JP2016061596A

JP2016061596A - ガスセンサ装置、およびガスセンサを用いた濃度測定方法

Info

Publication number: JP2016061596A
Application number: JP2014187835A
Authority: JP
Inventors: 正雄都築; Masao Tsuzuki; 恵介横井; Keisuke Yokoi; 将田中; Susumu Tanaka; 朋裕田島; Tomohiro Tajima; 邦彦米津; Kunihiko Yonezu
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2016-04-25

Abstract

【課題】ガスセンサの個体差による測定精度の低下を抑制することができるガスセンサ装置、およびガスセンサを用いた濃度測定方法を提供する。【解決手段】内燃機関に設けられた流路内を流れるガスに含まれる特定ガス成分の濃度に応じた出力値を出力するガスセンサ１０と、ガスセンサ１０から出力される出力値、および、ガスの圧力である圧力値に基づいて特定ガス成分の濃度である特定成分濃度を算出するＥＣＵ３０と、が設けられ、ガスセンサ１０は、ガスセンサ個々の検出特性データとして、特定成分濃度の圧力感度、又は圧力感度に対応する第１補正係数を記憶したバーコード１６を備え、ＥＣＵ３０は、バーコード１６に記憶された検出特性データに基づいて、ガスセンサ１０の圧力感度の個体差の影響を抑制した特定成分濃度を算出することを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、ガスセンサから出力される出力値に対して補正を行う必要がある場合に用いて好適なガスセンサ装置、およびガスセンサを用いた濃度測定方法に関する。

ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関においては、消費燃料の低減を図るためや、排気ガスの浄化を図るために、排気ガスを吸気ガス側に戻すＥＧＲ制御が一般的になっている。このＥＧＲ制御をするために、吸気ガスに含まれる特定ガス成分（例えば、酸素）の割合や、排気ガスに含まれる特定ガス成分（例えば、窒素酸化物）の割合を測定するために、ガスセンサが用いられている。

ガスセンサは、測定対象であるガス中に配置されるセンサ素子を備え、このセンサ素子から特定ガス成分の割合である特定ガス成分の濃度に関する出力値が出力される。しかしながら、センサ素子から出力される出力値は、測定対象であるガス中の特定ガス成分の濃度だけではなく、ガスの圧力の影響も受けることが知られている。

近年においては、内燃機関に対する制御がきめ細かくなっていることから、特定ガス成分の濃度の値も、正確であることが求められ始めている。そこで、測定対象であるガス中のより正確な特定ガス成分の濃度を求めるために、ガスセンサから出力される出力値から、圧力の影響を除去する種々の方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１には、測定対象であるガス中の特定ガス成分の濃度を測定するガスセンサと、圧力を測定する圧力センサとが設けられた構成が開示されている。そして、圧力センサにより測定された圧力値に基づいて、ガスセンサから出力された特定ガス成分の濃度に関する出力値を補正する方法、言い換えると、ガスセンサから出力された特定ガス成分濃度に関する出力値から圧力の影響を除去する方法（補正方法）が提案されている。

特開２０１３−０３６８５２号公報

ところで、ガスセンサの出力値に与える圧力の影響の程度は、個々のガスセンサによって異なっている。言い換えると、ガスセンサの個体差によって、圧力の影響の程度が異なる。そのため、ガスセンサの出力値から圧力の影響を除去する場合には、ガスセンサの個体差を考慮して、つまりガスセンサの個体差を相殺した補正が行われる。

この補正を行う場合には、ガスセンサの出力値から圧力の影響を除去する演算部等へ、補正の対象となるガスセンサ個々における圧力の影響の程度を示す情報の受け渡しが行われる。しかしながら、ガスセンサと演算部等とが一体に構成されていない場合、言い換えると別々に構成されている場合には、圧力の影響の程度を示す情報の受け渡しが難しく、十分に高い測定精度を得ることが難しいという問題があった。

さらに、ガスセンサの出力値に対する個々のガスセンサの影響は、圧力の影響だけでなく、検出感度の影響の程度によっても異なる。そのため、ガスセンサの出力値から圧力の影響を除去するだけでなく、検出感度の影響を同時に除去することも必要とされる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ガスセンサの個体差による測定精度の低下を抑制することができるガスセンサ装置、およびガスセンサを用いた濃度測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のガスセンサ装置は、内燃機関に設けられた流路内を流れるガスに含まれる特定ガス成分の濃度に応じた出力値を出力するガスセンサと、前記ガスセンサから出力される出力値、および、前記ガスの圧力である圧力値に基づいて前記特定ガス成分の濃度である特定成分濃度を算出する演算部と、が設けられたガスセンサ装置であって、前記ガスセンサには、ガスセンサ個々の検出特性データとして、前記特定成分濃度の圧力感度もしくは該圧力感度に対応する第１補正係数、及び前記特定成分濃度の検出感度もしくは該検出感度に対応する第２補正係数を記憶したコード画像を備え、前記演算部は、前記コード画像に記憶された前記検出特性データに基づいて、前記ガスセンサの前記圧力感度の個体差の影響を抑制、及び前記ガスセンサの前記検出感度の個体差の影響を抑制した前記特定成分濃度を算出することを特徴とする。

また、本発明のガスセンサを用いた濃度測定方法は、内燃機関に設けられた流路内を流れるガスに含まれる特定ガス成分の濃度に応じた出力値を出力するガスセンサと、前記ガスセンサから出力される出力値、および、前記ガスの圧力である圧力値に基づいて前記特定ガス成分の濃度である特定成分濃度を算出する演算部と、が設けられたガスセンサを用いた濃度測定方法であって、前記演算部は、前記ガスセンサに備えられたコード画像に、ガスセンサ個々の検出特性データとして記憶された前記特定成分濃度の圧力感度もしくは該圧力感度に対応する第１補正係数、及び前記特定成分濃度の検出感度もしくは該検出感度に対応する第２補正係数を取得し、取得した前記検出特性データに基づいて、前記ガスセンサの前記圧力感度の個体差の影響を抑制、及び前記ガスセンサの前記検出感度の個体差の影響を抑制した前記特定成分濃度を算出することを特徴とする。

本発明のガスセンサ装置およびガスセンサを用いた濃度測定方法によれば、コード画像に記憶された検出特性データに基づいて、ガスセンサの圧力感度の個体差、言い換えるとバラツキの影響を抑制することができる。つまり、検出特性データを用いない場合には、圧力が異なる同一濃度の特定ガス成分を含むガスを測定しても、ガスセンサが異なると圧力による影響が異なるため、演算部により算出される特定成分濃度に違いが生じる。そこで、コード画像に記憶されたガスセンサ個々の検出特性データ、つまり、特性成分濃度の圧力感度もしくは圧力感度に対応する第１補正係数を用いることにより、ガスセンサの違いによって特性成分濃度に違いが生じることを抑制することができる。

また、本発明のガスセンサ装置およびガスセンサを用いた濃度測定方法によれば、コード画像に記憶された検出特性データに基づいて、ガスセンサの検出感度の個体差、言い換えるとバラツキの影響をも抑制することができる。つまり、検出特性データに検出感度等が含まれていない場合、特定成分濃度が受ける圧力の影響だけでなく、ガスセンサによって検出感度の影響が異なるため、演算部により算出される特定成分濃度に違いが生じる。そこで、特定成分濃度の検出感度もしくは検出感度に対応する第２補正係数を用いることにより、ガスセンサの違いによって特定成分濃度に違いが生じることを抑制することができる。

更に、検出特性データをコード画像に記憶させることにより、演算部への検出特性データの受け渡しが容易となる。例えば、ガスセンサにコード画像が備えられていない場合には、そのガスセンサに対応する検出特性データを演算部へ受け渡しすることが煩雑になる。これに対して、ガスセンサにコード画像を備えることにより、そのガスセンサに対応する検出特性データの受け渡しが容易となる。

上記のガスセンサ装置において、前記ガスセンサの前記コード画像は、ガスセンサ個々の検出特性データとして、前記第１補正係数及び前記第２補正係数を関連づけた第１特定情報を記憶していることが好ましい。

上記のガスセンサを用いた濃度測定方法において、前記演算部は、ガスセンサ個々の検出特性データとして前記コード画像に記憶された前記第１補正係数及び前記第２補正係数を関連づけた第１特定情報を取得し、取得した前記検出特性データに基づいて、前記ガスセンサの前記圧力感度の個体差の影響を抑制、及び前記ガスセンサの前記検出感度の個体差の影響を抑制した前記特定成分濃度を算出することが好ましい。

このように検出特性データとして、第１補正係数および第２補正係数を関連付けた第１特定情報を記憶させることにより、コード画像に記憶できる情報量に制限が存在する場合であっても、制限に影響されることなく必要な情報量をコード画像に記憶させることができる。または、コード画像に求められる情報の記憶容量の増大を抑制することができ、コード画像の大型化や、コストの上昇を抑制することができる。

上記のガスセンサ装置において、前記演算部は、下式

（Ｉｐ：前記ガスセンサから出力される前記出力値、Ｐ：前記圧力値、Ａ、Ｂ：２つの圧力値と、２つの圧力値に対応する２つの出力値とにより算出される２つの仮特定成分濃度を近似可能にする定数）にて仮特定成分濃度を算出し、さらに、前記仮特定成分濃度及び前記圧力値の関する補正項に基づき補正値を算出し、前記補正値を用いて前記仮特定成分濃度を補正して前記特定成分濃度を算出するものであり、前記ガスセンサの前記コード画像には、前記圧力感度および前記検出感度を含む前記定数Ａ、並びに、前記圧力感度を含む前記定数Ｂを前記検出特性データとして、前記定数Ａに対応する補正係数Ａ、および、前記定数Ｂに対応する補正係数Ｂを前記検出特性データとして、または、前記補正係数Ａ及び前記補正係数Ｂを関連づけた第２特定情報を前記検出特性データとして記憶することが好ましい。

また、上記のガスセンサを用いた濃度測定方法において、前記演算部は、前記コード画像に、前記検出特性データとして記憶された前記圧力感度および前記検出感度を含む前記定数Ａ、並びに、前記圧力感度を含む前記定数Ｂ、前記検出特性データとして記憶された前記定数Ａに対応する補正係数Ａ、および、前記定数Ｂに対応する補正係数Ｂ、または、前記検出特性データとして記憶された前記補正係数Ａ及び前記補正係数Ｂを関連づけた第２特定情報を取得し、下式

（Ｉｐ：前記ガスセンサから出力される前記出力値、Ｐ：前記圧力値、Ａ、Ｂ：２つの圧力値と、２つの圧力値に対応する２つの出力値とにより算出される２つの仮特定成分濃度を近似可能にする定数）にて仮特定成分濃度を算出し、さらに、前記仮特定成分濃度及び前記圧力値の関する補正項に基づき補正値を算出し、前記補正値を用いて前記仮特定成分濃度を補正して前記特定成分濃度を算出することが好ましい。

このように、圧力感度および検出感度を含む定数Ａ、および、圧力感度を含む定数Ｂを検出特性データとして、または、定数Ａに対応する補正係数Ａ、および、定数Ｂに対応する補正係数Ｂを検出特性データとして、さらには、補正係数Ａおよび補正係数Ｂを関連付けた第２特定情報を検出特性データとして記憶することにより、検出特性データが圧力感度および検出感度である場合と比較して、上記の式を用いた特定成分濃度を算出する演算処理が容易となる。つまり、検出特性データが圧力感度および検出感度である場合、演算部は、圧力感度および検出感度から定数Ａおよび定数Ｂを求める演算を行い、その後に、上記の式を用いて特定成分濃度を算出する。これに対して、最初から定数Ａおよび定数Ｂなどを検出特性データとすることにより、定数Ａおよび定数Ｂを算出する処理を行うことなく、直接、特定成分濃度を算出する処理を行うことができる。

上記ガスセンサ装置において、前記コード画像は、１次元のバーコード及び２次元のバーコードのいずれかであることが好ましい。

また、上記ガスセンサを用いた濃度測定方法において、前記コード画像は、一次元のバーコード及び２次元のバーコードのいずれかであることが好ましい。

このように、コード画像として、１次元のバーコードまたは２次元のバーコードを用いることで、ガスセンサに容易にコード画像を備えることができ、演算部への検出特性データの受け渡しの簡易性が向上する。

本発明の別のガスセンサ装置は、内燃機関に設けられた流路内を流れるガスに含まれる特定ガス成分の濃度に応じた出力値を出力するガスセンサと、前記ガスセンサから出力される出力値、および、前記ガスの圧力である圧力値に基づいて前記特定ガス成分の濃度である特定成分濃度を算出する演算部と、が設けられたガスセンサ装置であって、前記ガスセンサには、ガスセンサ個々の検出特性データとして、前記特定成分濃度の圧力感度に対応する第１補正係数、及び前記特定成分濃度の検出感度に対応する第２補正係数を関連づけた第１特定情報を記憶した補正抵抗体を備え、前記演算部は、前記補正抵抗体に記憶された前記検出特性データに基づいて、前記ガスセンサの前記圧力感度の個体差の影響を抑制、及び前記ガスセンサの前記検出感度の個体差の影響を抑制した前記特定成分濃度を算出することを特徴とする。

また、本発明の別のガスセンサを用いた濃度測定方法は、内燃機関に設けられた流路内を流れるガスに含まれる特定ガス成分の濃度に応じた出力値を出力するガスセンサと、前記ガスセンサから出力される出力値、および、前記ガスの圧力である圧力値に基づいて前記特定ガス成分の濃度である特定成分濃度を算出する演算部と、が設けられたガスセンサを用いた濃度測定方法であって、前記演算部は、前記ガスセンサに備えられた補正抵抗体に、ガスセンサ個々の検出特性データとして記憶された前記特定成分濃度の圧力感度に対応する第１補正係数、及び前記特定成分濃度の検出感度に対応する第２補正係数を関連づけた第１特定情報を取得し、取得した前記検出特性データに基づいて、前記ガスセンサの前記圧力感度の個体差の影響を抑制、及び前記ガスセンサの前記検出感度の個体差の影響を抑制した前記特定成分濃度を算出することを特徴とする。

本発明の別のガスセンサ装置およびガスセンサを用いた濃度測定方法によれば、補正抵抗体に記憶された検出特性データに基づいて、ガスセンサの圧力感度の個体差、言い換えるとバラツキの影響を抑制することができる。つまり、検出特性データを用いない場合には、圧力が異なる同一濃度の特定ガス成分を含むガスを測定しても、ガスセンサが異なると圧力による影響が異なるため、演算部により算出される特定成分濃度に違いが生じる。そこで、補正抵抗体に記憶されたガスセンサ個々の検出特性データ（つまり、第１特定情報）を用いることにより、ガスセンサの違いによって特定成分濃度に違いが生じることを抑制することができる。

また、本発明の別のガスセンサ装置およびガスセンサを用いた濃度測定方法によれば、補正抵抗体に記憶された検出特性データに基づいて、ガスセンサの検出感度の個体差、言い換えるとバラツキの影響をも抑制することができる。つまり、検出特性データに検出感度等が含まれていない場合、特定成分濃度が受ける圧力の影響だけでなく、ガスセンサによって検出感度の影響が異なるため、演算部により算出される特定成分濃度に違いが生じる。そこで、補正抵抗体に記憶されたガスセンサ個々の検出特性データ（つまり、第１特定情報）を用いることにより、ガスセンサの違いによって特性成分濃度に違いが生じることを抑制することができる。

そして、このように検出特性データとして、第１補正係数および第２補正係数を関連づけた第１特定情報を記憶させることにより、記憶できる情報量に制限が存在する補正抵抗体であっても、制限に影響されることなく必要な情報量を補正抵抗体に記憶させることができる。または、補正抵抗体に求められる情報の記憶容量の増大を抑制することができる。

更に、検出特性データを補正抵抗体に記憶させることにより、演算部への検出特性データの受け渡しが容易となる。例えば、ガスセンサに補正抵抗体が備えられていない場合には、そのガスセンサに対応する検出特性データを演算部へ受け渡しすることが煩雑になる。これに対して、ガスセンサに補正抵抗体を備えることにより、そのガスセンサに対応する検出特性データの受け渡しが容易となる。

上記の別のガスセンサ装置において、前記演算部は、下式

（Ｉｐ：前記ガスセンサから出力される前記出力値、Ｐ：前記圧力値、Ａ、Ｂ：２つの圧力値と、２つの圧力値に対応する２つの出力値とにより算出される２つの仮特定成分濃度を近似可能にする定数）にて仮特定成分濃度を算出し、さらに、前記仮特定成分濃度及び前記圧力値の関する補正項に基づき補正値を算出し、前記補正値を用いて前記仮特定成分濃度を補正して前記特定成分濃度を算出するものであり、前記ガスセンサの前記補正抵抗体には、前記圧力感度および前記検出感度を含む前記定数Ａに対応する前記補正係数Ａ、及び前記圧力感度を含む前記定数Ｂに対応する前記補正係数Ｂを関連づけた第２特定情報を前記検出特性データとして記憶することが好ましい。

また、上記のガスセンサを用いた濃度測定方法において、前記演算部は、前記補正抵抗体に、前記検出特性データとして記憶された前記圧力感度および前記検出感度を含む定数Ａに対応する前記補正係数Ａ、及び前記圧力感度を含む前記定数Ｂに対応する前記補正係数Ｂを関連づけた第２特定情報を取得し、下式

このように、圧力感度および検出感度を含む定数Ａに対応する補正係数Ａ、および圧力感度を含む定数Ｂに対応する補正係数Ｂを関連づけた第２特定情報を検出特性データとして記憶することにより、検出特性データが圧力感度および検出感度である場合と比較して、上記の式を用いた特定成分濃度を算出する演算処理が容易となる。つまり、検出特性データが圧力感度および検出感度である場合、演算部は、圧力感度および検出感度から定数Ａおよび定数Ｂを求める演算を行い、その後に、上記の式を用いて特定成分濃度を算出する。これに対して、最初から定数Ａおよび定数Ｂなどを検出特性データとすることにより、定数Ａおよび定数Ｂを算出する処理を行うことなく、直接、特定成分濃度を算出する処理を行うことができる。

本発明のガスセンサ装置、およびガスセンサを用いた濃度測定方法によれば、コード画像に記憶された検出特性データに基づいて、ガスセンサの圧力感度の個体差、言い換えるとバラツキの影響を抑制することができるため、ガスセンサの個体差による測定精度の低下を抑制することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るガスセンサ装置の概略構成を説明する模式図である。図２（ａ）は、図１の酸素センサの概略構成を説明する模式図であり、図２（ｂ）は、他の概略構成を説明する模式図である。図１のＥＣＵにおける酸素濃度の算出方法を説明するフローチャートである。補正項の係数Ｃを求める計算式の係数ａ，ｂ，ｃを説明するグラフである。補正項の係数Ｃを求める計算式の係数ｄ，ｅを説明するグラフである。図６は、図１の酸素センサの他の実施形態を説明する模式図である。

この発明の一実施形態に係るガスセンサ装置１について、図１から図６を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るガスセンサ装置１の概略構成を説明する模式図である。

ガスセンサ装置１は、図１に示すように、内燃機関４０に吸入される吸気ガスに含まれる酸素（特定ガス成分）の濃度を測定するものである。ガスセンサ装置１により測定された酸素濃度は内燃機関４０の制御、例えば空燃比の制御に用いられるものである。また、排気ガスの吸気側への循環が生じている時のＯ_２濃度と排気ガスの吸気側への循環が生じていない時のＯ_２濃度との比であるＥＧＲ率の算出にも用いることができる。ガスセンサ装置１には、酸素センサ（ガスセンサ）１０と、圧力センサ２０と、エンジンコントロールユニット（演算部）３０（以下「ＥＣＵ３０」と表記する。）と、が主に設けられている。

酸素センサ１０および圧力センサ２０は、内燃機関４０の吸入配管４１であって、排気再循環配管４３（以下、「ＥＧＲ配管４３」と表記する。）との合流点よりも内燃機関４０側、言い換えると下流側に配置されている。また、吸入配管４１における酸素センサ１０および圧力センサ２０の配置位置よりも上流側には、吸入配管４１を流れる空気の流量を調節する吸気弁４４が設けられている。なお、酸素センサ１０および圧力センサ２０の配置は、酸素センサ１０が上流側に配置されていてもよいし、圧力センサ２０が上流側に配置されていてもよく、特に限定するものではない。

なお、ＥＧＲ配管４３は、排気配管４２と吸入配管４１とをつなぐ配管であり、排気配管４２を流れる排気ガスの一部を吸入配管４１に導くもの、言い換えると排気ガスを再循環させるものである。ＥＧＲ配管４３には、排気ガスの再循環量を調節する調節弁４５が設けられている。

酸素センサ１０は、吸入配管４１の内部を流れる吸気ガスに含まれる酸素濃度を測定するセンサであり、酸素濃度に応じた出力値の１つである電流Ｉｐを出力するものである。電流Ｉｐの値は、吸気ガスに含まれる酸素濃度に応じて変化すると共に、吸入配管４１を流れる吸気ガスの圧力にも応じて変化する。言い換えると、電流Ｉｐは、酸素濃度の関数であるとともに、吸気ガス圧力の関数でもある。なお、酸素センサ１０としては、上述の特性を有する公知のセンサであればよく、特にその形式等を限定するものではない。

酸素センサ１０には、図２（ａ）に示すように、検出素子（図示せず）を内部に配置する外筒１２および主体金具１３（以下、「金具１３」とも表記する。）などを備えるセンサ本体１１と、コネクタ１４と、が主に設けられている。酸素センサ１０は、吸気配管４１の内部に流れる吸気ガスを検出素子に晒すことで、吸気ガスに含まれる酸素濃度を測定する。

外筒１２および金具１３は、センサ本体１１の外形の一部を構成するものである。金具１３は、先端側の外周面にセンサ本体１１を吸入配管４１に取り付けるネジ部と、ネジ部をエンジンヘッドにネジ込むための取付工具を係合させる六角部と、が周方向にわたって設けられている。外筒１２は、金具１３の内部に差し込まれる筒状に形成され、内部に検出素子などが配置される部材である。

コネクタ１４は、センサ本体１１から延びる配線に設けられた部材であり、ＥＣＵ３０から延びる配線に設けられたコネクタ３１と結合されるものである。コネクタ１４およびコネクタ３１を結合させることにより、酸素センサ１０から出力される電流Ｉｐは、コネクタ１４およびコネクタ３１を介してＥＣＵ３０に入力される。

コネクタ１４には、バーコード（コード画像）１６が設けられている。バーコード１６を設ける方法としては、コネクタ１４に印刷する方法や、レーザー等を用いて焼き付ける方法や、印刷されたシールを貼り付ける方法など、種々の方法を用いることができる。

バーコード１６は、酸素センサ１０における後述する定数Ａの値、および、定数Ｂの値（特許請求の範囲の「検出特性データ」に相当する。）を表す模様を有するものである。定数Ａの値、および、定数Ｂの値は、酸素センサ１０が使用される前、例えば、酸素センサ１０を出荷する前に、予めＯ_２濃度および圧力が判っているガスの酸素濃度を測定して、実験的に測定される。または、後述する式（２）および式（３）に基づいて、定数Ａの値、および、定数Ｂの値を予め求めてもよい。

なお、定数Ａは、特許請求の範囲の「圧力感度」および「検出感度」を含む定数である。また、定数Ｂは、特許請求の範囲の「圧力感度」を含む定数であり、言い換えると、特許請求の範囲の「検出感度」は含まない定数である。

なお、バーコード１６としては、複数の線を一方向に並べた一次元コードの形式のものを用いてもよいし、ドットを直交する二方向に並べた二次元コードの形式のものを用いてもよく、その形式を特に限定するものではない。

なお、バーコード１６は、上述のようにコネクタ１４に設けられていてもよいし、図２（ｂ）に示すように、外筒１２および金具１３のいずれか一方に設けられていてもよく、バーコード１６を設ける位置を特に限定するものではない。このように、バーコード１６を用いることで、後述するＥＣＵ３０への検出特性データの受け渡しの簡易性が向上する。

圧力センサ２０は、図１に示すように、吸入配管４１の内部を流れる吸気ガスの圧力を測定するセンサであり、吸気ガスの圧力に応じた測定信号を出力するものである。なお、圧力センサ２０としては、公知の圧力センサを用いることができ、特に限定するものではない。

ＥＣＵ３０は、酸素センサ１０の出力値および圧力センサ２０の圧力値に基づいて、吸入配管４１の内部を流れる吸気ガスの酸素濃度を演算により求めるものであり、少なくとも、求められた酸素濃度に基づいて内燃機関４０の運転状態を制御するものである。ＥＣＵ３０における酸素濃度の算出方法については後述する。

次に、上記の構成からなるガスセンサ装置１における酸素濃度の算出方法について説明する。図３は、図１のＥＣＵ３０における酸素濃度の算出方法を説明するフローチャートである。

まず、ガスセンサ装置１に酸素センサ１０が取り付けられる際に、コネクタ１４に設けられたバーコード１６が読み取られる。バーコード１６を読み取ることにより、酸素センサ１０の定数Ａの値、および、定数Ｂの値を取得することができ、これら定数Ａの値、および、定数Ｂの値が、ＥＣＵ３０に入力される（Ｓ１０）。入力された定数Ａの値、および、定数Ｂの値は、ＥＣＵ３０の記憶部等に保存される。

その後ＥＣＵ３０は、酸素センサ１０から出力される出力値（電流Ｉｐ）、および、圧力センサ２０から出力される測定信号である圧力に係る電気信号を取得する処理を実行する（Ｓ１１）。圧力に係る電気信号は、ＥＣＵ３０において予め記憶されているテーブルなどに基づいて、吸入配管４１の内部を流れる吸気ガスの圧力値Ｐに変換される。

次にＥＣＵ３０は、下記の式（１）に基づいて、仮Ｏ_２濃度（特許請求の範囲の「仮特定成分濃度」に相当する。）を算出する処理を実行する（Ｓ１２）。仮Ｏ_２濃度は、フィックの法則から導かれる式（１）に、電流Ｉｐの値および吸気ガスの圧力値Ｐを代入して得られる酸素濃度の値である。

ここで、Ｉｐは酸素センサ１０から出力された出力値であり、Ｐは圧力センサ２０により測定された圧力値である。なお、Ａ、Ｂは２つの圧力値に対して算出される仮特定成分濃度が近似可能な定数であり、Ｓ１０においてＥＣＵ３０に入力される定数である。その一方で、定数Ａは下記の式（２）により定まる定数、定数Ｂは下記の式（３）により定まる定数として把握される。

ここで、Ｌは酸素センサ１０の拡散孔の長さ（ｍ）、Ｒは気体定数（８．３１４ＪＫ^−１ｍｏｌ^−１）、Ｓは酸素センサ１０の拡散孔の断面積（ｍ^２）、Ｆはファラデー定数（９．６４８５×１０^４Ｃｍｏｌ^−１）、Ｔは酸素センサ１０の拡散孔を通過する時のガスの温度（Ｋ）である。

なお、本実施形態では、上述のように予めＯ_２濃度および圧力が判っているガスの酸素濃度を測定して、実験的に求める例に適用して説明するが、上記の式（２）および（３）から予め求めてもよく、特に限定するものではない。

仮Ｏ_２濃度が算出されると、ＥＣＵ３０は、次に係数Ｃを算出する計算式を決定する処理を実行する（Ｓ１３）。係数Ｃは、仮Ｏ_２濃度からＯ_２濃度（特許請求の範囲の「特定成分濃度」に相当する。）を求める下記の式（４）の補正項に含まれる係数である（式（５）参照）。

係数Ｃは、圧力センサ２０により測定された吸気ガスの圧力に応じて異なる計算式に基づいて算出される。本実施形態では、所定の圧力値Ｐ_Ｔ未満の場合には、下記の式（６）が計算式として選択され、圧力値Ｐ_Ｔ以上の場合には、下記の式（７）が計算式として選択される例に適用して説明する。

ｘは圧力センサ２０により測定された吸気ガスの圧力である。
ここで、ａは仮Ｏ_２濃度の値に基づいて定まる係数であり、具体的には図４（ａ）に示すように、仮Ｏ_２濃度の値が高くなる伴い値が小さくなる係数である。ｂは仮Ｏ_２濃度の値に基づいて定まる係数であり、具体的には図４（ｂ）に示すように、仮Ｏ_２濃度の値が高くなる伴い値が大きくなる係数である。ｃは仮Ｏ_２濃度の値に基づいて定まる係数であり、具体的には図４（ｃ）に示すように、仮Ｏ_２濃度の値が高くなる伴い値が小さくなる係数である。

ｄは仮Ｏ_２濃度の値に基づいて定まる係数であり、具体的には図５（ａ）に示すように、仮Ｏ_２濃度の値によって変化する係数である。ｅは仮Ｏ_２濃度の値に基づいて定まる係数であり、具体的には図５（ｂ）に示すように、仮Ｏ_２濃度の値が高くなる伴い値が小さくなる係数である。

ＥＣＵ３０において係数Ｃを算出する計算式が選定されると、次に、係数Ｃを算出する処理がＥＣＵ３０によって実行される（Ｓ１４）。
例えば、圧力センサ２０により測定された吸気ガス圧力が圧力値Ｐ_Ｔ未満の場合には、ＥＣＵ３０は上記の式（６）を計算式として選択し、算出された仮Ｏ_２濃度に対応する係数ａ，ｂ，ｃの値、および、圧力センサ２０により測定された吸気ガス圧力に基づいて係数Ｃの値を算出する処理を実行する。

係数Ｃの値が算出されると、補正項の値である補正値を演算で求める処理がＥＣＵ３０によって実行される（Ｓ１５）。具体的には、上述の式（５）、算出された仮Ｏ_２濃度、および、Ｓ１４において算出された係数Ｃの値に基づいて、補正項の値が演算により求められる。

そして、上述の式（４）、算出された仮Ｏ_２濃度、および、Ｓ１５において算出された補正項の値に基づいて、Ｏ_２濃度（特定成分濃度）の算出処理がＥＣＵ３０により実行される（Ｓ１６）。以上により、ガスセンサ装置１における酸素濃度の算出が完了する。

上記の構成のガスセンサ装置１によれば、バーコード１６に記憶された検出特性データに基づいて、酸素センサ１０の圧力による影響の個体差、言い換えるとバラツキの影響を抑制することができる。つまり、検出特性データを用いない場合には、圧力が異なる同一濃度の特定ガス成分を含むガスを測定しても、酸素センサ１０が異なると圧力による影響が異なるため、ＥＣＵ３０により算出される特定成分濃度に違いが生じる。そこで、バーコード１６に記憶されたガスセンサ個々の検出特性データを用いることにより、酸素センサ１０の違いによって特性成分濃度に違いが生じることを抑制することができる。

また、バーコード１６に記憶された検出特性データに基づいて、酸素センサ１０の検出感度の個体差、言い換えるとバラツキの影響をも抑制することができる。つまり、検出特性データに検出感度等が含まれていない場合、特定成分濃度が受ける圧力の影響を緩和しても、酸素センサ１０によって検出感度の影響が異なるため、ＥＣＵ３０により算出される特定成分濃度に違いが生じる。そこで、特定成分濃度の検出感度を用いることにより、酸素センサ１０の違いによって特定成分濃度に違いが生じることを抑制することができる。

更に、検出特性データをバーコード１６に記憶させることにより、ＥＣＵ３０への検出特性データの受け渡しが容易となる。例えば、酸素センサ１０にバーコード１６のような情報記憶媒体が備えられていない場合には、その酸素センサ１０に対応する検出特性データを演算部へ受け渡しすることが煩雑になる。これに対して、酸素センサ１０にバーコード１６を備えることにより、その酸素センサ１０に対応する検出特性データの受け渡しが容易となる。

また、圧力感度および検出感度を含む定数Ａ、および、圧力感度を含む定数Ｂを検出特性データとして記憶することにより、検出特性データが圧力感度および検出感度である場合と比較して、上記の式（１）を用いた特定成分濃度を算出する演算処理が容易となる。つまり、検出特性データが圧力感度および検出感度である場合、ＥＣＵ３０は、圧力感度および検出感度から定数Ａおよび定数Ｂを求める演算を行い、その後に、上記の式（１）を用いて特定成分濃度を算出する。これに対して、最初から定数Ａおよび定数Ｂなどを検出特性データとすることにより、定数Ａおよび定数Ｂを算出する処理を行うことなく、直接、特定成分濃度を算出する処理を行うことができる。

なお、上述の実施形態では、バーコード１６が定数Ａの値、および、定数Ｂの値を直接表す例に適用して説明したが、他の方法で表してもよく、特に限定するものではない。例えば、定数Ａの値を複数のランク（補正係数Ａ）に分け、定数Ｂの値も同様に複数のランク（補正係数Ｂ）に分け、バーコード１６が定数Ａのランク、および、定数Ｂのランクを表してもよい。さらには、定数Ａのランクおよび定数Ｂランクから構成されるマトリクスにおいて、酸素センサ１０がマトリクスのどの位置に対応するかを特定する情報（第２特定情報）を、バーコード１６が表してもよい。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態では、酸素センサ１０にバーコード１６を設け、圧力感度および検出感度を含む定数Ａの値、および、圧力感度を含む定数Ｂの値をバーコード１６に記憶させていたが、他の実施形態では、圧力感度および検出感度を含む定数Ａのランク及び圧力感度を含む定数Ｂのランクから構成されるマトリクス（第２特定情報）に対応する補正抵抗体１８を酸素センサ１０に設けることが異なる。以下、他の実施形態と本実施形態とが異なる点を中心に説明し、同じ点については説明を省略する。

図６に示すように、酸素センサ１０には、補正抵抗体１８が設けられている。この補正抵抗体１８には、酸素センサ１０が定数Ａのランクおよび定数Ｂのランクから構成されるマトリクス（第２特定情報）のどの位置に対応するかを特定する情報を記憶させている。この場合、補正抵抗１８の抵抗値と、上述の特定する情報との対応が予め定められている。そのため、補正抵抗１８の抵抗値を測定することにより、上述の特定する情報を知ることができ、引いては定数Ａのランクおよび定数Ｂのランクを知ることができる。

補正抵抗１８はコネクタ１４に内蔵され、コネクタ１４がコネクタ３１に接続されると、ＥＣＵ３０により補正抵抗１８の抵抗値が測定される。これにより、定数Ａのランクおよび定数ＢのランクがＥＣＵ３０に入力される。

このように、他の実施形態によれば、補正抵抗体１８に記憶された検出特性データに基づいて、酸素センサ１０の圧力感度の個体差、言い換えるとバラツキの影響を抑制することができる。つまり、検出特性データを用いない場合には、圧力が異なる同一濃度の特定ガス成分を含むガスを測定しても、酸素センサ１０が異なると圧力による影響が異なるため、ＥＣＵ３０により算出される特定成分濃度に違いが生じる。そこで、補正抵抗体１８に記憶された酸素センサ１０個々の検出特性データ（つまり、第１特定情報）を用いることにより、酸素センサ１０の違いによって特定成分濃度に違いが生じることを抑制することができる。

また、他の実施形態によれば、補正抵抗体１８に記憶された検出特性データに基づいて、酸素センサ１０の検出感度の個体差、言い換えるとバラツキの影響をも抑制することができる。つまり、検出特性データに検出感度等が含まれていない場合、特定成分濃度が受ける圧力の影響だけでなく、酸素センサ１０によって検出感度の影響が異なるため、ＥＣＵ３０により算出される特定成分濃度に違いが生じる。そこで、補正抵抗体１８に記憶されたガスセンサ個々の検出特性データ（つまり、第１特定情報）を用いることにより、酸素センサ１０の違いによって特定成分濃度に違いが生じることを抑制することができる。

そして、このように検出特性データをマトリクスとして記憶させることにより、補正抵抗１８のように記憶できる情報量に制限が存在する情報記憶媒体であっても、制限に影響されることなく必要な情報量を補正抵抗１８に記憶させることができる。または、情報記憶媒体に求められる情報の記憶容量の増大を抑制することができ、情報記憶媒体の大型化や、コストの上昇を抑制することができる。

更に、検出特性データを補正抵抗体１８に記憶させることにより、ＥＣＵ３０への検出特性データの受け渡しが容易となる。例えば、酸素センサ１０に補正抵抗体１８が備えられていない場合には、その酸素センサ１０に対応する検出特性データをＥＣＵ３０へ受け渡しすることが煩雑になる。これに対して、酸素センサ１０に補正抵抗体１８を備えることにより、酸素センサ１０に対応する検出特性データの受け渡しが容易となる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記の実施形態では、本発明のガスセンサ装置１を、内燃機関４０に吸入される吸気ガスに含まれる酸素濃度を測定する例に適用して説明するが、内燃機関４０から排気される排気ガスに含まれる酸素濃度を測定する例に適用してもよいし、排気ガスに含まれる窒素酸化物濃度を測定する例に適用してもよく、特に限定するものではない。但し、吸気ガスにおいては、ガスの圧力変動が大きく、後述するセンサ素子の出力値とＯ_２濃度により誤差が生じやすい状況となるため、本発明のガスセンサ装置を用いることが有効となる。

さらに、上述の実施形態のように、ＥＣＵ３０は、フィックの法則に基づいて特定成分濃度を求める演算を行ったが、その他の特定成分濃度を求める演算式に基づく演算を行ってもよい。この場合、本実施形態では、バーコード１６には、上述の定数Ａの値、および、定数Ｂの値の代わりに、酸素センサ１０の圧力感度の値、および、検出感度の値が記憶される。または、圧力感度に対するランク（第１補正係数）、および、検出感度に対するランク（第２補正係数）が記憶されてもよい。さらには、圧力感度に対するランク、および、検出感度に対応するランクを関連付けたマトリクスのどの位置に対応するかを特定する情報（第１特定情報）が記憶されてもよい。また、他の実施形態では、定数Ａのランクおよび定数Ｂのランクから構成されるマトリクス（第２特定情報）に対応する補正抵抗体１８の代わりに、酸素センサ１０の圧力感度に対するランク、および、検出感度に対応するランクを関連付けたマトリクスに対応する補正抵抗体を酸素センサに持たせればよい。

１…ガスセンサ装置、１０…酸素センサ（ガスセンサ）、３０…エンジンコントロールユニット（演算部）、１６…バーコード（コード画像）、１８…補正抵抗体、２０…圧力センサ、４０…内燃機関

Claims

内燃機関に設けられた流路内を流れるガスに含まれる特定ガス成分の濃度に応じた出力値を出力するガスセンサと、
前記ガスセンサから出力される出力値、および、前記ガスの圧力である圧力値に基づいて前記特定ガス成分の濃度である特定成分濃度を算出する演算部と、
が設けられたガスセンサ装置であって、
前記ガスセンサには、ガスセンサ個々の検出特性データとして、前記特定成分濃度の圧力感度もしくは該圧力感度に対応する第１補正係数、及び前記特定成分濃度の検出感度もしくは該検出感度に対応する第２補正係数を記憶したコード画像を備え、
前記演算部は、前記コード画像に記憶された前記検出特性データに基づいて、前記ガスセンサの前記圧力感度の個体差の影響を抑制、及び前記ガスセンサの前記検出感度の個体差の影響を抑制した前記特定成分濃度を算出することを特徴とするガスセンサ装置。
前記ガスセンサの前記コード画像は、ガスセンサ個々の検出特性データとして、前記第１補正係数及び前記第２補正係数を関連づけた第１特定情報を記憶していることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ装置。
前記演算部は、下式

（Ｉｐ：前記ガスセンサから出力される前記出力値、Ｐ：前記圧力値、Ａ、Ｂ：２つの圧力値と、２つの圧力値に対応する２つの出力値とにより算出される２つの仮特定成分濃度を近似可能にする定数）
にて仮特定成分濃度を算出し、さらに、前記仮特定成分濃度及び前記圧力値の関する補正項に基づき補正値を算出し、前記補正値を用いて前記仮特定成分濃度を補正して前記特定成分濃度を算出するものであり、
前記ガスセンサの前記コード画像には、前記圧力感度および前記検出感度を含む前記定数Ａ、並びに、前記圧力感度を含む前記定数Ｂを前記検出特性データとして、前記定数Ａに対応する補正係数Ａ、および、前記定数Ｂに対応する補正係数Ｂを前記検出特性データとして、または、前記補正係数Ａ及び前記補正係数Ｂを関連づけた第２特定情報を前記検出特性データとして記憶することを特徴とする請求項１または請求項２記載のガスセンサ装置。
前記コード画像は、１次元のバーコード及び２次元のバーコードのいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガスセンサ装置。
内燃機関に設けられた流路内を流れるガスに含まれる特定ガス成分の濃度に応じた出力値を出力するガスセンサと、
前記ガスセンサから出力される出力値、および、前記ガスの圧力である圧力値に基づいて前記特定ガス成分の濃度である特定成分濃度を算出する演算部と、
が設けられたガスセンサ装置であって、
前記ガスセンサには、ガスセンサ個々の検出特性データとして、前記特定成分濃度の圧力感度に対応する第１補正係数、及び前記特定成分濃度の検出感度に対応する第２補正係数を関連づけた第１特定情報を記憶した補正抵抗体を備え、
前記演算部は、前記補正抵抗体に記憶された前記検出特性データに基づいて、前記ガスセンサの前記圧力感度の個体差の影響を抑制、及び前記ガスセンサの前記検出感度の個体差の影響を抑制した前記特定成分濃度を算出することを特徴とするガスセンサ装置。
前記演算部は、下式

（Ｉｐ：前記ガスセンサから出力される前記出力値、Ｐ：前記圧力値、Ａ、Ｂ：２つの圧力値と、２つの圧力値に対応する２つの出力値とにより算出される２つの仮特定成分濃度を近似可能にする定数）
にて仮特定成分濃度を算出し、さらに、前記仮特定成分濃度及び前記圧力値の関する補正項に基づき補正値を算出し、前記補正値を用いて前記仮特定成分濃度を補正して前記特定成分濃度を算出するものであり、
前記ガスセンサの前記補正抵抗体には、前記圧力感度および前記検出感度を含む前記定数Ａに対応する前記補正係数Ａ、及び前記圧力感度を含む前記定数Ｂに対応する前記補正係数Ｂを関連づけた第２特定情報を前記検出特性データとして記憶することを特徴とする請求項５記載のガスセンサ装置。
内燃機関に設けられた流路内を流れるガスに含まれる特定ガス成分の濃度に応じた出力値を出力するガスセンサと、
前記ガスセンサから出力される出力値、および、前記ガスの圧力である圧力値に基づいて前記特定ガス成分の濃度である特定成分濃度を算出する演算部と、
が設けられたガスセンサを用いた濃度測定方法であって、
前記演算部は、前記ガスセンサに備えられた前記コード画像に、ガスセンサ個々の検出特性データとして記憶された前記特定成分濃度の圧力感度もしくは該圧力感度に対応する第１補正係数、及び前記特定成分濃度の検出感度もしくは該検出感度に対応する第２補正係数を取得し、
取得した前記検出特性データに基づいて、前記ガスセンサの前記圧力感度の個体差の影響を抑制、及び前記ガスセンサの前記検出感度の個体差の影響を抑制した前記特定成分濃度を算出することを特徴とするガスセンサを用いた濃度測定方法。
前記演算部は、ガスセンサ個々の検出特性データとして前記コード画像に記憶された前記第１補正係数及び前記第２補正係数を関連づけた第１特定情報を取得し、
取得した前記検出特性データに基づいて、前記ガスセンサの前記圧力感度の個体差の影響を抑制、及び前記ガスセンサの前記検出感度の個体差の影響を抑制した前記特定成分濃度を算出することを特徴とする請求項７に記載のガスセンサを用いた濃度測定方法。
前記演算部は、前記コード画像に、前記検出特性データとして記憶された前記圧力感度および前記検出感度を含む前記定数Ａ、並びに、前記圧力感度を含む前記定数Ｂ、前記検出特性データとして記憶された前記定数Ａに対応する補正係数Ａ、および、前記定数Ｂに対応する補正係数Ｂ、または、前記検出特性データとして記憶された前記補正係数Ａ及び前記補正係数Ｂを関連づけた第２特定情報を取得し、
下式

（Ｉｐ：前記ガスセンサから出力される前記出力値、Ｐ：前記圧力値、Ａ、Ｂ：２つの圧力値と、２つの圧力値に対応する２つの出力値とにより算出される２つの仮特定成分濃度を近似可能にする定数）
にて仮特定成分濃度を算出し、
さらに、前記仮特定成分濃度及び前記圧力値の関する補正項に基づき補正値を算出し、
前記補正値を用いて前記仮特定成分濃度を補正して前記特定成分濃度を算出することを特徴とする請求項７または請求項８記載のガスセンサを用いた濃度測定方法。
前記コード画像は、１次元のバーコード及び２次元のバーコードのいずれかであることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載のガスセンサを用いた濃度測定方法。
内燃機関に設けられた流路内を流れるガスに含まれる特定ガス成分の濃度に応じた出力値を出力するガスセンサと、
前記ガスセンサから出力される出力値、および、前記ガスの圧力である圧力値に基づいて前記特定ガス成分の濃度である特定成分濃度を算出する演算部と、
が設けられたガスセンサを用いた濃度測定方法であって、
前記演算部は、前記ガスセンサに備えられた補正抵抗体に、ガスセンサ個々の検出特性データとして記憶された前記特定成分濃度の圧力感度に対応する第１補正係数、及び前記特定成分濃度の検出感度に対応する第２補正係数を関連付けた第１特定情報を取得し、
取得した前記検出特性データに基づいて、前記ガスセンサの前記圧力感度の個体差の影響を抑制、及び前記ガスセンサの前記検出感度の個体差の影響を抑制した前記特定成分濃度を算出することを特徴とするガスセンサを用いた濃度測定方法。
前記演算部は、前記補正抵抗体に、前記検出特性データとして記憶された前記圧力感度および前記検出感度を含む前記定数Ａに対応する前記補正係数Ａ、及び前記圧力感度を含む前記定数Ｂに対応する前記補正係数Ｂを関連づけた第２特定情報を取得し、
下式

（Ｉｐ：前記ガスセンサから出力される前記出力値、Ｐ：前記圧力値、Ａ、Ｂ：２つの圧力値と、２つの圧力値に対応する２つの出力値とにより算出される２つの仮特定成分濃度を近似可能にする定数）
にて仮特定成分濃度を算出し、
さらに、前記仮特定成分濃度及び前記圧力値の関する補正項に基づき補正値を算出し、
前記補正値を用いて前記仮特定成分濃度を補正して前記特定成分濃度を算出することを特徴とする請求項１１記載のガスセンサを用いた濃度測定方法。