JP2004308466A - 酸素濃度センサの擬似劣化信号生成回路とそれを備える内燃機関制御装置 - Google Patents
酸素濃度センサの擬似劣化信号生成回路とそれを備える内燃機関制御装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】酸素濃度センサの擬似劣化信号を簡単な構成で生成できるようにし、あるいは、センサ素子のインピーダンスを正確に検出可能とする。
【解決手段】擬似劣化信号生成回路50では、酸素濃度センサ20と並列に可変抵抗器VR1が設けられていることから、出力電圧を低下させることができる。また、酸素濃度センサ20と直列に抵抗器R2が設けられ、その抵抗器R2に電流を流す二次電池BTが設けられていることから、出力電圧を持ち上げることができる。また、酸素濃度センサ20と直列に可変抵抗器VR3が設けられ、この可変抵抗器VR3に並列にコンデンサC2が設けられていることから、印加電圧が低周波である場合に限り、インピーダンスを高めることができる。
【選択図】 図1
【解決手段】擬似劣化信号生成回路50では、酸素濃度センサ20と並列に可変抵抗器VR1が設けられていることから、出力電圧を低下させることができる。また、酸素濃度センサ20と直列に抵抗器R2が設けられ、その抵抗器R2に電流を流す二次電池BTが設けられていることから、出力電圧を持ち上げることができる。また、酸素濃度センサ20と直列に可変抵抗器VR3が設けられ、この可変抵抗器VR3に並列にコンデンサC2が設けられていることから、印加電圧が低周波である場合に限り、インピーダンスを高めることができる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、酸素濃度センサの性能劣化時における特性(出力特性、インピーダンス特性)に似せた擬似劣化信号を生成する擬似劣化信号生成回路と、この擬似劣化信号生成回路を備える内燃機関制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、例えば車両用内燃機関の空燃比を制御する制御装置においては、排ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサにより検出し、この酸素濃度センサの検出値に基づいて、内燃機関に吸入する混合気の空燃比をフィードバック制御することで、触媒による排気ガス浄化性能を高めるようにしている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−228111号公報
【0004】
空燃比フィードバック制御を行なう電子コントロールユニット(ECU)には、「オンボードダイアグノーシス(OBD)」と呼ばれる自己診断装置を備えるのが常である。OBDは、酸素濃度センサにトラブルが生じるとそれを検知し、チェックランプを点灯することで警告を発生する。上記トラブルは、突発的な故障ばかりでなく、酸素濃度センサの経時的な劣化も含む。
【0005】
OBDが正常に動作していることをチェックする試験も行なわれる。この試験では、劣化した状態にある酸素濃度センサの出力を擬似的に作り出す擬似劣化装置が用いられ、この擬似劣化装置の出力信号である擬似劣化信号をECUに送ることで、OBDそのものが正常に動作しているかをチェックする。擬似劣化装置は、酸素濃度センサの出力信号をADコンバータでデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をマイクロコンピュータにて劣化相当の信号に変換し、その後、その劣化相当の信号をDAコンバータでアナログ信号に戻して外部に出力する構成である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、擬似劣化装置の構成が複雑であるといった問題があった。擬似劣化装置は、上述したように、ADコンバータ、マイクロコンピュータ、DAコンバータを備える必要があることから、構成が複雑である。
【0007】
また、上記従来の技術では、擬似劣化装置を用いると、酸素濃度センサの素子(センサ素子)のインピーダンスを正確に検出することができないという問題も発生した。センサ素子のインピーダンスの検出が必要となるのは次の理由による。酸素濃度センサにおいては、検出精度を維持するために、センサ素子を活性状態に保つ必要があり、一般には、センサに付設されたヒータを通電制御することによりセンサ素子を加熱して活性状態を維持するようにしている。こうしたヒータの通電制御においては、センサ素子の温度と相関関係のある素子のインピーダンスを検出して、そのインピーダンスが一定値となるように、ヒータへの通電を制御している(例えば、上記特許文献1参照)。
【0008】
擬似劣化装置は、上述したように、ADコンバータ、マイクロコンピュータ、DAコンバータを備えることから、上記従来の技術では、これらの部品のインピーダンスを、センサ素子のインピーダンスに併せて検出してしまうことになり、上述したように、正確なインピーダンスを検出することができない。
【0009】
この発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、酸素濃度センサの擬似劣化信号を簡単な構成で生成できるようにし、あるいは、センサ素子のインピーダンスを正確に検出可能とすることを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
前述した課題の少なくとも一部を解決するための手段として、以下に示す構成をとった。
【0011】
この発明の第1の擬似劣化信号生成回路は、
被検出ガス中の酸素濃度に応じた酸素濃度信号を出力する酸素濃度センサに接続され、該酸素濃度センサの性能劣化時における出力特性に似せた擬似劣化信号を、前記酸素濃度信号から生成する擬似劣化信号生成回路において、
前記酸素濃度センサと並列に接続される抵抗器を備えることを特徴としている。
【0012】
この構成の擬似劣化信号生成回路によれば、酸素濃度センサと並列に接続される抵抗器を設けることにより、酸素濃度センサの出力を低下させることができる。この状態は、酸素がリッチなガスを検出する性能が劣化したときの状態である。したがって、この擬似劣化信号生成回路は、抵抗器を設けるといった簡単な構成により、酸素濃度センサの出力特性が劣化した時の擬似劣化信号を生成することができる。
【0013】
前記抵抗器は、可変抵抗器とすることが好ましい。この構成によれば、上記酸素濃度センサの出力の低下量を変えることができることから、疑似する酸素濃度センサの劣化の程度を変えることができる。
【0014】
この発明の第2の擬似劣化信号生成回路は、
被検出ガス中の酸素濃度に応じた酸素濃度信号を出力する酸素濃度センサに接続され、該酸素濃度センサの性能劣化時における出力特性に似せた擬似劣化信号を、前記酸素濃度信号から生成する擬似劣化信号生成回路において、
前記酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、
前記抵抗器に電流を流す二次電池と
を備えることを特徴としている。
【0015】
この構成の擬似劣化信号生成回路によれば、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、この抵抗器に電流を流す二次電池とにより、酸素濃度センサの出力を持ち上げることができる。この出力が持ち上がった状態は、酸素がリーンなガスを検出する性能が劣化したときの状態である。したがって、この擬似劣化信号生成回路は、抵抗器を設けるといった簡単な構成により、酸素濃度センサの出力特性が劣化した時の擬似劣化信号を生成することができる。
【0016】
この発明の第3の擬似劣化信号生成回路は、
被検出ガス中の酸素濃度に応じた酸素濃度信号を出力する酸素濃度センサに接続され、該酸素濃度センサの性能劣化時におけるインピーダンス特性に似せた擬似劣化信号を、前記酸素濃度信号から生成する擬似劣化信号生成回路において、
前記酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、
該抵抗器に並列に接続されるコンデンサと
を備えることを特徴としている。
【0017】
この構成の擬似劣化信号生成回路によれば、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器により、インピーダンスが高くなった状態を作ることができる。その抵抗器には、並列にコンデンサが接続されていることから、酸素濃度センサに送り込むインピーダンス検出用の印加電圧が高周波である場合には、このコンデンサ側を電流が流れてインピーダンスは高くなることはない。印加電圧が低周波の場合にインピーダンスが高くなった状態というのは、酸素濃度センサが劣化した状態である。したがって、この擬似劣化信号生成回路は、抵抗器とコンデンサを設けるといった簡単な構成により、酸素濃度センサの劣化時を擬似するインピーダンス信号を生成することができる。また、この擬似劣化信号生成回路は、構成が簡単であることから、この擬似劣化信号生成回路自体のインピーダンスは小さい。このために、この擬似劣化信号生成回路を用いても、この擬似劣化信号生成回路に接続される制御装置側から酸素濃度センサのインピーダンスを正確に検出することができる。
【0018】
上記第1の擬似劣化信号生成回路において、上記第2の擬似劣化信号生成回路の特徴である、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、前記抵抗器に電流を流す二次電池とを備える構成としてもよい。
【0019】
この構成によれば、上記第1と第2の擬似劣化信号生成回路の両効果を有しており、内燃機関の混合気にあっては、酸素がリッチなガスを検出する性能が劣化したときの状態と、リーンなガスを検出する性能が劣化したときの状態とを併せて作り出すことができる。
【0020】
上記第1の擬似劣化信号生成回路において、上記第3の擬似劣化信号生成回路の特徴である、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、該抵抗器に並列に接続されるコンデンサとを備える構成としてもよい。
【0021】
この構成によれば、上記第1と第3の擬似劣化信号生成回路の両効果を有しており、簡単な構成により、酸素濃度センサの出力特性の劣化時と、インピーダンス特性の劣化時とを示す擬似劣化信号を生成することができる。また、この擬似劣化信号生成回路に接続される制御装置側から酸素濃度センサのインピーダンスを正確に検出することができる。
【0022】
上記第1の擬似劣化信号生成回路において、上記第2の擬似劣化信号生成回路の特徴と、上記第3の擬似劣化信号生成回路の特徴とを併せ持つ構成とすることもできる。この構成によれば、上記第1ないし第3の擬似劣化信号生成回路の効果を併せて有する。
【0023】
上記第2の擬似劣化信号生成回路において、上記第3の擬似劣化信号生成回路の特徴である、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、該抵抗器に並列に接続されるコンデンサとを備える構成としてもよい。
【0024】
この構成によれば、上記第2と第3の擬似劣化信号生成回路の両効果を有しており、簡単な構成により、酸素濃度センサの出力特性の劣化時と、インピーダンス特性の劣化時とを示す擬似劣化信号を生成することができる。また、この擬似劣化信号生成回路に接続される制御装置側から酸素濃度センサのインピーダンスを正確に検出することができる。
【0025】
この発明の内燃機関制御装置は、
内燃機関の排気通路に設けられた酸素濃度センサと、
前記酸素濃度センサからの酸素濃度信号を受けて、該酸素濃度センサの有するセンサ素子のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
該検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に関わる所定の制御を行なう制御手段と
を備える制御装置において、
前記酸素濃度センサと前記インピーダンス検出手段との間に、この発明の第1ないし第3の擬似劣化信号生成回路のうちのいずれかを設け、該擬似劣化信号生成回路にて生成された擬似劣化信号が、前記酸素濃度信号として前記インピーダンス検出手段に入力するように構成したことを特徴としている。
【0026】
上記酸素濃度センサに関わる所定の制御とは、例えば、酸素濃度センサに付設されたヒータを通電制御することにより、センサ素子を加熱して活性状態を維持するようにした制御である。
【0027】
以上のように構成された内燃機関制御装置では、擬似劣化信号生成回路により、簡単な構成で酸素濃度センサの擬似劣化信号を生成することができる。また、擬似劣化信号生成回路を用いたにも拘わらず、酸素濃度センサのセンサ素子のインピーダンスを正確に検出することができる。
【0028】
【発明の他の態様】
この発明は、以下のような他の態様も含んでいる。その第1の態様は、この発明の第2の擬似劣化信号生成回路において、前記抵抗器に並列に接続されるコンデンサを備えた擬似劣化信号生成回路としての態様である。この第1の態様では、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器により、インピーダンスが高くなった状態を作ることができる。その抵抗器には、並列にコンデンサが接続されることから、酸素濃度センサに送り込むインピーダンス検出用の印加電圧が高周波である場合には、このコンデンサ側を電流が流れてインピーダンスは高くなることはない。印加電圧が低周波の場合にインピーダンスが高くなった状態というのは、酸素濃度センサが劣化した状態である。したがって、この第1の態様では、構成が簡単であることから、この擬似劣化信号生成回路自体のインピーダンスは小さい。このために、この擬似劣化信号生成回路を用いても、この擬似劣化信号生成回路に接続される制御装置側から酸素濃度センサのインピーダンスを正確に検出することができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。この実施例を、次の順序に従って説明する。
A.制御装置の全体構成:
B.擬似劣化信号生成回路の構成:
C.作用・効果:
D.他の実施形態:
【0030】
A.制御装置の構成:
図1は、この発明の一実施例を適用する擬似劣化信号生成回路を用いた内燃機関の空燃比制御装置の全体構成を示すブロック図である。図示するように、内燃機関(例えば4気筒の内燃機関)10に接続される排気管14には、三元触媒16が接続され、排ガス中のHC、CO、NOx成分の浄化作用を行なう。この三元触媒16の上流側の排気管14には、酸素濃度センサ20が装着されている。酸素濃度センサ20は、排ガス中の酸素濃度に応じた酸素濃度信号を出力する。この酸素濃度信号は、電子コントロールユニット(ECU)30に送られる。
【0031】
酸素濃度センサ20は、センサ素子にジルコニア固体電解質を用いた濃淡電池式のもので、理論空燃比近傍を検出することができる。センサ素子の内側にはヒータ20aが挿入されており、センサ素子を作動温度域まで加熱することができる。
【0032】
ECU30には、酸素濃度信号以外にも、内燃機関10の運転状態を検出するための各種のセンサからの検出信号が入力されている。これらセンサとしては、内燃機関10の回転速度を検出する回転速度センサ、吸入空気(吸気)の量を検出するエアフロメータ、スロットル弁の開度を検出するスロットルセンサ、吸気の温度を検出する吸気温センサ、冷却水温を検出する水温センサ等がある。
【0033】
ECU30は、マイクロコンピュータ(以下、マイコンという)32を備え、マイコン32によって、上述した各種センサからの検出信号を入力し、内燃機関10への燃料噴射量を制御している。燃料噴射量は、内燃機関10の吸気通路12に設けられた燃料噴射弁18の開弁時間によって定まる。すなわち、マイコン32は、燃料噴射弁18と電気的に接続されており、上記各種センサの検出信号から燃料噴射弁18の開弁時間を演算する。マイコン32は、また、内燃機関10に要求される空燃比を正確に得るために、酸素濃度信号に基づく空燃比フィードバック制御を行なって上記開弁時間を決定する。
【0034】
ECU30は、また、ディスクリートな電子部品からなるインピーダンス検出回路34を備えている。インピーダンス検出回路34により、酸素濃度センサ20のセンサ素子のインピーダンスを検出することができる。この検出されたインピーダンスに基づいて、マイコン32は、酸素濃度センサ20のヒータ20aの通電量を演算して、この通電量を示す通電量信号を酸素濃度センサ20に送る。インピーダンス検出回路34は、酸素濃度センサ20に所定周波数の電圧を印加するとともに、酸素濃度センサ20に流れる電流を検出し、その電流の上記所定周波数の周期による変化分を算出し、電圧値、電流の変化分からインピーダンスを求めるというもので、周知の回路構成である。
【0035】
また、マイコン32は、酸素濃度センサ20の劣化を自己診断する処理も行なう。この自己診断処理は、酸素濃度センサ20の出力電圧が予め記憶した電圧パターン、すなわち、酸素濃度センサ20が実際に劣化したときに出力する電圧パターンと一致するかを判別して、一致すると判別されたときに、チェックエンジンランプ40を点灯するというものである。上述したマイコン32による各種の処理は、ROMに予め記憶したコンピュータプログラムに従ってCPUによって実行される処理である。上記電圧パターンは、マイコン32のROMに記憶されている。
【0036】
マイコン32は、さらに、インピーダンス検出回路34により検出されたセンサ素子のインピーダンスから、酸素濃度センサ20の劣化を自己診断する処理(請求項8に記載の所定の制御に対応)も行なっている。酸素濃度センサ20のセンサ素子のインピーダンスは、インピーダンスの検出のための印加電圧の周波数が、例えば2500Hzという高周波であっても、例えば25Hzという低周波であっても、値自体はほとんど変わらない。しかし、これは酸素濃度センサが劣化していない場合のことで、劣化している酸素濃度センサの場合には、インピーダンスは、印加電圧が高周波の場合に比べて、低周波の場合にはかなり大きな値となる。マイコン32は、高周波の印加電圧を酸素濃度センサ20に送って、その時のインピーダンスZ1を算出し、また、低周波の印加電圧を酸素濃度センサ20に送って、その時のインピーダンスZ2を算出し、両インピーダンスの比(=Z1/Z2)が所定の範囲の値に収まっている場合に、酸素濃度センサ20は正常とし、所定の範囲の値を越えた場合には、酸素濃度センサ20は故障(劣化している)であると診断する。
【0037】
この内燃機関の空燃比制御装置は、擬似劣化信号生成回路50を備えている。擬似劣化信号生成回路50は、酸素濃度センサ20の性能劣化時における特性(出力特性、インピーダンス特性)に似せた擬似劣化信号を生成するためのものであり、この実施例では、図示するように、酸素濃度センサ20とECU30との接続線の途中に設けられる。この擬似劣化信号生成回路50は、前述した出力電圧についての自己診断処理を行なうとき、またはインピーダンスについての自己診断処理を行なうときに必要となるもので、擬似劣化信号生成回路50により擬似劣化信号をECU30に送り、実際にチェックエンジンランプ40が点灯されるかを判断するといったことを行なう。この判断は、内燃機関10が始動され、酸素濃度センサ20が活性された状態となったときになされる。活性された状態か否かは、内燃機関10の始動時からの経過時間が所定時間を超えたか、または酸素濃度センサ20の出力電圧がリッチ(0.45V以上)となったかから判断される。活性された状態にある酸素濃度センサ20からの出力電圧は、擬似劣化信号生成回路50により劣化した状態の出力電圧となり、ECU30に送られる。ECU30のマイコン32は、自己診断処理により、故障(劣化している)であると判断してチェックエンジンランプ40を点灯する。
【0038】
図示されているのは、前述したように、酸素濃度センサ20とECU30との間に、擬似劣化信号生成回路50が設けられた状態であるが、実際は、擬似劣化信号生成回路50を迂回して、酸素濃度センサ20とECU30とを直接接続する接続線も設けられており、上記自己診断処理を行なわない通常運転時には、この直接接続する接続線側に酸素濃度センサ20とECU30との接続が切り替わるように構成されている。
【0039】
B.擬似劣化信号生成回路の構成:
擬似劣化信号生成回路50の構成について次に説明する。図1に示すように、擬似劣化信号生成回路50は、入力2端子、出力2端子で構成される回路で、入力側の2端子(入力端子という)IN1,IN2には、酸素濃度センサ20が接続され、出力側の2端子(出力端子という)OT1,OT2には、ECU30が接続される。入力端子IN1と出力端子OT1とを結ぶ接続線L1と、入力端子IN2と出力端子OT2とを結ぶ接続線L2との間には、可変抵抗器VR1が設けられており、その接続線L2には、抵抗器R2が設けられ、その接続線L1には、可変抵抗器VR3が設けられている。すなわち、可変抵抗器VR1は、酸素濃度センサ20に対して並列に接続された状態にあり、抵抗器R2と可変抵抗器VR3は、酸素濃度センサ20に対してそれぞれ直列に接続された状態にある。
【0040】
接続線L2に設けられた抵抗器R2には、二次電池BTが並列に接続され、この二次電池BTにより抵抗器R2に電流が流される。二次電池BTの電極の極性は、抵抗器R2において入力端子IN2から出力端子OT2に向かって二次電池BTからの電流が流れる向きである。なお、二次電池BTと抵抗器R2との間には、抵抗器R4と可変抵抗器VR5が直列接続され、抵抗器R2に供給される電流を、可変抵抗器VR5により調整することが可能となっている。また、抵抗器R2には、コンデンサC1が並列に接続されている。
【0041】
接続線L1に設けられた可変抵抗器VR3には、コンデンサC2が並列に接続されている。なお、上述した可変抵抗器VR1,VR3,VR5は、ECU30によりその値が制御される。
【0042】
擬似劣化信号生成回路50で使用した可変抵抗器、抵抗器、コンデンサの数値は、次のようなものである。これら数値は、一例であり、他の数値でもよい。VR1=0〜10KΩ、R2=50Ω、R4=50Ω、VR5=0〜10KΩ、C1=47μF、VR3=0〜1KΩ、C2=47μF
【0043】
二次電池BTは、1.5Vの乾電池である。なお、1.5Vの乾電池というのも一例で、他の大きさの起電力のバッテリをDC−DCコンバータで変圧して用いる構成としてもよい。
【0044】
擬似劣化信号生成回路50の働きについて次に説明する。上記構成の擬似劣化信号生成回路50は、3つのパーツP1,P2,P3に分けることができる。第1のパーツP1は、可変抵抗器VR1から構成される部分で、第2のパーツP2は、抵抗器R2、R4、可変抵抗器VR5、二次電池BTおよびコンデンサC1から構成される部分で、第3のパーツP3は、可変抵抗器VR3およびコンデンサC2から構成される部分である。
【0045】
第1のパーツP1と第2のパーツP2は、酸素濃度センサ20の出力電圧を変化させる働きをする。図2は、第1のパーツP1と第2のパーツP2による出力特性を示すグラフである。グラフの横軸が、可変抵抗器VR1の抵抗値であり、縦軸が、出力電圧Votである。まず、第1のパーツP1だけで出力電圧Votがどのように変化するかを示したのが、グラフ中の1点鎖線G1,G2である。上方に位置する1点鎖線G1は、内燃機関10にリッチな混合気を吸入させたときのもので、下方に位置する1点鎖線G2は、内燃機関10にリーンな混合気を吸入させたときのものである。可変抵抗器VR1を5KΩから0KΩに低下させていくと、リッチな混合気を吸入させたとき、リーンな混合気を吸入させたとき共に、出力電圧Votは、その抵抗値の低下に応じて低下する。特に、リッチな混合気を吸入させたときの出力電圧Votは、値が大きいので、1点鎖線G1に示すように、大きな変化量でもって値は低下する。
【0046】
第1のパーツP1と第2のパーツP2とで出力電圧Votがどのように変化するかを示したのが、グラフ中の実線G3,G4である。すなわち、第1のパーツP1に第2のパーツP2を加えたときに、出力特性は、グラフ中の1点鎖線G1,G2からどのように変化するかを示したのが、グラフ中の実線G3,G4である。上方に位置する実線G3は、内燃機関10にリッチな混合気を吸入させたときのもので、下方に位置する実線G4は、内燃機関10にリーンな混合気を吸入させたときのものである。リッチな混合気を吸入させたとき、リーンな混合気を吸入させたとき共に、出力電圧Votは、1点鎖線G1,G2から持ち上がった状態となる。特に、リーンな混合気を吸入させたときの出力電圧Votは、実線G4に示すように、可変抵抗器VR1の値が小さいほど、大きな変化量でもって上昇する。この結果、リーンな混合気を吸入させたときの出力電圧Votは、実線G4に示すように、可変抵抗器VR1の抵抗値の低下に応じて、約0.1Vから0.45Vと変化する。なお、この持ち上がりの程度は、可変抵抗器VR5の大きさによって調整することができる。
【0047】
また、リッチな混合気を吸入させたときの出力電圧Votは、実線G3に示すように、可変抵抗器VR1の抵抗値の低下に応じて、約0.8Vから0.45Vと変化する。この0.45Vという値は、空燃比がストイキの値を示すものである。このために、可変抵抗器VR1の抵抗値を低下させていくことで、内燃機関10にリッチな混合気を吸入させても、リーンな混合気を吸入させても、出力がストイキの値に近づくように出力特性を変化させることができる。すなわち、酸素濃度センサ20が劣化してリッチ、リーンの感度が低下した場合の擬似的な出力電圧の劣化信号を、擬似劣化信号生成回路50は出力することができる。その劣化の程度も、可変抵抗器VR1の抵抗値をECU30によりコントロールすることで調整することもできる。
【0048】
なお、この実施例では、可変抵抗器VR1は、ECU30によりコントロール可能な構成としたが、これに換えて、調整つまみによって人為的に調整可能な構成とすることもできる。また、予め目標とする劣化の状態を示す数値を持つ抵抗器を用意して、これを可変抵抗器VR1に換える構成とすることもできる。なお、他の可変抵抗器VR3,VR5も、可変抵抗器VR1と同様に、調整つまみによって人為的に調整可能な構成とすることもできる。また、予め目標とする劣化の状態を示す数値を持つ抵抗器を用意して、これを可変抵抗器VR3,VR5に換える構成とすることもできる。
【0049】
抵抗器R2に並列に接続されるコンデンサC1は、第3のパーツP3に設けられたコンデンサC2の後述する働き(印加電圧の高周波時のインピーダンスを低下させる働き)と同じ作用する。
【0050】
擬似劣化信号生成回路50の第3のパーツP3は、酸素濃度センサ20のセンサ素子のインピーダンスを変化させる働きをする。図3は、第3のパーツP3によるインピーダンス特性を示すグラフである。グラフの横軸が、インピーダンス検出回路34が酸素濃度センサ20に印加する電圧の周波数fであり、縦軸が、その印加電圧によって検出されるインピーダンスZである。グラフ中の実線X1に示すように、印加する電圧の周波数fが小さくなるに連れて、インピーダンスZは急激に大きくなる。グラフ中の実線は、コンデンサC2が、この実施例の値である47μFのときのものである。グラフ中、1点鎖線X2は、コンデンサC2が10μFのときのものであり、2点鎖線X3は、コンデンサC2が2.2μFのときのものである。コンデンサC2の数値が小さいほど、印加する電圧の周波数fが小さいときのインピーダンスZの持ち上がりの変化は急激である。なお、可変抵抗器VR3の抵抗値をコントロールすることで、この持ち上がりの量を調整することもできる。すなわち、可変抵抗器VR3によりインピーダンスZが高くなった状態を作ることができ、コンデンサC2によって印加電圧の周波数fが小さいときに限りそのインピーダンスZが高い状態が現われ、周波数fが大きいときにはそのインピーダンスZは低い値を維持するように作用する。
【0051】
酸素濃度センサ20のセンサ素子のインピーダンスZは、前述したように、インピーダンスZの検出のための印加電圧の周波数fが低周波の場合、酸素濃度センサ20が劣化していると、大きな値となる。この劣化品の周波数fに対するインピーダンスZの特性が、実線X1の変化と似通っている。したがって、酸素濃度センサ20が劣化して、低周波の印加電圧に対して低下するインピーダンスZを示す擬似的な信号を、擬似劣化信号生成回路50は出力することができる。
【0052】
C.作用・効果
以上のように構成されたこの実施例の擬似劣化信号生成回路50によれば、極めて簡単な構成により、酸素濃度センサの出力特性の劣化時と、インピーダンス特性の劣化時とを示す擬似劣化信号を生成することができる。また、この擬似劣化信号生成回路50を用いた内燃機関の空燃比制御装置によれば、擬似劣化信号生成回路50を用いたにも拘わらす、酸素濃度センサ20のセンサ素子のインピーダンスZを正確に検出することができる。
【0053】
D.他の実施形態:
本発明の他の実施形態について、次に説明する。
(1)前記実施例では、擬似劣化信号生成回路50を第1ないし第3のパーツP1,P2,P3から構成していたが、これに換えて、図4に示すように、擬似劣化信号生成回路50Aを、第1のパーツP1だけから構成してもよい。すなわち、酸素濃度センサと並列に接続される可変抵抗器VR1だけを備える構成である。この構成によれば、酸素濃度センサが劣化してリッチの感度が低下した場合の擬似的な出力電圧の劣化信号を、擬似劣化信号生成回路50Aは出力することができる。
【0054】
(2)また、図5に示すように、擬似劣化信号生成回路50Bを、第2のパーツP2だけから構成してもよい。すなわち、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器R2と、抵抗器R2に電流を流す二次電池BTと、抵抗器R2と二次電池BTとの間に直列接続される抵抗器R4および可変抵抗器VR5と、抵抗器R2に並列に接続されるコンデンサC1だけを備える構成である。この構成によれば、図6に示すように、可変抵抗器VR5の抵抗値を低下側に変えることにより、出力電圧を持ち上げることができる。下方のリーンのガスについては持ち上がって劣化状態となるが、上方のリッチのガスについては下がらないから劣化状態とならない。したがって、酸素濃度センサが劣化してリーンの感度が低下した場合の擬似的な出力電圧の劣化信号を、擬似劣化信号生成回路50Bは出力することができる。
【0055】
(3)前述した図5の構成において、二次電池BTの電極の極性を逆にする構成とすることもできる。この構成によれば、図7に示すように、可変抵抗器VR5の抵抗値を低下側に変えることにより、出力電圧を下げることができる。上方のリッチのガスについては下がって劣化状態となるが、下方のリーンのガスについては上がらないから劣化状態とならない。したがって、酸素濃度センサが劣化してリッチの感度が低下した場合の擬似的な出力電圧の劣化信号を、この擬似劣化信号生成回路は出力することができる。
【0056】
(4)前述した図5の構成において、リッチ側、リーン側の状態により、二次電池BTの電極の極性を正逆切り替わる構成とすることもできる。この切り替えはスイッチング素子を使って回路を切り換えることで行なう。この構成によれば、図8に示すように、可変抵抗器VR5の抵抗値を低下側に変えることにより、上方のリッチのガスについては下がって劣化状態となり、下方のリーンのガスについては上がって劣化状態となる。したがって、酸素濃度センサが劣化してリッチ、リーンの感度が低下した場合の擬似的な出力電圧の劣化信号を、この擬似劣化信号生成回路は出力することができる。
【0057】
(5)さらに、図9に示すように、擬似劣化信号生成回路50Cを、第3のパーツP3だけから構成してもよい。すなわち、酸素濃度センサと直列に接続される可変抵抗器VR3と、可変抵抗器VR3に並列に接続されるコンデンサC2だけを備える構成である。この構成によれば、酸素濃度センサのインピーダンス特性の劣化時を示す擬似劣化信号を、簡単な構成により生成することができる。しかも、擬似劣化信号生成回路50Cを用いたにも拘わらす、酸素濃度センサのセンサ素子のインピーダンスを正確に検出することができる。
【0058】
(6)前記実施例では、擬似劣化信号生成回路50を第1ないし第3のパーツP1,P2,P3から構成していたが、これに換えて、3つのパーツP1,P2,P3のうちの任意の2つを用いて他の一つの取り外した構成とすることもできる。すなわち、第1のパーツP1と第2のパーツP2を用いた構成としてもよいし、第1のパーツP1と第3のパーツP3を用いた構成としてもよいし、第2のパーツP2と第3のパーツP3を用いた構成としてもよい。
【0059】
(7)前記実施例では、擬似劣化信号生成回路50の第2のパーツP2の構成を、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器R2と、抵抗器R2に電流を流す二次電池BTと、抵抗器R2と二次電池BTとの間に直列接続される抵抗器R4および可変抵抗器VR5と、抵抗器R2に並列に接続されるコンデンサC1とから構成していたが、これに換えて、コンデンサC1を除いた構成とすることもできる。また、抵抗器R4を除いた構成とすることもできるし、可変抵抗器VR5を除いた構成とすることもできる。
【0060】
(8)前記実施例では、酸素濃度センサ20として、センサ素子にジルコニア固体電解質を用いた濃淡電池式のものを用いていたが、これに換えて、センサ素子にチタニアn型半導体を用いた抵抗変化式のものであってもよい。要は、所定の酸素濃度近傍を検出可能なものであればどのようなタイプのものでもよい。
【0061】
以上、本発明の実施例を詳述してきたが、本発明は、こうした実施態様に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様にて実施することができるのは勿論のことである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例の擬似劣化信号生成回路50を用いた内燃機関の空燃比制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図2】擬似劣化信号生成回路50に設けられた第1のパーツP1と第2のパーツP2による出力特性を示すグラフである。
【図3】擬似劣化信号生成回路50に設けられた第3のパーツP3によるインピーダンス特性を示すグラフである。
【図4】第1のパーツP1だけを備えた擬似劣化信号生成回路50Aの回路図である。
【図5】第2のパーツP2だけを備えた擬似劣化信号生成回路50Bの回路図である。
【図6】第2のパーツP2の作用を示すグラフである。
【図7】第2のパーツP2の二次電池の電極を逆にした場合の作用を示すグラフである。
【図8】第2のパーツP2の二次電池の電極を正逆切り替わるようにした場合の作用を示すグラフである。
【図9】第3のパーツP3だけを備えた擬似劣化信号生成回路50Cの回路図である。
【符号の説明】
10…内燃機関
12…吸気通路
14…排気管
16…三元触媒
18…燃料噴射弁
20…酸素濃度センサ
20a…ヒータ
30…電子コントロールユニット(ECU)
32…マイコン
34…インピーダンス検出回路
40…チェックエンジンランプ
50…擬似劣化信号生成回路
50A…擬似劣化信号生成回路
50B…擬似劣化信号生成回路
50C…擬似劣化信号生成回路
P1…第1のパーツ
VR1…可変抵抗器
P2…第2のパーツ
R2…抵抗器
BT…二次電池
R4…抵抗器
VR5…可変抵抗器
C1…コンデンサ
P3…第3のパーツ
VR3…可変抵抗器
C2…コンデンサ
【発明の属する技術分野】
この発明は、酸素濃度センサの性能劣化時における特性(出力特性、インピーダンス特性)に似せた擬似劣化信号を生成する擬似劣化信号生成回路と、この擬似劣化信号生成回路を備える内燃機関制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、例えば車両用内燃機関の空燃比を制御する制御装置においては、排ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサにより検出し、この酸素濃度センサの検出値に基づいて、内燃機関に吸入する混合気の空燃比をフィードバック制御することで、触媒による排気ガス浄化性能を高めるようにしている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−228111号公報
【0004】
空燃比フィードバック制御を行なう電子コントロールユニット(ECU)には、「オンボードダイアグノーシス(OBD)」と呼ばれる自己診断装置を備えるのが常である。OBDは、酸素濃度センサにトラブルが生じるとそれを検知し、チェックランプを点灯することで警告を発生する。上記トラブルは、突発的な故障ばかりでなく、酸素濃度センサの経時的な劣化も含む。
【0005】
OBDが正常に動作していることをチェックする試験も行なわれる。この試験では、劣化した状態にある酸素濃度センサの出力を擬似的に作り出す擬似劣化装置が用いられ、この擬似劣化装置の出力信号である擬似劣化信号をECUに送ることで、OBDそのものが正常に動作しているかをチェックする。擬似劣化装置は、酸素濃度センサの出力信号をADコンバータでデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をマイクロコンピュータにて劣化相当の信号に変換し、その後、その劣化相当の信号をDAコンバータでアナログ信号に戻して外部に出力する構成である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、擬似劣化装置の構成が複雑であるといった問題があった。擬似劣化装置は、上述したように、ADコンバータ、マイクロコンピュータ、DAコンバータを備える必要があることから、構成が複雑である。
【0007】
また、上記従来の技術では、擬似劣化装置を用いると、酸素濃度センサの素子(センサ素子)のインピーダンスを正確に検出することができないという問題も発生した。センサ素子のインピーダンスの検出が必要となるのは次の理由による。酸素濃度センサにおいては、検出精度を維持するために、センサ素子を活性状態に保つ必要があり、一般には、センサに付設されたヒータを通電制御することによりセンサ素子を加熱して活性状態を維持するようにしている。こうしたヒータの通電制御においては、センサ素子の温度と相関関係のある素子のインピーダンスを検出して、そのインピーダンスが一定値となるように、ヒータへの通電を制御している(例えば、上記特許文献1参照)。
【0008】
擬似劣化装置は、上述したように、ADコンバータ、マイクロコンピュータ、DAコンバータを備えることから、上記従来の技術では、これらの部品のインピーダンスを、センサ素子のインピーダンスに併せて検出してしまうことになり、上述したように、正確なインピーダンスを検出することができない。
【0009】
この発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、酸素濃度センサの擬似劣化信号を簡単な構成で生成できるようにし、あるいは、センサ素子のインピーダンスを正確に検出可能とすることを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
前述した課題の少なくとも一部を解決するための手段として、以下に示す構成をとった。
【0011】
この発明の第1の擬似劣化信号生成回路は、
被検出ガス中の酸素濃度に応じた酸素濃度信号を出力する酸素濃度センサに接続され、該酸素濃度センサの性能劣化時における出力特性に似せた擬似劣化信号を、前記酸素濃度信号から生成する擬似劣化信号生成回路において、
前記酸素濃度センサと並列に接続される抵抗器を備えることを特徴としている。
【0012】
この構成の擬似劣化信号生成回路によれば、酸素濃度センサと並列に接続される抵抗器を設けることにより、酸素濃度センサの出力を低下させることができる。この状態は、酸素がリッチなガスを検出する性能が劣化したときの状態である。したがって、この擬似劣化信号生成回路は、抵抗器を設けるといった簡単な構成により、酸素濃度センサの出力特性が劣化した時の擬似劣化信号を生成することができる。
【0013】
前記抵抗器は、可変抵抗器とすることが好ましい。この構成によれば、上記酸素濃度センサの出力の低下量を変えることができることから、疑似する酸素濃度センサの劣化の程度を変えることができる。
【0014】
この発明の第2の擬似劣化信号生成回路は、
被検出ガス中の酸素濃度に応じた酸素濃度信号を出力する酸素濃度センサに接続され、該酸素濃度センサの性能劣化時における出力特性に似せた擬似劣化信号を、前記酸素濃度信号から生成する擬似劣化信号生成回路において、
前記酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、
前記抵抗器に電流を流す二次電池と
を備えることを特徴としている。
【0015】
この構成の擬似劣化信号生成回路によれば、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、この抵抗器に電流を流す二次電池とにより、酸素濃度センサの出力を持ち上げることができる。この出力が持ち上がった状態は、酸素がリーンなガスを検出する性能が劣化したときの状態である。したがって、この擬似劣化信号生成回路は、抵抗器を設けるといった簡単な構成により、酸素濃度センサの出力特性が劣化した時の擬似劣化信号を生成することができる。
【0016】
この発明の第3の擬似劣化信号生成回路は、
被検出ガス中の酸素濃度に応じた酸素濃度信号を出力する酸素濃度センサに接続され、該酸素濃度センサの性能劣化時におけるインピーダンス特性に似せた擬似劣化信号を、前記酸素濃度信号から生成する擬似劣化信号生成回路において、
前記酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、
該抵抗器に並列に接続されるコンデンサと
を備えることを特徴としている。
【0017】
この構成の擬似劣化信号生成回路によれば、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器により、インピーダンスが高くなった状態を作ることができる。その抵抗器には、並列にコンデンサが接続されていることから、酸素濃度センサに送り込むインピーダンス検出用の印加電圧が高周波である場合には、このコンデンサ側を電流が流れてインピーダンスは高くなることはない。印加電圧が低周波の場合にインピーダンスが高くなった状態というのは、酸素濃度センサが劣化した状態である。したがって、この擬似劣化信号生成回路は、抵抗器とコンデンサを設けるといった簡単な構成により、酸素濃度センサの劣化時を擬似するインピーダンス信号を生成することができる。また、この擬似劣化信号生成回路は、構成が簡単であることから、この擬似劣化信号生成回路自体のインピーダンスは小さい。このために、この擬似劣化信号生成回路を用いても、この擬似劣化信号生成回路に接続される制御装置側から酸素濃度センサのインピーダンスを正確に検出することができる。
【0018】
上記第1の擬似劣化信号生成回路において、上記第2の擬似劣化信号生成回路の特徴である、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、前記抵抗器に電流を流す二次電池とを備える構成としてもよい。
【0019】
この構成によれば、上記第1と第2の擬似劣化信号生成回路の両効果を有しており、内燃機関の混合気にあっては、酸素がリッチなガスを検出する性能が劣化したときの状態と、リーンなガスを検出する性能が劣化したときの状態とを併せて作り出すことができる。
【0020】
上記第1の擬似劣化信号生成回路において、上記第3の擬似劣化信号生成回路の特徴である、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、該抵抗器に並列に接続されるコンデンサとを備える構成としてもよい。
【0021】
この構成によれば、上記第1と第3の擬似劣化信号生成回路の両効果を有しており、簡単な構成により、酸素濃度センサの出力特性の劣化時と、インピーダンス特性の劣化時とを示す擬似劣化信号を生成することができる。また、この擬似劣化信号生成回路に接続される制御装置側から酸素濃度センサのインピーダンスを正確に検出することができる。
【0022】
上記第1の擬似劣化信号生成回路において、上記第2の擬似劣化信号生成回路の特徴と、上記第3の擬似劣化信号生成回路の特徴とを併せ持つ構成とすることもできる。この構成によれば、上記第1ないし第3の擬似劣化信号生成回路の効果を併せて有する。
【0023】
上記第2の擬似劣化信号生成回路において、上記第3の擬似劣化信号生成回路の特徴である、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、該抵抗器に並列に接続されるコンデンサとを備える構成としてもよい。
【0024】
この構成によれば、上記第2と第3の擬似劣化信号生成回路の両効果を有しており、簡単な構成により、酸素濃度センサの出力特性の劣化時と、インピーダンス特性の劣化時とを示す擬似劣化信号を生成することができる。また、この擬似劣化信号生成回路に接続される制御装置側から酸素濃度センサのインピーダンスを正確に検出することができる。
【0025】
この発明の内燃機関制御装置は、
内燃機関の排気通路に設けられた酸素濃度センサと、
前記酸素濃度センサからの酸素濃度信号を受けて、該酸素濃度センサの有するセンサ素子のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
該検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に関わる所定の制御を行なう制御手段と
を備える制御装置において、
前記酸素濃度センサと前記インピーダンス検出手段との間に、この発明の第1ないし第3の擬似劣化信号生成回路のうちのいずれかを設け、該擬似劣化信号生成回路にて生成された擬似劣化信号が、前記酸素濃度信号として前記インピーダンス検出手段に入力するように構成したことを特徴としている。
【0026】
上記酸素濃度センサに関わる所定の制御とは、例えば、酸素濃度センサに付設されたヒータを通電制御することにより、センサ素子を加熱して活性状態を維持するようにした制御である。
【0027】
以上のように構成された内燃機関制御装置では、擬似劣化信号生成回路により、簡単な構成で酸素濃度センサの擬似劣化信号を生成することができる。また、擬似劣化信号生成回路を用いたにも拘わらず、酸素濃度センサのセンサ素子のインピーダンスを正確に検出することができる。
【0028】
【発明の他の態様】
この発明は、以下のような他の態様も含んでいる。その第1の態様は、この発明の第2の擬似劣化信号生成回路において、前記抵抗器に並列に接続されるコンデンサを備えた擬似劣化信号生成回路としての態様である。この第1の態様では、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器により、インピーダンスが高くなった状態を作ることができる。その抵抗器には、並列にコンデンサが接続されることから、酸素濃度センサに送り込むインピーダンス検出用の印加電圧が高周波である場合には、このコンデンサ側を電流が流れてインピーダンスは高くなることはない。印加電圧が低周波の場合にインピーダンスが高くなった状態というのは、酸素濃度センサが劣化した状態である。したがって、この第1の態様では、構成が簡単であることから、この擬似劣化信号生成回路自体のインピーダンスは小さい。このために、この擬似劣化信号生成回路を用いても、この擬似劣化信号生成回路に接続される制御装置側から酸素濃度センサのインピーダンスを正確に検出することができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。この実施例を、次の順序に従って説明する。
A.制御装置の全体構成:
B.擬似劣化信号生成回路の構成:
C.作用・効果:
D.他の実施形態:
【0030】
A.制御装置の構成:
図1は、この発明の一実施例を適用する擬似劣化信号生成回路を用いた内燃機関の空燃比制御装置の全体構成を示すブロック図である。図示するように、内燃機関(例えば4気筒の内燃機関)10に接続される排気管14には、三元触媒16が接続され、排ガス中のHC、CO、NOx成分の浄化作用を行なう。この三元触媒16の上流側の排気管14には、酸素濃度センサ20が装着されている。酸素濃度センサ20は、排ガス中の酸素濃度に応じた酸素濃度信号を出力する。この酸素濃度信号は、電子コントロールユニット(ECU)30に送られる。
【0031】
酸素濃度センサ20は、センサ素子にジルコニア固体電解質を用いた濃淡電池式のもので、理論空燃比近傍を検出することができる。センサ素子の内側にはヒータ20aが挿入されており、センサ素子を作動温度域まで加熱することができる。
【0032】
ECU30には、酸素濃度信号以外にも、内燃機関10の運転状態を検出するための各種のセンサからの検出信号が入力されている。これらセンサとしては、内燃機関10の回転速度を検出する回転速度センサ、吸入空気(吸気)の量を検出するエアフロメータ、スロットル弁の開度を検出するスロットルセンサ、吸気の温度を検出する吸気温センサ、冷却水温を検出する水温センサ等がある。
【0033】
ECU30は、マイクロコンピュータ(以下、マイコンという)32を備え、マイコン32によって、上述した各種センサからの検出信号を入力し、内燃機関10への燃料噴射量を制御している。燃料噴射量は、内燃機関10の吸気通路12に設けられた燃料噴射弁18の開弁時間によって定まる。すなわち、マイコン32は、燃料噴射弁18と電気的に接続されており、上記各種センサの検出信号から燃料噴射弁18の開弁時間を演算する。マイコン32は、また、内燃機関10に要求される空燃比を正確に得るために、酸素濃度信号に基づく空燃比フィードバック制御を行なって上記開弁時間を決定する。
【0034】
ECU30は、また、ディスクリートな電子部品からなるインピーダンス検出回路34を備えている。インピーダンス検出回路34により、酸素濃度センサ20のセンサ素子のインピーダンスを検出することができる。この検出されたインピーダンスに基づいて、マイコン32は、酸素濃度センサ20のヒータ20aの通電量を演算して、この通電量を示す通電量信号を酸素濃度センサ20に送る。インピーダンス検出回路34は、酸素濃度センサ20に所定周波数の電圧を印加するとともに、酸素濃度センサ20に流れる電流を検出し、その電流の上記所定周波数の周期による変化分を算出し、電圧値、電流の変化分からインピーダンスを求めるというもので、周知の回路構成である。
【0035】
また、マイコン32は、酸素濃度センサ20の劣化を自己診断する処理も行なう。この自己診断処理は、酸素濃度センサ20の出力電圧が予め記憶した電圧パターン、すなわち、酸素濃度センサ20が実際に劣化したときに出力する電圧パターンと一致するかを判別して、一致すると判別されたときに、チェックエンジンランプ40を点灯するというものである。上述したマイコン32による各種の処理は、ROMに予め記憶したコンピュータプログラムに従ってCPUによって実行される処理である。上記電圧パターンは、マイコン32のROMに記憶されている。
【0036】
マイコン32は、さらに、インピーダンス検出回路34により検出されたセンサ素子のインピーダンスから、酸素濃度センサ20の劣化を自己診断する処理(請求項8に記載の所定の制御に対応)も行なっている。酸素濃度センサ20のセンサ素子のインピーダンスは、インピーダンスの検出のための印加電圧の周波数が、例えば2500Hzという高周波であっても、例えば25Hzという低周波であっても、値自体はほとんど変わらない。しかし、これは酸素濃度センサが劣化していない場合のことで、劣化している酸素濃度センサの場合には、インピーダンスは、印加電圧が高周波の場合に比べて、低周波の場合にはかなり大きな値となる。マイコン32は、高周波の印加電圧を酸素濃度センサ20に送って、その時のインピーダンスZ1を算出し、また、低周波の印加電圧を酸素濃度センサ20に送って、その時のインピーダンスZ2を算出し、両インピーダンスの比(=Z1/Z2)が所定の範囲の値に収まっている場合に、酸素濃度センサ20は正常とし、所定の範囲の値を越えた場合には、酸素濃度センサ20は故障(劣化している)であると診断する。
【0037】
この内燃機関の空燃比制御装置は、擬似劣化信号生成回路50を備えている。擬似劣化信号生成回路50は、酸素濃度センサ20の性能劣化時における特性(出力特性、インピーダンス特性)に似せた擬似劣化信号を生成するためのものであり、この実施例では、図示するように、酸素濃度センサ20とECU30との接続線の途中に設けられる。この擬似劣化信号生成回路50は、前述した出力電圧についての自己診断処理を行なうとき、またはインピーダンスについての自己診断処理を行なうときに必要となるもので、擬似劣化信号生成回路50により擬似劣化信号をECU30に送り、実際にチェックエンジンランプ40が点灯されるかを判断するといったことを行なう。この判断は、内燃機関10が始動され、酸素濃度センサ20が活性された状態となったときになされる。活性された状態か否かは、内燃機関10の始動時からの経過時間が所定時間を超えたか、または酸素濃度センサ20の出力電圧がリッチ(0.45V以上)となったかから判断される。活性された状態にある酸素濃度センサ20からの出力電圧は、擬似劣化信号生成回路50により劣化した状態の出力電圧となり、ECU30に送られる。ECU30のマイコン32は、自己診断処理により、故障(劣化している)であると判断してチェックエンジンランプ40を点灯する。
【0038】
図示されているのは、前述したように、酸素濃度センサ20とECU30との間に、擬似劣化信号生成回路50が設けられた状態であるが、実際は、擬似劣化信号生成回路50を迂回して、酸素濃度センサ20とECU30とを直接接続する接続線も設けられており、上記自己診断処理を行なわない通常運転時には、この直接接続する接続線側に酸素濃度センサ20とECU30との接続が切り替わるように構成されている。
【0039】
B.擬似劣化信号生成回路の構成:
擬似劣化信号生成回路50の構成について次に説明する。図1に示すように、擬似劣化信号生成回路50は、入力2端子、出力2端子で構成される回路で、入力側の2端子(入力端子という)IN1,IN2には、酸素濃度センサ20が接続され、出力側の2端子(出力端子という)OT1,OT2には、ECU30が接続される。入力端子IN1と出力端子OT1とを結ぶ接続線L1と、入力端子IN2と出力端子OT2とを結ぶ接続線L2との間には、可変抵抗器VR1が設けられており、その接続線L2には、抵抗器R2が設けられ、その接続線L1には、可変抵抗器VR3が設けられている。すなわち、可変抵抗器VR1は、酸素濃度センサ20に対して並列に接続された状態にあり、抵抗器R2と可変抵抗器VR3は、酸素濃度センサ20に対してそれぞれ直列に接続された状態にある。
【0040】
接続線L2に設けられた抵抗器R2には、二次電池BTが並列に接続され、この二次電池BTにより抵抗器R2に電流が流される。二次電池BTの電極の極性は、抵抗器R2において入力端子IN2から出力端子OT2に向かって二次電池BTからの電流が流れる向きである。なお、二次電池BTと抵抗器R2との間には、抵抗器R4と可変抵抗器VR5が直列接続され、抵抗器R2に供給される電流を、可変抵抗器VR5により調整することが可能となっている。また、抵抗器R2には、コンデンサC1が並列に接続されている。
【0041】
接続線L1に設けられた可変抵抗器VR3には、コンデンサC2が並列に接続されている。なお、上述した可変抵抗器VR1,VR3,VR5は、ECU30によりその値が制御される。
【0042】
擬似劣化信号生成回路50で使用した可変抵抗器、抵抗器、コンデンサの数値は、次のようなものである。これら数値は、一例であり、他の数値でもよい。VR1=0〜10KΩ、R2=50Ω、R4=50Ω、VR5=0〜10KΩ、C1=47μF、VR3=0〜1KΩ、C2=47μF
【0043】
二次電池BTは、1.5Vの乾電池である。なお、1.5Vの乾電池というのも一例で、他の大きさの起電力のバッテリをDC−DCコンバータで変圧して用いる構成としてもよい。
【0044】
擬似劣化信号生成回路50の働きについて次に説明する。上記構成の擬似劣化信号生成回路50は、3つのパーツP1,P2,P3に分けることができる。第1のパーツP1は、可変抵抗器VR1から構成される部分で、第2のパーツP2は、抵抗器R2、R4、可変抵抗器VR5、二次電池BTおよびコンデンサC1から構成される部分で、第3のパーツP3は、可変抵抗器VR3およびコンデンサC2から構成される部分である。
【0045】
第1のパーツP1と第2のパーツP2は、酸素濃度センサ20の出力電圧を変化させる働きをする。図2は、第1のパーツP1と第2のパーツP2による出力特性を示すグラフである。グラフの横軸が、可変抵抗器VR1の抵抗値であり、縦軸が、出力電圧Votである。まず、第1のパーツP1だけで出力電圧Votがどのように変化するかを示したのが、グラフ中の1点鎖線G1,G2である。上方に位置する1点鎖線G1は、内燃機関10にリッチな混合気を吸入させたときのもので、下方に位置する1点鎖線G2は、内燃機関10にリーンな混合気を吸入させたときのものである。可変抵抗器VR1を5KΩから0KΩに低下させていくと、リッチな混合気を吸入させたとき、リーンな混合気を吸入させたとき共に、出力電圧Votは、その抵抗値の低下に応じて低下する。特に、リッチな混合気を吸入させたときの出力電圧Votは、値が大きいので、1点鎖線G1に示すように、大きな変化量でもって値は低下する。
【0046】
第1のパーツP1と第2のパーツP2とで出力電圧Votがどのように変化するかを示したのが、グラフ中の実線G3,G4である。すなわち、第1のパーツP1に第2のパーツP2を加えたときに、出力特性は、グラフ中の1点鎖線G1,G2からどのように変化するかを示したのが、グラフ中の実線G3,G4である。上方に位置する実線G3は、内燃機関10にリッチな混合気を吸入させたときのもので、下方に位置する実線G4は、内燃機関10にリーンな混合気を吸入させたときのものである。リッチな混合気を吸入させたとき、リーンな混合気を吸入させたとき共に、出力電圧Votは、1点鎖線G1,G2から持ち上がった状態となる。特に、リーンな混合気を吸入させたときの出力電圧Votは、実線G4に示すように、可変抵抗器VR1の値が小さいほど、大きな変化量でもって上昇する。この結果、リーンな混合気を吸入させたときの出力電圧Votは、実線G4に示すように、可変抵抗器VR1の抵抗値の低下に応じて、約0.1Vから0.45Vと変化する。なお、この持ち上がりの程度は、可変抵抗器VR5の大きさによって調整することができる。
【0047】
また、リッチな混合気を吸入させたときの出力電圧Votは、実線G3に示すように、可変抵抗器VR1の抵抗値の低下に応じて、約0.8Vから0.45Vと変化する。この0.45Vという値は、空燃比がストイキの値を示すものである。このために、可変抵抗器VR1の抵抗値を低下させていくことで、内燃機関10にリッチな混合気を吸入させても、リーンな混合気を吸入させても、出力がストイキの値に近づくように出力特性を変化させることができる。すなわち、酸素濃度センサ20が劣化してリッチ、リーンの感度が低下した場合の擬似的な出力電圧の劣化信号を、擬似劣化信号生成回路50は出力することができる。その劣化の程度も、可変抵抗器VR1の抵抗値をECU30によりコントロールすることで調整することもできる。
【0048】
なお、この実施例では、可変抵抗器VR1は、ECU30によりコントロール可能な構成としたが、これに換えて、調整つまみによって人為的に調整可能な構成とすることもできる。また、予め目標とする劣化の状態を示す数値を持つ抵抗器を用意して、これを可変抵抗器VR1に換える構成とすることもできる。なお、他の可変抵抗器VR3,VR5も、可変抵抗器VR1と同様に、調整つまみによって人為的に調整可能な構成とすることもできる。また、予め目標とする劣化の状態を示す数値を持つ抵抗器を用意して、これを可変抵抗器VR3,VR5に換える構成とすることもできる。
【0049】
抵抗器R2に並列に接続されるコンデンサC1は、第3のパーツP3に設けられたコンデンサC2の後述する働き(印加電圧の高周波時のインピーダンスを低下させる働き)と同じ作用する。
【0050】
擬似劣化信号生成回路50の第3のパーツP3は、酸素濃度センサ20のセンサ素子のインピーダンスを変化させる働きをする。図3は、第3のパーツP3によるインピーダンス特性を示すグラフである。グラフの横軸が、インピーダンス検出回路34が酸素濃度センサ20に印加する電圧の周波数fであり、縦軸が、その印加電圧によって検出されるインピーダンスZである。グラフ中の実線X1に示すように、印加する電圧の周波数fが小さくなるに連れて、インピーダンスZは急激に大きくなる。グラフ中の実線は、コンデンサC2が、この実施例の値である47μFのときのものである。グラフ中、1点鎖線X2は、コンデンサC2が10μFのときのものであり、2点鎖線X3は、コンデンサC2が2.2μFのときのものである。コンデンサC2の数値が小さいほど、印加する電圧の周波数fが小さいときのインピーダンスZの持ち上がりの変化は急激である。なお、可変抵抗器VR3の抵抗値をコントロールすることで、この持ち上がりの量を調整することもできる。すなわち、可変抵抗器VR3によりインピーダンスZが高くなった状態を作ることができ、コンデンサC2によって印加電圧の周波数fが小さいときに限りそのインピーダンスZが高い状態が現われ、周波数fが大きいときにはそのインピーダンスZは低い値を維持するように作用する。
【0051】
酸素濃度センサ20のセンサ素子のインピーダンスZは、前述したように、インピーダンスZの検出のための印加電圧の周波数fが低周波の場合、酸素濃度センサ20が劣化していると、大きな値となる。この劣化品の周波数fに対するインピーダンスZの特性が、実線X1の変化と似通っている。したがって、酸素濃度センサ20が劣化して、低周波の印加電圧に対して低下するインピーダンスZを示す擬似的な信号を、擬似劣化信号生成回路50は出力することができる。
【0052】
C.作用・効果
以上のように構成されたこの実施例の擬似劣化信号生成回路50によれば、極めて簡単な構成により、酸素濃度センサの出力特性の劣化時と、インピーダンス特性の劣化時とを示す擬似劣化信号を生成することができる。また、この擬似劣化信号生成回路50を用いた内燃機関の空燃比制御装置によれば、擬似劣化信号生成回路50を用いたにも拘わらす、酸素濃度センサ20のセンサ素子のインピーダンスZを正確に検出することができる。
【0053】
D.他の実施形態:
本発明の他の実施形態について、次に説明する。
(1)前記実施例では、擬似劣化信号生成回路50を第1ないし第3のパーツP1,P2,P3から構成していたが、これに換えて、図4に示すように、擬似劣化信号生成回路50Aを、第1のパーツP1だけから構成してもよい。すなわち、酸素濃度センサと並列に接続される可変抵抗器VR1だけを備える構成である。この構成によれば、酸素濃度センサが劣化してリッチの感度が低下した場合の擬似的な出力電圧の劣化信号を、擬似劣化信号生成回路50Aは出力することができる。
【0054】
(2)また、図5に示すように、擬似劣化信号生成回路50Bを、第2のパーツP2だけから構成してもよい。すなわち、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器R2と、抵抗器R2に電流を流す二次電池BTと、抵抗器R2と二次電池BTとの間に直列接続される抵抗器R4および可変抵抗器VR5と、抵抗器R2に並列に接続されるコンデンサC1だけを備える構成である。この構成によれば、図6に示すように、可変抵抗器VR5の抵抗値を低下側に変えることにより、出力電圧を持ち上げることができる。下方のリーンのガスについては持ち上がって劣化状態となるが、上方のリッチのガスについては下がらないから劣化状態とならない。したがって、酸素濃度センサが劣化してリーンの感度が低下した場合の擬似的な出力電圧の劣化信号を、擬似劣化信号生成回路50Bは出力することができる。
【0055】
(3)前述した図5の構成において、二次電池BTの電極の極性を逆にする構成とすることもできる。この構成によれば、図7に示すように、可変抵抗器VR5の抵抗値を低下側に変えることにより、出力電圧を下げることができる。上方のリッチのガスについては下がって劣化状態となるが、下方のリーンのガスについては上がらないから劣化状態とならない。したがって、酸素濃度センサが劣化してリッチの感度が低下した場合の擬似的な出力電圧の劣化信号を、この擬似劣化信号生成回路は出力することができる。
【0056】
(4)前述した図5の構成において、リッチ側、リーン側の状態により、二次電池BTの電極の極性を正逆切り替わる構成とすることもできる。この切り替えはスイッチング素子を使って回路を切り換えることで行なう。この構成によれば、図8に示すように、可変抵抗器VR5の抵抗値を低下側に変えることにより、上方のリッチのガスについては下がって劣化状態となり、下方のリーンのガスについては上がって劣化状態となる。したがって、酸素濃度センサが劣化してリッチ、リーンの感度が低下した場合の擬似的な出力電圧の劣化信号を、この擬似劣化信号生成回路は出力することができる。
【0057】
(5)さらに、図9に示すように、擬似劣化信号生成回路50Cを、第3のパーツP3だけから構成してもよい。すなわち、酸素濃度センサと直列に接続される可変抵抗器VR3と、可変抵抗器VR3に並列に接続されるコンデンサC2だけを備える構成である。この構成によれば、酸素濃度センサのインピーダンス特性の劣化時を示す擬似劣化信号を、簡単な構成により生成することができる。しかも、擬似劣化信号生成回路50Cを用いたにも拘わらす、酸素濃度センサのセンサ素子のインピーダンスを正確に検出することができる。
【0058】
(6)前記実施例では、擬似劣化信号生成回路50を第1ないし第3のパーツP1,P2,P3から構成していたが、これに換えて、3つのパーツP1,P2,P3のうちの任意の2つを用いて他の一つの取り外した構成とすることもできる。すなわち、第1のパーツP1と第2のパーツP2を用いた構成としてもよいし、第1のパーツP1と第3のパーツP3を用いた構成としてもよいし、第2のパーツP2と第3のパーツP3を用いた構成としてもよい。
【0059】
(7)前記実施例では、擬似劣化信号生成回路50の第2のパーツP2の構成を、酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器R2と、抵抗器R2に電流を流す二次電池BTと、抵抗器R2と二次電池BTとの間に直列接続される抵抗器R4および可変抵抗器VR5と、抵抗器R2に並列に接続されるコンデンサC1とから構成していたが、これに換えて、コンデンサC1を除いた構成とすることもできる。また、抵抗器R4を除いた構成とすることもできるし、可変抵抗器VR5を除いた構成とすることもできる。
【0060】
(8)前記実施例では、酸素濃度センサ20として、センサ素子にジルコニア固体電解質を用いた濃淡電池式のものを用いていたが、これに換えて、センサ素子にチタニアn型半導体を用いた抵抗変化式のものであってもよい。要は、所定の酸素濃度近傍を検出可能なものであればどのようなタイプのものでもよい。
【0061】
以上、本発明の実施例を詳述してきたが、本発明は、こうした実施態様に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様にて実施することができるのは勿論のことである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例の擬似劣化信号生成回路50を用いた内燃機関の空燃比制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図2】擬似劣化信号生成回路50に設けられた第1のパーツP1と第2のパーツP2による出力特性を示すグラフである。
【図3】擬似劣化信号生成回路50に設けられた第3のパーツP3によるインピーダンス特性を示すグラフである。
【図4】第1のパーツP1だけを備えた擬似劣化信号生成回路50Aの回路図である。
【図5】第2のパーツP2だけを備えた擬似劣化信号生成回路50Bの回路図である。
【図6】第2のパーツP2の作用を示すグラフである。
【図7】第2のパーツP2の二次電池の電極を逆にした場合の作用を示すグラフである。
【図8】第2のパーツP2の二次電池の電極を正逆切り替わるようにした場合の作用を示すグラフである。
【図9】第3のパーツP3だけを備えた擬似劣化信号生成回路50Cの回路図である。
【符号の説明】
10…内燃機関
12…吸気通路
14…排気管
16…三元触媒
18…燃料噴射弁
20…酸素濃度センサ
20a…ヒータ
30…電子コントロールユニット(ECU)
32…マイコン
34…インピーダンス検出回路
40…チェックエンジンランプ
50…擬似劣化信号生成回路
50A…擬似劣化信号生成回路
50B…擬似劣化信号生成回路
50C…擬似劣化信号生成回路
P1…第1のパーツ
VR1…可変抵抗器
P2…第2のパーツ
R2…抵抗器
BT…二次電池
R4…抵抗器
VR5…可変抵抗器
C1…コンデンサ
P3…第3のパーツ
VR3…可変抵抗器
C2…コンデンサ
Claims (8)
- 被検出ガス中の酸素濃度に応じた酸素濃度信号を出力する酸素濃度センサに接続され、該酸素濃度センサの性能劣化時における出力特性に似せた擬似劣化信号を、前記酸素濃度信号から生成する擬似劣化信号生成回路において、
前記酸素濃度センサと並列に接続される抵抗器を備えることを特徴とする擬似劣化信号生成回路。 - 前記抵抗器が、可変抵抗器である請求項1に記載の擬似劣化信号生成回路。
- 請求項1または2に記載の擬似劣化信号生成回路であって、さらに、
前記酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、
前記抵抗器に電流を流す二次電池と
を備える擬似劣化信号生成回路。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の擬似劣化信号生成回路であって、さらに、
前記酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、
該抵抗器に並列に接続されるコンデンサと
を備える擬似劣化信号生成回路。 - 被検出ガス中の酸素濃度に応じた酸素濃度信号を出力する酸素濃度センサに接続され、該酸素濃度センサの性能劣化時における出力特性に似せた擬似劣化信号を、前記酸素濃度信号から生成する擬似劣化信号生成回路において、
前記酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、
前記抵抗器に電流を流す二次電池と
を備えることを特徴とする擬似劣化信号生成回路。 - 請求項5に記載の擬似劣化信号生成回路であって、さらに、
前記酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、
該抵抗器に並列に接続されるコンデンサと
を備える擬似劣化信号生成回路。 - 被検出ガス中の酸素濃度に応じた酸素濃度信号を出力する酸素濃度センサに接続され、該酸素濃度センサの性能劣化時におけるインピーダンス特性に似せた擬似劣化信号を、前記酸素濃度信号から生成する擬似劣化信号生成回路において、
前記酸素濃度センサと直列に接続される抵抗器と、
該抵抗器に並列に接続されるコンデンサと
を備えることを特徴とする擬似劣化信号生成回路。 - 内燃機関の排気通路に設けられた酸素濃度センサと、
前記酸素濃度センサからの酸素濃度信号を受けて、該酸素濃度センサの有するセンサ素子のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
該検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に関わる所定の制御を行なう制御手段と
を備える内燃機関制御装置において、
前記酸素濃度センサと前記インピーダンス検出手段との間に、請求項1ないし7のいずれかに記載の擬似劣化信号生成回路を設け、該擬似劣化信号生成回路にて生成された擬似劣化信号が、前記酸素濃度信号として前記インピーダンス検出手段に入力するように構成したことを特徴とする内燃機関制御装置。
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