JP2004069370A - Oxygen concentration detector - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車載用エンジンの排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、車載用エンジンの空燃比制御においては、被検出ガスとしての排気ガス中の酸素濃度(延いては、エンジンに吸入される混合気の空燃比)をリニアに検出可能な酸素濃度センサ(以下、空燃比センサ或いは単にセンサともいう)が用いられている。
【0003】
具体的に説明すると、この種の空燃比センサは、それの電圧−電流特性の一例を示す図7のように、電圧の印加に伴って排気ガス中の酸素濃度(延いては空燃比)に応じた電流が流れるように構成されている。尚、図7において、横軸は、空燃比センサへの印加電圧の値を表し、縦軸は、空燃比センサに流れるセンサ電流の値を表している。そして、図7において、横軸に並行なセンサ電流の直線部分がセンサの限界電流を示しており、この限界電流の値が空燃比(A/F)の値に対応している。
【0004】
そこで、このような空燃比センサを用いた空燃比検出装置(酸素濃度検出装置)では、空燃比センサの一対の端子間に所定の酸素濃度検出用電圧を印加しつつ、その空燃比センサに流れる上記限界電流を検出して空燃比を算出している。
次に、図6に従来の空燃比検出装置101の構成例を示す。尚、この種の空燃比検出装置は、一般に、エンジンを制御する制御装置に組み込まれるものである。
【0005】
図6に示すように、空燃比検出装置101には、酸素濃度センサとしての空燃比センサ1が接続されており、この空燃比センサ1は、図示しないエンジンの排気管に取り付けられている。
そして、空燃比検出装置101は、マイコン3と、A/D変換器(ADC)5と、センサ1の一対の端子AFp,AFmのうち、一方の端子(この例ではプラス側端子AFp)に一端が接続された電流検出抵抗7と、センサ1のプラス側端子AFpの電圧が第1の電圧V1(この例では3.3V)となるように、電流検出抵抗7のセンサ1側とは反対側の端部に印加する電圧を調整する電圧印加回路9と、センサ1のマイナス側端子AFmに、第1の電圧V1よりもセンサ1の両端子AFp,AFm間に印加すべき酸素濃度検出用電圧(この例では0.4V)だけ低い第2の電圧V2(この例では2.9V)を印加する電圧印加回路11と、一定の電源電圧VS(この例では5V)を分圧することにより上記第1の電圧V1(=3.3V)を発生する2つの分圧抵抗13,15と、電源電圧VSを分圧することにより上記第2の電圧V2(=2.9V)を発生する2つの分圧抵抗17,19と、電流検出抵抗7の両端の電圧を入力とした差動増幅回路21とを備えている。
【0006】
ここで、電圧印加回路9は、分圧抵抗13,15の接続点に生じる第1の電圧V1(=3.3V)が非反転入力端子に入力され、反転入力端子が入力保護抵抗23を介してセンサ1のプラス側端子AFpに接続されたオペアンプ25と、ベースがオペアンプ25の出力端子に接続されると共に、コレクタが電源電圧VSに接続され、エミッタが電流検出抵抗7のセンサ1側とは反対側の端部に接続された電圧出力用のNPNトランジスタ27と、そのトランジスタ27のエミッタと接地電位との間に接続されたプルダウン抵抗29とを備えている。そして、この電圧印加回路9では、センサ1のプラス側端子AFpの電圧が常に第1の電圧V1となるように、トランジスタ27のエミッタ電圧(即ち、電流検出抵抗7のセンサ1側とは反対側の端部に印加する電圧)が調整されることとなる。
【0007】
また、電圧印加回路11は、分圧抵抗17,19の接続点に生じる第2の電圧V2(=2.9V)が非反転入力端子に入力され、反転入力端子が入力保護抵抗33を介してセンサ1のマイナス側端子AFmに接続されたオペアンプ35と、ベースがオペアンプ35の出力端子に接続されると共に、コレクタが電源電圧VSに接続され、エミッタが抵抗31を介してセンサ1のマイナス側端子AFmに接続された電圧出力用のNPNトランジスタ37と、そのトランジスタ37のエミッタと接地電位との間に接続されたプルダウン抵抗39とを備えている。そして、この電圧印加回路11においても、電圧印加回路9と同様に、センサ1のマイナス側端子AFmの電圧が常に第2の電圧V2となるように、トランジスタ37のエミッタ電圧が調整され、この動作により、センサ1のマイナス側端子AFmに印加する電圧が常に第2の電圧V2に維持されることとなる。
【0008】
一方、差動増幅回路21は、電流検出抵抗7のセンサ1側とは反対側の端部に一端が接続された抵抗41と、その抵抗41の他端に一端が接続された抵抗42と、その抵抗42の他端に出力端子が接続されると共に、抵抗41,42同士の接続点に反転入力端子が接続されたオペアンプ43と、一端がオペアンプの非反転入力端子に接続され、他端がセンサ1のプラス側端子AFpに接続された抵抗44とから構成されている。そして、この差動増幅回路21の出力電圧(換言すれば、オペアンプ43の出力電圧)Voが、A/D変換器5に入力されている。
【0009】
また、A/D変換器5には、センサ1のプラス側端子AFpに実際に印加されている電圧も入力保護抵抗45を介して入力されている。
以上のような構成の空燃比検出装置101では、2つの電圧印加回路9,11により、空燃比センサ1の両端子AFp,AFm間に0.4Vの電圧を印加することとなる。そして、その状態で、電流検出抵抗7には、空燃比センサ1に流れる電流(センサ電流)が流れることとなるが、そのセンサ電流は、リーン時(A/F>14)には、電圧印加回路9側からセンサ1のプラス側端子AFpへの方向(図6における左方向)に流れ、リッチ時(A/F<14)には、センサ1のプラス側端子AFpから電圧印加回路9側への方向(図6における右方向)に流れる。
【0010】
また、差動増幅回路21における抵抗41のオペアンプ43及び抵抗42側とは反対側の端部に入力される電圧をViとし、差動増幅回路21における抵抗44のオペアンプ43側とは反対側の端部に入力される電圧(基準電圧)をVrとし、抵抗41の抵抗値をR41とし、抵抗42の抵抗値をR42とすると、差動増幅回路21の出力電圧Voは、下記の式1で表される。
【0011】
そして、電流検出抵抗7の抵抗値をR7とし、センサ電流Iの正の方向をリッチ時の電流方向とすると、下記の式2が成立する。
【0012】
Vi=V1−I×R7…式2
また、この空燃比検出装置101においては、下記の式3が成立する。
Vr=V1…式3
よって、上記式1〜式3から、差動増幅回路21の出力電圧Voは、下記の式4で表される。
【0013】
Vo=V1+(R42/R41)×(I×R7)…式4
そこで、この空燃比検出装置101では、A/D変換器5が、差動増幅回路21の出力電圧Voと、センサ1のプラス側端子AFpの実際の電圧V1とをA/D変換し、マイコン3が、そのA/D変換器5による各A/D変換値から、上記式4における「(R42/R41)×(I×R7)」の値を求め、その値から排気ガス中の酸素濃度を空燃比という形で検出している。
【0014】
尚、式4におけるR7,R41,R42は既知であるため、マイコン3は、結局、センサ電流Iの値を検出していることとなり、そのセンサ電流Iの値から酸素濃度に相当する空燃比が検出される訳であるが、一般には、予め記憶されたデータマップから「(R42/R41)×(I×R7)」の値に対応する空燃比を算出する、といった手法が採られる。また、センサ1のプラス側端子AFpに実際に印加されている電圧V1は検出せずに、差動増幅回路21の出力電圧VoのA/D変換値のみから空燃比を検出することも考えられる。
【0015】
そして更に、図6の空燃比検出装置101において、R41とR42とで決まる差動増幅回路21の増幅率は、空燃比が該空燃比の全検出対象範囲に渡って変化した場合(換言すれば、排気ガス中の酸素濃度が該酸素濃度の全検出対象範囲に渡って変化した場合)に、差動増幅回路21の出力電圧VoがA/D変換器5のA/D変換可能範囲内で出来るだけ広範囲に変化するように設定されている。
【0016】
例えば、空燃比の検出対象範囲がA/F=13〜18であり、A/D変換器5のA/D変換可能範囲が0.2V〜4.8Vであるとすると、差動増幅回路21の増幅率は、A/F=18の時(最もリーンの時)に差動増幅回路21の出力電圧VoがA/D変換可能範囲の下限値である0.2V或いはそれよりも若干高い電圧となり、A/F=13の時(最もリッチの時)に差動増幅回路21の出力電圧VoがA/D変換可能範囲の上限値である4.8V或いはそれよりも若干低い電圧となるように設定される。
【0017】
そして、このような増幅率の設定により、空燃比を全検出対象範囲で高精度に検出できるようにしている。つまり、差動増幅回路21の出力電圧VoをA/D変換器5の入力フルスケールでA/D変換することができ、そのA/D変換精度が高くなるからである。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、エンジンの気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射方式(いわゆる直噴)による更なる燃費向上や、各種法規制に基づくエミッション低減を実現するために、空燃比の検出対象範囲を、図7に例示する如く、従来の範囲(A/F=13〜18)よりも広い範囲(A/F=10〜23程度)に拡大すると共に、従来の検出対象範囲(A/F=13〜18)については、従来と同様の高い精度で空燃比を検出したい、という要求が生じている。
【0019】
ここで、前述した従来の空燃比検出装置101において、空燃比の検出対象範囲を広くするためには、差動増幅回路21の増幅率を下げる必要がある。つまり、増幅率を小さく設定しないと、差動増幅回路21の出力電圧VoがA/D変換器5のA/D変換可能範囲を越えてしまうからである。
【0020】
しかしながら、差動増幅回路21の増幅率を下げると、センサ電流の検出精度(延いては、酸素濃度,空燃比の検出精度)が悪化する。このため、高い検出精度が要求される特定の検出範囲(上記図7の例では、A/F=13〜18)について、必要な検出精度を確保できないという問題が生じてしまう。
【0021】
尚、A/D変換器5として、高分解能の(分解能が小さい)ものを使用することも考えられるが、そのような高分解能のA/D変換器は概して非常に高価であるため、装置全体のコストアップを招いてしまう。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、被検出ガス中の酸素濃度の広範囲検出と特定の検出範囲での高精度検出とを両立させることができる酸素濃度検出装置の提供を目的としている。
【0022】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するためになされた請求項1に記載の酸素濃度検出装置では、従来の装置と同様に、電圧の印加に伴い被検出ガス中の酸素濃度に応じた電流が流れる酸素濃度センサの一対の端子のうちの一方の端子に、電流検出抵抗の一端が接続されている。そして、電圧印加手段が、酸素濃度センサの前記一方の端子の電圧が第1の電圧となるように、電流検出抵抗の酸素濃度センサ側とは反対側の端部に印加する電圧を調整すると共に、酸素濃度センサの他方の端子に第1の電圧とは異なる第2の電圧を印加することにより、酸素濃度センサの両端子間に第1の電圧と第2の電圧との差分である酸素濃度検出用電圧を印加する。
【0023】
そして更に、この酸素濃度検出装置は、電流検出抵抗の酸素濃度センサ側とは反対側の端部の電圧(以下、発生電圧という)が第1入力端子に入力されると共に、所定の基準電圧が第2入力端子に入力されて、前記基準電圧と前記発生電圧との差に応じた電圧を出力する差動増幅回路と、その差動増幅回路の出力電圧をデジタル値に変換するA/D変換器と、そのA/D変換器によるA/D変換値に基づいて被検出ガス中の酸素濃度を検出する検出手段とを備えている。
【0024】
ここで特に、請求項1の酸素濃度検出装置には、検出手段からの指令に応じた電圧を出力して、その電圧を差動増幅回路の第2入力端子へ前記基準電圧として入力させる電圧可変手段が備えられている。そして、この酸素濃度検出装置において、検出手段は、差動増幅回路の出力電圧がA/D変換器のA/D変換可能範囲(即ち、A/D変換器がA/D変換可能な電圧の範囲)内に収まるように、電圧可変手段から差動増幅回路の第2入力端子に入力される基準電圧を変更する。
【0025】
よって、このような請求項1の酸素濃度検出装置によれば、高分解能のA/D変換器を用いなくても、被検出ガス中の酸素濃度の広範囲検出と、特定の検出範囲での高精度検出とを、両立させることができる。
つまり、差動増幅回路の増幅率が一定であっても、その差動増幅回路の出力電圧がA/D変換器のA/D変換可能範囲から外れないように該差動増幅回路の第2入力端子に入力される基準電圧を変えることで、酸素濃度の広範囲検出ができ、しかも、予め、差動増幅回路の増幅率を、酸素濃度の全検出対象範囲のうちで他の範囲よりも高い検出精度が要求される特定の範囲(以下、高精度検出必要範囲という)について、酸素濃度を十分な精度で検出できるように設定しておくことで、その高精度検出必要範囲での高精度検出を実現することができる。
【0026】
具体例として、例えば、まず、差動増幅回路の増幅率を、その差動増幅回路の第2入力端子に入力される基準電圧が所定の電圧Vaであり、且つ、被検出ガス中の酸素濃度が高精度検出必要範囲に渡って変化した場合に、差動増幅回路の出力電圧がA/D変換器のA/D変換可能範囲内であって高精度検出必要範囲についての検出精度を実現可能な範囲に渡って変化するように設定しておく。そして、検出手段は、高精度検出必要範囲内の酸素濃度を検出する場合には、電圧可変手段から差動増幅回路の第2入力端子に入力される基準電圧を上記Vaに設定し、高精度検出必要範囲外の酸素濃度を検出する場合には、差動増幅回路の出力電圧がA/D変換器のA/D変換可能範囲内に収まるように、電圧可変手段から差動増幅回路の第2入力端子に入力される基準電圧を上記Vaとは異なる電圧に変更すれば良い。
【0027】
ところで、電圧可変手段としては、例えば、抵抗分圧によって発生させた複数通りの電圧のうちの1つを選択スイッチ等によって択一的に出力する、といった回路を用いても良いが、請求項2に記載の如く、検出手段からのデジタル値に応じた電圧を出力するD/A変換器を用いれば、任意の電圧を出力することができるという点で有利である。
【0028】
また、請求項3に記載のように、電圧可変手段として、検出手段から出力される2値振幅のオン/オフ信号を平滑化して出力する積分回路を用い、検出手段が、上記オン/オフ信号のデューティ比により、電圧可変手段としての積分回路の出力電圧を変更するように構成すれば、差動増幅回路への基準電圧を非常に安価な構成で任意に変更することができる。つまり、積分回路は、一般にコンデンサと抵抗から構成することができ、D/A変換器よりも非常に安価であるからである。
【0029】
次に、請求項4に記載の酸素濃度検出装置では、差動増幅回路の増幅率が、その差動増幅回路の第2入力端子に入力される基準電圧が前記第1の電圧であり、且つ、被検出ガス中の酸素濃度が全検出対象範囲のうちの高精度検出必要範囲(即ち、他の範囲よりも高い検出精度が要求される特定の範囲)に渡って変化した場合に、差動増幅回路の出力電圧がA/D変換器のA/D変換可能範囲内であって高精度検出必要範囲についての検出精度を実現可能な範囲に渡って変化するように設定されている。そして、検出手段は、高精度検出必要範囲内の酸素濃度を検出する場合には、電圧可変手段から差動増幅回路の第2入力端子に入力される基準電圧を前記第1の電圧に設定し、高精度検出必要範囲外の酸素濃度を検出する場合には、差動増幅回路の出力電圧がA/D変換器のA/D変換可能範囲内に収まるように、電圧可変手段から差動増幅回路の第2入力端子に入力される基準電圧を変更する。
【0030】
つまり、この請求項4に記載の酸素濃度検出装置は、上記具体例での所定の電圧Vaを、電流検出抵抗の一端が接続される方の酸素濃度センサの端子に印加される第1の電圧(図6の端子AFpに印加される電圧V1に相当)にしたものである。
【0031】
そして、このような請求項4の酸素濃度検出装置によれば、高精度検出必要範囲について、従来と同じ検出ロジックをそのまま使うことができるという利点がある。即ち、差動増幅回路への基準電圧が変われば、その差動増幅回路の出力電圧とセンサ電流(酸素濃度センサ及び電流検出抵抗に流れる電流)との関係も変わるため、検出手段は、A/D変換器による差動増幅回路の出力電圧のA/D変換値と、自分が電圧可変手段から差動増幅回路に供給させている基準電圧の値とから、酸素濃度を検出すれば良いが、高精度検出必要範囲の酸素濃度を検出する場合に、差動増幅回路への基準電圧を第1の電圧とすれば、その差動増幅回路へは、図6の従来装置と同様に、電流検出抵抗の両端の電圧が2つの入力信号として入力されることとなり、従来装置と等価な回路構成になるからである。
【0032】
次に、請求項5に記載の酸素濃度検出装置には、請求項4の酸素濃度検出装置に対して、差動増幅回路の第2入力端子を酸素濃度センサの前記一方の端子(即ち、電流検出抵抗の一端が接続される端子)と電圧可変手段の電圧出力端子との何れかに接続させる切替手段が、追加して設けられている。
【0033】
そして、検出手段は、高精度検出必要範囲内の酸素濃度を検出する場合には、電圧可変手段の出力電圧を差動増幅回路の第2入力端子に入力させることに代えて、切替手段により、差動増幅回路の第2入力端子を酸素濃度センサの前記一方の端子に接続させ、高精度検出必要範囲外の酸素濃度を検出する場合には、切替手段により、差動増幅回路の第2入力端子を電圧可変手段の電圧出力端子に接続させると共に、差動増幅回路の出力電圧がA/D変換器のA/D変換可能範囲内に収まるように、電圧可変手段から差動増幅回路の第2入力端子に入力される基準電圧を変更する。
【0034】
つまり、請求項5の酸素濃度検出装置では、高精度検出必要範囲内の酸素濃度を検出する場合に、電流検出抵抗の両端が差動増幅回路の2つの入力端子に接続されるようにしている。そして、この酸素濃度検出装置によれば、高精度検出必要範囲内の酸素濃度を検出する場合に、電圧可変手段の電圧出力誤差による影響が排除されるため、酸素濃度をより正確に検出することができるようになる。
【0035】
ところで、検出手段は、差動増幅回路の出力電圧がA/D変換可能範囲を超えそうになったこと(換言すれば、差動増幅回路への基準電圧を変更すべきタイミングが到来したこと)を、差動増幅回路の出力電圧のA/D変換器によるA/D変換値から判断するように構成すれば良い。
【0036】
但し、差動増幅回路の出力電圧が急激に変化する状況が起こり得ると共に、その出力電圧が急激に変化した場合に、基準電圧の変更タイミングをA/D変換値から判断していたのでは間に合わない(出力電圧がA/D変換可能範囲を超えてしまう)虞があるならば、請求項6に記載のように、差動増幅回路の出力電圧と所定のしきい値電圧とを大小比較する比較器を設け、検出手段は、その比較器の比較結果に基づいて、差動増幅回路への基準電圧の変更を実施するように構成すれば良い。尚、この場合、比較器のしきい値電圧は、A/D変換可能範囲を超える少し手前の電圧に設定しておけば良く、検出手段は、比較器の出力反転を検知した時に、差動増幅回路への基準電圧を変更すれば良い。
【0037】
そして、このような請求項6の酸素濃度検出装置によれば、差動増幅回路の出力電圧が急激に変化しても、その差動増幅回路への基準電圧を速やかに変更して、該差動増幅回路の出力電圧を確実にA/D変換可能範囲内に納めることができるようになる。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された実施形態の空燃比検出装置(酸素濃度検出装置)について、図面を用いて説明する。
まず図1は、第1実施形態の空燃比検出装置51の構成を表す回路図である。尚、図1において、前述した図6の空燃比検出装置101と同じ構成要素については、同一の符号を付しているため、詳細な説明は省略する。
【0039】
図1に示すように、本第1実施形態の空燃比検出装置51は、図6に示した従来の空燃比検出装置101と比較すると、ハードウェア面では、マイコン3からの指令であるデジタル値に応じた電圧を出力するD/A変換器(DAC)53を備えており、そのD/A変換器53の電圧出力端子が、差動増幅回路21における抵抗44のオペアンプ43側とは反対側の端部(差動増幅回路の第2入力端子に相当し、以下、第2入力端子という)に接続されている。つまり、D/A変換器53の出力電圧が、差動増幅回路21の第2入力端子に基準電圧Vrとして入力されるようになっている。
【0040】
尚、本実施形態では、D/A変換器53が電圧可変手段に相当し、マイコン3が検出手段に相当し、電圧印加回路9,11が電圧印加手段に相当している。また、差動増幅回路21における抵抗41のオペアンプ43及び抵抗42側とは反対側の端部が、差動増幅回路の第1入力端子に相当している。
【0041】
そして、本第1実施形態の空燃比検出装置51において、マイコン3は、差動増幅回路21の出力電圧VoがA/D変換器5のA/D変換可能範囲(本実施形態では0.2V〜4.8V)内に収まるように、D/A変換器53から差動増幅回路21の第2入力端子に入力される基準電圧Vrを変更する。
【0042】
具体的に説明すると、まず、本第1実施形態の空燃比検出装置51では、空燃比の検出対象範囲が、従来装置101の検出対象範囲(A/F=13〜18)よりも広いA/F=10〜23となっている(図7参照)。そして更に、その検出対象範囲(A/F=10〜23)のうちで、従来装置101の検出対象範囲と同じ範囲(A/F=13〜18)は、従来装置101と同様の高い精度で空燃比を検出すべき高精度検出必要範囲となっている。
【0043】
そこで、まず、本第1実施形態の空燃比検出装置51において、差動増幅回路21の増幅率は、差動増幅回路21の第2入力端子に入力される基準電圧Vrが空燃比センサ1のプラス側端子AFpに印加される第1の電圧V1(=3.3V)であり、且つ、空燃比が高精度検出必要範囲(A/F=13〜18)に渡って変化した場合に、図2の中央部分に示す如く、差動増幅回路21の出力電圧VoがA/D変換器5のA/D変換可能範囲内であって高精度検出必要範囲についての検出精度を実現可能な出来るだけ広い範囲(本実施形態では例えば0.3V〜4.7V)に渡って変化するように設定されている。
【0044】
そして、マイコン3は、図2に示すように、高精度検出必要範囲内の空燃比を検出する場合には、D/A変換器53から差動増幅回路21の第2入力端子に供給する基準電圧Vrを第1の電圧V1(=3.3V)に設定し、高精度検出必要範囲外(A/F=10〜13,18〜23)の空燃比を検出する場合には、差動増幅回路21の出力電圧VoがA/D変換器5のA/D変換可能範囲内に収まるように、D/A変換器53から差動増幅回路21への基準電圧Vrを変更するようになっている。尚、マイコン3は、差動増幅回路21の出力電圧VoのA/D変換器5によるA/D変換値から、その差動増幅回路21の出力電圧VoがA/D変換器5のA/D変換可能範囲から外れそうになったことを検知すると、D/A変換器53へのデジタル値を変えて、差動増幅回路21への基準電圧Vrを変更する。
【0045】
また、マイコン3は、高精度検出必要範囲内の空燃比を検出する場合には、前述した従来装置101と同じ検出ロジックで空燃比を検出する。つまり、マイコン3は、A/D変換器5によるA/D変換値から、差動増幅回路21の出力電圧Voと、空燃比センサ1のプラス側端子AFpの実際の電圧(以下、プラス側端子電圧という)V1とを検出して、前述した式4における「(R42/R41)×(I×R7)」の値を求め、その値(換言すれば、センサ電流Iの検出値)から、所定の計算式や予め記憶されたデータマップに基づき空燃比を検出する。
【0046】
これに対して、高精度検出必要範囲以外(A/F=10〜13,18〜23)の空燃比を検出する場合、マイコン3は、A/D変換器5によるA/D変換値から、差動増幅回路21の出力電圧Voと、空燃比センサ1のプラス側端子電圧V1とを検出すると共に、その両検出値Vo,V1と、自分がD/A変換器53から差動増幅回路21に供給させている基準電圧Vrの値とから、空燃比を検出する。
【0047】
つまり、本実施形態の空燃比検出装置51において、差動増幅回路21の出力電圧Voは、前述した式1と式2から、下記の式5のように表すことができる。
Vo=Vr+(R42/R41)×(Vr−V1)+(R42/R41)×(I×R7)…式5
よって、VoとV1との検出値(実測値)と、D/A変換器53から差動増幅回路21に供給している基準電圧Vrとから、上記式5における「(R42/R41)×(I×R7)」の値を求め、その値から空燃比を検出すれば良い。
【0048】
尚、D/A変換器53から出力する基準電圧Vrを第1の電圧V1(=3.3V)に設定した場合、差動増幅回路21の出力電圧Voは、前述した式4となるが、その式4のVoと式5のVoとの差(即ち、Vr=V1にした場合のVoと、Vr≠V1にした場合のVoとの差)Dは、下記式6のようになる。
【0049】
D=(1+R42/R41)×(Vr−V1)…式6
よって、例えば、Vr=V1であると仮定した場合の差動増幅回路21の出力電圧Voと空燃比との関係を示したデータマップから、Voの検出値に対応した空燃比を求める構成であれば、高精度検出必要範囲以外(A/F=10〜13,18〜23)の空燃比を検出する場合には、Voの検出値から上記式6の差Dを引いた値を、データマップに当てはめて空燃比を求めても良い。
【0050】
また、Voの検出値から空燃比を求めるためのデータマップを、「(Vr−V1)」の値に応じて切り換えるようにしても良い。
以上のような本第1実施形態の空燃比検出装置51によれば、A/D変換器5として、高分解能の高価なA/D変換器を用いなくても、空燃比の広範囲検出と、特定の範囲(高精度検出必要範囲)での高精度検出とを、両立させることができる。つまり、差動増幅回路21の増幅率が高精度検出必要範囲を狙った値に設定されているため、その高精度検出必要範囲での高精度検出が可能であり、また、高精度検出必要範囲以外の拡大された範囲については、差動増幅回路21の出力電圧VoがA/D変換器5の入力フルスケール(0.2V〜4.8V)に収まるように、D/A変換器53から差動増幅回路21への基準電圧Vrが調整されるからである。
【0051】
次に、第2実施形態の空燃比検出装置について、図3を用い説明する。尚、図3において、前述した図1及び図6と同じ構成要素については、同一の符号を付しているため、詳細な説明は省略する。
図3に示すように、本第2実施形態の空燃比検出装置55は、図1に示した第1実施形態の空燃比検出装置51と比較すると、下記の(1)〜(3)の点が異なっている。
【0052】
(1):D/A変換器53の電圧出力端子は、差動増幅回路21の第2入力端子に直接接続されていない。
(2):その代わりに、差動増幅回路21の第2入力端子を空燃比センサ1のプラス側端子AFpとD/A変換器53の電圧出力端子との何れかに接続させる切替回路57(切替手段に相当)が追加されている。
【0053】
そして、この切替回路57は、2つのアナログスイッチ58,59を有しており、マイコン3からの切替信号Scがローレベルならば、アナログスイッチ58だけがオンして差動増幅回路21の第2入力端子をD/A変換器53の電圧出力端子に接続させ、逆に、マイコン3からの切替信号Scがハイレベルならば、アナログスイッチ59だけがオンして差動増幅回路21の第2入力端子を空燃比センサ1のプラス側端子AFpに接続させる。
【0054】
(3):マイコン3は、高精度検出必要範囲(A/F=13〜18)内の空燃比を検出する場合には、切替回路57により、差動増幅回路21の第2入力端子を空燃比センサ1のプラス側端子AFpに接続させ、高精度検出必要範囲外の空燃比を検出する場合には、切替回路57により、差動増幅回路21の第2入力端子をD/A変換器53の電圧出力端子に接続させた上で、第1実施形態と同様に、差動増幅回路21の出力電圧VoがA/D変換器5のA/D変換可能範囲内に収まるように、D/A変換器53から差動増幅回路21への基準電圧Vrを変更する。
【0055】
つまり、第2実施形態の空燃比検出装置55では、高精度検出必要範囲内の空燃比を検出する場合に、電流検出抵抗7の両端が差動増幅回路21の2つの入力端子に接続されるようにしている。
そして、このような空燃比検出装置55によれば、高精度検出必要範囲内の空燃比を検出する場合に、D/A変換器53の電圧出力誤差による影響が排除されるため、空燃比をより正確に検出することができるようになる。
【0056】
次に、第3実施形態の空燃比検出装置について、図4を用い説明する。尚、図4において、前述した図1及び図6と同じ構成要素については、同一の符号を付しているため、詳細な説明は省略する。
図4に示すように、本第3実施形態の空燃比検出装置61は、図1に示した第1実施形態の空燃比検出装置51と比較すると、差動増幅回路21への基準電圧Vrを可変にするための電圧可変手段として、D/A変換器53ではなく、マイコン3出力される2値振幅のオン/オフ信号(本実施形態では、ハイレベルが5Vであり、ローレベルが0Vである)を平滑化して差動増幅回路21の第2入力端子に出力する積分回路62を用いている点が異なっている。
【0057】
尚、積分回路62は、マイコン3における上記オン/オフ信号の出力端子と差動増幅回路21の第2入力端子(抵抗44のオペアンプ43側とは反対側の端部)との間に直列に挿入された抵抗63と、その抵抗63の差動増幅回路21側の端部に一端が接続され、他端が接地電位に接続されたコンデンサ65と、から構成されている。
【0058】
そして、本第3実施形態の空燃比検出装置61において、マイコン3は、積分回路62へ出力するオン/オフ信号のデューティ比により、その積分回路62から差動増幅回路21の第2入力端子に出力される基準電圧Vrを、第1実施形態と同様に変更する。つまり、積分回路62の出力電圧はマイコン3からのオン/オフ信号のデューティ比に応じて変化するからである。
【0059】
このような空燃比検出装置61によれば、差動増幅回路21への基準電圧Vrを非常に安価な構成で任意に変更することができ有利である。
次に、第4実施形態の空燃比検出装置について、図5を用い説明する。尚、図5において、前述した図1及び図6と同じ構成要素については、同一の符号を付しているため、詳細な説明は省略する。
【0060】
図5に示すように、本第4実施形態の空燃比検出装置67は、図1に示した第1実施形態の空燃比検出装置51と比較すると、下記の(A)及び(B)の点が異なっている。
(A):電源電圧VS(=5V)を分圧することにより所定のしきい値電圧Vthを発生する2つの分圧抵抗71,73と、その分圧抵抗71,73の接続点に生じるしきい値電圧Vthと差動増幅回路21の出力電圧Voとを大小比較する比較器69とが追加されている。そして、比較器69は、Vo<Vthの場合には、マイコン3への出力信号をハイレベルにし、Vo≧Vthになると、マイコン3への出力信号をハイレベルからローレベルに反転させる。
【0061】
また、しきい値電圧Vthは、A/D変換可能範囲の上限値(=4.8V)よりも若干低く、且つ、高精度検出必要範囲の空燃比を検出する場合における差動増幅回路21の出力電圧Voの最大値(=4.7V)と同じかそれよりも若干高い電圧(本実施形態では4.75V)に設定されている。
【0062】
(B):マイコン3は、高精度検出必要範囲内の空燃比を検出している場合に、差動増幅回路21の出力電圧Voがしきい値電圧Vth以上になって比較器69の出力信号がハイレベルからローレベルに反転すると、D/A変換器53から差動増幅回路21の第2入力端子に供給する基準電圧Vrを、第1の電圧V1(=3.3V)から、それよりも低い所定電圧Vbに変更して、差動増幅回路21の出力電圧VoがA/D変換器5のA/D変換可能範囲内に収まるようにし、その状態で、高精度検出必要範囲よりもリッチ側の空燃比を検出する。
【0063】
また、マイコン3は、差動増幅回路21への基準電圧Vrを上記所定電圧Vbにしている状態で、差動増幅回路21の出力電圧VoがA/F=13(高精度検出必要範囲の最リッチ値)に該当する値にまで低下したことを、A/D変換器5によるVoのA/D変換値に基づき検知したならば、差動増幅回路21への基準電圧Vrを第1の電圧V1に戻して、高精度検出必要範囲内の空燃比を検出する状態に戻る。
【0064】
このような第4実施形態の空燃比検出装置67によれば、例えば、燃料噴射制御で空燃比を急激にリーンからリッチにするような制御が行われて、差動増幅回路21の出力電圧Voが急に大きくなったしたとしても、マイコン3は、そのことを比較器69の出力によって速やかに検知することができ、延いては、差動増幅回路21への基準電圧Vrを速やかに変更して、該差動増幅回路21の出力電圧Voを確実にA/D変換可能範囲内に納めることができる。
【0065】
特に、差動増幅回路21の出力電圧Voが急激に変化した場合に、基準電圧Vrを変更すべきことをA/D変換器5によるVoのA/D変換値から判断していたのでは間に合わない(VoがA/D変換可能範囲を超えてしまう)虞がある場合に有効である。
【0066】
尚、この第4実施形態では、差動増幅回路21への基準電圧Vrを、高精度検出必要範囲の空燃比を検出するための第1の電圧V1から、その高精度検出必要範囲よりも1段階リッチ側の範囲の空燃比を検出するための所定電圧Vbへと切り替えるタイミングを、マイコン3に知らせるために、1つの比較器69を設けたが、基準電圧Vrを速やかに切り替えるべきタイミングが複数存在するのであれば、その切り替えタイミング毎(換言すれば、Voと大小比較すべきしきい値毎)に比較器を設ければ良い。
【0067】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
例えば、電圧可変手段として積分回路62を用いる図4の構成は、第2実施形態や第4実施形態の空燃比検出装置55,67に対しても、同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の空燃比検出装置の構成を表す回路図である。
【図2】第1実施形態の空燃比検出装置の作用を表す図である。
【図3】第2実施形態の空燃比検出装置の構成を表す回路図である。
【図4】第3実施形態の空燃比検出装置の構成を表す回路図である。
【図5】第4実施形態の空燃比検出装置の構成を表す回路図である。
【図6】従来の空燃比検出装置の構成を表す回路図である。
【図7】空燃比センサの電圧−電流特性の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
1…空燃比センサ(酸素濃度センサ)、AFm…マイナス側端子、AFp…プラス側端子、3…マイコン、5…A/D変換器、7…電流検出抵抗、9,11…電圧印加回路、13〜19,23,29,31,33,39,41,42,44,45,63,71,73…抵抗、21…差動増幅回路、25,35,43…オペアンプ、27,37…NPNトランジスタ、51,55,61,67…空燃比検出装置、53…D/A変換器、57…切替回路、58,59…アナログスイッチ、62…積分回路、65…コンデンサ、69…比較器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an oxygen concentration detection device that detects, for example, the oxygen concentration in exhaust gas of a vehicle engine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in the air-fuel ratio control of a vehicle-mounted engine, an oxygen concentration sensor (a fuel-air ratio of an air-fuel mixture sucked into the engine) that can linearly detect an oxygen concentration in an exhaust gas as a gas to be detected. Hereinafter, an air-fuel ratio sensor or simply a sensor is used.
[0003]
More specifically, this type of air-fuel ratio sensor, as shown in FIG. 7 showing an example of its voltage-current characteristics, changes the oxygen concentration (and hence the air-fuel ratio) in the exhaust gas with the application of a voltage. It is configured such that a corresponding current flows. In FIG. 7, the horizontal axis represents the value of the voltage applied to the air-fuel ratio sensor, and the vertical axis represents the value of the sensor current flowing through the air-fuel ratio sensor. In FIG. 7, the linear portion of the sensor current parallel to the horizontal axis indicates the limit current of the sensor, and the value of the limit current corresponds to the value of the air-fuel ratio (A / F).
[0004]
Therefore, in an air-fuel ratio detection device (oxygen concentration detection device) using such an air-fuel ratio sensor, a predetermined oxygen concentration detection voltage is applied between a pair of terminals of the air-fuel ratio sensor and the air-fuel ratio sensor flows through the air-fuel ratio sensor. The air-fuel ratio is calculated by detecting the limit current.
Next, FIG. 6 shows a configuration example of a conventional air-fuel
[0005]
As shown in FIG. 6, an air-fuel ratio sensor 1 as an oxygen concentration sensor is connected to the air-fuel
The air-fuel
[0006]
Here, in the voltage application circuit 9, the first voltage V 1 (= 3.3 V) generated at the connection point between the
[0007]
In the
[0008]
On the other hand, the
[0009]
Further, the voltage actually applied to the positive terminal AFp of the sensor 1 is also input to the A /
In the air-fuel
[0010]
Further, a voltage input to an end of the
[0011]
If the resistance value of the current detection resistor 7 is R7 and the positive direction of the sensor current I is the current direction at the time of rich, the following equation 2 is established.
[0012]
Vi = V1−I × R7 Equation 2
Further, in the air-fuel
Vr = V1 Equation 3
Therefore, from the above equations 1 to 3, the output voltage Vo of the
[0013]
Vo = V1 + (R42 / R41) × (I × R7)
Therefore, in the air-fuel
[0014]
Since R7, R41, and R42 in
[0015]
Further, in the air-fuel
[0016]
For example, assuming that the detection range of the air-fuel ratio is A / F = 13 to 18 and the A / D conversion possible range of the A /
[0017]
By setting such an amplification factor, the air-fuel ratio can be detected with high accuracy in the entire detection target range. That is, the output voltage Vo of the
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, in order to further improve fuel efficiency by a fuel injection method of directly injecting fuel into the cylinder of an engine (so-called direct injection), and to reduce emissions based on various laws and regulations, the detection range of the air-fuel ratio has been increased. As illustrated in FIG. 7, the detection range is expanded to a wider range (A / F = about 10 to 23) than the conventional range (A / F = 13 to 18), and the conventional detection target range (A / F = 13 to 18). Regarding 18), there has been a demand for detecting the air-fuel ratio with the same high accuracy as in the past.
[0019]
Here, in the above-described conventional air-fuel
[0020]
However, when the amplification factor of the
[0021]
A high-resolution (low-resolution) A / D converter may be used as the A /
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide an oxygen concentration detection device that can achieve both wide-range detection of oxygen concentration in a gas to be detected and high-precision detection in a specific detection range. I have.
[0022]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
In order to achieve the above object, in the oxygen concentration detecting device according to claim 1, as in the conventional device, an oxygen concentration sensor in which a current according to the oxygen concentration in the gas to be detected flows with application of a voltage. One end of the current detection resistor is connected to one of the pair of terminals. Then, the voltage applying means adjusts the voltage applied to the end of the current detection resistor opposite to the oxygen concentration sensor side so that the voltage of the one terminal of the oxygen concentration sensor becomes the first voltage, and By applying a second voltage different from the first voltage to the other terminal of the oxygen concentration sensor, the oxygen concentration, which is the difference between the first voltage and the second voltage, is applied between both terminals of the oxygen concentration sensor. Apply the detection voltage.
[0023]
Further, in this oxygen concentration detection device, a voltage (hereinafter, referred to as a generated voltage) at an end of the current detection resistor opposite to the oxygen concentration sensor side is input to the first input terminal, and a predetermined reference voltage is applied. A differential amplifier circuit that is input to a second input terminal and outputs a voltage corresponding to a difference between the reference voltage and the generated voltage, and an A / D converter that converts an output voltage of the differential amplifier circuit into a digital value And a detecting means for detecting the oxygen concentration in the gas to be detected based on the A / D converted value by the A / D converter.
[0024]
Here, in particular, in the oxygen concentration detecting device according to claim 1, a voltage variable according to a command output from the detecting means is output, and the voltage is input to the second input terminal of the differential amplifier circuit as the reference voltage. Means are provided. In this oxygen concentration detecting device, the detecting means sets the output voltage of the differential amplifier circuit to the A / D convertible range of the A / D converter (that is, the voltage of the voltage at which the A / D converter can perform the A / D conversion). The reference voltage input from the voltage variable means to the second input terminal of the differential amplifier circuit is changed so as to fall within the range.
[0025]
Therefore, according to the oxygen concentration detecting device of the first aspect, even without using a high-resolution A / D converter, the oxygen concentration in the gas to be detected can be detected in a wide range and the oxygen concentration in a specific detection range can be increased. Accuracy detection can be compatible.
In other words, even if the amplification factor of the differential amplifier circuit is constant, the output voltage of the differential amplifier circuit does not deviate from the A / D convertible range of the A / D converter. By changing the reference voltage input to the input terminal, a wide range of oxygen concentration can be detected, and the amplification factor of the differential amplifier circuit is higher than the other ranges in the entire oxygen concentration detection range in advance. For a specific range where detection accuracy is required (hereinafter referred to as a high-accuracy detection required range), setting is made so that the oxygen concentration can be detected with sufficient accuracy. Can be realized.
[0026]
As a specific example, for example, first, the amplification factor of the differential amplifier circuit is determined by determining that the reference voltage input to the second input terminal of the differential amplifier circuit is a predetermined voltage Va, and that the oxygen concentration in the detected gas is Is changed over the high-accuracy detection required range, the output voltage of the differential amplifier circuit is within the A / D conversion range of the A / D converter, and the detection accuracy in the high-accuracy detection required range can be realized. It is set to change over a wide range. Then, when detecting the oxygen concentration within the high-accuracy detection required range, the detection means sets the reference voltage input from the voltage variable means to the second input terminal of the differential amplifier circuit to the above Va, When detecting the oxygen concentration outside the required detection range, the voltage varying means controls the output voltage of the differential amplifier circuit so that the output voltage falls within the A / D convertible range of the A / D converter. The reference voltage input to the two input terminals may be changed to a voltage different from Va.
[0027]
By the way, as the voltage varying means, for example, a circuit that selectively outputs one of a plurality of voltages generated by resistance voltage division by a selection switch or the like may be used. As described in above, using a D / A converter that outputs a voltage corresponding to the digital value from the detection means is advantageous in that an arbitrary voltage can be output.
[0028]
According to a third aspect of the present invention, as the voltage varying means, an integrating circuit for smoothing and outputting a binary amplitude on / off signal output from the detecting means is used, and the detecting means uses the on / off signal. If the output voltage of the integrating circuit as the voltage varying means is changed according to the duty ratio, the reference voltage to the differential amplifier circuit can be arbitrarily changed with a very inexpensive configuration. In other words, the integration circuit can be generally composed of a capacitor and a resistor, and is much cheaper than a D / A converter.
[0029]
Next, in the oxygen concentration detection device according to
[0030]
That is, in the oxygen concentration detecting apparatus according to the fourth aspect, the predetermined voltage Va in the above specific example is applied to the terminal of the oxygen concentration sensor to which one end of the current detection resistor is connected. (Corresponding to the voltage V1 applied to the terminal AFp in FIG. 6).
[0031]
According to the oxygen concentration detection device of the fourth aspect, there is an advantage that the same detection logic as that of the related art can be used as it is in the high-accuracy detection required range. That is, if the reference voltage to the differential amplifier circuit changes, the relationship between the output voltage of the differential amplifier circuit and the sensor current (current flowing through the oxygen concentration sensor and the current detection resistor) also changes. The oxygen concentration may be detected from the A / D conversion value of the output voltage of the differential amplifier circuit by the D converter and the value of the reference voltage supplied to the differential amplifier circuit from the voltage variable means. When the reference voltage to the differential amplifier circuit is set to the first voltage when detecting the oxygen concentration in the required range of the high-precision detection, the differential amplifier circuit is supplied with the current detection as in the conventional device of FIG. This is because the voltages at both ends of the resistor are input as two input signals, and the circuit configuration is equivalent to that of the conventional device.
[0032]
Next, the oxygen concentration detecting device according to
[0033]
Then, when detecting the oxygen concentration within the high-accuracy detection required range, the detection means replaces the input of the output voltage of the voltage variable means to the second input terminal of the differential amplifier circuit by the switching means. When the second input terminal of the differential amplifier circuit is connected to the one terminal of the oxygen concentration sensor to detect the oxygen concentration outside the required range of the high-accuracy detection, the switching means uses the second input terminal of the differential amplifier circuit. The terminal is connected to the voltage output terminal of the voltage variable means, and the voltage variable means is connected to the second terminal of the differential amplifier circuit so that the output voltage of the differential amplifier circuit falls within the A / D converter possible range of the A / D converter. Change the reference voltage input to the two input terminals.
[0034]
In other words, in the oxygen concentration detecting device according to the fifth aspect, both ends of the current detection resistor are connected to the two input terminals of the differential amplifier circuit when detecting the oxygen concentration within the high-accuracy detection required range. . According to this oxygen concentration detection device, when detecting the oxygen concentration within the high-accuracy detection required range, the influence of the voltage output error of the voltage variable means is eliminated, so that the oxygen concentration can be detected more accurately. Will be able to
[0035]
By the way, the detecting means detects that the output voltage of the differential amplifier circuit is about to exceed the A / D convertible range (in other words, that the timing to change the reference voltage to the differential amplifier circuit has arrived). May be determined from the A / D conversion value of the output voltage of the differential amplifier circuit by the A / D converter.
[0036]
However, a situation in which the output voltage of the differential amplifier circuit changes rapidly may occur, and when the output voltage changes rapidly, it is not enough to judge the change timing of the reference voltage from the A / D conversion value. If there is a possibility that the voltage does not exist (the output voltage exceeds the A / D conversion possible range), the magnitude of the output voltage of the differential amplifier circuit is compared with a predetermined threshold voltage. A comparator may be provided, and the detection means may be configured to change the reference voltage to the differential amplifier circuit based on the comparison result of the comparator. In this case, the threshold voltage of the comparator may be set to a voltage slightly before the A / D conversion possible range, and the detection means detects the differential inversion when detecting the output inversion of the comparator. What is necessary is just to change the reference voltage to an amplifier circuit.
[0037]
According to the oxygen concentration detecting device of the sixth aspect, even if the output voltage of the differential amplifier circuit changes abruptly, the reference voltage to the differential amplifier circuit is quickly changed, and The output voltage of the dynamic amplifying circuit can be reliably kept within the A / D conversion possible range.
[0038]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an air-fuel ratio detection device (oxygen concentration detection device) according to an embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
First, FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration of the air-fuel
[0039]
As shown in FIG. 1, the air-fuel
[0040]
In the present embodiment, the D /
[0041]
Then, in the air-fuel
[0042]
More specifically, first, in the air-fuel
[0043]
Therefore, first, in the air-fuel
[0044]
Then, as shown in FIG. 2, when detecting the air-fuel ratio within the high-accuracy detection required range, the microcomputer 3 supplies the reference supplied from the D /
[0045]
When detecting the air-fuel ratio within the high-accuracy detection required range, the microcomputer 3 detects the air-fuel ratio using the same detection logic as the
[0046]
On the other hand, when detecting an air-fuel ratio outside the required range of high-accuracy detection (A / F = 10 to 13, 18 to 23), the microcomputer 3 calculates the A / D conversion value from the A /
[0047]
That is, in the air-fuel
Vo = Vr + (R42 / R41) × (Vr−V1) + (R42 / R41) × (I × R7)
Therefore, from the detection values (actually measured values) of Vo and V1 and the reference voltage Vr supplied to the
[0048]
Note that when the reference voltage Vr output from the D /
[0049]
D = (1 + R42 / R41) × (Vr−V1)
Therefore, for example, an air-fuel ratio corresponding to the detected value of Vo may be obtained from a data map showing the relationship between the output voltage Vo of the
[0050]
Further, the data map for obtaining the air-fuel ratio from the detected value of Vo may be switched according to the value of “(Vr−V1)”.
According to the air-fuel
[0051]
Next, an air-fuel ratio detection device according to a second embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the same components as those in FIGS. 1 and 6 described above are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.
As shown in FIG. 3, the air-fuel
[0052]
(1): The voltage output terminal of the D /
(2): Instead, a switching
[0053]
The switching
[0054]
(3): When detecting the air-fuel ratio within the high-accuracy detection required range (A / F = 13 to 18), the microcomputer 3 causes the switching
[0055]
That is, in the air-fuel
According to such an air-fuel
[0056]
Next, an air-fuel ratio detection device according to a third embodiment will be described with reference to FIG. Note that, in FIG. 4, the same components as those in FIGS. 1 and 6 described above are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.
As shown in FIG. 4, the air-fuel
[0057]
The integrating
[0058]
Then, in the air-fuel
[0059]
According to such an air-fuel
Next, an air-fuel ratio detection device according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the same components as those in FIGS. 1 and 6 described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0060]
As shown in FIG. 5, the air-fuel ratio detecting device 67 of the fourth embodiment is different from the air-fuel
(A): Two
[0061]
Further, the threshold voltage Vth is slightly lower than the upper limit value (= 4.8 V) of the A / D conversion possible range, and the threshold voltage Vth of the
[0062]
(B): When the microcomputer 3 detects the air-fuel ratio within the high-accuracy detection required range, the output voltage Vo of the
[0063]
Also, the microcomputer 3 sets the reference voltage Vr to the
[0064]
According to the air-fuel ratio detection device 67 of the fourth embodiment, for example, control is performed such that the air-fuel ratio is suddenly changed from lean to rich by fuel injection control, and the output voltage Vo of the
[0065]
In particular, when the output voltage Vo of the
[0066]
In the fourth embodiment, the reference voltage Vr to the
[0067]
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, it cannot be overemphasized that this invention can take various forms.
For example, the configuration of FIG. 4 using the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration of an air-fuel ratio detection device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating an operation of the air-fuel ratio detection device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of an air-fuel ratio detection device according to a second embodiment.
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a configuration of an air-fuel ratio detection device according to a third embodiment.
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a configuration of an air-fuel ratio detection device according to a fourth embodiment.
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration of a conventional air-fuel ratio detection device.
FIG. 7 is a graph showing an example of a voltage-current characteristic of the air-fuel ratio sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Air-fuel ratio sensor (oxygen concentration sensor), AFm ... Minus side terminal, AFp ... Plus side terminal, 3 ... Microcomputer, 5 ... A / D converter, 7 ... Current detection resistor, 9, 11 ... Voltage application circuit, 13 19, 23, 29, 31, 33, 39, 41, 42, 44, 45, 63, 71, 73... Resistors, 21... Differential amplifier circuits, 25, 35, 43. , 51, 55, 61, 67 ... air-fuel ratio detection device, 53 ... D / A converter, 57 ... switching circuit, 58, 59 ... analog switch, 62 ... integration circuit, 65 ... capacitor, 69 ... comparator
Claims (6)
前記酸素濃度センサの前記一方の端子の電圧が第1の電圧となるように、前記電流検出抵抗の前記酸素濃度センサ側とは反対側の端部に印加する電圧を調整すると共に、前記酸素濃度センサの他方の端子に前記第1の電圧とは異なる第2の電圧を印加することにより、前記酸素濃度センサの両端子間に前記第1の電圧と前記第2の電圧との差分である酸素濃度検出用電圧を印加する電圧印加手段と、前記電流検出抵抗の前記酸素濃度センサ側とは反対側の端部の電圧(以下、発生電圧という)が第1入力端子に入力されると共に、所定の基準電圧が第2入力端子に入力され、前記基準電圧と前記発生電圧との差に応じた電圧を出力する差動増幅回路と、
該差動増幅回路の出力電圧をデジタル値に変換するA/D変換器と、
該A/D変換器によるA/D変換値に基づいて前記被検出ガス中の酸素濃度を検出する検出手段と、
を備えた酸素濃度検出装置であって、
前記検出手段からの指令に応じた電圧を出力して、その電圧を前記差動増幅回路の第2入力端子へ前記基準電圧として入力させる電圧可変手段を備え、
前記検出手段は、前記A/D変換器がA/D変換可能な電圧の範囲であるA/D変換可能範囲内に前記差動増幅回路の出力電圧が収まるように、前記電圧可変手段から前記差動増幅回路の第2入力端子に入力される基準電圧を変更すること、
を特徴とする酸素濃度検出装置。Among a pair of terminals of the oxygen concentration sensor through which a current according to the oxygen concentration in the gas to be detected flows with the application of the voltage, a current detection resistor having one end connected to one terminal,
The voltage applied to the end of the current detection resistor opposite to the oxygen concentration sensor side is adjusted so that the voltage of the one terminal of the oxygen concentration sensor becomes the first voltage, and the oxygen concentration By applying a second voltage different from the first voltage to the other terminal of the sensor, oxygen which is a difference between the first voltage and the second voltage is applied between both terminals of the oxygen concentration sensor. A voltage application means for applying a voltage for concentration detection, and a voltage (hereinafter referred to as a generated voltage) at an end of the current detection resistor opposite to the oxygen concentration sensor side is input to a first input terminal and a predetermined A differential amplifier circuit that receives the reference voltage of the second input terminal and outputs a voltage corresponding to a difference between the reference voltage and the generated voltage
An A / D converter for converting an output voltage of the differential amplifier circuit into a digital value;
Detecting means for detecting the oxygen concentration in the gas to be detected based on the A / D converted value by the A / D converter;
An oxygen concentration detection device comprising:
A voltage varying unit that outputs a voltage according to a command from the detection unit and causes the voltage to be input to the second input terminal of the differential amplifier circuit as the reference voltage,
The detection unit is configured to output the voltage from the voltage variable unit so that an output voltage of the differential amplifier circuit falls within an A / D conversion range, which is a range of a voltage that can be A / D converted by the A / D converter. Changing a reference voltage input to a second input terminal of the differential amplifier circuit;
An oxygen concentration detection device characterized by the above-mentioned.
前記電圧可変手段は、前記検出手段からのデジタル値に応じた電圧を出力するD/A変換器であること、
を特徴とする酸素濃度検出装置。The oxygen concentration detecting device according to claim 1,
The voltage varying unit is a D / A converter that outputs a voltage according to a digital value from the detection unit;
An oxygen concentration detection device characterized by the above-mentioned.
前記電圧可変手段は、前記検出手段から出力される2値振幅のオン/オフ信号を平滑化して出力する積分回路からなり、
前記検出手段は、前記オン/オフ信号のデューティ比により、前記電圧可変手段の出力電圧を変更すること、
を特徴とする酸素濃度検出装置。The oxygen concentration detecting device according to claim 1,
The voltage variable means includes an integration circuit for smoothing and outputting a binary amplitude on / off signal output from the detection means,
The detecting unit changes an output voltage of the voltage varying unit according to a duty ratio of the on / off signal;
An oxygen concentration detection device characterized by the above-mentioned.
前記差動増幅回路の増幅率は、
前記差動増幅回路の第2入力端子に入力される基準電圧が前記第1の電圧であり、且つ、前記被検出ガス中の酸素濃度が、該酸素濃度の全検出対象範囲のうちで他の範囲よりも高い検出精度が要求される特定の範囲に渡って変化した場合に、前記差動増幅回路の出力電圧が前記A/D変換可能範囲内であって前記検出精度を実現可能な範囲に渡って変化するように設定されており、
前記検出手段は、
前記特定の範囲内の酸素濃度を検出する場合には、前記電圧可変手段から前記差動増幅回路の第2入力端子に入力される基準電圧を前記第1の電圧に設定し、前記特定の範囲外の酸素濃度を検出する場合には、前記差動増幅回路の出力電圧が前記A/D変換可能範囲内に収まるように、前記電圧可変手段から前記差動増幅回路の第2入力端子に入力される基準電圧を変更すること、
を特徴とする酸素濃度検出装置。The oxygen concentration detecting device according to any one of claims 1 to 3,
The amplification factor of the differential amplifier circuit is
The reference voltage input to the second input terminal of the differential amplifier circuit is the first voltage, and the oxygen concentration in the gas to be detected is different from the entire detection range of the oxygen concentration. If the output voltage of the differential amplifier circuit is within the range where the A / D conversion is possible and the detection accuracy can be realized when the output voltage changes over a specific range where a detection accuracy higher than the range is required. Is set to change across
The detecting means,
When detecting the oxygen concentration within the specific range, a reference voltage input from the voltage variable means to the second input terminal of the differential amplifier circuit is set to the first voltage, When detecting the outside oxygen concentration, the input from the voltage variable means to the second input terminal of the differential amplifier circuit so that the output voltage of the differential amplifier circuit falls within the A / D convertible range. Changing the reference voltage,
An oxygen concentration detection device characterized by the above-mentioned.
前記差動増幅回路の第2入力端子を、前記酸素濃度センサの前記一方の端子と前記電圧可変手段の電圧出力端子との何れかに接続させる切替手段を備え、
前記検出手段は、
前記特定の範囲内の酸素濃度を検出する場合には、前記電圧可変手段の出力電圧を前記差動増幅回路の第2入力端子に入力させることに代えて、前記切替手段により、前記差動増幅回路の第2入力端子を前記酸素濃度センサの前記一方の端子に接続させ、
前記特定の範囲外の酸素濃度を検出する場合には、前記切替手段により、前記差動増幅回路の第2入力端子を前記電圧可変手段の電圧出力端子に接続させると共に、前記差動増幅回路の出力電圧が前記A/D変換可能範囲内に収まるように、前記電圧可変手段から前記差動増幅回路の第2入力端子に入力される基準電圧を変更すること、
を特徴とする酸素濃度検出装置。The oxygen concentration detecting device according to claim 4,
Switching means for connecting a second input terminal of the differential amplifier circuit to one of the one terminal of the oxygen concentration sensor and a voltage output terminal of the voltage variable means,
The detecting means,
When detecting the oxygen concentration within the specific range, instead of inputting the output voltage of the voltage variable unit to the second input terminal of the differential amplifier circuit, the switching unit performs the differential amplification. Connecting a second input terminal of the circuit to the one terminal of the oxygen concentration sensor;
When detecting the oxygen concentration outside the specific range, the switching means connects the second input terminal of the differential amplifier circuit to the voltage output terminal of the voltage variable means, Changing a reference voltage input from the voltage variable means to a second input terminal of the differential amplifier circuit so that an output voltage falls within the A / D conversion possible range;
An oxygen concentration detection device characterized by the above-mentioned.
前記差動増幅回路の出力電圧と所定のしきい値電圧とを大小比較する比較器を備え、
前記検出手段は、前記比較器の比較結果に基づいて、前記基準電圧の変更を実施すること、
を特徴とする酸素濃度検出装置。The oxygen concentration detection device according to any one of claims 1 to 5,
A comparator for comparing the output voltage of the differential amplifier circuit with a predetermined threshold voltage,
The detecting unit changes the reference voltage based on a comparison result of the comparator;
An oxygen concentration detection device characterized by the above-mentioned.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002226247A JP2004069370A (en) | 2002-08-02 | 2002-08-02 | Oxygen concentration detector |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007212189A (en) * | 2006-02-07 | 2007-08-23 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Sensor control device, gas sensor system, control method of sensor control device and sensing method of concentration data related to specific gas component |
| RU2582487C1 (en) * | 2015-03-04 | 2016-04-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Device for determining concentration of oxygen |
| RU2613596C1 (en) * | 2016-02-29 | 2017-03-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Device for determining the oxygen concentration |
| JP2017207397A (en) * | 2016-05-19 | 2017-11-24 | 日本特殊陶業株式会社 | Gas concentration detecting device |
-
2002
- 2002-08-02 JP JP2002226247A patent/JP2004069370A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007212189A (en) * | 2006-02-07 | 2007-08-23 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Sensor control device, gas sensor system, control method of sensor control device and sensing method of concentration data related to specific gas component |
| RU2582487C1 (en) * | 2015-03-04 | 2016-04-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Device for determining concentration of oxygen |
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