JP4905726B2 - Air-fuel ratio detection device - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の空燃比を空燃比センサで検出する空燃比検出装置に関するものである。 The present invention relates to an air-fuel ratio detection device that detects an air-fuel ratio of an internal combustion engine with an air-fuel ratio sensor.
従来より、内燃機関から排出される排ガスの空燃比(酸素濃度)をリニアに検出することが可能な限界電流式の空燃比センサ(いわゆるA/Fセンサ)が実用化されている。この空燃比センサは、固体電解質体よりなるセンサ素子を有し、該センサ素子への電圧を印加することにより、空燃比に応じた素子電流が流れるように構成されている。また、空燃比センサのセンサ素子に流れる素子電流はセンサ制御回路にて計測され、該計測された素子電流に応じた空燃比の信号がセンサ制御回路より出力される。このように、空燃比センサによって空燃比が検出されることで、空燃比を所望の空燃比となるようにフィードバック制御することが可能となる。 Conventionally, limit current type air-fuel ratio sensors (so-called A / F sensors) that can linearly detect the air-fuel ratio (oxygen concentration) of exhaust gas discharged from an internal combustion engine have been put into practical use. This air-fuel ratio sensor has a sensor element made of a solid electrolyte body, and is configured such that an element current corresponding to the air-fuel ratio flows by applying a voltage to the sensor element. The element current flowing through the sensor element of the air-fuel ratio sensor is measured by the sensor control circuit, and an air-fuel ratio signal corresponding to the measured element current is output from the sensor control circuit. As described above, the air-fuel ratio is detected by the air-fuel ratio sensor, so that feedback control can be performed so that the air-fuel ratio becomes a desired air-fuel ratio.
一般的に、空燃比センサのセンサ制御回路等には、個体差によって特性のばらつきが存在するため、この特性ばらつきに起因して空燃比の検出精度が低下するという問題が生じる虞がある。この対策して、例えば、特許文献1に開示された技術では、空燃比センサが活性化していない非活性状態であると判定されたときに、センサ制御回路の出力値と予め設定された出力値(基準出力値)との出力誤差(回路誤差)を検出して、該出力誤差に基づいて空燃比変換マップを校正するようにしている。
しかしながら、上記特許文献1では、空燃比センサに電流が発生しない非活性状態でセンサ制御回路の出力誤差(回路誤差)を検出する技術が開示されているに過ぎず、センサ制御回路の温度に起因して生じるセンサ制御回路の出力誤差による空燃比の検出誤差については考慮されていなかった。 However, the above-mentioned Patent Document 1 only discloses a technique for detecting an output error (circuit error) of the sensor control circuit in an inactive state where no current is generated in the air-fuel ratio sensor, which is caused by the temperature of the sensor control circuit. The detection error of the air-fuel ratio due to the output error of the sensor control circuit that occurs as a result is not taken into consideration.
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、センサ制御回路の温度に起因して生じる空燃比検出誤差を補償して空燃比の検出精度を向上させることが可能な空燃比検出装置を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention provides an air-fuel ratio detection apparatus capable of compensating for an air-fuel ratio detection error caused by the temperature of a sensor control circuit and improving the air-fuel ratio detection accuracy. Objective.
そこで、本願の請求項1に係る発明では、ガスの空燃比を検出する空燃比センサと、空燃比センサに電圧を印加した時に流れる電流を検出し、該検出電流に対応する出力を発生するセンサ制御回路と、該センサ制御回路の出力を空燃比に換算するための換算データ(マップ又は数式等)を用いて該センサ制御回路の出力を空燃比に換算する換算手段とを備えた空燃比検出装置において、温度検出手段により、前記センサ制御回路の温度を検出または推定し、そのセンサ制御回路の温度に応じて、センサ制御回路の温度に起因して生じるセンサ制御回路の出力誤差による換算誤差を補正手段により補正すると共に、センサ制御回路の温度に応じて該センサ制御回路の出力を補正し、補正後の出力を前記換算データにより空燃比に換算するようにしたものである。このように、センサ制御回路の温度に起因して生じるセンサ制御回路の出力誤差による換算誤差を補正することで、センサ制御回路の温度が変化した場合においても、精度良く空燃比を検出することが可能となる。 Therefore, in the invention according to claim 1 of the present application, an air-fuel ratio sensor that detects the air-fuel ratio of gas, and a sensor that detects an electric current that flows when a voltage is applied to the air-fuel ratio sensor and generates an output corresponding to the detected current. Air-fuel ratio detection comprising: a control circuit; and conversion means for converting the output of the sensor control circuit into an air-fuel ratio using conversion data (such as a map or a mathematical expression) for converting the output of the sensor control circuit into an air-fuel ratio In the apparatus, the temperature detection means detects or estimates the temperature of the sensor control circuit, and in accordance with the temperature of the sensor control circuit, a conversion error due to the output error of the sensor control circuit caused by the temperature of the sensor control circuit is detected. is corrected by the correction means corrects the output of the sensor control circuit in accordance with the temperature of the sensor control circuit, the output of the corrected so converted to an air-fuel ratio by said conversion data Those were. In this way, by correcting the conversion error due to the output error of the sensor control circuit caused by the temperature of the sensor control circuit, the air-fuel ratio can be detected accurately even when the temperature of the sensor control circuit changes. It becomes possible.
ここで、換算誤差の具体的な補正方法としては、請求項1に係る発明のように、補正手段により、センサ制御回路の温度に応じて該センサ制御回路の出力を補正し、補正後の出力を前記換算データにより空燃比に換算するようにすれば、精度良く空燃比を検出することが可能となる。
また、請求項2に係る発明のように、内燃機関の冷却温度を検出する冷却温度検出手段と、内燃機関に供給される吸気温を検出する気温検出手段とを備え、内燃機関の冷却温度及び/または吸気温のパラメータに基づいてセンサ制御回路の温度を推定しても良い。
また、請求項3に係る発明のように、センサ制御回路の温度に応じて前記換算データを補正し、補正後の換算データを用いて前記センサ制御回路の出力を空燃比に換算するようにしても良い。この補正方法を用いても、精度良く空燃比を検出することが可能となる。
Here, as a specific correction method of the conversion error, as in the invention according to claim 1 , the output of the sensor control circuit is corrected according to the temperature of the sensor control circuit by the correction means, and the output after correction is performed. Is converted into the air-fuel ratio by the conversion data, the air-fuel ratio can be detected with high accuracy.
According to a second aspect of the present invention, the apparatus includes: a cooling temperature detecting unit that detects a cooling temperature of the internal combustion engine; and an air temperature detecting unit that detects an intake air temperature supplied to the internal combustion engine. The temperature of the sensor control circuit may be estimated based on the parameter of the intake air temperature.
Further , as in the invention according to claim 3, the conversion data is corrected according to the temperature of the sensor control circuit, and the output of the sensor control circuit is converted into an air-fuel ratio using the corrected conversion data. Also good. Even if this correction method is used, the air-fuel ratio can be detected with high accuracy.
なお、請求項3に係る発明において、換算データがマップ(テーブル)で作成されている場合は、マップのデータをセンサ制御回路の温度に応じて補正すれば良く、また、換算データが数式化されている場合は、数式の係数をセンサ制御回路の温度に応じて補正すれば良い。 In addition, in the invention according to claim 3, when the conversion data is created by a map (table), the map data may be corrected according to the temperature of the sensor control circuit, and the conversion data is formulated into a formula. In such a case, the coefficient of the mathematical formula may be corrected according to the temperature of the sensor control circuit.
また、請求項4に係る発明のように、空燃比センサに電流が流れていない状態(以下、「基準状態」という)のときに、センサ制御回路の出力と換算データから得られる基準状態でのセンサ制御回路の出力(以下、「基準出力」という)との誤差を学習し、該誤差に基づいて換算データ又はセンサ制御回路の出力を学習補正手段により補正し、該補正が終了した後に、センサ制御回路の温度に応じて、センサ制御回路の出力誤差による換算誤差を補正すると良い。これにより、センサ制御回路の出力と基準出力との誤差を学習した後に、更にセンサ制御回路の温度に起因する誤差を補正することが可能となるため、空燃比の検出精度を更に向上させることが可能となる。 Further, as in the invention according to claim 4, when the current is not flowing through the air-fuel ratio sensor (hereinafter referred to as “reference state”), the reference state obtained from the output of the sensor control circuit and the converted data is used. An error from the output of the sensor control circuit (hereinafter referred to as “reference output”) is learned, the converted data or the output of the sensor control circuit is corrected by the learning correction unit based on the error, and after the correction is completed, the sensor The conversion error due to the output error of the sensor control circuit may be corrected according to the temperature of the control circuit. Thereby, after learning the error between the output of the sensor control circuit and the reference output, it is possible to further correct the error due to the temperature of the sensor control circuit, so that the air-fuel ratio detection accuracy can be further improved. It becomes possible.
また、請求項5に係る発明のように、センサ制御回路を、前記空燃比センサに電流が流れる状態から流れない状態に切り替える状態切替手段を備え、該状態切替手段により空燃比センサに電流が流れない状態に切り替えた後に、センサ制御回路の出力と基準出力との誤差を学習すると良い。このように、空燃比センサに電流が流れる状態から流れない状態に切り替えた後に、換算データ又はセンサ制御回路の出力を学習することで、回路特性ばらつき等を要因とする個体差により生じる誤差を精度良く補正することが可能となる。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a state switching means for switching the sensor control circuit from a state in which current flows to the air-fuel ratio sensor to a state in which current does not flow, and current flows to the air-fuel ratio sensor by the state switching means. It is preferable to learn an error between the output of the sensor control circuit and the reference output after switching to the non-existing state. In this way, after switching from a state in which current flows to the air-fuel ratio sensor to a state in which current does not flow, learning conversion data or sensor control circuit output can be used to accurately detect errors caused by individual differences caused by circuit characteristic variations and the like. It becomes possible to correct well.
また、請求項6に係る発明のように、センサ制御回路において、空燃比センサに接続される電流回路にスイッチを設け、スイッチを開くことによって、空燃比センサに電流が流れる状態から流れない状態に切り替えると良い。 Further, as in the invention according to claim 6, in the sensor control circuit, a switch is provided in the current circuit connected to the air-fuel ratio sensor, and the switch is opened, so that the current does not flow from the state in which the current flows to the air-fuel ratio sensor. It is good to switch.
この場合、請求項7に係る発明のように、空燃比センサの出力に基づく制御を実行しないときに、センサ制御回路の出力と基準出力との誤差を学習すると良い。これにより、誤差を学習するために、空燃比センサの出力に基づく制御を中止させる必要はなく、空燃比センサの出力に基づく制御を中止させることによるエミッションの悪化等を回避することができる。 In this case, as in the invention according to claim 7, when the control based on the output of the air-fuel ratio sensor is not executed, the error between the output of the sensor control circuit and the reference output may be learned. Thereby, in order to learn the error, it is not necessary to stop the control based on the output of the air-fuel ratio sensor, and it is possible to avoid the deterioration of the emission caused by stopping the control based on the output of the air-fuel ratio sensor.
また、誤差の学習は、請求項8に係る発明のように、内燃機関に燃料の供給を行わないフューエルカット時、あるいは、請求項9に係る発明のように、空燃比センサの出力とは関係なく燃料噴射制御および/または空気量制御を実行するオープンループ制御実行時に行うようにしても良く、これらの場合でも、上記請求項7と同様に、誤差の学習に伴うエミッションの悪化等を回避することができる。 Further, the error learning is related to the output of the air-fuel ratio sensor at the time of fuel cut when the fuel is not supplied to the internal combustion engine as in the invention according to claim 8, or as in the invention according to claim 9. Alternatively, the fuel injection control and / or the air amount control may be performed when the open loop control is executed. In these cases as well, the deterioration of the emission accompanying the learning of the error is avoided in the same manner as in the seventh aspect. be able to.
また、請求項10に係る発明のように、空燃比センサが活性していないときに、センサ制御回路の出力と基準出力との誤差を学習するようにしても良い。この場合においても、回路特性ばらつき等を要因とする個体差により生じる誤差を精度良く補正することが可能となる。
Further, as in the invention according to
なお、請求項11に係る発明のように、基準出力は、換算データから得られる理論空燃比に対応する前記センサ制御回路の出力とすると良い。
As in the invention according to
[実施形態(1)]
以下、本発明の実施形態(1)を図1〜図7に基づいて説明する。
本実施形態(1)では、車載エンジンより排出される排ガス(燃焼ガス)の空燃比(酸素濃度)を検出する空燃比検出装置を具体化しており、空燃比の検出結果はエンジンECU等により構成される空燃比制御システムに用いられる。空燃比制御システムでは、空燃比をストイキ近傍でフィードバック制御するストイキ燃焼制御や、空燃比を所定のリーン領域でフィードバック制御するリーン燃焼制御等を実現することができる。以下の説明では、空燃比を必要に応じて「A/F」と表記して説明する。
[Embodiment (1)]
Hereinafter, embodiment (1) of this invention is described based on FIGS.
In the present embodiment (1), an air-fuel ratio detection device for detecting an air-fuel ratio (oxygen concentration) of exhaust gas (combustion gas) discharged from an in-vehicle engine is embodied, and the detection result of the air-fuel ratio is configured by an engine ECU or the like. Used in an air-fuel ratio control system. In the air-fuel ratio control system, stoichiometric combustion control in which the air-fuel ratio is feedback-controlled in the vicinity of the stoichiometry, lean combustion control in which the air-fuel ratio is feedback-controlled in a predetermined lean region, and the like can be realized. In the following description, the air-fuel ratio is described as “A / F” as necessary.
まず、始めに排ガスの空燃比をリニアに検出可能なA/Fセンサの構成について図2を用いて説明する。A/Fセンサは、積層型構造のセンサ素子10を有し、図2は、センサ素子10の断面構造を示す。実際には、当該センサ素子10は、図2の紙面直交方向に延びる長尺状をなし、素子全体がハウジングや素子カバー内に収容されている。
First, the configuration of an A / F sensor capable of linearly detecting the air-fuel ratio of exhaust gas will be described with reference to FIG. The A / F sensor has a
センサ素子10は、固体電解質11から構成されている。より具体的には、センサ素子10は、固体電解質11、拡散抵抗層12、遮蔽層13及び絶縁層14を有し、これらが図2の上下に積層されて構成されている。センサ素子10の周囲には図示しない保護層が設けられている。長方形板状の固体電解質11(固体電解質体)は部分安定化ジルコニア製のシートであり、その固体電解質11を挟んで上下一対の電極15、16が対向配置されている。電極15、16は白金Pt等により形成されている。拡散抵抗層12は電極15へ排ガスを導入するための多孔質シートからなり、遮蔽層13は排ガスの透過を抑制するための緻密層からなる。これら各層12、13は、何れも、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスをシート成形法等により成形したものであるが、ポロシティの平均孔径及び気孔率の違いによりガス透過率が相違するものとなっている。
The
絶縁層14は、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスからなり、電極16に対面する部位には大気ダクト17が形成されている。また、同絶縁層14には白金Pt等により形成されたヒータ18が埋設されている。ヒータ18は、バッテリ電源からの通電により発熱する線状の発熱体よりなり、その発熱により素子全体を加熱する。なお、以下の説明では、電極15を拡散層側電極、電極16を大気側電極という場合がある。本実施形態(1)では、大気側電極16に接続される端子を正側端子(+端子)、拡散層側電極15に接続される端子を負側端子(−端子)としている。
The
上記センサ素子10において、その周囲の排ガスは拡散抵抗層12の側方部位から導入されて拡散層側電極15に達する。排ガスがリーンの場合、排ガス中の酸素は電極15、16間の電圧印加により拡散層側電極15で分解され、イオン化されて固体電解質11を通過した後、大気側電極16より大気ダクト17に排出される。このとき、大気側電極16から拡散層側電極15の向きに電流(正電流)が流れる。また、排ガスがリッチの場合、反対に大気ダクト17内の酸素が大気側電極16で分解され、イオン化されて固体電解質11を通過した後、拡散層側電極15より排出される。そして、排ガス中のHCやCO等の未燃成分と触媒反応する。このとき、拡散層側電極15から大気側電極16の向きに電流(負電流)が流れる。
In the
図3は、A/Fセンサについての基本的な電圧−電流特性(V−I特性)を示す図面である。図3において、電圧軸(横軸)に平行な平坦部分はセンサ素子10の素子電流Ip(限界電流)を特定する限界電流域であって、この素子電流Ipの増減が空燃比の増減(すなわち、リーン・リッチの程度)に対応している。つまり、空燃比がリーン側になるほど素子電流Ipが増大し、空燃比がリッチ側になるほど素子電流Ipが減少する。
FIG. 3 is a drawing showing basic voltage-current characteristics (VI characteristics) of the A / F sensor. In FIG. 3, a flat portion parallel to the voltage axis (horizontal axis) is a limit current region for specifying the element current Ip (limit current) of the
このV−I特性において、限界電流域よりも低電圧側は抵抗支配域となっており、抵抗支配域における一次直線部分の傾きはセンサ素子10の直流内部抵抗Riにより特定される。直流内部抵抗Riは素子温に応じて変化し、素子温が低下すると直流内部抵抗Riが増大して、抵抗支配域の一次直線部分の傾きが小さくなる(直線部分が寝た状態となる)。また、素子温が上昇すると、直流内部抵抗Riが減少して、抵抗支配域の一次直線部分の傾きが大きくなる(直線部分の勾配が大きくなった状態となる)。
In this VI characteristic, the lower voltage side than the limit current region is a resistance dominant region, and the slope of the primary straight line portion in the resistance dominant region is specified by the DC internal resistance Ri of the
次に、本発明の主要部であるセンサ制御系の構成について図1を参照しながら説明する。このセンサ制御系には、マイクロコンピュータ(以下、マイコンと略す)20とセンサ制御回路30とが設けられ、これらによりA/Fセンサ(センサ素子10)の検出結果に基づき空燃比の検出やセンサ素子10のインピーダンス(素子インピーダンスZac)の検出が実施される。
Next, the configuration of the sensor control system, which is the main part of the present invention, will be described with reference to FIG. The sensor control system includes a microcomputer (hereinafter abbreviated as “microcomputer”) 20 and a
図1において、マイコン20は、CPU、各種メモリ、A/D変換器、I/Oポート等を備えた論理演算回路にて構成されており、後述するセンサ制御回路30により検出した電流信号(アナログ信号)をA/D変換器を介して取り込み、A/F値の演算や素子インピーダンスZacの演算を適宜実施する。このマイコン20により演算されたA/F値は、例えば図示しないエンジンECUに出力され、空燃比フィードバック制御等に使用される。
In FIG. 1, a
また、センサ制御回路30において、センサ素子10の大気側電極16に接続された正側端子には、オペアンプ31及び電流検出抵抗32を介して基準電源33が接続され、該センサ素子10の拡散層側電極15に接続された負側端子には、オペアンプ34及びスイッチ35を介して印加電圧制御回路36が接続されている。この場合、電流検出抵抗32の一端(図1のA点)は、基準電圧Vf(例えば2.2V)と同じ電圧に保持される。素子電流Ipは電流検出抵抗32を介して流れ、素子電流Ipに応じて図1のB点の電圧が変化する。スイッチ35がON(オン)された状態において、排ガスがリーンであれば、センサ素子10には正側端子から負側端子に向けて素子電流Ipが流れるため、B点電圧が上昇し、逆にリッチであれば、センサ素子10には負側端子から正側端子に向けて素子電流Ipが流れるため、B点電圧が低下する。
In the
印加電圧制御回路36は、B点電圧をモニタすると共にその電圧値に応じてセンサ素子10に印加すべき電圧を決定し、オペアンプ34及びスイッチ35を介してD点電圧を制御する。但し、ストイキ近傍のみで空燃比検出を行う場合、印加電圧固定とすることも可能である。
The applied
また、基準電源33にはオペアンプ37が接続され、このオペアンプ37の出力とB点電圧とが所定増幅率のオペアンプ(差動増幅器)38に入力される。このオペアンプ38は基準電圧VfとB点電圧との電圧差を増幅し、その結果を出力電圧AFOとして出力する。この場合、オペアンプ38において基準電圧VfとB点電圧との電圧差を増幅する構成として、オペアンプ38にA点電圧とB点電圧とを入力する構成も考えられるが、かかる構成ではオペアンプ38の帰還電流が電流検出抵抗32に流れ、空燃比検出に誤差が生じるおそれがある。これに対し、本構成ではオペアンプ38にオペアンプ37の出力とB点電圧とを入力するため、オペアンプ37が帰還電流吸収素子として機能し、空燃比検出に対する悪影響が排除できる。
Further, an
なお、電流検出抵抗32のB点端子からオペアンプ38への経路にはスイッチ40とコンデンサ41とが設けられている。この場合、後述するインピーダンス検出時にはスイッチ40がOFF(オフ)され、そのスイッチOFF時におけるB点電圧がコンデンサ41にて記憶保持される。これにより、インピーダンス検出時において、センサ素子10への印加電圧が交流的に変化しても、その影響によりオペアンプ38の出力が不用意に変化し空燃比の検出に悪影響が及ぶといった不都合が回避できる。また、インピーダンス検出時にあっても適正な空燃比(実際にはスイッチOFF直前の電流信号)が得られるようになる。
A
マイコン20は、センサ制御回路30の出力電圧AFOをA/Dポートから取り込み、取り込んだ出力電圧AFOをA/F値に換算するための換算データ(マップ又は数式等)を用いて、該出力電圧AFOをA/F値に換算する(この機能が換算手段に相当する)。このA/F値は空燃比フィードバック制御等に適宜用いられる。なお、換算データ(マップ又は数式等)は、マイコン20のROM等の不揮発性の記憶手段に記憶されている。
The
また、マイコン20は、センサ素子10への印加電圧を一時的に交流的に変化させるように指令し、その際の電流変化量に基づき素子インピーダンスZacを検出する。より具体的には、インピーダンス検出に際し、印加電圧制御回路36がマイコン20からの指令を受け、センサ素子10への印加電圧(図1のD点電圧)を所定幅(例えば0.2V)で正負両側に変化させる。このとき、マイコン20は、印加電圧変化に伴うB点電圧の変化を計測し、印加電圧変化量ΔVと、B点電圧変化量を電流検出抵抗32の抵抗値で割った電流変化量ΔIとから素子インピーダンスZacを演算する(Zac=ΔV/ΔI)。なお、インピーダンス検出に際し、センサ素子10に流す電流を交流的に変化させ、その際の電流又は電圧の変化量から素子インピーダンスZacを演算する構成とすることも可能である。
Further, the
インピーダンス検出は所定の周期で(すなわち所定時間毎に)実施され、その実施のタイミングがマイコン20から印加電圧制御回路36に対して指令される。また、マイコン20は、素子インピーダンスZacが所定の目標値に保持されるようヒータ18への通電を制御する。これにより、センサ素子10が所定の活性状態に保持されるようになる。
Impedance detection is performed at a predetermined cycle (that is, every predetermined time), and the execution timing is commanded from the
ところで、センサ制御回路30は、前述したように、抵抗、オペアンプ等の様々な部品により構成されている。このようなセンサ制御回路30では、センサ制御回路30の温度に応じてセンサ制御回路30の抵抗やオペアンプの特性が変わる。図4は、空燃比に対するセンサ制御回路30の出力電圧AFOの出力特性の一例を示しており、予め設定された基準の出力特性(基準出力特性)を実線で、基準出力特性に対してセンサ制御回路30の温度によりずれた出力特性を一点鎖線で示している。センサ制御回路30の温度が異なると、予め設定された基準出力特性に対してセンサ制御回路30の出力特性に出力誤差(オフセット)が生じる。このように、出力誤差が生じると、センサ制御回路30の出力電圧AFOはその出力誤差分ずれることになり、空燃比の検出精度が悪化する。
By the way, the
そこで、本実施形態(1)では、センサ制御回路30の温度に応じて生じる出力誤差による空燃比検出精度の低下の問題を解消すべく、かかる出力誤差分の補正を実施している。より具体的には、検出されたセンサ制御回路30の温度に応じて出力誤差分の補正量を算出し、センサ制御回路30の出力電圧AFOを該補正量で補正することで、温度に起因して生じる出力誤差分の補正を行う。なお、図5は、センサ制御回路30の温度に起因して生じる出力誤差分の補正量が、センサ制御回路30の温度毎に格納された補正データ(マップ)であり、例えば、OFF(0)には、センサ制御回路30の温度が0℃における基準出力特性に対する出力誤差分の補正量が収納されており、この補正データを用いて、センサ制御回路30の温度に応じた出力誤差分の補正量を算出する。
Therefore, in the present embodiment (1), correction for the output error is performed in order to solve the problem of deterioration in the air-fuel ratio detection accuracy due to the output error generated according to the temperature of the
以下、図6を用いて、予め設定された基準出力特性に対する出力誤差(オフセット)を補正するプログラムを説明する。このプログラムは、マイコン20により所定時間毎に起動され、センサ制御回路30の温度に応じてセンサ制御回路30の温度に起因して生じるセンサ制御回路30の出力誤差を補正する補正手段としての役割を果たす。
Hereinafter, a program for correcting an output error (offset) with respect to a preset reference output characteristic will be described with reference to FIG. This program is activated every predetermined time by the
図6のプログラムが起動されると、まずステップS101で、センサ制御回路30の温度を検出する。センサ制御回路30の温度は、図示しないエンジンECUの温度と相関関係があるため、エンジンECUの温度をセンサ制御回路30の温度として検出する。この場合、エンジンECUには、温度を検出する温度センサを備えることが必須条件となる。また、エンジン制御回路30の温度は推定しても良く、例えば、エンジン冷却水の温度をセンサによって検出し、該エンジン冷却水の温度に基づいてセンサ制御回路30の温度を推定しても良い。また、エンジンの冷間始動時などでは、センサ制御回路30の温度と吸気温(外気温、または冷却水温)とがほぼ同じとなるため、吸気温等に基づいてセンサ制御回路30の温度を推定し、始動後の時間経過よって、センサ制御制御回路30の温度を補正するようにしても良い。
When the program of FIG. 6 is started, first, in step S101, the temperature of the
上記ステップS101で、センサ制御回路30の温度を検出すると、ステップS102に進み、基準出力特性に対する出力誤差分の補正量OFF(T)を算出する。このステップS102では、図5の補正データ(マップ)を用いて、検出されたセンサ制御回路30の温度Tに対応するセンサ制御回路30の出力特性と基準出力特性との出力誤差分の補正量OFF(T)を算出する。ここで、図5の補正データは、例えば、ベンチテストで(基準となる車両で基準出力特性を検出するとき)、A/Fセンサに電流が流れない状態でセンサ制御回路30に電圧を印加したときの出力(出力電圧)を温度毎に検出し、温度毎に検出されたセンサ制御回路30の出力に基づいて出力誤差分の補正量を検出するようにすると良い。このようにA/Fセンサに電流が流れない状態のセンサ制御回路30の出力を温度毎に検出することで、センサ制御回路30の温度に起因するセンサ制御回路30の出力誤差を算出することができ、該出力誤差分による補正量を算出することができる。
When the temperature of the
次に、ステップS103で、センサ制御回路30の出力電圧AFOを読み込み、次のステップS104で、読み込んだ出力電圧AFOを出力誤差分の補正量OFF(T)で補正する。具体的には、ステップS103で読み込んだ出力電圧AFOを、ステップS102で算出された出力誤差分の補正量OFF(T)で減算する。なお、センサ制御回路30の出力を補正する方法は、上記方法に限定されるものではなく、例えば、センサ制御回路30の出力に対して出力誤差分の補正量(補正係数)を乗算しても良い。この場合、図5において、出力誤差分の補正量OFF(T)は、センサ制御回路30の出力に対して出力誤差分の補正量(補正係数)を乗算することで、出力誤差を是正できるような値が設定されることになる。
Next, in step S103, the output voltage AFO of the
以上説明したプログラムを実行することによって、以下の効果が得られる。
上述したように、センサ制御回路30の温度に起因して生じる出力誤差を補正する構成としたため、空燃比の検出精度向上を図ることができる。また、空燃比検出精度の向上により空燃比のストイキ制御精度が向上し、ひいては排気エミッションの改善等を実現することができる。
By executing the program described above, the following effects can be obtained.
As described above, since the output error caused by the temperature of the
以下、図7を用いて、上述した図6のプログラムを実行したことによる効果について説明する。
本来、空燃比がストイキで制御されていれば、排ガス中の3成分(HC、CO、NOx)の浄化率が高められるが、例えばA/Fセンサの出力特性がA(補正前)となる場合、特にNOx浄化率が大幅に悪化する。これに対し、上記補正により確実にストイキ制御が実施できれば、A/Fセンサの出力特性がB(補正後)となり、排ガス中の3成分(HC、CO、NOx)について高い浄化率が維持できる。
Hereinafter, the effect obtained by executing the above-described program of FIG. 6 will be described with reference to FIG.
Originally, if the air-fuel ratio is controlled by stoichiometry, the purification rate of the three components (HC, CO, NOx) in the exhaust gas can be increased. In particular, the NOx purification rate is greatly deteriorated. On the other hand, if the stoichiometric control can be performed reliably by the above correction, the output characteristic of the A / F sensor becomes B (after correction), and a high purification rate can be maintained for the three components (HC, CO, NOx) in the exhaust gas.
なお、本実施形態(1)では、センサ制御回路30の出力(出力電圧)を出力誤差分の補正量で補正するようにしたが、基準出力特性を出力誤差分の補正量で補正しても良い。この場合、例えば、センサ制御回路30の温度が変化しないようなときに、その温度における出力誤差の補正を1度実行すれば、センサ制御回路30の出力を逐次補正することなく正確な空燃比を算出することができ、プログラムの演算負荷を低減することが可能となる。
In this embodiment (1), the output (output voltage) of the
[実施形態(2)]
ところで、A/Fセンサとセンサ制御回路30では、回路特性ばらつき等を要因とする個体差が存在し、この個体差によりセンサ出力精度が低下する。図8は、空燃比に対するセンサ制御回路30の出力電圧AFOの出力特性の一例を示しており、図8では、予め設定された基準出力特性を実線で、センサ自体の特性ばらつきや回路特性ばらつき等の個体差の要因で、基準出力特性に対してオフセット誤差を有する出力特性を一点鎖線で示している。図8の場合、基準出力特性によれば、ストイキ状態(A/F=14.7 この場合、A/Fセンサに流れる電流はIp=0mAである)で、AFO=2.2Vとなる。これに対し、オフセット誤差が生じると、そのオフセット誤差分だけセンサ制御回路30の出力電圧AFOがずれる。
[Embodiment (2)]
By the way, in the A / F sensor and the
そこで、本実施形態(2)では、マイコン20によって、センサ制御回路30の個体差に起因して生じる基準出力特性に対するオフセット誤差を学習(補正)した後に、前記実施形態(1)のセンサ制御回路30の温度に起因して生じる出力誤差(オフセット)の補正を行うプログラムを実行するものである。
Therefore, in this embodiment (2), after the
以下、実施形態(1)との相違点について説明する。
図9のプログラムは、マイコン20によって所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう補正手段としての役割を果たす。このプログラムが起動されると、まず、ステップS201で、センサ制御回路30の個体差に起因して生じるオフセット誤差の補正が終了しているか否かを検出する。このステップS201で、センサ制御回路30の個体差に起因して生じるオフセット誤差の補正が終了していないと判定されると、ステップS202に進み、後述する個体差に起因して生じるオフセット誤差の補正プログラム(A/F出力電圧補正プログラム)を実行する。
Hereinafter, differences from the embodiment (1) will be described.
The program shown in FIG. 9 is executed by the
一方、ステップS201で、オフセット誤差の補正が既に終了していると判定された場合、または、ステップS202で、オフセット誤差が補正された場合は、ステップS203に進み、前記実施形態(1)で説明したセンサ制御回路30の温度に起因して生じる出力誤差(オフセット)の補正を行う図6のプログラムを実行する。なお、この場合、図6において、センサ制御回路30の温度に起因して生じる出力誤差分の補正量OFF(T)は、ベンチテスト時に、A/Fセンサに電流が流れない状態で、センサ制御回路30に電圧を印加したときに検出されたセンサ制御回路30の出力を温度毎にデータ(マップ)として記憶しておき、該データを用いて個体差に起因して生じるオフセット誤差の補正が行われたときに検出されたセンサ制御回路30の温度におけるセンサ制御回路30の出力と、その時々に検出されたセンサ制御回路30の温度おけるセンサ制御回路30の出力との差分(出力誤差分)を算出し、該差分に基づいて温度に起因して生じる出力誤差分の補正量を算出するようにすると良い。
On the other hand, if it is determined in step S201 that the correction of the offset error has already been completed, or if the offset error is corrected in step S202, the process proceeds to step S203, which is described in the embodiment (1). 6 is executed to correct an output error (offset) caused by the temperature of the
次に、センサ制御回路30の個体差に起因して生じるオフセット誤差の補正プログラム(A/F出力電圧補正プログラム)について説明する。このプログラムは、マイコン20によって、まず、図10の個体差に起因して生じるオフセット誤差を算出するプログラムを実行した後に、図11のオフセット誤差を補正するプログラムを実行する。これらのプログラムが特許請求の範囲でいう学習補正手段に相当する役割を果たす。
Next, a correction program (A / F output voltage correction program) for offset errors caused by individual differences in the
まず、図10のプログラムでは、理論空燃比(ストイキ状態)であるA/F=14.7(Ip=0mA)において、その時のセンサ制御回路30の出力電圧がAFO=2.2Vとなることから、センサ制御回路30を強制的にストイキ検出状態(A/Fセンサに電流が流れないような状態)とし、かかる状態下でオフセット誤差を求める。具体的には、通常のエンジン運転途中において、オペアンプ34の出力側に設けたスイッチ35を一時的にOFFし、その時のセンサ制御回路30の出力電圧AFOを計測する。そして、該計測した出力電圧AFOによりオフセット誤差K1を算出し、そのオフセット誤差K1を「補正量」として適宜用いる。なお、スイッチ35をONした状態が通常状態に相当し、スイッチ35をOFFした状態がセンサ制御回路30のオフセット誤差分を検出する状態に相当する。
First, in the program of FIG. 10, when A / F = 14.7 (Ip = 0 mA) which is the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric state), the output voltage of the
図10において、先ずステップS301では、オフセット誤差K1の学習タイミングであるか否かを判別する。この学習タイミングは、センサ制御回路30を一時的にストイキ検出状態としてオフセット誤差K1を学習するタイミングであり、例えば、A/Fセンサの出力に基づいて空燃比制御(吸気量制御、燃料噴射制御)を行わない状態(オープンループ制御状態)を学習タイミングとして設定すると良い。また、例えば、A/Fセンサの活性前、燃料カット中などで学習タイミングを設定しても良い。ここでは、データの更新(補正)を行う処理を「学習」と言う。なお、更にデータを更新して保存する処理を「学習」としても良い。
In FIG. 10, first, in step S301, it is determined whether or not it is the learning timing of the offset error K1. This learning timing is a timing at which the
学習タイミングである場合、ステップS302に進み、スイッチ35に対して切替信号を出力し、当該スイッチ35を所定時間(例えば5msec程度)だけOFFする。次に、ステップS303に進み、その時のセンサ制御回路30の出力電圧AFOを取り込む。
If it is the learning timing, the process proceeds to step S302, a switching signal is output to the
この後、ステップS304に進み、上記ステップS303で読み込んだ出力電圧AFOと予め設定された出力電圧Vstとからオフセット誤差K1を算出する。
K1=AFO−Vst
Thereafter, the process proceeds to step S304, and the offset error K1 is calculated from the output voltage AFO read in step S303 and the preset output voltage Vst.
K1 = AFO-Vst
なお、出力電圧Vstは、理論空燃比(ストイキ状態)で出力されるべきセンサ制御回路30の基準出力(基準出力電圧)であり、本実施形態(2)では、Vst=2.2Vである。この後、ステップS305に進み、オフセット誤差K1をスタンバイRAMに格納する。一方、ステップS301で、学習タイミングの条件が成立していないと判定されれば、このフローチャートを終了する。
The output voltage Vst is the reference output (reference output voltage) of the
次に、図11を用いて、センサ制御回路30の出力電圧AFOの個体差に起因して生じるオフセット誤差分で補正するプログラムについて説明する。
Next, a program for correcting the offset error caused by the individual difference of the output voltage AFO of the
図11において、まずステップS401で、センサ制御回路30の出力電圧と予め設定された出力電圧との誤差(オフセット誤差K1)が算出(学習)されているか否かを判定し、まだ、オフセット誤差K1が算出されていなければ、このフローチャートを終了する。
In FIG. 11, first, in step S401, it is determined whether or not an error (offset error K1) between the output voltage of the
このステップS401で、オフセット誤差の算出が終了していると判定されれば、ステップS402に進み、この時のセンサ制御回路30の出力電圧AFOを取り込む。続くステップS403で、出力電圧AFOをオフセット誤差K1で補正する。
AFO=AFO−K1
このようにして、算出された補正後の出力電圧AFOにより空燃比フィードバック制御等が実施される。なお、補正後の出力電圧AFOを学習しても良い。
If it is determined in step S401 that the calculation of the offset error has been completed, the process proceeds to step S402, and the output voltage AFO of the
AFO = AFO-K1
In this way, air-fuel ratio feedback control or the like is performed using the calculated corrected output voltage AFO. Note that the corrected output voltage AFO may be learned.
また、図11のプログラムでは、センサ制御回路30を強制的にストイキ検出状態としたときの基準出力特性に対するオフセット誤差K1で、センサ制御回路30の出力電圧AFOを補正するようにしたが、基準出力特性の出力電圧をオフセット誤差K1で補正しても良い。この場合、基準出力特性の出力電圧にオフセット誤差K1を加算することになる。つまり、図8において、実線の基準出力特性を、一点鎖線のセンサ制御回路30の出力特性に合わせるように補正することになる。また、センサ制御回路30を強制的にストイキ検出状態とする構成を備えるようにしたが、A/Fセンサが活性していない状態のときにも、A/Fセンサに電流が流れない状態(Ip=0mA)となるため、上記構成(図1のスイッチ35)を設けずA/Fセンサが活性していない状態のときに上記補正を行っても良い。なお、エンジンの冷間始動時など、エンジン温度が低い状態のときは、A/Fセンサは活性状態になっていないため、このような状態のときに実行しても良い。
Further, in the program of FIG. 11, the output voltage AFO of the
また、上記実施形態(2)でセンサ制御回路30を強制的にストイキ検出状態とする構成は、図1に限定するものでなく、A/Fセンサに電流が流れない状態となるような構成であれば良い。
In addition, the configuration in which the
以上説明した本実施形態(2)では、センサ制御回路30の回路特性ばらつき等を要因とする個体差により生じるオフセット誤差を学習(補正)した後に、センサ制御回路30の温度に起因して生じる出力誤差(オフセット)の補正を行うようにした。これにより、個体差により生じるセンサ制御回路30の出力の誤差(オフセット誤差)と、センサ制御回路30の温度に起因して生じるセンサ制御回路30の出力の誤差(出力誤差)との両方を補正することができるため、精度の良い空燃比を検出することが可能となる。
In the present embodiment (2) described above, the output generated due to the temperature of the
また、本実施形態(2)において、センサ制御回路30の個体差に起因して生じるオフセット誤差の補正は、エンジン始動時に行うようにすると良い。この場合、エンジン始動後の早い段階で、個体差とセンサ制御回路30の温度に起因して生じるセンサ制御回路30の出力の誤差(オフセット誤差、出力誤差)を補正することが可能となるため、精度の良い空燃比の検出を図ることができる。また、エンジン始動後の早い段階から、空燃比検出精度の向上により空燃比のストイキ制御精度が向上し、ひいては排気エミッションの改善等を実現することができる。
Further, in the present embodiment (2), the correction of the offset error caused by the individual difference of the
また、A/Fセンサは、エンジンから排出される排ガスの空燃比を検出するだけではなく、エンジンに供給されるガスの空燃比を検出するようにしても良い。 The A / F sensor may detect not only the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine but also the air-fuel ratio of the gas supplied to the engine.
10…センサ素子
11…固体電解質
20…マイコン(換算手段,補正手段,学習補正手段)
30…センサ制御回路
32…電流検出抵抗
34…オペアンプ
35…スイッチ
DESCRIPTION OF
30 ...
Claims (11)
前記空燃比センサに電圧を印加した時に流れる電流を検出し、該検出電流に対応する出力を発生するセンサ制御回路と、
前記センサ制御回路の出力を空燃比に換算するための換算データを用いて前記センサ制御回路の出力を空燃比に換算する換算手段とを備えた空燃比検出装置において、
前記センサ制御回路の温度を検出または推定する温度検出手段を備え、
前記換算手段は、前記温度検出手段により検出または推定された前記センサ制御回路の温度に応じて、前記センサ制御回路の温度に起因して生じる前記センサ制御回路の出力誤差による換算誤差を補正する補正手段を含み、前記補正手段により前記センサ制御回路の温度に応じて該センサ制御回路の出力を補正し、補正後の出力を前記換算データにより空燃比に換算することを特徴とする空燃比検出装置。 An air-fuel ratio sensor for detecting the air-fuel ratio of the gas;
A sensor control circuit for detecting a current flowing when a voltage is applied to the air-fuel ratio sensor and generating an output corresponding to the detected current;
In an air-fuel ratio detection apparatus comprising: conversion means for converting the output of the sensor control circuit into an air-fuel ratio using conversion data for converting the output of the sensor control circuit into an air-fuel ratio;
Temperature detecting means for detecting or estimating the temperature of the sensor control circuit;
The conversion means corrects a conversion error due to an output error of the sensor control circuit caused by the temperature of the sensor control circuit according to the temperature of the sensor control circuit detected or estimated by the temperature detection means. means seen including, the correction corrects the output of the sensor control circuit according to the temperature of the sensor control circuit by means corrected output the converted data by the air-fuel ratio, characterized in that in terms of the air-fuel ratio detection apparatus.
前記空燃比センサに電圧を印加した時に流れる電流を検出し、該検出電流に対応する出力を発生するセンサ制御回路と、
前記センサ制御回路の出力を空燃比に換算するための換算データを用いて前記センサ制御回路の出力を空燃比に換算する換算手段とを備えた空燃比検出装置において、
前記センサ制御回路の温度を検出または推定する温度検出手段と、
前記内燃機関の冷却温度を検出する冷却温度検出手段と、
前記内燃機関に供給される吸気温を検出する気温検出手段とを備え、
前記温度検出手段は、前記内燃機関の冷却温度及び/または前記吸気温に基づいて前記センサ制御回路の温度を推定し、
前記換算手段は、前記温度検出手段により推定された前記センサ制御回路の温度に応じて、前記センサ制御回路の温度に起因して生じる前記センサ制御回路の出力誤差による換算誤差を補正する補正手段を含むことを特徴とする空燃比検出装置。 An air-fuel ratio sensor for detecting the air-fuel ratio of the gas;
A sensor control circuit for detecting a current flowing when a voltage is applied to the air-fuel ratio sensor and generating an output corresponding to the detected current;
In an air-fuel ratio detection apparatus comprising: conversion means for converting the output of the sensor control circuit into an air-fuel ratio using conversion data for converting the output of the sensor control circuit into an air-fuel ratio;
Temperature detecting means for detecting or estimating the temperature of the sensor control circuit;
Cooling temperature detecting means for detecting the cooling temperature of the internal combustion engine;
Air temperature detecting means for detecting the intake air temperature supplied to the internal combustion engine,
The temperature detection means estimates the temperature of the sensor control circuit based on the cooling temperature of the internal combustion engine and / or the intake air temperature ,
The conversion means includes correction means for correcting a conversion error due to an output error of the sensor control circuit caused by the temperature of the sensor control circuit in accordance with the temperature of the sensor control circuit estimated by the temperature detection means. An air-fuel ratio detection apparatus comprising:
前記補正手段は、前記学習補正手段により前記換算データ又は前記センサ制御回路の出力を補正した後に、前記温度検出手段により検出または推定された前記センサ制御回路の温度に応じて、前記センサ制御回路の出力誤差による換算誤差を補正することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の空燃比検出装置。 When no current flows through the air-fuel ratio sensor (hereinafter referred to as “reference state”), the output of the sensor control circuit in the reference state obtained from the output of the sensor control circuit and the converted data (hereinafter referred to as “the reference state”). Learning correction means for learning an error from the reference output) and correcting the converted data or the output of the sensor control circuit based on the error,
The correction means corrects the conversion data or the output of the sensor control circuit by the learning correction means, and then adjusts the sensor control circuit according to the temperature of the sensor control circuit detected or estimated by the temperature detection means. 4. The air-fuel ratio detection apparatus according to claim 1, wherein a conversion error due to an output error is corrected.
前記学習補正手段は、前記状態切替手段により前記空燃比センサに電流が流れない状態に切り替えた後に、前記センサ制御回路の出力と前記基準出力との誤差を学習することを特徴とする請求項4に記載の空燃比検出装置。 A state switching means for switching the sensor control circuit from a state where current flows to the air-fuel ratio sensor to a state where current does not flow;
5. The learning correction unit learns an error between the output of the sensor control circuit and the reference output after the state switching unit switches to a state in which no current flows to the air-fuel ratio sensor. The air-fuel ratio detection device according to 1.
前記状態切替手段は、前記スイッチを開くことによって、前記空燃比センサに電流が流れる状態から流れない状態に切り替えることを特徴とする請求項5に記載の空燃比検出装置。 In the sensor control circuit, a switch is provided in a current circuit connected to the air-fuel ratio sensor,
The air-fuel ratio detection apparatus according to claim 5, wherein the state switching means switches from a state in which current flows to the air-fuel ratio sensor to a state in which current does not flow by opening the switch.
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