JP6705397B2 - Oxygen concentration sensor controller - Google Patents

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Description

本発明は、酸素濃度センサ制御装置に関する。 The present invention relates to an oxygen concentration sensor control device.

近年、車両技術分野では排気ガスの排出規制が強化推進されており、排気ガス中の有害物質をより削減することが求められている。酸素濃度センサは、内燃機関の排気ガス中の空気過剰率を検出するために設けられているが、このような排気ガス中の有害物質を削減するためには酸素濃度センサの検出精度を高めることが必要となる。 In recent years, exhaust gas emission regulations have been strengthened and promoted in the vehicle technical field, and further reduction of harmful substances in exhaust gas has been demanded. The oxygen concentration sensor is provided to detect the excess air ratio in the exhaust gas of the internal combustion engine, but in order to reduce such harmful substances in the exhaust gas, it is necessary to improve the detection accuracy of the oxygen concentration sensor. Is required.

酸素濃度センサの検出精度を高めるためには、酸素濃度センサが活性する温度に早期に到達させると共に当該活性する温度に保持することが求められる。このため、従来より酸素濃度センサの温度を検出し、ヒータを用いて酸素濃度センサの温度を活性温度に保持するようにしている。 In order to improve the detection accuracy of the oxygen concentration sensor, it is necessary to reach the temperature at which the oxygen concentration sensor is activated at an early stage and maintain the temperature at which the oxygen concentration sensor is activated. Therefore, conventionally, the temperature of the oxygen concentration sensor is detected, and the temperature of the oxygen concentration sensor is kept at the activation temperature by using a heater.

酸素濃度センサの温度と、酸素濃度センサを構成する素子のインピーダンスとは相関関係があるため、酸素濃度センサのインピーダンスを検出することに応じて当該酸素濃度センサの温度を検出する方法が開発されている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1記載の技術によれば、酸素濃度センサに任意の固定電圧を印加し、このとき電流検出抵抗に流れる電流値と酸素濃度センサの端子間電圧とを測定し、これらの値に応じてインピーダンスを演算している。 Since there is a correlation between the temperature of the oxygen concentration sensor and the impedance of the elements that make up the oxygen concentration sensor, a method for detecting the temperature of the oxygen concentration sensor in response to detecting the impedance of the oxygen concentration sensor has been developed. (For example, see Patent Document 1). According to the technique described in Patent Document 1, an arbitrary fixed voltage is applied to the oxygen concentration sensor, the current value flowing in the current detection resistor and the voltage between the terminals of the oxygen concentration sensor are measured at this time, and the value is determined according to these values. To calculate the impedance.

特開2016−105065号公報JP, 2016-105065, A

前述の特許文献1記載の技術を採用したときには、使用する酸素濃度センサ毎に印加可能な電圧上限値が異なることになってしまうため、電源電圧は様々なバリエーションを必要としてしまい実用性に欠けることになり好ましくない。 When the technique described in the above-mentioned Patent Document 1 is adopted, the upper limit of the voltage that can be applied differs depending on the oxygen concentration sensor used, and thus the power supply voltage requires various variations and is impractical. Is not preferable.

本発明の目的は、酸素濃度センサのインピーダンスを高精度に演算できるようにした電子制御装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electronic control device capable of calculating the impedance of an oxygen concentration sensor with high accuracy.

請求項1記載の発明によれば、掃引電圧印加部は、1つの電源電圧源を通じて複数の掃引モードのうち何れかの掃引モードに応じた電圧を酸素濃度センサのセンサ素子に印加し、インピーダンス演算部はこのときセンサ素子に生じる電圧に応じてセンサ素子のインピーダンスを演算し、切替部は複数の掃引モードを切替えることで掃引電圧印加部による印加電圧を切替えている。このため、駆動用の電源電圧源を1つとしながらセンサ素子の印加電圧を調整することで当該センサ素子の温度を制御でき、酸素濃度センサのインピーダンスを高精度に演算できる。しかも酸素濃度センサ毎に電源電圧源を用意しなくても良くなる。切替部は、掃引電圧印加部により酸素濃度センサのセンサ素子に電圧印加・停止切替えするための電圧印加用スイッチをオン・オフパルス制御して酸素濃度センサのセンサ素子への印加電圧を変化させる第1掃引モードに切替可能に構成されている。 According to the invention described in claim 1, the sweep voltage applying section applies a voltage corresponding to any one of the plurality of sweep modes to the sensor element of the oxygen concentration sensor through one power supply voltage source, and impedance calculation is performed. At this time, the section calculates the impedance of the sensor element according to the voltage generated in the sensor element, and the switching section switches the applied voltage by the sweep voltage applying section by switching a plurality of sweep modes. Therefore, the temperature of the sensor element can be controlled by adjusting the voltage applied to the sensor element while the number of power supply voltage sources for driving is one, and the impedance of the oxygen concentration sensor can be calculated with high accuracy. Moreover, it is not necessary to prepare a power supply voltage source for each oxygen concentration sensor. The switching unit controls ON/OFF pulse of a voltage application switch for switching application/stop of voltage to the sensor element of the oxygen concentration sensor by the sweep voltage application unit, and changes the voltage applied to the sensor element of the oxygen concentration sensor. It is configured to be able to switch to the sweep mode.

第1実施形態の酸素濃度センサ制御装置を概略的に示す電気的構成図Electrical configuration diagram schematically showing the oxygen concentration sensor control device of the first embodiment. 第1実施形態における全体の動作を説明するフローチャートThe flowchart explaining the whole operation|movement in 1st Embodiment. 第1実施形態におけるプレ掃引モード(第1掃引モード)の処理動作を概略的に説明するフローチャートFlowchart for schematically explaining the processing operation of the pre-sweep mode (first sweep mode) in the first embodiment. 第1実施形態におけるプレ掃引モードの処理の流れを説明するタイミングチャートTiming chart for explaining the flow of processing in the pre-sweep mode in the first embodiment 第1実施形態におけるプレ掃引モードのセンサ素子の端子電圧の変化を示す拡大図(その1)Enlarged view showing a change in the terminal voltage of the sensor element in the pre-sweep mode in the first embodiment (No. 1) 第1実施形態におけるプレ掃引モードのセンサ素子の端子電圧の変化を示す拡大図(その2)An enlarged view showing a change in terminal voltage of the sensor element in the pre-sweep mode in the first embodiment (No. 2) 第1実施形態においてセンサ素子の温度と掃引モードとの対応関係を示す説明図Explanatory drawing which shows the correspondence of the temperature of a sensor element, and a sweep mode in 1st Embodiment. 第1実施形態における通常掃引モード(第2掃引モード)の処理動作を概略的に説明するフローチャートFlowchart for schematically explaining the processing operation of the normal sweep mode (second sweep mode) in the first embodiment. 第1実施形態における通常掃引モードの処理の流れを説明するタイミングチャートTiming chart for explaining the flow of processing in the normal sweep mode in the first embodiment 第1実施形態における通常掃引モードのセンサ素子の端子電圧の変化を示す拡大図Enlarged view showing changes in the terminal voltage of the sensor element in the normal sweep mode in the first embodiment. 第2実施形態においてセンサ素子の温度と掃引モードとの対応関係を示す説明図Explanatory drawing which shows the correspondence of the temperature of a sensor element, and a sweep mode in 2nd Embodiment.

以下、酸素濃度センサ制御装置の幾つかの実施形態を説明する。以下の実施形態中では、各実施形態間で同一機能または類似機能を備えた部分に同一符号を付して説明を行い、第2実施形態以降の各実施形態では、それ以前に説明した実施形態と同一又は類似機能を備えた構成及びその作用、連携動作説明等を必要に応じて省略する。 Hereinafter, some embodiments of the oxygen concentration sensor control device will be described. In the following embodiments, parts having the same function or similar functions between the embodiments will be described with the same reference numerals, and in the second and subsequent embodiments, the embodiments described before will be described. A configuration having the same or similar function as described above, its operation, description of cooperation operation, and the like will be omitted as necessary.

(第1実施形態)
図1から図10は第1実施形態の説明図を示す。図1には、酸素濃度センサの電子制御装置101の電気的構成を概略的なブロック図により示している。
(First embodiment)
1 to 10 are explanatory views of the first embodiment. FIG. 1 is a schematic block diagram showing the electrical configuration of the electronic control unit 101 of the oxygen concentration sensor.

図1に示す電子制御装置101は、被検出ガスとしての排気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ2の制御ブロックを備えている。酸素濃度センサ2は、センサ素子3にヒータ4を内蔵した構成とされており、内燃機関の排気経路(図示せず)に配置されている。この酸素濃度センサ2は、燃焼噴射システムのフィードバック制御を実現するためのセンサとして利用される。センサ素子3はジルコニア抵抗5などを材料とする固体電解質層を備え、排気ガス中の酸素濃度に応じた起電力を生じる。したがって電子制御装置101が、センサ素子3の端子間に生じる起電力を検出することで排気ガス中の酸素濃度を検出できる。電子制御装置101は、マイコン6と、スイッチSW1,SW2と、電流検出抵抗7と、起電力検出用のコンデンサ8及び抵抗9と、ヒータ4の通電制御用の制御スイッチ10と、を備える。 The electronic control unit 101 shown in FIG. 1 includes a control block of an oxygen concentration sensor 2 for detecting the oxygen concentration in exhaust gas as a gas to be detected. The oxygen concentration sensor 2 has a structure in which the heater 4 is built in the sensor element 3 and is arranged in the exhaust path (not shown) of the internal combustion engine. The oxygen concentration sensor 2 is used as a sensor for realizing feedback control of the combustion injection system. The sensor element 3 includes a solid electrolyte layer made of a material such as the zirconia resistor 5 and produces an electromotive force according to the oxygen concentration in the exhaust gas. Therefore, the electronic control unit 101 can detect the oxygen concentration in the exhaust gas by detecting the electromotive force generated between the terminals of the sensor element 3. The electronic control device 101 includes a microcomputer 6, switches SW1 and SW2, a current detection resistor 7, a capacitor 8 and a resistor 9 for electromotive force detection, and a control switch 10 for controlling energization of the heater 4.

図1に示すように、電子制御装置101のマイコン6は、図示しないがCPU、ROM、RAM等により構成され、非遷移的実体的記録媒体としてのROMに格納されたプログラムを実行する。マイコン6が、プログラムを実行することでプログラムに対応した機能が実現されるが、図1にはこの機能をブロック的に記載している。図1に示すように、マイコン6は、電流取得部としての電流検出部11、電圧取得部としての電圧検出部12、A/D変換部13、インピーダンス演算部14、掃引電圧印加部15、推定部16、ヒータ制御部17、及び、切替部18としての機能を備える。 As shown in FIG. 1, the microcomputer 6 of the electronic control unit 101 is composed of a CPU, a ROM, a RAM and the like (not shown), and executes a program stored in the ROM as a non-transitional physical recording medium. The function corresponding to the program is realized by the microcomputer 6 executing the program, and this function is shown as a block in FIG. As shown in FIG. 1, the microcomputer 6 includes a current detection unit 11 as a current acquisition unit, a voltage detection unit 12 as a voltage acquisition unit, an A/D conversion unit 13, an impedance calculation unit 14, a sweep voltage application unit 15, and an estimation. The functions of the unit 16, the heater control unit 17, and the switching unit 18 are provided.

スイッチSW1、SW2は、電源電圧VCCの供給ノードとグランドノードとの間に接続されており、それぞれ例えばデジタルトランジスタにより構成される。スイッチSW1は、酸素濃度センサ2のセンサ素子3に電圧印加・停止切替えするための電圧印加用スイッチとして構成される。スイッチSW2は、センサ素子3に印加された電荷を放電するための電荷放電用スイッチとして構成される。 The switches SW1 and SW2 are connected between the supply node of the power supply voltage VCC and the ground node, and each of them is composed of, for example, a digital transistor. The switch SW1 is configured as a voltage application switch for switching the application/stop of the voltage to the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2. The switch SW2 is configured as a charge discharging switch for discharging the electric charge applied to the sensor element 3.

マイコン6は、ヒータ制御部17により制御スイッチ10を通じてヒータ4の通電をオン・オフ制御可能になっている。ヒータ4は、酸素濃度センサ2のセンサ素子3の素子温度を活性温度に保持するために設けられている。酸素濃度センサ2のセンサ素子3のインピーダンスとセンサ素子3の温度との間には所定の相関関係を備えることが知られており、例えば、センサ素子3の素子温度が上昇するとインピーダンスが低下し、素子温度が下降するとインピーダンスが上昇する。簡潔に言い換えると、センサ素子3の素子温度が変化するとインピーダンスが変化することになる。 The microcomputer 6 can be turned on/off by the heater control unit 17 through the control switch 10 to turn on/off the energization of the heater 4. The heater 4 is provided to maintain the element temperature of the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2 at the activation temperature. It is known that there is a predetermined correlation between the impedance of the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2 and the temperature of the sensor element 3. For example, when the element temperature of the sensor element 3 increases, the impedance decreases, The impedance rises as the element temperature falls. In other words, if the element temperature of the sensor element 3 changes, the impedance changes.

酸素濃度センサ2のセンサ素子3は、図1に示すように、温度変化に応じて変化するジルコニア抵抗5の抵抗成分と当該ジルコニア抵抗5の素子と電極との間の界面抵抗成分5aとに分けて等価回路上で記載できる。また図1には、センサ素子3に発生する起電力5bも図示している。酸素濃度センサ2は、その設置場所の温度/湿度の環境が変化すると共に排気ガスなどに晒されるため、それらの影響からその等価回路も経時変化し、経時変化に応じてセンサ素子3の容量成分が増加する。 As shown in FIG. 1, the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2 is divided into a resistance component of the zirconia resistance 5 that changes according to a temperature change and an interface resistance component 5a between the element of the zirconia resistance 5 and the electrode. Can be described on the equivalent circuit. Further, FIG. 1 also shows the electromotive force 5b generated in the sensor element 3. The oxygen concentration sensor 2 is exposed to exhaust gas and the like as the temperature/humidity environment of its installation location changes, so that its equivalent circuit also changes with time, and the capacitance component of the sensor element 3 changes with time. Will increase.

さてマイコン6の内部の掃引電圧印加部15は、スイッチSW1,SW2をそれぞれオン・オフ駆動可能となっており、酸素濃度センサ2のセンサ素子3に印加する掃引電圧を変化させることでセンサ素子3に電荷を印加・保持・放出可能になっている。 Now, the sweep voltage applying section 15 inside the microcomputer 6 can drive the switches SW1 and SW2 on and off respectively, and by changing the sweep voltage applied to the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2, the sensor element 3 It is possible to apply, hold, and discharge electric charges.

マイコン6は、切替部18により複数の掃引モードの何れかの掃引モードに切替可能になっており、掃引電圧印加部15はこれらの複数の掃引モードでセンサ素子3の印加電圧を掃引可能になっている。マイコン6は、切替部18により何れかの掃引モードに切替え、この掃引モードに応じて掃引電圧印加部15によりスイッチSW1、SW2をオン・オフ駆動して掃引電圧を印加する。このとき、各掃引モードにおいて、センサ素子3に対する印加電圧が所定電圧以上(後述図7のVz以上)に印加されない条件で飽和するように、電子制御装置101の内部の回路構成の各素子値が調整されている。 The microcomputer 6 can be switched to any one of a plurality of sweep modes by the switching unit 18, and the sweep voltage applying unit 15 can sweep the applied voltage of the sensor element 3 in the plurality of sweep modes. ing. The microcomputer 6 switches to any one of the sweep modes by the switching unit 18, and the sweep voltage applying unit 15 drives the switches SW1 and SW2 on/off in accordance with the sweep mode to apply the sweep voltage. At this time, in each sweep mode, each element value of the internal circuit configuration of the electronic control unit 101 is adjusted so that the applied voltage to the sensor element 3 is saturated under the condition that the applied voltage is not higher than a predetermined voltage (Vz in FIG. 7 described later). Has been adjusted.

本実施形態では、掃引モードとして、プレ掃引モード(第1掃引モード相当)と通常掃引モード(第2掃引モード相当)が用意されている。プレ掃引モードは、スイッチSW2をオフに保持したままスイッチSW1をオン・オフパルス制御して酸素濃度センサ2のセンサ素子3への印加電圧を変化させるモードである。また、通常掃引モードは、スイッチSW2をオフに保持したままスイッチSW1をオン制御して酸素濃度センサ2のセンサ素子3に所定電圧に達するように電圧を印加するモードである。これにより、何れのモードにおいても、センサ素子3のインピーダンス及び温度Tを調整できる。 In this embodiment, a pre-sweep mode (corresponding to the first sweep mode) and a normal sweep mode (corresponding to the second sweep mode) are prepared as the sweep mode. The pre-sweep mode is a mode in which the voltage applied to the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2 is changed by performing on/off pulse control of the switch SW1 while holding the switch SW2 off. The normal sweep mode is a mode in which the switch SW1 is turned on while the switch SW2 is held off, and a voltage is applied to the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2 so as to reach a predetermined voltage. Thereby, the impedance and the temperature T of the sensor element 3 can be adjusted in any mode.

電子制御装置101の内部にはセンサ素子3と並列にコンデンサ8及び抵抗9が接続されており、抵抗9の端子電圧を検出することでセンサ素子3の印加電圧を検出できる。マイコン6内の電圧検出部12はセンサ素子3の端子間電圧を検出し、この検出電圧を波形成形してA/D変換部13に出力し、A/D変換部13はこの検出電圧をアナログデジタル変換する。 Inside the electronic control unit 101, a capacitor 8 and a resistor 9 are connected in parallel with the sensor element 3, and the voltage applied to the sensor element 3 can be detected by detecting the terminal voltage of the resistor 9. The voltage detection unit 12 in the microcomputer 6 detects the voltage between the terminals of the sensor element 3, waveform-shapes this detection voltage and outputs it to the A/D conversion unit 13, and the A/D conversion unit 13 analogizes this detection voltage. Convert to digital.

他方、スイッチSW1,SW2の共通接続点とセンサ素子3との間の通電経路には電流検出抵抗7が接続されている。マイコン6内の電流検出部11は、この電流検出抵抗7の両端子間電圧を入力し、この端子間電圧を波形成形してA/D変換部13に出力し、A/D変換部13はこの出力信号をアナログデジタル変換する。これによりマイコン6は、電圧検出部12の検出電圧及び電流検出部11の検出電流を取得でき、電圧検出部12の検出電圧により酸素濃度センサ2に生じる電圧を取得できる。 On the other hand, a current detection resistor 7 is connected to the energization path between the common connection point of the switches SW1 and SW2 and the sensor element 3. The current detection unit 11 in the microcomputer 6 inputs the voltage between both terminals of the current detection resistor 7, waveform-shapes the voltage between the terminals and outputs the waveform to the A/D conversion unit 13, and the A/D conversion unit 13 This output signal is converted from analog to digital. Thereby, the microcomputer 6 can acquire the detection voltage of the voltage detection unit 12 and the detection current of the current detection unit 11, and can acquire the voltage generated in the oxygen concentration sensor 2 by the detection voltage of the voltage detection unit 12.

マイコン6は、例えばプレ掃引モードにおいて、掃引電圧印加部15により掃引された印加電圧により酸素濃度センサ2のセンサ素子3に生じる電圧に応じて、インピーダンス演算部14により酸素濃度センサ2のセンサ素子3のインピーダンスを演算するように構成されている。 In the pre-sweep mode, for example, the microcomputer 6 causes the impedance calculation unit 14 to detect the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2 in accordance with the voltage generated in the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2 by the applied voltage swept by the sweep voltage application unit 15. Is configured to calculate the impedance of the.

またマイコン6は、例えば通常掃引モードにおいて、掃引電圧印加部15により掃引された印加電圧により酸素濃度センサ2のセンサ素子3に生じる電圧、及び、センサ素子3に流れる電流、に応じて、インピーダンス演算部14によりセンサ素子3のインピーダンスを演算するように構成されている。 Further, the microcomputer 6 calculates the impedance according to the voltage generated in the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2 by the applied voltage swept by the sweep voltage applying unit 15 and the current flowing in the sensor element 3 in the normal sweep mode, for example. The unit 14 is configured to calculate the impedance of the sensor element 3.

そしてマイコン6は、インピーダンス演算部14により演算されたインピーダンスに応じて、推定部16により酸素濃度センサ2のセンサ素子3の温度Tを推定するように構成されている。またマイコン6は、切替部18による掃引モードの切替処理、インピーダンス演算部14によるインピーダンスの演算処理、を繰り返すことで、センサ素子3の温度Tを適切な温度に調整制御するように構成されている。 The microcomputer 6 is configured so that the estimation unit 16 estimates the temperature T of the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2 according to the impedance calculated by the impedance calculation unit 14. Further, the microcomputer 6 is configured to adjust and control the temperature T of the sensor element 3 to an appropriate temperature by repeating the sweep mode switching process by the switching unit 18 and the impedance computing process by the impedance computing unit 14. ..

上記構成の作用について説明する。イグニッションキースイッチ等の電源スイッチがオンされることで、動作用のバッテリ電源電圧が電子制御装置101に投入されると、図示しない電源回路がセンサ素子3の印加用電圧として電源電圧VCCを生成しスイッチSW1の一端子に印加する。またマイコン6は起動し図2のように処理する。 The operation of the above configuration will be described. When a battery power supply voltage for operation is applied to the electronic control unit 101 by turning on a power supply switch such as an ignition key switch, a power supply circuit (not shown) generates a power supply voltage VCC as a voltage for applying to the sensor element 3. It is applied to one terminal of the switch SW1. Further, the microcomputer 6 is activated and processes as shown in FIG.

図2は全体の流れをフローチャートにより概略的に示している。内燃機関が冷えているときには、電源投入直後において内燃機関の温度が所定温度より低く、このため、酸素濃度センサ2のセンサ素子3のインピーダンスが所定のインピーダンス値よりも高いことが想定される。このためマイコン6は、車両のイグニッションスイッチがオンされた電源投入直後の1回目においては、図2のS1にてYESと判定し、S2において第1掃引モードとしてのプレ掃引モードに切替設定し、プレ掃引モードにて動作する。 FIG. 2 schematically shows the whole flow by a flowchart. When the internal combustion engine is cold, the temperature of the internal combustion engine is lower than the predetermined temperature immediately after the power is turned on, and therefore it is assumed that the impedance of the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2 is higher than the predetermined impedance value. Therefore, the microcomputer 6 determines YES in S1 of FIG. 2 in the first time immediately after the power is turned on when the ignition switch of the vehicle is turned on, and in S2, switches to the pre-sweep mode as the first sweep mode and is set. Operates in pre-sweep mode.

図3はプレ掃引モードにおける処理内容を概略的に示しており、図4はプレ掃引モードにおける全体の流れをタイミングチャートにより概略的に示している。
なお、酸素濃度センサ2のセンサ信号の変動周期は、概ね数秒(例えば4〜5秒)単位であり、本実施形態で説明する各掃引モード(プレ掃引モード、通常掃引モード)における掃引周期(=数十m秒)に比較して大幅に長い周期となる。説明を理解し易くするため、図4等のタイミングチャートでは、センサ信号が無信号となるときの波形例を示している。
FIG. 3 schematically shows the processing contents in the pre-sweep mode, and FIG. 4 schematically shows the overall flow in the pre-sweep mode by a timing chart.
Note that the fluctuation period of the sensor signal of the oxygen concentration sensor 2 is approximately every several seconds (for example, 4 to 5 seconds), and the sweep cycle (= in each sweep mode (pre-sweep mode, normal sweep mode) described in the present embodiment (= The cycle becomes significantly longer than that of tens of milliseconds. For easier understanding of the explanation, the timing chart of FIG. 4 and the like shows an example of a waveform when the sensor signal is a non-signal.

マイコン6は、プレ掃引モードで動作し始めると、まず図3のS10においてヒータ制御部17によりヒータ4を常時オン制御する。ヒータ4に通電されることで、センサ素子3の温度を上昇させることができる。そしてマイコン6は、S11においてA/D変換部13によりセンサ素子3の端子間電圧の初期電圧を取得する。この取得する初期電圧は、掃引電圧印加部15によりセンサ素子3に電圧を印加する直前におけるセンサ素子3の端子電圧を示している。 When the microcomputer 6 starts to operate in the pre-sweep mode, first, in S10 of FIG. 3, the heater control unit 17 controls the heater 4 to be always on. By energizing the heater 4, the temperature of the sensor element 3 can be raised. Then, the microcomputer 6 acquires the initial voltage of the inter-terminal voltage of the sensor element 3 by the A/D converter 13 in S11. The acquired initial voltage indicates the terminal voltage of the sensor element 3 immediately before the sweep voltage applying section 15 applies the voltage to the sensor element 3.

次に、マイコン6は駆動信号を各スイッチSW1、SW2に出力し、スイッチSW1をオン・オフ繰り返すようにパルス制御(例えばPWM制御)を実施する。この間、スイッチSW2はオフ制御する(図4のSW1のパルス制御期間参照)。これにより、センサ素子3の端子間への充電が開始される。マイコン6は、電圧検出部12により端子電圧を検出し、A/D変換部13を通じて酸素濃度センサ2のセンサ素子3の端子電圧の情報を入力する。 Next, the microcomputer 6 outputs a drive signal to the switches SW1 and SW2, and performs pulse control (for example, PWM control) so that the switch SW1 is repeatedly turned on and off. During this period, the switch SW2 is off controlled (see the pulse control period of SW1 in FIG. 4). As a result, charging between the terminals of the sensor element 3 is started. The microcomputer 6 detects the terminal voltage by the voltage detection unit 12, and inputs information on the terminal voltage of the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2 through the A/D conversion unit 13.

図5はスイッチSW1がオン・オフを繰り返したときのセンサ素子3の端子電圧の変化を拡大図で示しており、図6はセンサ素子3の端子電圧の情報を1回取得する際の流れを詳細にタイミングチャートで示している。 FIG. 5 is an enlarged view showing a change in the terminal voltage of the sensor element 3 when the switch SW1 is repeatedly turned on and off, and FIG. 6 shows a flow when the information of the terminal voltage of the sensor element 3 is obtained once. Details are shown in the timing chart.

図5に示すように、期間T1においてスイッチSW1がオンしているときにセンサ素子3及びコンデンサ8に充電され、期間T2においてスイッチSW1がオフしているときにこれらの充電電荷が抵抗9を通じて放電される。このため、センサ素子3の端子電圧は上下に変動しながら上昇する。この処理は、所定のオン・オフ期間だけ繰り返される。 As shown in FIG. 5, the sensor element 3 and the capacitor 8 are charged when the switch SW1 is turned on in the period T1, and these charged charges are discharged through the resistor 9 when the switch SW1 is turned off in the period T2. To be done. Therefore, the terminal voltage of the sensor element 3 rises while fluctuating up and down. This process is repeated for a predetermined on/off period.

次にマイコン6は、図3のS13においてスイッチSW1のオン・オフ期間を経過したか否かを判定する。このスイッチSW1のオン・オフ期間は、スイッチSW1をオン・オフ制御する一周期の期間を示すもので、制御開始当初は予め定められた所定値を用いるが、その後は、後述のS17で設定されるオン・オフ期間を用いることになる。 Next, the microcomputer 6 determines in S13 of FIG. 3 whether or not the on/off period of the switch SW1 has elapsed. The ON/OFF period of the switch SW1 indicates a period of one cycle in which the switch SW1 is ON/OFF controlled, and a predetermined value is used at the beginning of the control, but thereafter, it is set in S17 described later. The on/off period will be used.

図5に示したように、センサ素子3の端子電圧は上下動しながら徐々に増加するものの、図6に示すように時間経過に伴い上下動変化の最大値Vmax1及び最小値Vmin1が安定化する。上下動変化の最大値Vmax1及び最小値Vmin1が安定化する時間は、酸素濃度センサ2の種類やその個体差に応じて定められる。このため、このS13におけるスイッチSW1のオン・オフ期間は、例えば、シミュレーションや実験などを用いて酸素濃度センサ2の種類等に応じて予め飽和することが想定される時間を所定値として設定しておき、マイコン6がこの時間を経過したか否かを例えば内蔵タイマなどを用いて判定すると良い。 As shown in FIG. 5, the terminal voltage of the sensor element 3 gradually increases as it moves up and down, but as shown in FIG. 6, the maximum value Vmax1 and the minimum value Vmin1 of the vertical movement change stabilize with the passage of time. .. The time for the maximum value Vmax1 and the minimum value Vmin1 of the vertical movement change to stabilize is determined depending on the type of the oxygen concentration sensor 2 and its individual difference. For this reason, the ON/OFF period of the switch SW1 in S13 is set to a predetermined value, for example, by using simulation or experiment, which is supposed to be saturated in advance according to the type of the oxygen concentration sensor 2. Then, the microcomputer 6 may determine whether or not this time has elapsed, for example, by using a built-in timer or the like.

また図5及び図6には、センサ素子3の端子電圧の保持タイミングtaをも示している。マイコン6は、図3のS13においてオン・オフ期間を経過したと判定すると、図3のS14においてスイッチSW1をオンからオフに変化させる直前のオン時のA/D変換部13のサンプリングタイミングを取得タイミングtaとし、このタイミングtaにおけるセンサ素子3の端子電圧を保持する。 Further, FIGS. 5 and 6 also show the holding timing ta of the terminal voltage of the sensor element 3. When the microcomputer 6 determines in S13 of FIG. 3 that the ON/OFF period has elapsed, it acquires the sampling timing of the A/D conversion unit 13 at the time of ON immediately before the switch SW1 is changed from ON to OFF in S14 of FIG. At timing ta, the terminal voltage of the sensor element 3 at this timing ta is held.

また、スイッチSW1をオンからオフに変化させた直後のA/D変換部13のサンプリングタイミングを取得タイミングtaとして保持するようにしても良い。センサ素子3の端子電圧が極力最大値Vmax1に近くなるタイミングであれば、どのようなタイミングを取得タイミングtaとしても良い。 Further, the sampling timing of the A/D conversion unit 13 immediately after the switch SW1 is changed from on to off may be held as the acquisition timing ta. Any timing may be set as the acquisition timing ta as long as the terminal voltage of the sensor element 3 is as close to the maximum value Vmax1 as possible.

その後、マイコン6は、スイッチSW1のオフ状態を保持したまま、図3のS15においてスイッチSW2をオフ→オン→オフすることでコンデンサ8の蓄積電荷を放電させる(図6の期間T3参照)。このときのスイッチSW2のオン期間T3は、コンデンサ8に蓄積された電荷を全て抵抗9等から放電可能にする時間に設定される。すなわちマイコン6は、充電時間が長ければ放電時間も長く設定し充電時間が短ければ放電時間を短く設定すると良いが放電時間は適宜調整すれば良い。 Thereafter, the microcomputer 6 discharges the accumulated charge of the capacitor 8 by turning off the switch SW2→on→off in S15 of FIG. 3 while keeping the switch SW1 in the off state (see period T3 of FIG. 6). The ON period T3 of the switch SW2 at this time is set to a time that allows all the charges accumulated in the capacitor 8 to be discharged from the resistor 9 and the like. That is, the microcomputer 6 may set the discharge time to be long if the charge time is long and set the discharge time to be short if the charge time is short, but the discharge time may be appropriately adjusted.

次にマイコン6は、図3のS16においてインピーダンス演算部14によりセンサ素子3のインピーダンスを演算する。電流検出抵抗7の抵抗値は、センサ素子3に直列接続される抵抗の抵抗値、及び、センサ素子3の抵抗成分の抵抗値に比べて十分に小さいため、ここでは無視できる。このため、マイコン6は、電圧検出部12の検出電圧を用いてインピーダンス演算部14によりインピーダンスを演算できる。ここで、インピーダンスを極力素早く算出するためには、電圧検出部12により検出された電圧に基づいて一意的に決定されるインピーダンスを用いることが望ましい。 Next, the microcomputer 6 calculates the impedance of the sensor element 3 by the impedance calculation unit 14 in S16 of FIG. Since the resistance value of the current detection resistor 7 is sufficiently smaller than the resistance values of the resistors connected in series to the sensor element 3 and the resistance value of the resistance component of the sensor element 3, it can be ignored here. Therefore, the microcomputer 6 can use the detection voltage of the voltage detection unit 12 to calculate the impedance by the impedance calculation unit 14. Here, in order to calculate the impedance as quickly as possible, it is desirable to use the impedance that is uniquely determined based on the voltage detected by the voltage detection unit 12.

図7はセンサ素子3のインピーダンスの温度依存性を概略的に示している。酸素濃度センサ2のセンサ素子3は、例えば、400℃以下のときにはインピーダンスが10kΩ以上になるが、500℃であれば130Ω、600℃で64Ω、700℃で20Ω、800℃で15Ω、900℃で12Ω、程度となる。 FIG. 7 schematically shows the temperature dependence of the impedance of the sensor element 3. The sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2 has an impedance of, for example, 10 kΩ or more at 400° C. or lower, but 130 Ω at 500° C., 64 Ω at 600° C., 20 Ω at 700° C., 15 Ω at 800° C., 900° C. It becomes about 12Ω.

例えば、内燃機関の始動前において、センサ素子3の温度が例えば常温(例えば25℃)程度であれば、センサ素子3のジルコニア抵抗5のインピーダンスは10kΩを超える。酸素濃度センサ2のセンサ素子3の使用温度範囲は、所定の温度範囲Ta(例えば、450℃〜950℃)であり、酸素濃度センサ2のセンサ素子3の目標制御温度をそれらの間の目標温度範囲Tb(例えば530℃〜720℃)に定めているが、このときのインピーダンスは数Ω〜数十Ωである。このため、センサ素子3の温度が所定の温度範囲Taを下回る温度(例えば〜450℃)となる場合、センサ素子3のインピーダンスは数百Ω程度以上となるが、この場合には、インピーダンスの算出精度が必要以上に要求されることはない。 For example, before starting the internal combustion engine, if the temperature of the sensor element 3 is, for example, normal temperature (for example, 25° C.), the impedance of the zirconia resistor 5 of the sensor element 3 exceeds 10 kΩ. The operating temperature range of the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2 is a predetermined temperature range Ta (for example, 450° C. to 950° C.), and the target control temperature of the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2 is the target temperature between them. The range is set to Tb (for example, 530° C. to 720° C.), and the impedance at this time is several Ω to several tens Ω. Therefore, when the temperature of the sensor element 3 becomes lower than the predetermined temperature range Ta (for example, up to 450° C.), the impedance of the sensor element 3 is about several hundred Ω or more. In this case, the impedance is calculated. Precision is not required more than necessary.

このような場合、マイコン6のインピーダンス演算部14は、電流検出部11による検出電流を用いることなく電圧検出部12から一意にインピーダンスを算出すると良い。このとき、インピーダンス演算部14は例えば電流値を固定値とし、電圧検出部12の検出電圧を当該電流固定値で除することに応じて演算しても良いし、予め電圧値に一意に対応づけられたインピーダンスをテーブルとしてマイコン6の内部に記憶しておきこのテーブルを参照してインピーダンスを演算するようにしても良い。またマイコン6は、A/D変換部13により電圧を取得したタイミングtaと同様のタイミングにおいて電流検出部11から電流を検出し、電圧検出部12の検出電圧を電流検出部11の検出電流で除することに応じてインピーダンスを演算するようにしても良い。 In such a case, the impedance calculator 14 of the microcomputer 6 may uniquely calculate the impedance from the voltage detector 12 without using the current detected by the current detector 11. At this time, the impedance calculation unit 14 may calculate the current value as a fixed value and divide the detected voltage of the voltage detection unit 12 by the current fixed value, or uniquely associate it with the voltage value in advance. The obtained impedance may be stored as a table inside the microcomputer 6 and the impedance may be calculated with reference to this table. Further, the microcomputer 6 detects the current from the current detection unit 11 at the same timing as the timing ta when the voltage is acquired by the A/D conversion unit 13, and divides the detection voltage of the voltage detection unit 12 by the detection current of the current detection unit 11. The impedance may be calculated in accordance with this.

マイコン6は、図3のS16においてインピーダンス演算部14によりインピーダンスを演算すると、推定部16によりインピーダンスに応じた温度Tを推定できる。その後、マイコン6は、図3のS17においてスイッチSW1の次回のオン・オフ期間を設定する。例えばマイコン6は、センサ素子3のインピーダンスが比較的高く温度Tが低く推定されるほどオン・オフ期間を長くし、センサ素子3のインピーダンスが比較的低く温度Tが高く推定されるほどオン・オフ期間を短く設定する(後述の図7参照)。なお、プレ掃引モードに維持されている間には、温度Tが目標温度範囲Tbより低いため、オン・オフ期間を所定値のまま一定にしても良い。 When the impedance calculating unit 14 calculates the impedance in S16 of FIG. 3, the estimating unit 16 of the microcomputer 6 can estimate the temperature T according to the impedance. After that, the microcomputer 6 sets the next ON/OFF period of the switch SW1 in S17 of FIG. For example, the microcomputer 6 extends the ON/OFF period as the impedance of the sensor element 3 is estimated to be relatively high and the temperature T is low, and turns on/off as the impedance of the sensor element 3 is relatively low and the temperature T is estimated to be high. The period is set to be short (see FIG. 7 described later). Since the temperature T is lower than the target temperature range Tb while the pre-sweep mode is maintained, the on/off period may be kept constant at a predetermined value.

その後、マイコン6は、図2に示す処理に戻してセンサ素子3のインピーダンスに応じて掃引モードを切替える。図2に示すように、マイコン6は、S3においてインピーダンスが所定のインピーダンス値以上(本実施形態では第1及び第2インピーダンス値Ra以上)となる間、S3にてNOと判定し、S2においてプレ掃引モードに設定し、前述した図3のS10〜S17の処理を繰り返す。 After that, the microcomputer 6 returns to the processing shown in FIG. 2 and switches the sweep mode according to the impedance of the sensor element 3. As shown in FIG. 2, the microcomputer 6 determines NO in S3 while the impedance is equal to or higher than a predetermined impedance value (in the present embodiment, equal to or higher than the first and second impedance values Ra) in S3. The sweep mode is set, and the above-described processing of S10 to S17 of FIG. 3 is repeated.

すなわちマイコン6は、S12においてインピーダンス演算部14により演算されたセンサ素子3のインピーダンス値が所定の第1インピーダンス値以上(すなわちRa以上)のときに掃引電圧印加部15によりスイッチSW1をオン・オフパルス制御してセンサ素子3への印加電圧を変化させ、S16においてインピーダンス演算部14によりインピーダンスを演算させる。これらの処理は繰り返される。 That is, the microcomputer 6 controls the ON/OFF pulse of the switch SW1 by the sweep voltage application unit 15 when the impedance value of the sensor element 3 calculated by the impedance calculation unit 14 in S12 is equal to or higher than a predetermined first impedance value (that is, Ra or higher). Then, the applied voltage to the sensor element 3 is changed, and the impedance calculation unit 14 calculates the impedance in S16. These processes are repeated.

また例えば、センサ素子3の初期温度が常温(例えば25℃)付近となっているときには、前述したように、イグニッションスイッチ等の電源スイッチがオンされ電子制御装置101に電源電圧が供給されると、マイコン6はプレ掃引モードにおいてヒータ制御部17によりヒータ4を常時オン制御している。 Further, for example, when the initial temperature of the sensor element 3 is near room temperature (for example, 25° C.), as described above, when the power switch such as the ignition switch is turned on and the power supply voltage is supplied to the electronic control unit 101, The microcomputer 6 always controls the heater 4 to be turned on by the heater control unit 17 in the pre-sweep mode.

言い換えると、マイコン6は、プレ掃引モードにおいてインピーダンス演算部14により演算されたセンサ素子3のインピーダンス値が所定の第2インピーダンス値以上(すなわちRa以上)のときにヒータ制御部17によりヒータ4を常時オン制御している。 In other words, the microcomputer 6 keeps the heater 4 constantly operating the heater 4 by the heater controller 17 when the impedance value of the sensor element 3 calculated by the impedance calculator 14 in the pre-sweep mode is equal to or higher than a predetermined second impedance value (that is, Ra or higher). ON control.

ヒータ4が常時オン制御されると、センサ素子3の温度Tは徐々に上昇する。センサ素子3の温度Tが上昇すると、センサ素子3のインピーダンスは徐々に低下する。この結果、マイコン6が、インピーダンス演算部14によりインピーダンスを演算することでセンサ素子3の温度上昇を検出できる。 When the heater 4 is constantly turned on, the temperature T of the sensor element 3 gradually rises. When the temperature T of the sensor element 3 increases, the impedance of the sensor element 3 gradually decreases. As a result, the microcomputer 6 can detect the temperature rise of the sensor element 3 by calculating the impedance by the impedance calculator 14.

またマイコン6は、図2のS3においてインピーダンス演算部14により演算されたインピーダンスが所定のインピーダンス値Ra(温度Tra相当)よりも低くなったと判定すると、S4において第2掃引モードとしての通常掃引モードに移行する。 Further, when the microcomputer 6 determines in S3 of FIG. 2 that the impedance calculated by the impedance calculation unit 14 becomes lower than the predetermined impedance value Ra (corresponding to the temperature Tra), the microcomputer 6 sets the normal sweep mode as the second sweep mode in S4. Transition.

図8は通常掃引モードにおける処理内容を概略的に示しており、図9は通常掃引モードにおける全体の流れをタイミングチャートにより概略的に示しており、図10はその一部の拡大図を示している。通常掃引モードに移行すると、マイコン6のヒータ制御部17は、S20においてヒータ4をオン・オフ制御する。言い換えると、マイコン6は、インピーダンス演算部14により演算されたセンサ素子3のインピーダンス値が第2インピーダンス値Raよりも低いときにヒータ制御部17によりヒータ4をオン・オフ制御する。このときヒータ4のオン・オフ制御は、例えばPWM制御することで行われるものである。このとき、例えばPWM周期は数百m秒程度に設定される。 FIG. 8 schematically shows the processing contents in the normal sweep mode, FIG. 9 schematically shows the whole flow in the normal sweep mode by a timing chart, and FIG. 10 shows an enlarged view of a part thereof. There is. When shifting to the normal sweep mode, the heater control unit 17 of the microcomputer 6 controls the heater 4 to be turned on/off in S20. In other words, the microcomputer 6 controls the heater control unit 17 to turn on/off the heater 4 when the impedance value of the sensor element 3 calculated by the impedance calculation unit 14 is lower than the second impedance value Ra. At this time, on/off control of the heater 4 is performed by, for example, PWM control. At this time, for example, the PWM cycle is set to about several hundred milliseconds.

そしてマイコン6は、S21においてA/D変換部13によりセンサ素子3の端子電圧の初期電圧を取得する。この初期電圧は、掃引電圧印加部15により電圧を印加する直前のセンサ素子3の端子電圧を示している。電圧印加直後に取得しても良い。 Then, the microcomputer 6 acquires the initial voltage of the terminal voltage of the sensor element 3 by the A/D conversion unit 13 in S21. This initial voltage indicates the terminal voltage of the sensor element 3 immediately before the voltage is applied by the sweep voltage applying section 15. It may be acquired immediately after the voltage is applied.

次に、マイコン6は駆動信号を各スイッチSW1、SW2に出力し、スイッチSW2をオフしたままスイッチSW1をオン制御する。マイコン6の掃引電圧印加部15がスイッチSW1をオンに継続制御すると、図9及び図10に示すように酸素濃度センサ2のセンサ素子3の端子電圧は所定の時定数に応じて増加する。 Next, the microcomputer 6 outputs a drive signal to each of the switches SW1 and SW2, and controls the switch SW1 to turn on while keeping the switch SW2 off. When the sweep voltage application unit 15 of the microcomputer 6 continuously controls the switch SW1 to be turned on, the terminal voltage of the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2 increases according to a predetermined time constant as shown in FIGS. 9 and 10.

マイコン6は、電圧検出部12により端子電圧を検出し、A/D変換部13を通じてセンサ素子3の端子電圧を取得する。そしてマイコン6は、S23においてオン期間経過したか否かを判定する。このオン期間は、制御開始当初は予め定められた所定値を用いるが、その後は、後述のS28にて設定されるオン期間を用いることになる。センサ素子3の端子電圧は所定の時定数に応じて増加するものの、図10に示すように時間経過に伴い端子電圧は安定化する。 The microcomputer 6 detects the terminal voltage by the voltage detection unit 12 and acquires the terminal voltage of the sensor element 3 through the A/D conversion unit 13. Then, the microcomputer 6 determines in S23 whether or not the ON period has elapsed. For this on period, a predetermined value is used at the beginning of control, but thereafter, the on period set in S28 described below is used. Although the terminal voltage of the sensor element 3 increases according to a predetermined time constant, the terminal voltage stabilizes over time as shown in FIG.

図10には電圧の取得タイミングtbをも示している。マイコン6は、図8のS23においてオン期間が経過したと判定するとS23でYESと判定し、S24においてスイッチSW1をオンからオフに変化させる直前におけるA/D変換部13のサンプリングタイミングを取得タイミングtbとし、このタイミングtbにおける端子電圧を取得し、そしてS25においてスイッチSW1をオフする。 FIG. 10 also shows the voltage acquisition timing tb. If the microcomputer 6 determines in S23 of FIG. 8 that the ON period has elapsed, it determines YES in S23, and acquires the sampling timing of the A/D conversion unit 13 immediately before the switch SW1 is changed from ON to OFF in S24. Then, the terminal voltage at this timing tb is acquired, and the switch SW1 is turned off in S25.

なお、スイッチSW1をオンからオフに変化させた直後の時点を取得タイミングtbとしても良い。このときセンサ素子3の端子電圧を極力最大化できるタイミングであれば、どのようなタイミングを取得タイミングtbとしても良い。マイコン6は、このタイミングtbにおいて取得した電圧を最大値Vmax2と見做す。 Note that the acquisition timing tb may be the time immediately after the switch SW1 is changed from on to off. At this time, any timing may be used as the acquisition timing tb as long as the terminal voltage of the sensor element 3 can be maximized. The microcomputer 6 regards the voltage acquired at this timing tb as the maximum value Vmax2.

図7には、プレ掃引モードにおけるセンサ素子3の端子電圧の最大値Vmax1、通常掃引モードにおけるセンサ素子3の端子電圧の最大値Vmax2、をインピーダンス及び温度との相関関係で示している。この図7に示すように、通常掃引モードにおいては、スイッチSW2をオフ制御したままスイッチSW1をオン継続制御しているため、プレ掃引モードに比較して最大値Vmax2が高くなる。 FIG. 7 shows the maximum value Vmax1 of the terminal voltage of the sensor element 3 in the pre-sweep mode and the maximum value Vmax2 of the terminal voltage of the sensor element 3 in the normal sweep mode in correlation with impedance and temperature. As shown in FIG. 7, in the normal sweep mode, the switch SW1 is continuously turned on while the switch SW2 is kept off, so the maximum value Vmax2 is higher than in the pre-sweep mode.

逆に、プレ掃引モードにおいては、マイコン6はスイッチSW2をオフ制御したままスイッチSW1をオン・オフパルス制御しているため、通常掃引モードの最大値Vmaxに比較して最大値Vmax1を抑制できる。温度Tが比較的低いときにはインピーダンスが比較的高くなるため、センサ素子3の端子電圧も高くなる傾向があるが、図7に示したように、インピーダンスが比較的高いときにはプレ掃引モードにおいてスイッチSW1をオン・オフパルス制御しているため最大値Vmax1を抑制できる。このため、たとえセンサ素子3の端子電圧の定格電圧に対応した規定範囲Vzが予め定められていたとしても、何れのモードにおいてもセンサ素子3の端子電圧の最大値Vmax1、Vmax2を規定範囲Vzに抑えることができる。 On the other hand, in the pre-sweep mode, the microcomputer 6 controls the switch SW1 with the on/off pulse while keeping the switch SW2 off, so that the maximum value Vmax1 can be suppressed as compared with the maximum value Vmax in the normal sweep mode. When the temperature T is relatively low, the impedance is relatively high, and therefore the terminal voltage of the sensor element 3 tends to be high. However, as shown in FIG. 7, when the impedance is relatively high, the switch SW1 is set in the pre-sweep mode. Since the on/off pulse control is performed, the maximum value Vmax1 can be suppressed. Therefore, even if the specified range Vz corresponding to the rated voltage of the terminal voltage of the sensor element 3 is predetermined, the maximum values Vmax1 and Vmax2 of the terminal voltage of the sensor element 3 are set to the specified range Vz in any mode. Can be suppressed.

その後、マイコン6は、図8のS26において掃引電圧印加部15によりスイッチSW2をオフ→オン→オフすることでコンデンサ8の蓄積電荷を放電させる(図10のオン期間T4参照)。このとき、スイッチSW2のオン期間T4は、コンデンサ8に蓄積された電荷を全て放電可能にする時間に設定される。すなわちマイコン6は、コンデンサ8の充電時間が長ければ放電時間も長く設定し、充電時間が短ければ放電時間を短く設定する。なおコンデンサ8の放電時間は適宜調整すれば良い。 After that, the microcomputer 6 discharges the accumulated charge of the capacitor 8 by turning off the switch SW2→on→off by the sweep voltage applying unit 15 in S26 of FIG. 8 (see the on period T4 of FIG. 10). At this time, the ON period T4 of the switch SW2 is set to a time that allows all the charges accumulated in the capacitor 8 to be discharged. That is, the microcomputer 6 sets the discharge time longer when the charging time of the capacitor 8 is longer, and sets the discharge time shorter when the charging time is short. The discharge time of the capacitor 8 may be adjusted appropriately.

また、マイコン6は、図8のS27においてインピーダンス演算部14によりセンサ素子3のインピーダンスを演算する。ここでは、前述したように電流検出部11の検出電流を用いることなく電圧検出部12による検出電圧に基づいて一意に決定されるインピーダンスをインピーダンス演算部14の演算結果として用いても良いが、インピーダンス演算精度を高めるため、電流検出部11により検出される電流を用いて、電圧検出部12の検出電圧を電流検出部11の検出電流で除算することに応じて極力正確に演算することが望ましい。すなわち、センサ素子3の温度が閾値温度(例えば、450℃)を超えることが想定されるときには、インピーダンスの算出精度は相応に要求されることになるためである。 Further, the microcomputer 6 calculates the impedance of the sensor element 3 by the impedance calculation unit 14 in S27 of FIG. Here, as described above, the impedance uniquely determined based on the voltage detected by the voltage detection unit 12 may be used as the calculation result of the impedance calculation unit 14 without using the detection current of the current detection unit 11. In order to improve the calculation accuracy, it is desirable to use the current detected by the current detection unit 11 to divide the detection voltage of the voltage detection unit 12 by the detection current of the current detection unit 11 to perform the calculation as accurately as possible. That is, when it is assumed that the temperature of the sensor element 3 exceeds a threshold temperature (for example, 450° C.), the impedance calculation accuracy is required accordingly.

例えば、目標温度範囲(例えば530℃〜720℃)の間の所定目標温度(例えば600℃)とするためには、数Ω、0.数Ω単位の変動を正確に検出しなければ精度よく所定目標温度(例えば600℃)に制御できないが、このようなときには、電流検出部11による検出電流、及び、電圧検出部12による検出電圧を用いてインピーダンスを演算することが望ましい。これによりインピーダンス演算精度を向上できると共に温度Tの推定精度も向上できる。 For example, in order to set a predetermined target temperature (for example, 600° C.) in the target temperature range (for example, 530° C. to 720° C.), several Ω, 0. Unless a change of several Ω unit is accurately detected, the target temperature cannot be controlled to a predetermined target temperature (for example, 600° C.) accurately. In such a case, the current detected by the current detection unit 11 and the voltage detected by the voltage detection unit 12 are controlled. It is desirable to use it to calculate the impedance. This can improve the impedance calculation accuracy and the temperature T estimation accuracy.

そしてマイコン6は、図8のS28において演算されたインピーダンスに応じてスイッチSW1のオン期間を設定する。図7に示すように、例えばマイコン6は、インピーダンスが比較的低くセンサ素子3の温度Tが例えば目標温度範囲Tbの中の所定値(例えば所定目標温度又は上限値Tu)よりも高いときには、掃引電圧印加部15によるスイッチSW1のオン期間を短くし、インピーダンスが比較的高く温度Tが目標温度範囲Tbの中の所定値(例えば所定目標温度又は下限値Td)よりも低いときにはスイッチSW1のオン期間を長く設定する。 Then, the microcomputer 6 sets the ON period of the switch SW1 according to the impedance calculated in S28 of FIG. As shown in FIG. 7, for example, the microcomputer 6 sweeps when the impedance is relatively low and the temperature T of the sensor element 3 is higher than a predetermined value (for example, a predetermined target temperature or an upper limit value Tu) within the target temperature range Tb. The ON period of the switch SW1 by the voltage applying unit 15 is shortened, and when the impedance is relatively high and the temperature T is lower than a predetermined value (for example, a predetermined target temperature or lower limit value Td) in the target temperature range Tb, the ON period of the switch SW1. Set longer.

また、マイコン6は、図8のS29においてヒータ制御部17によりヒータ4を例えばオン・オフPWM制御する際のデューティ比を設定する。例えばマイコン6は、温度Tが目標温度範囲Tbの中の所定値(例えば所定目標温度または上限値Tu)よりも高いときには、デューティ比を低く設定し、温度Tが目標温度範囲Tbの中の所定値(例えば所定目標温度または下限値Td)よりも低いときには、デューティ比を高く設定する。 Further, the microcomputer 6 sets the duty ratio when performing on/off PWM control of the heater 4 by the heater control unit 17 in S29 of FIG. For example, the microcomputer 6 sets the duty ratio low when the temperature T is higher than a predetermined value (for example, the predetermined target temperature or the upper limit value Tu) within the target temperature range Tb, and the temperature T is within the predetermined range within the target temperature range Tb. When it is lower than the value (for example, the predetermined target temperature or the lower limit value Td), the duty ratio is set high.

またマイコン6は、図2に示すように、電源投入直後でなくても(S1でNO)、仮にセンサ素子3のインピーダンスが所定のインピーダンス値以上となることで(S3でNO)、当該センサ素子3の温度が所定の温度Traよりも低いときには、S2においてプレ掃引モードに切替えて処理を実行する。すなわち、マイコン6は、切替部18による掃引モードの切替処理、及びインピーダンス演算部14によるインピーダンスの演算処理を繰り返すことで、センサ素子3のインピーダンスを目標範囲に調整することができ、当該センサ素子3の温度Tを目標温度範囲Tb、ひいては目標温度範囲Tbの中の所定目標温度に制御できるようになる。 As shown in FIG. 2, the microcomputer 6 determines that the impedance of the sensor element 3 becomes equal to or higher than a predetermined impedance value (NO in S3) even immediately after the power is turned on (NO in S1). When the temperature of 3 is lower than the predetermined temperature Tra, the process is switched to the pre-sweep mode in S2. That is, the microcomputer 6 can adjust the impedance of the sensor element 3 within the target range by repeating the sweep mode switching processing by the switching section 18 and the impedance calculation processing by the impedance calculation section 14, and the sensor element 3 concerned. It becomes possible to control the temperature T of the target temperature range Tb to a predetermined target temperature within the target temperature range Tb.

<本実施形態に係る概念的なまとめ>
マイコン6は、掃引電圧印加部15により1つの電源電圧VCCからスイッチSW1を通じてセンサ素子3に電圧を印加しており、そして酸素濃度センサ2のセンサ素子3のインピーダンスに応じて掃引モードを切替えることで、スイッチSW1のオン・オフ制御及びオン制御を選択してセンサ素子3に掃引する電圧を切替えている。このため、駆動用の電源電圧VCCの電圧源を1つにしながらセンサ素子3の印加電圧を調整することでセンサ素子3の温度Tを制御できるようになり、酸素濃度センサ2毎に電源電圧源を用意しなくても良くなる。これにより、電源電圧に様々なバリエーションを要することなく、インピーダンスを演算できる。
<Conceptual summary according to the present embodiment>
The microcomputer 6 applies a voltage from the single power supply voltage VCC to the sensor element 3 through the switch SW1 by the sweep voltage applying section 15, and switches the sweep mode according to the impedance of the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2. , ON/OFF control and ON control of the switch SW1 are selected to switch the voltage to be swept to the sensor element 3. Therefore, the temperature T of the sensor element 3 can be controlled by adjusting the voltage applied to the sensor element 3 while the number of driving power source voltage VCC is set to one, and the power source voltage source for each oxygen concentration sensor 2 can be controlled. You don't have to prepare. As a result, the impedance can be calculated without requiring various variations in the power supply voltage.

しかも、酸素濃度センサ2のセンサ素子3が活性するための目標温度範囲Tbに早期に到達させることができ、かつ到達後は、一定の目標温度範囲Tbに保持できる。またマイコン6は、インピーダンス演算部14により演算されたインピーダンスに応じて推定部16により酸素濃度センサ2のセンサ素子3の温度Tを推定できる。 Moreover, the target temperature range Tb for activating the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2 can be reached early, and after reaching the target temperature range Tb, the target temperature range Tb can be maintained at a constant target temperature range Tb. Further, in the microcomputer 6, the estimation unit 16 can estimate the temperature T of the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2 according to the impedance calculated by the impedance calculation unit 14.

マイコン6が、切替部18により電源投入直後にプレ掃引モードに切替え、掃引電圧印加部15によりスイッチSW1をオン・オフパルス制御してセンサ素子3への印加電圧を変化させるようにしているため、電源投入直後にたとえセンサ素子3のインピーダンスが極端に高くなっていたとしても当該センサ素子3の印加電圧の最大値Vmax1を抑制でき、センサ素子3への印加電圧を規定範囲Vzに抑制できる。 The microcomputer 6 uses the switching unit 18 to switch to the pre-sweep mode immediately after the power is turned on, and the sweep voltage applying unit 15 controls the on/off pulse of the switch SW1 to change the voltage applied to the sensor element 3. Even if the impedance of the sensor element 3 is extremely high immediately after turning on, the maximum value Vmax1 of the applied voltage of the sensor element 3 can be suppressed, and the applied voltage to the sensor element 3 can be suppressed within the specified range Vz.

また、センサ素子3のインピーダンスが所定の第1インピーダンス値Ra以上のときにプレ掃引モードに切替えるようにしているため、センサ素子3の印加電圧の最大値Vmax1を同様に抑制でき、センサ素子3の端子電圧を規定範囲Vzに抑制できる。 Further, since the pre-sweep mode is switched to when the impedance of the sensor element 3 is equal to or higher than the predetermined first impedance value Ra, the maximum value Vmax1 of the applied voltage to the sensor element 3 can be similarly suppressed, and the sensor element 3 The terminal voltage can be suppressed within the specified range Vz.

センサ素子3のインピーダンスが所定の第1インピーダンス値Raよりも低いときに通常動作モードに切替えるようにしているため、通常動作モードに移行したときにおいてもセンサ素子3の印加電圧の最大値Vmax2が高くなることがなくなり、センサ素子3への印加電圧を規定範囲Vzに抑制できる。このように図1に示したハードウェア構成を利用しつつセンサ素子3への印加電圧を調整できるようになり利便性を向上できる。また、たとえ環境の急激な変化を生じた場合においても、演算されたインピーダンスに応じて制御することでセンサ素子3の端子電圧を規定範囲Vzに抑制できる。 Since the normal operation mode is switched when the impedance of the sensor element 3 is lower than the predetermined first impedance value Ra, the maximum value Vmax2 of the applied voltage to the sensor element 3 is high even when the normal operation mode is entered. The voltage applied to the sensor element 3 can be suppressed within the specified range Vz. In this way, the voltage applied to the sensor element 3 can be adjusted while using the hardware configuration shown in FIG. 1, and convenience can be improved. Further, even when a sudden change in the environment occurs, the terminal voltage of the sensor element 3 can be suppressed within the specified range Vz by controlling according to the calculated impedance.

マイコン6がインピーダンス演算部14により電圧検出部12の検出値に応じてインピーダンスを演算するときには、センサ素子3のインピーダンスを素早く演算処理できる。
マイコン6がインピーダンス演算部14により電圧検出部12の検出値と電流検出部11の検出値とに応じてインピーダンスを演算するときには当該インピーダンスを正確に演算でき温度Tを正確に導出できる。
When the microcomputer 6 uses the impedance calculator 14 to calculate the impedance according to the detection value of the voltage detector 12, the impedance of the sensor element 3 can be quickly calculated.
When the microcomputer 6 uses the impedance calculator 14 to calculate the impedance according to the detected value of the voltage detector 12 and the detected value of the current detector 11, the impedance can be accurately calculated and the temperature T can be accurately derived.

マイコン6は、センサ素子3のインピーダンスが所定のインピーダンス値以上(すなわちRa以上)のときには、ヒータ制御部17によりヒータ4を常時オン制御し、インピーダンス値Raよりも低いときには、ヒータ制御部17によりヒータ4への通電をオン・オフパルス制御するようにしている。このため、インピーダンス値Raに対応した所定の閾値温度Traよりも低温となるときには温度Tを素早く上昇させることができ、目標温度範囲Tbに近接しているときには温度Tを正確に制御できる。 When the impedance of the sensor element 3 is equal to or higher than a predetermined impedance value (that is, Ra or higher), the microcomputer 6 constantly controls the heater 4 to turn on the heater 4, and when the impedance is lower than the impedance value Ra, the heater control unit 17 controls the heater. On/off pulse control of the power supply to No. 4 is performed. Therefore, the temperature T can be quickly increased when the temperature is lower than the predetermined threshold temperature Tra that corresponds to the impedance value Ra, and the temperature T can be accurately controlled when the temperature is close to the target temperature range Tb.

(第2実施形態)
図11は第2実施形態の追加説明図を示している。図11は第1実施形態の図7に代わるタイミングチャートを示しているが、ここで第1実施形態と異なるところは、ヒータ4の制御切替条件である。前述実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
(Second embodiment)
FIG. 11 shows an additional explanatory diagram of the second embodiment. FIG. 11 shows a timing chart which replaces FIG. 7 of the first embodiment, but the difference from the first embodiment is the control switching condition of the heater 4. The same parts as those in the above-mentioned embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

第1実施形態では、プレ掃引モードではヒータ4を常時オン制御し、通常掃引モードではヒータ4をオン・オフ制御する形態を示したが、これに限定されるものではない。例えば、図11に示すように、目標温度範囲Tbの下限値Tdを跨いだときに、ヒータ4の常時オン制御とオン・オフ制御とを切り替えるようにしても良い。 In the first embodiment, the heater 4 is constantly turned on in the pre-sweep mode, and the heater 4 is turned on/off in the normal sweep mode. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 11, when the lower limit value Td of the target temperature range Tb is crossed, the constant ON control and the ON/OFF control of the heater 4 may be switched.

特に、酸素濃度センサ2のセンサ素子3の温度が目標温度範囲Tbの下限値Tdより低いときには、目標温度範囲Tbに達するまでヒータ4を常時オン制御することが望ましい。すなわち温度Tとインピーダンス値とを対応づけて説明すると、マイコン6は、インピーダンス演算部14により演算されたセンサ素子3のインピーダンス値が所定の第2インピーダンス値以上(すなわちRaa以上)のときにヒータ制御部17によりヒータ4を常時オン制御し、所定の第2インピーダンス値Raaよりも低いときにヒータ制御部17によりヒータ4をオン・オフパルス(例えばオンオフデューティ)制御すると良い。ここで、図11に示すように、第2インピーダンス値Raaは第1インピーダンス値Raよりも小さい値に設定されている。 In particular, when the temperature of the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2 is lower than the lower limit value Td of the target temperature range Tb, it is desirable that the heater 4 is always on-controlled until it reaches the target temperature range Tb. That is, when the temperature T and the impedance value are described in association with each other, the microcomputer 6 controls the heater when the impedance value of the sensor element 3 calculated by the impedance calculation unit 14 is equal to or higher than a predetermined second impedance value (that is, Raa or higher). It is preferable that the heater 17 always controls the heater 4 to be turned on, and the heater controller 17 controls the heater 4 to turn on/off a pulse (for example, on/off duty) when the heater 4 is lower than the predetermined second impedance value Raa. Here, as shown in FIG. 11, the second impedance value Raa is set to a value smaller than the first impedance value Ra.

逆に、酸素濃度センサ2の温度が目標温度範囲Tbの上限値Tuより高いときには、目標温度範囲Tbに達するまでヒータ4を常時オフ制御するようにしても良い。
本実施形態においても、前述実施形態と同様の作用効果を奏する。また、第2インピーダンス値Raaは第1インピーダンス値Raよりも小さく設定されているため、第2インピーダンス値Raaよりも低い範囲でヒータ4を常時オン制御することでセンサ素子3の温度Tを素早く目標温度範囲Tbに調整できるようになる。
On the contrary, when the temperature of the oxygen concentration sensor 2 is higher than the upper limit value Tu of the target temperature range Tb, the heater 4 may be constantly off-controlled until reaching the target temperature range Tb.
Also in the present embodiment, the same operational effects as those of the above-described embodiment are exhibited. Further, since the second impedance value Raa is set smaller than the first impedance value Raa, the temperature T of the sensor element 3 can be quickly targeted by constantly controlling the heater 4 in the range lower than the second impedance value Raa. The temperature range Tb can be adjusted.

(他の実施形態)
本開示は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができ、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。例えば以下に示す変形又は拡張が可能である。
(Other embodiments)
The present disclosure is not limited to the above-described embodiments, can be variously modified and implemented, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof. For example, the following modifications or extensions are possible.

前述実施形態では、イグニッションスイッチ等の電源スイッチがオンされたときに、センサ素子3の温度が温度Tra(例えば400℃)よりも十分に低い値(例えば25℃)となる環境下から上昇する形態を説明したが、これに限定されるものではなく、例えばイグニッションスイッチがオンされて内燃機関が動作し始め、これによりセンサ素子3の温度が十分に高温(例えば600℃)とされた状態から、電源スイッチがオフされ、その後、直ぐに再度オンされたときの動作にも適用できる。 In the above-described embodiment, when the power switch such as the ignition switch is turned on, the temperature of the sensor element 3 rises from an environment in which the temperature is sufficiently lower than the temperature Tra (eg, 400° C.) (eg, 25° C.). However, the present invention is not limited to this. For example, when the ignition switch is turned on and the internal combustion engine starts to operate, and the temperature of the sensor element 3 is sufficiently high (for example, 600° C.), It can also be applied to the operation when the power switch is turned off and then immediately turned on again.

すなわち、例えば第1実施形態の処理内容に照らし合わせて説明すれば、イグニッションスイッチがオフされ再度オンされ再度電源投入されたときにも、電子制御装置101は、図2、図3、図8のフローチャートに基づき処理を行う。このとき電源投入直後の1回目には図2のS2においてプレ掃引モードにて処理するが、マイコン6がS15においてインピーダンスを演算処理した結果、インピーダンスが十分に低く温度Tが十分に高いと判定されたときには、マイコン6は、2回目以降、図2のS3において所定のインピーダンス値よりも低いと判定することになり通常掃引モードにて処理することになる。これにより、前述実施形態と同様の効果が得られる。説明は省略するが、第2実施形態でも同様に適用できる。 That is, for example, in the light of the processing contents of the first embodiment, the electronic control unit 101 operates as shown in FIG. 2, FIG. 3, and FIG. 8 even when the ignition switch is turned off, turned on again, and turned on again. Processing is performed based on the flowchart. At this time, immediately after the power is turned on, the processing is performed in the pre-sweep mode in S2 of FIG. 2. As a result of the microcomputer 6 calculating the impedance in S15, it is determined that the impedance is sufficiently low and the temperature T is sufficiently high. If so, the microcomputer 6 determines that the impedance is lower than the predetermined impedance value in S3 of FIG. 2 from the second time onward, and the processing is performed in the normal sweep mode. As a result, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained. Although the description is omitted, the same applies to the second embodiment.

電圧取得部として、センサ素子3の端子電圧を検出する電圧検出部12を適用した形態を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、センサ素子3の端子電圧の分圧抵抗(図示せず)により分圧電圧を取得するようにしても良いし、センサ素子3に生じる電圧に応じて何らかの値(取得値相当)を取得できるのであれば回路はどのように構成しても良い。 As the voltage acquisition unit, the form in which the voltage detection unit 12 that detects the terminal voltage of the sensor element 3 is applied is shown, but the present invention is not limited to this, and for example, the voltage dividing resistance of the terminal voltage of the sensor element 3 (see FIG. The divided voltage may be acquired by (not shown), or any circuit may be configured as long as a certain value (corresponding to the acquired value) can be acquired according to the voltage generated in the sensor element 3.

電流取得部として、電流検出抵抗7に流れる電流を検出する電流検出部11を適用した形態を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、センサ素子3に流れる電流に応じて何らかの値(取得値相当)を取得できるのであれば回路はどのように構成しても良い。 As the current acquisition unit, the mode in which the current detection unit 11 that detects the current flowing in the current detection resistor 7 is applied is shown, but the present invention is not limited to this, and for example, some value may be set according to the current flowing in the sensor element 3. The circuit may have any configuration as long as (corresponding to the acquired value) can be acquired.

また、ヒータ4のオン制御とオン・オフ制御との切替タイミングを、第1実施形態ではプレ掃引モードと通常掃引モードとを切替えるタイミングと一致させると共に、第2実施形態では、目標温度範囲Tbの下限値Tdを跨ぐタイミングと一致させている形態を示しているが、これらは特に一致させる必要はない。すなわち、酸素濃度センサ2のセンサ素子3のインピーダンスの値に応じて定められたタイミングでも良く、また、前述の目標温度範囲Tbの下限値Tdとは独立して定められた所定温度又はこれに対応するインピーダンスの値を跨ぐタイミングを切替タイミングとしても良い。 Further, the switching timing of the ON control and ON/OFF control of the heater 4 is made to coincide with the timing of switching the pre-sweep mode and the normal sweep mode in the first embodiment, and in the second embodiment, the target temperature range Tb Although a form is shown in which the timing is made to coincide with the lower limit value Td, it is not necessary to make these coincide with each other. That is, the timing may be determined according to the value of the impedance of the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2, or a predetermined temperature determined independently of the lower limit value Td of the target temperature range Tb or corresponding thereto. The switching timing may be a timing that crosses the impedance value.

推定部16が、インピーダンス演算部14により演算されたインピーダンスに応じて酸素濃度センサ2のセンサ素子3の温度Tを推定するようにした形態を示したが、例えばセンサ素子3のインピーダンスと温度Tとが一意に対応づけられる場合等には温度Tを推定しなくても良く、推定部16は必要に応じて設ければ良い。 The estimation unit 16 shows the mode in which the temperature T of the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2 is estimated according to the impedance calculated by the impedance calculation unit 14, but, for example, the impedance of the sensor element 3 and the temperature T , The temperature T need not be estimated, and the estimation unit 16 may be provided as necessary.

電源電圧VCCの供給端子及びグランドノード間に接続されたスイッチSW1、SW2をオン・オフに切替えることで酸素濃度センサ2のセンサ素子3の印加電圧を変化させる形態を示したが、このスイッチSW1、SW2の回路構成に限定されるものではない。 The switch SW1, SW2 connected between the supply terminal of the power supply voltage VCC and the ground node is turned on/off to change the voltage applied to the sensor element 3 of the oxygen concentration sensor 2. It is not limited to the circuit configuration of SW2.

マイコン6を構成する機能の一部又は全部を、一つあるいは複数のIC等により構成しても良いし、特にマイコン6以外のロジック回路等により構成しても良い。
特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、本発明の一つの態様として前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。前述実施形態の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略した態様も実施形態と見做すことが可能である。また、特許請求の範囲に記載した文言によって特定される発明の本質を逸脱しない限度において、考え得るあらゆる態様も実施形態と見做すことが可能である。
A part or all of the functions that configure the microcomputer 6 may be configured by one or a plurality of ICs or the like, and may be configured by a logic circuit other than the microcomputer 6 or the like.
The reference numerals in parentheses in the claims indicate the corresponding relationship with the specific means described in the embodiments as one aspect of the present invention, and limit the technical scope of the present invention. Not a thing. A mode in which a part of the above-described embodiment is omitted as long as the problem can be solved can be regarded as the embodiment. Further, all possible modes can be regarded as the embodiments without departing from the essence of the invention specified by the wording recited in the claims.

また本発明は、前述した実施形態に準拠して記述したが、本発明は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本発明は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範畴や思想範囲に入るものである。 Further, although the present invention has been described based on the above-described embodiment, it is understood that the present invention is not limited to the embodiment and the structure. The present invention also includes various modifications and modifications within the equivalent range. In addition, various combinations and forms, and other combinations and forms including one element, more, or less than them are also included in the scope and concept of the present disclosure.

図面中、101は電子制御装置、2は酸素濃度センサ、3はセンサ素子、4はヒータ、11は電流検出部(電流取得部)、12は電圧検出部(電圧取得部)、14はインピーダンス演算部、15は掃引電圧印加部、16は推定部、17はヒータ制御部、18は切替部、を示す。 In the drawing, 101 is an electronic control device, 2 is an oxygen concentration sensor, 3 is a sensor element, 4 is a heater, 11 is a current detection unit (current acquisition unit), 12 is a voltage detection unit (voltage acquisition unit), and 14 is impedance calculation. Reference numeral 15 is a sweep voltage application unit, 16 is an estimation unit, 17 is a heater control unit, and 18 is a switching unit.

Claims (11)

1つの電源電圧源(VCC)を通じて複数の掃引モードのうち何れかの掃引モードに応じた電圧を内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ(2)のセンサ素子(3)に印加する掃引電圧印加部(15)と、
前記掃引電圧印加部により掃引された印加電圧により前記酸素濃度センサのセンサ素子に生じる電圧に応じて前記センサ素子のインピーダンスを演算するインピーダンス演算部(14)と、
前記複数の掃引モードを切替えることで前記掃引電圧印加部による印加電圧を切替える切替部(18)と、を備え、
前記切替部は、前記掃引電圧印加部により前記酸素濃度センサのセンサ素子に電圧印加・停止切替えするための電圧印加用スイッチ(SW1)をオン・オフパルス制御して前記酸素濃度センサのセンサ素子への印加電圧を変化させる第1掃引モードに切替可能に構成されている電子制御装置。
A sensor element (3) of an oxygen concentration sensor (2) for detecting an oxygen concentration in exhaust gas of an internal combustion engine with a voltage according to any one of a plurality of sweep modes through one power supply voltage source (VCC). ) And a sweep voltage applying section (15)
An impedance calculation section (14) for calculating the impedance of the sensor element according to the voltage generated in the sensor element of the oxygen concentration sensor by the applied voltage swept by the sweep voltage application section;
A switching unit (18) for switching the applied voltage by the sweep voltage applying unit by switching the plurality of sweep modes ,
The switching unit controls ON/OFF pulse of a voltage application switch (SW1) for switching the voltage application/stop to the sensor element of the oxygen concentration sensor by the sweep voltage application unit, thereby switching the sensor element of the oxygen concentration sensor to the sensor element. An electronic control device configured to be switchable to a first sweep mode in which an applied voltage is changed .
前記インピーダンス演算部により算出されたインピーダンスに応じて前記酸素濃度センサのセンサ素子の温度(T)を推定する推定部(16)、をさらに備える請求項1記載の電子制御装置。 The electronic control device according to claim 1, further comprising: an estimation unit (16) that estimates the temperature (T) of the sensor element of the oxygen concentration sensor according to the impedance calculated by the impedance calculation unit. 前記切替部は、電源投入直後に前記第1掃引モードに切替える請求項1記載の電子制御装置。 The electronic control device according to claim 1, wherein the switching unit switches to the first sweep mode immediately after power is turned on. 前記切替部は、前記インピーダンス演算部により演算されたインピーダンスが所定の第1インピーダンス値(Ra)以上のときに前記第1掃引モードに切替える請求項1記載の電子制御装置。 The electronic control device according to claim 1, wherein the switching unit switches to the first sweep mode when the impedance calculated by the impedance calculation unit is equal to or higher than a predetermined first impedance value (Ra). 前記切替部は、前記酸素濃度センサに電圧印加・停止切替えするための電圧印加用スイッチ(SW1)をオン制御して前記酸素濃度センサのセンサ素子に所定電圧を印加する第2掃引モードに切替可能に構成されている請求項1から4の何れか一項に記載の電子制御装置。 The switching unit can switch to a second sweep mode in which a voltage application switch (SW1) for switching application/stop of voltage to the oxygen concentration sensor is turned on to apply a predetermined voltage to a sensor element of the oxygen concentration sensor. The electronic control device according to claim 1 , wherein the electronic control device is configured as described above. 前記切替部は、前記インピーダンス演算部により演算されたインピーダンスが、所定の第1インピーダンス値(Ra)よりも低いときに前記第2掃引モードに切替える請求項5記載の電子制御装置。 The electronic control device according to claim 5 , wherein the switching unit switches to the second sweep mode when the impedance calculated by the impedance calculation unit is lower than a predetermined first impedance value (Ra). 前記センサ素子に生じる電圧に応じた値を取得する電圧取得部(12)をさらに備え、
前記インピーダンス演算部は、前記電圧取得部の取得値に応じてインピーダンスを演算する請求項1から6の何れか一項に記載の電子制御装置。
A voltage acquisition unit (12) for acquiring a value corresponding to the voltage generated in the sensor element,
The electronic control device according to any one of claims 1 to 6 , wherein the impedance calculation unit calculates the impedance according to the acquired value of the voltage acquisition unit.
前記センサ素子に流れる電流に応じた値を取得する電流取得部(11)をさらに備え、
前記インピーダンス演算部は、前記電圧取得部の取得値と前記電流取得部の取得値とに応じてインピーダンスを演算する請求項7記載の電子制御装置。
A current acquisition unit (11) for acquiring a value according to the current flowing through the sensor element,
The electronic control device according to claim 7 , wherein the impedance calculation unit calculates impedance according to an acquired value of the voltage acquisition unit and an acquired value of the current acquisition unit.
前記複数の掃引モードに応じて前記酸素濃度センサのセンサ素子の温度を調整するためのヒータ(4)を制御するヒータ制御部(17)、をさらに備える請求項1から8の何れか一項に記載の電子制御装置。 To any one of the heater control unit (17), from claim 1, further comprising a 8 for controlling the heater (4) for adjusting the temperature of the sensor element of the oxygen concentration sensor in accordance with the plurality of sweep mode Electronic control device as described. 前記酸素濃度センサのセンサ素子の温度を調整するためのヒータ(4)を制御するヒータ制御部(17)をさらに備え、
前記インピーダンス演算部により演算されたインピーダンスが所定の第2インピーダンス値以上のときには、前記ヒータ制御部は前記ヒータを常時オン制御し、
前記インピーダンス演算部により演算されたインピーダンスが所定の第2インピーダンス値よりも低いときには、前記ヒータ制御部は前記ヒータへの通電をオン・オフパルス制御する請求項1から8の何れか一項に記載の電子制御装置。
A heater controller (17) for controlling the heater (4) for adjusting the temperature of the sensor element of the oxygen concentration sensor,
When the impedance calculated by the impedance calculation unit is equal to or greater than a predetermined second impedance value, the heater control unit constantly controls the heater to be turned on,
When the impedance computed by the impedance computing section is lower than a predetermined second impedance value, the heater control unit according to any one of claims 1 to 8 for turning on and off pulses controlling the energization of the heater Electronic control unit.
前記酸素濃度センサの温度を調整するためのヒータを制御するヒータ制御部(17)をさらに備え、
前記インピーダンス演算部により演算されたインピーダンスが所定の第2インピーダンス値(Ra、Raa)以上のときには、前記ヒータ制御部は前記ヒータを常時オン制御し、
前記インピーダンス演算部により演算されたインピーダンスが所定の第2インピーダンス値よりも低いときには、前記ヒータ制御部は前記ヒータへの通電をオン・オフパルス制御するものであり、
前記第2インピーダンス値は前記第1インピーダンス値よりも低く設定されている請求項4または6記載の電子制御装置。
A heater controller (17) for controlling a heater for adjusting the temperature of the oxygen concentration sensor,
When the impedance calculated by the impedance calculation unit is equal to or higher than a predetermined second impedance value (Ra, Raa), the heater control unit constantly controls the heater to be turned on,
When the impedance calculated by the impedance calculation unit is lower than a predetermined second impedance value, the heater control unit controls ON/OFF pulse of energization of the heater.
7. The electronic control device according to claim 4, wherein the second impedance value is set lower than the first impedance value.
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