JP5001086B2 - センサ制御装置 - Google Patents
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Description
図1は本発明が適用されたセンサ制御装置1の概略構成図、図2はガスセンサ素子5の概略構成図である。
ガスセンサ素子5は、図2に示すように、ポンプセル14と、多孔質拡散層18と、起電力セル24と、補強板30と、ヒータ80とを積層することにより構成されている。
またポンプセル14と起電力セル24との間には、多孔質拡散層18により包囲された拡散室20が形成されている。即ち、この拡散室20は、多孔質拡散層18を介して測定ガス雰囲気と連通されている。
図1に示すように、センサ特性検出回路3は、定電流源回路62より起電力セル24に一定の微小電流Icpを流しつつ、起電力セル24の両端に発生する電圧Vsが450mVになるように、ポンプセル14に流すポンプ電流Ipを制御して、拡散室20における酸素の汲み入れ、または汲み出しを行う。つまり、起電力セル24の両端に発生する電圧Vsが450mVになるように、拡散室20の酸素濃度をポンプセル14を用いて調整する。
センサ特性検出回路3において、第1オペアンプOP1は、第1コンデンサC1、第1スイッチSW1とともにサンプルホールド回路を形成している。このサンプルホールド回路は、起電力セル24のインピーダンス測定時に第1スイッチSW1をオンからオフ状態とし、起電力セル24の素子インピーダンス測定のための電流通電直前の起電力セル24の両端に発生する電圧Vsを保持することにより、素子インピーダンス測定直前の電圧VsをPID制御回路69に入力する役割を果たす。
第5オペアンプOP5は、第2コンデンサC2、第2スイッチSW2、抵抗R2と共に信号ホールド回路を形成している。この信号ホールド回路は、まず、起電力セル24のインピーダンス測定時に第2スイッチSW2がオフからオン状態になると、第3オペアンプOP3から電圧変化量ΔVsが入力される。そのあと、第2スイッチSW2がオンからオフ状態になると、この信号ホールド回路は、第2スイッチSW2がオン状態の時に第3オペアンプOP3から出力された電圧変化量ΔVsを第2コンデンサC2にて保持するとともに、電圧変化量ΔVsを表す素子インピーダンス信号Rpvsを素子インピーダンス信号出力端子41を介して中央演算処理装置2に対して出力する。
なお制御部59は、CPU、RAM、ROM、I/Oインタフェース等を備えるマイクロコンピュータを主体として構成されている。そして制御部59は、中央演算処理装置2からの指令に基づき、スイッチSW1,SW2,SW3の状態を制御するスイッチ制御処理を実行する。
具体的には、センサ特性検出回路3に対して、素子インピーダンス信号Rpvs(電圧変化量ΔVs)の測定の開始を指示するための測定指示信号Srを出力する処理を実行、S60に移行する。
図3に示すように、S50にて素子インピーダンスの測定を開始した後に、S60に移行すると、素子インピーダンスの測定開始または前回の素子インピーダンスの測定から、予め設定されたインピーダンス測定待機時間(本実施形態では、例えば100ms)が経過したか否かを判断する。ここで、インピーダンス測定待機時間が経過していない場合には(S60:NO)、S60の処理を繰り返すことで、インピーダンス測定待機時間が経過するまで待機する。一方、インピーダンス測定待機時間が経過した場合には(S60:YES)、S70にて、センサ特性検出回路3から出力された素子インピーダンス信号Rpvs(電圧変化量ΔVs)を入力し、これに基づいて、素子インピーダンスを測定し、この測定値を中央演算処理装置2のRAMに記憶する。
この素子温度推定処理が実行されると、中央演算処理装置2は、まずS410にて、S110の処理で記憶した素子インピーダンスの値に基づいてガスセンサ素子5の温度(素子温度)を算出する。尚、ここで算出された素子温度は、ヒータ80への通電が停止された時点における素子温度(以下、通電停止時素子温度ともいう)を示すものである。
例えば上記実施形態では、ヒータ80への投入電力量として、第1加熱時間発熱させる場合と、第2加熱時間発熱させる場合との何れか一方を選択するものを示したが、これに限られるものではなく、より多くの投入電力量の選択肢の中から選択できるようにしてもよい。例えば、素子温度と、ヒータ80に供給する投入電力量との相関関係を示すマップまたは計算式を予め保持しており、ヒータ抵抗87の抵抗値から素子温度を算出した後に、このマップまたは計算式を用いて求められた投入電力量をヒータ80に加えるようにしてもよい。
Claims (5)
- 固体電解質体を備え、予め設定された活性化温度まで加熱されることで、検出対象ガス中の特定ガス成分の濃度を検出することが可能となるガスセンサ素子と、通電により発熱して該ガスセンサ素子を加熱する発熱素子とを制御するセンサ制御装置であって、
前記発熱素子への通電が停止されたときの前記ガスセンサ素子の温度である通電停止時センサ素子温度を測定するガスセンサ素子温度測定手段と、
前記発熱素子への通電が停止されてから、前記発熱素子への通電が開始されるまでに経過した通電停止時間を測定する通電停止時間測定手段と、
前記ガスセンサ素子温度測定手段により測定された前記通電停止時センサ素子温度と、前記通電停止時間測定手段により測定された前記通電停止時間とに基づいて、前記発熱素子への通電が開始されるときの前記ガスセンサ素子の温度である通電開始時センサ素子温度を推定するガスセンサ素子温度推定手段と、
前記ガスセンサ素子温度推定手段により推定された前記通電開始時センサ素子温度に応じて、前記ガスセンサ素子が前記活性化温度となるように予め設定された活性化電力量を前記発熱素子に投入する発熱制御手段とを備え、
さらに、前記ガスセンサ素子のインピーダンスを検出し、記憶するインピーダンス検出手段を備えており、
前記ガスセンサ素子温度測定手段は、前記インピーダンス検出手段により前記発熱素子への通電が停止される直前に記憶された前記インピーダンスに基づいて前記通電停止時センサ素子温度を測定する
を備えることを特徴とするセンサ制御装置。 - 前記発熱制御手段は、
前記ガスセンサ素子温度推定手段により推定された前記通電開始時センサ素子温度が低いほど前記活性化電力量が大きくなるように前記活性化電力量を設定する
ことを特徴とする請求項1に記載のセンサ制御装置。 - 前記発熱制御手段は、
前記ガスセンサ素子温度推定手段により推定された前記通電開始時センサ素子温度が予め設定された判定用温度より高い場合には、前記活性化電力量を、前記判定用温度に応じて予め設定された第1電力量に設定し、前記ガスセンサ素子温度推定手段により推定された前記通電開始時センサ素子温度が前記判定用温度以下の場合には、前記活性化電力量を、前記判定用温度に応じて前記第1電力量より大きく設定された第2電力量に設定する
ことを特徴とする請求項2に記載のセンサ制御装置。 - 前記発熱制御手段は、前記発熱素子に活性化電力量を投入した後、前記インピーダンス検出手段により検出される前記インピーダンスに基づいて前記発熱素子の通電を制御する
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れかに記載のセンサ制御装置。 - 前記インピーダンス検出手段により検出されたインピーダンスに基づいて前記ガスセンサ素子が異常であるか否かを判断する異常判断手段を備え、
前記発熱制御手段は、前記異常判断手段により前記ガスセンサ素子が異常でないと判断された場合に、前記インピーダンスに基づいて前記発熱素子の通電を制御する
ことを特徴とする請求項4に記載のセンサ制御装置。
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