JP2016024082A - 空燃比センサ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】起電力セル3a及び酸素ポンプセル3bとヒータ3cとを有した空燃比センサ3を制御する装置1は、起電力セル3aの出力電圧(ネルンスト電圧)を検出して酸素ポンプセル3bへのポンプ電流を調節する精密制御を行うセンサ駆動用IC5と、ヒータ3cにPWM信号形式のヒータ駆動信号を出力するマイコン8及び出力回路9からなるヒータ制御部7と、を備える。マイコン8のROM13には、センサ駆動用IC5が精密制御を実施する精密制御期間と、精密制御を実施しない非精密制御期間との、各々の時刻を示す期間テーブル17が記憶されている。マイコン8のCPU11は、ヒータ駆動信号を反転させるタイミングを、期間テーブル17に基づいて、精密制御期間から外れるように決定する。
【選択図】図1
Description
センサ駆動用ICは、起電力セルの出力電圧を検出して、その検出値を目標値にするためのポンプ電流を決定し、その決定したポンプ電流を酸素ポンプセルに流す。起電力セルの出力電圧を検出して、その検出値からポンプ電流を決定する制御は、精密制御と呼ばれる。そして、センサ駆動用ICは、酸素ポンプセルに流すポンプ電流の値を、マイコンへ例えば通信によって通知する。
ところで、センサ駆動用ICの状態は、精密制御を実施する状態と、精密制御を実施しない状態とに、交互に切り換わる。そして、センサ駆動用ICが精密制御を実施する期間(以下、精密制御期間という)中に、マイコンがヒータへの駆動信号を反転させてしまうと、センサ駆動用ICにおいて、起電力セルの出力電圧が正しく検出されず、その結果、空燃比の検出精度が悪化してしまう。尚、駆動信号の反転とは、ヒータに通電しない方の非アクティブレベルから通電する方のアクティブレベルへの反転と、アクティブレベルから非アクティブレベルへの反転との、両方である。
記憶手段には、センサ駆動部が精密制御を実施する期間である精密制御期間と、センサ駆動部が精密制御を実施しない期間である非精密制御期間との、各々の時刻を示すスケジュール情報が記憶されている。
このため、ヒータ制御部は、駆動信号をオフさせる前に、そのオフタイミングを、精密制御期間から外れるように、しかも、駆動信号のオン時間がヒータを制御するための要求値より長くならないように、決定することができる。よって、従来装置のような過昇温を防ぐことができる。同様に、ヒータ制御部は、駆動信号をオンさせる前に、そのオンタイミングを、精密制御期間から外れるように、しかも、駆動信号の周期が該周期の許容範囲を超えないように(より好ましくは許容範囲に入るように)、決定することができる。よって、従来装置のような温度の追従性悪化を防ぐことができる。
なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
本実施形態の電子制御装置(以下、ECUという)1は、例えば車両のエンジンを制御する装置であるが、ここでは、空燃比センサに関する部分について説明する。
空燃比センサ3は、酸素濃淡電池である起電力セル3aと、酸素ポンプセル3bとの、2つのセル3a,3bを有した2セルタイプの空燃比センサである。空燃比センサ3は、排気ガスが導入される測定ガス空間と基準ガス空間との酸素濃度差に応じた起電力セル3aの出力電圧(ネルンスト電圧)が目標値となるように、酸素ポンプセル3bに流れるポンプ電流が制御されて、そのポンプ電流が空燃比を表すこととなるセンサである。
ヒータ3cの制御モード(以下、ヒータ制御モード、あるいは単に、モードという)としては、図3に示すように、結露乾燥制御と、急速昇温制御と、フィードバック(F/B)制御とがある。図3における縦軸の「ヒータ駆動デューティ」とは、ヒータ3cに出力するヒータ駆動信号のデューティ比のことである。
PWM回路15は、CPU11によって、駆動指示信号のオンタイミングとオフタイミングとが、設定されることにより指示される。駆動指示信号のオンタイミングとは、駆動指示信号をヒータ3cに通電しない方の非アクティブレベル(この例ではロー)からヒータ3cに通電する方のアクティブレベル(この例ではハイ)へ反転させるタイミングである。駆動指示信号のオフタイミングは、駆動指示信号をハイからローに反転させるタイミングである。
期間テーブル17は、センサ駆動用IC5における精密制御期間と非精密制御期間との、各々の時刻を示すスケジュール情報である。
即ち、結露乾燥制御のモードにおいては、そのモードの開始時(スタート)から、時間T1(=6310μs)が経過するまでが、非精密制御期間であり、その後、時間T2(=1400μs)が経過するまでが、精密制御期間である。その後、時間T3(=640μs)が経過するまでが、非精密制御期間であり、その後、時間T4(=1640μs)が経過するまでが、精密制御期間である。以後は、この繰り返しである。また、急速昇温制御のモードにおいては、そのモードの開始時から、時間T5(=253μs)が経過するまでが、非精密制御期間であり、その後、時間T6(=413μs)が経過するまでが、精密制御期間である。以後は、この繰り返しである。同様に、フィードバック制御のモードにおいては、そのモードの開始時から、時間T7(=253μs)が経過するまでが、非精密制御期間であり、その後、時間T8(=413μs)が経過するまでが、精密制御期間である。以後は、この繰り返しである。
CPU11は、ヒータ駆動信号をハイにしてからローにするまでのオン時間を、ヒータ3cの制御ロジックに基づいて算出する。ヒータ3cの制御ロジックは、プログラム12としてROM13に記憶されている。オン時間は、ヒータ駆動信号の1周期におけるハイ時間(即ち、1周期中の通電時間)である。ヒータ駆動信号(PWM信号)の1周期に対するオン時間の比率が、デューティ比である。ヒータ3cの制御ロジックに基づいて算出されるオン時間は、ヒータ3cを制御するために要求されるオン時間であることから、要求オン時間という。
CPU11は、各ヒータ制御モードについて、期間テーブル17を用いて、図6に示すような要求オン期間−指示オン期間変換テーブル(以下単に、オン期間変換テーブルという)を作成する。尚、要求オン期間とは、ヒータ駆動信号のオンタイミングから要求オン時間が経過するまでの期間のことである。また、指示オン期間とは、PWM回路15に指示するオンタイミングからオフタイミングまでの期間のことである。
CPU11は、ヒータ駆動信号をハイに反転させる前毎に、ヒータ駆動信号のオンタイミングを、前述の期間テーブル17に基づいて、下記〈1〉〜〈3〉の条件が成立するように決定する。尚、出力回路9がヒータ駆動信号をハイに反転させる前毎とは、換言すれば、PWM回路15が出力回路9への駆動指示信号をハイに反転させる前毎、ということでもある。また、CPU11は、処理の上では、PWM回路15に指示する駆動指示信号のオンタイミングを、ヒータ駆動信号のオンタイミングとして決定する。
〈2〉図7における点線の楕円内に示すように、今回オンタイミングと、前回決定したオンタイミングである前回オンタイミングとの間隔T0が、ヒータ駆動信号の周期の許容範囲(TCmin〜TCmaxまでの範囲であり、以下、周期許容範囲という)内である。尚、「TCmin」は、周期の許容最小値であり、「TCmax」は、周期の許容最大値である。
CPU11は、上記「処理内容3」で決定したオンタイミング(今回オンタイミング)から、上記「処理内容1」で算出した要求オン時間だけ後のタイミング(時刻)を、前述のオン期間変換テーブル(図6)に入力時刻として代入することで、ヒータ駆動信号のオフタイミングを決定する。尚、CPU11は、処理の上では、PWM回路15に指示する駆動指示信号のオフタイミングを、ヒータ駆動信号のオフタイミングとして決定する。
[処理内容5:要求オン時間の補正]
CPU11は、前回のオフタイミングを決定した際に、非精密制御期間の終了タイミングをオフタイミングとして決定した場合には、今回のオフタイミングを決定するために用いる要求オン時間に、補正値ΔTを加算する。その補正値ΔTは、前回のオフタイミングを決定するのに用いられた要求オン時間(以下、前回使用の要求オン時間という)と、前回のオンタイミングから前回のオフタイミングまでの時間(即ち、前回の指示オン時間であり、前回の実際のオン時間)との差分である。
出力回路9には動作遅延がある。つまり、マイコン8から出力回路9への駆動指示信号が反転してから、ヒータ駆動信号の出力レベルが反転するまでには、遅れがある。また、マイコン8内のPWM回路15から出力回路9への信号経路にも信号伝搬遅延がある。
CPU11は、ECU1への電源投入に伴って動作を開始すると、図8のヒータ制御処理を実行する。
CPU11は、次のS130にて、「処理内容5」で説明した要求オン時間の補正値ΔTを算出する。補正値ΔTは、前述したように、前回使用の要求オン時間から前回の指示オン時間を引いた値である。
次に、ECU1の作用について、図9の例を用いて説明する。
図9において、時刻t11から「要求周期」だけ後の時刻t14は、本来ならば次のオンタイミングとなるべきである。しかし、この例において、時刻t14は、精密制御期間に入っている。このため、図8のS120により、時刻t14に最も近い非制御期間内の時刻t15が、時刻t11の次のオンタイミングとして決定されたとする。尚、時刻t11から時刻t15までの時間は、前述の「指示周期」であり、ヒータ駆動信号の実際の周期となるが、時刻t15は、その実際の周期が周期許容範囲内となるように決定される。
このため、図8のS140で算出された要求オン時間が「Tron2」であるとすると、図8のS150では、「Tron2+ΔT」がオフタイミング決定用の要求オン時間(補正後の要求オン時間)として算出される。
また、「処理内容4」で説明したように、マイコン8のCPU11は、決定したオンタイミングから要求オン時間だけ後のタイミングが、精密制御期間に入っていなければ、その要求オン時間だけ後のタイミングを、オフタイミングとして決定する。一方、オンタイミングから要求オン時間だけ後のタイミングが精密制御期間に入っていれば、その要求オン時間だけ後のタイミングが入っている精密制御期間の直前に存在する非精密制御期間の終了タイミングを、オフタイミングとして決定する。
例えば、ECU1のマイコン8から他のECUへ空燃比の検出結果が送られて、そのECUが燃料噴射の制御を実施しても良い。つまり、ECU1は、空燃比を検出するための専用装置であっても良い。
Claims (7)
- 起電力セル(3a)及び酸素ポンプセル(3b)と、それらを加熱するためのヒータ(3c)と、を有した空燃比センサ(3)を制御する空燃比センサ制御装置であって、
前記起電力セルの出力電圧を検出して、その検出値を目標値にするための前記酸素ポンプセルへのポンプ電流を決定する精密制御を実施し、その精密制御で決定したポンプ電流を前記酸素ポンプセルに流すセンサ駆動部(5)と、
前記ヒータにPWM信号の形式の駆動信号を出力するヒータ制御部(7(8,9))と、を備え、
前記センサ駆動部の状態は、前記精密制御を実施する状態と、前記精密制御を実施しない状態とに、交互に切り換わるようになっており、
前記ヒータ制御部は、
前記センサ駆動部が前記精密制御を実施する期間である精密制御期間と、前記センサ駆動部が前記精密制御を実施しない期間である非精密制御期間との、各々の時刻を示すスケジュール情報(17)が記憶された記憶手段(13)と、
前記駆動信号を前記ヒータに通電しない方の非アクティブレベルから前記ヒータに通電する方のアクティブレベルへ反転させるオンタイミングと、前記駆動信号を前記アクティブレベルから前記非アクティブレベルへ反転させるオフタイミングとを、前記スケジュール情報に基づいて、前記精密制御期間から外れるように決定するタイミング決定手段(11,S120,S160)と、
前記タイミング決定手段により決定された前記オンタイミングと前記オフタイミングとが指示され、前記指示されたオンタイミングが到来すると前記駆動信号の出力レベルを前記アクティブレベルに反転させ、前記指示されたオフタイミングが到来すると前記駆動信号の出力レベルを前記非アクティブレベルに反転させる信号出力手段(9,15)と、を備えること、
を特徴とする空燃比センサ制御装置。 - 請求項1に記載の空燃比センサ制御装置において、
前記ヒータ制御部は、
前記駆動信号を前記アクティブレベルにしてから前記非アクティブレベルにするまでのオン時間を、前記ヒータの制御ロジックに基づいて算出するオン時間算出手段(11,S140)、を備え、
前記タイミング決定手段は、
前記駆動信号の前記オンタイミングを、前記スケジュール情報に基づいて、前記精密制御期間から外れるように決定する第1の決定手段(11,S120)と、
前記第1の決定手段により決定された前記オンタイミングと、前記オン時間算出手段により算出された前記オン時間と、前記スケジュール情報とに基づいて、前記駆動信号の前記オフタイミングを、前記精密制御期間から外れるように決定する第2の決定手段(11,S160)と、を備え、
前記第2の決定手段は、
前記第1の決定手段により決定された前記オンタイミングから前記オン時間だけ後のタイミングが、前記精密制御期間に入っていなければ、前記オン時間だけ後のタイミングを、前記オフタイミングとして決定し、前記オン時間だけ後のタイミングが前記精密制御期間に入っていれば、前記オン時間だけ後のタイミングが入っている前記精密制御期間の直前に存在する前記非精密制御期間の終了タイミングを、前記オフタイミングとして決定すること、
を特徴とする空燃比センサ制御装置。 - 請求項2に記載の空燃比センサ制御装置において、
前記第2の決定手段が、前回の前記オフタイミングを決定した際に、前記非精密制御期間の終了タイミングを前記オフタイミングとして決定した場合には、前回の前記オフタイミングを決定するのに用いられた前記オン時間と、前回の前記オンタイミングから前回の前記オフタイミングまでの時間との差分を、前記第2の決定手段が今回の前記オフタイミングを決定するために用いる前記オン時間に加算するオン時間補正手段(11,S130,S150)、を備えること、
を特徴とする空燃比センサ制御装置。 - 請求項2または請求項3に記載の空燃比センサ制御装置において、
前記第1の決定手段は、前記オンタイミングの間隔が前記駆動信号の周期の許容範囲に入るように、前記オンタイミングを決定すること、
を特徴とする空燃比センサ制御装置。 - 請求項4に記載の空燃比センサ制御装置において、
前記第1の決定手段は、前記信号出力手段が前記駆動信号の出力レベルを前記アクティブレベルに反転させる前毎に、前記オンタイミングを、下記〈1〉及び〈2〉の条件が成立するように決定すること、
を特徴とする空燃比センサ制御装置。
〈1〉今回決定する前記オンタイミングである今回オンタイミングが、前記精密制御期間から外れる。
〈2〉前記今回オンタイミングと前回決定した前記オンタイミングとの間隔が、前記許容範囲内である。 - 請求項5に記載の空燃比センサ制御装置において、
前記第1の決定手段は、前記オンタイミングを、更に下記〈3〉の条件が成立するように決定すること、
を特徴とする空燃比センサ制御装置。
〈3〉前記今回オンタイミングを起点にして前記許容範囲内の時間ずつ後のN個(Nは1以上の整数)のタイミングが、前記精密制御期間から外れる。 - 請求項1ないし請求項6の何れか1項に記載の空燃比センサ制御装置において、
前記信号出力手段は、
前記指示されたオンタイミングが到来してから前記駆動信号の出力レベルを前記アクティブレベルに反転させるまでに第1の遅延時間を有し、前記指示されたオフタイミングが到来してから前記駆動信号の出力レベルを前記非アクティブレベルに反転させるまでに第2の遅延時間を有しており、
当該空燃比センサ制御装置は、
前記タイミング決定手段により決定された前記オンタイミングを前記第1の遅延時間だけ前にずらすと共に、前記タイミング決定手段により決定された前記オフタイミングを前記第2の遅延時間だけ前にずらす補正を行う遅延補正手段(11,S170)と、
前記遅延補正手段により補正された後の前記オンタイミングと前記オフタイミングとを、前記信号出力手段に指示する指示手段(11,S180)と、を備えること、
を特徴とする空燃比センサ制御装置。
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