JP7232108B2 - sensor controller - Google Patents
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Description
本明細書では、ガスセンサの制御を行うセンサ制御装置に関する技術を開示する。 This specification discloses a technique related to a sensor control device that controls a gas sensor.
従来、内燃機関の駆動により生じる排気ガスの濃度をガスセンサで検出する技術が知られている。特許文献1は、ガスセンサの出力の周波数特性は温度に応じて変化するため、温度に応じて変更される制御定数を使用してフィードバック制御を行うガスセンサシステムが記載されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a technique of detecting the concentration of exhaust gas generated by driving an internal combustion engine with a gas sensor.
ところで、複数の気筒を有する内燃機関について、インジェクタの故障や吸入空気の漏れ等に起因して複数の気筒間における混合気の空燃比がインバランス状態となることがある。複数の気筒間の空燃比にインバランス状態が生じると排気特性等を悪化させるため、複数の気筒間の空燃比のインバランス状態を検知する構成が設けられる。このようなインバランス状態を検知する構成を設ける場合には、排気特性等の悪化を抑制するために検知精度を向上させることが好ましい。しかしながら、インバランス状態の検知精度を向上させるためにはインバランス成分周波数の応答性を高める必要があるが、インバランス成分周波数は高周波であり、ガスセンサにより高周波成分の応答性を高めるのは容易ではないという問題がある。 By the way, in an internal combustion engine having a plurality of cylinders, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the plurality of cylinders may become imbalanced due to malfunction of injectors, leakage of intake air, or the like. If the air-fuel ratios among the cylinders become imbalanced, the exhaust characteristics and the like deteriorate. Therefore, a configuration for detecting the air-fuel ratio imbalances among the cylinders is provided. When providing a configuration for detecting such an imbalance state, it is preferable to improve detection accuracy in order to suppress deterioration of exhaust characteristics and the like. However, in order to improve the detection accuracy of the imbalance state, it is necessary to improve the responsiveness of the imbalance component frequency. There is no problem.
本明細書に記載された技術は、上記のような事情に基づいて完成されたものであって、インバランス状態の検知精度を向上させることを目的とする。 The technique described in this specification was perfected based on the circumstances as described above, and aims to improve the detection accuracy of the imbalance state.
本明細書に記載されたセンサ制御装置は、複数の気筒を有する内燃機関の駆動により排出される排気ガスの濃度を検出するガスセンサを制御するセンサ制御装置であって、前記複数の気筒間における前記排気ガスの濃度のインバランス状態の検知が行われる際に、前記ガスセンサを制御するための第1制御用定数を第2制御用定数に切り替えて前記ガスセンサを制御する制御部を備える。
本明細書に記載されたセンサ制御方法は、複数の気筒を有する内燃機関の駆動により排出される排気ガスの濃度を検出するガスセンサを制御するセンサ制御方法であって、前記複数の気筒間における前記排気ガスの濃度のインバランス状態の検知が行われる際に、前記ガスセンサを制御するための第1制御用定数を第2制御用定数に切り替えて前記ガスセンサを制御する制御手順を備える。
複数の気筒を有する内燃機関のインバランス状態について、検知時の精度を向上させるため、センサ制御用定数(PID等)の高周波成分の応答を高めた設定値で常に制御し、センサの高周波信号を増幅する場合には、一般的なノイズも高周波成分であるためノイズ成分が増幅されてしまい、燃料フィードバック制御等の誤作動等の不具合が懸念される。
一方、上記構成によれば、インバランス状態の検知が行われる際には、制御部は、第1制御用定数を第2制御用定数に切り替えてガスセンサを制御するため、例えば、通常時(インバランス状態の非検知時)と、インバランス状態の検知時との双方で高周波成分の応答を高めた一つの制御用定数を用いてガスセンサを制御する構成と比較して、燃料フィードバック制御等の誤作動を抑制しつつ、インバランス状態の発生時における検知精度を向上させることが可能になる。
A sensor control device described in the present specification is a sensor control device for controlling a gas sensor that detects the concentration of exhaust gas emitted by driving an internal combustion engine having a plurality of cylinders, A control unit is provided for controlling the gas sensor by switching a first control constant for controlling the gas sensor to a second control constant when detecting an imbalance state of concentration of the exhaust gas.
A sensor control method described in the present specification is a sensor control method for controlling a gas sensor that detects the concentration of exhaust gas emitted by driving an internal combustion engine having a plurality of cylinders, A control procedure is provided for controlling the gas sensor by switching a first control constant for controlling the gas sensor to a second control constant when an imbalance state of the concentration of the exhaust gas is detected.
In order to improve the detection accuracy of the imbalance state of an internal combustion engine with multiple cylinders, the sensor control constant (PID, etc.) is always controlled with a set value that enhances the response of the high-frequency component, and the high-frequency signal of the sensor is controlled. In the case of amplification, since general noise is also a high-frequency component, the noise component is amplified, and problems such as malfunction of fuel feedback control and the like are feared.
On the other hand, according to the above configuration, when the imbalance state is detected, the control unit switches the first control constant to the second control constant to control the gas sensor. In comparison with the configuration in which the gas sensor is controlled using a single control constant that enhances the response of the high-frequency component both when the balance state is not detected and when the imbalance state is detected, errors such as fuel feedback control are reduced. It is possible to improve the detection accuracy when an imbalance state occurs while suppressing the operation.
本明細書に記載された技術の実施態様としては以下の態様が好ましい。
前記第1制御用定数と前記第2制御用定数とを記憶する記憶部を備える。
前記第2制御用定数は、前記第1制御用定数よりも前記インバランス状態の検知感度を高めるように設定されている。
このようにすれば、第1制御用定数を第2制御用定数に切り替えることによりインバランス状態の検知感度を高めることが可能になる。
The following aspects are preferred as embodiments of the technology described in this specification.
A storage unit for storing the first control constant and the second control constant is provided.
The second control constant is set so as to increase the detection sensitivity of the imbalance state more than the first control constant.
In this way, by switching the first control constant to the second control constant, it is possible to increase the detection sensitivity of the imbalance state.
前記第2制御用定数は、前記第1制御用定数を用いた場合の伝達関数の周波数特性の利得よりも前記第2制御用定数を用いた場合の伝達関数の周波数特性の利得を上げるように設定されている。 The second control constant is set so that the gain of the frequency characteristic of the transfer function when using the second control constant is higher than the gain of the frequency characteristic of the transfer function when the first control constant is used. is set.
前記第2制御用定数は、前記第1制御用定数を用いた場合の伝達関数の周波数特性の位相よりも前記第2制御用定数を用いた場合の伝達関数の周波数特性の位相を下げるように設定されている。 The second control constant lowers the phase of the frequency characteristic of the transfer function when the second control constant is used than the phase of the frequency characteristic of the transfer function when the first control constant is used. is set.
前記制御部は、前記インバランス状態の検知が行われた後には、前記第2制御用定数を前記第1制御用定数に切り替えて前記ガスセンサを制御する。 The control unit controls the gas sensor by switching the second control constant to the first control constant after the imbalance state is detected.
本明細書に記載された技術によれば、インバランス状態の検知精度を向上させることが可能になる。 According to the technique described in this specification, it is possible to improve the detection accuracy of the imbalance state.
<実施形態1>
本実施形態のセンサ制御装置50は、車両に搭載されて内燃機関11の駆動により生じる排気ガスの濃度を検出するガスセンサ30を制御するものである。図1に示すように、ガスセンサ30、処理装置としてのECU40(Electronic Control Unit)及びセンサ制御装置50を含んでセンサシステム1が構成され、センサ制御装置50は、ガスセンサ30とECU40との間に通信線により接続されている。
<
A
内燃機関11は、本実施形態では例えば4気筒のガソリンエンジンとされており、外部から吸入された空気が流通する吸気管12と燃料の燃焼により生じた排気ガスが流通する排気管13とが連結されている。吸気管12におけるインジェクタ27の上流側には、内燃機関11への空気の吸気量を調整するスロットル弁16と、吸入された空気の吸気圧を検出する吸気圧センサ18とが設けられている。インジェクタ27は、燃料タンクTAに接続され、内燃機関11の上流側において複数の気筒のそれぞれに設けられており、ECU40からの制御信号に応じて内燃機関11に燃料を噴射する。
In this embodiment, the
吸気管12と排気管13との間にはEGR管14が接続されている。EGR管14は、排気管13の排気ガスを吸気管12に還流させる。EGR管14には、EGR弁15が設けられており、EGR管14内を流通する排気ガスの流量がEGR弁15により調整される。内燃機関11の近傍には、冷却水19の水温を検出するための水温センサ20が配され、内燃機関11のクランク軸22には、所定のクランク角度毎にパルス信号を出力する回転角度センサ23が接続されている。回転角度センサ23により内燃機関11の回転数が検出される。吸気圧センサ18、水温センサ20及び回転角度センサ23の検出信号は、ECU40に出力される。また、EGR弁15及びスロットル弁16の開度は、ECU40からの制御信号により制御される。排気管13におけるガスセンサ30の下流側には、排気ガスに含まれる有害物質を除去するための三元触媒(図示しない)が設けられている。
An EGR
ガスセンサ30は、いわゆるリニアラムダセンサであって、内燃機関11の下流側の排気管13に取り付けられ、排気ガス中の酸素濃度を広域にわたって検出する。ECU40は、CPU(Central Processing Unit)、ROM、RAMを備え、CPUがROMに記憶されたプログラムを実行し、各種センサから検出信号が入力されるとともに、インジェクタ27等を動作させるための制御信号を出力する。
The
センサシステム1の電気的構成について、図2を参照しつつ説明する。
図2に示すように、ガスセンサ30は、ポンプセル31と、起電力セル32と、ヒータ33とを備える。ポンプセル31及び起電力セル32は、共に、部分安定化ジルコニアにより板状に形成された酸素イオン伝導性固体電解質体と、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された電極とを有し、いわゆる限界電流方式によって酸素濃度を検出する。ポンプセル31の電極間に流れるポンプ電流Ipは、酸素濃度が高くなるほど大きくなるため、排気ガス中の酸素濃度が高くなる(空燃比がリーン側になる)と、ポンプ電流Ipの限界電流は増加し、排気ガス中の酸素濃度が低くなる(空燃比がリッチ側になる)と、限界電流は減少する。したがって、ポンプ電流Ipを測定することで、排気ガス中の酸素濃度を検出することができる。
An electrical configuration of the
As shown in FIG. 2 , the
ヒータ33は、アルミナを主体とする材料にて形成され、その内部には、白金を主体とする材料にて形成された発熱抵抗体を備えている。ヒータ33は、センサ制御装置50から供給される電力により、起電力セル32及びポンプセル31の温度が活性化温度となるように制御され、起電力セル32及びポンプセル31が活性化することで排気ガスの濃度を検出可能な状態となる。
The
ECU40は、駆動状態判断部41と、インバランス検知部42と、入出力部45と、を備える。駆動状態判断部41は、内燃機関11の駆動に関連する状態が所定の変動範囲内にあるか否かを判断する。具体的には、内燃機関自体の駆動状態の変動や、内燃機関11の駆動に応じて動作する機器等の変動の範囲が、予めメモリに記憶されている所定の値よりも小さいか否かを判断する。本実施形態では、駆動状態判断部41は、回転角度センサ23(図1)に接続されており、回転角度センサ23により検出される回転数の変動が所定の変動範囲内にあるか否かを判断する。例えば、回転角度センサ23により検出された回転数の単位時間当たりの変化量が予めECU40のメモリに記憶されている所定の上下限値の範囲である場合に、内燃機関11の駆動に関連する状態が所定の変動範囲内にあると判断することができる。なお、内燃機関11の駆動に関連する状態が所定の変動範囲内にあるか否かは、回転角度センサ23の回転数の変動に限られない。例えば、吸気圧センサ18により検出される吸気管12の吸気圧の変動、水温センサ20により検出される冷却水10の温度の変動、インジェクタ27により噴射される燃料噴射量の変動、EGR(排気再循環。Exhaust Gas Recirculation)率の変動が所定の変動範囲内にあるか否かを判断するようにしてもよく、これらの少なくとも一つに基づいて内燃機関11の駆動に関連する状態が所定の変動範囲内にあるか否かを判断することができる。
The
インバランス検知部42は、インバランス診断部43と、インバランス判定部44とを備える。インバランス診断部43は、ガスセンサ30により検出され、センサ制御装置50から入力された検出信号のサンプリングデータ等を用いて高速フーリエ変換(FFT)処理を実行し、0.5次周波数成分強度及び1次周波数成分強度のFFT強度を算出する。0.5次周波数成分及び1次周波数成分は、エンジン回転数[rpm]に対応する周波数[Hz]の1/2及び1倍の周波数に対応する周波数成分である。ガスセンサ30の応答性を高めると、インバランス状態の検知時のノイズが大きくなりやすいが、インバランス検知診断は、比較的短時間で可能とされており、ノイズの問題は生じにくくなっている。具体的には、本実施形態では、インバランス診断処理は、例えば、20サイクル(=40回転)程度で行うことでき、仮に3000rpmの場合、1回転で1/(3000/60)secであるため、20サイクルでは、1/(3000/60)×40=0.8sでインバランス状態の検知を行うことができる。
The
インバランス判定部44は、インバランス診断部43から出力されるFFT強度を予めメモリに記憶されている所定の閾値と比較し、インバランス状態の有無を判定し、判定したインバランス状態の有無の情報を出力する。
The
センサ制御装置50は、ASIC(Application Specific integrated circuit,特定用途向け集積回路)で実現されており、図2に示すように、基準電圧生成部51、電流供給部52、AD変換部53、PID制御部55(「制御部」の一例)、電流DA変換部58、Rpvs演算部59、デューティ演算部60、ヒータ駆動部61及び入出力部62を備える。また、センサ制御装置50は、ポンプセル31の正極側に電気的に接続されるポンプ電流端子TIp、起電力セル32の負極側とポンプセル31の正極側とに電気的に接続される共通端子TCOM、起電力セル32の負極側に電気的に接続される電圧検出端子TVs、及びヒータ端子THを備える。
The
基準電圧生成部51は、共通端子TCOMに印加される基準電圧を発生させる。本実施形態では、基準電圧は2.7Vとされている。電流供給部52は、電圧検出端子TVsを介して起電力セル32に微小電流Icpを供給することにより、図示しない基準電極側へ酸素イオンを移動させて、ガス検出の基準となる酸素濃度雰囲気を基準電極に生成する。これにより、基準電極は排気ガス中の酸素濃度を検出するための基準となる酸素基準電極として機能する。更に、電流供給部52は、起電力セル32の内部抵抗値を検出するためのパルス電流Irpvsを、電圧検出端子TVsを介して起電力セル32に供給する。
The
AD変換部53は、電圧検出端子TVsから入力されるアナログ信号の電圧値をデジタル信号へ変換し、PID制御部55とRpvs演算部59とに出力する。PID制御部55は、AD変換部53から入力されるデジタル信号に基づいて、電圧検出端子TVsにおける電圧と、共通端子TCOMにおける電圧との電圧差が、予め設定された目標電圧(例えば、450mV)となるように、ポンプ電流Ipを調整するフードバック制御を行う。
The
PID制御部55は、第1制御用定数PID1と、第2制御用定数PID2とが記憶される記憶部56とを備える。第1制御用定数PID1と、第2制御用定数PID2とは、ガスセンサ30を制御するためのPID制御(Proportional-Integral-Differential Controller)に用いられる伝達関数の制御用定数であり、予め記憶部56に記憶されている。第1制御用定数PID1と第2制御用定数PID2との関係は、ガスセンサ30を制御するための伝達関数に用いた場合に、第2制御用定数PID2については、第1制御用定数PID1よりも複数の気筒間の空燃比のインバランス状態の検知感度が高くなる制御用定数とされている。具体的には、本実施形態では、第2制御用定数PID2については、第1制御用定数PID1よりも周波数特性のゲインを上げるようにPIDの値が設定されている。
The
より詳しくは、センサ制御装置50は、図3に示すように、制御対象としてのガスセンサ30に対して制御回路により伝達関数C(s)を用いたフィードバック制御を行っている。
なお、図3の伝達関数C(s)のPID制御(PID演算)部分の伝達関数CPID(s)は、
CPID(s)=KP+KI/s+KDs=KP{1+(1/TIs)+TDs}
であり、KP:比例定数、KI:積分定数、KD:微分定数、s:ラプラス演算子、TI=KP/KI:積分時間、TD=KD/KP:微分時間とされる。
そして、第1制御用定数PID1と第2制御用定数PID2とは、図3の伝達関数C(s)のPID制御(PID演算)部分の伝達関数CPID(s)における比例定数KP、積分定数KI、微分定数KDを異なる定数(値)に切り替えたものである。
More specifically, as shown in FIG. 3, the
In addition, the transfer function C PID (s) of the PID control (PID calculation) portion of the transfer function C ( s) in FIG.
C PID (s)=K P +K I /s+K D s=K P {1+(1/T I s)+T D s}
, K P : constant of proportionality, KI : constant of integration, K D : differential constant, s: Laplace operator, TI = K P /K I : integral time, TD = K D /K P : differential time It is said that
The first control constant PID1 and the second control constant PID2 are the proportionality constant K P and the integral The constant K I and the differential constant K D are switched to different constants (values).
図2に示すように、PID制御部55は、ECU40から入力される制御用定数の切り替えの指示信号S1,S3に応じて、PID制御(PID演算)に用いられる伝達関数CPID(s)の第1制御用定数PID1と第2制御用定数PID2とを切り替える。ここで、図4A,図5A,図6Aは、伝達関数Cの周波数特性を示し、図4B,図5B,図6Bは、閉ループ周波数特性を示す。各図中、ゲイン(利得)を実線で示し、位相(Phase)を破線で示す。図4A,図4Bは、第1制御用定数PID1を用いた場合の伝達関数Cの周波数特性、閉ループ周波数特性であり、図5A,図5Bは、第1制御用定数PID1よりもゲインを上げるように設定された第2制御用定数PID2を用いた場合の伝達関数Cの周波数特性、閉ループ周波数特性であり、図6A,図6Bは、第1制御用定数PID1よりも位相を下げるように設定された第2制御用定数PID2を用いた場合の伝達関数Cの周波数特性、閉ループ周波数特性である。
As shown in FIG. 2, the
図5Aに示すように、第1制御用定数PID1よりも伝達関数の周波数特性のゲインを上げる第2制御用定数PID2を用いた場合(図5Aの破線矢印に示すように、図4AのグラフG1Aに対して1目盛分だけゲインを上げたグラフG21A)には、図5Bの破線で囲んだ部分に示すように、図4BのグラフG1Bに対してグラフG21Bは応答性が向上している。したがって、伝達関数に第2制御用定数PID2を用いることにより、第1制御用定数PID1を用いる場合よりもインバランス状態の検出感度が高められることがわかる。 As shown in FIG. 5A, when the second control constant PID2 that increases the gain of the frequency characteristic of the transfer function more than the first control constant PID1 is used (as shown by the dashed arrow in FIG. 5A, the graph G1A in FIG. 4A In the graph G21A) in which the gain is increased by one scale, the response of the graph G21B is improved compared to the graph G1B of FIG. 4B, as shown in the portion surrounded by the broken line in FIG. 5B. Therefore, by using the second control constant PID2 for the transfer function, it can be seen that the detection sensitivity of the imbalance state can be improved more than when the first control constant PID1 is used.
ここで、インバランス状態の検出感度を高めるためには、第2制御用定数PID2について、伝達関数の周波数特性のゲインを上げるように設定する構成に限られない。具体的には、例えば、他の実施形態として、図6A,図6Bに示すように、第2制御用定数PID2は、第1制御用定数PID1よりも伝達関数の周波数特性の位相を下げるように設定された第2制御用定数PID2を用いた場合(図6Aの破線矢印に示すように、図4AのグラフP1Aに対して0.5目盛分だけ位相を下げたグラフP22A)には、図6B(破線で囲んだ部分)に示すように、図4BのグラフP1Bに対してグラフP22Bは応答性が向上している。このように位相を下げるように設定された第2制御用定数PID2を用いることによってもインバランス状態の検出感度が高められることがわかる。なお、伝達関数の周波数特性の位相を下げる場合、図6Bに示すように、所定の周波数の範囲(破線で囲んだ部分)で応答性を向上させることができるものの、点GTのようにゲインが大きくなりすぎる箇所が生じてガスセンサ制御系が発振する可能性があるため、上記した伝達関数の周波数特性のゲインを上げるように設定された第2制御用定数PID2を用いる構成の方がより好ましい。 Here, in order to increase the detection sensitivity of the imbalance state, the configuration is not limited to setting the second control constant PID2 so as to increase the gain of the frequency characteristic of the transfer function. Specifically, for example, as another embodiment, as shown in FIGS. 6A and 6B, the second control constant PID2 is set to lower the phase of the frequency characteristics of the transfer function than the first control constant PID1. When the set second control constant PID2 is used (as indicated by the dashed arrow in FIG. 6A, the graph P22A in which the phase is lowered by 0.5 from the graph P1A in FIG. 4A), FIG. As shown in (the portion surrounded by the dashed line), the responsiveness of graph P22B is improved with respect to graph P1B of FIG. 4B. It can be seen that using the second control constant PID2 that is set to lower the phase in this way also enhances the detection sensitivity of the imbalance state. Note that when the phase of the frequency characteristic of the transfer function is lowered, as shown in FIG. Since there is a possibility that the gas sensor control system oscillates due to the occurrence of excessively large portions, it is more preferable to use the second control constant PID2 set to increase the gain of the frequency characteristic of the transfer function described above.
電流DA変換部58は、PID制御部55から入力されるデジタル信号の電流値を、ポンプ電流Ipに変換する。Rpvs演算部59は、電流供給部52がパルス電流Irpvsを供給しているときにAD変換部53から入力されるデジタル信号に基づいて、起電力
セル32の内部抵抗値Rpvsを算出するための演算を実行し、この内部抵抗値Rpvsを示すデジタル信号をデューティ演算部60へ出力する。
The
デューティ演算部60は、Rpvs演算部59から入力されるデジタル信号に基づいて、起電力セル32の温度を予め設定された目標温度に維持するために必要なヒータ33の発熱量を算出する。そしてデューティ演算部60は、算出したヒータ33の発熱量に基づいて、ヒータ33に供給する電力のデューティ比を算出し、算出したデューティ比に応じたPWM(Pulse Width Modulation)制御信号をヒータ駆動部61へ出力する。ヒータ駆動部61は、デューティ演算部60から入力されるPWM制御信号に基づいてヒータ33を発熱させる。
Based on the digital signal input from the
ECU40の処理について図7を参照しつつ説明する。
ECU40には、回転角度センサ23により駆動状態判断部41に回転数に応じた検出信号が常時入力されている。図7に示すように、ECU40の駆動状態判断部41は、入力された検出信号により、単位時間当たりの回転数の変動が所定の範囲内(駆動状態が所定の変動範囲内)であるか否かを判断する(S11)。回転数の変動が所定の変動範囲内ではない場合には(S11で「NO」)、燃料の噴射量等の駆動状態の変動が大きくなっており、仮に複数の気筒のインバランス状態の検知を行ったとしても精度の高いインバランス状態の検知を行うことができないため、処理を終了する。
Processing of the
In the
一方、単位時間当たりの回転数の変動が所定の範囲内である場合には(S11で「YES」)、センサ制御装置50に対して、当該センサ制御装置50に設定されている伝達関数の第1制御用定数PID1について第2制御用定数PID2への切り替えを指示する指示信号S1を出力する(S12)。
On the other hand, if the variation in the number of revolutions per unit time is within the predetermined range ("YES" in S11), the
次に、センサ制御装置50から伝達関数の制御用定数の切り替えの完了信号S2を受信するのを待つ(S13で「NO」)。センサ制御装置50から伝達関数の制御用定数の切り替えの完了信号S2を受信すると(S13で「YES」)、インバランス診断用演算を行う(S14)。インバランス診断用演算では、インバランス検知部42は、ガスセンサ30により検出された空燃比の検出信号に基づいて高速フーリエ変換処理を実行し、0.5次周波数成分強度及び1次周波数成分強度を算出する。
Next, it waits to receive a completion signal S2 for switching the control constant of the transfer function from the sensor control device 50 ("NO" in S13). When the transfer function control constant switching completion signal S2 is received from the sensor control device 50 ("YES" in S13), an imbalance diagnosis calculation is performed (S14). In the imbalance diagnosis calculation, the
次に、算出した0.5次周波数成分強度及び1次周波数成分強度を予めメモリに記憶されている閾値と比較する(S15)。0.5次周波数成分強度及び1次周波数成分強度が閾値以上である場合には(S15で「YES」)、複数の気筒間で空燃比のインバランス状態が発生している可能性が高いため、インバランス状態であることを示す検知信号を外部等に出力する(S16)。なお、インバランス状態であることを示す検知信号が出力されると、例えば外部等の図示しない警告灯を表示させることができる。一方、0.5次周波数成分強度及び1次周波数成分強度が閾値以上でない場合(S15で「NO」)にはインバランス状態の検知信号を出力しない(又はインバランス状態ではないことを示す検知信号を出力する)。
次に、センサ制御装置50に対して伝達関数の第2制御用定数PID2を、第1制御用定数PID1に切り替える指示信号S3を出力し(S17)、処理を終了する。なお、センサ制御装置50における第1制御用定数PID1への切り替え後に、センサ制御装置50から切り替えが完了したことを示す信号S4を受けて処理を終了するようにしてもよい。
Next, the calculated 0.5th-order frequency component intensity and 1st-order frequency component intensity are compared with thresholds stored in advance in the memory (S15). If the 0.5th order frequency component intensity and the 1st order frequency component intensity are equal to or greater than the threshold ("YES" in S15), there is a high possibility that an air-fuel ratio imbalance has occurred between a plurality of cylinders. , a detection signal indicating the imbalance state is output to the outside (S16). When a detection signal indicating an imbalance state is output, for example, an external warning light (not shown) can be displayed. On the other hand, if the 0.5th order frequency component intensity and the 1st order frequency component intensity are not equal to or greater than the threshold ("NO" in S15), no imbalance state detection signal is output (or a detection signal indicating that the imbalance state is not present). ).
Next, an instruction signal S3 for switching the second control constant PID2 of the transfer function to the first control constant PID1 is output to the sensor control device 50 (S17), and the process ends. After switching to the first control constant PID1 in the
センサ制御装置50の処理について図8を参照しつつ説明する。
センサ制御装置50は、図8に示すように、ECU40から制御用定数の切替指示の信号S1があるまで(S21で「NO」)、伝達関数として第1制御用定数PID1を用いてガスセンサ30のフィードバック制御を行う。そして、ECU40から制御用定数の切替指示の信号S1を受信すると(S21で「YES」)、第2制御用定数PID2を記憶部56から読み出し、伝達関数の第1制御用定数PID1を第2制御用定数PID2に切り替え(S22)、ECU40に対して切り替えが完了したことを示す信号S2を出力する。なお、このとき現在設定されている制御用定数に関する情報(例えばPID2を使用することを示す情報や、変更された伝達関数の情報)を記憶部56に記憶してもよい。
Processing of the
As shown in FIG. 8, the
そして、ECU40から制御用定数を元に戻す切り替えの指示信号S3を受信するまで(S23で「NO」)、第2制御用定数PID2を用いてガスセンサ30の制御を行う。ECU40から制御用定数を元に戻す切り替えの指示信号S3を受信すると(S23で「YES」)、伝達関数の第2制御用定数PID2を第1制御用定数PID1に切り替え(S24)、処理を終了する。なお、第2制御用定数PID2から第1制御用定数PID1への切り替え後に、ECU40に対して切り替えが完了したことを示す信号S4を出力してもよい。
Then, the
本実施形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
本実施形態のセンサ制御装置50は、複数の気筒を有する内燃機関11の駆動により排出される排気ガスの濃度を検出するガスセンサ30を制御するセンサ制御装置50であって、複数の気筒間における排気ガスの濃度のインバランス状態の検知が行われる際に、ガスセンサ30を制御するための第1制御用定数PID1を第2制御用定数PID2に切り替えてガスセンサ30を制御するPID制御部55(制御部)を備える。
複数の気筒を有する内燃機関11のインバランス状態について、検知時の精度を向上させるため、センサ制御用定数(PID等)の高周波成分の応答を高めた設定値で常に制御し、センサの高周波信号を増幅する場合には、一般的なノイズも高周波成分であるためノイズ成分が増幅されてしまい、燃料フィードバック制御等の誤作動等の不具合が懸念される。
一方、上記実施形態によれば、インバランス状態の検知が行われる際には、PID制御部55は、第1制御用定数PID1を第2制御用定数PID2に切り替えてガスセンサ30を制御するため、例えば、通常時(インバランス状態の非検知時)とインバランス状態の検知時との双方で高周波成分の応答を高めた一つの制御用定数を用いてガスセンサ30を制御する構成と比較して、燃料フィードバック制御等の誤作動を抑制しつつ、インバランス状態の発生時における検知精度を向上させることが可能になる。
According to this embodiment, the following functions and effects are obtained.
The
In order to improve the accuracy at the time of detection of the imbalance state of the
On the other hand, according to the above embodiment, when the imbalance state is detected, the
また、第2制御用定数PID2は、第1制御用定数PID1よりもインバランス状態の検知感度を高めるように設定されている。
このようにすれば、第1制御用定数PID1を第2制御用定数PID2に切り替えることによりインバランス状態の検知感度を高めることが可能になる。
Further, the second control constant PID2 is set so as to increase the detection sensitivity of the imbalance state more than the first control constant PID1.
By doing so, it is possible to increase the detection sensitivity of the imbalance state by switching the first control constant PID1 to the second control constant PID2.
また、PID制御部55は、インバランス状態の検知が行われた後には、第2制御用定数PID2を第1制御用定数PID1に切り替えてガスセンサ30を制御する。
このようにすれば、第2制御用定数PID2の使用時間が長くなることによる燃料フィードバック制御等の精度低下を抑制することができる。
After the imbalance state is detected, the
By doing so, it is possible to suppress deterioration in the accuracy of fuel feedback control or the like due to an increase in the usage time of the second control constant PID2.
また、PID制御部55は、内燃機関11の状態が所定の変動範囲内にある場合に、第1制御用定数PID1を第2制御用定数PID2に切り替えてガスセンサ30を制御する。
このようにすれば、例えば内燃機関11の駆動に関連する状態の変動が大きい場合に制御用定数の切り替えが行われる構成と比較して、内燃機関11の燃料フィードバック制御等に与える影響を少なくすることができる。
Further, the
In this way, the effect on the fuel feedback control of the
<他の実施形態>
本明細書に記載された技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本明細書に記載された技術の技術的範囲に含まれる。
(1)ガスセンサ30は、ポンプセル31と起電力セル32との2セルで構成されるガスセンサとしたが、これに限られず、ポンプセルと起電力セルとで一つのセンサ素子を構成する1セルのガスセンサを用いてもよい。
<Other embodiments>
The technology described in this specification is not limited to the embodiments described in the above description and drawings, and for example, the following embodiments are also included in the technical scope of the technology described in this specification.
(1) The
(2)上記実施形態でソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。例えば、PID制御部55は、デジタル処理によりPID演算を行う構成としたが、これに限られず、例えば、抵抗素子、コイル、コンデンサ等を用いたアナログ回路により制御用定数を切り替える(変更する)構成としてもよい。例えば、アナログ回路について第1制御用定数PID1を生成可能な第1抵抗器と、第1抵抗器と抵抗値が異なり、第2制御用定数PID2を生成可能な第2抵抗器とを設け、第1抵抗器と第2抵抗器との一方をスイッチで切り替えることにより第1制御用定数PID1と第2制御用定数PID2とを切り替えるようにしてもよい。また、PID制御部55による演算は、PIDの全ても用いなくてもよく、例えば、P演算、PI演算、PD演算等を行ってもよい。また、制御用定数としてPID以外の定数を用いてもよい。
(2) A part of the configuration implemented by software in the above embodiments may be replaced with hardware. For example, the
(3)第1制御用定数PID1と第2制御用定数PID2との切り替えは、内燃機関11の駆動に関連する状態の変動に関わらず、インバランス状態の検知が行われる際に行うようにしてもよい。例えば、予め設定されているインバランス状態の検知が行われるタイミング(時間)で第1制御用定数PID1と第2制御用定数PID2との切り替えを行う構成としてもよい。
(3) Switching between the first control constant PID1 and the second control constant PID2 is performed when an imbalance state is detected regardless of changes in the state related to the driving of the
(4)ガスセンサ30として酸素センサを用いる形態を説明したが、酸素以外のガス(例えば、NOxなど)を検出するガスセンサとしてもよい。
(5)記憶部56は、PID制御部55に備えられる構成としたが、これに限られず、PID制御部55以外に、第1制御用定数PID1と第2制御用定数PID2とが記憶される記憶部を備える構成としてもよい。
(4) Although an embodiment using an oxygen sensor as the
(5) The
(6)センサ制御装置50とECU40とを別々に構成したが、ECU40の回路構成の一部又は全部をセンサ制御装置内に含めて構成してもよい。
(6) Although the
1:センサシステム,11:内燃機関,30:ガスセンサ,40:ECU,42:インバランス検知部,50:センサ制御装置,55:PID制御部(制御部),56:記憶部,PID1:第1制御用定数,PID2:第2制御用定数 1: sensor system, 11: internal combustion engine, 30: gas sensor, 40: ECU, 42: imbalance detection unit, 50: sensor control device, 55: PID control unit (control unit), 56: storage unit, PID1: first Control constant, PID2: second control constant
Claims (7)
前記複数の気筒間における前記排気ガスの濃度のインバランス状態の検知が行われる際に、前記ガスセンサを制御するための第1制御用定数を第2制御用定数に切り替えて前記ガスセンサを制御する制御部を備え、
前記ガスセンサは、ポンプセルと、起電力セルと、を備え、
前記ガスセンサは、前記ポンプセルに流れるポンプ電流に基づいて排気ガスの濃度を検出し、
前記制御部は、前記起電力セルにかかる電圧が予め設定された目標電圧となるように、前記ポンプ電流をフィードバック制御し、
前記第1制御用定数と前記第2制御用定数とは、前記フィードバック制御に用いる定数である、センサ制御装置。 A sensor control device for controlling a gas sensor that detects the concentration of exhaust gas emitted by driving an internal combustion engine having a plurality of cylinders,
Control for controlling the gas sensor by switching a first control constant for controlling the gas sensor to a second control constant when detecting an imbalance state of the concentration of the exhaust gas among the plurality of cylinders. having a department ,
The gas sensor comprises a pump cell and an electromotive force cell,
The gas sensor detects the concentration of exhaust gas based on the pump current flowing through the pump cell,
The control unit feedback-controls the pump current so that the voltage applied to the electromotive force cell becomes a preset target voltage,
The sensor control device , wherein the first control constant and the second control constant are constants used for the feedback control .
前記ガスセンサは、ポンプセルと、起電力セルと、を備え、
前記ガスセンサは、前記ポンプセルに流れるポンプ電流に基づいて排気ガスの濃度を検出し、
前記センサ制御装置は、前記起電力セルにかかる電圧が予め設定された目標電圧となるように、前記ポンプ電流をフィードバック制御し、
前記第1制御用定数と前記第2制御用定数とは、前記フィードバック制御に用いる定数である、センサ制御方法。 A sensor control method for a sensor control device for controlling a gas sensor that detects the concentration of exhaust gas emitted by driving an internal combustion engine having a plurality of cylinders, the sensor control method comprising an imbalance state of the concentration of the exhaust gas among the plurality of cylinders. a control procedure for controlling the gas sensor by switching a first control constant for controlling the gas sensor to a second control constant when the detection of
The gas sensor comprises a pump cell and an electromotive force cell,
The gas sensor detects the concentration of exhaust gas based on the pump current flowing through the pump cell,
The sensor control device feedback-controls the pump current so that the voltage applied to the electromotive force cell becomes a preset target voltage,
The sensor control method , wherein the first control constant and the second control constant are constants used for the feedback control .
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