JP2004308466A

JP2004308466A - False degradation signal generating circuit of oxygen concentration sensor and internal combustion engine controller equipped therewith

Info

Publication number: JP2004308466A
Application number: JP2003100126A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Ono; 孝寛大野; Kazutaka Hattori; 一孝服部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2004-11-04

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable the generation of the false degradation signal of an oxygen concentration sensor with a simple structure, or to enable the accurate detection of impedance of a sensor element. <P>SOLUTION: A variable resistor VR1 is installed in parallel with the oxygen concentration sensor 20 in the false degradation signal generating circuit 50 so that output voltage can be reduced. A resistor R2 is installed in a series with the oxygen concentration sensor 20, and a secondary battery BT for permitting flow of electric current to the resistor R2 so that output voltage can be increased. A variable resistor VR3 is installed in a series with the oxygen concentration sensor 20, and a capacitor C2 is installed in a series with the variable resistor VR3 so that the impedance can be increased only in as far as an applied voltage is a low frequency. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、酸素濃度センサの性能劣化時における特性（出力特性、インピーダンス特性）に似せた擬似劣化信号を生成する擬似劣化信号生成回路と、この擬似劣化信号生成回路を備える内燃機関制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば車両用内燃機関の空燃比を制御する制御装置においては、排ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサにより検出し、この酸素濃度センサの検出値に基づいて、内燃機関に吸入する混合気の空燃比をフィードバック制御することで、触媒による排気ガス浄化性能を高めるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２２８１１１号公報
【０００４】
空燃比フィードバック制御を行なう電子コントロールユニット（ＥＣＵ）には、「オンボードダイアグノーシス（ＯＢＤ）」と呼ばれる自己診断装置を備えるのが常である。ＯＢＤは、酸素濃度センサにトラブルが生じるとそれを検知し、チェックランプを点灯することで警告を発生する。上記トラブルは、突発的な故障ばかりでなく、酸素濃度センサの経時的な劣化も含む。
【０００５】
ＯＢＤが正常に動作していることをチェックする試験も行なわれる。この試験では、劣化した状態にある酸素濃度センサの出力を擬似的に作り出す擬似劣化装置が用いられ、この擬似劣化装置の出力信号である擬似劣化信号をＥＣＵに送ることで、ＯＢＤそのものが正常に動作しているかをチェックする。擬似劣化装置は、酸素濃度センサの出力信号をＡＤコンバータでデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をマイクロコンピュータにて劣化相当の信号に変換し、その後、その劣化相当の信号をＤＡコンバータでアナログ信号に戻して外部に出力する構成である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、擬似劣化装置の構成が複雑であるといった問題があった。擬似劣化装置は、上述したように、ＡＤコンバータ、マイクロコンピュータ、ＤＡコンバータを備える必要があることから、構成が複雑である。
【０００７】
また、上記従来の技術では、擬似劣化装置を用いると、酸素濃度センサの素子（センサ素子）のインピーダンスを正確に検出することができないという問題も発生した。センサ素子のインピーダンスの検出が必要となるのは次の理由による。酸素濃度センサにおいては、検出精度を維持するために、センサ素子を活性状態に保つ必要があり、一般には、センサに付設されたヒータを通電制御することによりセンサ素子を加熱して活性状態を維持するようにしている。こうしたヒータの通電制御においては、センサ素子の温度と相関関係のある素子のインピーダンスを検出して、そのインピーダンスが一定値となるように、ヒータへの通電を制御している（例えば、上記特許文献１参照）。
【０００８】
擬似劣化装置は、上述したように、ＡＤコンバータ、マイクロコンピュータ、ＤＡコンバータを備えることから、上記従来の技術では、これらの部品のインピーダンスを、センサ素子のインピーダンスに併せて検出してしまうことになり、上述したように、正確なインピーダンスを検出することができない。
【０００９】
この発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、酸素濃度センサの擬似劣化信号を簡単な構成で生成できるようにし、あるいは、センサ素子のインピーダンスを正確に検出可能とすることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
前述した課題の少なくとも一部を解決するための手段として、以下に示す構成をとった。
【００１１】
この発明の第１の擬似劣化信号生成回路は、
被検出ガス中の酸素濃度に応じた酸素濃度信号を出力する酸素濃度センサに接続され、該酸素濃度センサの性能劣化時における出力特性に似せた擬似劣化信号を、前記酸素濃度信号から生成する擬似劣化信号生成回路において、
前記酸素濃度センサと並列に接続される抵抗器を備えることを特徴としている。
【００１２】
この構成の擬似劣化信号生成回路によれば、酸素濃度センサと並列に接続される抵抗器を設けることにより、酸素濃度センサの出力を低下させることができる。この状態は、酸素がリッチなガスを検出する性能が劣化したときの状態である。したがって、この擬似劣化信号生成回路は、抵抗器を設けるといった簡単な構成により、酸素濃度センサの出力特性が劣化した時の擬似劣化信号を生成することができる。
【００１３】
前記抵抗器は、可変抵抗器とすることが好ましい。この構成によれば、上記酸素濃度センサの出力の低下量を変えることができることから、疑似する酸素濃度センサの劣化の程度を変えることができる。
【００１４】
この発明の第２の擬似劣化信号生成回路は、
被検出ガス中の酸素濃度に応じた酸素濃度信号を出力する酸素濃度センサに接続され、該酸素濃度センサの性能劣化時における出力特性に似せた擬似劣化信号を、前記酸素濃度信号から生成する擬似劣化信号生成回路において、
前記酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、
前記抵抗器に電流を流す二次電池と
を備えることを特徴としている。
【００１５】
この構成の擬似劣化信号生成回路によれば、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、この抵抗器に電流を流す二次電池とにより、酸素濃度センサの出力を持ち上げることができる。この出力が持ち上がった状態は、酸素がリーンなガスを検出する性能が劣化したときの状態である。したがって、この擬似劣化信号生成回路は、抵抗器を設けるといった簡単な構成により、酸素濃度センサの出力特性が劣化した時の擬似劣化信号を生成することができる。
【００１６】
この発明の第３の擬似劣化信号生成回路は、
被検出ガス中の酸素濃度に応じた酸素濃度信号を出力する酸素濃度センサに接続され、該酸素濃度センサの性能劣化時におけるインピーダンス特性に似せた擬似劣化信号を、前記酸素濃度信号から生成する擬似劣化信号生成回路において、
前記酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、
該抵抗器に並列に接続されるコンデンサと
を備えることを特徴としている。
【００１７】
この構成の擬似劣化信号生成回路によれば、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器により、インピーダンスが高くなった状態を作ることができる。その抵抗器には、並列にコンデンサが接続されていることから、酸素濃度センサに送り込むインピーダンス検出用の印加電圧が高周波である場合には、このコンデンサ側を電流が流れてインピーダンスは高くなることはない。印加電圧が低周波の場合にインピーダンスが高くなった状態というのは、酸素濃度センサが劣化した状態である。したがって、この擬似劣化信号生成回路は、抵抗器とコンデンサを設けるといった簡単な構成により、酸素濃度センサの劣化時を擬似するインピーダンス信号を生成することができる。また、この擬似劣化信号生成回路は、構成が簡単であることから、この擬似劣化信号生成回路自体のインピーダンスは小さい。このために、この擬似劣化信号生成回路を用いても、この擬似劣化信号生成回路に接続される制御装置側から酸素濃度センサのインピーダンスを正確に検出することができる。
【００１８】
上記第１の擬似劣化信号生成回路において、上記第２の擬似劣化信号生成回路の特徴である、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、前記抵抗器に電流を流す二次電池とを備える構成としてもよい。
【００１９】
この構成によれば、上記第１と第２の擬似劣化信号生成回路の両効果を有しており、内燃機関の混合気にあっては、酸素がリッチなガスを検出する性能が劣化したときの状態と、リーンなガスを検出する性能が劣化したときの状態とを併せて作り出すことができる。
【００２０】
上記第１の擬似劣化信号生成回路において、上記第３の擬似劣化信号生成回路の特徴である、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、該抵抗器に並列に接続されるコンデンサとを備える構成としてもよい。
【００２１】
この構成によれば、上記第１と第３の擬似劣化信号生成回路の両効果を有しており、簡単な構成により、酸素濃度センサの出力特性の劣化時と、インピーダンス特性の劣化時とを示す擬似劣化信号を生成することができる。また、この擬似劣化信号生成回路に接続される制御装置側から酸素濃度センサのインピーダンスを正確に検出することができる。
【００２２】
上記第１の擬似劣化信号生成回路において、上記第２の擬似劣化信号生成回路の特徴と、上記第３の擬似劣化信号生成回路の特徴とを併せ持つ構成とすることもできる。この構成によれば、上記第１ないし第３の擬似劣化信号生成回路の効果を併せて有する。
【００２３】
上記第２の擬似劣化信号生成回路において、上記第３の擬似劣化信号生成回路の特徴である、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、該抵抗器に並列に接続されるコンデンサとを備える構成としてもよい。
【００２４】
この構成によれば、上記第２と第３の擬似劣化信号生成回路の両効果を有しており、簡単な構成により、酸素濃度センサの出力特性の劣化時と、インピーダンス特性の劣化時とを示す擬似劣化信号を生成することができる。また、この擬似劣化信号生成回路に接続される制御装置側から酸素濃度センサのインピーダンスを正確に検出することができる。
【００２５】
この発明の内燃機関制御装置は、
内燃機関の排気通路に設けられた酸素濃度センサと、
前記酸素濃度センサからの酸素濃度信号を受けて、該酸素濃度センサの有するセンサ素子のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
該検出されたインピーダンスに基づいて、前記酸素濃度センサに関わる所定の制御を行なう制御手段と
を備える制御装置において、
前記酸素濃度センサと前記インピーダンス検出手段との間に、この発明の第１ないし第３の擬似劣化信号生成回路のうちのいずれかを設け、該擬似劣化信号生成回路にて生成された擬似劣化信号が、前記酸素濃度信号として前記インピーダンス検出手段に入力するように構成したことを特徴としている。
【００２６】
上記酸素濃度センサに関わる所定の制御とは、例えば、酸素濃度センサに付設されたヒータを通電制御することにより、センサ素子を加熱して活性状態を維持するようにした制御である。
【００２７】
以上のように構成された内燃機関制御装置では、擬似劣化信号生成回路により、簡単な構成で酸素濃度センサの擬似劣化信号を生成することができる。また、擬似劣化信号生成回路を用いたにも拘わらず、酸素濃度センサのセンサ素子のインピーダンスを正確に検出することができる。
【００２８】
【発明の他の態様】
この発明は、以下のような他の態様も含んでいる。その第１の態様は、この発明の第２の擬似劣化信号生成回路において、前記抵抗器に並列に接続されるコンデンサを備えた擬似劣化信号生成回路としての態様である。この第１の態様では、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器により、インピーダンスが高くなった状態を作ることができる。その抵抗器には、並列にコンデンサが接続されることから、酸素濃度センサに送り込むインピーダンス検出用の印加電圧が高周波である場合には、このコンデンサ側を電流が流れてインピーダンスは高くなることはない。印加電圧が低周波の場合にインピーダンスが高くなった状態というのは、酸素濃度センサが劣化した状態である。したがって、この第１の態様では、構成が簡単であることから、この擬似劣化信号生成回路自体のインピーダンスは小さい。このために、この擬似劣化信号生成回路を用いても、この擬似劣化信号生成回路に接続される制御装置側から酸素濃度センサのインピーダンスを正確に検出することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。この実施例を、次の順序に従って説明する。
Ａ．制御装置の全体構成：
Ｂ．擬似劣化信号生成回路の構成：
Ｃ．作用・効果：
Ｄ．他の実施形態：
【００３０】
Ａ．制御装置の構成：
図１は、この発明の一実施例を適用する擬似劣化信号生成回路を用いた内燃機関の空燃比制御装置の全体構成を示すブロック図である。図示するように、内燃機関（例えば４気筒の内燃機関）１０に接続される排気管１４には、三元触媒１６が接続され、排ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ成分の浄化作用を行なう。この三元触媒１６の上流側の排気管１４には、酸素濃度センサ２０が装着されている。酸素濃度センサ２０は、排ガス中の酸素濃度に応じた酸素濃度信号を出力する。この酸素濃度信号は、電子コントロールユニット（ＥＣＵ）３０に送られる。
【００３１】
酸素濃度センサ２０は、センサ素子にジルコニア固体電解質を用いた濃淡電池式のもので、理論空燃比近傍を検出することができる。センサ素子の内側にはヒータ２０ａが挿入されており、センサ素子を作動温度域まで加熱することができる。
【００３２】
ＥＣＵ３０には、酸素濃度信号以外にも、内燃機関１０の運転状態を検出するための各種のセンサからの検出信号が入力されている。これらセンサとしては、内燃機関１０の回転速度を検出する回転速度センサ、吸入空気（吸気）の量を検出するエアフロメータ、スロットル弁の開度を検出するスロットルセンサ、吸気の温度を検出する吸気温センサ、冷却水温を検出する水温センサ等がある。
【００３３】
ＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）３２を備え、マイコン３２によって、上述した各種センサからの検出信号を入力し、内燃機関１０への燃料噴射量を制御している。燃料噴射量は、内燃機関１０の吸気通路１２に設けられた燃料噴射弁１８の開弁時間によって定まる。すなわち、マイコン３２は、燃料噴射弁１８と電気的に接続されており、上記各種センサの検出信号から燃料噴射弁１８の開弁時間を演算する。マイコン３２は、また、内燃機関１０に要求される空燃比を正確に得るために、酸素濃度信号に基づく空燃比フィードバック制御を行なって上記開弁時間を決定する。
【００３４】
ＥＣＵ３０は、また、ディスクリートな電子部品からなるインピーダンス検出回路３４を備えている。インピーダンス検出回路３４により、酸素濃度センサ２０のセンサ素子のインピーダンスを検出することができる。この検出されたインピーダンスに基づいて、マイコン３２は、酸素濃度センサ２０のヒータ２０ａの通電量を演算して、この通電量を示す通電量信号を酸素濃度センサ２０に送る。インピーダンス検出回路３４は、酸素濃度センサ２０に所定周波数の電圧を印加するとともに、酸素濃度センサ２０に流れる電流を検出し、その電流の上記所定周波数の周期による変化分を算出し、電圧値、電流の変化分からインピーダンスを求めるというもので、周知の回路構成である。
【００３５】
また、マイコン３２は、酸素濃度センサ２０の劣化を自己診断する処理も行なう。この自己診断処理は、酸素濃度センサ２０の出力電圧が予め記憶した電圧パターン、すなわち、酸素濃度センサ２０が実際に劣化したときに出力する電圧パターンと一致するかを判別して、一致すると判別されたときに、チェックエンジンランプ４０を点灯するというものである。上述したマイコン３２による各種の処理は、ＲＯＭに予め記憶したコンピュータプログラムに従ってＣＰＵによって実行される処理である。上記電圧パターンは、マイコン３２のＲＯＭに記憶されている。
【００３６】
マイコン３２は、さらに、インピーダンス検出回路３４により検出されたセンサ素子のインピーダンスから、酸素濃度センサ２０の劣化を自己診断する処理（請求項８に記載の所定の制御に対応）も行なっている。酸素濃度センサ２０のセンサ素子のインピーダンスは、インピーダンスの検出のための印加電圧の周波数が、例えば２５００Ｈｚという高周波であっても、例えば２５Ｈｚという低周波であっても、値自体はほとんど変わらない。しかし、これは酸素濃度センサが劣化していない場合のことで、劣化している酸素濃度センサの場合には、インピーダンスは、印加電圧が高周波の場合に比べて、低周波の場合にはかなり大きな値となる。マイコン３２は、高周波の印加電圧を酸素濃度センサ２０に送って、その時のインピーダンスＺ１を算出し、また、低周波の印加電圧を酸素濃度センサ２０に送って、その時のインピーダンスＺ２を算出し、両インピーダンスの比（＝Ｚ１／Ｚ２）が所定の範囲の値に収まっている場合に、酸素濃度センサ２０は正常とし、所定の範囲の値を越えた場合には、酸素濃度センサ２０は故障（劣化している）であると診断する。
【００３７】
この内燃機関の空燃比制御装置は、擬似劣化信号生成回路５０を備えている。擬似劣化信号生成回路５０は、酸素濃度センサ２０の性能劣化時における特性（出力特性、インピーダンス特性）に似せた擬似劣化信号を生成するためのものであり、この実施例では、図示するように、酸素濃度センサ２０とＥＣＵ３０との接続線の途中に設けられる。この擬似劣化信号生成回路５０は、前述した出力電圧についての自己診断処理を行なうとき、またはインピーダンスについての自己診断処理を行なうときに必要となるもので、擬似劣化信号生成回路５０により擬似劣化信号をＥＣＵ３０に送り、実際にチェックエンジンランプ４０が点灯されるかを判断するといったことを行なう。この判断は、内燃機関１０が始動され、酸素濃度センサ２０が活性された状態となったときになされる。活性された状態か否かは、内燃機関１０の始動時からの経過時間が所定時間を超えたか、または酸素濃度センサ２０の出力電圧がリッチ（０．４５Ｖ以上）となったかから判断される。活性された状態にある酸素濃度センサ２０からの出力電圧は、擬似劣化信号生成回路５０により劣化した状態の出力電圧となり、ＥＣＵ３０に送られる。ＥＣＵ３０のマイコン３２は、自己診断処理により、故障（劣化している）であると判断してチェックエンジンランプ４０を点灯する。
【００３８】
図示されているのは、前述したように、酸素濃度センサ２０とＥＣＵ３０との間に、擬似劣化信号生成回路５０が設けられた状態であるが、実際は、擬似劣化信号生成回路５０を迂回して、酸素濃度センサ２０とＥＣＵ３０とを直接接続する接続線も設けられており、上記自己診断処理を行なわない通常運転時には、この直接接続する接続線側に酸素濃度センサ２０とＥＣＵ３０との接続が切り替わるように構成されている。
【００３９】
Ｂ．擬似劣化信号生成回路の構成：
擬似劣化信号生成回路５０の構成について次に説明する。図１に示すように、擬似劣化信号生成回路５０は、入力２端子、出力２端子で構成される回路で、入力側の２端子（入力端子という）ＩＮ１，ＩＮ２には、酸素濃度センサ２０が接続され、出力側の２端子（出力端子という）ＯＴ１，ＯＴ２には、ＥＣＵ３０が接続される。入力端子ＩＮ１と出力端子ＯＴ１とを結ぶ接続線Ｌ１と、入力端子ＩＮ２と出力端子ＯＴ２とを結ぶ接続線Ｌ２との間には、可変抵抗器ＶＲ１が設けられており、その接続線Ｌ２には、抵抗器Ｒ２が設けられ、その接続線Ｌ１には、可変抵抗器ＶＲ３が設けられている。すなわち、可変抵抗器ＶＲ１は、酸素濃度センサ２０に対して並列に接続された状態にあり、抵抗器Ｒ２と可変抵抗器ＶＲ３は、酸素濃度センサ２０に対してそれぞれ直列に接続された状態にある。
【００４０】
接続線Ｌ２に設けられた抵抗器Ｒ２には、二次電池ＢＴが並列に接続され、この二次電池ＢＴにより抵抗器Ｒ２に電流が流される。二次電池ＢＴの電極の極性は、抵抗器Ｒ２において入力端子ＩＮ２から出力端子ＯＴ２に向かって二次電池ＢＴからの電流が流れる向きである。なお、二次電池ＢＴと抵抗器Ｒ２との間には、抵抗器Ｒ４と可変抵抗器ＶＲ５が直列接続され、抵抗器Ｒ２に供給される電流を、可変抵抗器ＶＲ５により調整することが可能となっている。また、抵抗器Ｒ２には、コンデンサＣ１が並列に接続されている。
【００４１】
接続線Ｌ１に設けられた可変抵抗器ＶＲ３には、コンデンサＣ２が並列に接続されている。なお、上述した可変抵抗器ＶＲ１，ＶＲ３，ＶＲ５は、ＥＣＵ３０によりその値が制御される。
【００４２】
擬似劣化信号生成回路５０で使用した可変抵抗器、抵抗器、コンデンサの数値は、次のようなものである。これら数値は、一例であり、他の数値でもよい。ＶＲ１＝０〜１０ＫΩ、Ｒ２＝５０Ω、Ｒ４＝５０Ω、ＶＲ５＝０〜１０ＫΩ、Ｃ１＝４７μＦ、ＶＲ３＝０〜１ＫΩ、Ｃ２＝４７μＦ
【００４３】
二次電池ＢＴは、１．５Ｖの乾電池である。なお、１．５Ｖの乾電池というのも一例で、他の大きさの起電力のバッテリをＤＣ−ＤＣコンバータで変圧して用いる構成としてもよい。
【００４４】
擬似劣化信号生成回路５０の働きについて次に説明する。上記構成の擬似劣化信号生成回路５０は、３つのパーツＰ１，Ｐ２，Ｐ３に分けることができる。第１のパーツＰ１は、可変抵抗器ＶＲ１から構成される部分で、第２のパーツＰ２は、抵抗器Ｒ２、Ｒ４、可変抵抗器ＶＲ５、二次電池ＢＴおよびコンデンサＣ１から構成される部分で、第３のパーツＰ３は、可変抵抗器ＶＲ３およびコンデンサＣ２から構成される部分である。
【００４５】
第１のパーツＰ１と第２のパーツＰ２は、酸素濃度センサ２０の出力電圧を変化させる働きをする。図２は、第１のパーツＰ１と第２のパーツＰ２による出力特性を示すグラフである。グラフの横軸が、可変抵抗器ＶＲ１の抵抗値であり、縦軸が、出力電圧Ｖｏｔである。まず、第１のパーツＰ１だけで出力電圧Ｖｏｔがどのように変化するかを示したのが、グラフ中の１点鎖線Ｇ１，Ｇ２である。上方に位置する１点鎖線Ｇ１は、内燃機関１０にリッチな混合気を吸入させたときのもので、下方に位置する１点鎖線Ｇ２は、内燃機関１０にリーンな混合気を吸入させたときのものである。可変抵抗器ＶＲ１を５ＫΩから０ＫΩに低下させていくと、リッチな混合気を吸入させたとき、リーンな混合気を吸入させたとき共に、出力電圧Ｖｏｔは、その抵抗値の低下に応じて低下する。特に、リッチな混合気を吸入させたときの出力電圧Ｖｏｔは、値が大きいので、１点鎖線Ｇ１に示すように、大きな変化量でもって値は低下する。
【００４６】
第１のパーツＰ１と第２のパーツＰ２とで出力電圧Ｖｏｔがどのように変化するかを示したのが、グラフ中の実線Ｇ３，Ｇ４である。すなわち、第１のパーツＰ１に第２のパーツＰ２を加えたときに、出力特性は、グラフ中の１点鎖線Ｇ１，Ｇ２からどのように変化するかを示したのが、グラフ中の実線Ｇ３，Ｇ４である。上方に位置する実線Ｇ３は、内燃機関１０にリッチな混合気を吸入させたときのもので、下方に位置する実線Ｇ４は、内燃機関１０にリーンな混合気を吸入させたときのものである。リッチな混合気を吸入させたとき、リーンな混合気を吸入させたとき共に、出力電圧Ｖｏｔは、１点鎖線Ｇ１，Ｇ２から持ち上がった状態となる。特に、リーンな混合気を吸入させたときの出力電圧Ｖｏｔは、実線Ｇ４に示すように、可変抵抗器ＶＲ１の値が小さいほど、大きな変化量でもって上昇する。この結果、リーンな混合気を吸入させたときの出力電圧Ｖｏｔは、実線Ｇ４に示すように、可変抵抗器ＶＲ１の抵抗値の低下に応じて、約０．１Ｖから０．４５Ｖと変化する。なお、この持ち上がりの程度は、可変抵抗器ＶＲ５の大きさによって調整することができる。
【００４７】
また、リッチな混合気を吸入させたときの出力電圧Ｖｏｔは、実線Ｇ３に示すように、可変抵抗器ＶＲ１の抵抗値の低下に応じて、約０．８Ｖから０．４５Ｖと変化する。この０．４５Ｖという値は、空燃比がストイキの値を示すものである。このために、可変抵抗器ＶＲ１の抵抗値を低下させていくことで、内燃機関１０にリッチな混合気を吸入させても、リーンな混合気を吸入させても、出力がストイキの値に近づくように出力特性を変化させることができる。すなわち、酸素濃度センサ２０が劣化してリッチ、リーンの感度が低下した場合の擬似的な出力電圧の劣化信号を、擬似劣化信号生成回路５０は出力することができる。その劣化の程度も、可変抵抗器ＶＲ１の抵抗値をＥＣＵ３０によりコントロールすることで調整することもできる。
【００４８】
なお、この実施例では、可変抵抗器ＶＲ１は、ＥＣＵ３０によりコントロール可能な構成としたが、これに換えて、調整つまみによって人為的に調整可能な構成とすることもできる。また、予め目標とする劣化の状態を示す数値を持つ抵抗器を用意して、これを可変抵抗器ＶＲ１に換える構成とすることもできる。なお、他の可変抵抗器ＶＲ３，ＶＲ５も、可変抵抗器ＶＲ１と同様に、調整つまみによって人為的に調整可能な構成とすることもできる。また、予め目標とする劣化の状態を示す数値を持つ抵抗器を用意して、これを可変抵抗器ＶＲ３，ＶＲ５に換える構成とすることもできる。
【００４９】
抵抗器Ｒ２に並列に接続されるコンデンサＣ１は、第３のパーツＰ３に設けられたコンデンサＣ２の後述する働き（印加電圧の高周波時のインピーダンスを低下させる働き）と同じ作用する。
【００５０】
擬似劣化信号生成回路５０の第３のパーツＰ３は、酸素濃度センサ２０のセンサ素子のインピーダンスを変化させる働きをする。図３は、第３のパーツＰ３によるインピーダンス特性を示すグラフである。グラフの横軸が、インピーダンス検出回路３４が酸素濃度センサ２０に印加する電圧の周波数ｆであり、縦軸が、その印加電圧によって検出されるインピーダンスＺである。グラフ中の実線Ｘ１に示すように、印加する電圧の周波数ｆが小さくなるに連れて、インピーダンスＺは急激に大きくなる。グラフ中の実線は、コンデンサＣ２が、この実施例の値である４７μＦのときのものである。グラフ中、１点鎖線Ｘ２は、コンデンサＣ２が１０μＦのときのものであり、２点鎖線Ｘ３は、コンデンサＣ２が２．２μＦのときのものである。コンデンサＣ２の数値が小さいほど、印加する電圧の周波数ｆが小さいときのインピーダンスＺの持ち上がりの変化は急激である。なお、可変抵抗器ＶＲ３の抵抗値をコントロールすることで、この持ち上がりの量を調整することもできる。すなわち、可変抵抗器ＶＲ３によりインピーダンスＺが高くなった状態を作ることができ、コンデンサＣ２によって印加電圧の周波数ｆが小さいときに限りそのインピーダンスＺが高い状態が現われ、周波数ｆが大きいときにはそのインピーダンスＺは低い値を維持するように作用する。
【００５１】
酸素濃度センサ２０のセンサ素子のインピーダンスＺは、前述したように、インピーダンスＺの検出のための印加電圧の周波数ｆが低周波の場合、酸素濃度センサ２０が劣化していると、大きな値となる。この劣化品の周波数ｆに対するインピーダンスＺの特性が、実線Ｘ１の変化と似通っている。したがって、酸素濃度センサ２０が劣化して、低周波の印加電圧に対して低下するインピーダンスＺを示す擬似的な信号を、擬似劣化信号生成回路５０は出力することができる。
【００５２】
Ｃ．作用・効果
以上のように構成されたこの実施例の擬似劣化信号生成回路５０によれば、極めて簡単な構成により、酸素濃度センサの出力特性の劣化時と、インピーダンス特性の劣化時とを示す擬似劣化信号を生成することができる。また、この擬似劣化信号生成回路５０を用いた内燃機関の空燃比制御装置によれば、擬似劣化信号生成回路５０を用いたにも拘わらす、酸素濃度センサ２０のセンサ素子のインピーダンスＺを正確に検出することができる。
【００５３】
Ｄ．他の実施形態：
本発明の他の実施形態について、次に説明する。
（１）前記実施例では、擬似劣化信号生成回路５０を第１ないし第３のパーツＰ１，Ｐ２，Ｐ３から構成していたが、これに換えて、図４に示すように、擬似劣化信号生成回路５０Ａを、第１のパーツＰ１だけから構成してもよい。すなわち、酸素濃度センサと並列に接続される可変抵抗器ＶＲ１だけを備える構成である。この構成によれば、酸素濃度センサが劣化してリッチの感度が低下した場合の擬似的な出力電圧の劣化信号を、擬似劣化信号生成回路５０Ａは出力することができる。
【００５４】
（２）また、図５に示すように、擬似劣化信号生成回路５０Ｂを、第２のパーツＰ２だけから構成してもよい。すなわち、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器Ｒ２と、抵抗器Ｒ２に電流を流す二次電池ＢＴと、抵抗器Ｒ２と二次電池ＢＴとの間に直列接続される抵抗器Ｒ４および可変抵抗器ＶＲ５と、抵抗器Ｒ２に並列に接続されるコンデンサＣ１だけを備える構成である。この構成によれば、図６に示すように、可変抵抗器ＶＲ５の抵抗値を低下側に変えることにより、出力電圧を持ち上げることができる。下方のリーンのガスについては持ち上がって劣化状態となるが、上方のリッチのガスについては下がらないから劣化状態とならない。したがって、酸素濃度センサが劣化してリーンの感度が低下した場合の擬似的な出力電圧の劣化信号を、擬似劣化信号生成回路５０Ｂは出力することができる。
【００５５】
（３）前述した図５の構成において、二次電池ＢＴの電極の極性を逆にする構成とすることもできる。この構成によれば、図７に示すように、可変抵抗器ＶＲ５の抵抗値を低下側に変えることにより、出力電圧を下げることができる。上方のリッチのガスについては下がって劣化状態となるが、下方のリーンのガスについては上がらないから劣化状態とならない。したがって、酸素濃度センサが劣化してリッチの感度が低下した場合の擬似的な出力電圧の劣化信号を、この擬似劣化信号生成回路は出力することができる。
【００５６】
（４）前述した図５の構成において、リッチ側、リーン側の状態により、二次電池ＢＴの電極の極性を正逆切り替わる構成とすることもできる。この切り替えはスイッチング素子を使って回路を切り換えることで行なう。この構成によれば、図８に示すように、可変抵抗器ＶＲ５の抵抗値を低下側に変えることにより、上方のリッチのガスについては下がって劣化状態となり、下方のリーンのガスについては上がって劣化状態となる。したがって、酸素濃度センサが劣化してリッチ、リーンの感度が低下した場合の擬似的な出力電圧の劣化信号を、この擬似劣化信号生成回路は出力することができる。
【００５７】
（５）さらに、図９に示すように、擬似劣化信号生成回路５０Ｃを、第３のパーツＰ３だけから構成してもよい。すなわち、酸素濃度センサと直列に接続される可変抵抗器ＶＲ３と、可変抵抗器ＶＲ３に並列に接続されるコンデンサＣ２だけを備える構成である。この構成によれば、酸素濃度センサのインピーダンス特性の劣化時を示す擬似劣化信号を、簡単な構成により生成することができる。しかも、擬似劣化信号生成回路５０Ｃを用いたにも拘わらす、酸素濃度センサのセンサ素子のインピーダンスを正確に検出することができる。
【００５８】
（６）前記実施例では、擬似劣化信号生成回路５０を第１ないし第３のパーツＰ１，Ｐ２，Ｐ３から構成していたが、これに換えて、３つのパーツＰ１，Ｐ２，Ｐ３のうちの任意の２つを用いて他の一つの取り外した構成とすることもできる。すなわち、第１のパーツＰ１と第２のパーツＰ２を用いた構成としてもよいし、第１のパーツＰ１と第３のパーツＰ３を用いた構成としてもよいし、第２のパーツＰ２と第３のパーツＰ３を用いた構成としてもよい。
【００５９】
（７）前記実施例では、擬似劣化信号生成回路５０の第２のパーツＰ２の構成を、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器Ｒ２と、抵抗器Ｒ２に電流を流す二次電池ＢＴと、抵抗器Ｒ２と二次電池ＢＴとの間に直列接続される抵抗器Ｒ４および可変抵抗器ＶＲ５と、抵抗器Ｒ２に並列に接続されるコンデンサＣ１とから構成していたが、これに換えて、コンデンサＣ１を除いた構成とすることもできる。また、抵抗器Ｒ４を除いた構成とすることもできるし、可変抵抗器ＶＲ５を除いた構成とすることもできる。
【００６０】
（８）前記実施例では、酸素濃度センサ２０として、センサ素子にジルコニア固体電解質を用いた濃淡電池式のものを用いていたが、これに換えて、センサ素子にチタニアｎ型半導体を用いた抵抗変化式のものであってもよい。要は、所定の酸素濃度近傍を検出可能なものであればどのようなタイプのものでもよい。
【００６１】
以上、本発明の実施例を詳述してきたが、本発明は、こうした実施態様に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様にて実施することができるのは勿論のことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の擬似劣化信号生成回路５０を用いた内燃機関の空燃比制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】擬似劣化信号生成回路５０に設けられた第１のパーツＰ１と第２のパーツＰ２による出力特性を示すグラフである。
【図３】擬似劣化信号生成回路５０に設けられた第３のパーツＰ３によるインピーダンス特性を示すグラフである。
【図４】第１のパーツＰ１だけを備えた擬似劣化信号生成回路５０Ａの回路図である。
【図５】第２のパーツＰ２だけを備えた擬似劣化信号生成回路５０Ｂの回路図である。
【図６】第２のパーツＰ２の作用を示すグラフである。
【図７】第２のパーツＰ２の二次電池の電極を逆にした場合の作用を示すグラフである。
【図８】第２のパーツＰ２の二次電池の電極を正逆切り替わるようにした場合の作用を示すグラフである。
【図９】第３のパーツＰ３だけを備えた擬似劣化信号生成回路５０Ｃの回路図である。
【符号の説明】
１０…内燃機関
１２…吸気通路
１４…排気管
１６…三元触媒
１８…燃料噴射弁
２０…酸素濃度センサ
２０ａ…ヒータ
３０…電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
３２…マイコン
３４…インピーダンス検出回路
４０…チェックエンジンランプ
５０…擬似劣化信号生成回路
５０Ａ…擬似劣化信号生成回路
５０Ｂ…擬似劣化信号生成回路
５０Ｃ…擬似劣化信号生成回路
Ｐ１…第１のパーツ
ＶＲ１…可変抵抗器
Ｐ２…第２のパーツ
Ｒ２…抵抗器
ＢＴ…二次電池
Ｒ４…抵抗器
ＶＲ５…可変抵抗器
Ｃ１…コンデンサ
Ｐ３…第３のパーツ
ＶＲ３…可変抵抗器
Ｃ２…コンデンサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a simulated deterioration signal generation circuit that generates a simulated deterioration signal that resembles characteristics (output characteristics and impedance characteristics) at the time of performance deterioration of an oxygen concentration sensor, and to an internal combustion engine control device including the simulated deterioration signal generation circuit.
[0002]
[Prior art]
In recent years, for example, in a control device for controlling the air-fuel ratio of an internal combustion engine for a vehicle, the oxygen concentration in the exhaust gas is detected by an oxygen concentration sensor, and based on the detected value of the oxygen concentration sensor, the air-fuel ratio By performing feedback control of the air-fuel ratio, exhaust gas purification performance by a catalyst is enhanced (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-228111 A
[0004]
An electronic control unit (ECU) that performs air-fuel ratio feedback control usually includes a self-diagnosis device called “on-board diagnosis (OBD)”. The OBD detects a trouble in the oxygen concentration sensor and generates a warning by turning on a check lamp. The above troubles include not only sudden failures but also deterioration of the oxygen concentration sensor over time.
[0005]
A test is also performed to check that the OBD is operating properly. In this test, a simulated deterioration device that simulates the output of the oxygen concentration sensor in a deteriorated state is used. By sending a simulated deterioration signal, which is an output signal of the simulated deterioration device, to the ECU, the OBD itself can be normally operated. Check that it is working. The simulated deterioration device converts the output signal of the oxygen concentration sensor into a digital signal with an AD converter, converts the digital signal into a signal corresponding to deterioration with a microcomputer, and then converts the signal corresponding to the deterioration into an analog signal with a DA converter And output to the outside.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional technique has a problem that the configuration of the pseudo deterioration device is complicated. As described above, the simulated deterioration device needs to include an AD converter, a microcomputer, and a DA converter, and thus has a complicated configuration.
[0007]
Further, in the above-described conventional technique, there is also a problem that the impedance of the element (sensor element) of the oxygen concentration sensor cannot be accurately detected when the pseudo deterioration device is used. The reason why the impedance of the sensor element needs to be detected is as follows. In the oxygen concentration sensor, it is necessary to keep the sensor element in an active state in order to maintain the detection accuracy. Generally, the sensor element is heated and maintained in an active state by controlling the energization of a heater attached to the sensor. I am trying to do it. In such a heater energization control, the energization to the heater is controlled such that the impedance of the element having a correlation with the temperature of the sensor element is detected and the impedance becomes a constant value (for example, the above-mentioned patent document) 1).
[0008]
As described above, since the simulated deterioration device includes the AD converter, the microcomputer, and the DA converter, in the above-described conventional technology, the impedance of these components is detected in accordance with the impedance of the sensor element. As described above, accurate impedance cannot be detected.
[0009]
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to enable a pseudo-deterioration signal of an oxygen concentration sensor to be generated with a simple configuration, or to enable accurate detection of the impedance of a sensor element.
[0010]
[Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects]
As means for solving at least a part of the problems described above, the following configuration is adopted.
[0011]
A first pseudo degradation signal generation circuit according to the present invention includes:
A pseudo degradation signal that is connected to an oxygen concentration sensor that outputs an oxygen concentration signal corresponding to the oxygen concentration in the gas to be detected, and that generates a pseudo degradation signal that resembles the output characteristics when the performance of the oxygen concentration sensor deteriorates is generated from the oxygen concentration signal. In the degradation signal generation circuit,
It is characterized by including a resistor connected in parallel with the oxygen concentration sensor.
[0012]
According to the pseudo deterioration signal generation circuit having this configuration, the output of the oxygen concentration sensor can be reduced by providing the resistor connected in parallel with the oxygen concentration sensor. This state is a state when the performance of detecting a gas rich in oxygen is deteriorated. Therefore, this pseudo deterioration signal generation circuit can generate a pseudo deterioration signal when the output characteristic of the oxygen concentration sensor is deteriorated by a simple configuration such as providing a resistor.
[0013]
Preferably, the resistor is a variable resistor. According to this configuration, since the amount of decrease in the output of the oxygen concentration sensor can be changed, the degree of deterioration of the pseudo oxygen concentration sensor can be changed.
[0014]
A second pseudo deterioration signal generation circuit according to the present invention includes:
A pseudo degradation signal that is connected to an oxygen concentration sensor that outputs an oxygen concentration signal corresponding to the oxygen concentration in the gas to be detected, and that generates a pseudo degradation signal that resembles the output characteristics when the performance of the oxygen concentration sensor deteriorates is generated from the oxygen concentration signal. In the degradation signal generation circuit,
A resistor connected in series with the oxygen concentration sensor;
A secondary battery that allows current to flow through the resistor;
It is characterized by having.
[0015]
According to the pseudo-deterioration signal generation circuit having this configuration, the output of the oxygen concentration sensor can be increased by the resistor connected in series with the oxygen concentration sensor and the secondary battery that supplies current to the resistor. The state in which the output is raised is a state in which the performance of detecting a gas containing oxygen is deteriorated. Therefore, this pseudo deterioration signal generation circuit can generate a pseudo deterioration signal when the output characteristic of the oxygen concentration sensor is deteriorated by a simple configuration such as providing a resistor.
[0016]
A third pseudo degradation signal generation circuit according to the present invention includes:
A pseudo-degradation signal that is connected to an oxygen concentration sensor that outputs an oxygen concentration signal corresponding to the oxygen concentration in the gas to be detected, and that generates a pseudo-deterioration signal that resembles impedance characteristics when the performance of the oxygen concentration sensor degrades, from the oxygen concentration signal In the degradation signal generation circuit,
A resistor connected in series with the oxygen concentration sensor;
A capacitor connected in parallel with the resistor;
It is characterized by having.
[0017]
According to the pseudo-deterioration signal generation circuit having this configuration, a state in which the impedance is increased can be created by the resistor connected in series with the oxygen concentration sensor. Since a capacitor is connected to the resistor in parallel, if the applied voltage for impedance detection sent to the oxygen concentration sensor is a high frequency, the current will flow through this capacitor and the impedance will not increase. Absent. The state where the impedance becomes high when the applied voltage is low frequency is a state where the oxygen concentration sensor has deteriorated. Therefore, the simulated deterioration signal generation circuit can generate an impedance signal simulating the deterioration of the oxygen concentration sensor with a simple configuration such as providing a resistor and a capacitor. Further, since the pseudo deterioration signal generation circuit has a simple configuration, the impedance of the pseudo deterioration signal generation circuit itself is small. For this reason, even if the pseudo deterioration signal generation circuit is used, the impedance of the oxygen concentration sensor can be accurately detected from the control device connected to the pseudo deterioration signal generation circuit.
[0018]
In the first pseudo deterioration signal generation circuit, a resistor connected in series with an oxygen concentration sensor, which is a feature of the second pseudo deterioration signal generation circuit, and a secondary battery that allows current to flow through the resistor. A configuration may be provided.
[0019]
According to this configuration, the first and second pseudo deterioration signal generation circuits have both effects, and when the air-fuel mixture of the internal combustion engine has deteriorated in its ability to detect oxygen-rich gas, Can be created together with the state when the performance of detecting lean gas is deteriorated.
[0020]
In the first pseudo deterioration signal generation circuit, a resistor connected in series with the oxygen concentration sensor and a capacitor connected in parallel to the resistor, which are features of the third pseudo deterioration signal generation circuit, are provided. A configuration may be provided.
[0021]
According to this configuration, both effects of the first and third pseudo degradation signal generation circuits are provided, and a simple configuration can be used to determine when the output characteristics of the oxygen concentration sensor are degraded and when the impedance characteristics are degraded. The pseudo degradation signal shown can be generated. Further, the impedance of the oxygen concentration sensor can be accurately detected from the control device connected to the pseudo deterioration signal generation circuit.
[0022]
In the first pseudo degradation signal generation circuit, a configuration having both the features of the second pseudo degradation signal generation circuit and the features of the third pseudo degradation signal generation circuit may be adopted. According to this configuration, the effects of the first to third pseudo degradation signal generation circuits are also provided.
[0023]
In the second pseudo deterioration signal generation circuit, a resistor connected in series with the oxygen concentration sensor and a capacitor connected in parallel to the resistor, which are features of the third pseudo deterioration signal generation circuit, are provided. A configuration may be provided.
[0024]
According to this configuration, both the effects of the second and third pseudo degradation signal generation circuits are provided. With a simple configuration, the output characteristics of the oxygen concentration sensor and the impedance characteristics can be degraded. The pseudo degradation signal shown can be generated. Further, the impedance of the oxygen concentration sensor can be accurately detected from the control device connected to the pseudo deterioration signal generation circuit.
[0025]
The internal combustion engine control device of the present invention includes:
An oxygen concentration sensor provided in an exhaust passage of the internal combustion engine,
Impedance detecting means for receiving the oxygen concentration signal from the oxygen concentration sensor, and detecting the impedance of the sensor element of the oxygen concentration sensor,
Control means for performing predetermined control related to the oxygen concentration sensor based on the detected impedance;
A control device comprising:
Any one of the first to third pseudo deterioration signal generation circuits of the present invention is provided between the oxygen concentration sensor and the impedance detection means, and the pseudo deterioration signal generated by the pseudo deterioration signal generation circuit is provided. However, it is characterized in that it is configured to be inputted to the impedance detecting means as the oxygen concentration signal.
[0026]
The predetermined control related to the oxygen concentration sensor is, for example, a control in which a heater attached to the oxygen concentration sensor is energized to heat the sensor element and maintain an active state.
[0027]
In the internal combustion engine control device configured as described above, the pseudo deterioration signal of the oxygen concentration sensor can be generated with a simple configuration by the pseudo deterioration signal generation circuit. Further, the impedance of the sensor element of the oxygen concentration sensor can be accurately detected despite the use of the pseudo deterioration signal generation circuit.
[0028]
Other aspects of the invention
The present invention includes other aspects as described below. The first aspect is an aspect of the second pseudo degradation signal generation circuit of the present invention, which is a pseudo degradation signal generation circuit including a capacitor connected in parallel to the resistor. In the first embodiment, a state where the impedance is increased can be created by the resistor connected in series with the oxygen concentration sensor. Since a capacitor is connected to the resistor in parallel, if the applied voltage for impedance detection sent to the oxygen concentration sensor is a high frequency, current does not flow through the capacitor side and the impedance does not increase. . The state where the impedance becomes high when the applied voltage is low frequency is a state where the oxygen concentration sensor has deteriorated. Therefore, in the first embodiment, since the configuration is simple, the impedance of the pseudo deterioration signal generation circuit itself is small. For this reason, even if the pseudo deterioration signal generation circuit is used, the impedance of the oxygen concentration sensor can be accurately detected from the control device connected to the pseudo deterioration signal generation circuit.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described based on examples. This embodiment will be described in the following order.
A. Overall configuration of the control device:
B. Configuration of pseudo degradation signal generation circuit:
C. Action / effect:
D. Other embodiments:
[0030]
A. Control device configuration:
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine using a pseudo deterioration signal generation circuit to which an embodiment of the present invention is applied. As shown in the figure, a three-way catalyst 16 is connected to an exhaust pipe 14 connected to an internal combustion engine (for example, a four-cylinder internal combustion engine) 10 and performs a purifying action of HC, CO, and NOx components in exhaust gas. An oxygen concentration sensor 20 is mounted on the exhaust pipe 14 on the upstream side of the three-way catalyst 16. The oxygen concentration sensor 20 outputs an oxygen concentration signal according to the oxygen concentration in the exhaust gas. This oxygen concentration signal is sent to an electronic control unit (ECU) 30.
[0031]
The oxygen concentration sensor 20 is a concentration cell type using a zirconia solid electrolyte as a sensor element, and can detect the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio. A heater 20a is inserted inside the sensor element, and can heat the sensor element to an operating temperature range.
[0032]
In addition to the oxygen concentration signal, detection signals from various sensors for detecting the operating state of the internal combustion engine 10 are input to the ECU 30. These sensors include a rotational speed sensor that detects the rotational speed of the internal combustion engine 10, an air flow meter that detects the amount of intake air (intake), a throttle sensor that detects the opening of a throttle valve, and an intake air temperature that detects the temperature of intake air. There are a sensor, a water temperature sensor for detecting a cooling water temperature, and the like.
[0033]
The ECU 30 includes a microcomputer (hereinafter referred to as “microcomputer”) 32, which inputs detection signals from the above-described various sensors and controls the amount of fuel injected into the internal combustion engine 10. The fuel injection amount is determined by the opening time of the fuel injection valve 18 provided in the intake passage 12 of the internal combustion engine 10. That is, the microcomputer 32 is electrically connected to the fuel injection valve 18 and calculates the opening time of the fuel injection valve 18 from the detection signals of the various sensors. The microcomputer 32 determines the valve opening time by performing air-fuel ratio feedback control based on the oxygen concentration signal in order to accurately obtain the air-fuel ratio required for the internal combustion engine 10.
[0034]
The ECU 30 further includes an impedance detection circuit 34 composed of discrete electronic components. The impedance of the sensor element of the oxygen concentration sensor 20 can be detected by the impedance detection circuit 34. Based on the detected impedance, the microcomputer 32 calculates the amount of electricity to be supplied to the heater 20 a of the oxygen concentration sensor 20, and sends an electricity amount signal indicating the amount of electricity to the oxygen concentration sensor 20. The impedance detection circuit 34 applies a voltage of a predetermined frequency to the oxygen concentration sensor 20, detects a current flowing through the oxygen concentration sensor 20, calculates a change in the current in the cycle of the predetermined frequency, and calculates a voltage value, a current The impedance is determined from the change in the value, and is a known circuit configuration.
[0035]
The microcomputer 32 also performs a process of self-diagnosing the deterioration of the oxygen concentration sensor 20. In this self-diagnosis process, it is determined whether or not the output voltage of the oxygen concentration sensor 20 matches a voltage pattern stored in advance, that is, a voltage pattern output when the oxygen concentration sensor 20 is actually deteriorated. When this occurs, the check engine lamp 40 is turned on. The various processes by the microcomputer 32 described above are processes executed by the CPU according to a computer program stored in the ROM in advance. The voltage pattern is stored in the ROM of the microcomputer 32.
[0036]
The microcomputer 32 further performs a process (corresponding to the predetermined control according to claim 8) of performing a self-diagnosis of the deterioration of the oxygen concentration sensor 20 from the impedance of the sensor element detected by the impedance detection circuit 34. The value of the impedance of the sensor element of the oxygen concentration sensor 20 hardly changes even if the frequency of the applied voltage for detecting the impedance is a high frequency of, for example, 2500 Hz or a low frequency of, for example, 25 Hz. However, this is the case when the oxygen concentration sensor has not deteriorated.In the case of a deteriorated oxygen concentration sensor, the impedance is considerably larger when the applied voltage is at a low frequency than when the applied voltage is at a high frequency. Value. The microcomputer 32 sends the high-frequency applied voltage to the oxygen concentration sensor 20 to calculate the impedance Z1 at that time, and sends the low-frequency applied voltage to the oxygen concentration sensor 20 to calculate the impedance Z2 at that time. When the impedance ratio (= Z1 / Z2) is within a predetermined range, the oxygen concentration sensor 20 is determined to be normal. When the impedance ratio exceeds the predetermined range, the oxygen concentration sensor 20 fails (deteriorates). Is diagnosed).
[0037]
The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine includes a pseudo deterioration signal generation circuit 50. The simulated deterioration signal generation circuit 50 is for generating a simulated deterioration signal that resembles characteristics (output characteristics, impedance characteristics) when the performance of the oxygen concentration sensor 20 is deteriorated. In this embodiment, as shown in FIG. It is provided in the middle of the connection line between the oxygen concentration sensor 20 and the ECU 30. The pseudo-deterioration signal generation circuit 50 is required when performing the above-described self-diagnosis processing on the output voltage or when performing the self-diagnosis processing on the impedance. This is sent to the ECU 30 to determine whether the check engine lamp 40 is actually turned on. This determination is made when the internal combustion engine 10 is started and the oxygen concentration sensor 20 is activated. Whether the engine is in the activated state is determined based on whether the elapsed time from the start of the internal combustion engine 10 exceeds a predetermined time or whether the output voltage of the oxygen concentration sensor 20 becomes rich (0.45 V or more). The output voltage from the oxygen concentration sensor 20 in the activated state becomes an output voltage in a state deteriorated by the simulated deterioration signal generation circuit 50, and is sent to the ECU 30. The microcomputer 32 of the ECU 30 determines that a failure (deterioration) has occurred by the self-diagnosis processing and turns on the check engine lamp 40.
[0038]
Although the figure shows a state in which the pseudo degradation signal generation circuit 50 is provided between the oxygen concentration sensor 20 and the ECU 30 as described above, in practice, the pseudo degradation signal generation circuit 50 is bypassed. A connection line for directly connecting the oxygen concentration sensor 20 and the ECU 30 is also provided. During normal operation without performing the self-diagnosis processing, the connection between the oxygen concentration sensor 20 and the ECU 30 is switched to the directly connected connection line. It is configured as follows.
[0039]
B. Configuration of pseudo degradation signal generation circuit:
Next, the configuration of the pseudo degradation signal generation circuit 50 will be described. As shown in FIG. 1, the simulated deterioration signal generation circuit 50 is a circuit composed of two input terminals and two output terminals, and an oxygen concentration sensor 20 is connected to two input terminals (referred to as input terminals) IN1 and IN2. The ECU 30 is connected to two output terminals OT1 and OT2 on the output side (referred to as output terminals). A variable resistor VR1 is provided between a connection line L1 connecting the input terminal IN1 and the output terminal OT1 and a connection line L2 connecting the input terminal IN2 and the output terminal OT2. , A resistor R2, and a variable resistor VR3 on the connection line L1. That is, the variable resistor VR1 is connected to the oxygen concentration sensor 20 in parallel, and the resistor R2 and the variable resistor VR3 are connected to the oxygen concentration sensor 20 in series. .
[0040]
A secondary battery BT is connected in parallel to the resistor R2 provided on the connection line L2, and a current flows through the resistor R2 by the secondary battery BT. The polarity of the electrode of the secondary battery BT is such that the current from the secondary battery BT flows from the input terminal IN2 to the output terminal OT2 in the resistor R2. Note that a resistor R4 and a variable resistor VR5 are connected in series between the secondary battery BT and the resistor R2, and the current supplied to the resistor R2 can be adjusted by the variable resistor VR5. Has become. Further, a capacitor C1 is connected in parallel to the resistor R2.
[0041]
The capacitor C2 is connected in parallel to the variable resistor VR3 provided on the connection line L1. The values of the above-described variable resistors VR1, VR3, and VR5 are controlled by the ECU 30.
[0042]
The numerical values of the variable resistor, the resistor, and the capacitor used in the pseudo deterioration signal generation circuit 50 are as follows. These numerical values are merely examples, and may be other numerical values. VR1 = 0-10KΩ, R2 = 50Ω, R4 = 50Ω, VR5 = 0-10KΩ, C1 = 47μF, VR3 = 0-1KΩ, C2 = 47μF
[0043]
The secondary battery BT is a 1.5 V dry battery. It should be noted that a 1.5 V dry battery is also an example, and a configuration may be used in which a battery having another size of electromotive force is transformed by a DC-DC converter.
[0044]
The operation of the pseudo deterioration signal generation circuit 50 will be described below. The pseudo degradation signal generation circuit 50 having the above configuration can be divided into three parts P1, P2, and P3. The first part P1 is a part composed of a variable resistor VR1, and the second part P2 is a part composed of resistors R2 and R4, a variable resistor VR5, a secondary battery BT and a capacitor C1, The third part P3 is a part composed of the variable resistor VR3 and the capacitor C2.
[0045]
The first part P1 and the second part P2 function to change the output voltage of the oxygen concentration sensor 20. FIG. 2 is a graph showing output characteristics of the first part P1 and the second part P2. The horizontal axis of the graph is the resistance value of the variable resistor VR1, and the vertical axis is the output voltage Vot. First, the chain lines G1 and G2 in the graph show how the output voltage Vot changes only in the first part P1. The one-dot chain line G1 located above is when the rich mixture is sucked into the internal combustion engine 10, and the one-dot chain line G2 located below is when the lean mixture is sucked into the internal combustion engine 10. belongs to. When the variable resistor VR1 is reduced from 5KΩ to 0KΩ, the output voltage Vot decreases in accordance with the decrease in the resistance value when both the rich mixture and the lean mixture are inhaled. I do. In particular, the value of the output voltage Vot when a rich air-fuel mixture is sucked in is reduced by a large amount of change, as shown by the one-dot chain line G1, since the value is large.
[0046]
The solid lines G3 and G4 in the graph show how the output voltage Vot changes between the first part P1 and the second part P2. That is, when the second part P2 is added to the first part P1, how the output characteristics change from the dashed lines G1 and G2 in the graph is shown by the solid line G3 in the graph. , G4. The solid line G3 located above is when the rich mixture is sucked into the internal combustion engine 10, and the solid line G4 located below is when the lean mixture is sucked into the internal combustion engine 10. . Both when the rich air-fuel mixture is inhaled and when the lean air-fuel mixture is inhaled, the output voltage Vot rises from the alternate long and short dash line G1, G2. In particular, the output voltage Vot when a lean air-fuel mixture is sucked increases as the value of the variable resistor VR1 is smaller, as shown by the solid line G4, with a larger amount of change. As a result, the output voltage Vot when a lean air-fuel mixture is sucked changes from about 0.1 V to 0.45 V according to a decrease in the resistance value of the variable resistor VR1, as shown by a solid line G4. The degree of the lifting can be adjusted by the size of the variable resistor VR5.
[0047]
Further, the output voltage Vot when the rich air-fuel mixture is sucked changes from about 0.8 V to 0.45 V according to the decrease in the resistance value of the variable resistor VR1, as shown by the solid line G3. The value of 0.45 V indicates the value of the stoichiometric air-fuel ratio. For this reason, by reducing the resistance value of the variable resistor VR1, the output approaches the stoichiometric value regardless of whether the internal combustion engine 10 inhales a rich mixture or a lean mixture. Output characteristics can be changed as described above. That is, the pseudo deterioration signal generation circuit 50 can output a pseudo deterioration signal of the output voltage when the oxygen concentration sensor 20 is deteriorated and the rich and lean sensitivity is lowered. The degree of the deterioration can also be adjusted by controlling the resistance value of the variable resistor VR1 by the ECU 30.
[0048]
In this embodiment, the variable resistor VR1 is configured to be controllable by the ECU 30. Alternatively, the variable resistor VR1 may be configured to be artificially adjustable by an adjustment knob. Alternatively, a resistor having a numerical value indicating a target deterioration state may be prepared in advance, and the resistor may be replaced with the variable resistor VR1. Note that, similarly to the variable resistor VR1, the other variable resistors VR3 and VR5 can also be configured to be artificially adjustable by an adjustment knob. Alternatively, a resistor having a numerical value indicating a target deterioration state may be prepared in advance, and the resistor may be replaced with the variable resistors VR3 and VR5.
[0049]
The capacitor C1 connected in parallel with the resistor R2 has the same function as the capacitor C2 provided in the third part P3, which will be described later (the function of reducing the impedance of the applied voltage at high frequency).
[0050]
The third part P3 of the pseudo degradation signal generation circuit 50 functions to change the impedance of the sensor element of the oxygen concentration sensor 20. FIG. 3 is a graph showing an impedance characteristic of the third part P3. The horizontal axis of the graph is the frequency f of the voltage applied to the oxygen concentration sensor 20 by the impedance detection circuit 34, and the vertical axis is the impedance Z detected by the applied voltage. As shown by a solid line X1 in the graph, the impedance Z rapidly increases as the frequency f of the applied voltage decreases. The solid line in the graph is when the capacitor C2 is 47 μF, which is the value of this embodiment. In the graph, the one-dot chain line X2 is obtained when the capacitor C2 is 10 μF, and the two-dot chain line X3 is obtained when the capacitor C2 is 2.2 μF. As the value of the capacitor C2 is smaller, the change in the rise of the impedance Z when the frequency f of the applied voltage is smaller is sharper. The amount of lifting can be adjusted by controlling the resistance value of the variable resistor VR3. That is, a state in which the impedance Z is high can be created by the variable resistor VR3, and the state in which the impedance Z is high appears only when the frequency f of the applied voltage is low due to the capacitor C2. Acts to maintain a low value.
[0051]
As described above, the impedance Z of the sensor element of the oxygen concentration sensor 20 has a large value when the frequency f of the applied voltage for detecting the impedance Z is low and the oxygen concentration sensor 20 is deteriorated. . The characteristic of the impedance Z with respect to the frequency f of the deteriorated product is similar to the change of the solid line X1. Therefore, the simulated deterioration signal generation circuit 50 can output a simulated signal indicating the impedance Z that decreases with respect to the low-frequency applied voltage due to the deterioration of the oxygen concentration sensor 20.
[0052]
C. Action / effect
According to the simulated deterioration signal generation circuit 50 of this embodiment configured as described above, the simulated deterioration signal indicating the time when the output characteristic of the oxygen concentration sensor is deteriorated and the time when the impedance characteristic is deteriorated are extremely simplified. Can be generated. Further, according to the air-fuel ratio control device for an internal combustion engine using the pseudo deterioration signal generation circuit 50, the impedance Z of the sensor element of the oxygen concentration sensor 20 can be accurately determined despite the use of the pseudo deterioration signal generation circuit 50. Can be detected.
[0053]
D. Other embodiments:
Next, another embodiment of the present invention will be described.
(1) In the above-described embodiment, the pseudo degradation signal generation circuit 50 is constituted by the first to third parts P1, P2, P3. Instead, as shown in FIG. The circuit 50A may be composed of only the first part P1. That is, the configuration includes only the variable resistor VR1 connected in parallel with the oxygen concentration sensor. According to this configuration, the pseudo deterioration signal generation circuit 50A can output a pseudo deterioration signal of the output voltage when the oxygen concentration sensor is deteriorated and the rich sensitivity is lowered.
[0054]
(2) Further, as shown in FIG. 5, the pseudo degradation signal generation circuit 50B may be constituted only by the second part P2. That is, a resistor R2 connected in series with the oxygen concentration sensor, a secondary battery BT for supplying a current to the resistor R2, a resistor R4 connected in series between the resistor R2 and the secondary battery BT, and a variable resistor R4. The configuration includes only a resistor VR5 and a capacitor C1 connected in parallel with the resistor R2. According to this configuration, as shown in FIG. 6, the output voltage can be raised by changing the resistance value of the variable resistor VR5 to the lower side. The lower lean gas is lifted to be in a deteriorated state, but the upper rich gas is not lowered because it is not lowered. Therefore, the pseudo deterioration signal generation circuit 50B can output a pseudo deterioration signal of the output voltage when the oxygen concentration sensor is deteriorated and the lean sensitivity is lowered.
[0055]
(3) In the configuration of FIG. 5 described above, a configuration may be adopted in which the polarity of the electrode of the secondary battery BT is reversed. According to this configuration, as shown in FIG. 7, the output voltage can be reduced by changing the resistance value of the variable resistor VR5 to the lower side. The upper rich gas goes down to a deteriorated state, but the lower lean gas does not go up and does not go to a deteriorated state. Therefore, the pseudo deterioration signal generation circuit can output a pseudo deterioration signal of the output voltage when the oxygen concentration sensor is deteriorated and the rich sensitivity is lowered.
[0056]
(4) In the configuration of FIG. 5 described above, the polarity of the electrode of the secondary battery BT may be switched between forward and reverse depending on the state of the rich side and the lean side. This switching is performed by switching circuits using switching elements. According to this configuration, as shown in FIG. 8, by changing the resistance value of the variable resistor VR5 to the lower side, the rich gas in the upper part is lowered and deteriorated, and the gas in the lower lean is raised. It will be in a deteriorated state. Therefore, the pseudo deterioration signal generation circuit can output a pseudo deterioration signal of the output voltage when the oxygen concentration sensor is deteriorated and the rich and lean sensitivity is lowered.
[0057]
(5) Further, as shown in FIG. 9, the pseudo degradation signal generation circuit 50C may be constituted only by the third part P3. That is, the configuration includes only the variable resistor VR3 connected in series with the oxygen concentration sensor and the capacitor C2 connected in parallel to the variable resistor VR3. According to this configuration, a pseudo-deterioration signal indicating when the impedance characteristic of the oxygen concentration sensor has deteriorated can be generated with a simple configuration. Moreover, the impedance of the sensor element of the oxygen concentration sensor can be accurately detected despite the use of the pseudo deterioration signal generation circuit 50C.
[0058]
(6) In the above-described embodiment, the pseudo degradation signal generation circuit 50 is configured by the first to third parts P1, P2, and P3. Instead, the pseudo degradation signal generation circuit 50 includes three parts P1, P2, and P3. It is also possible to use another arbitrary one and use another one removed configuration. That is, a configuration using the first part P1 and the second part P2, a configuration using the first part P1 and the third part P3, or a configuration using the second part P2 and the third part P3 may be used. May be used.
[0059]
(7) In the above embodiment, the configuration of the second part P2 of the simulated deterioration signal generation circuit 50 includes the resistor R2 connected in series with the oxygen concentration sensor, and the secondary battery BT that allows current to flow through the resistor R2. , A resistor R4 and a variable resistor VR5 connected in series between the resistor R2 and the secondary battery BT, and a capacitor C1 connected in parallel to the resistor R2. And the capacitor C1 may be omitted. Further, a configuration excluding the resistor R4 or a configuration excluding the variable resistor VR5 may be employed.
[0060]
(8) In the above embodiment, a concentration cell type sensor using a zirconia solid electrolyte for the sensor element was used as the oxygen concentration sensor 20. Instead, a resistor using a titania n-type semiconductor for the sensor element was used. It may be of a variable type. In short, any type can be used as long as it can detect the vicinity of a predetermined oxygen concentration.
[0061]
As mentioned above, although the Example of this invention was described in full detail, this invention is not limited to such an embodiment at all, and can be implemented in various aspects in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine using a pseudo deterioration signal generation circuit 50 according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing output characteristics of a first part P1 and a second part P2 provided in a pseudo deterioration signal generation circuit 50.
FIG. 3 is a graph showing impedance characteristics of a third part P3 provided in a pseudo degradation signal generation circuit 50.
FIG. 4 is a circuit diagram of a pseudo deterioration signal generation circuit 50A including only a first part P1.
FIG. 5 is a circuit diagram of a pseudo degradation signal generation circuit 50B including only a second part P2.
FIG. 6 is a graph showing an operation of a second part P2.
FIG. 7 is a graph showing an operation when the electrode of the secondary battery of the second part P2 is reversed.
FIG. 8 is a graph showing an operation when an electrode of a secondary battery of a second part P2 is switched between forward and reverse.
FIG. 9 is a circuit diagram of a pseudo deterioration signal generation circuit 50C including only a third part P3.
[Explanation of symbols]
10. Internal combustion engine
12 ... intake passage
14. Exhaust pipe
16 ... Three-way catalyst
18 Fuel injection valve
20 ... Oxygen concentration sensor
20a ... heater
30 ... Electronic control unit (ECU)
32 ... microcomputer
34 Impedance detection circuit
40 ... Check engine lamp
50 ... Pseudo degradation signal generation circuit
50A: pseudo degradation signal generation circuit
50B: pseudo degradation signal generation circuit
50C: pseudo degradation signal generation circuit
P1 ... First part
VR1… Variable resistor
P2: Second part
R2: resistor
BT: Secondary battery
R4: resistor
VR5: Variable resistor
C1… Capacitor
P3: Third part
VR3: Variable resistor
C2: Capacitor

Claims

A pseudo degradation signal that is connected to an oxygen concentration sensor that outputs an oxygen concentration signal corresponding to the oxygen concentration in the gas to be detected, and that generates a pseudo degradation signal that resembles the output characteristics when the performance of the oxygen concentration sensor deteriorates is generated from the oxygen concentration signal. In the degradation signal generation circuit,
A pseudo deterioration signal generation circuit, comprising: a resistor connected in parallel with the oxygen concentration sensor.

The pseudo degradation signal generation circuit according to claim 1, wherein the resistor is a variable resistor.

The pseudo degradation signal generation circuit according to claim 1 or 2, further comprising:
A resistor connected in series with the oxygen concentration sensor;
A pseudo degradation signal generation circuit comprising: a secondary battery that supplies current to the resistor.

The pseudo degradation signal generation circuit according to claim 1, further comprising:
A resistor connected in series with the oxygen concentration sensor;
A pseudo degradation signal generation circuit comprising: a resistor connected in parallel with the resistor.

A pseudo degradation signal that is connected to an oxygen concentration sensor that outputs an oxygen concentration signal corresponding to the oxygen concentration in the gas to be detected, and that generates a pseudo degradation signal that resembles the output characteristics when the performance of the oxygen concentration sensor deteriorates is generated from the oxygen concentration signal. In the degradation signal generation circuit,
A resistor connected in series with the oxygen concentration sensor;
A pseudo-deterioration signal generation circuit, comprising: a secondary battery that supplies current to the resistor.

The pseudo degradation signal generation circuit according to claim 5, further comprising:
A resistor connected in series with the oxygen concentration sensor;
A pseudo degradation signal generation circuit comprising: a resistor connected in parallel with the resistor.

A pseudo-degradation signal that is connected to an oxygen concentration sensor that outputs an oxygen concentration signal corresponding to the oxygen concentration in the gas to be detected, and that generates a pseudo-deterioration signal that resembles impedance characteristics when the performance of the oxygen concentration sensor degrades, from the oxygen concentration signal In the degradation signal generation circuit,
A resistor connected in series with the oxygen concentration sensor;
A pseudo deterioration signal generation circuit, comprising: a capacitor connected in parallel to the resistor.

An oxygen concentration sensor provided in an exhaust passage of the internal combustion engine,
Impedance detecting means for receiving the oxygen concentration signal from the oxygen concentration sensor, and detecting the impedance of the sensor element of the oxygen concentration sensor,
Control means for performing a predetermined control related to the oxygen concentration sensor based on the detected impedance,
The pseudo degradation signal generation circuit according to claim 1 is provided between the oxygen concentration sensor and the impedance detection means, and the pseudo degradation signal generated by the pseudo degradation signal generation circuit is the pseudo degradation signal. An internal combustion engine control device configured to be input to the impedance detection means as an oxygen concentration signal.