(57)【要約】【課題】ガスセンサの応答性評価の精度を向上させる。【解決手段】ガスセンサの応答性を評価するセンサ評価方法は、評価ガス供給工程と、データ取得工程とを備える。評価ガス供給工程は、第１排出状態と第２排出状態とを交互に繰り返すように評価ガスを供給する。第１，２排出状態では、第１，２指示空燃比となるように予め設定された評価ガスを排出する。データ取得工程は、評価ガス供給工程により評価ガスを供給させている間に、ガスセンサによる検出結果を示す検出データを連続して取得する。第１，２指示空燃比は、第１排出状態から第２排出状態へ変化する間と、第２排出状態から第１排出状態へ変化する間とにおいて、評価ガスの空燃比が理論空燃比とならないように設定される。【選択図】図１０
2020070778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガスに含まれる特定ガスの濃度を検出するガスセンサの応答性を評価するセンサ評価方法であって、
前記排気ガスの組成を模擬したガスを評価ガスとして、第１指示空燃比となるように予め設定された前記評価ガスを排出する第１排出状態と、前記第１指示空燃比とは異なる第２指示空燃比となるように予め設定された前記評価ガスを排出する第２排出状態とを交互に繰り返すように前記評価ガスを供給する評価ガス供給工程と、
前記評価ガス供給工程により前記評価ガスを供給させている間に、前記ガスセンサによる検出結果を示す検出データを連続して取得するデータ取得工程とを備え、
前記第１指示空燃比および前記第２指示空燃比は、前記第１排出状態から前記第２排出状態へ変化する間と、前記第２排出状態から前記第１排出状態へ変化する間とにおいて、前記評価ガスの空燃比が理論空燃比とならないように設定されるセンサ評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ評価方法であって、
前記第１指示空燃比および前記第２指示空燃比は、理論空燃比より小さいセンサ評価方法。
【請求項３】
請求項１に記載のセンサ評価方法であって、
前記第１指示空燃比および前記第２指示空燃比は、理論空燃比より大きいセンサ評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、排気ガスに含まれる特定ガスの濃度を検出するガスセンサの応答性を評価するセンサ評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ガスセンサを排気管に取り付け、リッチ側の空燃比とリーン側の空燃比とを交互に繰り返しながらガスセンサの出力を取得することにより、ガスセンサの応答性を評価する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１０５３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の技術では、空燃比をリッチからリーンに変化させた場合において、ガスセンサから出力されるポンプ電流に、リップル現象と称される余分な脈動電流が重畳され、ガスセンサの応答性を正しく評価できない場合があった。
【０００５】
本開示は、ガスセンサの応答性評価の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】
本開示の一態様は、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる特定ガスの濃度を検出するガスセンサの応答性を評価するセンサ評価方法であって、評価ガス供給工程と、データ取得工程とを備える。
【０００７】
評価ガス供給工程は、排気ガスの組成を模擬したガスを評価ガスとして、第１排出状態と、第２排出状態とを交互に繰り返すように評価ガスを供給する。第１排出状態では、第１指示空燃比となるように予め設定された評価ガスを排出する。第２排出状態では、第１指示空燃比とは異なる第２指示空燃比となるように予め設定された評価ガスを排出する。
【０００８】
データ取得工程は、評価ガス供給工程により評価ガスを供給させている間に、ガスセンサによる検出結果を示す検出データを連続して取得する。
そして、本開示のセンサ評価方法では、第１指示空燃比および第２指示空燃比は、第１排出状態から第２排出状態へ変化する間と、第２排出状態から第１排出状態へ変化する間とにおいて、評価ガスの空燃比が理論空燃比とならないように設定される。
【０００９】
このように構成された本開示のセンサ評価方法は、第１排出状態と第２排出状態との間で交互に状態が切り替わる場合に、評価ガスの空燃比が理論空燃比を跨がないために、ガスセンサによる検出値の急激な増加または減少の発生を抑制することができ、ガスセンサの応答性評価の精度を向上させることができる。
【００１０】
また、本開示の一態様では、第１指示空燃比および第２指示空燃比は、理論空燃比より小さいようにしてもよいし、理論空燃比より大きいようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態のセンサ評価システムの概略構成を示す図である。
【図２】ガスセンサの内部構造を示す断面図である。
【図３】センサ制御装置とガスセンサの概略構成を示す図である。
【図４】第１実施形態のセンサ応答評価処理を示すフローチャートである。
【図５】ポンプ電流値および当量比の時間変化を示すグラフである。
【図６】当量比の加算平均波形を示すグラフである。
【図７】無駄時間および６３％応答時間の算出方法を説明する図である。
【図８】パーセント変換当量比の時間変化を示すグラフである。
【図９】第２実施形態のセンサ評価システムの概略構成を示す図である。
【図１０】第２実施形態のセンサ応答評価処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施形態）
以下に本開示の第１実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態のセンサ評価システム１００は、図１に示すように、センサ評価装置１と、ガスセンサ３と、エンジン５と、エンジンＥＣＵ９と、センサ制御装置１０とを備える。ＥＣＵは、Electronic Control Unitの略である。
【００１３】
センサ評価装置１は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成された電子制御装置である。マイクロコンピュータの各種機能は、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、ＲＯＭが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。なお、ＣＰＵが実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。また、センサ評価装置１を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。
【００１４】
センサ評価装置１は、通信線８を介して、センサ制御装置１０との間でデータを送受信することが可能に構成されている。またセンサ評価装置１は、信号線６を介して、エンジンＥＣＵ９との間で電気信号を入出力することが可能に構成されている。
【００１５】
センサ制御装置１０は、車両に搭載され、ガスセンサ３を制御する。
センサ制御装置１０は、エンジン５を制御するエンジンＥＣＵ９との間で通信線８を介して、データを送受信することが可能に構成されている。
【００１６】
ガスセンサ３は、図２に示すように、センサ素子部１１と、主体金具２０と、セパレータ４４と、接続端子４８とを備える。なお、以下の説明では、ガスセンサ３のセンサ素子部１１が配置されている側（すなわち、図２の下側）を先端側、接続端子４８が配置されている側（すなわち、図２の上側）を後端側という。
【００１７】
センサ素子部１１は、軸線Ｏ方向に延びる板形状を有する。センサ素子部１１の後端には電極端子部１１Ａ，１１Ｂが配置されている。図２においては、図示を容易にするために、センサ素子部１１に形成された電極端子部を、電極端子部１１Ａおよび電極端子部１１Ｂのみとしている。
【００１８】
主体金具２０は、ガスセンサ３を排気管７に固定するネジ部２１が外表面に形成された筒状の部材である。主体金具２０は、軸線Ｏ方向に貫通する貫通孔２２と、貫通孔２２の径方向内側に突出する棚部２３とを備える。棚部２３は、貫通孔２２の径方向外側から中心に向かって先端側へ近づく傾きを有する内向きのテ―パ面として形成されている。
【００１９】
主体金具２０は、センサ素子部１１の先端側を、貫通孔２２から先端側に突出させ、セ
ンサ素子部１１の後端側を貫通孔２２の後端側に突出させた状態で保持する。
主体金具２０の貫通孔２２の内部には、先端側から後端側に向かって順に、センサ素子部１１の径方向周囲を取り囲む筒状の部材であるセラミックホルダ２４と、粉末充填層である滑石リング２５，２６と、セラミックスリーブ２７とが積層されている。
【００２０】
セラミックスリーブ２７と主体金具２０の後端側の端部との間には、加締めパッキン２８が配置されている。セラミックホルダ２４と主体金具２０の棚部２３との間には、金属ホルダ２９が配置されている。金属ホルダ２９は、内部に滑石リング２５とセラミックホルダ２４が収容され、滑石リング２５が圧縮充填されることによって金属ホルダ２９と滑石リング２５とは気密状に一体化されている。主体金具２０の後端側の端部は、加締めパッキン２８を介してセラミックスリーブ２７を先端側に向かって押し付けるように加締められる部分である。また、滑石リング２６が主体金具２０の内部で圧縮充填されることで、主体金具２０の内周面とセンサ素子部１１の外周面との間の気密が確保されている。
【００２１】
主体金具２０の先端側の端部には、ガス流通孔付きの外部プロテクタ３１およびガス流通孔付きの内部プロテクタ３２が設けられている。外部プロテクタ３１および内部プロテクタ３２は、先端側の端部が閉塞されたステンレス鋼などの金属材料から形成された筒状の部材である。内部プロテクタ３２は、センサ素子部１１の先端側の端部を覆った状態で主体金具２０に溶接され、外部プロテクタ３１は、内部プロテクタ３２を覆った状態で主体金具２０に溶接されている。
【００２２】
主体金具２０の後端側の端部外周には、筒状に形成された外筒４１の先端側の端部が溶接によって固定されている。さらに、外筒４１の後端側の端部である開口には、この開口を閉塞するグロメット４２が配置されている。
【００２３】
グロメット４２には、リード線５１が挿入されるリード線挿入孔が形成されている。リード線５１は、センサ素子部１１の電極端子部１１Ａおよび電極端子部１１Ｂに電気的に接続される。
【００２４】
セパレータ４４は、センサ素子部１１の後端側に配置された筒状に形成された部材である。セパレータ４４の内部に形成された空間は、軸線Ｏ方向に貫通する挿入孔４５である。セパレータ４４の外表面には、径方向外側に突出する鍔部４６が形成されている。
【００２５】
セパレータ４４の挿入孔４５には、センサ素子部１１の後端部が挿入され、電極端子部１１Ａ，１１Ｂがセパレータ４４の内部に配置される。
セパレータ４４と外筒４１との間には、筒状に形成された金属製の保持部材４７が配置されている。保持部材４７は、セパレータ４４の鍔部４６と接触するとともに外筒４１の内面と接触することにより、セパレータ４４を外筒４１に対して固定した状態で保持する。
【００２６】
接続端子４８は、センサ素子部１１の電極端子部１１Ａおよび電極端子部１１Ｂと、リード線５１とをそれぞれ独立に電気的に接続する導電部材である。なお、図２では、図示を容易にするために、２つの接続端子４８のみが図示されている。
【００２７】
センサ素子部１１は、図３に示すように、絶縁層１１１、固体電解質層１１２、絶縁層１１３、固体電解質層１１４、絶縁層１１５および絶縁層１１６が順次積層されて構成されている。絶縁層１１１，１１３，１１５，１１６は、アルミナを主体として形成されている。固体電解質層１１２，１１４は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体として形成されている。
【００２８】
センサ素子部１１は、図３の紙面に対して垂直な方向に延びる長尺の板状に形成されている。図３は、センサ素子部１１の先端側において、その長手方向と直交する断面を示している。
【００２９】
センサ素子部１１は、固体電解質層１１２と固体電解質層１１４との間に形成される検出室１２１を備える。検出室１２１は、センサ素子部１１の先端側において絶縁層１１３を貫通して形成される。
【００３０】
センサ素子部１１は、検出室１２１に隣接するようにして固体電解質層１１２と固体電解質層１１４との間に配置された拡散抵抗体１２２を介して、外部から検出室１２１の内部に排気ガスを導入する。拡散抵抗体１２２は、アルミナ等の多孔質材料で形成されている。
【００３１】
センサ素子部１１は、ポンピングセル１３０を備える。ポンピングセル１３０は、固体電解質層１１２と、ポンピング電極１３１，１３２とを備える。ポンピング電極１３１，１３２は、白金を主体として形成されている。ポンピング電極１３１は、固体電解質層１１２において検出室１２１と接触する面上に配置される。ポンピング電極１３２は、固体電解質層１１２を挟んでポンピング電極１３１とは反対側で固体電解質層１１２の面上に配置される。ポンピング電極１３２が配置された領域とその周辺の領域の絶縁層１１１は除去され、絶縁層１１１の代わりに多孔質体１３４が充填される。多孔質体１３４は、ポンピング電極１３２と外部との間で酸素の出入りを可能とする。
【００３２】
センサ素子部１１は、酸素濃度検出セル１４０を備える。酸素濃度検出セル１４０は、固体電解質層１１４と、検知電極１４２と、基準電極１４３を備える。検知電極１４２と基準電極１４３は、白金を主体として形成されている。検知電極１４２は、固体電解質層１１４における検出室１２１と接触する面上に配置される。基準電極１４３は、固体電解質層１１４を挟んで検知電極１４２とは反対側で固体電解質層１１４の面上に配置される。
【００３３】
センサ素子部１１は、ヒータ１５０を備える。ヒータ１５０は、白金を主体として形成され、通電されることで発熱する発熱抵抗体であり、絶縁層１１５と絶縁層１１６との間に配置される。
【００３４】
センサ制御装置１０は、ＣＡＮインターフェース回路１７０（以下、ＣＡＮＩ／Ｆ回路１７０）と、制御回路１８０と、マイクロコンピュータ１９０（以下、マイコン１９０）とを備える。ＣＡＮは、Controller Area Networkの略である。また、ＣＡＮは登録商標である。
【００３５】
ＣＡＮＩ／Ｆ回路１７０は、ＣＡＮ通信プロトコルに従って、エンジンＥＣＵ９との間でデータの送受信を行う。
制御回路１８０は、回路基板上に配置されたアナログ回路である。制御回路１８０は、電流駆動回路１８１、電流検出回路１８２、起電力検出回路１８３、基準電圧比較回路１８４、微小電流供給回路１８５およびヒータ電圧供給回路１８６を備える。
【００３６】
電流駆動回路１８１は、ポンピング電極１３１とポンピング電極１３２との間にポンピング電流Ｉｐを供給する。
電流検出回路１８２は、ポンピング電極１３１とポンピング電極１３２との間に流れるポンピング電流Ｉｐを検出する。電流検出回路１８２は、ポンピング電流Ｉｐの流れる向きとポンピング電流Ｉｐの大きさを示すポンピング電流検出信号を、マイコン１９０へ出力する。
【００３７】
起電力検出回路１８３は、検知電極１４２と基準電極１４３との間の起電力Ｖｓを検出し、検出した結果を基準電圧比較回路１８４へ出力する。
基準電圧比較回路１８４は、基準電圧（例えば、４５０ｍＶ）と起電力検出回路１８３の出力（すなわち、起電力Ｖｓ）とを比較し、比較結果を電流駆動回路１８１へ出力する。そして電流駆動回路１８１は、電圧Ｖｓが基準電圧と等しくなるように、ポンピング電流Ｉｐの流れる向きとポンピング電流Ｉｐの大きさとを制御する。なお、基準電圧は、検出室１２１の内部に導入された排気ガス中の水分が実質的に解離しない程度の所定値に設定される。
【００３８】
微小電流供給回路１８５は、検知電極１４２と基準電極１４３との間に微小電流Ｉｃｐを流すことにより、基準電極１４３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１４３に生成する。これにより、基準電極１４３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。
【００３９】
ヒータ電圧供給回路１８６は、発熱抵抗体であるヒータ１５０の両端に供給される電圧ＶｈをＰＷＭ制御してヒータ１５０を発熱させる。
マイコン１９０は、ＣＰＵ１９１、ＲＯＭ１９２、ＲＡＭ１９３を備える。マイクロコンピュータの各種機能は、ＣＰＵ１９１が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、ＲＯＭ１９２が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。なお、センサ制御装置１０を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。また、マイコン１９０が実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。
【００４０】
ＣＰＵ１９１は、ＲＯＭ１９２に記憶されたプログラムに基づいて、センサ素子部１１およびヒータ１５０を制御する処理と、ポンピング電流Ｉｐの流れる向きとポンピング電流Ｉｐの大きさに基づいて酸素濃度を算出する処理とを実行する。
【００４１】
次に、酸素濃度を検出するために行われるセンサ素子部１１の動作の一例について説明する。
酸素濃度を検出する場合には、まず、ヒータ電圧供給回路１８６を用いてヒータ１５０を通電制御し、センサ素子部１１が活性化するように加熱する。そして、微小電流供給回路１８５を用いて、基準電極１４３から検知電極１４２に向けて微小電流Ｉｃｐを流す。この通電より、検知電極１４２側から基準電極１４３側へ固体電解質層１１４を介して排気ガス中の酸素が汲み込まれ、基準電極１４３が酸素基準電極として機能する。
【００４２】
そして、起電力検出回路１８３を用いて、検知電極１４２と基準電極１４３との間に発生する起電力Ｖｓを検出する。さらに、基準電圧比較回路１８４を用いて、起電力Ｖｓと基準電圧とを比較する。電流駆動回路１８１は、基準電圧比較回路１８４による比較結果に基づいて、起電力Ｖｓが基準電圧に近づくように、ポンピングセル１３０のポンピング電極１３１，１３２間に流すポンピング電流Ｉｐの大きさと向きを制御する。なお、ポンピング電流Ｉｐの通電制御は、センサ素子部１１が活性化温度に維持された状態で実行される。
【００４３】
検出室１２１に流入した排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであった場合には、排気ガス中の酸素濃度が薄いため、ポンピングセル１３０によって外部から検出室１２１へ酸素を汲み入れるように、ポンピング電極１３１，１３２間に流すポンピング電流Ｉｐが制御される。
【００４４】
一方、検出室１２１に流入した排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであった場合には、排気ガス中には多くの酸素が存在するため、ポンピングセル１３０によって検出室１２１から外部へ酸素を汲み出すように、ポンピング電極１３１，１３２間に流すポンピング電流Ｉｐが制御される。
【００４５】
このときのポンピング電流Ｉｐが、電流検出回路１８２にて電圧変換されてガスセンサ３の出力としてマイコン１９０へ出力される。このため、マイコン１９０は、ガスセンサ３から出力されるポンピング電流Ｉｐの大きさと向きに基づいて、排気ガス中に含まれる酸素の濃度を特定することができる。
【００４６】
このように構成されたセンサ評価システム１００において、センサ評価装置１は、センサ応答評価処理を実行する。センサ応答評価処理は、センサ評価装置１の動作中において繰り返し実行される処理である。
【００４７】
センサ応答評価処理が実行されると、センサ評価装置１は、図４に示すように、まずＳ１０にて、予め設定された評価開始条件が成立したか否かを判断する。本実施形態の評価開始条件は、センサ評価装置１に設置された図示しない操作入力部（例えば、スイッチ）を介して、センサ応答評価を開始するための入力操作が評価作業者により行われることである。
【００４８】
ここで、評価開始条件が成立していない場合には、センサ応答評価処理を一旦終了する。一方、評価開始条件が成立した場合には、Ｓ２０にて、空燃比切替信号の出力を開始する。空燃比切替信号は、エンジン５に供給される混合気の空燃比を指示するためのパルス信号である。このパルス信号は、信号レベルがハイであるハイレベル状態と、信号レベルがローであるローレベル状態とを交互に繰り返す信号である。本実施形態では、ハイレベル状態が継続するハイレベル時間が３秒に設定され、ローレベル状態が継続するローレベル時間が３秒に設定されている。なお、パルス信号が立ち上がってから次に立ち上がるまでの期間を１サイクルという。
【００４９】
空燃比切替信号は、信号レベルがハイであるときに、予め設定された第１指示空燃比を指示し、信号レベルがローであるときに、予め設定された第２指示空燃比を指示する。本実施形態では、第１指示空燃比は、空気過剰率λが０．８５であるときの空燃比であり、第２指示空燃比は、空気過剰率λが０．９５であるときの空燃比である。
【００５０】
Ｓ２０にて空燃比切替信号の出力を開始することにより、センサ評価装置１は、空燃比切替信号をエンジンＥＣＵ９へ継続して出力する。そして、エンジンＥＣＵ９は、センサ評価装置１から入力された空燃比切替信号に従って、混合気の空燃比が第１指示空燃比および第２指示空燃比の何れかになるようにエンジン５を制御する。
【００５１】
次にＳ３０にて、予め設定された取得周期（本実施形態では、例えば１ｍｓ）が経過する毎にポンプ電流Ｉｐの値（以下、ポンプ電流値）をセンサ制御装置１０から取得する処理を、５０サイクル分のパルス信号が出力されるまで行う。これにより、図５のグラフＧ１に示すように、ポンプ電流Ｉｐの時間変化を示す波形データが得られる。なお、図５のグラフＧ１では、ポンプ電流Ｉｐの時間変化を、空燃比切替信号ＳＩＧの時間変化と対応付けて示している。
【００５２】
そして、５０サイクル分のパルス信号が出力されると、図４に示すように、Ｓ４０にて、空燃比切替信号の出力を終了する。
次にＳ５０にて、Ｓ３０で取得した全てのポンプ電流値を当量比に変換する。これにより、図５のグラフＧ２に示すように、当量比の時間変化を示す波形データが得られる。な
お、図５のグラフＧ２では、当量比の時間変化を、空燃比切替信号ＳＩＧの時間変化と対応付けて示している。
【００５３】
そして、Ｓ５０の処理が終了すると、図４に示すように、Ｓ６０にて、当量比の加算平均波形を算出する。具体的には、まず、図６のグラフＧ３に示すように、空燃比切替信号が立ち上がる立上タイミングを起点（すなわち、０．０秒）として、空燃比切替信号の１サイクル毎に得られた５０個の当量比波形データを重ね合わせる。そして、立上タイミングを起点とした時間毎に、立上タイミングからの時間が等しい５０個の当量比データの平均値を算出する。これにより、立ち上がり時における加算平均波形ＷＳ１が得られる。次に、図６のグラフＧ４に示すように、空燃比切替信号が立ち下がる立下タイミングを起点（すなわち、０．０秒）として、空燃比切替信号の１サイクル毎に得られた５０個の当量比波形データを重ね合わせる。そして、立下タイミングを起点とした時間毎に、立下タイミングからの時間が等しい５０個の当量比データの平均値を算出する。これにより、図６のグラフＧ４に示すように、立ち下がり時における加算平均波形ＷＳ２が得られる。
【００５４】
そして、Ｓ６０の処理が終了すると、図４に示すように、Ｓ７０にて、無駄時間を算出する。具体的には、まず、図６のグラフＧ３に示すように、立ち上がり時における加算平均波形ＷＳ１について、立ち上がり前における予め設定された平均算出期間Ｔｂ１（本実施形態では、−０．５秒〜０．０秒）における平均値を０％とする。また、立ち上がり後における予め設定された平均算出期間Ｔａ１（本実施形態では、２．５秒〜３．０秒）における平均値を１００％とする。そして、０％に対応する値と、１００％に対応する値とに基づいて、加算平均波形ＷＳ１の値を、パーセントに変換する。
【００５５】
次に、図７に示すように、立上タイミングを起点とした時間をＸ軸とし、パーセントに変換された後の加算平均波形ＷＳ１の値（以下、パーセント変換当量比）をＹ軸とした２次元直交座標系において、パーセント変換当量比が１０％から５０％までの点を近似した近似直線Ｌａを算出する。図７に示す点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１０は、パーセント変換当量比が１０％から５０％までの点である。そして、近似直線ＬａとＸ軸との交点Ｐｃを算出する。この交点ＰｃにおけるＸ座標値が、立ち上がり時の無駄時間である。
【００５６】
さらに、図６のグラフＧ４に示すように、立ち下がり時における加算平均波形ＷＳ２について、立ち下がり前における予め設定された平均算出期間Ｔｂ２（本実施形態では、−０．５秒〜０．０秒）における平均値を１００％とする。また、立ち下がり後における予め設定された平均算出期間Ｔａ２（本実施形態では、２．５秒〜３．０秒）における平均値を０％とする。そして、０％に対応する値と、１００％に対応する値とに基づいて、加算平均波形ＷＳ２の値を、パーセントに変換する。
【００５７】
次に、立ち下がりタイミングを起点とした時間をＸ軸とし、パーセントに変換された後の加算平均波形ＷＳ２の値（以下、パーセント変換当量比）をＹ軸とした２次元直交座標系において、パーセント変換当量比が９０％から５０％までの点を近似した近似直線を算出する。そして、この近似直線と、ｙ＝１００［％］で表される直線との交点を算出する。この交点におけるＸ座標値が、立ち下がり時の無駄時間である。
【００５８】
そして、Ｓ７０の処理が終了すると、図４に示すように、Ｓ８０にて、６３％応答時間を算出する。具体的には、まず、図７に示すように、立上タイミングを起点とした時間をＸ軸とし、パーセントに変換された後の加算平均波形ＷＳ１の値（すなわち、パーセント変換当量比）をＹ軸とした２次元直交座標系において、パーセント変換当量比が６３％の点Ｐｒ（以下、６３％点Ｐｒ）の位置を特定する。そして、６３％点ＰｒにおけるＸ座標値から、立ち上がり時の無駄時間を減算した減算値を算出する。この減算値が、立ち上が
り時の６３％応答時間である。
【００５９】
さらに、立下タイミングを起点とした時間をＸ軸とし、パーセントに変換された後の加算平均波形ＷＳ２の値（すなわち、パーセント変換当量比）をＹ軸とした２次元直交座標系において、パーセント変換当量比が３７％の点（以下、３７％点）の位置を特定する。そして、３７％点におけるＸ座標値から、立ち下がり時の無駄時間を減算した減算値を算出する。この減算値が、立ち下がり時の６３％応答時間である。
【００６０】
そして、Ｓ８０の処理が終了すると、図４に示すように、センサ応答評価処理を終了する。
このように構成されたセンサ評価装置１は、エンジン５から排出される排気ガスに含まれる酸素の濃度を検出するガスセンサ３の応答性を評価する。
【００６１】
センサ評価装置１は、第１排出状態と第２排出状態とを交互に繰り返すようにエンジン５を運転させる。第１排出状態では、予め設定された第１指示空燃比の混合気がエンジン５内で燃焼することによりエンジン５から排気ガスを排出する。第２排出状態では、第１指示空燃比とは異なるように設定された第２指示空燃比の混合気がエンジン５内で燃焼することによりエンジン５から排気ガスを排出する。
【００６２】
センサ評価装置１は、第１排出状態と第２排出状態とを交互に繰り返すようにエンジン５を運転させている間に、ガスセンサ３による検出結果を示すポンプ電流値を連続して取得する。
【００６３】
そして、第１指示空燃比および第２指示空燃比は、第１排出状態から第２排出状態へ変化する間と、第２排出状態から第１排出状態へ変化する間とにおいて、混合気の空燃比が理論空燃比とならないように設定される。本実施形態では、第１指示空燃比および第２指示空燃比は、理論空燃比より小さい。
【００６４】
このようにセンサ評価装置１は、第１排出状態と第２排出状態との間で交互に状態が切り替わる場合に、混合気の空燃比が理論空燃比を跨がないために、ポンプ電流値の急激な増加または減少の発生を抑制することができ、ガスセンサ３の応答性評価の精度を向上させることができる。
【００６５】
ガスセンサ３の応答性を評価するために、リッチ側の空燃比とリーン側の空燃比とを交互に繰り返すと、図８のグラフＧ５における矢印ＡＬ１で示すように、パーセント変換当量比が急激に増加し、リップル現象の影響で、パーセント変換当量比の時間変化を示す波形ＷＳ３が崩れてしまう。なお、グラフＧ５において、破線で示す波形ＷＳ４は、リップル現象の影響がないときの理想的な波形を示す。リップル現象の影響がある波形ＷＳ３に基づいて算出される６３％時間Ｔｒ１は、理想的な波形ＷＳ４に基づいて算出される６３％時間Ｔｒ２からずれてしまい、ガスセンサ３の応答性を正しく評価することができない。このように、リップル現象が発生するのは、理論空燃比を跨ぐときに、ポンプ電流の符号の正負（すなわち、ポンプ電流が流れる方向）が反転するためである。
【００６６】
これに対し、リッチ側の第１指示空燃比とリッチ側の第２指示空燃比とを交互に繰り返すと、図８のグラフＧ６に示すように、パーセント変換当量比の時間変化を示す波形ＷＳ５は、リップル現象の影響がない波形となる。これにより、波形ＷＳ５に基づいて算出される６３％時間Ｔｒ３に基づいて、ガスセンサ３の応答性を正しく評価することができる。
【００６７】
（第２実施形態）
以下に本開示の第２実施形態を図面とともに説明する。なお第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分を説明する。共通する構成については同一の符号を付す。
【００６８】
第２実施形態のセンサ評価システム２００は、図９に示すように、ガス生成部２０１と、ガス供給部２０２と、ガスセンサ３と、センサ制御装置１０と、センサ評価装置１とを備える。
【００６９】
ガス生成部２０１は、貯蔵部２１１，２１２，２１３，２１４，２１５，２１６，２１７，２１８，２１９と、流量調整部２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，２２６，２２７，２２８，２２９とを備える。
【００７０】
貯蔵部２１１は、窒素（Ｎ２）を貯蔵するタンクである。貯蔵部２１２は、二酸化炭素（ＣＯ２）を貯蔵するタンクである。貯蔵部２１３は、酸素（Ｏ２）を貯蔵するタンクである。貯蔵部２１４は、一酸化炭素（ＣＯ）を貯蔵するタンクである。貯蔵部２１５は、水素（Ｈ２）を貯蔵するタンクである。貯蔵部２１６は、プロパン（Ｃ３Ｈ８）を貯蔵するタンクである。貯蔵部２１７は、メタン（ＣＨ４）を貯蔵するタンクである。貯蔵部２１８は、一酸化窒素（ＮＯ）を貯蔵するタンクである。貯蔵部２１９は、水（Ｈ２Ｏ）を貯蔵するタンクである。
【００７１】
流量調整部２２１は、センサ評価装置１からの指示に従って、貯蔵部２１１から流出する窒素の量を調整する。流量調整部２２２は、センサ評価装置１からの指示に従って、貯蔵部２１２から流出する二酸化炭素の量を調整する。流量調整部２２３は、センサ評価装置１からの指示に従って、貯蔵部２１３から流出する酸素の量を調整する。流量調整部２２４は、センサ評価装置１からの指示に従って、貯蔵部２１４から流出する一酸化炭素の量を調整する。流量調整部２２５は、センサ評価装置１からの指示に従って、貯蔵部２１５から流出する水素の量を調整する。流量調整部２２６は、センサ評価装置１からの指示に従って、貯蔵部２１６から流出するプロパンの量を調整する。流量調整部２２７は、センサ評価装置１からの指示に従って、貯蔵部２１７から流出するメタンの量を調整する。流量調整部２２８は、センサ評価装置１からの指示に従って、貯蔵部２１８から流出する一酸化窒素の量を調整する。流量調整部２２９は、センサ評価装置１からの指示に従って、貯蔵部２１９から流出する水の量を調整する。
【００７２】
ガス生成部２０１は、流量調整部２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，２２６，２２７，２２８から流出する気体と、流量調整部２２９から流出する水とを混合することにより、排気ガスに含まれる各成分の含有量を模した評価ガスを生成する。
【００７３】
ガス供給部２０２は、評価用排気管２３１と、発熱部２３２を備える。評価用排気管２３１は、実車の排気管を模して筒状に形成された金属製の部材である。ガス生成部２０１により生成された評価ガスは、評価用排気管２３１内を流れる。評価用排気管２３１には、評価対象となるガスセンサ３が取り付けられる。センサ制御装置１０は、評価用排気管２３１内を流れる評価ガスに含まれる酸素の濃度に応じたポンピング電流Ｉｐを電圧変換しガスセンサ３の出力として出力する。
【００７４】
発熱部２３２は、評価用排気管２３１の外周に取り付けられ、センサ評価装置１からの指示に従って、評価用排気管２３１を加熱することにより、評価用排気管２３１の温度を調整する。
【００７５】
センサ制御装置１０は、ガスセンサ３を制御する。センサ制御装置１０は、センサ評価装置１との間で通信線８を介して、データを送受信することが可能に構成されている。
センサ評価装置１は、評価ガスの空燃比と、酸素、一酸化炭素、水素、一酸化窒素、プ
ロパン、メタン、窒素、二酸化炭素および水の含有量との対応関係を示す評価ガス組成表２４１を記憶している。センサ評価装置１は、評価ガス組成表２４１を参照することによって、評価ガスの空燃比に対応した酸素、一酸化炭素、水素、一酸化窒素、プロパン、メタン、窒素、二酸化炭素および水の含有量をガス生成部２０１に指示する。
【００７６】
なお、混合気がエンジンで燃焼することによりエンジンから排気ガスが排出された場合において、この排気ガスが生成される起因となった混合気の空燃比を、「排気ガスの空燃比」という。このため、評価ガスが模擬している排気ガスの空燃比を、「評価ガスの空燃比」という。例えば、空燃比が１２．５である混合気がエンジンで燃焼することにより排出された排気ガスを模擬した評価ガスの空燃比は、１２．５である。また、空燃比が理論空燃比（すなわち、１４．７）である混合気がエンジンで燃焼することにより排出された排気ガスを模擬した評価ガスの空燃比は、理論空燃比である。
【００７７】
このように構成されたセンサ評価システム２００において、センサ評価装置１は、センサ応答評価処理を実行する。センサ応答評価処理は、センサ評価装置１の動作中において繰り返し実行される処理である。
【００７８】
センサ応答評価処理が実行されると、センサ評価装置１は、図１０に示すように、まずＳ２１０にて、Ｓ１０と同様にして、予め設定された評価開始条件が成立したか否かを判断する。
【００７９】
ここで、評価開始条件が成立していない場合には、センサ応答評価処理を一旦終了する。一方、評価開始条件が成立した場合には、Ｓ２２０にてガス生成部２０１への空燃比指示の出力を開始する。空燃比指示は、評価ガスの空燃比を指示するための信号である。本実施形態では、センサ評価装置１は、予め設定された第１指示空燃比を指示する第１指示状態と、予め設定された第２指示空燃比を指示する第２指示状態とを交互に繰り返すように、空燃比指示をガス生成部２０１へ出力する。これにより、ガス生成部２０１は、センサ評価装置１から第１指示空燃比が入力されている場合に、第１指示空燃比の評価ガスを排出する第１排出状態となる。またガス生成部２０１は、センサ評価装置１から第２指示空燃比が入力されている場合に、第２指示空燃比の評価ガスを排出する第２排出状態となる。本実施形態では、第１指示状態が継続する第１指示時間が３秒に設定され、第２指示状態が継続する第２指示時間が３秒に設定されている。なお、第１指示状態となってから次の第１指示状態になるまでの期間を１サイクルという。本実施形態では、第１指示空燃比は、空気過剰率λが０．８５であるときの空燃比であり、第２指示空燃比は、空気過剰率λが０．９５であるときの空燃比である。
【００８０】
Ｓ２２０にて空燃比指示の出力を開始することにより、センサ評価装置１は、空燃比指示をガス生成部２０１へ継続して出力する。そして、ガス生成部２０１は、センサ評価装置１から入力された空燃比指示に従って、評価ガスを生成する。
【００８１】
次にＳ２３０にて、Ｓ３０と同様にして、予め設定された取得周期（本実施形態では、例えば１ｍｓ）が経過する毎にポンプ電流値をセンサ制御装置１０から取得する処理を、５０サイクル分の空燃比指示が出力されるまで行う。
【００８２】
そして、５０サイクル分の空燃比指示が出力されると、Ｓ２４０にて、空燃比指示の出力を終了する。
次にＳ２５０にて、Ｓ５０と同様にして、Ｓ２３０で取得した全てのポンプ電流値を当量比に変換する。そしてＳ２６０にて、Ｓ６０と同様にして、当量比の加算平均波形を算出する。さらにＳ２７０にて、Ｓ７０と同様にして、無駄時間を算出する。
【００８３】
そして、Ｓ２７０の処理が終了すると、Ｓ２８０にて、Ｓ８０と同様にして、６３％応答時間を算出する。そして、Ｓ２８０の処理が終了すると、センサ応答評価処理を終了する。
【００８４】
このように構成されたセンサ評価システム２００は、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる酸素の濃度を検出するガスセンサ３の応答性を評価する。
センサ評価システム２００は、第１排出状態と第２排出状態とを交互に繰り返すように評価ガスを供給する。第１排出状態では、第１指示空燃比となるように予め設定された評価ガスを排出する。第２排出状態では、第１指示空燃比とは異なる第２指示空燃比となるように予め設定された評価ガスを排出する。
【００８５】
センサ評価システム２００は、第１排出状態と第２排出状態とを交互に繰り返すように評価ガスを供給させている間に、ガスセンサ３による検出結果を示すポンプ電流値を連続して取得する。
【００８６】
そして、第１指示空燃比および第２指示空燃比は、第１排出状態から第２排出状態へ変化する間と、第２排出状態から第１排出状態へ変化する間とにおいて、評価ガスの空燃比が理論空燃比とならないように設定される。本実施形態では、第１指示空燃比および第２指示空燃比は、理論空燃比より小さい。
【００８７】
このようにセンサ評価システム２００は、第１排出状態と第２排出状態との間で交互に状態が切り替わる場合に、評価ガスの空燃比が理論空燃比を跨がないために、ポンプ電流値の急激な増加または減少の発生を抑制することができ、ガスセンサ３の応答性評価の精度を向上させることができる。
【００８８】
以上説明した実施形態において、センサ応答評価処理はセンサ評価方法に相当し、Ｓ２２０は評価ガス供給工程としての処理に相当し、Ｓ２３０はデータ取得工程としての処理に相当する。
【００８９】
また、酸素は特定ガスに相当し、ポンプ電流値は検出データに相当する。
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。
【００９０】
例えば上記実施形態では、リッチ側の第１指示空燃比とリッチ側の第２指示空燃比とを交互に繰り返しながらガスセンサ３のポンプ電流値を連続して取得する形態を示した。しかし、リーン側の第１指示空燃比とリーン側の第２指示空燃比とを交互に繰り返すようにしてもよい。すなわち、第１指示空燃比および第２指示空燃比は、理論空燃比より大きいようにしてもよい。
【００９１】
また、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。
【００９２】
上述したセンサ評価装置１の他、当該センサ評価装置１を構成要素とするシステム、当該センサ評価装置１としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、センサ評価方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
【符号の説明】
【００９３】
１…センサ評価装置、３…ガスセンサ、２００…センサ評価システム
【図１】
2020070778.tif 000003
【図２】
2020070778.tif 000004
【図３】
2020070778.tif 000005
【図４】
2020070778.tif 000006
【図５】
2020070778.tif 000007
【図６】
2020070778.tif 000008
【図７】
2020070778.tif 000009
【図８】
2020070778.tif 000010
【図９】
2020070778.tif 000011
【図１０】
2020070778.tif 000012