JP4028503B2 - 酸素濃度検出システム及びそれを有する車両システム - Google Patents
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Description
各請求項に付記した図面参照符号は専ら理解を助けるためであって、図示の態様に限定することを意図したものではない。
これによって異常状態を通知するために新たな信号線を用意する必要がなくなり、煩雑さを減らし、信頼性を上げるとともに、該当する信号線の信号の妥当性の確認を行う際に同時に異常状態を判別することができるため、エンジン制御装置(ECU)内にかかる負荷も軽減することができる。
酸素センサにヒータ及びそのヒータ制御回路を備えるため、酸素センサを早期に活性する事ができ、特にエンジン始動時において酸素センサを速やかに所定の温度にできる。加えて、エンジン始動後早期にセンサの異常を検知することができる。
これによって異常状態を通知するために新たな信号線を用意する必要がなくなり、煩雑さを減らし、信頼性を上げるとともに、該当する信号線の信号の妥当性の確認を行う際に同時に異常状態を判別することができるため、エンジン制御装置(ECU)内にかかる負荷も軽減することができる。
酸素センサにヒータ及びそのヒータ制御回路を備えるため、酸素センサを早期に活性する事ができ、特にエンジン始動時において酸素センサを速やかに所定の温度にできる。加えて、エンジン始動後早期にセンサの異常を検知することができる。
図1に、本発明の一実施例に係る酸素濃度検出システムにおいて用いられるセンサ素子10の一例を示す。このセンサ素子10はガソリンエンジンの排気ガス系に配設され、2つのセルを接合して構成されており、3本の配線41、42、43を介してセンサ制御回路50に接続されている。このセンサ制御回路50では、通常、排気ガス中の酸素濃度測定とセンサ素子10の温度測定とを主に行うが、その他にセンサ素子10の2つのセルに接続された3本の配線41、42、43の異常検出を行う機能も備えている。
次に、以上説明したセンサ素子を制御するセンサ制御回路について詳細に説明する。図2は、図1に示したセンサ素子の制御回路の構成を説明するための図である。
以上説明したように、本実施例においては、センサ異常時、VRPVS端子から、センサ異常を示す信号として、センサ正常時には取り得ないレベルの信号が出力される。このため、センサ異常を送信するための信号線を、新たに設ける必要がなくされている。したがって、余分な信号線を増やすことによる配線の引き回しの煩雑さの増加が防止され、配線の断線のリスクも低下されている。
本発明の他の実施例を説明する。図3〜図7は、図2に示した酸素濃度検出装置を用いて、センサ異常の種類及びセンサ異常の部位によって出力の仕方を変える例を説明するための図である。
図1に、本発明の別の実施例に係る酸素濃度検出システムにおいて用いられるセンサ素子10の一例を示す。このセンサ素子10はガソリンエンジンの排気ガス系に配設され、2つのセルを接合して構成されており、3本の配線41、42、43を介してセンサ制御回路50に接続されている。このセンサ制御回路50では、通常、排気ガス中の酸素濃度測定とセンサ素子10の温度測定とを主に行うが、その他にセンサ素子10の2つのセルに接続された3本の配線41、42、43の異常検出を行う機能も備えている。
次に、以上説明したセンサ素子を制御するセンサ制御回路について詳細に説明する。図9は、図1に示したセンサ素子の制御回路の構成を説明するための図である。
以上説明したように、本実施例においては、センサ異常時、VRPVS端子から、センサ異常を示す信号として、センサ正常時には取り得ないレベルの信号が出力される。このため、センサ異常を送信するための信号線を、新たに設ける必要がなくされている。したがって、余分な信号線を増やすことによる配線の引き回しの煩雑さが増加が防止され、配線の断線のリスクも低下されている。
8 ECU
10、210 センサ素子
12、16、22、28 多孔質電極
14 ポンプセル
18 多孔質拡散層
20 間隙
24 酸素分圧検出セル
26 基準酸素室
41、42、43 配線
50、250 センサ制御回路(制御回路)
58、258 自己診断回路(異常検出手段)
58a、58b ウィンドウコンパレータ
58c コンパレータ
58d、258d 変更手段
59a アンプ
60、260 ヒータ制御回路
61、261 ヒータ
67 Vsセル信号異常検出手段
68 Vsセル信号変更手段
70 第1の比較器
71 第2の比較器
72 NOR回路
73 増幅器
74 第1のアナログスイッチ
75 第2のアナログスイッチ
76 第3のアナログスイッチ
80、280 異常判定手段
81、81a、81b、81c、281 検出信号
83、283 出力手段
83a 第1のスイッチ
83b 第2のスイッチ
90、290 記憶手段
100、200 酸素濃度検出システム
581、582、583 所定部位の電位に基づく信号
900 車両制御システム
Claims (18)
- 酸素ポンプセル(14)と酸素分圧検出セル(24)の組み合わせを含んで構成されるセンサ素子(10)と、前記センサ素子(10)に配線(41、42、43)を介して接続され少なくとも前記酸素分圧検出セル(24)の出力電圧が所定値になるよう前記酸素ポンプセル(14)を制御する制御回路(50)と、を備え、所定範囲の酸素濃度を有する被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ(1)を有し、前記酸素ポンプセル(14)に流れる電流の大きさに応じた信号(81b)、前記酸素分圧検出セル(24)の電位に応じた信号(81c)、及び前記酸素分圧検出セル(24)の抵抗に応じた信号(81a)を少なくとも含む複数種類の検出信号(81)を出力する酸素濃度検出システム(100)において、
前記センサ素子(10)と前記配線(41、42、43)と前記制御回路(50)における所定部位の電位に基づく信号(581、582、583)の少なくとも1つが所定範囲のレベルにあるかどうかに基づいて、センサ異常を検出する異常検出手段(58)と、
前記異常検出手段(58)が異常を検出しない場合には異常を検出しないことを示す司令を発し、前記異常検出手段(58)が前記センサ異常を検出した場合には異常に対応する司令を発する変更手段(58d)と、
前記変更手段(58d)からの司令が前記異常を検出しないことを示す司令の場合にはそれぞれ所定範囲のレベルにある前記複数種類の検出信号(81)をスルーで、前記変更手段からの司令が前記異常に対応する司令の場合には前記複数種類の検出信号(81)のうち少なくとも一つの信号を当該信号が正常時に取り得る前記所定範囲外のレベルで、選択的に出力させる出力手段(83)と
を有する、ことを特徴とする酸素濃度検出システム(100)。 - 前記異常検出手段(58)は、前記酸素ポンプセル(14)、前記酸素分圧検出セル(24)、前記制御回路(50)及び前記配線(41、42、43)のいずれか一以上の異常を検出することを特徴とする請求項1記載の酸素濃度検出システム(100)。
- 前記正常時に取り得る所定範囲外のレベルで出力される信号(81)は、前記所定範囲内のレベルにある前記検出信号(81)が出力される信号線を用いて、出力されることを特徴とする請求項1記載の酸素濃度検出システム(100)。
- 前記出力手段(83)は、前記変更手段(58d)からの司令に基づいて接続を切り替えるスイッチ(83a、83b)と、前記変更手段(58d)から異常を示す司令が出された場合に前記検出信号(81)のうちの一つの検出信号が出力される信号線にスイッチ切り替えにより接続されることで該一つの検出信号を正常時に取り得る所定範囲外の電位に変更する定電圧電源(VCC5)と、を有することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の酸素濃度検出システム(100)。
- 前記センサ異常が発生した場合、
前記異常検出手段(58)は、前記センサ素子(10)と前記配線(41、42、43)と前記制御回路(50)における所定部位の電位に基づく信号(581、582、583)のうちいずれかの信号が所定範囲外のレベルにあることを検出して、該所定範囲外のレベルにある信号の種類及び/又は当該信号のレベルの状態に応じて、予め定められた異常検出信号(58a1、58b1、58c1)を出力し、
前記変更手段(58d)は、前記異常検出手段(58)から出力された前記異常検出信号(58a1、58b1、58c1)に応じて、正常時に取り得る前記所定範囲外のレベルで出力させる前記信号の種類を司令する制御信号(58e)を出力し、
前記出力手段(83)は、前記変更手段(58d)から出力された制御信号(58e)に基づいて、前記複数種類の信号(81)のうち、該変更手段(58d)から司令された1種類以上の信号を、正常時に取り得る前記所定範囲外のレベルであって且つ予め定められたレベルで出力する、
ことにより、
前記センサ素子(10)の異常部位ないし異常状態が通知されることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかの一項に記載の酸素濃度検出システム(100)。 - 前記異常検出手段(58)、前記変更手段(58d)及び前記出力手段(83)が、前記センサ素子(10)の前記制御回路(50)内に設けられたことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の酸素濃度検出システム(100)。
- 前記酸素センサ(1)には、ヒータ(61)と、前記センサ素子(10)が所定の温度となるようヒータ(61)の電力を制御するヒータ制御回路(60)と、を備える請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の酸素濃度検出システム(100)。
- 所定部位の電位に基づく信号(581、582、583)に異常が検出されたとき、前記酸素分圧検出セル(24)の抵抗に応じた検出信号を正常時に取り得る所定範囲外のレベルに選択的に切り替える出力手段を有することを特徴とする請求項1記載の酸素濃度検出システム(100)。
- 酸素ポンプセル(14)と酸素分圧検出セル(24)の組み合わせを含んで構成されるセンサ素子(10)と、前記センサ素子(10)に配線(41、42、43)を介して接続され少なくとも前記酸素分圧検出セル(24)の出力電圧が所定値になるよう前記酸素ポンプセル(14)を制御する制御回路(50)とを備え、所定範囲の酸素濃度を有する被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ(1)と、
前記センサ素子(10)と前記配線(41、42、43)と前記制御回路(50)における所定部位の電位に基づく信号(581、582、583)がそれぞれ所定範囲のレベルにあるかどうかに基づいて、センサ異常を検出する異常検出手段(58)と、
前記異常検出手段(58)が異常を検出しない場合には異常を検出しないことを示す司令を発し、前記異常検出手段(58)が前記センサ異常を検出した場合には異常に対応する司令を発する変更手段(58d)と、
前記変更手段(58d)からの司令が前記異常を検出しないことを示す司令の場合にはそれぞれ所定範囲のレベルにある複数種類の検出信号(81)をスルーで、前記変更手段からの司令が前記異常に対応する司令の場合には前記複数種類の検出信号(81)のうち少なくとも一つの信号を当該信号が正常時に取り得る前記所定範囲外のレベルで、選択的に出力させる出力手段(83)と、
前記酸素ポンプセル(14)に流れる電流の大きさに応じた信号(81b)、前記酸素分圧検出セル(24)の電位に応じた信号(81c)、前記酸素分圧検出セル(24)の抵抗に応じた信号(81a)を少なくとも含む複数種類の検出信号(81)をもとに車両制御システム(900)の異常を判定する異常判定手段(80)と、
を有することを特徴とする車両制御システム(900)。 - 前記異常判定手段(80)には、予め異常の種類及び場所と前記検出信号(81)のレベルとの対応関係が記憶されており、前記異常判定手段(80)は、前記検出信号(81)のレベルと記憶された前記対応関係に基づいて、異常の種類及び場所を判定する、ことを特徴とする請求項9記載の車両制御システム(900)。
- 前記車両制御システム(900)は、前記酸素ポンプセル(14)、前記酸素分圧検出セル(24)、前記制御回路(50)及び前記配線(41、42、43)のいずれか一以上の異常を判定することを特徴とする、請求項9記載の車両制御システム(900)。
- 酸素ポンプセル(14)と酸素分圧検出セル(24)の組み合わせを含んで構成されるセンサ素子(10)と、前記センサ素子(10)に配線(41,42,43)を介して接続され少なくとも前記酸素分圧検出セル(24)の出力電圧が所定値になるよう前記酸素ポンプセル(14)を制御する制御回路(50)とを備え、所定範囲の酸素濃度を有する被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ(1)と、
前記酸素ポンプセル(14)に流れる電流の大きさに応じた信号(81b)、前記酸素分圧検出セル(24)の電位に応じた信号(81c)、及び前記酸素分圧検出セル(24)の抵抗に応じた信号(81a)を少なくとも含む複数種類の検出信号(81)のレベルと異常の種類及び場所の対応関係が記憶される記憶手段(90)と、
エンジンの空燃比がリーンに制御されている際に前記酸素分圧検出セル(24)の電位に応じた信号(81c)が所定の電圧以下であるときに、
前記複数種類の検出信号(81)の出力を前記対応関係の記憶と照合することにより、センサの異常の種類及び/又は当該信号のレベルの状態が異常であるかどうかを判定する異常判定手段(80)と、
を有する車両制御システム(900)。 - 前記酸素分圧検出セル(24)の抵抗に応じた信号(81a)の出力レベルに応じて、前記車両制御システム(900)の異常部位ないし異常状態が判定される請求項12記載の車両制御システム(900)。
- 前記エンジンの空燃比がリーンに制御され、前記酸素センサ(1)が大気雰囲気に曝されている状態である時に、前記異常判定手段(80)に、前記複数種類の検出信号(81)の出力をもとに、異常の有無を判定させることを特徴とする請求項12〜請求項13のいずれか一項に記載の車両制御システム(900)。
- センサ素子(210)と、
前記センサ素子(210)を制御する制御回路(250)を備え、所定範囲の酸素濃度を有する被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ(201)と、を有し、前記センサ素子(210)の電気信号に基づいて少なくとも1以上の種類の検出信号(281)を出力する酸素濃度検出システム(200)において、
前記センサ素子(210)と前記制御回路(250)における所定部位の電位に基づく信号の少なくとも1つが所定範囲のレベルにあるかどうかに基づいて、センサ異常を検出する異常検出手段(258)と、
前記異常検出手段(258)が異常を検出しない場合には異常を検出しないことを示す司令を発し、前記異常検出手段(258)が前記センサ異常を検出した場合には異常に対応する司令を発する変更手段(258d)と、
前記変更手段(258d)からの司令が前記異常を検出しないことを示す司令の場合にはそれぞれ所定範囲のレベルにある複数種類の前記検出信号(281)のうち少なくとも一つの信号をスルーで、前記変更手段からの司令が前記異常に対応する司令の場合には複数種類の前記検出信号(281)のうち少なくとも一つの信号を当該信号が正常時に取り得る前記所定範囲外のレベルで、選択的に出力させる出力手段(283)と、
を有する、ことを特徴とする酸素濃度検出システム(200)。 - 前記酸素センサ(201)は、ヒータ(261)と、前記センサ素子(210)が所定の温度となるようヒータ(261)の電力を制御するヒータ制御回路(260)と、
を備える請求項15に記載の酸素濃度検出システム(200)。 - 複数種類の前記検出信号(281)をもとに酸素濃度検出システム(200)の異常を判定する異常判定手段(280)を有することを特徴とする請求項15〜16のいずれか一項記載の酸素濃度検出システム(200)。
- 前記異常判定手段(280)には、予め異常の種類及び場所と検出信号(281)のレベルと、の対応関係が記憶されており、前記異常判定手段(280)は、検出信号(281)のレベルと記憶された記憶手段(290)を備え、前記対応関係に基づいて、異常の種類及び場所を判定する、ことを特徴とする請求項15〜17のいずれか一項記載の酸素濃度検出システム(200)。
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