(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空燃比に応じた空燃比電圧を発生する検出セル部と、該検出セル部と接続部で接続されて通電された電流量に応じた酸素を吸排出するポンプセル部とを備える、内燃機関の排気部に備えられた空燃比センサを制御する制御装置であって、
前記空燃比電圧に基づき出力電圧を出力する出力手段と、
前記出力電圧に基づき、前記空燃比が所定比率となるように前記ポンプセル部にポンプ電流を通電する通電手段と、
前記接続部に発生する接続部電圧が一定の規定電圧値となるように制御する定電圧手段と、
前記ポンプ電流の値が所定電流値の範囲を超えないように制限する制限手段と、
を備え、
前記所定電流値の範囲は、前記定電圧手段が前記接続部電圧を、前記規定電圧値を含む所定範囲内に維持できる範囲であることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置において、
前記制限手段は、前記出力手段の出力電圧の値が所定電圧値の範囲を越えないように制限することにより、前記ポンプ電流の値が所定電流値の範囲を超えないように制限することを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の制御装置において、
前記接続部電圧を検出する第１検出手段、
をさらに備え、
前記制限手段は、前記第１検出手段により、前記接続部電圧が、前記規定電圧値から所定の値以上高いかまたは低いことが検出された場合に、前記通電手段の出力電圧の値が所定電圧値の範囲を越えないように制限することで、前記ポンプ電流の値が所定電流値の範囲を超えないように制限することを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の制御装置において、
前記接続部と前記定電圧手段との間に接続された抵抗器と、
前記抵抗器と前記定電圧手段との接続点に発生する接続点電圧を検出する第２検出手段と、
をさらに備え、
前記制限手段は、前記第２検出手段により、前記接続点電圧が、所定の電圧値より高いかまたは低いことが検出された場合に、前記通電手段の出力電圧の値が所定電圧値の範囲を越えないように制限することで、前記ポンプ電流の値が所定電流値の範囲を超えないように制限することを特徴とする制御装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の制御装置と、
前記内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁を制御する制御手段、
を備え、
前記制御手段は、
前記ポンプ電流の値を受信する受信手段と、
前記ポンプ電流の値から空燃比を導出する第１導出手段と、
前記空燃比に基づき前記燃料の噴射量を導出する第２導出手段と、
を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気管に備えられた空燃比センサを制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日の内燃機関では、排気ガス浄化のために三元触媒が用いられている。触媒による浄化率を向上させるため、内燃機関で燃焼させる燃料と空気の比率を理論空燃比の近傍となるよう制御している。
【０００３】
そのため、空燃比センサにより排気ガス中の酸素濃度を検出し、内燃機関への燃料供給量をフィードバック制御するものが知られている。例えば特許文献１は、空燃比センサの検出した空燃比に基づき、内燃機関への燃料供給量をフィードバック制御する技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３１８０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、空燃比センサや空燃比の制御装置に、地絡や始動時の突入電流等による過電流が生じると、過電流に基づいたフィードバック制御が行われ、適切な燃料供給量の導出が困難となる。例えば、過電流に基づき燃料供給量を導出すると、過大な又は過小な燃料供給量が導出され、排気ガスの浄化効率を著しく低下させる恐れがある。また、過電流に基づいたフィードバック制御が行われると、フィードバック制御で使用される値が過当な数値に演算され、正常状態の数値に戻るまでの間、過電流が終息しているにもかかわらず空燃比センサや制御装置に異常が発生したと誤って判定される恐れがある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、内燃機関への燃料供給量を空燃比に基づき適切にフィードバック制御する技術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】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、空燃比に応じた空燃比電圧を発生する検出セル部と、該検出セル部と接続部で接続されて通電された電流量に応じた酸素を吸排出するポンプセル部とを備える、内燃機関の排気部に備えられた空燃比センサを制御する制御装置であって、前記空燃比電圧に基づき出力電圧を出力する出力手段と、前記出力電圧に基づき、前記空燃比が所定比率となるように前記ポンプセル部にポンプ電流を通電する通電手段と、前記接続部に発生する接続部電圧が一定の規定電圧値となるように制御する定電圧手段と、前記ポンプ電流の値が所定電流値の範囲を超えないように制限する制限手段と、を備え、前記所定電流値の範囲は、前記定電圧手段が前記接続部電圧を、前記規定電圧値を含む所定の範囲内に維持できる範囲である。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の制御装置において、前記制限手段は、前記出力手段の出力電圧の値が所定電圧値の範囲を越えないように制限することにより、前記ポンプ電流の値が所定電流値の範囲を超えないように制限する。
【０００９】
また、請求項３の発明は、請求項１に記載の制御装置において、前記接続部電圧を検出する第１検出手段、をさらに備え、前記制限手段は、前記第１検出手段により、前記接続部電圧が、前記規定電圧値から所定の値以上高いかまたは低いことが検出された場合に、前記通電手段の出力電圧の値が所定電圧値の範囲を越えないように制限することで、前記ポンプ電流の値が所定電流値の範囲を超えないように制限する。
【００１０】
また、請求項４の発明は、請求項１に記載の制御装置において、前記接続部と前記定電圧手段との間に接続された抵抗器と、前記抵抗器と前記定電圧手段との接続点に発生する接続点電圧を検出する第２検出手段と、をさらに備え、前記制限手段は、前記第２検出手段により、前記接続点電圧が、所定の電圧値より高いかまたは低いことが検出された場合に、前記通電手段の出力電圧の値が所定電圧値の範囲を越えないように制限することで、前記ポンプ電流の値が所定電流値の範囲を超えないように制限する。
【００１２】
また、請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の制御装置と、前記内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁を制御する制御手段、を備え、前記制御手段は、前記ポンプ電流の値を受信する受信手段と、前記ポンプ電流の値から空燃比を導出する第１導出手段と、前記空燃比に基づき前記燃料の噴射量を導出する第２導出手段と、を備える燃料噴射装置である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１ないし６の発明によれば、制限手段がポンプ電流の値が所定電流値を超えないように制限するので、異常が発生したと誤って判定されることを防止できる。
【００１５】
また、特に請求項２の発明によれば、制限手段は、前記出力電圧の値が所定電圧値を越えないように制限するので、制限手段は適切な方法でポンプ電流の値を制限できる。
【００１６】
また、特に請求項３の発明によれば、制限手段は、接続部電圧の値に応じて通電手段を制御するので、制限手段は精度の良い電圧値に基づいてポンプ電流の値を制限できる。
【００１７】
また、特に請求項４の発明によれば、制限手段は、接続点電圧の値に応じて通電手段を制御するので、制限手段は適切な箇所の電圧値に基づいてポンプ電流の値を制限できる。
【００１９】
また、特に請求項５の発明によれば、制限手段がポンプ電流の値が所定電流値を超えないように制限するので、制御手段は適切な燃料噴射量を導出して燃料噴射弁から噴射できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、燃料噴射システムの概要を示す図である。
【図２】図２は、従来の空燃比の制御装置の構成を示す図である。
【図３】図３は、過大なポンプ電流とＣＯＭ電圧との相関の一例を示す図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態に係る空燃比の制御装置の構成を示す図である。
【図５】図５は、制限回路の構成を示す図である。
【図６】図６は、第２の実施の形態に係る空燃比の制御装置の構成を示す図である。
【図７】図７は、電圧モニタ部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
＜１．第１の実施の形態＞
＜１−１．概要＞
図１は、内燃機関１０ａへ供給する燃料の空燃比を制御する空燃比制御システム１０の概要を示す。空燃比制御システム１０は、空燃比センサ２、空燃比の制御装置１を備える燃料噴射装置３、及び、燃料噴射弁４を制御し、内燃機関１０ａで燃焼される燃料が理論空燃比近傍となるよう制御する。なお、燃費に有利な燃料の希薄（リーン）な空燃比と、発進時や加速時に使用される燃料の過濃（リッチ）な空燃比も使用され、負荷状況により空燃比は使い分けられる。このため、内燃機関１０ａの駆動中は空燃比のフィードバック制御が常時行われる。
【００２４】
まず、燃料噴射装置３が、吸気管１０ｂに配置された吸気センサ１０ｃで検出される吸入空気量、排気管１０ｄ内に配置した空燃比センサ２からの信号に基づく排気管１０ｄ内の空燃比、及び、目標空燃比等から燃料噴射量を算出する。燃料噴射装置３は、この燃料噴射量に対応するパルス幅の燃料噴射パルスを、燃料噴射弁４に出力し、燃料噴射弁４から燃料が噴射され、内燃機関１０ａ内で燃焼される。この際、排気管１０ｄ内の空燃比を制御装置１へフィードバックし、燃料噴射装置３は燃料噴射量の演算を繰り返し行う。
【００２５】
空燃比の制御装置１は、空燃比センサ２からの信号に基づき、内燃機関１０ａに供給される混合気の空燃比を検出し、内燃機関１０ａ内で燃焼される燃料の空燃比が理論空燃比となるようにフィードバック制御を行う。
【００２６】
このようなフィードバック制御において、空燃比センサ２は、排気管１０ｄに配置されて、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する。この空燃比センサ２は、空燃比をリニアに検出可能な検出セル部２ａと、酸素を吸排出、いわゆるポンピングするポンプセル部２ｂとを備える。ポンプセル部２ｂをポンピングさせて検出セル部２ａが検出する空燃比を理論空燃比に一致させることで、検出セル部２ａが検出した空燃比と理論空燃比との差異を検出できる。このような差異を検出することで、排気管１０ｄ内の排気ガスの空燃比を検出できる。
【００２７】
また、制御装置１及び空燃比センサ２は図示しない異常検出回路と接続される。異常検出回路は、制御装置１及び空燃比センサ２に印加される電圧値及び通電される電流値を監視する。異常検出回路は、電圧値及び電流値が既定の値より過大及び過小となった場合、異常の発生を判定したり、制御装置１の駆動を停止したりする。
【００２８】
図２は、従来の空燃比の制御装置１００の構成を示す。従来の空燃比の制御装置１００では、以下のような空燃比のフィードバック制御が行われる。
【００２９】
まず、空燃比センサ２の検出セル部２ａのＶＳ端子（検出セル部２ａがポンプセル部２ｂと接続される側と反対側に備わる端子）に排気管内の空燃比に相当する電圧が発生する。なお、理論空燃比に相当する電圧の場合は、ＶＳ端子には０．４５［Ｖ］が発生する。このため、排気管内が理論空燃比である場合は、ＶＳ端子の電圧は、検出セル部２ａとポンプセル部２ｂとの接続部の電圧が加わり、３．７５［Ｖ］となる。
【００３０】
Ａ／Ｆ検知回路１１０は、ＶＳ端子に発生した電圧を検知し、ＶＩ変換回路１２０へ検知した電圧に相当する電圧を出力する。
【００３１】
ＶＩ変換回路１２０は、Ａ／Ｆ検知回路１１０が出力した電圧値に基づき、ポンプセル部２ｂが酸素をポンピングして検出セル部２ａが理論空燃比を検出するよう、ポンプセル部２ｂへポンプ電流Ｉｐを通電する。すなわち、ＶＩ変換回路１２０は、検知された空燃比と理論空燃比との差異を埋めるようにポンプセル部２ｂが酸素をポンピングすべき値のポンプ電流Ｉｐをポンプセル部２ｂに通電する。
【００３２】
この際、空燃比センサ２の検出セル部２ａのＶＳ端子が、安定的に排気管内の空燃比に相当する電圧を発生するには、ポンプセル部２ｂとの接続部である接続端子ｃｏｍが一定の電圧値を保持する必要がある。例えば、３．３［Ｖ］である。
【００３３】
定電圧制御部１３０は、ＣＯＭ電流Ｉｃｏｍを抵抗器であるセンス抵抗Ｒｓに通電し、センス抵抗Ｒｓに電圧降下を発生させることで、接続端子ｃｏｍが一定の電圧値となるよう制御する。すなわち、定電圧制御部１４は、検出セル部２ａとポンプセル部２ｂとの接続部となる接続端子ｃｏｍに発生する電圧（ＣＯＭ端子電圧Ｖｃｏｍ；接続部電圧）が一定の規定電圧値となるよう制御する。なお、定電圧制御部１４がＣＯＭ電流Ｉｃｏｍを通電させて、接続端子ｃｏｍを一定の電圧値に制御できる電流能力は、下記演算式により定まる。なお、電流能力とは、電流を通電する能力、すなわち起電力である。
【００３４】
定電圧制御部１４の電流能力＝（ＣＯＭ端子電圧Ｖｃｏｍ−定電圧源出力電圧限界）／センス抵抗Ｒｓ・・・・・（１）
ここで、「定電圧源出力電圧限界」とは、定電圧制御部１４と接続端子ｃｏｍ間に接続されたセンス抵抗Ｒｓの両端電圧である。すなわち、電流能力は、定電圧制御部１４の出力の限界となる限界電圧値と、ＣＯＭ端子電圧Ｖｃｏｍとの差分によって規定される。
【００３５】
センス抵抗Ｒｓに通電される電流量を検知することで、図示しない制御部が空燃比を導出し、かかる空燃比に基づき、燃料噴射量を決定する。内燃機関に燃料が噴射されて燃焼すると、排気管内に排気ガスが排出され、空燃比センサ２が空燃比を再度検出し、空燃比のフィードバック制御が繰り返される。
【００３６】
ここで、このような空燃比の制御装置１００において、地絡や始動時の突入電流等による過電流Ｉｓが、空燃比センサ２等に発生すると、下記のような問題を生じる。
【００３７】
まず、過電流Ｉｓが接続端子ｃｏｍ（接続部）へ流入すると、接続端子ｃｏｍの電圧が上昇する。上述の通り、ＶＳ端子に発生する電圧はＣＯＭ端子電圧Ｖｃｏｍと、空燃比に相当する電圧値との合計である。したがって、ＣＯＭ端子電圧Ｖｃｏｍが上昇すると、ＶＳ端子に発生する電圧も上昇する。この場合、Ａ／Ｆ検知回路１１０には、実際の空燃比とは異なる過大な電圧が入力されることとなる。
【００３８】
Ａ／Ｆ検知回路１１０に過大な電圧が入力されると、Ａ／Ｆ検知回路１１０の出力を受けたＶＩ変換回路１２０は、過大な電圧値に基づきポンプ電流Ｉｐを導出するので、ポンプ電流Ｉｐも過大に導出されることとなる。
【００３９】
過電流Ｉｓの発生が継続する場合や、さらに増大する場合には、空燃比のフィードバック制御が繰り返されることで、ポンプ電流Ｉｐはさらに過大となる。
【００４０】
ポンプ電流Ｉｐの値が定電圧制御部１４０の電流能力が許容する範囲内では、定電圧制御部１４０は、ＣＯＭ端子電圧Ｖｃｏｍを一定電圧に保持できる。しかし、過電圧に基づくフィードバック制御が繰り返されることにより、ポンプ電流Ｉｐがさらに上昇すると、定電圧制御部１４０は、もはやＣＯＭ端子電圧Ｖｃｏｍを一定電圧に保持できなくなる。
【００４１】
やがて過電流が終息した後、フィードバック制御を行うと、過電流が終息しているにもかかわらず、ポンプセル部２ｂへ過大なポンプ電流Ｉｐを通電する状態となっている。正常な状態において、ポンプセル部２ｂへ過大な電流を通電すると、空燃比センサ２の異常状態と誤って判定し、制御に支障を来す恐れがある。
【００４２】
図３は、過大なポンプ電流ＩｐとＣＯＭ端子電圧Ｖｃｏｍとの相関を示す。ポンプ電流Ｉｐが、例えば３０［ｍＡ］程度までは、定電圧制御部１４０により、ＣＯＭ端子電圧Ｖｃｏｍは３．３［Ｖ］に制御される。しかし、ポンプ電流Ｉｐが３０［ｍＡ］を超えると、ＣＯＭ端子電圧Ｖｃｏｍは３．３［Ｖ］から上昇する。定電圧制御部１４０の出力能力を超え、定電圧制御部１４０がＣＯＭ端子電圧Ｖｃｏｍを３．３［Ｖ］に制御できなくなるためである。すなわち、定電圧制御部１４０がＣＯＭ電流Ｉｃｏｍをセンス抵抗Ｒｓに通電し、接続端子ｃｏｍに通電されるポンプ電流Ｉｐを含めた電流量の合計を３０［ｍＡ］以下に収めることができないためである。その結果、接続端子ｃｏｍに通電される電流量が増大し、ＣＯＭ端子電圧Ｖｃｏｍが上昇する。ＣＯＭ端子電圧Ｖｃｏｍが、例えば１０［Ｖ］程度まで上昇すると、フィードバック制御により３．３［Ｖ］に戻すまでには、複数回の演算を来り返す必要がある。
【００４３】
空燃比センサ２等に発生した過電流が終息した後であっても、異常状態と誤って判定せず、安定して空燃比のフィードバック制御を行う必要がある。以下、このような空燃比のフィードバック制御を行う空燃比の制御装置１を説明する。
【００４４】
＜１−２．構成＞
図４は、第１の実施の形態に係る空燃比の制御装置１の構成を示す。制御装置１は、電子制御装置又は集積回路であり、空燃比センサ２と接続される。制御装置１は、空燃比センサ２が出力する空燃比に相当する電圧値を検出し、空燃比センサ２が理論空燃比を示すようフィードバック制御を行う。
【００４５】
制御装置１は、燃料噴射弁４を制御する制御部３１と共に燃料噴射装置３に備えられる。制御部３１は、受信部３１ａ、空燃比導出部３１ｂ、及び燃料導出部３１ｃを備え、燃料噴射弁４を制御する。
【００４６】
受信部３１ａは、制御装置１から空燃比に相当する信号を受信する。
【００４７】
空燃比センサ２は、排気管内の排気ガスの空燃比をリニアに検出可能な、いわゆる広域型空燃比センサである。空燃比センサ２は、酸素イオン導電性を有するジルコニア等の固体電解質材料で多孔質層に形成され、排気管内に配置される。空燃比センサ２はヒータ、大気室、及びガス拡散室を備える（いずれも図示せず）。さらに空燃比センサ２は、酸素イオン導電性を有するジルコニア等の固体電解質材料で構成された、検出セル部２ａ及びポンプセル部２ｂを備える。
【００４８】
ヒータは、電流が通電されてセンサ素子を加熱する。空燃比センサ２を活性化させるためである。大気室は、排気管外の大気と連通して形成され、空燃比センサ２内に基準ガスとなる大気を取り込む。ガス拡散室は、空燃比センサ２に形成した排気導入孔により、排気ガスと連通して形成され、空燃比センサ２内に排気ガスを取り込む。
【００４９】
検出セル部２ａは、ネルンストセルともいわれ、排気管内の排気ガスの空燃比に応じた電圧（空燃比電圧）を発生する。検出セル部２ａは、ガス拡散室内の酸素イオン濃度に応じた電圧を端子ＶＳに発生する。検出セル部２ａに発生する電圧を検出することで、排気ガスの空燃比と理論空燃比との差異（乖離）を検出できる。
【００５０】
ポンプセル部２ｂは、通電された電流（ポンプ電流Ｉｐ）に応じた酸素を吸排出する。ポンプセル部２ｂは、検出セル部２ａが理論空燃比を検出するように酸素を吸排出する。したがって、この電流を検出すれば、排気ガスの空燃比からの乖離を検出できるので、かかる乖離の大きさから排気管内の空燃比を検出できる。なお、ポンプセル部２ｂは、検出セル部２ａと接続される反対側に端子ＩＰを備える。端子ＩＰにはポンプ電流Ｉｐが通電される。
【００５１】
なお、検出セル部２ａでのリーン・リッチの出力に基づき、ポンプセル部２ｂに対する電圧の印加方向を反転させることで、リーン領域及びリッチ領域の両領域において、ポンプセル部２ｂを流れる電流に基づき広範な空燃比の検出が可能となる。
【００５２】
検出セル部２ａとポンプセル部２ｂとは、接続端子ｃｏｍで接続される。
【００５３】
制御装置１は、センス抵抗Ｒｓ、Ａ／Ｆ検知回路１１、制限回路１２、ＶＩ変換回路１３、定電圧制御部１４、及び、電流モニタ部１５を備える。
【００５４】
センス抵抗Ｒｓは、ポンプ電流Ｉｐを検出するための抵抗であり、例えば、１００［Ω］である。センス抵抗Ｒｓは、一端が接続端子ｃｏｍに接続され、他端が制御装置１内の後述の定電圧制御部１４に接続される。
【００５５】
Ａ／Ｆ検知回路１１は、検出セル部２ａの端子ＶＳに発生する空燃比に基づく電圧値を検知する。検出セル部２ａは、検知した電圧値を増幅し、後述の制限回路１２を介してＶＩ変換回路１３へ出力する。Ａ／Ｆ検知回路１１は、空燃比電圧に基づき出力電圧を出力する出力手段として機能する。
【００５６】
制限回路１２は、Ａ／Ｆ検知回路１１から出力される空燃比に基づく電圧値が所定値より高く又は低くならないように制限する回路である。例えば、６．５［Ｖ］から１．０［Ｖ］の所定値の範囲内に制限する。すなわち、制限回路１２は、出力電圧の値を所定電圧値（６．５［Ｖ］）以下に制限することにより、ポンプ電流Ｉｐの値が所定電流値を超えないように制限する制限手段として機能する。なお、制限回路１２の詳細な機能及び構成は後述する。
【００５７】
ＶＩ変換回路１３は、Ａ／Ｆ検知回路１１から出力された空燃比に相当する電圧が理論空燃比を示す電圧値となるように、ポンプ電流Ｉｐをポンプセル部２ｂに通電する。すなわち、排気ガスの空燃比と理論空燃比との乖離を埋めるようにポンプセル部２ｂが酸素を排出又は吸収するよう、ポンプ電流Ｉｐをポンプセル部２ｂに通電する。なお、ポンプ電流Ｉｐは、空燃比の状態、すなわちリッチ・リーンに基づき通電されるため、端子ＩＰ側から接続端子ｃｏｍ側へ通電される場合、及び、接続端子ｃｏｍ側から端子ＩＰ側へ通電される場合がある。ＶＩ変換回路１３は、空燃比が所定比率となるようにポンプセル部２ｂにポンプ電流Ｉｐを通電する通電手段として機能する。
【００５８】
定電圧制御部１４は、センス抵抗Ｒｓに電流を通電して電圧を発生させることで、接続端子ｃｏｍが一定の規定電圧値（例えば、３．３[Ｖ]）で一定するよう制御する。検出セル部２ａが端子ＶＳにおいて空燃比に基づく電圧を発生するために、接続端子ｃｏｍを一定電圧に制御する必要があるからである。以下、定電圧制御部１４がセンス抵抗Ｒｓに通電する電流をＣＯＭ電流Ｉｃｏｍという。なお、ＣＯＭ電流Ｉｃｏｍは、接続端子ｃｏｍの電圧（接続部電圧）に基づき通電されるため、定電圧制御部１４側から接続端子ｃｏｍ側へ通電される場合、及び、接続端子ｃｏｍ側から定電圧制御部１４側へ通電される場合がある。定電圧制御部１４は、接続端子ｃｏｍに発生する接続部電圧が一定の規定電圧値となるように制御する定電圧手段として機能する。
【００５９】
Ａ／Ｆ検知回路１１から制限回路１２へ入力された空燃比に相当する電圧は、制限回路１２により所定の上限値及び下限値の範囲内に制限されてＶＩ変換回路１３へ出力される。かかる上限値及び下限値は、ＶＩ変換回路１３がポンプセル部２ｂに通電するポンプ電流Ｉｐが、定電圧制御部１４がセンス抵抗Ｒｓに通電するＣＯＭ電流Ｉｃｏｍ未満となる値である。すなわち、制限回路１２は、ＣＯＭ電流Ｉｃｏｍ＞ポンプ電流Ｉｐとなるよう、Ａ／Ｆ検知回路１１からＶＩ変換回路１３へ出力される電圧値を制限する。これにより、過電流に基づきフィードバック制御を行ってポンプ電流Ｉｐが増加した場合でも、ポンプ電流ＩｐをＣＯＭ電流Ｉｃｏｍ未満に制限できる。そして過電流の終息後、定電圧制御部１４は速やかに接続端子ｃｏｍを所定の電圧（例えば、前述の通り３．３［Ｖ］）に制御できる。
【００６０】
これにより、制御装置１又は空燃比センサ２に過電流が発生し、接続端子ｃｏｍの電圧が高まったとしても、ＶＩ変換回路１３へ入力される電圧は制限回路１２の上限に抑えられるため、ＶＩ変換回路１３はポンプ電流Ｉｐを過剰に減少させることがない。この結果、定電圧制御部１４の出力する電圧を適正な範囲に収めることができるため、過電流が収まった後も安定的に空燃比のフィードバック制御を行うことができる。
【００６１】
電流モニタ部１５は、センス抵抗Ｒｓに発生する電圧値に基づきポンプ電流Ｉｐを検出する。電流モニタ部１５の検出したポンプ電流Ｉｐの値は、後述の制御部３１に伝送され、制御部３１により空燃比及び燃料噴射量が算出される。
【００６２】
制御部３１は、電流モニタ部１５からポンプ電流Ｉｐの値を取得し、空燃比及び燃料噴射量を算出して、燃料噴射弁４を制御する。すなわち、制御部３１は燃料噴射弁４を制御する制御手段として機能する。
【００６３】
制御部３１は、ポンプ電流Ｉｐの値を受信する受信部３１ａ、ポンプ電流Ｉｐの値から空燃比を導出する空燃比導出部３１ｂ、空燃比に基づき前記燃料の噴射量を導出する燃料導出部３１ｃを備える。なお、受信部３１ａは「受信手段」として、空燃比導出部３１ｂは「第１導出手段」として、燃料導出部３１ｃは「第２導出手段」として機能する。
【００６４】
図５は、制限回路１２の詳細な構成を示す。制限回路１２は、３つの演算増幅器ＯＰ１、ＯＰ２、及びＯＰ３を備える。演算増幅器（ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３）は、非反転入力端子に入力された電圧と反転入力端子に入力された電圧との差となる電圧を出力端子から出力するオペアンプである。
【００６５】
演算増幅器ＯＰ１は、非反転入力端子ＮＩ１がＡ／Ｆ検知回路１１に接続され、反転入力端子ＩＩ１が基準電源Ｖｒｅｆ１に接続され、出力端子ＯＵＴ１がＶＩ変換回路１３に接続される。基準電源Ｖｒｅｆ１の出力する電圧は、例えば３．７５［Ｖ］である。したがって、演算増幅器ＯＰ１は、Ａ／Ｆ検知回路１１から出力される電圧と３．７５［Ｖ］との差となる電圧値を出力する。なお、Ａ／Ｆ検知回路１１は、ＶＳ端子に理想空燃比に相当する電圧が発生した場合に、３．７５［Ｖ］を出力する。
【００６６】
演算増幅器ＯＰ２は、反転入力端子ＩＩ２が演算増幅器ＯＰ１の出力端子ＯＵＴ１に接続され、非反転入力端子ＮＩ２が基準電源Ｖｒｅｆ２に接続され、出力端子ＯＵＴ２が演算増幅器ＯＰ１に接続される。基準電源Ｖｒｅｆ２の出力する電圧は、例えば１．０［Ｖ］である。演算増幅器ＯＰ２は、演算増幅器ＯＰ１から出力される電圧の下限を１．０［Ｖ］に制限するよう機能する。
【００６７】
演算増幅器ＯＰ３は、反転入力端子ＩＩ３が基準電源Ｖｒｅｆ３に接続され、非反転入力端子ＮＩ３が演算増幅器ＯＰ１の出力端子ＯＵＴ１に接続され、出力端子ＯＵＴ３が演算増幅器ＯＰ１に接続される。基準電源Ｖｒｅｆ３の出力する電圧は、例えば６．５［Ｖ］である。演算増幅器ＯＰ２は、演算増幅器ＯＰ１から出力される電圧の上限を６．５［Ｖ］に制限するよう機能する。
【００６８】
このように、Ａ／Ｆ検知回路１１から演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子ＮＩ１へ入力された電圧は、制限回路１２により上限及び下限が制限されてＶＩ変換回路１３へ出力される。これにより、制御装置１又は空燃比センサ２に過電流が発生してＣＯＭ端子電圧Ｖｃｏｍが増大し、それにより増大した端子ＶＳの電圧がＡ／Ｆ検知回路１１に入力されても、Ａ／Ｆ検知回路１１からＶＩ変換回路１３へ出力される電圧が過大となることはない。したがって、ＶＩ変換回路１３が出力するポンプ電流Ｉｐは過大となることはなく、過電流の終息後もポンプ電流Ｉｐを用いて安定的な空燃比のフィードバック制御を速やかに行うことができる。
【００６９】
従来のように制限回路１２を用いずに、ポンプ電流Ｉｐが過大となった場合には、ポンプ電流Ｉｐを正常な値に低下させるまでに複数回のフィードバック制御を繰り返す必要がある。この場合、速やかフィードバック制御を行うことができない。また、ポンプ電流Ｉｐを正常な値に低下させるまでの間に、過電流が終息した正常な状態にもかかわらず、過大なポンプ電流Ｉｐを誤って異常と判定する恐れがある。
【００７０】
以上の通り、第１の実施の形態に係る制御装置１は、ポンプ電流Ｉｐの値が所定範囲の電流値を超えないように制限する。このため、ポンプ電流Ｉｐが過大又は過小となることがないので、空燃比センサ２及び制御装置１を異常と誤って判定することがない。また、過電流の終息後、フィードバック制御により正常状態へ移行する期間を短縮できるので、移行期間における異常値による誤った異常検知を防止できる。また、制御装置１や空燃比センサ２に発生した過電流が終息した後も、ポンプ電流Ｉｐの値に基づいて安定して空燃比センサ２を速やかに制御できる。
【００７１】
＜２．第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態を説明する。第２の実施の形態は第１の実施の形態と同様の構成を含む。このため、第１の実施の形態との相違点を主に説明する。
【００７２】
図６は、第２の実施の形態に係る空燃比の制御装置１の構成を示す。前述の第１の実施の形態に係る制御装置１は、Ａ／Ｆ検知回路１１とＶＩ変換回路１３との間に制限回路１２を備えた。これに対し、第２の実施の形態に係る制御装置１は、Ａ／Ｆ検知回路１１とＶＩ変換回路１３との間に制限回路１２を備えず、接続端子ｃｏｍとＶＩ変換回路１３との間に電圧モニタ部１６を備える。また、ＶＩ変換回路１３は、制限回路１３ａを備える。制限回路１３ａの構成は、前述の制限回路１２と同様である。すなわち、制限回路１３ａは入力された電圧を所定の範囲に収めて出力する。
【００７３】
電圧モニタ部１６は、接続端子ｃｏｍに発生する電圧であるＣＯＭ電圧Ｖｃｏｍを監視し、ＣＯＭ電圧Ｖｃｏｍが所定電圧の範囲（例えば、３．３［Ｖ］前後）を外れたか否か判定する。電圧モニタ部１６は、ＣＯＭ電圧Ｖｃｏｍが所定電圧の範囲を外れたと判定すると、制限信号ＬｓをＶＩ変換回路１３に出力する。なお、電圧モニタ部１６は、接続端子ｃｏｍ（接続部）の電圧を検出する第１検出手段として機能する。
【００７４】
制限信号Ｌｓが電圧モニタ部１６からＶＩ変換回路１３へ入力されると、ＶＩ変換回路１３は、Ａ／Ｆ検知回路１１から入力された電圧値に制限回路１３ａを介してＶＩ変換を行う。すなわち、ＶＩ変換回路１３は、Ａ／Ｆ検知回路１１から入力された電圧値でなく、制限回路１３ａにより上限及び下限が制限された電圧値に基づいて変換したポンプ電流を空燃比センサ２へ通電する。これにより、ポンプ電流が過大又は過小とならず、一定の範囲の値に収めることができる。換言すれば、制限回路１３ａは、接続端子ｃｏｍとＶＩ変換回路１３との接続部の電圧の値が所定電圧値を超えた場合に、Ａ／Ｆ検知回路１１への入力電圧を制御することで、ポンプ電流の値が所定電流値を超えないように制限する。
【００７５】
図７は、電圧モニタ部１６の詳細な構成を示す。電圧モニタ部１６は、２つの演算増幅器ＯＰ４及びＯＰ５を備える。
【００７６】
演算増幅器ＯＰ４は、非反転入力端子ＮＩ４が接続端子ｃｏｍに接続され、反転入力端子ＩＩ４が基準電源Ｖｒｅｆ４に接続され、出力端子ＯＵＴ４がＶＩ変換回路１３に接続される。
【００７７】
基準電源Ｖｒｅｆ４は、例えば、３．６［Ｖ］を出力する。したがって、演算増幅器ＯＰ５は、反転入力端子ＩＩ５に入力される電圧が上昇して３．６［Ｖ］を上回ると、その差分となる電圧を出力する。この出力される電圧が制限信号Ｌｓとなる。
【００７８】
演算増幅器ＯＰ５は、反転入力端子ＩＩ５がセンス抵抗ＲｓとＶＩ変換回路１３とが接続される接続点Ｃに接続され、非反転入力端子ＮＩ５が基準電源Ｖｒｅｆ５に接続され、出力端子ＯＵＴ５がＶＩ変換回路１３に接続される。基準電源Ｖｒｅｆ５は、例えば、３．０［Ｖ］を出力する。したがって、演算増幅器ＯＰ５は、反転入力端子ＩＩ５に入力される電圧が下降して３．０［Ｖ］を下回ると、その差分となる電圧を出力する。この出力される電圧が制限信号Ｌｓとなる。
【００７９】
したがって、電圧モニタ部１６は、正常状態で３．３［Ｖ］に制御されるＣＯＭ端子電圧Ｖｃｏｍの電圧値を監視するので、制限する範囲は、上限が３．６［Ｖ］、下限が３．０［Ｖ］となる。
【００８０】
これにより、ポンプ電流Ｉｐを一定の範囲内に収めることができる。過電流が発生してもポンプ電流Ｉｐを一定の範囲内に収めて過大又は過小となることがないので、過電流の発生が終息した後であっても、ポンプ電流Ｉｐに基づくフィードバック制御を速やかに行うことができる。また、ポンプ電流Ｉｐを一定の範囲内に収めることができるので、ポンプ電流Ｉｐを過電流が終息した後に誤って異常と判定することを防止できる。
【００８１】
なお、電圧モニタ部１６は、図６に示す接続端子ｃｏｍの電圧値ではなく、センス抵抗Ｒｓと定電圧制御部１４とが接続される接続点Ｃの電圧値を監視してもよい。センス抵抗Ｒｓでの電圧降下を介してＣＯＭ端子電圧Ｖｃｏｍの電圧値を監視できるので、過電流の発生を適切な箇所で監視できる。この場合、電圧モニタ部１６は、センス抵抗Ｒｓと定電圧制御部１４とが接続される接続点Ｃの電圧を検出する第２検出手段として機能する。
【００８２】
電圧モニタ部１６が接続点Ｃの電圧値を監視する場合、基準電源Ｖｒｅｆ４は、センス抵抗Ｒｓでの電圧降下を考慮して、例えば７．０［Ｖ］を出力する。接続端子ｃｏｍは過電流等の発生のない正常状態で３．３［Ｖ］に制御されるので、非反転入力端子ＮＩ４に入力される電圧は３．３［Ｖ］である。したがって、演算増幅器ＯＰ４は、非反転入力端子ＮＩ４に入力される電圧が上昇して７．０［Ｖ］を上回ると、その差分となる電圧を出力する。この出力される電圧が制限信号Ｌｓとなる。
【００８３】
演算増幅器ＯＰ５は、反転入力端子ＩＩ５がセンス抵抗ＲｓとＶＩ変換回路１３とが接続される接続点Ｃに接続され、非反転入力端子ＮＩ５が基準電源Ｖｒｅｆ５に接続され、出力端子ＯＵＴ５がＶＩ変換回路１３に接続される。基準電源Ｖｒｅｆ５は、センス抵抗Ｒｓでの電圧降下を考慮して、例えば０．７［Ｖ］を出力する。したがって、演算増幅器ＯＰ５は、反転入力端子ＩＩ５に入力される電圧が下降して０．７［Ｖ］を下回ると、その差分となる電圧を出力する。この出力される電圧が制限信号Ｌｓとなる。
【００８４】
このように、電圧モニタ部１６は、接続点Ｃの電圧が上昇して７．０［Ｖ］を上回った場合、及び、同様に低下して０．７［Ｖ］を下回った場合に制限信号ＬｓをＶＩ変換回路１３へ出力する。ＶＩ変換回路１３は、制限信号Ｌｓが入力されると、Ａ／Ｆ検知回路１１からの電圧値を制限回路１３ａを介してポンプ電流Ｉｐに変換する。
【００８５】
以上の通り、第２の実施の形態に係る制御装置１は、ポンプ電流Ｉｐの値が所定電流値を上回ること及び下回ることがないように制限する。このため、ポンプ電流Ｉｐが過大又は過小となることがないので、空燃比センサ２及び制御装置１の異常と誤って判定することがない。また、過電流の終息後、フィードバック制御により正常状態へ移行する期間を短縮できるので、移行期間における異常値による誤った異常検知を防止できる。また、制御装置１や空燃比センサ２に発生した過電流が終息した後も、ポンプ電流の値に基づいて安定して空燃比センサ２を速やかに制御できる。
【００８６】
＜３．第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態を説明する。第３の実施の形態は第１の実施の形態と同様の構成を含む。このため、第１の実施の形態との相違点を主に説明する。
【００８７】
ポンプ電流ＩｐがＣＯＭ電流Ｉｃｏｍに対して過大となると、過大となったポンプ電流Ｉｐを定電圧制御部１４が吸収又は補充できずに、ＣＯＭ端子電圧Ｖｃｏｍを一定の電圧値に保持することが困難となる。
【００８８】
そこで、第３の実施の形態に係る制御装置１は、ＶＩ変換回路１３がポンプ電流Ｉｐを通電する能力よりも、定電圧制御部１４がＣＯＭ端子電圧Ｖｃｏｍを一定の電圧値（規定電圧値）にするために電流を通電する能力の方を高く設定する。すなわち、ＣＯＭ電流Ｉｃｏｍ＞ポンプ電流Ｉｐとなるように、ＶＩ変換回路１３の電流能力よりも定電圧制御部１４の電流能力を高く設定する。なお、定電圧制御部１４がＣＯＭ端子電圧Ｖｃｏｍを一定の電圧値にするための電流能力は、前述の演算式（１）により算出される。
【００８９】
これにより、定電圧制御部１４が電流を通電できる能力以上のポンプ電流Ｉｐが、接続端子ｃｏｍに通電されることにより、定電圧制御部１４が、接続端子ｃｏｍを一定電圧に制御できなくなることを防止する。したがって、定電圧制御部１４が、接続端子ｃｏｍに通電されるポンプ電流Ｉｐに対し、常に電流を吸収又は補充するように通電することができ、接続端子ｃｏｍを一定電圧に保持することができる。
【００９０】
＜４．変形例＞
本発明は上記実施の形態に限定されることはない。本発明は変形可能である。以下、本発明の変形例を説明する。なお、上記及び以下に説明する実施の形態は、適宜組み合わせ可能である。
【００９１】
上記実施の形態では、空燃比の制御装置１は、制限回路１２及び電圧モニタ部１６のいずれかを備えた。しかし、制御装置１は、制限回路１２及び電圧モニタ部１６の両者を備えてもよい。この場合、ＶＩ変換回路１３は制限回路１３ａを備えればよい。
【００９２】
また、上記実施の形態では、制限回路１２は、Ａ／Ｆ検知回路１１の出力電圧の上限と下限とを制限した。しかし、制限回路１２は、上限と下限とのうち、いずれか一方のみを制限してもよい。
【００９３】
また、ハードウェアとして説明した構成をソフトウェアで実現してもよい。一方、ソフトウェアとして説明した機能をハードウェアで実現してもよい。また、ハードウェア又はソフトウェアをハードウェアとソフトウェアとの組み合わせで実現してもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１      空燃比の制御装置
２      空燃比センサ
２ａ    検出セル部
２ｂ    ポンプセル部
３      燃料噴射装置
４      燃料噴射弁
【図１】
0006503210.tif 000002
【図２】
0006503210.tif 000003
【図３】
0006503210.tif 000004
【図４】
0006503210.tif 000005
【図５】
0006503210.tif 000006
【図６】
0006503210.tif 000007
【図７】
0006503210.tif 000008