JPH09512509A - 車両の換気システム制御用センサーシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 車両外部の空気の汚染物質の濃度に応じて、車両換気システムを再循環または空気入力モードに制御するセンサーシステムである。そのセンサーシステムは、還元性ガスが現われた場合は降下し、酸化性ガスが現われた場合は上昇する電気抵抗を有するガスセンサー素子５２と、出力が換気装置の制御器に連結された評価装置５１とを備えている。このセンサーシステムでは、還元性ガスの濃度の増加に対して評価装置５１に与えられるガスセンサー信号の増加量が、酸化性ガス濃度の増加に対して評価装置５１に与えられる信号の減少量と、ほぼ同じになっている。

Description

【発明の詳細な説明】 車両の換気システム制御用センサーシステム 技術分野 本発明は、電気抵抗が還元性ガスの場合には減少し、酸化性ガスの場合には増 加するガスセンサー素子を、出力が換気システムの制御器に連結されている評価 装置と共に用いて、車両外部の大気中の有毒性煙の濃度に基づいて、空気の流入 と再循環モードに対して車両の換気システムを制御するセンサーシステムに関す る。 背景技術 ガスセンサー素子、例えば、薄膜二酸化スズ素子を用いる場合、酸化力のある ガスの有無、例えば、一酸化炭素、炭化水素及び水素の有無が記録され得ること が知られている。工程の進行中、電導力のある、加熱された二酸化スズから構成 し得るガスセンサー素子内のガス感応層が酸化力のあるガスにより酸化され、ガ スセンサー素子内のガス感応二酸化スズ層のオーム抵抗が減少する。 こうしたガスセンサー素子は、車両の換気システムを制御するセンサーシステ ムに含まれている。問題になる車両が高濃度の有毒性煙の存在する地域へ入る時 には、いつも換気システムが再循環作動に切り替えられ、煙を車両の外部へ送り 出す。 通常のセンサーシステムにおいて、特に、二酸化スズセンサー素子が備えられ たセンサーシステムにおいて、ディーゼル排気ガスは、例えば、一酸化炭素のよ うな多くのガソリン排気ガスよりも車両の乗客に心配を与えるにもかかわらず、 ディーゼル排気ガスに対しては、非常に限定的な反応をする。これはガソリン排 気ガスはディーゼル排気ガスのようにひどい臭いがしないためでもある。 このように作用する理由は、ディーゼル排気ガスが酸化力のあるガスだけでな く、高レベルの窒素酸化物、即ち、還元され得、かつ酸化させ得るガスを含有し ているため発生するマスキング効果にある。 ディーゼル排気ガスに含有された酸化窒素はディーゼル排気ガスに含有された 酸化力のあるガスにより還元されたガスセンサー素子のガスに敏感に反応する薄 膜二酸化スズ層をもう一度酸化させる。その結果、ガスに敏感に反応する酸化物 層を充填することによってもたらされる酸化還元効果が、互いに相殺するように なる。 図１には、加熱されたガスセンサー素子１と外部抵抗２とを実際に調整するセ ンサー回路が示されている。ここで、前記外部抵抗器２は定格電源と交替され得 、加熱されたガスセンサー素子１と外部抵抗器２との間に測定 された分割電流ＵＭは加熱されたガスセンサー素子１のガス変化オーム抵抗の関 数である。 図２には、還元ガスのみにまたは酸化ガスに対してのみに被覆された場合、ガ スセンサー素子１のオーム抵抗変化が示されている。図２に示されたインパルス ３は、ガスセンサー素子が酸化され得るガス、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）と接 触した結果である。インパルス４は、ガスセンサー素子１が還元され得るガス、 例えば、炭化窒素（ＮＯｘ）と接触した結果である。 図３には、マスキング効果が示されている。ここで、インパルス５はガスセン サー素子が酸化され得る還元性一酸化炭素との接触により発生する。図３のイン パルス６の前に発生されるインパルス５は、一酸化炭素と酸化窒素の混合ガスに より得られる。混合ガスに酸化窒素が存在するにもかかわらず、ガスセンサー素 子のオーム抵抗は非被覆（ガスに接触されない）状態より低い状態にある。ディ ーゼル排気ガスに還元可能な、従って酸化する酸化窒素が存在するにもかかわら ず、ガスセンサー素子１のオーム抵抗は無排気ガス状態で有するレベル以下に存 在する。このような効果は、ディーゼル排気ガスに存在する酸化可能な、従って 還元するガスのために、発生する。極限的な状態下おいて、ガスセンサー素子１ の オーム抵抗はガスセンサー素子の接触により新鮮なガスに到達される混合ガスと の接触後、同一のレベルで表示され得る。 状況に応じて、ガスセンサー素子１が混合ガスと接触した後与えられたガスセ ンサー信号の数値は相当に減少するが、その理由は前記した極限的な状況におい て、センサー信号が混合ガスとガスセンサー素子１との接触と、新鮮な空気とガ スセンサー素子との接触とが互いに区別されないためである。 単純に、検知された酸化可能還元ガスがガスセンサー素子の二酸化スズ層のオ ームレベルを低め、還元可能酸化ガスがガスセンサー素子の二酸化スズ層のオー ムレベルを高めるため、車両の換気システムを性格に制御するためには、２つの ガスセンサー素子が必要であることは周知の通りでである。このように、１つの ガスセンサー素子は酸化が可能であるため、還元するガスを測定するために用い られ、もう１つのガスセンサー素子は還元が可能であるため、酸化するガスを検 知するために用いられる。 ２つのガスセンサー素子を備える車両換気システムを制御するためのセンサー システムは比較的複雑である。こうしたガスシステムは２つのガスセンサー素子 を有す るのみならず、２つのガスセンサー素子により発生されたガスセンサー信号は、 処理された後評価し得る方法で連結されなければならない。これらは処理評価装 置の構成が比較的複雑であることを意味する。 発明の開示 本発明は、車両外部の大気中の危険ガス濃度に連結された、空気入力および再 循環モード用の、車両の換気システムを制御するためのセンサーシステムのセン サーのタスクおよびその評価をより簡単な方法で、かつ一層簡単に実行すること ができるセンサシステムを提供する。 前記したセンサーシステムのタスクは、還元ガスの濃度増加後、評価装置へ送 らせたガスセンサー信号の増加の割合と、酸化ガスの適当な濃度増加時、評価装 置へ送らせたガスセンサー信号の減少の割合とがほぼ相応するように構成された センサーシステムの発明により解決された。 また前記システムは評価装置がガスセンサー信号の時間当たり計算された増加 および減少を測定し、設定制限を超えるとすぐ換気システムの作動を再循環モー ドに交替するために評価装置がスイッチング信号を送ることを確実になる。 前記したセンサーシステムの構成は、車両自体が動い ているため、車両の正常換気システム内で種々の物質による大気汚染の一時的な 発生の恐れがあり、車両の回りの大気においては、静的状態が発見されない事実 を用いる。なお、本発明のセンサーシステムは、ガスセンサー素子の典型的な反 応を用いる。言い替えれば、ガスで被覆されたガスセンサー素子は吸着段階で比 較的早く反応するため、ガスセンサー素子が再び元状態へ戻る逆転段階は３倍乃 至５倍ほど長くかかられる。 時間当たりガスセンサー素子信号の増加または減少が予定制限を超える場合、 車両周辺の大気中のガス濃度の存在が認識され、車両の換気システムは再循環モ ードの切り替えられる。ガスセンサー信号の増加及び減少は、その程度が測定さ れ、予定制限に比較されるためあまり重要でない。制限を超す場合には、換気シ ステムを再循環モードに切り替えるために切り替え信号が発生する。 測定可能な汚染度が空気中に表される場合には、切り替え信号が換気システム を再循環モードに切り替えるためにのみ発生するということを確認し、換気シス テムの不要に多いスイッチングを避けるためには、切り替え信号が制限と比較さ れたガスセンサー信号の計算された増加及び減少が実際に予定された時間の間、 発生することを確実にすることが有利である。 ガスの急な集中とは逆に、汚染蓄積が遅く進まれるにもかかわらず車両内部の 空気が一定の質を保持することを確実にするためには、評価装置が一定の期間の 間測定されたガスセンサー信号の平均値を計算することが有利であり、これによ って、前記平均値は絶対値に加算されるか絶対値に減算されて、明示された制限 帯域内に配置されるため、ガスセンサー信号が帯域の制限外にある場合には切り 替え信号が発生する。 本発明が意図する換気システムのスイッチング動作は、もし、評価装置が単位 時間当たりのガスセンサー信号の増加及び減少を検知するために、ガスセンサー 信号が行われる一定の制限を超える単位時間当たりのガスセンサー信号のために 、いずれかが増加値または減少値を表示するかは、周波数帯域がよく通過される 帯域範囲を有するならば比較的容易に行い得、ガスセンサー信号は換気システム を制御するために切り替え信号を発生させるために用いられる。 なお、本発明の切り替え機能は、フーリエ変換を行うために評価装置にコンピ ューターを組み込んだ場合にも実行可能である。単位時間当たりのガスセンサー 信号を増加させるか減少させるかして制限が超えられたことを指示している、或 る周波数帯域が存在するか否かを発見 するために、ガスセンサー信号が検査される。万一、そのような周波数帯域がガ スセンサー信号内に検知されれば、換気システムを制御するための切り替え信号 が評価装置から発生される。 本発明のさらに好ましい例は、評価装置が電子神経網を備えているとき明らか になり、この電子神経網において、ガスセンサー信号は単位時間当たりのガスセ ンサー信号の増加及び減少が設定制限を超えたかを調べるために論理特性検査を 受ける。このため、もし設定制限を超えるガスセンサー信号の増加及び減少数値 が検査中検知されれば、切り替え信号が評価装置から発生される。 電子神経網は３重または多重層順方向連結網形態に構築することが可能である 。よって、現在及び以前に測定したガスセンサー信号（またはこれらの信号から 計算された信号）は入力値として用いられ得る。前記神経網の出力は、換気シス テムを制御するために必要である信号を供給する。 ３重または多重層順方向連結神経網の代わりに、３重または多重層逆方向連結 神経網を備えることもできる。 なお、本発明に使用される切り替え作動を論理的に説明することが可能である 。評価装置は、電子ファジィ論理装置を備えることができ、これは予め設定した 制限を 超える単位時間当たりのガスセンサー信号の増加及び減少に従って測定し得、こ れによって切り替え信号はガスセンサー信号の増加及び減少が予め設定した制限 を超える場合に発生される。 実用目的のために、評価装置はガスセンサー信号が描かれた平均値により形成 された帯域に置かれ、予め設定した制限を超えるガスセンサー信号が増加及び減 少する際、振幅スペクトルが検知されなかった場合には切り替え信号が停止する ように設計されている。このように車両回りの大気中の汚染レベルが高過ぎ、か つ車両回りで極めて急激な空気汚染の増加が検知されている時、問題の車両の換 気システムがいつも再循環モードで作動することを保証することもできる。 再循環モードの作動を停止するための切り替え信号または空気入力を再開する ための切り替え信号の復帰が定められた仮想線で発生されて、これから車両外部 の空気成分が受けられ得ることと見なすことが非常に重要である。該仮想線にお いて、幾つかの方法が提示されたが、これが全て認められる結果に至ることでは ない。現在、最も精巧な技術レベルの一例として、この方法はガスセンサー素子 とのガス接触大きさが再循環モードにおける換気システム作動期間の数値である と説明されなければ ならない。 ここで、例えば、交通信号の切り替わりが原因で発生した短期空気汚染のため 、換気システムが再循環モードで比較的長時間作動することは好ましくない。こ れは、特に、当該車両が交通信号で停止した後、汚染源、例えば、他の車両に追 い着く場合には全く不必要である。 他方、非常に汚染されたトンネルにおいて、前記した状況は高いレベルの大気 汚染物質のため、換気システムを再循環モードに切り替えることになり、これに よって、同システムは車両周りの空気の汚染程度に従って設定された作動時間を 終了させ得、状況に応じてはトンネルの中間で、同システムが空気入力に再切り 替えされることもできる。 このように、車両の内部は高いレベルの汚染空気が供給されるだろう。 また、前記した換気システムの反応を避けるために、評価装置はガスセンサー 信号のピークが貯蔵されたデータ貯蔵設備を備えている。このため、出力におい ては、もしガスセンサー信号が１つのピークから次のピークまで予め決定し得る 信号の差を示せず、かつガスセンサー信号が形成された平均値のために帯域内に あるならば、切り替え信号を除去する。 センサーシステムの反応感度が運転状況と与えられた環境とにより調節される ことは、車両の換気システムを制御する本発明のセンサーシステムの実際要件の ために非常に肝要である。 ここで人間の鼻が有する能力を考慮すべきであるが、これは人間の鼻が大気中 で変化する汚染物質濃度に自体的に調節し得る能力があるためである。 よって、本発明のセンサーシステムは、非汚染地域では非常に敏感に反応しな ければならないが、逆に車両が外部大気の汚染物質レベルと有害物質のピークレ ベルの頻度が非常に高い地域で運転されることが大部分である時には、本発明の センサーシステムの反応感度を減少させなければならない。 外部大気が非常に汚染された運転条件下でも、換気システムが再循環モードで 所定時間の５０％ほどの間稼動するように、こうした反応感度の変更は、再循環 モードにおける換気装置稼働時間と空気入力モードにおける換気装置稼動時間と の間の関係を達成するために、絶対的に必要である。これによって、車両内部か ら乗客により発生された湿気と臭いを確実に除去し得る。 このような稼動方法は、再循環モードで換気装置の延長された稼動時間によっ てもたらされ、乗客の健康を害 する車両内部の酸素レベルの減少を防止する。 車両内部の容積が２立方メートルであり、車両が完全に占有されたと仮定すれ ば、空気の酸素含量が２０％以下に下がるとならないという規定が適用されるた め、もし車両占有者が正常的に呼吸するならば換気システムは再循環モードで最 大１５分間の作動時間を有する。現在の交通状況に依存する反応感度を自動的に 変更しなければ、センサーシステムの作動はいつも満足なものになり得ない。 センサーシステムのガスセンサー素子は、特定の感度に関して、±３の範囲以 内で広範囲な許容誤差を示し得るという事実から一層影響を受ける。なお、ガス センサー素子は作動寿命以内で一定のガス形態の物質に露出された後にはそれら の感度を変更し得る。ガスセンサー素子の露出状態もそれらの周辺に位置した構 成成分により変更され得る。通常大気汚染は、例えば、都心または都心地域で著 しい基準不純物と、該車両の前方を走る車両により発生されるピーク汚染物質に 分けられることも考慮されなければならない。基準汚染は通常、都市地域の内側 市街地の交通渋滞地帯より、農村や郊外において低い。 前記した影響を補償し、ガスセンサー素子に対する不 要な効果を補償するため、本発明の一態様においては、評価装置はセンサシステ ムの反応感度を変更するためのレギュレータを有し、それにより、一定の時間測 定された所定の限度を超えるガスセンサー信号の頻度が上昇しているか下降して いるかに応じて、センサーシステムの反応感度が増大または低減される。それに よって、単位時間当たりのセンサシステムの反応感度の変更数が制限される。 評価装置が、空気入力モードおよび再循環モードで換気システムの作動時間を 測定するための時間測定装置、空気入力モードおよび再循環モードで換気システ ムの作動時間指数を計算するためのコンピュータ装置、および再循環モード動作 の増加時、センサーシステムの反応感度を低減し、空気入力動作の増加時、セン サーシステムの反応感度を増大させるためのレギュレータを備えている場合には 、上述のようなセンサーシステムの反応感度の可変性は、比較的簡単に設定され 得る。これによって、センサーシステムの反応感度の変更数が一定の時間制限を 受ける。 可変反応感度を有する本発明のさらに好ましい態様においては、前記レギュレ ータは（車両外部の温度を測定する）外部温度センサーと（車両内部の温度を測 定する） 内部温度センサーを、前記外部温度センサーが測定した外部空気温度と内部温度 センサーが測定した内部空気温度とを比較する比較装置と共に備えている。この ため外部空気温度が内部空気温度より高いか低い場合、レギュレータはセンサー システムの反応感度を増大させるか低減させる。 また、換気システムを制御するタスクを有する評価装置は、中央プログラム式 マイクロプロセッサの形を有するか、またはアナログ技術的に構成される。 本発明のセンサーシステムで用いられたガスセンサー素子は、二酸化金属ガス センサー素子である。多くの二酸化錫ガスセンサー素子は酸化性ガスに対する反 応感度は高く、還元性ガスに対する反応感度は低く構成されていることを考慮し なければならない。本発明のセンサーシステムの構成内で前記した二酸化錫ガス センサー素子を用いることができるように、それは酸化性ガスと還元性ガスの両 方にほぼ同様に反応するようにされなければならない。こうしたセンサーシステ ムは、前述したマスキング効果形式に特に敏感であることを意味する。 他方、酸化性ガスにも還元性ガスにも共に敏感に反応する二酸化錫ガスセンサ ー素子は、本発明のセンサーシステムの場合有利に用いられ得るが、これは、こ の場合、 ガスセンサー信号の上昇度または下降度が数字的に測定されるためである。 本発明のセンサーシステムに対してガスセンサー素子を設けているが、二酸化 錫ガスセンサー素子を含めて、現在最も精巧な技術からなる金属酸化物センサー 素子の大部分は、酸化性ガスで覆われたときにはその電気抵抗を減少させ、還元 性ガスで覆われたときにはその電気抵抗を増加させることが明らかになった。 また、本発明のセンサーシステムが要求する感度において、ガスセンサー素子 がディーゼル排気ガスと接触する場合は１００〜２００ｐｐｂであり、ガソリン 排気ガスセンサー素子と接触する場合は１〜５０ｐｐｍであるため、現在最も精 巧な技術で製作された金属酸化物ガスセンサー素子と二酸化錫センサー素子とは これを満足させ得ない。 本発明のガスセンサーシステムで適用するために、ガスセンサー素子は混合酸 化物センサー素子から構成され、ガス感応層をプラチナ（Ｐｔ）及びパラジウム （Ｐｄ）を反応加速子として、二酸化錫（Ｓ₃Ｏ₂）、３酸化タングステン（ＷＯ₃ ）、酸化第２鉄（ＦｅＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）などからなる。 混合酸化物センサー素子はガス感応層が次のような割合、即ち、２９−４９％ 、好ましくは約３９％の二酸化錫（ＳｎＯ₂）７−１３％，好ましくは１０％の 酸化第２鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、２４−４８％、好ましくは１０％の酸化アルミニウム （Ａｌ₂Ｏ₃）、１−３５％、好ましくは２％のパラジウム（Ｐｄ）、０．５％− １．５％、好ましくは１％プラチナ（Ｐｔ）である場合、特に好ましい特性を有 する。しかし、ディーゼルまたはガソリン排気との接触時、比較可能な反応感度 に到達され得るその他の化合物も、使用可能であることを留意しなければならな い。 ガスセンサー素子は、電気回路板上に直接設け、貴金属線で前記回路板に連結 させ得る。システムの一実施態様として、ガスセンサー素子はプラチナ（Ｐｔ） 線で連結して評価装置の電気回路板の露出部にほぼ同じレベルで設けられ、ガス センサー素子の連結線は回路版に直接半田づけで付けられるためガスセンサー素 子は自由に設けられる。 金属酸化物ガスセンサー素子は表面センサー素子の温度が変化するときにはそ れらの特性を変更する。センサーシステムに用いられる場合には、金属酸化物ガ スセンサー素子と、このため、センサー素子の表面は外部大気 に露出される。このような状況は、高速運転が強力な冷却効果を奏するために、 センサー素子の表面と空気との直接的な接触を起こす問題を発生する。前記した 問題を解決するために、現在の金属酸化物ガスセンサー素子には迷路が備えられ ていないが、前記迷路は外部空気が姻族ガスセンサー素子を湿気、不純物、ごみ 及び気流から保護するように設計される。 このような構成の不利益は、外部空気が迷路を通過するに必られる長さのため 、金属酸化物ガスセンサー素子の反応感度が減速され、種々のガスが迷路の比較 的大きい表面面積に吸着されるということである。 こうした問題の解決のために、現在最も精巧な技術、即ち、ガスセンサー素子 をガス浸透性垣の後に設ける技術が必要であるが、これは垣が金属酸化物ガスセ ンサー素子にガスの制限的な接近を許容し、同時に、センサーが湿気、不純物、 ごみ及び気流から十分な保護を受けるためのものである。 通常、前記したガス浸透制垣は設けられた膜の形態をしているが、これは空気 の移動により揺れることになる。このように、金属酸化物ガスセンサーの周りの 区域で空気の移動が発生してセンサー素子の表面温度が変化することになる。金 属酸化物ガスセンサー素子は、その電気 抵抗を変えて表面温度の変化に反応するため、ガスセンサー信号がその歪率によ り受入れ不能にされる。 ガスセンサー信号の評価をさらに難しくする歪率を避けるために、本発明のセ ンサーシステムは、ガスセンサー素子を評価装置の反対側に取り付けられるガス 密のチャンバに備え付けることを要求する。そのチャンバは低容積であり、安定 な形状をなし、かつガス透過性壁を有している。 ガスセンサー素子が設けられるチャンバの容積はできる限り制限されるが、壁の 安定な形成により、チャンバ内で不所望な空気移動が発生しないため、この方法 で、ガスセンサー素子の必要な速い反応感度が得られる。 チャンバ壁は、部分的に、歪を起こすことなくガス透過性プラスチックの少な くとも一層を保持しかつ機械的に支持できる穿孔材料から構成することができる 。さらに、金属帯紐の二層の間にガス透過性プラスチックの少なくとも一層を設 けることが可能である。 ガス透過性プラスチックを金属帯紐の間に設ける代わりに、穿孔熱可塑性材料 の２つの安定な部分の間に固定させることもできる。 もし、ガス透過性プラスチックの少なくとも一層をプラスチックフィルムから 構成すればより有利である。 プラスチックフィルムがテフロンまたはこれと類似な物質から構成される限り 、一酸化炭素や窒素酸化物などのガスが、実際の空気移動の発生なしに、ガス圧 力差により確実に拡散される。また、１つの他の選択形態は、ガスセンサー素子 が設けられたチャンバの安定なガス透過性壁が焼結されたプラスチック、ガラス 、金属またはこれと類似な材料から形成される。このように焼結形状体は、それ らの材料に応じて、水密になるように表面処理されるが、空気の通過は許容する 。さらに、ガスセンサー素子を収容するチャンバが半球である場合には、ガスセ ンサー素子の反応感度に有利である。 チャンバ内のガスセンサー素子に上述の特性を持たせることは、ガスセンサー 素子を取り囲む空間が最小化される結果として、外部大気中内の汚染物質の変化 にガスセンサー素子が反応する時間も最小化されることを意味する。よって、ガ スセンサー素子は空気移動、ごみ、湿気、水及び自動車産業と整備作業で用いら れるワックスとその他のエアゾールからよく保護されるのみならず、こうしたチ ャンバ形状を使用することによって、低コストの、比較的安価な構成を可能にす る。 本発明に係るセンサーシステムの多くの実施形態では、ガスセンサー素子の評 価装置を単一ハウジング内に有す ることに利点がある。この場合、ガスセンサー素子及び評価装置の一部品単位が 一センサーモジュールで結合される形態を選定すれば、評価装置の同部品単位は 、発振回路とガスセンサー素子の温度を制御する加熱調節器及び発振回路の周波 数を測定するコンデンサを有し、前記発振回路と加熱調節器は車両の中央加熱換 気システムに接続される。 前記センサーモジュールによる出力信号の処理は、中央加熱換気制御システム のマイクロコンピューターにディジタルで行われるため、最小限の電子処理に該 当する評価装置の直接連結された部品を含むガスセンサー素子が非常に小さいハ ウジングに備えられることが可能である。 センサーモジュールから出るデータの実際の処理が車両の加熱換気制御システ ムマイクロコンピューターで進まれる。 このような形態のセンサーモジュールを用いることによって、アナログガスセ ンサー信号は、センサーモジュールでディジタル信号に変えられ、車両の中央加 熱換気制御システムのマイクロコンピューターで行われる実際評価のディジタル 信号として内側へ与えられる。干渉され易いアナログ信号は伝送される必要がな く、中央加熱 換気制御装置のマイクロコンピューター内では、複雑なアナログ／ディジタル変 換も必要とならない。 本発明に係るセンサーシステムの金属酸化物ガスセンサー素子の反応感度が、 ディーゼル及びガソリン放射ガスに関して正の範囲内に留まるようにするため、 ガスセンサー素子の作動温度を摂氏２５０℃未満にすることが望ましい。作動温 度は、加熱装置により一定に維持される。 従来のセンサーシステムの１つの欠点は、それらのシステムにおいて使用され るガスセンサー素子が、生産時に大きな公差を示すことにある。しかし、正確な 電気的インピーダンス整合は、ただガスセンサー素子とその外部抵抗とが互いに 整合されることを表し、ガスセンサー素子電流は作動電流の半分に到達する。 このような生産公差とは別に、素子が老化されるにつれて信頼性及びインピー ダンス整合の問題により発生するガスセンサー素子の抵抗変化がやはり困難な問 題となる。 なお、他のガスセンサー素子は種々の作動状態下で、また各種ガスと接触する 時用いられた材料が得た加熱湿気により消極的な影響を受ける。また、水はＤＣ 電圧の連結により加水分解を通じて除去される。またイオンの 形成はガスセンサー素子のガス感応層クリスタルメッシュを通じて高いレベルで イオンが運送されるように発生する。 しかし、前記した事項はガスセンサー素子の特性に主要な変化をもたらす恐れ がある。このような問題を避けるために、ガスセンサー素子のオーム抵抗を発振 回路に含ませ、中間周波数ａ．ｃ電圧以下であることを提示する。発振回路の周 波数はコンデンサにより好ましく発生されるだろう。 センサーシステムの特に有利な形態のものは、周波数固定コンデンサで切り替 えられる発振回路用のタイマー装置を有しており、ガスセンサー素子の抵抗と第 ２抵抗器が備えられ、ガスセンサー素子の抵抗に第３抵抗器が備えられた並列ブ ランチを表す帰還ブランチを有している。この方法においては、ガスセンサー素 子の抵抗に大きな変化がある間でも、最小及び最大周波数が制限内に維持され得 る。ガスセンサー素子抵抗器、インライン切り替え抵抗器、及び前者の抵抗器に 並列切り替えされた抵抗器の関係が、ガスセンサー素子またはそのオーム抵抗の 極めて低いオームレベルまたは極めて高いオームレベルでも選択されるため、３ つの抵抗器のグループは抵抗が容易に計算された電界領域内にいつも留まり、こ の 電界はガスセンサー信号と直接的な関係がない。よって、ガスセンサー信号の周 波数がガスセンサー素子評価電子光学の記録区域外にある電界領域に入らないこ とが明らかになる。 図面の簡単な説明 図１は、従来のガスセンサー回路図である。 図２は、従来のガスセンサー素子の抵抗変化波形図である。 図３は、従来のマスキング効果を説明するための波形図である。 図４は、本発明のセンサーシステムのガスセンサー信号の処理図である。 図５は、交通上、道路調査作業時のガスセンサー信号処理図である。 図６は、本発明のセンサーシステムのために、スイッチレベルの役割を行う帯 域説明図である。 図７は、本発明のセンサーシステムのために、スイツチレベルを生成するもう １つの方法を示した波形図である。 図８は、典型的な評価装置の構成図である。 図９は、本発明のセンサーシステムのための評価装置のもう１つのモデル構成 図である。 図１０は、チャンバに設けられたガスセンサー素子のモデル構造図である。 図１１は、図１０に示したようなガスセンサー素子のモデル構造図である。 図１２は、図１０に示したガスセンサー素子を有する回路板の上段図である。 図１３は、図１２に示された回路板Ｉ−Ｉ断面図である。 図１４は、ガスセンサー素子の概念図である。 図１５は、本発明のセンサーシステムで用いられるガスセンサー素子の１次モ デル中のいずれか１つのモデル概念図である。 図１６は、本発明のセンサーシステムで用いられるガスセンサー素子のもう１ つのモデル概念図である。 図１７は、突然に発生するピーク汚染レベルから基本汚染を分離するための回 路の概念図である。 図１８は、本発明のセンサーシステムの反応感度を調節するための信号処理回 路の概念図である。 図１９は、本発明のセンサーシステムの反応感度を調節するための信号処理回 路の概念図である。 図２０は、本発明のセンサーシステムの反応感度を調節するための信号処理回 路の概念図である。 図２１は、本発明のセンサーシステムの反応感度を調節するための信号処理回 路の概念図である。 図２２は、抵抗容量回路のための負荷認識線の表示図である。 図２３は、本発明のセンサーシステムのためのセンサーモジュールの原理図で ある。 発明を実施するための最良の形態 以下本発明の各種モデルついて説明図を参照して説明する。 本発明に係るセンサーシステムを構成する際に考慮されなければならない条件 は、図４に示されたガスセンサー信号の処理から導かれる。図４のガスセンサー 信号は時間ｔに対するオーム抵抗器Ｒの抵抗値として示されている。 最初に、ガスセンサ信号は、外部空気が酸化ガスでも還元ガスでもないもので 汚染されているときに発生される値７をとる。この値７は、もし酸化性ガスが現 れる場合、大きい負の増加が生じ、これは段階８のガスセンサー信号の処理で見 られる。ここで、ガスセンサー素子の抵抗は低いオームレベルであり、増加は抵 抗変化と経過時間との間の差と相関関係を有する。ガスセンサー素子がガソリン 排気ガスで特に多く生じる酸化性ガスと接触した後、脱吸着段階９が次がれるが 、この段階ではガスセンサー素子が非汚染外部空気を通過し、このガスセンサー 素子は接触前の元の状態に戻る。前記脱吸着段階はガスセンサー信号が非汚染空 気による値７に再び到着する仮想線まで続かれる。 脱吸着段階９の間、ガスセンサー信号の正の増加は吸 着段階８のガスセンサー信号の負の増加よりずっと少ない。即ち、脱吸着段階９ の間の単位時間当たり抵抗変化との関係は、吸着段階８で著しく小さい。一応、 ガスセンサー信号が非汚染外部空気における値７をもう一度表した後、ガスセン サー素子は外部空気に還元性ガスが載せられた区域を急に通過すると、ガスセン サー素子が前記還元性ガスと接触するため、吸着段階１０が実行され、この段階 でガスセンサー素子の抵抗値は還元性ガスの酸化効果のため大幅に増加する。吸 着段階１０の間のガスセンサー信号の正の増加は、吸着段階８のガスセンサー素 子の負の増加とほぼ同じである。還元性ガスが載せられた空気を含有する区域を 一応通過して外れることになると、脱吸着段階１１が始まり、この段階でガスセ ンサー素子のガス感応層が脱吸着される。脱吸着段階はガスセンサー信号がもう 一度最小値７になる時まで非汚染の外部空気で行われる。単位時間当たりの抵抗 値の変化で表される脱吸着段階１１における負の増加は脱吸着段階９における正 の増加と数字上同一である。 図４には脱吸着段階９、１１の間の単位時間当たり抵抗変化が、吸着段階８、 １０の間でより著しく低いということが示されている。ガスセンサー信号の増加 は、酸化性ガスと接触しているガスセンサー素子の吸着段階の 間中と、還元性ガスと接触しているガスセンサー素子の脱吸着段階１１の間中は 負であり、酸化性ガスと接触しているガスセンサー素子の脱吸着段階９の間中と 、還元性ガスと接触しているガスセンサー素子の吸着段階１０の間中は正である 。 ガスセンサー信号の処理特性は、吸着段階８、１０中に数字的に相違する増加 値と、脱吸着段階９、１０中に数字的に相違なる増加値との間の差である。 このようなガスセンサー信号の特徴は、客観的なスイッチ標準を設定するため に本発明の場合に用いられる。 予め定められた限度を超える時間当たりガスセンサー信号の変化と共にガスセ ンサー信号の降下が注目された時には、ガスセンサー素子が酸化性ガスと接触し ていることである。予め定められた限度を超える時間当たりガスセンサー信号の 変化と共にガスセンサー信号の上昇が注目された時には、ガスセンサー素子が還 元性ガスと接触していることである。前記した規則はガスセンサー信号の変化方 向とは関係なく、かつ適当な増加または減少が測定される仮想線でガスセンサー 信号の始発レベルとも関係なく、ガスセンサー信号の全ての変化に有効である。 通常、正常的な道路交通の移動は、ガスセンサー素子 が還元性または酸化性ガスと数回接触し、非汚染空気と接触して発生した脱吸着 段階を続いた結果であって、吸着段階の後元の状態に復帰し得る状況をもたらさ ない。一般に、還元性または酸化性ガスとの接触は、他の接触のために既に始め た吸着及び脱吸着段階中に発生する。 最初に、ガスセンサー素子はガソリン排気から生じる酸化性ガスと接触してお り、それからこれが大幅に増加する吸着段階１２が導かれる。ガスセンサー素子 のガス感応層が酸化性ガスで飽和される前に吸着段階１２が終了されれば、脱吸 着段階１３に続く。脱吸着段階１３におけるガスセンサー素子のガス感応層は、 吸着で脱着するため、脱吸着速度が吸着段階１２における吸着速度よりずっと低 い。よって、脱吸着段階１３におけるガスセンサー信号の負の増加は、吸着段階 １２におけるガスセンサー信号の正の増加よりある程度低いことが分かる。 脱吸着段階１３において、ガスセンサー素子は還元性ガス、例えば、ディーゼ ル排気ガスに含有されるＮＯ及びＮＯｘと接触し、この後を大幅に増加した吸着 段階１４が続くため、吸着段階１４の増加は先の吸着段階１２と数字的に同じで ある。ガスセンサー信号の処理に関しては、吸着段階１４の増加が脱吸着段階１ ３の増加よりずっと大きい状態にある限り、吸着段階１４が脱吸着段 階１３と区別されることになる。 ガスセンサー素子のガス感応層が酸化性ガスで飽和される前に生ずる吸着段階 １４が終了すると、脱吸着段階１５に続き、ガスセンサー素子が酸化性ガスで軽 くコーティングされ、その結果吸着段階１６となり、すぐに大型トラックの廃棄 システムから生じ得る大量の還元性ガスでガスセンサー素子が短期コーティング され、その結果生じる吸着段階１７、脱吸着段階１８、還元性ガスで新たにコー ティングされて生じる吸着段階１９、脱吸着段階２０、酸化性ガスでコーティン グされて生じる吸着段階２１、還元性ガスでコーティングされて生じる吸着段階 ２２、脱吸着段階２３、酸化性ガスでコーティングされて生じる吸着段階２４、 脱吸着段階２５、酸化性ガスで再コーティングされて生じる吸着段階２６、還元 性ガスでコーティングされて生じる吸着段階２７、短い脱吸着段階２８、還元性 ガスで再コーティングされて生じる吸着段階２９及び脱吸着段階３０が続く。 図５に示されたガスセンサー信号から、吸着段階の増加が脱吸着段階の増加よ り数字上明らかに大きいことが分かる。本発明の原理はガスセンサー信号の増加 に対してより低い制限値を設定することに基づいている。その結果、ガスセンサ ー信号の増加がこの制限値を超える時 にはいつでも、車両の換気システムを空気入力から再循環モードへのスイッチイ ングが生ずることである。前記した換気システムのスイッチング動作により、急 に汚染された外部空気の車両の入力を避けることができる。しかし、こうしたス イッチング動作は、車両内部の空気の質をトンネルまたはその他の厳しい交通状 況では車両周りの空気で汚染物質の漸進的な増加により受ける影響を防止するに は適切ではない。 車両内部の空気質をやはり低下させる、車両を取り囲む空気で一般的な質の悪 化を防止するために、図６に示されたような設定期間の間、３１の平均を持つ値 が有効な積分法またはその他の方法によりガスセンサー信号から計算される。こ の平均値の周りに３２を構成するが、これは絶対値の減算と加算によってか平均 値３１に比例的に基づいた追加または削除により達成され得る。平均値３１に割 り当てられた前記帯域３２は、上限値３３と下限値３４とにより制限されるため 、上限値３３と下限値３４とは平均値３１からガスセンサー信号の正／負の比例 または絶対的に許容された偏差を表す。 しかる後、車両換気システムを空気入力モードから再循環モードに切り替える ためのスイッチ信号は、現在のガスセンサー素子が前記帯域３２の領域の外部領 域３５ または３６の内側に位置するときにはいつでも発生される。 車両換気システムを空気入力モードから再循環モードに切り替える信号は、車 両を取り囲む空気の質が受けられ得る基準になる循環に発生されなければならな い。このようなスイッチング作動を達成するために、図７に示されたように、再 循環モードが仮想線３７でガスセンサー信号の減少が始まる時活性化され、この ため、ガスセンサー信号における減少の負の増加は前記した逆数値より大きい。 仮想線３７の前には、ガスセンサー信号が非汚染大気状態で有する正常値で作動 する。仮想線３７の後の吸着段階３９におけるガスセンサー信号は、その吸着段 階３９の後に行われる脱吸着段階４１が始まる反転点４０に落ちることになる。 この反転点４０でガスセンサー信号の増加に対する符号が吸着段階３９中のマイ ナス符号から脱吸着段階４１中のプラス符号に変わる。ガスセンサー信号の増加 に対するこの符号変更を通じて反転点４０が評価装置で認識されて貯蔵される。 なお、ガスセンサー信号の符号が反転される時のガスセンサー信号はこの反転点 ４０に連結される。自由に決定し得る差値４２が評価装置に貯蔵される。 もし反転点４０で得られる脱吸着段階４１中のガスセンサー信号が差値４２だ け増加する場合、車両換気システムが再循環モードから空気入力モードに切り替 えられる。スイッチング動作が開始される前に、評価装置はガスセンサー信号が 実際に図９に示した帯域３２内にあるかどうかを点検する。 仮想線３７において、ガスセンサー素子のガス感応層が酸化性ガスで被覆され る。脱吸着段階４１が終了された後、ガスセンサー素子のガス感応層はもう一度 還元性ガスで被覆される。仮想線４３において、この接触が開示される時、ガス センサー信号の増加は脱吸着段階４１中の比較的低い数値から仮想線４３の後に 行われる吸着段階４４中の比較的高い数値に変わる。吸着段階４４中の、ガスセ ンサー信号の増加は、既に決まった限度値を超えるため、仮想線４３で車両換気 システムが空気入力から再循環モードに切り替えられる。ガスセンサー素子のガ ス感応層が反転点４５で還元性ガスで被覆された後、吸着段階４４は脱吸着段階 ４６になる。ガスセンサー信号の増加に対する符号は、吸着段階４４と脱吸着段 階４６との中間にある反転点４５に変わる。このような符号の変更を通じて、反 転点４５は評価装置で認識記憶される。また、ガスセンサー信号のレベル４７が 評価装置内 の反転点４５に記憶される。 なお、差値４８が評価装置に記憶されて自由に割り当てられられることもでき る。還元性ガスで被覆した後、脱吸着段階４６の前記差値４８は酸化性ガスで被 覆した後、脱吸着段階４１の差値４２と同一である。しかし、ディーゼルとガソ リンの廃棄ガスは、同一の方法では感知されないため、異なり得る。 もし、脱吸着段階４６の間の反転点４５から得られるガスセンサー信号が差値 ４８により反転点４５でガスセンサー信号のレベル４７の以下に落ちると、車両 換気が再循環モードで空気入力作動に切り替えられる。 グラフ４９は換気システムの作動状態を表す。グラフ４９を見れば、換気シス テムが反転点４５の後に行われる脱吸着段階４６における仮想線４３と差値４８ だけの下落の間で、反転点４０から得られる脱吸着段階４１で差値４２だけ増加 した後の仮想線３７における空気入力モードに切り替えられる時まで、作動して いることが分かる。 図８には本発明のセンサーシステムの基本構造が示されている。 このセンサー部５０と評価装置５１とはセンサーシステムに属する。前記セン サー部は可変オーム抵抗を有し、 加熱装置５３により２５０℃未満の作動温度に維持されるガスセンサー素子５２ を有している。なお、前記センサー部５０は外部抵抗器５４を有している。ガス センサー素子５２と外部抵抗器５４との間に測定されたガスセンサー信号は、接 触ケーブル５５を通じて評価装置内に与えられる。前記中央評価装置５１は、前 記接触ケーブル５５を介して受けるガスセンサー信号データを評価し、図８に示 されていない車両換気システムの制御にも役立つ。 前記評価装置５１は、フィードされたアナログガスセンサー信号をディジタル 信号に変換する集積アナログ／ディジタル変成器５６を備えている。さらに、プ ログラムランが評価装置５１にディジタルで記憶されているが、この評価装置に より車両換気システムを空気入力モードから再循環モードに、またはその逆に切 り替える信号が図４及び図７に示したスイッチ基準を用いて発生する。 図９に示したセンサーシステムのモデルにおいて、センサー部５０は前記セン サー部５０と同一である。ガスセンサー信号は、センサー部５０において接触ケ ーブル５５を介して評価装置５１内へ伝送される。 評価装置５１において、ガスセンサー信号は帯域通過フィルタ５７を介して伝 送される。前記帯域通過フィル タ５７はガスセンサー信号がガスセンサー素子に発生する吸着段階と一致して変 化する時、ガスセンサー信号の処理のための一般的な振幅スペクトルのみ通過し 得るように配置されている。これは帯域通過フィルタ５７が前記した振幅スペク トルを単に通過させることを意味する。そのガスセンサー信号の増加は予め定め られたしきい値を超えると信号化されることを意味する。この点において、ガス センサー素子５２は、酸化性ガスとの接触及びその結果から得られる吸着段階中 の増加が、還元性ガスのコーティング及びその結果から生じる吸着段階中の増加 と同一であるようされることを注意しなければならない。 ここで、帯域通過フィルタ５７の開始信号は、復調器５８で整流される。また 、復調器５８で整流された開始信号は、レベルが正確であれば、自由に選択され たシフタシャフトを持つ比較器を稼動させる。このように、換気システムのスイ ッチ信号は、本発明のセンサーシステムを備えた車両が外部大気が汚染された区 域を通過するときいつも発生され、このため、センサーシステムのスイッチング 動作は空気中の不純物がディーゼルまたはガソリン排気ガスであるかどうかとは 全く関係がない。 このスイッチ信号はセンサー部５０のガスセンサー素 子が吸着段階にある限り、比較器５９の出力に存在する。車両が正常に運行中は 、外部大気を通過するという事実によって、外部大気内にある不純物の大部分が 比較的短期的であるため、ガスセンサー素子の飽和は実際の問題としては殆ど発 生しない。吸着段階はせいぜい数分の間に行われるため、ガスセンサー素子５２ は通常、飽和状態に維持されないだろう。 しかし、ガスセンサー素子５２の飽和を常に避けられない交通状況がある。車 両が長時間外部大気が非常に汚染された区域に留まる場合には、ガスセンサー素 子が飽和領域に置かれることもある。こうした場合、ガスセンサー信号の増加は 、外部大気汚染が依然と変わらないかまたはより悪化されるものとしてもゼロの 方へ移動する。このような交通状況下では、さらに測定を行うことなく、車両換 気システムは再循環モードを空気入力モードに切り替えることになる。これは前 記した交通状況におけるガスセンサー信号が帯域通過フィルタ５７を介して伝送 され得る周波数帯域を示さないためである。 このような状況は、例えば、トンネルや大きな交通渋滞から発生するため、ガ スセンサー信号の実際のレベルは評価装置で測定処理されることになる。このよ うに、接続ケーブル５５を介して評価装置５１に与えられるガ スセンサー信号は、抵抗容量回路に与えられ、この回路により高時定数で積分さ れる。よって、ガスセンサー信号の平均値は、抵抗容量回路のコンデンサ６１に 表される。 ガスセンサー信号が抵抗容量回路６０のコンデンサ６１に表した平均値より高 い数値を表す場合、常に抵抗容量回路６０の付加抵抗器６２に電流が増強される が、この電流は現在のガスセンサー信号と抵抗容量回路６１に表したガスセンサ ー信号の平均値との間の差と同じである。前記電流は比較器６３にフィードされ るが、この比較器６３によりスイッチ信号は、もし現在のガスセンサー信号が抵 抗容量回路の６０のコンデンサ６１に準「抵抗」された平均値より大きい場合い つも発生する。 車両を取り囲む大気が高い汚染基準を維持することを条件とするため、ガスセ ンサー素子５２が飽和され得る前記した交通状況下で抵抗容量６０の時定数を正 確に選択すれば、車両換気システムが続けて再循環し得る。車両が長時間高いレ ベルの汚染に取り囲まれる場合には、予め定められた時間が経過した後、換気シ ステムがもう一度再循環モードで空気入力モードに切り替えられることが好まし いといえる。 そうでない場合、車両乗客の酸素消費、車両内の湿気 及びその他の生理的な要素により車両内部の空気の質が急速に落ちることになる 。そのような状況を避けるために、評価装置に仮想線が記憶されているが、前記 仮想線において、車両換気システムが空気入力モードから再循環モードに切り替 えられる。車両の内部容積と車両へ移動する測定人数により長さが決まる予定時 間が終了されると、車両換気システムが車両を取り囲む大気汚染レベルの変動に より前記予定時間内に再循環モードから空気入力モードに切り替えられない限り 、再循環モードから空気入力モードに強制的に切り替えられることである。 評価装置５１の比較器５９と比較器６３からの出力信号は、連結器６４で共に 連結される。前記連結器６４からの出力信号は、連結器６４の出力ケーブル６５ を通じて換気システムの制御器または評価装置される。５１にスイッチング信号 として印加される。本発明のセンサーシステムの好ましいモデルにおいて、アナ ログ関数集団を用いる前述した回路機能は、コンデンサから構成される。 これは前記作動によって車両換気システムを空気入力モードから再循環モード にまたはその逆にスイッチングするためのスイッチ信号を受けるためのマイクロ プロセッサで制御された処理を許容する。 ガスセンサー素子は好ましくは混合酸化物センサー素子から構成され、これに よって、ガスセンサー感応層は、約３９％二酸化錫、約１０％酸化第２鉄、約３ ８％三酸化タングステン、約１０％酸化アルミニウム、約２％パラジウム及び約 １％プラチナを含有し、反応促進剤のパラジウム及びプラチナの機能をする。 本発明のセンサーシステムの好ましいモデルにおいては、ガスセンサー素子は ２００℃未満の作動温度で稼動される。前記した作動温度で酸化性ガスに対する ガスセンサー素子５２の反応感度は大幅に減少される。しかし、還元性ガスに対 するガスセンサー素子５２の反応感度は、他の温度における反応感度と比較され 得る。 車両乗客に対する妨害可能性に鑑みて、ガスセンサー素子５２を還元性及び酸 化性ガスで比較し得るように被覆する場合、たとえ方向上では異なるとしても、 殆ど同様にガスセンサー信号が変わるということが確実である。このように、酸 化性及び還元性ガスに対するガスセンサー素子５２の公平な態度に鑑みて、単位 時間当たりのガスセンサー信号の変更、すなわち、ガスセンサー信号の増加に対 する数字を車両換気システムのスイッチングパラメータとして用いることが可能 である。 本発明のセンサーシステムのさらに好ましいモデルに おいては、センサー部５０が評価装置５１と共に１つの共通ハウジングに備えら れている。 図１０に示されたモデルにおいては、ガスセンサー素子が回路板６６に搭載さ れてチャンバ６７の内部に設けられている。前記チャンバ６７は壁またはスクリ ーン６８及び水平板６９から形成されている。水平板６９は回路板６６の断面と ほぼ同じであり、その水平板６９の断面に孔７０が形成され、この孔７０を通じ て回路板６６がチャンバ６７内に設けられる。前記孔７０と回路板６６との間に は、縫合材７１が嵌合されている。ガスセンサー素子５２は回路板６６の上に載 せられているため、回路板６６は図１０に示されていない評価装置５１に連結さ れる。 この６７と図１０に図示されていない評価装置ハウジングは、水平板６９と縫 合材により互いに密封される。このように密封された区分は、ガスセンサー素子 の哀退時間を最少化し、ガス排気により熱くなる評価装置５１内の電子部品また は熱くなるプラスチック部分による歪率を防止するために必要である。ガスセン サー素子ハウジングチャンバ６７を取り囲む前記壁／スクリーン６８は、ガスが 透過し得るように構成されている。このためチャンバ６７と壁／スクリーン６８ を取り囲む空間内の ガスが迅速に、かつ妨害されずに交換され得る。壁／スクリーン６８の１つの構 成要素は、ガス透過性フィルム７２である。このフィルムにはテフロンが特に適 していることが立証された。 図１１から分かるように、前記フィルム７２は揺れない壁面７３、７４により 両側に掛けられて支えられている。どんな場合にも、フィルム７２が振動しない ように壁面７３、７４の間に設けられている。壁面７３、７４は編む金網を引っ 張った部分の形態または引き寄せた穿孔金属またはプラスチックの形態になりう る。前記壁／スクリーン６８は、コップの形態であるか半矩形であるため、テフ ロンフィルム７２をガラス繊維強化プラスチックで必要な形態の壁またはスクリ ーン６８に圧着すれば形態が安定になる。 もう１つのモデルにおいて、機械的な破損から保護するために用いられた壁ま たはスクリーン６８が、ガス透過焼結体またはガス透過性プラスチック体から形 成され得る。図１２及び１３は、ガスセンサー素子５２を回路板６６に搭載し得 る１つの可能性を示したもので、図１３はＩ−Ｉに沿って切り取った断面図を示 している。回路板６６には正方形にカットアウトした部分７５がある。前記カッ トアウト部７５はチャンバ６７の内へ延在した 回路板６６の自由断面に位置している。ガスセンサー素子５２は回路板６６のカ ットアウト部の中央部に位置している。 ガスセンサー素子５２はプラチナまたはその他の適当な貴金属からなり、回路 板６６のカットアウト部７５を取り囲む区域に嵌合された連結ピン７７に連結さ れた連結ケーブル７６に連結されている。ガスセンサー素子５２は連結ケーブル ７６と回路板側面の連結ピン７７を用いて搭載し得る。連結ピン７７は例えばニ ッケルからなり得る。 回路板６６のカットアウト部７５にガスセンサー素子５２を嵌入する場合には 、回路板６６のカットアウト部７５の中央に正確に位置させる。オーム抵抗がガ ス接触によって変化するガスセンサー素子５２、加熱装置及び実際のガスセンサ ー信号が連結線５５を通じて評価装置（図示せず）５１へ送信される外部抵抗器 を表すセンサー部（図１４参照）５０の代わりに、本発明のセンサーシステムは 後述されるセンサー部７８（図１５参照）を用い得る。 図１５に示されたセンサー部７８の場合、加熱装置７９を用いて加熱させ得る ガスセンサー素子８０が設計され、そのオーム抵抗８１は周波数を固定させるコ ンデン サ８３の成分を有する発振回路８２と結合される。前記発振回路８２はケーブル ８４を通じて評価装置に印加される出力信号を発生させる。 図１６に示された実際的には適用し得る１つのモデルにおいては、回路８２が 例えば、タイマー５５５の形態で電子標準部品として設計される。前記タイマー の構成部品は周波数固定コンデンサ８５に連結される。このフィードバックブラ ンチ８６は、ガスコーティングにより連結された抵抗器８９を調節し得るガスセ ンサー素子８８のオーム抵抗８７を有している。第３抵抗器９０は、フィードバ ックブランチ８６にために、並列に連結された抵抗器８７、８９の順序に直列に 連結されている。第２抵抗器８９は、ガスセンサー素子８８の抵抗器８７に並列 連結し、その並列連結抵抗器８７、８９に第３抵抗器９０を直列連結することに よって、急な強いガス接触によりガスセンサー素子８８の抵抗器８７に瞬間的な 変化がある場合、最小及び最大周波数が制限を受ける。 ３つの抵抗器８７、８８、８９の間の関係は、ガスセンサー素子８８の抵抗器 ８７のオームレベルが極めて低いか高い場合にも、抵抗器８７、８８、８９の集 団抵抗が最少信号の周波数と直接関連される容易に計算された範囲内に常に存在 するように選定される。これによって、 最少信号により作動範囲外のフィールド内へ移動することは明らかになるだろう 。 図１７にはスイッチングシステムが示されており、このシステムにより基本汚 染がピークレベルと区別されるようにし得る。 農村地域で経験し得るような車両外部の大気の基本汚染は、ディーゼル動力の トラックの後または特に頻雑な道路交通の交差点で経験し得る、市内部区域で当 面し得る衝撃的な動的ピーク汚染レベルの程度とは、非常に異なっている。 本発明のスイッチングシステムにおいては、過去の経験に基づいて基本汚染基 準は極めて緩やかに変わり、逆に前方の運転車両による汚染基準は極めて急激に 変わるという仮定がなされる。 図１７に示したガスセンサー素子９１には、定電源９２が供給される。前記固 定電源９２とガスセンサー素子９１との間に測定されたガスセンサー電流はケー ブル９３により除算器９４に印加される。ケーブル９５はケーブル９３で分岐し て、これによってガスセンサー信号が積分器９６に印加され、比較信号が演算増 幅器９７のために発生される。ガスセンサー信号は前記予算増幅器９７の他に入 力に直接印加される。演算増幅器９７からの 出力信号はやはり除算器９４に印加される。除算器９４の出力ケーブル９８にお いて、出力信号は変化する基本汚染ということが、タイマーまたは積分器９６の 時定数に依存するガスセンサー信号の緩やかに変化する信号部分が、ガスセンサ ー信号から分離されることを意味する事実により利用可能になる。除算器９４の 出力ケーブル９８にある出力信号は、動的ピーク汚染レベルを表すガスセンサー 信号からの部分信号を含むだけである。 図１８及び図２１には、他の回路モデルが示されているが、これらによりガス センサー信号を処理する可能性が存在するため発明されたセンサーシステムの反 応感度が前記した動的ピーク汚染レベルで発生するガスセンサー信号の部分信号 により制御される。 図１８に示した例においては、センサー信号がケーブル９９を通じてダイオー ド１００に印加され、前記ダイオード１００を通じてガスセンサー信号が抵抗容 量回路を充電する。このような方法で、電流が発生して調節可能な増幅器１０２ に印加される。このため、調節可能増幅器１０２の出力ケーブル１０３にある出 力信号のレベルは、抵抗容量回路１０１の充電された状態に依存するが、論理的 には、ガスセンサー信号の動力と周波数に依存する。 調節可能増幅器１０２の出力ケーブル１０３が入力ケーブルとしての機能をす る調節可能増幅器の後に設けられた切替増幅器１０４は、入力ケーブル１０５を 通じて前記切替増幅器１０４に引火される固定されたトリガレベルを保持してい る。前記切替増幅器１０４は、調節されたガスセンサー信号のレベルがトリガレ ベルに予め定めた限度を超える時には、いつもその出力ケーブル１０６にスイッ チ信号を発生させる。 図１８に示したモデルの場合のように、いわゆる動的信号は図１９に示したモ デルのために作動する。動的信号は衝撃的ピーク汚染レベルのため、ガスセンサ ー素子の動的コーティングから派生する部分信号のみを含む。このような部分信 号は、ケーブル１０７を通じてダイオード１０８へ送信され、このダイオード１ ０８を通じて抵抗容量回路１０９が充電される。抵抗容量回路１０９により発生 した電流は、連結リンクケーブル１１０を通じて増幅器１１１に印加され、この 増幅器１１１は連結リンクケーブル１１０により信号に依存するため、可変トリ ガ電流を有する。なお、動的ガスセンサー信号は増幅器１１２を通じて切替増幅 器１１１に印加され、このためスイッチ限界即ち、抵抗容量回路により発生され た可変トリガ電流により切替増幅器１１１をトリガする。 しかると、スイッチ信号が切替増幅器１１１の出力ケーブル１１３が発生される 。 図２０には、前述した動的ガスセンサー信号が切替増幅器１１６に印加される 前に、増幅器１１５を通じてケーブル１１４に沿って移動するさらに好ましいモ デルの例が示されている。 スイッチ電流は抵抗容量回路１１７が連結された電流分割器の電流から派生す るが、このためダイオード１１８と充電抵抗器１１９を通じる切替増幅器１１６ の出力ケーブル１２０にある出力信号の電流が抵抗容量回路１１７に影響を及ぶ 。これは切替増幅器１１６の出力ケーブル１２０に頻繁にスイッチ信号が出力さ れるかぎり、切替増幅器の１１６のトリガしきい値が変更されて、スイッチシス テムがケーブル１１４を通じて移動する動的ガスセンサー信号の変化に反応しな い傾向を有し、抵抗容量回路１１７に影響を及ぶ。図２１に示したモデルにおい ては、図２０に示したモデルとほぼ同様な方法で、動的ガスセンサー信号が、切 替増幅器１２３に与えられる前に、調節可能増幅器１１２を介してケーブル１２ １に沿って伝送される。 出力ケーブル１２４ある切替増幅器１２３の出力信号は、充電抵抗器１２５及 びダイオード１２６を通じて移 動するため、ダイオード１２６の後に切り替えられた抵抗容量回路１２７を充電 する。よって、調節された電圧が発生して、これは連結ケーブル１２８を経て調 節可能増幅器１２２にフィードされて、調節可能増幅器１２２の増幅器に影響を 及ぶ。調節可能増幅器１２２の後に切り替えられる切替増幅器１２３は、固定の 設定しきい値で働く。 図２２には、切替増幅器からの出力信号１２９が抵抗容量回路の充電曲線１３ ０にどう影響を及ぶかが示されている。充電電流が、前記切替増幅器の出力信号 の切り替え期間の関数であるとともに、周波数の関数であることは明確である。 前述したように、前記した回路を有する評価装置は、ディジタル／数字式モデ ルであって、上記した基準によって作動する中央プログラム式マイクロプロセッ サとして備えられ得る。 図２３に示した本発明のセンサーシステムのモデルは、最小限に必要な評価電 子工学と結合されており、保護ハウジングに設けられた実際のセンサー部である 。データは多くの車両の加熱及び空気調節システムに備えられたマイクロコンピ ューターで実際に評価される。 図２３に示した本発明のセンサーシステムのモデルは、 センサーモジュール１３１、ガスセンサー素子１３２、発振回路１３３、発振回 路１３３の周波数を決定することがコンデンサ１３４及びヒータ制御器１３５を 備えている。 ガスセンサー素子１３２は、周波数がコンデンサ１３４により決定される発振 回路１３３に連結された変更可能（ガスコーティングによって）したオーム抵抗 器１４０が備えられ、ヒータ制御器１３５によりガスセンサー素子のヒータ装置 １４１が調節され、センサーモジュール１３１の電線１３６、１３７によって中 央加熱換気システムに連結されている。 ＲＦ回路として設けられた発振回路を通じて変更されたガスセンサー信号は、 ケーブル１３８を経て中央加熱換気制御器のマイクロコンピュータに印加される 。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒラー イエルク ドイツ国 ベッター Ｄ−58300 アム ボルベルク20 (72)発明者 キーゼンベッター オラフ ドイツ国 ゲシュベンダ Ｄ−98716 ノ イエ ゾルゲ32ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 車両外部空気の汚染レベルに応じて車両換気システムを再循環モードま たは空気入力モードに制御するために、当該電気抵抗が還元性ガスでは減少し酸 化性ガスでは増加するガスセンサー素子と、当該出力が換気装置のコントローラ に接続された評価装置を備え、 還元性ガス濃度が増加した後評価装置に印加される信号の増加量を、酸化性ガ ス濃度が増加した後評価装置に印加されるガスセンサー信号の減少量と、ほぼ同 一にし、前記評価装置では印加されるガスセンサー信号の単位時間当たりの増加 または減少を計算し、単位時間当たりのガスセンサー信号の測定された増加また は減少が臨界限度を数字的に超える場合、換気システムを再循環モードに調節す るために、切り替え信号を発生させることを特徴とするセンサーシステム。 ２． 前記評価装置内において、一定の期間のガスセンサー信号の平均値が計 算され、この平均値は絶対値を比例減算及び加算するすることによって、または 比例に基づいて追加または削除することによって所定の制限帯域に割り当てられ 、ガスセンサー信号が前記所定の制限帯域の外に存在する時には、切り替え信号 が発生されることを特徴とする請求の範囲１に記載のセンサーシステ ム。 ３． 前記評価装置には、ガスセンサー信号の増加または減少を検知するため に、ガスセンサー信号が通過する通過帯域を有し、この通過帯域により振幅スペ クトルの通過を許容するだけで、ガスセンサー信号の伝送を通じて単位時間当た りのガスセンサー信号の臨界限度超過の増加または減少を表し、換気システムを 制御する目的で切り替え信号を発生させるために用いられた出力信号を参照する ことを特徴とする請求の範囲１または２に記載のセンサーシステム。 ４． 前記評価装置はフーリエ変換の実行を可能にするために、コンピュータ ーを備え、ガスセンサー信号はしきい値制限を超える振幅スペクトルを表す単位 時間当たりのガスセンサー信号の増加または減少の有無に対して算数的に調査さ れ、このような振幅スペクトルがガスセンサー信号で検知された場合には、いつ も換気システムを制御するために前記評価装置で切り替え信号が発生されること を特徴とする請求の範囲１または２に記載のセンサーシステム。 ５． 前記評価装置は電子神経網を備え、ガスセンサー信号は単位時間当たり のガスセンサー信号のしきい値制限を超過増加または減少の有無を表す特性に対 して調 査され、もし、調査中しきい値制限を超えるガスセンサー信号の増加または減少 が検知される場合、検知された切り替え信号が前記評価装置で発生されることを 特徴とする請求の範囲１または２に記載のセンサーシステム。 ６． 前記電子神経網は、３重または多重層順方向の結合神経網の形態を有す ることを特徴とする請求の範囲５に記載のセンサーシステム。 ７． 前記電子神経網は、３重または多重層逆結合の神経網の形態を有するこ とを特徴とする請求の範囲５に記載のセンサーシステム。 ８． 前記評価装置はしきい値を超え、単位時間当たりのガスセンサー信号の 増加または減少が記録される電子ファジ−論理装置を備え、もし、調査中しきい 値制限を超えるガスセンサー信号の増加または減少が検知される場合、検知され た切り替え信号が評価装置で発生されることを特徴とする請求の範囲１または２ に記載のセンサーシステム。 ９． 前記評価装置は記憶装置を備え、ガスセンサー信号のピ−ク点が記憶さ れ、もし、ピ−ク点の後のガスセンサー信号が、該ピ−ク点に対する、或る予め 決定し得る信号レベル差を表し、かつ該ガスセンサー信号が形成された平均値に 対して割り当てられた帯域の内側に存 在する場合には、切り替え信号が前記評価装置の出力側で消滅させられることを 特徴とする請求の範囲１から８のいずれかに記載のセンサーシステム。 １０． 前記評価装置は、前記センサーシステムの反応感度を調節するための 制御器を備え、前記制御器によって、しきい値制限を超えるガスセンサー信号の 増減の立ち上がりまたは立ち下がり周波数の場合には、前記センサーシステムの 反応感度が、高められるか低められ、これによって単位時間当たりのセンサーシ ステムの反応感度の変化の数値度が制限されることを特徴とする請求の範囲１か ら９のいずれかに記載のセンサーシステム。 １１． 前記評価装置は空気入力モードと再循環モードにおける換気システム の作動期間を測定し得るタイマーと換気システムの空気入力モードと再循環モー ドにおける作動期間係数を計算し得るコンピューターとを備え、センサーシステ ムの反応感度が、増加再循環モードにおける場合には低減され、増加空気入力モ ードにおける場合には増大されるようにして、単位時間当たりの反応感度の変化 度を制限する制御器を備えることを特徴とする請求の範囲１から１０のいずれか に記載のセンサーシステム。 １２． 前記センサーシステムの反応感度を調節する ために用いられる制御器は、車両外部空気温度を記録する外部温度センサーと車 両内部空気温度を記録する内部温度センサーとを備え、外部温度センサーによっ て与えられる外部空気温度を内部温度センサーによって与えられる内部空気温度 と比較し得る比較器とを備え、これによって制御器は外部温度が車両内部温度よ り高いか低い場合にはセンサーシステムの反応温度を高めるか低めることを特徴 とする請求の範囲１０または１１に記載のセンサーシステム。 １３． 前記評価装置は換気システムの制御器と共に中央プログラミングマイ クロプロセッサの形態を備えることを特徴とする請求の範囲１から１２のいずれ かに記載のセンサーシステム。 １４． 前記評価装置は、換気システム用制御器と共に、アナログ技術的に形 成されたことを特徴とする請求の範囲１から１２のいずれかに記載のセンサーシ ステム。 １５． ガスセンサー素子は、ガス感応層がプラチナ（ｐｔ）及びパラジウム （Ｐｄ）と共に、二酸化スズ（Ｓ_nＯ₂）、三酸化タングステン（ＷＯ₃）、酸化 第２鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）及び酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）を反応促進剤として含有 する混合酸化センサー素子の形態を有することを特徴とする請求の範囲１から１ ４のいずれ かに記載のセンサーシステム。 １６． 前記混合酸化センサー素子のガス感応層が、２９％−４９％二酸化ス ズ（ＳｎＯ₂）、２８％−４８％三酸化タングステン（ＷＯ₃）、７％−１３％酸 化第２鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、７％−１３％酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）を、０．５ −１．５％プラチナ（Ｐｔ）と１％−３％パラジウム（Ｐｄ）と共に含有する混 合酸化物センサー素子の形態を備えることを特徴とする請求の範囲１５に記載の センサーシステム。 １７． 前記ガスセンサー素子が、貴金属線、好ましくはプラチナ線と電気的 に接触させられていると共に、電気回路基板のカットアウト部において該回路基 板とほぼ同じ中間面で前記評価装置に取り付けられ、さらに、前記ガスセンサー 素子が自由に付けられるように、ガスセンサー素子の連結線が回路基板に直接半 田づけされていることを特徴とする請求の範囲１から１６のいずれかに記載のセ ンサーシステム。 １８． 前記ガスセンサー素子が、評価装置に対して気密に閉じられたチャン バ内に配置され、かつ該チャンバが、安定なガス透過性壁と共に低容量を有する ことを特徴とする請求の範囲１から１７のいずれかに記載のセンサーシステム。 １９． 前記チャンバ壁が、少なくとも部分的に、ガス透過性材料の少なくと も一層を安定かつ機械的に支持する穿孔材料からなることを特徴とする請求の範 囲１８に記載のセンサーシステム。 ２０． 前記ガス透過性材料の少なくとも一層が、組込金属メッシュの２つの 層の間に配置されていることを特徴とする請求の範囲１８または１９に記載のセ ンサーシステム。 ２１． 前記ガス透過性材料の少なくとも一層が、熱可塑性材料からなる２つ の安定した穿孔層の間に固定されていることを特徴とする請求の範囲１８または １９に記載のセンサーシステム。 ２２． 前記ガス透過性材料の少なくとも一層が、プラスチックフィルムから なることを特徴とする請求の範囲１８から２１のいずれかに記載のセンサーシス テム。 ２３． 前記プラスチックフィルムがテフロンまたはこれと類似な物質からな ることを特徴とする請求の範囲１８または２１に記載のセンサーシステム。 ２４． 前記ガスセンサー素子を入れておくチャンバの安定したガス透過性壁 が焼結されたプラスチック、ガラス、金属またはこれと類似な物質からなること を特徴とする請求の範囲２３に記載のセンサーシステム。 ２５． 前記ガスセンサー素子と前記評価装置の部分単位体が共にセンサーモ ジュール内に配置され、評価装置の部分単位体は、発振回路、発振回路の周波数 を決定するコンデンサ及びガスセンサー素子の温度を制御するヒータ制御器を備 え、前記発振回路とヒータ制御器とは車両の中央加熱換気制御装置に接続されて おり、センサーモジュールからの出力信号が、中央加熱換気制御装置のマイクロ コンピューターで完全ディジタル式に処理されることを特徴とする請求の範囲１ から２４のいずれかに記載のセンサーシステム。 ２６． 前記金属酸化物からなるガスセンサー素子が、加熱素子により一定温 度に保持されることを特徴とする請求の範囲１から２５のいずれかに記載のセン サーシステム。 ２７． 前記ガスセンサー素子のオーム抵抗器が、中間周波数の交流電圧が流 れる発振回路の一部であることを特徴とする請求の範囲１から２６のいずれかに 記載のセンサーシステム。 ２８． 前記発振回路の周波数を発生させるコンデンサが備えられたことを特 徴とする請求の範囲２７に記載のセンサーシステム。 ２９． 前記発振回路は、周波数固定コンデンサによ り切り替えられ、ガスセンサー素子の抵抗器と第２抵抗器が備えられた帰還ブラ ンチを有し、第３抵抗器が備えられたガスセンサー素子の抵抗器に並列ブランチ を有するタイマーを備えることを特徴とする請求の範囲２６から２８のいずれか に記載のセンサーシステム。