JP4614210B2 - ガス濃度検出システム - Google Patents
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Description
この特許文献1及び2には、ポンプセルの内側ポンプ電極及び酸素濃度測定セルの測定電極(共に測定ガス室に面する側の電極)と接続された共通端子に接続されるノードと、ポンプセルの外側ポンプ電極と接続された第1端子に接続され、ノードの電位を一定に保持するように、ポンプセルに正負にわたるポンプ電流を流す演算増幅回路と、ノードに検出抵抗器を介して出力端子が接続され、酸素濃度測定セルの電極間の電位が一定となるように、ポンプセルに流すポンプ電流の大きさを制御するPID制御回路と、を有するセンサ制御装置が開示されている。さらに、特許文献1及び2には、酸素濃度測定セルの素子抵抗を検出するための構成として、一端が第2端子(酸素濃度測定セルの基準電極が接続された端子に相当)に接続されると共に、他端がPID制御回路の入力端子に接続され、酸素濃度測定セルの素子抵抗を検出するときに、特定時間にわたって第2端子との接続を遮断し、それ以前の第2端子の電圧を保持するサンプルホールド回路と、第2端子に接続され、酸素濃度測定セルの素子抵抗を検出するための検出用電流を通電する電流源と、を有するセンサ制御装置が開示されている。
外側ポンプ電極及び内側ポンプ電極を有するポンプセルと測定電極及び基準電極を有する酸素濃度測定セルとが、被測定ガスを導入可能な測定ガス室に該内側ポンプ電極及び該測定電極が面するように積層されると共に、該外側ポンプ電極に接続される第1端子、該基準電極に接続される第2端子、該内側ポンプ電極及び該測定電極を同電位に接続する共通端子を備えるガス濃度センサと、
前記共通端子に接続されるノードと、前記第1端子に接続され、前記ノードの電位を一定に保持するように、該第1端子を介して前記ポンプセルに正負にわたるポンプ電流を流すポンプ電流通電手段と、前記ノードに出力端子が接続され、前記ポンプセルに流すポンプ電流の大きさを、前記酸素濃度測定セルの測定電極−基準電極間の電位が一定となるように制御する制御回路部と、一端が前記第2端子に接続されると共に、他端が前記制御回路部の入力端子に接続され、前記酸素濃度測定セルの素子抵抗を検出するときに、第1特定時間にわたって該第2端子との接続を遮断し、それ以前の該第2端子の電圧を保持する第1信号ホールド手段と、前記第2端子に接続され、前記酸素濃度測定セルの素子抵抗を検出するための検出用電流を、該第2端子を介して通電する検出用電流通電手段と、前記ポンプ電流が流れる経路の一部を構成すると共に、該ポンプ電流をガス濃度に応じた電圧信号に変換する電圧変換手段と、前記電圧変換手段にて変換した前記電圧信号を出力する電圧信号出力手段と、前記電圧信号出力手段から出力される電圧信号を取得する信号取得手段と、を含むセンサ制御装置と、
を備えるガス濃度検出システムであって、
前記センサ制御装置は、一端が前記電圧信号出力手段に接続されると共に、他端が前記信号取得手段に接続され、前記酸素濃度測定セルの素子抵抗を検出するときに、前記第1特定期間よりも長い第2特定期間にわたって前記電圧信号出力手段との接続を遮断し、それ以前の前記電圧信号を保持する第2信号ホールド手段を備えており、前記第2特定期間の開始タイミングは、前記第1特定期間の終了タイミングよりも前に設定され、且つ該第2特定期間の終了タイミングは、該第1特定期間の終了タイミングとなってから200μsec以上経過後に設定されることを特徴とする。
従って、本発明のガス濃度検出システムによれば、第1信号ホールド手段の電圧保持状態が解除されたとき、さらには第2信号ホールド手段の電圧保持状態が解除されたときのそれぞれにおいて、信号取得手段はノイズ成分の重畳のないあるいは非常に少ない電圧信号を取得することができ、信号取得手段の前段より得られる電圧信号を用いての精密な空燃比制御を実行することが可能となる。
また、本発明では、構成要件同士(例えば、第2端子と第1信号ホールド手段)を「接続」という記載で表したが、この「接続」は直結されるものに限定されず、他の電子部品を介して電気的に接続された状態までを含むものである。
図1は、ポンプセル14と酸素濃度測定セル24とを有する2セル式の酸素センサ(全領域空燃比センサとも呼ばれる)10と、この酸素センサ10に接続され酸素濃度の検出や素子抵抗の検出等の所定の制御を行うセンサ制御回路20とを含むガス濃度検出システム1の回路・ブロック図である。
センサ制御回路20は、端子Vcの電位を一定に保持するように、ポンプセル14に端子Ip1+(第1端子Ip+)を介してポンプ電流Ipを流すための演算増幅回路52、ポンプセル14に流すポンプ電流Ipの大きさを決定するためのPID制御回路51、酸素濃度測定セル24の基準電極28の酸素濃度(換言すれば、酸素基準室32の酸素濃度)を一定に保つために、酸素濃度測定セル24に微小電流Icpを通電するための第1電流源41、ポンプ電流Ipを制御する制御目標となる電圧を供給する定電圧源61、一端が端子Vcに接続される一方、他端が端子Poutに接続され、ポンプセル14を流れるポンプ電流Ipを電圧信号に変換する検出抵抗器50を含んでいる。
酸素センサ10が活性状態に達し、且つ後述する酸素濃度測定セル24の素子抵抗を検出する処理が実行されていないとき、スイッチSW1〜SW4、SW9はオンとされ、第1電流源41より酸素濃度測定セル24に微小電流Icpが流される。そして、PID制御回路51では、オペアンプ69の出力端子からの出力が入力され、酸素濃度測定セル24の両電極間に発生する電圧(電位)Vsが450mVとなるように、ポンプ電流Ipの大きさが制御される。具体的には、PID制御回路51にて制御目標電圧(450mV)と酸素濃度測定セルの両電極間に発生する電圧Vsとの偏差量ΔVsがPID演算され、この偏差量ΔVsが検出抵抗器50を介して演算増幅回路52の出力端子にフィードバックされてポンプセル14にポンプ電流Ipを流す。このポンプ電流Ipは、その正負の値により、ポンプセル14を介して演算増幅回路52の出力端子に流れ込むか、または演算増幅回路52の出力端子から供給される。
図1に示すように、センサ制御回路20では、第2バッファ46が、スイッチSW3、コンデンサ44と共に第1サンプルホールド回路81を構成している。つまり、この第1サンプルホールド回路81は、一端が端子Vs+1(第2端子Vs+)に接続され、他端がPID制御回路51の入力端子に接続されてなる。この第1サンプルホールド回路81は、酸素濃度検出時にはオフ状態とされ、酸素濃度測定セル24の素子抵抗を検出するときに、スイッチSW3がオンからオフ状態に切り替えられる。このようにスイッチSW3がオフ状態となることで、端子Vs+1との接続を遮断し、その直前の端子Vs+1の電圧(即ち、第2端子Vs+の電圧)を保持するように機能する。なお、スイッチSW3のオフ状態は、予め設定された第1特定期間にわたって維持される。
図4において、まず、S41で第2サンプルホールド回路83のスイッチSW9をオンからオフ状態に切り替える。これにより、第2サンプルホールド回路83は、第1差動増幅回路54との接続が遮断され、その直前に第1差動増幅回路54にて出力されていたガス濃度信号Vipを保持する。なお、以降に説明する素子抵抗検出処理の間、図3に示したフローチャートでは、所定時間t1(例えば、10msec)が経過する度に、第2サンプルホールド回路83にて保持されたガス濃度信号Vipが第1A/D変換回路58にて取得される。
例えば、ポンプセル14を流れるポンプ電流Ipを電圧に変換する検出抵抗器50の配置位置は、PID制御回路51の出力端子と端子Vcとの間に限られず、端子Ip+1とスイッチSW2との間に配置させるようにしても良い。また、第4電流源91及び第5電流源93、スイッチSW7及びSW8については、必ずしも設ける必要はなく、必要に応じて省略しても良い。また、上記実施の形態では、素子抵抗検出処理を行うにあたり、スイッチSW1〜SW3、SW5〜SW9のオン/オフを切り替える制御をマイコン30にて行うように構成したが、センサ制御回路20内にタイマー回路部を別途設け、さらにマイコン30より素子抵抗検出を実行するための開始信号をタイマー回路部に与えるように構成することにより、このタイマー回路を用いて各スイッチを所定のタイミングを経過する毎にオン/オフ制御させるようにしても良い。
Claims (2)
- 外側ポンプ電極及び内側ポンプ電極を有するポンプセルと測定電極及び基準電極を有する酸素濃度測定セルとが、被測定ガスを導入可能な測定ガス室に該内側ポンプ電極及び該測定電極が面するように積層されると共に、該外側ポンプ電極に接続される第1端子、該基準電極に接続される第2端子、該内側ポンプ電極及び該測定電極を同電位に接続する共通端子を備えるガス濃度センサと、
前記共通端子に接続されるノードと、
前記第1端子に接続され、前記ノードの電位を一定に保持するように、該第1端子を介して前記ポンプセルに正負にわたるポンプ電流を流すポンプ電流通電手段と、
前記ノードに出力端子が接続され、前記ポンプセルに流すポンプ電流の大きさを、前記酸素濃度測定セルの測定電極−基準電極間の電位が一定となるように制御する制御回路部と、
一端が前記第2端子に接続されると共に、他端が前記制御回路部の入力端子に接続され、前記酸素濃度測定セルの素子抵抗を検出するときに、第1特定時間にわたって該第2端子との接続を遮断し、それ以前の該第2端子の電圧を保持する第1信号ホールド手段と、
前記第2端子に接続され、前記酸素濃度測定セルの素子抵抗を検出するための検出用電流を、該第2端子を介して通電する検出用電流通電手段と、
前記ポンプ電流が流れる経路の一部を構成すると共に、該ポンプ電流をガス濃度に応じた電圧信号に変換する電圧変換手段と、
前記電圧変換手段にて変換した前記電圧信号を出力する電圧信号出力手段と、
前記電圧信号出力手段から出力される電圧信号を取得する信号取得手段と、
を含むセンサ制御装置と、
を備えるガス濃度検出システムであって、
前記センサ制御装置は、
一端が前記電圧信号出力手段に接続されると共に、他端が前記信号取得手段に接続され、前記酸素濃度測定セルの素子抵抗を検出するときに、前記第1特定期間よりも長い第2特定期間にわたって前記電圧信号出力手段との接続を遮断し、それ以前の前記電圧信号を保持する第2信号ホールド手段を備えており、
前記第2特定期間の開始タイミングは、前記第1特定期間の終了タイミングよりも前に設定され、且つ該第2特定期間の終了タイミングは、該第1特定期間の終了タイミングとなってから200μsec以上経過後に設定される
ことを特徴とするガス濃度検出システム。 - 請求項1に記載のガス濃度検出システムであって、
前記第2特定期間の開始タイミングは、前記第1特定期間の開始タイミング以前に設定される
ことを特徴とするガス濃度検出システム。
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