JP2020026995A

JP2020026995A - 酸素センサ制御装置

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Publication number: JP2020026995A
Application number: JP2018151309A
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Inventors: 幸治森下; Koji Morishita
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Abstract

【課題】酸素センサのインピーダンスの検出精度低下を抑制可能な酸素センサ制御装置を提供する。【解決手段】制御装置１００は、電圧印加検出部１２２、電流印加検出部１２３、および検出切替部１２４を備える。電圧印加検出部１２２は、酸素センサに対する電圧の印加に伴う酸素センサにおける電流変化量に基づいて、酸素センサのインピーダンスを検出する。電流印加検出部１２３は、酸素センサに対する電流の印加に伴って酸素センサの両端に生じる電圧変化量に基づいて、インピーダンスを検出する。検出切替部１２４は、空燃比センサ１０の状態に基づいて、電圧印加検出部１２２と電流印加検出部１２３とを切り替えてインピーダンスを検出させる。【選択図】図１

Description

本開示は、酸素センサを制御する酸素センサ制御装置に関する。

特許文献１には、限界電流式の酸素センサが開示されている。限界電流式の酸素センサには、所定の電圧範囲の電圧が印加された場合、電圧の大きさに依らず一定値の限界電流が流れる。限界電流の大きさは、酸素の濃度に応じて変動する。

また特許文献１には、こうした酸素センサに印加する電圧を制御して酸素の濃度を検出する制御装置が開示されている。特許文献１に記載の制御装置は、酸素センサに限界電流が流れるように電圧を印加し、限界電流の大きさに基づいて酸素の濃度を検出する。制御装置は、酸素センサの温度を推定する。酸素センサの温度は、酸素センサに印加する電圧や、酸素センサを加熱するヒータの温度に応じた制御などに用いられる。制御装置は、酸素センサの温度を、酸素センサのインピーダンスに基づいて推定する。制御装置は、酸素センサのインピーダンスを、酸素センサへの電圧の印加に伴う電流の変動幅に基づいて算出する。インピーダンス検出の際に印加する時間的に大きさの変動する電圧を掃引電圧と定義する。

特開２０１６−２０８９２号公報

しかし、特許文献１の制御装置は、酸素センサのインピーダンスを、電圧の印加に伴う電流の変動幅に基づいて算出する電圧印加検出のみで検出する。従って、特許文献１の制御装置では、酸素センサが電圧印加検出に適さない状態となった場合、インピーダンスの検出精度が低下しうる。

本開示は、酸素センサのインピーダンスの検出精度低下を抑制可能な酸素センサ制御装置の提供を目的とする。

上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は、本開示の更なる有利な具体例を規定する。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。

上記目的を達成するための本開示の酸素センサ制御装置は、酸素の濃度に応じた信号を出力する酸素センサ（１０）を制御する酸素センサ制御装置であって、酸素センサに対する電圧の印加に伴う酸素センサにおける電流変化量に基づいて、酸素センサのインピーダンスを検出する電圧印加検出部（１２２）と、酸素センサに対する電流の印加に伴って酸素センサの両端に生じる電圧変化量に基づいて、インピーダンスを検出する電流印加検出部（１２３）と、酸素センサの状態に基づいて、電圧印加検出部と電流印加検出部とを切り替えてインピーダンスを検出させる検出切替部（１２４）と、を備える。

以上の構成によれば、検出切替部は、電圧印加検出部と電流印加検出部とを切り替えてインピーダンスを検出させる。この結果、制御装置は、電圧印加検出部および電流印加検出部のうち、酸素センサの状態に応じた適切な検出部でインピーダンスを検出しうる。従って制御装置は、酸素センサのインピーダンスの検出精度低下を抑制しうる。

制御装置の構成および空燃比センサ（酸素センサ）との接続関係を示す図である。空燃比センサの温度と流れる電流の最大値との関係を示す図である。空燃比センサの温度とインピーダンスとの関係を示す図である。電圧の印加による電圧および電流の変動を示す図である。電流の印加による電流および電圧の変動を示す図である。第一実施形態における切り替え挙動の例を示す図である。第一実施形態における演算部の処理を示すフローチャートである。第二実施形態における切り替え挙動の例を示す図である。第二実施形態における演算部の処理を示すフローチャートである。第三実施形態における切り替え挙動の例を示す図である。第三実施形態における演算部の処理を示すフローチャートである。

以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態の説明において、対応する構成要素には同一番号の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりでなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても部分的に構成を組み合わせることも可能である。

＜第一実施形態＞
本開示の第一実施形態による制御装置１００は、図１に示すようにセンサシステム１に用いられている。センサシステム１は、例えば走行駆動源としてエンジンおよびモータを備えたハイブリッド自動車において、エンジンの空燃比検出に用いられている。具体的には、センサシステム１は、エンジンからの排気における空燃比に従って変動した酸素や未燃ガスの濃度に基づいて空燃比を検出する。センサシステム１は、空燃比センサ１０を制御装置１００に加えて備えている。

空燃比センサ１０は、いわゆる限界電流式のセンサである。空燃比センサ１０には、所定範囲に含まれる電圧が印加された場合、電圧の大きさに依らず実質的に一定の大きさの限界電流が流れる。空燃比センサ１０は、酸素の濃度に応じた信号として限界電流を出力する「酸素センサ」に相当する。空燃比センサ１０は、ジルコニアなどによる固体電解質層、多孔質のセラミックなどによる拡散抵抗層、固体電解質層を挟む電極、およびヒータなどを積層することによって形成されている。電極の一方である排気側電極１１には、排気が供給される。排気の供給量は、拡散抵抗層により制限される。電極の他方である大気側電極１２には、大気が供給される。

固体電解質層は、排気やヒータにより加熱された状態において、イオン化した酸素を通過させる。通過させた酸素の量に応じて、固体電解質層には電流が流れる。空燃比が理論空燃比よりもリーンな場合、排気側電極１１から固体電解質層を通過して大気側電極１２に移動する酸素の量は、排気側電極１１に供給される酸素の量、すなわち排気に残った酸素の濃度に従う。また空燃比が理論空燃比よりもリッチな場合、大気側電極１２から排気側電極１１に移動する酸素の量は、排気側電極１１に移動した酸素の反応可能な未燃ガスの量、すなわち排気中の未燃ガスの濃度に従う。この結果、空燃比センサ１０は、排気中の酸素濃度および未燃ガス濃度に従う大きさの限界電流を出力する。従って空燃比センサ１０は、空燃比に対応した限界電流を出力する。

排気やヒータによる加熱の停止した状態では、空燃比センサ１０は低温となりうる。空燃比センサ１０が低温になるに従って、固体電解質層を通過する酸素の移動速度が低下する。酸素の移動速度低下に伴い、図２に示すように所定電圧の印加により流れる電流の最大値が減少する。例えば、５００〜６００℃以上の温度においては、限界電流まで電流を流しうる、いわゆる活性状態となる。活性状態となる温度未満においては、電流の減少により限界電流まで電流の流れない場合を生じる、いわゆる非活性状態となる。また酸素の移動速度低下に伴い、図３に示すように空燃比センサ１０のインピーダンスが増大する。空燃比センサ１０のインピーダンスは、温度の低下に伴い指数関数的に増大する。

制御装置１００は、例えば図１に示すように、半導体基板に入出力部１１０や演算部１２０、メモリなどを集積したマイクロコントローラとして実現されている電子制御装置である。制御装置１００は「酸素センサ制御装置」に相当する。制御装置１００は、メモリに記憶されたソフトウェアを演算部１２０で実行することにより、空燃比センサ１０を制御して空燃比を検出する機能などを発揮する。なお、制御装置１００は、演算部１２０の発揮する機能の一部または全部を含めてハードウェア的に実現されていてもよい。入出力部１１０は、電圧印加部１１１、電圧変動部１１２、電流印加部１１３、シャント抵抗器１１４、電流検出部１１５、および電圧検出部１１６を含んでいる。また、演算部１２０の発揮する機能には、濃度検出部１２１、電圧印加検出部１２２、電流印加検出部１２３、検出切替部１２４、および温度検出部１２５としての機能が含まれる。

電圧印加部１１１は、オペアンプなどによるバッファ回路を含んでいる。電圧印加部１１１は、大気側電極１２に接続されている。電圧印加部１１１は、大気側電極１２に所定の電位を提供する。

電圧変動部１１２は、オペアンプなどによるバッファ回路を含んでいる。電圧変動部１１２は、排気側電極１１に後述のシャント抵抗器１１４を介して接続されている。電圧変動部１１２は、電圧印加部１１１よりも低い電位を排気側電極１１に提供する。電圧変動部１１２は、排気側電極１１における電位を時間的に変動させる。これにより電圧変動部１１２は、空燃比センサ１０に時間的に変動する電圧である掃引電圧を印加する。具体的には、電圧変動部１１２は、排気側電極１１に提供する電位を、例えば矩形波状に変動するパルスとする。この結果、空燃比センサ１０に印加される電圧は、図４に示すような時間の経過に伴いパルス状に変動する掃引電圧となる。掃引電圧の印加に伴い、空燃比センサ１０に流れる電流も時間的に変動する。掃引電圧の印加に伴う電流変化量ΔＩｏｕｔは、掃引電圧の電圧変化量ΔＶｉｎを空燃比センサ１０のインピーダンスで除算した大きさとなる。

電流印加部１１３は、電流出力回路を含んでいる。電流印加部１１３は、大気側電極１２に接続されている。電流印加部１１３は、空燃比センサ１０に電流を印加する。具体的には、電流印加部１１３は、所定の大きさで実質的に一定の定電流を印加する。電流印加部１１３による定電流を電流の流れていない空燃比センサ１０に印加すると、空燃比センサ１０に流れる電流は、図５に示すように矩形波状を呈するパルス状に変動する。こうした電流の変動に伴い、空燃比センサ１０の両端に生じる電圧も時間的に変動する。電流印加に伴う電圧変化量ΔＶｏｕｔは、電流変化量ΔＩｉｎ、すなわち印加された定電流の大きさに、空燃比センサ１０のインピーダンスを乗算した大きさとなる。

シャント抵抗器１１４は、排気側電極１１に空燃比センサ１０と直列に接続されている。シャント抵抗器１１４には、空燃比センサ１０に流れる電流と実質的に同じ大きさの電流が流れる。シャント抵抗器１１４の両端には、空燃比センサ１０に流れた電流に比例した電圧が生じる。

電流検出部１１５は、アナログデジタル変換を行うＡＤコンバータなどを含んでいる。電流検出部１１５は、シャント抵抗器１１４の両端に生じた電圧を検出することにより、空燃比センサ１０に流れた電流を検出し、演算部１２０に入力する。

電圧検出部１１６は、ＡＤコンバータなどを含んでいる。電圧検出部１１６は、空燃比センサ１０の両端、すなわち排気側電極１１と大気側電極１２との間に生じる電圧を検出し、演算部１２０に入力する。

濃度検出部１２１は、所定電圧の印加に伴い空燃比センサ１０に流れた濃度検出電流に基づいて、酸素の濃度に対応する空燃比を検出する。具体的には、濃度検出部１２１は、空燃比センサ１０に、電圧印加部１１１および電圧変動部１１２による電位の差として所定電圧を印加する。空燃比センサ１０には、所定電圧の印加により限界電流が流れる。濃度検出部１２１は、電流検出部１１５で検出された濃度検出電流を限界電流に相当するとし、メモリに記憶された限界電流と空燃比との対応関係に従って空燃比を検出する。

電圧印加検出部１２２は、電圧の印加に伴う空燃比センサ１０における電流変化量に基づいて、空燃比センサ１０のインピーダンスを検出する。電圧印加検出部１２２は、電圧印加部１１１および電圧変動部１１２を制御して、空燃比センサ１０に掃引電圧を印加する。電圧印加検出部１２２は、電流検出部１１５で検出される電流の変動に基づき、電流変化量ΔＩｏｕｔを取得する。電圧印加検出部１２２は、掃引電圧の電圧変化量ΔＶｉｎを電流変化量ΔＩｏｕｔで除算した値を、空燃比センサ１０のインピーダンスとして検出する。

電流印加検出部１２３は、電流の印加に伴い空燃比センサ１０の両端に生じた電圧に基づいて、空燃比センサ１０のインピーダンスを検出する。電流印加検出部１２３は、電流印加部１１３を制御して、空燃比センサ１０に定電流を印加する。電流印加検出部１２３は、電圧検出部１１６で検出される電圧の変動に基づき、電圧変化量ΔＶｏｕｔを取得する。電流印加検出部１２３は、取得した電圧変化量ΔＶｏｕｔを電流変化量ΔＩｉｎ、すなわち定電流の大きさで除算した値を、空燃比センサ１０のインピーダンスとして検出する。

検出切替部１２４は、空燃比センサ１０の状態に基づいて、電圧印加検出部１２２と電流印加検出部１２３とを切り替えてインピーダンスを検出させる。検出切替部１２４は、検出させたインピーダンスに基づいて、電圧印加検出部１２２および電流印加検出部１２３のうち次にインピーダンスを検出させる検出部を切り替える。検出切替部１２４は、検出させたインピーダンスが図６に示すようにインピーダンス閾値Ｔｚ以上の高インピーダンス状態であるか、インピーダンス閾値未満の低インピーダンス状態であるかに基づいて切り替える。

インピーダンス閾値Ｔｚは、例えば空燃比センサ１０を活性状態とみなせる最低温度におけるインピーダンスなどに設定され、メモリに記憶されている。検出切替部１２４は、高インピーダンス状態である場合には電流印加検出部１２３にインピーダンスを検出させる。検出切替部１２４は、低インピーダンス状態である場合には電圧印加検出部１２２にインピーダンスを検出させる。

温度検出部１２５は、検出切替部１２４の検出させたインピーダンスに基づいて、空燃比センサ１０の温度を検出する。温度検出部１２５は、メモリに記憶されたインピーダンスと温度との対応関係に基づいて、空燃比センサ１０の温度を検出する。温度検出部１２５で検出された温度は、例えば空燃比センサ１０を加熱して活性状態とさせるヒータの稼働制御に用いられる。ヒータは、検出される温度が、目標温度となるように稼働制御される。目標温度は、空燃比センサ１０が活性状態となる温度にあらかじめ設定されてメモリに記憶されている。

演算部１２０における処理手順の例を説明する。演算部１２０は、例えばエンジンが稼働している場合に、図７に示す処理をＳ１から順に周期的に実行する。

Ｓ１では、濃度検出部１２１に相当する処理により、排気の酸素濃度を検出する。Ｓ２では、インピーダンスの検出を実行する条件が成立しているか否かを判断する。インピーダンスの検出を実行する条件は、例えば直近の検出から所定の時間が経過した場合である。条件が成立している場合はＳ３に進み、成立していない場合は図７に示す処理を終了する。

Ｓ３では、検出切替部１２４に相当する処理により、直近に検出したインピーダンスがインピーダンス閾値以上であるか否かを判断する。インピーダンス閾値以上でなければＳ４に進み、インピーダンス閾値以上であればＳ５に進む。なお、図７の周期的な実行を開始した直後であれば、インピーダンス閾値以上であるとしてＳ５に進む。

Ｓ４では、電圧印加検出部１２２に相当する処理により、インピーダンスを検出してＳ６に進む。Ｓ５では、電流印加検出部１２３に相当する処理により、インピーダンスを検出してＳ６に進む。

Ｓ６では、温度検出部１２５に相当する処理により、温度を検出する。具体的には、直近のＳ４またはＳ５で検出されたインピーダンスに基づいて温度を検出する。Ｓ７では、直近のＳ６で検出された温度に基づいてヒータの稼働制御を行う。

［第一実施形態のまとめ］
以上、説明した第一実施形態によれば、検出切替部１２４は、電圧印加検出部１２２と電流印加検出部１２３とを切り替えてインピーダンスを検出させる。この結果、制御装置１００は、電圧印加検出部１２２および電流印加検出部１２３のうち、空燃比センサ１０の状態に応じた適切な検出部でインピーダンスを検出しうる。従って制御装置１００は、空燃比センサ１０のインピーダンスの検出精度低下を抑制しうる。

また本実施形態の検出切替部１２４は、インピーダンスに基づいて電圧印加検出部１２２と電流印加検出部１２３とを切り替える。この結果、制御装置１００は、電圧印加検出部１２２および電流印加検出部１２３のうち、空燃比センサ１０のインピーダンスに応じた適切な検出部で空燃比センサ１０のインピーダンスを検出しうる。従って制御装置１００は、空燃比センサ１０のインピーダンスの検出精度低下を抑制しうる。

検出切替部１２４は、高インピーダンス状態であるか低インピーダンス状態であるかに基づいて電流印加検出部１２３および電圧印加検出部１２２に切り替える。この結果、制御装置１００は、高インピーダンス状態および低インピーダンス状態のそれぞれに対して、電圧印加検出部１２２および電流印加検出部１２３のうち、適切な検出部でインピーダンスを検出しうる。従って制御装置１００は、空燃比センサ１０のインピーダンスの検出精度低下を抑制しうる。

またこうした切替によれば、電流印加検出部１２３および電圧印加検出部１２２は、それぞれ高インピーダンス状態または低インピーダンス状態のいずれかについてインピーダンスを検出することとなる。この結果、電流印加検出部１２３を用いて検出する必要のあるインピーダンスの下限と、電圧印加検出部１２２を用いて検出する必要のあるインピーダンスの上限との差を小さくできる。故に、検出に用いられる電圧変化量ΔＶｏｕｔおよび電流変化量ΔＩｏｕｔは、検出における誤差を抑制されうる。従って制御装置１００は、空燃比センサ１０のインピーダンスの検出精度低下を抑制しうる。

検出切替部１２４は、高インピーダンス状態において電流印加検出部１２３に切り替え、低インピーダンス状態において電圧印加検出部１２２に切り替える。ここで、所定値の電流の印加に対して空燃比センサ１０に生じる電圧は、高インピーダンス状態において低インピーダンス状態と比較して大きい。故に、高インピーダンス状態において切り替えられた電流印加検出部１２３は、生じた電圧を精度よく検出し、精度よくインピーダンスを検出しうる。また、掃引電圧の印加に対する空燃比センサ１０に流れる電流の変化量は、低インピーダンス状態において高インピーダンス状態と比較して大きい。故に、高インピーダンス状態において切り替えられた電圧印加検出部１２２は、変化量を精度よく検出し、精度よくインピーダンスを検出しうる。この結果、制御装置１００は、高インピーダンス状態および低インピーダンス状態のそれぞれに対して、電圧印加検出部１２２および電流印加検出部１２３のうち、適切な検出部でインピーダンスを検出しうる。従って制御装置１００は、空燃比センサ１０のインピーダンスの検出精度低下を抑制しうる。

こうした低温状態におけるインピーダンス検出精度の向上によれば、エンジン駆動開始時の低温な状態においても、インピーダンスの検出精度低下を抑制しうる。また、モータ駆動時にエンジンからの排気の停止により低温となった場合であっても、エンジン駆動再開時のインピーダンスの検出精度低下を抑制しうる。故に、モータ駆動時において、目標温度の維持を目的としたヒータの稼動を抑制しうる。

＜第二実施形態＞
図８および図９に示す第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態における制御装置１００では、検出切替部１２４（図１参照）の作動が第一実施形態における作動と異なっている。

第二実施形態の検出切替部１２４は、濃度検出部１２１で検出された濃度検出電流に基づいて、電圧印加検出部１２２と電流印加検出部１２３とを切り替える。検出切替部１２４は、図８に示すように、検出された濃度検出電流が電流閾値Ｔｉ以上の大電流状態であるか、電流閾値未満の小電流状態であるかに基づいて切り替える。

電流閾値Ｔｉは、例えば空燃比センサ１０を活性状態とみなせる最低温度において、所定電圧の印加に対して検出される濃度検出電流の最大値などに設定されている。検出切替部１２４は、小電流状態の継続時間が所定時間以上の場合には電流印加検出部１２３にインピーダンスを検出させる。検出切替部１２４は、大電流状態である場合、または小電流状態の継続時間が所定時間未満である場合には、電圧印加検出部１２２にインピーダンスを検出させる。

第二実施形態の演算部１２０における処理手順の例を説明する。演算部１２０は、図７に示した処理に代えて、図９に示す処理をＳ１から順に周期的に実行する。Ｓ１、Ｓ２、およびＳ４〜Ｓ７の処理は、図７に示した処理と同様である。

Ｓ３ａでは、検出切替部１２４に相当する処理により、Ｓ１で検出した濃度検出電流のうち、直近の所定回数における濃度検出電流が電流閾値以上であるか否かを判断する。例えば一回以上電流閾値以上であればＳ４に進み、全て電流閾値未満であればＳ５に進む。

［第二実施形態のまとめ］
以上、説明した第二実施形態によれば、第一実施形態と同様に、空燃比センサ１０の状態に応じた適切な検出部でインピーダンスを検出しうる。従って制御装置１００は、空燃比センサ１０のインピーダンスの検出精度低下を抑制しうる。

また第二実施形態では、検出切替部１２４は、濃度検出電流に基づいて電圧印加検出部１２２と電流印加検出部１２３とを切り替える。濃度検出電流は、空燃比センサ１０の温度変化に伴うインピーダンスの変化に連動して変化しうる。故に制御装置１００は、電圧印加検出部１２２および電流印加検出部１２３のうち、空燃比センサ１０のインピーダンスに応じた適切な検出部で空燃比センサ１０のインピーダンスを検出しうる。従って制御装置１００は、空燃比センサ１０のインピーダンスの検出精度低下を抑制しうる。

加えて第二実施形態では、検出切替部１２４は、大電流状態であるか小電流状態であるかに基づいて電流印加検出部１２３および電圧印加検出部１２２を切り替える。ここで、大電流が流れるか否かは、空燃比センサ１０の温度変化に伴う高インピーダンス状態および低インピーダンス状態の切り替わりに連動しうる。この結果、制御装置１００は、高インピーダンス状態および低インピーダンス状態のそれぞれに対して、電圧印加検出部１２２および電流印加検出部１２３のうち、適切な検出部でインピーダンスを検出しうる。従って制御装置１００は、空燃比センサ１０のインピーダンスの検出精度低下を抑制しうる。

さらに第二実施形態では、検出切替部１２４は、小電流状態であることに基づいて電流印加検出部１２３に切り替え、大電流状態であることに基づいて電圧印加検出部１２２に切り替える。ここで、小電流状態は、空燃比センサ１０が低温であることによる高インピーダンス状態に伴って生じうる。また、大電流状態は、空燃比センサ１０が高温であることによる低インピーダンス状態に伴って生じうる。この結果、制御装置１００は、電圧印加検出部１２２および電流印加検出部１２３のうち、空燃比センサ１０のインピーダンスに応じた適切な検出部でインピーダンスを検出しうる。従って制御装置１００は、空燃比センサ１０のインピーダンスの検出精度低下を抑制しうる。

＜第三実施形態＞
図１０および図１１に示す第三実施形態は、第一実施形態の別の変形例である。第三実施形態における制御装置１００では、検出切替部１２４（図１参照）の作動が第一実施形態における作動と異なっている。

第三実施形態の検出切替部１２４は、温度検出部１２５で推定した空燃比センサ１０の温度に基づいて、次にインピーダンスを検出させる検出部を切り替える。検出切替部１２４は、図１０に示すように、検出された温度が温度閾値Ｔｔ以上の高温状態であるか、温度閾値Ｔｔ未満の低温状態であるかに基づいて切り替える。

温度閾値Ｔｔは、例えば空燃比センサ１０を活性状態とみなせる最低温度などに設定されている。検出切替部１２４は、低温状態である場合には電流印加検出部１２３にインピーダンスを検出させる。検出切替部１２４は、高温状態である場合には電圧印加検出部１２２にインピーダンスを検出させる。

第三実施形態の演算部１２０における処理手順の例を説明する。演算部１２０は、図７に示した処理に代えて、図１１に示す処理をＳ１から順に周期的に実行する。Ｓ１、Ｓ２、およびＳ４〜Ｓ７の処理は、図７に示した処理と同様である。

Ｓ３ｂでは、検出切替部１２４に相当する処理により、直近のＳ６で検出した温度が温度閾値以上であるか否かを判断する。温度閾値以上であればＳ４に進み、温度閾値以上でなければＳ５に進む。なお、図１１の周期的な実行を開始した直後であれば、温度閾値以上でないとしてＳ５に進む。

［第三実施形態のまとめ］
以上、説明した第三実施形態によれば、第一実施形態と同様に、空燃比センサ１０の状態に応じた適切な検出部でインピーダンスを検出しうる。従って制御装置１００は、空燃比センサ１０のインピーダンスの検出精度低下を抑制しうる。

また第三実施形態では、検出切替部１２４は、空燃比センサ１０の温度に基づいて電圧印加検出部１２２と電流印加検出部１２３とを切り替える。温度の変化は、空燃比センサ１０のインピーダンスを変化させうる。故に制御装置１００は、電圧印加検出部１２２および電流印加検出部１２３のうち、空燃比センサ１０のインピーダンスに応じた適切な検出部で空燃比センサ１０のインピーダンスを検出しうる。従って制御装置１００は、空燃比センサ１０のインピーダンスの検出精度低下を抑制しうる。

さらに第三実施形態では、検出切替部１２４は、高温状態であるか低温状態であるかに基づいて電流印加検出部１２３および電圧印加検出部１２２を切り替える。ここで、高温状態と低温状態との切り替わりは、高インピーダンス状態および低インピーダンス状態の切り替わりに連動しうる。この結果、制御装置１００は、高インピーダンス状態および低インピーダンス状態のそれぞれに対して、電圧印加検出部１２２および電流印加検出部１２３のうち、適切な検出部でインピーダンスを検出しうる。従って制御装置１００は、空燃比センサ１０のインピーダンスの検出精度低下を抑制しうる。

加えて第三実施形態では、検出切替部１２４は、高温状態である場合において電圧印加検出部１２２に切り替え、低温状態において電流印加検出部１２３に切り替える。ここで、低温状態では、空燃比センサ１０は高インピーダンス状態である。また、高温状態では、空燃比センサ１０は低インピーダンス状態である。この結果、制御装置１００は、電圧印加検出部１２２および電流印加検出部１２３のうち、空燃比センサ１０のインピーダンスに応じた適切な検出部でインピーダンスを検出しうる。従って制御装置１００は、空燃比センサ１０のインピーダンスの検出精度低下を抑制しうる。

＜他の実施形態＞
以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も本開示の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。なお、以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。

上述の実施形態では、算出したインピーダンスは、ヒータの制御などに用いる温度の算出に利用されていた。しかし、算出したインピーダンスは、空燃比センサ１０の劣化推定などに用いられてもよい。

上述の実施形態では、濃度検出部１２１は、酸素濃度検出のために空燃比センサ１０に印加する所定電圧を、実質的に一定としていた。しかし濃度検出部１２１は、空燃比センサ１０の温度や流れた電流などに基づいて、印加する電圧を調整する構成でもよい。

上述の実施形態では、インピーダンス閾値や電流閾値、温度閾値を、活性状態となる温度に基づいてあらかじめ設定した一定の値としていた。しかし、他の基準に基づいて設定してもよい。また、空燃比センサ１０の劣化状態などに基づいて自動で調整されてもよい。

上述の実施形態では、電流印加検出部１２３は、空燃比センサ１０に印加させるパルス状の電流を、固定の大きさとしていた。しかし、パルス状の電流は、固定の大きさに限られない。すなわち電流印加検出部１２３は、パルスごとに電流の大きさを変更してもよい。各パルスの大きさは、例えば直前に検出したインピーダンスの大きさなどに基づいて調整される。具体的には、インピーダンスが大きくなるに従い、パルスを小さく調整する。こうした構成によれば、電流の印加に伴う電圧変化量ΔＶｏｕｔは、インピーダンスの増大に伴い、インピーダンスの増大率に対して小さい増大率で増大しうる。従って、電圧変化量ΔＶｏｕｔが、電圧検出部１１６で検出可能な範囲外となりにくい。

上述の第三実施形態では、検出切替部１２４は、温度検出部１２５においてインピーダンスに基づいて検出されたセンサ温度に基づいて切り替えていた。しかし、内燃機関の稼動状態や排ガス温度などを用いて推定したセンサ温度に基づいて切り替えてもよい。

上述の実施形態では、排気側電極１１にシャント抵抗器１１４および電圧変動部１１２が接続され、排気側電極１１に電圧印加部１１１および電流印加部１１３が接続されていた。しかし、排気側電極１１および排気側電極１１に接続される各構成部材は、接続する端子を適宜入れ替え可能である。また、上述の実施形態では、２端子の酸素センサの例を示したが、３端子の酸素センサを用いる構成であってもよい。

上述の実施形態では、電流検出部１１５と別に電圧検出部１１６を設けていた。しかし、電流検出部１１５で用いるＡＤコンバータなどに対する入力を時間的に切り替えて、一時的に電圧検出部１１６として用いる構成でもよい。

上述の実施形態では、検出切替部１２４は、高インピーダンス状態、小電流状態、または低温状態において電流印加検出部１２３に切り替えるとしていた。しかし、切り替えの条件はこれに限られない。

上述の実施形態では、制御装置１００は走行駆動源としてエンジンおよびモータを備えたハイブリッド自動車で用いられていた。しかし、制御装置１００を利用可能な状況はこれに限られない。例えば制御装置１００は、走行駆動源としてエンジンのみを備えている車両でも利用可能である。

上述の実施形態では、酸素センサが、空燃比を検出するために用いられる空燃比センサ１０である例を説明した。しかし、酸素センサが、空燃比がリッチであるかリーンであるかを判別するために用いられるＯ２センサであってもよい。Ｏ２センサは、例えば固体電解質層、固体電解質層を挟む電極、およびヒータを積層して形成されている。Ｏ２センサは、一方の電極に排気を提供され、他方の電極に大気を提供されることにより、排気の酸素濃度に応じた信号を出力する。具体的には、Ｏ２センサは、空燃比がリッチである場合の酸素濃度に対して閾値以上の電圧を出力し、リーンである場合の酸素濃度に対して閾値未満の電圧を出力する。こうしたＯ２センサにおいても、空燃比センサ１０と同様に、固体電解質層の温度低下に伴いインピーダンスが指数関数的に増大する。

１０空燃比センサ（酸素センサ）、１００制御装置（酸素センサ制御装置）、１２１濃度検出部、１２２電圧印加検出部、１２３電流印加検出部、１２４検出切替部、１２５温度検出部

Claims

酸素の濃度に応じた信号を出力する酸素センサ（１０）を制御する酸素センサ制御装置であって、
前記酸素センサに対する電圧の印加に伴う前記酸素センサにおける電流変化量に基づいて、前記酸素センサのインピーダンスを検出する電圧印加検出部（１２２）と、
前記酸素センサに対する電流の印加に伴って前記酸素センサの両端に生じる電圧変化量に基づいて、前記インピーダンスを検出する電流印加検出部（１２３）と、
前記酸素センサの状態に基づいて、前記電圧印加検出部と前記電流印加検出部とを切り替えて前記インピーダンスを検出させる検出切替部（１２４）と、を備えた酸素センサ制御装置。
前記検出切替部は、前記インピーダンスに基づいて前記電圧印加検出部と前記電流印加検出部とを切り替える請求項１に記載の酸素センサ制御装置。
前記検出切替部は、前記インピーダンスがインピーダンス閾値以上であるか否かに基づいて、前記電圧印加検出部と前記電流印加検出部とを切り替える請求項２に記載の酸素センサ制御装置。
前記検出切替部は、前記インピーダンスが前記インピーダンス閾値以上である高インピーダンス状態の場合に前記電流印加検出部に切り替え、前記インピーダンス閾値未満である場合に前記電圧印加検出部に切り替える請求項３に記載の酸素センサ制御装置。
前記酸素センサに流れた濃度検出電流に基づいて、前記酸素の濃度を検出する濃度検出部（１２１）を備え、
前記検出切替部は、前記濃度検出電流に基づいて前記電圧印加検出部と前記電流印加検出部とを切り替える請求項１に記載の酸素センサ制御装置。
前記検出切替部は、前記濃度検出電流が電流閾値以上であるか否かに基づいて、前記電圧印加検出部と前記電流印加検出部とを切り替える請求項５に記載の酸素センサ制御装置。
前記検出切替部は、前記濃度検出電流が前記電流閾値以上の大電流状態であることに基づいて前記電圧印加検出部に切り替え、前記電流閾値未満の小電流状態であることに基づいて前記電流印加検出部に切り替える請求項６に記載の酸素センサ制御装置。
前記酸素センサの温度を検出する温度検出部（１２５）を備え、
前記検出切替部は、前記温度に基づいて前記電圧印加検出部と前記電流印加検出部とを切り替える請求項１に記載の酸素センサ制御装置。
前記検出切替部は、前記温度が温度閾値以上の高温状態であるか、前記温度閾値未満の低温状態であるかに基づいて、前記電圧印加検出部と前記電流印加検出部とを切り替える請求項８に記載の酸素センサ制御装置。
前記検出切替部は、前記高温状態である場合に前記電圧印加検出部に切り替え、前記低温状態である場合に前記電流印加検出部に切り替える請求項９に記載の酸素センサ制御装置。