特許 7232108 センサ制御装置

(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】2023-02-21

(45)【発行日】2023-03-02

(54)【発明の名称】センサ制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20230222BHJP

   G01N 27/419 20060101ALI20230222BHJP

   G01M 15/10 20060101ALN20230222BHJP

【ＦＩ】

F02D45/00 360Z

G01N27/419 327P

G01M15/10

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019070483

(22)【出願日】2019-04-02

(65)【公開番号】P2020169587

(43)【公開日】2020-10-15

【審査請求日】2021-11-30

(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】110001036

【氏名又は名称】弁理士法人暁合同特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 哲哉

【審査官】楠永 吉孝

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１１／０４２９９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１２１９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１４４７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２６６０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２９３５１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｆ０２Ｄ ４１／００～４１／４０

Ｇ０１Ｎ ２７／４１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の気筒を有する内燃機関の駆動により排出される排気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、
前記複数の気筒間における前記排気ガスの濃度のインバランス状態の検知が行われる際に、前記ガスセンサを制御するための第１制御用定数を第２制御用定数に切り替えて前記ガスセンサを制御する制御部を備え、
前記ガスセンサは、ポンプセルと、起電力セルと、を備え、
前記ガスセンサは、前記ポンプセルに流れるポンプ電流に基づいて排気ガスの濃度を検出し、
前記制御部は、前記起電力セルにかかる電圧が予め設定された目標電圧となるように、前記ポンプ電流をフィードバック制御し、
前記第１制御用定数と前記第２制御用定数とは、前記フィードバック制御に用いる定数である、センサ制御装置。

【請求項2】

前記第１制御用定数と前記第２制御用定数とを記憶する記憶部を備える、請求項１に記載のセンサ制御装置。

【請求項3】

前記第２制御用定数は、前記第１制御用定数よりも前記インバランス状態の検知感度を高めるように設定されている請求項１又は請求項２に記載のセンサ制御装置。

【請求項4】

前記第２制御用定数は、前記第１制御用定数を用いた場合の伝達関数の周波数特性の利得よりも前記第２制御用定数を用いた場合の伝達関数の周波数特性の利得を上げるように設定されている請求項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】

前記第２制御用定数は、前記第１制御用定数を用いた場合の伝達関数の周波数特性の位相よりも前記第２制御用定数を用いた場合の伝達関数の周波数特性の位相を下げるように設定されている請求項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6】

前記制御部は、前記インバランス状態の検出が行われた後には、前記第２制御用定数を前記第１制御用定数に切り替えて前記ガスセンサを制御する請求項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。

【請求項7】

複数の気筒を有する内燃機関の駆動により排出される排気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のセンサ制御方法であって、前記複数の気筒間における前記排気ガスの濃度のインバランス状態の検知が行われる際に、前記ガスセンサを制御するための第１制御用定数を第２制御用定数に切り替えて前記ガスセンサを制御する制御手順を備え、
前記ガスセンサは、ポンプセルと、起電力セルと、を備え、
前記ガスセンサは、前記ポンプセルに流れるポンプ電流に基づいて排気ガスの濃度を検出し、
前記センサ制御装置は、前記起電力セルにかかる電圧が予め設定された目標電圧となるように、前記ポンプ電流をフィードバック制御し、
前記第１制御用定数と前記第２制御用定数とは、前記フィードバック制御に用いる定数である、センサ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書では、ガスセンサの制御を行うセンサ制御装置に関する技術を開示する。

【背景技術】

【0002】

従来、内燃機関の駆動により生じる排気ガスの濃度をガスセンサで検出する技術が知られている。特許文献１は、ガスセンサの出力の周波数特性は温度に応じて変化するため、温度に応じて変更される制御定数を使用してフィードバック制御を行うガスセンサシステムが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－１２１９５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、複数の気筒を有する内燃機関について、インジェクタの故障や吸入空気の漏れ等に起因して複数の気筒間における混合気の空燃比がインバランス状態となることがある。複数の気筒間の空燃比にインバランス状態が生じると排気特性等を悪化させるため、複数の気筒間の空燃比のインバランス状態を検知する構成が設けられる。このようなインバランス状態を検知する構成を設ける場合には、排気特性等の悪化を抑制するために検知精度を向上させることが好ましい。しかしながら、インバランス状態の検知精度を向上させるためにはインバランス成分周波数の応答性を高める必要があるが、インバランス成分周波数は高周波であり、ガスセンサにより高周波成分の応答性を高めるのは容易ではないという問題がある。

【0005】

本明細書に記載された技術は、上記のような事情に基づいて完成されたものであって、インバランス状態の検知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】

本明細書に記載されたセンサ制御装置は、複数の気筒を有する内燃機関の駆動により排出される排気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、前記複数の気筒間における前記排気ガスの濃度のインバランス状態の検知が行われる際に、前記ガスセンサを制御するための第１制御用定数を第２制御用定数に切り替えて前記ガスセンサを制御する制御部を備える。
本明細書に記載されたセンサ制御方法は、複数の気筒を有する内燃機関の駆動により排出される排気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、前記複数の気筒間における前記排気ガスの濃度のインバランス状態の検知が行われる際に、前記ガスセンサを制御するための第１制御用定数を第２制御用定数に切り替えて前記ガスセンサを制御する制御手順を備える。
複数の気筒を有する内燃機関のインバランス状態について、検知時の精度を向上させるため、センサ制御用定数（ＰＩＤ等）の高周波成分の応答を高めた設定値で常に制御し、センサの高周波信号を増幅する場合には、一般的なノイズも高周波成分であるためノイズ成分が増幅されてしまい、燃料フィードバック制御等の誤作動等の不具合が懸念される。
一方、上記構成によれば、インバランス状態の検知が行われる際には、制御部は、第１制御用定数を第２制御用定数に切り替えてガスセンサを制御するため、例えば、通常時（インバランス状態の非検知時）と、インバランス状態の検知時との双方で高周波成分の応答を高めた一つの制御用定数を用いてガスセンサを制御する構成と比較して、燃料フィードバック制御等の誤作動を抑制しつつ、インバランス状態の発生時における検知精度を向上させることが可能になる。

【0007】

本明細書に記載された技術の実施態様としては以下の態様が好ましい。
前記第１制御用定数と前記第２制御用定数とを記憶する記憶部を備える。
前記第２制御用定数は、前記第１制御用定数よりも前記インバランス状態の検知感度を高めるように設定されている。
このようにすれば、第１制御用定数を第２制御用定数に切り替えることによりインバランス状態の検知感度を高めることが可能になる。

【0008】

前記第２制御用定数は、前記第１制御用定数を用いた場合の伝達関数の周波数特性の利得よりも前記第２制御用定数を用いた場合の伝達関数の周波数特性の利得を上げるように設定されている。

【0009】

前記第２制御用定数は、前記第１制御用定数を用いた場合の伝達関数の周波数特性の位相よりも前記第２制御用定数を用いた場合の伝達関数の周波数特性の位相を下げるように設定されている。

【0010】

前記制御部は、前記インバランス状態の検知が行われた後には、前記第２制御用定数を前記第１制御用定数に切り替えて前記ガスセンサを制御する。

【発明の効果】

【0011】

本明細書に記載された技術によれば、インバランス状態の検知精度を向上させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態のセンサ制御装置を含むセンサシステムを示す図

【図2】センサシステムの電気的構成を示すブロック図

【図3】ガスセンサのフィードバック制御の入力と出力の関係を示すブロック図

【図4A】伝達関数Ｃに第１制御用定数を用いた場合の伝達関数の周波数特性を示す図

【図4B】伝達関数Ｃに第１制御用定数を用いた場合の閉ループ周波数特性を示す図

【図5A】伝達関数Ｃに第２制御用定数を用いてゲインを上げた状態の伝達関数の周波数特性を示す図

【図5B】伝達関数Ｃに第２制御用定数を用いた場合の閉ループ周波数特性を示す図

【図6A】伝達関数Ｃに第２制御用定数を用いて位相を下げた状態の伝達関数の周波数特性を示す図

【図6B】伝達関数Ｃに第２制御用定数を用いた場合の閉ループ周波数特性を示す図

【図7】ＥＣＵの処理を示すフローチャート

【図8】センサ制御装置の処理を示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0013】

＜実施形態１＞
本実施形態のセンサ制御装置５０は、車両に搭載されて内燃機関１１の駆動により生じる排気ガスの濃度を検出するガスセンサ３０を制御するものである。図１に示すように、ガスセンサ３０、処理装置としてのＥＣＵ４０（Electronic Control Unit）及びセンサ制御装置５０を含んでセンサシステム１が構成され、センサ制御装置５０は、ガスセンサ３０とＥＣＵ４０との間に通信線により接続されている。

【0014】

内燃機関１１は、本実施形態では例えば４気筒のガソリンエンジンとされており、外部から吸入された空気が流通する吸気管１２と燃料の燃焼により生じた排気ガスが流通する排気管１３とが連結されている。吸気管１２におけるインジェクタ２７の上流側には、内燃機関１１への空気の吸気量を調整するスロットル弁１６と、吸入された空気の吸気圧を検出する吸気圧センサ１８とが設けられている。インジェクタ２７は、燃料タンクＴＡに接続され、内燃機関１１の上流側において複数の気筒のそれぞれに設けられており、ＥＣＵ４０からの制御信号に応じて内燃機関１１に燃料を噴射する。

【0015】

吸気管１２と排気管１３との間にはＥＧＲ管１４が接続されている。ＥＧＲ管１４は、排気管１３の排気ガスを吸気管１２に還流させる。ＥＧＲ管１４には、ＥＧＲ弁１５が設けられており、ＥＧＲ管１４内を流通する排気ガスの流量がＥＧＲ弁１５により調整される。内燃機関１１の近傍には、冷却水１９の水温を検出するための水温センサ２０が配され、内燃機関１１のクランク軸２２には、所定のクランク角度毎にパルス信号を出力する回転角度センサ２３が接続されている。回転角度センサ２３により内燃機関１１の回転数が検出される。吸気圧センサ１８、水温センサ２０及び回転角度センサ２３の検出信号は、ＥＣＵ４０に出力される。また、ＥＧＲ弁１５及びスロットル弁１６の開度は、ＥＣＵ４０からの制御信号により制御される。排気管１３におけるガスセンサ３０の下流側には、排気ガスに含まれる有害物質を除去するための三元触媒（図示しない）が設けられている。

【0016】

ガスセンサ３０は、いわゆるリニアラムダセンサであって、内燃機関１１の下流側の排気管１３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。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ、ＲＡＭを備え、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行し、各種センサから検出信号が入力されるとともに、インジェクタ２７等を動作させるための制御信号を出力する。

【0017】

センサシステム１の電気的構成について、図２を参照しつつ説明する。
図２に示すように、ガスセンサ３０は、ポンプセル３１と、起電力セル３２と、ヒータ３３とを備える。ポンプセル３１及び起電力セル３２は、共に、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電極とを有し、いわゆる限界電流方式によって酸素濃度を検出する。ポンプセル３１の電極間に流れるポンプ電流Ｉｐは、酸素濃度が高くなるほど大きくなるため、排気ガス中の酸素濃度が高くなる（空燃比がリーン側になる）と、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（空燃比がリッチ側になる）と、限界電流は減少する。したがって、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。

【0018】

ヒータ３３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３３は、センサ制御装置５０から供給される電力により、起電力セル３２及びポンプセル３１の温度が活性化温度となるように制御され、起電力セル３２及びポンプセル３１が活性化することで排気ガスの濃度を検出可能な状態となる。

【0019】

ＥＣＵ４０は、駆動状態判断部４１と、インバランス検知部４２と、入出力部４５と、を備える。駆動状態判断部４１は、内燃機関１１の駆動に関連する状態が所定の変動範囲内にあるか否かを判断する。具体的には、内燃機関自体の駆動状態の変動や、内燃機関１１の駆動に応じて動作する機器等の変動の範囲が、予めメモリに記憶されている所定の値よりも小さいか否かを判断する。本実施形態では、駆動状態判断部４１は、回転角度センサ２３（図１）に接続されており、回転角度センサ２３により検出される回転数の変動が所定の変動範囲内にあるか否かを判断する。例えば、回転角度センサ２３により検出された回転数の単位時間当たりの変化量が予めＥＣＵ４０のメモリに記憶されている所定の上下限値の範囲である場合に、内燃機関１１の駆動に関連する状態が所定の変動範囲内にあると判断することができる。なお、内燃機関１１の駆動に関連する状態が所定の変動範囲内にあるか否かは、回転角度センサ２３の回転数の変動に限られない。例えば、吸気圧センサ１８により検出される吸気管１２の吸気圧の変動、水温センサ２０により検出される冷却水１０の温度の変動、インジェクタ２７により噴射される燃料噴射量の変動、ＥＧＲ（排気再循環。Exhaust Gas Recirculation）率の変動が所定の変動範囲内にあるか否かを判断するようにしてもよく、これらの少なくとも一つに基づいて内燃機関１１の駆動に関連する状態が所定の変動範囲内にあるか否かを判断することができる。

【0020】

インバランス検知部４２は、インバランス診断部４３と、インバランス判定部４４とを備える。インバランス診断部４３は、ガスセンサ３０により検出され、センサ制御装置５０から入力された検出信号のサンプリングデータ等を用いて高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行し、０．５次周波数成分強度及び１次周波数成分強度のＦＦＴ強度を算出する。０．５次周波数成分及び１次周波数成分は、エンジン回転数［ｒｐｍ］に対応する周波数［Ｈｚ］の１／２及び１倍の周波数に対応する周波数成分である。ガスセンサ３０の応答性を高めると、インバランス状態の検知時のノイズが大きくなりやすいが、インバランス検知診断は、比較的短時間で可能とされており、ノイズの問題は生じにくくなっている。具体的には、本実施形態では、インバランス診断処理は、例えば、２０サイクル（＝４０回転）程度で行うことでき、仮に３０００ｒｐｍの場合、１回転で１／（３０００／６０）ｓｅｃであるため、２０サイクルでは、１／（３０００／６０）×４０＝０．８ｓでインバランス状態の検知を行うことができる。

【0021】

インバランス判定部４４は、インバランス診断部４３から出力されるＦＦＴ強度を予めメモリに記憶されている所定の閾値と比較し、インバランス状態の有無を判定し、判定したインバランス状態の有無の情報を出力する。

【0022】

センサ制御装置５０は、ＡＳＩＣ（Application Specific integrated circuit，特定用途向け集積回路）で実現されており、図２に示すように、基準電圧生成部５１、電流供給部５２、ＡＤ変換部５３、ＰＩＤ制御部５５（「制御部」の一例）、電流ＤＡ変換部５８、Ｒｐｖｓ演算部５９、デューティ演算部６０、ヒータ駆動部６１及び入出力部６２を備える。また、センサ制御装置５０は、ポンプセル３１の正極側に電気的に接続されるポンプ電流端子ＴＩｐ、起電力セル３２の負極側とポンプセル３１の正極側とに電気的に接続される共通端子ＴＣＯＭ、起電力セル３２の負極側に電気的に接続される電圧検出端子ＴＶｓ、及びヒータ端子ＴＨを備える。

【0023】

基準電圧生成部５１は、共通端子ＴＣＯＭ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とされている。電流供給部５２は、電圧検出端子ＴＶｓを介して起電力セル３２に微小電流Ｉｃｐを供給することにより、図示しない基準電極側へ酸素イオンを移動させて、ガス検出の基準となる酸素濃度雰囲気を基準電極に生成する。これにより、基準電極は排気ガス中の酸素濃度を検出するための基準となる酸素基準電極として機能する。更に、電流供給部５２は、起電力セル３２の内部抵抗値を検出するためのパルス電流Ｉｒｐｖｓを、電圧検出端子ＴＶｓを介して起電力セル３２に供給する。

【0024】

ＡＤ変換部５３は、電圧検出端子ＴＶｓから入力されるアナログ信号の電圧値をデジタル信号へ変換し、ＰＩＤ制御部５５とＲｐｖｓ演算部５９とに出力する。ＰＩＤ制御部５５は、ＡＤ変換部５３から入力されるデジタル信号に基づいて、電圧検出端子ＴＶｓにおける電圧と、共通端子ＴＣＯＭにおける電圧との電圧差が、予め設定された目標電圧（例えば、４５０ｍＶ）となるように、ポンプ電流Ｉｐを調整するフードバック制御を行う。

【0025】

ＰＩＤ制御部５５は、第１制御用定数ＰＩＤ１と、第２制御用定数ＰＩＤ２とが記憶される記憶部５６とを備える。第１制御用定数ＰＩＤ１と、第２制御用定数ＰＩＤ２とは、ガスセンサ３０を制御するためのＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential Controller）に用いられる伝達関数の制御用定数であり、予め記憶部５６に記憶されている。第１制御用定数ＰＩＤ１と第２制御用定数ＰＩＤ２との関係は、ガスセンサ３０を制御するための伝達関数に用いた場合に、第２制御用定数ＰＩＤ２については、第１制御用定数ＰＩＤ１よりも複数の気筒間の空燃比のインバランス状態の検知感度が高くなる制御用定数とされている。具体的には、本実施形態では、第２制御用定数ＰＩＤ２については、第１制御用定数ＰＩＤ１よりも周波数特性のゲインを上げるようにＰＩＤの値が設定されている。

【0026】

より詳しくは、センサ制御装置５０は、図３に示すように、制御対象としてのガスセンサ３０に対して制御回路により伝達関数Ｃ（ｓ）を用いたフィードバック制御を行っている。
なお、図３の伝達関数Ｃ（ｓ）のＰＩＤ制御（ＰＩＤ演算）部分の伝達関数Ｃ_ＰＩＤ（ｓ）は、
Ｃ_ＰＩＤ（ｓ）＝Ｋ_Ｐ＋Ｋ_Ｉ／ｓ＋Ｋ_Ｄｓ＝Ｋ_Ｐ｛１＋（１／Ｔ_Ｉｓ）＋Ｔ_Ｄｓ｝
であり、Ｋ_Ｐ：比例定数、Ｋ_Ｉ：積分定数、Ｋ_Ｄ：微分定数、ｓ：ラプラス演算子、Ｔ_Ｉ＝Ｋ_Ｐ／Ｋ_Ｉ：積分時間、Ｔ_Ｄ＝Ｋ_Ｄ／Ｋ_Ｐ：微分時間とされる。
そして、第１制御用定数ＰＩＤ１と第２制御用定数ＰＩＤ２とは、図３の伝達関数Ｃ（ｓ）のＰＩＤ制御（ＰＩＤ演算）部分の伝達関数Ｃ_ＰＩＤ（ｓ）における比例定数Ｋ_Ｐ、積分定数Ｋ_Ｉ、微分定数Ｋ_Ｄを異なる定数（値）に切り替えたものである。

【0027】

図２に示すように、ＰＩＤ制御部５５は、ＥＣＵ４０から入力される制御用定数の切り替えの指示信号Ｓ１，Ｓ３に応じて、ＰＩＤ制御（ＰＩＤ演算）に用いられる伝達関数Ｃ_ＰＩＤ（ｓ）の第１制御用定数ＰＩＤ１と第２制御用定数ＰＩＤ２とを切り替える。ここで、図４Ａ，図５Ａ，図６Ａは、伝達関数Ｃの周波数特性を示し、図４Ｂ，図５Ｂ，図６Ｂは、閉ループ周波数特性を示す。各図中、ゲイン（利得）を実線で示し、位相（Phase）を破線で示す。図４Ａ，図４Ｂは、第１制御用定数ＰＩＤ１を用いた場合の伝達関数Ｃの周波数特性、閉ループ周波数特性であり、図５Ａ，図５Ｂは、第１制御用定数ＰＩＤ１よりもゲインを上げるように設定された第２制御用定数ＰＩＤ２を用いた場合の伝達関数Ｃの周波数特性、閉ループ周波数特性であり、図６Ａ，図６Ｂは、第１制御用定数ＰＩＤ１よりも位相を下げるように設定された第２制御用定数ＰＩＤ２を用いた場合の伝達関数Ｃの周波数特性、閉ループ周波数特性である。

【0028】

図５Ａに示すように、第１制御用定数ＰＩＤ１よりも伝達関数の周波数特性のゲインを上げる第２制御用定数ＰＩＤ２を用いた場合（図５Ａの破線矢印に示すように、図４ＡのグラフＧ１Ａに対して１目盛分だけゲインを上げたグラフＧ２１Ａ）には、図５Ｂの破線で囲んだ部分に示すように、図４ＢのグラフＧ１Ｂに対してグラフＧ２１Ｂは応答性が向上している。したがって、伝達関数に第２制御用定数ＰＩＤ２を用いることにより、第１制御用定数ＰＩＤ１を用いる場合よりもインバランス状態の検出感度が高められることがわかる。

【0029】

ここで、インバランス状態の検出感度を高めるためには、第２制御用定数ＰＩＤ２について、伝達関数の周波数特性のゲインを上げるように設定する構成に限られない。具体的には、例えば、他の実施形態として、図６Ａ，図６Ｂに示すように、第２制御用定数ＰＩＤ２は、第１制御用定数ＰＩＤ１よりも伝達関数の周波数特性の位相を下げるように設定された第２制御用定数ＰＩＤ２を用いた場合（図６Ａの破線矢印に示すように、図４ＡのグラフＰ１Ａに対して０．５目盛分だけ位相を下げたグラフＰ２２Ａ）には、図６Ｂ（破線で囲んだ部分）に示すように、図４ＢのグラフＰ１Ｂに対してグラフＰ２２Ｂは応答性が向上している。このように位相を下げるように設定された第２制御用定数ＰＩＤ２を用いることによってもインバランス状態の検出感度が高められることがわかる。なお、伝達関数の周波数特性の位相を下げる場合、図６Ｂに示すように、所定の周波数の範囲（破線で囲んだ部分）で応答性を向上させることができるものの、点ＧＴのようにゲインが大きくなりすぎる箇所が生じてガスセンサ制御系が発振する可能性があるため、上記した伝達関数の周波数特性のゲインを上げるように設定された第２制御用定数ＰＩＤ２を用いる構成の方がより好ましい。

【0030】

電流ＤＡ変換部５８は、ＰＩＤ制御部５５から入力されるデジタル信号の電流値を、ポンプ電流Ｉｐに変換する。Ｒｐｖｓ演算部５９は、電流供給部５２がパルス電流Ｉｒｐｖｓを供給しているときにＡＤ変換部５３から入力されるデジタル信号に基づいて、起電力
セル３２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を示すデジタル信号をデューティ演算部６０へ出力する。

【0031】

デューティ演算部６０は、Ｒｐｖｓ演算部５９から入力されるデジタル信号に基づいて、起電力セル３２の温度を予め設定された目標温度に維持するために必要なヒータ３３の発熱量を算出する。そしてデューティ演算部６０は、算出したヒータ３３の発熱量に基づいて、ヒータ３３に供給する電力のデューティ比を算出し、算出したデューティ比に応じたＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御信号をヒータ駆動部６１へ出力する。ヒータ駆動部６１は、デューティ演算部６０から入力されるＰＷＭ制御信号に基づいてヒータ３３を発熱させる。

【0032】

ＥＣＵ４０の処理について図７を参照しつつ説明する。
ＥＣＵ４０には、回転角度センサ２３により駆動状態判断部４１に回転数に応じた検出信号が常時入力されている。図７に示すように、ＥＣＵ４０の駆動状態判断部４１は、入力された検出信号により、単位時間当たりの回転数の変動が所定の範囲内（駆動状態が所定の変動範囲内）であるか否かを判断する（Ｓ１１）。回転数の変動が所定の変動範囲内ではない場合には（Ｓ１１で「ＮＯ」）、燃料の噴射量等の駆動状態の変動が大きくなっており、仮に複数の気筒のインバランス状態の検知を行ったとしても精度の高いインバランス状態の検知を行うことができないため、処理を終了する。

【0033】

一方、単位時間当たりの回転数の変動が所定の範囲内である場合には（Ｓ１１で「ＹＥＳ」）、センサ制御装置５０に対して、当該センサ制御装置５０に設定されている伝達関数の第１制御用定数ＰＩＤ１について第２制御用定数ＰＩＤ２への切り替えを指示する指示信号Ｓ１を出力する（Ｓ１２）。

【0034】

次に、センサ制御装置５０から伝達関数の制御用定数の切り替えの完了信号Ｓ２を受信するのを待つ（Ｓ１３で「ＮＯ」）。センサ制御装置５０から伝達関数の制御用定数の切り替えの完了信号Ｓ２を受信すると（Ｓ１３で「ＹＥＳ」）、インバランス診断用演算を行う（Ｓ１４）。インバランス診断用演算では、インバランス検知部４２は、ガスセンサ３０により検出された空燃比の検出信号に基づいて高速フーリエ変換処理を実行し、０．５次周波数成分強度及び１次周波数成分強度を算出する。

【0035】

次に、算出した０．５次周波数成分強度及び１次周波数成分強度を予めメモリに記憶されている閾値と比較する（Ｓ１５）。０．５次周波数成分強度及び１次周波数成分強度が閾値以上である場合には（Ｓ１５で「ＹＥＳ」）、複数の気筒間で空燃比のインバランス状態が発生している可能性が高いため、インバランス状態であることを示す検知信号を外部等に出力する（Ｓ１６）。なお、インバランス状態であることを示す検知信号が出力されると、例えば外部等の図示しない警告灯を表示させることができる。一方、０．５次周波数成分強度及び１次周波数成分強度が閾値以上でない場合（Ｓ１５で「ＮＯ」）にはインバランス状態の検知信号を出力しない（又はインバランス状態ではないことを示す検知信号を出力する）。
次に、センサ制御装置５０に対して伝達関数の第２制御用定数ＰＩＤ２を、第１制御用定数ＰＩＤ１に切り替える指示信号Ｓ３を出力し（Ｓ１７）、処理を終了する。なお、センサ制御装置５０における第１制御用定数ＰＩＤ１への切り替え後に、センサ制御装置５０から切り替えが完了したことを示す信号Ｓ４を受けて処理を終了するようにしてもよい。

【0036】

センサ制御装置５０の処理について図８を参照しつつ説明する。
センサ制御装置５０は、図８に示すように、ＥＣＵ４０から制御用定数の切替指示の信号Ｓ１があるまで（Ｓ２１で「ＮＯ」）、伝達関数として第１制御用定数ＰＩＤ１を用いてガスセンサ３０のフィードバック制御を行う。そして、ＥＣＵ４０から制御用定数の切替指示の信号Ｓ１を受信すると（Ｓ２１で「ＹＥＳ」）、第２制御用定数ＰＩＤ２を記憶部５６から読み出し、伝達関数の第１制御用定数ＰＩＤ１を第２制御用定数ＰＩＤ２に切り替え（Ｓ２２）、ＥＣＵ４０に対して切り替えが完了したことを示す信号Ｓ２を出力する。なお、このとき現在設定されている制御用定数に関する情報（例えばＰＩＤ２を使用することを示す情報や、変更された伝達関数の情報）を記憶部５６に記憶してもよい。

【0037】

そして、ＥＣＵ４０から制御用定数を元に戻す切り替えの指示信号Ｓ３を受信するまで（Ｓ２３で「ＮＯ」）、第２制御用定数ＰＩＤ２を用いてガスセンサ３０の制御を行う。ＥＣＵ４０から制御用定数を元に戻す切り替えの指示信号Ｓ３を受信すると（Ｓ２３で「ＹＥＳ」）、伝達関数の第２制御用定数ＰＩＤ２を第１制御用定数ＰＩＤ１に切り替え（Ｓ２４）、処理を終了する。なお、第２制御用定数ＰＩＤ２から第１制御用定数ＰＩＤ１への切り替え後に、ＥＣＵ４０に対して切り替えが完了したことを示す信号Ｓ４を出力してもよい。

【0038】

本実施形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
本実施形態のセンサ制御装置５０は、複数の気筒を有する内燃機関１１の駆動により排出される排気ガスの濃度を検出するガスセンサ３０を制御するセンサ制御装置５０であって、複数の気筒間における排気ガスの濃度のインバランス状態の検知が行われる際に、ガスセンサ３０を制御するための第１制御用定数ＰＩＤ１を第２制御用定数ＰＩＤ２に切り替えてガスセンサ３０を制御するＰＩＤ制御部５５（制御部）を備える。
複数の気筒を有する内燃機関１１のインバランス状態について、検知時の精度を向上させるため、センサ制御用定数（ＰＩＤ等）の高周波成分の応答を高めた設定値で常に制御し、センサの高周波信号を増幅する場合には、一般的なノイズも高周波成分であるためノイズ成分が増幅されてしまい、燃料フィードバック制御等の誤作動等の不具合が懸念される。
一方、上記実施形態によれば、インバランス状態の検知が行われる際には、ＰＩＤ制御部５５は、第１制御用定数ＰＩＤ１を第２制御用定数ＰＩＤ２に切り替えてガスセンサ３０を制御するため、例えば、通常時（インバランス状態の非検知時）とインバランス状態の検知時との双方で高周波成分の応答を高めた一つの制御用定数を用いてガスセンサ３０を制御する構成と比較して、燃料フィードバック制御等の誤作動を抑制しつつ、インバランス状態の発生時における検知精度を向上させることが可能になる。

【0039】

また、第２制御用定数ＰＩＤ２は、第１制御用定数ＰＩＤ１よりもインバランス状態の検知感度を高めるように設定されている。
このようにすれば、第１制御用定数ＰＩＤ１を第２制御用定数ＰＩＤ２に切り替えることによりインバランス状態の検知感度を高めることが可能になる。

【0040】

また、ＰＩＤ制御部５５は、インバランス状態の検知が行われた後には、第２制御用定数ＰＩＤ２を第１制御用定数ＰＩＤ１に切り替えてガスセンサ３０を制御する。
このようにすれば、第２制御用定数ＰＩＤ２の使用時間が長くなることによる燃料フィードバック制御等の精度低下を抑制することができる。

【0041】

また、ＰＩＤ制御部５５は、内燃機関１１の状態が所定の変動範囲内にある場合に、第１制御用定数ＰＩＤ１を第２制御用定数ＰＩＤ２に切り替えてガスセンサ３０を制御する。
このようにすれば、例えば内燃機関１１の駆動に関連する状態の変動が大きい場合に制御用定数の切り替えが行われる構成と比較して、内燃機関１１の燃料フィードバック制御等に与える影響を少なくすることができる。

【0042】

＜他の実施形態＞
本明細書に記載された技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本明細書に記載された技術の技術的範囲に含まれる。
（１）ガスセンサ３０は、ポンプセル３１と起電力セル３２との２セルで構成されるガスセンサとしたが、これに限られず、ポンプセルと起電力セルとで一つのセンサ素子を構成する１セルのガスセンサを用いてもよい。

【0043】

（２）上記実施形態でソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。例えば、ＰＩＤ制御部５５は、デジタル処理によりＰＩＤ演算を行う構成としたが、これに限られず、例えば、抵抗素子、コイル、コンデンサ等を用いたアナログ回路により制御用定数を切り替える（変更する）構成としてもよい。例えば、アナログ回路について第１制御用定数ＰＩＤ１を生成可能な第１抵抗器と、第１抵抗器と抵抗値が異なり、第２制御用定数ＰＩＤ２を生成可能な第２抵抗器とを設け、第１抵抗器と第２抵抗器との一方をスイッチで切り替えることにより第１制御用定数ＰＩＤ１と第２制御用定数ＰＩＤ２とを切り替えるようにしてもよい。また、ＰＩＤ制御部５５による演算は、ＰＩＤの全ても用いなくてもよく、例えば、Ｐ演算、ＰＩ演算、ＰＤ演算等を行ってもよい。また、制御用定数としてＰＩＤ以外の定数を用いてもよい。

【0044】

（３）第１制御用定数ＰＩＤ１と第２制御用定数ＰＩＤ２との切り替えは、内燃機関１１の駆動に関連する状態の変動に関わらず、インバランス状態の検知が行われる際に行うようにしてもよい。例えば、予め設定されているインバランス状態の検知が行われるタイミング（時間）で第１制御用定数ＰＩＤ１と第２制御用定数ＰＩＤ２との切り替えを行う構成としてもよい。

【0045】

（４）ガスセンサ３０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としてもよい。
（５）記憶部５６は、ＰＩＤ制御部５５に備えられる構成としたが、これに限られず、ＰＩＤ制御部５５以外に、第１制御用定数ＰＩＤ１と第２制御用定数ＰＩＤ２とが記憶される記憶部を備える構成としてもよい。

【0046】

（６）センサ制御装置５０とＥＣＵ４０とを別々に構成したが、ＥＣＵ４０の回路構成の一部又は全部をセンサ制御装置内に含めて構成してもよい。

【符号の説明】

【0047】

１：センサシステム，１１：内燃機関，３０：ガスセンサ，４０：ＥＣＵ，４２：インバランス検知部，５０：センサ制御装置，５５：ＰＩＤ制御部（制御部），５６：記憶部，ＰＩＤ１：第１制御用定数，ＰＩＤ２：第２制御用定数

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】