JP6112062B2 - 空燃比センサ制御装置 - Google Patents
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Description
2セルタイプの空燃比センサは、酸素濃淡電池である起電力セルと酸素ポンプセルとを有し、起電力セルの出力電圧が目標値となるように酸素ポンプセルに流れるポンプ電流が制御されて、そのポンプ電流が空燃比に応じた電流となる空燃比センサである。
そして、1セルタイプの空燃比センサは、当該空燃比センサを制御するための端子として、前記1つのセルが有する一対の電極のうちの一方に接続された端子である1セル第1端子と、前記セルが有する前記一対の電極のうちの他方に接続された端子である1セル第2端子と、を備えている。
更に、この空燃比センサ制御装置は、前記第1、第2及び第3の接続端子を介して前記2セルタイプの空燃比センサを制御する回路形態である2セル用回路形態と、前記第1及び第2の接続端子を介して前記1セルタイプの空燃比センサを制御する回路形態である1セル用回路形態とに、1つ以上の切換スイッチのオン/オフによって切り換え可能な制御用回路と、前記切換スイッチを制御することにより、前記制御用回路の回路形態を前記1セル用回路形態と前記2セル用回路形態との何れかに設定する制御手段と、を備える。
なお、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、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
1セルタイプの空燃比センサ(以下、1セル空燃比センサという)1は、電圧が印加された状態で空燃比に応じた電流が流れる1つのセル15を有している。このため、1セル空燃比センサ1では、セル15に流れる電流が、空燃比に応じたセンサ電流として検出される。1セル空燃比センサ1は限界電流式の空燃比センサである。
ECU10に2セル空燃比センサ2が接続される場合には、接続端子J1に端子21が接続され、接続端子J2に端子22が接続され、接続端子J3に端子23が接続される。そして、ECU10に接続される2セル空燃比センサ2が、ラベル抵抗17を備えた2セル空燃比センサ2a,2bであれば、接続端子J4に端子24が接続される。
また、制御用回路31は、2セル空燃比センサ2の起電力セル25のインピーダンスを測定するための一定電流を、接続端子J3に印加するための電流印加回路55と、スイッチSW6とを備える。
〈アイドルモード〉
図2に示すように、制御用回路31のモードは、スイッチSW1〜SW12が全てオフの場合にアイドルモードになる。
図2に示すように、制御用回路31のモードは、スイッチSW1〜SW12のうち、スイッチSW3,SW6,SW9がオンされることで、ラベル抵抗計測モードになる。
図2に示すように、制御用回路31のモードは、スイッチSW1〜SW12のうち、スイッチSW1,SW5,SW10,SW11がオンされることで、1セルモードになる。
マイコン33は、図10の1段目に示すように、第1のD/A変換器41の出力電圧Vo1を一定の電圧Vpにする。尚、電圧Vpは、固定値であっても良いし、センサ電流に応じて変化させても良い。
つまり、マイコン33は、A/D変換タイミングが連続するADHとADLを平均化し、その平均化した値から、空変比に応じたセンサ電流Isを算出する。そして、マイコン33は、算出したセンサ電流Isを、所定の式やデータマップに当てはめることにより、空燃比に変換する。尚、マイコン33は、ラベル抵抗17の抵抗値を測定してセンサ電流の補正量を決定しているのであれば、式1から算出したセンサ電流Isを、その補正量を用いて補正し、補正後のセンサ電流から空燃比を算出する。このように算出された空燃比は、内燃機関の空燃比フィードバック制御に用いられる。
Z={G×ΔV−(ADL−ADH)}×Rs/(ADL−ADH)…式2
つまり、マイコン33は、A/D変換タイミングが連続するADHとADLの差分から、インピーダンスZを算出する。
ADL=G×(Vp−VL)×Rs/(Rs+Z)…式4
セル15のインピーダンスZは、セル15の温度と相関があるため、マイコン33は、算出したインピーダンスZに基づいて、セル15が活性状態であるか否かを判定したり、セル15を加熱するためのヒータ(図示省略)を制御したりする。
図2に示すように、制御用回路31のモードは、スイッチSW1〜SW12のうち、スイッチSW2,SW4,SW6,SW10〜SW12がオンされることで、2セルモードになる。
マイコン33は、電流印加回路51の出力電流(前述の「(VD−Vo3)/R52」)が、ECU10に接続されている2セル空燃比センサ2についての最適値となるように、第3のD/A変換器43の出力電圧Vo3を制御する。
そして、マイコン33は、センサ間電圧Vsが目標値(例えば0.45V)となるように、第2のD/A変換器42の出力電圧Vo2(即ち、電流検出用抵抗48への出力電圧)を制御する。
そして、マイコン33は、図13の1段目及び2段目に示すように、一定時間T1毎に、スイッチSW7,SW8のうち、例えばスイッチSW8を所定時間T2だけオンさせ、スイッチSW8をオンからオフさせたときから、所定時間T2だけスイッチSW7をオンさせる。このため、電流印加回路55は、一定時間T1毎に、起電力セル25に対して前述の「−Iz」を印加すると共に、その「−Iz」の印加を終了した後、「−Iz」とは逆方向の「+Iz」を起電力セル25に印加することとなる。一定時間T1は、起電力セル25のインピーダンスZを検出する周期である。
例えば、マイコン33の代わりにICを用いても良い。
Claims (4)
- 酸素濃淡電池である起電力セル(25)と酸素ポンプセル(26)とを有し、前記起電力セルの出力電圧が目標値となるように前記酸素ポンプセルに流れるポンプ電流が制御されて、そのポンプ電流が空燃比に応じた電流となる2セルタイプの空燃比センサ(2,2a,2b,2c)と、電圧が印加された状態で空燃比に応じた電流が流れる1つのセル(15)を有した1セルタイプの空燃比センサ(1,1a,1b,1c)との、何れかが接続される空燃比センサ制御装置であって、
前記2セルタイプの空燃比センサは、当該空燃比センサを制御するための端子として、前記酸素ポンプセルが有する一対の電極のうちの一方に接続された端子である2セル第1端子(21)と、前記酸素ポンプセルが有する前記一対の電極のうちの他方と前記起電力セルが有する一対の電極のうちの一方との、両方に接続された端子である2セル第2端子(22)と、前記起電力セルが有する前記一対の電極のうちの他方に接続された端子である2セル第3端子(23)と、を備えており、
前記1セルタイプの空燃比センサは、当該空燃比センサを制御するための端子として、前記1つのセルが有する一対の電極のうちの一方に接続された端子である1セル第1端子(11)と、前記セルが有する前記一対の電極のうちの他方に接続された端子である1セル第2端子(12)と、を備えており、
当該空燃比センサ制御装置は、
前記各空燃比センサの何れかを接続するための端子として、第1の接続端子(J1)と、第2の接続端子(J2)と、第3の接続端子(J3)とを備えると共に、
前記第1、第2及び第3の接続端子(J1〜J3)を介して前記2セルタイプの空燃比センサを制御する回路形態である2セル用回路形態と、前記第1及び第2の接続端子(J1,J2)を介して前記1セルタイプの空燃比センサを制御する回路形態である1セル用回路形態とに、1つ以上の切換スイッチ(SW1,SW2)のオン/オフによって切り換え可能な制御用回路(31)と、
前記切換スイッチを制御することにより、前記制御用回路の回路形態を前記1セル用回路形態と前記2セル用回路形態との何れかに設定する制御手段(33)と、を備え、
当該空燃比センサ制御装置に前記2セルタイプの空燃比センサが接続される場合には、前記第1の接続端子に前記2セル第1端子が接続され、前記第2の接続端子に前記2セル第2端子が接続され、前記第3の接続端子に前記2セル第3端子が接続され、
当該空燃比センサ制御装置に前記1セルタイプの空燃比センサが接続される場合には、前記第1の接続端子に前記1セル第1端子が接続され、前記第2の接続端子に前記1セル第2端子が接続され、
前記制御用回路は、
前記制御手段からの指令に応じて出力電圧が変わる第1の電圧可変手段(41,45,46,SW4,SW5)と、
前記制御手段からの指令に応じて出力電圧が変わる第2の電圧可変手段(42,47)と、
前記第1の電圧可変手段の出力電圧が非反転入力端子に入力され、前記第1の接続端子に出力端子が接続されるオペアンプ(44)と、
前記オペアンプの反転入力端子と前記出力端子とを、オンすることで接続する第1のスイッチ(SW1)と、
前記オペアンプの前記反転入力端子と前記第2の接続端子とを、オンすることで接続する第2のスイッチ(SW2)と、
前記第2の電圧可変手段の出力電圧が一端に印加され、他端が前記第2の接続端子に接続される電流検出用抵抗(48)と、
前記電流検出用抵抗の両端の電圧差を表す電圧を前記制御手段に入力させる第1の電圧出力手段(49)と、
前記第2の接続端子と前記第3の接続端子との電圧差を表す電圧を前記制御手段に入力させる第2の電圧出力手段(50)と、
前記第3の接続端子に、前記起電力セルを機能させるための一定電流を印加するための第1の電流印加手段(51)と、
前記第3の接続端子に、前記起電力セルのインピーダンスを測定するための一定電流を印加するための第2の電流印加手段(55)と、を備え、
前記第1及び第2のスイッチが、前記切換スイッチとして機能し、
前記制御用回路は、前記制御手段によって、前記第1及び第2のスイッチのうち、前記第1のスイッチがオンされた場合に、前記1セル用回路形態になり、前記第2のスイッチがオンされた場合に、前記2セル用回路形態になること、
を特徴とする空燃比センサ制御装置。 - 酸素濃淡電池である起電力セル(25)と酸素ポンプセル(26)とを有し、前記起電力セルの出力電圧が目標値となるように前記酸素ポンプセルに流れるポンプ電流が制御されて、そのポンプ電流が空燃比に応じた電流となる2セルタイプの空燃比センサ(2,2a,2b,2c)と、電圧が印加された状態で空燃比に応じた電流が流れる1つのセル(15)を有した1セルタイプの空燃比センサ(1,1a,1b,1c)との、何れかが接続される空燃比センサ制御装置であって、
前記2セルタイプの空燃比センサは、当該空燃比センサを制御するための端子として、前記酸素ポンプセルが有する一対の電極のうちの一方に接続された端子である2セル第1端子(21)と、前記酸素ポンプセルが有する前記一対の電極のうちの他方と前記起電力セルが有する一対の電極のうちの一方との、両方に接続された端子である2セル第2端子(22)と、前記起電力セルが有する前記一対の電極のうちの他方に接続された端子である2セル第3端子(23)と、を備えており、
前記1セルタイプの空燃比センサは、当該空燃比センサを制御するための端子として、前記1つのセルが有する一対の電極のうちの一方に接続された端子である1セル第1端子(11)と、前記セルが有する前記一対の電極のうちの他方に接続された端子である1セル第2端子(12)と、を備えており、
当該空燃比センサ制御装置は、
前記各空燃比センサの何れかを接続するための端子として、第1の接続端子(J1)と、第2の接続端子(J2)と、第3の接続端子(J3)とを備えると共に、
前記第1、第2及び第3の接続端子(J1〜J3)を介して前記2セルタイプの空燃比センサを制御する回路形態である2セル用回路形態と、前記第1及び第2の接続端子(J1,J2)を介して前記1セルタイプの空燃比センサを制御する回路形態である1セル用回路形態とに、1つ以上の切換スイッチ(SW1,SW2)のオン/オフによって切り換え可能な制御用回路(31)と、
前記切換スイッチを制御することにより、前記制御用回路の回路形態を前記1セル用回路形態と前記2セル用回路形態との何れかに設定する制御手段(33)と、を備え、
前記空燃比センサ(1a,1b,2a,2b)は、
当該空燃比センサの特性ばらつきを補正するために抵抗値が測定されるラベル抵抗(17)と、前記ラベル抵抗の一端に接続された端子である抵抗端子(14,24)と、を備え、
更に、前記ラベル抵抗及び前記抵抗端子を備える前記空燃比センサとして、
前記ラベル抵抗の他端が、当該空燃比センサを制御するための前記端子(11,12,21,22,23)のうちの何れか1つに接続された空燃比センサ(1a,2a)があり、
当該空燃比センサ制御装置は、
前記抵抗端子に接続される第4の接続端子(J4)と、
前記制御手段からの指令に応じて、前記第4の接続端子に前記ラベル抵抗の抵抗値を測定するための電流を印加する抵抗測定用電流印加手段(41,56,60,63,SW6,SW9)と、
前記第1、第2及び第3の接続端子のうち、前記ラベル抵抗の前記他端が接続される接続端子(J1)を、オンすることでグランドラインに接続する抵抗測定用スイッチ(SW3)と、を備え、
前記制御手段は、前記抵抗測定用スイッチをオンさせると共に、前記抵抗測定用電流印加手段に前記ラベル抵抗の抵抗値を測定するための電流を出力させ、前記第4の接続端子の電圧に基づいて前記ラベル抵抗の抵抗値を測定すること、
を特徴とする空燃比センサ制御装置。 - 請求項2に記載の空燃比センサ制御装置において、
前記制御手段は、当該空燃比センサ制御装置への電源投入によって起動すると、前記ラベル抵抗の抵抗値を測定するための動作を行い、その後、前記制御用回路の回路形態を前記1セル用回路形態と前記2セル用回路形態との何れかに設定すること、
を特徴とする空燃比センサ制御装置。 - 請求項1ないし請求項3の何れか1項に記載の空燃比センサ制御装置において、
前記第1、第2及び第3の接続端子のうち、少なくとも、前記各空燃比センサを接続するために共通に使用される前記第1及び第2の接続端子は、当該空燃比センサ制御装置への電源投入時においてはハイインピーダンス状態になり、
前記制御手段は、当該空燃比センサ制御装置への電源投入によって起動した後、前記第1及び第2の接続端子のハイインピーダンス状態を解除すると共に、前記制御用回路の回路形態を前記1セル用回路形態と前記2セル用回路形態との何れかに設定すること、
を特徴とする空燃比センサ制御装置。
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