JP2005147872A - 酸素濃度センサの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 酸素濃度を検出する車両用の酸素濃度センサの制御装置に関し、酸素濃度センサのインピーダンスを広い範囲で精度良く算出することを可能とする。
【解決手段】 車両などに搭載される酸素濃度センサの制御装置は、装置内のＥＣＵが酸素濃度センサのインピーダンスを算出することによって制御を行う。酸素濃度センサの素子インピーダンスは、ＡＤコンバータ１とＡＤコンバータ２の出力電圧に基づいて算出される。酸素濃度センサの素子インピーダンスは、素子温度によって広いレンジで変化する。そこで、酸素濃度センサの制御装置は、複数の回路定数を切り替えて用いることにより、これに対処している。具体的には、算出された素子インピーダンスに基づいて、スイッチＳＷ１又はスイッチＳＷ２のＯＮ・ＯＦＦを切り替えて抵抗値を変更している。これにより、酸素濃度センサのインピーダンスを広いダイナミックレンジで精度良く算出することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、酸素濃度を検出する車両用の酸素濃度センサにおいて、酸素濃度センサのインピーダンスを精度良く検出する酸素濃度センサの制御装置に関する。

自動車などにおいては、エンジンから排出される排気ガス中の酸素濃度を、酸素濃度センサなどによって検出し、この検出値に基づいて燃料噴射量や排気浄化用触媒の制御などを行っている。この酸素濃度センサの特性として、その出力電圧の温度依存性が高いことがわかっている。これは、酸素濃度センサの素子インピーダンス（以下、単に「インピーダンス」とも呼ぶ）が、温度によって数十Ω〜数百ｋΩという広い範囲で変化するためである。したがって、酸素濃度センサを、最適に酸素濃度を検出できる温度（以下、この温度を「活性温度」と呼ぶ）に保つための制御を行う必要がある。一般的には、酸素濃度センサにヒータを付設し、ヒータを制御して酸素濃度センサを活性温度付近に維持している。

ここで、上記のように酸素濃度センサをヒータにて活性温度に維持するためには、酸素濃度センサの温度を検出する必要があるが、酸素濃度センサに温度センサを直接配設すると、酸素濃度センサの大型化やコストアップを招いてしまう。そこで、酸素濃度センサの素子インピーダンスが素子温度に応じて変化することに注目して、素子インピーダンスを検出し、この検出値から素子温度を算出することが行われている。

酸素濃度センサの素子インピーダンスを精度良く検出する方法として、例えば特許文献１に記載された技術では、酸素濃度センサの高温領域と低温領域で幅広く変化するインピーダンスに対して測定精度を確保するために、高温領域ではインピーダンスの逆数であるアドミタンス、低温領域ではインピーダンスを算出するようにしている。高温領域では、温度に対してインピーダンスの変化率が微小になってしまうため、その逆数であるアドミタンスを用いている。

しかし、特許文献１に記載された技術でも、上述したように酸素濃度センサのインピーダンスのダイナミックレンジは非常に広いため、酸素濃度センサの活性温度付近から離れてしまうと、インピーダンス（又はアドミタンス）を精度良く算出することができなかった。また、酸素濃度センサの制御装置を構成する抵抗やコンデンサの抵抗値や電気容量などは、上記の活性温度付近に合わせて選択しているため、インピーダンスを精度良く算出することができるレンジは自ずと限られてしまっていた。

一方、酸素濃度センサのインピーダンスを算出する際に用いるＡＤコンバータに変換誤差があり、これを小さくするのには限界がある。これは、車載用のＡＤコンバータは、コストやプリント基板への実装などの制限があり、精度の高いものを用いることができないからである。このＡＤコンバータの変換誤差が原因で、酸素濃度センサのインピーダンスを精度良く検出することが可能なインピーダンスの範囲は限定されてしまい、その範囲からずれるに従ってインピーダンスの検出精度は低下してしまう。

特開２０００−６５７８１号公報

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、酸素濃度を検出する車両用の酸素濃度センサの制御装置において、酸素濃度センサのインピーダンスを広い範囲で精度良く算出することを目的とする。

本発明の１つの観点では、酸素濃度を検出する車両用の酸素濃度センサの制御装置は、前記酸素濃度センサのインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段を備え、前記インピーダンス算出手段は、複数の回路定数を有しており、前記回路定数を切り替える回路定数切り替え手段を備えていることを特徴とする。

上記の酸素濃度センサの制御装置は、車両などに搭載され、エンジンから排出される排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサの制御を行うことができる。酸素濃度センサの制御は、酸素濃度センサの素子インピーダンスを算出し、この算出結果に基づいて行われる。この素子インピーダンスは、素子温度によって広い範囲で変化する。そこで、酸素濃度センサの制御装置は、インピーダンスを算出するための電気回路の回路定数を複数有しており、いずれか１つを選択して切り替えることができる。これにより、酸素濃度センサのインピーダンスを広いダイナミックレンジで精度良く算出することができる。

上記の酸素濃度センサの制御装置の一態様では、前記回路定数切り替え手段は、前記算出されたインピーダンスに基づいて前記回路定数を切り替える。酸素濃度センサの制御装置は、算出されたインピーダンスに基づいて、インピーダンスを精度良く算出することができる回路定数に切り替えることができる。

上記の酸素濃度センサの制御装置の一態様では、抵抗とコンデンサから構成されるＲＣ回路を備えており、前記回路定数切り替え手段は、前記ＲＣ回路の抵抗成分を切り替える。酸素濃度センサの制御装置は抵抗値を変えることにより、簡便に回路定数を切り替えることができる。

上記の酸素濃度センサの制御装置の一態様では、前記酸素濃度センサを駆動するために電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段に接続された第１の抵抗と、前記第１の抵抗の前記電圧印加手段と逆側の端子及び前記酸素濃度センサに接続された第２の抵抗と、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接点の電圧を検出する第１の電圧検出手段と、前記第２の抵抗と前記酸素濃度センサとの接点の電圧を検出する第２の電圧検出手段と、を備え、前記インピーダンス算出手段は、前記第１の電圧検出手段が検出した電圧と前記第２の電圧検出手段が検出した電圧に基づいて前記インピーダンスを算出する。
この態様では、前記回路定数切り替え手段は、前記算出されたインピーダンスが大きければ、前記第２の抵抗の抵抗値を小さくし、前記算出されたインピーダンスが小さければ、前記第１の抵抗の抵抗値を小さくする。酸素濃度センサにおいては、車両の通常走行時に最適にインピーダンが算出できるように回路定数が設定されているため、酸素濃度センサのインピーダンスが大きいとき又は小さいときには、この回路定数では精度良く算出することができない。そこで、インピーダンスが大きいとき又は小さいときには、上記の第１の抵抗又は第２の抵抗の抵抗値を小さくすることにより回路定数を切り替える。これにより、インピーダンスがこのような領域にあるときも、精度良く算出することができる。

好適な実施例では、前記回路定数切り替え手段は、前記抵抗を並列配列に切り替える。並列回路に切り替えることにより、酸素濃度センサの制御装置において、容易に抵抗値を小さくすることができる。

他の好適な実施例では、前記抵抗及び前記コンデンサの定数は、前記回路定数切り替え手段による切り替えの前後で前記ＲＣ回路が一定の時定数を維持するように決定されている。このように、回路定数を変更したときにも、酸素濃度センサの制御装置を構成するＲＣ回路の時定数を一定に維持することにより、算出されるインピーダンスの値がずれないようにすることができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

まず、本発明の理解を容易にするために、酸素濃度センサの制御装置によるインピーダンス算出の基本原理について説明する。

酸素濃度センサ（以下、「空燃比センサ」とも呼ぶ）は、車両のエンジンから伸びた排気管に取り付けられており、電圧の印加に伴い排気ガス中の酸素濃度に比例した電流が流れる。酸素濃度センサは、通常、ジルコニア素子の内外面に白金がコーティングされている装置が用いられている。この酸素濃度センサは、センサの内外面の酸素濃度差によって電力が発生する仕組みを利用している。つまり、センサ内部に導入されている大気（酸素を多く含む）とセンサ外部に当たる排気ガス（酸素をそれほど含まない）の酸素の濃度差が大きいほど電圧差が生じ、酸素の濃度差がない場合には電圧差が生じない。酸素濃度センサを流れる電流に対応する電圧値などの電気信号は車両内にあるＥＣＵ（Engine Control Unit）に供給され、ＥＣＵは、この検出結果に基づいて燃料噴射量などの制御を行う。

ここで、酸素濃度センサの素子温度と素子インピーダンスの関係を、図８を用いて説明する。図８は、横軸に酸素濃度センサの素子温度を示し、縦軸に素子インピーダンスを示している。酸素濃度センサは、特性Ｎで示すように、素子温度に応じて素子インピーダンスが著しく変化する特性を有している。したがって、酸素濃度センサの出力電圧も素子温度によって差が生じてしまうので、素子温度を適温（即ち、活性温度）に維持する必要がある。図８においては、Ｔ１で示す温度は酸素濃度センサが活性し始める温度であり（例えば、４００℃）、Ｔ２で示す温度は酸素濃度センサの活性温度である（例えば、７００℃）。一般的には、酸素濃度センサにヒータを付設し、ヒータを制御して酸素濃度センサが活性温度Ｔ２付近に維持されるように制御している。このとき、酸素濃度センサの温度を直接検出するのではなく、図８に示すように酸素濃度センサの素子インピーダンスが素子温度に応じて変化することに注目して、素子インピーダンスを検出し、この検出値から素子温度を算出している。

なお、素子インピーダンスが著しく大きいとき（図８のｘ１で示す領域）、及び素子インピーダンスが著しく小さいとき（図８のｘ２で示す領域）においては、素子インピーダンス値を用いて、酸素濃度センサなどの断線やショートの判定を行うことができる。ただしその場合は、ｘ１及びｘ２のような領域においても、酸素濃度センサの素子インピーダンスを精度良く算出することが必要である。

次に、図１を用いて、酸素濃度センサの制御装置に採用されている電気的構成について説明する。以下では、主に酸素濃度センサのインピーダンスを検出する方法について述べる。

図１に示す酸素濃度センサの制御装置１００は、主に車載用のＥＣＵ（Engine Control Unit）１０と、ＥＣＵ１０に駆動される酸素濃度センサ５から構成されている。酸素濃度センサ５は、電源電圧Ｖｃによって駆動される。この電源電圧Ｖｃの直下には、スイッチとして機能するＰＮＰ型のトランジスタＴｐが接続されている。トランジスタＴｐは、酸素濃度センサ５のインピーダンスＲＳの測定を行う際にＯＮにされ、酸素濃度センサ５などに電圧を印加する。なお、トランジスタＴｐは、ＥＣＵ１０によって制御される。

トランジスタＴｐには抵抗Ｒ１が接続され、抵抗Ｒ１を介して抵抗Ｒ２が接続されている。また、抵抗Ｒ２には酸素濃度センサ５が接続されており、酸素濃度センサ５はグランドに接続されている。この酸素濃度センサ５の素子インピーダンスをＲＳと表記する。そして、抵抗Ｒ２の両端にはＡＤコンバータ１とＡＤコンバータ２が接続されており、これらの出力値はＥＣＵ１０に取り込まれる。ＥＣＵ１０は、これらの出力値に基づいて酸素濃度センサ５内のインピーダンスＲＳを算出する。

一方、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続部には、コンデンサＣ１が接続され、コンデンサＣ１からグランドに接続されている。コンデンサＣ１は、ＡＤコンバータ１及び２で検出する電圧などを安定させるために用いられている。さらに、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続部には、抵抗ＲＤを介してＮＰＮ型のトランジスタＴｎが接続され、トランジスタＴｎからグランドに接続されている。トランジスタＴｎは、酸素濃度センサ５のインピーダンスの測定の終了時又は開始直後にＯＮにされ、コンデンサＣ１などにたまった電荷を放電するために用いられる。このトランジスタＴｎも、ＥＣＵ１０によって制御される。

ＥＣＵ１０は、上述したようにＡＤコンバータ１とＡＤコンバータ２からの出力値に基づいて酸素濃度センサ５のインピーダンスＲＳを算出する。さらに、このインピーダンスＲＳから酸素濃度センサ５の素子温度を算出し、酸素濃度センサ５に付設された図示しないヒータなどを制御する。また、ＥＣＵ１０は、酸素濃度センサ５に流れる電流から排気ガス中の酸素濃度を算出して、空燃比フィードバック制御なども行う。ＥＣＵ１０は、その他にもトランジスタＴｐ及びＴｎの制御や、車両全体の種々の制御を統括して行うことができる。

ここで、電源電圧Ｖｃの電圧値をＶｃ、ＡＤコンバータ１の出力電圧値をＡＤＣ１、ＡＤコンバータ２の出力電圧値をＡＤＣ２、抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ１、抵抗Ｒ２の抵抗値をＲ２、酸素濃度センサ５のインピーダンス値をＲＳ、コンデンサＣ１の電気容量をＣ１、と表記して、ＥＣＵ１０にてＲＳの算出の際に用いられる演算式について説明する。

トランジスタＴｐをＯＮにしたときに、酸素濃度センサ５に印加される電圧はＡＤＣ２になり、酸素濃度センサ５に流れる電流は（ＡＤＣ１−ＡＤＣ２）／Ｒ２になる。したがって、酸素濃度センサ５のインピーダンス値ＲＳは、
ＲＳ＝ＡＤＣ２／（（ＡＤＣ１−ＡＤＣ２）／Ｒ２） （式１）
となる。式１より、算出されるＲＳは、ＥＣＵ１０に入力される（ＡＤＣ１−ＡＤＣ２）とＡＤＣ２の影響を受けることがわかる。したがって、ＡＤＣ１とＡＤＣ２の差が微小である場合、又はＡＤＣ２が微小である場合には、回路公差や、ＡＤコンバータ１及び２にて生じるＡＤ変換のばらつきの影響を特に受けやすくなってしまい、ＲＳの算出精度は落ちてしまう。

上記のようなＡＤＣ１、ＡＤＣ２、及びＲＳの関係を、具体的に図３に示す。図３は、横軸に酸素濃度センサ５のインピーダンスＲＳを示し、縦軸にＡＤコンバータ１及びＡＤコンバータ２の出力電圧ＡＤＣ１とＡＤＣ２を示している。横軸において、右にいくほどＲＳの値は大きくなり、左にいくほどＲＳの値は小さくなる。図３において、ＲＳがａ１で示す領域にある場合は、ＡＤＣ１とＡＤＣ２の電圧の差が生じており、且つＡＤＣ２の値も微小ではないので、算出されるＲＳの精度は高い。一般的には、インピーダンス値ＲＳが酸素濃度センサ５の温度に対して取りうるダイナミックレンジの内、車両の通常走行時に使用する温度（例えば、７００℃）付近での算出精度が高くなるようにＲ１、Ｒ２、及びＣ１などの定数を設定している。

しかし、ＲＳが大きい場合（ａ２で示した領域）、ＡＤＣ１とＡＤＣ２の電圧値の差が小さくなり、算出されるＲＳはばらつきの影響を受けやすくなる。また、ＲＳが小さい場合（ａ３で示した領域）、ＡＤＣ２が微小になってしまい、算出されるＲＳはばらつきの影響を受けやすくなる。上述のように車両の通常走行時に使用する温度付近にて回路定数を設定したため、精度良くインピーダンスＲＳを算出することができる領域からずれてしまうと、回路公差やＡＤ変換のばらつきの影響をＲＳは受けやすくなってしまうからである。

酸素濃度センサ５の実際のインピーダンス値とＥＣＵ１０にて算出されたインピーダンス値の関係を図６に示す。図６は、横軸に酸素濃度センサ５の実際のインピーダンス値を示し、縦軸にＥＣＵ１０にて算出された酸素濃度センサ５のインピーダンス値を示す。なお、横軸及び縦軸はログ（対数）スケールで表示をしている。直線Ｌは理論値であり、ｅ１１及びｅ２１は測定されたインピーダンス値の上限と下限を示す線である。図６より、実際のインピーダンス値がｙ１で示す範囲内にあるときしか、精度良く酸素濃度センサ５のインピーダンスを算出することができないことがわかる。

次に本発明に係る酸素濃度センサ５のインピーダンスの算出方法について説明する。

まず、図２に示した本発明の実施例に係る電気的構成図を用いて、酸素濃度センサ５のインピーダンスの算出方法について説明する。図２に示す酸素濃度センサの制御装置２００は、算出された酸素濃度センサ５のインピーダンスＲＳに基づいて、インピーダンスＲＳを算出するための電気回路の回路定数を切り替えることによって、広いレンジでのインピーダンスＲＳの算出精度向上を図っている。

その具体的な空燃センサ５のインピーダンスＲＳの算出方法について説明する。酸素濃度センサの制御装置２００内の酸素濃度センサ５は、電源電圧Ｖｃによって駆動される。この電源電圧Ｖｃの直下には、ＰＮＰ型のトランジスタＴｐが接続されている。トランジスタＴｐは、酸素濃度センサ５のインピーダンスＲＳの測定を行う際にＯＮにされ、酸素濃度センサ５に電圧を印加する。なお、トランジスタＴｐは、ＥＣＵ１０によって制御される。

トランジスタＴｐからは、抵抗Ｒ１と、スイッチＳＷ１と、スイッチＳＷ１を介してＲ１１と、が接続されている。ＳＷ１をＯＮにすると、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ１１の並列回路が形成される。また、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ１１から、抵抗Ｒ２と、スイッチＳＷ２と、スイッチＳＷ２を介して抵抗Ｒ２２と、が接続されている。スイッチＳＷ２をＯＮにすると、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ２２の並列回路が形成される。なお、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２は、ＥＣＵ１０にて制御される。

このように、本実施例に係る酸素濃度センサ５のインピーダンスＲＳを算出するための電気回路は、スイッチにて抵抗値を切り替えることが可能な構成を採用している。これにより回路定数を切り替えることを可能にしている。なお、上記のスイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２の制御は、ＥＣＵ１０にて算出される酸素濃度センサ５のインピーダンスＲＳに基づいて行われる。その具体的な制御は、後述する。

また、図２おいて、抵抗Ｒ２又は抵抗Ｒ２２の直下には、酸素濃度センサ５が接続され、酸素濃度センサ５からグランドに接続されている。酸素濃度センサ５は、先に述べた装置と同様のものを用いている。さらに、抵抗Ｒ２又は抵抗Ｒ２２の両端にはＡＤコンバータ１とＡＤコンバータ２が接続されている。これらＡＤコンバータ１と２の出力値はＥＣＵ１０に取り込まれる。ＥＣＵ１０は、これらの出力値に基づいて酸素濃度センサ５内のインピーダンスＲＳを算出する。

一方、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ１１と、抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ２２と、の接続部には、コンデンサＣ１と、抵抗ＲＤと、が接続されている。コンデンサＣ１は、ＡＤコンバータ１及び２で検出する電圧を安定させるために用いられている。抵抗ＲＤからはＮＰＮ型のトランジスタＴｎが接続されている。トランジスタＴｎは、酸素濃度センサ５のインピーダンスの測定の終了時又は開始直後にＯＮにされ、コンデンサＣ１などにたまった電荷を放電するために用いられる。このトランジスタＴｎも、ＥＣＵ１０によって制御される。なお、コンデンサＣ１及びトランジスタＴｎからグランドに接続されている。

ＥＣＵ１０は、上述したＡＤコンバータ１とＡＤコンバータ２からの出力値に基づいて酸素濃度センサ５のインピーダンスＲＳを算出する。さらに、このインピーダンスＲＳから酸素濃度センサ５の素子温度を算出し、酸素濃度センサ５に付設された図示しないヒータなどを制御する。また、ＥＣＵ１０は、酸素濃度センサ５に流れる電流から排気ガス中の酸素濃度を算出して、空燃比フィードバック制御なども行う。ＥＣＵ１０は、その他にもトランジスタＴｐ及びＴｎの制御や、車両全体の種々の制御を統括して行うことができる。

ここで、ＡＤコンバータ１の出力電圧をＡＤＣ１、ＡＤコンバータ２の出力電圧をＡＤＣ２、抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ１、抵抗Ｒ２の抵抗値をＲ２、酸素濃度センサ５のインピーダンス値をＲＳ、コンデンサＣ１の電気容量をＣ１、スイッチＳＷ１をＯＮしたときの抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ１１における合成抵抗値をＲ１’（１／Ｒ１’＝１／Ｒ１＋１／Ｒ１１）、スイッチＳＷ２をＯＮしたときの抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ２２における合成抵抗値をＲ２’（１／Ｒ２’＝１／Ｒ２＋１／Ｒ２２）と表記する。このとき、上記の抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ１１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ２２、コンデンサＣ１の時定数τは以下の式２を満たすような値に設定するものとする。

τ＝（Ｒ１’×（Ｒ２’＋ＲＳ））／（Ｒ１’＋Ｒ２’＋ＲＳ）×Ｃ１ （式２）
このようにするのは、スイッチをＯＮ・ＯＦＦに切り替えて抵抗値を変更したときに算出されるインピーダンスＲＳの値が、車両の通常走行時に使用する温度（例えば、７００℃）付近で、ずれないようにするためである。なお、Ｒ１及びＲ２に関しては、式２のＲ１’にＲ１を、Ｒ２’にＲ２を代入したときに満たすべき時定数τになるものとする。

次に、上記のスイッチＳＷ１又はスイッチＳＷ２をＯＮしたときの、ＡＤコンバータ１の出力電圧ＡＤＣ１及びＡＤコンバータ２の出力電圧ＡＤＣ２と、酸素濃度センサ５のインピーダンスＲＳとの関係について説明する。

図４は、スイッチＳＷ１のみをＯＮしたときの、インピーダンスＲＳと、ＡＤＣ１及びＡＤＣ２の関係を示す。横軸に酸素濃度センサ５のインピーダンスＲＳを示し、縦軸にＡＤＣ１とＡＤＣ２を示す。横軸において、右にいくほどＲＳの値は大きくなり、左にいくほどＲＳの値は小さくなる。スイッチＳＷ１をＯＮすると、Ｒ１とＲ１１の並列回路になるため、ＡＤコンバータ１の直前の抵抗値（Ｒ１’）が小さくなる。そのため、ＡＤコンバータ１の出力電圧ＡＤＣ１は大きくなり（すなわち、ＡＤＣ２の増分よりも大きくなる）、ＡＤコンバータ２の出力電圧ＡＤＣ２との差が顕著になる。したがって、ＥＣＵ１０にて算出されたインピーダンスＲＳの値が小さいときでも、（ＡＤＣ１−ＡＤＣ２）の値を確保することができる（図４において、ｂ１で示した領域）。よって、ＲＳ値が大きい場合でも、スイッチＳＷ１をＯＮにすることにより、算出されるＲＳはばらつきの影響を受けにくくなる。

図５には、スイッチＳＷ２のみをＯＮしたときの、インピーダンスＲＳと、ＡＤＣ１及びＡＤＣ２の関係を示す。横軸、縦軸は図４と同様の値を取ってある。スイッチＳＷ２をＯＮすると、Ｒ２とＲ２２の並列回路になるため、ＡＤコンバータ２の直前の抵抗値（Ｒ２’）が小さくなる。ここで、式１を変形してＡＤＣ２について記述すると、式３のようになる。

ＡＤＣ２＝ＡＤＣ１×ＲＳ／（Ｒ２’＋ＲＳ） （式３）
式３より、Ｒ２’は小さい値なので、インピーダンスＲＳが小さい場合でもＡＤＣ２の値を確保することができることがわかる（図５において、ｂ２で示した領域）。よって、ＲＳ値が小さい場合でも、スイッチＳＷ２をＯＮにすることにより、算出されるＲＳは、ばらつきの影響を受けにくくなる。

以上から、算出された酸素濃度センサ５のインピーダンスＲＳが大きい場合にはスイッチＳＷ１のみをＯＮにし、算出されたインピーダンスＲＳが小さい場合にはスイッチＳＷ２のみをＯＮにすることが最適である。これにより、酸素濃度センサ５の幅広いダイナミックレンジで精度良くインピーダンスを算出することができる。

次に、図２に示す電気回路を用いて算出された酸素濃度センサ５のインピーダンス値と、実施のインピーダンス値の関係を図７に示す。図７は、横軸に酸素濃度センサ５の実際のインピーダンス値を示し、縦軸にＥＣＵ１０にて算出された酸素濃度センサ５のインピーダンス値を示している。なお、横軸及び縦軸はログスケールで表示をしている。直線Ｌは理論値であり、ｅ１１、ｅ１２、ｅ２１、及びｅ２２は測定されたインピーダンス値の上限と下限を示す線である。ｄ１で示す領域においては、スイッチＳＷ２のみをＯＮしたときの算出されたインピーダンスを表している。また、ｄ２で示す領域は、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２の両方ともＯＦＦにしたときの算出されたインピーダンスである。ｄ３で示す領域は、スイッチＳＷ１のみをＯＮにしたときの算出されたインピーダンスである。これらの領域全てにおいて、理論値Ｌと測定されたインピーダンスが一致することがわかる。したがって、実際のインピーダンス値が図７のｙ２で示す広い範囲にて、精度良く酸素濃度センサ５のインピーダンスを算出することができる。

このように本発明に係る酸素濃度センサの制御装置では、酸素濃度センサのインピーダンス値が小さいときでも大きいときでも精度良くインピーダンスを算出することができるので、図８に示したｘ１の領域及びｘ２の領域にて酸素濃度センサの断線やショートの判定を精度良く行うこともできる。

なお、上述した酸素濃度センサの制御装置２００においては、回路定数を並列回路に切替えて抵抗値を変更するというものについて示したが、これには限定しない。例えば、スイッチにて異なる抵抗値を有するものに変更して回路定数を切替えても良い。

酸素濃度センサのインピーダンス算出の基本原理を説明するための酸素濃度センサの制御装置の構成を示す図である。 本発明の実施例に係る酸素濃度センサの制御装置を示す図である。 図１に示す酸素濃度センサの制御装置を用いた場合の、酸素濃度センサのインピーダンスとＡＤコンバータの出力電圧の関係を示す図である。 図２に示す酸素濃度センサの制御装置においてスイッチＳＷ１のみをＯＮにしたときの酸素濃度センサのインピーダンスとＡＤコンバータの出力電圧の関係を示す図である。 図２に示す酸素濃度センサの制御装置においてスイッチＳＷ２のみをＯＮにしたときの酸素濃度センサのインピーダンスとＡＤコンバータの出力電圧の関係を示す図である。 図１に示す酸素濃度センサの制御装置を用いた場合の、酸素濃度センサの実際のインピーダンスと算出されたインピーダンスの関係を示す図である。 図２に示す酸素濃度センサの制御装置を用いた場合の、酸素濃度センサの実際のインピーダンスと算出されたインピーダンスの関係を示す図である。 酸素濃度センサの素子温度とインピーダンスとの関係を示す図である。

符号の説明

１、２ ＡＤコンバータ
５ 酸素濃度センサ
１０ ＥＣＵ
１００、２００ 酸素濃度センサの制御装置
Ｒ１、Ｒ１１、Ｒ２、Ｒ２２、ＲＤ 抵抗
Ｃ１ コンデンサ
Ｔｐ、Ｔｎ トランジスタ
ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチ

Claims (7)

1. 酸素濃度を検出する車両用の酸素濃度センサの制御装置であって、
   前記酸素濃度センサのインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段を備え、
   前記インピーダンス算出手段は、複数の回路定数を有しており、前記回路定数を切り替える回路定数切り替え手段を備えていることを特徴とする酸素濃度センサの制御装置。
2. 前記回路定数切り替え手段は、前記算出されたインピーダンスに基づいて前記回路定数を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の酸素濃度センサの制御装置。
3. 抵抗とコンデンサから構成されるＲＣ回路を備えており、
   前記回路定数切り替え手段は、前記ＲＣ回路の抵抗成分を切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の酸素濃度センサの制御装置。
4. 前記酸素濃度センサを駆動するために電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記電圧印加手段に接続された第１の抵抗と、
   前記第１の抵抗の前記電圧印加手段と逆側の端子及び前記酸素濃度センサに接続された第２の抵抗と、
   前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接点の電圧を検出する第１の電圧検出手段と、
   前記第２の抵抗と前記酸素濃度センサとの接点の電圧を検出する第２の電圧検出手段と、を備え、
   前記インピーダンス算出手段は、前記第１の電圧検出手段が検出した電圧と前記第２の電圧検出手段が検出した電圧に基づいて前記インピーダンスを算出することを特徴とする請求項３に記載の酸素濃度センサの制御装置。
5. 前記回路定数切り替え手段は、
   前記算出されたインピーダンスが大きければ、前記第２の抵抗の抵抗値を小さくし、
   前記算出されたインピーダンスが小さければ、前記第１の抵抗の抵抗値を小さくすることを特徴とする請求項４に記載の酸素濃度センサの制御装置。
6. 前記回路定数切り替え手段は、前記抵抗を並列配列に切り替えることを特徴とする請求項３及至５のいずれか１項に記載の酸素濃度センサの制御装置。
7. 前記抵抗及び前記コンデンサの定数は、前記回路定数切り替え手段による切り替えの前後で前記ＲＣ回路が一定の時定数を維持するように決定されていることを特徴とする請求項３及至６のいずれか１項に記載の酸素濃度センサの制御装置。
   

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