センサ制御装置及びセンサ制御システム
【課題】 内燃機関の運転状態の過渡期においても精度良くガスセンサを目標の素子温度に制御できるセンサ制御装置を提供する。
【解決手段】 ＥＣＵ５のＣＰＵ１１は、排気温センサ３から現在の排気ガス温度を取得し、前回取得した排気ガス温度との差分を算出する。排気ガス温度の変化が上昇傾向であり、差分の絶対値が２０℃以上であり、ガスセンサとしての酸素センサ２の検出素子としてのセル２１の目標インピーダンスの補正処理を行っていることを示すフラグがＯＦＦの場合には、内燃機関の運転状態が過渡期にあると判断する。そして、排気ガス温度から酸素センサ２のセル２１の目標インピーダンスの補正値（補正係数）を求める。ＣＰＵ１１は、その補正値により酸素センサ２のセル２１の目標インピーダンスの補正を行い、補正された目標インピーダンスに基づいてヒータ２６への供給電力をフィードバック制御する。
【解決手段】 ＥＣＵ５のＣＰＵ１１は、排気温センサ３から現在の排気ガス温度を取得し、前回取得した排気ガス温度との差分を算出する。排気ガス温度の変化が上昇傾向であり、差分の絶対値が２０℃以上であり、ガスセンサとしての酸素センサ２の検出素子としてのセル２１の目標インピーダンスの補正処理を行っていることを示すフラグがＯＦＦの場合には、内燃機関の運転状態が過渡期にあると判断する。そして、排気ガス温度から酸素センサ２のセル２１の目標インピーダンスの補正値（補正係数）を求める。ＣＰＵ１１は、その補正値により酸素センサ２のセル２１の目標インピーダンスの補正を行い、補正された目標インピーダンスに基づいてヒータ２６への供給電力をフィードバック制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出される排気ガスの特定ガス濃度を検出するガスセンサを制御するセンサ制御装置、及び、ガスセンサとセンサ制御装置とを接続してなるセンサ制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車等の内燃機関の排気通路（排気管）にガスセンサを設置し、排気ガス中の特定ガス濃度を検出して空燃比を制御することが行われている。排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサや窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検出するＮＯｘセンサがガスセンサの具体例として知られている。このような酸素センサとしては、例えば、酸素イオン導電性の固体電解質体に一対の電極を形成したセルを少なくとも１つ以上備えた検出素子を有するものが挙げられる。固体電解質体からなるセルは所定温度（活性化温度）に加熱されることで良好な酸素イオン導電性を示すことになるため、検出素子を加熱するためのヒータが設けられている。そして、酸素センサ（セル）の活性状態を維持するために、検出素子の温度をフィードバックし、検出素子を加熱するヒータへの供給電力を制御（素子温フィードバック制御）している。この素子温フィードバック制御は、温度に応じてインピーダンスが変化する検出素子のインピーダンスに基づいて行われる。このとき、活性化温度となるインピーダンスを目標インピーダンスとしている。しかしながら、酸素センサは劣化すると検出素子のインピーダンスが増加する。このとき、酸素センサの温度は活性化温度であっても検出素子のインピーダンスが増加しているため、目標インピーダンスになるようにヒータ供給電力を増加させる。これに伴って酸素センサの温度が上昇する。この温度上昇により酸素センサの劣化が促進されるという問題が生じる。
【０００３】
この問題を解決するために、温度に応じてインピーダンスが変化する検出素子のインピーダンスを目標インピーダンスにするように、ヒータへの供給電力をフィードバック制御するヒータ供給電力制御手段を有すると共に、検出素子のインピーダンスの増加に基づき劣化判定を行う劣化判定手段と、劣化判定に基づき目標インピーダンスを増加させるように変更する目標インピーダンス変更手段とを備える酸素濃度検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。そして、酸素センサが劣化状態になったときに目標インピーダンスを新たな目標インピーダンスに変更することで、ヒータへの供給電力を制御して酸素センサの温度上昇を防止することができ、酸素センサを目標とする素子温度に維持することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２６５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関の運転状態が急変する過渡期においては、排気管を流通する排気ガス温度の変化が大きくなる。このとき、酸素センサの周囲の排気ガスの温度変化も大きくなるが、この排気ガスの温度変化により検出素子のインピーダンスが受ける影響は比較的大きいため、固定（一律）の目標インピーダンスとなるようにヒータへの供給電力をフィードバック制御しても、検出素子のインピーダンスを目標の素子温度に制御（維持）できない問題点がある。なお、特許文献１に記載の酸素濃度検出装置では、目標インピーダンスの補正を行ってはいるものの、その補正は酸素センサの劣化状態を考慮したものであって、内燃機関の運転状態が急変する過渡期を考慮した目標インピーダンスの補正については何ら考慮されていない。
【０００６】
本発明は、内燃機関の運転状態の過渡期においても精度良くガスセンサを目標素子温度に制御できるセンサ制御装置、及び、センサ制御システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の一態様のセンサ制御装置は、内燃機関の排気管に取り付けられ排気ガス中のガス濃度を検出する検出素子と当該検出素子を加熱するヒータとを有するガスセンサに接続されるセンサ制御装置であって、前記検出素子のインピーダンスを検出する素子インピーダンス検出手段と、前記素子インピーダンス検出手段により検出された素子インピーダンスを目標インピーダンスにするように、前記ヒータへの供給電力をフィードバック制御するヒータ供給電力制御手段と、前記排気管を流通する排気ガスの温度変化が予め設定した許容範囲外か否かを判定する温度変化判定手段と、前記温度変化判定手段にて前記排気ガスの温度変化が前記許容範囲外であると判定した場合に、前記目標インピーダンスを補正する補正手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記構成のセンサ制御装置では、内燃機関の運転状態が急変する過渡期においては、排気ガス温度も急変するが、温度変化判定手段が排気ガスの温度変化が特定範囲外か否かを判定し、前記温度変化判定手段にて前記排気ガスの温度変化が前記特定範囲外であると判定した場合に、目標インピーダンスを補正するようにしている。そのため、排気ガスの大きな温度変化によって検出素子のインピーダンスが影響を受けたときにも、ヒータ供給電力制御手段を用いて検出素子を目標の素子温度に制御することが可能となる。
【０００９】
なお、温度変化判定手段としては、排気ガスの温度を検出する排気温センサといった温度を直接検出する手段を用いて、検出した排気ガスの温度の変化が許容範囲外か否かを判定する構成を採ってもよいし、また、内燃機関の運転状態に基づいて排気ガスの温度を推定するようにして、推定した排気ガスの温度の変化が許容範囲外か否かを判定する構成を採ってもよい。
【００１０】
また、本発明のセンサ制御装置であって、補正手段は、目標インピーダンスに補正係数を乗ずることで実行されるものであり、排気ガスの温度変化が許容範囲外になった時の変化開始時の排気ガスの温度に基づいて補正係数を可変させるようにしても良い。単位時間当たりの排気ガス温度の変化量が同じでも変化開始時の温度が異なれば、検出素子のインピーダンスが受ける影響も異なってくる。そこで、排気ガスの温度変化が許容範囲外になった時の変化開始時の温度に基づいて目標インピーダンスを補正する補正係数を可変させると目標インピーダンスの精度の良い補正係数の算出が行える。
【００１１】
さらに、本発明のセンサ制御装置であって、温度変化判定手段は、排気管に取り付けられ排気ガスの温度を検出する排気温センサの出力値の変化が特定範囲外か否かを判定することで、排気ガスの温度変化が許容範囲外か否かを判定するようにしても良い。排気ガスの温度変化が許容範囲外か否かを判定するにあたって、排気温センサの出力を用いることにより、排気ガスの温度変化を直接検出することができる。そのため、内燃機関の運転状態が急変する過渡期であるか否かを精度良く判定することができ、目標インピーダンスの補正を精度良く行うことができる。なお、排気温センサの出力値の変化が特定範囲を逸脱したときに、排気ガスの温度変化の許容範囲も逸脱するように、特定範囲の大きさは、許容範囲に対応付けて設定されるものとする。
【００１２】
また、本発明のセンサ制御装置では、上記の特定範囲として、排気温センサの出力値のサンプリングタイミング等を考慮して、ガスセンサが装着される内燃機関の運転状態が過渡期であることを検出することができる範囲を適宜設定すればよいが、前記特定範囲が１秒当たり１０℃以上の変化に相当する出力値の変化の範囲であるようにしても良い。排気ガス温度が１秒当たり１０℃以上の変化を生ずる期間は内燃機関の運転状態が急変する過渡期と捉えることができるため、このような範囲を特定範囲に設定することで、内燃機関の運転状態の過渡期を考慮した目標インピーダンスの補正を効果的に行うことができる。
【００１３】
また、前記排気温センサの出力値の所定時間間隔での差分値が特定温度以下である状態が一定時間継続したか否かを判定する時間判定手段を備え、当該時間判定手段が排気温センサの出力値の所定時間間隔での差分値が特定温度以下である状態が一定時間継続したと判定した場合に、補正手段は目標インピーダンスの補正を中止するようにしても良い。単位時間当たりの温度変化が一定範囲になった状態が一定時間継続した場合には、内燃機関の運転状態が過渡期でなくなっているので、目標インピーダンスの補正をする必要がなく、元の目標インピーダンスに戻してヒータへの供給電力のフィードバック制御を実行すればよい。
【００１４】
また、前記排気温センサの出力値が排気ガスの温度が上昇していることを示す値であり、温度変化判定手段にて前記出力値の変化が特定範囲外であると判定した場合に、補正手段が目標インピーダンスを補正するようにしても良い。排気温が上昇している場合と下降している場合では、目標インピーダンスの補正も異なる。従って、排気温が上昇している場合には、その状態に合った目標インピーダンスの補正を行うことができる。
【００１５】
また、前記排気温センサの出力値が排気ガスの温度が下降していることを示す値であり、温度変化判定手段にて前記出力値の変化が特定範囲外であると判定した場合に、補正手段が目標インピーダンスを補正するようにしても良い。排気温が下降している場合には、その状態に合った目標インピーダンスの補正を行うことができる。
【００１６】
さらに、上記課題を解決するため、本発明の一態様のセンサ制御システムは、ガスセンサと、上述したセンサ制御装置とを接続したセンサ制御システムであることを特徴とする。これにより、排気ガスの大きな温度変化によって検出素子のインピーダンスが影響を受けたときにも、ヒータ供給電力制御手段を用いて検出素子を目標の素子温度に制御することが可能なセンサ制御システムを提供することができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、内燃機関の運転状態が急変する過渡期においては、排気ガス温度も急変するが、温度変化判定手段にて排気ガスの温度変化が許容範囲外か否かを判定し、排気ガスの温度変化が許容範囲外であると判定した場合に、目標インピーダンスの補正を行うので、内燃機関の運転状態が急変する過渡期に見合った目標インピーダンスの精度の良い補正が行える。従って、内燃機関の運転状態が過渡期であってもガスセンサ（検出素子）を目標（一定）の加熱温度に制御（維持）することができ、ガスセンサの検出精度を内燃機関の運転期間中良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】エンジン１０１の排気系周りの概略的な構成を示す図である。
【図２】ＥＣＵ５、酸素センサ２及び排気温センサ３の概略的な構造を示す説明図である。
【図３】メイン処理のフローチャートである。
【図４】過渡期補正処理のフローチャートである。
【図５】排気ガス温度の上昇時の排気ガス温度と補正係数の対応を示すテーブルである。
【図６】排気ガス温度の下降時の排気ガス温度と補正係数の対応を示すテーブルである。
【図７】排気ガス温度と、排気ガス温度の偏差と、目標インピーダンスとの変化の対応を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化したセンサ制御装置の一実施形態としての電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」という）５及び当該ＥＣＵ５を備えたガスセンサ装置１について、図面を参照して説明する。なお、参照する図面は、本発明が採用し得る技術的特徴を説明するために用いるものであり、記載している装置の構成等は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。
【００２０】
図１に示すように、自動車１００は、駆動力を生じるエンジン１０１とエンジン１０１の駆動（運転状態）を制御するＥＣＵ５とを有する。エンジン１０１には、エンジン１０１から排出される排気ガスを車外に放出するための排気管１０２が接続されている。排気管１０２には、排気ガス浄化装置１３０が設けられ、排気ガス浄化装置１３０の下流側には排気ガスの温度を検出する排気温センサ３と、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ２が設けられている。酸素センサ２はハーネス９１によりＥＣＵ５のオフセット回路４０（図２参照）に電気的に接続され、排気温センサ３はハーネス９２によりＥＣＵ５に接続されている。ガスセンサ装置１は、ＥＣＵ５、酸素センサ２及び排気温センサ３から構成される。
【００２１】
図２に示す、酸素センサ２は、１つのセル２１を用いて有底筒状に形成したセンサ素子にヒータ２６を内挿させ、排気管（図示外）に取り付けるための主体金具の内側に当該センサ素子を保持させた構造をなす。ヒータ２６は、アルミナ製の絶縁セラミックからなる基体の内部にプラチナやタングステン等を主体とする発熱抵抗体２７を埋設して棒状または板状に形成したものである。酸素センサ２が排気管に取り付けられた場合には、有底筒状のセンサ素子の先端部（筒底側）が排気管内に挿入されて、セル２１の一方の多孔質電極（センサ素子の外周面側に形成された電極）が排気ガスに晒される。セル２１の他方の多孔質電極（センサ素子の内周面側に形成された電極）は、排気管外から筒内に導入される基準ガス（本実施の形態では大気）に晒され、上記のように、排気ガスの空燃比（排気ガス中の酸素濃度）の検出が行われる。
【００２２】
また、セル２１は内部抵抗２２を有するが、その抵抗値（インピーダンス）は、固体電解質体の温度上昇に応じて低下する特性を有し、内部抵抗値（インピーダンス）とセル２１の温度との間に所定の相関関係があることが知られている。ガスセンサ装置１では、セル２１の内部抵抗値（インピーダンス）を検出し、その値が目標抵抗値となるようにヒータ２６への供給電力の制御を行い、セル２１の温度が目標温度となるように当該セル２１の温度の安定化を図っている。
【００２３】
次に、ＥＣＵ５は、酸素センサ２の検出信号をもとに、空燃比フィードバック制御（例えば、インジェクタから噴射する燃料の噴射量の調整）を含む図示外のエンジンの制御を行う装置である。本実施の形態では、ＥＣＵ５が、酸素センサ２の検出信号に基づき、セル２１の内部抵抗値（インピーダンス）を検出してしつつ、ヒータ２６のＰＩＤ制御を精度よく行うために必要な構成について説明を行う。ＥＣＵ５は、マイクロコンピュータ１０と、出力検出回路２０と、パルス入力回路３０と、オフセット回路４０と、ヒータ制御回路５０とを備える。マイクロコンピュータ１０は、ＥＣＵ５の制御を司るＣＰＵ１１と、ＣＰＵ１１が実行するプログラム等が記憶されるＲＯＭ１２と、各種のデータを一時的に記憶するＲＡＭ１３と、信号の入出力を行う各種入出力用のポート１５，１６，１７等とを備える。なお、マイクロコンピュータ１０のＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２およびＲＡＭ１３は、公知の構成からなるものである。また、マイクロコンピュータ１０には、排気温センサ３が図示外のインターフェースを介して接続され、排気温センサ３の検出した温度データがマイクロコンピュータ１０に入力される。
【００２４】
出力検出回路２０は抵抗器等を用いた公知の回路からなり、オフセット回路４０を介して、酸素センサ２のセル２１の両端、すなわち一対の多孔質電極と電気的に接続されている。出力検出回路２０にはセル２１から出力される検出信号が入力され、セル２１の両端の電位差の検出が行われる。セル２１の起電力は、セル２１の両端の電位差に基づいて検出することができる。出力検出回路２０は、セル２１の両端の電位差を所定時間ごとに取得（検出）し、セル２１の起電力を示す信号として、マイクロコンピュータ１０のＡ／Ｄポート１６に出力する。
【００２５】
また、出力検出回路２０は図示しないサンプルホールド回路を有し、取得したセル２１の両端の電位差を保持することができる。セル２１にパルス電圧を印加すると、セル２１の内部抵抗値に応じて両端の電位差が変動する。よって、セル２１の内部抵抗値（インピーダンス）を検出する際には、パルス入力回路３０によってセル２１にパルス電圧が印加される。出力検出回路２０は、セル２１にパルス電圧が印加された際にも、セル２１の両端の電位差を検出する。このとき、サンプルホールド回路にはパルス電圧が印加される直前のセル２１の両端の電位差が保持されている。出力検出回路２０は、両者の差分、すなわち、パルス電圧の印加に伴い変動した分の電位を、セル２１の内部抵抗値を示す信号として、マイクロコンピュータ１０のＡ／Ｄポート１６に出力する。
【００２６】
次に、オフセット回路４０は、セル２１の両端と出力検出回路２０とを接続する配線経路上に設けられており、セル２１の出力する起電力の電位をオフセットする。具体的に、セル２１の高電位側と出力検出回路２０とを接続する配線経路上のＰ点と、セル２１の低電位側と出力検出回路２０とを接続する配線経路上のＱ点とに抵抗器４２が接続されている。低電位側のＱ点は、ＥＣＵ５の基準電位（ＧＮＤ）に接続されている。なお、ＥＣＵ５の基準電位は自動車のボディ等に接地されている。高電位側のＰ点は、抵抗器４１を介して所定の電源電圧ＶＣＣを出力する電源に接続されている。また、ノイズ防止用の抵抗器４３が、Ｐ点と出力検出回路２０との間に接続されている。
【００２７】
上記したように、セル２１を構成する固体電解質体は、固体電解質体の温度上昇に応じて内部抵抗値（インピーダンス）が低下する特性を有する。すなわち、固体電解質体の温度が低いうち（便宜上、非活性時ともいう。）は内部抵抗値が高く、セル２１はほぼ絶縁状態となる。また、固体電解質体の温度が上昇するに伴い内部抵抗値は低下し、セル２１が活性化した場合（便宜上、活性時ともいう。）には、内部抵抗値は低い値を示す。そしてセル２１の起電力は、排気ガスの空燃比がリッチ側にある場合には、基準電位との電位差で約９００ｍＶを示し、リーン側にある場合には約５０ｍＶを示す。
【００２８】
抵抗器４１と抵抗器４２とで電源電圧ＶＣＣが分圧され、本実施の形態では、Ｐ点の電位が約４５０ｍＶとなるように設定されている。また、抵抗器４２は、その抵抗値がセル２１の非活性時の内部抵抗値よりも十分に小さく、活性時の内部抵抗値よりも十分に大きい値となるものが選択されている。セル２１の非活性時にはセル２１に電流が流れず、起電力が発生しないので、セル２１の出力は０Ｖであるが、オフセット回路４０により、出力検出回路２０ではセル２１の出力として約４５０ｍＶが取得される。一方、セル２１の活性時には、内部抵抗値よりも十分に抵抗値の大きな抵抗器４２に電流がほとんど流れず、オフセット回路４０を介して出力検出回路２０に取得されるセル２１の出力値（検出信号が示す値）は、ほぼ、セル２１の起電力が示す値となる。
【００２９】
次に、ヒータ制御回路５０は、例えばトランジスタ５１を備える。トランジスタ５１のコレクタはヒータ２６の一端に接続され、エミッタは所定の抵抗器（図示外）を介して基準電位に接続され、ベースはマイクロコンピュータ１０のＰＷＭポート１７に接続されている。また、ヒータ２６の他端は、ＥＣＵ５に電力を供給するバッテリ６に接続されている。ヒータ２６の通電制御はマイクロコンピュータ１０によるＰＩＤ制御によって行われ、マイクロコンピュータ１０において演算されるデューティ比に基づき、ヒータ制御回路５０からのヒータ２６へのＰＷＭ制御による通電が行われる。具体的に、マイクロコンピュータ１０のＰＷＭポート１７からトランジスタ５１のＯＮ／ＯＦＦ信号が出力され、トランジスタ５１のコレクタ−エミッタ間を流れる電流、すなわちバッテリ６からヒータ２６に流される電流のＯＮ／ＯＦＦが制御される。なお、ヒータ制御回路５０は上記のトランジスタ５１に限らず、ＦＥＴ等を用いて構成してもよい。
【００３０】
次に、パルス入力回路３０は、出力検出回路２０を介してセル２１に矩形状のパルス電圧を印加する回路である。マイクロコンピュータ１０における演算によって矩形状のパルス波形を示すデジタルデータが生成され、Ｉ／Ｏポート１５からパルス入力回路３０に入力される。パルス入力回路３０は、受信したパルス波形のデータに基づき矩形状のパルス電圧を生成し、セル２１に印加する。なお、パルス電圧の印加時間は数〜数百ｍｓの中で適宜設定することができる。
【００３１】
前述したように、このパルス電圧がセル２１に印加されることにより、出力検出回路２０において取得（検出）されるセル２１の両端の電位差が、一時的に変動する。言い換えると、セル２１の起電力に、パルス電圧の印加によって内部抵抗２２の両端に生じた電位が上乗せされて、セル２１の出力する検出信号として出力検出回路２０に取得（検出）されることになる。したがって、パルス電圧の印加によって、出力検出回路２０に検出信号として取得されるセル２１の両端の電位差に生じた変動から、セル２１の内部抵抗値（ひいては内部抵抗値と相関関係にあるセル２１の温度）を演算により取得することができる。ガスセンサ装置１において、セル２１の活性時におけるヒータ２６の制御は、上記したようにＰＩＤ制御に基づくＰＷＭ制御によって、セル２１の内部抵抗値（インピーダンス）が目標インピーダンスとなるようにヒータ２６への電力の供給を行うことによりなされる。
【００３２】
以下、ガスセンサ装置１のメイン処理について説明する。なお、以下の説明では、フローチャートの各ステップを「Ｓ」と略記する。
【００３３】
ガスセンサ装置１は、例えば自動車のエンジンがスタートされると駆動され、ＥＣＵ５のマイクロコンピュータ１０のＣＰＵ１１が、ＲＯＭ１２に記憶されたメイン処理プログラムの実行を開始する。図３に示すように、メイン処理プログラムが実行されると、ＣＰＵ１１は、ＰＷＭ制御におけるデューティ比を固定値に設定する（Ｓ１１）。なお、本実施の形態では、このデューティ比を１（１００％）に設定し、ヒータ制御回路５０にＯＮ／ＯＦＦ信号の継続的な出力（この場合、常時ＯＮ信号を出力）を行うようにした。ヒータ２６の発熱抵抗体２７には、バッテリ６の電圧がそのまま印加され、時間の経過とともにセル２１の温度が上昇していく。
【００３４】
次に、酸素センサ２の出力（検出信号）の取得が行われる（Ｓ１２）。この処理では、出力検出回路２０を介して取得したセル２１の検出信号がＡ／Ｄポート１６からマイクロコンピュータ１０に入力されており、ＣＰＵ１１は検出信号の値を読み込む（Ｓ１２）。検出信号の値が６００ｍＶ以下（Ｓ１３：ＮＯ）で、且つ、その値が３００ｍＶ以上（Ｓ１４：ＮＯ）であるうちは、Ｓ１２に戻って検出信号の値の監視を繰り返す。セル２１の温度が活性温度に達する前の非活性の状態では、検出信号の値が約４５０ｍＶを示す。また、セル２１の温度が活性温度に達した以降においても、セル２１が十分に加熱されないうちは、検出信号の値は、空燃比がリッチ側でも６００ｍＶ以下を示し、リーン側でも３００ｍＶ以上を示す。このような場合、セル２１が活性化していても、排気ガスの空燃比でリッチ側の検出信号の値とリーン側の検出信号の値との差分が小さく、排気ガスの空燃比を検出する精度を十分に得られない。
【００３５】
そして、セル２１の出力が、排気ガスの空燃比がリッチ側で６００ｍＶより大きい値を示した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、あるいは、リーン側で３００ｍＶより小さい値を示した場合には（Ｓ１４：ＹＥＳ）、Ｓ１５に進む。エンジンの始動後であるので排気ガスの空燃比の状態は刻々と変化する。ゆえに、セル２１の出力値が６００ｍＶより大きい値を示すか、セル２１の出力値が３００ｍＶより小さい値を示せば、セル２１は排気ガスの空燃比を検出する上で必要な精度を得るレベルに活性化したと判断される。これにより、ＥＣＵ５は、別途に実行している空燃比のオープンループ制御を、セル２１の出力（検出信号）をもとにした公知の空燃比フィードバック制御（空燃比のクローズドループ制御）へと遷移させることが可能となる。
【００３６】
ＣＰＵ１１は、Ｉ／Ｏポート１５からパルス波形のデジタルデータをパルス入力回路３０に出力する（Ｓ１５）。パルス入力回路３０は矩形状のパルス電圧を生成し、セル２１に印加する。そして出力検出回路２０が、パルス電圧の印加に伴い変動したセル２１の電位を取得し、マイクロコンピュータ１０のＡ／Ｄポート１６に出力する。ＣＰＵ１１は、取得した、パルス電圧の印加に伴い変動したセル２１の電位から、セル２１の現在の内部抵抗値（インピーダンス）を演算して求める（Ｓ１６）。
【００３７】
ＣＰＵ１１は、Ｓ１６で取得したセル２１の内部抵抗値（インピーダンス）と、目標インピーダンスＴＲｉとに基づくＰＩＤ演算を行い、ヒータ２６への通電をＰＷＭ制御するためのデューティ比を算出する。なお、上記のＰＩＤ演算については公知の演算を実行すればよい。そして、算出したデューティ比に従い、ヒータ制御回路５０にＯＮ／ＯＦＦ信号の継続的な出力を行う（Ｓ１７）。すなわち、ヒータ制御プログラム（図示外）によって、デューティ比に応じてトランジスタ５１のＯＮ／ＯＦＦをＰＷＭ制御する信号が生成され、ヒータ制御回路５０に出力される。なお、Ｓ１７にてＰＩＤ演算の際に参照される目標インピーダンスＴＲｉは、当該Ｓ１７の処理が実行される都度、予め設定された目標インピーダンスＴＲｉに後述する過渡補正係数を乗じた最新の（換言すれば、補正された）目標インピーダンスＴＲｉを用いるようにしている。過渡補正係数の算出や目標インピーダンスＴＲｉの補正に関しては、後述する。
【００３８】
次に、所定時間（例えば１０〜５０ｍｓｅｃ）の経過（Ｓ１８：ＮＯ）を待ってから（Ｓ１８：ＹＥＳ）、セル２１にパルス電圧が印加される（Ｓ１５）。次いで、Ｓ１６〜Ｓ１８が繰り返される。
【００３９】
次に、図４のフローチャートを参照して、エンジン１０１の運転の過渡期に行う目標インピーダンスの過渡期補正について説明する。図４のフローチャートの過渡期補正のプログラムはＲＯＭ１２に記憶され、ＣＰＵ１１により１秒毎に繰り返し実行される。先ず、排気温センサ３から現在の排気ガス温度を取得する（Ｓ２１）。次いで、ＲＡＭ１３に既に記憶している前回の取得の排気ガスの温度との差分を算出する（Ｓ２２）。この差分もＲＡＭ１３に記憶される。次いで、排気ガスの温度の変化が上昇傾向か否かを判断する（Ｓ２３）。この判断は、Ｓ２２で算出した差分がプラスなら上昇傾向（Ｓ２３：ＹＥＳ）、Ｓ２２で算出した差分が０又はマイナスなら上昇傾向でないと判定される（Ｓ２３：ＮＯ）。
【００４０】
排気ガスの温度の変化が上昇傾向の場合には（Ｓ２３：ＹＥＳ）、差分の絶対値が第一温度（一例として２０℃）以上かつＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇがＯＦＦか否かを判断する。このＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇは、過渡期補正をしているか否かを示すフラグであり、ＲＡＭ１３に記憶される。「１」がＯＮで「０」がＯＦＦである。差分の絶対値が第一温度以上でＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇがＯＦＦの場合には（Ｓ２４：ＹＥＳ）、図５に示す上昇時補正係数テーブルを参照して、Ｓ２１で取得した現在の排気ガス温度の値に応じた目標インピーダンスの過渡補正係数を求める（Ｓ２５）。この上昇時補正係数テーブルは、ＲＯＭ１２に記憶されている。排気温センサ３から得られた排気ガス温度が例えば、４００℃以上５００℃未満の場合は、過渡補正係数として１．００が求められる。５００℃以上６００℃未満の場合は、過渡補正係数として１．１０が求められる。６００℃以上７００℃未満の場合は、過渡補正係数として１．２０が求められる。７００℃以上７２０℃未満の場合は、過渡補正係数として１．２０が求められる。７２０℃以上７４０℃未満の場合は、過渡補正係数として１．１０が求められる。７４０℃以上７６０℃未満の場合は、過渡補正係数として１．１０が求められる。７６０℃以上８００℃未満の場合は、過渡補正係数として１．１０が求められる。８００℃以上の場合は、過渡補正係数として１．１０が求められる。
【００４１】
次いで、求めた過渡補正係数をＲＡＭ１３に記憶する（Ｓ２６）。次いで、ＲＡＭ１３に記憶されているＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇに「１」を記憶してＯＮにする（Ｓ２７）。次いで、Ｓ２１で取得した現在の排気ガス温度をＲＡＭ１３に記憶して保持する（Ｓ２８）。その後、処理を終了する。
【００４２】
また、Ｓ２３の判断処理で、排気ガス温度の変化が上昇傾向でない場合には（Ｓ２３：ＮＯ）、差分の絶対値が第二温度（一例として３０℃）以上かつＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇがＯＦＦか否かを判断する（Ｓ３２）。差分の絶対値が第二温度かつＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇがＯＦＦの場合には（Ｓ３２：ＹＥＳ）、図６に示す下降時補正係数テーブルを参照して、Ｓ２１にて取得した現在の排気ガス温度の値に応じた目標インピーダンスの過渡補正係数を求める（Ｓ３３）。この下降時補正係数テーブルは、ＲＯＭ１２に記憶されている。排気温センサ３から得られた排気ガス温度が例えば、４００℃以上５００℃未満の場合は、過渡補正係数として１．００が求められる。５００℃以上６００℃未満の場合は、過渡補正係数として１．００が求められる。６００℃以上７００℃未満の場合は、過渡補正係数として０．９８が求められる。７００℃以上７２０℃未満の場合は、過渡補正係数として０．９６が求められる。７２０℃以上７４０℃未満の場合は、過渡補正係数として０．９３が求められる。７４０℃以上７６０℃未満の場合は、過渡補正係数として０．９０が求められる。７６０℃以上８００℃未満の場合は、過渡補正係数として０．７３が求められる。８００℃以上の場合は、過渡補正係数として０．５０が求められる。
【００４３】
次いで、求めた過渡補正係数をＲＡＭ１３に記憶する（Ｓ３４）。次いで、ＲＡＭ１３に記憶されているＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇに「１」を記憶してＯＮにする（Ｓ３５）。次いで、Ｓ２１で取得した現在の排気ガス温度をＲＡＭ１３に記憶して保持する（Ｓ２８）。その後、処理を終了する。
【００４４】
また、Ｓ２４の判定処理において、差分の絶対値が第一温度以上でＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇがＯＦＦで無い場合（Ｓ２４：ＮＯ）、即ち、差分の絶対値が第一温度（一例として２０℃）未満の場合や、ＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇがＯＮで現在過渡期補正中の場合（Ｓ２４：ＮＯ）、差分の絶対値が第三温度（一例として３℃）以下を一定期間（一例として５秒間）継続した場合（Ｓ２９：ＹＥＳ）、ＲＡＭ１３に記憶されているＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇに「０」を記憶してＯＦＦにする（Ｓ３０）。次いで、ＲＡＭ１３に記憶されている過渡補正係数を１．００にして初期化する（Ｓ３１）。次いで、Ｓ２１で取得した現在の排気ガス温度をＲＡＭ１３に記憶して保持する（Ｓ２８）。その後、処理を終了する。
【００４５】
また、Ｓ３２の判定処理において、差分の絶対値が第二温度以上でＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇがＯＦＦで無い場合（Ｓ３２：ＮＯ）、即ち、差分の絶対値が第二温度（一例として３０℃）未満の場合や、ＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇがＯＮで現在過渡期補正中の場合（Ｓ３２：ＮＯ）、差分の絶対値が第三温度（一例として３℃）以下を一定期間（一例として５秒間）継続した場合（Ｓ３６：ＹＥＳ）、ＲＡＭ１３に記憶されているＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇに「０」を記憶してＯＦＦにする（Ｓ３７）。次いで、過渡補正係数をＲＡＭ１３に記憶されている過渡補正係数を１．００にして初期化する（Ｓ３８）。次いで、Ｓ２１で取得した現在の排気ガス温度をＲＡＭ１３に記憶して保持する（Ｓ２８）。その後、処理を終了する。尚、Ｓ２９でＮＯと判断された場合及びＳ３６でＮＯと判断された場合には、Ｓ２１で取得した現在の排気ガス温度をＲＡＭ１３に記憶して保持する（Ｓ２８）。その後、処理を終了する。
【００４６】
次に、目標インピーダンスＴＲｉの補正方法を説明する。ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１３に記憶された過渡補正係数を読み出し以下の計算式により、目標インピーダンスＴＲｉを補正する。
ＴＲｉ＝ＴＲｉ×過渡補正係数
なお、このような目標インピーダンスＴＲｉの補正は、上述したように図３のメイン処理プログラムにおけるＳ１７の処理にて実行される。
【００４７】
図７を参照して、本実施の形態の動作の概念を説明する。なお、この図７は、センサ制御装置としてのＥＣＵ５の動作に概念を理解容易とするために示したものである点に留意されたい。エンジン１０１がＴ０タイミングから始動してＴ１タイミングまでは、排気温センサ３が検出する排気ガス温度は実質的に変化せず安定している。この期間は排気ガス温度の偏差（変化率）は０であるので、目標インピーダンスは補正されず予め定められている値が使用される。次いで、Ｔ１タイミングからＴ２タイミングまで排気ガス温度が急上昇する。この期間は排気ガス温度の偏差（変化率）は大きくなるので、目標インピーダンスがＡ１からＡ２に補正される。次いで、Ｔ２タイミングからＴ３タイミングは排気ガス温度の上昇は僅かであるので、排気ガス温度の偏差は低下する。従って、目標インピーダンスは補正されず予め定められている値が使用される。次いで、Ｔ３タイミングからＴ４タイミングは排気ガス温度が僅かに下降するので、排気ガス温度の偏差は僅かにマイナスになる。従って、目標インピーダンスは補正されず予め定められている値が使用される。次いで、Ｔ４タイミングからＴ５タイミングは排気ガス温度が大きく下降するので、排気ガス温度の偏差は大きくマイナスになる。従って、目標インピーダンスはＢ１からＢ２に補正される。次いで、Ｔ５タイミングからＴ６タイミングまでは、排気温センサ３が検出する排気ガス温度は変化せず安定している。従って、この期間は排気ガス温度の偏差は０である。従って、目標インピーダンスは補正されず予め定められている値が使用される。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態では、排気温センサ３が検出する排気ガスの温度をＥＣＵ５のＣＰＵ１１が１秒毎に読み取り、１秒間毎の変化量を算出し、この変化量に基づいてエンジン１０１の運転状態が過渡期なっていると判断できる場合に目標インピーダンスの補正を行っている。つまり、本実施の形態では、排気温センサ３が検出する排気ガスの温度変化が特定範囲外であるか否かを判断することで、排気ガスの温度変化が許容範囲外であるか否かを判定し、排気ガスの温度変化が許容範囲外であると判定される場合に、目標インピーダンスの補正を行うようにした。具体的には、排気ガスの温度の上昇率が大きいときは、過渡補正係数を大きくして目標インピーダンスを規定値より大きくしてヒータ２６の加熱を減らす（目標加熱温度を下げる）。また、排気ガスの温度の下降率が大きいときは、過渡補正係数を小さくして目標インピーダンスを規定値より小さくしてヒータ２６の加熱を増やす（目標加熱温度を上げる）。従って、エンジン１０１の運転状態の過渡期においても精度良く酸素センサ２の検出素子としてのセル２１を目標加熱温度に制御でき、精度の良い酸素濃度検出を継続することができる。
【００４９】
上記の実施の形態では、エンジン１０１が「内燃機関」の一例であり、ＥＣＵ５が「センサ制御装置」の一例であり、酸素センサ２が「ガスセンサ」の一例である。また、排気温センサ３が「排気温センサ」の一例であり、ヒータ２６が「ヒータ」の一例である。また、図３のＳ１６の処理を実行するＣＰＵ１１が「素子インピーダンス検出手段」の一例であり、ヒータ制御回路５０及び図３のＳ１７の処理を実行するＣＰＵ１１が「ヒータ供給電力制御手段」の一例である。また、図４のＳ２４又はＳ３２の判定処理を実行するＣＰＵ１１が「温度度変化判定手段」の一例であり、図４のＳ２５又はＳ３３の処理を実行するＣＰＵ１１が「補正手段」の一例であり、図４のＳ２９又はＳ３６の判定処理を実行するＣＰＵ１１が「時間判定手段」の一例である。
【００５０】
本発明は上記実施の形態に拘わらず各種の変形が可能である。例えば、図４のＳ２４の第一温度は、必ずしも２０℃でなくても良く、例えば１０℃でも良い。また、図４のＳ３２の第二温度は、必ずしも３０℃でなくても良く、例えば１０℃や２０℃でも良い。また、図４のＳ２９及びＳ３６の第三温度は、必ずしも３℃でなくても良く、例えば５℃等でも良く、一定期間は必ずしも５秒でなく、例えば１０秒等でも良い。即ち、これらの値は、エンジン１０１及び酸素センサ２の特性に合わせて適宜決定しておけば良い。また、図４の過渡期補正は１秒毎でなく、もっと短い時間間隔で行っても良い。
【００５１】
また、上記実施の形態では、排気ガスの温度変化が内燃機関の運転状態が過渡期であるか否かを判定する目的から、排気温センサ３を用いて、差分の絶対値が第一温度以上か（Ｓ２４）、または、差分の絶対値が第二温度以下か（Ｓ３２）を判定するようしたが、排気ガスの温度変化が許容範囲外であるか否かを判定するにあたっては、排気温センサ３を用いずに、排気ガスの温度をエンジン１０１の運転状態に基づいて推定するようにしても良い。
【００５２】
例えば、ＥＣＵ５のマイクロコンピュータ１０のＲＯＭ１２に、予めエンジン１０１の運転状態と排気ガスの温度との特性マップを格納しておく。そして、マイクロコンピュータ１０にエンジン回転速度や燃料噴射パルス幅、スロットル開度等の運転状態を決定するための各種パラメータを入力させ、マイクロコンピュータ１０のＣＰＵ１１にてエンジン１０１の運転状態を算出した後、上記特性マップを参照して排気ガスの温度を推定するとともに、前回に推定した排気ガスの温度との差分を算出して当該排気ガスの温度変化を算出するようにしても良い。その他に、特開２０１０−７４９２号公報に開示されているように、エンジン１０１の運転状態に対応付けられた基準吸入空気量に対する運転状態での吸入空気量の比率を示す吸入空気量比と、運転状態での図示出力とに基づく補正係数により予め設定された基準排気温度を補正して排気ガスの温度を推定することも可能である。
【符号の説明】
【００５３】
２ 酸素センサ（ガスセンサ）
３ 排気温センサ
５ 電子制御装置（ＥＣＵ）
１０ マイクロコンピュータ
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
２０ 出力検出回路
２１ セル
２６ ヒータ
３０ パルス入力回路
５０ ヒータ制御回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出される排気ガスの特定ガス濃度を検出するガスセンサを制御するセンサ制御装置、及び、ガスセンサとセンサ制御装置とを接続してなるセンサ制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車等の内燃機関の排気通路（排気管）にガスセンサを設置し、排気ガス中の特定ガス濃度を検出して空燃比を制御することが行われている。排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサや窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検出するＮＯｘセンサがガスセンサの具体例として知られている。このような酸素センサとしては、例えば、酸素イオン導電性の固体電解質体に一対の電極を形成したセルを少なくとも１つ以上備えた検出素子を有するものが挙げられる。固体電解質体からなるセルは所定温度（活性化温度）に加熱されることで良好な酸素イオン導電性を示すことになるため、検出素子を加熱するためのヒータが設けられている。そして、酸素センサ（セル）の活性状態を維持するために、検出素子の温度をフィードバックし、検出素子を加熱するヒータへの供給電力を制御（素子温フィードバック制御）している。この素子温フィードバック制御は、温度に応じてインピーダンスが変化する検出素子のインピーダンスに基づいて行われる。このとき、活性化温度となるインピーダンスを目標インピーダンスとしている。しかしながら、酸素センサは劣化すると検出素子のインピーダンスが増加する。このとき、酸素センサの温度は活性化温度であっても検出素子のインピーダンスが増加しているため、目標インピーダンスになるようにヒータ供給電力を増加させる。これに伴って酸素センサの温度が上昇する。この温度上昇により酸素センサの劣化が促進されるという問題が生じる。
【０００３】
この問題を解決するために、温度に応じてインピーダンスが変化する検出素子のインピーダンスを目標インピーダンスにするように、ヒータへの供給電力をフィードバック制御するヒータ供給電力制御手段を有すると共に、検出素子のインピーダンスの増加に基づき劣化判定を行う劣化判定手段と、劣化判定に基づき目標インピーダンスを増加させるように変更する目標インピーダンス変更手段とを備える酸素濃度検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。そして、酸素センサが劣化状態になったときに目標インピーダンスを新たな目標インピーダンスに変更することで、ヒータへの供給電力を制御して酸素センサの温度上昇を防止することができ、酸素センサを目標とする素子温度に維持することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２６５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関の運転状態が急変する過渡期においては、排気管を流通する排気ガス温度の変化が大きくなる。このとき、酸素センサの周囲の排気ガスの温度変化も大きくなるが、この排気ガスの温度変化により検出素子のインピーダンスが受ける影響は比較的大きいため、固定（一律）の目標インピーダンスとなるようにヒータへの供給電力をフィードバック制御しても、検出素子のインピーダンスを目標の素子温度に制御（維持）できない問題点がある。なお、特許文献１に記載の酸素濃度検出装置では、目標インピーダンスの補正を行ってはいるものの、その補正は酸素センサの劣化状態を考慮したものであって、内燃機関の運転状態が急変する過渡期を考慮した目標インピーダンスの補正については何ら考慮されていない。
【０００６】
本発明は、内燃機関の運転状態の過渡期においても精度良くガスセンサを目標素子温度に制御できるセンサ制御装置、及び、センサ制御システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の一態様のセンサ制御装置は、内燃機関の排気管に取り付けられ排気ガス中のガス濃度を検出する検出素子と当該検出素子を加熱するヒータとを有するガスセンサに接続されるセンサ制御装置であって、前記検出素子のインピーダンスを検出する素子インピーダンス検出手段と、前記素子インピーダンス検出手段により検出された素子インピーダンスを目標インピーダンスにするように、前記ヒータへの供給電力をフィードバック制御するヒータ供給電力制御手段と、前記排気管を流通する排気ガスの温度変化が予め設定した許容範囲外か否かを判定する温度変化判定手段と、前記温度変化判定手段にて前記排気ガスの温度変化が前記許容範囲外であると判定した場合に、前記目標インピーダンスを補正する補正手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記構成のセンサ制御装置では、内燃機関の運転状態が急変する過渡期においては、排気ガス温度も急変するが、温度変化判定手段が排気ガスの温度変化が特定範囲外か否かを判定し、前記温度変化判定手段にて前記排気ガスの温度変化が前記特定範囲外であると判定した場合に、目標インピーダンスを補正するようにしている。そのため、排気ガスの大きな温度変化によって検出素子のインピーダンスが影響を受けたときにも、ヒータ供給電力制御手段を用いて検出素子を目標の素子温度に制御することが可能となる。
【０００９】
なお、温度変化判定手段としては、排気ガスの温度を検出する排気温センサといった温度を直接検出する手段を用いて、検出した排気ガスの温度の変化が許容範囲外か否かを判定する構成を採ってもよいし、また、内燃機関の運転状態に基づいて排気ガスの温度を推定するようにして、推定した排気ガスの温度の変化が許容範囲外か否かを判定する構成を採ってもよい。
【００１０】
また、本発明のセンサ制御装置であって、補正手段は、目標インピーダンスに補正係数を乗ずることで実行されるものであり、排気ガスの温度変化が許容範囲外になった時の変化開始時の排気ガスの温度に基づいて補正係数を可変させるようにしても良い。単位時間当たりの排気ガス温度の変化量が同じでも変化開始時の温度が異なれば、検出素子のインピーダンスが受ける影響も異なってくる。そこで、排気ガスの温度変化が許容範囲外になった時の変化開始時の温度に基づいて目標インピーダンスを補正する補正係数を可変させると目標インピーダンスの精度の良い補正係数の算出が行える。
【００１１】
さらに、本発明のセンサ制御装置であって、温度変化判定手段は、排気管に取り付けられ排気ガスの温度を検出する排気温センサの出力値の変化が特定範囲外か否かを判定することで、排気ガスの温度変化が許容範囲外か否かを判定するようにしても良い。排気ガスの温度変化が許容範囲外か否かを判定するにあたって、排気温センサの出力を用いることにより、排気ガスの温度変化を直接検出することができる。そのため、内燃機関の運転状態が急変する過渡期であるか否かを精度良く判定することができ、目標インピーダンスの補正を精度良く行うことができる。なお、排気温センサの出力値の変化が特定範囲を逸脱したときに、排気ガスの温度変化の許容範囲も逸脱するように、特定範囲の大きさは、許容範囲に対応付けて設定されるものとする。
【００１２】
また、本発明のセンサ制御装置では、上記の特定範囲として、排気温センサの出力値のサンプリングタイミング等を考慮して、ガスセンサが装着される内燃機関の運転状態が過渡期であることを検出することができる範囲を適宜設定すればよいが、前記特定範囲が１秒当たり１０℃以上の変化に相当する出力値の変化の範囲であるようにしても良い。排気ガス温度が１秒当たり１０℃以上の変化を生ずる期間は内燃機関の運転状態が急変する過渡期と捉えることができるため、このような範囲を特定範囲に設定することで、内燃機関の運転状態の過渡期を考慮した目標インピーダンスの補正を効果的に行うことができる。
【００１３】
また、前記排気温センサの出力値の所定時間間隔での差分値が特定温度以下である状態が一定時間継続したか否かを判定する時間判定手段を備え、当該時間判定手段が排気温センサの出力値の所定時間間隔での差分値が特定温度以下である状態が一定時間継続したと判定した場合に、補正手段は目標インピーダンスの補正を中止するようにしても良い。単位時間当たりの温度変化が一定範囲になった状態が一定時間継続した場合には、内燃機関の運転状態が過渡期でなくなっているので、目標インピーダンスの補正をする必要がなく、元の目標インピーダンスに戻してヒータへの供給電力のフィードバック制御を実行すればよい。
【００１４】
また、前記排気温センサの出力値が排気ガスの温度が上昇していることを示す値であり、温度変化判定手段にて前記出力値の変化が特定範囲外であると判定した場合に、補正手段が目標インピーダンスを補正するようにしても良い。排気温が上昇している場合と下降している場合では、目標インピーダンスの補正も異なる。従って、排気温が上昇している場合には、その状態に合った目標インピーダンスの補正を行うことができる。
【００１５】
また、前記排気温センサの出力値が排気ガスの温度が下降していることを示す値であり、温度変化判定手段にて前記出力値の変化が特定範囲外であると判定した場合に、補正手段が目標インピーダンスを補正するようにしても良い。排気温が下降している場合には、その状態に合った目標インピーダンスの補正を行うことができる。
【００１６】
さらに、上記課題を解決するため、本発明の一態様のセンサ制御システムは、ガスセンサと、上述したセンサ制御装置とを接続したセンサ制御システムであることを特徴とする。これにより、排気ガスの大きな温度変化によって検出素子のインピーダンスが影響を受けたときにも、ヒータ供給電力制御手段を用いて検出素子を目標の素子温度に制御することが可能なセンサ制御システムを提供することができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、内燃機関の運転状態が急変する過渡期においては、排気ガス温度も急変するが、温度変化判定手段にて排気ガスの温度変化が許容範囲外か否かを判定し、排気ガスの温度変化が許容範囲外であると判定した場合に、目標インピーダンスの補正を行うので、内燃機関の運転状態が急変する過渡期に見合った目標インピーダンスの精度の良い補正が行える。従って、内燃機関の運転状態が過渡期であってもガスセンサ（検出素子）を目標（一定）の加熱温度に制御（維持）することができ、ガスセンサの検出精度を内燃機関の運転期間中良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】エンジン１０１の排気系周りの概略的な構成を示す図である。
【図２】ＥＣＵ５、酸素センサ２及び排気温センサ３の概略的な構造を示す説明図である。
【図３】メイン処理のフローチャートである。
【図４】過渡期補正処理のフローチャートである。
【図５】排気ガス温度の上昇時の排気ガス温度と補正係数の対応を示すテーブルである。
【図６】排気ガス温度の下降時の排気ガス温度と補正係数の対応を示すテーブルである。
【図７】排気ガス温度と、排気ガス温度の偏差と、目標インピーダンスとの変化の対応を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化したセンサ制御装置の一実施形態としての電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」という）５及び当該ＥＣＵ５を備えたガスセンサ装置１について、図面を参照して説明する。なお、参照する図面は、本発明が採用し得る技術的特徴を説明するために用いるものであり、記載している装置の構成等は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。
【００２０】
図１に示すように、自動車１００は、駆動力を生じるエンジン１０１とエンジン１０１の駆動（運転状態）を制御するＥＣＵ５とを有する。エンジン１０１には、エンジン１０１から排出される排気ガスを車外に放出するための排気管１０２が接続されている。排気管１０２には、排気ガス浄化装置１３０が設けられ、排気ガス浄化装置１３０の下流側には排気ガスの温度を検出する排気温センサ３と、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ２が設けられている。酸素センサ２はハーネス９１によりＥＣＵ５のオフセット回路４０（図２参照）に電気的に接続され、排気温センサ３はハーネス９２によりＥＣＵ５に接続されている。ガスセンサ装置１は、ＥＣＵ５、酸素センサ２及び排気温センサ３から構成される。
【００２１】
図２に示す、酸素センサ２は、１つのセル２１を用いて有底筒状に形成したセンサ素子にヒータ２６を内挿させ、排気管（図示外）に取り付けるための主体金具の内側に当該センサ素子を保持させた構造をなす。ヒータ２６は、アルミナ製の絶縁セラミックからなる基体の内部にプラチナやタングステン等を主体とする発熱抵抗体２７を埋設して棒状または板状に形成したものである。酸素センサ２が排気管に取り付けられた場合には、有底筒状のセンサ素子の先端部（筒底側）が排気管内に挿入されて、セル２１の一方の多孔質電極（センサ素子の外周面側に形成された電極）が排気ガスに晒される。セル２１の他方の多孔質電極（センサ素子の内周面側に形成された電極）は、排気管外から筒内に導入される基準ガス（本実施の形態では大気）に晒され、上記のように、排気ガスの空燃比（排気ガス中の酸素濃度）の検出が行われる。
【００２２】
また、セル２１は内部抵抗２２を有するが、その抵抗値（インピーダンス）は、固体電解質体の温度上昇に応じて低下する特性を有し、内部抵抗値（インピーダンス）とセル２１の温度との間に所定の相関関係があることが知られている。ガスセンサ装置１では、セル２１の内部抵抗値（インピーダンス）を検出し、その値が目標抵抗値となるようにヒータ２６への供給電力の制御を行い、セル２１の温度が目標温度となるように当該セル２１の温度の安定化を図っている。
【００２３】
次に、ＥＣＵ５は、酸素センサ２の検出信号をもとに、空燃比フィードバック制御（例えば、インジェクタから噴射する燃料の噴射量の調整）を含む図示外のエンジンの制御を行う装置である。本実施の形態では、ＥＣＵ５が、酸素センサ２の検出信号に基づき、セル２１の内部抵抗値（インピーダンス）を検出してしつつ、ヒータ２６のＰＩＤ制御を精度よく行うために必要な構成について説明を行う。ＥＣＵ５は、マイクロコンピュータ１０と、出力検出回路２０と、パルス入力回路３０と、オフセット回路４０と、ヒータ制御回路５０とを備える。マイクロコンピュータ１０は、ＥＣＵ５の制御を司るＣＰＵ１１と、ＣＰＵ１１が実行するプログラム等が記憶されるＲＯＭ１２と、各種のデータを一時的に記憶するＲＡＭ１３と、信号の入出力を行う各種入出力用のポート１５，１６，１７等とを備える。なお、マイクロコンピュータ１０のＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２およびＲＡＭ１３は、公知の構成からなるものである。また、マイクロコンピュータ１０には、排気温センサ３が図示外のインターフェースを介して接続され、排気温センサ３の検出した温度データがマイクロコンピュータ１０に入力される。
【００２４】
出力検出回路２０は抵抗器等を用いた公知の回路からなり、オフセット回路４０を介して、酸素センサ２のセル２１の両端、すなわち一対の多孔質電極と電気的に接続されている。出力検出回路２０にはセル２１から出力される検出信号が入力され、セル２１の両端の電位差の検出が行われる。セル２１の起電力は、セル２１の両端の電位差に基づいて検出することができる。出力検出回路２０は、セル２１の両端の電位差を所定時間ごとに取得（検出）し、セル２１の起電力を示す信号として、マイクロコンピュータ１０のＡ／Ｄポート１６に出力する。
【００２５】
また、出力検出回路２０は図示しないサンプルホールド回路を有し、取得したセル２１の両端の電位差を保持することができる。セル２１にパルス電圧を印加すると、セル２１の内部抵抗値に応じて両端の電位差が変動する。よって、セル２１の内部抵抗値（インピーダンス）を検出する際には、パルス入力回路３０によってセル２１にパルス電圧が印加される。出力検出回路２０は、セル２１にパルス電圧が印加された際にも、セル２１の両端の電位差を検出する。このとき、サンプルホールド回路にはパルス電圧が印加される直前のセル２１の両端の電位差が保持されている。出力検出回路２０は、両者の差分、すなわち、パルス電圧の印加に伴い変動した分の電位を、セル２１の内部抵抗値を示す信号として、マイクロコンピュータ１０のＡ／Ｄポート１６に出力する。
【００２６】
次に、オフセット回路４０は、セル２１の両端と出力検出回路２０とを接続する配線経路上に設けられており、セル２１の出力する起電力の電位をオフセットする。具体的に、セル２１の高電位側と出力検出回路２０とを接続する配線経路上のＰ点と、セル２１の低電位側と出力検出回路２０とを接続する配線経路上のＱ点とに抵抗器４２が接続されている。低電位側のＱ点は、ＥＣＵ５の基準電位（ＧＮＤ）に接続されている。なお、ＥＣＵ５の基準電位は自動車のボディ等に接地されている。高電位側のＰ点は、抵抗器４１を介して所定の電源電圧ＶＣＣを出力する電源に接続されている。また、ノイズ防止用の抵抗器４３が、Ｐ点と出力検出回路２０との間に接続されている。
【００２７】
上記したように、セル２１を構成する固体電解質体は、固体電解質体の温度上昇に応じて内部抵抗値（インピーダンス）が低下する特性を有する。すなわち、固体電解質体の温度が低いうち（便宜上、非活性時ともいう。）は内部抵抗値が高く、セル２１はほぼ絶縁状態となる。また、固体電解質体の温度が上昇するに伴い内部抵抗値は低下し、セル２１が活性化した場合（便宜上、活性時ともいう。）には、内部抵抗値は低い値を示す。そしてセル２１の起電力は、排気ガスの空燃比がリッチ側にある場合には、基準電位との電位差で約９００ｍＶを示し、リーン側にある場合には約５０ｍＶを示す。
【００２８】
抵抗器４１と抵抗器４２とで電源電圧ＶＣＣが分圧され、本実施の形態では、Ｐ点の電位が約４５０ｍＶとなるように設定されている。また、抵抗器４２は、その抵抗値がセル２１の非活性時の内部抵抗値よりも十分に小さく、活性時の内部抵抗値よりも十分に大きい値となるものが選択されている。セル２１の非活性時にはセル２１に電流が流れず、起電力が発生しないので、セル２１の出力は０Ｖであるが、オフセット回路４０により、出力検出回路２０ではセル２１の出力として約４５０ｍＶが取得される。一方、セル２１の活性時には、内部抵抗値よりも十分に抵抗値の大きな抵抗器４２に電流がほとんど流れず、オフセット回路４０を介して出力検出回路２０に取得されるセル２１の出力値（検出信号が示す値）は、ほぼ、セル２１の起電力が示す値となる。
【００２９】
次に、ヒータ制御回路５０は、例えばトランジスタ５１を備える。トランジスタ５１のコレクタはヒータ２６の一端に接続され、エミッタは所定の抵抗器（図示外）を介して基準電位に接続され、ベースはマイクロコンピュータ１０のＰＷＭポート１７に接続されている。また、ヒータ２６の他端は、ＥＣＵ５に電力を供給するバッテリ６に接続されている。ヒータ２６の通電制御はマイクロコンピュータ１０によるＰＩＤ制御によって行われ、マイクロコンピュータ１０において演算されるデューティ比に基づき、ヒータ制御回路５０からのヒータ２６へのＰＷＭ制御による通電が行われる。具体的に、マイクロコンピュータ１０のＰＷＭポート１７からトランジスタ５１のＯＮ／ＯＦＦ信号が出力され、トランジスタ５１のコレクタ−エミッタ間を流れる電流、すなわちバッテリ６からヒータ２６に流される電流のＯＮ／ＯＦＦが制御される。なお、ヒータ制御回路５０は上記のトランジスタ５１に限らず、ＦＥＴ等を用いて構成してもよい。
【００３０】
次に、パルス入力回路３０は、出力検出回路２０を介してセル２１に矩形状のパルス電圧を印加する回路である。マイクロコンピュータ１０における演算によって矩形状のパルス波形を示すデジタルデータが生成され、Ｉ／Ｏポート１５からパルス入力回路３０に入力される。パルス入力回路３０は、受信したパルス波形のデータに基づき矩形状のパルス電圧を生成し、セル２１に印加する。なお、パルス電圧の印加時間は数〜数百ｍｓの中で適宜設定することができる。
【００３１】
前述したように、このパルス電圧がセル２１に印加されることにより、出力検出回路２０において取得（検出）されるセル２１の両端の電位差が、一時的に変動する。言い換えると、セル２１の起電力に、パルス電圧の印加によって内部抵抗２２の両端に生じた電位が上乗せされて、セル２１の出力する検出信号として出力検出回路２０に取得（検出）されることになる。したがって、パルス電圧の印加によって、出力検出回路２０に検出信号として取得されるセル２１の両端の電位差に生じた変動から、セル２１の内部抵抗値（ひいては内部抵抗値と相関関係にあるセル２１の温度）を演算により取得することができる。ガスセンサ装置１において、セル２１の活性時におけるヒータ２６の制御は、上記したようにＰＩＤ制御に基づくＰＷＭ制御によって、セル２１の内部抵抗値（インピーダンス）が目標インピーダンスとなるようにヒータ２６への電力の供給を行うことによりなされる。
【００３２】
以下、ガスセンサ装置１のメイン処理について説明する。なお、以下の説明では、フローチャートの各ステップを「Ｓ」と略記する。
【００３３】
ガスセンサ装置１は、例えば自動車のエンジンがスタートされると駆動され、ＥＣＵ５のマイクロコンピュータ１０のＣＰＵ１１が、ＲＯＭ１２に記憶されたメイン処理プログラムの実行を開始する。図３に示すように、メイン処理プログラムが実行されると、ＣＰＵ１１は、ＰＷＭ制御におけるデューティ比を固定値に設定する（Ｓ１１）。なお、本実施の形態では、このデューティ比を１（１００％）に設定し、ヒータ制御回路５０にＯＮ／ＯＦＦ信号の継続的な出力（この場合、常時ＯＮ信号を出力）を行うようにした。ヒータ２６の発熱抵抗体２７には、バッテリ６の電圧がそのまま印加され、時間の経過とともにセル２１の温度が上昇していく。
【００３４】
次に、酸素センサ２の出力（検出信号）の取得が行われる（Ｓ１２）。この処理では、出力検出回路２０を介して取得したセル２１の検出信号がＡ／Ｄポート１６からマイクロコンピュータ１０に入力されており、ＣＰＵ１１は検出信号の値を読み込む（Ｓ１２）。検出信号の値が６００ｍＶ以下（Ｓ１３：ＮＯ）で、且つ、その値が３００ｍＶ以上（Ｓ１４：ＮＯ）であるうちは、Ｓ１２に戻って検出信号の値の監視を繰り返す。セル２１の温度が活性温度に達する前の非活性の状態では、検出信号の値が約４５０ｍＶを示す。また、セル２１の温度が活性温度に達した以降においても、セル２１が十分に加熱されないうちは、検出信号の値は、空燃比がリッチ側でも６００ｍＶ以下を示し、リーン側でも３００ｍＶ以上を示す。このような場合、セル２１が活性化していても、排気ガスの空燃比でリッチ側の検出信号の値とリーン側の検出信号の値との差分が小さく、排気ガスの空燃比を検出する精度を十分に得られない。
【００３５】
そして、セル２１の出力が、排気ガスの空燃比がリッチ側で６００ｍＶより大きい値を示した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、あるいは、リーン側で３００ｍＶより小さい値を示した場合には（Ｓ１４：ＹＥＳ）、Ｓ１５に進む。エンジンの始動後であるので排気ガスの空燃比の状態は刻々と変化する。ゆえに、セル２１の出力値が６００ｍＶより大きい値を示すか、セル２１の出力値が３００ｍＶより小さい値を示せば、セル２１は排気ガスの空燃比を検出する上で必要な精度を得るレベルに活性化したと判断される。これにより、ＥＣＵ５は、別途に実行している空燃比のオープンループ制御を、セル２１の出力（検出信号）をもとにした公知の空燃比フィードバック制御（空燃比のクローズドループ制御）へと遷移させることが可能となる。
【００３６】
ＣＰＵ１１は、Ｉ／Ｏポート１５からパルス波形のデジタルデータをパルス入力回路３０に出力する（Ｓ１５）。パルス入力回路３０は矩形状のパルス電圧を生成し、セル２１に印加する。そして出力検出回路２０が、パルス電圧の印加に伴い変動したセル２１の電位を取得し、マイクロコンピュータ１０のＡ／Ｄポート１６に出力する。ＣＰＵ１１は、取得した、パルス電圧の印加に伴い変動したセル２１の電位から、セル２１の現在の内部抵抗値（インピーダンス）を演算して求める（Ｓ１６）。
【００３７】
ＣＰＵ１１は、Ｓ１６で取得したセル２１の内部抵抗値（インピーダンス）と、目標インピーダンスＴＲｉとに基づくＰＩＤ演算を行い、ヒータ２６への通電をＰＷＭ制御するためのデューティ比を算出する。なお、上記のＰＩＤ演算については公知の演算を実行すればよい。そして、算出したデューティ比に従い、ヒータ制御回路５０にＯＮ／ＯＦＦ信号の継続的な出力を行う（Ｓ１７）。すなわち、ヒータ制御プログラム（図示外）によって、デューティ比に応じてトランジスタ５１のＯＮ／ＯＦＦをＰＷＭ制御する信号が生成され、ヒータ制御回路５０に出力される。なお、Ｓ１７にてＰＩＤ演算の際に参照される目標インピーダンスＴＲｉは、当該Ｓ１７の処理が実行される都度、予め設定された目標インピーダンスＴＲｉに後述する過渡補正係数を乗じた最新の（換言すれば、補正された）目標インピーダンスＴＲｉを用いるようにしている。過渡補正係数の算出や目標インピーダンスＴＲｉの補正に関しては、後述する。
【００３８】
次に、所定時間（例えば１０〜５０ｍｓｅｃ）の経過（Ｓ１８：ＮＯ）を待ってから（Ｓ１８：ＹＥＳ）、セル２１にパルス電圧が印加される（Ｓ１５）。次いで、Ｓ１６〜Ｓ１８が繰り返される。
【００３９】
次に、図４のフローチャートを参照して、エンジン１０１の運転の過渡期に行う目標インピーダンスの過渡期補正について説明する。図４のフローチャートの過渡期補正のプログラムはＲＯＭ１２に記憶され、ＣＰＵ１１により１秒毎に繰り返し実行される。先ず、排気温センサ３から現在の排気ガス温度を取得する（Ｓ２１）。次いで、ＲＡＭ１３に既に記憶している前回の取得の排気ガスの温度との差分を算出する（Ｓ２２）。この差分もＲＡＭ１３に記憶される。次いで、排気ガスの温度の変化が上昇傾向か否かを判断する（Ｓ２３）。この判断は、Ｓ２２で算出した差分がプラスなら上昇傾向（Ｓ２３：ＹＥＳ）、Ｓ２２で算出した差分が０又はマイナスなら上昇傾向でないと判定される（Ｓ２３：ＮＯ）。
【００４０】
排気ガスの温度の変化が上昇傾向の場合には（Ｓ２３：ＹＥＳ）、差分の絶対値が第一温度（一例として２０℃）以上かつＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇがＯＦＦか否かを判断する。このＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇは、過渡期補正をしているか否かを示すフラグであり、ＲＡＭ１３に記憶される。「１」がＯＮで「０」がＯＦＦである。差分の絶対値が第一温度以上でＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇがＯＦＦの場合には（Ｓ２４：ＹＥＳ）、図５に示す上昇時補正係数テーブルを参照して、Ｓ２１で取得した現在の排気ガス温度の値に応じた目標インピーダンスの過渡補正係数を求める（Ｓ２５）。この上昇時補正係数テーブルは、ＲＯＭ１２に記憶されている。排気温センサ３から得られた排気ガス温度が例えば、４００℃以上５００℃未満の場合は、過渡補正係数として１．００が求められる。５００℃以上６００℃未満の場合は、過渡補正係数として１．１０が求められる。６００℃以上７００℃未満の場合は、過渡補正係数として１．２０が求められる。７００℃以上７２０℃未満の場合は、過渡補正係数として１．２０が求められる。７２０℃以上７４０℃未満の場合は、過渡補正係数として１．１０が求められる。７４０℃以上７６０℃未満の場合は、過渡補正係数として１．１０が求められる。７６０℃以上８００℃未満の場合は、過渡補正係数として１．１０が求められる。８００℃以上の場合は、過渡補正係数として１．１０が求められる。
【００４１】
次いで、求めた過渡補正係数をＲＡＭ１３に記憶する（Ｓ２６）。次いで、ＲＡＭ１３に記憶されているＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇに「１」を記憶してＯＮにする（Ｓ２７）。次いで、Ｓ２１で取得した現在の排気ガス温度をＲＡＭ１３に記憶して保持する（Ｓ２８）。その後、処理を終了する。
【００４２】
また、Ｓ２３の判断処理で、排気ガス温度の変化が上昇傾向でない場合には（Ｓ２３：ＮＯ）、差分の絶対値が第二温度（一例として３０℃）以上かつＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇがＯＦＦか否かを判断する（Ｓ３２）。差分の絶対値が第二温度かつＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇがＯＦＦの場合には（Ｓ３２：ＹＥＳ）、図６に示す下降時補正係数テーブルを参照して、Ｓ２１にて取得した現在の排気ガス温度の値に応じた目標インピーダンスの過渡補正係数を求める（Ｓ３３）。この下降時補正係数テーブルは、ＲＯＭ１２に記憶されている。排気温センサ３から得られた排気ガス温度が例えば、４００℃以上５００℃未満の場合は、過渡補正係数として１．００が求められる。５００℃以上６００℃未満の場合は、過渡補正係数として１．００が求められる。６００℃以上７００℃未満の場合は、過渡補正係数として０．９８が求められる。７００℃以上７２０℃未満の場合は、過渡補正係数として０．９６が求められる。７２０℃以上７４０℃未満の場合は、過渡補正係数として０．９３が求められる。７４０℃以上７６０℃未満の場合は、過渡補正係数として０．９０が求められる。７６０℃以上８００℃未満の場合は、過渡補正係数として０．７３が求められる。８００℃以上の場合は、過渡補正係数として０．５０が求められる。
【００４３】
次いで、求めた過渡補正係数をＲＡＭ１３に記憶する（Ｓ３４）。次いで、ＲＡＭ１３に記憶されているＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇに「１」を記憶してＯＮにする（Ｓ３５）。次いで、Ｓ２１で取得した現在の排気ガス温度をＲＡＭ１３に記憶して保持する（Ｓ２８）。その後、処理を終了する。
【００４４】
また、Ｓ２４の判定処理において、差分の絶対値が第一温度以上でＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇがＯＦＦで無い場合（Ｓ２４：ＮＯ）、即ち、差分の絶対値が第一温度（一例として２０℃）未満の場合や、ＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇがＯＮで現在過渡期補正中の場合（Ｓ２４：ＮＯ）、差分の絶対値が第三温度（一例として３℃）以下を一定期間（一例として５秒間）継続した場合（Ｓ２９：ＹＥＳ）、ＲＡＭ１３に記憶されているＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇに「０」を記憶してＯＦＦにする（Ｓ３０）。次いで、ＲＡＭ１３に記憶されている過渡補正係数を１．００にして初期化する（Ｓ３１）。次いで、Ｓ２１で取得した現在の排気ガス温度をＲＡＭ１３に記憶して保持する（Ｓ２８）。その後、処理を終了する。
【００４５】
また、Ｓ３２の判定処理において、差分の絶対値が第二温度以上でＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇがＯＦＦで無い場合（Ｓ３２：ＮＯ）、即ち、差分の絶対値が第二温度（一例として３０℃）未満の場合や、ＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇがＯＮで現在過渡期補正中の場合（Ｓ３２：ＮＯ）、差分の絶対値が第三温度（一例として３℃）以下を一定期間（一例として５秒間）継続した場合（Ｓ３６：ＹＥＳ）、ＲＡＭ１３に記憶されているＴｒａｎｓｉｅｎｔＦｌｇに「０」を記憶してＯＦＦにする（Ｓ３７）。次いで、過渡補正係数をＲＡＭ１３に記憶されている過渡補正係数を１．００にして初期化する（Ｓ３８）。次いで、Ｓ２１で取得した現在の排気ガス温度をＲＡＭ１３に記憶して保持する（Ｓ２８）。その後、処理を終了する。尚、Ｓ２９でＮＯと判断された場合及びＳ３６でＮＯと判断された場合には、Ｓ２１で取得した現在の排気ガス温度をＲＡＭ１３に記憶して保持する（Ｓ２８）。その後、処理を終了する。
【００４６】
次に、目標インピーダンスＴＲｉの補正方法を説明する。ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１３に記憶された過渡補正係数を読み出し以下の計算式により、目標インピーダンスＴＲｉを補正する。
ＴＲｉ＝ＴＲｉ×過渡補正係数
なお、このような目標インピーダンスＴＲｉの補正は、上述したように図３のメイン処理プログラムにおけるＳ１７の処理にて実行される。
【００４７】
図７を参照して、本実施の形態の動作の概念を説明する。なお、この図７は、センサ制御装置としてのＥＣＵ５の動作に概念を理解容易とするために示したものである点に留意されたい。エンジン１０１がＴ０タイミングから始動してＴ１タイミングまでは、排気温センサ３が検出する排気ガス温度は実質的に変化せず安定している。この期間は排気ガス温度の偏差（変化率）は０であるので、目標インピーダンスは補正されず予め定められている値が使用される。次いで、Ｔ１タイミングからＴ２タイミングまで排気ガス温度が急上昇する。この期間は排気ガス温度の偏差（変化率）は大きくなるので、目標インピーダンスがＡ１からＡ２に補正される。次いで、Ｔ２タイミングからＴ３タイミングは排気ガス温度の上昇は僅かであるので、排気ガス温度の偏差は低下する。従って、目標インピーダンスは補正されず予め定められている値が使用される。次いで、Ｔ３タイミングからＴ４タイミングは排気ガス温度が僅かに下降するので、排気ガス温度の偏差は僅かにマイナスになる。従って、目標インピーダンスは補正されず予め定められている値が使用される。次いで、Ｔ４タイミングからＴ５タイミングは排気ガス温度が大きく下降するので、排気ガス温度の偏差は大きくマイナスになる。従って、目標インピーダンスはＢ１からＢ２に補正される。次いで、Ｔ５タイミングからＴ６タイミングまでは、排気温センサ３が検出する排気ガス温度は変化せず安定している。従って、この期間は排気ガス温度の偏差は０である。従って、目標インピーダンスは補正されず予め定められている値が使用される。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態では、排気温センサ３が検出する排気ガスの温度をＥＣＵ５のＣＰＵ１１が１秒毎に読み取り、１秒間毎の変化量を算出し、この変化量に基づいてエンジン１０１の運転状態が過渡期なっていると判断できる場合に目標インピーダンスの補正を行っている。つまり、本実施の形態では、排気温センサ３が検出する排気ガスの温度変化が特定範囲外であるか否かを判断することで、排気ガスの温度変化が許容範囲外であるか否かを判定し、排気ガスの温度変化が許容範囲外であると判定される場合に、目標インピーダンスの補正を行うようにした。具体的には、排気ガスの温度の上昇率が大きいときは、過渡補正係数を大きくして目標インピーダンスを規定値より大きくしてヒータ２６の加熱を減らす（目標加熱温度を下げる）。また、排気ガスの温度の下降率が大きいときは、過渡補正係数を小さくして目標インピーダンスを規定値より小さくしてヒータ２６の加熱を増やす（目標加熱温度を上げる）。従って、エンジン１０１の運転状態の過渡期においても精度良く酸素センサ２の検出素子としてのセル２１を目標加熱温度に制御でき、精度の良い酸素濃度検出を継続することができる。
【００４９】
上記の実施の形態では、エンジン１０１が「内燃機関」の一例であり、ＥＣＵ５が「センサ制御装置」の一例であり、酸素センサ２が「ガスセンサ」の一例である。また、排気温センサ３が「排気温センサ」の一例であり、ヒータ２６が「ヒータ」の一例である。また、図３のＳ１６の処理を実行するＣＰＵ１１が「素子インピーダンス検出手段」の一例であり、ヒータ制御回路５０及び図３のＳ１７の処理を実行するＣＰＵ１１が「ヒータ供給電力制御手段」の一例である。また、図４のＳ２４又はＳ３２の判定処理を実行するＣＰＵ１１が「温度度変化判定手段」の一例であり、図４のＳ２５又はＳ３３の処理を実行するＣＰＵ１１が「補正手段」の一例であり、図４のＳ２９又はＳ３６の判定処理を実行するＣＰＵ１１が「時間判定手段」の一例である。
【００５０】
本発明は上記実施の形態に拘わらず各種の変形が可能である。例えば、図４のＳ２４の第一温度は、必ずしも２０℃でなくても良く、例えば１０℃でも良い。また、図４のＳ３２の第二温度は、必ずしも３０℃でなくても良く、例えば１０℃や２０℃でも良い。また、図４のＳ２９及びＳ３６の第三温度は、必ずしも３℃でなくても良く、例えば５℃等でも良く、一定期間は必ずしも５秒でなく、例えば１０秒等でも良い。即ち、これらの値は、エンジン１０１及び酸素センサ２の特性に合わせて適宜決定しておけば良い。また、図４の過渡期補正は１秒毎でなく、もっと短い時間間隔で行っても良い。
【００５１】
また、上記実施の形態では、排気ガスの温度変化が内燃機関の運転状態が過渡期であるか否かを判定する目的から、排気温センサ３を用いて、差分の絶対値が第一温度以上か（Ｓ２４）、または、差分の絶対値が第二温度以下か（Ｓ３２）を判定するようしたが、排気ガスの温度変化が許容範囲外であるか否かを判定するにあたっては、排気温センサ３を用いずに、排気ガスの温度をエンジン１０１の運転状態に基づいて推定するようにしても良い。
【００５２】
例えば、ＥＣＵ５のマイクロコンピュータ１０のＲＯＭ１２に、予めエンジン１０１の運転状態と排気ガスの温度との特性マップを格納しておく。そして、マイクロコンピュータ１０にエンジン回転速度や燃料噴射パルス幅、スロットル開度等の運転状態を決定するための各種パラメータを入力させ、マイクロコンピュータ１０のＣＰＵ１１にてエンジン１０１の運転状態を算出した後、上記特性マップを参照して排気ガスの温度を推定するとともに、前回に推定した排気ガスの温度との差分を算出して当該排気ガスの温度変化を算出するようにしても良い。その他に、特開２０１０−７４９２号公報に開示されているように、エンジン１０１の運転状態に対応付けられた基準吸入空気量に対する運転状態での吸入空気量の比率を示す吸入空気量比と、運転状態での図示出力とに基づく補正係数により予め設定された基準排気温度を補正して排気ガスの温度を推定することも可能である。
【符号の説明】
【００５３】
２ 酸素センサ（ガスセンサ）
３ 排気温センサ
５ 電子制御装置（ＥＣＵ）
１０ マイクロコンピュータ
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
２０ 出力検出回路
２１ セル
２６ ヒータ
３０ パルス入力回路
５０ ヒータ制御回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管に取り付けられ排気ガス中のガス濃度を検出する検出素子と当該検出素子を加熱するヒータとを有するガスセンサに接続されるセンサ制御装置であって、
前記検出素子のインピーダンスを検出する素子インピーダンス検出手段と、
前記素子インピーダンス検出手段により検出された素子インピーダンスを目標インピーダンスにするように、前記ヒータへの供給電力をフィードバック制御するヒータ供給電力制御手段と、
前記排気管を流通する排気ガスの温度変化が予め設定した許容範囲外か否かを判定する温度変化判定手段と、
前記温度変化判定手段にて前記排気ガスの温度変化が前記許容範囲外であると判定した場合に、前記目標インピーダンスを補正する補正手段と
を備えたことを特徴とするセンサ制御装置。
【請求項２】
前記補正手段は、目標インピーダンスに補正係数を乗ずることで実行されるものであり、前記排気ガスの温度変化が前記許容範囲外になった時の変化開始時の排気ガスの温度に基づいて前記補正係数を可変させることを特徴とする請求項１に記載のセンサ制御装置。
【請求項３】
前記温度変化判定手段は、前記排気管に取り付けられ前記排気ガスの温度を検出する排気温センサの出力値の変化が特定範囲外か否かを判定することで、前記排気ガスの温度変化が前記許容範囲外か否かを判定するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサ制御装置。
【請求項４】
前記特定範囲は、１秒当たり１０℃以上の変化に相当する出力値の変化の範囲であることを特徴とする請求項３に記載のセンサ制御装置。
【請求項５】
前記排気温センサの出力値の所定時間間隔での差分値が特定温度以下である状態が一定時間継続したか否かを判定する判定する時間判定手段を備え、
前記時間判定手段にて記排気温センサの出力値の所定時間間隔での差分値が特定温度以下である状態が一定時間継続したと判定した場合に、前記補正手段は前記目標インピーダンスの補正を中止することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のセンサ制御装置。
【請求項６】
前記排気温センサの出力値が前記排気ガスの温度が上昇していることを示す値であり、前記温度変化判定手段にて前記出力値の変化が前記特定範囲外であると判定した場合に、前記補正手段が前記目標インピーダンスを補正することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のセンサ制御装置。
【請求項７】
前記排気温センサの出力値が前記排気ガスの温度が下降していることを示す値であり、前記温度変化判定手段にて前記出力値の変化が前記特定範囲外であると判定した場合に、前記補正手段が前記目標インピーダンスを補正することを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載のセンサ制御装置。
【請求項８】
前記ガスセンサと、請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサ制御装置とを接続したセンサ制御システム。
【請求項１】
内燃機関の排気管に取り付けられ排気ガス中のガス濃度を検出する検出素子と当該検出素子を加熱するヒータとを有するガスセンサに接続されるセンサ制御装置であって、
前記検出素子のインピーダンスを検出する素子インピーダンス検出手段と、
前記素子インピーダンス検出手段により検出された素子インピーダンスを目標インピーダンスにするように、前記ヒータへの供給電力をフィードバック制御するヒータ供給電力制御手段と、
前記排気管を流通する排気ガスの温度変化が予め設定した許容範囲外か否かを判定する温度変化判定手段と、
前記温度変化判定手段にて前記排気ガスの温度変化が前記許容範囲外であると判定した場合に、前記目標インピーダンスを補正する補正手段と
を備えたことを特徴とするセンサ制御装置。
【請求項２】
前記補正手段は、目標インピーダンスに補正係数を乗ずることで実行されるものであり、前記排気ガスの温度変化が前記許容範囲外になった時の変化開始時の排気ガスの温度に基づいて前記補正係数を可変させることを特徴とする請求項１に記載のセンサ制御装置。
【請求項３】
前記温度変化判定手段は、前記排気管に取り付けられ前記排気ガスの温度を検出する排気温センサの出力値の変化が特定範囲外か否かを判定することで、前記排気ガスの温度変化が前記許容範囲外か否かを判定するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサ制御装置。
【請求項４】
前記特定範囲は、１秒当たり１０℃以上の変化に相当する出力値の変化の範囲であることを特徴とする請求項３に記載のセンサ制御装置。
【請求項５】
前記排気温センサの出力値の所定時間間隔での差分値が特定温度以下である状態が一定時間継続したか否かを判定する判定する時間判定手段を備え、
前記時間判定手段にて記排気温センサの出力値の所定時間間隔での差分値が特定温度以下である状態が一定時間継続したと判定した場合に、前記補正手段は前記目標インピーダンスの補正を中止することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のセンサ制御装置。
【請求項６】
前記排気温センサの出力値が前記排気ガスの温度が上昇していることを示す値であり、前記温度変化判定手段にて前記出力値の変化が前記特定範囲外であると判定した場合に、前記補正手段が前記目標インピーダンスを補正することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のセンサ制御装置。
【請求項７】
前記排気温センサの出力値が前記排気ガスの温度が下降していることを示す値であり、前記温度変化判定手段にて前記出力値の変化が前記特定範囲外であると判定した場合に、前記補正手段が前記目標インピーダンスを補正することを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載のセンサ制御装置。
【請求項８】
前記ガスセンサと、請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサ制御装置とを接続したセンサ制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−８３２４６（Ｐ２０１３−８３２４６Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１９４２２０（Ｐ２０１２−１９４２２０）
【出願日】平成２４年９月４日（２０１２．９．４）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月４日（２０１２．９．４）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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