JP2019035341A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低温環境下においてフィルタの影響により劣化しやすい取得信号精度を向上できるようにした電子制御装置を提供する。【解決手段】電子制御装置１００，２００は内燃機関の排気ガス中の空燃比を検出するために設けられた空燃比センサ４を制御する。Ａ／Ｄ変換部２７及びサンプリング値処理部２８は、フィルタ４３，４４を通じて空燃比センサ４に通電されることに応じて空燃比センサ４のインピーダンスＺacに応じた信号を取得し、空燃比センサ４が低温環境下になる又はなったか否かを判定した結果に応じて、スイッチ２６又はマイコン６により取得する信号を切替えるようにした。【選択図】図２

Description

本発明は、電子制御装置に関する。

従来、空燃比センサは、内燃機関の排気ガス中の空気過剰率を検出するために設けられている。この種の空燃比センサを制御するための電子制御装置は、所定の掃引電圧をΔＶだけ変化させた交流電圧を空燃比センサに印加し、そのとき得られる電流変化ΔＩを検出し、空燃比センサのインピーダンスをΔＶ／ΔＩとして算出している。空燃比センサのインピーダンスと温度とは相関関係を備えており、インピーダンスを算出することで温度を算出でき、例えばヒータを用いて空燃比センサを温度制御することで空燃比センサを活性温度に制御できる。

なお本願の関連文献が特許文献１、２に挙げられる。例えば、特許文献１記載の技術によれば、酸素センサに電圧を印加して素子インピーダンスを算出するが、その酸素センサのインピーダンスの算出後に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ため、酸素センサに対して逆電圧を印加し、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ようにしている。

特開２００４−１７７１７８号公報 特開２００４−３４０９１４号公報

例えば、アイドリングストップ時、すなわちエンジンオフ時などにおいて空燃比センサの温度を低くすれば、燃費改善効果を大きくできることが確認されている。このため、低温環境下における空燃比センサのインピーダンスをより正確に取得し、温度測定精度を向上することが望まれている。

例えばエンジン起動中において電子制御装置には様々なノイズが到来する。このため不要な周波数成分を除去するために、空燃比センサの通電経路にフィルタとして作用するように回路構成している。すると、このフィルタの影響に応じて時定数が変化し、例えば特に低温環境下において空燃比センサのインピーダンスが高くなると、取得される信号を用いてインピーダンスを算出しても、その精度が悪化してしまうことが確認されており、取得信号精度を改善することが望まれている。

本発明の目的は、低温環境下においてフィルタの影響により劣化しやすい取得信号精度を向上できるようにした電子制御装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、内燃機関の排気ガス中の空燃比を検出するために設けられた空燃比センサを制御する空燃比センサ制御装置を対象としている。請求項１記載によれば、空燃比センサに通電されることに応じて信号取得部が空燃比センサのインピーダンスに応じた信号を取得する。そして低温判定部が空燃比センサが低温環境下になる又はなったか否かを判定する。また切替部は低温判定部の判定結果に応じて信号取得部により取得する信号を切替える。

すなわち、たとえ低温環境下においてフィルタの影響により取得信号精度が悪化したとしても、低温判定部により低温環境下になる又はなったと判定されたときには、切換部がこの判定結果に応じて信号取得部により取得する信号を切替えているため、低温環境下に合わせて取得信号を切替えることができ、取得信号精度を向上できるようになる。

第１実施形態の電子制御装置の電気的構成を概略的に示すブロック図 マイコン及び空燃比制御ＩＣの構成を概略的に示すブロック図 （ａ）は空燃比センサの内部構造を模式的に示す縦断面図、（ｂ）は電極間の通電原理を模式的に表す説明図 空燃比センサの電流−印加電圧特性図 空燃比センサのインピーダンス−温度特性図 動作を説明するフローチャート 空燃比センサ及びその周辺の等価回路 センサ温度を変化させたときの検出抵抗の端子間電圧の変化を概略的に表す関係図 一制御周期における端子間電圧の変化を概略的に示す特性図 車両速度の時間変化と吸入空気量の変化と、そのときの消費電力との関係性を模式的に示す図 交流印加電圧の周波数に応じたインピーダンス特性を示す図 空燃比センサの電気的な等価回路を模式的に示す図 第２実施形態においてマイコン及び空燃比制御ＩＣの構成を概略的に示すブロック図 動作を説明するフローチャート 第３実施形態の動作を説明するフローチャート

以下、電子制御装置の幾つかの実施形態を説明する。以下の実施形態中では、各実施形態間で同一機能または類似機能を備えた部分に同一符号を付して説明を行い、同一又は類似機能を備えた構成及びその作用、連携動作説明等を必要に応じて省略する。

（第１実施形態）
図１から図１２は第１実施形態の説明図を示す。図１には、エンジンＥＣＵとなる電子制御装置１００の電気的構成を概略的なブロック図により示している。車両内には、この電子制御装置１００の他、各種の電子制御装置が搭載されており、これらの電子制御装置がネットワーク接続されることで協働して車両内制御を実行する。

図１に示す電子制御装置１００は、車両用エンジンのインジェクタ２に燃料噴射制御する噴射制御ＩＣ３と、車両用エンジンが排出する排気燃焼ガスを検出ガスとし排気中の酸素濃度を検出する空燃比を特定するための空燃比センサ４の各種制御処理を行う空燃比制御ＩＣ５と、これらの噴射制御ＩＣ３及び空燃比制御ＩＣ５に接続されるマイコン６と、を主として備える。

また空燃比制御ＩＣ５と空燃比センサ４との間の一対の電圧印加制御線にコンデンサ７，８をそれぞれ備える。これらのコンデンサ７，８は、空燃比センサ４に印加する電圧から高調波ノイズを除去するために設けられている。電子制御装置１００のマイコン６は、図示しないがＣＰＵ、メモリ等により構成され、非遷移的実体的記録媒体としてのメモリに格納されたプログラムを実行する。

図示していないが、内燃機関にはクランクが所定角度回転する度にクランク角信号を出力するクランク角センサが設置されており、電子制御装置１００のマイコン６にはこのクランク角センサのクランク角信号が入力されている。また車両内には、電子スロットルの開度を検出する電子スロットルセンサ、各種媒体（例えば冷却水、吸入空気）の温度を検出するための温度センサ、が設置され、電子制御装置１００は、これらのセンサ信号Ｓｅを入力し、このセンサ信号Ｓｅに基づいて制御処理を実行する。マイコン６には図示しない入力回路を通じて各種センサ信号Ｓｅが入力される。

図２に示すように、このマイコン６は、メモリに格納されたプログラムを実行することで、噴射指令部１０、エンジン停止判定部１１、スイッチ制御部１２、電圧制御部１３、波形収束判断部１４、及び低温検出モード切替部１５としての機能を実現する。噴射指令部１０は、噴射制御ＩＣ３に噴射信号を出力することで噴射指令し、これによりインジェクタ２から燃料を噴射するために設けられる機能である。スイッチ制御部１２は、空燃比制御ＩＣ５の検出回路切替指示部２９を通じてスイッチ２６を切替制御するために設けられる機能である。スイッチ２６及び検出回路切替指示部２９については後述参照。電圧制御部１３は、空燃比制御ＩＣ５の印加電圧制御部２１を通じて交流の掃引電圧ΔＶを空燃比センサ４に印加するために設けられる機能である。
波形収束判断部１４は、空燃比制御ＩＣ５から信号を入力すると、当該信号の波形が収束したか否かを判断するために設けられる機能である。この機能の詳細は後述する。低温検出モード切替部１５は、通常モードと低温検出モードとを切り替えるために設けられる機能である。

また電子制御装置１００の空燃比制御ＩＣ５は、印加電圧制御部２１、バッファアンプ２２，２３、過電流保護用の検出抵抗としての保護抵抗２４、電流検出用の検出抵抗としてのシャント抵抗２５、スイッチ２６、Ａ／Ｄ変換部２７、サンプリング値処理部２８、及び、検出回路切替指示部２９、を備え、マイコン６と共にフィードバック制御ループを構成し、空燃比センサ４の制御処理を実行する。
またマイコン６は、図示しないヒータ制御部を通じて図３（ａ）に示すヒータ４２を電気的に接続して構成されている。空燃比センサ４のプラス端子Ｓ＋は、電子制御装置１００のプラス端子３２ａに接続されており、空燃比センサ４のマイナス端子Ｓ−は、電子制御装置１００のマイナス端子３２ｂに接続されている。

図３（ａ）に示すように、空燃比センサ４は、内燃機関の排気ガスに含まれる気体の状態を実体的に検出するセンサセル３４を備える。本実施形態の空燃比センサ４は、固体電解質層３５、拡散抵抗層３６、遮蔽層３７、及び絶縁層３８を有し、これらが図の上下に積層された１セルタイプのものを示している。固体電解質層３５は、例えば長方形板状のシートにより構成される。空燃比センサ４のセンサセル３４は、電極３９、４０が固体電解質層３５を挟んで対向配置されることで構成される。
拡散抵抗層３６は電極３９へ排気を導入するための多孔質シートにより構成され、遮蔽層３７は排気の透過を抑制するための緻密層により構成される。絶縁層３８は高熱伝導性セラミックスにより構成され、電極４０に対面する箇所には大気ダクト４１が構成されている。また絶縁層３８にはヒータ４２が埋設されている。空燃比センサ４のセンサセル３４の素子電流の増減は空燃比の増減、リーン／リッチに対応し、空燃比がリーンになれば素子電流は増大し、空燃比がリッチになれば素子電流が減少する。

図３（ｂ）に示すように、空燃比センサ４のセンサセル３４にはバイアスが印加されることにより端子Ｓ＋、Ｓ−間に電流Ｉ０が流されることになるが、その電流Ｉ０の通電方向と逆方向に酸素イオンＯ2-が移動する。なお図３（ｂ）には酸素イオンＯ2-の移動方向をＭ１で示している。このとき拡散抵抗層３６は、酸素イオンＯ2-の移動を妨げるように作用する。このため、図４にセンサ印加電圧とセンサ電流の関係を示すように、センサ電流には限界電流域Ｉｖを生じるが、この限界電流域Ｉｖは空燃比の違いに応じて異なることになる。マイコン６は、この限界電流域Ｉｖを検出することで現在の空燃比を判定し、この空燃比が要求比率、例えばストイキ（例えば１４．５）となるように制御する。マイコン６は、電圧制御部１３により空燃比制御ＩＣ５の印加電圧制御部２１に指令信号を出力し、印加電圧制御部２１がプラス端子Ｓ＋及びマイナス端子Ｓ−に印加する電圧を調整する。これにより、フィードバック制御できる。

参照図面を図２に戻し、電子制御装置１００の空燃比制御ＩＣ５の内部の構成を説明する。空燃比制御ＩＣ５の印加電圧制御部２１は、図示しないがＤ／Ａ変換器及びＲＣフィルタなどを備え、マイコン６からの指令信号を受けて、バッファアンプ２２にバイアス電圧を出力し、バッファアンプ２２、上流側の保護抵抗２４、及び、端子３２ａを通じて空燃比センサ４のプラス端子Ｓ＋にバイアスを出力する。同様に、印加電圧制御部２１は、マイコン６からの指令信号を受けて、バッファアンプ２３に電圧を出力し、バッファアンプ２３、下流側のシャント抵抗２５、及び、端子３２ｂを通じて空燃比センサ４のマイナス端子Ｓ−に電圧を出力する。

通常、マイコン６が空燃比制御ＩＣ５に制御指令を行うときには、空燃比の値毎に発生するセンサ電流信号に基づいて予めメモリに記憶されたマップに定められた直流電圧をプラス端子Ｓ＋に向けて出力するように空燃比制御ＩＣ５に制御指令し、空燃比制御ＩＣ５の印加電圧制御部２１は、この制御指令を受けてバッファアンプ２２を通じてプラス端子Ｓ＋にこの値に対応した電圧を出力する。
また印加電圧制御部２１は、所定の電圧（例えば２．５Ｖ）を中心として所定範囲（例えば±０．２）の電圧を掃引してバッファアンプ２３から出力させるように印加する。印加電圧制御部２１はＤ／Ａ変換器及びフィルタを用いて、例えば、図２に波形を示すように矩形波から高周波成分をカットした電圧をバッファアンプ２３から出力させる。これにより交流の掃引電圧ΔＶが空燃比センサ４に常時印加される。

他方、スイッチ２６は、例えば一方及び他方の固定端子ａ１及びａ２並びに可動端子ａ３を備えた選択入力型のスイッチであり、マイコン６のスイッチ制御部１２から空燃比制御ＩＣ５の検出回路切替指示部２９を通じて切替制御可能になっている。

スイッチ２６の一方の固定端子ａ１には保護抵抗２４の両端子間電圧が入力されており、他方の固定端子ａ２にはシャント抵抗２５の両端子間電圧が入力されている。このため、マイコン６のスイッチ制御部１２が検出回路切替指示部２９を通じてスイッチ２６を切替制御することで、スイッチ２６は可動端子ａ３から上流の保護抵抗２４の端子間電圧又は下流のシャント抵抗２５の端子間電圧をＡ／Ｄ変換部２７に切替出力可能になっている。

Ａ／Ｄ変換部２７は、この入力電圧を所定のサンプリング周期（例えば５μｓ）毎にアナログデジタル変換処理し、この出力デジタル値をサンプリング値処理部２８に出力する。すなわちＡ／Ｄ変換部２７は、保護抵抗２４の端子間電圧又はシャント抵抗２５の端子間電圧を所定のサンプリング周期（例えば５μｓ）でサンプリングでき、空燃比センサ４の通電電流に対応した値を取得できる。
サンプリング値処理部２８は、Ａ／Ｄ変換部２７の出力について、隣り合う連続する一定期間の複数のサンプリング値を平均化処理することでノイズフィルタ処理された移動平均値を取得してマイコン６に出力しつつ、前記のサンプリング周期（５μｓ）にてサンプリングされたサンプリング値をそのままマイコン６に出力する。

また、電子制御装置１００のマイコン６には、センサインピーダンスＺacを演算する機能が設けられている。また前述したように、空燃比制御ＩＣ５の印加電圧制御部２１の機能により交流の掃引電圧ΔＶを常時出力するが、マイコン６は、この掃引電圧ΔＶに応じた電流変化Δをサンプリング値処理部２８を通じて検出し、この検出結果を除算することでインピーダンスＺac（＝ΔＶ／ΔＩ）を検出する。

図５は空燃比センサ４のインピーダンスＺacの温度Ｔによる依存特性を示している。この図５に示すように、温度ＴとインピーダンスＺacとは反比例する関係性を備えている。このため温度Ｔが上昇するとインピーダンスＺacが低くなり、温度Ｔが下降するとインピーダンスＺacは高くなる。

通常モードにおいては、マイコン６は、このインピーダンスＺacの演算結果に基づいてセンサインピーダンスＺacが所定のインピーダンスとなるようにヒータ４２の通電をフィードバック制御することで空燃比センサ４の温度Ｔを所定の活性温度範囲Ｔａに調整する。低温時インピーダンス検出モードにおいては、マイコン６は低温の温度制御範囲Ｔｃに調整する。
図５には通常モードにおける空燃比センサ４の活性温度範囲Ｔａと、低温時インピーダンス検出モードにおける温度制御範囲Ｔｃとの関係性を概略的に示している。この図５に示すように、通常モードにおける空燃比センサ４が活性する活性温度範囲Ｔａは数百℃程度と常温（例えば２５℃）に比較して大幅に高い温度であり、低温時インピーダンス検出モードにおける温度制御範囲Ｔｃに比較しても大幅に高い。

以下、前述構成において、特に空燃比センサ４のインピーダンスＺacを算出し、このインピーダンスＺacに応じてヒータ４２に通電制御して温度Ｔを制御するときの詳細な制御方法について、図６以降の図面を参照しながら説明する。

図６は主要な動作を説明するフローチャートである。内燃機関が始動されると、電子制御装置１００のマイコン６は各種センサ信号Ｓｅを入力し、当該センサ信号Ｓｅに基づいてインジェクタ２から燃料を噴射制御させるように噴射制御ＩＣ３に噴射指令する。マイコン６が噴射制御ＩＣ３に燃料を噴射制御させるときには噴射指令部１０により噴射制御ＩＣ３に噴射信号を出力する。噴射制御ＩＣ３は、この噴射指令を受け付けたときにインジェクタ２から燃料を噴射させる。またマイコン６は、電圧制御部１３により空燃比制御ＩＣ５に電圧制御指令を出力する。

空燃比制御ＩＣ５は、マイコン６の電圧制御部１３の電圧制御指令を受け付けると印加電圧制御部２１により交流の掃引電圧ΔＶを出力して空燃比センサ４に印加する。マイコン６はサンプリング値処理部２８を通じてシャント抵抗２５又は保護抵抗２４の端子間電圧を入力するとインピーダンスＺacを算出する。

本実施形態では、電子制御装置１００のマイコン６は、アイドルストップオン状態となっているか否かに応じて電流変化ΔＩの取得方法、すなわち、抵抗の端子間電圧の取得方法を変更する。図６のＳ１→Ｓ４、Ｓ７〜Ｓ１０参照。マイコン６は、エンジン停止判定部１１によりアイドルストップオンであるか否かを判定するが、その方法は、噴射指令部１０により噴射信号を所定時間、噴射制御ＩＣ３に出力していないことを条件として判定したり、各種センサ信号Ｓｅが所定条件、例えば、クランク角センサによるセンサ信号の無検出時間が所定時間以上、などを満たしているか否かを判定することでアイドルストップオンしているか否かを判定する。

すなわち、マイコン６が噴射制御ＩＣ３に所定時間以上噴射指令を出力していなければアイドルストップオンであることを判定でき、また、クランク角センサによるセンサ信号の無検出時間が所定時間以上となればアイドルストップオンしていると判定できる。

マイコン６は、アイドルストップオンの条件を満たしていないと判定したときには（Ｓ１：ＹＥＳ）、内燃機関が起動して例えば噴射制御している最中であると判定し、空燃比センサ４を活性温度範囲Ｔａ（例えば、数百度）に保つために通常モードに移行し（Ｓ２）、下流側のシャント抵抗２５にスイッチ２６を切替え（Ｓ３）た上で、印加電圧制御部２１により交流の掃引電圧ΔＶを印加してシャント抵抗２５の端子間電圧を取得する（Ｓ４）。

特にマイコン６は、サンプリング値処理部２８の出力に応じてインピーダンスＺacを算出するときに、所定の制御周期（例えば１００［μｓ］）の中で例えばその最後部にて最大となるサンプリング値を取得し電流変化ΔＩに対応する値を取得する。ここでは、サンプリング値処理部２８がサンプリング値をそのまま出力している形態を示しているが、サンプリング値処理部２８がフィルタ処理を行うことで所定の制御周期の中の最後部にて最大となるサンプリング値を出力し、マイコン６がこの処理後の値を取得するようにしても良い。マイコン６がサンプリング値の最大値を取得することで電流変化ΔＩの感度を最も大きくできる。

マイコン６は、このシャント抵抗２５の端子間電圧により電流変化ΔＩを算出することでインピーダンスＺacを算出し（Ｓ５）、このインピーダンスＺacに応じてヒータ４２に通電制御する（Ｓ６）。これにより通常モードにて制御できる。

また、マイコン６はアイドルストップオンの条件を満たしていると判定したときには（Ｓ１：ＹＥＳ）、ヒータ４２に対する通電制御をオフすることで空燃比センサ４を活性温度範囲Ｔａから低下させる。このとき最終的に温度制御範囲Ｔｃまで低下させる。これにより、低温検出モード切替部１５により低温時インピーダンス検出モードに切替えられる（Ｓ７）。

そしてマイコン６は、低温時インピーダンス検出モードにおいて、制御周期内のある所定時間内の移動平均値がある所定の閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ８）。ここでいう制御周期とは、交流の掃引電圧ΔＶの周期を示しており、移動平均値とは、サンプリングした値の連続する複数点の勾配の平均値を一定区間毎に算出した値を示している。移動平均値を取得することでノイズの影響を避けることができる。すなわち、この制御周期の中の例えば特に後半の所定時間中の移動平均値が所定の閾値以上であれば、この制御周期において時定数が所定値より大きいことを示している。

温度Ｔが低温の制御範囲Ｔｃとなると空燃比センサ４のインピーダンスＺacが高インピーダンスとなり、これに応じて回路の時定数が大幅に大きな値となっていると判定することができ、Ｓ８にてＹＥＳと判定し、波形収束判断部１４の機能により波形が未収束であると判定できる。マイコン６がＳ８にてＹＥＳと判定すると検出回路切替指示部２９の指示によりスイッチ２６を上流側の保護抵抗２４の側に切り替える（Ｓ９）。

そしてマイコン６は、印加電圧制御部２１により交流の掃引電圧Δを印加して保護抵抗２４の端子間電圧を取得、確認し（Ｓ１０）、この保護抵抗２４の端子間電圧により電流変化ΔＩを算出することでインピーダンスＺacを算出し（Ｓ５）、このインピーダンスＺacに応じてヒータ４２を通電制御する（Ｓ６）。これにより、低温時インピーダンス検出モードにて検出されたインピーダンスＺacに応じてヒータ４２に通電制御して低温の制御範囲Ｔｃに温度制御できる。

＜技術的意義の説明＞
図７は空燃比センサ４の付近における保護抵抗２４からシャント抵抗２５に至るまでの等価回路を模式的に示している。通常、印加電圧制御部２１は交流の掃引電圧ΔＶを空燃比センサ４に印加するが、図７に示すように、空燃比センサ４の要素を含んでフィルタ、例えば第１フィルタ４３、第２フィルタ４４が構成されるようになる。これらの第１及び第２フィルタ４３及び４４は２次ＲＣローパスフィルタとなる。例えば、内燃機関を停止させると空燃比をリーン（経済空燃比）とすることができ、このとき燃費に有利であると共に有害物質の排出も少なく済む。このリーン状態においては上流側の端子ＡＦＶ＋から下流側の端子ＡＦＣ−側に向けて電流が流れる。

図７の等価回路に示すように、第１フィルタ４３、第２フィルタ４４の回路定数成分に応じて時定数が上昇することから、後段のフィルタ４４を構成するコンデンサ８の端子間電圧は、これらの二段のフィルタ４３，４４に応じて電圧遅れが顕著に発生する。

図８は空燃比センサ４の温度を変化させたときの保護抵抗２４の端子間電圧及びシャント抵抗２５の端子間電圧の変化を概略的に表す関係図である。なおこの図８には、フィルタ４３及び４４の影響を考慮しない比較例も破線により合わせて図示している。

通常モードでは、図８の時間ｔｎに示すように、アイドルストップオフ状態であり噴射制御ＩＣ３がインジェクタ２から燃料を噴射制御すると共に空燃比センサ４の温度Ｔを高温の活性温度範囲Ｔａ（例えば数百℃）に保持している。

このため、空燃比センサ４のインピーダンスＺacが低くなることからフィルタ４３，４４の時定数も小さくなり、フィルタ４３，４４の影響による電圧降下も少なくなる。このため、たとえ下流側のシャント抵抗２５の端子間電圧を取得して電流変化ΔＩを算出したとしても破線で示す比較例との差が顕著に現れることがない。シャント抵抗２５の抵抗値は高く設定されておりワイドレンジで電圧を検出できるため、電流変化ΔＩの精度も高くなる。このため、正確なインピーダンスＺacを算出できる。

内燃機関がアイドルストップオン状態に変化すると、噴射制御ＩＣ３は燃料噴射を停止させ、空燃比がリーン側の大気状態に変化する。このようなときには、空燃比センサ４に通電される電流が多くなり、図８の時間ｔｎ２に示すように、保護抵抗２４及びシャント抵抗２５に流れる電流が多くなる。

他方、アイドルストップオン時に空燃比センサ４の温度Ｔを低下させることで燃費改善効果を大きくすると、当該空燃比センサ４のインピーダンスＺacが高くなる。空燃比センサ４のインピーダンスＺacが高インピーダンス化すると、フィルタ４３，４４の影響に応じて下流側のシャント抵抗２５の端子間電圧の交流電圧の振幅電圧が比較例の破線の特性に比べて顕著に低くなる（図８の時間ｔｎ３中の振幅差ΔＶａ参照）。

図９は一制御周期における端子間電圧の変化を概略的に示す電圧特性図を示している。この図９には、バッファアンプ２３が出力する掃引電圧Ｖa2と、インピーダンスＺacが小さいときのシャント抵抗２５の端子間電圧Ｖｓと、インピーダンスＺacが大きいときのシャント抵抗２５の端子間電圧Ｖｓとを対比して示している。インピーダンスＺacが大きいときには、インピーダンスＺacが小さいときに比較して電圧上昇度が低くなることがわかる。

図９に示すように、Ａ／Ｄ変換部２７は、掃引電圧の交流電圧の制御周期の一周期内において周期的にサンプリングすることで取得している。図９のサンプリングタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５…ｔｂ参照。

前述したように、サンプリング値処理部２８は、Ａ／Ｄ変換部２７の出力を平均化処理して移動平均値をマイコン６に出力し、マイコン６がこの移動平均値を用いて図６のＳ８の条件を満たすか否かを判定する。

抵抗２４，２５及びコンデンサ７，８の回路定数並びに制御周期は、通常の活性温度、すなわちインピーダンスＺac小の条件で動作する空燃比センサ４の等価回路に応じて規定されている。交流の掃引電圧ΔＶが空燃比センサ４に与えられると、シャント抵抗２５の端子間電圧Ｖｓは十分な余裕時間を備えて整定することになる（「Ｖｓ＠Ｚac小」特性参照）。このため、交流の掃引電圧ΔＶの制御周期の後部においては、シャント抵抗２５の端子間電圧Ｖｓの変化は概ね０となり、たとえシャント抵抗２５の端子間電圧Ｖｓを一点だけ立ち下がる直前のタイミング（例えば図８のタイミングｔｂ）にて取得したとしても正確な電流変化ΔＩに対応した値を取得することができ、正確なインピーダンスＺacを算出できる。

しかしながら、インピーダンスＺacが大きいと、シャント抵抗２５の端子間電圧Ｖｓは、ある収束値に至るまでの十分な時間を確保できず、より正確な整定電圧を取得できずに電圧がタイミングｔｂにて立ち下がり、正確な電流変化ΔＩに対応したシャント抵抗２５の端子間電圧Ｖｓを取得できない。このため、本実施形態では、図６のステップＳ８に示すように、制御周期の中の一部所定時間の移動平均値が閾値を上回る場合にＹＥＳと判定し、波形収束判断部１４の機能により波形が未収束であると判定したときには、保護抵抗２４側にスイッチ２６を切替えるようにしている。

したがって、シャント抵抗２５の端子間電圧Ｖｓがたとえ図９のタイミングｔｂにおいて未だ緩やかに上昇する変化をしていたとしても、この図６のステップＳ８においてＹＥＳと判定されることになり、マイコン６は検出回路切替指示部２９を通じて上流側の保護抵抗２４側にスイッチ２６を切替えることで当該保護抵抗２４の端子間電圧を取得できる。

これにより、マイコン６は、フィルタ、特に後段のフィルタ４４の影響をなくしながら保護抵抗２４の端子間電圧を電流変化ΔＩに対応した電圧として取得できる。この結果、インピーダンスＺacを極力正確に算出できる。
なお、保護抵抗２４の抵抗値は、電流検出用のシャント抵抗２５の抵抗値よりも小さく調整されているため、図８に示すように、保護抵抗２４の端子間電圧はシャント抵抗２５の端子間電圧Ｖｓよりも低くなり、その分だけ電圧感度も低くなるものの、フィルタ４３，４４の影響をなくすことが電流変化ΔＩの正確な算出処理に対する大きな寄与に繋がることになり、結果として電流変化ΔＩに対応した電圧を正確に取得できる。この結果、インピーダンスＺacを正確に算出できる。

また図１０は車両速度の時間変化と吸入空気量の変化と、そのときの車両内の消費電力との関係性の一例を模式的に示している。この図１０の時間ｔｘ１、ｔｘ２にアイドリングストップオンした時間を示しているが、この時間中にはヒータ４２の制御温度Ｔを低下させることができ、これに応じて消費電力も低下することがわかっている。

＜その他の比較検討＞
発明者は、前述した技術以外にも掃引電圧ΔＶの印加周波数を変化させるなど他の検討も行っているため、この例を説明する。図１１は、掃引する交流電圧の周波数に応じた空燃比センサ４のインピーダンスＺacの特性を示し、図１２は空燃比センサ４の電気的な等価回路を模式的に示している。これらの図１１及び図１２に示すように、空燃比センサ４は、交流電圧の周波数を上昇させるとインピーダンスＺacが低下する特性を示し、低周波であるほどインピーダンスＺacが増加するという所謂容量性特性を示す。

図１２に示すように、交流印加電圧が高周波数であればコンデンサ側に電流が流れることになるため、電極の界面抵抗等の各種抵抗の影響を概ね受けることはないものの、低周波になればなるほど電極の界面抵抗等の他の抵抗成分の影響を受けることになる。

このため、印加電圧制御部２１により空燃比センサ４に交流の掃引電圧ΔＶを印加したときに、前述した整定時間を確保するため交流電圧の印加周波数を低周波数化して制御周期を長期化しようとしても、空燃比センサ４のインピーダンスＺacが大きくなってしまう。このため前述したフィルタ４３，４４の影響を考慮すれば有効な改善策とはなりにくい。逆に、高周波数化すれば処理負荷が増大することで各種回路規模を大きくしなければならず好ましくない。

＜本実施形態の概念的なまとめ＞
本実施形態によれば、空燃比センサ４に通電されることに応じて空燃比センサ４のインピーダンスＺacに応じた信号を取得し、空燃比センサ４が低温環境下になったか否かを判定し、この判定結果に応じて取得する信号を切替えている。このため、たとえ低温環境下においてフィルタ４３，４４の影響により取得信号精度が悪化したとしても、低温環境下に合わせて取得信号を切替えることができるようになり、取得信号精度を向上できる。

また上流側及び下流側にそれぞれ互いに抵抗値の異なる検出抵抗として保護抵抗２４、シャント抵抗２５を接続して構成しており、これら検出抵抗２４，２５を切替えて端子間電圧を取得しているため、温度変化により変化するフィルタ４３，４４の時定数を上流側及び下流側で変更できる。このため、これらの検出抵抗２４，２５の端子間電圧を切替えて取得することにより、温度環境に合わせて取得信号を切替えることができる。

また、交流電圧の制御周期の中のうち所定時間（一部時間範囲内相当）の値を周期的にサンプリングして取得された値に応じてスイッチ２６により検出抵抗２４，２５を切替えている。このため、信号波形が収束しているか否かを判定することでフィルタ４３，４４の影響の有無を正確に検出できるようになり、適切なタイミングで検出抵抗２４，２５を切替えることができる。

また、周期的にサンプリングして取得された値に応じて算出される移動平均値に応じて検出抵抗２４，２５をスイッチ２６により切替えて信号を取得しているため、フィルタ４３，４４の影響の有無に応じて検出抵抗２４，２５を切替えて信号を取得でき、適切なタイミングで検出抵抗を切替えることができる。

また特に、低温環境下になった、特に図６のＳ１及びＳ８の条件を満たしたことを条件として、排気ガス中の空燃比がリーン状態のときに流れる電流の上流側の保護抵抗２４の端子間電圧を取得するようにスイッチ２６を切替えているため、低温環境下において問題となるフィルタ、特に後段のフィルタ４４の影響を受けることなく信号を取得でき、取得信号精度を向上できる。

また特に、低温環境下になった、特に図６のＳ１及びＳ８の条件を満たしたことを条件として、シャント抵抗２５よりも抵抗値の小さい保護抵抗２４の端子間電圧を取得するようにスイッチ２６を切替えているため、低温環境下において問題となるフィルタ、特に後段のフィルタ４４の影響を受けることなく信号を取得でき、取得信号精度を向上できる。特に、上流側に抵抗値の低い保護抵抗２４を接続しているため、より取得信号精度を向上できる。

アイドルストップオンと判定されたことを条件として保護抵抗２４の端子間電圧を取得するようにスイッチ２６を切替えているため、低温環境下において問題となるフィルタ、特に後段のフィルタ４４の影響を受けることなく信号を取得でき、取得信号精度を向上できる。

また、インジェクタ２に噴射制御を指令する噴射信号が所定時間検出されないことを条件として保護抵抗２４の端子間電圧に取得電圧を切替えることもできるため、低温環境下において問題となるフィルタ、特に後段のフィルタ４４の影響を受けることなく信号を取得できるようになり取得信号精度を向上できる。

（第２実施形態）
図１３及び図１４は第２実施形態の追加説明図を示している。図１３は図２に代えて示す電子制御装置２００の電気的構成を概略的に示している。
この電子制御装置２００に示すように、シャント抵抗２５の端子間電圧を取得することでシャント抵抗２５に流れる電流を検出するＡ／Ｄ変換部２７ａ及びサンプリング値処理部２８ａと、保護抵抗２４の端子間電圧を取得することで当該保護抵抗２４に流れる電流を検出するＡ／Ｄ変換部２７ｂ及びサンプリング値処理部２８ｂと、を別体に２系統分備えている。これらのＡ／Ｄ変換部２７ａ，２７ｂ及びサンプリング値処理部２８ａ，２８ｂは信号取得部として動作する。

これらのＡ／Ｄ変換部２７ａ，２７ｂ及びサンプリング値処理部２８ａ，２８ｂは、常時それぞれ保護抵抗２４、シャント抵抗２５に流れる電流に対応した電圧値を取得し、この情報をマイコン６に出力する。これによりマイコン６は、これらの双方のサンプリング値を並行して受信、取得でき、マイコン６は、判断部４５による判断に応じて、これらのサンプリング値の何れか一方を選択可能になっている。

図１４は図６に代わるフローチャートを示している。
この図１４に示すように、マイコン６は、Ｓ１の条件を満たさないときには、Ｓ２において低温検出モード切替部１５により通常モードに切替移行し、Ｓ３ａにおいて下流側のシャント抵抗２５の側の信号を選択し、マイコン６はＡ／Ｄ変換部２７ａ及びサンプリング値処理部２８ａを通じて取得した値に応じてＳ５においてインピーダンスＺacを算出し、Ｓ６においてヒータ４２に通電制御する。

逆にマイコン６は、Ｓ１の条件を満たしたときには、Ｓ２において低温検出モード切替部１５により低温時インピーダンス検出モードに切替え移行した後、Ｓ８の条件を満たしたときに、Ｓ９ａにおいて上流側の保護抵抗２４の側の信号を選択する。マイコン６、Ａ／Ｄ変換部２７ｂ及びサンプリング値処理部２８ｂを通じて取得した値に応じてＳ５においてインピーダンスＺacを算出しＳ６においてヒータ４２に通電制御する。
このようにして前述実施形態と同様の作用効果を得られるようになる。

＜本実施形態の概念的なまとめ＞
要するに、本実施形態によれば、常時取得されている保護抵抗２４及びシャント抵抗２５の端子間電圧をマイコン６が選択切替えするように構成されているため、前述実施形態と同様の作用効果が得られる。しかも、前述実施形態に説明したスイッチ２６を不要にでき、スイッチ２６に基づくリーク電流誤差を防ぐことができる。これにより、前述実施形態に比較してより取得信号精度を向上できる。

また、上流側及び下流側にそれぞれ互いに抵抗値の異なる検出抵抗、すなわちシャント抵抗２５、保護抵抗２４を接続して構成しており、これらを選択切替えして検出抵抗の端子間電圧を取得しているため、温度環境下に合わせて取得信号を切替えることができる。

（第３実施形態）
図１５は第３実施形態の追加説明図を示し、図１５は図６に代わる処理をフローチャートにより示している。この図１５に示すように、Ｓ１の条件を満たしたときに、無条件でＳ９においてスイッチ２６を保護抵抗２４の端子間電圧側に切替えるようにしても良い。

すなわち図６のＳ８の電圧条件の判定を省いても良く、空燃比センサ４が「低温環境下になる」ことが現在又は未来に想定されるときには、シャント抵抗２５の端子間電圧から保護抵抗２４の端子間電圧に切替えて取得するようにしても良い。

例えば第１実施形態においては、図６のステップＳ８の移動平均値の判定処理を行っている制御周期においては、インピーダンスＺacを高精度に算出できないものの、本実施形態では、Ｓ１の条件を満たしたときに直ぐにスイッチ２６を切り替えるようにしているため、直ぐに波形を収束させるように切り替えることができ、素早く高精度にインピーダンスＺacを算出できるようになる。

（他の実施形態）
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができ、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。例えば以下に示す変形又は拡張が可能である。

所定期間中の平均値を移動平均値として算出してＳ８の判定条件として適用したが、これに限定されるものではなく、サンプリング値そのもの、又は、連続するサンプリング値の勾配を用いて判定しても良い。

図２には省略しているが、検出抵抗２４，２５により検出される電流を増幅するための増幅回路を設けても良い。スイッチ２６と抵抗２４，２５との間にそれぞれ増幅回路を設けても良いし、スイッチ２６とＡ／Ｄ変換部２７との間に介在して増幅回路を設けても良い。

「フィルタ」は２次ＲＣローパスフィルタにより等価的に表現できるような例を挙げたが、これに限定されるものではなく、バンドパスフィルタ、等により等価的に表現できる場合も同様に適用できる。

例えば第１、第３実施形態においては、上流側の保護抵抗２４の端子間電圧、下流側のシャント抵抗２５の端子間電圧を切り替えて取得する実施形態を示したが、これに限定されるものではなく、回路構成上、空燃比センサ４のインピーダンスＺacが高インピーダンス化されたとしても、当該回路構成内におけるフィルタ、特に後段のフィルタ４４による影響が出力されにくくなる信号電圧又は電流を取得できるようなノードがあれば、このノードから信号を取得できるようにしても良い。すなわち、信号取得部が取得する「信号」は検出抵抗２４、２５の端子間電圧を対象として検出抵抗２４、２５に流れる電流を取得することで説明したが、これ以外の信号、他端子間の電圧、他端子の通電電流であっても良い。
１セルタイプの空燃比センサ４に適用した形態を示したが、２セルタイプの空燃比センサに適用することもできる。

第１〜第３実施形態においては、図６、図１４、図１５のＳ１においてアイドルストップオンしたことを条件として低温時インピーダンス検出モードに入る形態を示したが、このＳ１の条件に代えてフューエルカットオンを条件としても良い。このフューエルカットは、例えばエンジン回転がアイドリング回転数に近い数値となる一定回転以上、水温が一定以上、アクセルオフ、などの所定条件を満たしたことを条件としてフューエルカットオンとして判定される処理であり、このフューエルカットオンしたことを条件として低温時インピーダンス検出モードに入り（図６、図１４又は図１５のＳ７）、図６のステップＳ８〜Ｓ１０→Ｓ５、Ｓ６、図１４のステップＳ８、Ｓ９ａ→Ｓ５、Ｓ６又は図１５のステップＳ９、Ｓ１０→Ｓ５、Ｓ６の制御を行うようにしても良い。
この第１〜第３実施形態のＳ１の条件は、各種条件を適用でき、各種のセンサ信号Ｓｅに応じて処理を分岐しても良い。

例えば、空燃比センサ４の温度Ｔを計測するための温度センサ等を設置し、当該温度センサの温度検出結果に応じて低温になったか低温になるか否かを判定するようにしても良い。すなわち例えば、Ｓ１の条件に代えて、温度センサによる温度検出結果が所定より低い温度であることを条件として低温時インピーダンス検出モードに移行し、その後、前述と同様の制御を行うようにしても良い。

また第１〜第３実施形態のＳ１の条件は、例えば、電子スロットルの開度センサにより検出される開度状態が全閉であることに応じてＹＥＳと判定しても良い。すなわち、運転者が例えばアクセル及びブレーキを同時に踏み込んだ場合などにはブレーキオーバーライドシステムに応じて電子スロットルの開度状態が全閉となる。この全閉となったことを条件として低温時インピーダンス検出モードに入り（図６、図１４又は図１５のＳ７）その後、前述と同様の制御を行うようにしても良い。

また第１〜第３実施形態のＳ１の条件は、例えば、吸気圧センサの吸入空気量が所定量より少なくなったことを条件として低温時インピーダンス検出モードに入り（図６、図１４又は図１５のＳ７）その後、前述と同様の制御を行うようにしても良い。

また第１〜第３実施形態のＳ１の条件は、例えば、車速センサの車速情報が所定速度未満となったことを条件として低温時インピーダンス検出モードに入り（図６、図１４又は図１５のＳ７）その後、前述と同様の制御を行うようにしても良い。

さらに第１〜第３実施形態のＳ１の条件は、例えば、シフトレバーの位置情報が例えばパーキングレンジ（Ｐ）等となったことを条件として低温時インピーダンス検出モードに移行し、その後、前述と同様の制御を行うようにしても良い。

これらセンサ信号Ｓｅに応じた情報を１又は２つ以上組み合わせた条件によりアイドルストップオン状態であることを判定したり、又は、フューエルカットオン状態であることを判定し、この何れかの条件を満たしたときに低温時インピーダンス検出モードに移行し、その後、前述と同様の制御を行うようにしても良い。

特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、本発明の一つの態様として前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。前述した複数の実施形態の構成、機能を組み合わせても良い。前述実施形態の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略した態様も実施形態と見做すことが可能である。また、特許請求の範囲に記載した文言によって特定される発明の本質を逸脱しない限度において考え得るあらゆる態様も実施形態と見做すことが可能である。

本開示は、前述した実施形態に準拠して記述したが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範畴や思想範囲に入るものである。

図面中、１００，２００は電子制御装置、６はマイコン（低温判定部、切替部）、２４は保護抵抗（検出抵抗）、２５はシャント抵抗（検出抵抗）、２７，２７ａ，２７ｂはＡ／Ｄ変換部（信号取得部）、２８，２８ａ，２８ｂはサンプリング値処理部（信号取得部）、４３は第１フィルタ（フィルタ）、４４は第２フィルタ（フィルタ）を示す。

Claims (11)

1. 内燃機関の排気ガス中の空燃比を検出するために設けられた空燃比センサ（４）を制御する電子制御装置（１００，２００）であって、
   フィルタ（４３，４４）を通じて前記空燃比センサに通電されることに応じて前記空燃比センサのインピーダンスに応じた信号を取得する信号取得部（２７，２８；２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂ）と、
   前記空燃比センサが低温環境下になる又はなったか否かが判定された結果に応じて前記信号取得部により取得する信号を切替える切替部（２６；６）と、
   を備える電子制御装置。
2. 前記空燃比センサに通電される上流側及び下流側にそれぞれ互いに抵抗値の異なる検出抵抗（２４、２５）を接続して構成され、
   前記切替部（２６）は前記検出抵抗の端子間電圧の出力を切替えるスイッチ（２６）により構成され、前記信号取得部が前記切替部により切替えられた検出抵抗の端子間電圧を取得する請求項１記載の電子制御装置。
3. 前記信号取得部は、前記空燃比センサに交流電圧が通電されることに応じて前記信号を取得するように構成され、
   前記切替部（２６；６）は、前記信号取得部により前記交流電圧の一周期内のうち少なくとも一部時間範囲内の値を周期的にサンプリングして取得された値に応じて前記信号取得部により取得する信号を切替える請求項１または２記載の電子制御装置。
4. 前記切替部（２６；６）は、前記周期的にサンプリングして取得された値により算出される移動平均値に応じて前記信号取得部により取得する信号を切替える請求項３記載の電子制御装置。
5. 前記信号取得部（２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂ）は複数だけ備えられ、前記複数の信号取得部が前記空燃比センサのインピーダンスに応じた複数の信号をそれぞれ常時取得するように構成され、
   前記信号取得部により常時取得されている前記複数の信号を前記切替部（６）が選択切替えする請求項１記載の電子制御装置。
6. 前記空燃比センサに通電される上流側及び下流側にそれぞれ互いに抵抗値の異なる検出抵抗（２４，２５）を接続して構成され、
   前記複数の信号取得部が上流側の検出抵抗の端子間電圧及び前記下流側の検出抵抗の端子間電圧を取得し、前記切替部（６）が前記複数の信号取得部により取得された値を選択する請求項５記載の電子制御装置。
7. 前記フィルタ（４３，４４）は、前記空燃比センサを含んで２次ＲＣローパスフィルタにより構成される請求項１から６の何れか一項に記載の電子制御装置。
8. 前記空燃比センサに通電される上流側及び下流側にそれぞれ互いに抵抗値の異なる検出抵抗（２４，２５）を接続して構成され、
   前記切替部（２６；６）は、前記空燃比センサが低温環境下になる又はなったと判定されると、前記空燃比センサにより検出される排気ガス中の空燃比がリーン状態のときに流れる電流の上流側の検出抵抗（２４）の端子間電圧を取得するように切替える請求項１記載の電子制御装置。
9. 前記切替部（２６；６）は、前記空燃比センサが低温環境下になる又はなったと判定されると、前記上流側の検出抵抗及び前記下流側の検出抵抗のうち抵抗値の小さい検出抵抗の端子間電圧を取得するように切替える請求項２または６記載の電子制御装置。
10. 前記切替部（２６；６）は、インジェクタに噴射制御を指令する噴射信号が所定時間検出されないことを条件として前記信号取得部により取得する信号を切替える請求項１から９の何れか一項に記載の電子制御装置。
11. 前記切替部（２６；６）は、アイドルストップオン又はフューエルカットオンと判定されたことを条件として前記信号取得部により取得する信号を切替える請求項１から１０の何れか一項に記載の電子制御装置。

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