JP2018116029A - Impedance detection device of oxygen concentration sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、酸素濃度センサのインピーダンスを検出する装置に関する。 The present disclosure relates to an apparatus for detecting impedance of an oxygen concentration sensor.
酸素濃度センサのインピーダンスを検出する装置として、例えば、特許文献1又は特許文献2に記載されたものがある。以下では、酸素濃度センサのことを、単にセンサともいう。また、酸素濃度センサのインピーダンスのことを、センサインピーダンス、あるいは単に、インピーダンスともいう。
As an apparatus for detecting the impedance of an oxygen concentration sensor, for example, there is one described in Patent Document 1 or
特許文献1の装置では、センサと電流検出抵抗との直列回路に所定の固定電圧を印加して、センサの両端電圧ΔVsと電流検出抵抗の両端電圧ΔVrとを検出し、その2つの両端電圧ΔVs,ΔVrからセンサインピーダンスを算出している。このような方式を、以下では、固定電圧印加方式という。尚、電流検出抵抗の抵抗値は既知であるため、電流検出抵抗の両端電圧ΔVrを検出することは、センサに流れた電流を検出することに相当する。 In the apparatus of Patent Document 1, a predetermined fixed voltage is applied to a series circuit of a sensor and a current detection resistor to detect a voltage ΔVs across the sensor and a voltage ΔVr across the current detection resistor, and the two voltages ΔVs across the two. , ΔVr, the sensor impedance is calculated. Hereinafter, such a method is referred to as a fixed voltage application method. Since the resistance value of the current detection resistor is known, detecting the voltage ΔVr across the current detection resistor corresponds to detecting the current flowing through the sensor.
特許文献2の装置では、センサと電流検出抵抗との直列回路に所定の固定電流を印加して、センサの両端電圧ΔVsと電流検出抵抗の両端電圧ΔVrとを検出し、その2つの両端電圧ΔVs,ΔVrからセンサインピーダンスを算出している。このような方式を、以下では、固定電流印加方式という。
In the apparatus of
固定電圧印加方式と固定電流印加方式との何れにおいても、センサに対して直列に電流検出抵抗を設けることとなり、回路規模の大型化を招きやすい。更に、センサインピーダンスの十分な検出精度を確保するためには、少なくとも、抵抗値精度の高い電流検出抵抗が必要となり、装置の高コスト化を招きやすい。 In either of the fixed voltage application method and the fixed current application method, a current detection resistor is provided in series with the sensor, which tends to increase the circuit scale. Furthermore, in order to ensure sufficient detection accuracy of the sensor impedance, at least a current detection resistor with high resistance value accuracy is required, which tends to increase the cost of the device.
また、センサインピーダンスの検出精度を確保するためには、センサの両端電圧ΔVsと、電流検出抵抗の両端電圧ΔVrとが、電圧の検出分解能よりも大きな電圧となるようにする必要がある。しかし、固定電圧印加方式において、センサインピーダンスが小さい場合には、センサの両端電圧ΔVsが小さくなり、センサインピーダンスが大きい場合には、電流検出抵抗の両端電圧ΔVrが小さくなる。固定電流印加方式においても、センサインピーダンスが小さい場合には、センサの両端電圧ΔVsが小さくなる。 Further, in order to ensure the detection accuracy of the sensor impedance, it is necessary to make the voltage across the sensor ΔVs and the voltage across the current detection resistor ΔVr larger than the voltage detection resolution. However, in the fixed voltage application method, when the sensor impedance is small, the voltage across the sensor ΔVs is small, and when the sensor impedance is large, the voltage across the current detection resistor ΔVr is small. Even in the fixed current application method, when the sensor impedance is small, the voltage ΔVs across the sensor is small.
このため、固定電圧印加方式において、センサインピーダンスの検出精度を確保するためには、上記直列回路に印加する電圧(以下、印加電圧)を大きくすることが考えられる。同様に、固定電流印加方式において、センサインピーダンスの検出精度を確保するためには、上記直列回路に印加する電流(以下、印加電流)を大きくすることが考えられる。しかし、印加電圧又は印加電流を大きくするにしても、センサインピーダンスが大きい場合にセンサの両端電圧ΔVsが該センサの定格電圧を超えないようにする必要がある。よって、センサに対して直列に電流検出抵抗を設ける上記各方式では、センサインピーダンスの検出精度を確保し難い。 For this reason, in the fixed voltage application method, in order to ensure the detection accuracy of the sensor impedance, it is conceivable to increase the voltage applied to the series circuit (hereinafter, applied voltage). Similarly, in the fixed current application method, in order to ensure the detection accuracy of the sensor impedance, it is conceivable to increase the current applied to the series circuit (hereinafter, applied current). However, even if the applied voltage or the applied current is increased, it is necessary that the voltage across the sensor ΔVs does not exceed the rated voltage of the sensor when the sensor impedance is large. Therefore, in each of the above methods in which a current detection resistor is provided in series with the sensor, it is difficult to ensure sensor impedance detection accuracy.
そこで、本開示は、酸素濃度センサに対して直列に電流検出抵抗を設けなくても、センサインピーダンスを検出可能な新規の技術を提供する。 Therefore, the present disclosure provides a novel technique capable of detecting sensor impedance without providing a current detection resistor in series with the oxygen concentration sensor.
本開示の酸素濃度センサのインピーダンス検出装置は、静電容量を有する容量素子(7)と、充電部(11,19,S110,S160)と、放電部(12,19,S170,S230)と、放電中検出部(17,19,S180,S190)と、インピーダンス算出部(19,S210)と、を備える。 The impedance detection device of the oxygen concentration sensor of the present disclosure includes a capacitive element (7) having a capacitance, a charging unit (11, 19, S110, S160), a discharging unit (12, 19, S170, S230), A discharge detection unit (17, 19, S180, S190) and an impedance calculation unit (19, S210) are provided.
充電部は、容量素子を所定電圧で充電する。放電部は、充電部により充電された容量素子から酸素濃度センサ(3)に放電させる。放電中検出部は、放電部による放電が開始されてから所定の放電時間が経過したときの容量素子の電圧を検出する。インピーダンス算出部は、放電中検出部により検出された電圧を用いて、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部によって算出されたインピーダンスが、当該インピーダンス検出装置によって検出されたインピーダンスに相当する。 The charging unit charges the capacitive element with a predetermined voltage. The discharging unit discharges the oxygen concentration sensor (3) from the capacitive element charged by the charging unit. The during-discharge detection unit detects the voltage of the capacitive element when a predetermined discharge time has elapsed since the start of discharge by the discharge unit. The impedance calculation unit calculates the impedance of the oxygen concentration sensor using the voltage detected by the detection unit during discharge. The impedance calculated by the impedance calculation unit corresponds to the impedance detected by the impedance detection device.
このような構成によれば、酸素濃度センサに対して直列に電流検出抵抗を設けなくても、センサインピーダンスを検出することができる。また、上記放電時間を適宜設定することにより、放電中検出部により検出される電圧がセンサインピーダンスの検出に適した所望の範囲内の電圧となるようにすることができる。このため、前述した従来の方式と比較して、センサインピーダンスの検出精度を確保し易い。 According to such a configuration, the sensor impedance can be detected without providing a current detection resistor in series with the oxygen concentration sensor. Further, by appropriately setting the discharge time, the voltage detected by the detecting unit during discharge can be set to a voltage within a desired range suitable for sensor impedance detection. For this reason, it is easy to ensure the detection accuracy of the sensor impedance as compared with the conventional method described above.
尚、この欄及び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、本開示の技術的範囲を限定するものではない。 In addition, the code | symbol in the parenthesis described in this column and a claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later as one aspect, Comprising: The technical scope of this indication is shown. It is not limited.
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
[1.第1実施形態]
[1−1.構成]
図1に示すように、第1実施形態のインピーダンス検出装置に相当する電子制御装置(以下、ECU)1には、酸素濃度センサ(以下、センサ)3の一端が接続されている。センサ3の他端は、ECU1の外部において、グランドラインに接続されている。ECUは、「Electronic Control Unit」の略である。以下では、センサ3のグランドライン側とは反対側の端部、即ち、ECU1に接続される方の端部を、センサ3のプラス側端子と言う。
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
[1. First Embodiment]
[1-1. Constitution]
As shown in FIG. 1, one end of an oxygen concentration sensor (hereinafter referred to as a sensor) 3 is connected to an electronic control device (hereinafter referred to as an ECU) 1 corresponding to the impedance detection device of the first embodiment. The other end of the sensor 3 is connected to the ground line outside the ECU 1. ECU is an abbreviation for “Electronic Control Unit”. Hereinafter, the end of the sensor 3 opposite to the ground line side, that is, the end connected to the ECU 1 is referred to as a positive terminal of the sensor 3.
センサ3は、車両のエンジンの排気経路に配置される。センサ3は、特定の空燃比(例えば、理論空燃比)で出力電圧が急変する特性を有したセンサである。このようなセンサは酸素センサあるいはO2センサと呼ばれる。 The sensor 3 is disposed in the exhaust path of the vehicle engine. The sensor 3 is a sensor having a characteristic that an output voltage changes suddenly at a specific air-fuel ratio (for example, a theoretical air-fuel ratio). Such a sensor is called an oxygen sensor or an O 2 sensor.
このため、ECU1は、センサ3の出力電圧を検出し、その検出結果に基づいて、実際の空燃比が上記特定の空燃比となるように、エンジンへの燃料噴射量を補正する。
また、ECU1は、センサ3のインピーダンスを検出することで、そのインピーダンスと相関があるセンサ3の温度を推定し、センサ3内に実装されているヒータを、上記推定した温度が目標温度となるように制御する。
For this reason, the ECU 1 detects the output voltage of the sensor 3 and corrects the fuel injection amount to the engine so that the actual air-fuel ratio becomes the specific air-fuel ratio based on the detection result.
Further, the ECU 1 detects the impedance of the sensor 3 to estimate the temperature of the sensor 3 having a correlation with the impedance, so that the estimated temperature of the heater mounted in the sensor 3 becomes the target temperature. To control.
尚、図1において、センサ3内のヒータは図示が省略されている。また、ヒータの制御や燃料噴射量の補正については、本開示のインピーダンス検出装置との関連性が低いため、詳細な説明を省略する。以下では、センサ3のインピーダンスを検出することについて詳細に説明する。 In FIG. 1, the heater in the sensor 3 is not shown. Further, the heater control and the fuel injection amount correction are not related to the impedance detection device of the present disclosure, and thus detailed description thereof is omitted. Hereinafter, detection of the impedance of the sensor 3 will be described in detail.
図1に示すように、センサ3の等価回路は、電極間容量3aと電極界面抵抗3bとの並列な回路と、センサ3の素子を構成しているジルコニアのインピーダンスRsと起電力成分3cとが、直列に接続された回路として表される。検出対象であるセンサ3のインピーダンスは、詳しくは、上記ジルコニアのインピーダンスRsである。このため、以下では、センサ3のインピーダンスの符号として「Rs」を用いる。センサ3には、電極界面抵抗3bがあるため、ECU1は、インピーダンスRsを検出するために、センサ3に対して交流的な電圧を印加する。交流的な電圧とは、時間に対して値が変化する電圧のことである。
As shown in FIG. 1, the equivalent circuit of the sensor 3 includes a parallel circuit of an
ECU1は、静電容量を有するコンデンサ7と、電圧生成回路9と、第1スイッチ11と、第2スイッチ12と、第3スイッチ13と、抵抗15と、電圧検出部17と、制御部19と、を備える。
The ECU 1 includes a capacitor 7 having electrostatic capacity, a
コンデンサ7の一端は、グランドラインに接続されている。以下では、コンデンサ7のグランドライン側とは反対側の端部を、コンデンサ7のプラス側端子と言う。
電圧生成回路9は、電源電圧Voから一定の所定電圧(例えば、1.3V)VDを生成して、その所定電圧VDを出力部9aから出力する。電源電圧Voは例えば車両のバッテリ電圧である。
One end of the capacitor 7 is connected to the ground line. Hereinafter, the end portion of the capacitor 7 opposite to the ground line side is referred to as a positive terminal of the capacitor 7.
The
第1スイッチ11は、電圧生成回路9の出力部9aとコンデンサ7のプラス側端子との間の経路に設けられている。この第1スイッチ11が設けられる経路は、電圧生成回路9からコンデンサ7への充電経路である。第1スイッチ11がオンすることで、充電経路が導通して、コンデンサ7が電圧生成回路9からの所定電圧VDにより充電される。また、第1スイッチ11がオフすれば、充電経路が切断される。
The
第2スイッチ12は、コンデンサ7のプラス側端子とセンサ3のプラス側端子との間の経路に設けられている。この第2スイッチ12が設けられる経路は、コンデンサ7からセンサ3への放電経路である。第2スイッチ12がオンすることで、放電経路が導通して、コンデンサ7からセンサ3へ放電される。また、第2スイッチ12がオフすれば、放電経路が切断される。
The
第3スイッチ13は、センサ3のプラス側端子とグランドラインとの間に設けられている。つまり、第3スイッチ13は、センサ3に対して並列に設けられている。第3スイッチ13がオンすることで、センサ3の両端が導通し、センサ3に充電されていた電荷が放電される。
The
また、第2スイッチ12がオンしている状態では、第3スイッチ13は、コンデンサ7に対しても並列に設けられていることになる。よって、第2スイッチ12がオンしている場合に第3スイッチ13がオンすれば、コンデンサ7の両端も導通して、コンデンサ7に充電されていた電荷が放電される。
When the
抵抗15も、第3スイッチ13と同様に、センサ3のプラス側端子とグランドラインとの間に設けられている。つまり、抵抗15も、センサ3に対して並列に設けられている。
電圧検出部17は、第1スイッチ11とコンデンサ7のプラス側端子とを接続する経路の電圧を、コンデンサ7のプラス側端子の電圧(即ち、コンデンサ7の電圧)Vaとして検出する。また、電圧検出部17は、第2スイッチ12とセンサ3のプラス側端子とを接続する経路の電圧を、センサ3のプラス側端子の電圧(即ち、センサ3の電圧)Vbとして検出する。以下では、電圧Vaのことを、コンデンサ電圧とも言う。また、電圧Vbのことを、センサ電圧とも言う。尚、第2スイッチ12がオンしている場合、コンデンサ電圧Vaとセンサ電圧Vbは、同じになる。
The
The
電圧検出部17は、A/D変換器によって構成されており、制御部19によって制御される。そして、電圧検出部17は、検出した電圧Va,Vbの値を示すデジタル信号を、検出結果として制御部19に出力する。
The
制御部19は、第1スイッチ11、第2スイッチ12及び第3スイッチ13と電圧検出部17とを制御すると共に、電圧検出部17による検出結果を用いて、センサ3のインピーダンスRsを算出する。
The
制御部19は、例えば、CPUと、RAM、ROM、フラッシュメモリ等の半導体メモリ(以下、メモリ)と、を有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。制御部19の機能は、CPUが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、上記メモリが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。尚、制御部19を構成するマイクロコンピュータの数は1つでも複数でも良い。また、制御部19の機能を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その機能の一部又は全部について、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現しても良い。例えば、制御部19の機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現しても良い。
The
[1−2.処理]
次に、制御部19がセンサ3のインピーダンスRsを検出するために実行するインピーダンス検出処理について、図2のフローチャートと図3のタイムチャートを用いて説明する。
[1-2. processing]
Next, the impedance detection process executed by the
制御部19は、図2のインピーダンス検出処理を、例えば一定時間毎に実行する。
制御部19は、インピーダンス検出処理を開始すると、S110にて、図3の時刻T1に示すように、3つのスイッチ11〜13のうち、第1スイッチ11をオンする。尚、第1スイッチ11がオンされる前は、後述するS220,S240の処理が実施されていることで、コンデンサ7には電荷が残っていない。
The
When starting the impedance detection process, the
第1スイッチ11がオンされると、コンデンサ7が電圧生成回路9からの所定電圧VDによって充電されるため、図3の4段目に示すように、コンデンサ電圧Vaが上昇し出す。
When the
制御部19は、次のS120では、上記S110で第1スイッチ11をオンしてから所定の充電時間t1が経過するまで待つ。充電時間t1は、コンデンサ7が満充電状態になる時間よりも短い時間に設定されている。
In the next S120, the
そして、制御部19は、充電時間t1が経過したと判定すると、S130に進み、図3の時刻T2に示すように、この時点のコンデンサ電圧Vaを充電中電圧V1として検出する。具体的には、電圧検出部17によりコンデンサ電圧Vaを検出し、その検出結果を充電中電圧V1として記憶する。このため、S130で検出される充電中電圧V1は、コンデンサ7の充電中におけるコンデンサ電圧Vaであり、詳しくは、コンデンサ7の充電が開始されてから充電時間t1が経過した時のコンデンサ電圧Vaである。
When determining that the charging time t1 has elapsed, the
制御部19は、次のS140では、上記S110で第1スイッチ11をオンしてから所定の待ち時間twが経過するまで待つ。待ち時間twは、コンデンサ7が満充電状態になると考えられる時間よりも長い時間に設定されている。
In the next S140, the
そして、制御部19は、待ち時間twが経過したと判定すると、S150に進み、図3の時刻T3に示すように、この時点のコンデンサ電圧Vaを放電前電圧V0として検出する。具体的には、電圧検出部17によりコンデンサ電圧Vaを検出し、その検出結果を放電前電圧V0として記憶する。このS150で検出される放電前電圧V0は、センサ3への放電が開始される前のコンデンサ電圧Vaであり、満充電状態になったコンデンサ7の電圧Vaでもある。
When determining that the waiting time tw has elapsed, the
その後、制御部19は、S160に進み、図3の時刻T4に示すように、第1スイッチ11をオフする。第1スイッチ11がオフされても、コンデンサ電圧Vaは、S150で検出された放電前電圧V0のままとなる。
Thereafter, the
そして、制御部19は、次のS170にて、図3の時刻T5に示すように、3つのスイッチ11〜13のうち、第2スイッチ12をオンする。
第2スイッチ12がオンされると、コンデンサ7からセンサ3へ放電されるため、図3の4段目に示すように、コンデンサ電圧Vaは放電前電圧V0から下降していく。また、第2スイッチ12がオンされると、図3の5段目に示すように、センサ電圧Vbはコンデンサ電圧Vaと同じになる。
And control
When the
制御部19は、次のS180では、上記S170で第2スイッチ12をオンしてから所定の放電時間t2が経過するまで待つ。放電時間t2は、コンデンサ7が放電しきってしまう時間よりも短い時間に設定されている。
In the next S180, the
そして、制御部19は、放電時間t2が経過したと判定すると、S190に進み、図3の時刻T6に示すように、この時点のコンデンサ電圧Vaを放電中電圧V2として検出する。具体的には、電圧検出部17によりセンサ電圧Vbを検出し、その検出結果を放電中電圧V2として記憶する。このS190の処理が実行される時点では、第2スイッチ12がオンしているため、センサ電圧Vbとコンデンサ電圧Vaは同じである。このため、S190で検出される放電中電圧V2は、コンデンサ7の放電中におけるコンデンサ電圧Vaであり、詳しくは、コンデンサ7からセンサ3への放電が開始されてから放電時間t2が経過したときのコンデンサ電圧Vaである。尚、S190では、第2スイッチ12よりも上流側のコンデンサ電圧Vaを検出しても良い。
When determining that the discharge time t2 has elapsed, the
制御部19は、次のS200にて、S130で検出したV1と、S150で検出したV0とを、下記の式2に代入することにより、コンデンサ7の静電容量Cを算出する。
In the next S200, the
つまり、制御部19は、コンデンサ7の電荷を完全に抜いた状態から第1スイッチ11をオンすることでコンデンサ7を充電し、充電中のコンデンサ電圧Vaの計測値であるV1を、充電特性に基づく式2に代入することでコンデンサ7の静電容量Cを算出する。
That is, the
そして、制御部19は、次のS210にて、S190で検出したV2と、S150で検出したV0と、S200で算出した静電容量Cとを、下記の式4に代入することにより、センサ3のインピーダンスRsを算出する。
In step S210, the
つまり、コンデンサ7からセンサ3に放電するときの放電特性は、センサ3のインピーダンスRsとコンデンサ7の静電容量Cによって決まる。このため、制御部19は、所定電圧VDで充電したコンデンサ7からセンサ3へ放電させ、放電中のコンデンサ電圧Vaの計測値であるV2を、放電特性に基づく式4に代入することでインピーダンスRsを算出する。
That is, the discharge characteristics when discharging from the capacitor 7 to the sensor 3 are determined by the impedance Rs of the sensor 3 and the capacitance C of the capacitor 7. For this reason, the
制御部19は、次のS220にて、図3の時刻T7に示すように、第3スイッチ13をオンする。すると、センサ3の両端が導通するため、センサ3に充電されていた電荷が放電される。また、この時点で第2スイッチ12がオンしているため、第3スイッチ13がオンすることにより、コンデンサ7の両端も導通する。よって、コンデンサ7に充電されていた電荷も放電される。
In the next S220, the
制御部19は、第3スイッチ13をオンしてから、センサ3及びコンデンサ7の電荷が完全に放電されると考えられる時間が経過すると、S230に進み、図3の時刻T8に示すように、第2スイッチ12をオフする。更に、制御部19は、次のS240にて、図3の時刻T9に示すように、第3スイッチ13をオフし、その後、当該インピーダンス検出処理を一旦終了する。尚、制御部19は、第3スイッチ13をオフしてから、第2スイッチ12をオフするようになっていても良い。
When the
一方、制御部19は、例えば、S240で第3スイッチ13をオフしてから次回のインピーダンス検出処理により第2スイッチ12をオンするまでの間の何れかのタイミングにて、電圧検出部17により、センサ電圧Vbを、空燃比に応じたセンサ3の出力電圧として検出する。ここで言うセンサ3の出力電圧とは、センサ3における起電力成分3cの出力電圧である。センサ3には抵抗15が並列に接続されているため、この抵抗15に生じる電圧Vbを、空燃比に応じたセンサ3の出力電圧として検出することができる。
On the other hand, for example, the
[1−3.効果]
以上詳述した第1実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1a)ECU1において、制御部19は、第1スイッチ11をオンすることで、コンデンサ7を所定電圧VDで充電し、第1スイッチ11をオフした後、第2スイッチ12をオンすることで、コンデンサ7からセンサ3に放電させる。そして、制御部19は、放電開始時から放電時間t2が経過したときのコンデンサ電圧Vaである放電中電圧V2を検出し、その検出した放電中電圧V2を用いてセンサ3のインピーダンスRsを算出する。このようなECU1によれば、センサ3に対して直列に電流検出抵抗を設けなくても、インピーダンスRsを検出することができる。また、上記放電時間t2を適宜設定することにより、放電中に検出される放電中電圧V2がインピーダンスRsの検出に適した所望の範囲内の電圧となるようにすることができる。このため、前述した従来の方式と比較して、センサ3に印加する最大電圧を大きくしなくても、インピーダンスRsの検出精度を確保し易い。
[1-3. effect]
According to the first embodiment described in detail above, the following effects are obtained.
(1a) In the ECU 1, the
(1b)制御部19は、放電が開始される前のコンデンサ電圧Vaである放電前電圧V0を検出し、その検出した放電前電圧V0も用いてセンサ3のインピーダンスRsを算出する。このため、放電前電圧V0の検出値の代わりに所定電圧VDの設計値を用いる場合と比較すると、インピーダンスRsの算出精度(即ち、検出精度)を向上させることができる。
(1b) The
(1c)制御部19は、コンデンサ7の充電開始時から充電時間t1が経過したときのコンデンサ電圧Vaである充電中電圧V1を検出し、その検出した充電中電圧V1に基づいてコンデンサ7の静電容量Cを算出する。そして、制御部19は、算出した静電容量Cも用いてセンサ3のインピーダンスRsを算出する。このため、静電容量Cの算出値の代わりに静電容量Cの標準値を用いる場合と比較すると、インピーダンスRsの算出精度を向上させることができる。また、静電容量Cは、コンデンサ7の個体差によるばらつきだけでなく、例えば温度や印加電圧や使用期間等によって変化するが、そのような変化があっても、実際の静電容量Cを算出して、インピーダンスRsの算出に用いることができる。
(1c) The
(1d)ECU1は、コンデンサ7を充電するための第1スイッチ11と、コンデンサ7からセンサ3へ放電するための第2スイッチ12と、を備える。このため、コンデンサ7の充電と、コンデンサ7からセンサ3への放電とを、別々に実施することができる。
(1d) The ECU 1 includes a
(1e)ECU1は、センサ3に対して並列に設けられた第3スイッチ13を備える。このため、コンデンサ7からセンサ3に充電された電荷を、第3スイッチ13をオンすることで放電させることができる。よって、空燃比に応じたセンサ3の出力電圧を検出することに関して、コンデンサ7からセンサ3に充電された電荷の影響をなくすことができる。
(1e) The ECU 1 includes a
(1f)第2スイッチ12がオンしている場合、第3スイッチ13は、コンデンサ7に対しても並列に設けられたスイッチとなる。このため、第2スイッチ12がオンしている場合に、第3スイッチ13をオンすることで、コンデンサ7の電荷も放電させることができる。よって、コンデンサ7の次回の充電を行う前に、コンデンサ7を未充電の初期状態に戻すことができ、延いては、静電容量Cの算出精度を向上させることができる。
(1f) When the
(1g)制御部19は、センサ3のインピーダンスRsの算出を一定時間毎に実施する。このため、前述したヒータの制御を安定的に実施することができる。また、制御部19は、空燃比に応じたセンサ3の出力電圧の検出も、少なくとも一定時間毎に実施する。このため、前述した燃料噴射量の補正も安定的に実施することができる。
(1g) The
尚、本実施形態では、コンデンサ7が、容量素子に相当する。第1スイッチ11と、図2のS110,S160の処理を行う制御部19とが、充電部に相当する。第2スイッチ12と、図2のS170,S230の処理を行う制御部19とが、放電部に相当する。電圧検出部17と、図2のS180,S190の処理を行う制御部19とが、放電中検出部に相当する。図2のS210の処理を行う制御部19が、インピーダンス算出部に相当する。電圧検出部17と、図2のS150の処理を行う制御部19とが、放電前検出部に相当する。電圧検出部17と、図2のS120,S130の処理を行う制御部19とが、充電中検出部に相当する。図2のS200の処理を行う制御部19が、容量算出部に相当する。電圧生成回路9が、電圧出力部に相当する。第1スイッチ11が、充電用スイッチに相当する。第2スイッチ12が、放電用スイッチに相当する。第3スイッチ13が、酸素濃度センサに対して並列に設けられたスイッチに相当する。また、第3スイッチ13は、容量素子に対して並列に設けられたスイッチにも相当する。
In the present embodiment, the capacitor 7 corresponds to a capacitive element. The
[2.第2実施形態]
[2−1.第1実施形態との相違点]
第2実施形態は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。尚、第1実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
[2. Second Embodiment]
[2-1. Difference from the first embodiment]
Since the basic configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, differences will be described below. Note that the same reference numerals as those in the first embodiment indicate the same configuration, and the preceding description is referred to.
第2実施形態のECU1では、第1実施形態と比較すると、制御部19が、図2のS180で待つ放電時間t2を可変設定するために、図4の時間設定処理を行う点が異なる。
[2−2.処理]
制御部19は、図4の時間設定処理を、例えば、図2のインピーダンス検出処理を終了してから次回のインピーダンス検出処理を開始するまでの間に実行する。
The ECU 1 of the second embodiment differs from the first embodiment in that the
[2-2. processing]
The
図4に示すように、制御部19は、時間設定処理では、S310にて、今回のインピーダンス検出処理におけるS190で検出された放電中電圧V2が、基準電圧Vrefよりも小さいか否かを判定し、「V2<Vref」と判定した場合には、S320に進む。基準電圧Vrefは、コンデンサ電圧Vaの最大値(即ち所定電圧VD)と最小値(即ち0V)との間の電圧に設定されている。
As shown in FIG. 4, in the time setting process, the
制御部19は、S320では、今回の放電時間t2から所定の正の調整時間αを引いた時間を、次回の放電時間t2として設定する。そして、その後、当該時間設定処理を終了する。尚、今回の放電時間t2とは、今回のインピーダンス検出処理におけるS180で用いた放電時間t2であり、次回の放電時間t2とは、次回のインピーダンス検出処理におけるS180で用いる放電時間t2である。
In S320, the
また、制御部19は、S310にて、「V2<Vref」ではないと判定した場合には、S330に進む。制御部19は、S330では、今回の放電時間t2に上記調整時間αを加えた時間を、次回の放電時間t2として設定する。そして、その後、当該時間設定処理を終了する。
If the
調整時間αは、例えば下記の式5に示すように、今回の放電時間t2と基準時間t3との差の絶対値である。基準時間t3は、図5に示すように、コンデンサ7からセンサ3への放電が開始されてからコンデンサ電圧Vaが基準電圧Vrefになるまでの時間である。そして、制御部19は、基準時間t3を、下記の式6によって算出する。尚、式6において、「V0」,「C」,「Rs」の各々としては、今回のインピーダンス検出処理におけるS150,S200,S210の各々で得た値が用いられる。
The adjustment time α is an absolute value of the difference between the current discharge time t2 and the reference time t3, for example, as shown in Equation 5 below. As shown in FIG. 5, the reference time t3 is a time from when the discharge from the capacitor 7 to the sensor 3 is started until the capacitor voltage Va becomes the reference voltage Vref. And the
以上のような第2実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果に加えて、下記の効果を奏する。
According to the second embodiment as described above, the following effects are obtained in addition to the effects of the first embodiment described above.
検出された今回の放電中電圧V2と基準電圧Vrefとの、大小比較の結果に応じて、次回の放電時間t2が変更される。このため、放電時間t2を、インピーダンスRsの検出に適した時間に補正することができる。ここで言うインピーダンスRsの検出に適した時間とは、図2のS190で検出される放電中時間V2が基準電圧Vrefの付近になる時間のことである。 The next discharge time t2 is changed according to the result of comparison of the detected current voltage V2 during discharge and the reference voltage Vref. For this reason, the discharge time t2 can be corrected to a time suitable for detecting the impedance Rs. The time suitable for the detection of the impedance Rs here is a time during which the discharging time V2 detected in S190 of FIG. 2 is in the vicinity of the reference voltage Vref.
具体的には、例えば図5における(a)部と(b)部に示すように、今回検出された放電中電圧V2が基準電圧Vrefよりも大きい場合には、図4のS330の処理により、次回の放電時間t2が今回の放電時間t2よりも長い時間に変更される。 Specifically, for example, as shown in FIGS. 5A and 5B, when the discharging voltage V2 detected this time is larger than the reference voltage Vref, the process of S330 in FIG. The next discharge time t2 is changed to a time longer than the current discharge time t2.
また、例えば図5における(b)部と(c)部に示すように、今回検出された放電中電圧V2が基準電圧Vrefよりも小さい場合には、図4のS320の処理により、次回の放電時間t2が今回の放電時間t2よりも短い時間に変更される。 Further, for example, as shown in (b) and (c) in FIG. 5, when the discharging voltage V2 detected this time is smaller than the reference voltage Vref, the next discharge is performed by the process of S320 in FIG. The time t2 is changed to a time shorter than the current discharge time t2.
このような放電時間t2の変更(即ち、可変設定)により、図2のS190で検出される放電中時間V2が常に基準電圧Vrefの付近になるようにすることができる。このため、インピーダンスRsの変化によって放電時定数が変動しても、インピーダンスRsの高い検出精度を維持することができる。つまり、精度の高いインピーダンスRsの検出を、安定して実施することができる。 By such a change (that is, variable setting) of the discharge time t2, the in-discharge time V2 detected in S190 of FIG. 2 can always be in the vicinity of the reference voltage Vref. For this reason, even if the discharge time constant fluctuates due to a change in impedance Rs, high detection accuracy of impedance Rs can be maintained. That is, it is possible to stably detect the impedance Rs with high accuracy.
また、今回の放電時間t2と基準時間t3との差の絶対値を調整時間αとしているため、検出される放電中時間V2を基準電圧Vrefに収束させる効果が高い。但し、調整時間αは、例えば、予め定めた固定値とすることもできる。 Further, since the absolute value of the difference between the current discharge time t2 and the reference time t3 is set as the adjustment time α, the effect of converging the detected discharging time V2 to the reference voltage Vref is high. However, the adjustment time α can be set to a predetermined fixed value, for example.
尚、本実施形態では、図4のS310〜S330の処理を行う制御部19が、時間変更部に相当する。
[3.第3実施形態]
[3−1.第2実施形態との相違点]
第3実施形態は、基本的な構成は第2実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。尚、第1実施形態及び第2実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
In the present embodiment, the
[3. Third Embodiment]
[3-1. Difference from Second Embodiment]
Since the basic configuration of the third embodiment is the same as that of the second embodiment, differences will be described below. In addition, the same code | symbol as 1st Embodiment and 2nd Embodiment shows the same structure, Comprising: The previous description is referred.
第3実施形態のECU1では、第2実施形態と比較すると、制御部19が、図6の異常判定処理を行う点が異なる。
[3−2.処理]
制御部19は、図6の異常判定処理を、例えば、図2のインピーダンス検出処理を終了してから次回のインピーダンス検出処理を開始するまでの間に実行する。
The ECU 1 of the third embodiment is different from the second embodiment in that the
[3-2. processing]
The
図6に示すように、制御部19は、異常判定処理では、S410にて、今回のインピーダンス検出処理におけるS190で検出された放電中電圧V2が、所定の上限閾値Vth1以上か否かを判定する。そして、制御部19は、S410にて放電中電圧V2が上限閾値Vth1以上と判定した場合には、S420にて、高インピーダンス異常が生じていると判定し、その後、S450に進む。高インピーダンス異常とは、センサ3のインピーダンスRsが正常範囲よりも高い、という異常である。
As shown in FIG. 6, in the abnormality determination process, the
また、制御部19は、上記S410にて放電中電圧V2が上限閾値Vth1以上ではないと判定した場合には、S430に進む。
制御部19は、S430では、今回のインピーダンス検出処理におけるS190で検出された放電中電圧V2が、所定の下限閾値Vth2以下か否かを判定する。下限閾値Vth2は、上限閾値Vth1よりも小さい値に設定されている。そして、制御部19は、S430にて放電中電圧V2が下限閾値Vth2以下と判定した場合には、S440にて、低インピーダンス異常が生じていると判定し、その後、S450に進む。低インピーダンス異常とは、センサ3のインピーダンスRsが正常範囲よりも低い、という異常である。
If the
In S430, the
また、制御部19は、上記S410にて放電中電圧V2が下限閾値Vth2以下ではないと判定した場合にも、S450に進む。
制御部19は、S450では、今回のインピーダンス検出処理におけるS200で算出した静電容量Cが所定範囲内か否かを判定する。そして、制御部19は、S450にて静電容量Cが所定範囲内でないと判定した場合には、S460にて、回路異常が生じていると判定し、その後、当該異常判定処理を終了する。回路異常とは、インピーダンスRsを検出するための回路の異常であり、図1に示したECU1が備える回路における何れかの部分の異常、ということである。
The
In S450, the
また、制御部19は、S450にて静電容量Cが所定範囲内であると判定した場合には、そのまま当該異常判定処理を終了する。
[3−3.効果]
以上のような第3実施形態によれば、前述した第1実施形態及び第2実施形態の効果が得られる上に、高インピーダンス異常、低インピーダンス異常及び回路異常の各々を検出することができる。例えば、センサ3の断線や活性異常が生じた場合に、高インピーダンス異常として検出することができる。また、センサ3のショート故障が生じた場合に、低インピーダンス異常として検出することができる。また、コンデンサ7のショート故障やオープン故障や容量異常が生じた場合に、回路異常として検出することができる。
If the
[3-3. effect]
According to the third embodiment as described above, the effects of the first embodiment and the second embodiment described above can be obtained, and each of a high impedance abnormality, a low impedance abnormality, and a circuit abnormality can be detected. For example, when disconnection or activation abnormality of the sensor 3 occurs, it can be detected as a high impedance abnormality. Further, when a short circuit failure of the sensor 3 occurs, it can be detected as a low impedance abnormality. Further, when a short circuit failure, an open failure, or a capacity abnormality occurs in the capacitor 7, it can be detected as a circuit abnormality.
尚、本実施形態では、図6のS410,S420の処理を行う制御部19が、高インピーダンス異常判定部に相当する。図6のS430,S440の処理を行う制御部19が、低インピーダンス異常判定部に相当する。図6のS450,S460の処理を行う制御部19が、回路異常判定部に相当する。
In the present embodiment, the
また、第1実施形態のECU1においても、制御部19が図6の異常判定処理を行うように構成されても良い。
[4.他の実施形態]
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
Moreover, also in ECU1 of 1st Embodiment, the
[4. Other Embodiments]
As mentioned above, although embodiment of this indication was described, this indication is not limited to the above-mentioned embodiment, and can carry out various modifications.
例えば、図7に示す他の実施形態のECU21は、図1のECU1と比較すると、第3スイッチ13とは別に、コンデンサ7に対して並列な第4スイッチ23が設けられている。このような第4スイッチ23をオンすることによっても、コンデンサ7の電荷を放電させることができる。また、このECU21の場合、第2スイッチ12がオフされていても、第4スイッチ23のオンによりコンデンサ7の放電を実施することができる。このため、例えば、制御部19は、図2のインピーダンス検出処理では、S220,S240の処理を行わず、その代わりに、S230で第2スイッチ12をオフした後、第3スイッチ13と第4スイッチ23とを所定の時間だけオンさせて、センサ3とコンデンサ7を放電させても良い。
For example, the
また、インピーダンスを検出する対象の酸素濃度センサとしては、空燃比に一意に対応した出力が得られる空燃比センサであっても良い。
また、上記実施形態における1つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、1つの構成要素が有する1つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしても良い。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、1つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される1つの機能を、1つの構成要素によって実現したりしても良い。また、上記実施形態の構成の一部を省略しても良い。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換しても良い。尚、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
Further, the oxygen concentration sensor to be detected for impedance may be an air-fuel ratio sensor that can obtain an output uniquely corresponding to the air-fuel ratio.
In addition, a plurality of functions of one constituent element in the above-described embodiment may be realized by a plurality of constituent elements, or one function of one constituent element may be realized by a plurality of constituent elements. Further, a plurality of functions possessed by a plurality of constituent elements may be realized by one constituent element, or a single function realized by a plurality of constituent elements may be realized by one constituent element. Moreover, you may abbreviate | omit a part of structure of the said embodiment. Further, at least a part of the configuration of the above embodiment may be added to or replaced with the configuration of the other embodiment. In addition, all the aspects included in the technical idea specified from the wording described in the claims are embodiments of the present disclosure.
また、上述したECUの他、当該ECUを構成要素とするシステム、当該ECUとしてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、酸素濃度センサのインピーダンス検出方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。 In addition to the ECU described above, a system including the ECU as a constituent element, a program for causing a computer to function as the ECU, a non-transition actual recording medium such as a semiconductor memory in which the program is recorded, impedance of the oxygen concentration sensor The present disclosure can also be realized in various forms such as a detection method.
1,21…ECU、3…酸素濃度センサ、7…コンデンサ、11…第1スイッチ、12…第2スイッチ、17…電圧検出部、19…制御部
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記容量素子を所定電圧で充電する充電部(11,19,S110,S160)と、
前記充電部により充電された前記容量素子から酸素濃度センサ(3)に放電させる放電部(12,19,S170,S230)と、
前記放電部による放電が開始されてから所定の放電時間が経過したときの前記容量素子の電圧を検出する放電中検出部(17,19,S180,S190)と、
前記放電中検出部により検出された電圧を用いて、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部(19,S210)と、
を備える酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。 A capacitive element (7) having a capacitance;
A charging unit (11, 19, S110, S160) for charging the capacitive element at a predetermined voltage;
A discharge unit (12, 19, S170, S230) for discharging the capacitive element charged by the charging unit to the oxygen concentration sensor (3);
A discharge detection unit (17, 19, S180, S190) for detecting the voltage of the capacitive element when a predetermined discharge time has elapsed since the start of discharge by the discharge unit;
An impedance calculation unit (19, S210) for calculating an impedance of the oxygen concentration sensor using a voltage detected by the detection unit during discharge;
An impedance detection device for an oxygen concentration sensor.
前記放電部による放電が開始される前の前記容量素子の電圧である放電前電圧を検出する放電前検出部(17,19,S150)、を更に備え、
前記インピーダンス算出部は、前記放電前検出部により検出された前記放電前電圧を更に用いて、前記酸素濃度センサのインピーダンスを算出するように構成されている、
酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。 An impedance detection device for an oxygen concentration sensor according to claim 1,
A pre-discharge detection unit (17, 19, S150) for detecting a pre-discharge voltage that is a voltage of the capacitive element before the discharge by the discharge unit is started;
The impedance calculation unit is configured to calculate the impedance of the oxygen concentration sensor by further using the pre-discharge voltage detected by the pre-discharge detection unit.
Impedance detection device for oxygen concentration sensor.
前記充電部による充電が開始されてから所定の充電時間が経過したときの前記容量素子の電圧を検出する充電中検出部(17,19,S120,S130)と、
前記充電中検出部により検出された電圧に基づいて前記容量素子の静電容量を算出する容量算出部(19,S200)と、を更に備え、
前記インピーダンス算出部は、前記容量算出部により算出された静電容量を更に用いて、前記酸素濃度センサのインピーダンスを算出するように構成されている、
酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。 An impedance detection device for an oxygen concentration sensor according to claim 1 or 2,
A charging detection unit (17, 19, S120, S130) for detecting the voltage of the capacitive element when a predetermined charging time has elapsed since the charging by the charging unit was started;
A capacitance calculation unit (19, S200) that calculates the capacitance of the capacitive element based on the voltage detected by the charging detection unit;
The impedance calculation unit is configured to calculate the impedance of the oxygen concentration sensor by further using the capacitance calculated by the capacitance calculation unit.
Impedance detection device for oxygen concentration sensor.
前記放電中検出部により検出された電圧と所定の基準電圧とを大小比較し、その比較結果に応じて、前記放電部が次回に動作する場合の前記放電中検出部における前記放電時間を変更する時間変更部(19,S310〜S330)、を更に備える、
酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。 The impedance detection device for an oxygen concentration sensor according to any one of claims 1 to 3,
The voltage detected by the detection unit during discharge is compared with a predetermined reference voltage, and the discharge time in the detection unit during discharge when the discharge unit is operated next time is changed according to the comparison result. A time change unit (19, S310 to S330),
Impedance detection device for oxygen concentration sensor.
前記時間変更部は、
前記放電中検出部により検出された電圧である放電中電圧が前記基準電圧よりも小さい場合には、前記放電時間を今回の値よりも短くし、前記放電中電圧が前記基準電圧よりも大きい場合には、前記放電時間を今回の値よりも長くするように構成されている、
酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。 An impedance detection device for an oxygen concentration sensor according to claim 4,
The time changing unit is
When the discharging voltage, which is the voltage detected by the discharging detector, is smaller than the reference voltage, the discharge time is made shorter than the current value, and the discharging voltage is larger than the reference voltage. Is configured to make the discharge time longer than the current value,
Impedance detection device for oxygen concentration sensor.
前記所定電圧を出力する電圧出力部(9)、を更に備え、
前記充電部は、
前記電圧出力部から前記容量素子への充電経路に設けられたスイッチである充電用スイッチ(11)を備え、
前記放電部は、
前記容量素子から前記酸素濃度センサへの放電経路に設けられたスイッチである放電用スイッチ(12)を備える、
酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。 An impedance detection device for an oxygen concentration sensor according to any one of claims 1 to 5,
A voltage output unit (9) for outputting the predetermined voltage;
The charging unit is
A charging switch (11) that is a switch provided in a charging path from the voltage output unit to the capacitive element;
The discharge part is
A discharge switch (12) that is a switch provided in a discharge path from the capacitive element to the oxygen concentration sensor;
Impedance detection device for oxygen concentration sensor.
前記酸素濃度センサに対して並列に設けられたスイッチ(13)、を更に備える、
酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。 An impedance detection device for an oxygen concentration sensor according to any one of claims 1 to 6,
A switch (13) provided in parallel with the oxygen concentration sensor;
Impedance detection device for oxygen concentration sensor.
前記放電中検出部により検出された電圧である放電中電圧が所定の上限閾値以上か否かを判定し、前記放電中電圧が前記上限閾値以上の場合には、異常が生じていると判定する高インピーダンス異常判定部(19,S410,S420)、を更に備える、
酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。 An impedance detection device for an oxygen concentration sensor according to any one of claims 1 to 7,
It is determined whether or not a discharging voltage that is a voltage detected by the discharging detection unit is equal to or higher than a predetermined upper limit threshold. If the discharging voltage is equal to or higher than the upper limit threshold, it is determined that an abnormality has occurred. A high impedance abnormality determination unit (19, S410, S420),
Impedance detection device for oxygen concentration sensor.
前記放電中検出部により検出された電圧である放電中電圧が所定の下限閾値以下か否かを判定し、前記放電中電圧が前記下限閾値以下の場合には、異常が生じていると判定する低インピーダンス異常判定部(19,S430,S440)、を更に備える、
酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。 The impedance detection device for an oxygen concentration sensor according to any one of claims 1 to 8,
It is determined whether or not the discharging voltage, which is a voltage detected by the discharging detector, is equal to or lower than a predetermined lower threshold, and if the discharging voltage is equal to or lower than the lower threshold, it is determined that an abnormality has occurred. A low impedance abnormality determination unit (19, S430, S440),
Impedance detection device for oxygen concentration sensor.
前記容量素子に対して並列に設けられたスイッチ(13,23)、を更に備える、
酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。 An impedance detection device for an oxygen concentration sensor according to claim 3,
A switch (13, 23) provided in parallel with the capacitive element;
Impedance detection device for oxygen concentration sensor.
前記容量算出部により算出された静電容量が所定範囲内か否かを判定し、前記静電容量が前記所定範囲内でない場合には、異常が生じていると判定する回路異常判定部(19,S450,S460)、を更に備える、
酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。 The oxygen concentration sensor impedance detection device according to claim 3 or 10,
A circuit abnormality determination unit (19) that determines whether or not the capacitance calculated by the capacitance calculation unit is within a predetermined range, and determines that an abnormality has occurred when the capacitance is not within the predetermined range. , S450, S460),
Impedance detection device for oxygen concentration sensor.
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