115 if the average value of the first measurement values is not smaller than the average value of the second measurement values, the series of processes shown in FIG. In this case, the average value of the first measurement value and the average value of the second measurement value are equal to each other. Therefore, the lengths of the first period TM11 and the second period TM12 are not changed.
- the operation control unit 110 Based on the comparison between the average value of the first measurement values and the average value of the second measurement values, the length of at least one of the first period TM11 and the second period TM12 in the next and subsequent times is changed.
- the operation control unit 110 changes the first period TM11 from the next time onward to shorten the first measurement value.
- the operation control unit 110 changes the second period TM12 after the next time to be shorter.
- the ninth embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment only in the contents of the process performed in step S25 of FIG. Below, a different point from 1st Embodiment is mainly demonstrated.
- step S25 of FIG. 8 shows a specific flow of the process performed in step S25 of FIG. 8, and is executed in place of the series of processes shown in FIG.
- the time integration value of the value (sweep current or sweep voltage) measured by the measurement unit 120 in the first period TM11 matches a predetermined design value.
- the “time integral value of the value measured by the measurement unit 120 in the first period TM11” corresponds to the area S1 shown in FIG.
- Such a time integral value can be calculated by multiplying the first measurement value acquired at time t191 in FIG. 3 by the length of the first period TM11.
- the “predetermined design value” in the above is the time integration when the first measurement value matches the target value and the length of the first period TM11 is the same as the initial design value. It is a value.
- step S123 the length of the first period TM11 is changed so that the time integration value matches the design value. For example, when the time integration value is smaller than the design value, the first period TM11 is changed to be longer than before.
- step S123 following step S122 it is determined whether or not the time integrated value of the value (sweep current or sweep voltage) measured by the measurement unit 120 in the second period TM12 matches a predetermined design value.
- the time integral value of the value measured by the measurement unit 120 in the second period TM12 corresponds to the absolute value of the area S2 shown in FIG.
- Such a time integral value can be calculated by multiplying the second measurement value acquired at time t291 in FIG. 3 by the length of the second period TM12.
- the “predetermined design value” in the above is the time integration when the second measurement value matches the target value and the length of the second period TM12 is the same as the initial design value. It is a value.
- step S124 the length of the second period TM12 is changed so that the time integration value matches the design value. For example, when the time integration value is smaller than the design value, the second period TM12 is changed to be longer than before.
- the amount of charge stored in the gas sensor 200 in the first period TM11 and the amount of charge released from the gas sensor 200 in the second period TM12 are both set to values as designed. You can get closer. This makes it possible to reduce the difference between the two and accurately measure the gas concentration. Note that only one of the processing from step S121 to step S122 and the processing from step S123 to step S124 shown in FIG. 21 may be executed, and the other may not be executed.
- the operation control unit 110 in the present embodiment has the time integration value of the value measured by the measurement unit 120 in the first period TM11 and the time of the value measured by the sweep measurement unit in the second period TM12. So that at least one of the integral values matches a predetermined design value, The length of at least one of the first period TM11 and the second period TM12 is changed. Even if it is such an aspect, there exists an effect similar to what was demonstrated in 1st Embodiment.
- both the first period TM11 and the second period TM12 are changed, both the first period TM11 and the second period TM12 after the change are included in the mask period TM10. As described above, the mask setting unit 140 changes the length of the mask period TM10.
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Abstract
制御装置(100)の動作制御部(110)は、第1期間(TM11)において、ガスセンサ(200)に第1方向の電流が流れるよう、電圧印加部(F1,F2)を動作させる第1制御と、前記第1期間に続く第2期間(TM12)において、前記ガスセンサに前記第1方向とは逆の第2方向の電流が流れるよう、前記電圧印加部を動作させる第2制御と、を行う。 制御装置は、前記第1制御が行われているときにおいて前記掃引測定部で測定された値の絶対値、である第1測定値と、前記第2制御が行われているときにおいて前記掃引測定部で測定された値の絶対値、である第2測定値と、の比較に基づいて、前記第1期間及び前記第2期間のうち少なくとも一方の長さを変更する。
Description
本出願は、2017年4月26日に出願された日本国特許出願2017-086979号に基づくものであって、その優先権の利益を主張するものであり、その特許出願の全ての内容が、参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、ガス濃度を測定するガスセンサの制御装置に関する。
内燃機関を有する車両の排気通路には、排ガスに含まれる特定のガス(例えば酸素)の濃度を測定するためのガスセンサが設けられる。例えばO2センサやA/Fセンサのように、酸素濃度を測定するためのガスセンサは、酸素イオンを透過させる固体酸化物層を有しており、被検知空間の酸素濃度に応じてその起電力を変化させる構成となっている。
ガスセンサによるガス濃度の測定を正確に行うためには、ガスセンサの温度を活性温度範囲内に保つ必要がある。この活性温度範囲は比較的狭い温度範囲であるから、ガスセンサが排ガスによって加熱されるのみでは、ガスセンサの温度を活性温度範囲に保つことは難しい。このため、ガスセンサにはこれを加熱するためのヒーターが設けられ、当該ヒーターへの通電によってガスセンサの温度が活性温度範囲内となるように調整されるのが一般的である。
上記のような温度調整を行うために、ガスセンサの温度を測定するための温度センサを別途設けることも考えられる。しかしながら、部品コストの上昇に鑑みれば、そのような構成は好ましくない。そこで、ガスセンサの温度とインピーダンスとの間に相関関係があることを利用して、ガスセンサのインピーダンスを測定することによってガスセンサの温度を推定することが行われている。
例えば下記特許文献1に記載の酸素センサ素子インピーダンス検出装置(すなわちガスセンサの制御装置)では、ガスセンサによるガス濃度の測定を一時的に中断した状態で、ガスセンサに対して掃引電圧を印加する。その後、ガスセンサにおける電圧の増加量を、電流の増加量で除することにより、ガスセンサのインピーダンスを算出する。ガスセンサのインピーダンスを算出した後は、ガスセンサによるガス濃度の測定を再開する。
上記特許文献1に記載の制御装置では、ガスセンサに対して掃引電圧を印加してインピーダンスの算出を行った後に、掃引電圧を0に戻してガス濃度の測定を再開させている。しかしながら、ガスセンサには、掃引電圧の印加によって電荷が蓄積(つまり充電)されており、掃引電圧が0に戻された後においては当該電荷がガスセンサから放電される。その結果、ガスセンサの測定値を示す起電力が、上記のような放電の影響によって変化してしまうことがある。すなわち、ガス濃度に対応した起電力とは異なる起電力が、ガスセンサから出力されてしまうことがある。
このような現象を防止するために、掃引電圧を0に戻してガス濃度の測定を再開させる前に、ガスセンサに対して上記の掃引電圧とは逆方向の電圧(以下では「逆掃引電圧」とも称する)を印加することも行われている。逆方向の電圧を印加することにより、ガスセンサに蓄積された電荷の放電を促進し、上記のような起電力への影響を抑制することができる。
ガス濃度の測定が再開された時点において、ガスセンサに蓄積されている電荷の量を問題ない程度に低く抑えるためには、逆掃引電圧の絶対値を掃引電圧の絶対値に一致させることが好ましい。また、逆掃引電圧が印加されている期間の長さを、掃引電圧が印加されていた期間の長さに一致させることが好ましい。
しかしながら、掃引電圧等をガスセンサに印加するための回路においては、回路を構成する抵抗等の部品公差や温度等のばらつきに起因して、掃引電圧及び逆掃引電圧のそれぞれの絶対値がばらついてしまうことがある。このため、逆掃引電圧の絶対値と掃引電圧の絶対値とを、互いに正確に一致させることは困難である。両者を正確に一致させるために、部品公差を厳しく管理したり、温度変化を抑制するための機構を別途設けたりすることは、部品コストの観点から現実的ではない。
本開示は、インピーダンスの測定に起因したガスセンサへの電荷の蓄積を抑制し、ガスセンサによるガス濃度の測定を正確に行うことのできる制御装置、を提供することを目的とする。
本開示に係る制御装置は、ガス濃度を測定するガスセンサの制御装置であって、ガスセンサのインピーダンスを測定するために、ガスセンサに対して電圧を印加する電圧印加部と、電圧印加部の動作を制御する動作制御部と、ガスセンサに流れる電流、又はガスセンサに印加される電圧、のうち少なくともいずれか一方を測定する掃引測定部と、を備える。動作制御部は、第1期間において、ガスセンサに第1方向の電流が流れるよう、電圧印加部を動作させる第1制御と、第1期間に続く第2期間において、ガスセンサに第1方向とは逆の第2方向の電流が流れるよう、電圧印加部を動作させる第2制御と、を行うものであり、第1制御が行われているときにおいて掃引測定部で測定された値の絶対値、である第1測定値と、第2制御が行われているときにおいて掃引測定部で測定された値の絶対値、である第2測定値と、の比較に基づいて、第1期間及び第2期間のうち少なくとも一方の長さを変更する。
このような構成の制御装置では、第1期間においてガスセンサに第1方向の電流が流された後、第2期間においてガスセンサに第2方向の電流が流される。第1期間ではインピーダンスの測定が行われ、第2期間ではガスセンサに蓄えられた電荷の除去が行われる。また、上記制御装置では、掃引測定部によって測定された第1測定値と第2測定値とに基づいて、第1期間及び第2期間のうち少なくとも一方の長さが変更される。
このため、部品のばらつき等に起因して、第1測定値と第2測定値とが互いに異なっている場合であっても、第1期間及び第2期間のうち少なくとも一方の長さを変更することにより、ガスセンサに蓄積された電荷を概ね0に抑えることが可能となる。インピーダンスの測定が行われた後の起電力が、蓄積された電荷によって変動してしまうことが防止されるので、ガスセンサによるガス濃度の測定を正確に行うことができる。
本開示によれば、インピーダンスの測定に起因したガスセンサへの電荷の蓄積を抑制し、ガスセンサによるガス濃度の測定を正確に行うことのできる制御装置、が提供される。
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
図1を参照しながら、第1実施形態に係る制御装置100及びガスセンサ200のそれぞれの構成について説明する。ガスセンサ200は、車両の排気通路(不図示)に設けられるものであり、当該排気通路を通る排ガスの酸素濃度を測定するためのO2センサである。制御装置100は、ガスセンサ200に対する電圧の印加等を行うことにより、ガスセンサ200によるガス濃度の測定を実行するための装置である。
先ず、ガスセンサ200の構成について説明する。ガスセンサ200は、部分安定化ジルコニアによって形成された固体酸化物層と、固体酸化物層の両面に形成された一対の電極層とを有している(いずれも不図示)。一方の電極層には、排気通路を流れる排ガスが導入される。他方の電極層には大気が導入される。ガスセンサ200では、排ガスの酸素濃度と大気の酸素濃度との差に応じて、固体酸化物層を酸素イオンが通過する。このため、ガスセンサ200では、排ガスの酸素濃度に応じた大きさの起電力が生じる。
図1には、上記のように構成されたガスセンサ200の等価回路が示されている。抵抗R21、R22は、ガスセンサ200を構成する各層の抵抗成分を示すものである。コンデンサC21、C22は、ガスセンサ200を構成する各層の容量成分を示すものである。電源V20は、ガスセンサ200の起電力、すなわち排ガスの酸素濃度に応じた大きさの起電力の発生源を模式的に示すものである。当該起電力は、排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側であるときには概ね1Vとなり、排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側であるときには概ね0Vとなる。空燃比が理論空燃比の近傍となる領域においては、上記の起電力が1Vと0Vとの間で急激に変化する。
ガスセンサ200の起電力は、ガスセンサ200の一方側の端部P21と、他方側の端部P22との間の電位差として、制御装置100に向けて出力される。端部P21は、制御装置100が有する端子T1に接続されている。端部P22は、制御装置100が有する端子T2に接続されている。
ところで、ガスセンサ200による酸素濃度の測定を正確に行うためには、ガスセンサ200の温度(具体的には固体酸化物層の温度)を活性温度範囲内に保つ必要がある。この活性温度範囲は比較的狭い温度範囲であるから、ガスセンサ200が排ガスによって加熱されるのみでは、ガスセンサ200の温度を活性温度範囲に保つことは難しい。そこで、ガスセンサ200には、ガスセンサ200を加熱するためのヒーターHTが設けられている。ヒーターHTに供給される電流の大きさを制御装置100が制御することにより、ガスセンサ200の温度が上記の活性温度範囲内となるように調整される。
制御装置100が上記のような温調制御を行うに当たっては、制御装置100がガスセンサ200の温度を把握する必要がある。このため、ガスセンサ200の温度を測定するための温度センサを別途設けることも考えられる。しかしながら、部品コストの上昇に鑑みれば、そのような構成は好ましくない。
そこで、本実施形態に係る制御装置100は、ガスセンサ200のインピーダンス(具体的には固体酸化物層のインピーダンス)を定期的に測定し、当該インピーダンスに基づいてガスセンサ200の温度を推測することとしている。図1の等価回路に示される抵抗Z20は、ガスセンサ200のインピーダンスを示すものである。
図22には、ガスセンサ200の温度とインピーダンスとの関係が示されている。同図に示されるように、ガスセンサ200の温度が高くなるほど、ガスセンサ200のインピーダンスは小さくなる傾向がある。図22に示される対応関係は予め測定されており、制御装置100が有する記憶装置(不図示のメモリ)に記憶されている。制御装置100は、後に説明する方法によって測定されるガスセンサ200のインピーダンスと、図22に示される対応関係とに基づいて、ガスセンサ200の温度を推測する。制御装置100は、推測されたガスセンサ200の温度に基づいて、ヒーターHTに印加される電圧のデューティ比を調整する。
引き続き図1を参照しながら、制御装置100の構成について説明する。制御装置100には、電源ラインPL1、PL2が設けられている。電源ラインPL1は、ガスセンサ200の端部P22における電位を、接地電位から+側に所定量だけオフセットさせるための定電圧源である。電源ラインPL2は、オペアンプOPに動作用の電力を供給するための定電圧源である。
電源ラインPL1と接地ラインとの間には、抵抗R11と抵抗R12とが直列に配置されている。抵抗R11と抵抗R12との間の点P11は、オペアンプOPの非反転入力部に接続されている。
オペアンプOPの出力部は、抵抗R13及び端子T2を介してガスセンサ200の端部P22に接続されている。また、オペアンプOPの出力部から伸びる線の途中と接地ラインとの間には、コンデンサC11が配置されている。
オペアンプOPの出力部から伸びる線は途中で分岐しており、分岐した線がオペアンプOPの反転入力部に接続されている。このため、ガスセンサ200による酸素濃度の測定が行われているときには、ガスセンサ200の端部P22の電位は、点P11と同一の電位(本実施形態では2V)に維持される。ガスセンサ200の端部P21の電位は、端部P22の電位に対し、ガスセンサ200の起電力を加えた電位となる。このため、ガスセンサ200は、酸素濃度に応じて端部P22の電位を変化させることとなる。端部P22の電位は、排ガスの酸素濃度に応じて概ね2Vと3Vとの間で変化する。
制御装置100には、電源ラインPL1、PL2に加えて電源ラインPL3が設けられている。電源ラインPL3は、ガスセンサ200のインピーダンスを測定する際において、ガスセンサ200に対して後述の掃引電圧を印加するために設けられた定電圧源である。電源ラインPL3と接地ラインとの間には、抵抗R14、スイッチング素子F1、スイッチング素子F2、及び抵抗R12が、この順に並ぶよう直列に配置されている。
スイッチング素子F1、F2は、いずれも電界効果トランジスタ(FET)である。スイッチング素子F1、F2のそれぞれのスイッチング動作は、後述の動作制御部110によって個別に制御される。
スイッチング素子F1とスイッチング素子F2との間の点P14は、端子T1を介してガスセンサ200の端部P21に接続されている。点P14と端子T1とを繋ぐ線の途中と接地ラインとの間には、抵抗R16とコンデンサC12とが互いに並列に配置されている。
ガスセンサ200による酸素濃度の測定が行われているときには、スイッチング素子F1、F2はいずれも開状態とされる。このため、点P14の電位は、電源ラインPL3の影響を受けることなく、端部P22の電位にガスセンサ200の起電力を加えたものと等しくなっている。
後に説明するように、ガスセンサ200のインピーダンスの測定が行われる際には、スイッチング素子F2を開状態としたまま、スイッチング素子F1を所定のデューティ比で開閉させる制御が行われる。これにより、ガスセンサ200には、端部P21から端部P22に向かう方向(以下では、当該方向を「第1方向」とも称する)に電圧が印加された状態となる。
また、ガスセンサ200のインピーダンスの測定が行われた直後には、スイッチング素子F1が開状態に戻されると共に、スイッチング素子F2を所定のデューティ比で開閉させる制御が行われる。これにより、ガスセンサ200には、端部P22から端部P21に向かう方向(以下では、当該方向を「第2方向」とも称する)に電圧が印加された状態となる。
上記のような動作を行うスイッチング素子F1、F2は、ガスセンサ200のインピーダンスを測定するために、ガスセンサ200に対する電圧の印加を行う部分、ということができる。このようなスイッチング素子F1、F2は、本実施形態における「電圧印加部」に該当する。
制御装置100は、動作制御部110と、測定部120と、ヒーター制御部130と、マスク設定部140と、を更に備えている。これらは、それぞれが個別のICとして構成されている。ただし、動作制御部110等の具体的な構成は上記のようなものに限定されない。例えば、動作制御部110、測定部120、及びヒーター制御部130の全体が単一のICとして構成されていてもよい。また、動作制御部110等のいずれかが、1つではなく複数のICの組み合わせによって構成されていてもよい。
動作制御部110は、電圧印加部であるスイッチング素子F1、F2のそれぞれに制御信号を送信し、これによりそれぞれの開閉動作を個別に制御する部分である。
測定部120は、ガスセンサ200に流れる電流、及びガスセンサ200に印加される電圧、等を測定する部分である。図1に示されるように、測定部120には、抵抗R13とオペアンプOPとの間の点P12の電位と、抵抗R13と端部P22との間の点P13の電位と、が入力されている。測定部120は、点P12と点P13との間の電位差に基づいて、抵抗R13を流れる電流、すなわちガスセンサ200に流れる電流の大きさを測定(算出)することができる。
また、測定部120には、点P14と端部P21との間の点P15の電位、も入力されている。測定部120は、点P15と点P13との間の電位差に基づいて、ガスセンサ200の端部P21と端部P22との電位差を測定することができる。
スイッチング素子F1、F2がいずれも開状態となっており、ガスセンサ200による酸素濃度の測定が行われているときには、点P15と点P13との間の電位差は、ガスセンサ200の起電力に等しくなる。測定部120は、ガスセンサ200の起電力に基づいて、現時点における排ガスの酸素濃度を算出することができる。
後に説明するように、測定部120は、ガスセンサ200に印加された電圧(点P15と点P13との間の電位差)の変化量と、ガスセンサ200を流れる電流の変化量とに基づいて、ガスセンサ200のインピーダンスを算出する機能をも有している。
測定部120は、機能的な制御ブロックとしてセンサ温度推定部121を有している。センサ温度推定部121は、ガスセンサ200のインピーダンスと、図22に示される対応関係とに基づいて、現時点におけるガスセンサ200の温度を推定する部分である。
測定部120には、上記のように点P12等の電位が入力される他、温度センサ150による測定値も入力される。温度センサ150は、動作中における制御装置100の温度を測定するために設けられたセンサであって、本実施形態における「温度測定部」に該当する。温度センサ150によって温度が測定される箇所は、制御装置100のうち、抵抗R14や抵抗R15の近傍であることが好ましい。
ヒーター制御部130は、ガスセンサ200のヒーターHTに対する電流の供給を行う部分である。ヒーター制御部130は、センサ温度推定部121で推定されたガスセンサ200の温度(つまり、ガスセンサ200のインピーダンスに基づいて推定される温度)が、活性温度範囲内に保たれるように、ヒーターHTに印加される電圧のデューティ比を調整する。
マスク設定部140は、マスク期間TM10の設定を行う部分である。マスク期間TM10については後に説明する。
制御装置100が、ガスセンサ200のインピーダンスを測定するために行う処理の概要について、図2を参照しながら説明する。既に述べたように、インピーダンスの測定が行われる際には、ガスセンサ200には第1方向に電圧が印加され、これによりガスセンサ200には電流が流れる。以下の説明においては、ガスセンサ200に印加される電圧のことを「掃引電圧」とも称し、ガスセンサ200を流れる電流のことを「掃引電流」とも称する。また、掃引電圧及び掃引電流の値の正負は、いずれも第1方向を正とし、第2方向を負とする。図2に示されるのは、測定部120によって測定される掃引電流(実際には抵抗R13を流れる電流)の時間変化である。
ガスセンサ200のインピーダンスが測定される際には、ガスセンサ200による酸素濃度の測定を行うことができなくなる。このため、制御装置100は、酸素濃度の測定を一時的に禁止するための期間としてマスク期間TM10を設定し、このマスク期間TM10においてインピーダンスの測定を行う。図2の例では、時刻t0から時刻t40までの期間がマスク期間TM10として設定されている。マスク期間TM10の設定は、マスク設定部140によって行われる。
マスク期間TM10が終了すると、ガスセンサ200による酸素濃度の測定が再開される。以下では、ガスセンサ200による酸素濃度の測定が行われる期間、すなわちマスク期間TM10以外の期間のことを、「濃度測定期間TM20」とも称する。
マスク期間TM10の設定、及び当該マスク期間TM10におけるインピーダンスの測定は、所定の周期が経過する毎に繰り返し実行される。このため、マスク期間TM10と濃度測定期間TM20とが交互に繰り返されることとなる。
マスク期間TM10となった直後の時刻t10において、動作制御部110は、スイッチング素子F2を開状態としたままで、スイッチング素子F1を所定のデューティ比で開閉動作させ始める。これにより、ガスセンサ200には、端部P21から端部P22に向かう第1方向に掃引電圧が印加される。上記のデューティ比は、ガスセンサ200を流れる掃引電流の大きさが、所定の目標値(I10)に一致するように予め設定されたものである。このため、図2の例では、時刻t10以降における掃引電流の大きさはI10となっている。ガスセンサ200に対して第1方向の掃引電圧が印加されている状態は、所定の第1期間TM11において継続される。
第1期間TM11において、ガスセンサ200に掃引電圧を印加する制御は、ガスセンサ200に第1方向の電流が流れるよう、電圧印加部であるスイッチング素子F1を動作させる制御、ということができる。当該制御のことを、以下では「第1制御」とも称する。
第1期間TM11において、測定部120は、掃引電圧の増加量を掃引電流の増加量によって除することにより、ガスセンサ200のインピーダンスを算出する。掃引電圧の増加量、及び、掃引電流の増加量は、いずれも測定部120によって測定されたものである。
インピーダンスの算出が完了し、第1期間TM11が終了した以降は、ガスセンサ200による酸素濃度の測定を直ちに再開してもよいように思われる。しかしながら、第1期間TM11が終了した時点のガスセンサ200には、掃引電圧の印加によって電荷が蓄積(つまり充電)された状態となっている。このため、第1期間TM11が終了し掃引電圧が0に戻された後においては、比較的長時間に亘って上記電荷がガスセンサ200から放電される。その結果、ガスセンサ200の測定値を示す起電力が、上記のような放電の影響によって一時的に変化してしまう可能性がある。すなわち、ガス濃度に対応した起電力とは異なる起電力が、ガスセンサ200から出力されてしまう可能性がある。
そこで、本実施形態に係る制御装置100では、第1期間TM11が終了した時刻t20以降において、スイッチング素子F1を開状態に戻した上で、スイッチング素子F2を所定のデューティ比で開閉動作させ始める。これにより、ガスセンサ200には、端部P22から端部P21に向かう第2方向に掃引電圧が印加される。これにより、ガスセンサ200からの電荷の放出が促進される。
上記のデューティ比は、ガスセンサ200を流れる掃引電流の大きさが、所定の目標値(-I10)に一致するように予め設定されたものとなっている。このため、図2の例では、時刻t20以降における掃引電流の大きさは-I10となっている。ガスセンサ200に対して第2方向の掃引電圧が印加されている状態は、所定の第2期間TM12において継続される。図2の例では、時刻t20から時刻t30までの期間が第2期間TM12となっている。尚、マスク設定部140は、第1期間TM11及び第2期間TM12の両方を含む期間として、ガス濃度の測定が一時的に禁止されるマスク期間TM10を設定している。
第2期間TM12において、ガスセンサ200に掃引電圧を印加する制御は、ガスセンサ200に第1方向とは逆の第2方向の電流が流れるよう、電圧印加部であるスイッチング素子F2を動作させる制御、ということができる。当該制御のことを、以下では「第2制御」とも称する。
第1制御においてガスセンサ200に流れる掃引電流の目標値(I10)と、第2制御においてガスセンサ200に流れる掃引電流の目標値(-I10)とは、それぞれの絶対値において互いに等しくなっている。換言すれば、第1制御における掃引電流の絶対値と、第2制御における掃引電流の絶対値とが互いに等しくなるように、スイッチング素子F1、F2の開閉動作中におけるデューティ比が予め設定されている。
また、第1制御が行われる第1期間TM11の長さと、第2制御が行われる第2期間TM12の長さとは、基本的には同じとされる。これにより、第1期間TM11においてガスセンサ200に蓄えられる電荷の量と、第2期間TM12においてガスセンサ200から放出される電荷の量とが、概ね一致することとなる。その結果、ガスセンサ200による酸素濃度の測定が再開された時点(時刻t40)においては、ガスセンサ200の起電力に対する電荷の影響はほとんど無い。
以上のような掃引電圧の印加が行われるマスク期間TM10は、既に述べたように繰り返し設定される。このため、制御装置100では、スイッチング素子F1等(電圧印加部)による掃引電圧の印加、及び測定部120による掃引電流の測定が、繰り返し実行されることとなる。
ところで、部品公差や温度ばらつきなどに起因して、例えば抵抗R14の抵抗値が設計値から乖離してしまった場合には、第1期間TM11における掃引電流の値が、目標値であるI10とは異なる値になってしまうことがある。同様に、第2期間TM12における掃引電流の値が、目標値である-I10とは異なる値になってしまうことがある。
図23には、ガスセンサ200に対する掃引電圧の印加が、比較例に係る制御装置により実行された場合における、掃引電流の時間変化の例が示されている。図23の例では、第1期間TM11における掃引電流の値が、部品のばらつきの影響によって目標値(I10)よりも大きな値(I11)となってしまっている。一方、第1期間TM11における掃引電流の値は、目標値である-I10に一致している。また、図23の例では、第1期間TM11の長さと第2期間TM12の長さとが、互いに同一となっている。
掃引電圧が図23のように印加された場合には、第1期間TM11においてガスセンサ200に蓄えられた電荷の量が、第2期間TM12においてガスセンサ200から放出された電荷の量よりも多くなる。このため、濃度測定期間TM20となりガス濃度の測定が開始される時刻t40においては、残留電荷の影響によってガスセンサ200の起電力が+側にシフトしてしまい、酸素濃度に対応する起電力とは異なるものとなってしまう。
更に、図23に示されるような掃引電圧の印加が繰り返されると、ガスセンサ200に蓄えられる電荷の量も次第に大きくなり、図24に示されるようにガスセンサ200の起電力も次第に大きくなってしまう。つまり、実際に測定されるガスセンサ200の起電力と、酸素濃度に対応する起電力(図24の例では0Vである)との乖離が、時間の経過とともに大きくなってしまう。
このような起電力の乖離を防止するために、本実施形態に係る制御装置100では、第1期間TM11及び第2期間TM12のうち少なくとも一方の長さを変更することとしている。その具体的な例について、図3を参照しながら説明する。
図3(A)に示されるのは、先に説明した図2の場合と同様に、第1期間TM11における掃引電流の値と、第2期間TM12における掃引電流の値とが、それぞれ目標値(I10、-I10)に一致している場合における掃引電流の時間変化である。
制御装置100は、第1制御が行われている第1期間TM11においてガスセンサ200を実際に流れる掃引電流の値を、時刻t191において測定部120により測定している。時刻t191は、第1期間TM11が開始された時刻t10から、所定の期間(第1期間TM11よりも短い期間)が経過した時刻として、予め設定された時刻である。第1期間TM11において測定部120により測定された掃引電流の絶対値のことを、以下では「第1測定値」とも称する。
同様に、制御装置100は、第2制御が行われている第2期間TM12においてガスセンサ200を実際に流れる掃引電流の値を、時刻t291において測定部120により測定している。時刻t291は、第2期間TM12が開始された時刻t20から、所定の期間(第2期間TM12よりも短い期間)が経過した時刻として、予め設定された時刻である。第2期間TM12において測定部120により測定された掃引電流の絶対値のことを、以下では「第2測定値」とも称する。
図3(B)に示されるのは、先に説明した図23の例と同様に、第1期間TM11における掃引電流の値が、目標値I10よりも大きなI11となってしまった場合における掃引電流の時間変化である。図3(B)の例では、第1測定値(I11)が第2測定値(I10)よりも大きくなる。
第1測定値が第2測定値よりも大きい場合には、制御装置100の動作制御部110は、第2期間TM12の長さを図3(A)の場合よりも長くなるように変更する。図3(B)の例では、第2期間TM12が終了する時刻が、時刻t30よりも後の時刻t31に変更されている。その結果、図3(B)の第2期間TM12の長さは、図3(B)の第1期間TM11の長さよりも長くなっている。
図3の例では、第1期間TM11となった後に、測定部120による測定(第1測定値の取得)が行われるタイミング、すなわち時刻t10から時刻t191までの期間の長さは、図3(A)と図3(B)との間で変更されていない。また、第2期間TM12となった後に、測定部120による測定(第2測定値の取得)が行われるタイミング、すなわち時刻t20から時刻t291までの期間の長さは、図3(A)と図3(B)との間で変更されていない。
尚、図3(B)では、第2期間TM12が延長されたことに伴って、マスク期間TM10も延長されている。具体的には、マスク期間TM10が終了する時刻が、時刻t40から時刻t45へと変更されている。マスク設定部140がこのような処理を行うことにより、第2期間TM12が終了するよりも前の時点でガス濃度の測定が開始されてしまうような事態が防止される。
図3(B)では、第2期間TM12が長くなったことにより、第2期間TM12においてガスセンサ200から放出される電荷の量が大きくなる。つまり、第1期間TM11においてガスセンサ200に蓄えられる電荷が増加しただけでなく、第2期間TM12においてガスセンサ200から放出される電荷も増加している。このため、ガス濃度の測定が再開される時点(時刻t45)においてガスセンサ200に蓄えられている電荷の量が、図23に示される例に比べて小さく抑えられる。マスク期間TM10におけるガスセンサ200への電荷の蓄積が抑制されるので、ガスセンサ200によるガス濃度の測定を正確に行うことが可能となる。
尚、第2測定値がI10よりも小さくなり、その結果として第1測定値が第2測定値よりも大きくなった場合にも、やはり第2期間TM12が長くなるように変更される。この場合でも、上記と同様にガスセンサ200への電荷の蓄積が抑制される。
上記とは逆に、第1測定値が第2測定値よりも小さくなった場合の例について、図4を参照しながら説明する。図4(A)に示されるのは、先に説明した図2の場合と同様に、第1期間TM11における掃引電流の値と、第2期間TM12における掃引電流の値とが、それぞれ目標値(I10、-I10)に一致している場合における掃引電流の時間変化である。
図4(B)に示されるのは、第1期間TM11における掃引電流の値が、目標値I10よりも小さなI09となってしまった場合における掃引電流の時間変化である。図4(B)の例では、第1測定値(I09)が第2測定値(I10)よりも小さくなる。
このように第1測定値が第2測定値よりも小さい場合には、制御装置100の動作制御部110は、第1期間TM11の長さを図4(A)の場合よりも長くなるように変更する。図4(B)の例では、第1期間TM11が終了する時刻(第2期間TM12の開始時刻でもある)が、時刻t20よりも後の時刻t21に変更されている。
また、これに合わせて、第2期間TM12が終了する時刻が、時刻t30から時刻t32へと変更されている。このため、図4(B)における第2期間TM12の長さは、図4(A)における第2期間TM12の長さと同一である。
以上のような変更が行われた結果、図4(B)の第1期間TM11の長さは、図4(B)の第2期間TM12の長さよりも長くなっている。
図4(B)では、第2期間TM12において測定部120による測定(第2測定値の取得)が行われる時刻が、時刻t291から時刻t292へと変更されている。ただし、時刻t21から時刻t292までの期間の長さは、図4(A)における時刻t20から時刻t291までの期間の長さと同じである。
このため、図4の例でも、第2期間TM12となった後に、測定部120による測定(第2測定値の取得)が行われるタイミングは、図4(A)と図4(B)との間で変更されていない。また、第1期間TM11となった後に、測定部120による測定(第1測定値の取得)が行われるタイミングも、図4(A)と図4(B)との間で変更されていない。
尚、図4(B)では、第1期間TM11が延長されたことに伴って、マスク期間TM10も延長されている。具体的には、マスク期間TM10が終了する時刻が、時刻t40から時刻t46へと変更されている。マスク設定部140がこのような処理を行うことにより、第2期間TM12が終了するよりも前の時点でガス濃度の測定が開始されてしまうような事態が防止される。
図4(B)では、第1期間TM11においてガスセンサ200に単位時間あたりに蓄えられる電荷の量が、図4(A)の場合に比べて小さくなっている。しかしながら、図4(B)では第1期間TM11が長くなっているので、第1期間TM11においてガスセンサ200に蓄えられる電荷の量(総量)は、図4(A)の場合とほぼ同じとなっている。その結果、第1期間TM11においてガスセンサ200に蓄えられる電荷の量と、第2期間TM12においてガスセンサ200から放出される電荷の量との差を、図4(A)の場合と同程度に小さく抑えることができる。マスク期間TM10におけるガスセンサ200への電荷の蓄積が抑制されるので、ガスセンサ200によるガス濃度の測定を正確に行うことが可能となる。
尚、第2測定値がI10よりも大きくなり、その結果として第1測定値が第2測定値よりも小さくなった場合にも、やはり第1期間TM11が長くなるように変更される。この場合でも、上記と同様にガスセンサ200への電荷の蓄積が抑制される。
以上に述べたように、制御装置100では、掃引電圧が印加される方向によって掃引電流の絶対値に差が出ることを防止するのではなく、差が出てしまうことを前提とした上で、第1期間TM11等の長さを調整することによって測定精度の低下を防止している。このため、部品の公差を小さく抑えることによるコストアップ等の問題が生じることが無い。
ところで、以上に説明したような第1期間TM11や第2期間TM12の変更は、第1測定値及び第2測定値が取得されたのと同じマスク期間TM10において、直ちに実行することは難しい。このため、動作制御部110は、第1測定値と第2測定値との比較に基づいた第1期間TM11等の長さの変更を、第1測定値等が取得されたマスク期間TM10において行うのではなく、次のマスク期間TM10において行う。
図5に示される例では、時刻t0から始まるマスク期間TM10において取得された第1測定値が、同期間において測定された第2測定値よりも大きくなっている。ただし、このマスク期間TM10においては、第1期間TM11の長さと第2期間TM12の長さとは互いに等しいままとされている。
その後、時刻t100から始まる次のマスク期間TM10においては、時刻t0から始まるマスク期間TM10において取得された第1測定値及び第2測定値との比較に基づいて、第2期間TM12が長くなるように変更されている。このように、動作制御部110は、今回測定された第1測定値と第2測定値との比較に基づいて、次回における第1期間TM11や第2期間TM12の長さを変更する、
尚、時刻t100から始まるマスク期間TM10においても、第1測定値及び第2測定値が取得され、それぞれの長さが比較される。当該比較に基づいて、さらに次のマスク期間TM10における第1期間TM11の長さ、又は第2期間TM12の長さが変更されることとなる。
以上のように、本実施形態に係る制御装置100では、第1制御が行われているときにおいて測定部120で測定された値の絶対値、である第1測定値と、第2制御が行われているときにおいて測定部120で測定された値の絶対値、である第2測定値と、の比較に基づいて、第1期間TM11及び第2期間TM12のうち一方の長さが変更される。第1測定値及び第2測定値を取得する測定部120は、本実施形態における「掃引測定部」に該当する。
本実施形態の測定部120は、第1測定値及び第2測定値を取得する機能に加えて、点P15の電位等を測定する機能をも有している。このような態様に替えて、測定部120が第1測定値及び第2測定値を取得する機能、具体的には掃引電流を測定する機能のみを有しており、他の機能は別のICが担うような構成としてもよい。
以上においては、第1期間TM11において測定部120により測定された掃引電流の絶対値(第1測定値)と、第2期間TM12において測定部120により測定された掃引電流の絶対値(第2測定値)とに基づいて、第1期間TM11や第2期間TM12の長さが変更される例について説明した。このような態様に替えて、第1期間TM11において測定部120により測定された掃引電圧の絶対値と、第2期間TM12において測定部120により測定された掃引電圧の絶対値とに基づいて、第1期間TM11や第2期間TM12の長さが変更されることとしてもよい。
つまり、第1期間TM11において取得された点P15と点P13との間の電位差の絶対値、を第1測定値として用い、第2期間TM12において取得された点P15と点P13との間の電位差の絶対値、を第2測定値として用いるような態様であってもよい。その場合の第1期間TM11等の具体的な変更方法は、これまでに説明したものと同じである。
この場合、掃引測定部である測定部120が、第1測定値及び第2測定値を取得する機能、具体的には掃引電圧を測定する機能のみを有しており、他の機能は別のICが担うような構成としてもよい。
本実施形態における動作制御部110は、第1期間TM11において測定部120で測定された値の時間積分値と、第2期間TM12において測定部120で測定された値の時間積分値とが、それぞれの絶対値において互いに一致するように、第1期間TM11や第2期間TM12の長さを変更する。
「第1期間TM11において測定部120で測定された値の時間積分値」とは、その絶対値が図6に示される面積S1に相当するものである。このような時間積分値は、図3の時刻t191において取得された第1測定値に、第1期間TM11の長さを掛けることによって算出することができる。また、第1期間TM11において第1測定値の取得を複数回行って、より正確に時間積分値を算出することとしてもよい。
「第2期間TM12において測定部120で測定された値の時間積分値」とは、その絶対値が図6に示される面積S2に相当するものである。このような時間積分値は、図3の時刻t291において取得された第2測定値に、第2期間TM12の長さを掛けることによって算出することができる。また、第2期間TM12において第2測定値の取得を複数回行って、より正確に時間積分値を算出することとしてもよい。
本実施形態では、第1期間TM11における時間積分値の絶対値(図6の面積S1)と、第2期間TM12における時間積分値の絶対値(図6の面積S2)とを互いに一致させる。これにより、第1期間TM11においてガスセンサ200に蓄えられる電荷の量と、第2期間TM12においてガスセンサ200から放出される電荷の量とを、ほぼ正確に一致させることができる。その結果、ガス濃度の測定が開始される時点における電荷の量がほぼ0となるので、ガス濃度の測定をより正確に行うことができる。
尚、第1期間TM11における時間積分値の絶対値(図6の面積S1)と、第2期間TM12における時間積分値の絶対値(図6の面積S2)とを互いに一致させるために、第1期間TM11の長さ、及び第2期間TM12の長さの一方ではなく両方を、動作制御部110が変更することとしてもよい。
以上に説明した制御を実現するために、制御装置100によって実行される具体的な処理の内容について説明する。
先ず、酸素濃度の測定のために実行される処理について、図7を参照しながら説明する。図7に示される一連の処理は、所定の制御周期が経過する毎に、制御装置100によって繰り返し実行されるものである。
最初のステップS01では、現時点がマスク期間TM10であるか否かが判定される。現時点がマスク期間である場合には、ガスセンサ200によるガス濃度の測定を行うことができない。このため、図7に示される一連の処理を終了する。
現時点がマスク期間TM10でない場合には、ステップS02に移行する。ステップS02では、ガスセンサ200の起電力が取得される。具体的には、図1の点P15と点P13との間における電位差が、上記の起電力として測定部120により取得される。
ステップS02に続くステップS03では、起電力に対応した酸素濃度が算出され、当該酸素濃度に基づいて内燃機関の動作制御が行われる。本実施形態における制御装置100は、ガスセンサ200の制御を行う機能に加えて、内燃機関の動作を制御する機能をも有している。つまり、制御装置100は所謂エンジンECUとして構成されている。
このような態様に替えて、エンジンECUとは別に、制御装置100がガスセンサ200の制御を行う専用の装置として構成されているような態様であってもよい。この場合、算出された酸素濃度を示す信号が、制御装置100からエンジンECUへと出力されることとなる。尚、図1の点P15と点P13との間における電位差が、酸素濃度を示す信号としてそのままエンジンECUに出力されるような態様であってもよい。
ガスセンサ200のインピーダンスを測定するために実行される処理について、図8を参照しながら説明する。図8に示される一連の処理は、所定の制御周期が経過する毎に、制御装置100によって繰り返し実行されるものである。また、当該処理は、図7に示される一連の処理と並行して実行されるものである。
最初のステップS11では、開始条件の確認が行われる。「開始条件」とは、インピーダンスの測定を、第1期間TM11や第2期間TM12を変更しながら行うために必要な条件として、予め設定された条件である。ステップS11で行われる処理の更に詳細な内容について、図9を参照しながら説明する。
ステップS31では、センサ温度推定部121で推定されたガスセンサ200の温度が、所定温度を超えているか否かが判定される。この「所定温度」は、ガスセンサ200が動作し得る最低限の温度として予め設定された温度である。ヒーターHTで加熱されることにより、ガスセンサ200の温度が所定温度を超えていた場合には、ステップS32に移行する。ステップS32では、開始条件が成立したとの判定がなされる。
一方、ステップS31においてガスセンサ200の温度が所定温度を超えていなかった場合には、ステップS33に移行する。ステップS33では、開始条件が成立しないとの判定がなされる。
このように、本実施形態では、ヒーターHTへの通電が行われ、センサ温度推定部121で推定されたガスセンサ200の温度が所定温度を超えていること、が上記の開始条件として設定されている。
このため、動作制御部110は、ヒーターHTへの通電が行われ、センサ温度推定部121で推定された温度が所定温度を超えた後に、第1期間TM11及び第2期間TM12のうち少なくとも一方の長さを変更する処理を開始することとなる。これにより、ガスセンサ200におけるガス濃度の測定を未だ正確には行い得ない状態であるにもかかわらず、第1期間TM11等の調整が無駄に行われてしまうような事態を防止することができる。
図8に戻って説明を続ける。ステップS11に続くステップS12では、ステップS11において開始条件が成立していたか否かが判定される。開始条件が成立していなければ、ステップS27に移行する。
ステップS27では、ガスセンサ200のインピーダンスが測定される。ここでは、第1期間TM11及び第2期間TM12を変更することなく、図23の例のようにそれぞれの長さを固定した状態でインピーダンスが測定される。具体的には、後述のステップS13以降に行われる一連の処理のうち、ステップS25を除いたものと同一の処理が行われる。その後、図8に示される一連の処理を終了する。
尚、処理負荷が問題となるような場合には、ステップS27では、後述のステップS13以降に行われる一連の処理のうち、ステップS21、S22、S25を除いたものと同一の処理が行われることとしてもよい。
ステップS12において開始条件が成立していれば、ステップS13に移行する。ステップS13では、マスク期間TM10を開始する処理がマスク設定部140によって実行される。つまり、ステップS13が実行された以降の期間が、図3等を参照しながら説明したマスク期間TM10として設定される。
ステップS13に続くステップS14では、ガスセンサ200に第1方向の掃引電圧を印加する処理、すなわち第1制御が開始される。既に述べたように、当該処理はスイッチング素子F1を開閉動作させる処理であり、動作制御部110によって実行されるものである。ステップS14の処理が実行された時点から、図3等に示される第1期間TM11が開始される。
ステップS14に続くステップS15では、掃引電流を取得するタイミングか否かが判定される。ここでいう「掃引電流を取得するタイミング」とは、例えば図3(A)の時刻t191に対応するものであって、「第1測定値を取得するタイミング」ともいえるものである。ここでは、ステップS14の処理が開始されてから所定の期間が経過したか否かに基づいて、現在が上記のタイミングか否かが判定される。
現在が掃引電流を取得するタイミングではないと判定された場合には、ステップS15の処理が繰り返し実行される。現在が掃引電流を取得するタイミングであると判定された場合には、ステップS16に移行する。
ステップS16では、ガスセンサ200を流れる掃引電流の値が測定部120によって測定され、当該値の絶対値が第1測定値として取得される。
ステップS16に続くステップS17では、ガスセンサ200に印加された掃引電圧の値(点P15と点P13との間の電位差)が、測定部120によって取得される。
ステップS17に続くステップS18では、ステップS16で測定された掃引電流の値と、ステップS17で測定された掃引電圧の値とに基づいて、ガスセンサ200のインピーダンスが算出される。具体的には、掃引電圧の増加量を掃引電流の増加量によって除することによりインピーダンスが算出される。
ステップS18で算出されたインピーダンスは、ヒーター制御部130が行う制御、すなわち、ヒーターHTに印加される電圧のデューティ比を調整し、ガスセンサ200の温度を活性温度範囲内に維持する制御に用いられる。当該制御は、図8に示される一連の処理と並行して実行されている。
ステップS18に続くステップS19では、ステップS14の処理が行われた時点から第1期間TM11が経過したか否かが判定される。尚、当該判定に用いられる第1期間TM11の長さは、図8に示される一連の処理が前回の制御周期において実行された際に、後述のステップS25によって設定(変更)された第1期間TM11の長さである。
第1期間TM11が未だ経過していなければ、ステップS19の処理が繰り返し実行され、第1制御が継続される。第1期間TM11が経過していれば、ステップS20に移行する。ステップS20では、ガスセンサ200に第2方向の掃引電圧を印加する処理、すなわち第2制御が開始される。既に述べたように、当該処理はスイッチング素子F2を開閉動作させる処理であり、動作制御部110によって実行されるものである。ステップS20の処理が実行された時点から、図3等に示される第2期間TM12が開始される。
ステップS20に続くステップS21では、掃引電流を取得するタイミングか否かが判定される。ここでいう「掃引電流を取得するタイミング」とは、例えば図3(A)の時刻t291に対応するものであって、「第2測定値を取得するタイミング」ともいえるものである。ここでは、ステップS20の処理が開始されてから所定の期間が経過したか否かに基づいて、現在が上記のタイミングか否かが判定される。
現在が掃引電流を取得するタイミングではないと判定された場合には、ステップS21の処理が繰り返し実行される。現在が掃引電流を取得するタイミングであると判定された場合には、ステップS22に移行する。
ステップS22では、ガスセンサ200を流れる掃引電流の値が測定部120によって測定され、当該値の絶対値が第2測定値として取得される。
ステップS22に続くステップS23では、ステップS20の処理が行われた時点から第2期間TM12が経過したか否かが判定される。尚、当該判定に用いられる第2期間TM12の長さは、図8に示される一連の処理が前回の制御周期において実行された際に、後述のステップS25によって設定(変更)された第2期間TM12の長さである。
第2期間TM12が未だ経過していなければ、ステップS23の処理が繰り返し実行され、第2制御が継続される。第2期間TM12が経過していれば、ステップS24に移行する。ステップS24では、スイッチング素子F2の開閉動作が停止され、スイッチング素子F2が開状態に戻される。これにより第2制御が終了される。
ステップS24に続くステップS25では、ステップS16で取得された第1測定値、及びステップS22で取得された第2測定値に基づいて、第1期間TM11又は第2期間TM12のうち少なくとも一方の長さを変更する処理が行われる。ステップS25で行われる処理の更に詳細な内容について、図10を参照しながら説明する。
ステップS41では、第1測定値が第2測定値よりも大きいか否かが判定される。第1測定値が第2測定値よりも大きい場合には、ステップS42に移行する。ステップS42では、図3(B)を参照しながら説明したように、第2期間TM12を長くする処理が行われる。尚、このように長さが変更された第2期間TM12は、図8に示される一連の処理が次の制御周期において実行された際に、ステップS23における判定で用いられることとなる。
ステップS41において、第1測定値が第2測定値よりも大きくなかった場合には、ステップS43に移行する。ステップS43では、第1測定値が第2測定値よりも小さいか否かが判定される。第1測定値が第2測定値よりも小さい場合にはステップS44に移行する。ステップS44では、図4(B)を参照しながら説明したように、第1期間TM11を長くする処理が行われる。尚、このように長さが変更された第1期間TM11は、図8に示される一連の処理が次の制御周期において実行された際に、ステップS19における判定で用いられることとなる。
ステップS43において、第1測定値が第2測定値よりも小さくなかった場合には、図10に示される一連の処理を終了する。この場合は、第1測定値と第2測定値とが互いに等しかったということである。このため、第1期間TM11及び第2期間TM12の長さはいずれも変更されない。
図8に戻って説明を続ける。ステップS25に続くステップS26では、マスク期間TM10を終了する処理がマスク設定部140によって実行される。当該処理が行われた時刻は、例えば図3(A)における時刻t40に相当する。
以上のような処理が制御装置100で行われることにより、図3及び図4に示される態様の制御が実現される。
図11を参照しながら、本実施形態におけるインピーダンスの測定が上記のように行われることの効果について説明する。図11のグラフにおける横軸は、第1測定値から第2測定値を差し引くことによって得られる値であり、本実施形態の場合は「電流差」といえるものである。同グラフにおける縦軸は、インピーダンスの測定が所定の回数だけ繰り返し実行された後において、点P15と点P13との間の電位差からガスセンサ200の起電力を差し引いたものである。つまり、測定部120によって測定されるガスセンサ200の起電力が、ガス濃度に対応した(正しい)値から、蓄積された電荷の影響によってどの程度変動したかを示すものである。以下では、当該縦軸に示される値のことを「起電力変動量」とも称する。
図11において線L1で示されるのは、第1期間TM11の長さ及び第2期間TM12の長さをいずれも変化させず、常に一定の長さとした場合における起電力変動量の時間変化である。この場合、第1測定値と第2測定値との差が大きくなるほど、ガスセンサ200に蓄積される電荷も多くなるので、起電力変動量も大きくなる。
図11において点D1、D2、D3で示されているのは、第1期間TM11の長さ及び第2期間TM12の長さが上記のように変更された場合における、起電力変動量の実測値である。これらの点D1等に示されるように、本実施形態に係る制御装置100が行う制御によれば、第1測定値と第2測定値との差によることなく、起電力変動量は非常に小さい範囲(±5mV以内)に抑えられている。その結果、濃度測定期間TM20におけるガス濃度の測定を正確に行うことができる。
第2実施形態について、図12を参照しながら説明する。本実施形態では、図8のステップS11で行われる処理の内容、具体的には開始条件の内容においてのみ第1実施形態と異なっている。以下では、第1実施形態と異なる点について主に説明する。
図12に示される一連の処理は、図8のステップS11で行われる処理の具体的な流れを示すものであり、図9に示される一連の処理に換えて実行されるものである。
最初のステップS51では、ヒーター制御部130によってヒーターHTへの通電が開始された時点から、所定期間が経過したか否かが判定される。この「所定期間」は、ヒーターHTによる加熱が開始されてから、ガスセンサ200の温度が十分な温度(ガスセンサ200が動作し得る最低限の温度)に到達するまでに要する期間として、予め設定された期間である。
ステップS51において、ヒーターHTへの通電が開始された時点から所定期間が経過していた場合には、ステップS52に移行する。ステップS52では、開始条件が成立したとの判定がなされる。
一方、ステップS51において、ヒーターHTへの通電が開始された時点から所定期間が経過していなかった場合には、ステップS53に移行する。ステップS53では、開始条件が成立しないとの判定がなされる。
このように、本実施形態では、ヒーターHTへの通電が開始されてから所定期間が経過していること、が開始条件として設定されている。このため、動作制御部110は、ヒーターへの通電が開始されてから所定期間が経過した後に、第1期間及び第2期間のうち少なくとも一方の長さを変更する処理を開始することとなる。これにより、ガスセンサ200におけるガス濃度の測定を未だ行い得ない状態であるにもかかわらず、第1期間TM11等の調整が無駄に行われてしまうような事態を防止することができる。このような態様でも、第1実施形態において説明したものと同様の効果を奏する。
第3実施形態について、図13を参照しながら説明する。本実施形態では、図8のステップS11で行われる処理の内容、具体的には開始条件の内容においてのみ第1実施形態と異なっている。以下では、第1実施形態と異なる点について主に説明する。
図13に示される一連の処理は、図8のステップS11で行われる処理の具体的な流れを示すものであり、図9に示される一連の処理に換えて実行されるものである。
最初のステップS61では、温度センサ150によって制御装置100の温度(本体温度)が取得される。ステップS61に続くステップS62では、ステップS62で取得された制御装置100の温度が、前回の制御周期において取得された制御装置100の温度から変動したか否かが判定される。例えば、前回取得された温度と今回取得された温度との差の絶対値が、所定の閾値を越えていれば、制御装置100の温度が変動したと判定される。
ステップS62において、制御装置100の温度が変動したと判定された場合には、ステップS63に移行する。ステップS63では、開始条件が成立したとの判定がなされる。
一方、ステップS62において、制御装置100の温度が変動していないと判定された場合には、ステップS64に移行する。ステップS64では、開始条件が成立しないとの判定がなされる。
このように、本実施形態では、制御装置100の温度が変動したこと、が開始条件として設定されている。このため、動作制御部110は、温度センサ150で測定された温度が変動した際に、第1期間TM11及び第2期間TM12のうち少なくとも一方の長さを変更する処理を開始することとなる。これにより、抵抗R14等の抵抗値が温度によって変化しておらず、第1期間TM11等を調整する必要性が低い状況であるにもかかわらず、第1期間TM11等の調整が無駄に行われてしまうような事態を防止することができる。このような態様でも、第1実施形態において説明したものと同様の効果を奏する。
第4実施形態について、図14を参照しながら説明する。本実施形態では、図8のステップS11で行われる処理の内容、具体的には開始条件の内容においてのみ第1実施形態と異なっている。以下では、第1実施形態と異なる点について主に説明する。
図14に示される一連の処理は、図8のステップS11で行われる処理の具体的な流れを示すものであり、図9に示される一連の処理に換えて実行されるものである。
最初のステップS71では、図8のうちステップS13以降の処理が前回行われてから、所定期間が経過したかどうかが判定される。所定期間が経過していれば、ステップS72に移行する。ステップS72では、開始条件が成立したとの判定がなされる。一方、ステップS71において、所定期間が経過していないと判定された場合には、ステップS73に移行する。ステップS73では、開始条件が成立しないとの判定がなされる。
このように、本実施形態では、ステップS13以降の処理が前回行われてから所定期間が経過したこと、が開始条件として設定されている。このため、動作制御部110は、所定期間が経過する毎に、第1期間TM11及び第2期間TM12のうち少なくとも一方の長さを変更する処理を開始することとなる。
複雑な処理を経ることなく、インピーダンスの測定が定期的に且つ適切に実行されるので、制御装置100の処理負荷を軽減することができる。このような態様でも、第1実施形態において説明したものと同様の効果を奏する。
第5実施形態について、図15を参照しながら説明する。本実施形態では、図8のステップS25で行われる処理の内容においてのみ第1実施形態と異なっている。以下では、第1実施形態と異なる点について主に説明する。
図15に示される一連の処理は、図8のステップS25で行われる処理の具体的な流れを示すものであり、図10に示される一連の処理に換えて実行されるものである。当該処理は、図10に示される一連の処理の冒頭に、ステップS81及びステップS82を追加したものとなっている。
制御装置100は、ガスセンサ200に掃引電圧が印加された回数(インピーダンスの測定が実行された回数ともいえる)をカウントしており、当該回数を記憶している。以下では、当該回数のことを「印加回数」とも称する。最初のステップS81では、印加回数が所定回数に到達しているか否か、が判定される。印加回数が所定回数に到達していれば、ステップS82に移行する。
ステップS82では、印加回数が0にリセットされる。ステップS82に続くステップS41以降においては、図10を参照しながら説明したものと同様の処理が行われる。このため、その具体的な説明を省略する。
ステップS81において、印加回数が所定回数に到達していなければ、第1期間TM11や第2期間TM12の長さを変更することなく、図15に示される一連の処理を終了する。
以上のような処理が実行される結果、本実施形態の動作制御部110では、ガスセンサ200に対する掃引電圧の印加が行われた回数が所定回数に到達する毎に、第1期間TM11及び第2期間TM12のうち少なくとも一方の長さを変更する処理を行うこととなる。例えば、第1期間TM11の長さを変更する処理が行われると、その後の印加回数が所定回数に到達するまでの間は、第1期間TM11の長さを変更後の長さに維持した状態のまま、掃引電圧の印加及びインピーダンスの測定が繰り返し実行される。このため、制御周期毎に第1期間TM11等の変更が行われる場合に比べて、制御装置100の処理負荷を軽減することができる。このような態様でも、第1実施形態において説明したものと同様の効果を奏する。
第6実施形態について、図16を参照しながら説明する。本実施形態では、図8のステップS25で行われる処理の内容においてのみ第1実施形態と異なっている。以下では、第1実施形態と異なる点について主に説明する。
図16に示される一連の処理は、図8のステップS25で行われる処理の具体的な流れを示すものであり、図10に示される一連の処理に換えて実行されるものである。
本実施形態でも上記の第5実施形態と同様に、制御装置100は印加回数のカウントを行っている。更に制御装置100は、図8に示される一連の処理を実行する毎に、測定部120で取得された第1測定値及び第2測定値を履歴として記憶している。
最初のステップS91では、印加回数が所定回数に到達しているか否か、が判定される。この所定回数は、第1測定値や第2測定値のそれぞれの平均値を算出するために必要な第1測定値等の個数として、予め設定されたものである。印加回数が所定回数に到達していれば、ステップS92に移行する。ステップS92では、印加回数が0にリセットされる。
ステップS92に続くステップS93では、上記の所定回数と同じ数だけ取得された第1測定値の平均値が算出される。また、上記の所定回数と同じ数だけ取得された第2測定値の平均値が算出される。その後、第1測定値の平均値が、第2測定値の平均値よりも大きいか否かが判定される。
第1測定値の平均値が第2測定値の平均値よりも大きい場合には、ステップS94に移行する。ステップS94では、図3(B)を参照しながら説明したように、第2期間TM12を長くする処理が行われる。
ステップS93において、第1測定値の平均値が第2測定値の平均値よりも大きくなかった場合には、ステップS95に移行する。ステップS95では、第1測定値の平均値が第2測定値の平均値よりも小さいか否かが判定される。第1測定値の平均値が第2測定値の平均値よりも小さい場合にはステップS96に移行する。ステップS96では、図4(B)を参照しながら説明したように、第1期間TM11を長くする処理が行われる。
ステップS95において、第1測定値の平均値が第2測定値の平均値よりも小さくなかった場合には、図16に示される一連の処理を終了する。この場合は、第1測定値の平均値と第2測定値の平均値とが互いに等しかったということである。このため、第1期間TM11及び第2期間TM12の長さはいずれも変更されない。
ステップS91において、印加回数が所定回数に到達していなければ、第1期間TM11や第2期間TM12の長さを変更することなく、図16に示される一連の処理を終了する。
以上のように、本実施形態では、ガスセンサ200に対する掃引電圧の印加、及び測定部120による掃引電流の測定(掃引電圧の測定でもよい)がそれぞれ複数回行われた後に、動作制御部110が、第1測定値の平均値と、第2測定値の平均値との比較に基づいて、次回以降における第1期間TM11及び第2期間TM12のうち少なくとも一方の長さを変更する。
具体的には、第1測定値の平均値が第2測定値の平均値よりも大きい場合には、動作制御部110は次回以降における第2期間TM12を長くなるように変更し、第1測定値の平均値が第2測定値の平均値よりも小さい場合には、動作制御部110は次回以降における第1期間TM11を長くなるように変更する。
このため、例えばノイズ等の影響によって第1測定値や第2測定値が一時的にばらついた場合であっても、第1期間TM11や第2期間TM12の長さに対する影響を軽減することができる。これにより、ガス濃度の測定をより安定的に行うことができる。
第7実施形態について説明する。本実施形態に係る制御装置100でも、起電力に対する蓄積電荷の影響を防止するために、第1期間TM11及び第2期間TM12のうち少なくとも一方の長さを変更することとしている。ただし、その変更の態様は第1実施形態の場合と異なっている。具体的な例について、図17を参照しながら説明する。
図17(A)に示されるのは、先に説明した図2の場合と同様に、第1期間TM11における掃引電流の値と、第2期間TM12における掃引電流の値とが、それぞれ目標値(I10、-I10)に一致している場合における掃引電流の時間変化である。
図17(B)に示されるのは、第1期間TM11における掃引電流の値が、目標値I10よりも大きなI11となってしまった場合における掃引電流の時間変化である。図17(B)の例では、第1測定値(I11)が第2測定値(I10)よりも大きくなる。
第1測定値が第2測定値よりも大きい場合には、本実施形態の動作制御部110は、第1期間TM11の長さを図17(A)の場合よりも短くなるように変更する。図17(B)の例では、第1期間TM11が終了する時刻(第2期間TM12の開始時刻でもある)が、時刻t20よりも前の時刻t19に変更されている。
また、これに合わせて、第2期間TM12が終了する時刻が、時刻t30から時刻t29へと変更されている。このため、図17(B)における第2期間TM12の長さは、図17(A)における第2期間TM12の長さと同一である。
以上のような変更が行われた結果、図17(B)の第1期間TM11の長さは、図17(B)の第1期間TM11の長さよりも短くなっている。
尚、図17(B)では、第1期間TM11が短縮されたことに伴って、マスク期間TM10も短縮されている。具体的には、マスク期間TM10が終了する時刻が、時刻t40から時刻t33へと変更されている。マスク設定部140がこのような処理を行うことにより、濃度測定期間TM20への移行及びガス濃度の測定を早期に行うことができる。
図17(B)では、第1期間TM11においてガスセンサ200に単位時間あたりに蓄えられる電荷の量が、図17(A)の場合に比べて大きくなっている。しかしながら、図17(B)では第1期間TM11が短くなっているので、第1期間TM11においてガスセンサ200に蓄えられる電荷の量(総量)は、図17(A)の場合とほぼ同じとなっている。
その結果、第1期間TM11においてガスセンサ200に蓄えられる電荷の量と、第2期間TM12においてガスセンサ200から放出される電荷の量との差を、図17(A)の場合と同程度に小さく抑えることができる。マスク期間TM10におけるガスセンサ200への電荷の蓄積が抑制されるので、ガスセンサ200によるガス濃度の測定を正確に行うことが可能となる。
尚、第2測定値がI10よりも小さくなり、その結果として第1測定値が第2測定値よりも大きくなった場合にも、やはり第1期間TM11が短くなるように変更される。この場合でも、上記と同様にガスセンサ200への電荷の蓄積が抑制される。
以上のように、本実施形態の動作制御部110は、第1測定値が第2測定値よりも大きい場合には、第1期間TM11を短くなるように変更する。このとき、第1期間TM11となってから図17(A)と同じタイミング(t191)で第1測定値の取得を試みても、その時点では第1期間TM11が終了してしまっているので、第1測定値を正確に取得することができない。
このため、本実施形態のように第1期間TM11が短くなるように変更された場合には、測定部120による測定(第1測定値の取得)が行われるタイミングも変更される。図17(B)の例では、時刻t191よりも早い時刻t181において第1測定値が取得されるよう、上記のタイミングが変更される。時刻t10から時刻t181までの期間は、変更後における第1期間TM11よりも短い。第1測定値が取得されるタイミングを上記のように変更することで、第1期間TM11における第1測定値を正確に取得することができる。
尚、図17(B)の例では、第2期間TM12となってから第2測定値が取得されるタイミングは変更されない。図17(B)においては、時刻t291よりも早い時刻t281において第2測定値が取得されるのであるが、時刻t19から時刻t281までの期間の長さは、図17(A)における時刻t20から時刻t291までの期間の長さと同じである。
上記とは逆に、第1測定値が第2測定値よりも小さくなった場合の例について、図18を参照しながら説明する。図18(A)に示されるのは、先に説明した図2の場合と同様に、第1期間TM11における掃引電流の値と、第2期間TM12における掃引電流の値とが、それぞれ目標値(I10、-I10)に一致している場合における掃引電流の時間変化である。
図18(B)に示されるのは、第1期間TM11における掃引電流の値が、目標値I10よりも小さなI09となってしまった場合における掃引電流の時間変化である。図18(B)の例では、第1測定値(I09)が第2測定値(I10)よりも小さくなる。
このように第1測定値が第2測定値よりも小さい場合には、制御装置100の動作制御部110は、第2期間TM12の長さを図18(A)の場合よりも短くなるように変更する。図18(B)の例では、第2期間TM12が終了する時刻が、時刻t30よりも前の時刻t29に変更されている。
以上のような変更が行われた結果、図18(B)の第2期間TM12の長さは、図18(B)の第1期間TM11の長さよりも短くなっている。
図18(B)では、第2期間TM12が短縮されたことに伴って、マスク期間TM10も短縮されている。具体的には、マスク期間TM10が終了する時刻が、時刻t40から時刻t39へと変更されている。マスク設定部140がこのような処理を行うことにより、濃度測定期間TM20への移行及びガス濃度の測定を早期に行うことができる。
図17(B)では、第2期間TM12が短くなったことにより、第2期間TM12においてガスセンサ200から放出される電荷の量が小さくなる。つまり、第1期間TM11においてガスセンサ200に蓄えられる電荷が減少しただけでなく、第2期間TM12においてガスセンサ200から放出される電荷も減少している。
その結果、第1期間TM11においてガスセンサ200に蓄えられる電荷の量と、第2期間TM12においてガスセンサ200から放出される電荷の量との差を、図18(A)の場合と同程度に小さく抑えることができる。マスク期間TM10におけるガスセンサ200への電荷の蓄積が抑制されるので、ガスセンサ200によるガス濃度の測定を正確に行うことが可能となる。
尚、第2測定値がI10よりも大きくなり、その結果として第1測定値が第2測定値よりも小さくなった場合にも、やはり第2期間TM12が短くなるように変更される。この場合でも、上記と同様にガスセンサ200への電荷の蓄積が抑制される。
以上のように、本実施形態の動作制御部110は、第1測定値が第2測定値よりも小さい場合には、第2期間TM12を短くなるように変更する。このとき、第2期間TM12となってから図18(A)と同じタイミング(t291)で第2測定値の取得を試みても、その時点では第2期間TM12が終了してしまっているので、第2測定値を正確に取得することができない。
このため、本実施形態のように第2期間TM12が短くなるように変更された場合には、測定部120による測定(第2測定値の取得)が行われるタイミングも変更される。図18(B)の例では、時刻t291よりも早い時刻t281において第1測定値が取得されるよう、上記のタイミングが変更される。時刻t20から時刻t281までの期間は、変更後における第2期間TM12よりも短い。第2測定値が取得されるタイミングを上記のように変更することで、第2期間TM12における第2測定値を正確に取得することができる。
図18(B)の例では、第1期間TM11となってから第1測定値が取得されるタイミング(t191)は変更されない。
以上のように、本実施形態では、第1期間T11や第2期間T12が短くなる場合に、第1測定値を取得するタイミング、もしくは第2測定値を取得するタイミングが適宜変更される。このような変更による処理負荷が問題となるような場合には、第1実施形態(図3、4)のように、第1期間T11や第2期間T12を長くする態様の方が好ましい。
尚、以上に説明したような第1期間TM11や第2期間TM12の変更は、第1実施形態において図5を参照しながら説明した方法と同様に、今回ではなく次のマスク期間TM10において行われる。
本実施形態における動作制御部110も、第1実施形態において図6を参照しながら説明した方法と同様に、第1期間TM11において測定部120で測定された値の時間積分値(図6の面積S1)と、第2期間TM12において測定部120で測定された値の時間積分値(図6の面積S2)とが、それぞれの絶対値において互いに一致するように、第1期間TM11や第2期間TM12の長さを変更する。
以上に説明した制御を実現するために、制御装置100によって実行される具体的な処理の内容について説明する。本実施形態においても、図7乃至9を参照しながら説明した第1実施形態と同様の処理が行われる。ただし、本実施形態において行われる処理は、第1実施形態のうち図10に示される一連の処理(つまり、図8のステップS25で行われる処理)を、図19に示される一連の処理に置き換えたものとなっている。
図19に示される処理のうち最初のステップS101では、第1測定値が第2測定値よりも大きいか否かが判定される。第1測定値が第2測定値よりも大きい場合には、ステップS102に移行する。ステップS102では、図17(B)を参照しながら説明したように、第1期間TM11を短くする処理が行われる。尚、このように長さが変更された第1期間TM11は、図8に示される一連の処理が次の制御周期において実行された際に、ステップS19における判定で用いられることとなる。
ステップS101において、第1測定値が第2測定値よりも大きくなかった場合には、ステップS103に移行する。ステップS103では、第1測定値が第2測定値よりも小さいか否かが判定される。第1測定値が第2測定値よりも小さい場合にはステップS104に移行する。ステップS104では、図18(B)を参照しながら説明したように、第2期間TM12を短くする処理が行われる。尚、このように長さが変更された第2期間TM12は、図8に示される一連の処理が次の制御周期において実行された際に、ステップS23における判定で用いられることとなる。
ステップS103において、第1測定値が第2測定値よりも小さくなかった場合には、図19に示される一連の処理を終了する。この場合は、第1測定値と第2測定値とが互いに等しかったということである。このため、第1期間TM11及び第2期間TM12の長さはいずれも変更されない。
以上のような処理が制御装置100で行われることにより、図17及び図18に示される態様の制御が実現される。
第8実施形態について、図20を参照しながら説明する。本実施形態では、図8のステップS25で行われる処理の内容においてのみ上記の第7実施形態と異なっている。以下では、第7実施形態と異なる点について主に説明する。
図20に示される一連の処理は、図8のステップS25で行われる処理の具体的な流れを示すものであり、図19に示される一連の処理に換えて実行されるものである。
本実施形態でも第5実施形態(図15)と同様に、制御装置100は印加回数のカウントを行っている。更に制御装置100は、図8に示される一連の処理を実行する毎に、測定部120で取得された第1測定値及び第2測定値を履歴として記憶している。
最初のステップS111では、印加回数が所定回数に到達しているか否か、が判定される。この所定回数は、第1測定値や第2測定値のそれぞれの平均値を算出するために必要な第1測定値等の個数として、予め設定されたものである。印加回数が所定回数に到達していなければ、第1期間TM11や第2期間TM12の長さを変更することなく、図20に示される一連の処理を終了する。印加回数が所定回数に到達していれば、ステップS112に移行する。
ステップS112では、印加回数が0にリセットされる。ステップS112に続くステップS113では、上記の所定回数と同じ数だけ取得された第1測定値の平均値が算出される。また、上記の所定回数と同じ数だけ取得された第2測定値の平均値が算出される。その後、第1測定値の平均値が、第2測定値の平均値よりも大きいか否かが判定される。
第1測定値の平均値が第2測定値の平均値よりも大きい場合には、ステップS114に移行する。ステップS114では、図17(B)を参照しながら説明したように、第1期間TM11を短くする処理が行われる。
ステップS113において、第1測定値の平均値が第2測定値の平均値よりも大きくなかった場合には、ステップS115に移行する。ステップS115では、第1測定値の平均値が第2測定値の平均値よりも小さいか否かが判定される。第1測定値の平均値が第2測定値の平均値よりも小さい場合にはステップS116に移行する。ステップS116では、図18(B)を参照しながら説明したように、第2期間TM12を短くする処理が行われる。
ステップS115において、第1測定値の平均値が第2測定値の平均値よりも小さくなかった場合には、図20に示される一連の処理を終了する。この場合は、第1測定値の平均値と第2測定値の平均値とが互いに等しかったということである。このため、第1期間TM11及び第2期間TM12の長さはいずれも変更されない。
以上のように、本実施形態では、ガスセンサ200に対する掃引電圧の印加、及び測定部120による掃引電流の測定(掃引電圧の測定でもよい)がそれぞれ複数回行われた後に、動作制御部110が、第1測定値の平均値と、第2測定値の平均値との比較に基づいて、次回以降における第1期間TM11及び第2期間TM12のうち少なくとも一方の長さを変更する。
具体的には、第1測定値の平均値が第2測定値の平均値よりも大きい場合には、動作制御部110は次回以降における第1期間TM11を短くなるように変更し、第1測定値の平均値が第2測定値の平均値よりも小さい場合には、動作制御部110は次回以降における第2期間TM12を短くなるように変更する。
このため、例えばノイズ等の影響によって第1測定値や第2測定値が一時的にばらついた場合であっても、第1期間TM11や第2期間TM12の長さに対する影響を軽減することができる。これにより、ガス濃度の測定をより安定的に行うことができる。
第9実施形態について、図21を参照しながら説明する。本実施形態では、図8のステップS25で行われる処理の内容においてのみ第1実施形態と異なっている。以下では、第1実施形態と異なる点について主に説明する。
図21に示される一連の処理は、図8のステップS25で行われる処理の具体的な流れを示すものであり、図10に示される一連の処理に換えて実行されるものである。
最初のステップS121では、第1期間TM11において測定部120で測定された値(掃引電流又は掃引電圧)の時間積分値が、所定の設計値に一致しているか否かが判定される。「第1期間TM11において測定部120で測定された値の時間積分値」とは、その絶対値が図6に示される面積S1に相当するものである。このような時間積分値は、図3の時刻t191において取得された第1測定値に、第1期間TM11の長さを掛けることによって算出することができる。また、第1期間TM11において第1測定値の取得を複数回行って、より正確に時間積分値を算出することとしてもよい。
また、上記における「所定の設計値」とは、第1測定値が目標値に一致しており、且つ第1期間TM11の長さが当初の設計値通りであった場合における、上記の時間積分値のことである。
時間積分値が設計値に一致していれば、第1期間TM11の長さを変更することなく、後述のステップS123に移行する。時間積分値が設計値に一致していなければ、ステップS122に移行する。ステップS122では、時間積分値が設計値に一致するように、第1期間TM11の長さが変更される。例えば、時間積分値が設計値よりも小さい場合には、第1期間TM11がそれまでよりも長くなるように変更される。
ステップS122に続くステップS123では、第2期間TM12において測定部120で測定された値(掃引電流又は掃引電圧)の時間積分値が、所定の設計値に一致しているか否かが判定される。「第2期間TM12において測定部120で測定された値の時間積分値」とは、その絶対値が図6に示される面積S2に相当するものである。このような時間積分値は、図3の時刻t291において取得された第2測定値に、第2期間TM12の長さを掛けることによって算出することができる。また、第2期間TM12において第2測定値の取得を複数回行って、より正確に時間積分値を算出することとしてもよい。
また、上記における「所定の設計値」とは、第2測定値が目標値に一致しており、且つ第2期間TM12の長さが当初の設計値通りであった場合における、上記の時間積分値のことである。
時間積分値が設計値に一致していれば、第2期間TM12の長さを変更することなく、図21に示される一連の処理を終了する。時間積分値が設計値に一致していなければ、ステップS124に移行する。ステップS124では、時間積分値が設計値に一致するように、第2期間TM12の長さが変更される。例えば、時間積分値が設計値よりも小さい場合には、第2期間TM12がそれまでよりも長くなるように変更される。
以上のような処理が行われることにより、第1期間TM11においてガスセンサ200に蓄えられる電荷の量と、第2期間TM12においてガスセンサ200から放出される電荷の量とを、いずれも設計通りの値に近づけることができる。これによって両者の差を小さくし、ガス濃度の測定を正確に行うことが可能となる。尚、図21に示されるステップS121からステップS122までの処理と、ステップS123からステップS124までの処理とは、いずれか一方のみが実行され、他方は実行されない態様としてもよい。
以上のように、本実施形態における動作制御部110は、第1期間TM11において測定部120で測定された値の時間積分値、及び、第2期間TM12において掃引測定部で測定された値の時間積分値、のうち少なくとも一方が所定の設計値に一致するように、
第1期間TM11及び第2期間TM12のうち少なくとも一方の長さを変更する。このような態様であっても、第1実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。
第1期間TM11及び第2期間TM12のうち少なくとも一方の長さを変更する。このような態様であっても、第1実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。
尚、第1期間TM11の長さ及び第2期間TM12の長さの両方が変更された場合には、変更後における第1期間TM11と第2期間TM12との両方がマスク期間TM10に包含されるように、マスク設定部140がマスク期間TM10の長さを変更する。
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
Claims (16)
- ガス濃度を測定するガスセンサ(200)の制御装置(100)であって、
前記ガスセンサのインピーダンスを測定するために、前記ガスセンサに対して電圧を印加する電圧印加部(F1,F2)と、
前記電圧印加部の動作を制御する動作制御部(110)と、
前記ガスセンサに流れる電流、又は前記ガスセンサに印加される電圧、のうち少なくともいずれか一方を測定する掃引測定部(120)と、を備え、
前記動作制御部は、
第1期間(TM11)において、前記ガスセンサに第1方向の電流が流れるよう、前記電圧印加部を動作させる第1制御と、
前記第1期間に続く第2期間(TM12)において、前記ガスセンサに前記第1方向とは逆の第2方向の電流が流れるよう、前記電圧印加部を動作させる第2制御と、を行うものであり、
前記第1制御が行われているときにおいて前記掃引測定部で測定された値の絶対値、である第1測定値と、
前記第2制御が行われているときにおいて前記掃引測定部で測定された値の絶対値、である第2測定値と、の比較に基づいて、前記第1期間及び前記第2期間のうち少なくとも一方の長さを変更する制御装置。 - 前記動作制御部は、
前記第1測定値が前記第2測定値よりも大きい場合には、前記第2期間を長くなるように変更し、
前記第1測定値が前記第2測定値よりも小さい場合には、前記第1期間を長くなるように変更する、請求項1に記載の制御装置。 - 前記動作制御部は、
前記第1測定値が前記第2測定値よりも大きい場合には、前記第1期間を短くなるように変更し、
前記第1測定値が前記第2測定値よりも小さい場合には、前記第2期間を短くなるように変更する、請求項1に記載の制御装置。 - 前記第1期間又は前記第2期間が短くなるように変更された場合には、前記掃引測定部による測定が行われるタイミングも変更される、請求項3に記載の制御装置。
- 前記電圧印加部による電圧の印加、及び前記掃引測定部による電流又は電圧の測定は、繰り返し実行されるものであり、
前記動作制御部は、今回測定された前記第1測定値と前記第2測定値との比較に基づいて、次回における前記第1期間及び前記第2期間のうち少なくとも一方の長さを変更する、請求項1に記載の制御装置。 - 前記ガスセンサよる前記ガス濃度の測定が一時的に禁止されるマスク期間(TM10)を、前記第1期間及び前記第2期間を含む期間として設定するマスク設定部を更に備え、
前記第1期間及び前記第2期間のうち少なくとも一方の長さが変更された場合には、前記マスク設定部が前記マスク期間の長さを変更する、請求項1に記載の制御装置。 - 前記動作制御部は、前記第1期間において前記掃引測定部で測定された値の時間積分値と、前記第2期間において前記掃引測定部で測定された値の時間積分値とが、それぞれの絶対値において互いに一致するように、前記第1期間及び前記第2期間のうち少なくとも一方の長さを変更する、請求項1に記載の制御装置。
- 前記動作制御部は、前記第1期間において前記掃引測定部で測定された値の時間積分値、及び、前記第2期間において前記掃引測定部で測定された値の時間積分値、のうち少なくとも一方が所定の設計値に一致するように、前記第1期間及び前記第2期間のうち少なくとも一方の長さを変更する、請求項1に記載の制御装置。
- 前記ガスセンサを加熱するヒーター(HT)と、
前記ガスセンサのインピーダンスに基づいて、前記ガスセンサの温度を推定するセンサ温度推定部(121)と、を更に備え、
前記動作制御部は、前記ヒーターへの通電が行われ、前記センサ温度推定部で推定された温度が所定温度を超えた後に、前記第1期間及び前記第2期間のうち少なくとも一方の長さを変更する処理を開始する、請求項1に記載の制御装置。 - 前記ガスセンサを加熱するためのヒーターを更に備え、
前記動作制御部は、前記ヒーターへの通電が開始されてから所定期間が経過した後に、前記第1期間及び前記第2期間のうち少なくとも一方の長さを変更する処理を開始する、請求項1に記載の制御装置。 - 前記電圧印加部による電圧の印加、及び前記掃引測定部による電流又は電圧の測定が、それぞれ複数回行われた後に、
前記動作制御部は、前記第1測定値の平均値と、前記第2測定値の平均値との比較に基づいて、次回以降における前記第1期間及び前記第2期間のうち少なくとも一方の長さを変更する、請求項1に記載の制御装置。 - 前記動作制御部は、
前記第1測定値の平均値が前記第2測定値の平均値よりも大きい場合には、次回以降における前記第2期間を長くなるように変更し、
前記第1測定値の平均値が前記第2測定値の平均値よりも小さい場合には、次回以降における前記第1期間を長くなるように変更する、請求項11に記載の制御装置。 - 前記動作制御部は、
前記第1測定値の平均値が前記第2測定値の平均値よりも大きい場合には、次回以降における前記第1期間を短くなるように変更し、
前記第1測定値の平均値が前記第2測定値の平均値よりも小さい場合には、次回以降における前記第2期間を短くなるように変更する、請求項11に記載の制御装置。 - 制御装置の温度を測定する温度測定部(150)を更に備え、
前記動作制御部は、前記温度測定部で測定された温度が変動した際に、前記第1期間及び前記第2期間のうち少なくとも一方の長さを変更する処理を行う、請求項1に記載の制御装置。 - 前記動作制御部は、所定期間が経過する毎に、前記第1期間及び前記第2期間のうち少なくとも一方の長さを変更する処理を行う、請求項1に記載の制御装置。
- 前記電圧印加部による電圧の印加、及び前記掃引測定部による電流又は電圧の測定は、繰り返し実行されるものであり、
前記動作制御部は、前記電圧印加部による電圧の印加が行われた回数が所定回数に到達する毎に、前記第1期間及び前記第2期間のうち少なくとも一方の長さを変更する処理を行う、請求項1に記載の制御装置。
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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