図面 (/)

技術 空燃比センサの制御装置および異常検出方法

出願人 株式会社デンソーテントヨタ自動車株式会社
発明者 渡邊将利梅山重人小宮基樹木戸啓介森崎知治三浦広土
出願日 2016年7月20日 (2年11ヶ月経過) 出願番号 2016-142771
公開日 2018年1月25日 (1年5ヶ月経過) 公開番号 2018-013401
状態 特許登録済
技術分野 電気化学的な材料の調査、分析 濃淡電池(酸素濃度の測定)
主要キーワード 検出対象電圧 保護要求 割り込みポート 短絡判定 スパイクノイズ VS電圧 各出力電圧 過電流保護動作
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年1月25日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

ガスセンサ素子に接続される端子地絡天絡する異常の検出処理負荷を抑えつつ精度よく行うことができる空燃比センサ制御装置および異常検出方法を提供すること。

解決手段

実施形態にかかる空燃比センサの制御装置は、制御部と、電圧異常検出部と、短絡異常検出部と、を備える。制御部は、ガスセンサ素子に接続される複数の端子を介してガスセンサ素子の電流および電圧を制御する。電圧異常検出部は、複数の端子の少なくとも一つの電圧が所定範囲外になった場合に、出力電圧電圧レベルを変化させる。短絡異常検出部は、出力電圧の電圧レベルが第1の電圧から第2の電圧へ変化した場合に、所定時間だけ制御部から複数の端子への電流を抑制する保護動作を制御部に実行させ、保護動作の解除後に、出力電圧の電圧レベルが第2の電圧である場合に、短絡異常を検出する。

概要

背景

車両の燃費向上などを目的として、内燃機関から排出される排気ガス中の空気と燃料の比である空燃比目標空燃比に近づけるフィードバック制御が広く知られており、かかる空燃比は、空燃比センサ(A/Fセンサ)によって検出される。

空燃比センサとして、ガスセンサ素子に接続される複数の端子への電流および電圧を空燃比の検出のために制御する空燃比センサが知られている。かかる空燃比センサにおいて、ガスセンサ素子に接続される端子の電圧に基づいて、かかる端子が地絡天絡する異常を検出する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

概要

ガスセンサ素子に接続される端子が地絡や天絡する異常の検出処理負荷を抑えつつ精度よく行うことができる空燃比センサの制御装置および異常検出方法を提供すること。実施形態にかかる空燃比センサの制御装置は、制御部と、電圧異常検出部と、短絡異常検出部と、を備える。制御部は、ガスセンサ素子に接続される複数の端子を介してガスセンサ素子の電流および電圧を制御する。電圧異常検出部は、複数の端子の少なくとも一つの電圧が所定範囲外になった場合に、出力電圧電圧レベルを変化させる。短絡異常検出部は、出力電圧の電圧レベルが第1の電圧から第2の電圧へ変化した場合に、所定時間だけ制御部から複数の端子への電流を抑制する保護動作を制御部に実行させ、保護動作の解除後に、出力電圧の電圧レベルが第2の電圧である場合に、短絡異常を検出する。

目的

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ガスセンサ素子に接続される端子が地絡や天絡する異常の検出処理を負荷を抑えつつ精度よく行うことができる空燃比センサの制御装置および異常検出方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

ガスセンサ素子に接続される複数の端子を介して前記ガスセンサ素子の電流および電圧を制御する制御部と、前記複数の端子の少なくとも一つの電圧が所定範囲外になった場合に、出力電圧電圧レベルを変化させる電圧異常検出部と、前記出力電圧の電圧レベルが第1の電圧から第2の電圧へ変化した場合に、前記制御部から前記複数の端子への電流を抑制する保護動作を前記制御部に所定時間実行させ、前記保護動作の解除後に、前記出力電圧の電圧レベルが前記第2の電圧である場合に、短絡異常を検出する短絡異常検出部と、を備えることを特徴とする空燃比センサ制御装置

請求項2

前記制御部は、前記複数の端子を高インピーダンス状態にすることで前記保護動作を実行することを特徴とする請求項1に記載の空燃比センサの制御装置。

請求項3

前記短絡異常検出部は、前記出力電圧の電圧レベルの変化を検出するエッジ検出部と、前記出力電圧の電圧レベルの状態を検出するレベル検出部と、前記出力電圧の電圧レベルの前記第1の電圧から前記第2の電圧への変化が前記エッジ検出部によって検出された場合に、前記保護動作を前記制御部に前記所定時間実行させる制御処理部と、前記保護動作の解除後に、前記レベル検出部によって前記出力電圧の電圧レベルが前記第2の電圧であると判定された場合に、前記短絡異常があると判定する短絡判定部と、を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の空燃比センサの制御装置。

請求項4

ガスセンサ素子に接続される複数の端子の少なくとも一つの電圧が所定範囲外になった場合に、出力電圧の電圧レベルを変化させる工程と、前記出力電圧の電圧レベルが変化した場合に、前記複数の端子への電流の抑制を所定時間行い、前記抑制の解除後に、前記出力電圧の電圧レベルの状態に基づき、短絡異常を検出する工程と、を含むことを特徴とする空燃比センサの異常検出方法。

技術分野

0001

本発明は、空燃比センサ制御装置および異常検出方法に関する。

背景技術

0002

車両の燃費向上などを目的として、内燃機関から排出される排気ガス中の空気と燃料の比である空燃比目標空燃比に近づけるフィードバック制御が広く知られており、かかる空燃比は、空燃比センサ(A/Fセンサ)によって検出される。

0003

空燃比センサとして、ガスセンサ素子に接続される複数の端子への電流および電圧を空燃比の検出のために制御する空燃比センサが知られている。かかる空燃比センサにおいて、ガスセンサ素子に接続される端子の電圧に基づいて、かかる端子が地絡天絡する異常を検出する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0004

特開2005−291991号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、ガスセンサ素子に接続される端子の電圧の状態を所定時間間隔サンプリングして地絡や天絡する異常を検出する場合、異常検出のための負荷が大きくなる。

0006

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ガスセンサ素子に接続される端子が地絡や天絡する異常の検出処理を負荷を抑えつつ精度よく行うことができる空燃比センサの制御装置および異常検出方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

実施形態の一態様に係る空燃比センサの制御装置は、制御部と、電圧異常検出部と、短絡異常検出部とを備える。前記制御部は、ガスセンサ素子に接続される複数の端子を介して前記ガスセンサ素子の電流および電圧を制御する。前記電圧異常検出部は、前記複数の端子の少なくとも一つの電圧が所定範囲外になった場合に、出力電圧電圧レベルを変化させる。前記短絡異常検出部は、前記出力電圧の電圧レベルが第1の電圧から第2の電圧へ変化した場合に、所定時間だけ前記制御部から前記複数の端子への電流を抑制する保護動作を前記制御部に実行させ、前記保護動作の解除後に、前記出力電圧の電圧レベルが前記第2の電圧である場合に、短絡異常を検出する。

発明の効果

0008

実施形態の一態様によれば、ガスセンサ素子に接続される端子が地絡や天絡する異常の検出処理を負荷を抑えつつ精度よく行うことができる空燃比センサの制御装置および異常検出方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

0009

図1は、実施形態に係る空燃比センサの構成の一例を示す図である。
図2は、図1に示すガスセンサ素子の構成の一例を示す図である。
図3は、図1に示す制御装置の構成の一例を示す図である。
図4は、電圧異常検出部の構成の一例を示す図である。
図5は、短絡異常検出部の構成の一例を示す図である。
図6は、端子が天絡した場合の端子の電圧および出力電圧の変化を示す図である。
図7は、短絡異常検出部が実行する短絡異常検出処理の一例を示すフローチャートである。

実施例

0010

以下に、本発明にかかる空燃比センサ(A/Fセンサ)の制御装置および異常検出方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、かかる実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

0011

[1.空燃比センサの構成]
図1は、本発明の実施形態に係る空燃比センサの構成の一例を示す図である。図1に示すように、空燃比センサ100は、ガスセンサ素子1と、制御装置2とを備え、例えば、排気ガス中の酸素濃度(空燃比)を検出する。

0012

ガスセンサ素子1は、不図示のガス検出室への酸素の汲み入れや汲み出しを行うポンプセル4と、ガス検出室の酸素濃度を検出するための検出セル5とを備える。制御装置2は、端子Tipと、端子Tcomと、端子Tvsと、制御部10と、電圧異常検出部20と、短絡異常検出部30とを備える。

0013

端子Tipは、ポンプセル4の一端に接続され、端子Tcomは、ポンプセル4の他端と検出セル5の一端とに共通に接続され、端子Tvsは、検出セル5の他端に接続される。制御部10は、端子Tip、端子Tcomおよび端子Tvsを介してガスセンサ素子1の電流および電圧を制御する。

0014

例えば、制御部10は、端子Tcomの電圧Vcomが一定電圧になるように電圧を出力し、また、端子Tvsの電圧Vsが所定電圧になるように、端子Tipからガスセンサ素子1のポンプセル4へ電流Ipを供給する。制御部10は、ポンプセル4への電流Ipに基づき、空燃比(以下、A/F値と記載する場合がある)を演算する。

0015

電圧異常検出部20は、複数の端子Tip、Tcom、Tvs(以下、総称して端子Tと記載する場合がある)の少なくとも一つの電圧が所定範囲外になった場合に、出力電圧Vdの電圧レベルを変化させる。なお、地絡は、例えば、基準電位(例えば、接地電位)に端子Tが短絡することを意味し、天絡は、例えば、電源電位に端子Tが短絡することを意味する。

0016

短絡異常検出部30は、電圧異常検出部20から出力される出力電圧Vdの電圧レベルの変化およびその後の状態に基づいて、各端子Tの地絡または天絡の異常(以下、短絡異常と記載する場合がある)を検出する。

0017

かかる短絡異常検出部30は、出力電圧Vdの電圧レベルがHighレベル(第1の電圧の一例)からLowレベル(第2の電圧の一例)へ変化した場合に、所定時間だけ制御部10に過電流に対する保護動作(以下、過電流保護動作と記載する場合がある)を実行させる。そして、短絡異常検出部30は、所定時間の過電流保護動作が解除されてから、出力電圧Vdの電圧レベルがLowレベルであると判定した場合に、短絡異常を検出する。

0018

スパイクノイズなどのノイズや瞬間的な短絡などによって端子Tの電圧が変化した場合に、短絡異常検出部30は、出力電圧Vdの電圧レベルをHighレベルからLowレベルへ変化させてしまう場合がある。そのため、出力電圧Vdの電圧レベルが変化したことのみで地絡または天絡の異常を検出すると、地絡または天絡を誤検出してしまうおそれがある。そこで、短絡異常検出部30は、複数回の判定結果に基づき、地絡または天絡の異常を検出しており、これにより、地絡または天絡の異常を精度よく検出できる。

0019

また、出力電圧Vdの電圧レベルがHighレベルからLowレベルへ変化した後、出力電圧Vdの電圧レベルがLowレベルのままである場合、出力電圧Vdの電圧レベルの変化によって短絡異常を判断することが難しい。一方、短絡異常検出部30は、出力電圧Vdの電圧レベルがLowレベルであるか否かのレベル検出を行い、出力電圧Vdの電圧レベルがLowレベルである場合に、短絡異常を検出する。これにより、地絡または天絡の異常を精度よく検出できる。

0020

また、スパイクノイズなどのノイズや瞬間的な短絡などによって端子Tの電圧が所定時間変動することで出力電圧Vdの電圧レベルがHighレベルとLowレベルとの間で変化が連続することがある。そのため、出力電圧Vdの電圧レベルの変化を検出した後すぐに出力電圧Vdの電圧レベルの状態を検出すると、短絡異常を誤検出してしまうおそれがある。

0021

一方、短絡異常検出部30は、上述したように、出力電圧Vdが変化した場合に制御部10に所定時間の過電流保護動作を実行させ、かかる過電流保護動作の解除後に出力電圧Vdの電圧レベルがLowレベルであるか否かのレベル検出を行う。そのため、制御部10を保護しつつ、出力電圧Vdの電圧レベルが変化してから時間を空けることができ、地絡または天絡の異常を精度よく検出することができる。

0022

また、過電流保護動作が実行されている場合、地絡または天絡していない端子Tの電圧が不定になる場合があるため、短絡異常検出部30は、過電流保護動作中ではなく、過電流保護動作が解除された後の出力電圧Vdに基づいて、短絡異常の検出処理を実行する。これにより、地絡または天絡の異常をさらに精度よく検出することができる。

0023

また、レベル検出のみで短絡異常を精度よく検出しようとする場合、短い時間間隔で出力電圧Vdの電圧レベルを連続して判定することになり処理負荷が大きくなるが、短絡異常検出部30は、出力電圧Vdの電圧レベルの変化を検出するエッジ検出の後に、レベル検出を行う。そのため、レベル検出のみで短絡異常を検出する場合に比べ、処理負荷を軽減することができる。

0024

[2.空燃比センサ100]
次に、図1に示す空燃比センサ100の構成の一例について説明する。図2は、ガスセンサ素子1の構成の一例を示す図である。図3は、図1に示す制御装置2の構成の一例を示す図である。なお、空燃比センサ100の制御装置2は、例えば、車両に設けられたECU(Electronic Control Unit)内に設けられ、また、ガスセンサ素子1は、例えば、車両の内燃機関の排気管に配置される。

0025

[2.1.ガスセンサ素子1の構成例]
まず、図2を参照してガスセンサ素子1の構成の一例について説明する。ガスセンサ素子1は、例えば、全領域空燃比ガスセンサ素子であり、図2に示すように、固体電解質体81、絶縁基体85、固体電解質体87、89を順に積層した構成を有する。

0026

固体電解質体81、87、89は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体であり、例えば、ジルコニア(ZrO2)にイットリア(Y2O3)を添加して構成される。絶縁基体85は、例えば、アルミナなどによって構成される。

0027

絶縁基体85にはガス検出室90が形成され、かかるガス検出室90の両端には、ガス検出室90への排気ガスの流入量を規制する多孔質状拡散律速部84が設けられる。

0028

ポンプセル4は、固体電解質体81と、当該固体電解質体81の両面に多孔質白金などにより形成された電極82、83とを備え、電極82、83間に供給される電流の大きさおよび方向に応じてガス検出室90への酸素の汲み入れや汲み出しを行う。電極82は、例えば、多孔質性の保護層80によって保護される。

0029

検出セル5は、固体電解質体87と、当該固体電解質体87の両面に多孔質の白金などにより形成された電極86、88とを備える。電極86、88間に定電流Icpが供給されることにより、ガス検出室90の酸素濃度に応じた起電力が電極86、88間に発生する。

0030

[2.2.制御装置2の構成例]
次に、図3に示す制御装置2の構成の一例について説明する。制御装置2は、上述したように、端子Tip、Tcom、Tvsと、制御部10と、電圧異常検出部20と、短絡異常検出部30とを備える。

0031

かかる制御装置2は、例えば、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等の集積回路により実現される。なお、制御装置2は、演算処理の一部または全部をCPU(Central Processing Unit)によって実行する構成であってもよい。例えば、短絡異常検出部30は、CPU、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入出力(I/O)ポートなどを有するマイクロコンピュータで構成してもよい。

0032

[2.2.1.制御部10]
制御部10は、電圧制御部11と、電圧検出部12と、フィードバック制御部13と、電流供給部14と、電流検出部15と、空燃比演算部16とを備える。

0033

電圧制御部11は、ガスセンサ素子1の端子T2の電圧が一定の電圧になるように電圧を出力する。かかる電圧制御部11は、オペアンプOP1と、抵抗R1〜R3とを備え、抵抗R1と抵抗R2との接続点が一定電圧Vaになるように動作し、抵抗R1を介して端子Tcomへ一定電圧Vaを供給する。なお、電圧制御部11は、端子T2の電圧が一定の電圧になるように電圧を出力する構成であればよく、図3に示す構成に限定されない。

0034

電圧検出部12は、電流源40と、オペアンプOP3とを備える。電流源40は、検出セル5に定電流Icpを流す。オペアンプOP3はボルテージフォロアとして機能し、端子Tvsの電圧の瞬時値(以下、VS電圧Vsと記載する)を検出し、かかるVS電圧Vsをフィードバック制御部13へ出力する。なお、電圧検出部12は、定電流Icpを流し、かつ、VS電圧Vsを検出する構成であればよく、図3に示す構成に限定されない。

0035

フィードバック制御部13は、電圧検出部12によって検出されるVS電圧Vsに応じた制御電圧Vcntを生成し、かかる制御電圧Vcntを電流供給部14へ出力する。例えば、フィードバック制御部13は、VS電圧Vsと基準電圧値Vrefとの差に応じた制御電圧Vcntを生成し、電流供給部14へ出力する。

0036

電流供給部14は、抵抗R4〜R8と、オペアンプOP2とを備え、フィードバック制御部13から出力される制御電圧Vcntと基準電圧Vbとの差に応じた方向および大きさの電流Ipを端子Tipからガスセンサ素子1のポンプセル4へ供給する。なお、電流供給部14は図3に示す回路に限定されるものではなく、フィードバック制御部13の制御に応じた電流Ipを端子T1へ供給することができる構成であればよい。

0037

電流検出部15は、ポンプセル4に流れる電流Ipの瞬時値(以下、IP電流Ipと記載する)を検出する。かかる電流検出部15は、オペアンプOP1の出力と一定電圧Vaとの差から抵抗R2の両端電圧Vr2の値を検出し、かかる両端電圧Vr2の値からIP電流Ip(=Vr2/R2)を検出する。なお、電流検出部15は、IP電流Ipを検出する構成であればよく、図3に示す構成に限定されない。

0038

また、図3に示していないが、制御装置2には電流源40と共に定電流Icpを流すための電流源が端子Tcomに設けられており、定電流Icpは電流検出部15によって検出されるIP電流Ipには含まれない。

0039

空燃比演算部16は、電流検出部15によって検出されたIP電流Ipに基づいて空燃比(A/F値)を演算する。このように、制御部10は、複数の端子Tを介してガスセンサ素子1の電流および電圧を制御して空燃比(A/F値)を検出する。

0040

かかる制御部10は、短絡異常検出部30から過電流保護要求が行われた場合、端子Tip、Tcom、Tvsへの過電流を抑制する過電流保護動作を実行する。例えば、制御部10は、オペアンプOP1、OP2の出力を高インピーダンス状態にし、また、電流源40などの電流源を高インピーダンス状態にする過電流保護動作を実行する。

0041

これにより、ガスセンサ素子1の端子Tip、Tcom、Tvsが高インピーダンスになり、端子Tip、Tcom、Tvsへの過電流が抑制される。なお、電流源40などの電流源の定電流が小さい場合、電流源40などの電流源に対してさらにインピーダンスを高くする処理をしなくてもよい。

0042

また、過電流保護動作は、各端子Tへの過電流が抑制される動作であればよく、上記構成に限定されない。例えば、短絡異常検出部30から過電流保護要求が行われた場合に電流制限を行う電流制限回路を電圧制御部11や電流供給部14に設ける構成であってもよい。かかる電流制限回路を動作させることで、地絡または天絡時にガスセンサ素子1の外部からみて各端子Tを高インピーダンスの状態にすることもできる。

0043

また、制御部10は、例えば、端子Tが地絡した場合に、オペアンプOP1、OP2の出力を基準電位(例えば、接地電位)になるように制御し、端子Tが天絡した場合に、オペアンプOP1、OP2の出力を電源電位になるように制御して過電流保護動作を行ってもよい。これによっても、過電流保護を行うことができる。

0044

[2.2.2.電圧異常検出部20]
電圧異常検出部20は、電圧異常検出部21〜23を備える。電圧異常検出部21は、端子Tipの電圧Vpが所定範囲外になった場合に、短絡異常検出部30へ出力する出力電圧Vo1の電圧レベルをHighレベルからLowレベルへ変化させる。

0045

電圧異常検出部22は、端子Tcomの電圧Vcomが所定範囲外になった場合に、短絡異常検出部30へ出力する出力電圧Vo2の電圧レベルをHighレベルからLowレベルへ変化させる。電圧異常検出部23は、端子Tvsの電圧Vsが所定範囲外になった場合に、短絡異常検出部30へ出力する出力電圧Vo3の電圧レベルをHighレベルからLowレベルへ変化させる。なお、出力電圧Vo1〜Vo3は、上述した出力電圧Vdの一例であり、以下、出力電圧Voと総称する場合がある。

0046

図4は、電圧異常検出部21の構成の一例を示す図である。図4に示すように、電圧異常検出部21は、コンパレータ41、42と、論理積演算部43とを備える。コンパレータ41は、端子Tipの電圧Vpが下限値Vpmin以上である場合、Highレベルの電圧を出力し、電圧Vpが下限値Vpmin未満である場合に、Lowレベルの電圧を出力する。

0047

また、コンパレータ42は、端子Tipの電圧Vpが上限値Vpmax以下である場合、Highレベルの電圧を出力し、電圧Vpが上限値Vpmaxを超える場合に、Lowレベルの電圧を出力する。なお、下限値Vpminは、基準電位(例えば、接地電位)よりも高く、上限値Vpmaxは、電源電位よりも低い。

0048

論理積演算部43は、例えば、AND回路であり、コンパレータ41の出力と、コンパレータ42の出力との論理積に応じた出力電圧Vo1を出力する。例えば、論理積演算部43は、コンパレータ41の出力およびコンパレータ42の出力のいずれかがHighレベルからLowレベルへ変化した場合、出力電圧Vo1をHighレベルからLowレベルへ変化させる。なお、電圧異常検出部22、23も電圧異常検出部21と同様の構成にすることができ、この場合、各端子Tに応じた下限値と上限値とが設定される。

0049

このように、電圧異常検出部21は、端子Tipの電圧Vpが所定範囲(Vmin≦Vp≦Vmax)内である場合に、出力電圧Vo1の電圧レベルをHighレベルにする。また、電圧異常検出部21は、電圧Vpが所定範囲以外になった場合に、出力電圧Vo1の電圧レベルをHighレベルからLowレベルへ変化させる。

0050

なお、電圧異常検出部21〜23は、端子Tの電圧が下限値未満になったかどうかを示す出力電圧と端子Tの電圧が上限値を超えたかどうかを示す出力電圧とを別々に短絡異常検出部30へ出力する構成であってもよい。

0051

また、電圧異常検出部22に、電圧異常検出部21〜23の出力電圧Vo1〜Vo3を入力する論理積回路を設け、かかる論理積回路の出力を出力電圧Voとして短絡異常検出部30へ出力することもできる。これにより、出力電圧Vo1〜Vo3のいずれかがHighレベルからLowレベルへ変化した場合に、HighレベルからLowレベルへ変化する出力電圧Voを短絡異常検出部30へ出力することができる。

0052

[2.2.3.短絡異常検出部30]
短絡異常検出部30は、出力電圧Vo1〜Vo3の電圧レベルの変化に基づき、所定時間TAだけ過電流保護動作を制御部10に実行させ、かかる過電流保護動作の解除後、出力電圧Vo1〜Vo3の電圧レベルの状態に基づき、短絡異常を検出する。

0053

例えば、短絡異常検出部30は、出力電圧Vo1の電圧レベルがHighレベルからLowレベルへ変化した場合に、所定時間TAだけ過電流保護動作を制御部10に実行させ、かかる過電流保護動作の解除後に、出力電圧Vo1の電圧レベルがLowレベルである場合に、端子Tipの短絡異常を検出する。短絡異常検出部30は、出力電圧Vo2、Vo3についても出力電圧Vo1と同様に電圧レベルの変化とレベル状態とを検出して端子Tcom、Tvsの短絡異常を検出する。

0054

図5は、短絡異常検出部30の構成の一例を示す図である。図5に示すように、短絡異常検出部30は、エッジ検出部31a〜31c(以下、エッジ検出部31と総称する場合がある)と、レベル検出部32a〜32c(以下、レベル検出部32と総称する場合がある)と、制御処理部33と、短絡判定部34とを備える。

0055

エッジ検出部31aは、出力電圧Vo1の電圧レベルがHighレベルからLowレベルへ変化したことを検出し、かかる検出結果を制御処理部33へ通知する。エッジ検出部31bは、出力電圧Vo2の電圧レベルがHighレベルからLowレベルへ変化したことを検出し、かかる検出結果を制御処理部33へ通知する。エッジ検出部31cは、出力電圧Vo3の電圧レベルがHighレベルからLowレベルへ変化したことを検出し、かかる検出結果を制御処理部33へ通知する。

0056

レベル検出部32aは、出力電圧Vo1の電圧レベルを検出し、かかる検出結果を短絡判定部34へ通知する。レベル検出部32bは、出力電圧Vo2の電圧レベルを検出し、かかる検出結果を短絡判定部34へ通知する。レベル検出部32cは、出力電圧Vo3の電圧レベルを検出し、かかる検出結果を短絡判定部34へ通知する。

0057

制御処理部33は、エッジ検出部31a〜31cによる検出結果に基づき、出力電圧Vo1〜Vo3の電圧レベルのいずれかがHighレベルからLowレベルへ変化したと判定すると、所定時間TAだけ制御部10に過電流保護動作を実行させるように制御部10へ過電流保護要求を行う。かかる過電流保護要求は、例えば、制御処理部33から所定時間TAだけHighレベルになる保護要求信号Spを制御部10へ出力することによって行われる。この場合、制御部10は、保護要求信号SpがHighレベルである場合に、過電流保護動作を実行する。

0058

このように、出力電圧Voが変化した場合に、過電流保護動作を制御部10に開始させるため、過電流による故障を防止することができる。また、エッジ検出部31a〜31cを割り込みポートとし、出力電圧Vo1〜Vo3の電圧レベルがHighレベルからLowレベルへ変化した場合に制御処理部33に対してエッジ検出部31a〜31cから割り込みが発生するように構成することで、短絡異常検出部30の処理負荷を低減することができる。

0059

短絡判定部34は、所定時間TAが経過したあと、すなわち、過電流保護動作が解除された後、出力電圧Vo1〜Vo3のうち電圧レベルがHighレベルからLowレベルへ変化した出力電圧Vo(以下、検出対象電圧Votと記載する)の電圧レベルがLowレベルであるか否かを判定する。そして、短絡判定部34は、検出対象電圧Votの電圧レベルがLowレベルと判定した場合に、短絡異常が発生したと判定する。

0060

過電流保護動作が制御部10によって実行される場合、地絡または天絡していない端子Tの電圧が不定になる場合がある。例えば、各端子Tが過電流保護動作によって高インピーダンス状態になった場合、端子Tの電圧は不定になり、地絡または天絡していない端子Tに対応する出力電圧Voの電圧レベルがLowレベルになってしまう可能性がある。

0061

そのため、ノイズなどの影響により出力電圧VoがHighレベルからLowレベルへ変化して過電流保護動作が開始した後、かかる過電流保護動作中に出力電圧Voの電圧レベルに基づいて短絡異常の判定を行うと、短絡異常の誤検出を行うおそれがある。

0062

一方、短絡異常検出部30は、過電流保護動作が解除された後の出力電圧Vo1〜Vo3に基づいて、短絡異常の検出処理を実行することから、地絡または天絡の異常をさらに精度よく検出することができる。

0063

また、制御処理部33は、制御部10が過電流保護動作中には、エッジ検出部31の検出結果に対する処理も行わない。これにより、例えば、エッジ検出部31a〜31cを割り込みポートとした場合に不要な割り込みによる処理を制御処理部33に実行させることを防止でき、短絡異常検出部30の処理負荷を軽減することができ、また、短絡異常の誤検出を防止することができる。

0064

図6は、端子Tipが天絡した場合の端子Tipの電圧Vpおよび出力電圧Vo1の変化を示す図である。図6に示すように、端子Tipが天絡して端子Tipの電圧Vpが上限値Vpmaxを超えたタイミング(時刻t1)で、電圧異常検出部21から出力される出力電圧Vo1がHighレベルからLowレベルへ変化する。そのため、エッジ検出部31aによって出力電圧Vo1の変化が検出され、制御処理部33は、制御部10に過電流保護動作を実行させ、所定時間TA後にタイマトリガが発生するように内部タイマを設定する。

0065

タイマトリガに基づき、出力電圧Vo1の変化が検出されてから所定時間TAが経過したタイミング(時刻t2)で、制御処理部33は、過電流保護動作を解除する。短絡判定部34は、過電流保護動作が解除されたタイミング(時刻t2)から所定時間TB後のタイミング(時刻t3)で、出力電圧Vo1の電圧レベルがLowレベルであるかを判定する。

0066

なお、所定時間TBは、例えば、過電流保護動作から通常動作への移行が完了するタイミングよりも長い時間であり、また、地絡または短絡による過電流で制御部10が故障する時間よりも短い時間に設定される。これにより、制御部10の動作が安定している状態であって過電流によって制御部10が故障する前までに、出力電圧Vo1の電圧レベルを確実に検出することができる。

0067

時刻t3において、短絡判定部34は、出力電圧Vo1の電圧レベルがLowレベルである場合、短絡異常が発生したと判定し、出力電圧Vo1の電圧レベルがHighレベルである場合、短絡異常が発生していないと判定する。

0068

このように、短絡異常検出部30は、出力電圧Vo1の電圧レベルがHighレベルからLowレベルへ変化した後、出力電圧Vo1の電圧レベルがLowレベルであるかを判定して短絡異常を判定する。そのため、例えば、レベル検出のみを用いた短絡異常検出、すなわち、出力電圧Vo1の電圧レベルを所定時間間隔で繰り返しサンプリングして短絡異常を判定する場合に比べ短絡異常検出部30の処理負荷を低減することができる。

0069

また、端子Tipが地絡または天絡している場合、出力電圧Vo1の電圧レベルは過電流保護中もLowレベルのままであるため、出力電圧Vo1の電圧レベルの変化によって短絡異常を判断することが難しい。一方、短絡異常検出部30は、出力電圧Vo1の電圧レベルがLowレベルである場合に、短絡異常を検出するため、地絡または天絡の異常を精度よく検出することができる。

0070

なお、短絡判定部34は、時刻t3から所定時間TCが経過するまで、所定時間毎に出力電圧Vo1の電圧レベルを検出し、かかる電圧レベルが所定回数継続してLowレベルである場合に、短絡異常が発生していると判定することができる。なお、時刻t2から所定時間TCまでの期間は、地絡または短絡による過電流で制御部10が故障する時間よりも短い時間である。

0071

また、制御処理部33は、所定時間TAの過電流保護動作を所定時間TD(≧TB)の間隔を空けて繰り返し制御部10に実行させることができる。この場合、短絡判定部34は、過電流保護動作が解除してから所定時間TBが経過する毎に、出力電圧Vo1の電圧レベルを検出し、かかる電圧レベルが所定回数継続してLowレベルである場合に、短絡異常が発生していると判定することができる。

0072

[3.短絡異常検出部30の短絡異常検出処理フロー
次に、フローチャートを用いて、短絡異常検出部30の短絡異常検出処理の流れの一例を説明する。図7は、短絡異常検出部30が実行する短絡異常検出処理の一例を示すフローチャートである。

0073

図7に示すように、短絡異常検出部30の制御処理部33は、出力電圧Voのエッジを検出したか否か、すなわち、出力電圧Voの電圧レベルがHighレベルからLowレベルへの変化があるか否かを判定する(ステップS10)。

0074

出力電圧Voのエッジが発生したと判定した場合(ステップS10;Yes)、制御処理部33は、制御部10に過電流保護動作を開始させ(ステップS11)、電圧異常検出部21からの割り込みに対する処理を禁止する(ステップS12)。制御処理部33は、過電流保護動作を開始させてから所定時間TAが経過したか否かを判定し(ステップS13)、所定時間TAが経過したと判定した場合(ステップS13;Yes)、過電流保護動作を制御部10に解除させる(ステップS14)。

0075

次に、短絡異常検出部30の短絡判定部34は、過電流保護動作を解除してから所定時間TB後の出力電圧Voの電圧レベルがLowレベルであるか否かを判定する(ステップS15)。短絡判定部34が出力電圧Voの電圧レベルがLowレベルであると判定した場合(ステップS15;Yes)、制御処理部33は、制御部10に過電流保護動作を開始させ(ステップS16)、短絡判定部34は、短絡異常が発生したことを検出する(ステップS17)。

0076

一方、短絡判定部34が出力電圧Voの電圧レベルがLowレベルではないと判定した場合(ステップS15;No)、制御処理部33は、電圧異常検出部21からの割り込みに対する処理を許可し(ステップS18)、また、制御部10に過電流保護動作を解除させる(ステップS19)。

0077

出力電圧Voのエッジが発生していないと判定した場合(ステップS10;No)、または、ステップS19の処理が終了した場合、短絡異常検出部30は、図7に示す処理を繰り返し実行する。

0078

なお、上述した電圧異常検出部20は、端子Tの電圧が所定範囲外になった場合に、出力電圧VoをHighレベルからLowレベルへ変化させるが、かかる例に限定されない。例えば、端子Tの電圧が所定範囲外になった場合に、出力電圧VoをLowレベルからHighレベルへ変化させるように電圧異常検出部20を構成してもよい。

0079

この場合、短絡異常検出部30は、出力電圧VoがLowレベルからHighレベルへ変化した場合に、制御部10に所定時間TAだけ過電流保護動作を実行させ、過電流保護動作の解除後、出力電圧VoがHighレベルである場合に、短絡異常が発生していると判定する。

0080

また、上述した制御装置2は、3端子のガスセンサ素子1を制御するが、制御装置2は、2端子のガスセンサ素子を制御する構成であってもよい。この場合、制御装置2は、2つの端子Tの電圧に対して上記処理を行うことができる。

0081

また、上述した短絡異常検出部30は、各出力電圧Voの電圧レベルの変化と状態に基づいて、短絡異常の処理を行うが、かかる例に限定されない。例えば、2つ以上の出力電圧Voの電圧レベルが同時に変化した場合には、レベル検出部32での検出結果を判定することなく、短絡異常が発生したと判定することもできる。

0082

以上のように、空燃比センサ100は、制御部10と、電圧異常検出部20と、短絡異常検出部30とを備える。制御部10は、ガスセンサ素子1に接続される複数の端子Tを介してガスセンサ素子1の電流および電圧を制御する。電圧異常検出部20は、複数の端子Tの少なくとも一つの電圧が所定範囲外になった場合に、出力電圧Voの電圧レベルを変化させる。短絡異常検出部30は、出力電圧Voの電圧レベルが第1の電圧(例えば、Highレベル)から第2の電圧(例えば、Lowレベル)へ変化した場合に、制御部10から複数の端子Tへの電流を抑制する過電流保護動作を制御部10に所定時間TA実行させ、この過電流保護動作の解除後に、出力電圧Voの電圧レベルが第2の電圧である場合に、短絡異常を判定する。これにより、例えば、レベル検出のみで短絡異常を検出する場合に比べ、処理負荷を抑えつつ精度よく短絡異常を検出することができる。また、過電流保護動作を実行させた後に、出力電圧Voの電圧レベルの状態を検出するため、過電流によって制御部10が故障する前までに、出力電圧Voの電圧レベルを確実に検出することができる。

0083

また、制御部10は、複数の端子Tを高インピーダンス状態にすることで過電流保護動作を実行する。これにより、制御部10の故障をより適切に防止することができ、過電流保護動作の解除後の短絡異常検出を精度よく行うことができる。

0084

また、短絡異常検出部30は、エッジ検出部31と、レベル検出部32と、制御処理部33と、短絡判定部34とを備える。エッジ検出部31は、出力電圧Voの電圧レベルの変化を検出する。レベル検出部32は、出力電圧Voの電圧レベルの状態を検出する。制御処理部33は、出力電圧Voの電圧レベルの第1の電圧から第2の電圧への変化がエッジ検出部31によって検出された場合に、過電流保護動作を制御部10に所定時間TA実行させる。短絡判定部34は、過電流保護動作の解除後に、レベル検出部32によって出力電圧Voの電圧レベルが第2の電圧であると判定された場合に、短絡異常があると判定する。これにより、例えば、エッジ検出部31を割り込みポートとし、出力電圧Voの電圧レベルが変化した場合に制御処理部33に対してエッジ検出部31から割り込みが発生するように構成することで、短絡異常検出部30の処理負荷を低減することができる。

0085

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

0086

1ガスセンサ素子
2制御装置
10 :制御部
20〜23電圧異常検出部
30短絡異常検出部
31、31a〜31cエッジ検出部
32、32a〜32cレベル検出部
33制御処理部
34短絡判定部

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • アークレイ株式会社の「 アスコルビン酸測定用電極およびバイオセンサ」が 公開されました。( 2019/05/23)

    【課題】アスコルビン酸の即時測定を、精度よく、低コストで簡便に行うことを課題とする。【解決手段】電極と、アスコルビン酸からの電子授受を行う非触媒の電子アクセプター、並びに、アミノ酸と糖類および/または... 詳細

  • 株式会社フジクラの「 ガスセンサ」が 公開されました。( 2019/05/23)

    【課題】エラーを容易に検出することができるガスセンサを提供する。【解決手段】検出対象ガスの濃度に対する電気化学的出力値の特性が互いに異なる一対のセンサ素子12,13を少なくとも含み、電解質膜121,1... 詳細

  • 日本特殊陶業株式会社の「 ガスセンサ」が 公開されました。( 2019/05/23)

    【課題】消費電力を低減する。【解決手段】ガスセンサ1は、セラミックユニット(以下、CU)11と変換部12とCU31とガス流通管4とセンサ素子32と単一のヒータ33とを備える。CU11は、自身の内部に被... 詳細

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ