JP2006220558A - 酸素濃度検出方法及び酸素濃度検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】酸素センサの素子抵抗値の算出後、酸素センサによる迅速で且つ、高い信頼性を維持した酸素濃度の検出を可能とする酸素濃度検出方法及び酸素濃度検出回路を提供すること。
【解決手段】大気と被検出ガスとの間に酸素濃度差が生じることに基づき酸素濃度差に応じた電圧を出力する酸素センサＯＳに対して直列に抵抗Ｒ２を接続するとともに、この直列回路と並列にコンデンサＣ１を配する。酸素センサＯＳ及び抵抗Ｒ２の直列回路とコンデンサＣ１との並列回路に対する給電を行う前に酸素センサＯＳの出力電圧を予め求め、酸素センサＯＳの素子抵抗ＥＲの算出後、給電の解除に伴ってこの予め求めた酸素センサＯＳの出力電圧に相当する電圧を酸素センサＯＳの電圧出力端に印加する。そして、コンデンサＣ１の放電が完了することを条件に酸素センサＯＳの出力電圧に基づき被検出ガス中の酸素濃度を検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、酸素センサを用いて例えば車載内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出方法及び該検出方法の実施に使用する酸素濃度検出回路に関するものである。

車両には、環境保護の目的で、車載内燃機関から排出されたガスを浄化する三元触媒が備えられている。この三元触媒の浄化効率は排気ガス中の酸素濃度（空気過剰率）に依存するため、上記内燃機関においては、排気ガス中の酸素濃度をパラメータとする補正信号に基づいて、燃焼に供された混合気の空燃比が理論空燃比に一致するように燃料噴射量をフィードバック制御する、いわゆる空燃比フィードバック制御が一般に行われている。

この空燃比フィードバック制御にあって、上記排気ガス中の酸素濃度は、排気管内に設けられた酸素センサにより求められる。酸素センサは、例えばジルコニア素子により構成されており、大気と排気ガスとの間に酸素濃度差があると所定の起電力を発生する。ただし、この発生する起電力の信頼性は酸素センサ自身の温度に依存するため、実際には、この酸素センサを例えば５００℃以上の活性状態に維持するための正確なヒータ制御が必要となる。そこで、こうした酸素センサでは、酸素センサ自身の素子抵抗と同酸素センサの温度とに所定の相関があることを利用して、この素子抵抗の値から推定される酸素センサの温度が上記５００℃等、所定の温度以上のとき活性状態にあると判断される。そして、酸素センサがこうした活性状態にあることを条件に、上述した空燃比フィードバック制御が実行される。

ここで、酸素センサの素子抵抗の値を求める方法としては、例えば特許文献１に記載の方法があり、またこの求めた素子抵抗の値に基づき酸素センサが活性温度に達しているか否かを判断しつつ、車載内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出する回路として従来一般に採用されている回路としては、図１２に例示する回路が知られている。

同図１２に示されるように、この酸素濃度検出回路は、例えばマイクロコンピュータからなる制御部１００を備え、この制御部１００によるトランジスタＴＲ１の制御、並びにその結果得られる各部の電圧の監視のもとに酸素センサＯＳの素子抵抗ＥＲの値を求め、且つ、酸素センサＯＳの出力電圧をもとに上記酸素濃度を検出する。そして、酸素センサＯＳの素子抵抗ＥＲの値を求めるためにこの回路では、電極の一端が接地された酸素センサＯＳと直列に抵抗Ｒ１及びＲ２を接続し、該直列回路に対して上記トランジスタＴＲ１のオン制御に基づく電源ＶＣからの給電を行う。

また、上記制御部１００には、抵抗Ｒ３を介して上記トランジスタＴＲ１のオン／オフを制御するための充電ポートＰＴ１とともに、
・上記抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点の電圧を抵抗Ｒ４を介してＡＤ（アナログ−ディジタル）変換するＡＤ変換ポートＡＤ１。
・上記抵抗Ｒ２と酸素センサＯＳとの接続点の電圧を抵抗Ｒ５を介してＡＤ変換するＡＤ変換ポートＡＤ２。
・上記酸素センサＯＳの出力電圧をモニタするためのＡＤ変換ポートＡＤ３。
がそれぞれ設けられている。そして、この制御部１００では基本的に、上記トランジスタＴＲ１のオン制御時に上記ＡＤ変換ポートＡＤ１及びＡＤ２に取り込まれる電圧に基づいて酸素センサＯＳの素子抵抗ＥＲの値を求めるとともに、上記トランジスタＴＲ１をオフとしたときに上記ＡＤ変換ポートＡＤ３に取り込まれる電圧に基づいて酸素センサＯＳの出力電圧を求める。

ただしこの回路においては、同図１２に併せて示されるように、上記抵抗Ｒ１及びＲ２の接続点と接地との間に、すなわち抵抗Ｒ２と酸素センサＯＳとからなる直列回路に電気的に並列にコンデンサＣ１が接続されている。このコンデンサＣ１は、電源ＶＣの急激な電圧変化を吸収するとともに、上記ＡＤ変換ポートＡＤ１及びＡＤ２に取り込まれる電圧に対する例えば点火ノイズ等の外来ノイズの重畳を防止するためのものであり、上記素子抵抗ＥＲの値の算出精度を高めるうえでも不可欠の素子となっている。

そこで、この酸素濃度検出回路では、制御部１００による以下に列記する処理を通じて上記酸素センサＯＳの素子抵抗ＥＲの値を求めるとともに、酸素センサＯＳの出力電圧に基づく上記酸素濃度の検出を行うようにしている。
１．上記充電ポートＰＴ１を通じてトランジスタＴＲ１をオンとする。これにより、電源ＶＣからトランジスタＴＲ１、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、及び酸素センサＯＳを介して接地端に電流が流れ込むとともに、コンデンサＣ１に対する電荷の充電が開始される。
２．コンデンサＣ１に電荷が充電された後、上記ＡＤ変換ポートＡＤ１及びＡＤ２に取り込まれる電圧に基づき抵抗Ｒ２の端子間電圧Ｖ１（＝ＡＤ１−ＡＤ２）を求める。すなわちこのとき、抵抗Ｒ２は検流抵抗として機能する。
３．この求めた電圧Ｖ１（＝ＡＤ１−ＡＤ２）から、次式に基づき酸素センサＯＳの素子抵抗ＥＲの値を求める。

電流Ｉ＝Ｖ１／Ｒ２
素子抵抗ＥＲの抵抗値＝ＡＤ変換ポートＡＤ２に取り込まれる電圧／電流Ｉ
＝ＡＤ変換ポートＡＤ２に取り込まれる電圧×Ｒ２／Ｖ１

４．上記充電ポートＰＴ１を通じてトランジスタＴＲ１をオフとする。これにより、コンデンサＣ１に充電されていた電荷が抵抗Ｒ２及び酸素センサＯＳを通じて放電される。
５．上記電荷の放電完了後、酸素センサＯＳから上記検出対象となる酸素濃度に応じた値として出力されている電圧を上記ＡＤ変換ポートＡＤ３を介して取り込み、この取り込んだ電圧に基づいて同検出対象となる酸素濃度を検出（推定）する。

上述の空燃比フィードバック制御にあっては、このようにして検出される排気ガス中の酸素濃度に基づき直前の燃焼に供された混合気の空燃比を推定し、この空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量の増減が行われることとなる。なお、上記求められる素子抵抗ＥＲの値に基づいて判断される酸素センサＯＳの温度が上記活性温度に達していない場合には、上記ＡＤ変換ポートＡＤ３を介して取り込まれる酸素センサＯＳの出力電圧がこの空燃比フィードバック制御に用いられることはない。すなわちこの場合、空燃比フィードバック制御自体を禁止するようにしている。
特開平９−２９２３６４号公報

このように、酸素濃度検出回路にあっては通常、上記求めた酸素センサＯＳの素子抵抗ＥＲの値に基づいて酸素センサＯＳ自身のその都度の温度を推定し、該推定した温度に基づいて酸素センサＯＳが活性状態にあるか否かを判断している。このため、上記素子抵抗ＥＲの値を求めている間は酸素濃度を検出することができない。

また、この素子抵抗ＥＲの値の算出が終了して、上記トランジスタＴＲ１をオフにしたとしても、上記コンデンサＣ１に充電された電荷が完全に放電されるまでの時間は待つ必要があり、やはりこの間は酸素濃度を検出することができない。

しかも、このコンデンサＣ１に充電された電荷の放電にかかる時定数は、上記抵抗Ｒ２と素子抵抗ＥＲとの合成抵抗に基づいて決定されるため、素子抵抗ＥＲの抵抗値が変化するようなことがあれば、このコンデンサＣ１に充電された電荷が完全に放電されるまでの時間も変化する。事実、この素子抵抗ＥＲの抵抗値は、酸素センサＯＳ自身の温度によって大きく変動し、酸素センサＯＳが活性化されていて、例えばその温度が約７５０℃であるときの素子抵抗ＥＲの抵抗値は約「３０Ω」であるのに対し、酸素センサＯＳの活性化前、例えばその温度が約２５℃であるときの素子抵抗ＥＲの抵抗値は約「３５ｋΩ」と大きく異なる。すなわち、酸素センサＯＳの温度が低いほど上記時定数は大きな値となり、ひいては上記コンデンサＣ１に充電された電荷が完全に放電されるまでの時間も長くなる。またこのことは、酸素センサＯＳが活性化されている状態でも同様であり、その温度が例えば約７５０℃であるときの上記素子抵抗ＥＲの抵抗値、約「３０Ω」に対し、活性化の判定基準とする温度、例えば上述した５００℃であるときの素子抵抗ＥＲの抵抗値は約「５００Ω」と、一桁以上高くなる。したがって、たとえ活性状態の範囲にあったとしても、酸素センサＯＳ自身の温度が低いほど、上記コンデンサＣ１に充電された電荷が完全に放電されるまでの時間は長くなる。

結局、上記従来の酸素濃度検出回路では、酸素センサの素子抵抗の値を求めている間はともあれ、この素子抵抗の値の算出後、酸素センサを通じた酸素濃度の検出が可能となるまでに要する時間が無視できないばかりか、この時間そのものが酸素センサ自身の温度によって大きく変動する。このため、酸素濃度の検出時期についての適合を図ることは困難であり、逆にこの適合を断念して、上記電荷の放電に必要十分とされる時間だけ酸素濃度の検出時期を遅らせることとすれば、その検出される酸素濃度についての信頼性の維持が難しくなる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、酸素センサの素子抵抗値の算出後、酸素センサによる迅速で且つ、高い信頼性を維持した酸素濃度の検出を可能とする酸素濃度検出方法及び酸素濃度検出回路を提供することにある。

こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、大気と被検出ガスとの間に酸素濃度差が生じることに基づき該酸素濃度差に応じた電圧を出力する酸素センサに対して直列に検流抵抗を接続するとともに、この直列回路と並列にコンデンサを配し、該酸素センサ及び検流抵抗の直列回路とコンデンサとの並列回路に給電を行って酸素センサの素子抵抗を算出した後、上記給電の解除によって上記コンデンサから電荷の放電が完了することを条件に酸素センサの出力電圧に基づき被検出ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出方法として、上記並列回路に対する給電を行う前に酸素センサの出力電圧を予め求め、その素子抵抗の算出後、上記給電の解除に伴ってこの予め求めた酸素センサの出力電圧に相当する電圧を酸素センサの電圧出力端に印加するようにした。

このような酸素濃度検出方法によれば、上記並列回路に対する給電に基づく酸素センサの素子抵抗の算出後、同並列回路に対する給電を行う前の酸素センサの出力電圧に相当する電圧が酸素センサの電圧出力端に印加されることで、上記並列回路を構成するコンデンサの放電電圧も、上記算出された素子抵抗の値に拘らず、急速にこの印加された電圧、すなわち同並列回路に対する給電を行う前の酸素センサの出力電圧に収束されるようになる。このため、上記素子抵抗の算出後、酸素センサを通じた酸素濃度の検出が可能となるまでに要する時間は大幅に短縮されることとなり、また酸素センサ自身の温度によってこの時間に変動をきたすようなこともなくなる。しかも、酸素濃度の検出が可能となるまでに要する時間がこうして短縮されることで、被検出ガス中の酸素濃度の変化にも迅速に追従することができるようになり、その検出される酸素濃度についての信頼性も高く維持されるようになる。

また、このような酸素濃度検出方法において、上記給電を行う前の酸素センサの出力電圧に相当する電圧を同酸素センサの電圧出力端に印加する方法としては、例えば請求項２に記載の発明によるように、
（イ）上記並列回路に対する給電を行う前に予め求めた酸素センサの出力電圧をアナログ−ディジタル変換して記憶手段に記憶しておき、この記憶手段に記憶した値をディジタル−アナログ変換した電圧を、酸素センサの出力電圧に相当する電圧として、上記給電の解除に伴い、酸素センサの電圧出力端に印加する。
あるいは請求項３に記載の発明によるように、
（ロ）上記並列回路に対する給電を行う前に酸素センサの出力電圧を予めサンプルホールドしておき、このサンプルホールドした電圧を、酸素センサの出力電圧に相当する電圧として、上記給電の解除に伴い、酸素センサの電圧出力端に印加する。
等々、の方法を採用することができる。ちなみに、上記（イ）の方法によれば、アナログ−ディジタル変換機能やディジタル−アナログ変換機能を備えたマイクロコンピュータ等を用いて、上述した酸素濃度検出方法を容易に実施することができるようになる。一方、上記（ロ）の方法によれば、基本的にアナログ回路を用いて酸素センサの電圧出力端に対する上記電圧の印加を行うことができるため、コスト面での、同酸素濃度検出検出方法の実施が容易となる。

なお、これら請求項１〜３のいずれかに記載の酸素濃度検出方法は、請求項４に記載の発明によるように、上記並列回路に対する給電を行う前の酸素センサの出力電圧の抽出、及び上記並列回路に給電を行っての酸素センサの素子抵抗の算出、及び上記給電の解除に伴う酸素センサの出力電圧に相当する電圧の酸素センサの電圧出力端への印加、及び酸素センサの出力電圧に基づく被検出ガス中の酸素濃度の検出を所定周期毎に繰り返し実行する用途に適用して特に有効である。上記酸素濃度検出方法によれば、酸素センサの素子抵抗の算出後、酸素センサによる酸素濃度の検出が迅速に行われるようになるため、繰り返しの実行による限られた期間内であっても的確に、しかも高い信頼性を維持して酸素濃度の検出を行うことができるようになる。

また、請求項５に記載の発明では、大気と被検出ガスとの間に酸素濃度差が生じることに基づき該酸素濃度差に応じた電圧を出力する酸素センサと、酸素センサに対して直列に接続される検流抵抗と、これら酸素センサ及び検流抵抗の直列回路に対して並列に接続されるコンデンサと、酸素センサ及び検流抵抗と上記コンデンサとの並列回路に対する給電をオン／オフするスイッチング素子と、酸素センサの出力電圧を抽出した後、スイッチング素子をオンとして上記並列回路に給電を行い、その状態で検流抵抗に流れる電流に基づき酸素センサの素子抵抗を算出するとともに、該素子抵抗の算出後、上記スイッチング素子をオフとして酸素センサの電圧出力端に上記抽出した酸素センサの出力電圧に相当する電圧を印加し、同酸素センサの電圧出力端の収束された電圧に基づいて被検出ガス中の酸素濃度を検出する制御手段とを備えて酸素濃度検出回路を構成することとした。

酸素濃度検出回路としてこのような構成によれば、制御手段を通じて上記請求項１に記載の酸素濃度検出方法が忠実に実行されることとなる。したがって、このような酸素濃度検出回路によっても、酸素センサの素子抵抗値の算出後、酸素センサによる迅速で且つ、高い信頼性を維持した酸素濃度の検出が可能となる。

なお、上記制御手段の具体的な構成としては、例えば請求項６に記載の発明によるように、
（Ａ）上記抽出される酸素センサの出力電圧をアナログ−ディジタル変換して記憶手段に記憶しておき、この記憶手段に記憶した値をディジタル−アナログ変換した電圧を、酸素センサの出力電圧に相当する電圧として、上記スイッチング素子をオフとした後、酸素センサの電圧出力端に印加する構成。
あるいは請求項７に記載の発明によるように、
（Ｂ）上記抽出される酸素センサの出力電圧をサンプルホールド回路にホールドしておき、このホールドした電圧を、酸素センサの出力電圧に相当する電圧として、上記スイッチング素子をオフとした後、酸素センサの電圧出力端に印加する構成。
等々を採用することができる。ちなみに、上記（Ａ）の構成によれば、上記（イ）の方法が忠実に実行されることとなり、上述した酸素濃度検出方法を容易に実施することができるようになる。また、上記（Ｂ）の構成によれば、上記（ロ）の方法が忠実に実行されることとなり、コスト面での、同酸素濃度検出検出方法の実施が容易となる。

なお、請求項５〜７のいずれかに記載の酸素濃度検出回路は、請求項８に記載の発明によるように、酸素センサの出力電圧の抽出、及び上記スイッチング素子をオンとしての酸素センサの素子抵抗の算出、及び上記スイッチング素子をオフとしての酸素センサの出力電圧に相当する電圧の酸素センサの電圧出力端への印加、及び酸素センサの電圧出力端の収束された電圧に基づく被検出ガス中の酸素濃度の検出を所定周期毎に繰り返し実行する用途に適用して特に有効である。これにより、上記請求項４に記載の酸素濃度検出方法と同様、繰り返しの実行による限られた期間内であっても的確に、しかも高い信頼性を維持して酸素濃度の検出を行うことができるようになる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明にかかる酸素濃度検出方法及び酸素濃度検出回路を車載内燃機関において空燃比フィードバック制御を行う装置に実装される酸素濃度検出回路及び同回路を用いて酸素濃度の検出を行う方法に適用した第１の実施の形態について図１〜図８を参照して説明する。

図１に示すように、本実施の形態の酸素濃度検出回路も、基本的には、先の図１２に例示した酸素濃度検出回路と同様、酸素センサＯＳに加え、トランジスタＴＲ１（スイッチング素子）、抵抗Ｒ１〜Ｒ５、及びコンデンサＣ１を備えて構成されている。ただし、ここでは、制御部１０及びトランジスタＴＲ２を通じて、抵抗Ｒ２及び酸素センサＯＳとコンデンサＣ１との並列回路に給電する前の酸素センサＯＳの出力電圧を、酸素センサＯＳの素子抵抗ＥＲの算出後、酸素センサＯＳの電圧出力端に印加することによって、コンデンサＣ１の放電電圧が収束するまでの時間を短縮するようにしている。以下、その具体的な構成、並びに動作について詳述する。

同図１に示されるように、この酸素濃度検出回路は、先の図１２に示される酸素濃度検出回路の構成に加えて、酸素センサＯＳの電圧出力端に抵抗Ｒ６を介して接続されるトランジスタＴＲ２及びこのトランジスタＴＲ２のエミッタ端子に接続されるボルテージフォロア１１を備えて構成されている。また、上記制御部１０は、充電ポートＰＴ１やＡＤ変換ポートＡＤ１〜ＡＤ３に加えて、メモリ（記憶手段）１２、このメモリ１２に記憶された値をＤＡ（ディジタル−アナログ）変換して出力するＤＡ変換ポートＤＡ、及び電荷抜きポートＰＴ２を備えるマイクロコンピュータ等によって構成されている。そして、上記トランジスタＴＲ２のベース端子は制御部１０の電荷抜きポートＰＴ２に接続され、ボルテージフォロア１１の入力端子は制御部１０のＤＡ変換ポートＤＡにそれぞれ接続されている。なお、本実施の形態で用いられる酸素センサＯＳは、その温度が５００℃以上となったときに活性状態となるとともに、その活性状態において、
（ａ）燃焼に供された混合気の空燃比がリッチ状態であるときの排気ガス中の酸素濃度に対応して０．９Ｖの電圧を出力する。
（ｂ）燃焼に供された混合気の空燃比がリーン状態であるときの排気ガス中の酸素濃度に対応して０．２Ｖの電圧を出力する。
といった特性を有しているとする。

このような構成において、制御部１０は、酸素センサＯＳの素子抵抗ＥＲの値を求めるにあたって、まず酸素センサＯＳの上述した出力電圧をＡＤ変換ポートＡＤ３を介して抽出し、その抽出した出力電圧の値をＡＤ変換してメモリ１２に記憶する。そして、制御部１０は、酸素センサＯＳの素子抵抗ＥＲの値を算出した後、電荷抜きポートＰＴ２を介してトランジスタＴＲ２をオン制御するとともに、上記メモリ１２に記憶されている値、すなわち酸素センサＯＳの出力電圧をＤＡ変換し、そのＤＡ変換した電圧をボルテージフォロア１１を通じて酸素センサＯＳの電圧出力端に印加する。すなわち、制御部１０は、酸素センサＯＳの素子抵抗ＥＲの値を算出した後、予め求めた酸素センサＯＳの出力電圧に相当する電圧を酸素センサＯＳの電圧出力端に印加する。

また、上記制御部１０が上述した車載内燃機関の空燃比フィードバック制御等を含む運転制御を併せて行うものである場合、同制御部１０では、上記算出された素子抵抗ＥＲの値から酸素センサＯＳ自身の温度を推定し、その推定した温度に基づいて酸素センサＯＳの活性状態を判別する活性判定処理を行う。そして、制御部１０は、上記活性判定処理において酸素センサＯＳが活性状態にあると判別された場合、酸素センサＯＳの出力電圧をＡＤ変換ポートＡＤ３を介して取り込み、この取り込んだ酸素センサＯＳの出力電圧に基づいて燃料噴射量を調整すべく、前述した噴射量制御を行う。

これらの処理のうち、まず制御部１０が行う活性判定処理を図２にフローチャートとして示し、この図２のフローチャートを参照しつつ、同活性判定処理にかかる処理手順を以下に列記する。なお、この活性判定処理は、例えば６４ｍｓ（ミリ秒）毎に行われる処理である。
１．酸素センサＯＳの出力電圧をＡＤ変換ポートＡＤ３を介して抽出し、この抽出された酸素センサＯＳの出力電圧をアナログ−ディジタル変換してメモリ１２に記憶する（図２ステップＳ１０１）。
２．充電ポートＰＴ１を通じてトランジスタＴＲ１をオン制御する（図２ステップＳ１０２）。これにより、電源ＶＣからトランジスタＴＲ１、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、及び酸素センサＯＳを介して接地端に電流が流れ込むとともに、コンデンサＣ１に対する電荷の充電が開始される。
３．コンデンサＣ１に電荷が充電された後、ＡＤ変換ポートＡＤ１及びＡＤ２に取り込まれる電圧に基づき抵抗Ｒ２の端子間電圧Ｖ１（＝ＡＤ１−ＡＤ２）を求める（図２ステップＳ１０３）。すなわちここで、抵抗Ｒ２は検流抵抗として機能する。
４．この求めた電圧Ｖ１（＝ＡＤ１−ＡＤ２）と抵抗Ｒ２の値から電流Ｉ（＝Ｖ１／Ｒ２）を求める（図２ステップＳ１０４）。
５．ＡＤ変換ポートＡＤ２に取り込まれる電圧と上記電流Ｉとに基づき、酸素センサＯＳの素子抵抗ＥＲの抵抗値を算出する（図２ステップＳ１０５）。
６．充電ポートＰＴ１を通じてトランジスタＴＲ１をオフ制御する（図２ステップＳ１０６）。
７．続いて、上記メモリ１２に記憶されている酸素センサＯＳの出力電圧のディジタル値、すなわち、抵抗Ｒ２及び酸素センサＯＳとコンデンサＣ１との並列回路に給電される前の酸素センサＯＳの出力電圧を示すディジタル値をディジタル−アナログ変換する。そしてこの変換された電圧（相当電圧）をＤＡ変換ポートＤＡを介して出力し、その後、電荷抜きポートＰＴ２を通じてトランジスタＴＲ２をオン制御する（図２ステップＳ１０７）。これにより、上記並列回路に給電される前の酸素センサＯＳの出力電圧に相当する電圧がボルテージフォロア１１、トランジスタＴＲ２、及び抵抗Ｒ６を介して酸素センサＯＳの電圧出力端に印加されることとなる。この酸素センサＯＳの電圧出力端への上記電圧の印加によって、コンデンサＣ１の放電に際して酸素センサＯＳに電流が流れ込むことはなくなり、コンデンサＣ１の放電電圧は、上記算出された素子抵抗ＥＲの値に拘らず、この印加された電圧に急速に収束されるようになる。
８．上記素子抵抗ＥＲの値に基づいて酸素センサＯＳ自身の温度の推定を行う（図２ステップＳ１０８）。具体的には、図３に示される素子抵抗ＥＲの値と酸素センサＯＳの温度との相関関係に基づいて上記素子抵抗ＥＲの値から酸素センサＯＳの温度を推定する。例えば、上記算出された素子抵抗ＥＲの値が３０Ωの場合、酸素センサＯＳの温度が７５０℃であると推定する。
９．この求めた酸素センサＯＳの温度が５００℃以上であるか否か、すなわち酸素センサＯＳが活性状態にあるか否かを判断する（図２ステップ１０９）。
１０．酸素センサＯＳの温度が５００℃以上であると判断される場合、活性判定フラグＦＧをセットする（図２ステップＳ１１０）。
１１．一方、酸素センサＯＳの温度が５００℃未満であると判断される場合、活性判定フラグＦＧをリセットする（図２ステップＳ１１１）。

次に、制御部１０が行う上記噴射量制御を図４にフローチャートとして示し、この図４のフローチャートを参照しつつ、同噴射量制御にかかる制御手順について説明する。なお、この噴射量制御は、例えば４ｍｓ毎に行われる。

同図４に示されるように、この噴射量制御に際してはまず、ステップＳ２０１の処理として、活性判定フラグＦＧがセットされているか否かが判断され、肯定判断される場合にはステップＳ２０２の処理として酸素センサＯＳの出力電圧がＡＤ変換ポートＡＤ３を介して取り込まれる。そして、続くステップＳ２０３の処理として、この取り込まれた酸素センサＯＳの出力電圧の値が判別される。その結果、この酸素センサＯＳの出力電圧が０．９Ｖのときには、ステップＳ２０４の処理として燃料の噴射量を減少させるべく燃料噴射弁等の制御が行われた後に当該処理は一旦終了される。一方、このステップＳ２０３の処理において、酸素センサＯＳの出力電圧が０．２Ｖのときには、ステップＳ２０５の処理として燃料の噴射量を増加させるべく燃料噴射弁等の制御が行われた後に当該処理は一旦終了される。すなわち、酸素センサＯＳの出力電圧が０．９Ｖの場合には、前記燃焼に供された混合気の空燃比がリッチ状態であると判断されて燃料の噴射量が減少する方向に空燃比フィードバック制御が行われる。逆に、酸素センサＯＳの出力電圧が０．２Ｖの場合には、前記燃焼に供された混合気の空燃比がリーン状態であると判断されて燃料の噴射量が増加する方向に空燃比フィードバック制御が行われる。

なお、上記ステップＳ２０１の処理において否定判断された場合には、当該処理は一旦終了され、酸素センサＯＳの出力電圧が空燃比フィードバック制御に用いられることはない。

このようにして制御部１０は、活性判定処理及び噴射量制御の実行を通じて酸素センサＯＳの素子抵抗ＥＲの値を算出した後、酸素センサＯＳにより排気ガス中の酸素濃度を検出する。

図５は、この実施の形態にかかる酸素濃度検出回路の上述した動作に伴う酸素センサＯＳの端子間電圧の推移について示したものであり、次に、同図５を併せ参照して、素子抵抗ＥＲの値が算出された後、酸素センサＯＳによる酸素濃度の検出が可能となる時期についてさらに詳述する。なお、図５（ａ）〜（ｄ）は、上記並列回路に給電が行われる前の酸素センサＯＳの出力電圧が０．９Ｖであるときの酸素センサＯＳの端子間電圧の推移、及び同酸素センサＯＳの出力電圧が０．２Ｖであるときの酸素センサＯＳの端子間電圧の推移を、それぞれ上記トランジスタＴＲ１、ＴＲ２の動作との対比のもとに示したものである。以下、これら出力電圧の別にその詳細を説明する。

＜給電前の酸素センサＯＳの出力電圧が０．９Ｖの場合＞
制御部１０において活性判定処理が実行されると、まず酸素センサＯＳの出力電圧０．９ＶがＡＤ変換されてメモリ１２に記憶される。そして、タイミングｔ１として示すタイミングにおいて図５（ｃ）に示されるようにトランジスタＴＲ１がオン制御されると、同図５（ａ）に示されるように、酸素センサＯＳの端子間電圧はコンデンサＣ１への電荷の充電に伴い上昇していく。その後、コンデンサＣ１への電荷の充電が完了するタイミングｔ２において素子抵抗ＥＲの値が算出された後、タイミングｔ３として示すタイミングにおいて図５（ｃ）及び（ｄ）に示される態様でトランジスタＴＲ１のオフ制御及びトランジスタＴＲ２のオン制御がそれぞれ実行される。これにより、酸素センサＯＳの電圧出力端には上記メモリ１２に記憶されている０．９Ｖの電圧が印加されるようになり、タイミングｔ４として示すタイミングにおいてコンデンサＣ１の放電電圧、すなわち酸素センサＯＳの端子間電圧はこの０．９Ｖに急速に収束することとなる。したがって、この酸素センサＯＳの端子間電圧が０．９Ｖに収束した後の多少余裕のあるタイミング、例えばタイミングｔ５において酸素センサＯＳによる酸素濃度の検出が可能となる。

なお、実際には、上述した活性判定処理は例えば２００μ秒といった極短時間のうちに実行される処理であり、車載内燃機関の高回転領域での燃料噴射間隔が１０ｍｓであることに鑑みると、活性判定処理中における酸素濃度の変化は無視することができる。よって、素子抵抗ＥＲの値を求めた後の酸素センサＯＳの出力電圧と前記並列回路に対する給電が行われる前の酸素センサＯＳの出力電圧とはほぼ等しいと考えられる。この点からも、素子抵抗ＥＲの値が算出された後、速やかに、しかも高い信頼性をもって酸素センサＯＳによる酸素濃度の検出を行うことができるようになる。

＜給電前の酸素センサＯＳの出力電圧が０．２Ｖの場合＞
次に、上記並列回路に給電する前の酸素センサＯＳの出力電圧が０．２Ｖである場合について説明する。この場合、制御部１０において活性判定処理が実行されると、この出力電圧０．２ＶがＡＤ変換されてメモリ１２に記憶される。そして、上記タイミングｔ３においてトランジスタＴＲ１のオフ制御及びトランジスタＴＲ２のオン制御がそれぞれ実行されると、タイミングｔ４において酸素センサＯＳの端子間電圧は０．２Ｖに収束することとなる。したがってこの場合も、酸素センサＯＳの端子間電圧が０．２Ｖに収束した後のタイミング、例えば上記タイミングｔ５において酸素センサＯＳによる酸素濃度の迅速で且つ信頼性の高い検出が可能となる。

ところで、酸素センサＯＳの素子抵抗ＥＲの値を算出した後において速やかに酸素センサＯＳによる酸素濃度の検出を可能とする構成としては、例えば図６に例示するように、従来の酸素濃度検出回路に対してトランジスタＴＲ２のみを酸素センサＯＳに対して並列に付加する構成も考えられる。この構成によれば、制御部２０を通じて素子抵抗ＥＲの値が算出された後にトランジスタＴＲ１がオフ制御されるとともにトランジスタＴＲ２がオン制御され、コンデンサＣ１に充電された電荷は、抵抗Ｒ２、酸素センサＯＳ、及び接地端からなる経路と、抵抗Ｒ６、トランジスタＴＲ２、及び接地端からなる経路とを通じて放電される。これにより、上記コンデンサＣ１の放電時間も確実にその短縮化が図られるようになる。しかし、このような構成によっても、酸素センサＯＳの温度の違いに起因して変化する素子抵抗ＥＲの値の影響は避けきれず、結局は、コンデンサＣ１に充電された電荷の放電にかかる時定数は変化する。このため、コンデンサＣ１が完全に放電されるまでの時間も変動することとなり、電荷抜きポートＰＴ２を通じたトランジスタＴＲ２のオン時間についての適合を図ることが必要となる。しかも、この酸素濃度検出回路では、抵抗Ｒ６の抵抗値の大小やトランジスタＴＲ２の精度によっても上記時定数が変動するため、こうした適合は一層困難である。そして、こうした適合が正確に行われない場合には、素子抵抗ＥＲの値が算出されてから酸素センサＯＳによる酸素濃度の検出が行われるまでの時間も結局は長くなってしまう。

例えば、図７（ａ）に示されるように、適合が最適ではなく、トランジスタＴＲ２がオンされている時間が最適な時間（図７（ｃ）参照）よりも短い場合、すなわち、トランジスタＴＲ２がタイミングｔ１１にてオン制御された後、タイミングｔ１２にてオフ制御されたとすると、タイミングｔ１２以降はコンデンサＣ１の放電速度が緩やかになってしまう。このため、コンデンサＣ１に充電された電荷が完全に放電されるまでの時間は長くなり、結局は、酸素センサＯＳの出力電圧がそのときの酸素濃度に応じた電圧に収束するまでの時間も長くなる。その結果、酸素センサＯＳによる酸素濃度の検出が可能となるのは、例えばタイミングｔ１３に対応して同図７（ａ）に示すタイミング、すなわち先の図５に示したタイミングｔ５よりも大きく遅れたタイミングとなる。

他方、同図７（ｂ）に示すように、トランジスタＴＲ２がオンされている時間が上記最適な時間よりも長い場合、すなわち、トランジスタＴＲ２がタイミングｔ１１にてオン制御された後、タイミングｔ１４にてオフ制御された場合、コンデンサＣ１に充電された電荷は抵抗Ｒ６、トランジスタＴＲ２、及び接地端を通じて接地レベルまで放電される。このため、酸素センサＯＳの端子間電圧は、タイミングｔ１４として示すタイミングにおいて接地レベルまで低下してしまい、結局、トランジスタＴＲ２がオンされている時間が最適な時間よりも短い場合と同様に、酸素センサＯＳの出力電圧がそのときの酸素濃度に応じた電圧に収束するまでの時間は長くなる。したがって、酸素センサＯＳによる酸素濃度の検出が可能となるのは、ここでも例えばタイミングｔ１３に対応して同図７（ｂ）に示すタイミング、すなわち先の図５に示したタイミングｔ５よりも大きく遅れたタイミングとなる。

このように、トランジスタＴＲ２がオンしている時間の長短によって、酸素センサＯＳによる酸素濃度の検出が可能となるタイミングは変動することとなる。そのため、同図７（ｃ）に示されるように、酸素センサＯＳの端子間電圧がそのときにおける酸素センサＯＳの出力電圧とほぼ等しくなるようなタイミング、すなわちタイミングｔ１５として示すタイミングにおいてトランジスタＴＲ２をオフ制御する必要がある。こうしたトランジスタＴＲ２のオフ制御のタイミングを含めて、酸素センサＯＳによる酸素濃度の検出が可能となる検出時期についての適合は困難である。しかも、酸素センサＯＳの出力電圧が酸素濃度に依存していることも、トランジスタＴＲ２の最適なオン時間を求めることを困難とする要因となっている。

すなわち、例えば図８（ａ）に示すように、上記並列回路に給電を行う前の酸素センサＯＳの出力電圧が０．９Ｖである場合、素子抵抗ＥＲの値を求めた後に速やかに酸素センサＯＳの出力電圧を取り込むためには、タイミングｔ２２においてトランジスタＴＲ２をオフ制御すればよい。そうすれば、このタイミングｔ２２から多少余裕のあるタイミング、例えばタイミングｔ２３において酸素センサＯＳによる酸素濃度の検出が可能となる。しかし、このようなトランジスタＴＲ２のオフ制御のタイミングは、上記並列回路に対して給電を行う前の酸素センサＯＳの出力電圧が０．９Ｖの場合には最適であっても、この酸素センサＯＳの出力電圧が０．９Ｖと異なれば、必ずしも最適にはならない。例えば、上記並列回路に対して給電を行う前の酸素センサＯＳの出力電圧が０．２Ｖであったときに、同図８（ｂ）に示すタイミングｔ２２においてトランジスタＴＲ２をオフ制御すると、タイミングｔ２２以降はコンデンサＣ１の放電速度が減速することとなる。その結果、酸素センサＯＳの出力電圧がそのときの酸素濃度に応じた出力電圧に収束するまでの時間は長くなり、酸素センサＯＳによる酸素濃度の検出が可能となるタイミングは、例えばタイミングｔ２４として示すタイミング、すなわち先の図５に示したタイミングｔ５よりもやはり遅れたタイミングとなる。

その点、本実施の形態のように、素子抵抗ＥＲの値を求めた後に酸素センサＯＳの電圧出力端に対して上記並列回路に対する給電を行う前の酸素センサＯＳの出力電圧に相当する電圧を印加することとすれば、酸素センサＯＳの端子間電圧が素子抵抗ＥＲの値や抵抗Ｒ６の値に拘らず、急速にこの印加された電圧に収束されるようになる。その結果、素子抵抗ＥＲの算出後、酸素センサＯＳを通じた酸素濃度の検出が可能となるまでに要する時間は大幅に短縮されることとなる。また、酸素センサＯＳ自身の温度によってこの時間に変動をきたすようなこともなくなる。しかも、酸素濃度の検出が可能となるまでに要する時間がこうして短縮されることで、排気ガス中の酸素濃度の変化にも迅速に追従することができるようになり、その検出される酸素濃度についての信頼性も高く維持されるようになる。

以上説明したように、本実施の形態にかかる酸素濃度検出方法及び酸素濃度検出回路によれば、以下のような効果を得ることができるようになる。
（１）酸素センサＯＳの素子抵抗ＥＲの算出後、酸素センサＯＳの電圧出力端に対して上記並列回路に対する給電を行う前の酸素センサＯＳの出力電圧に相当する電圧を印加するようにした。このため、コンデンサＣ１の放電電圧は、酸素センサＯＳの素子抵抗ＥＲの値等に拘らず、急速にこの印加された電圧に収束されるようになり、素子抵抗ＥＲの算出後、酸素センサＯＳを通じた酸素濃度の検出が可能となるまでに要する時間は大幅に短縮されるようになる。

（２）また、素子抵抗ＥＲの算出後、コンデンサＣ１に充電された電荷が放電される際に酸素センサＯＳに酸素センサの出力電圧が印加されるため、酸素センサＯＳを通じた酸素濃度の検出が可能となるまでに要する時間が酸素センサＯＳ自身の温度によって変動をきたすようなこともなくなる。この点でも、酸素センサＯＳによる酸素濃度の検出が可能となるタイミングの変動は大幅に軽減されるようになる。

（３）しかも、酸素濃度の検出が可能となるまでに要する時間がこうして短縮されることで、排気ガス中の酸素濃度の変化にも迅速に追従することができるようになり、その検出される酸素濃度についての信頼性も高く維持されるようになる。

（４）本実施の形態では、アナログ−ディジタル変換機能やディジタル−アナログ変換機能を備えたマイクロコンピュータ等からなる制御部１０を用いて酸素濃度の検出を行うこととしたため、その検出が容易であるとともに、酸素濃度検出回路としての回路構成も簡素化されるようになる。

（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施の形態について説明する。前記第１の実施の形態では、上記並列回路に給電する前の酸素センサＯＳの出力電圧をＡＤ変換してメモリ１２に記憶しておき、素子抵抗ＥＲの算出後、このメモリ１２に記憶されている電圧をＤＡ変換して酸素センサＯＳの電圧出力端に印加するようにしている。これに対し、本実施の形態では、サンプルホールド回路を用いて、素子抵抗ＥＲの算出後、上記並列回路に給電する前の酸素センサＯＳの出力電圧に相当する電圧を酸素センサＯＳの電圧出力端に印加するようにしている。以下、こうした酸素濃度検出回路について説明する。

図９は、本実施の形態にかかる酸素濃度検出回路を概略的に示したものである。同図９に示されるように、本実施の形態にかかる酸素濃度検出回路は、サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ回路）３１をさらに備えて構成されている。このサンプルホールド回路３１は、セットポートＳＰ、リセットポートＲＰ、ホールドポートＳＨ、及び出力ポートＯＵＴを備えている。このうち、セットポートＳＰ及びリセットポートＲＰは制御部３０にそれぞれ接続され、ホールドポートＳＨは酸素センサＯＳの電圧出力端子に接続されている。また、サンプルホールド回路３１において、出力ポートＯＵＴは、ボルテージフォロア１１の入力端子に接続されている。

こうしたサンプルホールド回路３１は、公知の回路構成を有しており、ホールドポートＳＨを介して抽出される電圧を出力ポートＯＵＴに出力する。ただし、サンプルホールド回路３１は、セットポートＳＰの入力信号の論理がＬ（ロー）レベルからＨ（ハイ）レベルに移行した場合、この移行したことをトリガとして、ホールドポートＳＨを介して抽出される電圧を保持（サンプルホールド）する。すなわち、サンプルホールド回路３１の出力ポートＯＵＴの電圧は、セットポートＳＰが論理Ｌレベルから論理Ｈレベルとなった時点の酸素センサＯＳの出力電圧に保持される。また、サンプルホールド回路３１は、リセットポートＲＰの入力信号の論理がＬ（ロー）レベルからＨ（ハイ）レベルに移行した場合、この移行したことをトリガとして、上記電圧のホールドを解除する。すなわち、出力ポートＯＵＴの電圧は、ホールドポートＳＨに入力される電圧に追従して変化するようになる。

この酸素濃度検出回路において、制御部３０は、ＤＡ変換ポートＤＡに代わって、セットポートＳＰ及びリセットポートＲＰをそれぞれ備えている。これらセットポートＳＰ及びリセットポートＲＰは、サンプルホールド回路３１の対応するポートにそれぞれ接続されている。

また、制御部３０は、上述したように、空燃比フィードバック制御が実行されるにあたって、酸素センサＯＳの活性状態を判定する活性判定処理と、酸素センサＯＳの出力電圧に基づいて燃料の噴射量を調整する噴射量制御との２つの処理を行う。これらの処理のうち、まず制御部３０が行う活性判定処理を図１０にフローチャートとして示し、この図１０のフローチャートを参照しつつ、同活性判定処理にかかる処理手順を以下に列記する。なお、噴射量制御については前記第１の実施の形態において述べた処理手順と同一であるため、ここではその説明を割愛する。
１．セットポートＳＰの出力信号を論理Ｌレベルから論理Ｈレベルに移行させる。これにより、酸素センサＯＳの出力電圧がサンプルホールド回路３１によってサンプルホールドされる（図１０ステップ１２１）。その結果、トランジスタＴＲ２のエミッタ端子には、上記並列回路に対して給電が行われる前の酸素センサＯＳの出力電圧がボルテージフォロア１１を介して印加されることになる。ただし、この時点でのトランジスタＴＲ２はオフ状態であるため、酸素センサＯＳの電圧出力端に対してこうした電圧が印加されることはない。
２．充電ポートＰＴ１を通じてトランジスタＴＲ１をオン制御する（図１０ステップＳ１２２）。これにより、電源ＶＣからトランジスタＴＲ１、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、及び酸素センサＯＳを介して接地端に電流が流れ込むとともに、コンデンサＣ１に対する電荷の充電が開始される。
３．コンデンサＣ１に電荷が充電された後、ＡＤ変換ポートＡＤ１及びＡＤ２に取り込まれる電圧に基づき抵抗Ｒ２の端子間電圧Ｖ１（＝ＡＤ１−ＡＤ２）を求める（図１０ステップＳ１２３）。
４．この求めた電圧Ｖ１（＝ＡＤ１−ＡＤ２）と抵抗Ｒ２の値から電流Ｉ（＝Ｖ１／Ｒ２）を求める（図１０ステップＳ１２４）。
５．ＡＤ変換ポートＡＤ２に取り込まれる電圧と上記電流Ｉとに基づき、酸素センサＯＳの素子抵抗ＥＲの値を算出する（図１０ステップＳ１２５）。
６．充電ポートＰＴ１を通じてトランジスタＴＲ１をオフ制御する（図１０ステップＳ１２６）。
７．電荷抜きポートＰＴ２を通じてトランジスタＴＲ２をオン制御する（図１０ステップＳ１２７に相当）。これにより、サンプルホールド回路３１によってサンプルホールドされている電圧、すなわち、上記並列回路に対して給電が行われる前の酸素センサＯＳの出力電圧（相当電圧）がボルテージフォロア１１、トランジスタＴＲ２、及び抵抗Ｒ７を介して酸素センサＯＳの電圧出力端に印加されることになる。その結果、コンデンサＣ１の放電電圧は、この印加された電圧に急速に収束されるようになる。
８．トランジスタＴＲ２をオン制御した後、コンデンサＣ１に充電された電荷が放電するのに十分な時間が経過した後、リセットポートＲＰの出力信号を論理Ｌレベルから論理Ｈレベルに移行させる（図１０ステップ１２８）。これにより、サンプルホールド回路３１による酸素センサＯＳの出力電圧のサンプルホールドが解除される。
９．上記素子抵抗ＥＲの値に基づいて酸素センサＯＳ自身の温度の推定を行う（図１０ステップＳ１２９）。
１０．この求めた酸素センサＯＳの温度が５００℃以上であるか否か、すなわち酸素センサＯＳが活性状態にあるか否かを判断する（図１０ステップ１３０）。
１１．酸素センサＯＳの温度が５００℃以上であると判断する場合、活性判定フラグＦＧをセットする（図１０ステップＳ１３１）。
１２．一方、酸素センサＯＳの温度が５００℃未満であると判断する場合、活性判定フラグＦＧをリセットする（図１０ステップＳ１３２）。

このように、サンプルホールド回路３１による酸素センサＯＳの出力電圧のサンプルホールドを通じて、素子抵抗ＥＲの算出後に酸素センサＯＳの電圧出力端に対して上記並列回路に給電する前の酸素センサＯＳの出力電圧が印加されるようになる。ここで、サンプルホールド回路３１によって酸素センサＯＳの出力電圧がサンプルホールドされるタイミング、及びこのサンプルホールドが解除されるタイミングについて、制御部３０でのセットポートＳＰ及びリセットポートＲＰの論理レベルの移行タイミングと対比させながら説明する。図１１（ａ）〜（ｆ）は、前記第１の実施の形態で示した酸素センサＯＳの端子間電圧の推移と対比させて、セットポートＳＰ及びリセットポートＲＰのそれぞれの論理レベルの移行タイミングを示したものである。

例えばタイミングｔ０に対応して同図１１（ｅ）に示すタイミング、すなわち上述したトランジスタＴＲ１をオン制御するタイミングｔ１よりも先のタイミングにおいて、制御部３０では、セットポートＳＰの出力信号を論理Ｌレベルから論理Ｈレベルに移行させる。その結果、サンプルホールド回路３１によって酸素センサＯＳの出力電圧がサンプルホールドされる。具体的には、例えば図１１（ａ）の例では、タイミングｔ０においてセットポートＳＰが論理Ｌレベルから論理Ｈレベルに移行すると、そのときの酸素センサＯＳの出力電圧である０．９Ｖがサンプルホールド回路３１によりサンプルホールドされることとなる。また同様に、同図１１（ｂ）の例では、タイミングｔ０においてセットポートＳＰが論理Ｌレベルから論理Ｈレベルに移行すると、そのときの酸素センサＯＳの出力電圧である０．２Ｖがサンプルホールド回路３１によりサンプルホールドされることとなる。そして、タイミングｔ３として示すタイミングにてトランジスタＴＲ２がオン制御されると、タイミングｔ０においてサンプルホールドした酸素センサＯＳの出力電圧が酸素センサＯＳの電圧出力端に印加されるようになる。

また、制御部３０では、トランジスタＴＲ２のオフ制御が行われた後、例えばタイミングｔ６として示すタイミングにおいてリセットポートＲＰの出力信号を論理Ｌレベルから論理Ｈレベルに移行させる。これにより、サンプルホールド回路３１による酸素センサＯＳの出力電圧のサンプルホールドは解除されることとなる。

以上説明したように、本実施の形態にかかる酸素濃度検出方法及び酸素濃度検出回路によれば、上記（１）〜（３）と同等の効果に加えて、以下のような効果を得ることができるようになる。

（５）制御部３０によるトランジスタＴＲ２及びサンプルホールド回路３１の制御を通じて、酸素センサＯＳの素子抵抗ＥＲの算出後、上記並列回路に給電される前の酸素センサＯＳの出力電圧を同酸素センサＯＳの電圧出力端に印加するようにした。このため、基本的にアナログ回路を用いて酸素センサＯＳの電圧出力端に対する上記電圧の印加を行うことができるようになり、酸素濃度検出回路のコストを抑制することができるようになる。

なお、この発明にかかる酸素濃度検出方法及び酸素濃度検出回路は上記実施の形態に限定されるものではなく、同実施の形態を適宜変更した例えば次のような形態として実現することもできる。

・酸素濃度検出回路は、必ずしも制御部１０を独立した部品として備えなくてもよい。例えば、制御部１０が行う活性判定処理及び噴射量制御の処理を車載内燃機関の運転制御を行うコンピュータに兼用させるようにしてもよい。このようにすれば、酸素濃度検出回路の構成をさらに簡素化することができるようになる。

・上記第１の実施の形態では、制御部１０を含め、抵抗Ｒ６、トランジスタＴＲ２、及びボルテージフォロア１１によって、上記並列回路に給電前の酸素センサＯＳの出力電圧の抽出、及び同出力電圧の酸素センサＯＳの電圧出力端への印加を制御する制御手段を構成している。また、上記第２の実施の形態では、制御部１０を含め、抵抗Ｒ７、トランジスタＴＲ２、ボルテージフォロア１１、及びサンプルホールド回路３１によって制御手段を構成している。しかし、制御手段の構成としては、これら構成に限定されるものではなく、抵抗Ｒ２及び酸素センサＯＳとコンデンサＣ１との並列回路に給電を行う前の酸素センサＯＳの出力電圧に相当する電圧を、素子抵抗ＥＲの算出後に酸素センサＯＳの電圧出力端に印加できる構成であれば、任意の構成を採用することができる。

・また、この上記並列回路に給電を行う前の酸素センサＯＳの出力電圧に相当する電圧としては種々の電圧を採用することができる。例えば、上記給電前における酸素センサＯＳの出力電圧の範囲に対応して、コンデンサＣ１の放電電圧が急速に収束するような電圧を複数設定しておき、素子抵抗ＥＲの算出後には、上記給電前の酸素センサの出力電圧の範囲に対応した上記設定されている電圧を酸素センサＯＳの電圧出力端に印加するようにしてもよい。このようにしても、素子抵抗ＥＲの算出後、コンデンサＣ１の放電電圧はこの印加された電圧に急速に収束することとなるため、酸素センサＯＳによる酸素濃度の検出が可能となるまでに要する時間は大幅に短縮されるようになる。

・本発明にかかる酸素濃度検出回路は、前述した特許文献１に記載されているリニア式空燃比センサによる酸素濃度の検出に適用するようにしてもよい。すなわち、酸素センサＯＳの特性としては種々のものを採用することができる。

・本発明にかかる酸素濃度検出方法及び酸素濃度検出回路は、排気ガス中の酸素濃度を検出する用途への適用に限定されるものではなく、例えば大気中の酸素濃度を検出する用途に適用されるようにしてもよい。

本発明の第１の本実施の形態にかかる酸素濃度検出回路の概要を示す回路図。 同実施の形態にかかる酸素濃度検出回路の制御部が実行する活性判定処理の処理手順を示すフローチャート。 同実施の形態の酸素濃度検出回路が備える酸素センサについて、その素子抵抗の抵抗値と温度との関係を示すグラフ。 同実施の形態にかかる酸素濃度検出回路の制御部が実行する噴射量制御の処理手順を示すフローチャート。 （ａ）〜（ｄ）は、同実施の形態の酸素濃度検出回路の動作例を示すタイミングチャート。 同実施の形態にかかる酸素濃度検出回路の対比例としての酸素濃度検出回路の一例を示す回路図。 （ａ）〜（ｃ）は、同対比例としての酸素濃度検出回路の動作例を示すタイミングチャート。 （ａ），（ｂ）は、同対比例としての酸素濃度検出回路の動作例を示すタイミングチャート。 本発明の第２の本実施の形態にかかる酸素濃度検出回路の概要を示す回路図。 同実施の形態にかかる酸素濃度検出回路の制御部が実行する活性判定処理の処理手順を示すフローチャート。 （ａ）〜（ｆ）は、同実施の形態の酸素濃度検出回路の動作例を示すタイミングチャート。 酸素センサの素子抵抗の抵抗値を求める従来の検出回路を含めて一般に採用されている酸素濃度検出回路の概要を示す回路図。

符号の説明

１０，２０，３０…制御部、１１…ボルテージフォロア、１２…メモリ、３１…サンプルホールド回路、ＯＳ…酸素センサ、Ｃ１…コンデンサ、Ｒ２…抵抗、ＥＲ…素子抵抗、ＴＲ１，ＴＲ２…トランジスタ。

Claims (8)

1. 大気と被検出ガスとの間に酸素濃度差が生じることに基づき該酸素濃度差に応じた電圧を出力する酸素センサに対して直列に検流抵抗を接続するとともに、この直列回路と並列にコンデンサを配し、該酸素センサ及び検流抵抗の直列回路とコンデンサとの並列回路に給電を行って前記酸素センサの素子抵抗を算出した後、前記給電の解除によって前記コンデンサから電荷の放電が完了することを条件に前記酸素センサの出力電圧に基づき前記被検出ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出方法であって、
   前記並列回路に対する給電を行う前に前記酸素センサの出力電圧を予め求め、前記素子抵抗の算出後、前記給電の解除に伴ってこの予め求めた酸素センサの出力電圧に相当する電圧を前記酸素センサの電圧出力端に印加するようにした
   ことを特徴とする酸素濃度検出方法。
2. 前記並列回路に対する給電を行う前に予め求めた前記酸素センサの出力電圧をアナログ−ディジタル変換して記憶手段に記憶しておき、この記憶手段に記憶した値をディジタル−アナログ変換した電圧を、前記酸素センサの出力電圧に相当する電圧として、前記給電の解除に伴い、前記酸素センサの電圧出力端に印加する
   請求項１に記載の酸素濃度検出方法。
3. 前記並列回路に対する給電を行う前に前記酸素センサの出力電圧を予めサンプルホールドしておき、このサンプルホールドした電圧を、前記酸素センサの出力電圧に相当する電圧として、前記給電の解除に伴い、前記酸素センサの電圧出力端に印加する
   請求項１に記載の酸素濃度検出方法。
4. 前記並列回路に対する給電を行う前の前記酸素センサの出力電圧の抽出、及び前記並列回路に給電を行っての前記酸素センサの素子抵抗の算出、及び前記給電の解除に伴う前記酸素センサの出力電圧に相当する電圧の前記酸素センサの電圧出力端への印加、及び前記酸素センサの出力電圧に基づく前記被検出ガス中の酸素濃度の検出を所定周期毎に繰り返し実行する
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の酸素濃度検出方法。
5. 大気と被検出ガスとの間に酸素濃度差が生じることに基づき該酸素濃度差に応じた電圧を出力する酸素センサと、
   前記酸素センサに対して直列に接続される検流抵抗と、
   これら酸素センサ及び検流抵抗の直列回路に対して並列に接続されるコンデンサと、
   前記酸素センサ及び検流抵抗と前記コンデンサとの並列回路に対する給電をオン／オフするスイッチング素子と、
   前記酸素センサの出力電圧を抽出した後、前記スイッチング素子をオンとして前記並列回路に給電を行い、その状態で前記検流抵抗に流れる電流に基づき前記酸素センサの素子抵抗を算出するとともに、該素子抵抗の算出後、前記スイッチング素子をオフとして前記酸素センサの電圧出力端に前記抽出した酸素センサの出力電圧に相当する電圧を印加し、同酸素センサの電圧出力端の収束された電圧に基づいて前記被検出ガス中の酸素濃度を検出する制御手段と、
   を備える酸素濃度検出回路。
6. 前記制御手段は、前記抽出される酸素センサの出力電圧をアナログ−ディジタル変換して記憶手段に記憶しておき、この記憶手段に記憶した値をディジタル−アナログ変換した電圧を、前記酸素センサの出力電圧に相当する電圧として、前記スイッチング素子をオフとした後、前記酸素センサの電圧出力端に印加するものである
   請求項５に記載の酸素濃度検出回路。
7. 前記制御手段は、前記抽出される酸素センサの出力電圧をサンプルホールド回路にホールドしておき、このホールドした電圧を、前記酸素センサの出力電圧に相当する電圧として、前記スイッチング素子をオフとした後、前記酸素センサの電圧出力端に印加するものである
   請求項５に記載の酸素濃度検出回路。
8. 前記制御手段は、前記酸素センサの出力電圧の抽出、及び前記スイッチング素子をオンとしての前記酸素センサの素子抵抗の算出、及び前記スイッチング素子をオフとしての前記酸素センサの出力電圧に相当する電圧の前記酸素センサの電圧出力端への印加、及び前記酸素センサの電圧出力端の収束された電圧に基づく前記被検出ガス中の酸素濃度の検出を所定周期毎に繰り返し実行する
   請求項５〜７のいずれか一項に記載の酸素濃度検出回路。

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