(57)【要約】【課題】酸素濃度センサに対して直列に電流検出抵抗を設けることなく、酸素濃度センサのインピーダンスを検出する。【解決手段】酸素濃度センサ（以下、センサ）３のインピーダンスを検出するＥＣＵ１は、コンデンサ７と、電圧生成回路９から出力される所定電圧ＶＤでコンデンサ７を充電するためのスイッチ１１と、充電されたコンデンサ７からセンサ３に放電させるためのスイッチ１２と、制御部１９と、を備える。制御部１９は、スイッチ１１，１２を制御することにより、コンデンサ７を所定電圧ＶＤで充電した後、コンデンサ７からセンサ３に放電させる。そして、制御部１９は、放電が開始されてから所定の放電時間が経過したときのコンデンサ７の電圧を検出し、その検出した電圧を用いてセンサ３のインピーダンスを算出する。【選択図】図１
2018116029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量を有する容量素子（７）と、
前記容量素子を所定電圧で充電する充電部（１１，１９，Ｓ１１０，Ｓ１６０）と、
前記充電部により充電された前記容量素子から酸素濃度センサ（３）に放電させる放電部（１２，１９，Ｓ１７０，Ｓ２３０）と、
前記放電部による放電が開始されてから所定の放電時間が経過したときの前記容量素子の電圧を検出する放電中検出部（１７，１９，Ｓ１８０，Ｓ１９０）と、
前記放電中検出部により検出された電圧を用いて、前記酸素濃度センサのインピーダンスを算出するインピーダンス算出部（１９，Ｓ２１０）と、
を備える酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の酸素濃度センサのインピーダンス検出装置であって、
前記放電部による放電が開始される前の前記容量素子の電圧である放電前電圧を検出する放電前検出部（１７，１９，Ｓ１５０）、を更に備え、
前記インピーダンス算出部は、前記放電前検出部により検出された前記放電前電圧を更に用いて、前記酸素濃度センサのインピーダンスを算出するように構成されている、
酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の酸素濃度センサのインピーダンス検出装置であって、
前記充電部による充電が開始されてから所定の充電時間が経過したときの前記容量素子の電圧を検出する充電中検出部（１７，１９，Ｓ１２０，Ｓ１３０）と、
前記充電中検出部により検出された電圧に基づいて前記容量素子の静電容量を算出する容量算出部（１９，Ｓ２００）と、を更に備え、
前記インピーダンス算出部は、前記容量算出部により算出された静電容量を更に用いて、前記酸素濃度センサのインピーダンスを算出するように構成されている、
酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の酸素濃度センサのインピーダンス検出装置であって、
前記放電中検出部により検出された電圧と所定の基準電圧とを大小比較し、その比較結果に応じて、前記放電部が次回に動作する場合の前記放電中検出部における前記放電時間を変更する時間変更部（１９，Ｓ３１０〜Ｓ３３０）、を更に備える、
酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の酸素濃度センサのインピーダンス検出装置であって、
前記時間変更部は、
前記放電中検出部により検出された電圧である放電中電圧が前記基準電圧よりも小さい場合には、前記放電時間を今回の値よりも短くし、前記放電中電圧が前記基準電圧よりも大きい場合には、前記放電時間を今回の値よりも長くするように構成されている、
酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の酸素濃度センサのインピーダンス検出装置であって、
前記所定電圧を出力する電圧出力部（９）、を更に備え、
前記充電部は、
前記電圧出力部から前記容量素子への充電経路に設けられたスイッチである充電用スイッチ（１１）を備え、
前記放電部は、
前記容量素子から前記酸素濃度センサへの放電経路に設けられたスイッチである放電用スイッチ（１２）を備える、
酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載の酸素濃度センサのインピーダンス検出装置であって、
前記酸素濃度センサに対して並列に設けられたスイッチ（１３）、を更に備える、
酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７の何れか１項に記載の酸素濃度センサのインピーダンス検出装置であって、
前記放電中検出部により検出された電圧である放電中電圧が所定の上限閾値以上か否かを判定し、前記放電中電圧が前記上限閾値以上の場合には、異常が生じていると判定する高インピーダンス異常判定部（１９，Ｓ４１０，Ｓ４２０）、を更に備える、
酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８の何れか１項に記載の酸素濃度センサのインピーダンス検出装置であって、
前記放電中検出部により検出された電圧である放電中電圧が所定の下限閾値以下か否かを判定し、前記放電中電圧が前記下限閾値以下の場合には、異常が生じていると判定する低インピーダンス異常判定部（１９，Ｓ４３０，Ｓ４４０）、を更に備える、
酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。
【請求項１０】
請求項３に記載の酸素濃度センサのインピーダンス検出装置であって、
前記容量素子に対して並列に設けられたスイッチ（１３，２３）、を更に備える、
酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。
【請求項１１】
請求項３又は請求項１０に記載の酸素濃度センサのインピーダンス検出装置であって、
前記容量算出部により算出された静電容量が所定範囲内か否かを判定し、前記静電容量が前記所定範囲内でない場合には、異常が生じていると判定する回路異常判定部（１９，Ｓ４５０，Ｓ４６０）、を更に備える、
酸素濃度センサのインピーダンス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、酸素濃度センサのインピーダンスを検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素濃度センサのインピーダンスを検出する装置として、例えば、特許文献１又は特許文献２に記載されたものがある。以下では、酸素濃度センサのことを、単にセンサともいう。また、酸素濃度センサのインピーダンスのことを、センサインピーダンス、あるいは単に、インピーダンスともいう。
【０００３】
特許文献１の装置では、センサと電流検出抵抗との直列回路に所定の固定電圧を印加して、センサの両端電圧ΔＶｓと電流検出抵抗の両端電圧ΔＶｒとを検出し、その２つの両端電圧ΔＶｓ，ΔＶｒからセンサインピーダンスを算出している。このような方式を、以下では、固定電圧印加方式という。尚、電流検出抵抗の抵抗値は既知であるため、電流検出抵抗の両端電圧ΔＶｒを検出することは、センサに流れた電流を検出することに相当する。
【０００４】
特許文献２の装置では、センサと電流検出抵抗との直列回路に所定の固定電流を印加して、センサの両端電圧ΔＶｓと電流検出抵抗の両端電圧ΔＶｒとを検出し、その２つの両端電圧ΔＶｓ，ΔＶｒからセンサインピーダンスを算出している。このような方式を、以下では、固定電流印加方式という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１０５０６５号公報
【特許文献２】特開２０１６−３８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
固定電圧印加方式と固定電流印加方式との何れにおいても、センサに対して直列に電流検出抵抗を設けることとなり、回路規模の大型化を招きやすい。更に、センサインピーダンスの十分な検出精度を確保するためには、少なくとも、抵抗値精度の高い電流検出抵抗が必要となり、装置の高コスト化を招きやすい。
【０００７】
また、センサインピーダンスの検出精度を確保するためには、センサの両端電圧ΔＶｓと、電流検出抵抗の両端電圧ΔＶｒとが、電圧の検出分解能よりも大きな電圧となるようにする必要がある。しかし、固定電圧印加方式において、センサインピーダンスが小さい場合には、センサの両端電圧ΔＶｓが小さくなり、センサインピーダンスが大きい場合には、電流検出抵抗の両端電圧ΔＶｒが小さくなる。固定電流印加方式においても、センサインピーダンスが小さい場合には、センサの両端電圧ΔＶｓが小さくなる。
【０００８】
このため、固定電圧印加方式において、センサインピーダンスの検出精度を確保するためには、上記直列回路に印加する電圧（以下、印加電圧）を大きくすることが考えられる。同様に、固定電流印加方式において、センサインピーダンスの検出精度を確保するためには、上記直列回路に印加する電流（以下、印加電流）を大きくすることが考えられる。しかし、印加電圧又は印加電流を大きくするにしても、センサインピーダンスが大きい場合にセンサの両端電圧ΔＶｓが該センサの定格電圧を超えないようにする必要がある。よって、センサに対して直列に電流検出抵抗を設ける上記各方式では、センサインピーダンスの検出精度を確保し難い。
【０００９】
そこで、本開示は、酸素濃度センサに対して直列に電流検出抵抗を設けなくても、センサインピーダンスを検出可能な新規の技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の酸素濃度センサのインピーダンス検出装置は、静電容量を有する容量素子（７）と、充電部（１１，１９，Ｓ１１０，Ｓ１６０）と、放電部（１２，１９，Ｓ１７０，Ｓ２３０）と、放電中検出部（１７，１９，Ｓ１８０，Ｓ１９０）と、インピーダンス算出部（１９，Ｓ２１０）と、を備える。
【００１１】
充電部は、容量素子を所定電圧で充電する。放電部は、充電部により充電された容量素子から酸素濃度センサ（３）に放電させる。放電中検出部は、放電部による放電が開始されてから所定の放電時間が経過したときの容量素子の電圧を検出する。インピーダンス算出部は、放電中検出部により検出された電圧を用いて、酸素濃度センサのインピーダンスを算出する。インピーダンス算出部によって算出されたインピーダンスが、当該インピーダンス検出装置によって検出されたインピーダンスに相当する。
【００１２】
このような構成によれば、酸素濃度センサに対して直列に電流検出抵抗を設けなくても、センサインピーダンスを検出することができる。また、上記放電時間を適宜設定することにより、放電中検出部により検出される電圧がセンサインピーダンスの検出に適した所望の範囲内の電圧となるようにすることができる。このため、前述した従来の方式と比較して、センサインピーダンスの検出精度を確保し易い。
【００１３】
尚、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施態様の電子制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】インピーダンス検出処理を表すフローチャートである。
【図３】インピーダンス検出処理を説明するためのタイムチャートである。
【図４】第２実施形態の時間設定処理を表すフローチャートである。
【図５】時間設定処理の作用を表すタイムチャートである。
【図６】第３実施形態の異常判定処理を表すフローチャートである。
【図７】他の実施形態の電子制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１に示すように、第１実施形態のインピーダンス検出装置に相当する電子制御装置（以下、ＥＣＵ）１には、酸素濃度センサ（以下、センサ）３の一端が接続されている。センサ３の他端は、ＥＣＵ１の外部において、グランドラインに接続されている。ＥＣＵは、「Electronic Control Unit」の略である。以下では、センサ３のグランドライン側とは反対側の端部、即ち、ＥＣＵ１に接続される方の端部を、センサ３のプラス側端子と言う。
【００１６】
センサ３は、車両のエンジンの排気経路に配置される。センサ３は、特定の空燃比（例えば、理論空燃比）で出力電圧が急変する特性を有したセンサである。このようなセンサは酸素センサあるいはＯ２センサと呼ばれる。
【００１７】
このため、ＥＣＵ１は、センサ３の出力電圧を検出し、その検出結果に基づいて、実際の空燃比が上記特定の空燃比となるように、エンジンへの燃料噴射量を補正する。
また、ＥＣＵ１は、センサ３のインピーダンスを検出することで、そのインピーダンスと相関があるセンサ３の温度を推定し、センサ３内に実装されているヒータを、上記推定した温度が目標温度となるように制御する。
【００１８】
尚、図１において、センサ３内のヒータは図示が省略されている。また、ヒータの制御や燃料噴射量の補正については、本開示のインピーダンス検出装置との関連性が低いため、詳細な説明を省略する。以下では、センサ３のインピーダンスを検出することについて詳細に説明する。
【００１９】
図１に示すように、センサ３の等価回路は、電極間容量３ａと電極界面抵抗３ｂとの並列な回路と、センサ３の素子を構成しているジルコニアのインピーダンスＲｓと起電力成分３ｃとが、直列に接続された回路として表される。検出対象であるセンサ３のインピーダンスは、詳しくは、上記ジルコニアのインピーダンスＲｓである。このため、以下では、センサ３のインピーダンスの符号として「Ｒｓ」を用いる。センサ３には、電極界面抵抗３ｂがあるため、ＥＣＵ１は、インピーダンスＲｓを検出するために、センサ３に対して交流的な電圧を印加する。交流的な電圧とは、時間に対して値が変化する電圧のことである。
【００２０】
ＥＣＵ１は、静電容量を有するコンデンサ７と、電圧生成回路９と、第１スイッチ１１と、第２スイッチ１２と、第３スイッチ１３と、抵抗１５と、電圧検出部１７と、制御部１９と、を備える。
【００２１】
コンデンサ７の一端は、グランドラインに接続されている。以下では、コンデンサ７のグランドライン側とは反対側の端部を、コンデンサ７のプラス側端子と言う。
電圧生成回路９は、電源電圧Ｖｏから一定の所定電圧（例えば、１．３Ｖ）ＶＤを生成して、その所定電圧ＶＤを出力部９ａから出力する。電源電圧Ｖｏは例えば車両のバッテリ電圧である。
【００２２】
第１スイッチ１１は、電圧生成回路９の出力部９ａとコンデンサ７のプラス側端子との間の経路に設けられている。この第１スイッチ１１が設けられる経路は、電圧生成回路９からコンデンサ７への充電経路である。第１スイッチ１１がオンすることで、充電経路が導通して、コンデンサ７が電圧生成回路９からの所定電圧ＶＤにより充電される。また、第１スイッチ１１がオフすれば、充電経路が切断される。
【００２３】
第２スイッチ１２は、コンデンサ７のプラス側端子とセンサ３のプラス側端子との間の経路に設けられている。この第２スイッチ１２が設けられる経路は、コンデンサ７からセンサ３への放電経路である。第２スイッチ１２がオンすることで、放電経路が導通して、コンデンサ７からセンサ３へ放電される。また、第２スイッチ１２がオフすれば、放電経路が切断される。
【００２４】
第３スイッチ１３は、センサ３のプラス側端子とグランドラインとの間に設けられている。つまり、第３スイッチ１３は、センサ３に対して並列に設けられている。第３スイッチ１３がオンすることで、センサ３の両端が導通し、センサ３に充電されていた電荷が放電される。
【００２５】
また、第２スイッチ１２がオンしている状態では、第３スイッチ１３は、コンデンサ７に対しても並列に設けられていることになる。よって、第２スイッチ１２がオンしている場合に第３スイッチ１３がオンすれば、コンデンサ７の両端も導通して、コンデンサ７に充電されていた電荷が放電される。
【００２６】
抵抗１５も、第３スイッチ１３と同様に、センサ３のプラス側端子とグランドラインとの間に設けられている。つまり、抵抗１５も、センサ３に対して並列に設けられている。
電圧検出部１７は、第１スイッチ１１とコンデンサ７のプラス側端子とを接続する経路の電圧を、コンデンサ７のプラス側端子の電圧（即ち、コンデンサ７の電圧）Ｖａとして検出する。また、電圧検出部１７は、第２スイッチ１２とセンサ３のプラス側端子とを接続する経路の電圧を、センサ３のプラス側端子の電圧（即ち、センサ３の電圧）Ｖｂとして検出する。以下では、電圧Ｖａのことを、コンデンサ電圧とも言う。また、電圧Ｖｂのことを、センサ電圧とも言う。尚、第２スイッチ１２がオンしている場合、コンデンサ電圧Ｖａとセンサ電圧Ｖｂは、同じになる。
【００２７】
電圧検出部１７は、Ａ／Ｄ変換器によって構成されており、制御部１９によって制御される。そして、電圧検出部１７は、検出した電圧Ｖａ，Ｖｂの値を示すデジタル信号を、検出結果として制御部１９に出力する。
【００２８】
制御部１９は、第１スイッチ１１、第２スイッチ１２及び第３スイッチ１３と電圧検出部１７とを制御すると共に、電圧検出部１７による検出結果を用いて、センサ３のインピーダンスＲｓを算出する。
【００２９】
制御部１９は、例えば、ＣＰＵと、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ（以下、メモリ）と、を有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。制御部１９の機能は、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、上記メモリが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。尚、制御部１９を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でも良い。また、制御部１９の機能を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その機能の一部又は全部について、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現しても良い。例えば、制御部１９の機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現しても良い。
【００３０】
［１−２．処理］
次に、制御部１９がセンサ３のインピーダンスＲｓを検出するために実行するインピーダンス検出処理について、図２のフローチャートと図３のタイムチャートを用いて説明する。
【００３１】
制御部１９は、図２のインピーダンス検出処理を、例えば一定時間毎に実行する。
制御部１９は、インピーダンス検出処理を開始すると、Ｓ１１０にて、図３の時刻Ｔ１に示すように、３つのスイッチ１１〜１３のうち、第１スイッチ１１をオンする。尚、第１スイッチ１１がオンされる前は、後述するＳ２２０，Ｓ２４０の処理が実施されていることで、コンデンサ７には電荷が残っていない。
【００３２】
第１スイッチ１１がオンされると、コンデンサ７が電圧生成回路９からの所定電圧ＶＤによって充電されるため、図３の４段目に示すように、コンデンサ電圧Ｖａが上昇し出す。
【００３３】
制御部１９は、次のＳ１２０では、上記Ｓ１１０で第１スイッチ１１をオンしてから所定の充電時間ｔ１が経過するまで待つ。充電時間ｔ１は、コンデンサ７が満充電状態になる時間よりも短い時間に設定されている。
【００３４】
そして、制御部１９は、充電時間ｔ１が経過したと判定すると、Ｓ１３０に進み、図３の時刻Ｔ２に示すように、この時点のコンデンサ電圧Ｖａを充電中電圧Ｖ１として検出する。具体的には、電圧検出部１７によりコンデンサ電圧Ｖａを検出し、その検出結果を充電中電圧Ｖ１として記憶する。このため、Ｓ１３０で検出される充電中電圧Ｖ１は、コンデンサ７の充電中におけるコンデンサ電圧Ｖａであり、詳しくは、コンデンサ７の充電が開始されてから充電時間ｔ１が経過した時のコンデンサ電圧Ｖａである。
【００３５】
制御部１９は、次のＳ１４０では、上記Ｓ１１０で第１スイッチ１１をオンしてから所定の待ち時間ｔｗが経過するまで待つ。待ち時間ｔｗは、コンデンサ７が満充電状態になると考えられる時間よりも長い時間に設定されている。
【００３６】
そして、制御部１９は、待ち時間ｔｗが経過したと判定すると、Ｓ１５０に進み、図３の時刻Ｔ３に示すように、この時点のコンデンサ電圧Ｖａを放電前電圧Ｖ０として検出する。具体的には、電圧検出部１７によりコンデンサ電圧Ｖａを検出し、その検出結果を放電前電圧Ｖ０として記憶する。このＳ１５０で検出される放電前電圧Ｖ０は、センサ３への放電が開始される前のコンデンサ電圧Ｖａであり、満充電状態になったコンデンサ７の電圧Ｖａでもある。
【００３７】
その後、制御部１９は、Ｓ１６０に進み、図３の時刻Ｔ４に示すように、第１スイッチ１１をオフする。第１スイッチ１１がオフされても、コンデンサ電圧Ｖａは、Ｓ１５０で検出された放電前電圧Ｖ０のままとなる。
【００３８】
そして、制御部１９は、次のＳ１７０にて、図３の時刻Ｔ５に示すように、３つのスイッチ１１〜１３のうち、第２スイッチ１２をオンする。
第２スイッチ１２がオンされると、コンデンサ７からセンサ３へ放電されるため、図３の４段目に示すように、コンデンサ電圧Ｖａは放電前電圧Ｖ０から下降していく。また、第２スイッチ１２がオンされると、図３の５段目に示すように、センサ電圧Ｖｂはコンデンサ電圧Ｖａと同じになる。
【００３９】
制御部１９は、次のＳ１８０では、上記Ｓ１７０で第２スイッチ１２をオンしてから所定の放電時間ｔ２が経過するまで待つ。放電時間ｔ２は、コンデンサ７が放電しきってしまう時間よりも短い時間に設定されている。
【００４０】
そして、制御部１９は、放電時間ｔ２が経過したと判定すると、Ｓ１９０に進み、図３の時刻Ｔ６に示すように、この時点のコンデンサ電圧Ｖａを放電中電圧Ｖ２として検出する。具体的には、電圧検出部１７によりセンサ電圧Ｖｂを検出し、その検出結果を放電中電圧Ｖ２として記憶する。このＳ１９０の処理が実行される時点では、第２スイッチ１２がオンしているため、センサ電圧Ｖｂとコンデンサ電圧Ｖａは同じである。このため、Ｓ１９０で検出される放電中電圧Ｖ２は、コンデンサ７の放電中におけるコンデンサ電圧Ｖａであり、詳しくは、コンデンサ７からセンサ３への放電が開始されてから放電時間ｔ２が経過したときのコンデンサ電圧Ｖａである。尚、Ｓ１９０では、第２スイッチ１２よりも上流側のコンデンサ電圧Ｖａを検出しても良い。
【００４１】
制御部１９は、次のＳ２００にて、Ｓ１３０で検出したＶ１と、Ｓ１５０で検出したＶ０とを、下記の式２に代入することにより、コンデンサ７の静電容量Ｃを算出する。
【００４２】
【数１】
2018116029.tif 000003
尚、式２は、式１を変形したものである。また、式１，２において、「Ｚ」は、電圧生成回路９の既知の出力インピーダンスであり、「ｔ１」は、前述の充電時間ｔ１である。また、式１，２における「Ｖ０」、即ち、満充電状態になったコンデンサ７の電圧Ｖａとしては、Ｓ１５０で検出した値ではなく、電圧生成回路９が出力する所定電圧ＶＤの設計値を用いても良い。
【００４３】
つまり、制御部１９は、コンデンサ７の電荷を完全に抜いた状態から第１スイッチ１１をオンすることでコンデンサ７を充電し、充電中のコンデンサ電圧Ｖａの計測値であるＶ１を、充電特性に基づく式２に代入することでコンデンサ７の静電容量Ｃを算出する。
【００４４】
そして、制御部１９は、次のＳ２１０にて、Ｓ１９０で検出したＶ２と、Ｓ１５０で検出したＶ０と、Ｓ２００で算出した静電容量Ｃとを、下記の式４に代入することにより、センサ３のインピーダンスＲｓを算出する。
【００４５】
【数２】
2018116029.tif 000004
尚、式４は、式３を変形したものである。また、式３，４において、「ｔ２」は、前述の放電時間ｔ２である。また、式３，４における「Ｖ０」、即ち、放電が開始される前のコンデンサ電圧Ｖａとしては、Ｓ１５０で検出した値ではなく、電圧生成回路９が出力する所定電圧ＶＤの設計値を用いても良い。また、式３，４における「Ｃ」としては、Ｓ２００で算出した値ではなく、コンデンサ７の静電容量Ｃの標準値を用いても良い。
【００４６】
つまり、コンデンサ７からセンサ３に放電するときの放電特性は、センサ３のインピーダンスＲｓとコンデンサ７の静電容量Ｃによって決まる。このため、制御部１９は、所定電圧ＶＤで充電したコンデンサ７からセンサ３へ放電させ、放電中のコンデンサ電圧Ｖａの計測値であるＶ２を、放電特性に基づく式４に代入することでインピーダンスＲｓを算出する。
【００４７】
制御部１９は、次のＳ２２０にて、図３の時刻Ｔ７に示すように、第３スイッチ１３をオンする。すると、センサ３の両端が導通するため、センサ３に充電されていた電荷が放電される。また、この時点で第２スイッチ１２がオンしているため、第３スイッチ１３がオンすることにより、コンデンサ７の両端も導通する。よって、コンデンサ７に充電されていた電荷も放電される。
【００４８】
制御部１９は、第３スイッチ１３をオンしてから、センサ３及びコンデンサ７の電荷が完全に放電されると考えられる時間が経過すると、Ｓ２３０に進み、図３の時刻Ｔ８に示すように、第２スイッチ１２をオフする。更に、制御部１９は、次のＳ２４０にて、図３の時刻Ｔ９に示すように、第３スイッチ１３をオフし、その後、当該インピーダンス検出処理を一旦終了する。尚、制御部１９は、第３スイッチ１３をオフしてから、第２スイッチ１２をオフするようになっていても良い。
【００４９】
一方、制御部１９は、例えば、Ｓ２４０で第３スイッチ１３をオフしてから次回のインピーダンス検出処理により第２スイッチ１２をオンするまでの間の何れかのタイミングにて、電圧検出部１７により、センサ電圧Ｖｂを、空燃比に応じたセンサ３の出力電圧として検出する。ここで言うセンサ３の出力電圧とは、センサ３における起電力成分３ｃの出力電圧である。センサ３には抵抗１５が並列に接続されているため、この抵抗１５に生じる電圧Ｖｂを、空燃比に応じたセンサ３の出力電圧として検出することができる。
【００５０】
［１−３．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）ＥＣＵ１において、制御部１９は、第１スイッチ１１をオンすることで、コンデンサ７を所定電圧ＶＤで充電し、第１スイッチ１１をオフした後、第２スイッチ１２をオンすることで、コンデンサ７からセンサ３に放電させる。そして、制御部１９は、放電開始時から放電時間ｔ２が経過したときのコンデンサ電圧Ｖａである放電中電圧Ｖ２を検出し、その検出した放電中電圧Ｖ２を用いてセンサ３のインピーダンスＲｓを算出する。このようなＥＣＵ１によれば、センサ３に対して直列に電流検出抵抗を設けなくても、インピーダンスＲｓを検出することができる。また、上記放電時間ｔ２を適宜設定することにより、放電中に検出される放電中電圧Ｖ２がインピーダンスＲｓの検出に適した所望の範囲内の電圧となるようにすることができる。このため、前述した従来の方式と比較して、センサ３に印加する最大電圧を大きくしなくても、インピーダンスＲｓの検出精度を確保し易い。
【００５１】
（１ｂ）制御部１９は、放電が開始される前のコンデンサ電圧Ｖａである放電前電圧Ｖ０を検出し、その検出した放電前電圧Ｖ０も用いてセンサ３のインピーダンスＲｓを算出する。このため、放電前電圧Ｖ０の検出値の代わりに所定電圧ＶＤの設計値を用いる場合と比較すると、インピーダンスＲｓの算出精度（即ち、検出精度）を向上させることができる。
【００５２】
（１ｃ）制御部１９は、コンデンサ７の充電開始時から充電時間ｔ１が経過したときのコンデンサ電圧Ｖａである充電中電圧Ｖ１を検出し、その検出した充電中電圧Ｖ１に基づいてコンデンサ７の静電容量Ｃを算出する。そして、制御部１９は、算出した静電容量Ｃも用いてセンサ３のインピーダンスＲｓを算出する。このため、静電容量Ｃの算出値の代わりに静電容量Ｃの標準値を用いる場合と比較すると、インピーダンスＲｓの算出精度を向上させることができる。また、静電容量Ｃは、コンデンサ７の個体差によるばらつきだけでなく、例えば温度や印加電圧や使用期間等によって変化するが、そのような変化があっても、実際の静電容量Ｃを算出して、インピーダンスＲｓの算出に用いることができる。
【００５３】
（１ｄ）ＥＣＵ１は、コンデンサ７を充電するための第１スイッチ１１と、コンデンサ７からセンサ３へ放電するための第２スイッチ１２と、を備える。このため、コンデンサ７の充電と、コンデンサ７からセンサ３への放電とを、別々に実施することができる。
【００５４】
（１ｅ）ＥＣＵ１は、センサ３に対して並列に設けられた第３スイッチ１３を備える。このため、コンデンサ７からセンサ３に充電された電荷を、第３スイッチ１３をオンすることで放電させることができる。よって、空燃比に応じたセンサ３の出力電圧を検出することに関して、コンデンサ７からセンサ３に充電された電荷の影響をなくすことができる。
【００５５】
（１ｆ）第２スイッチ１２がオンしている場合、第３スイッチ１３は、コンデンサ７に対しても並列に設けられたスイッチとなる。このため、第２スイッチ１２がオンしている場合に、第３スイッチ１３をオンすることで、コンデンサ７の電荷も放電させることができる。よって、コンデンサ７の次回の充電を行う前に、コンデンサ７を未充電の初期状態に戻すことができ、延いては、静電容量Ｃの算出精度を向上させることができる。
【００５６】
（１ｇ）制御部１９は、センサ３のインピーダンスＲｓの算出を一定時間毎に実施する。このため、前述したヒータの制御を安定的に実施することができる。また、制御部１９は、空燃比に応じたセンサ３の出力電圧の検出も、少なくとも一定時間毎に実施する。このため、前述した燃料噴射量の補正も安定的に実施することができる。
【００５７】
尚、本実施形態では、コンデンサ７が、容量素子に相当する。第１スイッチ１１と、図２のＳ１１０，Ｓ１６０の処理を行う制御部１９とが、充電部に相当する。第２スイッチ１２と、図２のＳ１７０，Ｓ２３０の処理を行う制御部１９とが、放電部に相当する。電圧検出部１７と、図２のＳ１８０，Ｓ１９０の処理を行う制御部１９とが、放電中検出部に相当する。図２のＳ２１０の処理を行う制御部１９が、インピーダンス算出部に相当する。電圧検出部１７と、図２のＳ１５０の処理を行う制御部１９とが、放電前検出部に相当する。電圧検出部１７と、図２のＳ１２０，Ｓ１３０の処理を行う制御部１９とが、充電中検出部に相当する。図２のＳ２００の処理を行う制御部１９が、容量算出部に相当する。電圧生成回路９が、電圧出力部に相当する。第１スイッチ１１が、充電用スイッチに相当する。第２スイッチ１２が、放電用スイッチに相当する。第３スイッチ１３が、酸素濃度センサに対して並列に設けられたスイッチに相当する。また、第３スイッチ１３は、容量素子に対して並列に設けられたスイッチにも相当する。
【００５８】
［２．第２実施形態］
［２−１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。尚、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
【００５９】
第２実施形態のＥＣＵ１では、第１実施形態と比較すると、制御部１９が、図２のＳ１８０で待つ放電時間ｔ２を可変設定するために、図４の時間設定処理を行う点が異なる。
［２−２．処理］
制御部１９は、図４の時間設定処理を、例えば、図２のインピーダンス検出処理を終了してから次回のインピーダンス検出処理を開始するまでの間に実行する。
【００６０】
図４に示すように、制御部１９は、時間設定処理では、Ｓ３１０にて、今回のインピーダンス検出処理におけるＳ１９０で検出された放電中電圧Ｖ２が、基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さいか否かを判定し、「Ｖ２＜Ｖｒｅｆ」と判定した場合には、Ｓ３２０に進む。基準電圧Ｖｒｅｆは、コンデンサ電圧Ｖａの最大値（即ち所定電圧ＶＤ）と最小値（即ち０Ｖ）との間の電圧に設定されている。
【００６１】
制御部１９は、Ｓ３２０では、今回の放電時間ｔ２から所定の正の調整時間αを引いた時間を、次回の放電時間ｔ２として設定する。そして、その後、当該時間設定処理を終了する。尚、今回の放電時間ｔ２とは、今回のインピーダンス検出処理におけるＳ１８０で用いた放電時間ｔ２であり、次回の放電時間ｔ２とは、次回のインピーダンス検出処理におけるＳ１８０で用いる放電時間ｔ２である。
【００６２】
また、制御部１９は、Ｓ３１０にて、「Ｖ２＜Ｖｒｅｆ」ではないと判定した場合には、Ｓ３３０に進む。制御部１９は、Ｓ３３０では、今回の放電時間ｔ２に上記調整時間αを加えた時間を、次回の放電時間ｔ２として設定する。そして、その後、当該時間設定処理を終了する。
【００６３】
調整時間αは、例えば下記の式５に示すように、今回の放電時間ｔ２と基準時間ｔ３との差の絶対値である。基準時間ｔ３は、図５に示すように、コンデンサ７からセンサ３への放電が開始されてからコンデンサ電圧Ｖａが基準電圧Ｖｒｅｆになるまでの時間である。そして、制御部１９は、基準時間ｔ３を、下記の式６によって算出する。尚、式６において、「Ｖ０」，「Ｃ」，「Ｒｓ」の各々としては、今回のインピーダンス検出処理におけるＳ１５０，Ｓ２００，Ｓ２１０の各々で得た値が用いられる。
【００６４】
【数３】
2018116029.tif 000005
［２−３．効果］
以上のような第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果に加えて、下記の効果を奏する。
【００６５】
検出された今回の放電中電圧Ｖ２と基準電圧Ｖｒｅｆとの、大小比較の結果に応じて、次回の放電時間ｔ２が変更される。このため、放電時間ｔ２を、インピーダンスＲｓの検出に適した時間に補正することができる。ここで言うインピーダンスＲｓの検出に適した時間とは、図２のＳ１９０で検出される放電中時間Ｖ２が基準電圧Ｖｒｅｆの付近になる時間のことである。
【００６６】
具体的には、例えば図５における（ａ）部と（ｂ）部に示すように、今回検出された放電中電圧Ｖ２が基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きい場合には、図４のＳ３３０の処理により、次回の放電時間ｔ２が今回の放電時間ｔ２よりも長い時間に変更される。
【００６７】
また、例えば図５における（ｂ）部と（ｃ）部に示すように、今回検出された放電中電圧Ｖ２が基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さい場合には、図４のＳ３２０の処理により、次回の放電時間ｔ２が今回の放電時間ｔ２よりも短い時間に変更される。
【００６８】
このような放電時間ｔ２の変更（即ち、可変設定）により、図２のＳ１９０で検出される放電中時間Ｖ２が常に基準電圧Ｖｒｅｆの付近になるようにすることができる。このため、インピーダンスＲｓの変化によって放電時定数が変動しても、インピーダンスＲｓの高い検出精度を維持することができる。つまり、精度の高いインピーダンスＲｓの検出を、安定して実施することができる。
【００６９】
また、今回の放電時間ｔ２と基準時間ｔ３との差の絶対値を調整時間αとしているため、検出される放電中時間Ｖ２を基準電圧Ｖｒｅｆに収束させる効果が高い。但し、調整時間αは、例えば、予め定めた固定値とすることもできる。
【００７０】
尚、本実施形態では、図４のＳ３１０〜Ｓ３３０の処理を行う制御部１９が、時間変更部に相当する。
［３．第３実施形態］
［３−１．第２実施形態との相違点］
第３実施形態は、基本的な構成は第２実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。尚、第１実施形態及び第２実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
【００７１】
第３実施形態のＥＣＵ１では、第２実施形態と比較すると、制御部１９が、図６の異常判定処理を行う点が異なる。
［３−２．処理］
制御部１９は、図６の異常判定処理を、例えば、図２のインピーダンス検出処理を終了してから次回のインピーダンス検出処理を開始するまでの間に実行する。
【００７２】
図６に示すように、制御部１９は、異常判定処理では、Ｓ４１０にて、今回のインピーダンス検出処理におけるＳ１９０で検出された放電中電圧Ｖ２が、所定の上限閾値Ｖｔｈ１以上か否かを判定する。そして、制御部１９は、Ｓ４１０にて放電中電圧Ｖ２が上限閾値Ｖｔｈ１以上と判定した場合には、Ｓ４２０にて、高インピーダンス異常が生じていると判定し、その後、Ｓ４５０に進む。高インピーダンス異常とは、センサ３のインピーダンスＲｓが正常範囲よりも高い、という異常である。
【００７３】
また、制御部１９は、上記Ｓ４１０にて放電中電圧Ｖ２が上限閾値Ｖｔｈ１以上ではないと判定した場合には、Ｓ４３０に進む。
制御部１９は、Ｓ４３０では、今回のインピーダンス検出処理におけるＳ１９０で検出された放電中電圧Ｖ２が、所定の下限閾値Ｖｔｈ２以下か否かを判定する。下限閾値Ｖｔｈ２は、上限閾値Ｖｔｈ１よりも小さい値に設定されている。そして、制御部１９は、Ｓ４３０にて放電中電圧Ｖ２が下限閾値Ｖｔｈ２以下と判定した場合には、Ｓ４４０にて、低インピーダンス異常が生じていると判定し、その後、Ｓ４５０に進む。低インピーダンス異常とは、センサ３のインピーダンスＲｓが正常範囲よりも低い、という異常である。
【００７４】
また、制御部１９は、上記Ｓ４１０にて放電中電圧Ｖ２が下限閾値Ｖｔｈ２以下ではないと判定した場合にも、Ｓ４５０に進む。
制御部１９は、Ｓ４５０では、今回のインピーダンス検出処理におけるＳ２００で算出した静電容量Ｃが所定範囲内か否かを判定する。そして、制御部１９は、Ｓ４５０にて静電容量Ｃが所定範囲内でないと判定した場合には、Ｓ４６０にて、回路異常が生じていると判定し、その後、当該異常判定処理を終了する。回路異常とは、インピーダンスＲｓを検出するための回路の異常であり、図１に示したＥＣＵ１が備える回路における何れかの部分の異常、ということである。
【００７５】
また、制御部１９は、Ｓ４５０にて静電容量Ｃが所定範囲内であると判定した場合には、そのまま当該異常判定処理を終了する。
［３−３．効果］
以上のような第３実施形態によれば、前述した第１実施形態及び第２実施形態の効果が得られる上に、高インピーダンス異常、低インピーダンス異常及び回路異常の各々を検出することができる。例えば、センサ３の断線や活性異常が生じた場合に、高インピーダンス異常として検出することができる。また、センサ３のショート故障が生じた場合に、低インピーダンス異常として検出することができる。また、コンデンサ７のショート故障やオープン故障や容量異常が生じた場合に、回路異常として検出することができる。
【００７６】
尚、本実施形態では、図６のＳ４１０，Ｓ４２０の処理を行う制御部１９が、高インピーダンス異常判定部に相当する。図６のＳ４３０，Ｓ４４０の処理を行う制御部１９が、低インピーダンス異常判定部に相当する。図６のＳ４５０，Ｓ４６０の処理を行う制御部１９が、回路異常判定部に相当する。
【００７７】
また、第１実施形態のＥＣＵ１においても、制御部１９が図６の異常判定処理を行うように構成されても良い。
［４．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【００７８】
例えば、図７に示す他の実施形態のＥＣＵ２１は、図１のＥＣＵ１と比較すると、第３スイッチ１３とは別に、コンデンサ７に対して並列な第４スイッチ２３が設けられている。このような第４スイッチ２３をオンすることによっても、コンデンサ７の電荷を放電させることができる。また、このＥＣＵ２１の場合、第２スイッチ１２がオフされていても、第４スイッチ２３のオンによりコンデンサ７の放電を実施することができる。このため、例えば、制御部１９は、図２のインピーダンス検出処理では、Ｓ２２０，Ｓ２４０の処理を行わず、その代わりに、Ｓ２３０で第２スイッチ１２をオフした後、第３スイッチ１３と第４スイッチ２３とを所定の時間だけオンさせて、センサ３とコンデンサ７を放電させても良い。
【００７９】
また、インピーダンスを検出する対象の酸素濃度センサとしては、空燃比に一意に対応した出力が得られる空燃比センサであっても良い。
また、上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしても良い。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしても良い。また、上記実施形態の構成の一部を省略しても良い。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換しても良い。尚、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【００８０】
また、上述したＥＣＵの他、当該ＥＣＵを構成要素とするシステム、当該ＥＣＵとしてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、酸素濃度センサのインピーダンス検出方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
【符号の説明】
【００８１】
１，２１…ＥＣＵ、３…酸素濃度センサ、７…コンデンサ、１１…第１スイッチ、１２…第２スイッチ、１７…電圧検出部、１９…制御部
【図１】
2018116029.tif 000006
【図２】
2018116029.tif 000007
【図３】
2018116029.tif 000008
【図４】
2018116029.tif 000009
【図５】
2018116029.tif 000010
【図６】
2018116029.tif 000011
【図７】
2018116029.tif 000012