JP6453594B2 - 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 - Google Patents

Description

本発明は、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（例えば酸素濃度）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では、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センサ素子と、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、特許文献１には、センサ素子から出力された特定ガス成分の濃度に関する出力値に対して、圧力センサにより測定された圧力値に基づく係数を乗じて、特定ガス成分の濃度に関するガスセンサの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

上述の特許文献１に記載された方法では、時間の経過に伴う圧力の変動が比較的小さい場合（静的な圧力変化の場合）には、ガスセンサの出力値から圧力の影響を除去しやすい。しかしながら、時間の経過に伴う圧力変動が比較的大きい場合（動的な圧力変化の場合）には、ガスセンサの出力値から圧力の影響を除去しきれず、特定ガス成分の濃度測定精度が大きく低下するという問題があった。

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、圧力が動的に変化する場合にも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、演算部は、所定期間あたりの前記圧力値の変化量から圧力変化速度を算出する圧力変化速度算出手段と、前記圧力変化速度が所定速度を超えるか否かを判定する圧力変化速度判定手段と、前記圧力変化速度が所定速度を超えたと判定した場合に、算出した前記圧力速度に基づいて、前記出力値の補正量を算出する補正値算出手段と、該補正量算出手段にて算出した前記補正量を用いて前記ガスセンサの前記出力値を補正する出力補正手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明のガスセンサを用いた濃度測定方法は、ガスセンサから出力される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、および、前記ガスの圧力である圧力値に基づいて特定成分濃度を算出するガスセンサを用いた濃度測定方法であって、所定期間あたりの前記圧力値の変化量から圧力変化速度を算出する圧力変化速度算出ステップと、前記圧力変化速度が所定速度を超えるか否かを判定する圧力変化速度判定ステップと、前記圧力変化速度が所定速度を超えたと判定された場合に、算出した前記圧力変化速度に基づいて前記出力値の補正量を算出する補正量算出ステップと、算出した前記補正量を用いて前記ガスセンサの前記出力値を補正する出力補正ステップと、を有することを特徴とする。

本発明のガスセンサ装置、ガスセンサを用いた濃度測定方法によれば、圧力変化速度が所定速度を超えたときに、圧力変化速度に基づいて算出した補正量を用いてガスセンサの出力値を補正する。言い換えると、圧力が動的に変化する場合には、動的な変化の度合いに応じた補正量を用いてガスセンサの出力値を補正するため、圧力が動的に変化しても、求められる特定成分濃度の精度低下を抑制することができる。

その一方で、圧力変化速度が所定速度以下の場合には、圧力変化速度に基づいて算出した補正量を用いたガスセンサの出力値の補正は行われない。例えば、比較的早い周期で変動する圧力変化のような動的な圧力変化では、ガスセンサの出力値の補正が行われ、比較的遅い周期で変動する圧力変化のような静的な圧力変化では、ガスセンサの出力値の補正は行われない。そのため、圧力が動的に変化する場合にも測定精度の低下を抑制することができる。

上記発明のガスセンサ装置において、演算部は、所定期間あたりの前記圧力値の変化量を算出する変化量算出手段と、前記圧力値の変化量が所定の変化量を超えるか否かを判定する圧力変化判定手段と、を更に有し、前記補正量算出手段は、前記圧力変化速度判定手段にて前記圧力変化速度が所定速度を超えたと判定した場合、かつ、前記圧力変化量判定手段にて前記圧力値の変化量が所定の変化量を超えたと判定した場合に、算出した前記圧力変化速度に基づいて、前記出力値の補正量を算出することが好ましい。

上記発明のガスセンサを用いた濃度測定方法においては、前記所定期間あたりの前記圧力値の変化量を算出する変化量算出ステップと、前記圧力値の変化量が所定の変化量を超えるか否かを判定する変化量判定ステップと、を更に有し、前記補正量算出ステップは、前記圧力変化速度が所定速度を超えたと判定された場合、かつ、前記圧力値の変化量が所定の変化量を超えたと判定された場合に、算出した前記圧力変化速度に基づいて前記出力値の補正量を算出することが好ましい。

このように、圧力値の変化量が所定の変化量を超えたときに、補正量を用いてガスセンサの出力値を補正することにより、求められる特定成分濃度の精度低下を抑制することができる。例えば、所定期間あたりの圧力値の変化量が所定の変化量以下のような静的な圧力変化では、ガスセンサの出力値の補正は行われず、所定期間あたりの圧力値の変化量が所定の変化量を超えるような動的な圧力変化では、ガスセンサの出力値の補正が行われる。そのため、圧力が動的に変化する場合にも測定精度の低下を抑制することができる。

上記発明のガスセンサ装置においては、圧力生値を測定する圧力センサと、前記圧力生値を平均化処理する平均処理化手段と、を更に有し、前記平均処理化手段から出力される値を前記圧力値として用いることが好ましい。このように、平均化処理された圧力生値を圧力値として用いることにより、求められる特定成分濃度の精度低下を更に抑制しやすくなる。

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、圧力変化速度が所定速度を超えたときに、圧力変化速度に基づいて算出した補正量を用いてガスセンサの出力値を補正する。言い換えると、圧力が動的に変化する場合には、動的な変化の度合いに応じた補正量を用いてガスセンサの出力値を補正するため、圧力が動的に変化しても、求められる特定成分濃度の精度低下を抑制することができるという効果を奏する。

本発明の第１の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１のＥＣＵにおける酸素濃度の補正方法を説明するフローチャートである。 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。 ガスセンサ装置に関する実験装置の全体構成を説明する模式図である。 図６のチャンバの構成を説明する模式図である。 図８（ａ）はガス圧力が変化した際のＯ_２濃度の変化を示すグラフであり、図８（ｂ）はガスの圧力変化速度とＯ_２濃度の誤差との関係を示すグラフである。 図１のガスセンサ装置の別の実施例を説明する模式図である。 本発明の第２の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１０のガスセンサ装置における酸素濃度の補正方法を説明するフローチャートである。

〔第１の実施形態〕
この発明の第１の実施形態に係るガスセンサ装置１について、図１から図８を参照しながら説明する。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酸素濃度と排気ガスの吸気側への循環が生じていない時の酸素濃度との比である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。

なお、本実施形態では、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。

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。

圧力センサ２０は、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。

またＥＣＵ３０は、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、入出力インタフェース等を有するコンピュータシステムである。ＲＯＭ等に記憶されている制御プログラムは、ＣＰＵやＲＡＭ等を、圧力変化速度算出手段３１、圧力変化速度判定手段３２、補正量算出手段３３、および出力補正手段３４として少なくとも機能させるものである。なお、ＥＣＵ３０における酸素濃度の算出方法、具体的には、圧力変化算出手段３１、圧力変化速度判定手段３２、補正量算出手段３３、および出力補正手段３４における演算内容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２および図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。なお、本実施形態では、ガスセンサ装置１における酸素濃度の算出は、任意の時間間隔をあけて繰り返し行われる例に適用して説明する。

ガスセンサ装置１における酸素濃度の算出処理が開始されると、ＥＣＵ３０は、図２に示すように、酸素濃度の算出を開始する（Ｓ１０）。するとＥＣＵ３０は、図３に示すように、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（Ｓ１１１）。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（Ｓ１１２）。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、具体的には、Ａは下記の式（２）により定まる定数、Ｂは下記の式（３）により定まる定数である。

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、上述の係数Ａおよび係数Ｂは、上述の式（２）および式（３）に基づいて求めてもよいし、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（Ｓ１１３）。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。

算出手段３１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を算出する処理が算出手段３１によって実行される（Ｓ１１４）。
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、算出手段３１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算出手段３１によって実行される（Ｓ１１５）。具体的には、上述の式（５）、算出された仮Ｏ_２濃度、および、Ｓ１１４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、Ｓ１１５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）の算出処理が算出手段３１により実行される（Ｓ１１６）。

ＥＣＵ３０におけるＯ_２濃度の算出処理が終了すると、図２に戻り、ＥＣＵ３０は今回の圧力値Ｐの取得処理を行う（Ｓ２０）。圧力値Ｐは、Ｓ２０の処理を行うタイミングで、圧力センサ２０から出力される圧力に係る電気信号を取得し、圧力に係る電気信号を予め記憶されているテーブルなどに基づいて圧力値Ｐに変換してもよいし、上述のＳ１１１などにおいて取得した圧力値ＰをＥＣＵ３０のＲＡＭ等に記憶させておき、記憶させた圧力値Ｐを取得してもよい。

次いで、ＥＣＵ３０の圧力変化速度算出手段３１は圧力変化速度を求める算出処理を行う（Ｓ３０：圧力変化速度算出ステップ）。圧力変化速度の算出方法としては、次の方法を例示することができる。まず、前回のＯ_２濃度を算出する際に取得した前回の圧力値Ｐ０をＥＣＵ３０のＲＡＭ等から取得し、Ｓ２０で取得した今回の圧力値Ｐとの圧力差を求める。そして、この圧力差を、前回のＯ_２濃度を算出したタイミングと、今回のＯ_２濃度を算出するタイミングとの時間差（所定期間）で除算することにより圧力変化速度が求められる。なお、圧力変化速度を求める算出方法は、上述の方法に限られるものではなく、その他の種々の方法を用いることができる。

圧力変化速度の値が求められると、圧力変化速度判定手段３２は、求めた圧力変化速度と圧力変化速度の閾値Ｔｈａ（所定速度）との対比を行い、求めた圧力変化速度が閾値Ｔｈａを超えるか否かを判定する処理を行う（Ｓ４０：圧力変化速度判定ステップ）。

圧力変化速度が閾値Ｔｈａを超えると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、補正量算出手段３３は、補正量を求める演算処理を行う（Ｓ５０：補正量算出ステップ）。補正量は、Ｓ１０において求めたＯ_２濃度の補正に用いられるものである。Ｓ１０において求めたＯ_２濃度に含まれる誤差は、圧力変化速度と相関があるため、補正量を算出する方法としては、圧力変化速度に補正係数Ｃｆを乗算する方法を例示することができる。

補正量が求められると、出力補正手段３４は、真Ｏ_２濃度を求める演算処理を行う（Ｓ６０：出力補正ステップ）。真Ｏ_２濃度は、Ｓ１０において求めたＯ_２濃度から、Ｓ５０で求めた補正量を減算することにより求められる。このようにすることにより、Ｓ１０において求めたＯ_２濃度に含まれる動圧に依存した誤差を補正したより精度の高い真Ｏ_２濃度を求めることができる。

その一方で、Ｓ４０の処理において、圧力変化速度が閾値Ｔｈａ以下であると判定された場合（ＮＯの場合）には、出力補正手段３４は、Ｓ１０で求めたＯ_２濃度を、真Ｏ_２濃度とする処理を行う（Ｓ７０）。つまり、Ｓ１０で求めたＯ_２濃度に動圧に依存した誤差が含まれない、または、含まれていてもその影響が小さい場合には、補正を行うことなくＳ１０で求めたＯ_２濃度を、真Ｏ_２濃度とする。

上述のように補正された真Ｏ_２濃度が求められると、出力補正手段３４は、今回のＯ_２濃度を算出する際に取得した圧力値Ｐを、前回のＯ_２濃度を算出する際に取得した圧力値Ｐ０として記憶する処理を行う（Ｓ８０）。その後ＥＣＵ３０は、再びＳ１０に戻り、上述の演算処理を繰り返し行う。

次に、上記の構成からなるガスセンサ装置１を用いた酸素濃度を測定した実験結果について図６から図８を参照しながら説明する。ガスセンサ装置１を用いた酸素濃度を測定する実験は、図６に示す実験装置７０を用いて行われる。

実験装置７０は、酸素を所定濃度で含むガスが蓄えられたボンベ７１と、ボンベ７１から供給されたガスの圧力を調整するレギュレータ７２と、ガスの流量を調整するマスフローコントローラ７３と、ガスセンサ装置１が取り付けられるチャンバ７４と、タイマ７６と接続された二方弁７５と、から主に構成されている。

チャンバ７４には、図７に示すようにガスセンサ装置１の酸素センサ１０および圧力センサ２０が取り付けられている。本実験装置７０で用いられたチャンバ７４の容積は３６０ｃｃ（３６０ｍｌ）であり、チャンバ７４の直径は３５ｍｍである。また、本実験装置７０で用いられた二方弁７５はガスの流路を開閉するものであり、タイマ７６によって流路を開にする期間を制御するものである例に適用して説明する。

実験は、室温状況の下、ガスの流速を４０Ｌ／ｍｉｎ〜６Ｌ／ｍｉｎとし、ガスの圧力を１００ｋＰａから２００ｋＰａに変化させ、その後、１００ｋＰａに戻すという手順で行われている。図９（ａ）は、横軸を時間、縦軸をガスの圧力および測定されたＯ_２濃度の誤差としたグラフである。

図８（ａ）に示すように、ガスの圧力が１００ｋＰａから２００ｋＰａに上昇した際、補正前のＯ_２濃度は、圧力変化の影響により大きく上昇しているのに対し、補正後のＯ_２濃度は大きな影響を受けていないことが分かる。また、ガスの圧力が２００ｋＰａから１００ｋＰａに減少した際、補正前のＯ_２濃度は、圧力変化の影響により大きく低下しているのに対し、補正後のＯ_２濃度は大きな影響を受けていないことが分かる。

図８（ｂ）は、横軸が圧力変化速度、縦軸を測定されたＯ_２濃度の誤差としたグラフである。図８（ｂ）に示すように、ガスの圧力変化速度（ｋＰａ／ｓ）が大きくなるに伴い、測定されたＯ_２濃度の誤差は大きくなる。誤差は、圧力変化速度を変数とする一次関数とほぼ等しい変化を示している。そのため、本実施形態では、Ｓ１０において求めたＯ_２濃度の補正に用いられる補正量を、圧力変化速度に補正係数Ｃｆを乗算する方法で求める例に適用して説明している。この補正係数Ｃｆは、上述の一次関数の傾きにも相当するものである。なお、上述の一次関数の傾き、言い換えると補正係数Ｃｆは、酸素センサ１０の種類によって異なるものであり、さらには、同じ種類の酸素センサ１０であっても個体によっても異なるものである。

上記の構成のガスセンサ装置１によれば、圧力変化速度が閾値Ｔｈａを超えたときに、圧力変化速度に基づいて算出した補正量を用いて酸素センサ１０の出力値を補正する。言い換えると、圧力が動的に変化する場合には、動的な変化の度合いに応じた補正量を用いて酸素センサ１０の出力値を補正するため、圧力が動的に変化しても、求められるＯ_２濃度の精度低下を抑制することができる。

その一方で、圧力変化速度が閾値Ｔｈａ以下の場合には、圧力変化速度に基づいて算出した補正量を用いた酸素センサ１０の出力値の補正は行われない。例えば、比較的早い周期で変動する圧力変化のような動的な圧力変化では、酸素センサ１０の出力値の補正が行われ、比較的遅い周期で変動する圧力変化のような静的な圧力変化では、酸素センサ１０の出力値の補正は行われない。そのため、圧力が動的に変化する場合にも測定精度の低下を抑制することができる。

なお、上述の実施形態では、補正を行う前の酸素濃度の算出に際して、フィックの法則を用いて酸素濃度を算出する例に適用して説明したが、フィックの法則を用いないで酸素濃度を算出する例に適用してもよく、算出方法を特に限定するものではない。

また、上述の実施形態では、酸素センサ１０から出力される出力値である電流Ｉｐに対して処理を施すことなく、圧力センサ２０から出力された圧力生値のままでＯ_２濃度の算出に用いる例に適用して説明したが、平均化処理を行うことにより、高周波成分を取り除いた後の圧力値を用いてＯ_２濃度を算出してもよい。

例えば、図９に示すように、ＥＣＵ３０に高周波成分を取り除く平均処理化手段３８としての機能を持たせてもよいし、酸素センサ１０に平均処理化手段３８としての機能を発揮する回路を組み込んでもよい。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図１０および図１１を参照して説明する。本実施形態のガスセンサ装置の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、酸素濃度の算出方法が異なっている。よって、本実施形態においては、図１０および図１１を用いて酸素濃度の算出方法についてのみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。

本実施形態のガスセンサ装置１における酸素濃度の算出方法について図１０の模式図、および図１１のフローチャートを参照しながら説明する。なお、Ｓ１０の酸素濃度を算出する処理から、圧力変化速度と閾値Ｔｈａとの対比を行うＳ４０までの処理は、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

Ｓ４０の判定において、圧力変化速度が閾値Ｔｈａを超えると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ＥＣＵ３０に持たせた変化量算出手段３６は、圧力値の変化量を算出する処理を行う（Ｓ４１：変化量算出ステップ）。圧力値の変化量を算出する方法としては、次の方法を例示することができる。まず、前回のＯ_２濃度を算出する際に取得した前回の圧力値Ｐ０を出力補正手段３４のＲＡＭ等から取得し、Ｓ２０で取得した今回の圧力値Ｐとの差を取ることにより変化量が求められる。なお、圧力変化速度を求める算出方法は、上述の方法に限られるものではなく、その他の種々の方法を用いることができる。

圧力値の変化量が求められると、ＥＣＵ３０に持たせた圧力変化量判定手段３７は、求めた圧力値の変化量と閾値Ｔｈｂ(所定の変化量)との対比を行い、求めた圧力値の変化量が閾値Ｔｈｂを超えるか否かを判定する処理を行う（Ｓ４２：変化量判定ステップ）。

圧力値の変化量が閾値Ｔｈｂを超えると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、出力補正手段３４は、補正量を求める演算処理を行う（Ｓ５０）。その一方で、圧力値の変化量が閾値Ｔｈｂ以下と判定された場合（ＮＯの場合）には、出力補正手段３４は、Ｓ１０で求めたＯ_２濃度を、真Ｏ_２濃度とする処理を行う（Ｓ７０）。以降の処理内容は、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

上記の構成のガスセンサ装置１によれば、圧力値の変化量が閾値Ｔｈｂを超えたときに、補正量を用いて酸素センサ１０の出力値を補正することにより、求められるＯ_２濃度の精度低下を抑制することができる。例えば、圧力値の変化量が閾値Ｔｈｂ以下のような静的な圧力変化では、酸素センサ１０の出力値の補正は行われず、圧力値の変化量が閾値Ｔｈｂを超えるような動的な圧力変化では、酸素センサ１０の出力値の補正が行われる。そのため、圧力が動的に変化する場合にも測定精度の低下を抑制することができる。

なお、上述の実施形態では、圧力変化速度の算出（Ｓ３０）および圧力変化速度と閾値Ｔｈａとの対比（Ｓ４０）の処理を先に行い、その後に、圧力値の変化量の算出（Ｓ４１）および圧力値の変化量と閾値Ｔｈｂとの対比（Ｓ４２）の処理を行う例に適用して説明したが、この順序に限定するものではなく、圧力値の変化量の算出（Ｓ４１）および圧力値の変化量と閾値Ｔｈｂとの対比（Ｓ４２）の処理を先に行ってもよい。

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、本発明を上記の実施形態に適用したものに限られることなく、これらの実施形態を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定するものではない。

１…ガスセンサ装置、１０…酸素センサ（ガスセンサ）、２０…圧力センサ、３０…エンジンコントロールユニット（演算部）、３１…圧力変化速度算出手段、３２…圧力変化速度判定手段、３３…補正量算出手段、３４…出力補正手段、３６…変化量算出手段、３７…圧力変化量判定手段、３８…平均処理化手段、４０…内燃機関、Ｓ３０…圧力変化速度算出ステップ、Ｓ４０…圧力変化速度判定ステップ、Ｓ４１…変化量算出ステップ、Ｓ４２…変化量判定ステップ、Ｓ５０…補正量算出ステップ、Ｓ６０…出力補正ステップ

Claims (3)

1. 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、
   前記演算部は、前回濃度を算出したタイミングと、今回濃度を算出するタイミングとの時間差あたりの前記圧力値の変化量から圧力変化速度を算出する圧力変化速度算出手段と、
   前記圧力変化速度が所定速度を超えるか否かを判定する圧力変化速度判定手段と、
   前記圧力変化速度が前記所定速度を超えたと判定した場合に、算出した前記圧力変化速度に基づいて、前記出力値の補正量を算出する補正量算出手段と、
   該補正量算出手段にて算出した前記補正量を用いて前記ガスセンサの前記出力値を補正する出力補正手段と、
   を備え、
   前記演算部は、前記時間差あたりの前記圧力値の変化量を算出する変化量算出手段と、
   前記圧力値の変化量が所定の変化量を超えるか否かを判定する圧力変化量判定手段と、を更に有し、
   前記補正量算出手段は、前記圧力変化速度判定手段にて前記圧力変化速度が前記所定速度を超えたと判定した場合、かつ、前記圧力変化量判定手段にて前記圧力値の変化量が前記所定の変化量を超えたと判定した場合に、算出した前記圧力変化速度に基づいて、前記圧力値の補正量を算出することを特徴とするガスセンサ装置。
2. 圧力生値を測定する圧力センサと、前記圧力生値を平均化処理する平均処理化手段と、を更に有し、前記平均処理化手段から出力される値を前記圧力値として用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。
3. ガスセンサから出力される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、および、前記ガスの圧力である圧力値に基づいて特定成分濃度を算出するガスセンサを用いた濃度測定方法であって、
   前回濃度を算出したタイミングと、今回濃度を算出するタイミングとの時間差あたりの前記圧力値の変化量から圧力変化速度を算出する圧力変化速度算出ステップと、
   前記圧力変化速度が所定速度を超えるか否かを判定する圧力変化速度判定ステップと、
   前記圧力変化速度が前記所定速度を超えたと判定された場合に、算出した前記圧力変化速度に基づいて前記出力値の補正量を算出する補正量算出ステップと、
   算出した前記補正量を用いて前記ガスセンサの前記出力値を補正する出力補正ステップと、
   前記時間差あたりの前記圧力値の変化量を算出する変化量算出ステップと、
   前記圧力値の変化量が所定の変化量を超えるか否かを判定する変化量判定ステップと、を有し、
   前記補正量算出ステップは、前記圧力変化速度が所定速度を超えたと判定された場合、かつ、前記圧力値の変化量が前記所定の変化量を超えたと判定された場合に、算出した前記圧力変化速度に基づいて前記出力値の補正量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。

Images