特許 6989336 センサ制御装置およびセンサユニット

(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】6989336

(24)【登録日】2021年12月6日

(45)【発行日】2022年1月5日

(54)【発明の名称】センサ制御装置およびセンサユニット

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/41 20060101AFI20211220BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/41 325Q

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-196042(P2017-196042)

(22)【出願日】2017年10月6日

(65)【公開番号】特開2019-70552(P2019-70552A)

(43)【公開日】2019年5月9日

【審査請求日】2020年3月24日

【前置審査】

(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】布目 敬教

(72)【発明者】

【氏名】今井田 知己

(72)【発明者】

【氏名】寺本 諭司

【審査官】 櫃本 研太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０５５３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１３３８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１３８２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／０９６８０４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１８−０４０７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０９１５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１５６６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１７１４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１５９３７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／４０６−２７／４１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固体電解質体と前記固体電解質体上に配置された一対の電極とを有するセルを少なくとも１つ以上有するセンサ素子と、前記センサ素子を加熱するヒータとを備えて、被測定ガスに含まれる酸素ガスの濃度を検出するガスセンサを制御するセンサ制御装置であって、
前記固体電解質体の温度を検出するように構成された温度検出部と、
予め設定されたフィードバック条件に基づいて、前記温度検出部による検出結果と、予め設定された目標値との偏差が０となるように、前記ヒータによる発熱量に対してフィードバック制御を行うように構成された制御部とを備え、
前記フィードバック条件は、前記被測定ガスとして、空燃比が理論空燃比に設定された混合気が内燃機関で燃焼することにより前記内燃機関から排出される燃焼排ガスを模擬した評価ガスを用いつつ、前記評価ガスのガス温度を２５℃として、前記評価ガスのガス流速を１０秒毎に１０ｍ／ｓと６０ｍ／ｓとの間で切り替えて前記ガスセンサに供給した場合に、前記一対の電極間で流れて前記酸素ガスの濃度に応じて値が変動する濃度検出電流の値の変動幅が１．６μＡ以下となるように設定されているセンサ制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載のセンサ制御装置であって、
前記フィードバック条件は、フィードバック項であるセンサ制御装置。

【請求項3】

請求項２に記載のセンサ制御装置であって、
前記フィードバック項は、少なくとも比例項および積分項を含むセンサ制御装置。

【請求項4】

固体電解質体と前記固体電解質体上に配置された一対の電極とを有するセルを少なくとも１つ以上有するセンサ素子と、前記センサ素子を加熱するヒータとを備えるガスセンサと、
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のセンサ制御装置と
を備えるセンサユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、センサ素子とヒータとを備えるガスセンサを制御するセンサ制御装置およびセンサユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１のように、センサ素子と、センサ素子を加熱するヒータとを備えるガスセンサを制御するセンサ制御装置が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１−３０４７５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、センサ素子の温度が急激に変化する環境下では、ガスセンサによるガス濃度検出精度が低下してしまうことがあった。
本開示は、ガスセンサによるガス濃度検出精度を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様は、固体電解質体と固体電解質体上に配置された一対の電極とを有するセルを少なくとも１つ以上有するセンサ素子と、センサ素子を加熱するヒータとを備えて、被測定ガスに含まれる特定ガスの濃度を検出するガスセンサを制御するセンサ制御装置である。

【0006】

そして、本開示のセンサ制御装置は、温度検出部と、制御部とを備える。
温度検出部は、固体電解質体の温度を検出するように構成される。なお、この温度検出部は、固体電解質体の温度に相関のある値（例えば、固体電解質体のインピーダンス値やアドミッタンス値）を検出するように構成されたものを含むものである。制御部は、予め設定されたフィードバック条件に基づいて、温度検出部による検出結果と、予め設定された目標値との偏差が０となるように、ヒータによる発熱量に対してフィードバック制御を行うように構成される。

【0007】

そしてフィードバック条件は、被測定ガスとして、空燃比が理論空燃比に設定された混合気が内燃機関で燃焼することにより内燃機関から排出される燃焼排ガスを模擬した評価ガスを用いつつ、評価ガスのガス温度を２５℃として、評価ガスのガス流速を１０秒毎に１０ｍ／ｓと６０ｍ／ｓとの間で切り替えてガスセンサに供給した場合に、濃度検出電流の値の変動幅が１．６μＡ以下となるように設定されている。濃度検出電流は、一対の電極間で流れて特定ガスの濃度に応じて値が変動する電流である。

【0008】

このように構成された本開示のセンサ制御装置は、センサ素子の温度が急激に変化する環境下における濃度検出電流の値の変動幅を１．６μＡ以下にすることができ、濃度検出電流の値の変動幅を従来のセンサ制御装置より小さくすることができる。

【0009】

このため、本開示のセンサ制御装置は、センサ素子の温度が変化している最中である過渡的な状態であっても、従来のセンサ制御装置と比較して、ガスセンサによるガス濃度検出精度を向上させることができる。

【0010】

本開示の一態様では、具体的には、フィードバック条件は、フィードバック項であるようにしてもよい。
また、本開示の一態様では、具体的には、フィードバック項は、少なくとも比例項および積分項を含むようにしてもよい。

【0011】

本開示の別の態様は、固体電解質体と固体電解質体上に配置された一対の電極とを有するセルを少なくとも１つ以上有するセンサ素子と、センサ素子を加熱するヒータとを備えるガスセンサと、本開示の一態様のセンサ制御装置とを備えるセンサユニットである。

【0012】

このように構成された本開示のセンサユニットは、本開示の一態様のセンサ制御装置を備えているため、本開示のセンサ制御装置と同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】センサ制御装置を構成要素とするシステムの概略構成を示す図である。

【図2】センサ制御装置とガスセンサの概略構成を示す図である。

【図3】ΔＲｐｖｓとΔＩｐの時間変化を示すグラフである。

【図4】ｄＲｐｖｓ／ｄｔとΔＩｐとの関係を示すグラフである。

【図5】比較例の試験結果を示すグラフである。

【図6】実施例の試験結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に本開示の実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態のセンサ制御装置１は、車両に搭載され、図１に示すように、ガスセンサ３を制御する。

【0015】

センサ制御装置１は、エンジン５を制御する電子制御装置９との間で通信線８を介して、データを送受信することが可能に構成されている。以下、電子制御装置９をエンジンＥＣＵ９という。ＥＣＵは、Electronic Control Unitの略である。

【0016】

ガスセンサ３は、エンジン５の排気管７に取り付けられ、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、リニアラムダセンサとも呼ばれる。
ガスセンサ３は、図２に示すように、センサ素子１１と、ヒータ１２とを備える。

【0017】

センサ素子１１は、ポンプセル１３を備える。ポンプセル１３は、部分安定化ジルコニアにより板状に形成された酸素イオン伝導性固体電解質体１４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ポンプ電極１５，１６とを備える。

【0018】

なお、センサ素子１１は、図２では模式的に示しているが、センサ素子１１の内部に、図示しない測定室と、図示しない基準酸素室とを備える。ポンプ電極１５は測定室に対して露出し、ポンプ電極１６は基準酸素室に対して露出している。測定室には、センサ素子１１の外部から、図示しない多孔質拡散層を介して被測定ガスが導入される。基準酸素室には、センサ素子１１の外部から、基準ガスとしての大気が導入される。

【0019】

センサ素子１１は、いわゆる限界電流方式によって酸素濃度を検出する酸素センサ素子である。一対のポンプ電極１５，１６間に印加される電圧（以下、センサ素子電圧Ｖｐ）と、一対のポンプ電極１５，１６間に流れる電流（以下、ポンプ電流Ｉｐ）との関係を示す出力特性は、比例領域と、平坦領域とを有している。比例領域では、センサ素子電圧Ｖｐの増加に比例してポンプ電流Ｉｐが変化する。平坦領域では、センサ素子電圧Ｖｐが変化してもポンプ電流Ｉｐが実質的に変化せず一定の値を保つ。

【0020】

この平坦領域は、上記出力特性の電圧軸に対して平行で平坦な領域、すなわちポンプ電流Ｉｐが一定となる限界電流の領域（以下、限界電流域）である。
この限界電流域におけるポンプ電流Ｉｐは、酸素濃度に対応した値となり、酸素濃度が高くなるほど大きくなることが知られている。つまり、排気ガス中の酸素濃度が高くなるほど（すなわち、空燃比がリーン側になるほど）、ポンプ電流Ｉｐの限界電流は増加し、排気ガス中の酸素濃度が低くなるほど（すなわち、空燃比がリッチ側になるほど）、限界電流は減少する。このため、センサ素子１１のポンプセル１３に対して、限界電流域に応じたセンサ素子電圧Ｖｐを印加し、それによって得られるポンプ電流Ｉｐを測定することで、排気ガス中の酸素濃度を広域にわたって検出することができる。

【0021】

ヒータ１２は、アルミナを主体とする材料にて形成され、その内部には、白金を主体とする材料にて形成された発熱抵抗体を備えている。ヒータ１２は、センサ制御装置１から供給される電力により、センサ素子１１の温度が活性化温度となるように制御される。また、発熱抵抗体の両端は、センサ制御装置１に電気的に接続されている。なお、ガスセンサ３は、ヒータ１２による加熱によりセンサ素子１１が活性化することで、ガス検出が可能な状態となる。

【0022】

センサ制御装置１は、ＣＡＮインターフェース回路２１（以下、ＣＡＮＩ／Ｆ回路２１）と、制御回路２２と、マイクロコンピュータ２３（以下、マイコン２３）と、接続端子２４，２５，２６，２７とを備える。ＣＡＮは、Controller Area Networkの略である。また、ＣＡＮは登録商標である。

【0023】

ＣＡＮＩ／Ｆ回路２１は、ＣＡＮ通信プロトコルに従って、通信線８を介してエンジンＥＣＵ９との間でデータの送受信を行う。
制御回路２２は、特定用途向集積回路（すなわち、ＡＳＩＣ）で実現されている。ＡＳＩＣは、Application Specific ICの略である。

【0024】

制御回路２２は、基準電圧生成部３１、電流供給部３２、アナログデジタル変換部３３（以下、ＡＤ変換部３３）、ＰＩＤ演算部３４、電流デジタルアナログ変換部３５（以下、電流ＤＡ変換部３５）、Ｒｐｖｓ演算部３６、デューティ演算部３７およびヒータ駆動部３８を備える。また制御回路２２は、ポンプ電流端子４１（以下、Ｉｐ＋端子４１）、検出電圧端子４２（以下、Ｖｓ＋端子４２）、共通端子４３（以下、ＣＯＭ端子４３）およびヒータ端子４４（以下、ＨＴＲ＋端子４４）を備える。

【0025】

Ｉｐ＋端子４１およびＶｓ＋端子４２は、センサ制御装置１の接続端子２５に接続されている。ＣＯＭ端子４３は、センサ制御装置１の接続端子２４に接続されている。そして、センサ素子１１のポンプ電極１５，１６はそれぞれ、センサ制御装置１の接続端子２４，２５に接続されている。またＨＴＲ＋端子４４は、センサ制御装置１の接続端子２６に接続されている。そして、ヒータ１２の両端はそれぞれ、センサ制御装置１の接続端子２６，２７に接続されている。なお、接続端子２７は接地されている。

【0026】

基準電圧生成部３１は、ＣＯＭ端子４３に印加される基準電圧を発生させる。本実施形態では、基準電圧は２．７Ｖである。
電流供給部３２は、ポンプセル１３の内部抵抗値を検出するためのパルス電流Ｉｒｐｖｓを、Ｖｓ＋端子４２を介してセンサ素子１１へ供給する。なお、電流供給部３２は、パルス電流Ｉｒｐｖｓを常時供給するのではなく、マイコン２３からの指令に基づいて、パルス電流Ｉｒｐｖｓを定期的に所定期間にわたって供給する。

【0027】

ＡＤ変換部３３は、Ｖｓ＋端子４２から入力されるアナログ信号の電圧値をデジタルデータへ変換し、ＰＩＤ演算部３４とＲｐｖｓ演算部３６へ出力する。
ＰＩＤ演算部３４は、ＡＤ変換部３３から入力されるデジタルデータに基づいて、Ｖｓ＋端子４２における電圧と、ＣＯＭ端子４３における電圧との電圧差が、予め設定された制御基準電圧となるように、ポンプ電流ＩｐをＰＩＤ制御するためのＰＩＤ演算を行う。本実施形態では、制御基準電圧は４００ｍＶである。ＰＩＤ演算部３４は、ＰＩＤ演算によりポンプ電流Ｉｐの値を算出し、この電流値を示すデジタルデータを電流ＤＡ変換部３５へ出力する。

【0028】

電流ＤＡ変換部３５は、ＰＩＤ演算部３４から入力されるデジタルデータが示す電流値を有する電流を、Ｉｐ＋端子４１を介してセンサ素子１１へ供給する。
Ｒｐｖｓ演算部３６は、電流供給部３２がパルス電流Ｉｒｐｖｓを供給しているときにＡＤ変換部３３から入力されるデジタルデータに基づいて、ポンプセル１３の内部抵抗値Ｒｐｖｓを算出するための演算を実行し、この内部抵抗値Ｒｐｖｓを示すデジタルデータをデューティ演算部３７へ出力する。

【0029】

デューティ演算部３７は、Ｒｐｖｓ演算部３６から入力されるデジタルデータに基づいて、センサ素子１１の温度を予め設定されたセンサ目標温度に維持するために必要なヒータ発熱量を算出する。そしてデューティ演算部３７は、算出したヒータ発熱量に基づいて、ヒータ１２に供給する電力のデューティ比を算出する。さらにデューティ演算部３７は、算出したデューティ比に応じたＰＷＭ制御信号を生成し、このＰＷＭ制御信号をヒータ駆動部３８へ出力する。ＰＷＭは、Pulse Width Modulationの略である。

【0030】

また本実施形態では、デューティ演算部３７は、ヒータ発熱量を算出するために、フィードバック制御を行う。具体的には、デューティ演算部３７は、まず、Ｒｐｖｓ演算部３６から入力される内部抵抗値Ｒｐｖｓと、センサ目標温度に対応する目標内部抵抗値との偏差を算出し、この偏差に基づき、フィードバック項として、比例項と積分項とを算出する。デューティ演算部３７は、偏差に、予め設定された比例ゲインを乗じた乗算値を比例項とする。デューティ演算部３７は、偏差を積分した積分値に、予め設定された積分ゲインを乗じた乗算値を積分項とする。そしてデューティ演算部３７は、比例項と積分項との加算値を、ヒータ発熱量として算出する。なお、本実施形態では、比例ゲインは１６７０に設定され、積分ゲインは７５０に設定されている。

【0031】

ヒータ駆動部３８は、デューティ演算部３７から入力されるＰＷＭ制御信号に基づいて、ヒータ１２の両端に供給される電圧ＶｈをＰＷＭ制御してヒータ１２を発熱させる。
マイコン２３は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３を備える。マイクロコンピュータの各種機能は、ＣＰＵ５１が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、ＲＯＭ５２が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。なお、センサ制御装置１を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。また、マイコン２３が実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。

【0032】

ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２に記憶されたプログラムを実行することにより、ポンプ電流Ｉｐの流れる向きとポンプ電流Ｉｐの大きさとに基づいて酸素濃度を算出する。
図３は、目標内部抵抗値を基準として内部抵抗値Ｒｐｖｓを周期的に増減させた場合において、内部抵抗差ΔＲｐｖｓとポンプ電流差ΔＩｐの時間変化を示すグラフである。内部抵抗差ΔＲｐｖｓは、内部抵抗値Ｒｐｖｓから目標内部抵抗値を減算した値である。ポンプ電流差ΔＩｐは、内部抵抗値Ｒｐｖｓにおけるポンプ電流Ｉｐから、目標内部抵抗値におけるポンプ電流Ｉｐを減算した値である。

【0033】

図３に示すように、内部抵抗差ΔＲｐｖｓの周期的な増減に応じて、ポンプ電流差ΔＩｐも周期的に増減している。
図４は、内部抵抗値Ｒｐｖｓの単位時間当りの変化量を示す微分値ｄＲｐｖｓ／ｄｔと、ポンプ電流差ΔＩｐとの関係を示すグラフである。

【0034】

図４に示すように、微分値ｄＲｐｖｓ／ｄｔと、ポンプ電流差ΔＩｐとの関係は、直線Ｌ１で示すように１次式で表すことができる。すなわち、微分値ｄＲｐｖｓ／ｄｔとポンプ電流差ΔＩｐとの関係は、下式（１）で表される。なお、下式（１）の係数Ａおよび係数Ｂはそれぞれ、直線Ｌ１を表す１次式の傾き及び切片である。そして、図４の直線Ｌ１では、傾きを示す係数Ａの値は約−０．１５であり、切片を示す係数Ｂは０である。

【0035】

ΔＩｐ ＝ Ａ×ｄＲｐｖｓ／ｄｔ ＋Ｂ ・・・（１）
次に、ガスセンサ３の温度が急激に変化したときにおけるポンプ電流Ｉｐの変動を評価するために実施した評価試験と、その試験結果について説明する。

【0036】

本試験では、実施例として、本実施形態のセンサ制御装置１が用いられ、比較例として、従来のセンサ制御装置が用いられた。比較例のセンサ制御装置は、デューティ演算部３７のフィードバックゲイン（すなわち、比例ゲインおよび積分ゲイン）が変更された点以外は本実施形態のセンサ制御装置１と同じとなるように製造された。なお、比較例のセンサ制御装置では、比例ゲインおよび積分ゲインがそれぞれ２４５および２３５に設定された。

【0037】

また本試験では、ガス流通管にガスセンサ３が取り付けつつ当該ガスセンサ３を通常駆動させた状態で、ガス流通管内に燃焼排ガスを模擬した評価ガスを被測定ガスとして流通させて、ガスセンサ３のポンプ電流Ｉｐと、ガスセンサ３のセンサ素子１１の温度（以下、素子温度）とを測定した。なお、素子温度は、Ｒｐｖｓ演算部３６から出力される内部抵抗値Ｒｐｖｓに基づいて算出された。

【0038】

評価ガスのガス温度は２５℃一定に設定し、評価ガスは窒素（Ｎ_２）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）を含む。評価ガスが模擬している燃焼排ガスは、空燃比が理論空燃比（λ＝１．００）に設定された混合気がエンジン５で燃焼することによりエンジン５から排出されるガスである。本試験では、空燃比が理論空燃比に設定された混合気がエンジン５で燃焼することによりエンジン５から排出されるガスを評価ガスとするために、１３％のＣＯ_２、残部をＮ_２からなる評価ガスを使用した。また本試験では、排気管内に電磁弁が設けられており、この電磁弁により、評価ガスのガス流速が１０秒毎に１０ｍ／ｓと６０ｍ／ｓとの間で切り替えられた。このように被測定ガスとしての評価ガスのガス流速を切り替えるのは、ガスセンサ３の温度を急速に変化させるためである。

【0039】

図５は、比較例の試験結果を示すグラフである。図５のグラフＧ１は、ポンプ電流Ｉｐの時間変化を示す。図５のグラフＧ２は、素子温度およびガス流速の時間変化を示す。図５のグラフＧ３は、素子温度の時間微分値ｄＴ／ｄｔの時間変化を示す。

【0040】

グラフＧ２に示すように、０秒から４秒までの間はガス流速が６０ｍ／ｓであり、４秒の時点でガス流速が６０ｍ／ｓから１０ｍ／ｓへ急激に低下する。その後、４秒から１４秒までの間はガス流速が１０ｍ／ｓであり、１４秒の時点でガス流速が１０ｍ／ｓから６０ｍ／ｓへ急激に上昇する。その後、１４秒から２０秒までの間はガス流速が６０ｍ／ｓである。

【0041】

グラフＧ２に示すように、４秒の時点でガス流速が６０ｍ／ｓから１０ｍ／ｓへ急激に低下することにより、約８００℃であった素子温度が約８３０℃まで上昇した。また、グラフＧ１に示すように、約０．５μＡであったポンプ電流Ｉｐが約１．５μＡまで上昇した。

【0042】

さらに、グラフＧ２に示すように、１４秒の時点でガス流速が１０ｍ／ｓから６０ｍ／ｓへ急激に上昇することにより、約７９０℃であった素子温度が約７７０℃まで低下した。また、グラフＧ１に示すように、約０．５μＡであったポンプ電流Ｉｐが約−０．２５μＡまで低下した。

【0043】

０秒から２０秒までの間におけるポンプ電流Ｉｐの平均値は＋０．６０μＡ、最大値は＋１．４７μＡ、最小値は−０．２４μＡであった。すなわち、平均値を中心としたポンプ電流Ｉｐの変動範囲は、−０．８４〜＋０．８７μＡであった。従って、グラフＧ１に示すように、ポンプ電流Ｉｐの変動幅ΔＩｐは１．７１μＡであった。

【0044】

グラフＧ３に示すように、０秒から２０秒までの間における時間微分値ｄＴ／ｄｔの平均値は−０．０６３℃／ｓ、最大値は＋２３．１２８℃／ｓ、最小値は−２０．９１５℃／ｓであった。すなわち、平均値を中心とした時間微分値ｄＴ／ｄｔの変動範囲は−２０．８５２〜＋２３．１９１℃／ｓであった。

【0045】

図６は、実施例の試験結果を示すグラフである。図６のグラフＧ４は、ポンプ電流Ｉｐの時間変化を示す。図６のグラフＧ５は、素子温度およびガス流速の時間変化を示す。図６のグラフＧ６は、素子温度の時間微分値ｄＴ／ｄｔの時間変化を示す。

【0046】

グラフＧ５に示すように、０秒から４秒までの間はガス流速が６０ｍ／ｓであり、４秒の時点でガス流速が６０ｍ／ｓから１０ｍ／ｓへ急激に低下する。その後、４秒から１４秒までの間はガス流速が１０ｍ／ｓであり、１４秒の時点でガス流速が１０ｍ／ｓから６０ｍ／ｓへ急激に上昇する。その後、１４秒から２０秒までの間はガス流速が６０ｍ／ｓである。

【0047】

グラフＧ５に示すように、４秒の時点でガス流速が６０ｍ／ｓから１０ｍ／ｓへ急激に低下することにより、約８００℃であった素子温度が約８１０℃まで上昇した。また、グラフＧ１に示すように、約０．７μＡであったポンプ電流Ｉｐが約１．０μＡまで上昇した。

【0048】

さらに、グラフＧ５に示すように、１４秒の時点でガス流速が１０ｍ／ｓから６０ｍ／ｓへ急激に上昇することにより、約８００℃であった素子温度が約７９０℃まで低下した。また、グラフＧ４に示すように、約０．７μＡであったポンプ電流Ｉｐが約０．１μＡまで低下した。

【0049】

０秒から２０秒までの間におけるポンプ電流Ｉｐの平均値は＋０．６２μＡ、最大値は＋０．９８μＡ、最小値は＋０．１２μＡであった。すなわち、平均値を中心としたポンプ電流Ｉｐの変動範囲は−０．５０〜＋０．３６μＡであった。従って、グラフＧ４に示すように、ポンプ電流Ｉｐの変動幅ΔＩｐは０．８６μＡであった。

【0050】

グラフＧ６に示すように、０秒から２０秒までの間における時間微分値ｄＴ／ｄｔの平均値は−０．００３℃／ｓ、最大値は＋１５．０００℃／ｓ、最小値は−１５．３５７℃／ｓであった。すなわち、平均値を中心とした時間微分値ｄＴ／ｄｔの変動範囲は−１５．３８２〜＋１５．０７５℃／ｓであった。

【0051】

このようにセンサ制御装置１は、センサ素子１１と、センサ素子１１を加熱するヒータ１２とを備えて、排気ガスに含まれる酸素の濃度を検出するガスセンサ３を制御する。センサ素子１１は、酸素イオン伝導性固体電解質体１４と酸素イオン伝導性固体電解質体１４上に配置された一対のポンプ電極１５，１６とを有するポンプセル１３を有する。

【0052】

センサ制御装置１は、ポンプセル１３の内部抵抗値Ｒｐｖｓを検出する。センサ制御装置１は、予め設定されたフィードバック項である比例項と積分項に基づいて、内部抵抗値Ｒｐｖｓと目標内部抵抗値との偏差が０となるように、ヒータ１２による発熱量に対してフィードバック制御を行う。

【0053】

そして比例項と積分項は、空燃比が理論空燃比に設定された混合気がエンジン５で燃焼することによりエンジン５から排出される燃焼排ガスを模擬した評価ガスを被測定ガスとしてガスセンサ３に供給した場合であって、評価ガスのガス温度を２５℃として、評価ガスのガス流速を１０秒毎に１０ｍ／ｓと６０ｍ／ｓとの間で切り替えた場合に、ポンプ電流Ｉｐの変動幅ΔＩｐが１．６μＡ以下となるように設定されている。

【0054】

このようにセンサ制御装置１は、センサ素子１１の温度が急激に変化する環境下におけるポンプ電流Ｉｐの変動幅ΔＩｐを１．６μＡ以下にすることができ、ポンプ電流Ｉｐの変動幅ΔＩｐを従来のセンサ制御装置より小さくすることができる。

【0055】

このため、センサ制御装置１は、センサ素子１１の温度が変化している最中である過渡的な状態であっても、従来のセンサ制御装置と比較して、ガスセンサ３によるガス濃度検出精度を向上させることができる。

【0056】

以上説明した実施形態において、酸素イオン伝導性固体電解質体１４は固体電解質体に相当し、ポンプ電極１５，１６は一対の電極に相当し、ポンプセル１３はセルに相当する。

【0057】

また、酸素は特定ガスに相当し、ポンプ電流Ｉｐは濃度検出電流に相当し、内部抵抗値Ｒｐｖｓは固体電解質体の温度に相当し、目標内部抵抗値は目標値に相当する。

【0058】

また、Ｒｐｖｓ演算部３６は温度検出部に相当し、デューティ演算部３７は制御部に相当し、センサ制御装置１およびガスセンサ３はセンサユニットに相当する。
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。

【0059】

例えば上記実施形態では、デューティ演算部３７がフィードバック項として比例項および積分項を算出する形態を示したが、比例項および積分項に加えて更に微分項を算出するようにしてもよい。

【0060】

また上記実施形態では、ガスセンサとして酸素センサを用いる形態を説明したが、酸素以外のガス（例えば、ＮＯｘなど）を検出するガスセンサであってもよい。また、センサとして酸素センサを用いる場合であっても、上記実施形態のように１つのセルを用いつつ限界電流方式によって酸素濃度を検出するセンサ素子に限定されない、例えば、一対の電極を有する酸素ポンプセルと、一対の電極を有する酸素濃度検出セルとの２つのセルとの間に測定室を介在させたセンサ素子に対して、本開示を適用してもよい。この２つのセルを有するセンサ素子は、酸素濃度検出セルの電極間に発生する起電力が目標値となるように酸素ポンプセルの通電状態を制御して測定室に向けて酸素を汲み入れたり、測定室から酸素を汲み出したりするように駆動することで、酸素ポンプセルに流れるポンプ電流に基づいて酸素濃度を広域にわたって検出することができる。

【0061】

上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

【0062】

上述したセンサ制御装置１の他、当該センサ制御装置１を構成要素とするシステム、当該センサ制御装置１としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、センサ制御方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

【符号の説明】

【0063】

１…センサ制御装置、３…ガスセンサ、１１…センサ素子、１２…ヒータ、１３…ポンプセル、１４…酸素イオン伝導性固体電解質体、１５，１６…ポンプ電極、３６…Ｒｐｖｓ演算部、３７…デューティ演算部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】