JP2013190296A - 酸素センサ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内部抵抗検知手段S3と、被制御内部抵抗取得手段S4〜S11と、ヒータ通電制御手段S12とを備え、被制御内部抵抗取得手段は、内部抵抗R(n)の検知タイミングがリーン期間TL中に到来したときは、検知された内部抵抗R(n)を被制御内部抵抗Rfとし、内部抵抗R(n)の検知タイミングがリッチ期間TR中に到来したときは、最新リーン抵抗R(k)に基づいて、検知された内部抵抗R(n)から、これに含まれるリーン状態とリッチ状態との相違に起因する偏差を除く補正をした値を被制御内部抵抗Rfとする酸素センサ制御装置1。
【選択図】図3
Description
また、このようなリーン状態とリッチ状態における内部抵抗の偏差は、酸素センサの周囲の排気ガス温度が相違する場合にも確認されている。具体的には、排気ガス温度の相違に対応する内部抵抗の変化の度合いは、リーン状態よりもリッチ状態の方が大きい傾向にある。即ち、検知される内部抵抗の値について、リーン状態に比して、リッチ状態の方が、周囲の排気ガス温度の影響を受けやすい。
以下、本発明の第1の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1は、本実施形態1に係る酸素センサ制御装置1の概略構成を示す図である。酸素センサ制御装置1は、図示しない内燃機関を備える車両(図示しない)に搭載され、酸素センサ2に接続して、これを制御し、内燃機関の排気ガス中の酸素濃度に感応して、内燃機関における空燃比を理論空燃比よりもリッチ側として燃焼させたかリーン側として燃焼させたかを検出する。
なお、酸素センサ2は、検出素子3が活性化温度とされたときに、センサ出力Vout(起電力)が、理論空燃比を境にして、リッチ状態とリーン状態との間で二値的に急峻に変化し、リーン状態では約0.05V、リッチ状態では約0.9Vを示す特性を有する。
I=(Vcc−EV)/(R1+R) …(1)
また、電流Iによって内部抵抗Rに生じる電圧降下VFは、次式(2)となる。
VF=R×(Vcc−EV)/(R1+R) …(2)
Vout(OFF)=EV …(3)
一方、スイッチング素子Trをオンしたときに出力検出回路13で測定されるセンサ出力Vout(ON)は、内部抵抗Rに生じる電圧降下VFと起電力EVとの和となるので、次式(4)で与えられる。
Vout(ON)=VF+EV …(4)
これにより、センサ出力Vout(ON)とセンサ出力Vout(OFF)との差分、即ち、電圧の応答変化量ΔVは、次式(5)で与えられる。
ΔV=Vout(ON)−Vout(OFF)=(VF+EV)−EV=VF …(5)
従って、この応答変化量ΔVを取得し、式(2)及び式(5)から得られる次式(6)を用いて内部抵抗Rによる電圧降下を算出することにより、検出素子3の内部抵抗Rを検知することができる。
R=R1×ΔV/((Vcc−EV)−ΔV) …(6)
なお、内部抵抗Rは、所定の検知タイミング毎に時系列として得られるので、以下では、内部抵抗R(n)(nは、順序を示す整数)としても表す場合がある。
また、これに続くk+1番目からk+3番目の3回の検知タイミングは、いずれもリッチ期間TR中に到来し、各タイミングで内部抵抗R(n)として、R(k+1),R(k+2),R(k+3)を検知したとする。
そして、続くk+4番目の検知タイミングは、リーン期間TL中に到来し、内部抵抗R(n)として、R(k+4)を検知したとする。
なお、被制御内部抵抗Rfの算出に用いた抵抗差ΔR(=R(k+1)−R(k))は、k+1番目の検知タイミングの後、連続してリッチ期間TR中に到来したk+2番目及びk+3番目の検知タイミングでは更新しない。即ち、k+1番目の検知タイミングで保存された抵抗差ΔRを、k+2番目及びk+3番目の検知タイミングでも用いる。このようにして補正をした値(被制御内部抵抗Rf)は、最新リーン抵抗R(k)に、リッチ期間TR中に到来した各検知タイミングにおける内部抵抗R(n)(具体的には、R(k+1),R(k+2),R(k+3))に含まれる、第1リッチ抵抗R(k+1)を基準とした内部抵抗の変動分を加えた値となる。
図3に示す制御プログラムは、マイクロプロセッサ10が実行するプログラムのうち、センサ出力Voutの取得のほか、内部抵抗R(n)を検知し、被制御内部抵抗Rfを得て、ヒータ4の通電制御を行う処理のフローを示している。
ステップS3では、パルス信号出力回路11、電圧シフト回路12及び出力検出回路13を用いて、検出素子3の内部抵抗R(n)を取得する。
次いで、第2の実施の形態について説明する。実施形態1では、内部抵抗R(n)の検知タイミングがリーン期間TL中に到来したときは、検知された内部抵抗R(n)をそのまま被制御内部抵抗Rfとし、ヒータ4への通電を制御した。一方、内部抵抗R(n)の検知タイミングがリッチ期間TR中に到来したときは、検知した内部抵抗を補正をした値(R(n)−ΔR)を被制御内部抵抗Rf(=R(n)−ΔR)とし、ヒータ4への通電を制御した。これに対し、本実施形態2では、内部抵抗R(n)の検知タイミングがリッチ期間TR中に到来したときは、最新リーン抵抗R(k)を被制御内部抵抗Rf(=R(k))とし、ヒータ4への通電を制御する点で異なる。それ以外については、図1に示す実施形態1の構成と同様である。そこで、異なる部分を中心に説明し、同様の部分については説明を省略あるいは簡略化する。
なお、本実施形態2では、リッチ期間TR中に到来した各検知タイミングで内部抵抗R(n)を検知したが、上述の通り、検知された内部抵抗R(n)はヒータ制御に用いない。そこで、リッチ期間TR中に検知タイミングが到来した場合には、内部抵抗R(n)を検知しない構成とすることも可能である。
図5に示す制御プログラムは、実施形態1と同様に、マイクロプロセッサ10が実行するプログラムのうち、センサ出力Voutの取得のほか、内部抵抗R(n)を検知し、被制御内部抵抗Rfを得て、ヒータ4の通電制御を行う処理のフローを示している。
ステップS23では、パルス信号出力回路11、電圧シフト回路12及び出力検出回路13を用いて、検出素子3の内部抵抗R(n)を取得する。
2 酸素センサ
3 検出素子
3P,3N 電極
4 ヒータ
R 内部抵抗
Vout センサ出力
10 マイクロプロセッサ
11 パルス信号出力回路(内部抵抗検知手段)
12 電圧シフト回路(内部抵抗検知手段)
13 出力検出回路(内部抵抗検知手段)
14 ヒータ制御回路(ヒータ通電制御手段)
TL リーン期間
TR リッチ期間
R(n) 内部抵抗(計測値)
Rf 被制御内部抵抗
RT 目標抵抗値
R(k) 最新リーン抵抗
R(k+1) 第1リッチ抵抗
ΔR 抵抗差
S3,S23 内部抵抗検知手段
S12,S26 ヒータ通電制御手段
S4〜S11,S24〜S25 被制御内部抵抗取得手段
Claims (3)
- 固体電解質体からなる検出素子、及び、上記検出素子を加熱するヒータを有し、内燃機関の排気ガス中の酸素濃度に感応し、空燃比に対するセンサ出力が、理論空燃比を境にして、リッチ状態とリーン状態との間で急峻に変化する特性を有する酸素センサを制御する酸素センサ制御装置であって、
上記検出素子の電極間の電圧または上記電極間を流れる電流について一時的な変化を生じさせると共に、この変化に応答して生じる電圧または電流の応答変化量に基づいて、上記検出素子の内部抵抗を検知する内部抵抗検知手段と、
上記内部抵抗に基づいて、被制御内部抵抗を得る被制御内部抵抗取得手段と、
上記被制御内部抵抗が目標抵抗値となるように、上記ヒータへの通電をフィードバック制御するヒータ通電制御手段と、を備え、
上記被制御内部抵抗取得手段は、
上記内部抵抗の検知タイミングが、上記センサ出力が上記リーン状態を示すリーン期間中に到来したときは、検知された上記内部抵抗を上記被制御内部抵抗とし、
上記内部抵抗の検知タイミングが、上記センサ出力が上記リッチ状態を示すリッチ期間中に到来したときは、当該検知タイミングより前で上記リーン期間中に検知された上記内部抵抗のうち、最後に検知された最新リーン抵抗に基づいて、検知された上記内部抵抗から、これに含まれる上記リーン状態と上記リッチ状態との相違に起因する偏差を除く補正をした値を上記被制御内部抵抗とする
酸素センサ制御装置。 - 請求項1に記載の酸素センサ制御装置であって、
前記被制御内部抵抗取得手段は、
前記補正をした値として、
前記最新リーン抵抗が検知された後で最初に検知された、前記リッチ期間中の前記内部抵抗である第1リッチ抵抗と、上記最新リーン抵抗との差分である抵抗差を、検知された上記内部抵抗から差し引いた値を得て、これを前記被制御内部抵抗とする
酸素センサ制御装置。 - 固体電解質体からなる検出素子、及び、上記検出素子を加熱するヒータを有し、内燃機関の排気ガス中の酸素濃度に感応し、空燃比に対するセンサ出力が、理論空燃比を境にして、リッチ状態とリーン状態との間で急峻に変化する特性を有する酸素センサを制御する酸素センサ制御装置であって、
上記検出素子の電極間の電圧または上記電極間を流れる電流について一時的な変化を生じさせると共に、この変化に応答して生じる電圧または電流の応答変化量に基づいて、上記検出素子の内部抵抗を検知する内部抵抗検知手段と、
上記内部抵抗に基づいて、被制御内部抵抗を得る被制御内部抵抗取得手段と、
上記被制御内部抵抗が目標抵抗値となるように、上記ヒータへの通電をフィードバック制御するヒータ通電制御手段と、を備え、
上記被制御内部抵抗取得手段は、
上記内部抵抗の検知タイミングが、上記センサ出力が上記リーン状態を示すリーン期間中に到来したときは、検知された上記内部抵抗を上記被制御内部抵抗とし、
上記内部抵抗の検知タイミングが、上記センサ出力が上記リッチ状態を示すリッチ期間中に到来したときは、当該検知タイミングより前で上記リーン期間中に検知された上記内部抵抗のうち、最後に検知された最新リーン抵抗を上記被制御内部抵抗とする
酸素センサ制御装置。
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