JP4765742B2

JP4765742B2 - 排気ガスセンサの信号処理装置

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Publication number: JP4765742B2
Application number: JP2006108513A
Authority: JP
Inventors: 靖志岩崎; 雅也川路
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2026-04-11
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Description

この発明は、排気ガスセンサの信号処理装置に関し、特に、排気ガスセンサの出力信号に重畳するノイズを除去する装置として好適な排気ガスセンサの信号処理装置に関する。

従来、例えば特開２０００−３２９７３０号公報に開示されるように、排気ガスセンサ（以下、単に「センサ」とも称す）の素子インピーダンスをノイズの影響を受けずに正確に検出するための装置が知られている。この装置によれば、より具体的には、排気ガスセンサの出力信号に重畳するノイズを、なまし処理やデジタルフィルタ処理によって除去することとしている。これにより、排気ガスセンサの素子インピーダンスを正確に検出することができる。

特開２０００−３２９７３０号公報特開２００４−９３２８９号公報特開２００３−１４６８３号公報特開２００４−３４０９１４号公報

ところで、排気ガスセンサはセンサ素子が活性状態になることで、正確な検出信号を出力することができる。このため、一般的には、検出されたセンサ素子のインピーダンスからセンサの活性状態を判断する。そして、かかる検出値に基づいてヒータ等の駆動制御を行い、所望のセンサ素子温度を保つこととしている。

ここで、排気ガスセンサの温度が活性温度に達していない状態においては、センサの素子インピーダンスが大きいため、センサ出力には大きなノイズが多量に重畳する。これらのノイズをセンサの検出信号として誤検出した場合、空燃比のフィードバック制御、或いはセンサの異常診断等の誤動作に繋がるおそれがある。このため、従来においてはセンサ出力になまし処理等を施しノイズを除去することとしている。

しかしながら、なまし処理はノイズを低減することができる反面、その反映の度合いによっては、ノイズだけでなくセンサの出力自体になまし処理が施され、検出出力に誤差が生じる可能性がある。つまり、なまし処理の反映度を決めるなまし率を高く設定すると、センサ低温時の大きなノイズを除去することはできるが、センサが活性状態に達したときにセンサ出力に悪影響を及ぼす可能性がある。一方、センサ活性時のセンサ出力に悪影響を与えない範囲でなまし率を設定すると、センサ活性前に発生するノイズを効果的に除去することができないこととなる。このため、ノイズの発生状況を考慮せず一定のなまし処理を施す従来の装置においては、上述した双方の要求を満足することはできず、ノイズを除去する装置としては不十分なものであった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気ガスセンサの活性状態に応じて、検出信号に重畳するノイズを効果的に除去することのできる排気ガスセンサの信号処理装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、排気ガスセンサの信号処理装置であって、
高圧側の正極端子と低圧側の負極端子とを有し、前記正極端子と前記負極端子との間に、被検出ガス中の酸素濃度に応じた電圧を発生する起電力式の排気ガスセンサと、
前記排気ガスセンサの素子インピーダンスと相関を有するインピーダンス相関値を取得するインピーダンス相関値取得手段と、
前記インピーダンス相関値が大きいほど、前記排気ガスセンサの出力信号に大きななまし処理を施す信号処理手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記素子インピーダンスを検出するために、前記排気ガスセンサに検出用電圧を印加する電圧印加手段と、
前記検出用電圧が印加された後、前記排気ガスセンサに蓄えられた電荷を放出する電荷放出手段と、
を更に備えることを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記排気ガスセンサの前記負極端子に、正電圧を印加する基準電圧印加手段を更に備えることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至３の何れか１つの発明において、
前記インピーダンス相関値が所定値以下の場合には、前記なまし処理を中断する中断手段を更に備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、排気ガスセンサの素子インピーダンスが大きな値であるほど、センサ出力には大きなノイズが重畳する。このため、本発明によれば、排気ガスセンサの素子インピーダンス相関値が大きいほど、前記排気ガスセンサの検出信号に施すなまし処理の反映度を大きくすることができる。これにより、ノイズの発生状況に応じたなまし処理を実行し、センサ出力に重畳するノイズを効果的に除去することができる。

第２の発明によれば、排気ガスセンサに重畳するノイズは、排気ガスセンサの素子インピーダンスを算出するために印加される電圧、および、その後にセンサから電荷が放出されることにより発生する電圧の影響により発生する。このため、本発明によれば、センサ出力になまし処理を施すことにより、素子インピーダンス算出処理に起因して発生するノイズを効果的に除去することができる。

第３の発明によれば、排気ガスセンサの負極端子には一定の基準電圧が印加されているため、センサに発生する負の起電力を検出することができる。このため、素子インピーダンス算出のための電圧印加、および電荷放出処理によりセンサ出力に重畳する負領域のノイズまでもが検出される。このため、本発明によれば、センサ出力になまし処理を施すことにより、排気ガスセンサの出力として検出される負領域のノイズに関しても効果的に除去することができる。

第４の発明によれば、排気ガスセンサが活性状態の場合には、センサの検出出力にノイズが重畳し難い。このため、かかる状態においてなまし処理を施すと、センサ起電力自体になまし処理が施され、正確な検出信号を出力することができないこととなる。このため、本発明によれば、インピーダンス相関値が所定値以下、すなわちセンサが活性状態の場合になまし処理を中断することで、正確なセンサ検出値を出力することができる。

以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態
［回路構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態の構成を説明するための図を示す。図１に示すように、本実施形態のシステムは、酸素センサ１０とECU(Electronic Control Unit)２０を備えている。本実施形態において、酸素センサ１０は、内燃機関の排気通路に配置され、排気ガス中の酸素濃度に応じたセンサ出力、より具体的には、排気空燃比がリッチであるかリーンであるかを表すセンサ出力を発生することができる。

図１において、酸素センサ１０は、インピーダンス成分と起電力成分とを含むものとして等価的に示されている。すなわち、酸素センサ１０は、被検出ガス中の酸素濃度に応じた電圧を発生する起電力式のセンサである。本実施形態では、正極端子１２側が高圧側となり、負極端子１４側が低圧側となるように酸素センサ１０とECU２０が接続されている。ECU２０は、正極端子１２と負極端子１４との間に発生する電圧を見ることで、排気空燃比がリッチであるかリーンであるかを判断することができる。

酸素センサ１０の素子インピーダンスRsは、温度特性を有しており、酸素センサ１０が高温になるほど小さな値となる。酸素センサ１０を正常に機能させるためには、酸素センサ１０の温度を活性温度に制御する必要がある。酸素センサ１０の温度は、素子インピーダンスRsと相関を有するため、その温度を上記の活性温度に制御する上で、素子インピーダンスRsが正確に検知できると便利である。また、素子インピーダンスRsが正確に検知できれば、その値から、酸素センサ１０の異常診断を行うことも可能である。このように、酸素センサ１０については、素子インピーダンスRsを正確に検出することにつき要求が存在している。

また、本実施形態において用いられるECU２０は、酸素センサ１０が自ら発する電圧（正極端子１２と負極端子１４との間に発生する電圧）に基づいて排気空燃比に関する情報を取得する機能、酸素センサ１０の素子インピーダンスRsを精度良く検出する機能、センサに生じる負電圧を検出することにより、センサの素子割れ異常を判断する機能、更には素子インピーダンスRsに基づいて、センサ出力になまし処理を施しセンサ出力に重畳するノイズを除去する機能を併せ持つユニットである。以下、ECU２０の回路構成、および上記機能を詳細に説明する。

ECU２０は、第１スイッチ素子２２を備えている。第１スイッチ素子２２には、５Vの定電圧（電源電圧）が供給されている。第１スイッチ素子２２のゲートは、第１ポート２４に連通している。ECU２０は、必要に応じて、この第１ポート２４にON指令を発することにより第１スイッチ素子２２をON状態とする。

第１スイッチ素子２２は、第２抵抗２６を介して第１サンプリング点２８に接続されている。第１サンプリング点２８は、第１抵抗３０を介してECU２０の正極端子１２と導通していると共に、第１コンデンサ３１を介してECU20の外部接点E2と導通している。

第１サンプリング点２８は、時定数の小さなフィルタ回路を介して、第１AD変換器（ADC1）３２に接続されている。上記のフィルタ回路は、直列に接続された２つの抵抗３４、３６と、第１AD変換器３２の入力端子と接地線との間に配置されたコンデンサ３８とを備えている。上記２つの抵抗３４、３６の間には、それらの接続点の電位を５V以下にガードするためのダイオード４０が接続されている。

第１AD変換器３２は、その入力端子に供給されるアナログ信号をディジタル信号に変換して出力することができる。第１AD変換器３２の入力端子には、既述した時定数の小さなフィルタ回路を介して、第１サンプリング点２８の電位が供給されている。このため、第１AD変換器３２は、第１サンプリング点２８の電位を、その電位が高周波で変化する場合においても、精度良くディジタル化して出力することができる。

第１サンプリング点２８には、また、第３抵抗４１を介して第２スイッチ素子４２が接続されている。この第２スイッチ素子４２のゲートには、第２ポート４４が接続されている。ECU２０は、必要に応じて、この第２ポート４４にON指令を発することにより第２スイッチ素子４２をON状態とする。したがって、ECU２０は、第２ポート４４にON指令を発生させることにより、第１サンプリング点２８を、第３抵抗４１を介して外部接点E2に導通させることができる。

ECU２０において、第１抵抗３０と正極端子１２との間には、第２サンプリング点５０が形成されている。第２サンプリング点５０には、酸素センサ１０と並列に配置された出力検出用抵抗５２の一端が接続されている。出力検出用抵抗５２は、酸素センサ１０の素子インピーダンスRsに比して十分に大きなインピーダンスを有している。したがって、第２サンプリング点５０に電源電圧が供給されていない場合（第１スイッチ素子２２がOFFである場合）、第２サンプリング点５０には、負極端子１４の電位と酸素センサ１０起電力との和に相当する電圧が発生する。また、第２サンプリング点５０に電源電圧が供給されている場合（第１スイッチ素子２２がONである場合）は、酸素センサ１０を流れる電流Ｉと、素子インピーダンスRsとの積に相当する電圧が第２サンプリング点５０に発生する。

第２サンプリング点５０には、時定数の小さなフィルタ回路を介して、第２AD変換器（ADC2）５４が接続されている。上記のフィルタ回路は、直列に接続された２つの抵抗５６、５８と、第２AD変換器５４の入力端子と接地線との間に配置されたコンデンサ６０とを備えている。上記２つの抵抗５６、５８の間には、それらの接続点の電位を５V以下にガードするためのダイオード６２が接続されている。

第２AD変換器５４は、その入力端子に供給されるアナログ信号をディジタル信号に変換して出力することができる。第２AD変換器５４の入力端子には、既述した時定数の小さなフィルタ回路を介して、第２サンプリング点５０が接続されている。このため、第２AD変換器５４は、第２サンプリング点５０の電位を、その電位が高周波で変化する場合においても、精度良くディジタル化して出力することができる。

第２サンプリング点５０には、更に、抵抗６４およびコンデンサ６６からなるフィルタ回路を介して、第３AD変換器（ADC3）６８が接続されている。第３AD変換器６８の前段に設けられたフィルタ回路は、十分に大きな時定数を有しており、第２サンプリング点５０における電圧の低周波成分だけを通過させる。このため、第３AD変換器６８は、ノイズなどの影響を受けることなく、第２サンプリング点５０の定常的な電圧値に相当するディジタル信号を精度良く生成することができる。

ECU２０において、負極端子１４に導通する第３サンプリング点７０には、抵抗７２を介して５Vの定電圧（電源電圧）が供給されると共に、一端が外部接点E2に導通したダイオード７４が接続されている。このため、これらの回路によれば、第３サンプリング点７０の電位をダイオード７４のしきい値電圧（シリコンダイオードの場合は約０．７V）に維持し、常に酸素センサ１０の負極端子１４にしきい値電圧（以下、「基準電圧Ｖ₀」と称す）を印加することができる。

第３サンプリング点７０には、更に、抵抗７６およびコンデンサ７８からなるフィルタ回路を介して、第４AD変換器（ADC4）８０が接続されている。第４AD変換器８０の前段に設けられたフィルタ回路は、十分に大きな時定数を有しており、第３サンプリング点７０における電圧の低周波成分だけを通過させる。このため、第４AD変換器８０は、ノイズなどの影響を受けることなく、第３サンプリング点７０の定常的な電圧値に相当するディジタル信号を精度良く生成することができる。

［ECUの動作説明］
（酸素濃度情報の検出処理）
ECU２０は、酸素センサ１０の素子インピーダンスRsを検出しようとする場合を除き、第１ポート２４をOFFとする。第１ポート２４がOFFであれば第１スイッチ素子２２がOFFとなり、第２サンプリング点５０と第３サンプリング点７０との電位差は、定常的には酸素センサ１０の起電力に相当する値となる。この場合、第３AD変換器６８の出力は酸素センサ１０の正極のセンサ出力と一致する値となり、第４AD変換器８０の出力は酸素センサ１０の負極のセンサ出力と一致する値となる。ECU２０は、そのような状況下で第３AD変換器６８および第４AD変換器８０が発するディジタル信号を所定周期毎（例えば、４msec毎）に検出し、その検出値に基づいて排気ガス中の酸素濃度に関する情報を取得する。

（素子インピーダンスRsの算出処理）
ECU２０は、素子インピーダンスRsの算出モードでは、原則として第２ポート４４をOFFとする。この場合、第２スイッチ素子４２がOFF状態となり、ECU２０の内部では、第１抵抗３０とセンサ素子１０との直列回路に対して、第１コンデンサ３１だけが並列に接続された状態が形成される。以下、それらの要素により形成される並列回路を「R1・Rs-C1並列回路」と称す。尚、ECU２０は、酸素センサ１０と並列に接続された出力検出抵抗５２を備えているが、その抵抗値（例えば１．５MΩ）が酸素センサ１０の素子インピーダンスRs（数１０KΩ以下）に比して十分に大きいため、ここではその存在は無視できるものとする。

素子インピーダンスRsの算出が要求されると、ECU２０は、第２ポート４４をOFFとしたまま、その時点で第１ポート２４をONとする。第１ポート２４がONとされると、第１スイッチ素子２２がON状態となり、第２抵抗２６に対して電源電圧５Vが印加され始める。この電圧は、第２抵抗２６を通って第１サンプリング点２８に作用し、R1・Rs-C1並列回路に印加される。

第１サンプリング点２８に対して、上記の電圧が印加され始めると、以後、その点の電位VS1は、時定数τで上昇し、最終的には、第２抵抗２６の抵抗値R2と、第１抵抗３０および酸素センサ１０の合成抵抗値R1＋Rsとの分圧により決定される値に収束する。ここで、図１に示す回路において、第１サンプリング点２８の電位VS1は第１AD変換器３２に供給されている。一方、第２サンプリング点５０の電位VS2は、第2AD変換器５４に供給されている。このため、ECU２０は、所定の状況下で第１AD変換器３２が発するディジタル信号をVS1として、第２AD変換器５４が発するディジタル信号をVS2として検出することができる。

ここで、酸素センサ１０の素子インピーダンスRsは、上述した電位VS1、VS2、抵抗値R1、および基準電圧Ｖ₀に基づいて算出することができる。このため、本実施形態の回路によれば、素子インピーダンスRsを第１ポート２４がONとされた後に第１サンプリング点２８および第２サンプリング点５０に生ずる電位VS1、VS2に基づいて、精度良く算出することができる。尚、上記電位VS1およびVS2に基づく素子インピーダンスRsの算出手法は、本発明の主要部ではなく、かつ公知の手法のため、ここでは、その詳細な説明を省略する。

（素子インピーダンスRsの算出に伴うマイナス掃引処理）
酸素センサ１０は、起電力成分およびインピーダンス成分に加えて容量成分を有している。このため、素子インピーダンスRsの算出のためにセンサに電圧が印加されると、容量成分に電荷が蓄電される。このため、電圧印加が停止された後であっても、蓄電された電荷が放電されるまでの間は正確な検出信号を出力することができない。

そこで、本実施形態の回路によれば、酸素センサ１０に蓄えられた電荷を強制的に放電するためにマイナス掃引処理を実行する。より具体的には、ECU２０は、素子インピーダンスRsを算出すべく第１ポート２４をON→OFFさせた後、所定期間だけ第２ポート４４をONさせる。これにより、第１サンプリング点２８を、第３抵抗４１を介して外部接点E2に導通させ、酸素センサ１０に蓄えられた電荷を強制放電させることができる。したがって、素子インピーダンスRsの算出に伴う電圧印加に影響されることなく、排気ガス中の酸素濃度に関する情報を正しく検知することができる。

（酸素センサの故障検出処理）
酸素センサ１０は、内燃機関の排気通路に配置され、排気ガス中の酸素濃度差に応じたセンサ出力を発生することができる。ここで、センサが正常な状態においては、排気ガスが大気ガスよりも酸素濃度が高くなることはないため、センサ出力値は常に正の値となる。しかしながら、センサ素子に割れが発生した場合、排気ガスが大気ガス側へ流出するため、大気ガス側と排気ガス側の酸素濃度が逆転する状態となりうる。かかる状態においてはセンサ出力が負の値となるため、負のセンサ出力値を検出することができれば、精度良くセンサ素子割れを検知することが可能となる。

本実施の形態の回路によれば、負極端子１４には基準電圧Ｖ₀が印加されており、第３AD変換器６８、および第４AD変換器８０により、酸素センサ１０の正極端子１２および負極端子１４の電位を検出することができる。このため、酸素センサ１０の出力値が負の値となる場合においてもかかる出力値を検出することができ、精度良くセンサ素子割れを検知することができる。

（酸素センサの出力信号のなまし処理）
上述したとおり、本実施の形態の装置によれば、排気ガスの酸素濃度に応じて酸素センサ１０に発生する起電力を第３AD変換器６８および第４AD変換器８０の出力から算出することができる。ここで、上述した素子インピーダンスRsの算出処理において、酸素センサ１０には電圧が印加されるため、第３AD変換器６８および第４AD変換器８０の出力には、かかる電圧印加に伴うノイズが重畳する。このため、かかるノイズをセンサ出力として誤検出すると、空燃比A/Fのフィードバック制御を精度よく実行することができない。

また、本実施の形態の装置においては、上述したとおり、センサ１０の負極端子１４に常に基準電圧が印加されており、負のセンサ出力を検出することができる。このため、マイナス掃引処理において発生するノイズ、つまり、負のノイズを検知する可能性があり、かかるノイズを検知した場合、センサの素子割れ異常が発生したと誤認識する可能性がある。

また、センサ出力に重畳するノイズは、センサの活性状態、すなわち、センサの素子インピーダンスの大小に影響する。図２は、センサ１０のセンサ出力の変化を示すタイミングチャートである。ECU２０は、所定のサンプリング周期毎（１２８msec毎）にて素子インピーダンスRsの算出用電圧を印加する処理、および、電圧印加に伴うマイナス掃引処理を実行している。ここで、図２に示すとおり、素子インピーダンスRsが大きい領域（センサ低温時）においては、上記マイナス掃引処理のノイズが大きくセンサ出力に重畳していることが分かる。

一方、素子インピーダンスRsが小さい領域、すなわち酸素センサ１０のセンサ素子がヒータにより加熱され活性状態に近づくにつれ、ノイズの発生量が減少していることが分かる。以上より、素子インピーダンスRsが大きいほど、そのセンサ出力はノイズの影響を受けやすいことが分かる。

上述したとおり、センサ出力にノイズが重畳するとセンサ出力の誤検出の原因となり得る。そこで、本実施の形態の装置においては、かかるノイズを除去するために、なまし処理を実行することとする。ここで、なまし処理とは、センサ出力値の履歴を反映させ、ノイズに代表される突発的な出力変化による異常出力をなます処理であり、具体的には以下の式（１）にて算出することができる。
Ｖ＝Ｖ_i-1+（Ｖ_i−Ｖ_i−1）/なまし率・・・（１）
ここで、Ｖは今回のセンサ出力値であり、Ｖ_iは今回のセンサ検出値、Ｖ_i−1は前回のセンサ出力値である。

図３は、センサ出力になまし処理を施した場合の効果について説明した図である。この図３（ｂ）に示すとおり、なまし処理を施していないセンサ出力には、素子インピーダンスRsの算出用電圧印加、およびマイナス掃引処理に基づくノイズが終始センサ出力に重畳している。

一方、図３（ａ）は、図３（ｃ）に示すようにステップ上になまし率を変化させて、センサ出力になまし処理を施した場合に重畳するノイズを表している。この図によれば、なまし率が大きいほど、センサ出力に重畳するノイズが低減されている。以上より、ノイズを低減させるためにはなまし率を大きくすることが有効なことが分かるが、一方で、なまし率を大きくしすぎると、センサに発生する起電力までもがなまし処理の影響を受け、センサ出力の精度が低下する問題が生じる。

そこで、本実施の形態においては、ノイズの発生状況、すなわち素子インピーダンスRsの大きさに応じてなまし率を変化させ、なまし処理を実行することとする。これにより、ノイズを効果的に除去しつつ、精度良くセンサ出力を検知することができる。

［実施の形態における具体的処理］
次に、図４および５を参照して、本実施の形態の装置が、センサ出力になまし処理を実行する処理の具体的内容について説明する。図４はECU２０が、センサ出力になまし処理を実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、酸素センサ１０の出力のサンプリング毎（例えば、４msec毎）に起動されるルーチンである。

図４に示すルーチンでは、先ず、酸素センサ１０の出力が取得される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、第３AD変換器６８に出力された正極端子１２の電位と、第４AD変換器８０に出力された負極端子１４の電位との電位差が酸素センサ１０の出力として取得される。

次に、酸素センサ１０の素子インピーダンスRsが取り込まれる（ステップ１０２）。素子インピーダンスRsは、所定周期毎（例えば、１２８msec毎）に素子インピーダンス算出処理を他のルーチンにおいて実行することにより、常に最新の値が更新されている。ここでは、具体的には、最新の素子インピーダンスRsが本ルーチンに使用する値として取り込まれる。

次に、酸素センサ１０が活性状態に達したか否かが判断される（ステップ１０４）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０２にて取り込まれた素子インピーダンスRsが、素子インピーダンスの活性状態を判断する値（５０００Ω）より大きいか否かが判断される。本ステップにおいて、センサ１０が既に活性状態に達している（Rs＜５０００Ω）と判断された場合にはなまし処理は実施されず、後述するステップ１１０にてセンサ出力値が記憶され、本ルーチンは終了する。

一方、上記ステップ１０４において、センサ１０が未だ活性状態に達していない（Rs≧５０００Ω）と判断された場合には、次に、なまし処理に使用されるなまし率が特定される（ステップ１０６）。図５は、なまし率を特定するためにECU２０が記憶しているマップを示す。本ステップにおいて、なまし率はこのマップに従って特定される。このマップによれば、なまし率は、素子インピーダンスRsが５０００Ωである場合に１．０とされ、素子インピーダンスが大きくなるほど大きな値とされる。

図４に示すルーチンでは、次に、センサ出力になまし処理を施す処理が実行される（ステップ１０８）。ここでは、具体的には、上記ステップ１００にて取得されたセンサ出力、上記ステップ１０６にて特定されたなまし率、および後述するステップ１１０にて記憶された前回のルーチンにおけるセンサ出力が、上述した式（１）に代入され、本ルーチンにおけるセンサ出力値が算出される。次に、上記ステップ１０８にて特定されたセンサ出力値が、本ルーチンのセンサ出力（今回値）として記憶され、（ステップ１１０）本ルーチンは終了する。

以上説明したとおり、本実施の形態の装置によれば、素子インピーダンス値に基づいて、なまし処理のなまし率を変化させることができる。このため、ノイズの多く発生する素子インピーダンスの低い場合には、なまし率を大きくしてノイズを効果的に除去し、ノイズが少ない素子インピーダンスの小さい場合には、なまし率を小さくして真のセンサ出力がなまし処理されることを抑制することができる。

ところで、上述した実施の形態においては、なまし処理を式（１）に基づいて実行することとしているが、なまし処理の手法はこれに限られない。すなわち、過去のセンサ出力値を今回の出力値に反映させることにより、突発的なセンサ出力の変化の影響を低減させるようにセンサ出力値を補正するのであれば、上式（１）に限らず、他の式にて算出することとしてもよい。

また、上述した実施の形態においては、素子インピーダンスRsに基づいて、最適ななまし率を特定することとしているが、なまし率の特定手法はこれに限られない。すなわち、センサ温度、またはセンサ素子の加熱時間等のインピーダンスRsと相関を有するインピーダンス相関値に基づいて、なまし率を特定することとしてもよい。

また、上述した実施の形態においては、負極端子１４に基準電圧Ｖ₀を印加させ、酸素センサ１０の故障診断を実施することのできる装置において本実施の形態のなまし処理を実行することとしているが、使用される装置の構成はこれに限られない。すなわち、負電圧を検出することのできない負極端子１４が外部接点E2に導通している回路において、本実施の形態のなまし処理を実行することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態においては、ECU２０が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「インピーダンス取得手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより、前記第１の発明における「信号処理手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態においては、ECU２０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより、前記第４の発明における「中断手段」が、実現されている。

本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。センサ出力に重畳するノイズを説明するためのタイミングチャートである。センサ出力になまし処理を実施した場合のノイズ低減の効果について説明するための図である。本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。素子インピーダンス値に対応するなまし率を特定するためのマップの一例である。

符号の説明

１０酸素センサ
１２正極端子
１４負極端子
２０ ECU(Electronic Control Unit)
２２第１スイッチ素子
２４第１ポート
２６第２抵抗
２８第１サンプリング点
３０第１抵抗
４２第２スイッチ素子
４４第２ポート
５０第２サンプリング点
６８第３ＡＤ変換器
７０第３サンプリング点
７４ダイオード
８０第４ＡＤ変換器
Rs 素子インピーダンス

Claims

高圧側の正極端子と低圧側の負極端子とを有し、前記正極端子と前記負極端子との間に、被検出ガス中の酸素濃度に応じた電圧を発生する起電力式の排気ガスセンサと、
前記排気ガスセンサの素子インピーダンスと相関を有するインピーダンス相関値を取得するインピーダンス相関値取得手段と、
前記インピーダンス相関値が大きいほど、前記排気ガスセンサの出力信号に大きななまし処理を施す信号処理手段と、
を備えることを特徴とする排気ガスセンサの信号処理装置。
前記素子インピーダンスを検出するために、前記排気ガスセンサに検出用電圧を印加する電圧印加手段と、
前記検出用電圧が印加された後、前記排気ガスセンサに蓄えられた電荷を放出する電荷放出手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１記載の排気ガスセンサの信号処理装置。
前記排気ガスセンサの前記負極端子に、正電圧を印加する基準電圧印加手段を更に備えることを特徴とする請求項２記載の排気ガスセンサの信号処理装置。
前記インピーダンス相関値が所定値以下の場合には、前記なまし処理を中断する中断手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の排気ガスセンサの信号処理装置。