JP6720837B2 - 空燃比センサ制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、空燃比センサ制御装置に関する。

空燃比センサのセルに電圧を印加すると共に、そのセルに流れる電流を、空燃比を表すセンサ電流として検出するように構成された空燃比センサ制御装置が知られている。また例えば、特許文献１には、センサに印加する直流電圧を、センサ電流に応じて変化させることが記載されている。

特開２０１５−１４８４７１号公報

空燃比センサのセルは容量成分（即ち、静電容量）を有している。このため、セルに印加する電圧をデジタル制御する場合、その電圧のステップ的な変化により、セルには、当該セルの容量成分を通じて電流が流れる。そして、セルの容量成分によって流れた電流（以下、容量性電流）を、センサ電流として検出すると、空燃比の検出精度が低下する。

そこで、本開示は、空燃比の検出精度を向上させる技術を提供する。

本開示の空燃比センサ制御装置（１，２１）は、電圧制御部（５，３５）と、電流検出部（７，３７）と、を備える。電圧制御部は、空燃比センサ（３，２３）から出力される所定の物理量に応じて、空燃比センサのセル（３ａ，２３ａ）に印加する電圧を制御する。電流検出部は、前記セルに流れる電流を、空燃比を表す物理量として検出する。

そして、電圧制御部がセルに印加する電圧を変更するタイミングである電圧変更タイミングと、電流検出部がセルに流れる電流を検出するタイミングである電流検出タイミングとが、ずらされている。

このような構成によれば、セルに印加する電圧が電圧制御部により変更された場合に、電流検出部は、電圧変更タイミングからずれたタイミングで電流を検出することとなる。このため、電流検出部が検出する電流に、前述の容量性電流が含まれてしまうことを抑制することができる。この結果、検出された電流に基づく空燃比の検出精度を向上させることができる。

尚、この欄及び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、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

第１実施形態の空燃比センサ制御装置を示す構成図である。 第１実施形態の空燃比センサ制御装置の動作を説明する説明図である。 第２，第４実施形態の検出停止処理を表すフローチャートである。 第２実施形態の空燃比センサ制御装置の動作を説明する説明図である。 第３実施形態の空燃比センサ制御装置を示す構成図である。 第３実施形態の空燃比センサ制御装置の動作を説明する説明図である。 第４実施形態の空燃比センサ制御装置の動作を説明する説明図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１に示すように、第１実施形態の空燃比センサ制御装置（以下、ＥＣＵ）１には、空燃比を検出するための空燃比センサ３が接続される。ＥＣＵは、「Electronic Control Unit」の略であり、即ち電子制御装置の略である。また、以下では、空燃比センサのことを、単に、センサともいう。

センサ３は、１つのセル３ａを備えた限界電流式の空燃比センサであり、１セルタイプの空燃比センサと呼ばれる。センサ３は、車両のエンジンの排気通路に配置される。そして、センサ３のセル３ａは、ＥＣＵ１により電圧が印加された状態で、排気ガス中の空燃比に応じた限界電流を発生する。セル３ａに流れる限界電流が、当該センサ３により検出された空燃比を表すセンサ電流となる。

ＥＣＵ１は、第１電圧制御部５と、第２電圧制御部６と、電流検出部７と、Ｄ／Ａ変換器８，９と、Ａ／Ｄ変換器１０と、バッファ回路１１，１２と、増幅回路１３と、フィルタ回路１４と、電流検出抵抗１５と、保護抵抗１６と、クロック生成部１７と、空燃比制御部１８と、を備える。

電流検出抵抗１５の一端は、セル３ａの一方の端子（例えば、マイナス側端子）３ｍに接続されている。保護抵抗１６の一端は、セル３ａの他方の端子（例えば、プラス側端子）３ｐに接続されている。電流検出抵抗１５と保護抵抗１６のことを、単に、抵抗とも言う。

Ｄ／Ａ変換器８は、第１電圧制御部５からのデジタル信号により指令される電圧を出力する。ここで言う電圧とは、直流電圧である。バッファ回路１１には、Ｄ／Ａ変換器８の出力電圧Ｖｏ１が入力される。そして、バッファ回路１１は、Ｄ／Ａ変換器８の出力電圧Ｖｏ１と同じ電圧を、保護抵抗１６のセル３ａ側とは反対側の端部に出力する。

Ｄ／Ａ変換器９は、第２電圧制御部６からのデジタル信号により指令される電圧を出力する。フィルタ回路１４は、例えば抵抗とコンデンサを備えるローパスフィルタ回路である。このフィルタ回路１４には、Ｄ／Ａ変換器９の出力電圧Ｖｏ２が入力される。バッファ回路１２には、フィルタ回路１４の出力電圧が入力される。そして、バッファ回路１２は、フィルタ回路１４の出力電圧と同じ電圧を、電流検出抵抗１５のセル３ａ側とは反対側の端部に出力する。本実施形態では、「Ｖｏ１＞Ｖｏ２」の大小関係になっている。

このため、セル３ａには、「Ｖｏ１−Ｖｏ２」の電圧が、抵抗１５，１６を介して空燃比検出用の電圧として印加される。そして、空燃比に応じてセル３ａに流れる電流（即ち、センサ電流）と同じ電流が、電流検出抵抗１５に流れる。

増幅回路１３は、電流検出抵抗１５の両端の電位差を増幅した電圧を出力する。Ａ／Ｄ変換器１０は、電流検出部７からの指令に従って、増幅回路１３の出力電圧をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換結果であるデジタル信号を電流検出部７に出力する。本実施形態において、Ａ／Ｄ変換器１０から出力されるデジタル信号は、センサ電流の検出結果に相当する。そして、電流検出部７がＡ／Ｄ変換器１０に増幅回路１３の出力電圧をＡ／Ｄ変換させるタイミングは、センサ電流を検出するタイミング（即ち、電流検出タイミング）に相当する。

電流検出部７は、Ａ／Ｄ変換器１０を動作させて該Ａ／Ｄ変換器１０からのデジタル信号を読み取り、そのデジタル信号からセンサ電流を算出する。具体的には、読み取ったデジタル信号の値を、センサ電流の値に換算する処理を行う。

空燃比制御部１８は、電流検出部７により算出されたセンサ電流を空燃比に換算し、その換算した空燃比に基づいて、エンジンへの燃料噴射量を補正する処理、即ち、空燃比フィードバック制御処理を実施する。

クロック生成部１７は、一定周期のクロックＣＫを生成して出力する。第１電圧制御部５、第２電圧制御部６、及び電流検出部７は、クロック生成部１７から出力されるクロックＣＫに同期して動作する。

第１電圧制御部５は、電流検出部７により算出されたセンサ電流に応じて、Ｄ／Ａ変換器８の出力電圧Ｖｏ１を制御する。本実施形態において、Ｄ／Ａ変換器８の出力電圧Ｖｏ１を制御することは、セル３ａに印加する電圧を制御することに相当する。具体的には、第１電圧制御部５は、Ｄ／Ａ変換器８の出力電圧Ｖｏ１を、センサ電流に応じて、空燃比とセンサ電流とが一意的に対応する電圧範囲の例えば中央値に制御する。例えば、空燃比が大きくなってセンサ電流が大きくなるほど、Ｄ／Ａ変換器８の出力電圧Ｖｏ１は大きい値に変更される。

第２電圧制御部６は、例えば、セル３ａのインピーダンスを検出するための処理が電流検出部７等で実施されない通常の場合には、Ｄ／Ａ変換器９の出力電圧Ｖｏ２を一定値にする。

また、第２電圧制御部６は、セル３ａのインピーダンスを検出するための処理が実施される場合には、Ｄ／Ａ変換器９の出力電圧Ｖｏ２を、例えば、電圧値が異なる２種類の直流電圧に所定の周期で交互に切り換える。尚、Ｄ／Ａ変換器９の出力電圧Ｖｏ２が２種類の直流電圧に交互に切り替えられても、バッファ回路１２に入力される電圧は、フィルタ回路１４により急峻な変化が抑制された電圧になるため、セル３ａに容量性電流が流れることはない。

一方、第１電圧制御部５、第２電圧制御部６、電流検出部７、及び空燃比制御部１８は、例えば、ＣＰＵと、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ（以下、メモリ）と、を有する周知のマイクロコンピュータ（以下、マイコン）を中心に構成することができる。この場合、第１電圧制御部５、第２電圧制御部６、電流検出部７、及び空燃比制御部１８の各機能は、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、上記メモリが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。また、上記各部５，６，７，１８を構成するマイコンの数は１つでも複数でも良い。また、上記各部５，６，７，１８の機能を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、それらの機能の一部又は全部について、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現しても良い。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現しても良い。

［１−２．動作］
電流検出部７がＡ／Ｄ変換器１０に増幅回路１３の出力電圧をＡ／Ｄ変換させるタイミング、即ち、電流検出部７がセンサ電流を検出する電流検出タイミングは、図２の２段目における上向き矢印に示すように、一定時間毎のタイミングである。

また、第１電圧制御部５がＤ／Ａ変換器８の出力電圧Ｖｏ１を制御するタイミング（以下、電圧制御タイミング）は、図２の４段目における上向き矢印に示すように、電流検出タイミング同士の間のタイミングである。

第１電圧制御部５は、Ｄ／Ａ変換器８の出力電圧Ｖｏ１を変更する場合には、上記電圧制御タイミングにて、出力電圧Ｖｏ１を変更するための処理、即ち、Ｄ／Ａ変換器８へのデジタル信号を変更する処理を行う。このため、電圧制御タイミングは、セル３ａに印加する電圧を第１電圧制御部５が変更するタイミング（即ち、電圧変更タイミング）になる。

つまり、ＥＣＵ１では、電流検出部７がセンサ電流を検出する電流検出タイミングと、第１電圧制御部５がセンサ電流に応じてセル３ａへの印加電圧を変更する電圧変更タイミングとが、ずらされている。

そして、図２に示すように、電流検出タイミングから次の電圧制御タイミングまでの時間Ｔ１と、電圧制御タイミングから次の電流検出タイミングまでの時間Ｔ２は、「Ｔ１＜Ｔ２」の関係に設定されている。つまり、時間Ｔ１は、電流検出タイミングの周期の半分よりも短い。

このため、電圧制御タイミングの何れかでＤ／Ａ変換器８の出力電圧Ｖｏ１が変更されたとすると、その電圧変更タイミングの直前の電流検出タイミングから当該電圧変更タイミングまでの時間Ｔａは、上記時間Ｔ１となる。そして、電圧変更タイミングから当該電圧変更タイミングの直後の電流検出タイミングまでの時間Ｔｂは、上記時間Ｔ２となる。よって、時間Ｔａは、時間Ｔｂよりも短い。逆に言うと、時間Ｔｂは、時間Ｔａよりも長い。

例えば、図２示すように、時刻ｔ１で、空燃比の変化によりセンサ電流が変化し、その時刻ｔ１の直後の電流検出タイミングである時刻ｔ２にて、電流検出部７により、変化後のセンサ電流が検出されたとする。

この場合、第１電圧制御部５は、時刻ｔ２よりも後の何れかの電圧制御タイミングにて、Ｄ／Ａ変換器８の出力電圧Ｖｏ１を、電流検出部７により検出された変化後のセンサ電流に応じた値に変更する。この例では、第１電圧制御部５は、時刻ｔ２から所定の処理時間Ｔｄだけ経過した後の電圧制御タイミングである時刻ｔ３にて、Ｄ／Ａ変換器８の出力電圧Ｖｏ１を変更する。そして、この出力電圧Ｖｏ１の変更により、セル３ａへの印加電圧がステップ的に変化するため、セル３ａに容量性電流が流れる。よって、時刻ｔ３に示すように、その容量性電流がセンサ電流に現れる。

ここで、セル３ａに流れた容量性電流を、電流検出部７がセンサ電流として検出してしまうと、空燃比の検出精度が低下することとなる。
しかし、ＥＣＵ１では、前述の通り、電圧制御タイミング（即ち、電圧変更タイミング）と、電流検出タイミングとが、ずらされている。よって、電流検出部７は、セル３ａへの印加電圧が変更された時刻ｔ３の後の電流検出タイミング、即ち、時刻ｔ３から前述した時間Ｔ２，Ｔｂだけ後の時刻ｔ４にて、センサ電流を検出することとなる。そして、この時刻ｔ４では、容量性電流が十分に低減して、センサ電流は空燃比を表す値に収束していることとなる。

［１−３．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）ＥＣＵ１では、第１電圧制御部５による電圧変更タイミングと、電流検出部７による電流検出タイミングとが、ずらされている。換言すると、センサ電流に応じた印加電圧の変更と、センサ電流の検出とが、同時に実施されないようになっている。

このため、セル３ａへの印加電圧が第１電圧制御部５により変更された場合に、電流検出部７は、電圧変更タイミングからずれたタイミングで電流を検出することとなる。よって、電流検出部７が検出するセンサ電流に、セル３ａの容量性電流が含まれてしまうことを抑制することができる。この結果、検出された電流に基づく空燃比の検出精度を向上させることができる。

（１ｂ）電流検出タイミングは、一定時間毎のタイミングであり、電圧変更タイミングは、電流検出タイミング同士の間のタイミングに設定されている。そして、電圧変更タイミングの直前の電流検出タイミングから当該電圧変更タイミングまでの時間Ｔａが、当該電圧変更タイミングから当該電圧変更タイミングの直後の電流検出タイミングまでの時間Ｔｂよりも、短い時間に設定されている。

時間Ｔａと時間Ｔｂとの大小関係は、上記とは逆に「Ｔａ＞Ｔｂ」とすることも可能であるが、「Ｔａ＜Ｔｂ」という大小関係にすることで、セル３ａへの印加電圧が変更されてからセンサ電流が検出されるまでの時間、即ち、上記時間Ｔｂを長い時間にすることがきる。よって、容量性電流をセンサ電流として検出してしまうことを、抑制し易い。

（１ｃ）第１電圧制御部５は、空燃比センサ３から出力される所定の物理量として、電流検出部７により検出されるセンサ電流を取得し、そのセンサ電流に応じて、セル３ａへの印加電圧を制御する。このため、ＥＣＵ１は、１セルタイプの空燃比センサに対して用いることができる。

尚、上記第１実施形態では、第１電圧制御部５が、電圧制御部に相当する。また、セル３ａに流れる電流（即ち、センサ電流）が、空燃比を表す検出対象の物理量に相当する。
［２．第２実施形態］
［２−１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。また、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

第２実施形態のＥＣＵ１では、第１実施形態と比較すると、電流検出部７が、図３の検出停止処理を行う点が異なる。電流検出部７は、図３の検出停止処理を、例えば、電流検出タイミングの周期よりも短い一定時間毎に実行する。

図３に示すように、電流検出部７は、検出停止処理を開始すると、Ｓ１１０にて、第１電圧制御部５によりセル３ａへの印加電圧が変更されたか否かを判定する。具体的には、Ｄ／Ａ変換器８の出力電圧Ｖｏ１が変更されたか否かを判定する。尚、出力電圧Ｖｏ１が変更されたか否かは、例えば、第１電圧制御部５からＤ／Ａ変換器８に出力されるデジタル信号をモニタすることで判定しても良いし、また、第１電圧制御部５から出力電圧Ｖｏ１を変更したことを示す情報を取得することで判定するようになっていても良い。そして、電流検出部７は、第１電圧制御部５によりセル３ａへの印加電圧が変更されたと判定した場合には、Ｓ１２０にて、センサ電流の検出を所定時間だけ停止する。この所定時間は、例えば、電流検出タイミングの周期のＮ倍に設定することができる。そのＮは、１以上の整数である。

［２−２．動作］
図２と同様の例を表す図４に示すように、時刻ｔ３で第１電圧制御部５がＤ／Ａ変換器８の出力電圧Ｖｏ１を変更すると、電流検出部７は所定時間だけセンサ電流の検出を停止する。そして、電流検出部７は、その所定時間が経過した後の電流検出タイミングである時刻ｔ５からセンサ電流の検出を再開する。尚、図４において、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの状況は、図２と同じである。そして、図４の例では、上記Ｎが３に設定された場合を示している。つまり、電流検出部７は、時刻ｔ３から３回目の電流検出タイミングまではセンサ電流の検出を停止し、４回目の電流検出タイミングである時刻ｔ５にて、センサ電流を検出している。

［２−３．効果］
第２実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果に加えて、更に以下の効果を奏する。即ち、電流検出部７は、第１電圧制御部５がセル３ａへの印加電圧を変更した場合に、センサ電流の検出を所定時間だけ止めるように構成されているため、印加電圧の変更に伴う容量性電流をセンサ電流として検出してしまうことを、一層確実に抑制することができる。

［３．第３実施形態］
［３−１．構成］
図５に示すように、第３実施形態のＥＣＵ２１に接続されるセンサ２３は、ポンプセル２３ａと起電力セル２３ｂとの、２つのセルを有した２セルタイプの空燃比センサである。センサ２３は、排気ガスが導入される拡散室と基準酸素室との酸素濃度差に応じた起電力セル２３ｂの出力電圧（即ち、起電力）が目標値となるように、ポンプセル２３ａが駆動されて、そのときにポンプセル２３ａに流れる電流が、空燃比を表すセンサ電流として測定されるタイプの空燃比センサである。また、この例において、センサ２３の端子２５〜２７のうち、端子２５は、ポンプセル２３ａのプラス側端子であり、端子２６は、ポンプセル２３ａと起電力セル２３ｂとに共通のマイナス側端子であり、端子２７は、起電力セル２３ｂのプラス側端子である。

ＥＣＵ２１は、定電流回路３１と、増幅回路３３と、電圧制御部３５と、電流検出部３７と、Ｄ／Ａ変換器３８と、Ａ／Ｄ変換器４０と、オペアンプ４１と、増幅回路４３と、電流検出抵抗４５と、を備える。また、ＥＣＵ２１は、ＥＣＵ１と同様に、クロック生成部１７と空燃比制御部１８も備える。

定電流回路３１は、起電力セル２３ｂに起電力を発生させるための一定電流を、センサ２３の端子２７に印加する。増幅回路３３は、センサ２３の端子２６，２７間の電圧、即ち、起電力セル２３ｂの出力電圧Ｖｓを、増幅して出力する。ここでは説明を簡略化するために、増幅回路３３の増幅度は１であるとする。つまり、増幅回路３３からは起電力セル２３ｂの出力電圧Ｖｓと同じ電圧が出力されるものとして説明する。

Ｄ／Ａ変換器３８は、電圧制御部３５からのデジタル信号により指令される電圧を出力する。このＤ／Ａ変換器３８の出力端子は、電流検出抵抗４５を介して、センサ２３の端子２６に接続されている。

オペアンプ４１には、端子２６の電圧と、一定の電圧Ｖｃ（例えば２．５Ｖ）とが入力される。オペアンプ４１の出力端子は、センサ２３の端子２５に接続されている。そして、オペアンプ４１は、端子２６の電圧が電圧Ｖｃとなるように端子２５の電圧を調整する。

電流検出抵抗４５には、ポンプセル２３ａに流れる電流と同じ電流が流れる。増幅回路４３は、電流検出抵抗４５の両端の電位差を増幅した電圧を出力する。Ａ／Ｄ変換器４０は、電流検出部３７からの指令に従って、増幅回路４３の出力電圧をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換結果であるデジタル信号を電流検出部３７に出力する。

電圧制御部３５には、増幅回路３３を介して起電力セル２３ｂの出力電圧Ｖｓが入力される。電圧制御部３５は、クロック生成部１７からのクロックＣＫに同期して動作する。そして、電圧制御部３５は、一定時間毎に、起電力セル２３ｂの出力電圧Ｖｓを取得し、その出力電圧Ｖｓが目標値としての一定電圧となるようにＤ／Ａ変換器３８の出力電圧Ｖｏを制御する。Ｄ／Ａ変換器３８の出力電圧Ｖｏが変わると、オペアンプ４１の出力電圧が変わって、ポンプセル２３ａに印加される電圧が変わると共に、ポンプセル２３ａに流れる電流が変わる。つまり、Ｄ／Ａ変換器３８の出力電圧Ｖｏを制御することが、ポンプセル２３ａに印加する電圧を制御することに相当する。

電流検出部３７も、クロック生成部１７からのクロックＣＫに同期して動作する。そして、電流検出部３７は、Ａ／Ｄ変換器４０を動作させて該Ａ／Ｄ変換器４０からのデジタル信号を読み取り、そのデジタル信号から、ポンプセル２３ａに流れる電流を算出する。具体的には、読み取ったデジタル信号の値を、電流の値に換算する処理を行う。本第３実施形態では、ポンプセル２３ａに流れる電流が、空燃比を表す検出対象の物理量に相当する。このため、ポンプセル２３ａに流れる電流のことを、センサ電流という。また、Ａ／Ｄ変換器４０から出力されるデジタル信号は、センサ電流の検出結果に相当する。そして、電流検出部３７がＡ／Ｄ変換器４０に増幅回路４３の出力電圧をＡ／Ｄ変換させるタイミングは、センサ電流を検出するタイミング（即ち、電流検出タイミング）に相当する。

空燃比制御部１８は、電流検出部３７により算出されたセンサ電流を空燃比に換算し、その換算した空燃比に基づいて、エンジンへの燃料噴射量を補正する処理、即ち、空燃比フィードバック制御処理を実施する。

つまり、ＥＣＵ２１においては、電圧制御部３５が、起電力セル２３ｂの出力電圧Ｖｓが一定電圧となるように、ポンプセル２３ａに印加する電圧を制御する。そして、ポンプセル２３ａ及び電流検出抵抗４５に、空燃比に応じたセンサ電流が流れる。このため、電流検出部３７が、Ａ／Ｄ変換器４０を用いて、増幅回路４３の出力電圧をＡ／Ｄ変換することにより、センサ電流を検出し、空燃比制御部１８が、電流検出部３７により検出されたセンサ電流から空燃比を検出している。

尚、ＥＣＵ２１においても、電圧制御部３５、電流検出部３７、及び空燃比制御部１８は、例えば、ＣＰＵ及びメモリを有するマイコンを中心に構成することができる。この場合、電圧制御部３５、電流検出部３７、及び空燃比制御部１８の各機能は、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、上記メモリが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。また、上記各部３５，３７，１８を構成するマイコンの数は１つでも複数でも良い。また、上記各部３５，３７，１８の機能を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、それらの機能の一部又は全部について、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現しても良い。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現しても良い。

［３−２．動作］
電流検出部３７がＡ／Ｄ変換器４０に増幅回路４３の出力電圧をＡ／Ｄ変換させるタイミング、即ち、電流検出部３７がセンサ電流を検出する電流検出タイミングは、図６の３段目における上向き矢印に示すように、一定時間毎のタイミングである。

また、電圧制御部３５がＤ／Ａ変換器３８の出力電圧Ｖｏを制御するタイミング（以下、電圧制御タイミング）は、図６の５段目における上向き矢印に示すように、電流検出タイミング同士の間のタイミングである。

電圧制御部３５は、Ｄ／Ａ変換器３８の出力電圧Ｖｏを変更する場合には、上記電圧制御タイミングにて、出力電圧Ｖｏを変更するための処理、即ち、Ｄ／Ａ変換器３８へのデジタル信号を変更する処理を行う。このため、電圧制御タイミングは、ポンプセル２３ａに印加する電圧を電圧制御部３５が変更するタイミング（即ち、電圧変更タイミング）になる。

つまり、ＥＣＵ２１では、電流検出部３７がポンプセル２３ａに流れるセンサ電流を検出する電流検出タイミングと、電圧制御部３５が起電力セル２３ｂの出力電圧Ｖｓに応じてポンプセル２３ａへの印加電圧を変更する電圧変更タイミングとが、ずらされている。

そして、図６に示すように、電流検出タイミングから次の電圧制御タイミングまでの時間Ｔ１と、電圧制御タイミングから次の電流検出タイミングまでの時間Ｔ２は、「Ｔ１＜Ｔ２」の関係に設定されている。つまり、時間Ｔ１は、電流検出タイミングの周期の半分よりも短い。

このため、電圧制御タイミングの何れかでＤ／Ａ変換器３８の出力電圧Ｖｏが変更されたとすると、その電圧変更タイミングの直前の電流検出タイミングから当該電圧変更タイミングまでの時間ＴＡは、上記時間Ｔ１となる。そして、電圧変更タイミングから当該電圧変更タイミングの直後の電流検出タイミングまでの時間ＴＢは、上記時間Ｔ２となる。よって、時間ＴＡは、時間ＴＢよりも短い。逆に言うと、時間ＴＢは、時間ＴＡよりも長い。

例えば、図６示すように、時刻ｔ１１で、空燃比の変化により起電力セル２３ｂの出力電圧Ｖｓが上記一定電圧（例えば４５０ｍＶ）から変化し、その時刻ｔ１１の直後の電圧制御タイミングである時刻ｔ１２にて、電圧制御部３５が、変化後の出力電圧Ｖｓを取得したとする。尚、ここでは、電圧制御部３５が出力電圧Ｖｓを取得するタイミング（以下、電圧取得タイミング）が、電圧制御タイミングであるとして説明しているが、電圧取得タイミングは、電圧制御タイミングとは異なるタイミング（例えば、電流検出タイミング）であっても良い。

この場合、電圧制御部３５は、時刻ｔ１２よりも後の何れかの電圧制御タイミングにて、Ｄ／Ａ変換器３８の出力電圧Ｖｏを、変化した起電力セル２３ｂの出力電圧Ｖｓを元の一定電圧に戻すための値に変更する。この例では、電圧制御部３５は、時刻ｔ１２から所定の処理時間Ｔｄだけ経過した後の電圧制御タイミングである時刻ｔ１３にて、Ｄ／Ａ変換器３８の出力電圧Ｖｏを変更する。そして、この出力電圧Ｖｏの変更により、ポンプセル２３ａへの印加電圧がステップ的に変化するため、ポンプセル２３ａに容量性電流が流れる。よって、時刻ｔ１３に示すように、その容量性電流がセンサ電流に現れる。

ここで、ポンプセル２３ａに流れた容量性電流を、電流検出部３７がセンサ電流として検出してしまうと、空燃比の検出精度が低下することとなる。
しかし、ＥＣＵ２１では、前述の通り、電圧制御タイミング（即ち、電圧変更タイミング）と、電流検出タイミングとが、ずらされている。よって、電流検出部３７は、ポンプセル２３ａへの印加電圧が変更された時刻ｔ１３の後の電流検出タイミング、即ち、時刻ｔ１３から前述した時間Ｔ２，ＴＢだけ後の時刻ｔ１４にて、センサ電流を検出することとなる。そして、この時刻ｔ１４では、容量性電流が十分に低減して、センサ電流は空燃比を表す値に収束していることとなる。

［３−３．効果］
（３ａ）第１実施形態と同様に、ＥＣＵ２１では、電圧制御部３５による電圧変更タイミングと、電流検出部３７による電流検出タイミングとが、ずらされている。このため、ポンプセル２３ａへの印加電圧が電圧制御部３５により変更された場合に、電流検出部３７は、電圧変更タイミングからずれたタイミングで電流を検出することとなる。よって、電流検出部３７が検出するセンサ電流に、ポンプセル２３ａの容量性電流が含まれてしまうことを抑制することができる。この結果、検出された電流に基づく空燃比の検出精度を向上させることができる。

（３ｂ）第１実施形態と同様に、電流検出タイミングは、一定時間毎のタイミングであり、電圧変更タイミングは、電流検出タイミング同士の間のタイミングに設定されている。そして、電圧変更タイミングの直前の電流検出タイミングから当該電圧変更タイミングまでの時間ＴＡが、当該電圧変更タイミングから当該電圧変更タイミングの直後の電流検出タイミングまでの時間ＴＢよりも、短い時間に設定されている。

時間ＴＡと時間ＴＢとの大小関係は、上記とは逆に「ＴＡ＞ＴＢ」とすることも可能であるが、「ＴＡ＜ＴＢ」という大小関係にすることで、ポンプセル２３ａへの印加電圧が変更されてからセンサ電流が検出されるまでの時間、即ち、上記時間ＴＢを長い時間にすることがきる。よって、容量性電流をセンサ電流として検出してしまうことを、抑制し易い。

（３ｃ）電流検出部３７が電流を検出する対象のセルは、ポンプセル２３ａである。そして、電圧制御部３５は、空燃比センサ２３から出力される所定の物理量として、起電力セル２３ｂの出力電圧Ｖｓを取得し、その出力電圧Ｖｓが一定電圧となるように、ポンプセル２３ａに印加する電圧を制御する。このため、ＥＣＵ２１は、２セルタイプの空燃比センサに対して用いることができる。

［４．第４実施形態］
［４−１．第３実施形態との相違点］
第４実施形態は、基本的な構成は第３実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。また、第３実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

第４実施形態のＥＣＵ２１では、第３実施形態と比較すると、電流検出部３７が、第２実施形態と同様に図３の検出停止処理を一定時間毎に行う点が異なる。但し、電流検出部３７は、図３のＳ１１０では、電圧制御部３５によりポンプセル２３ａへの印加電圧が変更されたか否かを判定する。具体的には、Ｄ／Ａ変換器３８の出力電圧Ｖｏが変更されたか否かを判定する。

［４−２．動作］
図６と同様の例を表す図７に示すように、時刻ｔ１３で電圧制御部３５がＤ／Ａ変換器３８の出力電圧Ｖｏを変更すると、電流検出部３７は所定時間だけセンサ電流の検出を停止する。そして、電流検出部３７は、その所定時間が経過した後の電流検出タイミングである時刻ｔ１５からセンサ電流の検出を再開する。尚、図７において、時刻ｔ１１から時刻ｔ１３までの状況は、図６と同じである。また、図７の例では、図４の例と同様に、前述のＮが３に設定された場合を示している。つまり、電流検出部３７は、時刻ｔ１３から３回目の電流検出タイミングまではセンサ電流の検出を停止し、４回目の電流検出タイミングである時刻ｔ１５にて、センサ電流を検出している。

［４−３．効果］
第４実施形態によれば、前述した第３実施形態と同様の効果に加えて、更に以下の効果を奏する。即ち、電流検出部３７は、電圧制御部３５がポンプセル２３ａへの印加電圧を変更した場合に、センサ電流の検出を所定時間だけ止めるように構成されているため、印加電圧の変更に伴う容量性電流をセンサ電流として検出してしまうことを、一層確実に抑制することができる。

［５．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

例えば、第１，第２実施形態のＥＣＵ１では、第２電圧制御部６が、Ｄ／Ａ変換器９の出力電圧Ｖｏ２、即ちセル３ａのマイナス側端子３ｍに印加する電圧を、センサ電流に応じて可変制御するように構成しても良い。この場合には、第２電圧制御部６が、電圧制御部に相当する。また、第１，第２実施形態のＥＣＵ１では、Ｄ／Ａ変換器８の出力電圧Ｖｏ１と、Ｄ／Ａ変換器９の出力電圧Ｖｏ２との、両方を、センサ電流に応じて可変制御するように構成されても良い。この場合には、第１電圧制御部５と第２電圧制御部６とが、電圧制御部に相当する。

また、上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしても良い。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしても良い。また、上記実施形態の構成の一部を省略しても良い。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換しても良い。尚、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

また、上述したＥＣＵの他、当該ＥＣＵを構成要素とするシステム、当該ＥＣＵとしてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、空燃比センサの制御方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１，２１…ＥＣＵ、３，２３…空燃比センサ、３ａ…セル、２３ａ…ポンプセル、２３ｂ…起電力セル、５…第１電圧制御部、３５…電圧制御部、７，３７…電流検出部

Claims (2)

1. 電圧が印加された状態で空燃比に応じた電流が流れるように構成されたセル（３ａ）を備えた限界電流式の空燃比センサ（３）、が接続される空燃比センサ制御装置（１）であって、
   前記セルに流れる電流を、空燃比を表すセンサ電流として検出するように構成された電流検出部（７）と、
   前記電流検出部により検出された前記センサ電流に応じて、前記セルに印加する電圧である印加電圧を制御するように構成された電圧制御部（５）と、を備え、
   前記電圧制御部が前記印加電圧を変更するタイミングである電圧変更タイミングと、前記電流検出部が前記センサ電流を検出するタイミングである電流検出タイミングとが、ずらされており、
   しかも、
   前記電流検出タイミングは、一定時間毎のタイミングであり、
   前記電圧変更タイミングは、前記電流検出タイミング同士の間のタイミングであり、
   前記電圧変更タイミングの直前の前記電流検出タイミングから当該電圧変更タイミングまでの時間が、当該電圧変更タイミングから当該電圧変更タイミングの直後の前記電流検出タイミングまでの時間よりも、短い時間に設定されている、
   空燃比センサ制御装置。
2. ポンプセル（２３ａ）と起電力セル（２３ｂ）とを備えた２セルタイプの空燃比センサ（２３）、が接続される空燃比センサ制御装置（２１）であって、
   前記起電力セルの出力電圧が一定電圧となるように、前記ポンプセルに印加する電圧である印加電圧を制御するように構成された電圧制御部（３５）と、
   前記ポンプセルに流れる電流を、空燃比を表すセンサ電流として検出するように構成された電流検出部（３７）と、を備え、
   前記電圧制御部が前記印加電圧を変更するタイミングである電圧変更タイミングと、前記電流検出部が前記センサ電流を検出するタイミングである電流検出タイミングとが、ずらされており、
   しかも、
   前記電流検出タイミングは、一定時間毎のタイミングであり、
   前記電圧変更タイミングは、前記電流検出タイミング同士の間のタイミングであり、
   前記電圧変更タイミングの直前の前記電流検出タイミングから当該電圧変更タイミングまでの時間が、当該電圧変更タイミングから当該電圧変更タイミングの直後の前記電流検出タイミングまでの時間よりも、短い時間に設定されている、
   空燃比センサ制御装置。

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