JP2004340914A - ガス濃度センサの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 排気空燃比がリッチであるかリーンであるかを検出する酸素センサを設ける。素子インピーダンス算出間隔T1が経過する毎に(ステップ101)、酸素センサに電圧を印加して素子インピーダンスRsを算出する。Rsの算出後、センサ出力に残存する電圧印加の影響を早期に消滅させるべく、酸素センサに対して逆電圧を印加する(ステップ106,108)。以後、再び素子インピーダンス算出期間の経過が判定されるまで、サンプリング間隔毎に酸素センサのセンサ出力をサンプリングする(ステップ102)。
【選択図】 図1
Description
インピーダンス検出用電圧を前記ガス濃度センサに印加して、当該ガス濃度センサの素子インピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
前記インピーダンス検出用電圧が前記ガス濃度センサに印加された後、当該ガス濃度センサが自ら発するのと同じ電圧、或いはその電圧から見て前記インピーダンス検出用電圧と逆向きの電圧を、所定期間だけ前記ガス濃度センサに印加する逆電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする。
インピーダンス検出用電圧を前記ガス濃度センサに印加して、当該ガス濃度センサの素子インピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
前記インピーダンス検出用電圧が前記ガス濃度センサに印加された後、所定期間は、前記ガス濃度センサの出力を破棄するデータ破棄手段と、
を備えることを特徴とする。
所定間隔毎に、インピーダンス検出用電圧を前記ガス濃度センサに印加して、当該ガス濃度センサの素子インピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
前記素子インピーダンスが大きいほど、前記所定間隔を長く設定するインピーダンス検出間隔設定手段と、
を備えることを特徴とする。
前記素子インピーダンスの検出後、所定期間が経過した時点から、前記ガス濃度センサに再び前記インピーダンス検出用電圧が印加されるまでの期間を、当該ガス濃度センサの出力取得期間とする出力取得期間設定手段と、
前記素子インピーダンスが大きいほど、前記所定期間を長く設定する出力非取得期間設定手段と、
を備えることを特徴とする。
前記素子インピーダンスが所定閾値以上である領域では、当該素子インピーダンスが大きいほど前記所定間隔を長く設定し、
前記素子インピーダンスが前記所定閾値を下回る領域では、前記所定間隔を、前記素子インピーダンスが前記所定閾値と一致する場合に設定される所定間隔に比して長く設定することを特徴とする。
第1の発明によれば、ガス濃度センサに対してインピーダンス検出用電圧が印加された後、速やかに、ガス濃度センサの出力を自らが発する電圧、つまり、排気空燃比と対応する出力に収束させることができる。このため、本発明によれば、素子インピーダンスを検出する機能と、排気空燃比に関する情報を精度良く検知する機能とを共に実現することができる。
[回路構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1の構成を説明するための図を示す。図1に示すように、本実施形態のシステムは、酸素センサ10とECU(Electronic Control Unit)20を備えている。本実施形態において、酸素センサ10は、内燃機関の排気通路に配置され、排気ガス中の酸素濃度に応じたセンサ出力、より具体的には、排気空燃比がリッチであるかリーンであるかを表すセンサ出力を発生するものとする。
(酸素濃度情報の検出処理)
ECU20は、酸素センサ10の素子インピーダンスRsを検出しようとする場合を除き、第1ポート24をOFFとする。第1ポート24がOFFであれば第1スイッチ素子22がOFFとなり、第2サンプリング点50の電位は、定常的には酸素センサ10の起電力に相当する値となる(図1参照)。この場合、第3AD変換器68の出力は、酸素センサ10のセンサ出力と一致する値となる。ECU20は、そのような状況下で第3AD変換器68が発するディジタル信号を所定周期毎(例えば、4msec毎)に検出し、その検出値に基づいて排気ガス中の酸素濃度に関する情報を取得する。
図2は、酸素センサ10の素子インピーダンスRsを算出するためのモードにおいて実現されるECU20の動作を説明するためのタイミングチャートである。より具体的には、図2(A)および図2(B)は、それぞれ第1ポート24および第2ポート44の状態を示す波形である。また、図2(C)〜図2(E)は、それぞれ第1乃至第3AD変換器32,54,68の入力端子に供給される電位の変化を表す波形である。
VS1=5・(R1+Rs)/(R2+R1+Rs) ・・・(1)
τ=C1/{1/(Rs+R1)+1/R2} ・・・(2)
I=VS1/(R1+Rs) ・・・(3)
VS2=Rs・I ・・・(4)
I=(VS1−VS2)/R1 ・・・(5)
Rs=VS2/I
=VS2・R1/(VS1−VS2) ・・・(6)
Rs=ΔVS2・R1/(ΔVS1−ΔVS2)
=(VS2ON−VS2OFF)・R1/{(VS1OFF−VS1ON)−(VS2OFF−VS2ON)}
・・・(7)
(ii)上記の検出の終了後、第1ポート24をON状態とする。
(iii)第1ポートがON状態とされた後、VS1が収束値に達するための期間(例えば135μsec)が経過した時点で、第1AD変換器32の出力をVS1ONとして検出し、かつ、第2AD変換器54の出力をVS2ONとして検出する。
(iv)上記の検出の終了後、第1ポート24をOFF状態に戻す。
(v)上記(i)〜(iii)の処理により検出したVS1OFF、VS1ON、VS2ONおよびVS2ONを、上記(7)式に代入して素子インピーダンスRsを算出する。
図3は、酸素センサ10の特性を忠実に表した場合の等価回路図を示す。この図に示すように、酸素センサ10は、起電力成分およびインピーダンス成分に加えて、容量成分を有している。このような成分で構成される回路に対して電圧が印加されると、容量成分に電荷が蓄電される。蓄電された電荷が放電されるまでの間は、酸素センサ10に対する電圧印加が停止された後も、酸素センサ10の端子間に生ずる電圧は、起電力成分により発せられる電圧に比して高い値となる。つまり、酸素センサ10のセンサ出力(出力電圧)は、容量成分に蓄電された電荷が放電されるまでの間は、排気ガス中の酸素濃度に対して過大な値となる。
カウンタTCOUNTは、素子インピーダンスRsの算出処理が実行される毎にクリアされ、その後の経過時間を計数するためのカウンタである。
その結果、TCOUNT≧T1が成立しないと判別された場合は、以後、第3AD変換器68により酸素センサ10の出力が取り込まれた後(AD取り込みの後)、今回の処理サイクルが終了される(ステップ102)。
上記の処理によれば、素子インピーダンスRsの算出処理が終了した後、TCOUNT≧T1が成立するまでの間は、サンプリングタイミング毎に酸素センサ10の出力が、排気ガス中の酸素濃度に関する情報を表すものとして取り込まれる。
素子インピーダンスRsの算出処理では、具体的には、上述した(i)〜(v)の処理、つまり、第1ポート24をONとして酸素センサ10に電圧を印加し、その際に生ずるVS1およびVS2の変化に基づいて素子インピーダンスRsを算出する処理が実行される。
既述した通り、ECU20は、素子インピーダンスRsの算出後に、酸素センサ10に蓄えられた電荷を強制放電させるべく、第2ポート44をON状態とする。この際、第2ポート44は、電荷の強制放電が終了したら、速やかにOFFされることが望ましい。そこで、本ステップ106では、電荷の強制放電に必要なON時間の設定が行われる。
ここでは、具体的には、第2ポート44を、上記ステップ106において設定されたON時間だけONとする処理が実行される。本ステップ108の処理が実行されることにより、酸素センサ10のセンサ出力は、第1ポート24がOFFされた後、速やかに通常の出力、つまり、排気ガス中の酸素濃度の状態を正しく表す出力に復帰する。
また、上述した実施の形態1においては、ECU20が、上記ステップ106の処理を実行することにより前記第2または第3の発明における「逆電圧印加期間設定手段」が実現されている。
次に、図7乃至図9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に示す構成を用いて、ECU20に、上記図5に示すルーチンに代えて後述する図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。
図9は、データ破棄回数AD1と素子インピーダンスRsとの関係を定めたマップの一例を示す。ECU20は、図9に示すようなマップを記憶しており、本ステップ110では、このマップを参照することにより、上記ステップ104において算出された素子インピーダンスRsに対応するデータ破棄回数を算出する。図9に示すマップによれば、素子インピーダンスRsが大きく、電圧印加の影響がセンサ出力に残存し易いほど、データ破棄回数AD1を大きな値に設定することができる。
ADCOUNTは、素子インピーダンスRsの算出処理の後の実行されたセンサ出力のサンプリング回数を計数するためのカウンタである。ECU20は、本ステップ112の処理が終了すると、今回の処理サイクルを終了させる。
上記の処理によれば、素子インピーダンス算出間隔T1が経過するまでの間は、サンプリング間隔毎に(ルーチンの起動毎に)、センサ出力をサンプリングし、また、カウンタADCOUNTの計数値をインクリメントすることができる。
その結果、ADCOUNT≦AD1が成立すると判別される間は、上記ステップ102においてサンプリングされたセンサ出力(データ)が破棄される(ステップ118)。
そして、ADCOUNT≦AD1が成立しないと判別されるようになると、ステップ118の処理がジャンプされ、取り込まれたデータが破棄されることなく今回の処理サイクルが終了される。
また、上述した実施の形態2においては、ECU20が、上記ステップ110の処理を実行することにより前記第5の発明における「データ破棄期間設定手段」が実現されている。
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に示す構成を用いて、ECU20に、上記図5に示すルーチンに代えて後述する図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。
本実施形態において、ECU20は、素子インピーダンスRsとの関係でT1を定めたマップ、およびT2を定めたマップを記憶している。本ステップ120では、それらのマップを参照することにより、T1およびT2が設定される。
また、上述した実施の形態3においては、サンプリング禁止期間T2が前記第7の発明における「所定期間」に相当していると共に、ECU20が、上記ステップ100および122の処理を実行することにより前記第7の発明における「出力取得期間設定手段」が、上記ステップ120の処理を実行することにより前記第7の発明における「出力非取得期間設定手段」が、それぞれ実現されている。
次に、図12乃至図15を参照して、本発明の実施の形態4について説明する。
本実施形態のシステムは、実施の形態3の装置において、ECU20に、上記図11に示すルーチンに代えて後述する図14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。
20 ECU(Electronic Control Unit)
22 第1スイッチ素子
24 第1ポート
26 第2抵抗
28 第1サンプリング点
30 第1抵抗
42 第2スイッチ素子
44 第2ポート
50 第2サンプリング点
Rs 素子インピーダンス
RsTH 閾値
Claims (8)
- 被検出ガス中の酸素濃度と相関を有する出力を発するガス濃度センサの制御装置であって、
インピーダンス検出用電圧を前記ガス濃度センサに印加して、当該ガス濃度センサの素子インピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
前記インピーダンス検出用電圧が前記ガス濃度センサに印加された後、当該ガス濃度センサが自ら発するのと同じ電圧、或いはその電圧から見て前記インピーダンス検出用電圧と逆向きの電圧を、所定期間だけ前記ガス濃度センサに印加する逆電圧印加手段と、
を備えることを特徴とするガス濃度センサの制御装置。 - 前記素子インピーダンスが大きいほど、前記所定期間を長く設定する逆電圧印加期間設定手段を備えることを特徴とする請求項1記載のガス濃度センサの制御装置。
- 前記逆電圧印加期間設定手段は、前記ガス濃度センサが自ら発する電圧と前記インピーダンス検出用電圧との差が小さいほど、前記所定期間を短く設定することを特徴とする請求項1または2記載のガス濃度センサの制御装置。
- 被検出ガス中の酸素濃度と相関を有する出力を発するガス濃度センサの制御装置であって、
インピーダンス検出用電圧を前記ガス濃度センサに印加して、当該ガス濃度センサの素子インピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
前記インピーダンス検出用電圧が前記ガス濃度センサに印加された後、所定期間は、前記ガス濃度センサの出力を破棄するデータ破棄手段と、
を備えることを特徴とするガス濃度センサの制御装置。 - 前記素子インピーダンスが大きいほど、前記所定期間を長く設定するデータ破棄期間設定手段を備えることを特徴とする請求項4記載のガス濃度センサの制御装置。
- 被検出ガス中の酸素濃度と相関を有する出力を発するガス濃度センサの制御装置であって、
所定間隔毎に、インピーダンス検出用電圧を前記ガス濃度センサに印加して、当該ガス濃度センサの素子インピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
前記素子インピーダンスが大きいほど、前記所定間隔を長く設定するインピーダンス検出間隔設定手段と、
を備えることを特徴とするガス濃度センサの制御装置。 - 前記素子インピーダンスの検出後、所定期間が経過した時点から、前記ガス濃度センサに再び前記インピーダンス検出用電圧が印加されるまでの期間を、当該ガス濃度センサの出力取得期間とする出力取得期間設定手段と、
前記素子インピーダンスが大きいほど、前記所定期間を長く設定する出力非取得期間設定手段と、
を備えることを特徴とする請求項6記載のガス濃度センサの制御装置。 - 前記インピーダンス検出間隔設定手段は、
前記素子インピーダンスが所定閾値以上である領域では、当該素子インピーダンスが大きいほど前記所定間隔を長く設定し、
前記素子インピーダンスが前記所定閾値を下回る領域では、前記所定間隔を、前記素子インピーダンスが前記所定閾値と一致する場合に設定される所定間隔に比して長く設定することを特徴とする請求項6または7記載のガス濃度センサの制御装置。
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