JP2004316553A - Control device for air-fuel ratio sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空燃比センサの制御装置に係り、特に、内燃機関の排気空燃比を検出するために排気通路に配置される空燃比センサの制御に好適な空燃比センサの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば特開2000−258387号公報に開示されるように、内燃機関の排気通路に、排気空燃比を検出するための空燃比センサを備えたシステムが知られている。空燃比センサは、排気ガスに晒された第1電極と、大気に晒された第2電極とを有している。第1電極および第2電極は、ジルコニア等の固体電解質の両側に設けられており、第2電極から第1電極へ向かう電界が生ずるように両者間に電圧が印加されると、空燃比センサには、排気ガス中の酸素量に応じたセンサ電流が流通する。排気ガス中の酸素量は、排気空燃比の特性値であるから、上記のセンサ電流によれば、排気空燃比を検知することができる。上記従来のシステムは、このような原理で排気空燃比を検出すべく、車両システムの作動中は、常に空燃比センサに対して所定の印加電圧を与えることとしている。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−258387号公報
【特許文献2】
特開平9−101285号公報
【特許文献3】
特開2001−323837号公報
【特許文献4】
特開2002−243694号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
車両において、機関回転数が十分に高い領域でアクセルペダルの踏み込みが解除されたような場合に、無駄な燃料消費を防ぐべく、内燃機関への燃料の供給を停止する処理、つまり、フューエルカット(以下、「F/C」とする)が行われることがある。F/Cの実行中は、内燃機関の内部を空気が吹き抜けるだけであり、排気通路に配置された空燃比センサの周囲にも大気と同様に酸素を多量に含むガスが流通する。
【0005】
既述した通り、空燃比センサは、排気ガス中の酸素濃度に応じたセンサ電流を発生させるセンサである。従って、F/Cの実行に伴って大気同様のガスが排気通路の内部を流れれば、空燃比センサが過剰なセンサ電流を発生させる事態が生ずる。このような過剰なセンサ電流は、センサ電極やセンサ内部の酸化を促し、空燃比センサを早期劣化させる原因となる。このため、上記従来のシステムでは、F/Cの実行が繰り返されることにより、空燃比センサの劣化が促進されるという事態が生ずることになる。
【0006】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、排気通路の内部を大気同様のガスが流れる場合に、空燃比センサに過剰なセンサ電流を発生させることの無い空燃比センサの制御装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気通路に配置され、所定の電圧印加を受けることにより、排気空燃比に応じたセンサ電流を発生させる空燃比センサの制御装置であって、
車両システムの作動中に前記空燃比センサに対して所定電圧を印加する電圧印加手段と、
車両システムの作動中に、内燃機関への燃料噴射が停止された場合には、前記空燃比センサに対する印加電圧を、その絶対値が所定の閾値以下となるように制限する印加電圧制限手段と、
を備えることを特徴とする。
【0008】
また、第2の発明は、第1の発明において、前記印加電圧制限手段は、内燃機関への燃料噴射が停止された後、所定の遅延時間の後に前記印加電圧の制限を開始することを特徴とする。
【0009】
また、第3の発明は、第1または第2の発明において、前記電圧印加手段は、内燃機関への燃料噴射が再開された後に、前記閾値以下に制限されていた印加電圧を、その増加割合が限界値を超えない範囲で、前記所定電圧に向けて増加させることを特徴とする。
【0010】
また、第4の発明は、第1乃至第3の発明において、
前記電圧印加手段は、内燃機関への燃料噴射が再開された後に、前記閾値以下に制限されていた印加電圧を前記所定電圧に復帰させる印加電圧復帰手段を備え、
前記センサ電流に基づいて所定の制御を行う制御実行手段と、
内燃機関への燃料噴射が再開された後所定のマスク期間は、前記センサ電流が前記制御の基礎とされるのを禁止するセンサ電流反映禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【0012】
実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1の構成を示す。図1に示す構成は、内燃機関10を備えている。内燃機関10には、吸気通路12および排気通路14が連通している。吸気通路12の端部にはエアフィルタ16が配置されている。エアフィルタ16の下流には、吸気通路12を流通する空気量、すなわち、吸入空気量Gaを検出するためのエアフロメータ18が配置されている。
【0013】
エアフロメータ18の下流には、スロットルバルブ20が設けられている。スロットルバルブ20の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットルセンサ22と、スロットルバルブ20が全閉となることでオンとなるアイドルスイッチ24とが配置されている。吸気通路12には、更に、内燃機関10の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁26が配置されている。
【0014】
排気通路14には、上流触媒28と下流触媒30とが直列に配置されている。これらの触媒は、内燃機関10が始動された後、所定の活性温度に達することにより排気ガスの浄化機能を発揮することができる。上流触媒28、および下流触媒30は、それぞれ酸素吸蔵容量(OSC:O2 Storage Capacitor)を有しており、その容量の範囲で酸素を吸蔵することができる。これらの触媒28,30は、排気ガス中にHCやCOなどの未燃成分が含まれている場合は、吸蔵している酸素を放出することでそれらの未燃成分を酸化し、また、排気ガス中に酸素やNOxなどが多く含まれている場合は、余剰酸素を吸蔵することで触媒内部の雰囲気を理論空燃比に保つことができる。上流触媒28および下流触媒30は、それぞれ上記の原理により排気ガスを浄化する。
【0015】
上流触媒28の上流には、空燃比センサ32が配置されている。空燃比センサ32は、排気ガス中の酸素濃度に応じた出力を発するセンサである。排気ガス中の酸素濃度は、排気空燃比と相関を有している。このため、空燃比センサ32によれば、上流触媒28に流入する排気ガス、つまり、内燃機関10から排出されてきた直後の排気ガスの空燃比を検出することができる。
【0016】
上流触媒28の下流、つまり、下流触媒30の上流には、下流酸素センサ34が配置されている。下流酸素センサ34は、排気ガス中に酸素が存在するか否かに応じて出力を大きく変化させるセンサである。排気ガス中には、排気空燃比がリッチである場合には酸素は残留しない。一方、排気空燃比がリーンである場合は排気ガス中の酸素が残留する。このため、下流酸素センサ34によれば、上流触媒28から流出してくる排気ガスがリッチであるかリーンであるかを正確に検出することができる。
【0017】
図1に示すシステムは、ECU(Electronic Control Unit)40を備えている。ECU40には、上述した各種のセンサからセンサ出力が供給されている。また、ECU40は、それらのセンサ出力に基づいて内燃機関10に供給すべき燃料量を算出し、その燃料量が噴射されるように燃料噴射弁26を制御することができる。
【0018】
[空燃比センサの制御装置の構成説明]
図2は、ECU40の内部に構成されている空燃比センサ32の制御装置の回路図である。空燃比センサ32は、排気通路14の内部空間に晒された第1電極、大気に晒された第2電極、およびそれら2つの電極に挟まれたジルコニア等の固体電解質層を備えている。図2に示す回路図では、第1電極側の端子を「AF−」として、また、第2電極側の端子を「AF+」として空燃比センサ32を等価的に表している。
【0019】
空燃比センサ32のAF−端子42には、バッファ回路44を介して電位切り替え点46が接続されている。電位切り替え点46は、抵抗48を介して接地されていると共に、主電源経路50および副電源経路52の双方を介して電源電位に接続されている。主電源経路50は、抵抗54および56を備えて、一方、副電源経路52をスイッチ58および抵抗60を備えている。主電源経路50は、スイッチ58がオフ状態である場合に、抵抗54と56の間に3.3Vの電位を発生させ、かつ、電位切り替え点46に2.9Vの電位を発生させることができる。また、副電源経路52は、スイッチ58がオン状態となることで、電位切り替え点46に3.3Vの電位を発生させることができる。
【0020】
空燃比センサ32のAF+端子62には、バッファ回路66を介してパルス印加回路68が接続されている。パルス印加回路68は、バッファ回路70を介して主電源経路50の3.3V点に接続されている。バッファ回路70によれば、主電源経路50において生成される3.3Vの電位をそのままパルス印加回路68に供給することができる。パルス印加回路68は、所定間隔毎にその出力電位を、入力電位(3.3V)を中心としてプラス側およびマイナス側の双方に順次0.2Vずつパルス的に変化させるための回路である。従って、バッファ回路66には、更には、空燃比センサ32のAF+端子62には、3.3Vを中心として、定期的に3.3V→3.5V→3.1V→3.3Vと変化する電位が供給される。
【0021】
バッファ回路66には、空燃比センサ32と直列に接続されたセンサ電流検出抵抗72が含まれている。センサ電流検出抵抗72の両側には、増幅回路74が接続されている。また、増幅回路74には、センサ電流検出用のアナログディジタル変換器(ADC)76が接続されている。増幅回路74には、例えば8倍程度の増幅率が与えられており、バッファ回路66や増幅回路74は、空燃比センサ32を流れる電流、つまり、空燃比センサ32が発生するセンサ電流がADC76において検知できるように構成されている。
【0022】
[空燃比センサの制御装置の動作説明]
図2に示す制御装置によれば、副電源経路52のスイッチ58をオフ状態としておくことで、空燃比センサ32のAF−端子42に2.9Vの電位を与えることができる。この場合、パルス印加回路68が出力電位を変化させている時期を除き、空燃比センサ32の両端子間には0.4Vの電圧が印加される。
【0023】
図3は、空燃比センサ32のセンサ特性を説明するための図を示す。この図において、横軸は空燃比センサ32に対する印加電圧であり、その縦軸は空燃比センサ32のセンサ電流である。また、図3中に符号▲1▼、▲2▼、▲3▼、▲4▼を付して示す曲線は、それぞれ、排気ガスの空燃比が異なる環境下で成立するセンサ電流と印加電圧との関係である。空燃比センサ32の特性は、排気ガスの空燃比が高くなるにつれて、つまり、排気ガス中の酸素含有率が高まるに連れて、曲線▲1▼→▲4▼へ向かう変化を示す。
【0024】
図3に示すように、空燃比センサ32に0.4Vの電圧が印加されている場合、そのセンサ電流は、排気ガスの空燃比を表す値となる。このため、図2に示す制御回路によれば、ADC76によりそのセンサ電流を検出することにより、排気空燃比を検知することができる。ECU40は、このようにして検知した排気空燃比を基礎とすることにより、排気空燃比を理論空燃比の近傍に維持するための空燃比フィードバック制御を実行することができる。
【0025】
また、図2に示す制御回路によれば、パルス印加回路68の機能により、空燃比センサ32に対する印加電圧を定期的に変化させることができる。そして、その印加電圧の変化に伴って招ずるセンサ電流の変化量を見ることで、この制御回路は、空燃比センサ32の内部インピーダンスを検知することができる。ECU40は、このようにして検知した空燃比センサ32のインピーダンスを基礎として、空燃比センサ32の温度を一定とするためのインピーダンス制御等を行うことができる。
【0026】
[本実施形態における特徴的動作の説明]
本実施形態のシステムでは、機関回転数が十分に高い環境下でアイドルスイッチ24がオンとなったような場合に、内燃機関10への燃料の噴射を中止すべくF/Cが実行される。F/Cの実行中は、排気通路14を流通するガスが大気同様に多量に酸素を含むものとなる。この場合、車両システムの作動中(車両のIGスイッチがオンとされている状態)にも関わらず、空燃比センサ32の第1電極(排気通路側の電極)は大気に晒された状態となる。
【0027】
また、本実施形態のシステムは、ハイブリッド(H/V)車両やエコラン車両に搭載されることがある。H/V車両やエコラン車両では、車両システムが作動中(車両のキースイッチがオンとされている状態)であっても内燃機関10が停止状態とされることがある(以下、このような運転状態を「内燃機関停止運転」と称す)。内燃機関停止運転中は、空燃比センサ32の第1電極が大気に晒される。このように、空燃比センサ32は、車両に搭載されて現実に使用される場面では、車両システムの非作動中(IGオフ、或いはキースイッチオフ)に限らず、車両システムの作動中においても大気に晒されることがある。
【0028】
既述した図3において、曲線▲1▼〜▲3▼は、それぞれ、空燃比フィードバック制御の実行に伴って通常生ずる排気空燃比に対応する関係を示したものである。一方、曲線▲4▼は、F/C中など、排気通路14中のガスが大気となった際に実現される関係を示したものである。これら4本の曲線▲1▼〜▲4▼は、F/C中に空燃比センサ32に十分な印加電圧が与えられると、空燃比フィードバック制御の実行中に比して、センサ電流が極めて大きな値となることを示している。つまり、図3に示す4本の曲線▲1▼〜▲4▼は、本実施形態のシステムにおいて、F/C中に0.4Vの印加電圧が維持されると、空燃比センサ32に過大なセンサ電流が流通することを示している。このような過大なセンサ電流は、空燃比センサ32の電極や固体電解質の酸化を促し、それらの劣化を促進する原因となる。このため、空燃比センサ32の耐久性や信頼性を確保するためには、そのような過大なセンサ電流の発生を防ぐことが望ましい。
【0029】
図2に示す制御装置は、既述した通り、副電源経路52のスイッチ58をオンとすることにより、電位切り替え点46の電位を3.3Vとすること、つまり、空燃比センサ32のAF−端子42に対する印加電位を3.3Vとすることができる。AF−端子42に3.3Vの電位が印加されると、原則として、空燃比センサ32の両端子間に加わる電圧が0Vとなる。従って、本実施形態のおける制御装置によれば、スイッチ58をオンとすることにより、原則として空燃比センサ32に対する印加電圧を0Vとすることができる。
【0030】
印加電圧が0Vであれば、排気通路14の内部に如何に多量に酸素が存在していても、空燃比センサ32がセンサ電流を発生することはない。また、F/C中や内燃機関停止運転中(H/Vやエコラン車両の場合)は、空燃比フィードバック制御を実行する必要のない期間であるから、その期間中に空燃比センサ32がセンサ電流を発生しないことは、何ら制御上のデメリットともならない。そこで、本実施形態において、ECU40は、車両システムの作動中に排気通路14内に大気が流通する状況が生じた場合には、換言すると、車両システムの作動中に内燃機関10への燃料噴射が停止された場合(F/C中、内燃機関停止運転中)には、副電源経路52のスイッチ58をオンとして、空燃比センサ32に対する印加電圧をゼロとすることとした。
【0031】
図4は、上記の機能を実現するためにECU40が実行する制御ルーチンのフローチャートを示す。
図4に示すルーチンでは、先ず、空燃比センサ32が活性しているか否かが判別される(ステップ100)。
空燃比センサ32は、所定の活性温度に加熱されることにより正常な出力特性を発揮する。このため、空燃比センサ32の内部にはヒータが組み込まれており、ECU40は、車両システムの作動が開始された後、そのヒータを用いてセンサ素子温を制御する。本ステップ100では、空燃比センサ32のインピーダンスに基づいてその素子温が推定され、更に、その素子温が活性温度に達しているか否かが判断される。
【0032】
上記ステップ100において空燃比センサ32が活性していないと判別された場合は、センサ出力が空燃比フィードバック制御の基礎として用いることができないと判断できる。この場合は、以後、空燃比のオープン制御が実行された後(ステップ102)、今回の処理サイクルが終了される。
【0033】
一方、上記ステップ100において空燃比センサ32の活性が認められた場合は、次に、F/C中であるか、或いは、H/V車両やエコラン車両における内燃機関停止運転中(車両システムは作動中)であるかが判別される。つまり、ECU40が通常の作動状態にある環境下で、空燃比センサ32の周囲に大気が導かれる状況が生じているか否かが判別される(ステップ104)。
【0034】
上記ステップ104において、F/C中でもなく、また、内燃機関停止運転中でもないと判別された場合は、空燃比センサ32の周囲に通常の排気ガス、つまり、理論空燃比から大きく外れない空燃比を有する排気ガスが導かれていると判断できる。この場合、制御回路(図2)のスイッチ58がオフ状態とされ、空燃比センサ32に対する印加電圧が0.4Vとされる(ステップ106)。
【0035】
図4に示すルーチンでは、次に、空燃比センサ32に対する印加電圧が0Vから0.4Vに切り替えられた後、所定時間(0.5〜1.0sec程度の適当な時間)が経過しているか否かが判別される(ステップ108)。
その結果、未だ所定時間が経過していないと判別された場合は、以後、空燃比のオープン制御を行うべく、上記ステップ102の処理が実行される。一方、既に所定時間が経過していると判断された場合は、以後、空燃比センサ32の出力に基づいた空燃比フィードバック制御が実行された後(ステップ110)、今回の処理サイクルが終了される。
【0036】
図5は、空燃比センサ32に対する印加電圧が0Vから0.4Vに切り替えられた後に、空燃比センサ32のセンサ電流に生ずる時間的な変化を示した図を示す。印加電圧が0Vから0.4Vの変化した直後は、瞬間的に空燃比センサ32に対して交流電圧が印加されたのと同じ状態が生ずる。このため、空燃比センサ32を取り巻くガスの空燃比が同じであっても、センサ電流は、図5に示すように印加電圧が切り替えられた後、一時的に大きな値を示す。
【0037】
空燃比センサ32のセンサ電流が過大な値を示す期間は、そのセンサ電流が、空燃比フィードバック制御に反映されないことが望ましい。そこで、本実施形態では、印加電圧が切り替えられることにより空燃比センサ32のセンサ電流が一時的に大きな値となる期間を予め実験的に検知しておき、その期間(図5に示す「信号マスク」の期間)を上記ステップ108における所定時間としている。
【0038】
上記ステップ108、102および110の処理によれば、印加電圧が切り替えられた後、所定時間(信号マスクの期間)が経過するまでは、空燃比センサ32の出力に頼らず、空燃比のオープン制御が実行される。そして、所定時間が経過した後に、空燃比センサ32の出力を利用したフィードバック制御が開始される。このため、本実施形態のシステムによれば、印加電圧の切り替え直後に、誤差を含むセンサ電流に基づく不適切な空燃比フィードバック制御が実行されるのを確実に防ぐことができる。
【0039】
図4に示すルーチン中、上記ステップ104において、F/C中、或いは内燃機関停止運転中との判断が下された場合は、次に、F/Cや内燃機関停止運転が開始された後、所定の遅延時間が経過しているか否かが判別される(ステップ112)。
空燃比センサ32の周囲には、F/Cや内燃機関停止運転が開始された後、ある程度の時間が経過することで大気が導かれる。従って、その時間が経過するまでは、空燃比センサ32に対して0.4Vの電圧が印加されていても、過大なセンサ電流が生ずることはない。
本ステップ112において用いられる遅延時間は、空燃比センサ32の周囲に大気が導かれるまでの時間を想定して設定された時間である。従って、上記の遅延時間が経過したと判別された場合は、空燃比センサ32の周囲に大気が導かれていると判断することができ、一方、上記の遅延時間が経過していないと判別された場合は、空燃比センサ32の周囲に未だ大気が導かれていないと判断することができる。
【0040】
図4に示すルーチンでは、上記ステップ104において上記の遅延時間が既に経過していると判別された場合は、制御回路(図2参照)のスイッチ58がオンとされ、空燃比センサ32に対する印加電圧が0Vとされる(ステップ114)。
印加電圧が0Vとされると、第1電極の周囲に大気が導かれても空燃比センサ32が過大なセンサ電流を発生させることはない。このため、上記の処理によれば、F/Cや内燃機関停止運転の実行に伴い、空燃比センサ32の劣化が促進されるのを確実に防ぐことができる。
【0041】
一方、上記ステップ104において、未だ上記の遅延時間が経過していないと判別された場合は、印加電圧を0Vに切り替えずに、上記ステップ106以降の処理が実行される。その結果、空燃比センサ32のセンサ電流を基礎とする空燃比フィードバック制御が継続される。
空燃比センサ32の印加電圧は、F/Cや内燃機関停止運転の開始直後に0Vとすることも考えられる。しかしながら、F/Cや内燃機関停止運転は、開始された後、即座に中止されることがある。一旦0Vとした印加電圧を0.4Vに復帰させる際には、センサ電流が一時的に過大になることから(図5参照)、既述した通り、ある程度の期間は信号マスクの期間を設け、空燃比をオープン制御することが必要となる。このため、F/Cや内燃機関停止運転の開始直後に印加電圧を0Vとする手法を採用した場合、短期間の後に通常運転への復帰が図られた場合に、不必要なオープン制御の必要が生ずる。
【0042】
これに対して、図4に示すルーチンによれば、空燃比センサ32の周囲に現実に大気が導かれるまでの期間は、印加電圧を0.4Vのまま維持することができる。印加電圧が0.4Vに維持されている期間は、空燃比センサ32の周囲に過大な酸素が導かれることのない期間であるから、このような手法を採用しても、過大なセンサ電流が発生することはない。また、上記の手法によれば、F/Cや内燃機関停止運転が即座に中止された場合は、空燃比センサ32への印加電圧が継続的に0.4Vに維持されることとなり、空燃比をオープン制御する必要は生じない。このため、本実施形態のシステムによれば、空燃比センサ32のセンサ電流が過大となるのを確実に防止しつつ、空燃比フィードバック制御の実行期間を可能な限り長期に確保することができる。
【0043】
ところで、上述した実施の形態1においては、F/Cや内燃機関停止運転の実行中に、空燃比センサ32への印加電圧を0Vにすることとしているが、その電圧は必ずしも0Vである必要はない。つまり、F/Cや内燃機関停止運転中の印加電圧は、空燃比センサ32が過大なセンサ電流を発生することのない電圧であれば足り、印加電圧の絶対値が、そのような条件を満たす範囲に抑えられていればよい。
【0044】
また、上述した実施の形態1では、空燃比センサ32の制御回路として、図2に示す回路を用いることとしているが、制御回路として用い得る回路はこれに限定されるものではない。
図6は、実施の形態1のシステムに適用できる他の制御回路の回路図を示す。尚、図6において、図2に示す構成要素と同一の部分には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図6に示す回路は、副電源経路52が除去されている代わりに、バッファ回路44とAF−端子42との間にスイッチ58が挿入されている点を除き、図2に示す制御回路と同様である。図6に示す回路によれば、スイッチ58をオンとすることで、AF−端子42に2.9Vの電位を供給し、空燃比センサ32に対して0.4Vの印加電圧を与えることができる。この回路においてスイッチ58がオフされると、AF−端子42は電気的に浮いた状態となる。この場合、AF−端子の電位はAF+端子62の電位と等しくなり、空燃比センサ32に対する印加電圧はほぼ0Vとなる。
このように、図6に示す制御回路によっても、図2に示す制御回路と同様に、スイッチ58をオン・オフさせることにより、空燃比センサ32に対する印加電圧を0.4Vと0Vの間で切り替えることができる。従って、図6に示す制御回路を用いても、図2に示す制御回路を用いる場合と同様に、F/C中や内燃機関停止運転中に過大なセンサ電流が生ずるのを確実に防ぐことができる。
【0045】
尚、上述した実施の形態1においては、ECU40が、上記ステップ106の処理を実行することにより前記第1の発明における「電圧印加手段」が、上記ステップ114の処理を実行することにより前記第1の発明における「印加電圧制限手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態1においては、ECU40が、上記ステップ112の処理に次いで上記ステップ114の処理を実行することにより前記第2の発明における「印加電圧制限手段」が実現されている。
更に、上述した実施の形態1においては、ECU40が、F/Cや内燃機関停止運転の終了後に上記ステップ106の処理を実行することにより前記第4の発明における「印加電圧復帰手段」が、上記ステップ110の処理を実行することにより前記第4の発明における「制御実行手段」が、上記ステップ108の処理を実行することにより前記第4の発明における「センサ電流反映禁止手段」が、それぞれ実現されている。
【0046】
実施の形態2.
次に、図7および図8を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
本実施形態のシステムは、図1に示す構成において、ECU40に、図7に示す制御回路を搭載すると共に、後述する図8に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【0047】
図7は、本実施形態において用いられる空燃比センサ32の制御回路の回路図を示す。尚、図7において、上記図2に示す構成要素と同一の部分には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図7に示す制御回路は、電位切り替え点46とバッファ回路44との間にRC回路、すなわち、抵抗80およびコンデンサ82を備えている点を除き図2に示す回路と同様である。この回路において、上記のRC回路は、スイッチ58の切り替えに伴って電位切り替え点46の電位が変化する場合に、その変化を緩やかにしてバッファ回路44に伝達する平滑回路として機能する。
【0048】
既述した実施の形態1では、スイッチ58の切り替えに伴って、空燃比センサ32に対する印加電圧がステップ的に変化する。そして、印加電圧がこのようなステップ的な変化を示す場合、交流電圧が印加されたのと同様の状態が形成され、空燃比センサ32のセンサ電流が、一時的に排気空燃比と対応しない値となる。このため、実施の形態1のシステムでは、空燃比センサ32に対する印加電圧が0Vから0.4Vに切り替えられた後に、所定期間だけセンサ電流の利用を禁止するマスク期間を設けることとしている。
【0049】
これに対して、バッファ回路44に伝達される電位が緩やかに変化するとすれば、空燃比センサ32に対する印加電圧の変化が緩やかになり、空燃比センサ32に交流電圧が印加されたのと同様の状態が形成されるのを防ぐことができる。この場合、空燃比センサ32は、図3に示す特性を示すこととなり、スイッチ58が切り替えられた直後(厳密には、印加電圧が0.1V程度にまで上昇してきた直後)から、排気空燃比に対応したセンサ電流を発生する。このため、本実施形態のシステムでは、F/Cや内燃機関停止運転の終了後に、速やかに空燃比フィードバック制御を再開させることが可能である。
【0050】
図8は、本実施形態において、ECU40が実行する制御ルーチンのフローチャートを示す。図8に示すルーチンは、上記ステップ108の処理が削除されている点を除き、上記図4に示すルーチンと同様である。図8に示すルーチンによれば、ステップ104の条件が成立しない場合は、その後常に0.4Vの印加電圧が設定され、かつ、空燃比フィードバック制御が実行される。そして、ここでは、0.4Vの印加電圧が設定される(スイッチ58がオフとされる)状況下では、空燃比センサ32のセンサ電流がほぼ現実の排気空燃比と対応しているとみなすことができる。このため、本実施形態のシステムによれば、F/Cや内燃機関停止運転の終了後に、高精度な空燃比フィードバック制御を迅速に再開させることができる。
【0051】
ところで、上述した実施の形態2においては、印加電圧が0.4Vに設定されている場合は常に空燃比フィードバック制御を実行することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、印加電圧が0Vから0.4Vに切り替えられた後、空燃比センサ32の両端に加わる電圧が現実に0.1V程度にまで上昇するまでの間は、厳密にはセンサ電流と排気空燃比とが対応しない(図3参照)。このため、空燃比センサ32の両端に加わる電圧が0.1V程度に上昇するまでの短い期間だけは、センサ電流をマスクし、空燃比をオープン制御することとしてもよい。
【0052】
また、上述した実施の形態2においては、図2に示す回路にRC回路を組み込んだ回路が制御回路(図7参照)とされているが、本実施形態において用い得る制御回路はこれに限定されるものではない。
図9は、実施の形態1のシステムに適用できる他の制御回路の回路図を示す。尚、図9において、上記図6または図7に示す構成要素と同一の部分には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図9に示す制御回路は、スイッチ58とAF−端子42との間にRC回路が挿入されている点を除き、図6に示す回路と同様である。また、RC回路は、図7に示すRC回路と同様に、抵抗80とコンデンサ82とで構成されている。図9に示す回路において、上記のRC回路は、スイッチ58の切り替えに伴ってAF−端子42の電位が変化する場合に、その変化を緩やかにする平滑回路として機能する。このため、図9に示す回路によっても、図7に示す回路と同様に、スイッチ58の切り替えに伴って空燃比センサ32への印加電圧がステップ的に急変するのを防ぐことができ、図7に示す回路と同様の機能を実現することができる。
【0053】
尚、上述した実施の形態2において、RC回路を構成する抵抗80およびコンデンサ82は、スイッチ58の切り替えに伴って生ずる印加電圧の変化割合が、所定の限界値を超えないように設定されている。ここで、その限界値とは、空燃比センサ32に、排気空燃比に対応しないセンサ電流を発生させることのない変化割合の限界値であり、その値は具体的には実験的に事前に定められているものとする。本実施形態では、空燃比センサ32の制御回路が上記の如く構成されていることを前提としてECU40が上記ステップ106の処理を実行することにより、前記第3の発明における「電圧印加手段」が実現されている。
【0054】
実施の形態3.
次に、図10および図11を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
本実施形態のシステムは、図1に示す構成において、ECU40に、図10に示す制御回路を搭載すると共に、後述する図11に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【0055】
図10は、本実施形態において用いられる空燃比センサ32の制御回路の回路図を示す。尚、図10において、上記図2に示す構成要素と同一の部分には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図10に示す制御回路は、主電源経路50および副電源経路52に代えてディジタルアナログコンバータ(DAコンバータ)90を備えている点を除き図2に示す回路と同様である。この回路において、空燃比センサ32への印加電圧を生成するうえで必要とされる制御電位(3.3V、2.9Vなどの電位)は、DAコンバータ90により生成される。DAコンバータ90によれば、空燃比センサ32に対する印加電圧を0Vと0.4Vとの間で緩やかに変化させることができる。このため、図10に示す制御回路によれば、RC回路を用いることなく、実施の形態2における制御回路と同様の機能を実現することができる。
【0056】
図11は、本実施形態において、ECU40が実行する制御ルーチンのフローチャートを示す。図11に示すルーチンは、上記ステップ106の処理がステップ120および122の処理に置き換えられている点を除き、上記図8に示すルーチンと同様である。すなわち、図8に示すルーチンにおいては、ステップ104の条件が成立しない場合、或いは、ステップ112の条件が成立しない場合に、先ず、空燃比センサ32に対する印加電圧が0.4Vに達しているか否かが判別される(ステップ120)。
本ステップ120では、より具体的には、DAコンバータ90がバッファ44に対して供給している電位が2.9V以下であるか否かが判別される。
【0057】
その結果、印加電圧が0.4Vに達していると判別された場合は、以後すみやかにステップ110の処理(空燃比フィードバック制御)が実行される。一方、印加電圧が0.4Vに達していないと判別された場合は、所定のステップ幅で印加電圧を微増させた後(ステップ122)、ステップ110の処理が実行される。
【0058】
上記の処理によれば、空燃比センサ32に対する印加電圧が0.4Vを下回る場合には、その値を緩やかに増加させ、印加電圧が0.4Vに達した後は、その値を維持させることができる。従って、図11に示すルーチンによれば、F/Cや内燃機関停止運転の終了後に、0Vとされていた印加電圧を、0.4Vを上限として緩やかに増加させることができる。このように、図10に示す制御回路と図11に示すルーチンとの組み合わせによれば、実施の形態2における制御回路(図7乃至図9参)と同様の機能を実現することができる。このため、本実施形態のシステムによっても、実施の形態2の場合と同様の効果を得ることができる。
【0059】
尚、上述した実施の形態3において、上記ステップ122の処理は、その処理が繰り返されることにより生ずる印加電圧の変化割合が、所定の限界値を超えないように設計されている。ここで、その限界値とは、空燃比センサ32に、排気空燃比に対応しないセンサ電流を発生させることのない変化割合の限界値であり、その値は具体的には実験的に事前に定められているものとする。本実施形態では、ECU40が上記ステップ120および122の処理を実行することにより、前記第3の発明における「電圧印加手段」が実現されている。
【0060】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第1の発明によれば、車両システムの作動中であっても、内燃機関への燃料噴射が停止された場合には、空燃比センサに対する印加電圧が十分に小さく抑制される。このため、本発明によれば、排気通路の内部を大気同様のガスが流れる際に、空燃比センサが過剰なセンサ電流を発生させるのを確実に防ぐことができる。
【0061】
第2の発明によれば、内燃機関への燃料噴射が停止された後、所定の遅延時間の後に印加電圧の制限を開始することができる。このため、本発明によれば、酸素を多量に含むガスが空燃比センサの周囲に現実に到達する以前に、印加電圧が無駄に制限されるのを有効に防ぐことができる。
【0062】
第3の発明によれば、内燃機関への燃料噴射が再開された後に、空燃比センサへの印加電圧をゆっくりと復帰させることができる。このため、本発明によれば、その復帰の際に、印加電圧の急変に伴う誤差がセンサ電流に重畳するのを有効に防ぐことができる。
【0063】
第4の発明によれば、内燃機関への燃料噴射が再開された後に、所定のマスク期間は、空燃比センサの出力が制御に反映されるのを防ぐことができる。このため、本発明によれば、印加電圧の復帰の際に、誤差の重畳したセンサ電流を基礎とした不正確な制御が実行されるのを有効に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の構成を説明するための図である。
【図2】図1に示すECUの内部に構成されている空燃比センサの制御装置の回路図である。
【図3】図1に示す空燃比センサのセンサ特性を説明するための図である。
【図4】本実施形態の実施の形態1において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図5】図1に示す空燃比センサに対する印加電圧が切り替えられた後にセンサ電流に生ずる時間的な変化を示す図である。
【図6】本発明の実施の形態1において用い得る他の制御装置の回路図である。
【図7】本発明の実施の形態2において用いられる制御装置の回路図である。
【図8】本実施形態の実施の形態2において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図9】本発明の実施の形態2において用いられる他の制御装置の回路図である。
【図10】本発明の実施の形態3において用いられる制御装置の回路図である。
【図11】本実施形態の実施の形態3において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
10 内燃機関
12 吸気通路
14 排気通路
28 上流触媒
30 下流触媒
32 空燃比センサ
50 主電源経路
52 副電源経路
46 電位切り替え点
58 スイッチ
80 抵抗
82 コンデンサ
90 ディジタルアナログコンバータ(DAコンバータ)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for an air-fuel ratio sensor, and more particularly to a control device for an air-fuel ratio sensor suitable for controlling an air-fuel ratio sensor disposed in an exhaust passage for detecting an exhaust air-fuel ratio of an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as disclosed in, for example, JP-A-2000-258387, there is known a system including an air-fuel ratio sensor for detecting an exhaust air-fuel ratio in an exhaust passage of an internal combustion engine. The air-fuel ratio sensor has a first electrode exposed to exhaust gas and a second electrode exposed to the atmosphere. The first electrode and the second electrode are provided on both sides of a solid electrolyte such as zirconia. When a voltage is applied between the two so that an electric field is generated from the second electrode to the first electrode, the first electrode and the second electrode are connected to the air-fuel ratio sensor. Flows through the sensor current according to the amount of oxygen in the exhaust gas. Since the oxygen amount in the exhaust gas is a characteristic value of the exhaust air-fuel ratio, the exhaust air-fuel ratio can be detected according to the above sensor current. The conventional system always applies a predetermined applied voltage to the air-fuel ratio sensor during the operation of the vehicle system in order to detect the exhaust air-fuel ratio based on such a principle.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-258387
[Patent Document 2]
JP-A-9-101285
[Patent Document 3]
JP 2001-323837 A
[Patent Document 4]
JP-A-2002-243694
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In a vehicle, when the accelerator pedal is depressed in a region where the engine speed is sufficiently high, in order to prevent unnecessary fuel consumption, a process of stopping the supply of fuel to the internal combustion engine, that is, a fuel cut ( Hereinafter, “F / C” may be performed. During the execution of F / C, only air flows through the inside of the internal combustion engine, and a gas containing a large amount of oxygen flows around the air-fuel ratio sensor disposed in the exhaust passage, similarly to the atmosphere.
[0005]
As described above, the air-fuel ratio sensor is a sensor that generates a sensor current according to the oxygen concentration in the exhaust gas. Therefore, if a gas similar to the atmosphere flows inside the exhaust passage with the execution of F / C, the air-fuel ratio sensor may generate an excessive sensor current. Such an excessive sensor current promotes oxidation of the sensor electrode and the inside of the sensor, and causes early deterioration of the air-fuel ratio sensor. For this reason, in the above-mentioned conventional system, the situation where the deterioration of the air-fuel ratio sensor is promoted by repeating the execution of the F / C occurs.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an air-fuel ratio sensor that does not generate an excessive sensor current in an air-fuel ratio sensor when a gas similar to the atmosphere flows in an exhaust passage. It is an object of the present invention to provide a control device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A first invention is an air-fuel ratio sensor control device that is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine and receives a predetermined voltage to generate a sensor current corresponding to the exhaust air-fuel ratio in order to achieve the above object. So,
Voltage application means for applying a predetermined voltage to the air-fuel ratio sensor during operation of the vehicle system,
During operation of the vehicle system, when fuel injection to the internal combustion engine is stopped, applied voltage limiting means for limiting the applied voltage to the air-fuel ratio sensor so that its absolute value is equal to or less than a predetermined threshold,
It is characterized by having.
[0008]
According to a second aspect, in the first aspect, the applied voltage limiting means starts limiting the applied voltage after a predetermined delay time after fuel injection to the internal combustion engine is stopped. And
[0009]
In a third aspect based on the first or second aspect, the voltage applying means reduces the applied voltage limited to the threshold value or less after the fuel injection to the internal combustion engine is restarted, by an increase rate thereof. Is increased toward the predetermined voltage within a range not exceeding the limit value.
[0010]
In a fourth aspect, in the first to third aspects,
The voltage applying means, after fuel injection to the internal combustion engine is restarted, comprises an applied voltage return means for returning the applied voltage limited to the threshold or less to the predetermined voltage,
Control execution means for performing predetermined control based on the sensor current,
A predetermined mask period after fuel injection to the internal combustion engine is restarted, a sensor current reflection inhibiting means for inhibiting the sensor current from being based on the control,
It is characterized by having.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Elements common to the drawings are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
[0012]
Embodiment 1 FIG.
[Description of system configuration]
FIG. 1 shows the configuration of the first embodiment of the present invention. The configuration shown in FIG. 1 includes an
[0013]
A
[0014]
In the
[0015]
An air-
[0016]
A downstream oxygen sensor 34 is arranged downstream of the
[0017]
The system shown in FIG. 1 includes an ECU (Electronic Control Unit) 40. The
[0018]
[Description of configuration of control device for air-fuel ratio sensor]
FIG. 2 is a circuit diagram of a control device of the air-
[0019]
A
[0020]
A
[0021]
The
[0022]
[Description of operation of control device for air-fuel ratio sensor]
According to the control device illustrated in FIG. 2, by setting the
[0023]
FIG. 3 is a diagram for explaining the sensor characteristics of the air-
[0024]
As shown in FIG. 3, when a voltage of 0.4 V is applied to the air-
[0025]
Further, according to the control circuit shown in FIG. 2, the voltage applied to the air-
[0026]
[Description of characteristic operation in the present embodiment]
In the system of the present embodiment, when the
[0027]
The system of the present embodiment may be mounted on a hybrid (H / V) vehicle or an eco-run vehicle. In an H / V vehicle or an eco-run vehicle, the
[0028]
In FIG. 3 described above, the curves (1) to (3) respectively show the relationship corresponding to the exhaust air-fuel ratio that normally occurs with the execution of the air-fuel ratio feedback control. On the other hand, the curve {circle over (4)} shows the relationship realized when the gas in the
[0029]
As described above, the control device illustrated in FIG. 2 turns on the
[0030]
If the applied voltage is 0 V, the air-
[0031]
FIG. 4 shows a flowchart of a control routine executed by the
In the routine shown in FIG. 4, first, it is determined whether or not the air-
The air-
[0032]
If it is determined in
[0033]
On the other hand, if the activation of the air-
[0034]
If it is determined in
[0035]
In the routine shown in FIG. 4, next, after a voltage applied to the air-
As a result, when it is determined that the predetermined time has not yet elapsed, the process of the above-described
[0036]
FIG. 5 is a diagram showing a temporal change in the sensor current of the air-
[0037]
During a period in which the sensor current of the air-
[0038]
According to the processing of
[0039]
In the routine shown in FIG. 4, if it is determined in the
The atmosphere is led around the air-
The delay time used in
[0040]
In the routine shown in FIG. 4, when it is determined in
When the applied voltage is set to 0 V, the air-
[0041]
On the other hand, if it is determined in
The applied voltage of the air-
[0042]
On the other hand, according to the routine shown in FIG. 4, the applied voltage can be maintained at 0.4 V until the air is actually led around the air-
[0043]
In the first embodiment, the voltage applied to the air-
[0044]
Further, in the first embodiment described above, the circuit shown in FIG. 2 is used as the control circuit of the air-
FIG. 6 is a circuit diagram of another control circuit applicable to the system according to the first embodiment. In FIG. 6, the same components as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.
The circuit shown in FIG. 6 is the same as the control circuit shown in FIG. 2 except that the
In this way, the control circuit shown in FIG. 6 also switches the voltage applied to the air-
[0045]
In the first embodiment, the
In the first embodiment described above, the “applied voltage limiting means” in the second aspect of the present invention is realized by the
Further, in the first embodiment described above, the
[0046]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The system of the present embodiment can be realized by mounting the control circuit shown in FIG. 7 on the
[0047]
FIG. 7 is a circuit diagram of a control circuit of the air-
The control circuit shown in FIG. 7 is the same as the circuit shown in FIG. 2 except that an RC circuit, that is, a
[0048]
In the first embodiment described above, the voltage applied to the air-
[0049]
On the other hand, if the potential transmitted to the
[0050]
FIG. 8 shows a flowchart of a control routine executed by the
[0051]
By the way, in
[0052]
Further, in the above-described second embodiment, the control circuit is a circuit in which an RC circuit is incorporated in the circuit shown in FIG. 2 (see FIG. 7). However, the control circuit that can be used in the present embodiment is not limited to this. Not something.
FIG. 9 is a circuit diagram of another control circuit applicable to the system according to the first embodiment. In FIG. 9, the same components as those shown in FIG. 6 or 7 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
The control circuit shown in FIG. 9 is the same as the circuit shown in FIG. 6 except that an RC circuit is inserted between the
[0053]
In the above-described second embodiment, the
[0054]
Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The system of the present embodiment can be realized by mounting the control circuit shown in FIG. 10 on the
[0055]
FIG. 10 is a circuit diagram of a control circuit of the air-
The control circuit shown in FIG. 10 is the same as the circuit shown in FIG. 2 except that a digital / analog converter (DA converter) 90 is provided instead of main
[0056]
FIG. 11 shows a flowchart of a control routine executed by the
In the
[0057]
As a result, when it is determined that the applied voltage has reached 0.4 V, the process of step 110 (air-fuel ratio feedback control) is immediately executed. On the other hand, when it is determined that the applied voltage has not reached 0.4 V, the applied voltage is slightly increased by a predetermined step width (step 122), and then the process of
[0058]
According to the above processing, when the applied voltage to the air-
[0059]
In the third embodiment, the processing in
[0060]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.
According to the first aspect, even when the vehicle system is operating, when the fuel injection to the internal combustion engine is stopped, the voltage applied to the air-fuel ratio sensor is suppressed to a sufficiently small value. Therefore, according to the present invention, it is possible to reliably prevent the air-fuel ratio sensor from generating an excessive sensor current when a gas similar to the atmosphere flows in the exhaust passage.
[0061]
According to the second aspect, after the fuel injection to the internal combustion engine is stopped, the limitation of the applied voltage can be started after a predetermined delay time. Therefore, according to the present invention, it is possible to effectively prevent the applied voltage from being uselessly limited before the gas containing a large amount of oxygen actually reaches around the air-fuel ratio sensor.
[0062]
According to the third aspect, after the fuel injection to the internal combustion engine is restarted, the voltage applied to the air-fuel ratio sensor can be slowly returned. Therefore, according to the present invention, it is possible to effectively prevent an error due to a sudden change in the applied voltage from being superimposed on the sensor current at the time of the return.
[0063]
According to the fourth aspect, it is possible to prevent the output of the air-fuel ratio sensor from being reflected in the control during a predetermined mask period after the fuel injection into the internal combustion engine is restarted. Therefore, according to the present invention, it is possible to effectively prevent inaccurate control based on the sensor current on which an error is superimposed from being performed when the applied voltage is restored.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of a control device for an air-fuel ratio sensor configured inside the ECU shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram for explaining sensor characteristics of the air-fuel ratio sensor shown in FIG.
FIG. 4 is a flowchart of a control routine executed in the first embodiment of the present embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a temporal change occurring in a sensor current after an applied voltage to the air-fuel ratio sensor shown in FIG. 1 is switched.
FIG. 6 is a circuit diagram of another control device that can be used in the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram of a control device used in
FIG. 8 is a flowchart of a control routine executed in a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram of another control device used in the second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram of a control device used in Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 11 is a flowchart of a control routine executed in Embodiment 3 of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
10 Internal combustion engine
12 Intake passage
14 Exhaust passage
28 Upstream catalyst
30 Downstream catalyst
32 air-fuel ratio sensor
50 Main power path
52 Sub power path
46 Potential switching point
58 switch
80 Resistance
82 capacitor
90 Digital-to-analog converter (DA converter)
Claims (4)
車両システムの作動中に前記空燃比センサに対して所定電圧を印加する電圧印加手段と、
車両システムの作動中に、内燃機関への燃料噴射が停止された場合には、前記空燃比センサに対する印加電圧を、その絶対値が所定の閾値以下となるように制限する印加電圧制限手段と、
を備えることを特徴とする空燃比センサの制御装置。An air-fuel ratio sensor control device that is arranged in an exhaust passage of an internal combustion engine and receives a predetermined voltage to generate a sensor current according to an exhaust air-fuel ratio.
Voltage application means for applying a predetermined voltage to the air-fuel ratio sensor during operation of the vehicle system,
During operation of the vehicle system, when fuel injection to the internal combustion engine is stopped, applied voltage limiting means for limiting the applied voltage to the air-fuel ratio sensor so that its absolute value is equal to or less than a predetermined threshold,
A control device for an air-fuel ratio sensor, comprising:
前記センサ電流に基づいて所定の制御を行う制御実行手段と、
内燃機関への燃料噴射が再開された後所定のマスク期間は、前記センサ電流が前記制御の基礎とされるのを禁止するセンサ電流反映禁止手段と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の空燃比センサの制御装置。The voltage applying means, after fuel injection to the internal combustion engine is restarted, comprises an applied voltage return means for returning the applied voltage limited to the threshold or less to the predetermined voltage,
Control execution means for performing predetermined control based on the sensor current,
A predetermined mask period after fuel injection to the internal combustion engine is restarted, a sensor current reflection inhibiting means for inhibiting the sensor current from being based on the control,
The control device for an air-fuel ratio sensor according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
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