(57)【要約】【課題】ガスセンサの動的依存性を評価することができるガスセンサ評価装置及びガスセンサ評価方法を提供すること。【解決手段】ガスセンサ評価装置はガスセンサを評価する。評価されるガスセンサは、特定ガス成分の濃度に応じた出力値を出力する。ガスセンサ評価装置は、ガスの圧力を周期的に変動させる圧力変動ユニットと、圧力を検出する圧力検出ユニットと、出力値を検出する出力値検出ユニットと、評価値算出ユニットとを備える。評価値算出ユニットは、以下の式（１）で表されるパラメータＸに基づく評価値を算出する。式（１）Ｘ＝ΔＩｐ／ΔＰ（ΔＩｐは、圧力変動ユニットが圧力を周期的に変動させるときの出力値検出ユニットの検出結果の振幅である。ΔＰは、圧力変動ユニットが圧力を周期的に変動させるときの圧力検出ユニットの検出結果の振幅である。）【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を評価するガスセンサ評価装置であって、
前記ガスの圧力を周期的に変動させる圧力変動ユニットと、
前記圧力を検出する圧力検出ユニットと、
前記出力値を検出する出力値検出ユニットと、
前記圧力検出ユニットの検出結果、及び前記出力値検出ユニットの検出結果に基づき、以下の式（１）で表されるパラメータＸに基づく評価値を算出する評価値算出ユニットと、
を備えるガスセンサ評価装置。
式（１）  Ｘ＝ΔＩｐ／ΔＰ
（前記ΔＩｐは、前記圧力変動ユニットが前記圧力を周期的に変動させるときの前記出力値検出ユニットの検出結果の振幅である。前記ΔＰは、前記圧力変動ユニットが前記圧力を周期的に変動させるときの前記圧力検出ユニットの検出結果の振幅である。）
【請求項２】
請求項１に記載のガスセンサ評価装置であって、
前記評価値算出ユニットは、前記パラメータＸに比例又は反比例する前記評価値を算出するガスセンサ評価装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガスセンサ評価装置であって、
前記評価値算出ユニットは、以下の式（２）で表されるパラメータＹに比例又は反比例する前記評価値を算出するガスセンサ評価装置。
式（２）  Ｙ＝Ｘ／Ｉｐ_ave
（前記Ｉｐ_aveは、前記圧力変動ユニットが前記圧力を周期的に変動させるときの前記出力値検出ユニットの検出結果の平均値である。）
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスセンサ評価装置であって、
前記圧力変動ユニットは、前記圧力の変動における周波数を複数設定できるように構成され、
前記評価値算出ユニットは、複数の前記周波数において、それぞれ前記評価値を算出するように構成されたガスセンサ評価装置。
【請求項５】
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を評価するガスセンサ評価方法であって、
前記ガスの圧力を周期的に変動させ、
前記圧力を検出し、
前記出力値を検出し、
前記圧力の検出結果、及び前記出力値の検出結果に基づき、以下の式（１）で表されるパラメータＸに基づく評価値を算出するガスセンサ評価方法。
式（１）  Ｘ＝ΔＩｐ／ΔＰ
（前記ΔＩｐは、前記圧力を周期的に変動させるときの前記出力値の検出結果の振幅である。前記ΔＰは、前記圧力を周期的に変動させるときの前記圧力の検出結果の振幅である。）
【請求項６】
請求項５に記載のガスセンサ評価方法であって、
複数の、前記圧力を変動させる周波数において、それぞれ前記評価値を算出するガスセンサ評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はガスセンサ評価装置及びガスセンサ評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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が知られている。このガスセンサは、例えば、内燃機関の吸気や排気に含まれる特定ガス成分の濃度を測定するために使用される（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−６１５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガスの圧力をＰとし、ガスセンサの出力値をＩｐとする。一定に保たれている圧力Ｐの値に対する出力値Ｉｐの依存性を以下では静的依存性とする。ガスセンサを評価する方法として、静的依存性を測定する方法がある。
【０００５】
しかしながら、内燃機関の吸気や排気の圧力は動的に変動する。ガスの圧力Ｐが動的に変動するときの、圧力Ｐに対する出力値Ｉｐの依存性（以下では動的依存性とする）は、静的依存性とは大きく異なる。
【０００６】
本開示の一局面は、ガスセンサの動的依存性を評価することができるガスセンサ評価装置及びガスセンサ評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一局面は、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を評価するガスセンサ評価装置であって、前記ガスの圧力を周期的に変動させる圧力変動ユニットと、前記圧力を検出する圧力検出ユニットと、前記出力値を検出する出力値検出ユニットと、前記圧力検出ユニットの検出結果、及び前記出力値検出ユニットの検出結果に基づき、以下の式（１）で表されるパラメータＸに基づく評価値を算出する評価値算出ユニットと、を備えるガスセンサ評価装置である。
【０００８】
式（１）  Ｘ＝ΔＩｐ／ΔＰ
（前記ΔＩｐは、前記圧力変動ユニットが前記圧力を周期的に変動させるときの前記出力値検出ユニットの検出結果の振幅である。前記ΔＰは、前記圧力変動ユニットが前記圧力を周期的に変動させるときの前記圧力検出ユニットの検出結果の振幅である。）
本開示の一局面であるガスセンサ評価装置が算出する評価値は、ガスセンサの動的依存性を反映する。そのため、本開示の一局面であるガスセンサ評価装置によれば、ガスセンサの動的依存性を評価することができる。
【０００９】
本開示の別の局面は、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を評価するガスセンサ評価方法であって、前記ガスの圧力を周期的に変動させ、前記圧力を検出し、前記出力値を検出し、前記圧力の検出結果、及び前記出力値の検出結果に基づき、以下の式（１）で表されるパラメータＸに基づく評価値を算出するガスセンサ評価方法である。
【００１０】
式（１）  Ｘ＝ΔＩｐ／ΔＰ
（前記ΔＩｐは、前記圧力を周期的に変動させるときの前記出力値の検出結果の振幅である。前記ΔＰは、前記圧力を周期的に変動させるときの前記圧力の検出結果の振幅である。）
本開示の別の局面であるガスセンサ評価方法により算出する評価値は、ガスセンサの動的依存性を反映する。そのため、本開示の別の局面であるガスセンサ評価方法によれば、ガスセンサの動的依存性を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ガスセンサ評価装置１の構成を表すブロック図である。
【図２】制御部１７の機能的構成を表すブロック図である。
【図３】ガスセンサ評価装置１が実施するガスセンサ評価方法の処理を表すフローチャートである。
【図４】周期的に変動する圧力Ｐと、周期的に変動する出力値Ｉｐと、ΔＰと、ΔＩｐと、Ｉｐ_aveとを表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示の例示的な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
１．ガスセンサ評価装置１の構成
ガスセンサ評価装置１の構成を、図１及び図２に基づき説明する。図１に示すように、ガスセンサ評価装置１は、チャンバー３と、シリンダー５と、ピストン７と、フライホイール９と、ロッド１１と、モータ１３と、圧力センサ１５と、制御部１７と、表示部１９と、入力部２１と、を備える。
【００１３】
チャンバー３は中空の部材である。ガスセンサ２３をチャンバー３に取り付けることができる。ガスセンサ２３は、ガスに含まれる特定ガス成分の濃度に応じた出力値Ｉｐを出力する。ガスセンサ２３の構成は特に限定されない。ガスセンサ２３として、例えば、固体電解質の両側に電極を備えるセンサ等が挙げられる。ガスセンサ２３は、例えば、ガスに含まれる酸素の濃度に応じた出力値Ｉｐを出力する酸素センサである。
【００１４】
ガスセンサ２３をチャンバー３に取り付けたとき、ガスセンサ２３における検出部２３Ａは、チャンバー３の内部の空間（以下では内部空間２５とする）に位置する。内部空間２５は、ガスを収容することができる。以下では、内部空間２５に収容されたガスを収容ガスとする。
【００１５】
シリンダー５は円筒状の部材である。シリンダー５はチャンバー３に接続している。シリンダー５の内部と内部空間２５とは連通している。ピストン７は円柱状の部材である。ピストン７はシリンダー５に内挿されている。ピストン７は、シリンダー５の軸方向に沿って移動可能である。
【００１６】
フライホイール９は円板状の部材である。フライホイール９は、その中心軸を中心として回転可能である。フライホイール９の外周付近と、シリンダー５の端部とは、ロッド１１により接続している。フライホイール９が一定の方向に回転するとき、ピストン７は、シリンダー５の軸方向に沿って往復運動する。ピストン７がシリンダー５の軸方向に沿って往復運動するとき、収容ガスの圧力Ｐは周期的に変動する。
【００１７】
モータ１３はフライホイール９を回転駆動する。圧力センサ１５は、チャンバー３に取り付けられている。圧力センサ１５は、収容ガスの圧力Ｐを検出する。
制御部１７は、ＣＰＵ２７と、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ（
以下ではメモリ２９とする）と、を有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。制御部１７は、モータ１３と、圧力センサ１５と、ガスセンサ２３と、表示部１９と、入力部２１と、電気的に接続している。
【００１８】
制御部１７の各種機能は、ＣＰＵ２７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、メモリ２９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、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、制御部１７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。
【００１９】
制御部１７は、ＣＰＵ２７がプログラムを実行することで実現される機能の構成として、図２に示すように、圧力制御ユニット３１と、圧力検出ユニット３３と、出力値検出ユニット３５と、評価値算出ユニット３７と、表示ユニット３９と、を備える。制御部１７が有する機能の一部又は全部は、一つ又は複数のＩＣ等を用いてハードウェア的に実現されてもよい。また、制御部１７は、コンピュータに代えて、又は、コンピュータに加えて、電子回路等のハードウェアを有していてもよい。電子回路は、デジタル回路及びアナログ回路のうち少なくとも一方を含み得る。
【００２０】
表示部１９は、画像を表示可能なディスプレイである。入力部２１は、ユーザによる入力操作を受け付ける。
２．ガスセンサ評価装置１が実施するガスセンサ評価方法
ガスセンサ評価装置１が実施するガスセンサ評価方法の処理を、図３、及び図４に基づき説明する。ガスセンサ評価方法を実施する前に、予め、ガスセンサ２３をチャンバー３に取り付けておく。また、内部空間２５に収容ガスを収容しておく。収容ガスの種類は適宜選択することができる。収容ガスとして、例えば、空気、空気と燃料との混合ガス等が挙げられる。
【００２１】
図３のステップ１では、圧力制御ユニット３１が、モータ１３を一定の方向に一定の速度で回転させる。モータ１３の回転は、後述するステップ４で肯定判断するまで継続する。モータ１３の回転により、フライホイール９が回転し、ピストン７が往復運動する。その結果、モータ１３が回転している期間において、収容ガスの圧力Ｐは、図４に示すように、周期的に変動する。なお、圧力制御ユニット３１、シリンダー５、ピストン７、フライホイール９、ロッド１１、及びモータ１３は、圧力変動ユニットに対応する。
【００２２】
ステップ２では、圧力検出ユニット３３が、圧力センサ１５を用いて、収容ガスの圧力Ｐを検出する。
ステップ３では、出力値検出ユニット３５が、ガスセンサ２３の出力値Ｉｐを検出する。
【００２３】
ステップ４では、圧力Ｐ及び出力値Ｉｐの検出の工程が終了したか否かを評価値算出ユニット３７が判断する。例えば、前記ステップ１において、モータ１３の回転を開始した時刻から、予め設定された検出時間が経過すれば、圧力Ｐ及び出力値Ｉｐの検出の工程が終了したと判断し、検出時間が未だ経過していなければ、圧力Ｐ及び出力値Ｉｐの検出の工程は終了していないと判断する。
【００２４】
上記の検出時間は、圧力Ｐの変動における周期を複数含む時間である。また、上記の検出時間は、前記ステップ２からステップ４までのサイクルを１回実行するために要する時間に比べて十分長い。そのため、ステップ４で肯定判断するまでに、前記ステップ２からステップ４までのサイクルは複数回実行される。
【００２５】
圧力Ｐ及び出力値Ｉｐの検出の工程が終了したと判断した場合、本処理はステップ５に進む。圧力Ｐ及び出力値Ｉｐの検出の工程が終了していないと判断した場合、本処理はステップ２に戻る。
ステップ５では、評価値算出ユニット３７が、複数回実行された前記ステップ３でそれぞれ検出した出力値Ｉｐに基づき、ΔＩｐを算出する。ΔＩｐは、圧力Ｐを周期的に変動させたときにおける出力値検出ユニット３５の検出結果の振幅である。ΔＩｐの例を図４に示す。なお、図４では、ΔＩｐ／２を表示している。
【００２６】
ステップ６では、評価値算出ユニット３７が、複数回実行された前記ステップ２でそれぞれ検出した圧力Ｐに基づき、ΔＰを算出する。ΔＰは、圧力Ｐを周期的に変動させたときにおける圧力検出ユニット３３の検出結果の振幅である。ΔＰの例を図４に示す。なお、図４では、ΔＰ／２を表示している。
【００２７】
ステップ７では、評価値算出ユニット３７が、複数回実行された前記ステップ３でそれぞれ検出した出力値Ｉｐに基づき、Ｉｐ_aveを算出する。Ｉｐ_aveは、圧力Ｐを周期的に変動させたときにおける出力値検出ユニット３５の検出結果の平均値である。Ｉｐ_aveの例を図４に示す。
【００２８】
ステップ８では、評価値算出ユニット３７が、前記ステップ５で算出したΔＩｐと、前記ステップ６で算出したΔＰと、前記ステップ７で算出したＩｐ_aveとに基づき、以下の式（３）で表される評価値Ｖを算出する。
【００２９】
【数１】
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評価値Ｖは、以下の式（１）で表されるパラメータＸに基づく値である。また、評価値Ｖは、パラメータＸに比例する値である。
【００３０】
式（１）  Ｘ＝ΔＩｐ／ΔＰ
また、評価値Ｖは、以下の式（２）で表されるパラメータＹに比例する値である。
式（２）  Ｙ＝Ｘ／Ｉｐ_ave
ステップ９では、表示ユニット３９が、前記ステップ９で算出した評価値Ｖを表示部１９に表示する。
【００３１】
３．ガスセンサ評価装置１及びガスセンサ評価方法が奏する効果
（１Ａ）ガスセンサ評価装置１は、上記式（３）で表される評価値Ｖを算出する。評価値Ｖは、上記式（１）で表されるパラメータＸに比例する値である。評価値Ｖは、ガスセンサ２３の動的依存性を反映する。そのため、ガスセンサ評価装置１によれば、ガスセンサ２３の動的依存性を評価することができる。
【００３２】
（１Ｂ）評価値Ｖは、上記式（２）で表されるパラメータＹに比例する値である。評価値Ｖは、ΔＩｐをＩｐ_aveで除した値に比例する。そのため、評価値Ｖを用いることにより、Ｉｐ_aveの大小の影響を除外して、ガスセンサ２３の動的依存性を評価することができる。
＜他の実施形態＞
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【００３３】
（１）ガスセンサ評価装置１は、圧力Ｐの変動における周波数（以下では圧力変動周波数Ｆとする）を複数設定し、複数の圧力変動周波数Ｆのそれぞれにおいて、評価値Ｖを算出してもよい。
例えば、ガスセンサ評価装置１は、圧力変動周波数ＦとしてＦ１を設定し、上述した方法で評価値Ｖを算出する。次に、ガスセンサ評価装置１は、圧力変動周波数ＦとしてＦ２を設定し、上述した方法で評価値Ｖを算出する。この工程を、圧力変動周波数としてＦｎを設定し、上述した方法で評価値Ｖを算出するまで繰り返す。ｎは、２以上の自然数である。Ｆｎは、ｎ回目の上記の工程において設定する圧力変動周波数Ｆである。
【００３４】
この場合、複数の圧力変動周波数Ｆ１、Ｆ２、・・・Ｆｎにおいて、それぞれ評価値Ｖを算出することができる。そして、例えば、複数の圧力変動周波数Ｆ１、Ｆ２、・・・Ｆｎにおいて算出した評価値Ｖに基づき、ガスセンサ２３を使用可能な圧力変動周波数Ｆの範囲を判断することができる。また、複数の圧力変動周波数Ｆ１、Ｆ２、・・・Ｆｎにおいて算出した評価値Ｖに基づき、ガスセンサ２３の選別を行ってもよい。
【００３５】
なお、ユーザは、入力部２１に圧力変動周波数Ｆを入力することができる。制御部１７は、入力された圧力変動周波数Ｆに応じて、モータ１３の回転数を制御することができる。
（２）評価値Ｖは、パラメータＸに基づく評価値であれば、上記式（３）で表される値以外のものであってもよい。例えば、上記式（３）で表される値の逆数を評価値Ｖとしてもよい。この場合、評価値Ｖは、パラメータＸに反比例し、パラメータＹに反比例する。
【００３６】
評価値ＶがパラメータＸ及びパラメータＹに反比例する場合でも、ガスセンサ評価装置１は、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
（３）ガスセンサ評価装置１の一部又は全部は、内燃機関を備える移動体の一部であってもよい。例えば、チャンバー３、シリンダー５、ピストン７、フライホイール９、ロッド１１、及びモータ１３は、移動体の一部であってもよい。また、フライホイール９は、内燃機関により回転駆動されてもよい。移動体として、例えば、車両、鉄道車両、船舶、航空機等が挙げられる。
【００３７】
（４）例えば、評価値Ｖに基づき、ガスセンサ２３の出力値Ｉｐを補正してもよい。
（５）ガスセンサ２３は、酸素センサ以外のガスセンサであってもよい。すなわち、ガスセンサ２３は、酸素以外のガス成分の濃度に応じた出力値Ｉｐを出力するガスセンサであってもよい。
（６）上記各実施形態における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、上記各実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記各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。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【００３８】
（７）上述したガスセンサ評価装置の他、当該ガスセンサ評価装置を構成要素とするシステム、当該ガスセンサ評価装置の制御部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半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、ガスセンサ評価装置を備えた移動体等、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】
【００３９】
１…ガスセンサ評価装置、３…チャンバー、５…シリンダー、７…ピストン、９…フライホイール、１１…ロッド、１３…モータ、１５…圧力センサ、１７…制御部、１９…表示
部、２１…入力部、２３…ガスセンサ、２３Ａ…検出部、２５…内部空間、２７…ＣＰＵ、２９…メモリ、３１…圧力制御ユニット、３３…圧力検出ユニット、３５…出力値検出ユニット、３７…評価値算出ユニット、３９…表示ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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