JP5096395B2 - 異常診断方法、及びガス濃度測定装置 - Google Patents
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本発明は、こうした点に鑑みなされたもので、ガス濃度測定装置における異常診断を、なるべく小規模の回路構成にて行うことができるようにすることを目的とする。
つまり、測定手段の作動モードが異常時モードである際に第2端子の電位を判定閾値と比較した結果に基づき、第2端子の電位が判定閾値より大きければ第1端子の短絡異常と判定し、第2端子の電位が判定閾値以下であればその第2端子の短絡異常と判定するようにすると良い。
ところで、上記のようなガス濃度測定装置においては、第3端子の短絡異常も診断するようにすると尚良い。つまり、請求項3に記載のように、第1〜第3端子の電位を検出して、その第1〜第3端子の電位の少なくとも何れかが予め定められた異常電位になると、測定手段の作動モードを異常時モードに移行させ、異常時モードにおいて、第3端子の電位を予め定めた第3端子用の判定閾値と比較して、その比較結果に基づき、第3端子の短絡異常を判定するようにすると良い。これによれば、第3端子における短絡異常も判別することができ、より好ましい。
具体的に、第1〜第3端子の電位の少なくとも何れかが予め定められた異常電位になると、測定手段の作動モードを、その測定手段とガスセンサとの間の第1〜第3端子を介した電気的な接続を遮断した遮断モードに移行させた後、その測定手段の作動モードを異常時モードに移行させるようにすれば良い。
図1は、本発明が適用されたガス濃度測定装置1の構成を示す概略図である。尚、本実施形態のガス濃度測定装置1は、内燃機関(エンジン)の排気ガス中に含まれる酸素濃度を測定するものである。
センサ素子10は全領域空燃比センサであり、酸素ポンプセル14、絶縁層15、酸素濃度検知セル24及び補強板30が、この順に積層されて構成されている。
ECU5は、上述したように、センサ素子制御回路50と、ヒータ制御回路60と、マイクロコンピュータ7とを備えて構成されている。
センサ素子駆動回路52は、センサ素子10を構成する酸素ポンプセル14及び酸素濃度検知セル24の駆動制御を行う。
センサ素子駆動回路52は、酸素ポンプセル14を駆動するIp電流を流すためのオペアンプ32、Ip電流の制御特性を改善するためのPID制御回路部56、第二検知電極28の酸素濃度を一定に保つために酸素濃度検知セル24に定電流Icpを流すための定電流源46、Ip電流の制御目標電圧を供給する定電圧源48、を備えている。尚、定電流源46が特許請求の範囲における定電流供給手段に相当する。
このうち、抵抗素子R7の一端はIp+端子に接続されており、抵抗素子R7の他端はSW5を介して電源(5V)に接続されている。また、抵抗素子R8の一旦はIp+端子に接続されており、抵抗素子R8の他端はSW6を介して接地されている。ここで、抵抗素子R7、R8の抵抗値は、センサ素子駆動回路52の作動モードが後述するアクティブモード時にリーク電流が流れることを防ぐため、50kΩ程度であることが好ましい。
また、COM端子には、オペアンプ34がSW1を介して接続されている。このオペアンプ34は、後述するように、センサ素子10の異常診断を行うために、異常識別用電流を供給するための回路でもある。尚、オペアンプ34が特許請求の範囲における基準電位設定手段に相当する。
このように構成されたセンサ素子駆動回路52においては、被測定ガスの酸素濃度の測定を行うためのアクティブモードにて、SW2、SW3、SW4をONとし、SW1、SW5、SW6をOFFとする(例えば、後述する図3参照)。このとき、被測定ガスが燃料供給過剰(リッチ)の状態の場合には、測定室20内の酸素濃度が理論空燃比での酸素濃度よりも小さくなり、酸素濃度検知セル24の出力電圧Vsが制御目標電圧である450[mV]よりも高くなる。従って、制御目標電圧と出力電圧Vsとの偏差量ΔVsが発生し、その偏差量ΔVsがPID制御回路部56によってPID演算され、オペアンプ32によってフィードバックされる。このため、不足分の酸素を酸素ポンプセル14により測定室20内に汲み込むためのIp電流が酸素ポンプセル14に流れることになる。
このように、SW2〜SW4がONとなり、SW1、SW5,SW6がOFFとなると、上述のように、酸素濃度検知セル24の出力電圧Vsを負帰還電圧として、酸素ポンプセル14はオペアンプ32によって負帰還制御され、Ip電流を測定することで被測定ガス中の酸素濃度が測定される。そして、測定された酸素濃度に基づきエンジンの燃焼制御が行われる。
このように、SW3がOFFであるため、酸素ポンプセル14を駆動しているオペアンプ32からは電流が供給されなくなり、また、SW2がOFFのためPID制御回路40からも電流が供給されなくなり、酸素ポンプセル14に対する電流制御は停止する。従って、酸素ポンプセル14の負帰還制御は行われなくなる。
マイクロコンピュータ7は、自動車の電源がONされると(より具体的に、自動車のイグニションスイッチがONされると)処理を開始し、まず、S110にて、ヒータ制御回路60を介してヒータ70への電源供給(つまり、ヒータ70への通電)を開始する。
次に、S140に進み、異常検出フラグDIAG1=1(セット状態)であるか否かを判定する。つまり、Vs+端子、COM端子、Ip+端子の何れかに短絡異常(GNDショート)が生じているか否かを判定する。尚、前述のように、センサ素子10の各端子電圧が所定の電圧範囲内であれば(センサ素子10に異常が発生していなければ)、異常検出フラグDIAG1=0(リセット状態)となり、逆に、センサ素子10の各端子電圧が所定の電圧範囲外であれば(センサ素子10に異常が発生していれば)、異常検出フラグDIAG1=1(セット状態)となる。
また、S140で異常検出フラグDIAG1=1(セット状態)である(つまり、センサ素子10に異常が発生している)と判定すると(S140:YES)、S150に移行する。
S200では、図示しないタイマーがカウント動作中か否かを判定し、カウント動作中でないと判定すると(S200:NO)、S210に移行し、その図示しないタイマーをスタートする。そしてS220に移行する。
S220では、図示しないタイマーのカウント値に基づき所定時間が経過したか否かを判定し、所定時間が経過していないと判定すると(S220:NO)、再びS120に戻る。
次に、S250に進み、異常回数Nが所定回数以上か否かを判定し、所定回数以上でないと判定すると(S250:NO)、S150に戻る。
S260では、異常検出フラグDIAG2=1(セット状態)であるか否か(言い換えると、COM端子の端子電圧が所定電圧以下か否か)を判定し、異常検出フラグDIAG2=1(セット状態)である(COM端子の端子電圧が所定電圧以下である)と判定すると(S260:YES)、S270に移行してCOM端子のGNDショートと判断する。そしてその後、当該処理を終了する。尚、マイクロコンピュータ7が実行するS260の処理、及びそのマイクロコンピュータ7が特許請求の範囲における異常診断手段に相当する。
例えば、上記実施形態では、センサ素子10として全領域空燃比センサを取り上げたが、これに限られず、上記センサ素子10にもう一つのセルを追加して、二つの測定室を備えたNOxセンサに適用することも可能である。
また、上記実施形態において、Vs+端子、COM端子及びIp+端子の正常/異常を判定する際の閾値としての1.2[V]、1.5[V]という数値は一例であり、他の値を用いても良い。また、他の数値についても一例であり、値を限定する趣旨のものではない。
Claims (5)
- 拡散抵抗体を介して被測定ガスが導入される測定室、
第1固体電解質体及び該第1固体電解質体に設けられた一対の電極を備え、該一対の電極のうち一方の電極が前記測定室に面して配置され、他方の電極が基準酸素分圧雰囲気に設定される基準酸素室に配置されて、その測定室と基準酸素室との間の酸素分圧差に応じた電圧を発生する酸素濃度検知セル、及び、
第2固体電解質体及び該第2固体電解質体に設けられた一対の電極を備え、該一対の電極のうち一方の電極が前記測定室に面して配置されて、自身に流れる駆動電流に応じて前記測定室内に導入された前記被測定ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う酸素ポンプセル、を有するガスセンサと、
前記酸素濃度検知セルの一対の電極のうち前記測定室に面していない電極と接続する第1端子、前記酸素濃度検知セル及び前記酸素ポンプセルそれぞれの一対の電極のうち、前記測定室に面して配置される電極のそれぞれに共用化されて接続する第2端子、及び前記酸素ポンプセルの一対の電極のうち前記測定室に面していない電極と接続する第3端子を備え、前記酸素濃度検知セルの出力電圧が一定値となるように前記駆動電流の電流制御を行って、その駆動電流に基づき前記被測定ガス中の特定ガスの濃度を測定する測定手段と、
を備えたガス濃度測定装置の異常を診断する異常診断方法であって、
前記測定手段は、前記測定室から前記基準酸素室に酸素を汲み入れるための定電流を前記第1端子を介して前記酸素濃度検知セルに供給する定電流供給手段と、
前記第2端子の電位を基準電位に設定するとともに前記定電流よりも大きい電流を供給可能な基準電位設定手段と、を備え、
前記第1端子の電位及び前記第2端子の電位を検出して、その第1端子の電位及び第2端子の電位の少なくとも何れか一方が予め定められた異常電位になると、前記測定手段の作動モードを、前記駆動電流の前記電流制御を行うモードであるガス濃度検出モードから、前記駆動電流の前記電流制御を行わないモードである異常時モードに移行させ、その異常時モードにおいて、前記定電流供給手段により前記定電流を前記酸素濃度検知セルに供給するとともに、その定電流よりも大きい電流を前記基準電位設定手段により前記第2端子を介して前記酸素濃度検知セルに供給しつつ、前記第2端子の電位を予め定められた判定閾値と比較し、比較結果に基づき、前記第1端子及び前記第2端子の何れの短絡異常であるかを判定することを特徴とする異常診断方法。 - 前記測定手段の作動モードが異常時モードである際に前記第2端子の電位を前記判定閾値と比較した結果に基づき、前記第2端子の電位が前記判定閾値より大きければ前記第1端子の短絡異常と判定し、前記第2端子の電位が前記判定閾値以下であればその第2端子の短絡異常と判定することを特徴とする請求項1に記載の異常診断方法。
- 前記第1〜第3端子の電位を検出して、その第1〜第3端子の電位の少なくとも何れかが予め定められた異常電位になると、前記測定手段の作動モードを前記異常時モードに移行させ、
異常時モードにおいて、前記第3端子の電位を予め定めた第3端子用の判定閾値と比較して、その比較結果に基づき、前記第3端子の短絡異常を判定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の異常診断方法。 - 前記第1〜第3端子の電位の少なくとも何れかが予め定められた異常電位になると、前記測定手段の作動モードを、その測定手段と前記ガスセンサとの間の前記第1〜第3端子を介した電気的な接続を遮断した遮断モードに移行させた後、前記測定手段の作動モードを前記異常時モードに移行させることを特徴とする請求項1ないし請求項3の何れか1項に記載の異常診断方法。
- 拡散抵抗体を介して被測定ガスが導入される測定室、
第1固体電解質体及び該第1固体電解質体に設けられた一対の電極を備え、該一対の電極のうち一方の電極が前記測定室に面して配置され、他方の電極が基準酸素分圧雰囲気に設定される基準酸素室に配置されて、その測定室と基準酸素室との間の酸素分圧差に応じた電圧を発生する酸素濃度検知セル、及び、
第2固体電解質体及び該第2固体電解質体に設けられた一対の電極を備え、該一対の電極のうち一方の電極が前記測定室に面して配置されて、自身に流れる駆動電流に応じて前記測定室内に導入された前記被測定ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う酸素ポンプセル、を有するガスセンサと、
前記酸素濃度検知セルの一対の電極のうち前記測定室に面していない電極と接続する第1端子、前記酸素濃度検知セル及び前記酸素ポンプセルそれぞれの一対の電極のうち、前記測定室に面して配置される電極のそれぞれに共用化されて接続する第2端子、及び前記酸素ポンプセルの一対の電極のうち前記測定室に面していない電極と接続する第3端子を備え、前記酸素濃度検知セルの出力電圧が一定値となるように前記駆動電流の電流制御を行って、その駆動電流に基づき前記被測定ガス中の特定ガスの濃度を測定する測定手段と、
を備えたガス濃度測定装置であって、
前記測定手段は、
前記測定室から前記基準酸素室に酸素を汲み入れるための定電流を前記第1端子を介して前記酸素濃度検知セルに供給する定電流供給手段と、
前記第2端子の電位を基準電位に設定するとともに前記定電流よりも大きい電流を供給可能な基準電位設定手段と、
前記第1端子の電位及び前記第2端子の電位を検出して、その第1端子の電位及び第2端子の電位の少なくとも何れか一方が予め定められた異常電位になると、当該測定手段の作動モードを、前記駆動電流の前記電流制御を行うモードであるガス濃度検出モードから、前記駆動電流の前記電流制御を行わないモードである異常時モードに移行させるモード切替手段と、
当該測定手段の作動モードが異常時モードの状態において、前記定電流供給手段により前記定電流を前記酸素濃度検知セルに供給させるとともにその定電流よりも大きい電流を前記基準電位設定手段により前記第2端子を介して前記酸素濃度検知セルに供給させつつ、前記第2端子の電位を予め定められた判定閾値と比較し、比較結果に基づき、前記第1端子及び前記第2端子の何れの短絡異常であるかを判定する異常診断手段と、
を備えていることを特徴とするガス濃度測定装置。
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