[发明专利]气体传感器控制设备

说明书

技术领域

本发明涉及气体传感器控制器，并且更具体地涉及连接到诸如NOx传 感器等的气体传感器的气体传感器控制设备，用于基于该气体传感器的输 出而检测特定成分的浓度。

背景技术

近年来，对废气排放和燃效需求的更严格控制一直是一种发展趋势。 因而，需要提供与例如柴油机的NOx排放降低相关的技术以及与NOx净化 设备故障检测相关的另一技术。进一步，甚至汽油发动机具有扩展的应用， 该应用需要在稀薄燃烧区域中燃烧空气/燃料混合物并伴随有增加的NOx 排放。因而，需要提供与NOx排放控制相关的技术以及与NOx净化设备故 障检测相关的另一技术。由于这些情况，对NOx传感器的需求不断增长。 而且，该NOx传感器可以优选地包括利用氧化锆固态电解质体的多单元类 型的感测元件。

利用涉及上述NOx传感器的气体传感器，由于实际应用中传感器本身 所固有的误差因子以及存在于连接到该气体传感器的检测电路中的另一误 差因子，在传感器电流测量值上存在输出误差。气体传感器误差因子的示 例可以包括个体差异和随时间的劣化等。检测电路的误差因子的示例包括 电路元件的精度和温度特性等。特别是，利用NOx传感器，弱的传感器电 流取决于NOx浓度而流动，导致由于误差因子引起的的检测精度下降的进 一步增加的风险。利用被设置以检测氧气浓度的氧气传感器(A/F传感器)， 传感器电流以mA级存在。相对而言，NOx传感器生成nA级的传感器电 流，其与上述氧气传感器的电流级别相差4-5个数量级。

利用现有技术解决这种问题，已试图提供具有设置在传感器电流所流 经的电流通路上的开关的检测电路。暂时打开该开关以切断流经该检测电 路的传感器电流，并且在这种状态下获取传感器电流测量值以计算该检测 电路的输出误差(例如，参见公开号为2005-326388的日本专利申请)。

然而，利用具有设置在传感器电流所流经的电流通路上的开关的这种 结构的检测电路，应该考虑由该开关导致的对传感器电流检测的负面影响。 在使用包括例如半导体开关元件的开关的情况下，会在开关元件中出现几 十nA数量级的泄漏电流(漏电流)。由此，当测量弱电流时，诸如在检测 NOx浓度的阶段，会担心出现测量误差，并且具有改善的空间。

同时，利用涉及上述NOx传感器的气体传感器时，需要检测气体传感 器的功能是正常的并且检测项目的示例包括对于感测元件的断开确定。在 利用汽车废气气体传感器时，可能要在法律和规范的规定下来指定断开确 定。用于检测气体传感器中的故障的技术示例可以包括基于例如A/F传感 器的元件阻抗来检测传感器断开。更具体地是，在检测阻抗时，在设置的 电压中发生扫描变化(sweep variation)以获得电流变化幅度或者可以在这 种扫描变化期间计算阻抗值。因此，基于电流变化幅度或阻抗值来执行故 障检测。通过基于元件阻抗来进行故障检测，即使传感器输出是“0”，也 可能做出关于是正常操作还是故障操作的查询。即，利用以理论的空气燃 料比(化学计量比)为目标的空气/燃料比反馈控制，传感器输出在大约是 “0”处保持不变，即使在这种情况下，仍可以检测诸如断开等的故障。

然而，利用被设置以检测例如以NOx检测信号为例的弱电流的电路， 可以在公共电路上实现弱电流检测和阻抗检测，导致NOx检测精度劣化的 风险。即，由阻抗检测所得到的电流级别是mA级。相反，NOx检测信号 的电流级别处于nA级，电流级别彼此相差4-5个量级。因此，很难以增加 的精度执行NOx检测和阻抗检测，这导致检测NOx浓度的精度的劣化。

进一步，已经提供一种技术，其中检测电路具有设置在NOx检测电流 所流经的电流通路上的开关(例如，参见公开号为2005-3263880的日本专 利申请)。通过使用这种技术，可以适当地切换NOx检测电路和阻抗检测 电路，从而有可能根据需要来提取电流级别的信号。

然而，利用这种结构，其中在检测电路中在NOx检测电流所流经的电 流通路中设置有开关，需要考虑该开关会不利地影响NOx电流检测。即， 利用包括例如半导体开关元件的开关，会在开关元件中出现几十nA级的泄 漏电流(漏电流)。因此，在测量弱电流时，诸如在检测NOx浓度等的阶 段，具有测量误差的风险，并且具有改善的空间。

发明内容