专利名称：气体传感器装置及使用气体传感器的浓度测定方法
技术领域：
本发明涉及具有测定被检测气体的浓度的气体传感器的气体传感器装置及使用气体传感器的浓度测定方法，特别涉及用于需要对从气体传感器输出的输出值进行压力校正的情况的适合的气体传感器装置及使用气体传感器的浓度测定方法。
背景技术：
在柴油发动机、汽油发动机等内燃机中，为了实现消耗燃料的降低或实现排气气体的净化，通常进行调节作为被送入燃烧室的气体与燃料的比例的混合比的控制。为了控制该混合比，由于需要测定吸气气体所包含的特定气体成分(例如氧气)的比例、排气气体所包含的特定气体成分的比例，因此使用气体传感器。
气体传感器具有配置在作为测定对象的气体中的传感器元件，从该传感器元件输出与特定气体成分的比例即特定气体成分的浓度(例如氧气浓度)相关的输出值。但是， 公知从传感器元件输出的输出值不只是作为测定对象的气体中的特定气体成分的浓度，还受到气体的压力的影响。
近年来，对内燃机的控制变得精细，因此开始谋求特定气体成分的浓度的值也精准。因此，为了谋求作为测定对象的气体中的更精准的特定气体成分的浓度，提案从由气体传感器输出的输出值中除去压力的影响的各种方法(例如，参照专利文献I及2)。
在专利文献I及2中公开了 设置有测定作为测定对象的气体中的特定气体成分的浓度的传感器元件和测定压力的压力传感器的结构。而且，在专利文献I及2中提案有如下方法(校正方法)将与从传感器兀件输出的特定气体成分的浓度相关的输出值乘以基于由压力传感器测定的压力值的系数，由此从与特定气体成分的浓度相关的气体传感器的输出值中除去压力的影响。
现有技术文献
专利文献
专利文献I :日本特开平6-273381号公报
专利文献2 :日本特开2005-061420号公报
相比没有进行与特定气体成分的浓度相关的气体传感器的输出值的校正的情况， 通过使用上述专利文献I及2所记载的校正方法，特定气体成分的浓度的值的精度变得更精准。但是，预计对内燃机的控制在现在乃至将来会变得更精致。此时，特定气体成分的浓度的值也要求精度为更高的值。即，在上述专利文献I及2所记载的校正方法中，存在难以以所要求的精度得到特定气体成分的浓度的值的问题。发明内容
本发明是为了解决上述课题而发明的，其目的在于提供一种气体传感器装置及使用气体传感器的浓度测定方法，能够进一步提高从由气体传感器测定的输出值得到的气体中的特定气体成分浓度的值的精度。
为了实现上述目的，本发明提供以下手段。本发明的气体传感器装置设置有气体传感器，输出与特定气体成分的浓度对应的输出值，该特定气体成分包含于流过内燃机中所设置的流动路径内的气体内；压力传感器，测定上述气体的压力；以及运算部，基于从上述气体传感器输出的上述输出值以及通过上述压力传感器测定的上述气体的压力值来算出上述特定成分浓度，上述气体传感器装置的特征在于，上述运算部基于由菲克定律导出的式、并且作为从上述气体传感器输出的上述输出值以及通过上述压力传感器测定的上述压力值的函数的式，算出假定特定成分浓度，而且，基于上述假定特定成分浓度和通过上述压力传感器测定的上述压力值的函数即校正项来算出校正值，使用上述校正值来校正上述假定特定成分浓度，从而算出上述特定成分浓度。
根据本发明的气体传感器装置，基于由菲克定律导出的式、并且作为气体传感器的输出值和压力传感器的压力值的函数的式，算出特定成分的浓度(假定特定成分浓度)， 因此相比不校正与特定成分的浓度相关的气体传感器的输出值的情况，特定成分的浓度的值的精度能够变得更精准。
而且，根据本发明的气体传感器装置，尽管基于菲克定律求出的假定特定成分浓度存在误差，但通过使用基于假定特定成分浓度和通过压力传感器测定的压力值的函数即校正项的校正值来校正假定特定成分浓度，能够减小校正后的特定成分浓度的误差。
本发明的发明人通过实验发现了 对于使用基于菲克定律的式算出的假定特定成分浓度，特定气体成分的浓度与气体的压力存在相对紧密的依存性。即，发现了 尽管是具有相同的特定气体成分的浓度的气体，但如果气体的压力不同，则算出的假定特定成分浓度产生不同(误差)。因此，使用根据假定特定成分浓度和压力值的函数即校正项算出的校正值，校正假定特定成分浓度，从而从假定特定成分浓度中除去气体的压力所产生的变动， 能够求出误差变得更小的特定成分浓度。此外，作为使用校正值的假定特定成分浓度的校正方法，优选对假定特定成分浓度减去校正值或者加上校正值的方法。
此外，在本发明的气体传感器装置中，流过内燃机中所设置的流动路径内的气体可以是吸气气体，也可以是排气气体，优选吸气气体。在吸气气体中，气体的压力变动大，因此处于气体传感器的输出值与特定成分浓度容易产生误差的状况。对此，通过使用本发明的气体传感器装置，即使是吸气气体，也能够从气体传感器的输出值中除去气体的压力所产生的变动，求出误差变得更小的特定成分浓度。
上述发明优选上述运算部使用下式
[数学式I]
假定ο2浓度=i_4 p j
算出假定特定成分浓度，
其中，Ip是从上述气体传感器输出的上述输出值，P是通过上述压力传感器测定的上述压力值，A、B是能够近似通过两个压力值和与两个压力值对应的两个输出值算出的两个假定特定成分浓度的常数。
由此，使用上式来算出假定特定成分浓度，因此相比不校正与特定成分的浓度相关的气体传感器的输出值的情况，特定成分的浓度的值的精度能够变得更精准。而且，尽管使用上式算出的假定特定成分浓度存在误差，但通过使用基于假定特定成分浓度和通过压力传感器测定的压力值的函数即校正项的校正值来校正假定特定成分浓度，能够减小校正后的特定成分浓度的误差。
上述发明优选上述校正项是与通过上述压力传感器测定的压力值相关的多项式。
由此，通过将校正项设为与测定的压力值相关的多项式，能够进一步减小由运算部求出的特定成分浓度的误差。例如，即使在假定特定成分浓度相对于气体压力的依存性根据气体压力的变化而连续的变化的情况下，通过与该变化对应的多项式用作校正项，也能够抑制特定成分浓度的误差变大。
上述发明优选在上述多项式的各项中分别包含有不同的系数，该系数是上述假定特定成分浓度的函数。
由此，通过校正项的各项中的系数成为假定特定成分浓度的函数，能够进一步减小由运算部求出的特定成分浓度的误差。例如，在假定特定成分浓度相对于气体压力的依存性根据气体的压力而较大地变化，即使使用作为固定的多项式的校正项也不能充分地校正的情况下，难以减小特定成分浓度的误差。即使在上述情况下，通过使多项式的各项的系数根据假定特定成分浓度而变化，能够扩大由校正项校正的范围，能够更确实地抑制特定成分浓度的误差变大。
另外，本发明的使用气体传感器的浓度测定方法，将输出与特定气体成分的浓度对应的输出值的气体传感器以及压力传感器配置于流动路径，该特定气体成分包含于流过内燃机中所设置的流动路径内的气体内，该压力传感器测定上述气体的压力，基于从上述气体传感器输出的上述输出值以及通过上述压力传感器测定的上述气体的压力值算出特定成分浓度，上述使用气体传感器的浓度测定方法的特征在于，在算出上述特定成分浓度时，基于由菲克定律导出的式、并且作为从上述气体传感器输出的上述输出值以及通过上述压力传感器测定的上述压力值的函数的式，算出假定特定成分浓度，而且，基于上述假定特定成分浓度和通过上述压力传感器测定的上述压力值的函数即校正项来算出校正值，使用上述校正值来校正上述假定特定成分浓度，从而算出上述特定成分浓度。
根据本发明的使用气体传感器的浓度测定方法，基于由菲克定律导出的式、并且作为气体传感器的输出值和压力传感器的压力值的函数的式，算出特定成分的浓度(假定特定成分浓度)，因此相比不校正与特定成分的浓度相关的气体传感器的输出值的情况，特定成分的浓度的值的精度能够变得更精准。
而且，根据本发明的使用气体传感器的浓度测定方法，尽管基于菲克定律求出的假定特定成分浓度存在误差，但通过使用基于假定特定成分浓度和通过压力传感器测定的压力值的函数即校正项的校正值来校正假定特定成分浓度，能够减小校正后的特定成分浓度的误差。
上述发明优选在算出上述特定成分浓度时所使用的式是下式
[数学式2]
权利要求
1.一种气体传感器装置，设置有气体传感器，输出与特定气体成分的浓度对应的输出值，该特定气体成分包含于流过内燃机中所设置的流动路径内的气体内； 压力传感器，测定上述气体的压力；以及 运算部，基于从上述气体传感器输出的上述输出值以及通过上述压力传感器测定的上述气体的压力值来算出上述特定成分浓度， 上述气体传感器装置的特征在于， 上述运算部基于由菲克定律导出的式、并且作为从上述气体传感器输出的上述输出值以及通过上述压力传感器测定的上述压力值的函数的式，算出假定特定成分浓度， 而且，基于上述假定特定成分浓度和通过上述压力传感器测定的上述压力值的函数即校正项来算出校正值， 使用上述校正值来校正上述假定特定成分浓度，从而算出上述特定成分浓度。
2.如权利要求I所述的气体传感器装置，其特征在于， 上述运算部使用下式 [数学式I] 假定特定成分的浓度=l-d P J 算出假定特定成分浓度， 其中，Ip是从上述气体传感器输出的上述输出值，P是通过上述压力传感器测定的上述压力值，A、B是能够近似通过两个压力值和与两个压力值对应的两个输出值算出的两个假定特定成分浓度的常数。
3.如权利要求I或2所述的气体传感器装置，其特征在于， 上述校正项是与通过上述压力传感器测定的压力值相关的多项式。
4.如权利要求3所述的气体传感器装置，其特征在于， 在上述多项式的各项中分别包含有不同的系数， 该系数是上述假定特定成分浓度的函数。
5.一种使用气体传感器的浓度测定方法，将输出与特定气体成分的浓度对应的输出值的气体传感器以及压力传感器配置于流动路径，该特定气体成分包含于流过内燃机中所设置的流动路径内的气体内，该压力传感器测定上述气体的压力，基于从上述气体传感器输出的上述输出值以及通过上述压力传感器测定的上述气体的压力值算出特定成分浓度，上述使用气体传感器的浓度测定方法的特征在于， 在算出上述特定成分浓度时， 基于由菲克定律导出的式、并且作为从上述气体传感器输出的上述输出值以及通过上述压力传感器测定的上述压力值的函数的式，算出假定特定成分浓度， 而且，基于上述假定特定成分浓度和通过上述压力传感器测定的上述压力值的函数即校正项来算出校正值， 使用上述校正值来校正上述假定特定成分浓度，从而算出上述特定成分浓度。
6.如权利要求5所述的使用气体传感器的浓度测定方法，其特征在于， 在算出上述特定成分浓度时所使用的式是下式 [数学式2]假定特定成分的浓度=l-j p j其中，Ip是从上述气体传感器输出的上述输出值，P是通过上述压力传感器测定的上述压力值，A、B是能够近似通过两个压力值和与两个压力值对应的两个输出值算出的两个假定特定成分浓度的常数。
7.如权利要求5或6所述的使用气体传感器的浓度测定方法，其特征在于， 上述校正项是与通过上述压力传感器测定的压力值相关的多项式。
8.如权利要求7所述的使用气体传感器的浓度测定方法，其特征在于， 在上述多项式的各项中分别包含有不同的系数， 该系数是上述假定特定成分浓度的函数。
全文摘要
一种气体传感器装置及使用气体传感器的浓度测定方法，能够进一步提高根据由气体传感器测定的输出值而得到的气体中的特定气体成分的浓度的值的精度。气体传感器装置(1)设置有气体传感器(10)，输出与气体所包含的特定气体成分的浓度即特定成分浓度对应的输出值；压力传感器(20)，测定气体的压力；以及运算部(30)，基于从气体传感器输出的输出值以及通过压力传感器测定的气体的压力值来算出特定成分浓度，运算部基于由菲克定律导出的式、且作为输出值和压力值的函数的式来算出假定特定成分浓度，基于假定特定成分浓度和压力值的函数即校正项来算出校正值，使用校正值来校正假定特定成分浓度从而算出特定成分浓度。
文档编号G01N27/00GK102928467SQ201210280808
公开日2013年2月13日 申请日期2012年8月8日 优先权日2011年8月8日
发明者都筑正雄, 田岛朋裕, 伊藤银次郎 申请人:日本特殊陶业株式会社