特許 7128090 センサ制御装置およびセンサ制御方法

(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】

(24)【登録日】2022-08-22

(45)【発行日】2022-08-30

(54)【発明の名称】センサ制御装置およびセンサ制御方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/41 20060101AFI20220823BHJP

   G01N 27/419 20060101ALI20220823BHJP

【ＦＩ】

G01N27/41 325N

G01N27/419 327N

G01N27/419 327P

G01N27/41 325P

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018215541

(22)【出願日】2018-11-16

(65)【公開番号】P2020085489

(43)【公開日】2020-06-04

【審査請求日】2021-06-22

(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】芝田 圭介

(72)【発明者】

【氏名】寺本 諭司

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 哲哉

【審査官】倉持 俊輔

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５９－１７０７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－０３０９４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０８０９９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／４１，２７／４１６，２７／４１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関から排出される排気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って、
前記ガスセンサは、
大気が導入される基準酸素室と、
固体電解質体と、前記固体電解質体上に配置されて前記排気ガスに晒される排気ガス側電極と、前記固体電解質体上において前記基準酸素室に面して配置される大気側電極とを有するセルとを備え、
前記センサ制御装置は、
前記排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さい条件下において、前記内燃機関から取得した空燃比情報が示す空燃比が所定の切替空燃比以下であるか否かを判断するように構成された条件判断部と、
前記特定ガスの濃度に応じて値が変動する濃度検知電流を、前記排気ガス側電極と前記大気側電極との間で流すように構成された電流供給部とを備え、
前記空燃比情報が示す空燃比が前記切替空燃比より大きいと前記条件判断部が判断した場合には、前記電流供給部は、前記濃度検知電流を前記排気ガス側電極と前記大気側電極との間で継続して流し、
前記空燃比情報が示す空燃比が前記切替空燃比以下であると前記条件判断部が判断した場合には、前記電流供給部は、前記排気ガス側電極と前記大気側電極との間で前記濃度検知電流を流す供給状態と、前記排気ガス側電極と前記大気側電極との間で前記濃度検知電流を流さない供給停止状態とを交互に繰り返すセンサ制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載のセンサ制御装置であって、
前記電流供給部は、前記空燃比情報が示す空燃比が前記切替空燃比以下であると前記条件判断部が判断した場合には、前記排気ガスの空燃比に応じて、前記供給停止状態が継続する時間を変化させるセンサ制御装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のセンサ制御装置であって、
前記電流供給部は、前記空燃比情報が示す空燃比が前記切替空燃比以下であると前記条件判断部が判断した場合には、前記排気ガスの空燃比に応じて、前記供給状態が継続する時間を変化させるセンサ制御装置。

【請求項4】

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であって、
少なくとも、前記供給停止状態から前記供給状態に切り替わって予め設定された待機時間が経過した後に、前記濃度検知電流を利用するセンサ制御装置。

【請求項5】

請求項１～請求項４の何れか１項に記載のセンサ制御装置であって、
前記切替空燃比は、１２．２以下の所定の空燃比であるセンサ制御装置。

【請求項6】

内燃機関から排出される排気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方法であって、
前記ガスセンサは、
大気が導入される基準酸素室と、
固体電解質体と、前記固体電解質体上に配置されて前記排気ガスに晒される排気ガス側電極と、前記固体電解質体上において前記基準酸素室に面して配置される大気側電極とを有するセルとを備え、
前記センサ制御方法は、
前記排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さい条件下において、前記内燃機関から取得した空燃比情報が示す空燃比が所定の切替空燃比以下であるか否かを判断する条件判断手順と、
前記特定ガスの濃度に応じて値が変動する濃度検知電流を、前記排気ガス側電極と前記大気側電極との間で流す電流供給手順とを備え、
前記空燃比情報が示す空燃比が前記切替空燃比より大きいと前記条件判断手順が判断した場合には、前記電流供給手順は、前記濃度検知電流を前記排気ガス側電極と前記大気側電極との間で継続して流し、
前記空燃比情報が示す空燃比が前記切替空燃比以下であると前記条件判断手順が判断した場合には、前記電流供給手順は、前記排気ガス側電極と前記大気側電極との間で前記濃度検知電流を流す供給状態と、前記排気ガス側電極と前記大気側電極との間で前記濃度検知電流を流さない供給停止状態とを交互に繰り返すセンサ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、排気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およびセンサ制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、空燃比がリーン側である場合と、空燃比がリッチ側である場合との両方において、電流Ｉｐの値に基づき、排気ガスに含まれる特定ガスの濃度を検出する装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特公平６－１６０２５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、電流Ｉｐの値に基づいて特定ガスの濃度を検出する装置では、空燃比がリッチ側である場合において、排気ガスに含まれる特定ガスの濃度の検出精度が低下するという問題があった。

【0005】

本開示は、空燃比がリッチ側である場合における特定ガスの濃度の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】

【0006】

本開示の一態様は、内燃機関から排出される排気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。ガスセンサは、大気が導入される基準酸素室と、固体電解質体と、固体電解質体上に配置されて排気ガスに晒される排気ガス側電極と、固体電解質体上において基準酸素室に面して配置される大気側電極とを有するセルとを備える。

【0007】

本開示のセンサ制御装置は、条件判断部と、電流供給部とを備える。条件判断部は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さい条件下において、排気ガスの空燃比が所定の切替空燃比以下であるか否かを判断するように構成される。電流供給部は、特定ガスの濃度に応じて値が変動する濃度検知電流を、排気ガス側電極と大気側電極との間で流すように構成される。

【0008】

そして、排気ガスの空燃比が切替空燃比より大きいと条件判断部が判断した場合には、電流供給部は、濃度検知電流を排気ガス側電極と大気側電極との間で継続して流す。また、排気ガスの空燃比が切替空燃比以下であると条件判断部が判断した場合には、電流供給部は、排気ガス側電極と大気側電極との間で濃度検知電流を流す供給状態と、排気ガス側電極と大気側電極との間で濃度検知電流を流さない供給停止状態とを交互に繰り返す。

【0009】

このように構成された本開示のセンサ制御装置は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さいときにおいて上記の供給停止状態とすることにより、大気側電極から排気ガス側電極への酸素の移動を停止し、基準酸素室内の酸素濃度の低下を抑制することができる。そして、供給停止状態であるときに基準酸素室内に導入される大気によって、基準酸素室内に酸素が供給される。このため、本開示のセンサ制御装置は、上記の供給停止状態とすることにより、基準酸素室内の酸素を上昇させることができる。

【0010】

これにより、本開示のセンサ制御装置は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さいときにおいて上記の供給状態とすることにより、基準酸素室内において酸素が不足していない状態で濃度検知電流を流すことができ、濃度検知電流が特定ガスの濃度に応じた値にならない事態の発生を抑制することができる。このため、本開示のセンサ制御装置は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さい場合における特定ガスの濃度の検出精度を向上させることができる。

【0011】

また、本開示の一態様では、電流供給部は、排気ガスの空燃比が切替空燃比以下であると条件判断部が判断した場合には、排気ガスの空燃比に応じて、供給停止状態が継続する時間を変化させるようにしてもよい。これにより、本開示のセンサ制御装置は、排気ガスの空燃比に応じた適切な期間が経過した後に濃度検知電流を流すことができ、特定ガスの濃度を検出できない期間が無駄に長くなるのを抑制することができる。

【0012】

また、本開示の一態様では、電流供給部は、排気ガスの空燃比が切替空燃比以下であると条件判断部が判断した場合には、排気ガスの空燃比に応じて、供給状態が継続する時間を変化させるようにしてもよい。これにより、本開示のセンサ制御装置は、濃度検知電流を流している間に基準酸素室内の酸素が不足して特定ガス濃度の検出精度が低下してしまう事態の発生を抑制することができる。

【0013】

また、本開示の一態様では、少なくとも、供給停止状態から供給状態に切り替わって予め設定された待機時間が経過した後に、濃度検知電流を利用するようにしてもよい。これにより、本開示のセンサ制御装置は、供給停止状態から供給状態に切り替わった直後で濃度検知電流の値が安定していないときにおける濃度検知電流の値を用いて特定ガスの濃度を算出してしまう事態の発生を抑制し、特定ガスの濃度の検出精度を更に向上させることができる。

【0014】

また、本開示の一態様では、切替空燃比は、１２．２以下となる空燃比であるようにしてもよい。
本開示の別の態様は、内燃機関から排出される排気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方法である。

【0015】

本開示のセンサ制御方法は、条件判断手順と、電流供給手順とを備える。条件判断手順は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さい条件下において、排気ガスの空燃比が所定の切替空燃比以下であるか否かを判断する。電流供給手順は、特定ガスの濃度に応じて値が変動する濃度検知電流を、排気ガス側電極と大気側電極との間で流す。

【0016】

そして、排気ガスの空燃比が切替空燃比より大きいと条件判断手順が判断した場合には、電流供給部は、濃度検知電流を排気ガス側電極と大気側電極との間で継続して流す。また、排気ガスの空燃比が切替空燃比以下であると条件判断手順が判断した場合には、電流供給手順は、排気ガス側電極と大気側電極との間で濃度検知電流を流す供給状態と、排気ガス側電極と大気側電極との間で濃度検知電流を流さない供給停止状態とを交互に繰り返す。

【0017】

このように構成された本開示のセンサ制御方法は、本開示のセンサ制御装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、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】

【0018】

【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】センサ素子の断面図である。

【図4】スイッチ制御処理を示すフローチャートである。

【図5】オン/オフ制御処理を示すフローチャートである。

【図6】ポンプ電流の時間変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

なお、センサ素子１１は、センサ素子１１の内部に、図３に示すように、測定室１７と、基準酸素室１８とを備える。ポンプ電極１５は測定室１７に対して露出し、ポンプ電極１６は基準酸素室１８に対して露出している。測定室１７には、センサ素子１１の外部から、多孔質拡散層１９を介して測定対象ガスが導入される。基準酸素室１８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。

【0024】

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。

【0025】

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検出することができる。

【0026】

図２に示すように、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。

【0027】

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、スイッチ２８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。

【0028】

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。

【0029】

制御回路２２は、基準電圧生成部３１、電流印加部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。

【0030】

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。

【0031】

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。
電流印加部３２は、ポンプセル１３の内部抵抗値を検出するための微小電流Ｉｃｐおよびパルス電流Ｉｒｐｖｓを、Ｖｓ＋端子４２を介してセンサ素子１１へ供給する。なお、電流印加部３２は、微小電流Ｉｃｐおよびパルス電流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、微小電流Ｉｃｐおよびパルス電流Ｉｒｐｖｓをそれぞれの適切な時期に供給する。

【0032】

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４５０ｍＶ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。

【0033】

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、電流印加部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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２に記憶されたプログラムに基づいて、センサ素子１１を制御する処理と、ポンプ電流Ｉｐの流れる向きとポンプ電流Ｉｐの大きさに基づいて酸素濃度を算出する処理とを実行する。

【0037】

スイッチ２８は、Ｉｐ＋端子４１と接続端子２５とを電気的に接続する通電経路上に配置される。そしてスイッチ２８は、マイコン２３からの制御信号に基づいて、Ｉｐ＋端子４１と接続端子２５との間を電気的に接続するオン状態と、Ｉｐ＋端子４１と接続端子２５との間を電気的に遮断するオフ状態との何れかの状態になるように駆動される。

【0038】

また、マイコン２３のＣＰＵ５１は、スイッチ制御処理を実行する。スイッチ制御処理は、ヒータ１２による加熱によりセンサ素子１１が活性化した後に、開始される。
スイッチ制御処理が実行されると、ＣＰＵ５１は、図４に示すように、まずＳ１０にて、連続オン制御を開始する。連続オン制御が開始されると、ＣＰＵ５１は、まず、スイッチ２８をオン状態にする。そしてＣＰＵ５１は、予め設定された取得周期（本実施形態では、例えば１ｍｓ）が経過する毎に、制御回路２２から、ポンプ電流Ｉｐの値（以下、ポンプ電流値）を示すデジタルデータを取得する。なお、連続オン制御を開始することにより、後述のオン／オフ制御が終了する。

【0039】

次にＳ２０にて、排気ガスの空燃比が予め設定された切替空燃比（本実施形態では、例えば１２．２）以下であるか否かを判断する。なお、空燃比が１２．２である状態は、空気過剰率λが０．８４である状態に対応する。また、混合気がエンジン５で燃焼することによりエンジン５から排気ガスが排出された場合において、この排気ガスが生成される起因となった混合気の空燃比を、「排気ガスの空燃比」という。例えば、空燃比が１２．５である混合気がエンジン５で燃焼することにより排出された排気ガスの空燃比は、１２．５である。また、空燃比が理論空燃比（すなわち、１４．５５）である混合気がエンジン５で燃焼することにより排出された排気ガスの空燃比は、理論空燃比である。

【0040】

そして、Ｓ２０では、ＣＰＵ５１は、混合気の空燃比を指示する空燃比指示情報をエンジンＥＣＵ９から取得し、空燃比指示情報が示す空燃比が切替空燃比以下である場合に、排気ガスの空燃比が切替空燃比以下であると判断する。

【0041】

ここで、排気ガスの空燃比が切替空燃比を超えている場合には、Ｓ２０の処理を繰り返すことにより、排気ガスの空燃比が切替空燃比以下になるまで待機する。一方、排気ガスの空燃比が切替空燃比以下である場合には、Ｓ３０にて、オン／オフ制御を開始する。これにより、ＣＰＵ５１は、後述のオン/オフ制御処理を開始する。なお、オン/オフ制御処理を開始することにより、連続オン制御が終了する。

【0042】

そしてＳ４０にて、排気ガスの空燃比が切替空燃比を超えているか否かを判断する。ここで、排気ガスの空燃比が切替空燃比以下である場合には、Ｓ４０の処理を繰り返すことにより、排気ガスの空燃比が切替空燃比を超えるまで待機する。一方、排気ガスの空燃比が切替空燃比を超えている場合には、Ｓ１０に移行する。

【0043】

次に、ＣＰＵ５１が実行するオン/オフ制御処理の手順を説明する。オン/オフ制御処理は、スイッチ制御処理においてＣＰＵ５１がオン／オフ制御を開始した場合に実行される。

【0044】

オン/オフ制御処理が実行されると、ＣＰＵ５１は、図５に示すように、まずＳ１１０にて、スイッチ２８をオン状態にする。そしてＳ１２０にて、Ｓ１１０でスイッチ２８をオン状態にしてから予め設定された取得開始時間（本実施形態では、例えば２００ｍｓ）が経過したか否かを判断する。ここで、取得開始時間が経過していない場合には、Ｓ１２０の処理を繰り返すことにより、取得開始時間が経過するまで待機する。一方、取得開始時間が経過した場合には、Ｓ１３０にて、ポンプ電流値を示すデジタルデータを制御回路２２から取得する。

【0045】

そしてＳ１４０にて、Ｓ１３０でデジタルデータを取得してから予め設定された取得周期（本実施形態では、例えば１ｍｓ）が経過したか否かを判断する。ここで、取得周期が経過していない場合には、Ｓ１４０の処理を繰り返すことにより、取得周期が経過するまで待機する。一方、取得周期が経過した場合には、Ｓ１５０にて、Ｓ１１０でスイッチ２８をオン状態にしてから予め設定されたオン終了時間（本実施形態では、例えば３００ｍｓ）が経過したか否かを判断する。

【0046】

ここで、オン終了時間が経過していない場合には、Ｓ１３０に移行する。一方、オン終了時間が経過した場合には、Ｓ１６０にて、スイッチ２８をオフ状態にする。そしてＳ１７０にて、Ｓ１１０でスイッチ２８をオン状態にしてから予め設定されたオフ終了時間（本実施形態では、例えば１０００ｍｓ）が経過したか否かを判断する。

【0047】

ここで、オフ終了時間が経過していない場合には、Ｓ１７０の処理を繰り返すことにより、オフ終了時間が経過するまで待機する。一方、オフ終了時間が経過した場合には、Ｓ１１０に移行する。

【0048】

図６は、空気過剰率λが０．８２，０．８３，０．８４，０．８５，０．８９であるときにおいてセンサ素子１１に流れるポンプ電流Ｉｐの時間変化を示すグラフである。なお、空気過剰率λが小さくなるほど、空燃比がリッチ側になる。

【0049】

図６に示すように、空気過剰率λが０．８５，０．８９であるときのポンプ電流値は、排気ガス中の酸素濃度に応じた値を常時維持している。空気過剰率λが０．８４であるときのポンプ電流値は、約５秒が経過するまで、排気ガス中の酸素濃度に応じた値を維持し、その後、変動する。空気過剰率λが０．８３であるときのポンプ電流値は、約４秒が経過するまで、排気ガス中の酸素濃度に応じた値を維持し、その後、変動する。空気過剰率λが０．８２であるときのポンプ電流値は、約３秒が経過するまで、排気ガス中の酸素濃度に応じた値を維持し、その後、変動する。

【0050】

このように、空気過剰率λが小さくなるほど、排気ガス中の酸素濃度に応じたポンプ電流値を維持する時間が短くなる。これは、空気過剰率λが小さくなるほど、酸素イオン伝導性固体電解質体１４を介して基準酸素室１８側から測定室１７側へ移動する酸素の量が多くなり、基準酸素室１８内の酸素が不足するまでの時間が短くなるためである。

【0051】

このように構成されたセンサ制御装置１は、エンジン５から排出される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。ガスセンサ３は、大気が導入される基準酸素室１８と、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上に配置されて排気ガスに晒されるポンプ電極１５と、酸素イオン伝導性固体電解質体１４上において基準酸素室１８に面して配置されるポンプ電極１６とを有するポンプセル１３とを備える。

【0052】

センサ制御装置１は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さい条件下において、排気ガスの空燃比が所定の切替空燃比以下であるか否かを判断する。センサ制御装置１は、酸素の濃度に応じて値が変動するポンプ電流Ｉｐを、ポンプ電極１５とポンプ電極１６との間で流す。

【0053】

そして、排気ガスの空燃比が切替空燃比より大きいと判断した場合には、センサ制御装置１は、ポンプ電流Ｉｐをポンプ電極１５とポンプ電極１６との間で継続して流す。また、排気ガスの空燃比が切替空燃比以下であると判断した場合には、センサ制御装置１は、ポンプ電極１５とポンプ電極１６との間でポンプ電流Ｉｐを流す供給状態と、ポンプ電極１５とポンプ電極１６との間でポンプ電流Ｉｐを流さない供給停止状態とを交互に繰り返す。

【0054】

このようにセンサ制御装置１は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さいときにおいて上記の供給停止状態とすることにより、ポンプ電極１６からポンプ電極１５への酸素の移動を停止し、基準酸素室１８内の酸素濃度の低下を抑制することができる。そして、供給停止状態であるときに基準酸素室１８内に導入される大気によって、基準酸素室１８内に酸素が供給される。このため、センサ制御装置１は、上記の供給停止状態とすることにより、基準酸素室１８内の酸素濃度を上昇させることができる。

【0055】

これにより、センサ制御装置１は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さいときにおいて上記の供給状態とすることにより、基準酸素室１８内において酸素が不足していない状態でポンプ電流Ｉｐを流すことができ、ポンプ電流Ｉｐが酸素の濃度に応じた値にならない事態の発生を抑制することができる。このため、センサ制御装置１は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さい場合における酸素の濃度の検出精度を向上させることができる。

【0056】

またセンサ制御装置１は、大気雰囲気中に晒されたガスセンサ３によって検出されるポンプ電流Ｉｐの値（以下、大気Ｉｐ値）を大きくした場合であっても、リッチ側の空燃比の検出限界の低下を抑制することができる。なお、大気Ｉｐ値を大きくすることにより、酸素濃度の検出精度を向上させることができる。換言すると、ポンプ電流Ｉｐの値がずれたときに、ポンプ電流Ｉｐを空燃比に換算するときのズレを小さくすることができる。

【0057】

またセンサ制御装置１は、少なくとも、供給停止状態から供給状態に切り替わって予め設定された取得開始時間が経過した後に、ポンプ電流Ｉｐを利用する。本実施形態では、センサ制御装置１は、ポンプ電流Ｉｐの利用として、ポンプ電流値を示すデジタルデータを制御回路２２から取得する。これにより、センサ制御装置１は、供給停止状態から供給状態に切り替わった直後でポンプ電流Ｉｐの値が安定していないときにおけるポンプ電流Ｉｐの値を用いて酸素の濃度を特定してしまう事態の発生を抑制し、酸素の濃度の検出精度を更に向上させることができる。

【0058】

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は排気ガス側電極に相当し、ポンプ電極１６は大気側電極に相当し、ポンプセル１３はセルに相当する。

【0059】

また、エンジン５は内燃機関に相当し、酸素は特定ガスに相当し、ポンプ電流Ｉｐは濃度検知電流に相当し、電流ＤＡ変換部３５は電流供給部に相当する。
また、Ｓ２０は条件判断部および条件判断手順としての処理に相当し、Ｓ１０，Ｓ３０，Ｓ１１０，Ｓ１５０，Ｓ１６０，Ｓ１７０は電流供給部および電流供給手順としての処理に相当し、取得開始時間は待機時間に相当する。

【0060】

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。
例えば上記実施形態では、スイッチ２８をオン状態にしてからオフ終了時間が経過した後にスイッチ２８をオフ状態からオン状態に切り替える形態を示した。しかし、排気ガスの空燃比が切替空燃比以下である場合に、排気ガスの空燃比に応じて、オフ状態が継続する時間（すなわち、（オフ終了時間－オン終了時間）に相当する時間）を変化させるようにしてもよい。これにより、センサ制御装置１は、排気ガスの空燃比に応じた適切な期間が経過した後にポンプ電流Ｉｐを流すことができ、酸素濃度を検出できない期間が無駄に長くなるのを抑制することができる。

【0061】

上記実施形態では、スイッチ２８をオン状態にしてからオン終了時間が経過した後にスイッチ２８をオフ状態にする形態を示した。しかし、排気ガスの空燃比が切替空燃比以下である場合に、排気ガスの空燃比に応じて、オン終了時間を変化させるようにしてもよい。具体的には、排気ガスの空燃比が小さくなる程、オン終了時間が短くなるようにする。これにより、センサ制御装置１は、ポンプ電流Ｉｐを流している間に基準酸素室１８内の酸素が不足して酸素濃度の検出精度が低下してしまう事態の発生を抑制することができる。

【0062】

上記実施形態では、エンジンＥＣＵ９から取得した空燃比指示情報に基づいて、排気ガスの空燃比が切替空燃比以下であるか否かを判断する形態を示した。しかし、ガスセンサ３の検出結果に基づいて、排気ガスの空燃比が切替空燃比以下であるか否かを判断するようにしてもよい。

【0063】

供給停止状態から供給状態に切り替わって予め設定された待機時間が経過した後に、濃度検知電流を利用する動作の一例として、上記実施形態では、センサ制御装置１は、供給停止状態から供給状態に切り替わって予め設定された取得開始時間が経過した後に、ポンプ電流値を示すデジタルデータ（以下、ポンプ電流データ）を制御回路２２から取得する形態を示した。しかし、センサ制御装置１は、供給停止状態から供給状態に切り替わって、ポンプ電流データを常時取得し続けるが、予め設定された時間が経過した後に、ガス濃度を演算するようにしてもよい。またセンサ制御装置１は、供給停止状態から供給状態に切り替わって、ポンプ電流データを常時取得し続け、更に、取得したポンプ電流データに基づいてガス濃度を演算するが、予め設定された時間が経過した後に、算出したガス濃度を示すガス濃度情報をエンジンＥＣＵ９へ送信するようにしてもよい。またエンジンＥＣＵ９は、予め設定された時間が経過した後に、センサ制御装置１からガス濃度情報を受信するようにしてもよい。また、センサ制御装置１および空燃比制御装置がエンジンＥＣＵ９内に搭載されている場合には、センサ制御装置１は、ポンプ電流データを取得し、取得したポンプ電流データに基づいて算出したガス濃度情報を空燃比制御装置へ送信するようにしてもよい。そして、センサ制御装置１は、供給停止状態から供給状態に切り替わって、ポンプ電流データを取得し続け、更に、ガス濃度情報を空燃比制御装置へ送信し続け、更に、空燃比制御装置は、センサ制御装置１からのガス濃度情報を受信し続けるようにしてもよい。この場合において、センサ制御装置１は、予め設定した時間が経過した後に、空燃比制御装置に対して、空燃比制御のために、センサ制御装置１から受信したガス濃度情報を利用させるようにしてもよい。

【0064】

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。

【0065】

また、上記実施形態における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、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記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。

【0066】

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】

【0067】

１…センサ制御装置、３…ガスセンサ、５…エンジン、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、１８…基準酸素室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】