特許 6125989 センサ制御装置およびガス検知システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6125989

(24)【登録日】2017年4月14日

(45)【発行日】2017年5月10日

(54)【発明の名称】センサ制御装置およびガス検知システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/419 20060101AFI20170424BHJP

   G01N 27/416 20060101ALI20170424BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/419 327R

   G01N27/416 331

【請求項の数】6

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-265468(P2013-265468)

(22)【出願日】2013年12月24日

(65)【公開番号】特開2015-121466(P2015-121466A)

(43)【公開日】2015年7月2日

【審査請求日】2016年6月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】樋口 雄三

(72)【発明者】

【氏名】上村 朋典

【審査官】 黒田 浩一

(56)【参考文献】

【文献】 特開2008-8667（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭62-73154（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開2006-275628（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開2010-54307（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平11-6815（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平8-43347（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／２６−２７／４９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポンプ電流に応じて酸素の汲み入れまたは汲み出しを行う酸素ポンプセルを有するガスセンサを制御するセンサ制御装置であって、
前記酸素ポンプセルに通電するポンプ電流をデジタル制御で演算するポンプ電流演算部と、
前記ポンプ電流演算部の演算結果を示すデジタル信号に基づいて、前記酸素ポンプセルに対して通電するポンプ電流を生成するデジタルアナログ変換部と、
前記デジタルアナログ変換部にて生成可能な前記ポンプ電流の最大電流範囲を変更する最大電流範囲変更部と、
を備えることを特徴とするセンサ制御装置。

【請求項2】

前記デジタルアナログ変換部は、外部から供給される参照電圧に応じて前記最大電流範囲が変化する構成であり、
前記最大電流範囲変更部は、前記参照電圧を変更することで前記最大電流範囲を変更すること、
を特徴とする請求項１に記載のセンサ制御装置。

【請求項3】

前記デジタルアナログ変換部は、電気抵抗値が変化する抵抗値変化部を備えており、前記参照電圧が前記抵抗値変化部に印加されて生じる電流を前記ポンプ電流として生成すること、
を特徴とする請求項２に記載のセンサ制御装置。

【請求項4】

前記最大電流範囲変更部は、前記ガスセンサの特性または種類に応じて定められるセンサ情報に基づいて、前記最大電流範囲を変更しており、
前記センサ情報を記憶する記憶部を備えること、
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のセンサ制御装置。

【請求項5】

前記ガスセンサは、測定対象ガスに含まれる特定成分に応じた起電力を生じる検知セルを備えており、
前記起電力のアナログ値をデジタル値に変換するアナログデジタル変換部を備えており、
前記ポンプ電流演算部は、前記起電力のデジタル値に基づいて前記ポンプ電流を演算すること、
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のセンサ制御装置。

【請求項6】

ポンプ電流に応じて酸素の汲み入れまたは汲み出しを行う酸素ポンプセルを有するガスセンサと、
前記ガスセンサを制御するセンサ制御装置と、
を備えるガス検知システムであって、
前記センサ制御装置として、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のセンサ制御装置を備えること、
を特徴とするガス検知システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ポンプ電流に応じて酸素の汲み入れまたは汲み出しを行う酸素ポンプセルを有するガスセンサを制御するセンサ制御装置、およびガスセンサおよびセンサ制御装置を備えるガス検知システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ポンプ電流に応じて酸素の汲み入れまたは汲み出しを行う酸素ポンプセルを有するガスセンサと、ガスセンサを制御するセンサ制御装置と、を備えるガス検知システムが知られている。

【0003】

ガスセンサの一例としては、酸素ポンプセルを用いて測定対象ガスに含まれる酸素の汲み入れまたは汲み出しを行い、測定対象ガスの酸素濃度が所定の目標濃度になるまでに通電したポンプ電流に基づいて、測定対象ガスに含まれていた酸素濃度を検出するリニアＡ／Ｆセンサが挙げられる。また、酸素ポンプセルを有するガスセンサの他の例としては、測定対象ガスに含まれるＮＯｘ濃度を検知するＮＯｘセンサが挙げられる。

【0004】

そして、センサ制御装置は、このようなガスセンサのポンプ電流を制御するにあたり様々な演算機能を備える必要があり、他方で、装置の小型化の要求にも応える必要がある。これらを踏まえて、各種制御を行うアナログ回路に代えてデジタル制御部を採用したセンサ制御装置がある。

【0005】

このようなデジタル制御部を採用したセンサ制御装置は、演算結果としてのデジタル値をアナログ電流に変換するためのデジタルアナログ変換部を備えている。デジタルアナログ変換部の一例としては、アナログ値として電流の入出力を行う電流ＤＡＣ（デジタル・アナログ・コンバータ）が挙げられる。

【0006】

センサ制御装置は、このようなデジタルアナログ変換部を備えることで、デジタル制御部でデジタル制御によりポンプ電流を演算しつつ、ガスセンサのポンプセルに通電するポンプ電流（アナログ値）を制御することが可能となる。

【0007】

また、デジタル制御部は、アナログ回路に比べて小型化できるとともに、アナログ回路に比べて制御定数の変更作業が容易となるため、デジタル制御部を採用したセンサ制御装置は、より多くの種類のガスセンサの制御や多様な特性のガスセンサの制御に適応することが容易となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００８−００８６６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかし、デジタル制御部の採用により多種類（あるいは、多様な特性）のガスセンサに適応できるセンサ制御装置は、デジタルアナログ変換部での量子化誤差の影響により、センサ最大電流が小さいガスセンサの制御時にポンプ電流の制御精度が低下する可能性がある。

【0010】

つまり、デジタルアナログ変換部により通電可能な最大電流範囲が一定範囲である場合、デジタル制御部を採用したセンサ制御装置においては、装置として通電可能なポンプ電流の最大電流範囲（換言すれば、デジタルアナログ変換部が通電可能な最大電流範囲）は、多種類（あるいは、多様な特性）のガスセンサのうちセンサ最大電流が最大の電流値を考慮して設定される。

【0011】

このようなセンサ制御装置は、センサ最大電流が小さいガスセンサの制御時には、デジタルアナログ変換部の最大レンジよりも狭い範囲でしかポンプ電流を通電しないため、相対的にポンプ電流の制御精度が低下してしまう。

【0012】

例えば、１３［ｂｉｔ］のデジタルアナログ変換部をセンサ最大電流が±１１．５［ｍＡ］のガスセンサに合わせて最大電流範囲を設定した場合、センサ最大電流が±４．０［ｍＡ］のガスセンサを制御する際には、実質的に有効なビット数が１１〜１２［ｂｉｔ］に低下する。

【0013】

ここで、図１０に、１３［ｂｉｔ］のデジタルアナログ変換部（電流ＤＡＣ）において最大電流範囲を±１１．５［ｍＡ］に設定した場合の特性を表した説明図を示す。図１０に示すように、±４．０［ｍＡ］の範囲内でポンプ電流を出力する場合には、デジタルアナログ変換部の最大レンジ（１３［ｂｉｔ］）の領域Ｗ１に対して半分以下（約３分の１）の領域Ｗ２しか使用できないため、実質的に有効なビット数が１１〜１２［ｂｉｔ］に低下する。

【0014】

つまり、デジタルアナログ変換部により通電可能な最大電流範囲が一定範囲である場合、ガスセンサのセンサ最大電流が小さくなるに従い、ガスセンサのセンサ最大電流に対する１ｂｉｔあたりの電流値が相対的に大きくなるため、ポンプ電流の精密な制御が難しくなり、ポンプ電流の制御精度が相対的に低下してしまう。

【0015】

そこで、本発明は、デジタル制御を採用してガスセンサを制御するセンサ制御装置において、相対的なポンプ電流の制御精度の低下を抑制できるセンサ制御装置を提供すること、およびそのようなセンサ制御装置を備えるガス検知システムを提供すること、を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明のセンサ制御装置は、ポンプ電流に応じて酸素の汲み入れまたは汲み出しを行う酸素ポンプセルを有するガスセンサを制御するセンサ制御装置であって、酸素ポンプセルに通電するポンプ電流をデジタル制御で演算するポンプ電流演算部と、ポンプ電流演算部の演算結果を示すデジタル信号に基づいて、酸素ポンプセルに対して通電する前記ポンプ電流を生成するデジタルアナログ変換部と、デジタルアナログ変換部にて生成可能なポンプ電流の最大電流範囲を変更する最大電流範囲変更部と、を備えることを特徴とするセンサ制御装置である。

【0017】

センサ制御装置は、最大電流範囲変更部を備えて、デジタルアナログ変換部にて生成可能なポンプ電流の最大電流範囲を変更可能な構成を採ることで、制御対象となるガスセンサの種類や特性に応じてポンプ電流の最大電流範囲を適切な範囲に変更できる。

【0018】

つまり、センサ最大電流が小さいガスセンサの制御時には、デジタルアナログ変換部の最大電流範囲をそのガスセンサのセンサ最大電流を考慮した範囲に変更することで、相対的なポンプ電流の制御精度の低下を抑制できる。

【0019】

よって、本発明のセンサ制御装置によれば、デジタル制御を採用してガスセンサを制御するにあたり、相対的なポンプ電流の制御精度の低下を抑制できる。
なお、デジタルアナログ変換部が酸素ポンプセルに対して通電するポンプ電流は、一方向ではなく双方向（正方向および逆方向の両方向）である。これにより、ポンプ電流の通電方向（正方向、逆方向）に応じて、酸素ポンプセルによる酸素の汲み入れ動作または汲み出し動作を切り替えることができる。

【0020】

次に、本発明のセンサ制御装置においては、デジタルアナログ変換部は、外部から供給される参照電圧に応じて最大電流範囲が変化する構成であり、最大電流範囲変更部は、参照電圧を変更することで最大電流範囲を変更する、という構成を採ることができる。

【0021】

このような構成のセンサ制御装置は、最大電流範囲変更部による参照電圧の変更により、デジタルアナログ変換部における最大電流範囲を任意に変更できる。
次に、本発明のセンサ制御装置においては、デジタルアナログ変換部は、電気抵抗値が変化する抵抗値変化部を備えており、参照電圧が抵抗値変化部に印加されて生じる電流をポンプ電流として生成する、という構成を採ることができる。

【0022】

つまり、このような抵抗値変化部をデジタルアナログ変換部に備えることで、ポンプ電流は、参照電圧が抵抗値変化部に印加されて生じる電流として生成することができる。
次に、本発明のセンサ制御装置においては、最大電流範囲変更部は、ガスセンサの特性または種類に応じて定められるセンサ情報に基づいて、最大電流範囲を変更しており、センサ情報を記憶する記憶部を備える、という構成を採ることができる。

【0023】

このようにガスセンサの特性または種類に応じてセンサ情報を定めることで、ガスセンサの特性または種類に応じた適切なポンプ電流の最大電流範囲を設定できる。
また、記憶部にセンサ情報を記憶する構成を採ることで、制御対象のガスセンサに応じて記憶部の記憶内容（センサ情報）を変更できる。

【0024】

これにより、本発明のセンサ制御装置は、多種類のガスセンサや多様な特性を有するガスセンサに適応できるとともに、相対的なポンプ電流の制御精度の低下を抑制できる。
次に、本発明のセンサ制御装置においては、ガスセンサは、測定対象ガスに含まれる特定成分に応じた起電力を生じる検知セルを備えてもよい。そして、センサ制御装置は、前記起電力のアナログ値をデジタル値に変換するアナログデジタル変換部を備えており、ポンプ電流演算部は、前記起電力のデジタル値に基づいてポンプ電流を演算する、という構成を採ることができる。

【0025】

このように酸素ポンプセルに加えて検知セルを備えるガスセンサは、酸素ポンプセルのみを備えるガスセンサに比べて、ガス検知の精度が向上する。
そして、アナログデジタル変換部を備えて、ポンプ電流演算部が起電力に基づいてポンプ電流を演算するセンサ制御装置は、酸素ポンプセルおよび検知セルを備えるガスセンサを制御できる。

【0026】

よって、本発明のセンサ制御装置は、酸素ポンプセルおよび検知セルを備えるガスセンサを制御でき、ガス検知の精度を向上できる。
本発明のガス検知システムは、ポンプ電流に応じて酸素の汲み入れまたは汲み出しを行う酸素ポンプセルを有するガスセンサと、ガスセンサを制御するセンサ制御装置と、を備えるガス検知システムであって、センサ制御装置として、上述のセンサ制御装置を備えること、を特徴とするガス検知システムである。

【0027】

このガス検知システムは、上述のセンサ制御装置を備えることから、上述したセンサ制御装置と同様に、センサ最大電流が小さいガスセンサの制御時には、デジタルアナログ変換部にて生成可能な最大電流範囲をそのガスセンサのセンサ最大電流を考慮した範囲に変更することで、相対的なポンプ電流の制御精度の低下を抑制できる。

【0028】

よって、本発明のガス検知システムによれば、デジタル制御を採用してガスセンサを制御するにあたり、相対的なポンプ電流の制御精度の低下を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】ガス検知システム１の全体構成図である。

【図2】電流ＤＡ変換部３５の全体構成図である。

【図3】電流ＤＡ変換部３５におけるＤＡＣ制御信号Ｓ１とポンプ電流ＩＰとの相関関係を表した説明図である。

【図4】劣化補正処理の処理内容を表したフローチャートである。

【図5】第２実施形態の第２ガス検知システム１０１の全体構成図である。

【図6】第２電流ＤＡ変換部１３５に備えられる第２正方向通電部１５５の全体構成図である。

【図7】第２電流ＤＡ変換部１３５に備えられる第２逆方向通電部１５７の全体構成図である。

【図8】第４実施形態の第４ガス検知システム２０１の全体構成図である。

【図9】第５実施形態の第５ガス検知システム３０１の全体構成図である。

【図10】デジタルアナログ変換部（電流ＤＡＣ）の特性を表した説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
尚、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

【0031】

［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
図１は、本発明が適用された実施形態としてのガス検知システム１の全体構成図である。

【0032】

ガス検知システム１は、例えば、内燃機関の排気ガス中の特定ガス（本実施形態では、酸素）を検出する用途に用いられる。
ガス検知システム１は、酸素を検出するガスセンサ８と、ガスセンサ８を制御するセンサ制御装置２と、を備えている。ガス検知システム１は、検出した酸素濃度をエンジン制御装置９に通知する。

【0033】

エンジン制御装置９は、内燃機関を制御するための各種制御処理を実行するマイクロコントローラであり、各種制御処理の１つとして、ガス検知システム１で検出した酸素濃度を用いて内燃機関の空燃比制御を行う。

【0034】

ガスセンサ８は、内燃機関（エンジン）の排気管に設けられて、排気ガス中の酸素濃度を広域にわたって検出するものであり、リニアＡ／Ｆセンサとも呼ばれる。ガスセンサ８は、ポンプセル１４と、起電力セル２４と、を備えて構成されている。

【0035】

ポンプセル１４は、部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ_２ ）により形成された酸素イオン伝導性の固体電解質体１５と、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された一対の多孔質電極１６と、を有している。起電力セル２４は、部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ_２ ）により形成された酸素イオン伝導性の固体電解質体２５と、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された一対の多孔質電極２８と、を有している。

【0036】

なお、ガスセンサ８は、ポンプセル１４と起電力セル２４との間に、多孔質拡散層（図示省略）を介してガスセンサ８の内部に設けられた測定室（図示省略）を備えている。測定室には、多孔質拡散層を介して測定対象ガス（本実施形態では、排気ガス）が導入される。

【0037】

ガスセンサ８は、起電力セル２４を用いて、測定室の酸素濃度（換言すれば、多孔質拡散層を介して測定室内に導入された測定対象ガスの酸素濃度）に応じた起電力（検知電圧Ｖｓ）が発生する。具体的には、起電力セル２４には、表面の多孔質電極２８と裏面の多孔質電極２８との酸素濃度差に応じた検知電圧Ｖｓが発生する。

【0038】

そして、起電力セル２４の検知電圧Ｖｓが所定の基準値（例えば、４５０ｍＶ程度）となるように、ポンプセル１４を用いて、測定室の測定対象ガスに含まれる酸素の汲み入れまたは汲み出しを行う。具体的には、ポンプセル１４の表面の多孔質電極１６と裏面の多孔質電極１６とにポンプ電流Ｉｐを流して、測定室内の酸素の汲み入れまたは汲み出しを行い、測定室の酸素濃度の調整を行う。

【0039】

つまり、ガスセンサ８は、測定室の酸素濃度が所定の目標濃度（例えば、ストイキ）になるように、ポンプセル１４に流したポンプ電流Ｉｐに基づいて、測定対象ガスに含まれていた酸素濃度を検出する用途に用いられる。

【0040】

センサ制御装置２は、ガスセンサ８を駆動制御して排気ガス中の酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度をＳＰＩ通信線４４を介してエンジン制御装置９に通知する。
センサ制御装置２は、ＡＤ変換部３１（アナログデジタル変換部３１）、デジタル演算部３３、電流ＤＡ変換部３５（電流デジタルアナログ変換部３５）、ＥＥＰＲＯＭ３７、ＲＡＭ３９、参照電圧生成部４１、ＳＰＩ制御部４３、を備えている。

【0041】

ＡＤ変換部３１は、ガスセンサ８の起電力セル２４に生じる検知電圧Ｖｓのアナログ値をデジタル値に変換し、検知電圧Ｖｓのデジタル値をデジタル演算部３３に通知する。なお、起電力セル２４の両端に生じる検知電圧Ｖｓは、測定室の酸素濃度に応じて値が変化する。

【0042】

デジタル演算部３３は、各種演算制御処理を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）であり、演算制御処理の１つとして、起電力セル２４の検知電圧Ｖｓが目標制御電圧（本実施形態では、４５０ｍＶ）となるように、ポンプセル１４に通電するポンプ電流Ｉｐを制御するポンプ電流制御処理を実行する。

【0043】

具体的には、ポンプ電流制御処理を実行するデジタル演算部３３は、目標制御電圧（４５０ｍＶ）と起電力セル２４の検知電圧Ｖｓとの偏差ΔＶｓに基づいてＰＩＤ演算し、偏差ΔＶｓが０に近づくように（換言すれば、検知電圧Ｖｓが目標制御電圧に近づくように）電流ＤＡ変換部３５によってポンプセル１４に通電されるポンプ電流Ｉｐを制御する。

【0044】

なお、デジタル演算部３３は、ポンプ電流Ｉｐに関する情報を含んだＤＡＣ制御信号Ｓ１を、電流ＤＡ変換部３５に対して送信する。ＤＡＣ制御信号Ｓ１は、ポンプ電流Ｉｐの電流値および通電方向（正方向、逆方向）に関する情報を含んだデジタル信号である。

【0045】

電流ＤＡ変換部３５は、デジタル演算部３３で演算されたポンプ電流Ｉｐの情報が含まれるＤＡＣ制御信号Ｓ１に基づいて、ＤＡ変換を行い、ポンプセル１４に対してポンプ電流Ｉｐを通電する。なお、電流ＤＡ変換部３５の詳細について後述する。

【0046】

ＥＥＰＲＯＭ３７は、演算制御処理の内容や演算制御処理に用いる各種パラメータなどを記憶する記憶部である。
ＥＥＰＲＯＭ３７は、少なくともポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲に対応する参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報や、製造バラツキの補正に使用する情報などを含むセンサ情報を記憶している。このセンサ情報は、制御対象となるガスセンサ８の種類または特性に応じて定められるものであり、本実施形態では、センサ制御装置２の製造段階でＥＥＰＲＯＭ３７に記憶され、出荷後のフィールドでも書き換えられることがある。

【0047】

ＲＡＭ３９は、各種演算制御処理に用いられる制御データ等を一時的に記憶する記憶部である。
参照電圧生成部４１は、ＲＡＭ３９に一時的に記憶された「参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報」に基づいて参照電圧Ｖｒｅｆを生成し、生成した参照電圧Ｖｒｅｆを電流ＤＡ変換部３５に供給する。

【0048】

なお、ＲＡＭ３９に一時的に記憶された「参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報」は、デジタル演算部３３でのポンプ電流制御処理でも利用される情報である。つまり、ポンプ電流制御処理では、参照電圧Ｖｒｅｆに対応する最大電流範囲での最大電流値をＤＡＣ制御信号Ｓ１の最大値に対応する電流値として設定した上で、演算結果（ポンプ電流Ｉｐの電流値）と最大電流範囲との比率に基づいて、演算結果（ポンプ電流Ｉｐの電流値）に対応するＤＡＣ制御信号Ｓ１の値を演算する。

【0049】

このＤＡＣ制御信号Ｓ１が電流ＤＡ変換部３５に通知されると、電流ＤＡ変換部３５は、ＤＡＣ制御信号Ｓ１に基づいて定められるポンプ電流Ｉｐをポンプセル１４に対して通電する。

【0050】

ＳＰＩ制御部４３は、シリアル・ペリフェラル・インターフェースによるデータ通信を制御しており、ＳＰＩ通信線４４を介したエンジン制御装置９とのデータ送受信を制御する。

【0051】

［１−２．電流ＤＡ変換部３５］
次に、電流ＤＡ変換部３５の構成について説明する。
図２は、電流ＤＡ変換部３５の全体構成図である。

【0052】

電流ＤＡ変換部３５は、デジタル信号制御部５１と、正方向通電部５５と、逆方向通電部５７と、参照電圧端子５９と、ポンプ電流端子６１と、回路電源端子６５と、を備えている。

【0053】

デジタル信号制御部５１は、デジタル演算部３３からのＤＡＣ制御信号Ｓ１に基づいて、後述する正方向通電部５５のスイッチング素子Ｓｗａ００〜Ｓｗａ１１の開状態（ＯＦＦ状態）または閉状態（ＯＮ状態）と、後述する逆方向通電部５７のスイッチング素子Ｓｗｂ００〜Ｓｗｂ１１の開状態（ＯＦＦ状態）または閉状態（ＯＮ状態）と、正方向通電部５５での通電電流値と、逆方向通電部５７での通電電流値と、をそれぞれ設定する。

【0054】

なお、ＤＡＣ制御信号Ｓ１は、１３ｂｉｔのデータであり、そのうち１ｂｉｔがポンプ電流Ｉｐの通電方向に関する情報として用いられ、１２ｂｉｔがポンプ電流Ｉｐの電流値に関する情報として用いられる。

【0055】

参照電圧端子５９は、正方向通電部５５および逆方向通電部５７に電気的に接続されている。なお、参照電圧端子５９は、参照電圧生成部４１（図２では図示省略）に接続されており、参照電圧生成部４１から参照電圧Ｖｒｅｆが供給される。

【0056】

つまり、参照電圧生成部４１から供給される参照電圧Ｖｒｅｆが、参照電圧端子５９を介して、正方向通電部５５および逆方向通電部５７に供給される。
回路電源端子６５は、所定の電源電圧Ｖｃを供給する回路電源（図示省略）に接続されており、回路電源から供給される電源電圧Ｖｃを、正方向通電部５５および逆方向通電部５７に供給するための電力供給経路の一部を構成する。

【0057】

正方向通電部５５は、オペアンプＯＰａと、可変抵抗回路６３ａと、複数のＦＥＴ（ＦＥＴａ１、ＦＥＴａ２、ＦＥＴａ３）と、複数の抵抗素子Ｒａ１，Ｒａ２，Ｒａ３、複数のコンデンサＣａ１，Ｃａ２などを備えている。

【0058】

可変抵抗回路６３ａは、１２個の抵抗素子Ｒａａ００〜Ｒａａ１１と、１２個のスイッチング素子Ｓｗａ００〜Ｓｗａ１１と、を備えている。図２では、抵抗素子Ｒａａ００〜Ｒａａ１１およびスイッチング素子Ｓｗａ００〜Ｓｗａ１１のうち一部については図示を省略している。

【0059】

１２個の抵抗素子Ｒａａ００〜Ｒａａ１１は、各抵抗素子の長さもしくは幅もしくは本数が調整されることで、それぞれの抵抗値が「２のｎ乗」の比率となるように構成されている。例えば、抵抗素子Ｒａａ００の抵抗値が「Ｒｒｅｆ／（２の０乗）」の場合、抵抗素子Ｒａａ０１の抵抗値が「Ｒｒｅｆ／（２の１乗）」であり、抵抗素子Ｒａａ０２の抵抗値が「Ｒｒｅｆ／（２の２乗）」であり、抵抗素子Ｒａａ１１の抵抗値が「Ｒｒｅｆ／（２の１１乗）」である。

【0060】

１２個のスイッチング素子Ｓｗａ００〜Ｓｗａ１１は、ＤＡＣ制御信号Ｓ１に基づいて、それぞれの状態（開状態（ＯＦＦ状態）または閉状態（ＯＮ状態））が設定される。
つまり、可変抵抗回路６３ａは、ＤＡＣ制御信号Ｓ１に基づいて、正方向通電部５５および逆方向通電部５７の切替状態、および回路全体としての電気抵抗値を変更可能に構成されている。

【0061】

デジタル信号制御部５１の設定に基づいて、正方向通電部５５のスイッチング素子Ｓｗａ００〜Ｓｗａ１１の一部または全てを閉状態（ＯＮ状態）とすると共に、逆方向通電部５７のスイッチング素子Ｓｗｂ００〜Ｓｗｂ１１の全てを開状態（ＯＦＦ状態）とする（以下、第１状態という）ことで、正方向通電部５５では、オペアンプＯＰａによるフィードバック制御によって参照電圧Ｖｒｅｆが可変抵抗回路６３ａに印加される。

【0062】

また、正方向通電部５５では、ＦＥＴａ１およびＦＥＴａ２がカレントミラー回路を構成しており、本実施形態において２つのＦＥＴは同一サイズのものを使用している。そのため、参照電圧Ｖｒｅｆと可変抵抗回路６３ａの電気抵抗値とで決定される電流がＦＥＴａ１に流れるとともに、同じ大きさの電流がＦＥＴａ２にも流れる。このようにしてＦＥＴａ２に流れる電流は、ポンプ電流端子６１を介してポンプセル１４に向かう方向（正方向）のポンプ電流Ｉｐとしてポンプセル１４に通電される。

【0063】

つまり、デジタル信号制御部５１の設定に基づいて、第１状態とする場合、正方向通電部５５によって、正方向のポンプ電流Ｉｐがポンプセル１４に対して通電される。
他方、デジタル信号制御部５１の設定に基づいて、正方向通電部５５のスイッチング素子Ｓｗａ００〜Ｓｗａ１１の全てを開状態（ＯＦＦ状態）とすると共に、逆方向通電部５７のスイッチング素子Ｓｗｂ００〜Ｓｗｂ１１の一部または全てを閉状態（ＯＮ状態）とする（以下、第２状態という）場合、オペアンプＯＰａによるフィードバック制御によって可変抵抗回路６３ａに印加される電圧が０［Ｖ］となり、可変抵抗回路６３ａには電流が流れない状態となる。つまり、デジタル信号制御部５１の設定に基づいて、第２状態とする場合、正方向通電部５５によるポンプ電流Ｉｐの通電は行われない。

【0064】

次に、逆方向通電部５７は、オペアンプＯＰｂと、可変抵抗回路６３ｂと、複数のＦＥＴ（ＦＥＴｂ１、ＦＥＴｂ２、ＦＥＴｂ３、ＦＥＴｂ４、ＦＥＴｂ５）と、複数の抵抗素子Ｒｂ１，Ｒｂ２，Ｒｂ３、複数のコンデンサＣｂ１，Ｃｂ２などを備えている。

【0065】

このうち、オペアンプＯＰｂ、可変抵抗回路６３ｂ、複数の抵抗素子Ｒｂ１，Ｒｂ２，Ｒｂ３、複数のコンデンサＣｂ１，Ｃｂ２については、正方向通電部５５に備えられるオペアンプＯＰａ、可変抵抗回路６３ａ、複数の抵抗素子Ｒａ１，Ｒａ２，Ｒａ３、複数のコンデンサＣａ１，Ｃａ２と同様であるため、説明を省略する。

【0066】

デジタル信号制御部５１の設定に基づいて、第２状態とすることで、逆方向通電部５７では、オペアンプＯＰｂによるフィードバック制御によって参照電圧Ｖｒｅｆが可変抵抗回路６３ｂに印加される。

【0067】

また、逆方向通電部５７では、ＦＥＴｂ１およびＦＥＴｂ２がカレントミラー回路を構成し、ＦＥＴｂ３およびＦＥＴｂ４がカレントミラー回路を構成しており、ＦＥＴｂ１とＦＥＴｂ２は同一サイズのものを使用しており、また、ＦＥＴｂ３とＦＥＴｂ４も同一サイズのものを使用している。

【0068】

このため、逆方向通電部５７では、参照電圧Ｖｒｅｆと可変抵抗回路６３ｂの電気抵抗値とで決定される電流がＦＥＴｂ１に流れるとともに、同じ大きさの電流がＦＥＴｂ２にも流れる。また、ＦＥＴｂ２と同じ大きさの電流がＦＥＴｂ３にも流れるとともに、さらに、ＦＥＴｂ３と同じ大きさの電流がＦＥＴｂ４にも流れる。このようにしてＦＥＴｂ４に流れる電流は、ポンプセル１４からポンプ電流端子６１を介してＦＥＴｂ４に向かう方向（逆方向）のポンプ電流Ｉｐとしてポンプセル１４に通電される。

【0069】

つまり、デジタル信号制御部５１の設定に基づいて、第２状態とする場合、逆方向通電部５７によって、逆方向のポンプ電流Ｉｐがポンプセル１４に対して通電される。
他方、デジタル信号制御部５１の設定に基づいて、第１状態とする場合、オペアンプＯＰｂによるフィードバック制御によって逆方向通電部５７の可変抵抗回路６３ｂに印加される電圧が０［Ｖ］となり、逆方向通電部５７の可変抵抗回路６３ｂには電流が流れない状態となる。つまり、デジタル信号制御部５１の設定に基づいて、第１状態とする場合、逆方向通電部５７によるポンプ電流Ｉｐの通電は行われない。

【0070】

以上のことから、電流ＤＡ変換部３５は、デジタル演算部３３で演算されたポンプ電流Ｉｐの情報（通電方向、電流値）が含まれるＤＡＣ制御信号Ｓ１を受信し、受信したデジタル情報についてＤＡ変換を行い、ＤＡＣ制御信号Ｓ１に基づき定められるポンプ電流をポンプセル１４に対して通電する。

【0071】

詳細には、電流ＤＡ変換部３５は、参照電圧生成部４１から供給される参照電圧Ｖｒｅｆと可変抵抗回路６３ａ，６３ｂの電気抵抗値とに基づいて、ポンプ電流Ｉｐの電流値を設定する。また、電流ＤＡ変換部３５は、デジタル信号制御部５１の設定に基づいて、第１状態または第２状態のいずれかに切り替えることで、ポンプ電流Ｉｐの通電方向を設定している。

【0072】

なお、本実施形態において各カレントミラーＦＥＴは同一サイズのものを使用したが、ＦＥＴの寸法比率を変えて電流増幅を行っても良い。
［１−３．ポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲］
ここで、センサ制御装置２が供給可能なポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲を変更することにより、ポンプ電流Ｉｐの制御精度が向上する理由について説明する。

【0073】

図３に、センサ制御装置２の電流ＤＡ変換部３５におけるＤＡＣ制御信号Ｓ１（１３ｂｉｔデータ）とポンプ電流Ｉｐとの相関関係を表した説明図を示す。
なお、図３では、ポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲が「−１１．５〜１１．５［ｍＡ］」となるように参照電圧Ｖｒｅｆを設定した場合の相関関係を実線ａで表しており、ポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲が「−４．０〜４．０［ｍＡ］」となるように参照電圧Ｖｒｅｆを設定した場合の相関関係を点線ｂで表している。

【0074】

図３から判るように、ＤＡＣ制御信号Ｓ１が「０ｘ０ＦＦＦ」よりも大きい場合にはポンプ電流Ｉｐは正方向の通電電流となり、ＤＡＣ制御信号Ｓ１が「０ｘ０ＦＦＦ」よりも小さい場合にはポンプ電流Ｉｐは逆方向の通電電流となり、ＤＡＣ制御信号Ｓ１が「０ｘ０ＦＦＦ」の場合にはポンプ電流Ｉｐは通電されない。

【0075】

そして、電流ＤＡ変換部３５は、ＤＡＣ制御信号Ｓ１が最大値「０ｘ１ＦＦＦ」の場合または最小値「０ｘ００００」の場合に、ポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲のうち最大値または最小値に対応する電流を発生する。

【0076】

このため、ポンプ電流のセンサ最大電流値が４．０［ｍＡ］のガスセンサを制御するにあたり、ポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲が「−１１．５〜１１．５［ｍＡ］」に設定されているセンサ制御装置２を用いる場合には、ＤＡＣ制御信号Ｓ１の１ｂｉｔあたりに相当するポンプ電流Ｉｐの大きさ（分解能）が２．８［μＡ］となる。

【0077】

これに対して、ポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲が「−４．０〜４．０［ｍＡ］」に設定されているセンサ制御装置２を用いて、ポンプ電流のセンサ最大電流値が４．０［ｍＡ］のガスセンサを制御する場合、ＤＡＣ制御信号Ｓ１の１ｂｉｔあたりに相当するポンプ電流Ｉｐの大きさ（分解能）が０．９８［μＡ］となる。

【0078】

つまり、センサ制御装置２が供給可能なポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲の上限値が、ガスセンサのセンサ最大電流値よりも大きく設定されている場合には、ＤＡＣ制御信号Ｓ１の１ｂｉｔあたりに相当するポンプ電流Ｉｐの大きさ（分解能）が大きくなり、ポンプ電流Ｉｐの制御精度が相対的に低下する。

【0079】

これに対して、センサ制御装置２が供給可能なポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲を、ガスセンサのセンサ最大電流値に応じて可能な範囲で小さく設定することで、ＤＡＣ制御信号Ｓ１の１ｂｉｔあたりに相当するポンプ電流Ｉｐの大きさ（分解能）を小さくすることができ、ポンプ電流Ｉｐの制御精度を相対的に向上できる。

【0080】

そして、本実施形態のセンサ制御装置２は、ガスセンサ８の種類や特性に応じて、予めＥＥＰＲＯＭ３７での記憶情報（センサ情報のうち、ポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲に対応する参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報）を適切に設定することで、多種類のガスセンサや多様な特性を有するガスセンサを制御することが可能となる。

【0081】

［１−４．劣化補正処理］
次に、エンジン制御装置９で実行される劣化補正処理について説明する。
なお、劣化補正処理は、経時変化などの影響によるガスセンサ８の劣化状態に応じて、ＥＥＰＲＯＭ３７およびＲＡＭ３９に記憶されているセンサ情報のうち「参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報」を書き換えるために実行される。

【0082】

劣化補正処理は、例えば、エンジン制御装置９が外部機器からの補正指令信号を受信すると実行される。なお、補正指令信号は、測定対象ガスの雰囲気が予め定められた劣化補正実施条件（本実施形態では、酸素濃度＝１６［ｖｏｌ％］で、気圧＝１００［ｋＰａ］、ガスセンサ活性後）を満足する状況下（具体的には、フューエルカット状態）で、エンジン制御装置９に通知される。

【0083】

図４に、劣化補正処理の処理内容を表したフローチャートを示す。
劣化補正処理が起動されると、まず、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）では、デジタル演算部３３で実行されるポンプ電流制御処理での演算結果（ＤＡＣ制御信号Ｓ１）を、ＳＰＩ制御部４３およびＳＰＩ通信線４４を介して、デジタル演算部３３から取得する。つまり、Ｓ１１０では、劣化補正実施条件を満たす環境下におけるポンプ電流制御処理での演算結果（ＤＡＣ制御信号Ｓ１）を、デジタル演算部３３から取得する。

【0084】

次のＳ１２０では、Ｓ１１０で取得したＤＡＣ制御信号Ｓ１に基づき算出されるポンプ電流Ｉｐ換算値と予め設定された劣化判定基準値との偏差を算出し、その偏差と予め定められたマップあるいは演算式を用いて、ガスセンサ８の検出誤差を演算するとともに、ガスセンサ８の劣化状態を判定する。なお、Ｓ１２０では、ＤＡＣ制御信号Ｓ１に基づいてポンプ電流Ｉｐ換算値を算出する処理を併せて実行する。

【0085】

例えば、ポンプ電流Ｉｐ換算値が「２．８７［ｍＡ］」であり、予め設定された劣化判定基準値が「２．９０［ｍＡ］」である場合には、偏差が「−０．０３［ｍＡ］」となる。そして、この偏差と予め定められたマップ（あるいは演算式）を用いて、ガスセンサ８の検出誤差（例えば、−１．０［％］）を演算する。

【0086】

ガスセンサ８は、自身の劣化状態に応じて検出誤差が生じるため、Ｓ１２０での演算結果である検出誤差は、ガスセンサ８の劣化状態を表している。
次のＳ１３０では、Ｓ１２０での演算結果に基づいて、「参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報」の補正値を演算する。具体的には、Ｓ１２０での演算結果（ガスセンサ８の検出誤差）と予め定められたマップあるいは演算式を用いて、「参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報」の補正値を演算する。

【0087】

次のＳ１４０では、Ｓ１３０で演算した「参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報」の補正値（例えば、２．７［Ｖ］）をＳＰＩ通信線４４を介してセンサ制御装置２に送信する。
そして、「参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報」の補正値を受信したＳＰＩ制御部４３は、ＲＡＭ３９に『「参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報」の補正値』を「参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報」として書き込む処理（上書きする処理）を実行する。これにより、参照電圧生成部４１から電流ＤＡ変換部３５に供給される参照電圧Ｖｒｅｆが変更されて、電流ＤＡ変換部３５が供給可能なポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲と、ＤＡＣ制御信号Ｓ１の１ｂｉｔあたりに相当するポンプ電流Ｉｐの大きさ（分解能）と、がガスセンサ８の劣化状態に応じた適切な値に変更される。

【0088】

［１−５．効果］
以上説明したように、本実施形態のガス検知システム１においては、センサ制御装置２は、参照電圧生成部４１を備えており、電流ＤＡ変換部３５におけるポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲を変更できる。

【0089】

このような構成を採るセンサ制御装置２は、制御対象となるガスセンサ８の種類や特性に応じてポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲を適切な範囲に変更できる。
つまり、センサ最大電流が小さいガスセンサ８の制御時には、電流ＤＡ変換部３５の最大電流範囲をそのガスセンサ８のセンサ最大電流を考慮した範囲に変更することで、相対的なポンプ電流Ｉｐの制御精度の低下を抑制できる。

【0090】

よって、本実施形態のガス検知システム１によれば、デジタル制御を採用してガスセンサを制御するにあたり、相対的なポンプ電流Ｉｐの制御精度の低下を抑制できる。
また、センサ制御装置２に備えられる電流ＤＡ変換部３５は、参照電圧生成部４１から供給される参照電圧Ｖｒｅｆに応じてポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲が変化する構成である。このため、参照電圧生成部４１が参照電圧Ｖｒｅｆを変更することで、電流ＤＡ変換部３５からガスセンサ８のポンプセル１４に通電されるポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲を任意に変更することできる。

【0091】

また、電流ＤＡ変換部３５は、デジタル演算部３３からのＤＡＣ制御信号Ｓ１に応じて電気抵抗値が変化する可変抵抗回路６３ａ，６３ｂを備えており、参照電圧Ｖｒｅｆが可変抵抗回路６３ａ，６３ｂに印加されて生じる電流をポンプ電流Ｉｐとしてポンプセル１４に通電する構成である。

【0092】

つまり、電流ＤＡ変換部３５は、可変抵抗回路６３ａ，６３ｂを備えることで、デジタル演算部３３で実行されるポンプ電流制御処理の演算結果（ＤＡＣ制御信号Ｓ１）に応じて、自身の電気的特性（電気抵抗値）を変更できる。そして、ポンプ電流Ｉｐは、参照電圧Ｖｒｅｆが可変抵抗回路６３ａ，６３ｂに印加されて生じる電流であるため、デジタル演算部３３の演算結果に応じた任意の値となりうる。

【0093】

これにより、電流ＤＡ変換部３５は、デジタル演算部３３の演算結果に応じたポンプ電流Ｉｐをポンプセル１４に対して通電できる。
センサ制御装置２においては、ＥＥＰＲＯＭ３７は、ポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲に対応する参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報などを含むセンサ情報を記憶している。このセンサ情報は、制御対象となるガスセンサ８の種類や特性に応じて定められるものであり、センサ制御装置２の製造段階でＥＥＰＲＯＭ３７に記憶される。

【0094】

このようにガスセンサ８の種類や特性に応じて参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報を定めておき、その参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報をＥＥＰＲＯＭ３７に記憶することで、センサ制御装置２は、ガスセンサ８の種類や特性に応じた適切なポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲を設定できる。

【0095】

また、ＥＥＰＲＯＭ３７に参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報を含むセンサ情報を記憶する構成を採ることで、制御対象のガスセンサ８に応じてＥＥＰＲＯＭ３７の記憶内容（参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報を含むセンサ情報）を変更できる。

【0096】

これにより、本実施形態のセンサ制御装置２は、多種類のガスセンサや多様な特性を有するガスセンサに適応できるとともに、相対的なポンプ電流Ｉｐの制御精度の低下を抑制できる。

【0097】

［１−６．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
内燃機関の排気ガスが測定対象ガスの一例に相当し、酸素が特定ガスの一例に相当し、ポンプセル１４が酸素ポンプセルの一例に相当し、起電力セル２４が検知セルの一例に相当する。

【0098】

また、デジタル演算部３３がポンプ電流演算部の一例に相当し、電流ＤＡ変換部３５がデジタルアナログ変換部の一例に相当し、参照電圧生成部４１が最大電流範囲変更部の一例に相当し、可変抵抗回路６３ａ，６３ｂが抵抗値変化部の一例に相当し、ＥＥＰＲＯＭ３７およびＲＡＭ３９が記憶部の一例に相当し、「参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報」がセンサ情報の一例に相当し、ＡＤ変換部３１がアナログデジタル変換部の一例に相当する。

【0099】

［２．第２実施形態］
第２実施形態として、ポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲に関する情報に関して、複数種類のガスセンサにそれぞれ対応した複数の情報がＥＥＰＲＯＭ３７に記憶されており、複数の情報の中から選択される１つの情報を用いてポンプ電流を制御する第２センサ制御装置１０２を備える第２ガス検知システム１０１について説明する。

【0100】

なお、以下の説明では、第２実施形態の構成のうち第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同一を付して説明を省略し、第２実施形態の構成のうち第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

【0101】

図５は、第２実施形態の第２ガス検知システム１０１の全体構成図である。
第２実施形態の第２センサ制御装置１０２は、第１実施形態のセンサ制御装置２に対してセレクタ部４０が追加された構成である。

【0102】

ＥＥＰＲＯＭ３７は、ポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲に対応する参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報に関して、複数種類のガスセンサにそれぞれ対応した複数の情報を記憶している。例えば、種類Ａおよび種類Ｂの２種類のガスセンサに関する情報を記憶している場合、種類Ａのガスセンサの参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報（３．０［Ｖ］）と、種類Ｂのガスセンサの参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報（１．０［Ｖ］）と、を記憶している。

【0103】

セレクタ部４０は、ＥＥＰＲＯＭ３７とＲＡＭ３９との間に設けられて、外部からの選択指令に基づいて、ＥＥＰＲＯＭ３７とＲＡＭ３９との間で送受信される各種情報の選択処理を行う。

【0104】

つまり、セレクタ部４０は、ＳＰＩ制御部４３およびＳＰＩ通信線４４を介してエンジン制御装置９から受信したセンサ種別信号Ｓｓに基づいて、ＥＥＰＲＯＭ３７に記憶された複数の情報の中から１つの情報を選択し、選択した情報をＲＡＭ３９に書き込む処理を実行する。例えば、センサ種別信号Ｓｓの内容が「種類Ａの選択指令」である場合には、参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報として「種類Ａのガスセンサの参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報（３．０［Ｖ］）」をＥＥＰＲＯＭ３７から読み出し、その情報をＲＡＭ３９に書き込む処理を実行する。

【0105】

参照電圧生成部４１は、センサ種別信号Ｓｓに基づいてＲＡＭ３９に一時的に記憶された「参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報」に基づいて参照電圧Ｖｒｅｆを生成し、生成した参照電圧Ｖｒｅｆを電流ＤＡ変換部３５に供給する。

【0106】

電流ＤＡ変換部３５は、参照電圧Ｖｒｅｆに基づいてポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲が設定される。
このような構成の第２センサ制御装置１０２は、製造段階でガスセンサ８の種類を１種類に特定する必要が無く、実使用段階において、エンジン制御装置９からの選択指令（センサ種別信号Ｓｓ）を受信することで、ガスセンサ８の種類に応じたポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲を設定することが可能となる。

【0107】

なお、エンジン制御装置９は、ガスセンサ８の種類を入力可能に構成されており、入力された種類に応じて選択指令（センサ種別信号Ｓｓ）を送信するよう構成されている。
よって、第２実施形態の第２センサ制御装置１０２および第２ガス検知システム１０１によれば、エンジン制御装置９からの選択指令（センサ種別信号Ｓｓ）に基づいて、ガスセンサ８の種類に応じたポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲を設定することができ、相対的なポンプ電流Ｉｐの制御精度の低下を抑制できる。

【0108】

［３．第３実施形態］
第３実施形態として、第１実施形態のガス検知システム１における電流ＤＡ変換部３５を第２電流ＤＡ変換部１３５に置き換えて構成される第３ガス検知システムについて説明する。

【0109】

なお、以下の説明では、第３実施形態の構成のうち第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同一を付して説明を省略し、第３実施形態の構成のうち第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

【0110】

第２電流ＤＡ変換部１３５は、図２に示す第１実施形態の電流ＤＡ変換部３５のうち、正方向通電部５５が第２正方向通電部１５５に置き換えられるとともに、逆方向通電部５７が第２逆方向通電部１５７に置き換えられて構成される。

【0111】

図６は、第２電流ＤＡ変換部１３５に備えられる第２正方向通電部１５５の全体構成図であり、図７は、第２電流ＤＡ変換部１３５に備えられる第２逆方向通電部１５７の全体構成図である。

【0112】

図６に示すように、第２正方向通電部１５５は、オペアンプＯＰｃと、可変電流回路１６３ｃと、複数のＦＥＴ（ＦＥＴｃ１、ＦＥＴｃ２、ＦＥＴｃ３、ＦＥＴｃ４）と、複数の抵抗素子Ｒｃ１１，Ｒｃ１２，Ｒｃ１３、複数のコンデンサＣｃ１１，Ｃｃ１２などを備えている。

【0113】

デジタル信号制御部５１の設定に基づいて、前述の第１状態とすることで、第２正方向通電部１５５では、オペアンプＯＰｃによるフィードバック制御によって基準電流Ｉｂａ１が発生する。なお、基準電流Ｉｂａ１は、ＦＥＴｃ３からＦＥＴｃ４にかけて流れる電流であり、「基準電流Ｉｂａ１＝参照電圧Ｖｒｅｆ／（抵抗素子Ｒｃ１３の抵抗値）」の関係が成立する。つまり、基準電流Ｉｂａ１は、参照電圧Ｖｒｅｆに応じて電流値が変化する。

【0114】

可変電流回路１６３ｃは、１２個のＦＥＴｃ２０〜ＦＥＴｃ３１と、１２個の抵抗素子Ｒａｃ２０〜Ｒａｃ３１と、１２個のスイッチング素子Ｓｗｃ２０〜Ｓｗｃ３１と、を備えている。図６では、ＦＥＴｃ２０〜ＦＥＴｃ３１、抵抗素子Ｒａｃ２０〜Ｒａｃ３１、スイッチング素子Ｓｗｃ２０〜Ｓｗｃ３１のうち一部については図示を省略している。

【0115】

ＦＥＴｃ２０〜ＦＥＴｃ３１は、ゲート長は全て同じ寸法であるが、ゲート幅がそれぞれ異なる寸法に調整されており、それぞれのゲート幅が「２のｎ乗」の比率となるように構成されている。例えば、ＦＥＴｃ２０のゲート幅が「Ｗ×（２の０乗）」の場合、ＦＥＴｃ２１のゲート幅が「Ｗ×（２の１乗）」であり、ＦＥＴｃ２２のゲート幅が「Ｗ×（２の２乗）」であり、ＦＥＴｃ３１のゲート幅が「Ｗ×（２の１１乗）」である。なお、ＦＥＴは、ゲート幅に比例したドレイン電流が流れる。

【0116】

また、ＦＥＴｃ２０〜ＦＥＴｃ３１は、それぞれ対応するスイッチング素子Ｓｗｃ２０〜Ｓｗｃ３１が閉状態（ＯＮ状態）になると、それぞれＦＥＴｃ４と同一のゲート電圧が印加される。このため、ＦＥＴｃ２０〜ＦＥＴｃ３１は、それぞれ基準電流Ｉｂａ１に比例すると共にゲート幅に比例したドレイン電流が流れる。

【0117】

１２個のスイッチング素子Ｓｗｃ２０〜Ｓｗｃ３１は、ＤＡＣ制御信号Ｓ１に基づいて、それぞれの状態（開状態（ＯＦ状態）または閉状態（ＯＮ状態））が設定される。
つまり、可変電流回路１６３ｃは、ＤＡＣ制御信号Ｓ１（詳細には、電流値に関する情報）に基づいて、ＦＥＴｃ２０〜ＦＥＴｃ３１の全体として通電可能な電流値を変更可能に構成されている。そして、ＦＥＴｃ２０〜ＦＥＴｃ３１に通電される合計電流値は、ＦＥＴｃ１に通電される電流値と同等となる。

【0118】

なお、ＦＥＴｃ２０〜ＦＥＴｃ３１がそれぞれＯＮ状態の時のＦＥＴｃ２０〜ＦＥＴｃ３１での電圧降下が、ＦＥＴｃ１に流れる電流の制御分解能へ与える影響を低減させるために、抵抗素子Ｒａｃ２０〜Ｒａｃ３１の各抵抗値は、スイッチング素子Ｓｗｃ２０〜Ｓｗｃ３１のそれぞれのＯＮ時抵抗値よりも大きい値で構成されている。

【0119】

上記のことから、デジタル信号制御部５１の設定に基づいて、前述の第１状態とすることで、第２正方向通電部１５５では、参照電圧Ｖｒｅｆに応じて定められる基準電流Ｉｂａ１がＦＥＴｃ４に通電される。そして、可変電流回路１６３ｃでは、基準電流Ｉｂａ１に比例すると共にＤＡＣ制御信号Ｓ１（詳細には、電流値に関する情報）に基づき定められる電流が、ＦＥＴｃ２０〜ＦＥＴｃ３１のそれぞれに通電されると共に、ＦＥＴｃ１に通電される。

【0120】

つまり、デジタル信号制御部５１の設定に基づいて、前述の第１状態とすることで、第２正方向通電部１５５では、参照電圧ＶｒｅｆおよびＤＡＣ制御信号Ｓ１に応じて定められる電流が、ＦＥＴｃ１に通電される。

【0121】

また、第２正方向通電部１５５では、ＦＥＴｃ１およびＦＥＴｃ２がカレントミラー回路を構成しており、本実施形態において２つのＦＥＴは同一サイズのものを使用している。そのため、ＦＥＴｃ１に流れる電流と同じ大きさの電流がＦＥＴｃ２にも流れる。このようにしてＦＥＴｃ２に流れる電流は、ポンプ電流端子６１を介してポンプセル１４に向かう方向（正方向）のポンプ電流Ｉｐとしてポンプセル１４に通電される。

【0122】

つまり、デジタル信号制御部５１の設定に基づいて、前述の第１状態とする場合、第２正方向通電部１５５によって、正方向のポンプ電流Ｉｐがポンプセル１４に対して通電される。

【0123】

他方、デジタル信号制御部５１の設定に基づいて、前述の第２状態とする場合、オペアンプＯＰｃのフィードバック制御による基準電流Ｉｂａ１が０［Ａ］となり、基準電流Ｉｂａ１が発生しない状態となる。つまり、参照電圧Ｖｒｅｆが第２正方向通電部１５５に供給されない場合、第２正方向通電部１５５によるポンプ電流Ｉｐの通電は行われない。

【0124】

次に、図７に示すように、第２逆方向通電部１５７は、オペアンプＯＰｄと、可変電流回路１６３ｄと、複数のＦＥＴ（ＦＥＴｄ１、ＦＥＴｄ２、ＦＥＴｄ３、ＦＥＴｄ４、ＦＥＴｄ５、ＦＥＴｄ６）と、複数の抵抗素子Ｒｄ１１，Ｒｄ１２，Ｒｄ１３、複数のコンデンサＣｄ１１，Ｃｄ１２などを備えている。

【0125】

このうち、オペアンプＯＰｄ、可変電流回路１６３ｄ、複数の抵抗素子Ｒｄ１１，Ｒｄ１２，Ｒｄ１３、複数のコンデンサＣｄ１１，Ｃｄ１２については、第２正方向通電部１５５に備えられるオペアンプＯＰｃ、可変電流回路１６３ｃ、複数の抵抗素子Ｒｃ１１，Ｒｃ１２，Ｒｃ１３、複数のコンデンサＣｃ１１，Ｃｃ１２と同様であるため、説明を省略する。

【0126】

デジタル信号制御部５１の設定に基づいて、前述の第２状態とすることで、第２逆方向通電部１５７では、オペアンプＯＰｄによるフィードバック制御によって第２基準電流Ｉｂａ２が発生する。なお、第２基準電流Ｉｂａ２は、ＦＥＴｄ５からＦＥＴｄ６にかけて流れる電流であり、「第２基準電流Ｉｂａ２＝参照電圧Ｖｒｅｆ／（抵抗素子Ｒｄ１３の抵抗値）」の関係が成立する。つまり、第２基準電流Ｉｂａ２は、参照電圧Ｖｒｅｆに応じて電流値が変化する。

【0127】

そして、可変電流回路１６３ｄでは、第２基準電流Ｉｂａ２に比例すると共にＤＡＣ制御信号Ｓ１（詳細には、電流値に関する情報）に基づき定められる電流が、ＦＥＴｄ２０〜ＦＥＴｄ３１のそれぞれに通電されると共に、ＦＥＴｄ１に通電される。

【0128】

つまり、デジタル信号制御部５１の設定に基づいて、前述の第２状態とすることで、第２逆方向通電部１５７では、参照電圧ＶｒｅｆおよびＤＡＣ制御信号Ｓ１に応じて定められる電流が、ＦＥＴｄ１に通電される。

【0129】

また、第２逆方向通電部１５７では、ＦＥＴｄ１およびＦＥＴｄ２がカレントミラー回路を構成し、ＦＥＴｄ３およびＦＥＴｄ４がカレントミラー回路を構成しており、ＦＥＴｄ１とＦＥＴｄ２は同一サイズのものを使用しており、また、ＦＥＴｄ３とＦＥＴｄ４も同一サイズのものを使用している。

【0130】

このため、第２逆方向通電部１５７では、参照電圧ＶｒｅｆおよびＤＡＣ制御信号Ｓ１に応じて定められる電流が、ＦＥＴｄ１に通電されるとともに、同じ大きさの電流がＦＥＴｄ２にも流れる。また、ＦＥＴｄ２と同じ大きさの電流がＦＥＴｄ３にも流れるとともに、さらに、ＦＥＴｄ３と同じ大きさの電流がＦＥＴｄ４にも流れる。このようにしてＦＥＴｄ４に流れる電流は、ポンプセル１４からポンプ電流端子６１を介してＦＥＴｄ４に向かう方向（逆方向）のポンプ電流Ｉｐとしてポンプセル１４に通電される。

【0131】

つまり、デジタル信号制御部５１の設定に基づいて、前述の第２状態とする場合、第２逆方向通電部１５７によって、逆方向のポンプ電流Ｉｐがポンプセル１４に対して通電される。

【0132】

他方、デジタル信号制御部５１の設定に基づいて、前述の第１状態とする場合、オペアンプＯＰｄのフィードバック制御による第２基準電流Ｉｂａ２が０［Ａ］となり、第２基準電流Ｉｂａ２が発生しない状態となる。つまり、参照電圧Ｖｒｅｆが第２逆方向通電部１５７に供給されない場合、第２逆方向通電部１５７によるポンプ電流Ｉｐの通電は行われない。

【0133】

以上のことから、第２電流ＤＡ変換部１３５は、デジタル演算部３３で演算されたポンプ電流Ｉｐの情報（通電方向、電流値）が含まれるＤＡＣ制御信号Ｓ１を受信し、受信したデジタル情報についてＤＡ変換を行い、ＤＡＣ制御信号Ｓ１に基づき定められるポンプ電流をポンプセル１４に対して通電する。

【0134】

そして、第２電流ＤＡ変換部１３５は、参照電圧生成部４１から供給される参照電圧Ｖｒｅｆとデジタル演算部３３からのＤＡＣ制御信号Ｓ１とに基づいて、ポンプ電流Ｉｐの電流値を設定する。また、第２電流ＤＡ変換部１３５は、デジタル信号制御部５１の設定に基づいて、第１状態または第２状態のいずれかに切り替えることで、ポンプ電流Ｉｐの通電方向を設定している。

【0135】

このような構成の第２電流ＤＡ変換部１３５は、第１実施形態の電流ＤＡ変換部３５の代わりとして利用できる。
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。

【0136】

第２電流ＤＡ変換部１３５がデジタルアナログ変換部の一例に相当する。
［４．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

【0137】

例えば、上記の各実施形態では、センサ制御装置とエンジン制御装置との間における通信方法として、シリアル・ペリフェラル・インターフェースによるデータ通信方法を採用しているが、その他のデータ通信方法を採用しても良い。一例としては、ＣＡＮ通信（Controller Area Network 通信）による通信方法が挙げられる。

【0138】

第１実施形態のガス検知システム１におけるＳＰＩ制御部４３およびＳＰＩ通信線４４をそれぞれＣＡＮ制御部１４３およびＣＡＮ通信線１４４に置き換えて構成した第４実施形態の第４ガス検知システム２０１の全体構成図を、図８に示す。なお、第４実施形態の第４ガス検知システム２０１に備えられるセンサ制御装置は、第４センサ制御装置２０２である。

【0139】

また、第２実施形態の第２ガス検知システム１０１におけるＳＰＩ制御部４３およびＳＰＩ通信線４４をそれぞれＣＡＮ制御部１４３およびＣＡＮ通信線１４４に置き換えて構成した第５実施形態の第５ガス検知システム３０１の全体構成図を、図９に示す。なお、第５実施形態の第５ガス検知システム３０１に備えられるセンサ制御装置は、第５センサ制御装置３０２である。

【0140】

これら第４ガス検知システム２０１や第５ガス検知システム３０１は、第１実施形態や第２実施形態と同様に、デジタル制御を採用してガスセンサを制御するにあたり、相対的なポンプ電流Ｉｐの制御精度の低下を抑制できる。

【0141】

次に、ガスセンサは、酸素を検知するためのガスセンサに限られることはなく、酸素の汲み入れまたは汲み出しを行う酸素ポンプセルを備えるものであればよく、例えば、ＮＯｘを検知するためのＮＯｘセンサであってもよい。また、起電力セル（検知セル）を備えることなく、酸素ポンプセルのみで酸素検知を行う構成のガスセンサであっても良い。

【0142】

次に、参照電圧生成部４１は、「参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報」に代えて、「ポンプセルのセンサ最大電流に関する情報」や「センサ最大電流に対応するポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲に関する情報」をＲＡＭ３９から読み出して、その情報に基づく演算処理により参照電圧Ｖｒｅｆを演算して、演算結果に基づいて参照電圧Ｖｒｅｆを生成してもよい。

【0143】

次に、第２実施形態は、ポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲に対応する参照電圧Ｖｒｅｆに関する情報に関して、複数種類のガスセンサにそれぞれ対応した複数の情報をＥＥＰＲＯＭ３７に記憶する構成であるが、複数の情報は「複数種類のガスセンサに関する情報」に限られることはない。例えば、複数の情報として、「同一種類のガスセンサにおける劣化状態に関する情報」や「同一種類のガスセンサにおける個体差に関する情報」などをＥＥＰＲＯＭ３７に記憶する構成であってもよい。

【0144】

つまり、複数の情報として「同一種類のガスセンサにおける劣化状態に関する情報」を記憶する場合には、ガスセンサの劣化状態に応じて参照電圧Ｖｒｅｆを変更することで、ポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲をガスセンサの劣化状態に応じた範囲に設定することが可能となる。これにより、長期間にわたりガス検知を行う用途においても、ガスセンサの劣化に伴うポンプ電流Ｉｐの制御精度の低下を抑制できる。

【0145】

また、複数の情報として「同一種類のガスセンサにおける個体差に関する情報」を記憶する場合には、ガスセンサの個体差に応じて参照電圧Ｖｒｅｆを変更することで、ポンプ電流Ｉｐの最大電流範囲をガスセンサの個体差に応じた範囲に設定することが可能となる。これにより、個体差によりガスセンサの特性にバラツキがある場合であっても、ガスセンサの個体差に伴うポンプ電流Ｉｐの制御精度の低下を抑制できる。

【符号の説明】

【0146】

１…ガス検知システム、２…センサ制御装置、８…ガスセンサ（酸素センサ）、９…エンジン制御装置、１４…ポンプセル、２４…起電力セル、３１…ＡＤ変換部（アナログデジタル変換部）、３３…デジタル演算部、３５…電流ＤＡ変換部（電流デジタルアナログ変換部）、３７…ＥＥＰＲＯＭ、３９…ＲＡＭ、４０…セレクタ部、４１…参照電圧生成部、６３ａ，６３ｂ…可変抵抗回路、１０１…第２ガス検知システム、１０２…第２センサ制御装置、１３５…第２電流ＤＡ変換部、１６３ｃ，１６３ｄ…可変電流回路、２０１…第４ガス検知システム、２０２…第４センサ制御装置、３０１…第５ガス検知システム、３０２…第５センサ制御装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】