説明

ガス検出装置

第1及び第2のガス判定部4a,4bは、所定のサンプリング周期で第1及び第2のセンサ1,2の出力を取り込み、この出力と第1基準値との偏差から求めた空気の汚れ度合いを示す第1汚れ信号が所定の検知レベルを越えるとガス検知信号を出力し、このガス検知信号を受けて切替制御部5がダンパ20を内気循環に切り替える。基準値更新部6は、サンプリング周期よりも長い第1更新周期が経過する毎に、各センサ1,2の今回の出力から前回更新時の第1基準値を差し引いた値に所定の更新比率を掛け合わせ、さらに前回更新時の第1基準値を加えた値を、新たな第1基準値としており、汚れ方向に第1基準値を更新する場合に比べて清浄方向に第1基準値を更新する場合の更新速度を速めている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、大気中の排気ガスや悪臭ガスを検出するためのガス検出装置に関するものである。
【背景技術】
従来より、自動車の空調システムにおいて内気循環と外気導入とを切り替えるダンパの切替制御を自動的に行うために大気中の排気ガスを検出するガス検出装置が提供されており、ガス検出装置の検出した排気ガス濃度が一定レベルを越えると、ダンパを内気循環に切り替えて、汚れた外気が車室内に侵入するのを防止し、排気ガス濃度が一定レベルを下回ると、ダンパを外気導入に切り替えて、清浄な外気を車室内に導入していた。
このようなガス検出装置に用いられるガスセンサには、安価で耐久性が高いことが要求されるので、金属酸化物半導体を用いた半導体ガスセンサが好適であるが、半導体ガスセンサには、温度湿度雰囲気依存性や、NOx・CO・ハイドロカーボン(未燃炭化水素:HC)などの種々の排気ガスに対する感度の違いや、時間的なドリフトがあり、また排気ガス濃度と出力との関係が非直線的である、という問題があるから、半導体ガスセンサの出力の絶対値で排気ガス濃度を判定するのは困難である。
そこで、ガスセンサとして半導体ガスセンサを用いた従来のガス検出装置では、例えば半導体ガスセンサの出力を単位時間毎にサンプリングして変化量を求めることにより、その出力を微分し、出力の微分値が所定の閾値を越えるところでは排気ガスが存在すると判断していた。
しかしながら、この方法では排気ガス濃度の高低に関わらず出力の微分値が閾値を越えると排気ガスが存在すると判断するため、ダンパの開閉を効果的に行えない場合がある。つまり、排気ガス濃度が低い場合でも半導体ガスセンサの出力変化が大きければ、ダンパを閉じてしまうため、ダンパの閉時間が不必要に長くなったり、開閉回数が非常に多くなるという問題があった。また、このような問題を避けるために微分値の閾値を高くして低感度にすると、排気ガス濃度は高いがガス濃度の変化が小さい場合、ガスセンサの出力変化が小さいので、ダンパが外気側に切り替えられてしまっていた。また、微分値の閾値を小さくして高感度にした場合でも、トンネルの内部のように排気ガス濃度が高い状態で安定しているところでは、ガスセンサの出力変化が小さいために、ダンパが外気側に切り替えられて、汚れた外気が車内に流入するという問題があった。
また、半導体ガスセンサの出力の移動平均値や一定時間前の出力を基準値として、この基準値と現在の出力とを比較し、両者の差が大きい場合には排気ガスがあると判断する装置も従来より提供されているが(例えば特開2001−281185号公報参照)、排気ガス濃度の高い雰囲気に長時間いると、基準値が高濃度側に変化して、非常に高い濃度しか検知できなくなり、排気ガスがあるにもかかわらず、ダンパが外気側に切り替えられたままとなって、汚れた外気が車内に流入するという問題があった。
また更に、半導体ガスセンサによる排気ガス濃度の検出値の内、過去の一定期間における最低ガス濃度を基準値として、この基準値と現在の出力とを比較し、両者の差が大きい場合には排気ガスがあると判断する装置も従来より提案されているが、ノイズなどによって一時的に急激に低下した最低ガス濃度を基準値にしてしまうと、清浄な空気を汚れた空気と誤検知し、ダンパが内気側に切り替えられたままになるという問題があった。
【発明の開示】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、場所の違いなどで空気が汚れていると人が感じる時の排気ガスや悪臭ガスのガス濃度が異なる場合でも、排気ガスや悪臭ガスの有無を確実に検出できるガス検出装置を提供することにある。
すなわち、本発明のガス検出装置は、自動車から排出される排気ガスおよび工場、下水処理場、ごみ処理場、牧場、農場などから発生する悪臭ガスのガス濃度に応じて抵抗値が変化する半導体ガスセンサと、所定のサンプリング周期で半導体ガスセンサの出力を取り込み、この出力から算出されるセンサ抵抗値と所定の第1基準値との偏差から求めた空気の汚れ度合いを示す第1汚れ信号を出力するガス判定部と、サンプリング周期よりも長い第1更新周期が経過する毎に、半導体ガスセンサの今回の出力から前回更新時の第1基準値を差し引いた値に1よりも小さい所定の更新比率を掛け合わせ、さらに前回更新時の第1基準値を加えた値を、新たな第1基準値とする基準値更新部とを備え、基準値更新部は、ガス濃度が高くなる汚れ方向に第1基準値を更新する場合に比べて、ガス濃度が低くなる清浄方向に第1基準値を更新する場合の更新速度を速めている。
この発明によれば、更新周期が経過する毎に、今回のセンサ出力と前回更新時の第1基準値との偏差に更新比率を掛けて更新量を求め、この更新量を前回更新時の第1基準値に加えることで今回の第1基準値を求めているので、周囲の環境に合わせて第1基準値を変化させることができ、場所の違いなどで空気が汚れていると人が感じる時のガス濃度が異なる場合でも、第1汚れ信号を用いて排気ガスや悪臭ガスの有無を確実に検出することができる。したがって、このガス検出装置の出力を用いて自動車のダンパを制御する場合には、どのような環境下でも人の感覚に合ったダンパ制御を行うことができ、そのうえ第1基準値を汚れ方向に更新する場合の更新速度に比べて清浄方向に更新する場合の更新速度を速めているので、ガス濃度が高い状態が長時間継続する場合には、第1基準値がゆっくりと汚れ方向へ変化するから、第1基準値が汚れ方向に行き過ぎてダンパが外気側に切り替えられるのを防止でき、さらに都市部のように排気ガスや悪臭ガスが常に存在する場所に長時間滞在した場合は、人の嗅覚がその環境に慣れていくのと同様に、その環境の最も低いガス濃度に合わせた値に第1基準値が近付いて行くので、ダンパが内気側に切り替わったままとなるのを防止できる。また空気が清浄になると、第1基準値が清浄方向に急速に変化し、微量の排気ガスや悪臭ガスを検知してダンパが内気側に切り替えられるので、郊外などの清浄な環境に合わせてダンパを制御することができる。
また上記ガス検出装置では、さらに上記基準値更新部が、第1基準値を汚れ方向に更新する場合の第1更新周期に比べて清浄方向に更新する場合の第1更新周期を短くすることが好ましい。第1基準値を汚れ方向に更新する場合の第1更新周期に比べて清浄方向に更新する場合の第1更新周期を短くすることで、清浄方向の更新速度を速めることができる。
また上記ガス検出装置では、さらに上記基準値更新部が、第1基準値を汚れ方向に更新する場合に用いる更新比率に比べて清浄方向に更新する場合に用いる更新比率の値を大きくすることが好ましい。第1基準値を汚れ方向に更新する場合に用いる更新比率に比べて清浄方向に更新する場合に用いる更新比率の値を大きくすることで、清浄方向の更新速度を速めることができる。
上記ガス検出装置では、さらに上記更新比率を、第1汚れ信号の大きさに反比例した値とすることが好ましい。センサの出力から基準値を引いた値に更新比率を掛けた値が第1基準値の更新量となるので、ガス濃度が高い雰囲気中では更新量が大きくなって、第1基準値が比較的短い時間で高濃度側に変化しやすくなるが、更新比率を第1汚れ信号の大きさに反比例した値とすることで、ガス濃度が高い雰囲気中では第1基準値の更新速度を遅らせることができる。
上記ガス検出装置では、さらに上記ガス判定部が、半導体ガスセンサの出力と第1基準値との偏差を第1基準値で割った値に、センサ個体間の感度のばらつきを補正する補正係数を掛けた値を上記第1汚れ信号とすることが好ましい。センサの出力は温度依存性を有しているが、センサの出力と第1基準値との偏差を第1基準値で割って抵抗比を求めることにより、温度や湿度によって変化するセンサ抵抗値に依存しないよう感度を基準化することができ、さらに補正係数を掛けることでセンサ個体間の感度のばらつきを無くすことができる。
上記ガス検出装置では、さらに上記半導体ガスセンサとして、ディーゼル車の排気ガス濃度が高くなるにつれて抵抗値が高くなる第1のセンサと、ガソリン車の排気ガスおよび悪臭ガスのガス濃度が高くなるにつれて抵抗値が低くなる第2のセンサとを含み、第1及び第2のセンサのそれぞれに対応して上記ガス判定部を設け、上記基準値更新部が各々のガス判定部の第1基準値をそれぞれ独立に更新することが好ましい。この場合は、各々のガス判定部で、第1のセンサ又は第2のセンサの出力とそれぞれの第1基準値との偏差から第1汚れ信号をそれぞれ求めているので、これらの第1汚れ信号を用いて排ガス及び悪臭ガスの有無を検出することができ、このガス検出装置の出力を用いて自動車のダンパを制御する場合にはディーゼル車及びガソリン車の両方の排気ガス及び悪臭ガスを検知してダンパを内気側に切り替えることができる。
また上記ガス検出装置では、基準値更新部は、第1のセンサの出力から求めた第1汚れ信号が所定の第1の閾値レベル以上になると第2のセンサ側の第1基準値を清浄方向に更新するのを禁止するとともに、上記第1の閾値レベルを下回ると第2のセンサ側の基準値更新の禁止を解除し、且つ、第2のセンサの出力から求めた第1汚れ信号が所定の第2の閾値レベル以上になると第1のセンサ側の第1基準値を清浄方向に更新するのを禁止するとともに、上記第2の閾値レベルを下回ると第1のセンサ側の基準値更新の禁止を解除することが好ましい。
第1のセンサはガソリン車の排気ガス及び悪臭ガスにも僅かながら感度を有し、また第2のセンサもディーゼル車の排気ガスに僅かながら感度を有しているので、第1のセンサの出力はガソリン車の排気ガス及び悪臭ガスが存在すると清浄方向に変化し、第2のセンサの出力はディーゼル車の排気ガスが存在すると清浄方向に変化するが、基準値更新部は、第1のセンサの第1汚れ信号が所定の第1の閾値レベル以上になると第2のセンサ側の第1基準値を清浄方向に更新するのを禁止するとともに、第2のセンサの第1汚れ信号が所定の第2の閾値レベル以上になると第1のセンサ側の第1基準値を清浄方向に更新するのを禁止しており、干渉ガスの影響によって第1基準値が清浄方向に更新されるのを抑制して、誤検知を防止できる。
また上記ガス検出装置では、第1及び第2のセンサのそれぞれに対応して、上記サンプリング周期で各センサの出力を取り込み、この出力と所定の第2基準値との偏差から求めた第2汚れ信号を出力する低濃度ガス判定部を設け、上記基準値更新部が、サンプリング周期以上で且つ第1更新周期よりも短い第2更新周期が経過する毎に、各センサの今回の出力と前回更新時の第2基準値との差に1よりも小さい所定の係数を掛けた値に、前回更新時の第2基準値を加えた値を、各センサの新たな第2基準値とし、第2基準値を汚れ方向に更新する場合の第2更新周期に比べて、清浄方向に更新する場合の第2更新周期を短くすることが好ましい。
ここで、比較的低い濃度で排気ガスや悪臭ガスを検知できるように第1汚れ信号の閾値(検知レベル)を小さい値に設定した場合、第1基準値が清浄方向に少しでも行き過ぎて更新されると、清浄な空気を汚れていると誤判断するため、検知レベルを小さい値に設定しにくく、上述と逆に検知レベルを大きい値に設定すると、低濃度の排気ガスや悪臭ガスを検知しにくくなったり、ダンパを制御する場合にはダンパの応答が遅くなるが、第1基準値の更新速度に比べて更新速度の速い第2基準値を用いてこの第2の基準値とセンサ出力との偏差から第2汚れ信号を求める低濃度ガス判定部を別に設けているので、第2汚れ信号の閾値(低濃度検知レベル)を第1汚れ信号の検知レベルよりも低い濃度に設定することで、低濃度の排気ガスや悪臭ガスを短期間で検知することができる。したがって、ガス判定部では比較的高い濃度の排気ガス及び悪臭ガスを検知対象とすることができ、第1汚れ信号の検知レベルを高めに設定するとともに、更新速度を比較的速くできるので、誤検知を減らして確実に排気ガスや悪臭ガスを検知することができる。
また上記ガス検出装置では、自動車の車室内に外気を導入するためのダンパを開閉する開閉装置に対し、第1及び第2汚れ信号に基づいてダンパを開閉させる切替信号を出力する切替制御部を備え、当該切替制御部が、第1汚れ信号が所定の検知レベルを越えるか、又は、第2汚れ信号が所定の低濃度検知レベルを越えるという条件の内少なくとも何れか一方が成立すると、ダンパを閉じる切替信号を出力するとともに、第1及び第2汚れ信号が両方ともに検知レベル及び低濃度検知レベルを下回ると、所定時間を限時するタイマをスタートさせ、タイマが計時中に第1及び第2汚れ信号がそれぞれ検知レベル及び低濃度検知レベルを越えなければ、タイマがカウントアップした時点でダンパを開く切替信号を出力することが好ましい。
この場合は、第1及び第2汚れ信号が両方ともに検知レベル及び低濃度検知レベルを下回ってもダンパを閉じた状態を所定時間継続し、その間に排気ガス及び悪臭ガスを検出できなければ、所定時間後にダンパを開いているので、ダンパを開いた直後にダンパが閉じられる確率が減り、ダンパを開閉する回数を減らして、ダンパを駆動するモータの寿命を延ばすことができる。
また上記ガス検出装置では、上記切替制御部が、ダンパを開く切替信号を出力した時点から所定の停止時間が経過するまでの間、各低濃度ガス判定部からの第2汚れ信号が検知レベルを越えても、ダンパを閉じる切替信号の出力を停止することが好ましい。
この場合は、ダンパを外気側に切り替えてから停止時間が経過するまでの間、低濃度ガス判定部からの第2汚れ信号が低濃度検知レベルを越えても無視しているので、ダンパが開けられる途中で閉じられるような制御が行われることはなく、ダンパを駆動するモータに不要な負荷がかかるのを低減して、寿命を延ばすことができる。
また上記ガス検出装置では、さらに第2のセンサ側のガス判定部が、第2のセンサの出力から求めた第1汚れ信号が所定の判定停止レベルを越えると、第1のセンサ側の低濃度ガス判定部の判定を停止することによって第1のセンサ側の低濃度ガス判定部から入力される第2汚れ信号に基づいて上記切替制御部がダンパを閉じる切替信号を出力するのを停止することが好ましい。
ここで、ガソリン車の排気ガス及び悪臭ガスが存在すると第1のセンサの出力が清浄側に変化するため、ガソリン車の高濃度の排気ガスや高濃度の悪臭ガスにさらされた後に清浄な空気に触れると、第1のセンサの出力が汚れ方向に変化し、この出力変化を低濃度ガス判定部が空気の汚れと判断する可能性があるが、第2のセンサ側のガス判定部は、上記第1汚れ信号が所定の判定停止レベルを越えると、第1のセンサ側の低濃度ガス判定部の判定を停止することによって第1のセンサ側の低濃度ガス判定部から入力される第2汚れ信号に基づいて清浄な空気を汚れていると誤判断するのを防止して、ダンパが閉じられるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明の一実施形態のガス検出装置を用いたダンパ制御システムのブロック図である。
図2は、同上の基準値更新の説明図である。
図3は、同上に用いる第1のセンサの一部省略した正面図である。
図4は、同上の第1のセンサを用いた空質判定動作のフローチャートである。
図5は、同上の第2のセンサを用いた空質判定動作のフローチャートである。
図6は、同上の第1のセンサの第1基準値を清浄方向に更新するルーチンのフローチャートである。
図7は、同上の第2のセンサの第1基準値を清浄方向に更新するルーチンのフローチャートである。
図8は、同上の第1のセンサの第1基準値を汚れ方向に更新するルーチンのフローチャートである。
図9は、同上の第2のセンサの第1基準値を汚れ方向に更新するルーチンのフローチャートである。
図10は、同上の別の実施形態のガス検出装置を用いたダンパ制御システムのブロック図である。
図11は、同上のダンパ制御動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明を好ましい実施形態に基づいて詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1に、本実施形態のガス検出装置Aのブロック図を示す。このガス検出装置Aは、ディーゼル車から排出されるディーゼル排ガスに対して感度を有する第1のセンサ1と、ガソリン車から排出されるガソリン排ガス及び悪臭ガスに対して感度を有する第2のセンサ2と、A/D変換器3a,3bと、第1のセンサ1の出力に基づいてディーゼル排ガスの有無を判定する第1のガス判定部4aと、第2のセンサ2の出力に基づいてガソリン排ガス及び悪臭ガスの有無を判定する第2のガス判定部4bと、切替制御部5と、基準値更新部6と、センサ駆動部7とを主な構成として有し、A/D変換器3a,3b、第1及び第2のガス判定部4a,4b、切替制御部5、基準値更新部6、及びセンサ駆動部7は、A/D変換器を内蔵したマイクロコンピュータを用いて構成される。
このガス検出装置Aは自動車のダンパ制御システムに用いられるものであり、車室内に空気を導くダクト11の一端には、車外の空気を導入する外気導入用ダクト12と、室内の空気を循環して導く内気導入用ダクト13とが連結される。ダクト12,13とダクト11との連結部分には、空気の流入経路をダクト12又はダクト13に切り替えるためのダンパ20が配設され、ダンパ駆動部21が切替制御部5から入力される切替信号に応じてダンパ20を外気側又は内気側に切り替えている。そして、ダクト11の下流側には送風用のファン(図示せず)が配置され、ファンを動作させると、ダクト12又は13から取り入れられた空気がダクト11を通って車室内に導かれるようになっている。
この空調システムでは、ガス検出装置Aが第1及び第2のセンサ1,2を用いてディーゼル車やガソリン車から排出される排気ガス濃度及び悪臭ガス濃度を検出し、排気ガス濃度や悪臭ガス濃度が高くなるとダンパ20をダクト13側に切り替えて汚れた空気の流入を防止するとともに、排気ガス濃度や悪臭ガス濃度が低くなるとダンパ20をダクト12側に切り替えて清浄な外気を車室内に取り入れるのである。
ガス検出装置Aに用いられる第1のセンサ1は、ディーゼル車から排出されるNOxなどの酸化性ガスのガス濃度が高くなると、感ガス体の抵抗値が高くなる方向に変化するような従来周知の半導体ガスセンサからなり、図3に示すように酸化錫(SnO)などの金属酸化物半導体を主成分として略球状に形成された感ガス体1aを有し、この感ガス体1a中にコイル状の白金よりなるヒータ兼用電極1bを埋設するとともに、ヒータ兼用電極1bのコイルの中心を貫通するようにして貴金属線からなる抵抗検出用電極1cを感ガス体1a中に埋設している。ここで、感ガス体1aから突出するヒータ兼用電極1bの両端部からリード線8a,8cが構成され、感ガス体1aから突出する抵抗検出用電極1cの一端部からリード線8bが構成される。そして、第1のセンサ1はリード線8a〜8cを介して、樹脂製のベース10に貫設された3本の端子9a〜9cに取り付けられている。
この第1のセンサ1のヒータ兼用電極1bの加熱を制御するとともに、感ガス体1aの抵抗値変化から検出対象のガスを検出する回路の構成を図1に示す。第1のセンサ1のヒータ兼用電極1bにはスイッチ素子Q1を介して一定電圧Vcが印加されるようになっており、スイッチ素子Q1がオンした時にヒータ兼用電極1bに通電され、ヒータ兼用電極1bが発熱する。また、抵抗検出用電極1cには負荷抵抗R1a、及び、スイッチ素子Q2と負荷抵抗R1bとの直列回路を介して一定電圧Vcが印加され、さらに抵抗検出用電極1cがA/D変換器3aの入力端子に接続されている。スイッチ素子Q1,Q2はセンサ駆動部7からの出力信号a,bによってオン/オフが切り替わり、スイッチ素子Q1がセンサ駆動部7の出力信号aによって所定時間オンすると、ヒータ兼用電極1bに通電されて、ヒータ兼用電極1bの発熱によって感ガス体1aが加熱される。したがって、センサ駆動部7が所定周期(例えば約7.8mS)毎に所定時間(約0.16mS)だけヒータ兼用電極1bを通電するデューティ制御を行うことによって、感ガス体1aを300℃程度に加熱している。
そして、ヒータ兼用電極1bに通電していない期間において、A/D変換器3aは所定のサンプリング周期ts毎に第1のセンサ1の両端電圧をA/D変換し、デジタル値に変換されたセンサ出力Vdを第1のガス判定部4aに出力する。ここで、スイッチ素子Q2がセンサ駆動部7の出力信号bによってオンすると、負荷抵抗R1aと並列に負荷抵抗R1bが接続されて、抵抗検出用電極1cに接続される負荷抵抗の合成抵抗値が2通りに切り替えられるようになっている。すなわち、センサ駆動部7は、A/D変換器3aに入力される信号レベルに応じてスイッチ素子Q2のオン/オフを切り替えており、信号レベルが小さくなると、スイッチ素子Q2をオンして負荷抵抗値を小さくすることで、A/D変換器3aに入力される信号レベルを大きくして、検出精度が低下するのを防止している。
また、第2のセンサ2は、ガソリン車からの排出ガスに含まれるHC及びCOや悪臭ガス(例えばアンモニア)などの還元性ガスのガス濃度が高くなると、感ガス体の抵抗値が低くなる方向に変化するような従来周知の半導体ガスセンサからなり、第1のセンサ1と同様の構造を有しており、酸化錫(SnO)などの金属酸化物半導体を主成分として略球状に形成された感ガス体を具備し、この感ガス体中にコイル状の白金よりなるヒータ兼用電極2bを埋設するとともに、ヒータ兼用電極2bのコイルの中心を貫通するようにして貴金属線からなる抵抗検出用電極2cを感ガス体中に埋設している。
そして、第2のセンサ2のヒータ兼用電極2bにはスイッチ素子Q3を介して一定電圧Vcが印加され、抵抗検出用電極2cには負荷抵抗R2a、及び、スイッチ素子Q4と負荷抵抗R2bとの直列回路を介して一定電圧Vcが印加されており、抵抗検出用電極2cがA/D変換器3bの入力端子に接続されている。スイッチ素子Q3,Q4はセンサ駆動部7からの出力信号c,dによってオン/オフが切り替わり、スイッチ素子Q3がセンサ駆動部7の出力信号cによって所定時間オンすると、ヒータ兼用電極2bに通電される。而して、センサ駆動部7が所定周期毎(例えば約7.8mS)毎に所定時間(約0.19mS)だけヒータ兼用電極2bを通電するデューティ制御を行うことで、感ガス体が一定温度に加熱されている。そして、ヒータ兼用電極2bに通電していない期間に、A/D変換器3bが所定のサンプリング周期ts毎に第2のセンサ2の両端電圧をA/D変換し、デジタル値に変換されたセンサ出力Vgを第2のガス判定部4bに出力する。なおセンサ駆動部7は、A/D変換器3bに入力される信号レベルに応じてスイッチ素子Q4をオン/オフさせることで、負荷抵抗値を2通りに切り替えて、検出精度が低下するのを防止している。また、センサ駆動部7では第1のセンサ1のヒータON期間と第2のセンサ2のヒータON期間とが重ならないようにスイッチ素子Q1,Q3を半周期ずつずらしてオンさせており、消費電流の低減を図っている。
次に、このガス検出装置Aの動作を図4〜図9のフローチャートに基づいて説明する。
図4は第1のガス判定部4aが第1のセンサ1の出力をもとにディーゼル車の排出ガスを検出する動作、図5は第2のガス判定部4bが第2のセンサ2の出力をもとにガソリン車の排出ガス及び悪臭ガスを検出する動作をそれぞれ示しており、第1及び第2のガス判定部4a,4bは、所定のサンプリング周期毎に所定の判定値D1,D2、判定値G1,G2をそれぞれ設定した後(ステップS1,S11)、A/D変換器3a,3bから入力されたセンサ出力Vd,Vgをもとに両センサ1、2の抵抗値Rd、Rgを求める(ステップS2,S12)。ここで、A/D変換器3a,3bに8ビットのA/D変換器を用いて、そのフルスケール(256)をVcとし、検出抵抗R1,R2の抵抗値を256とすると、両センサ1、2の抵抗値Rd、Rgは、
Rd=Vd×256/(256−Vd) …(1)
Rg=Vg×256/(256−Vg) …(2)
となる。
そして、抵抗値Rd、Rgの計算が終了すると、基準値更新部6は、後述する第1汚れ信号D,Gを求める際に用いる第1基準値Rdm,Rgmの更新処理を行う。先ず基準値更新部6は、第1基準値Rdm,Rgmを清浄方向に更新する更新周期tが経過したか否かを判定する(ステップS3,S13)。
S3の判定で第1のセンサ側の第1基準値Rdmの更新周期tが経過する度に、基準値更新部6は第1基準値Rdmを清浄方向に更新するルーチンを実行した後(ステップS4)、汚れ判定ルーチンに移行する(ステップS7)。また、丁度更新周期tのとき以外であれば、第1基準値Rdmを汚れ方向に更新する更新周期Tが経過したか否かを判定する(ステップS5)。S5の判定で更新周期Tが経過する度に、基準値更新部6は第1基準値Rdmを汚れ方向に更新するルーチンを実行した後(ステップS6)、汚れ判定ルーチンに移行し(ステップS7)、更新周期Tが経過したとき以外は、汚れ判定ルーチンに移行する(ステップS7)。
一方、S13の判定で第2のセンサ側の第1基準値Rgmの更新周期tが経過する毎に、基準値更新部6は、抵抗値Rgが前回更新時の基準値Rgm0以上か否かを判定し(ステップS14)、抵抗値Rgが基準値Rgm0以上であれば第1基準値Rdmを清浄方向に更新するルーチンを実行した後(ステップS15)、汚れ判定ルーチンに移行する(ステップS18)。またS13,S14の判定で更新周期tが経過したとき以外であるか、或いは、抵抗値Rgが基準値Rgm0未満であれば、第1基準値Rgmを汚れ方向に更新する更新周期Tが経過したか否かを判定する(ステップS16)。そしてS16の判定で更新周期Tが経過するたびに、基準値更新部6は第1基準値Rgmを汚れ方向に更新するルーチンを実行した後(ステップS17)、汚れ判定ルーチンに移行し(ステップS18)、更新周期Tが経過したとき以外は、汚れ判定ルーチンに移行する(ステップS18)。
ここで、第1のセンサ側の第1基準値Rdmを清浄方向に更新するルーチンを図6に従って説明する。基準値更新部6は、清浄方向への基準値更新が禁止されているか否かを判断し(S21)、禁止中でなければ前回の基準値Rgm0とセンサ抵抗Rgとから求めた第1汚れ信号Gと所定の判定値G3との大小を比較し(S22)、第1汚れ信号Gが判定値G3以上であれば、第1基準値Rdmの清浄方向への更新を禁止し(S25)、基準値を更新しないで更新ルーチンを終了する。また、S22の判定で第1汚れ信号Gが判定値G3未満であれば、基準値更新部6は、第1のセンサ1の抵抗値Rdと前回の第1基準値Rdm0との大小を比較し(S23)、Rdm0≧Rdであれば、前回更新時の基準値Rdm0から、基準値Rdm0よりセンサ抵抗Rdを引いた値に所定の更新比率を掛け合わせ値を差し引いた値を、新たな基準値Rdmに設定し(S24)、更新ルーチンを終了する。ここで、更新比率を1/Cd(Cd>1)とすると、基準値Rdmは次式で表される。
Rdm=Rdm0−(Rdm0−Rd)/Cd …(3)
またS23の判定でRdm0<Rdであれば、基準値更新部6は基準値を更新しないで更新ルーチンを終了する
このように基準値更新部6は、第1汚れ信号Gが判定値G3以上になると、第1のセンサ側の第1基準値Rdmを清浄方向に更新するのを禁止しているが、禁止を解除する条件は、第1汚れ信号Gが一旦判定値G4(<G3)未満になった後、判定値G3未満の状態が所定のサンプリング回数だけ継続することである。すなわち、S21の判定で基準値更新が禁止されている場合、基準値更新部6は第1汚れ信号Gと判定値G4との大小を比較し(S26)、G4未満であればフラグSSDRNWに1をたて(S27)、ステップS29に移行し、G4以上であれば第1汚れ信号Gと判定値G3との大小を比較する(S28)。そして、S28の判定で第1汚れ信号Gが判定値G3以上であればステップS33に移行し、第1汚れ信号Gが判定値G3未満であればフラグSSDRNWの値が1か否かを判断する(S29)。ここで、フラグSSDRNWの値が0の場合は、カウンタのカウント値を0にリセットして(S33)、処理ルーチンを終了する。一方、フラグSSDRNWの値が1の場合は、カウンタによる所定のサンプリング回数のカウントが終了したか否かを判断し(S30)、カウントが終了していれば清浄方向への基準値更新の禁止を解除して(S31)、フラグSSDRNWの値を0にした後(S32)、ステップS23に移行して基準値を更新する処理を行う。なおS30の判定の結果、カウント値が所定の所定のサンプリング回数に達していなければ、処理ルーチンを終了する。
また第2のセンサ側の第1基準値Rgmを清浄方向に更新するルーチンについて図7のフローチャートに基づいて説明する。第1基準値Rgmの清浄方向への更新ルーチンは、この更新ルーチンに移行する前に図5のS14の処理を実行することで、上述した第1基準値Rdmの清浄方向への更新ルーチンにおいてS23の処理を無くした点以外は第1基準値Rdmの更新ルーチンと同様の処理を行っているので、詳細な説明は省略する。この更新ルーチンの処理を要約して説明すると、前回の第1基準値Rdm0と第1のセンサ1のセンサ抵抗とから求めた第1汚れ信号Dが所定の判定値D3以上になると、第1汚れ信号Dが一旦判定値D4(<D3)未満となり、その後判定値D3未満の状態が所定のサンプリング回数に達するまで、第1基準値Rgmの清浄方向への更新処理を禁止している。そして、第1基準値Rgmの清浄方向への更新処理が禁止されていない場合には、基準値更新部6は、センサ抵抗Rgから前回更新時の基準値Rgm0を引いた値に所定の更新比率を掛け合わせ、さらに基準値Rgm0を加算した値を新たな基準値Rgmに設定している。ここで、更新比率を1/Cg(Cg>1)とすると、基準値Rgmは次式で表される。
Rgm=Rgm0+(Rg−Rgm0)/Cg …(4)
次に、第1のセンサ側の第1基準値Rdmを汚れ方向に更新するルーチンを図8のフローチャートに従って説明する。先ず、基準値更新部6はセンサ抵抗Rdと前回の第1基準値Rdm0との大小を比較し(S46)、Rd<Rdm0であれば前回の第1基準値Rdm0を新たな基準値Rdmに設定して更新ルーチンを終了し、Rd≧Rdm0であれば前回の第1汚れ信号Dと所定の判定値D5との大小を比較する(S47)。S47の判定で第1汚れ信号Dが判定値D5未満であれば、センサ抵抗Rdから第1基準値Rdm0を引いた値に所定の更新比率(1/Pd)を掛けた値を更新量(=(Rd−Rdm0)/Pd)とし(S49)、第1汚れ信号Dが判定値D5以上であれば、センサ抵抗Rdから第1基準値Rdm0を引いた値に、更新量の大きさを調整するための定数Ldを第1汚れ信号Dで除した値(Ld/D)を掛けた値を更新量(=(Rd−Rdm0)×Ld/D)とする(S50)。S49又はS50で更新量を求めると、基準値更新部6は更新量が1以上か否かを判定し(S51)、1以上であれば前回の基準値Rdm0にS49又はS50で求めた更新量を加算した値を新たな基準値Rdmとし(S52)、1未満であれば前回の基準値Rdm0に1を加算した値を新たな基準値Rdmとする。すなわち、第1汚れ信号Dが判定値D5未満であれば第1基準値Rdmは以下の式(5)で表され、判定値D5以上であれば第1基準値Rdmは以下の式(6)で表される。なおPd>1、Ld>1である。
Rdm=Rdm0+(Rd−Rdm0)/Pd …(5)
Rdm=Rdm0+(Rd−Rdm0)×Ld/D …(6)
次に第2のセンサ側の第1基準値Rgmを汚れ方向に更新するルーチンを図9のフローチャートに従って説明する。なお第1基準値Rgmの汚れ方向への更新ルーチンでは、上述した第1基準値Rdmの汚れ方向への更新ルーチンと同様の処理を行っているので、詳細な説明は省略する。この更新ルーチンでの処理を要約して説明すると、前回の基準値Rgm0がセンサ抵抗Rg未満の場合は、前回の基準値Rdm0を新たな基準値Rgmとする。一方、前回の基準値Rgm0がセンサ抵抗Rg以上の場合、第1汚れ信号Gが所定の判定値G5未満であれば新たな基準値Rgmは以下の式(7)で表され、判定値G5以上であれば新たな基準値Rgmは以下の式(8)で表される。
Rgm=Rgm0−(Rgm0−Rg)/Pg …(7)
Rgm=Rgm0−(Rgm0−Rg)×Lg/G …(8)
ただし、Pg>1、Lg>1とし、(Rgm0−Rg)/Pgが1未満、又は、(Rgm0−Rg)×Lg/Gが1未満であればRgm=Rgm0−1とする。
以上のようにして第1基準値Rdm,Rgmが決定されると、第1及び第2のガス判定部4a,4bはセンサ抵抗Rd、Rgと第1基準値Rdm,Rgmとを用いて汚れの有無を判定する処理ルーチンを実行する。すなわち、両ガス判定部4a,4bは、式(1)(2)で求めた両センサ1、2の抵抗値Rd、Rgから、上述の更新ルーチンで決定された第1基準値Rdm,Rgmを差し引いた値を、第1基準値Rdm,Rgmで割って抵抗比を求めることで、温度や湿度によって変化するセンサ抵抗値に依存しないよう感度を基準化しており、さらに補正係数を掛けることでセンサ個体間の感度のばらつきを補正して、ディーゼル車の排気ガスによる空気の汚れ度合いを示す第1汚れ信号D、ガソリン車の排気ガス及び悪臭ガスによる空気の汚れ度合いを示す第1汚れ信号Gにそれぞれ変換する。ここで、Kdを第1のセンサ1の個体間のばらつきを補正する補正係数(Kd>1)、Kgを第2のセンサ2の個体間のばらつきを補正する補正係数(Kg>1)とすると、第1汚れ信号D,Gは次式で表される。
D=(Rd−Rdm)×Kd/Rdm
G=(Rgm−Rg)×Kg/Rgm
そして、第1汚れ信号D,Gを求めると、第1のガス判定部4aは、第1汚れ信号Dと所定の判定値D1,D2(D1>D2)との大小関係を比較し、第1汚れ信号Dが判定値D1以上になると検知フラグFDONの値を「1」とし、その後第1汚れ信号Dが判定値D2よりも低くなると検知フラグFDONの値を「0」とする(D汚れ判定ルーチンS7)。また、第2のガス判定部4bも、第1のガス判定部4aと同様に、第1汚れ信号Gと所定の判定値G1,G2(G1>G2)との大小関係を比較し、第1汚れ信号Gが判定値G1以上になると検知フラグFGONの値を「1」とし、その後第1汚れ信号Gが判定値G2よりも低くなると検知フラグFGONの値を「0」とする(G汚れ判定ルーチンS18)。このように、各ガス判定部4a,4bは第1汚れ信号D,Gが所定の検知レベル(判定値D1,G1)を越えるとガス検知信号を出力するのであるが、検知レベルにヒステリシスを設けているので出力がばたつくのを防止できる。
そして、切替制御部5では、第1のガス判定部4aから入力される検知フラグFDONの値と第2のガス判定部4bから入力される検知フラグFGONの値の論理和を求め、少なくとも何れか一方の検知フラグFDON、FGONの値が「1」であれば(つまり第1汚れ信号D,Gの内の少なくとも何れか一方が検知レベルを越えれば)、内気導入に切り替える(ダンパを閉じる)制御信号をダンパ駆動部21に出力し、この制御信号を受けてダンパ駆動部21がダンパ20を内気側に切り替える。また、両ガス判定部4a,4bからの検知フラグFDON、FGONの値が両方共に「0」になると(つまり第1汚れ信号D,Gが両方共に検知レベルを下回れば)、切替制御部5は一定時間tdの経過後に外気導入に切り替える(ダンパを開く)制御信号をダンパ駆動部21に出力し、この制御信号を受けてダンパ駆動部21がダンパ20を外気側に切り替える。
本実施形態では基準値更新部6が上述の更新ルーチンに従って各センサ毎に第1基準値Rdm,Rgmを更新しており、車が都心部、工場、下水処理場、ごみ処理場、牧場などの排気ガス濃度や悪臭ガス濃度が高い地域に徐々に入って、周囲の平均的なガス濃度が次第に高くなると、それに伴って第1基準値Rdmは増加し、第1基準値Rgmは低下するので、都市部などでは清浄な空気と云ってもよい微量の排気ガスを含む空気によって、或いは鼻が慣れてしまって臭いがないと感じる微量の悪臭ガスを含む空気によって、ダンパ20が内気側に切り替えられたままとなるのを防止できる。また車が都心部などから郊外に入って周囲の排気ガス濃度や悪臭ガス濃度が低下すると、それに伴って第1基準値Rdmは低下し、第1基準値Rgmは増加するので、郊外の清浄な空気に含まれる微量の排気ガスや悪臭ガスを検知することができるようになって、ダンパを内気側に切り替えることができ、周囲の環境の変化に合わせて清浄な空気の基準値を設定し、人の感覚に合わせたダンパ制御を行うことができる。すなわち、場所の違いなどで空気が汚れていると人が感じる時のガス濃度が異なる場合でも、第1汚れ信号を用いて排気ガスや悪臭ガスの有無を確実に検出することができる。
また基準値更新部6では、図2に示すように第1基準値を汚れ方向に更新する更新周期Tを清浄方向に更新する更新周期tに比べて長い時間に設定することによって、第1基準値を清浄方向に更新する更新速度に比べて汚れ方向に更新する更新速度を遅くしているので、ガス濃度が汚れ方向に変化する場合には第1基準値を汚れ方向にゆっくりと変化させることができ、ダンパ20を内気側に切り替えたままにできる。一方、ガス濃度が清浄方向に変化する場合には第1基準値を清浄な方向に短時間で変化させることができるので、清浄な空気中の微量の排気ガス或いは悪臭ガスを検知して、ダンパ20を内気側に切り替えることができる。ただし、この場合は上記の更新比率1/Pdと1/Cdを略同じ値とし、更新比率1/Pgと1/Cgを略同じ値とする。なお図2中のXは第1のセンサ1の出力Rdを、Yは第1基準値Rdmをそれぞれ示す。
ところで、本実施形態ではディーゼル車の排気ガス(酸化性ガス)に対して選択性を有する第1のセンサ1と、ガソリン車の排気ガス及び悪臭ガス(還元性ガス)に対して選択性を有する第2のセンサ2とを用いているが、両センサ1、2の選択性は完全なものではなく、第1のセンサ1にもガソリン車の排気ガスや悪臭ガスに対して若干の感度があり、同様に第2のセンサ2にもディーゼル車の排気ガスに対して若干の感度がある。
そのため、基準値更新部6が、汚れ方向と清浄方向とで第1基準値の更新速度に差を付けて、第1基準値が清浄方向に変化しやすくしておいた場合、ガソリン車から排出される排気ガス濃度や悪臭ガス濃度が高い雰囲気中では第1のセンサ1の抵抗値が小さくなる方向(清浄方向)に変化するため、第1のセンサ1に対する第1基準値Rdmが清浄方向に行きすぎてしまい、その後に清浄な大気にさらされて第1のセンサ1の抵抗値が大きくなる方向(汚れ方向)に変化すると、ディーゼル車の排気ガスがあると判断して、ダンパ20が内気側に切り替わってしまう可能性がある。また、ディーゼル車から排出される排気ガス濃度が高い雰囲気中では第2のセンサ2の抵抗値が増加する方向(清浄方向)に変化するため、第2のセンサ2に対する第1基準値Rgmが清浄方向に行きすぎてしまい、その後に清浄な大気にさらされて第2のセンサ2の抵抗値が小さくなる方向(汚れ方向)に変化すると、ガソリン車の排気ガス或いは悪臭ガスがあると判断して、ダンパ20が内気側に切り替わってしまう可能性がある。
そこで、本実施形態では図6及び図7に示す更新ルーチンで説明したように、第1のセンサ1が、ディーゼル車から排出される排気ガスを僅かでも検出して、第1汚れ信号Dが第1の閾値レベル(判定値D3)以上になると、基準値更新部6が第2のセンサ2の清浄方向への基準値更新を禁止しているので、ディーゼル車から排出される排気ガスが高濃度に存在する環境下で第2のセンサ2の出力Vgの増加により、第2のセンサ側の第1基準値が清浄方向に行き過ぎるのを防止し、周囲が清浄な雰囲気に戻ったときにダンパが内気側に切り替わる誤動作を防止できる。また、第2のセンサ2が、ガソリン車から排出される排気ガス或いは悪臭ガスを僅かでも検出して、第1汚れ信号Gが第2の閾値レベル(判定値G3)以上になると、基準値更新部6が第1のセンサ1の清浄方向への基準値更新を禁止しているので、ガソリン車から排出される排気ガス或いは悪臭ガスが高濃度に存在する環境下で第1のセンサ1の出力Vdが低下して、第1のセンサ側の第1基準値が清浄方向に行き過ぎるのを防止し、周囲が清浄な雰囲気に戻ったときにダンパが内気側に切り替わる誤動作を防止できる。なお、上述した第1及び第2の閾値レベルにはヒステリシスを設けているので(D3>D4,G3>G4)、基準値更新を禁止する動作を安定して行わせることができる。
また、本実施形態では第1基準値Rdm,Rgmを汚れ方向に更新する際に、第1汚れ信号D、Gが判定値D5、G5以上の場合は、センサ抵抗と前回の基準値との差分にかける更新比率を第1汚れ信号D、Gの大きさに反比例した値にしているが、この更新比率が第1汚れ信号D、Gの大きさに関係なく1/Pd,1/Pgで一定の場合、排気ガス濃度や悪臭ガス濃度が高い雰囲気中では更新量が大きくなる。したがって、排気ガス濃度や悪臭ガス濃度が高い雰囲気中に長時間さらされると、汚れ方向に第1基準値Rdm,Rgmが大きく変化することになり、排気ガス濃度或いは悪臭ガス濃度が若干下がっただけでもダンパ20が外気側に切り替わって、汚れた空気が流入してしまう場合がある。
それに対して本実施形態では、第1汚れ信号D,Gが十分大きい領域、すなわちD≧D5≫1,G≧G5≫1の場合は、更新比率を第1汚れ信号D,Gの大きさに反比例した値(Ld/D)、(Lg/G)としているので、第1基準値Rdm,Rgmの更新量を第1汚れ信号D,Gの大きさに反比例した値にでき、排気ガス濃度や悪臭ガス濃度が高くなった場合(すなわち第1汚れ信号D,Gが大きくなった場合)に第1基準値Rdm,Rgmの更新量を小さくして、第1基準値Rdm,Rgmの汚れ方向への更新速度を遅らせることができる。したがって、排気ガス濃度や悪臭ガス濃度が高い雰囲気中に長時間さらされた場合でも、第1基準値Rdm,Rgmが汚れ方向に変化するのを遅らせることができ、排気ガス濃度や悪臭ガス濃度が若干下がっただけで、ダンパ20が外気側に切り替わってしまうのを防止できる。
なお、本実施形態では第1基準値を清浄方向に更新する更新周期tを、汚れ方向に更新する更新周期Tよりも短くすることで、第1基準値の清浄方向への更新速度を汚れ方向への更新速度よりも速めているが、更新周期Tと更新周期tとを略同じ周期とし、汚れ方向に第1基準値を更新する場合の更新比率1/Pd,1/Pgに比べて、清浄方向に第1基準値を更新する場合の更新比率1/Cd,1/Cgを大きい値とすることによって(すなわちPd>Cd>1、Pg>Cg>1)、汚れ方向に第1基準値を更新する場合に比べて、清浄方向に第1基準値を更新する場合の更新速度を速めても良く、上述と同様の効果が得られる。
また、本実施形態ではガス検出装置Aからダンパ開閉装置に対しダンパを開閉する切替信号を出力しているが、第1汚れ信号D,Gをそのまま出力して、車載エアコンディショナのメインコンピュータなどでダンパの開閉制御や多段階開閉制御を行うようにしても良い。
また、本実施形態では1つのセンサでガソリン車の排気ガスと悪臭ガスの両方を検出しているが、ガソリン車からの排気ガスに対して特に感度を有するセンサ、及び、このセンサの出力からガソリン車の排気ガスを検出するガス判定部と、悪臭ガスに対して特に感度を有するセンサ、及び、このセンサの出力から悪臭ガスを検出するガス判定部とを別々に設け、基準値更新部6で各々のガス判定部の基準値を更新するようにしても良い。
(第2実施形態)
上述の実施形態1において、第1のセンサ1がガソリン車から排出される排気ガスや悪臭ガス(還元性ガス)に対して感度を有しているため、ガソリン車の排気ガス濃度或いは悪臭ガス濃度が高い雰囲気中では、第1のセンサ1の抵抗値が小さくなる方向(清浄方向)に変化する。また、第2のセンサ2もディーゼル車から排出される排気ガス(酸化性ガス)に対して感度を有しているため、ディーゼル車の排気ガス濃度が高い雰囲気中では、第2のセンサ2の抵抗値が大きくなる方向(清浄方向)に変化する。したがって、このような環境下で、比較的低い濃度の排気ガス或いは悪臭ガスを検知してダンパ20を内気側に切り替えることができるように上記判定値D1、D2、G1、G2を非常に小さな値に設定した場合、干渉ガスによるセンサ出力の変動によって基準値が清浄方向に少しでも行き過ぎると、周囲が清浄な環境に戻り、干渉ガスによる影響が無くなって、センサ出力が汚れ方向に変化した際に清浄な空気を汚れていると誤判断してしまう場合がある。このような誤検知を避けるために上記判定値D1、D2、G1、G2を非常に大きな値に設定すると、低濃度の排気ガス或いは悪臭ガスを検知できないだけでなく、ガス濃度が清浄なレベルから検知レベルまで上昇する時間に加えてダンパ20を開閉する時間が必要になるので、ダンパ20が切り替えられるまでの応答時間が長くなったり、ばらついたり、場合によっては判定値に到達せずにダンパ20が外気側に切り換えられたままになる。
そこで、本実施形態では、実施形態1のガス検出装置Aにおいて、ディーゼル車の低濃度の排気ガスを検出する第1の低濃度ガス判定部4cと、ガソリン車の低濃度の排気ガス及び低濃度の悪臭ガスを検出する第2の低濃度ガス判定部4dとを設けている。図10は本実施形態のブロック図であり、このガス検出装置Aは、第1のセンサ1と、第2のセンサ2と、A/D変換器3a,3bと、第1のガス判定部4aと、第2のガス判定部4bと、第1の低濃度ガス判定部4cと、第2の低濃度ガス判定部4dと、切替制御部5と、基準値更新部6と、センサ駆動部7とを主な構成として有し、A/D変換器3a,3b、判定部4a〜4d、切替制御部5、基準値更新部6、及びセンサ駆動部7は、A/D変換器を内蔵したマイクロコンピュータを用いて構成される。尚、第1及び第2の低濃度ガス判定部4c,4d以外の構成は実施形態1と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
ここで、第1及び第2の低濃度ガス判定部4c,4dは、上述したガス判定部4a,4bと同様に、A/D変換器3a,3bから入力されたセンサ出力Vg,Vdをもとに各センサ1,2の抵抗値Rd、Rgを求める。
次に各低濃度ガス判定部4c,4dは、各センサ1,2の抵抗値Rd,Rgから、センサ毎に設定した第2基準値Rdm2,Rgm2を差し引いた値を、第2基準値Rdm2,Rgm2で割って抵抗比を求めることにより、温度や湿度によって変化するセンサ抵抗値に依存しないよう感度を基準化しており、さらに補正係数を掛けることでセンサ個体間の感度のばらつきを補正して、ディーゼル車の排気ガスによる空気の汚れ度合いを表す第2汚れ信号D02と、ガソリン車の排気ガス及び悪臭ガスによる空気の汚れ度合いを表す第2汚れ信号G02にそれぞれ変換する。ここで、Kd2を第1のセンサ1の個体間のばらつきを補正する補正係数(Kd2>1)、Kg2を第2のセンサ2の個体間のばらつきを補正する補正係数(Kg2>1)とすると、第2汚れ信号D02,G02は次式で表される。
D02=(Rd−Rdm2)×Kd2/Rdm2
G02=(Rgm2−Rg)×Kg2/Rgm2
ここで、第1及び第2の低濃度ガス判定部4c,4dが第2汚れ信号D02,G02を求める際に用いる第2基準値Rdm2,Rgm2は、第1基準値Rdm,Rgmと同様に基準値更新部6によって適宜更新されている。なお、基準値更新部6による第2基準値Rdm2,Rgm2の更新ルーチンは、実施形態1で説明した第1基準値Rdm,Rgmの更新ルーチンと略同様であるので、その詳細な説明は省略する。
第2基準値Rdm2,Rgm2の更新処理を簡単に説明すると、基準値更新部6では、今回サンプリングした両センサ1,2の抵抗値Rd,Rgから前回更新時の第2基準値Rdm02,Rgm02を引いた値に所定の更新比率(<1)を掛け合わせ、さらに前回更新時の基準値Rdm02,Rgm02を加えた値を今回の第2基準値Rdm2,Rgm2としている。そして、汚れ方向にセンサ出力が変化している場合(つまりRd>Rdm02、Rg<Rgm02)の更新比率を1/Pd2、1/Pg2とすると(Pd2>1、Pg2>1)、この場合の第2基準値Rdm2、Rgm2は次式により決定される。
Rdm2=Rdm02+(Rd−Rdm02)/Pd2
Rgm2=Rgm02+(Rg−Rgm02)/Pg2
=Rgm02−(Rgm02−Rg)/Pg2
ただし、(Rd−Rdm02)/Pd2<1のときは(Rd−Rdm02)/Pd2=1とし、(Rgm02−Rg)/Pg2<1のときは(Rgm02−Rg)/Pg2=1とする。
また、清浄方向にセンサ出力が変化している場合(つまりRd<Rdm02、Rg>Rgm02)の更新比率を1/Cd2,1/Cg2とすると(Cd2>1、Cg2>1)、この場合の第2基準値Rdm2,Rgm2は次式により決定される。
Rdm2=Rdm02+(Rd−Rdm02)/Cd2
=Rdm02−(Rdm02−Rd)/Cd2
Rgm2=Rgm02+(Rg−Rgm02)/Cg2
上述のようにして第2汚れ信号D02,G02を求めると、第1の低濃度ガス判定部4cは、第2汚れ信号D02と所定の判定値D12との大小関係を比較し、第2汚れ信号D02が判定値D12以上であれば一定時間Td2だけ検知フラグFDONの値を「1」とする。また、第2の低濃度ガス判定部4dも、第1の低濃度ガス判定部4cと同様に、第2汚れ信号G02と所定の判定値G12との大小関係を比較し、汚れ信号G02が判定値G12以上であれば一定時間Tg2だけ検知フラグFGONの値を「1」とする。
そして、切替制御部5では、各判定部4a〜4dから入力される検知フラグFDON、FGONの値に基づいてダンパ20の開閉を制御する。図11はダンパ20の開閉を制御する制御ルーチンのフローチャートであり、先ず切替制御部5は検知フラグFDON、FGONの値が共に0となるか否かを判定する(S62,S63)。そして、検知フラグFDON、FGONの何れかが1であれば、内気導入に切り替える(ダンパを閉じる)制御信号をダンパ駆動部21に出力して(S69)、ステップS70に移行する。一方、検知フラグFDON、FGONが両方共に0であれば、切替制御部5はホールド期間中を示すフラグDLYOFFの値が1か否かを判定し(S64)、フラグDLYOFFの値が0であればステップS68に移行し、フラグDLYOFFの値が1であれば所定のホールド時間Tw3のカウントが完了したか否かを判断する(S65)。S65の判定でカウントが完了していなければ、S69に移行してダンパ20を閉じたままとし、S65の判定でカウントが完了していれば、ホールド期間中を示すフラグDLYOFFの値を0にするとともに(S66)、第1及び第2の低濃度ガス判定部4c,4dの出力を無効とするフラグDLYONの値を1として、第1及び第2の低濃度ガス判定部4c,4dからの検知フラグFDON、FGONを無効とした後(S67)、外気導入に切り替える(ダンパを開く)制御信号をダンパ駆動部21に出力して(S68)、ステップS70に移行する。そして、ステップS70ではフラグDLYONの値が1か否かを判定し、フラグDLYONの値が1であれば、所定の停止時間Tmのカウントが終了したか否かを判定し(S71)、停止時間のカウントが終了した時点でフラグDLYONの値を0として、第1及び第2の低濃度ガス判定部4c,4dからの検知フラグFDON、FGONを有効とする(S72)。
ここで、本実施形態では基準値更新部6が汚れ方向に第2基準値Rdm2,Rgm2を更新する更新周期T2を、清浄方向に第2基準値Rdm2,Rgm2を更新する更新周期t2よりも長く、且つ、上記更新周期Tよりも短い時間に設定し、さらに更新周期t2を上記更新周期tよりも短く、且つ、サンプリング周期tsと等しいか又はtsよりも長い時間に設定しているので(ts≦t2<T2<T、t2<t)、ガス濃度が汚れ方向に変化する場合の第2基準値Rdm2,Rgm2を、上記第1基準値Rdm,Rgmに比べて短時間で変化させることができ、その分だけ判定値D12,G12を小さい値に設定できる。このように、第2基準値Rdm2,Rgm2が汚れ方向に変化する場合の更新速度を速めているので、その分だけ判定値D12,G12を小さい値に設定することができ、ダンパ20が内気側に切り替わったままになることなく、排ガス濃度や悪臭ガス濃度の僅かな増加を短時間で検出して、ダンパ20を内気側に切り替えることができる。
また本実施形態では各センサ1,2毎に2組づつある判定部4a〜4dの内、一方の組の第1の低濃度ガス判定部4cと第2の低濃度ガス判定部4dが判定に用いる第2基準値を、もう一方の組の第1のガス判定部4aと第2のガス判定部4bが用いる第1基準値に比べて短い時間で更新しているので、わずかなガス濃度の変化を短時間で検知してダンパ20を切り替えることができるが、その結果、ダンパ20の切替回数が増加する。ダンパ20の切替回数の増加はダンパ20を駆動するモータの寿命にとって好ましくなく、またダンパ20が内気側から外気側に切り替えられた直後に外気側から内気側に切り替える信号が発せられる場合もあるが、モータが一方向に回転中に逆方向の駆動信号が入力されると、モータの寿命にとって好ましくない。また更に、ダンパ20の切替動作には数秒(7秒程度)を要するものもあり、ダンパ20が切替動作を行っている間は新たな切替信号を受け付けないものもあるので、ダンパ20を内気側に切り替える切替信号が次々に発せられているときに、ダンパ20を外気側に切り替える切替信号を発するのは好ましくない。
そこで、本実施形態では切替制御部5が、検知フラグFDON、FGONの値が両方共に「0」になってからも(つまり、排気ガス或いは悪臭ガスを検知しなくなってからも)、ダンパ20を内気側に切り替える制御信号を出力したままとして、内蔵するTw3のタイマ(図示せず)を動作させ、内蔵タイマの計時中はダンパ20を内気側に切り替えたままにしている。また内蔵タイマの計時中に検知フラグFDON又はFGONが「1」になると(つまり、排気ガス或いは悪臭ガスを検知すると)、切替制御部5は内蔵タイマをリセットして、その後検知フラグFDON、FGONが共に「0」になった時点から再度内蔵タイマによるTw3秒間の計時動作を開始させ、さらにTw3秒間はダンパ20を内気側に切り替えたままとしており、内蔵タイマの計時中に検知フラグFDON、FGONが共に「0」のままだった時は、内蔵タイマがカウントアップした時点でダンパ20を外気側に切り替えるようにしているので、ダンパ20の切替回数を減らして、モータの寿命を延ばすことができる。
また、切替制御部5は、検知フラグFDON、FGONが共に「0」になって(つまり排気ガス及び悪臭ガスを検知しなくなって)、ダンパ20を外気側に切り替えた場合、或いは、上記内蔵タイマが計時する間中ずっと検知フラグFDON、FGONが「0」のままで、内蔵タイマがカウントアップした時点でダンパ20を外気側に切り替えた場合、ダンパ20を外気側に切り替えた時点から所定の停止時間Tm秒が経過する間は、フラグDLYONの値を1として第1及び第2の低濃度ガス判定部4c,4dからの検知フラグFDON、FGONを無効にしているので、ダンパ20が外気側に切り替えられる途中で、第1及び第2の低濃度ガス判定部4c,4dの出力によって内気側に切り替えるような制御が行われるのを防止し、ダンパ20の駆動モータにかかる不要な負荷を低減して、モータの寿命を延ばすことができる。
なお本実施形態では、実施形態1のガス検出装置Aにおいて、第1及び第2の低濃度ガス判定部4c,4dを追加して、第1及び第2のガス判定部4a,4bと第1及び第2の低濃度ガス判定部4c,4dの判定結果に基づいて切替制御部5がダンパ20の切替制御を行っているが、実施形態1のガス検出装置Aにおいて、第1及び第2のガス判定部4a,4bの代わりに本実施形態の第1及び第2の低濃度ガス判定部4c,4dを設け、これら第1及び第2の低濃度ガス判定部4c,4dの判定結果に基づいて切替制御部5がダンパ20の切替制御を行うようにしても良い。
(第3実施形態)
上述した第2実施形態において、第1のセンサ1に、ガソリン車の排気ガス或いは悪臭ガスに対し抵抗値が低下する方向に比較的大きな感度を有するものを使用した場合、例えばガソリン車の排気ガスで汚染されたトンネルから外に出た場合のようにガソリン車の排気ガス或いは悪臭ガスに長時間さらされた後に清浄な空気に触れると、第1のセンサ1の抵抗値が上昇して、第1の低濃度ガス判定部4cがこの抵抗値変化をディーゼル車の排気ガスが存在すると誤判断してしまう場合がある。
そこで、本実施形態では第2のガス判定部4bに、所定の判定値G6、G7(G7≦G6)を設定し、第1汚れ信号Gが判定値G6以上になったあと、判定値G7よりも小さくなるまで、第1の低濃度ガス判定部4cでの汚れ判定を停止しており、この間、第1の低濃度ガス判定部4cの判定を停止することで、干渉ガスによる第1のセンサ1の抵抗値変化を誤検知するのを防止できる。尚、本実施形態では第1の低濃度ガス判定部4cの判定を停止させる際の判定停止レベル(判定値G6,G7)にヒステリシスを設けているので、第1の低濃度ガス判定部4cに安定した動作を行わせることができる。
【産業上の利用可能性】
上記したように、本発明によれば、更新周期が経過する毎に、今回のセンサ出力と前回更新時の第1基準値との偏差に更新比率を掛けて更新量を求め、この更新量を前回更新時の第1基準値に加えることで今回の第1基準値を求めているので、周囲の環境に合わせて第1基準値を変化させることができ、場所の違いなどで空気が汚れていると人が感じる時のガス濃度が異なる場合でも、排気ガスや悪臭ガスの有無を確実に検出することができる。したがって、このガス検出装置の第1汚れ信号を利用して自動車のダンパの切替制御を行えば、どのような環境下でも人の感覚に合い、且つ外気が清浄なときは外気を取り込み、外気が汚れているときは内気循環にして車室内空気を常に清浄に保つことが可能である。
【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
自動車から排出される排気ガスおよび悪臭ガスのガス濃度に応じて抵抗値が変化する半導体ガスセンサと、所定のサンプリング周期で半導体ガスセンサの出力を取り込み、この出力と所定の第1基準値との偏差から求めた空気の汚れ度合いを示す第1汚れ信号を出力するガス判定部と、サンプリング周期よりも長い第1更新周期が経過する毎に、半導体ガスセンサの今回の出力から前回更新時の第1基準値を差し引いた値に1よりも小さい所定の更新比率を掛け合わせ、さらに前回更新時の第1基準値を加えた値を、新たな第1基準値とする基準値更新部とを備え、基準値更新部は、ガス濃度が高くなる汚れ方向に第1基準値を更新する場合に比べて、ガス濃度が低くなる清浄方向に第1基準値を更新する場合の更新速度を速めることを特徴とするガス検出装置。
【請求項2】
上記基準値更新部は、第1基準値を汚れ方向に更新する場合の第1更新周期に比べて清浄方向に更新する場合の第1更新周期を短くすることを特徴とする請求項1記載のガス検出装置。
【請求項3】
上記基準値更新部は、第1基準値を汚れ方向に更新する場合に用いる更新比率に比べて清浄方向に更新する場合に用いる更新比率の値を大きくすることを特徴とする請求項1記載のガス検出装置。
【請求項4】
上記更新比率を、第1汚れ信号の大きさに反比例した値とすることを特徴とする請求項1記載のガス検出装置。
【請求項5】
上記ガス判定部は、半導体ガスセンサの出力と第1基準値との偏差を第1基準値で割った値に、センサ個体間の感度のばらつきを補正する補正係数を掛けた値を上記第1汚れ信号とすることを特徴とする請求項1記載のガス検出装置。
【請求項6】
上記半導体ガスセンサは、ディーゼル車の排気ガス濃度が高くなるにつれて抵抗値が高くなる第1のセンサと、ガソリン車の排気ガスおよび悪臭ガスのガス濃度が高くなるにつれて抵抗値が低くなる第2のセンサとを含み、第1及び第2のセンサのそれぞれに対応して上記ガス判定部を設け、上記基準値更新部が各々のガス判定部の第1基準値をそれぞれ独立に更新することを特徴とする請求項1記載のガス検出装置。
【請求項7】
基準値更新部は、第1のセンサの出力から求めた第1汚れ信号が所定の第1の閾値レベル以上になると第2のセンサ側の第1基準値を清浄方向に更新するのを禁止するとともに、上記第1の閾値レベルを下回ると第2のセンサ側の基準値更新の禁止を解除し、且つ、第2のセンサの出力から求めた第1汚れ信号が所定の第2の閾値レベル以上になると第1のセンサ側の第1基準値を清浄方向に更新するのを禁止するとともに、上記第2の閾値レベルを下回ると第1のセンサ側の基準値更新の禁止を解除することを特徴とする請求項6記載のガス検出装置。
【請求項8】
第1及び第2のセンサのそれぞれに対応して、上記サンプリング周期で各センサの出力を取り込み、この出力と所定の第2基準値との偏差から求めた第2汚れ信号を出力する低濃度ガス判定部を設け、
上記基準値更新部が、サンプリング周期以上で且つ第1更新周期よりも短い第2更新周期が経過する毎に、各センサの今回の出力と前回更新時の第2基準値との差に1よりも小さい所定の係数を掛けた値に、前回更新時の第2基準値を加えた値を、各センサの新たな第2基準値とし、第2基準値を汚れ方向に更新する場合の第2更新周期に比べて、清浄方向に更新する場合の第2更新周期を短くすることを特徴とする請求項6記載のガス検出装置。
【請求項9】
自動車の車室内に外気を導入するためのダンパを開閉する開閉装置に対し、第1及び第2汚れ信号に基づいてダンパを開閉させる切替信号を出力する切替制御部を備え、
当該切替制御部は、第1汚れ信号が所定の検知レベルを越えるか、又は、第2汚れ信号が所定の低濃度検知レベルを越えるという条件の内少なくとも何れか一方が成立すると、ダンパを閉じる切替信号を出力するとともに、第1及び第2汚れ信号が両方ともに検知レベル及び低濃度検知レベルを下回ると、所定時間を限時するタイマをスタートさせ、タイマが計時中に第1及び第2汚れ信号がそれぞれ検知レベル及び低濃度検知レベルを越えなければ、タイマがカウントアップした時点でダンパを開く切替信号を出力することを特徴とする請求項8記載のガス検出装置。
【請求項10】
上記切替制御部は、ダンパを開く切替信号を出力した時点から所定の停止時間が経過するまでの間、各低濃度ガス判定部からの第2汚れ信号が低濃度検知レベルを越えても、ダンパを閉じる切替信号の出力を停止することを特徴とする請求項9記載のガス検出装置。
【請求項11】
第2のセンサ側のガス判定部は、第2のセンサの出力から求めた第1汚れ信号が所定の判定停止レベルを越えると、第1のセンサ側の低濃度ガス判定部の判定を停止することによって第1のセンサ側の低濃度ガス判定部から入力される第2汚れ信号に基づいて上記切替制御部がダンパを閉じる切替信号を出力するのを停止することを特徴とする請求項8記載のガス検出装置。

【国際公開番号】WO2005/026712
【国際公開日】平成17年3月24日(2005.3.24)
【発行日】平成18年11月24日(2006.11.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−508900(P2005−508900)
【国際出願番号】PCT/JP2003/011526
【国際出願日】平成15年9月9日(2003.9.9)
【出願人】(593210961)エフアイエス株式会社 (39)
【Fターム(参考)】