JP4177345B2 - センサ制御装置及び空燃比検出装置 - Google Patents
センサ制御装置及び空燃比検出装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4177345B2 JP4177345B2 JP2005092349A JP2005092349A JP4177345B2 JP 4177345 B2 JP4177345 B2 JP 4177345B2 JP 2005092349 A JP2005092349 A JP 2005092349A JP 2005092349 A JP2005092349 A JP 2005092349A JP 4177345 B2 JP4177345 B2 JP 4177345B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- air
- fuel ratio
- output signal
- output
- range
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 352
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 158
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 124
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 111
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 110
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims description 33
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 30
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 29
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 5
- 101000953488 Homo sapiens Inositol hexakisphosphate and diphosphoinositol-pentakisphosphate kinase 2 Proteins 0.000 description 42
- 102100037736 Inositol hexakisphosphate and diphosphoinositol-pentakisphosphate kinase 2 Human genes 0.000 description 42
- 101150077913 VIP3 gene Proteins 0.000 description 41
- 101000953492 Homo sapiens Inositol hexakisphosphate and diphosphoinositol-pentakisphosphate kinase 1 Proteins 0.000 description 33
- 102100037739 Inositol hexakisphosphate and diphosphoinositol-pentakisphosphate kinase 1 Human genes 0.000 description 33
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 19
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 241001125929 Trisopterus luscus Species 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 3
- -1 oxygen ion Chemical class 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Description
このうち、特許文献1には、酸素ポンプ素子に流れるポンプ電流値に応じた出力電圧を増幅する電圧増幅手段として、増幅率を異ならせたもの、具体的には、増幅率が×1倍の差動増幅器と増幅率が×5倍の差動増幅器の2つの増幅器を用い、空燃比が理論空燃比(stichmetric、以下単に、ストイキともいう)に近い場合には、増幅率の大きい差動増幅器からの出力を用い、空燃比がストイキから離れている場合には、増幅率の小さい差動増幅器からの出力を用いる空燃比検出装置が開示されている。これにより、空燃比がストイキに近い場合に、より精度良く空燃比が検出可能となっている。
また、特許文献2にも、同様に、センサ素子に接続された電流検出抵抗の出力電圧を増幅する電圧増幅手段として、増幅率を異ならせたもの、具体的には、増幅率が×5倍の増
幅器と増幅率が×15倍の増幅器の2つの増幅器を用い、空燃比がストイキに近い場合には増幅率の大きい増幅器からの出力を用い、空燃比がストイキから離れている場合には増幅率の小さい増幅器からの出力を用いるガス濃度検出装置が開示されている。このガス検出装置でも、空燃比がストイキに近い場合には、より精度良く空燃比が検出可能となる。
一方、特許文献3によれば、電流検出抵抗の抵抗値を切り換えて電圧信号を得ているので、適切な大きさの信号を得にくい。
また、リーン燃焼制御を行うのに適した信号、ストイキ燃焼制御を行うのに適した信号、及び、リッチ領域からリーン領域までの広い範囲を空燃比を検知できる信号の三者を出力できるように構成されたガスセンサ素子の制御装置が望まれている。
このように本発明のセンサ制御装置では、1つの増幅回路で、切り換えにより広範囲出力信号と狭範囲出力信号とを得ることができるので、増幅回路の数を少なくすることができ、構成が簡単で、安価なセンサ制御装置とすることができる。
また、増幅回路を備えているので、増幅度やオフセット電圧を適宜選択できるから、広範囲出力信号及び狭範囲出力信号とも、適切な大きさの信号とすることができる。
例えば、広空燃比範囲として、ガスセンサ素子が検知しうる全空燃比範囲を設定する一方、狭空燃比範囲として、その一部の例えばストイキ近傍の範囲あるいはリーン領域のうちの所定範囲など適宜の範囲を設定することができる。
また、本発明のセンサ制御装置では、増幅回路を、電流検知抵抗の両端の電位を差動増幅する差動増幅回路としたので、外来ノイズの除去が容易であり、より適切に検知信号を増幅して適切な広範囲出力信号あるいは狭範囲出力信号を得ることができる。
また、増幅回路での増幅としては、非反転増幅のほか、反転増幅を行うこともできる。また、増幅度も、×1倍以上の場合のほか、×1倍の場合(バッファ)や、×1倍未満の場合をも含む。
なお、空燃比に応じて変化する検知信号を出力するガスセンサ素子としては、少なくともポンプセルと起電力セルとを含む積層型のガスセンサ素子を挙げることができるほか、いわゆる限界電流方式で制御する1セルタイプのガスセンサ素子をも含む。
しかしながら、このように電流検出抵抗の大きさを切り換えるようにすると、切り換えの直後から出力電圧が安定するまでに時間が掛かる。また、ガスセンサ素子に流れる電流を検知するための経路内に、電流検知抵抗のみならず、切り換えのためのスイッチ自身が有する抵抗(接点における接触抵抗など)が加わるため、この経路の抵抗値が不安定になりやすい。
さらに、本発明のセンサ制御装置では、オペアンプを用いた増幅回路における出力端子と入力端子(反転入力端子)との間に挿入される帰還抵抗の大きさを切り換える。
しかしながら、特にこのようなタイプのセンサ制御装置では、ポンプ電流が流れる経路に電流検出抵抗が介在しているため、電流検知抵抗を切り換えると、PID制御などにより電流を一定とするに当たり、ポンプセル電流を流す経路の状態が急変するため、切り換え後に制御が安定するまでに時間が掛かる。
比側に位置する第二空燃比下限値から、上記リーン領域のうち上記第一空燃比上限値よりも理論空燃比側に位置する第二空燃比上限値までの空燃比の範囲を、第二空燃比範囲とし、上記リーン領域のうち上記第二空燃比上限値と等しいかこれよりも理論空燃比側の第三空燃比下限値から、上記第二空燃比上限値と第一空燃比上限値との間の第三空燃比上限値までの空燃比の範囲を、第三空燃比範囲としたとき、少なくとも上記第一空燃比範囲内の空燃比に対応した上記検知信号に応じて変化する第一出力信号、少なくとも上記第二空燃比範囲内の空燃比に対応した上記検知信号に応じて変化し、かつ上記第一出力信号よりも上記検知信号の変化によって生じる変化が大きくされた第二出力信号、及び、少なくとも上記第三空燃比範囲内の空燃比に対応した上記検知信号に応じて変化し、かつ上記第一出力信号よりも上記検知信号の変化によって生じる変化が大きくされた第三出力信号、を出力する出力手段と、を備え、前記出力手段は、第一増幅回路であって、前記検知信号を第一増幅度で増幅して、前記第一出力信号を出力する第一状態と、上記検知信号を上記第一増幅度よりも大きい第三増幅度で増幅して、前記第三出力信号を出力する第三状態と、を切り換え可能としてなる第一増幅回路、及び、上記検知信号を上記第一増幅度より大きい第二増幅度で増幅して、前記第二出力信号を出力する第二増幅回路、を有するセンサ制御装置である。
第一,第二,第三出力信号を得られる範囲として、上述の関係を有しているので、第一出力信号により、リッチ領域からリーン領域までの広い空燃比範囲(第一空燃比範囲)における空燃比を適切に検知できる。このほか、第二出力信号により、ストイキ近傍の狭い範囲(第二空燃比範囲)における空燃比を適切に検知できる。さらに、第三出力信号により、リーン領域の狭い範囲(第三空燃比範囲)における空燃比を適切に検知できる。
その上、上述したように、第一出力信号を用いることで、リッチ領域からリーン領域までの広い範囲である第一空燃比範囲において空燃比を検知することができる。つまり、ガスセンサ素子で検出しうる空燃比の全範囲を広く取ることができる。
このようにすることで、第一出力信号及び第三出力信号を得ることができる上、これらを得るための増幅回路を共用として回路構成を簡単とし、センサ制御装置をより安価とすることができる。さらに、内燃機関を制御するための制御回路(ECU)との通信ケーブルを少なくすることができる。
また、増幅回路の増幅度(さらに好ましくはオフセット電圧も)をスイッチによって切り換えられるように構成したものも挙げられる。
ガソリンエンジンの排気ガスから空燃比を検知する空燃比検出システム1は、図1に示すように、ガスセンサ素子4及びこのガスセンサ素子4を制御すると共に空燃比に応じた出力信号を出力するガスセンサ制御回路2からなるガスセンサ装置3と、出力信号に基づいて空燃比を求め、ガソリンエンジンの制御を行うエンジン制御装置(以下、ECUともいう。)5と、を含んでいる。ガスセンサ制御回路2は、ガスセンサ素子4の3つの端子Vs+,COM,Ip+と、それぞれIcp+,Vcent,IP+の各端子を介して接続している。また、ECU5の各端子AD1,AD2,CTとは、それぞれ端子VIP2,VIP1/VIP3,CIを介して接続している。
このうち制御部は、定電流源21,25、入力バッファ22、出力バッファ26、及びPID制御回路23を含んでいる。定電流源21、起電力セル42、抵抗R1、定電流源25は、この順に接続されて、微少電流Icpを流す電流路を構成している。また、PID制御回路23では、入力バッファ22を介して接続されたガスセンサ素子4の端子Vs+(ガスセンサ制御回路2のIcp+端子)の電位と、端子Vcentとの電位差が常に450mVとなるように、ポンプセル電流Ipの大きさがPID制御される。また、PID制御回路23に導通する端子P1,P2,Poutには、PID制御の定数を決定するためのコンデンサC1〜C3及び抵抗R2〜R4がそれぞれ接続されている。
なお、本実施例では、検出抵抗Rdは、所定の抵抗値(300Ω)を有するものとしている。検出抵抗の大きさを切り換えるタイプのセンサ制御回路では、検出抵抗の大きさを切り換えるたびに、ポンプセル電流を流す経路の状態が急変するため、PID制御が安定するまでに時間が掛かり、その間、検出抵抗Rdで得られる出力も不安定なものとなっていた。これに対し本実施例のセンサ制御回路では、後述するように、検出抵抗Rdの抵抗値ではなく、増幅回路の増幅度を変更するので、検出抵抗Rdの抵抗値が固定されており、安定したポンプセル電流IpのPID制御が可能となっている。
VIP2=Ip×300×4.5+2.3 … 式(1)
かくして、この第二増幅回路30を用いれば、Ip=−0.8mAに対応するリッチ領域内の空燃比AF=13を第二空燃比下限値AF2Lとし、Ip=1.0mAに対応するリーン領域内の空燃比AF=20を第二空燃比上限値AF2Uとする第二空燃比範囲AFZ2を含む範囲内の空燃比AFについて、この空燃比AFに応じた第二出力信号VIP2を得ることができることが判る(図3参照)。つまり、この第二増幅回路30を用いれば、少なくとも第二空燃比範囲AFZ2内の空燃比の変化に応じて変化する第二出力信号VIP2を得ることができることが判る。
なお、抵抗R11,R12の抵抗値は、後述する抵抗R13,R14の抵抗値とそれぞれ等しくされている(R11=R13,R12=R14)。この第一増幅回路29では、このスイッチSW3により抵抗値を切り換えることで、非反転入力端+に接続されるインピーダンスと、後述するように反転入力端子(−端子)に接続されるインピーダンスとのマッチングを図っている。
なお、これらのスイッチSW2〜SW4の制御は、ECU5のCPU53において実行される制御プログラムに応じて、ECU5の通信出力端子CTから、ガスセンサ制御回路2の通信入力端子CIを通じて入力される指示入力により、そのON/OFFが制御され
る。
なお、本明細書では、第一増幅回路29から端子VIP1/VIP3を通じて出力される出力信号について、第一状態ST1の第一増幅回路29が出力する出力信号を、第一出力信号VIP1とし、第三状態ST3の第一増幅回路29が出力する出力信号を、第三出力信号VIP3とする。また、第一状態及び第三状態に拘わらないで、第一増幅回路29が出力する信号を指すときは、出力信号VIP1−3という。
(A)と、第一出力信号VIP1(V)及び第三出力信号VIP3(V)との関係は、それぞれ以下の式で表される。
VIP1=Ip×300×1.5+2.0 … 式(2)
VIP3=Ip×300×4.5+0.4 … 式(3)
かくして、この第一増幅回路29を第一状態とすれば、Ip=−2.9mAに対応するリッチ領域内の空燃比AF=10を第一空燃比下限値AF1Lとし、Ip=4.0mAに対応するリーン領域内の空燃比AF=∞(=Air)を第一空燃比上限値AF1Uとする、広い第一空燃比範囲AFZ1を含む範囲内の空燃比AFについて、この空燃比AFに応じた第一出力信号VIP1を得ることができることが判る(図4参照)。つまり、この第一増幅回路29の第一状態を用いれば、少なくとも第一空燃比範囲AFZ1内の空燃比の変化に応じて変化する第一出力信号VIP1を得ることができることが判る。
かくして、この第一増幅回路29を第三状態とすれば、Ip=1.0mAに対応するリーン領域内の空燃比AF=20を第三空燃比下限値AF3Lとし、Ip=2.0mAに対応するリーン領域内の空燃比AF=30を第三空燃比上限値AF3Uとする、比較的狭い第三空燃比範囲AFZ3を含む範囲内の空燃比AFについて、この空燃比AFに応じた第三出力信号VIP3を得ることができることが判る(図4参照)。つまり、この第一増幅回路29の第三状態を用いれば、少なくとも第三空燃比範囲AFZ3内の空燃比の変化に応じて変化する第三出力信号VIP3を得ることができることが判る。なお、第三空燃比範囲AFZ3は、第一空燃比範囲AFZ1に含まれている。
かくして、本実施例1にかかる空燃比検出システム1(ガスセンサ装置3)では、第二出力信号VIP2及び第三出力信号VIP3の少なくともいずれかを用いることで、少なくとも第二空燃比範囲AFZ2及び第三空燃比範囲AFZ3の範囲内の空燃比について、精度良く、しかも、切れ目無く検知することができる。このため、ストイキ燃焼制御の場合にも、また、リーン燃焼制御の場合にも、さらにはストイキ燃焼制御からリーン燃焼制御に移行する場合にも、空燃比を精度良く検出して適切な制御を行うことができる。
このように、本実施例1の空燃比検出システム1(ガスセンサ装置3)では、ストイキ燃焼制御、リーン燃焼制御、あるいはリッチ領域での燃焼制御などそれぞれの燃焼制御において、適切に空燃比AFを得ることが出来る。
まず、ステップS1では、スイッチSW2を基準電位OFS3側に切り換えると共に、スイッチSW3,SW4をそれぞれOFF状態にして、第一増幅回路29の増幅度及びオフセット電圧を、第三増幅度G3(本例ではG3=4.5)及び第三オフセット電圧OFS3(本例ではOFS3=0.4V)に設定する。すなわち、第一増幅回路29を第三状態に設定する。
比較の結果、第二出力信号VIP2が第二空燃比上限値電圧VAF2Uよりも大きい場合(Yes)には、ステップS4に進む。一方、そうでない場合(No)には、第二出力信号VIP2が第二空燃比上限値電圧VAF2U以下であると判断して、ステップS9に進む。
比較の結果、第二出力信号VIP2が第二空燃比下限値電圧VAF2Lよりも小さい場合(Yes)には、ステップS6に進む。一方、そうでない場合(No)には、第二出力信号VIP2が第二空燃比下限値電圧VAF2L以上の値であり、第二空燃比範囲AFZ2内の空燃比に対応する値であると判断して、ステップS10に進む。
ステップS10では、ECU5において、第二出力信号VIP2を用い、式(1)により空燃比AFを算出する。空燃比AFの算出後は、再びステップS2に戻る。
さらに、ステップS5において、ステップS4で取得した第三出力信号VIP3が、第三空燃比上限値AF3Uに対応する第三空燃比上限値電圧VAF3U(本例では3.1V)よりも大きいか否かを判定する。この判定は、具体的には、ECU5において、ステップS4で取り込まれた第三出力信号VIP3の電圧のデジタル値と、第三空燃比上限値電圧VAF3Uとの比較により行われる。
比較の結果、第三出力信号VIP3が第三空燃比上限値電圧VAF3Uよりも大きい場合(Yes)には、ステップS6に進む。一方、そうでない場合(No)には、第三出力信号VIP3が第三空燃比上限値電圧VAF3U以下であり、第三空燃比範囲AFZ3内の空燃比に対応する値であると判断して、ステップS11に進む。
ステップS11では、ECU5において、第三出力信号VIP3を用い、式(3)により空燃比AFを算出する。空燃比AFの算出後は、再びステップS2に戻る。
まず、ステップS6で、スイッチSW2を基準電位OFS1側に切り換えると共に、スイッチSW3,SW4をそれぞれON状態にして、第一増幅回路29の増幅度及びオフセット電圧を、第一増幅度G1(本例ではG1=1.5)及び第一オフセット電圧OFS1(本例ではOFS1=2.0V)に設定する。すなわち、第一増幅回路29を第一状態に設定する。
最後に、ステップS8で、ECU5において、第一出力信号VIP1を用いて、式(2)により空燃比AFを算出する。空燃比AFの算出後は、第一増幅回路29を第三状態に設定するステップS1に戻る。
次いで、実施例1の第一の変形例にかかる空燃比検出システム100について、図6を用いて説明する。
本変形例1は、公知の1セル型のガスセンサ素子120を用いた空燃比の検知に当たり、実施例1で用いたガスセンサ制御回路2における検出部20と同様の回路を適用した例である。従って、実施例1と同様の検出部20についての説明は省略あるいは簡略化し、異なる部分について説明する。
なお、それぞれの電極層は、外部接続端子120t,120sに接続されている。また、この外部接続端子120t,120sは、ガスセンサ制御回路110のガスセンサ制御端子110t,110sにそれぞれ接続されている。
このようにすると、空燃比検出時において、ガスセンサ素子120のうち、外部接続端子120tには、常時、基準電圧Vaが印加されると共に、外部接続端子120sには、指令電圧Vbが印加される。また、ガスセンサ素子120に流れるセンサ電流I2は、検出抵抗Rd2の両端間の電位差Vd2=Vc−Vaとして検出することが出来る。
なお、基準電圧Va及び指令電圧Vbは、検知する空燃比AFがAF=14.6(ストイキ)のとき、センサ電流I2がI2=0mAとなるように制御されている。
すなわち、本変形例1においても、第一状態の第一増幅回路29からの第一出力信号VIP1を用いることで、少なくとも、広範囲の第一空燃比範囲AFZ1において、空燃比AFを検知することができる。また、第二増幅回路30からの第二出力信号VIP2を用いることで、少なくとも、ストイキ近傍の比較的狭い範囲の第二空燃比範囲AFZ2において、精度良く空燃比AFを検知することができる。さらに、第三状態の第一増幅回路29からの第三出力信号VIP3を用いることで、少なくとも、リーン領域のうち比較的狭い範囲の第三空燃比範囲AFZ3においても、精度良く空燃比AFを検知することができる(図1,図2参照)。
従って、本変形例1においても実施例1と同様に、測定する空燃比AFの範囲に応じて、適切な精度で空燃比の検出を行うことができる。
実施例1の第二の変形例にかかる空燃比検出システムについて、図3、図4及び図7を参照して説明する。
本変形例2の空燃比検出システム(ガスセンサ装置)では、第一増幅回路29、第二増幅回路30、及びバッファ33において用いるオペアンプOP3,OP5,OP7(図1,2参照)として、通常の出力段の回路構成を有するオペアンプに代えて、レイルツーレイル構成の出力段を有するオペアンプ200(図7参照)を用いた点でのみ異なる。従って、本実施例では、異なる部分のみを説明し、同様の部分については説明を簡略化または省略する。
まず、出力段のNPNトランジスタT5は、電源電圧VBが印加される定電流回路CP3から流れ出る定電流I2の一部をベース電流として流すことで動作する。従って、定電流回路CP3におけるドロップ電圧VI2と、NPNトランジスタT5のベース−エミッタ間電圧VF5との制約により、このオペアンプが端子Voから出力しうる最大出力電圧Vmaxは、Vmax=VB−VI2−VF5となる。具体的には、VB=12V、VI2=0.6V、VF5=0.7Vであるとすると、Vmax=12V−0.6−0.7=10.7Vとなる。つまり、出力端子Voでの最大出力電圧Vmaxは、Vmax=10.7Vとなる。
以上のことから、出力端子Voの出力電圧範囲は、0.4V〜10.7Vとなる。ただし、A/D変換器51,52の入力電圧範囲が0V〜5Vであるため、空燃比AFの検出における実質的なオペアンプ200の動作範囲は、0.4V〜5.0Vとなる。従って、レイルツーレイル構成のオペアンプ200では、一般的なオペアンプの出力範囲である0.4V〜4.0Vよりも、その出力範囲が最大出力電圧側で拡張されている。
まず、レイルツーレイル構成のオペアンプ200を、第二増幅回路30のオペアンプOP5に用いた場合の出力電圧特性を、図3の破線RR1で示す。第二増幅回路30のオペアンプOP5として、通常の出力段構成を有するオペアンプを用いた場合では、その最大出力電圧は4.0Vとなるため、検知可能なポンプセル電流Ipの最大値は1.3mA(空燃比AF=22相当)である。これに対して、オペアンプOP5にレイルツーレイル構成のオペアンプ200を用いた場合では、その最大出力電圧が5.0Vにまで拡張されるため、検知可能なポンプセル電流Ipの最大値も2.0mA(空燃比AF=30に相当)にまで拡張することができる。
なお、この破線部分RR2は、第三状態の場合の第一増幅回路29の特性である。第一状態の第一増幅回路29については、通常のオペアンプを用いた場合でも、ポンプセル電流Ipの最大値である4mA(AF=∞(Air)に相当)に達しているため、この場合には違いが生じない。
この第一増幅回路29において、第三出力信号VIP3を得るに当たり、通常の出力段構成を有するオペアンプを用いた場合では、一最大出力電圧は4.0Vとなるため、検知可能なポンプセル電流Ipの最大値は、2.7mA(空燃比AF=60に相当)である。これに対して、オペアンプOP3にレイルツーレイル構成のオペアンプ200を用いた場合では、その最大出力電圧が5.0Vにまで拡張されるため、検知可能なポンプセル電流Ipの最大値も3.4mA(空燃比AF=100)にまで拡張することができる。
なお、以上では、第二増幅回路30にレイルツーレイル構成のオペアンプ200を用いた場合について説明したが、第一増幅回路29にレイルツーレイル構成のオペアンプ200を用いた場合でも同様に考えることができる。
例えば、実施例1及び変形例2においては、2セルタイプのガスセンサ素子を用いるガスセンサ制御回路2、変形例1においては、1セルタイプのガスセンサ素子を用いるガス
センサ制御回路110を含む空燃比検出システム1,100を例示した。しかし、本発明を、他の形態(例えば3セル以上)のガスセンサ素子を用いたガスセンサ制御回路に適用することもできる。
また、セルに流れる電流の変化を電圧の変化に変換する手段は検知抵抗のみに限定されず、例えば、誘導電流を検知するような手段であっても良い。
2,110 ガスセンサ制御回路(センサ制御装置)
4,120 ガスセンサ素子
3,130 ガスセンサ装置
20 検出部(出力手段)
OP1,OP2,OP3,OP4,OP5,OP6 オペアンプ
29 第一増幅回路
30 第二増幅回路
41 ポンプセル
42 起電力セル
200 (レイルツーレイル構成の)オペアンプ
AF1L 第一空燃比下限値
AF1U 第一空燃比上限値
AF2L 第二空燃比下限値
AF2U 第二空燃比上限値
AF3L 第三空燃比下限値
AF3U 第三空燃比上限値
AFZ1 第一空燃比範囲(広空燃比範囲)
AFZ2 第二空燃比範囲
AFZ3 第三空燃比範囲(狭空燃比範囲)
VAF1L 第一空燃比下限値電圧
VAF1U 第一空燃比上限値電圧
VAF1U 第一空燃比上限値電圧
VAF2L 第二空燃比下限値電圧
VAF2U 第二空燃比上限値電圧
VAF3L 第三空燃比下限値電圧
VAF3U 第三空燃比上限値電圧
VAF3U 第三空燃比上限値電圧
G1 第一増幅度
G2 第二増幅度
G3 第三増幅度
OFS1,OFS2,OFS3 オフセット電圧,基準電位
SW2 スイッチ(オフセット電圧切り換え手段)
SW3〜SW4 スイッチ(増幅度切り換え手段)
VIP2 第二出力信号
VIP1−3 第一増幅回路の出力信号
VIP1 第一出力信号(広範囲出力信号)
VIP3 第三出力信号(狭範囲出力信号)
Vs 起電力セル電圧
Vd,Vd2 検知電圧(検知信号)
Claims (9)
- 内燃機関の排気ガスを利用して、空燃比に応じて変化する検知信号を出力するガスセンサ素子の制御を行うセンサ制御装置であって、
上記検知信号を相対的に小さい低増幅度で増幅して、相対的に広い広空燃比範囲内の空燃比に対応した上記検知信号に応じて変化する広範囲出力信号を出力する広範囲出力状態と、
上記検知信号を相対的に大きい高増幅度で増幅して、上記広空燃比範囲に含まれる相対的に狭い狭空燃比範囲内の空燃比に対応した上記検知信号に応じて変化する狭範囲出力信号を出力する狭範囲出力状態とを、
自身の増幅度の切り換えにより選択可能としてなる増幅回路を備え、
前記ガスセンサ素子に流れる電流を検知する所定抵抗値の電流検知抵抗を有し、
上記電流検知抵抗に発生する電圧を前記検知信号として用い、
前記増幅回路は、オペアンプを用い、前記電流検知抵抗の両端の電位を差動増幅する差動増幅回路であり、
上記オペアンプの出力端子と反転入力端子との間に挿入される帰還抵抗の大きさを切り換えて上記増幅度を切り換える
センサ制御装置。 - 請求項1に記載のセンサ制御装置であって、
前記ガスセンサ素子は、
起電力セルと、
上記起電力セルとの間に前記排気ガスを導入可能な測定室を介して積層され、ポンプセル電流に応じて上記測定室内の酸素を出し入れするポンプセルと、を有し、
上記起電力セルに生じる起電力セル電圧が所定値になるように、前記電流検知抵抗を通じて上記ポンプセルに流すポンプセル電流を制御する
センサ制御装置。 - 請求項1または請求項2に記載のセンサ制御装置であって、
前記電流検知抵抗の一端の電位を、第1のバッファを介して、前記オペアンプの非反転
入力端子に入力し、及び、
他端の電位を、第2のバッファを介して、前記オペアンプの前記反転入力端子に入力してなる
センサ制御装置。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のセンサ制御装置であって、
前記オペアンプの非反転入力端子に接続されるインピーダンスと、前記反転入力端子に接続されるインピーダンスとをマッチングさせつつ、
前記帰還抵抗の切り換えと、
前記オペアンプの非反転入力端子に接続される抵抗値の大きさの切り換えとを同期して行う
センサ制御装置。 - 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のセンサ制御装置であって、
前記オペアンプは、レイルツーレイル構成のオペアンプである
センサ制御装置。 - 内燃機関の排気ガスを利用して、空燃比に応じて変化する検知信号を出力するガスセンサ素子の制御を行うセンサ制御装置であって、
空燃比の範囲として、
リッチ領域内の第一空燃比下限値から、リーン領域内の第一空燃比上限値までの空燃比の範囲を、第一空燃比範囲とし、
リッチ領域のうち上記第一空燃比下限値よりも理論空燃比側に位置する第二空燃比下限値から、上記リーン領域のうち上記第一空燃比上限値よりも理論空燃比側に位置する第二空燃比上限値までの空燃比の範囲を、第二空燃比範囲とし、
上記リーン領域のうち上記第二空燃比上限値と等しいかこれよりも理論空燃比側の第三空燃比下限値から、上記第二空燃比上限値と第一空燃比上限値との間の第三空燃比上限値までの空燃比の範囲を、第三空燃比範囲としたとき、
少なくとも上記第一空燃比範囲内の空燃比に対応した上記検知信号に応じて変化する第一出力信号、
少なくとも上記第二空燃比範囲内の空燃比に対応した上記検知信号に応じて変化し、かつ上記第一出力信号よりも上記検知信号の変化によって生じる変化が大きくされた第二出力信号、及び、
少なくとも上記第三空燃比範囲内の空燃比に対応した上記検知信号に応じて変化し、かつ上記第一出力信号よりも上記検知信号の変化によって生じる変化が大きくされた第三出力信号、
を出力する出力手段と、を備え、
前記出力手段は、
第一増幅回路であって、
前記検知信号を第一増幅度で増幅して、前記第一出力信号を出力する第一状態と、
上記検知信号を上記第一増幅度よりも大きい第三増幅度で増幅して、前記第三出力信号を出力する第三状態と、を切り換え可能としてなる第一増幅回路、及び、
上記検知信号を上記第一増幅度より大きい第二増幅度で増幅して、前記第二出力信号を出力する第二増幅回路、を有する
センサ制御装置。 - 請求項6に記載のセンサ制御装置であって、
前記第一増幅回路は、
自身の増幅度を、前記第一増幅度と第三増幅度のいずれかに切り換える増幅度切り換え手段、を備える
センサ制御装置。 - 請求項6または請求項7に記載のセンサ制御装置であって、
前記第一増幅回路及び第二増幅回路のうち少なくともいずれかは、レイルツーレイル構成のオペアンプにより出力を得る構成とされてなる
センサ制御装置。 - 内燃機関の排気ガスを利用して、空燃比に応じて変化する検知信号を出力するガスセンサ素子と、
請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のセンサ制御装置を含み、
上記センサ制御装置からの出力信号に基づき空燃比を検知する
空燃比検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005092349A JP4177345B2 (ja) | 2005-03-28 | 2005-03-28 | センサ制御装置及び空燃比検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005092349A JP4177345B2 (ja) | 2005-03-28 | 2005-03-28 | センサ制御装置及び空燃比検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006275628A JP2006275628A (ja) | 2006-10-12 |
JP4177345B2 true JP4177345B2 (ja) | 2008-11-05 |
Family
ID=37210561
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005092349A Active JP4177345B2 (ja) | 2005-03-28 | 2005-03-28 | センサ制御装置及び空燃比検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4177345B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4697052B2 (ja) * | 2006-05-26 | 2011-06-08 | 株式会社デンソー | ガス濃度検出装置 |
US8333875B2 (en) | 2007-02-05 | 2012-12-18 | Denso Corporation | Sensor control device |
US7802463B2 (en) * | 2007-10-11 | 2010-09-28 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Sensor control device and air fuel ratio detecting apparatus |
JP4493702B2 (ja) | 2008-05-28 | 2010-06-30 | 三菱電機株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
JP5091055B2 (ja) | 2008-08-27 | 2012-12-05 | 日本特殊陶業株式会社 | ガス濃度検出装置、ガス濃度検出システム |
JP5041488B2 (ja) * | 2008-09-19 | 2012-10-03 | 日本特殊陶業株式会社 | センサ制御装置 |
JP5134065B2 (ja) * | 2009-12-22 | 2013-01-30 | 日本特殊陶業株式会社 | センサ制御装置 |
JP6125989B2 (ja) * | 2013-12-24 | 2017-05-10 | 日本特殊陶業株式会社 | センサ制御装置およびガス検知システム |
JP6358133B2 (ja) * | 2015-03-05 | 2018-07-18 | 株式会社デンソー | ガス濃度センサの信号処理装置 |
-
2005
- 2005-03-28 JP JP2005092349A patent/JP4177345B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006275628A (ja) | 2006-10-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4177345B2 (ja) | センサ制御装置及び空燃比検出装置 | |
US7802463B2 (en) | Sensor control device and air fuel ratio detecting apparatus | |
US6083370A (en) | Gas sensor | |
US9689338B2 (en) | Air-fuel ratio sensor control device | |
KR910006224B1 (ko) | 공연비 검출장치 | |
JP4493702B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
US8333875B2 (en) | Sensor control device | |
JP2008102056A (ja) | ガス濃度検出装置 | |
US6478940B1 (en) | Gas concentration sensing apparatus capable of suppressing sensor voltage oscillation | |
JP2006010583A (ja) | ガス濃度検出装置 | |
JP4433009B2 (ja) | センサ制御装置 | |
US20070272551A1 (en) | Gas sensor interface device and gas sensor system | |
EP0974835B1 (en) | Gas concentration measuring apparatus producing current signal as a function of gas concentration | |
JP5091055B2 (ja) | ガス濃度検出装置、ガス濃度検出システム | |
US5429105A (en) | Current replication circuit and method for use in exhaust gas oxygen monitoring | |
JP2005326388A (ja) | ガス濃度検出装置 | |
US9933389B2 (en) | Sensor control apparatus and gas detection system | |
JP4510781B2 (ja) | ガスセンサのインターフェース装置、ガスセンサシステム | |
US20150362457A1 (en) | Control unit for a gas concentration sensor | |
JP5067469B2 (ja) | ガス濃度検出装置 | |
JP4659632B2 (ja) | センサ制御装置、ガスセンサシステム、センサ制御装置の制御方法、及び特定ガス成分に関する濃度情報の検知方法 | |
JPH07104324B2 (ja) | 空燃比検出装置 | |
JP6852523B2 (ja) | 空燃比センサの制御装置 | |
JP4444520B2 (ja) | ガスセンサ | |
JP3890658B2 (ja) | サンプルホールド回路 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070907 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071120 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080116 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080527 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080708 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080805 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080821 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110829 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4177345 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110829 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110829 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120829 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120829 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130829 Year of fee payment: 5 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |