(57)【要約】　　　（修正有）【課題】酸素センサの目標とする劣化状態を簡単に模擬することができる劣化シミュレータ、特に、全領域空燃比センサの劣化シミュレータを提供する。【解決手段】酸素濃淡電池セル４と、酸素ポンピングセル１とを有し、酸素ポンピングセル１に流れる酸素ポンピング電流Ｉｐに基づいて被測定ガス中の酸素濃度を測定する酸素セルの劣化シミュレータ１３であって、コントローラ２１が出力する酸素ポンピング電流Ｉｐを表す信号を劣化目標に応じて可変した信号を出力する信号処理部２３，２４，２５と、酸素濃淡電池セル４の素子抵抗Ｒｐｖｓを表す信号を検出し該信号を劣化目標に応じて可変した信号をＥＣＵ２２に出力する素子抵抗補正手段２６，２７、及び、前記信号処理部が出力する信号をそのままあるいはさらに劣化目標に応じて可変してＥＣＵ２２に出力する酸素ポンピング電流設定手段２８を含む疑似センサ２９とを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散抵抗を通じて測定室に導入されるガスの酸素分圧を検出する酸素濃淡電池セルと、前記酸素濃淡電池セルにより検出される酸素分圧に応じて、前記酸素濃淡電池セルの酸素濃淡起電力が一定となるよう前記測定室内から外へ或いは該測定室外から内へ酸素を汲み出す酸素ポンピングセルと、を有し、前記酸素ポンピングセルに流れる酸素ポンピング電流に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ、の劣化シミュレータであって、
前記酸素濃淡電池セルが出力する酸素濃淡起電力に応じて前記酸素ポンピング電流を制御可能であり、かつ前記酸素ポンピング電流を表す信号及び前記酸素濃淡電池セルの素子抵抗を表す信号を出力可能なコントローラと、
前記酸素ポンピング電流を表す信号を劣化目標に応じて可変した信号を出力する信号処理部と、
前記酸素濃淡電池セルの素子抵抗を表す信号を検出し該信号を劣化目標に応じて可変した信号をエンジンコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）に出力する素子抵抗補正手段、及び、前記信号処理部が出力する信号或いは該信号処理部が出力する信号をさらに劣化目標に応じて可変して前記ＥＣＵに出力する酸素ポンピング電流設定手段を含む擬似センサと、
を有することを特徴とする酸素センサの劣化シミュレータ。
【請求項２】
前記信号処理部は、前記酸素ポンピング電流のオフセットを上下するオフセット補正手段、前記酸素ポンピング電流のゲインを変化させるゲイン補正手段、及び被測定ガス中の酸素濃度変化に対する前記酸素ポンピング電流の変化の遅れを変化させる応答特性補正手段のいずれか一以上から構成されることを特徴とする請求項１記載の酸素センサの劣化シミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素センサの劣化シミュレータに関し、特に、全領域空燃比センサの劣化シミュレータに関し、中でも、内燃機関の吸気ないし排気ガス中の酸素濃度を測定するための酸素センサの劣化シミュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、酸素センサが劣化したときの挙動を確認するために、加速度耐久試験が行われている。この試験においては、実際に酸素センサを劣化させた後、この劣化した酸素センサを用いてその挙動を測定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記加速度耐久試験によれば、酸素センサを長時間耐久試験にかける必要がある。また、劣化した状態の酸素センサを作成すること、及び目標通りに劣化した酸素センサを作成することが困難であるという問題点がある。
【０００４】
本発明の目的は、酸素センサの目標とする劣化状態を簡単に模擬することができる劣化シミュレータ、特に、全領域空燃比センサの劣化シミュレータを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の視点において、拡散抵抗を通じて測定室に導入されるガスの酸素分圧を検出する酸素濃淡電池セルと、前記酸素濃淡電池セルにより検出される酸素分圧に応じて、前記酸素濃淡電池セルの酸素濃淡起電力が一定となるよう前記測定室内から外へ或いは該測定室外から内へ酸素を汲み出す酸素ポンピングセルと、を有し、前記酸素ポンピングセルに流れる酸素ポンピング電流に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ、の劣化シミュレータであって、前記酸素濃淡電池セルが出力する酸素濃淡起電力に応じて前記酸素ポンピング電流を制御可能であり、かつ前記酸素ポンピング電流を表す信号及び前記酸素濃淡電池セルの素子抵抗を表す信号を出力可能なコントローラと、前記酸素ポンピング電流を表す信号を劣化目標に応じて可変した信号を出力する信号処理部と、前記酸素濃淡電池セルの素子抵抗を表す信号を検出し該信号を劣化目標に応じて可変した信号をエンジンコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）に出力する素子抵抗補正手段、及び、前記信号処理部が出力する信号或いは該信号処理部が出力する信号をさらに劣化目標に応じて可変して前記ＥＣＵに出力する酸素ポンピング電流設定手段を含む擬似センサとを有する酸素センサの劣化シミュレータを提供する。
【０００６】
本発明の劣化シミュレータによれば、酸素センサを耐久試験にかけて劣化させることなく、酸素センサの各種劣化モードを目標に合わせて簡単に模擬することができる。また、本発明の劣化シミュレータによれば、被測定ガスに曝された正常に作動する酸素センサを、劣化シミュレータ内のコントローラで制御すると同時に、該コントローラから酸素ポンピング電流を表す信号を出力し、該信号を信号処理部にて、劣化目標に応じてオフセット補正，ゲイン補正，及び応答特性補正をすることで、劣化した酸素センサが出力する酸素ポンピング電流を表す信号を模擬生成し、擬似センサに入力することができる。疑似センサはＥＣＵ内のコントローラで制御されており、前記信号処理部から入力される信号が、補正を行なわずに劣化シミュレータ内のコントローラからの出力のままの場合、あたかも前記正常な酸素センサが配置されているかのような動作をするように設定されている。そして、前記信号処理部で劣化模擬された信号が入力された場合には、劣化したごとくの信号をＥＣＵに出力するため、ＥＣＵがエンジンをコントロールすることで被測定ガスを変化させる配置にしている場合には、劣化したセンサで制御されたごとくに被測定ガスが変化する。変化した被測定ガスは、再び正常に作動する酸素センサで測定され、上述の処理を繰返すことになる。これにより、劣化したセンサでエンジンを制御した場合に、排気ガスがどのような範囲に制御されることになるかを模擬することができる。
【０００７】
また、疑似センサ内には、酸素ポンピング電流及び酸素濃淡電池セルの素子抵抗を表す信号を補正する手段があり、それらによる劣化模擬を実施することも可能である。したがって、本発明の劣化シミュレータによれば、酸素センサが劣化した場合のＥＣＵの挙動を予測することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態に係る劣化シミュレータは、内燃機関の吸気ないし排気ガス中の酸素濃度を測定するための酸素センサの劣化シミュレータとして用いられ、シミュレート時、酸素センサと内燃機関のＥＣＵの間に接続される。本発明の好ましい実施の形態に係る劣化シミュレータは、拡散抵抗２を通じて測定室３に導入されるガスの酸素分圧を検出する酸素濃淡電池セル４と、酸素濃淡電池セル４により検出される酸素分圧に応じて、酸素濃淡電池セル４の酸素濃淡起電力が一定となるよう測定室３内から外へ或いは測定室３外から内へ酸素を汲み出す酸素ポンピングセル１と、を有し、酸素ポンピングセル１に流れる酸素ポンピング電流Ｉｐに基づいて被測定ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ（図２参照）の劣化シミュレータ１３（図１の１３）であって、酸素濃淡電池セル４が出力する酸素濃淡起電力に応じて酸素ポンピング電流Ｉｐを制御可能であり、かつ酸素ポンピング電流Ｉｐを表す信号および酸素濃淡電池セル４の素子抵抗Ｒｐｖｓを表す信号を出力可能なコントローラ２１（図３参照）と、コントローラ２１が出力する酸素ポンピング電流Ｉｐを表す信号を劣化目標に応じて可変した信号を出力する信号処理部［２３，２４，２５］（図３参照）と、酸素濃淡電池セル４の素子抵抗Ｒｐｖｓを表す信号を検出し該信号を劣化目標に応じて可変した信号をＥＣＵ２２（図３参照）に出力する素子抵抗補正手段（２６，２７）、及び、信号処理部が出力する信号をそのままあるいはさらに劣化目標に応じて可変してＥＣＵに出力する酸素ポンピング電流設定手段（Ｉｐ設定手段）２８を含む擬似センサ２９（図３参照）と、を有する。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態において、前記信号処理部は、前記酸素ポンピング電流のオフセットを上下するオフセット補正手段、前記酸素ポンピング電流のゲインを変化させるゲイン補正手段、及び被測定ガス中の酸素濃度変化に対する前記酸素ポンピング電流の変化の遅れを変化させる応答特性補正手段のいずれか一以上から構成される。
【００１１】
【実施例】
以上説明した本発明の好ましい実施の形態をさらに明確化するために、以下図面を参照して、本発明の一実施例を説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施例に係る劣化シミュレータの接続図である。
【００１３】
図１を参照すると、劣化シミュレータ１３に、酸素センサ１０、ＥＣＵ（内燃機関のエンジンコントロールユニット）１１及びバッテリ１２が接続されている。劣化シミュレータ１３は、酸素センサ１０とＥＣＵ１１との間に接続されている。劣化シミュレータ１３は、酸素センサ１０を制御するセンサコントロール部と、擬似センサ部と、信号処理部を含んでいる。
【００１４】
図２は、本発明の一実施例に係る劣化シミュレータに接続される酸素センサを説明するための図である。
【００１５】
図２を参照すると、全領域空燃比センサ（ＵＥＧＯセンサ）である酸素センサは、酸素センサ素子とその制御手段を含んで構成され、酸素センサ素子は、被測定ガスが拡散抵抗２を介して流入するガス検出室３と、ガス検出室３に面する酸素ポンピングセル１と、ガス検出室３に面する酸素濃淡電池セル４とを備えている。酸素センサ素子の制御手段は、酸素濃淡電池セル４に接続されガス検出室３内の酸素分圧に対応する検出信号に基づいて、酸素濃淡電池セル４の酸素濃淡起電力が一定となるよう酸素ポンピングセル１を駆動する駆動手段９を備えている。酸素センサ素子には、酸素センサ素子を加温するヒータ６が付設されている。Ｉｃｐ供給手段８によって、酸素濃淡電池セル４の電極（基準電極）５は、Ｉｃｐ供給手段８から微小電流が供給され、一定電位になるよう制御されている。酸素ポンピングセル１は、酸素濃淡電池セル４の酸素濃淡起電力が一定となるよう、ガス検出室３から酸素を汲み出す。この酸素センサによれば、酸素ポンピングセル１に流れる酸素ポンピング電流Ｉｐに基づいて、被測定ガス中の酸素濃度が検出される。
【００１６】
図３は、本発明の一実施例に係る劣化シミュレータを説明するための機能ブロック図である。
【００１７】
図３を参照すると、劣化シミュレータ１３は、酸素センサ２０を制御するコントローラ（センサコントロール部）２１と、擬似センサ２９と、信号処理部として、酸素ポンピング電流Ｉｐのオフセット補正手段２３、ゲイン補正手段２４及び応答特性補正手段２５を備えている。酸素センサ２０のヒータ６は、ＥＣＵ２２が備えるヒータドライバ２２ａによって制御される。
【００１８】
擬似センサ２９は、コントローラ２１を介して酸素センサ２０に接続されるＲｐｖｓ測定手段２６と、Ｒｐｖｓ測定手段２６に接続されＲｐｖｓ測定手段２６の出力信号を補正するＲｐｖｓ補正手段２７と、信号処理部、具体的には、応答特性補正手段２５に接続されＩｐ信号を補正するＩｐ設定手段２８と、を備えている。Ｒｐｖｓ測定手段２６は、コントローラ２１に公知の手法により酸素濃淡電池セル４の素子抵抗、詳細には、高周波インピーダンスを測定させる手段である。
【００１９】
Ｒｐｖｓ補正手段２７の出力信号はＥＣＵ２２に入力され、ＥＣＵ２２内のヒータドライバ２２ａはこの信号に基づいてヒータ６に供給する電力を制御する。Ｉｐ設定手段２８の出力信号はＥＣＵ２２に入力され、ＥＣＵ２２はこのＩｐ信号に基づいて、被測定ガスの酸素濃度を算出し、エンジンをコントロールすることにより被測定ガスの空燃比を制御する。
【００２０】
オフセット補正手段２３は、酸素ポンピング電流Ｉｐを表す信号のオフセットを上下することができる。なお、酸素ポンピング電流Ｉｐのオフセットは、所定酸素濃度時、例えば、酸素濃度が理論空燃比λ＝１の酸素ポンピング電流Ｉｐの大きさを表している。
【００２１】
ゲイン補正手段２４は、酸素ポンピング電流Ｉｐを表す信号のゲインを変化させることができる。なお、酸素ポンピング電流Ｉｐのゲインは、被測定ガス中の酸素濃度変化とＩｐ変化の比を表している。
【００２２】
応答特性補正手段２５は、ＣＲ回路の時定数を変更することにより、被測定ガス中の酸素濃度変化に対する酸素ポンピングセル１の駆動制御の遅れを変化させることができる。
【００２３】
以上説明した本発明の一実施例に係る劣化シミュレータを用いた酸素センサの劣化試験方法について説明する。
【００２４】
酸素センサのある雰囲気に成分既知のモデルガスを投入する。コントローラ２１は、検出された酸素濃淡電圧Ｖｓが一定となるよう酸素ポンピング電流Ｉｐを制御する。このとき、Ｉｐを表す信号は、本発明の一実施例に係る信号処理部を経由して、Ｉｐ設定手段２８に入力される。すなわち、Ｉｐを表す信号は、設定された劣化目標に応じて、オフセット補正手段２３、ゲイン補正手段２４及び応答特性補正手段２５のいずれか一以上により補正されてＩｐ設定手段２８に入力される。Ｉｐ設定手段２８はＥＣＵ２２に酸素ポンピング電流Ｉｐを表す信号を出力して、この信号に基づいてＥＣＵ２２は酸素センサのある雰囲気ガス中の酸素濃度を制御する。このように劣化目標ごとに酸素センサ２０が劣化した場合のＥＣＵ２２の挙動を劣化シミュレータ１３を用いて予測することができる。
【００２５】
Ｒｐｖｓ補正について説明する。コントローラ２１は酸素センサ２０の温度等を検出するため、公知の方法により、周期的に酸素濃淡電池セル４の高周波インピーダンスを検出している。劣化試験時、擬似センサ２９は、コントローラ２１を介して入力されるＲｐｖｓを測定し、それを劣化目標に応じて補正したＲｐｖｓ信号を生成する。この信号はＥＣＵ２２に入力され、ＥＣＵ２２内のヒータドライバ２２ａは、補正されたＲｐｖｓ信号に基づいてヒータ６を制御する。また、Ｒｐｖｓの補正により、ＥＣＵ２２によって制御されている擬似センサ２９の出力が影響を受けるため、ＥＣＵ２２に出力される酸素ポンピング電流Ｉｐを表す信号も変化する。これにより、劣化によりＲｐｖｓが変化した場合のＥＣＵ２２の挙動を予測することができる。
【００２６】
本発明の一実施例に係る酸素センサの劣化シミュレータによれば、全領域空燃比型の酸素センサを耐久試験にかけて劣化させることなく酸素センサの劣化試験を簡単に模擬することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、酸素センサを耐久試験にかけて劣化させることなく酸素センサの劣化試験を簡単に模擬することができる酸素センサの劣化シミュレータ、特に、全領域空燃比センサの劣化シミュレータが提供される。さらに、本発明の劣化シミュレータによれば、酸素センサが劣化した場合のＥＣＵの挙動を予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る劣化シミュレータの接続図である。
【図２】本発明の一実施例に係る劣化シミュレータに接続される酸素センサを説明するための図である。
【図３】本発明の一実施例に係る劣化シミュレータを説明するための機能ブロック図である。
【符号の説明】
１　酸素ポンピングセル
２　拡散抵抗
３　ガス検出室
４　酸素濃淡電池セル
６　ヒータ
８　Ｉｃｐ供給手段
９　駆動手段
１０　酸素センサ
１１　ＥＣＵ
１２　バッテリ
１３　劣化シミュレータ
２０　酸素センサ
２１　コントローラ（センサコントロール部）
２２　ＥＣＵ
２２ａ　ヒータドライバ
２３　オフセット補正手段
２４　ゲイン補正手段
２５　応答特性補正手段
２６　Ｒｐｖｓ測定手段
２７　Ｒｐｖｓ補正手段
２８　Ｉｐ設定手段
２９　擬似センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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