JP2005227013A - Control unit of oxygen concentration sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、酸素濃度を検出する酸素濃度センサの制御装置に関し、特に、車両用の酸素濃度センサのインピーダンスを精度良く検出することが可能な酸素濃度センサの制御装置に関する。 The present invention relates to an oxygen concentration sensor control device that detects an oxygen concentration, and more particularly to an oxygen concentration sensor control device that can accurately detect the impedance of an oxygen concentration sensor for a vehicle.
自動車などの車両においては、エンジンから排出される排気ガス中の酸素濃度を、酸素濃度センサなどによって検出し、この検出値に基づいて、燃料噴射量や排気浄化用触媒の制御などを行っている。この酸素濃度センサの特性として、その出力電圧の温度依存性が高いこと(所定温度以上でO2センサとして機能すること)が分かっている。これは、温度が上がると、酸素濃度センサ内のジルコニア素子の活性状態が良くなり、所定酸素濃度差が生じた場合に起電力を発生するためである。したがって、酸素濃度センサを、最適に酸素濃度を検出できる温度(以下、この温度を「活性温度」と呼ぶ)に保つための制御を行う必要がある。一般的には、酸素濃度センサにヒータを付設し、ヒータを制御して酸素濃度センサを活性温度付近に維持している。 In vehicles such as automobiles, the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the engine is detected by an oxygen concentration sensor or the like, and the fuel injection amount and the exhaust purification catalyst are controlled based on the detected value. . As a characteristic of this oxygen concentration sensor, it is known that the temperature dependence of the output voltage is high (functions as an O 2 sensor at a predetermined temperature or higher). This is because when the temperature rises, the active state of the zirconia element in the oxygen concentration sensor is improved, and an electromotive force is generated when a predetermined oxygen concentration difference occurs. Therefore, it is necessary to perform control for maintaining the oxygen concentration sensor at a temperature at which the oxygen concentration can be optimally detected (hereinafter, this temperature is referred to as “activation temperature”). Generally, a heater is attached to the oxygen concentration sensor, and the oxygen concentration sensor is maintained near the activation temperature by controlling the heater.
ここで、上記のように酸素濃度センサをヒータにて活性温度に維持するためには、酸素濃度センサの温度を検出する必要があるが、酸素濃度センサに温度センサを直接配設すると、酸素濃度センサの大型化やコストアップを招いてしまう。そこで、酸素濃度センサの素子インピーダンスが素子温度に応じて変化することに着目して、素子インピーダンスを検出し、この検出値から素子温度を算出することが行われている。 Here, in order to maintain the oxygen concentration sensor at the activation temperature with the heater as described above, it is necessary to detect the temperature of the oxygen concentration sensor. However, if the temperature sensor is directly disposed on the oxygen concentration sensor, the oxygen concentration sensor This increases the size and cost of the sensor. Accordingly, paying attention to the fact that the element impedance of the oxygen concentration sensor changes according to the element temperature, the element impedance is detected, and the element temperature is calculated from the detected value.
酸素濃度センサのインピーダンスを算出する際に用いるADコンバータに変換誤差があり、これを小さくするのには限界がある。これは、車両用のADコンバータは、コストやプリント基板への実装などの制限があり、精度の高いものを用いることができないからである。このADコンバータの変換誤差が原因で、酸素濃度センサのインピーダンスを精度良く検出することが可能なインピーダンスの範囲は限定されてしまい、その範囲からずれるに従ってインピーダンスの検出精度は低下してしまう。 There is a conversion error in the AD converter used when calculating the impedance of the oxygen concentration sensor, and there is a limit to reducing this. This is because the AD converter for a vehicle has limitations such as cost and mounting on a printed circuit board, and a highly accurate one cannot be used. Due to the conversion error of the AD converter, the impedance range in which the impedance of the oxygen concentration sensor can be detected with high accuracy is limited, and the impedance detection accuracy decreases with deviation from the range.
本発明の目的は、酸素濃度センサのインピーダンスを精度良く検出することのできる酸素濃度センサの制御装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a control device for an oxygen concentration sensor that can accurately detect the impedance of the oxygen concentration sensor.
本発明の酸素濃度センサの制御装置は、酸素濃度を検出する酸素濃度センサの制御装置であって、前記酸素濃度センサの制御装置に電圧が印加されたときの第1及び第2のノード間の電圧に基づいて前記酸素濃度センサのインピーダンスが算出され、前記酸素濃度センサの前記インピーダンスが相対的に大きいときには、前記酸素濃度センサの制御装置に前記電圧が印加される時間が相対的に大きく設定されるとともに、前記第1及び第2のノード間の電圧の読み込みタイミングが相対的に遅く設定されることを特徴としている。 The oxygen concentration sensor control device according to the present invention is an oxygen concentration sensor control device that detects an oxygen concentration, and includes a first node and a second node when a voltage is applied to the oxygen concentration sensor control device. When the impedance of the oxygen concentration sensor is calculated based on the voltage and the impedance of the oxygen concentration sensor is relatively large, the time during which the voltage is applied to the control device of the oxygen concentration sensor is set to be relatively large. In addition, the voltage reading timing between the first and second nodes is set relatively late.
本発明の酸素濃度センサの制御装置は、酸素濃度を検出する酸素濃度センサの制御装置であって、前記酸素濃度センサの制御装置に電圧が印加されたときの第1及び第2のノード間の電圧に基づいて前記酸素濃度センサのインピーダンスが算出され、第1の読み込みタイミングにて検出された前記第1及び第2のノード間の電圧が設定値よりも小さい場合には、前記第1の読み込みタイミングよりも遅い第2の読み込みタイミングにて検出された前記第1及び第2のノード間の電圧に基づいて、前記酸素濃度センサのインピーダンスが算出されることを特徴としている。 The oxygen concentration sensor control device according to the present invention is an oxygen concentration sensor control device that detects an oxygen concentration, and includes a first node and a second node when a voltage is applied to the oxygen concentration sensor control device. The impedance of the oxygen concentration sensor is calculated based on the voltage, and when the voltage between the first and second nodes detected at the first reading timing is smaller than a set value, the first reading is performed. The impedance of the oxygen concentration sensor is calculated based on the voltage between the first and second nodes detected at a second reading timing that is later than the timing.
本発明の酸素濃度センサの制御装置は、酸素濃度を検出する酸素濃度センサの制御装置であって、前記酸素濃度センサの制御装置に電圧が印加されたときの第1及び第2のノード間の電圧に基づいて前記酸素濃度センサのインピーダンスが算出され、前記算出されたインピーダンスに基づいて、前記酸素濃度センサの制御装置に前記電圧が印加される時間、及び前記第1及び第2のノード間の電圧の読み込みタイミングが決定されることを特徴としている。 The oxygen concentration sensor control device according to the present invention is an oxygen concentration sensor control device that detects an oxygen concentration, and includes a first node and a second node when a voltage is applied to the oxygen concentration sensor control device. Based on the voltage, the impedance of the oxygen concentration sensor is calculated, and based on the calculated impedance, the time during which the voltage is applied to the control device of the oxygen concentration sensor, and between the first and second nodes The voltage reading timing is determined.
本発明の酸素濃度センサの制御装置は、酸素濃度を検出する酸素濃度センサの制御装置であって、前記酸素濃度センサの制御装置に電圧が印加されたときの第1及び第2のノード間の電圧に基づいて前記酸素濃度センサのインピーダンスが算出され、複数の回路定数を有し、前記第1及び第2のノード間の電圧が相対的に大きくなる前記回路定数に切り替えられることを特徴としている。 The oxygen concentration sensor control device according to the present invention is an oxygen concentration sensor control device that detects an oxygen concentration, and includes a first node and a second node when a voltage is applied to the oxygen concentration sensor control device. The impedance of the oxygen concentration sensor is calculated based on a voltage, has a plurality of circuit constants, and is switched to the circuit constant that relatively increases the voltage between the first and second nodes. .
本発明の酸素濃度センサの制御装置は、酸素濃度を検出する酸素濃度センサの制御装置であって、前記酸素濃度センサの制御装置に電圧が印加されたときの第1及び第2のノード間の電圧に基づいて前記酸素濃度センサのインピーダンスが算出され、複数の回路定数を有し、前記第1のノードの電圧が相対的に大きくなる前記回路定数に切り替えられることを特徴としている。 The oxygen concentration sensor control device according to the present invention is an oxygen concentration sensor control device that detects an oxygen concentration, and includes a first node and a second node when a voltage is applied to the oxygen concentration sensor control device. The impedance of the oxygen concentration sensor is calculated based on the voltage, and has a plurality of circuit constants, and is switched to the circuit constant that relatively increases the voltage of the first node.
本発明の酸素濃度センサの制御装置において、前記インピーダンスに基づいて、前記回路定数が切り替えられることを特徴としている。 In the oxygen concentration sensor control device of the present invention, the circuit constant is switched based on the impedance.
本発明の酸素濃度センサの制御装置において、抵抗とコンデンサから構成されるRC回路を備え、前記回路定数として、前記RC回路の抵抗成分が切り替えられることを特徴としている。 The control device for an oxygen concentration sensor according to the present invention includes an RC circuit including a resistor and a capacitor, and the resistance component of the RC circuit is switched as the circuit constant.
本発明の酸素濃度センサの制御装置において、前記酸素濃度センサを駆動するための電圧が印加される入力部と、前記入力部に接続された第1の抵抗と、前記第1の抵抗の前記入力部と逆側の前記第2のノード及び前記酸素濃度センサに前記第1のノードにて接続された第2の抵抗と、前記第2のノードの電圧を検出する第1の電圧検出手段と、前記第1のノードの電圧を検出する第2の電圧検出手段とを備え、前記第1のノードの電圧及び前記第2のノードの電圧に基づいて、前記インピーダンスが算出されることを特徴としている。 In the control device for an oxygen concentration sensor according to the present invention, an input unit to which a voltage for driving the oxygen concentration sensor is applied, a first resistor connected to the input unit, and the input of the first resistor A second resistor connected at the first node to the second node and the oxygen concentration sensor on the opposite side of the unit, and a first voltage detecting means for detecting a voltage at the second node; And a second voltage detecting means for detecting the voltage of the first node, wherein the impedance is calculated based on the voltage of the first node and the voltage of the second node. .
本発明の酸素濃度センサの制御装置において、前記算出されたインピーダンスが相対的に大きい場合には、前記第2の抵抗の抵抗値が相対的に小さくされ、前記算出されたインピーダンスが相対的に小さい場合には、前記第1の抵抗の抵抗値が相対的に小さくされることを特徴としている。 In the control device for an oxygen concentration sensor of the present invention, when the calculated impedance is relatively large, a resistance value of the second resistor is relatively small, and the calculated impedance is relatively small. In this case, the resistance value of the first resistor is relatively small.
本発明の酸素濃度センサの制御装置において、前記抵抗が並列配列に切り替えられることを特徴としている。 In the control device for an oxygen concentration sensor according to the present invention, the resistors are switched to a parallel arrangement.
本発明の酸素濃度センサの制御装置において、前記抵抗及び前記コンデンサの定数は、前記回路定数の切り替えの前後で前記RC回路が所定の時定数を維持するように決定されていることを特徴としている。 In the oxygen concentration sensor control device of the present invention, the constants of the resistor and the capacitor are determined so that the RC circuit maintains a predetermined time constant before and after the switching of the circuit constant. .
本発明の酸素濃度センサの制御装置によれば、酸素濃度センサのインピーダンスを精度良く検出することができる。 According to the control device for an oxygen concentration sensor of the present invention, the impedance of the oxygen concentration sensor can be detected with high accuracy.
以下、本発明の酸素濃度センサの制御装置の一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a control device for an oxygen concentration sensor of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
まず、本実施形態の概要について説明する。
(First embodiment)
First, an outline of the present embodiment will be described.
酸素濃度センサの素子インピーダンスを求める手法として、電極部インピーダンスの影響を受け難い周波数で制御に影響を与えない程度のパルス幅電圧をセンサに印加して求める方法があり、通常パルス電圧印加中の所定の時間後に検出回路の電圧を読み取りインピーダンスの算出を行っている。ところが、センサインピーダンスが大きいと、所定時間後のタイミングでは十分に電圧が飽和していないため、電流検出用のシャント抵抗両端の電圧差が生じ難く、場合によってはその電圧差がAD変換ばらつきの範囲に入り、正確にインピーダンスが測定できない場合がある。この問題を解決するために、センサインピーダンス値によって印加するパルス電圧幅を可変とし、電圧値を読みに行く所定時間も同様に可変にすることで、センサインピーダンス算出精度を確保するものである。 As a method for obtaining the element impedance of the oxygen concentration sensor, there is a method of obtaining a pulse width voltage that does not affect the control at a frequency that is not easily affected by the electrode impedance, and is obtained by applying a pulse width voltage to the sensor. The impedance of the detection circuit is calculated after reading the voltage of the detection circuit. However, if the sensor impedance is large, the voltage is not sufficiently saturated at the timing after a predetermined time, so that a voltage difference between both ends of the shunt resistor for current detection hardly occurs. In some cases, the voltage difference is within the range of variation in AD conversion. In some cases, impedance cannot be measured accurately. In order to solve this problem, the accuracy of sensor impedance calculation is ensured by making the pulse voltage width to be applied variable according to the sensor impedance value and making the predetermined time for reading the voltage value variable as well.
次に、本実施形態の理解を容易にするために、酸素濃度センサの制御装置によるインピーダンス算出の基本原理について説明する。 Next, in order to facilitate understanding of the present embodiment, the basic principle of impedance calculation by the oxygen concentration sensor control device will be described.
酸素濃度センサ(以下、「空燃比センサ」とも呼ぶ)は、車両のエンジンから伸びた排気管に取り付けられており、電圧の印加に伴い排気ガス中の酸素濃度に比例した電流が流れる。酸素濃度センサは、通常、ジルコニア素子の内外面に白金がコーティングされている装置が用いられている。この酸素濃度センサは、センサの内外面の酸素濃度差によって電力が発生する仕組みを利用している。つまり、センサ内部に導入されている大気(酸素を多く含む)とセンサ外部に当たる排気ガス(酸素をそれほど含まない)の酸素の濃度差が大きいほど電圧差が生じ、酸素の濃度差がない場合には電圧差が生じない。酸素濃度センサを流れる電流に対応する電圧値などの電気信号は車両内にあるECU(Engine Control Unit)に供給され、ECUは、この検出結果に基づいて燃料噴射量などの制御を行う。 An oxygen concentration sensor (hereinafter also referred to as “air-fuel ratio sensor”) is attached to an exhaust pipe extending from an engine of a vehicle, and a current proportional to the oxygen concentration in the exhaust gas flows with the application of voltage. As the oxygen concentration sensor, a device in which platinum is coated on the inner and outer surfaces of a zirconia element is usually used. This oxygen concentration sensor uses a mechanism in which electric power is generated by the difference in oxygen concentration between the inner and outer surfaces of the sensor. In other words, when the oxygen concentration difference between the atmosphere introduced into the sensor (which contains a lot of oxygen) and the exhaust gas outside the sensor (which does not contain so much oxygen) is larger, the voltage difference is larger and there is no difference in oxygen concentration. There is no voltage difference. An electrical signal such as a voltage value corresponding to the current flowing through the oxygen concentration sensor is supplied to an ECU (Engine Control Unit) in the vehicle, and the ECU controls the fuel injection amount based on the detection result.
ここで、酸素濃度センサの素子温度と素子インピーダンスの関係を、図8を用いて説明する。図8は、横軸に酸素濃度センサの素子温度を示し、縦軸に素子インピーダンスを示している。酸素濃度センサは、特性Nに示すように、素子温度に応じて素子インピーダンスが著しく変化する特性を有している。また、酸素濃度センサの出力電圧は、所定温度以上で発生し始め、素子温度により起電力が若干変化するため、素子温度を適温(即ち、活性温度)に維持する必要がある。図8においては、T1で示す温度は酸素濃度センサが活性し始める温度であり(例えば、400℃)、T2で示す温度は酸素濃度センサの活性温度である(例えば、700℃)。一般的には、酸素濃度センサにヒータを付設し、ヒータを制御して酸素濃度センサが活性温度T2付近に維持されるように制御している。このとき、酸素温度センサの温度を直接検出するのではなく、図8に示すように酸素濃度センサの素子インピーダンスが素子温度に応じて変化することに注目して、素子インピーダンスを検出し、この検出値から素子温度を算出している。 Here, the relationship between the element temperature and the element impedance of the oxygen concentration sensor will be described with reference to FIG. In FIG. 8, the horizontal axis indicates the element temperature of the oxygen concentration sensor, and the vertical axis indicates the element impedance. As shown by the characteristic N, the oxygen concentration sensor has a characteristic that the element impedance changes remarkably according to the element temperature. Further, the output voltage of the oxygen concentration sensor starts to be generated at a predetermined temperature or higher, and the electromotive force slightly changes depending on the element temperature. Therefore, it is necessary to maintain the element temperature at an appropriate temperature (that is, the activation temperature). In FIG. 8, the temperature indicated by T1 is the temperature at which the oxygen concentration sensor starts to be activated (eg, 400 ° C.), and the temperature indicated by T2 is the activation temperature of the oxygen concentration sensor (eg, 700 ° C.). Generally, a heater is attached to the oxygen concentration sensor, and the heater is controlled so that the oxygen concentration sensor is maintained near the activation temperature T2. At this time, instead of directly detecting the temperature of the oxygen temperature sensor, the element impedance is detected by noting that the element impedance of the oxygen concentration sensor changes according to the element temperature as shown in FIG. The element temperature is calculated from the value.
なお、素子インピーダンスが著しく大きいとき(図8のx1で示す領域)、及び素子インピーダンスが著しく小さいとき(図8のx2で示す領域)においては、素子インピーダンス値を用いて、酸素濃度センサなどの断線やショートの判定を行うことができる。ただし、その場合は、x1及びx2のような領域においても、酸素濃度センサの素子インピーダンスを精度良く算出することが必要である。 When the element impedance is remarkably large (area indicated by x1 in FIG. 8) and when the element impedance is remarkably small (area indicated by x2 in FIG. 8), the disconnection of the oxygen concentration sensor or the like using the element impedance value. Or short circuit can be determined. However, in that case, it is necessary to calculate the element impedance of the oxygen concentration sensor with high accuracy even in regions such as x1 and x2.
次に、図1を用いて、酸素濃度センサの制御装置で採用されている電気的構成について説明する。以下では、主に酸素濃度センサのインピーダンスを検出する方法について述べる。 Next, the electrical configuration employed in the control device for the oxygen concentration sensor will be described with reference to FIG. Hereinafter, a method for detecting the impedance of the oxygen concentration sensor will be mainly described.
図1に示す酸素濃度センサの制御装置100は、主に車載用のECU(Engine Control Unit)10と、ECU10に駆動される酸素濃度センサ5から構成されている。酸素濃度センサ5は、電源電圧Vcによって駆動される。この電源電圧Vcの入力部の直下には、スイッチとして機能するPNP型のトランジスタTpが接続されている。トランジスタTpは、酸素濃度センサ5のインピーダンスRSの測定を行う際にONにされ、酸素濃度センサ5などに電圧を印加する。なお、トランジスタTpは、ECU10によって制御される。 The oxygen concentration sensor control device 100 shown in FIG. 1 mainly includes an in-vehicle ECU (Engine Control Unit) 10 and an oxygen concentration sensor 5 driven by the ECU 10. The oxygen concentration sensor 5 is driven by the power supply voltage Vc. A PNP transistor Tp functioning as a switch is connected immediately below the input portion of the power supply voltage Vc. The transistor Tp is turned on when the impedance RS of the oxygen concentration sensor 5 is measured, and applies a voltage to the oxygen concentration sensor 5 and the like. The transistor Tp is controlled by the ECU 10.
トランジスタTpには抵抗R1が接続され、抵抗R1を介して抵抗R2が接続されている。また、抵抗R2には酸素濃度センサ5が接続されており、酸素濃度センサ5はグランドに接続されている。この酸素濃度センサ5の素子インピーダンスをRSと表記する。そして、抵抗R2の両端にはADコンバータ1とADコンバータ2が接続されており、これらの出力値はECU10に取り込まれる。ECU10は、これらの出力値に基づいて酸素濃度センサ5内のインピーダンスRSを算出する。 A resistor R1 is connected to the transistor Tp, and a resistor R2 is connected via the resistor R1. The oxygen concentration sensor 5 is connected to the resistor R2, and the oxygen concentration sensor 5 is connected to the ground. The element impedance of the oxygen concentration sensor 5 is expressed as RS. The AD converter 1 and the AD converter 2 are connected to both ends of the resistor R2, and these output values are taken into the ECU 10. The ECU 10 calculates the impedance RS in the oxygen concentration sensor 5 based on these output values.
一方、抵抗R1と抵抗R2の接続部には、コンデンサC1が接続され、コンデンサC1からグランドに接続されている。コンデンサC1は、トランジスタTpのONによる電圧を所定時定数遅れで酸素濃度センサ5へ印加するために用いられている。この時定数遅れが、印加する電圧の交流周波数に相当し、上記電極部インピーダンスの影響を受け難い周波数に対応している。さらに、抵抗R1と抵抗R2の接続部には、抵抗RDを介してNPN型のトランジスタTnが接続され、トランジスタTnからグランドに接続されている。トランジスタTnは、酸素濃度センサ5のインピーダンスの測定の終了時又は開始直後にONにされ、コンデンサC1及び酸素濃度センサ5内にたまった電荷を放電するために用いられる。このトランジスタTnも、ECU10によって制御される。 On the other hand, a capacitor C1 is connected to a connection portion between the resistor R1 and the resistor R2, and the capacitor C1 is connected to the ground. The capacitor C1 is used to apply a voltage generated by turning on the transistor Tp to the oxygen concentration sensor 5 with a predetermined time constant delay. This time constant delay corresponds to the AC frequency of the applied voltage, and corresponds to a frequency that is not easily affected by the electrode impedance. Further, an NPN transistor Tn is connected to the connection portion of the resistors R1 and R2 via the resistor RD, and is connected from the transistor Tn to the ground. The transistor Tn is turned on at the end of the measurement of the impedance of the oxygen concentration sensor 5 or immediately after the start, and is used to discharge the charges accumulated in the capacitor C1 and the oxygen concentration sensor 5. This transistor Tn is also controlled by the ECU 10.
ECU10は、上述したようにADコンバータ1とADコンバータ2からの出力値に基づいて酸素濃度センサ5のインピーダンスRSを算出する。さらに、このインピーダンスRSから酸素濃度センサ5の素子温度を算出し、酸素濃度センサ5に付設された図示しないヒータなどを制御する。また、ECU10は、酸素濃度センサ5の出力電圧から排気ガス中の酸素濃度を検出して、空燃比フィードバック制御なども行う。ECU10は、その他にもトランジスタTp及びTnの制御や、車両全体の種々の制御を統括して行うことができる。 The ECU 10 calculates the impedance RS of the oxygen concentration sensor 5 based on the output values from the AD converter 1 and the AD converter 2 as described above. Further, the element temperature of the oxygen concentration sensor 5 is calculated from the impedance RS, and a heater (not shown) attached to the oxygen concentration sensor 5 is controlled. The ECU 10 also detects the oxygen concentration in the exhaust gas from the output voltage of the oxygen concentration sensor 5, and performs air-fuel ratio feedback control and the like. In addition, the ECU 10 can perform overall control of the transistors Tp and Tn and various controls of the entire vehicle.
ここで、電源電圧Vcの電圧値をVc、ADコンバータ1の出力電圧値をADC1、ADコンバータ2の出力電圧値をADC2、抵抗R1の抵抗値をR1、抵抗R2の抵抗値をR2、酸素濃度センサ5のインピーダンス値をRS、コンデンサC1の電気容量をC1、と表記して、ECU10にて酸素濃度センサ5のインピーダンス値RSの算出に用いられる演算式について説明する。 Here, the voltage value of the power supply voltage Vc is Vc, the output voltage value of the AD converter 1 is ADC1, the output voltage value of the AD converter 2 is ADC2, the resistance value of the resistor R1 is R1, the resistance value of the resistor R2 is R2, and the oxygen concentration An equation used to calculate the impedance value RS of the oxygen concentration sensor 5 in the ECU 10 will be described, where the impedance value of the sensor 5 is expressed as RS and the electric capacity of the capacitor C1 is expressed as C1.
トランジスタTpをONにしたときに、酸素濃度センサ5に印加される電圧はADC2になり、酸素濃度センサ5に流れる電流は(ADC1−ADC2)/R2になる。したがって、酸素濃度センサ5のインピーダンス値RSは、下記式1により求められる。
RS=ADC2/((ADC1−ADC2)/R2)…式1
When the transistor Tp is turned on, the voltage applied to the oxygen concentration sensor 5 is ADC2, and the current flowing through the oxygen concentration sensor 5 is (ADC1-ADC2) / R2. Therefore, the impedance value RS of the oxygen concentration sensor 5 is obtained by the following equation 1.
RS = ADC2 / ((ADC1−ADC2) / R2) Equation 1
上記式1より、算出されるRSは、ECU10に入力される(ADC1−ADC2)とADC2の影響を受けることが分かる。したがって、ADC1とADC2の差が微小である場合、又はADC2が微小である場合には、回路公差や、ADコンバータ1及び2にて生じるAD変換のばらつきの影響を特に受け易くなってしまい、RSの算出精度は落ちてしまう。 From the above equation 1, it can be seen that the calculated RS is affected by ADC2 when it is input to the ECU 10 (ADC1-ADC2). Therefore, when the difference between ADC1 and ADC2 is very small, or when ADC2 is small, it becomes particularly susceptible to circuit tolerances and AD conversion variations caused by AD converters 1 and 2, and RS The calculation accuracy of is reduced.
図1を参照して説明したように、酸素濃度センサ5のインピーダンスRSを求めるため、トランジスタTpをONさせることにより外部から酸素濃度センサ5にパルス状電圧Vcを印加し、インピーダンスRSに印加された電圧ADC2・流れる電流値((ADC1−ADC2)/R2)よりインピーダンスRSを算出する方法がある。インピーダンスRSを求めるために、酸素濃度センサ5へ強制的に外部から電圧Vcを印加する時間(トランジスタTpをONにする時間)は、通常制御で用いるセンサ電圧への影響を考慮すると短い方が望ましい。電圧Vcを印加する時間が長いと、コンデンサC1や酸素濃度センサ5の容量成分により多くの電荷が蓄積される。そして、トランジスタTnをONにして、その蓄積された電荷を放電させても完全には放電されずに、電荷が一部残った状態となる。これにより、電流検出用のシャント抵抗両端の電圧差(ノードA、B間の抵抗値)がドリフトし、酸素濃度センサ5の検出誤差が生じる原因となるためである。 As described with reference to FIG. 1, in order to obtain the impedance RS of the oxygen concentration sensor 5, the pulse voltage Vc is applied to the oxygen concentration sensor 5 from the outside by turning on the transistor Tp, and applied to the impedance RS. There is a method of calculating the impedance RS from the voltage ADC2 and the flowing current value ((ADC1-ADC2) / R2). In order to obtain the impedance RS, the time for forcibly applying the voltage Vc from the outside to the oxygen concentration sensor 5 (the time for turning on the transistor Tp) is preferably shorter in consideration of the influence on the sensor voltage used in normal control. . If the time for applying the voltage Vc is long, more charges are accumulated in the capacitance components of the capacitor C1 and the oxygen concentration sensor 5. Even if the transistor Tn is turned on and the accumulated charge is discharged, the transistor Tn is not completely discharged but a part of the charge remains. This is because the voltage difference (resistance value between nodes A and B) at both ends of the current detection shunt resistor drifts and causes a detection error of the oxygen concentration sensor 5.
しかしながら、酸素濃度センサ5に電圧Vcを印加する時間を短い時間に設定すると、酸素濃度センサ5のインピーダンスRSが大きい場合には、トランジスタTpのON時のADコンバータ1、ADコンバータ2のAD読み込みタイミングで両者の差分が十分になく、ADコンバータ1及び2のAD読み取り誤差の範囲内に入ってしまうと、正確なインピーダンス測定ができなくなる。 However, if the time during which the voltage Vc is applied to the oxygen concentration sensor 5 is set to a short time, and the impedance RS of the oxygen concentration sensor 5 is large, the AD read timing of the AD converter 1 and AD converter 2 when the transistor Tp is ON. Therefore, if the difference between the two is not enough and the AD converters 1 and 2 fall within the range of the AD reading error, accurate impedance measurement cannot be performed.
即ち、酸素濃度センサ5のインピーダンスRSが大きくない場合には、トランジスタTpのONにより電圧を印加した場合の電圧立ち上がり時定数も大きくないため、図2−1に示すように、電圧Vcを酸素濃度センサ5に印加する時間(トランジスタTpをONにする時間)が短い時間T1であっても、ADC1とADC2が飽和しており、ADC1とADC2の差分が十分にあるため、高精度に検出可能である。
これに対して、酸素濃度センサ5のインピーダンスRSが大きい場合には、トランジスタTpのONにより電圧を印加した場合の電圧立ち上がり時定数が大きくなり、図2−2に示すように、電圧Vcを酸素濃度センサ5に印加する時間(トランジスタTpをONにする時間)が短い時間T1であると、ADC1とADC2が飽和する前の状態で読み取ることになり、ADC1とADC2の差分が十分になく、高精度に検出を行うことができない。換言すれば、酸素濃度センサ5のインピーダンスRSが大きい場合は、読み取るべき電圧変化が飽和する前のタイミング(T1)で電圧を読み取るため、対象となる読み取り電圧信号ADC1、ADC2間の差分が十分に取れない場合があり、その差分がADコンバータの読み取り誤差内に入ってしまうと、ADコンバータによっては正確なインピーダンスが測定できなくなる。
That is, when the impedance RS of the oxygen concentration sensor 5 is not large, the voltage rise time constant when the voltage is applied by turning on the transistor Tp is not large, so that the voltage Vc is set to the oxygen concentration as shown in FIG. Even when the time applied to the sensor 5 (time for turning on the transistor Tp) is short T1, ADC1 and ADC2 are saturated, and there is a sufficient difference between ADC1 and ADC2, so that detection is possible with high accuracy. is there.
On the other hand, when the impedance RS of the oxygen concentration sensor 5 is large, the voltage rise time constant when a voltage is applied by turning on the transistor Tp is large, and the voltage Vc is reduced to oxygen as shown in FIG. If the time applied to the concentration sensor 5 (time for turning on the transistor Tp) is short, the reading is performed before ADC1 and ADC2 are saturated, and the difference between ADC1 and ADC2 is not sufficiently high. Detection cannot be performed with high accuracy. In other words, when the impedance RS of the oxygen concentration sensor 5 is large, the voltage is read at the timing (T1) before the voltage change to be read is saturated, so that the difference between the target read voltage signals ADC1 and ADC2 is sufficiently large. If the difference falls within the reading error of the AD converter, accurate impedance cannot be measured depending on the AD converter.
これを回避するために、酸素濃度センサ5のインピーダンスRSが大きい場合には、AD読み込みタイミングを遅く(=電圧Vcを酸素濃度センサ5に印加する時間を長く)して(図2−2のT2のタイミング)、ADC1とADC2の差分を高精度に検出すると共に、酸素濃度センサ5のインピーダンスRSが大きくない場合には、読み込みタイミングを早く(=電圧Vcを酸素濃度センサ5に印加する時間を短く)することで(図2−1のT1のタイミング)、電圧印加時間以外のセンサ電圧への影響(上記のノードA、B間の抵抗値のドリフトの問題など)を小さくしつつ、センサインピーダンスの算出精度も向上させることができる。 In order to avoid this, when the impedance RS of the oxygen concentration sensor 5 is large, the AD reading timing is delayed (= the time for applying the voltage Vc to the oxygen concentration sensor 5 is lengthened) (T2 in FIG. 2-2). ), The difference between ADC1 and ADC2 is detected with high accuracy, and when the impedance RS of the oxygen concentration sensor 5 is not large, the reading timing is advanced (= the time for applying the voltage Vc to the oxygen concentration sensor 5 is shortened). ) (Timing of T1 in FIG. 2-1), while reducing the influence on the sensor voltage other than the voltage application time (such as the problem of resistance drift between the nodes A and B), the sensor impedance Calculation accuracy can also be improved.
上記の考え方は、図3のフローチャートで表すことが可能である。即ち、電圧Vcを酸素濃度センサ5に印加した後(ステップS1)、時間T1(図2−1及び図2−2参照)が経過した時点で(ステップS2−Y)、ADC1及びADC2を読み込む(ステップS3)。その読み込んだ電圧ADC1とADC2の差分を求め、その差分が設定値aよりも大きい場合(ステップS4−Y)には電圧Vcの印加を終了し(ステップS7)、読み込んだ電圧ADC1及びADC2に基づいて、インピーダンスRSを算出する(ステップS8)。一方、上記差分が設定値aよりも大きくない場合(ステップS4−N)には、分圧比からみてインピーダンスRSが大きいことになるので、時間T2(T2>T1、図2−1及び図2−2参照)が経過した時点で(ステップS5−Y)、ADC1及びADC2を読み込み(ステップS6)、その後、電圧Vcの印加を終了し(ステップS7)、その読み込んだ電圧ADC1及びADC2に基づいて、インピーダンスRSを算出する(ステップS8)。 The above concept can be expressed by the flowchart of FIG. That is, after the voltage Vc is applied to the oxygen concentration sensor 5 (step S1), when the time T1 (see FIGS. 2-1 and 2-2) has elapsed (step S2-Y), ADC1 and ADC2 are read (step S2-Y). Step S3). The difference between the read voltages ADC1 and ADC2 is obtained, and when the difference is larger than the set value a (step S4-Y), the application of the voltage Vc is terminated (step S7), and based on the read voltages ADC1 and ADC2. The impedance RS is calculated (step S8). On the other hand, when the difference is not larger than the set value a (step S4-N), the impedance RS is large in view of the voltage division ratio, so that the time T2 (T2> T1, FIGS. 2-1 and 2- 2) (step S5-Y), ADC1 and ADC2 are read (step S6), and then the application of the voltage Vc is terminated (step S7). Based on the read voltages ADC1 and ADC2, Impedance RS is calculated (step S8).
図3では、早いタイミングにてADC1とADC2の差分が大きい場合には、その時点で電圧Vcの酸素濃度センサ5への印加を終了し、その早いタイミングにてADC1とADC2の差分が大きくない場合には、電圧Vcの酸素濃度センサ5への印加を継続し、比較的遅いタイミングにてADC1とADC2の電圧値を読み取った後に、電圧Vcの酸素濃度センサ5への印加を終了する。これにより、通常制御で用いるセンサ電圧への影響の点からセンサへ外部から電圧を印加する時間を短時間に抑えるという要請と、酸素濃度センサ5のインピーダンスRSを高精度に算出するという要請を両立させることができる。 In FIG. 3, when the difference between ADC1 and ADC2 is large at an early timing, the application of the voltage Vc to the oxygen concentration sensor 5 is terminated at that time, and the difference between ADC1 and ADC2 is not large at the early timing. First, the application of the voltage Vc to the oxygen concentration sensor 5 is continued, and after the voltage values of the ADC1 and ADC2 are read at a relatively late timing, the application of the voltage Vc to the oxygen concentration sensor 5 is terminated. Thereby, both the request to suppress the time for applying the voltage from the outside to the sensor in a short time and the request to calculate the impedance RS of the oxygen concentration sensor 5 with high accuracy in terms of the influence on the sensor voltage used in the normal control. Can be made.
次に、上記本実施形態の考え方を具体的に実現する方法(プログラム)について説明する。図4は、本実施形態の動作を示すフローチャートであり、本実施形態においてプログラムされる内容に対応している。エンジンが始動される度に、図4のフローが繰り返し行われる。 Next, a method (program) for specifically realizing the concept of the present embodiment will be described. FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the present embodiment, corresponding to the contents programmed in the present embodiment. Each time the engine is started, the flow of FIG. 4 is repeated.
[ステップS1]
まず、ステップS1に示すように、酸素濃度センサ5のインピーダンスRSが算出済みか否かが判定される。インピーダンスRSが算出されている場合には、ステップS3に進み、そうでない場合には、ステップS2に進む。本フローが実行された最初の段階では、インピーダンスRSが算出されていないため、ステップS2に進む。
[Step S1]
First, as shown in step S1, it is determined whether or not the impedance RS of the oxygen concentration sensor 5 has been calculated. If the impedance RS is calculated, the process proceeds to step S3, and if not, the process proceeds to step S2. At the first stage when this flow is executed, the impedance RS has not been calculated, so the process proceeds to step S2.
[ステップS2]
ステップS2では、トランジスタTpのON時間の初期値であるTON0と、ADC1及びADC2の読み込みタイミングの初期値であるTAD0がメモリから読み出され、それぞれ、ON時間TON、読み込みタイミングTADにセットされる。ステップS2の次に、ステップS4が行われる。
[Step S2]
In step S2, T ON0 that is the initial value of the ON time of the transistor Tp and T AD0 that is the initial value of the reading timing of ADC1 and ADC2 are read from the memory, and the ON time T ON and the reading timing T AD are respectively read. Set. Following step S2, step S4 is performed.
[ステップS3]
ステップS3では、セットされているON時間TONと、セットされている読み込みタイミングTADが読み出される。ステップS3では、前回のフローのステップS6にてセットされたON時間TONと、読み込みタイミングTAD、即ち、前回のフローで算出されたインピーダンスRSに基づいて求められたON時間TON’と、読み込みタイミングTAD’が読み出される。ステップS3の次に、ステップS4が行われる。
[Step S3]
In step S3, the set ON time T ON and the set read timing T AD are read. In step S3, the ON time T ON set in step S6 of the previous flow, the read timing T AD , that is, the ON time T ON ′ determined based on the impedance RS calculated in the previous flow, Read timing T AD 'is read. After step S3, step S4 is performed.
[ステップS4]
ステップS4では、セットされているON時間TONの間だけ、トランジスタTpがONとされ、セットされている読み込みタイミングTADにてADC1及びADC2の電圧値が読み込まれ、その読み込まれたADC1及びADC2に基づいて、インピーダンスRS(Z)が算出される。本フローが実行された最初の段階では、セットされているON時間TON、及び読み込みタイミングTADは、初期値である(ステップS2)ため、初期値の条件でトランジスタTpがONされるとともに、ADC1及びADC2の電圧値が読み込まれることで、インピーダンスRSが算出される。ステップS4の次に、ステップS5が行われる。
[Step S4]
In step S4, only during the ON time T ON which is set, the transistor Tp is the ON, the voltage value of the ADC1 and ADC2 at read timing T AD which is set is read, the read-in ADC1, ADC2 Based on the above, impedance RS (Z) is calculated. At the initial stage when this flow is executed, the ON time T ON and the read timing T AD that have been set are initial values (step S2), so that the transistor Tp is turned on under the initial value conditions, The impedance RS is calculated by reading the voltage values of the ADC1 and ADC2. Following step S4, step S5 is performed.
[ステップS5]
ステップS5では、算出されたインピーダンスRS(Z)に基づいて、トランジスタTpのON時間TON’と、ADC1及びADC2の読み込みタイミングTAD’が求められる。ステップS5の次に、ステップS6が行われる。
[Step S5]
In step S5, the ON time T ON ′ of the transistor Tp and the reading timing T AD ′ of ADC1 and ADC2 are obtained based on the calculated impedance RS (Z). Following step S5, step S6 is performed.
[ステップS6]
ステップS6では、上記ステップS5で求められたTON’と、TAD’が、それぞれ、ON時間TON、読み込みタイミングTADにセットされる。
[Step S6]
In step S6, T ON 'and T AD ' obtained in step S5 are set to the ON time T ON and the read timing T AD , respectively.
エンジンの始動直後の暖機前の状態の酸素濃度センサ5の温度が低い場合には、インピーダンスRSの値が大きく、暖機されて酸素濃度センサ5の温度が上昇するに連れてインピーダンスRSの値が次第に小さくなる。このことから、暖機前の初回(第1回目、ステップS1−N)のインピーダンスRSの算出に際しては、インピーダンスRSが大きな値であることに対応して、ADC1及びADC2の読み込みタイミングTAD及びトランジスタTpのON時間TONの初期値(TAD0、TON0)は、大きな値に設定されている(ステップS2)。これにより、ADC1及びADC2の立ち上がり時定数が大きくても電圧が飽和する前に電圧が読み取られることが防止され、ADC1及びADC2の差分として十分な大きさの値が検出されることができる。 When the temperature of the oxygen concentration sensor 5 in a state immediately after engine startup and before warm-up is low, the value of the impedance RS is large, and the value of the impedance RS increases as the temperature of the oxygen concentration sensor 5 rises due to warm-up. Gradually becomes smaller. From this, when calculating the impedance RS for the first time before warming up (first time, step S1-N), the reading timing T AD and the transistors of ADC 1 and ADC 2 correspond to the large value of the impedance RS. The initial value (T AD0 , T ON0 ) of the ON time T ON of Tp is set to a large value (step S2). Thereby, even if the rising time constants of ADC1 and ADC2 are large, the voltage is prevented from being read before the voltage is saturated, and a sufficiently large value can be detected as the difference between ADC1 and ADC2.
その初期値の読み込みタイミングTAD0及びON時間TON0の条件下で、初回のインピーダンスRSが算出される(ステップS4)と、その算出されたインピーダンスRSの値に基づいて、読み込みタイミングTAD'及びON時間TON'が求められ(ステップS5)、初回に続く第2回目には、その求められた読み込みタイミングTAD'及びON時間TON'の条件下で、インピーダンスRSが算出される(ステップS6→ステップS1−Y→ステップS3→ステップS4)。ステップS5では、インピーダンスRSの値に応じて、ADC1及びADC2が飽和するに十分な大きさの読み込みタイミングTAD'及びON時間TON'が求められるように予め用意されたマップが用いられる。 When the initial impedance RS is calculated under the conditions of the initial value reading timing T AD0 and the ON time T ON0 (step S4), the reading timing T AD ′ and the initial value RS are calculated based on the calculated impedance RS value. The ON time T ON ′ is obtained (step S5), and in the second time following the first time, the impedance RS is calculated under the conditions of the obtained read timing T AD ′ and the ON time T ON ′ (step S5). S6 → step S1-Y → step S3 → step S4). In step S5, a map prepared in advance is used so that the reading timing T AD ′ and ON time T ON ′ large enough to saturate ADC 1 and ADC 2 are obtained according to the value of impedance RS.
第2回目に算出されたインピーダンスRSの値に基づいて、第3回目の測定用の読み込みタイミングTAD'及びON時間TON'が求められ(ステップS5)、その第3回目の測定用の読み込みタイミングTAD'及びON時間TON'の条件下で、第3回目のインピーダンスRSが算出される。 Based on the value of the impedance RS calculated for the second time, the reading timing T AD ′ for the third measurement and the ON time T ON ′ are obtained (step S5), and the reading for the third measurement is performed. The third impedance RS is calculated under the conditions of the timing T AD ′ and the ON time T ON ′ .
以下同様に、第3回目に算出されたインピーダンスRSの値に基づいて、第4回目の測定用の読み込みタイミングTAD'及びON時間TON'が求められ、その第4回目の測定用の読み込みタイミングTAD'及びON時間TON'の条件下で、第4回目のインピーダンスRSが算出される。ここで、暖機が時間の経過と共に進行するため、第3回目に算出されたインピーダンスRSは、第2回目に算出されたインピーダンスRSよりも小さな値である。よって、第2回目に算出されたインピーダンスRSの値に基づいて、第3回目の測定用の読み込みタイミングTAD'及びON時間TON'を求めれば、第3回目のインピーダンスRSの算出に際して、読み込みタイミングTAD及びON時間TONが短過ぎる(電圧ADC1、ADC2が飽和する前の状態で電圧ADC1、ADC2を読み取る)ということがない。 Similarly, based on the value of the impedance RS calculated at the third time, the reading timing T AD ′ for the fourth measurement and the ON time T ON ′ are obtained, and the reading for the fourth measurement is performed. The fourth impedance RS is calculated under the conditions of the timing T AD ′ and the ON time T ON ′ . Here, since the warm-up proceeds with time, the impedance RS calculated at the third time is smaller than the impedance RS calculated at the second time. Accordingly, if the reading timing T AD ′ and the ON time T ON ′ for the third measurement are obtained based on the value of the impedance RS calculated for the second time, the reading is performed when the impedance RS is calculated for the third time. The timing T AD and the ON time T ON are not too short (the voltages ADC1 and ADC2 are read in a state before the voltages ADC1 and ADC2 are saturated).
以上述べた第1実施形態によれば、通常制御で用いるセンサ電圧への影響の点からセンサへ外部から電圧を印加する時間を短時間に抑えるという要請と、酸素濃度センサ5のインピーダンスRSを高精度に算出するという要請を両立させることができる。 According to the first embodiment described above, from the viewpoint of the influence on the sensor voltage used in the normal control, the request to apply the voltage from the outside to the sensor in a short time and the impedance RS of the oxygen concentration sensor 5 are increased. It is possible to satisfy both demands for calculation with high accuracy.
次に、図5を参照して、第2実施形態について説明する。 Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
図5に示した第2実施形態に係る電気的構成図を用いて、酸素濃度センサ5のインピーダンスRSの算出方法について説明する。図5に示す酸素濃度センサの制御装置200は、算出された酸素濃度センサ5のインピーダンスRSに基づいて、インピーダンスRSを算出するための電気回路の回路定数を切り替えることによって、インピーダンスRSの算出精度の向上を図っている。 A method for calculating the impedance RS of the oxygen concentration sensor 5 will be described using the electrical configuration diagram according to the second embodiment shown in FIG. The control device 200 for the oxygen concentration sensor shown in FIG. 5 switches the circuit constant of the electric circuit for calculating the impedance RS based on the calculated impedance RS of the oxygen concentration sensor 5, thereby improving the calculation accuracy of the impedance RS. We are trying to improve.
その具体的な酸素濃度センサ5のインピーダンスRSの算出方法について説明する。酸素濃度センサの制御装置200内の酸素濃度センサ5は、電源電圧Vcによって駆動される。この電源電圧Vcの入力部の直下には、PNP型のトランジスタTpが接続されている。トランジスタTpは、酸素濃度センサ5のインピーダンスRSの測定を行う際にONにされ、酸素濃度センサ5に電圧を印加する。なお、トランジスタTpは、ECU10によって制御される。 A specific method for calculating the impedance RS of the oxygen concentration sensor 5 will be described. The oxygen concentration sensor 5 in the oxygen concentration sensor control device 200 is driven by the power supply voltage Vc. A PNP transistor Tp is connected immediately below the input portion of the power supply voltage Vc. The transistor Tp is turned on when the impedance RS of the oxygen concentration sensor 5 is measured, and applies a voltage to the oxygen concentration sensor 5. The transistor Tp is controlled by the ECU 10.
トランジスタTpからは、抵抗R1と、スイッチSW1と、スイッチSW1を介して抵抗R11と、が接続されている。スイッチSW1をONにすると、抵抗R1と抵抗R11の並列回路が形成される。また、抵抗R1及び抵抗R11から、抵抗R2と、スイッチSW2と、スイッチSW2を介して抵抗R22と、が接続されている。スイッチSW2をONにすると、抵抗R2と抵抗R22の並列回路が形成される。なお、スイッチSW1及びスイッチSW2は、ECU10にて制御される。 A resistor R1, a switch SW1, and a resistor R11 are connected to the transistor Tp through the switch SW1. When the switch SW1 is turned on, a parallel circuit of the resistors R1 and R11 is formed. In addition, the resistor R1, the resistor R11, the resistor R2, the switch SW2, and the resistor R22 are connected through the switch SW2. When the switch SW2 is turned on, a parallel circuit of the resistor R2 and the resistor R22 is formed. The switches SW1 and SW2 are controlled by the ECU 10.
このように、本実施形態に係る酸素濃度センサ5のインピーダンスRSを算出するための電気回路は、スイッチにて抵抗値を切り替えることが可能な構成を採用している。これにより、回路定数を切り替えることを可能にしている。なお、上記のスイッチSW1及びスイッチSW2の制御は、ECU10にて算出される酸素濃度センサ5のインピーダンスRSに基づいて行われる。その具体的な制御については、後述する。 Thus, the electric circuit for calculating the impedance RS of the oxygen concentration sensor 5 according to the present embodiment employs a configuration in which the resistance value can be switched by the switch. This makes it possible to switch circuit constants. In addition, control of said switch SW1 and switch SW2 is performed based on impedance RS of the oxygen concentration sensor 5 calculated in ECU10. The specific control will be described later.
また、図5において、抵抗R2又は抵抗R22の直下には、酸素濃度センサ5が接続され、酸素濃度センサ5からグランドに接続されている。酸素濃度センサ5は、先に述べた装置と同様のものを用いている。さらに、抵抗R2又は抵抗R22の両端には、ADコンバータ1とADコンバータ2が接続されている。これらADコンバータ1及び2の出力値は、ECU10に取り込まれる。ECU10は、これらの出力値に基づいて酸素濃度センサ5内のインピーダンスRSを算出する。 In FIG. 5, an oxygen concentration sensor 5 is connected immediately below the resistor R2 or R22, and the oxygen concentration sensor 5 is connected to the ground. The oxygen concentration sensor 5 is the same as that described above. Further, the AD converter 1 and the AD converter 2 are connected to both ends of the resistor R2 or the resistor R22. The output values of these AD converters 1 and 2 are taken into the ECU 10. The ECU 10 calculates the impedance RS in the oxygen concentration sensor 5 based on these output values.
一方、抵抗R1及び抵抗R11と、抵抗R2及び抵抗R22との接続部には、コンデンサC1と、抵抗RDとが接続されている。コンデンサC1は、トランジスタTpのONによる電圧を所定時定数遅れで酸素濃度センサ5へ印加するために用いられている。抵抗RDからはNPN型のトランジスタTnが接続されている。トランジスタTnは、酸素濃度センサ5のインピーダンスRSの測定の終了時又は開始直後にONにされ、コンデンサC1などにたまった電荷を放電するために用いられる。このトランジスタTnも、ECU10によって制御される。なお、コンデンサC1及びトランジスタTnからグランドに接続されている。 On the other hand, a capacitor C1 and a resistor RD are connected to a connection portion between the resistors R1 and R11 and the resistors R2 and R22. The capacitor C1 is used to apply a voltage generated by turning on the transistor Tp to the oxygen concentration sensor 5 with a predetermined time constant delay. An NPN transistor Tn is connected from the resistor RD. The transistor Tn is turned on at the end of the measurement of the impedance RS of the oxygen concentration sensor 5 or immediately after the start, and is used to discharge the charge accumulated in the capacitor C1 and the like. This transistor Tn is also controlled by the ECU 10. The capacitor C1 and the transistor Tn are connected to the ground.
ECU10は、上述したADコンバータ1とADコンバータ2からの出力値に基づいて、酸素濃度センサ5のインピーダンスRSを算出する。さらに、このインピーダンスRSから酸素濃度センサ5の素子温度を算出し、酸素濃度センサ5に付設された図示しないヒータなどを制御する。また、ECU10は、酸素濃度センサ5の出力電圧から排気ガス中の酸素濃度を検出して、空燃比フィードバック制御なども行う。ECU10は、その他にもトランジスタTp及びTnの制御や、車両全体の種々の制御を統括して行うことができる。 The ECU 10 calculates the impedance RS of the oxygen concentration sensor 5 based on the output values from the AD converter 1 and the AD converter 2 described above. Further, the element temperature of the oxygen concentration sensor 5 is calculated from the impedance RS, and a heater (not shown) attached to the oxygen concentration sensor 5 is controlled. The ECU 10 also detects the oxygen concentration in the exhaust gas from the output voltage of the oxygen concentration sensor 5, and performs air-fuel ratio feedback control and the like. In addition, the ECU 10 can perform overall control of the transistors Tp and Tn and various controls of the entire vehicle.
ここで、ADコンバータ1の出力電圧をADC1、ADコンバータ2の出力電圧をADC2、抵抗R1の抵抗値をR1、抵抗R2の抵抗値をR2、酸素濃度センサ5のインピーダンス値をRS、コンデンサC1の電気容量をC1、スイッチSW1をONしたときの抵抗R1と抵抗R11における合成抵抗値をR1’(1/R’=1/R1+1/R11)、スイッチSW2をONしたときの抵抗R2と抵抗R22における合成抵抗値をR2’(1/R2’=1/R2+1/R22)と表記する。このとき、上記の抵抗R1、抵抗R11、抵抗R2、抵抗R22、コンデンサC1の時定数τは以下の式2を満たすような値に設定するものとする。 Here, the output voltage of the AD converter 1 is ADC1, the output voltage of the AD converter 2 is ADC2, the resistance value of the resistor R1 is R1, the resistance value of the resistor R2 is R2, the impedance value of the oxygen concentration sensor 5 is RS, and the capacitor C1 The electrical resistance is C1, the combined resistance value of the resistor R1 and the resistor R11 when the switch SW1 is turned on is R1 ′ (1 / R ′ = 1 / R1 + 1 / R11), and the resistor R2 and the resistor R22 when the switch SW2 is turned on The combined resistance value is expressed as R2 ′ (1 / R2 ′ = 1 / R2 + 1 / R22). At this time, the time constant τ of the resistor R1, resistor R11, resistor R2, resistor R22, and capacitor C1 is set to a value that satisfies the following Expression 2.
τ=(R1’×(R2’+RS))/(R1’+R2’+RS)×C1…式2
このようにするのは、スイッチをON・OFFに切り替えて抵抗値を変更したときに算出されるインピーダンスRSの値が、車両の通常走行時に使用する温度(例えば、700℃)付近で、ずれないようにするためのものである。なお、R1及びR2に関しては、式2のR1’にR1を、R2’にR2を代入したときに満たすべき時定数τになるものとする。
τ = (R1 ′ × (R2 ′ + RS)) / (R1 ′ + R2 ′ + RS) × C1 (Equation 2)
This is because the impedance RS calculated when the resistance value is changed by switching the switch ON / OFF does not deviate in the vicinity of the temperature (eg, 700 ° C.) used during normal driving of the vehicle. It is for doing so. For R1 and R2, the time constant τ to be satisfied when R1 is substituted for R1 ′ and R2 ′ is substituted for R2 ′ in Expression 2.
次に、上記のスイッチSW1又はスイッチSW2をONにしたときの、ADコンバータ1の出力電圧ADC1及びADコンバータ2の出力電圧ADC2と、酸素濃度センサ5のインピーダンスRSとの関係について説明する。 Next, the relationship between the output voltage ADC1 of the AD converter 1 and the output voltage ADC2 of the AD converter 2 and the impedance RS of the oxygen concentration sensor 5 when the switch SW1 or the switch SW2 is turned on will be described.
図6は、スイッチSW1のみをONにしたときの、インピーダンスRSと、ADC1及びADC2の関係を示す。横軸に酸素濃度センサ5のインピーダンスRSを示し、縦軸にADC1とADC2を示す。横軸において、右に行くほどRSの値は大きくなり、左に行くほどRSの値は小さくなる。スイッチSW1をONすると、R1とR11の並列回路になるため、ADコンバータ1の直前の抵抗値(R1’)が小さくなる。そのため、ADコンバータ1の出力電圧ADC1は大きくなり(すなわち、ADC2の増分よりも大きくなる)、ADコンバータ2の出力電圧ADC2との差が顕著になる。したがって、ECU10にて算出されたインピーダンスRSの値が大きいときでも、(ADC1−ADC2)の値を確保することができる(図6において、符号b1で示した領域)。よって、RS値が大きい場合でもスイッチSW1をONにすることにより、算出されるインピーダンスRSはばらつきの影響を受け難くなる。 FIG. 6 shows the relationship between the impedance RS and ADC1 and ADC2 when only the switch SW1 is turned on. The horizontal axis represents the impedance RS of the oxygen concentration sensor 5, and the vertical axis represents ADC1 and ADC2. On the horizontal axis, the value of RS increases as it goes to the right, and the value of RS decreases as it goes to the left. When the switch SW1 is turned on, a parallel circuit of R1 and R11 is formed, so that the resistance value (R1 ') immediately before the AD converter 1 is reduced. Therefore, the output voltage ADC1 of the AD converter 1 becomes large (that is, becomes larger than the increment of ADC2), and the difference from the output voltage ADC2 of the AD converter 2 becomes remarkable. Therefore, even when the value of the impedance RS calculated by the ECU 10 is large, the value of (ADC1-ADC2) can be ensured (the region indicated by reference sign b1 in FIG. 6). Therefore, even when the RS value is large, the calculated impedance RS is hardly affected by variation by turning on the switch SW1.
図7には、スイッチSW2のみをONしたときの、インピーダンスRSとADC1及びADC2の関係を示す。横軸、縦軸は図6と同様の値を取ってある。スイッチSW2をONすると、R2とR22の並列回路になるため、ADコンバータ2の直前の抵抗値(R2’)が小さくなる。ここで、式1を変形してADC2について記述すると、式3のようになる。 FIG. 7 shows the relationship between the impedance RS and ADC1 and ADC2 when only the switch SW2 is turned on. The horizontal and vertical axes take the same values as in FIG. When the switch SW2 is turned on, a parallel circuit of R2 and R22 is formed, so that the resistance value (R2 ') immediately before the AD converter 2 is reduced. Here, when Equation 1 is modified and ADC2 is described, Equation 3 is obtained.
ADC2=ADC1×RS/(R2’+RS)…式3
式3より、R2’は小さい値なので、インピーダンスRSが小さい場合でもADC2の値を確保することができることが分かる(図7において、符号b2で示した領域)。よって、RS値が小さい場合でも、スイッチSW2をONにすることにより、算出されるRSは、ばらつきの影響を受け難くなる。
ADC2 = ADC1 × RS / (R2 ′ + RS) Equation 3
From Equation 3, it can be seen that since R2 ′ is a small value, the value of ADC2 can be ensured even when the impedance RS is small (the region indicated by reference sign b2 in FIG. 7). Therefore, even when the RS value is small, the calculated RS is less affected by the variation by turning on the switch SW2.
以上から、算出された酸素濃度センサ5のインピーダンスRSが大きい場合には、スイッチSW1のみをONにし、算出されたインピーダンスRSが小さい場合には、スイッチSW2のみをONにすることが最適である。これにより、酸素濃度センサ5のインピーダンスを精度良く算出することができる(上記式1参照)。このように、第2実施形態では、上記第1実施形態のようにトランジスタTpのON時間TONやADC1及びADC2の読み込みタイミングTADを調整することなく、高精度にインピーダンスRSを算出することが可能である。 From the above, it is optimal to turn on only the switch SW1 when the calculated impedance RS of the oxygen concentration sensor 5 is large, and to turn on only the switch SW2 when the calculated impedance RS is small. Thereby, the impedance of the oxygen concentration sensor 5 can be calculated with high accuracy (see the above formula 1). Thus, in the second embodiment, the impedance RS can be calculated with high accuracy without adjusting the ON time T ON of the transistor Tp and the reading timing T AD of the ADC 1 and ADC 2 as in the first embodiment. Is possible.
なお、上記第2実施形態においては、回路定数を並列回路に切り替えて抵抗値を可変にした構成を採用したが、その他の実施形態として、コンデンサの電気容量の値を可変(例えば回路定数の切り替えなど)にして時定数を揃える構成を採用してもよい。即ち、上記第1実施形態では、インピーダンスRSの大きさに応じて時定数が変わり、ADC1及びADC2の電圧の立ち上がりに差が生じることに対応して、トランジスタTpのON時間TONやADC1及びADC2の読み込みタイミングTADを調整する構成であったのに対し、その他の実施形態としては、インピーダンスRSの大きさに応じてコンデンサの電気容量の値を調整し、インピーダンスRSの大きさに依らず、常に一定の時定数となるようにしてADC1及びADC2の電圧の立ち上がりに差が生じないようにすることも可能である。 In the second embodiment, the circuit constant is switched to a parallel circuit and the resistance value is made variable. However, as another embodiment, the capacitance value of the capacitor can be changed (for example, the circuit constant can be switched). Etc.) may be adopted in which the time constants are aligned. That is, in the first embodiment, the time constant changes according to the magnitude of the impedance RS, and the ON time T ON of the transistor Tp and the ADC 1 and ADC 2 correspond to the difference in the rise of the voltage of the ADC 1 and ADC 2. whereas the a configuration for adjusting the read timing T AD, as other embodiments, by adjusting the value of the electrical capacitance of the capacitor in accordance with the magnitude of the impedance RS, regardless of the magnitude of the impedance RS, It is also possible to keep a constant time constant so that there is no difference in the rise of the voltages of ADC1 and ADC2.
1、2 ADコンバータ
5 酸素濃度センサ
10 ECU
100、200 酸素センサの制御装置
R1、R11、R2、R22、RD 抵抗
C1 コンデンサ
Tp、Tn トランジスタ
SW1、SW2 スイッチ
1, 2 AD converter 5 Oxygen concentration sensor 10 ECU
100, 200 Oxygen sensor control device R1, R11, R2, R22, RD Resistance C1 Capacitor Tp, Tn Transistor SW1, SW2 Switch
Claims (11)
前記酸素濃度センサの制御装置に電圧が印加されたときの第1及び第2のノード間の電圧に基づいて前記酸素濃度センサのインピーダンスが算出され、
前記酸素濃度センサの前記インピーダンスが相対的に大きいときには、前記酸素濃度センサの制御装置に前記電圧が印加される時間が相対的に大きく設定されるとともに、前記第1及び第2のノード間の電圧の読み込みタイミングが相対的に遅く設定される
ことを特徴とする酸素濃度センサの制御装置。 A control device for an oxygen concentration sensor for detecting oxygen concentration,
The impedance of the oxygen concentration sensor is calculated based on the voltage between the first and second nodes when a voltage is applied to the control device of the oxygen concentration sensor,
When the impedance of the oxygen concentration sensor is relatively large, the time during which the voltage is applied to the control device of the oxygen concentration sensor is set to be relatively large, and the voltage between the first and second nodes is set. The oxygen concentration sensor control device is characterized in that the reading timing of is set relatively late.
前記酸素濃度センサの制御装置に電圧が印加されたときの第1及び第2のノード間の電圧に基づいて前記酸素濃度センサのインピーダンスが算出され、
第1の読み込みタイミングにて検出された前記第1及び第2のノード間の電圧が設定値よりも小さい場合には、前記第1の読み込みタイミングよりも遅い第2の読み込みタイミングにて検出された前記第1及び第2のノード間の電圧に基づいて、前記酸素濃度センサのインピーダンスが算出される
ことを特徴とする酸素濃度センサの制御装置。 A control device for an oxygen concentration sensor for detecting oxygen concentration,
The impedance of the oxygen concentration sensor is calculated based on the voltage between the first and second nodes when a voltage is applied to the control device of the oxygen concentration sensor,
When the voltage between the first and second nodes detected at the first reading timing is smaller than a set value, it is detected at the second reading timing that is later than the first reading timing. The oxygen concentration sensor control device, wherein an impedance of the oxygen concentration sensor is calculated based on a voltage between the first and second nodes.
前記酸素濃度センサの制御装置に電圧が印加されたときの第1及び第2のノード間の電圧に基づいて前記酸素濃度センサのインピーダンスが算出され、
前記算出されたインピーダンスに基づいて、前記酸素濃度センサの制御装置に前記電圧が印加される時間、及び前記第1及び第2のノード間の電圧の読み込みタイミングが決定される
ことを特徴とする酸素濃度センサの制御装置。 A control device for an oxygen concentration sensor for detecting oxygen concentration,
The impedance of the oxygen concentration sensor is calculated based on the voltage between the first and second nodes when a voltage is applied to the control device of the oxygen concentration sensor,
Based on the calculated impedance, a time during which the voltage is applied to the control device of the oxygen concentration sensor and a reading timing of the voltage between the first and second nodes are determined. Concentration sensor control device.
前記酸素濃度センサの制御装置に電圧が印加されたときの第1及び第2のノード間の電圧に基づいて前記酸素濃度センサのインピーダンスが算出され、
複数の回路定数を有し、
前記第1及び第2のノード間の電圧が相対的に大きくなる前記回路定数に切り替えられる
ことを特徴とする酸素濃度センサの制御装置。 A control device for an oxygen concentration sensor for detecting oxygen concentration,
The impedance of the oxygen concentration sensor is calculated based on the voltage between the first and second nodes when a voltage is applied to the control device of the oxygen concentration sensor,
Has multiple circuit constants,
The control device for the oxygen concentration sensor, wherein the circuit constant is switched so that the voltage between the first and second nodes becomes relatively large.
前記酸素濃度センサの制御装置に電圧が印加されたときの第1及び第2のノード間の電圧に基づいて前記酸素濃度センサのインピーダンスが算出され、
複数の回路定数を有し、
前記第1のノードの電圧が相対的に大きくなる前記回路定数に切り替えられる
ことを特徴とする酸素濃度センサの制御装置。 A control device for an oxygen concentration sensor for detecting oxygen concentration,
The impedance of the oxygen concentration sensor is calculated based on the voltage between the first and second nodes when a voltage is applied to the control device of the oxygen concentration sensor,
Has multiple circuit constants,
The control device for an oxygen concentration sensor, wherein the circuit constant is switched so that the voltage at the first node is relatively large.
前記インピーダンスに基づいて、前記回路定数が切り替えられる
ことを特徴とする酸素濃度センサの制御装置。 In the control apparatus of the oxygen concentration sensor according to claim 4 or 5,
The control device for an oxygen concentration sensor, wherein the circuit constant is switched based on the impedance.
抵抗とコンデンサから構成されるRC回路を備え、
前記回路定数として、前記RC回路の抵抗成分が切り替えられる
ことを特徴とする酸素濃度センサの制御装置。 In the control device of the oxygen concentration sensor according to any one of claims 4 to 6,
An RC circuit composed of a resistor and a capacitor is provided.
The oxygen concentration sensor control device, wherein the resistance component of the RC circuit is switched as the circuit constant.
前記酸素濃度センサを駆動するための電圧が印加される入力部と、
前記入力部に接続された第1の抵抗と、
前記第1の抵抗の前記入力部と逆側の前記第2のノード及び前記酸素濃度センサに前記第1のノードにて接続された第2の抵抗と、
前記第2のノードの電圧を検出する第1の電圧検出手段と、
前記第1のノードの電圧を検出する第2の電圧検出手段とを備え、
前記第1のノードの電圧及び前記第2のノードの電圧に基づいて、前記インピーダンスが算出される
ことを特徴とする酸素濃度センサの制御装置。 In the control apparatus of the oxygen concentration sensor according to claim 7,
An input unit to which a voltage for driving the oxygen concentration sensor is applied;
A first resistor connected to the input unit;
A second resistor connected at the first node to the second node on the opposite side of the input portion of the first resistor and the oxygen concentration sensor;
First voltage detecting means for detecting a voltage of the second node;
Second voltage detecting means for detecting the voltage of the first node;
The control device for an oxygen concentration sensor, wherein the impedance is calculated based on the voltage of the first node and the voltage of the second node.
前記算出されたインピーダンスが相対的に大きい場合には、前記第2の抵抗の抵抗値が相対的に小さくされ、
前記算出されたインピーダンスが相対的に小さい場合には、前記第1の抵抗の抵抗値が相対的に小さくされる
ことを特徴とする酸素濃度センサの制御装置。 In the control apparatus of the oxygen concentration sensor according to claim 8,
If the calculated impedance is relatively large, the resistance value of the second resistor is relatively small,
When the calculated impedance is relatively small, the resistance value of the first resistor is relatively small. The control device for an oxygen concentration sensor.
前記抵抗が並列配列に切り替えられる
ことを特徴とする酸素濃度センサの制御装置。 In the control device of the oxygen concentration sensor according to any one of claims 7 to 9,
The resistance is switched to a parallel arrangement. An oxygen concentration sensor control device.
前記抵抗及び前記コンデンサの定数は、前記回路定数の切り替えの前後で前記RC回路が所定の時定数を維持するように決定されている
ことを特徴とする酸素濃度センサの制御装置。 In the control apparatus of the oxygen concentration sensor according to any one of claims 7 to 10,
The controller of the oxygen concentration sensor, wherein the constants of the resistor and the capacitor are determined so that the RC circuit maintains a predetermined time constant before and after switching of the circuit constants.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004033392A JP2005227013A (en) | 2004-02-10 | 2004-02-10 | Control unit of oxygen concentration sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004033392A JP2005227013A (en) | 2004-02-10 | 2004-02-10 | Control unit of oxygen concentration sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005227013A true JP2005227013A (en) | 2005-08-25 |
Family
ID=35001855
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2004033392A Pending JP2005227013A (en) | 2004-02-10 | 2004-02-10 | Control unit of oxygen concentration sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2005227013A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9869656B2 (en) | 2014-04-11 | 2018-01-16 | Denso Corporation | Impedance detector for oxygen concentration sensor element |
JP2018514771A (en) * | 2015-04-29 | 2018-06-07 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングRobert Bosch Gmbh | Method and apparatus for determining internal resistance of sensor element |
-
2004
- 2004-02-10 JP JP2004033392A patent/JP2005227013A/en active Pending
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JP2018514771A (en) * | 2015-04-29 | 2018-06-07 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングRobert Bosch Gmbh | Method and apparatus for determining internal resistance of sensor element |
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