(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定気体に応じたセンサ電流の流れる気体濃度センサ（２００）への印加電圧を制御しつつ、前記センサ電流に基づいて前記被測定気体の濃度を検出する電子制御装置であって、
前記気体濃度センサの上流端子（２００ｂ）に、前記センサ電流に応じたフィードバック電圧を印加するフィードバック電圧印加部（３１，３２）と、
前記気体濃度センサの下流端子（２００ａ）に、一定電圧を印加する定電圧部（３４，３５）と、
前記下流端子と前記定電圧部との間に設けられた、前記センサ電流を検出するための電流検出用抵抗（３３）と、
前記電流検出用抵抗における前記定電圧部によって一定電圧となった一端が非反転入力端子に接続され、前記センサ電流に応じて電圧の変動する他端が反転入力端子に接続される反転増幅回路（４０）と、
前記反転増幅回路の出力電圧に基づいて前記被測定気体の濃度を検出する検出部（１０）と、
前記フィードバック電圧に比例するオフセット電圧を、前記反転増幅回路の前記反転入力端子に常時出力するオフセット部（５０）と、を有する電子制御装置。
【請求項２】
前記オフセット部は複数の調整抵抗（５２〜５４）を有し、
複数の前記調整抵抗によって分圧された前記フィードバック電圧が、前記オフセット電圧として前記反転増幅回路の前記反転入力端子に常時入力される請求項１に記載の電子制御装置。
【請求項３】
前記オフセット部は、複数の前記調整抵抗の他に、前記フィードバック電圧を増幅する増幅部（５１）を有し、
前記増幅部によって増幅された前記フィードバック電圧が複数の前記調整抵抗によって分圧され、それが前記オフセット電圧として前記反転増幅回路の前記反転入力端子に常時入力される請求項２に記載の電子制御装置。
【請求項４】
前記増幅部は、前記フィードバック電圧が自身の非反転入力端子に入力され、自身の反転入力端子と出力端子とが接続されたオペアンプ（５１）である請求項３に記載の電子制御装置。
【請求項５】
前記オフセット部は、前記フィードバック電圧が自身の反転入力端子に入力され、自身の前記反転入力端子と出力端子とが複数の帰還配線を介して接続され、自身の非反転入力端子が基準電位に固定されたオペアンプ（５１）、複数の前記帰還配線それぞれに設けられた帰還抵抗（５７，５８）、および、複数の前記帰還配線の内の少なくとも１つに設けられた帰還スイッチ（５９）を有し、
前記オペアンプの出力端子が前記反転増幅回路の前記反転入力端子に接続されている請求項１に記載の電子制御装置。
【請求項６】
前記オフセット部は、前記フィードバック電圧が自身の非反転入力端子に入力され、自身の反転入力端子と出力端子とが帰還配線を介して接続されたオペアンプ（５１）、および、電源と基準電位との間に直列接続された上流抵抗（６４）と下流抵抗（６５）を有し、
前記上流抵抗と前記下流抵抗の中点が前記帰還配線に接続され、
前記オペアンプの出力端子が前記反転増幅回路の前記反転入力端子に接続されており、
前記下流抵抗は前記検出部からの信号入力によって抵抗値が可変になっている請求項１に記載の電子制御装置。
【請求項７】
前記下流抵抗は、前記基準電位に対して並列接続された複数の抵抗（６７，６８）と、この複数の前記抵抗の少なくとも１つに対して直列接続されたスイッチ（６９）と、を有し、
前記検出部からの信号入力によって前記スイッチが開閉制御されることで前記下流抵抗の抵抗値が可変になっている請求項６に記載の電子制御装置。
【請求項８】
前記定電圧部は、ボルテージフォロア回路（３４）と、前記ボルテージフォロア回路の非反転入力端子に接続された基準電圧源（３５）と、を有し、
前記ボルテージフォロア回路の出力端子が前記電流検出用抵抗の他端に接続され、
前記ボルテージフォロア回路の前記反転入力端子と前記出力端子とを接続する基準配線が、前記電流検出用抵抗の一端に接続されている請求項１〜７いずれか１項に記載の電子制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体濃度センサへの印加電圧を制御しつつ、気体濃度センサを流れるセンサ電流に基づいて被測定気体の濃度を検出する電子制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、排ガスの酸素濃度（空燃比：Ａ／Ｆ）を検出する空燃比検出装置が知られている。この空燃比検出装置はセンサ素子、センサ制御回路、および、マイコンを有する。センサ素子はＡ／Ｆ値に応じた限界電流の流れるものであり、センサ制御回路は限界電流が流れるようにセンサ素子に電圧を印加するものである。そしてマイコンは限界電流に基づいてＡ／Ｆ値を算出するものである。
【０００３】
上記のセンサ制御回路は、印加電圧制御回路、基準電圧電源、第１オペアンプ、および、電流検出抵抗を有する。印加電圧制御回路はセンサ素子を流れる素子電流に応じたフィードバック電圧をセンサ素子の正側端子に印加するものであり、基準電圧電源は一定の基準電圧をセンサ素子の負側端子に印加するものである。第１オペアンプは基準電圧電源とセンサ素子の負側端子との間に設けられており、自身の非反転入力端子に基準電圧源が接続され、反転入力端子と出力端子とが接続されている。電流検出抵抗は素子電流を検出するためのものであり、第１オペアンプの出力端子とセンサ素子の負側端子との間に設けられている。より詳しく言えば、電流検出抵抗の一端がセンサ素子の負側端子に接続され、その他端は第１オペアンプの出力端子に接続されている。そして電流検出抵抗の一端とセンサ素子の負側端子との間に、第１オペアンプの出力端子と反転入力端子とを接続する帰還配線の一端が接続されている。これにより電流検出抵抗の一端（センサ素子の負側端子）が基準電圧に固定され、電流検出抵抗の他端が素子電流に応じて変動する構成となっている。
【０００４】
センサ制御回路は上記構成要素の他に、反転増幅回路とオフセット設定回路を有する。反転増幅回路は第２オペアンプを有し、その非反転入力端子が電流検出抵抗の一端に接続され、その反転入力端子が電流検出抵抗の他端に接続されている。そして第２オペアンプの出力端子がマイコンに接続され、出力端子と反転入力端子とが電気的に接続されている。
【０００５】
これに対してオフセット設定回路はスイッチ素子と電源回路を有する。スイッチ素子は第２オペアンプの反転入力端子と電源回路との間に設けられている。スイッチ素子はオフセット切換信号が入力されるとオン状態になり、第２オペアンプの反転入力端子と電源回路とを接続する。これにより電圧レベルの一定なオフセット電圧が第２オペアンプの反転入力端子に入力される。上記したように第２オペアンプの反転入力端子は電流検出抵抗の他端に接続されているため、オフセット電圧の他に素子電流に応じた電圧（素子電圧）が入力される。これに対して第２オペアンプの非反転入力端子は電流検出抵抗の一端が接続されているため、基準電圧が入力される。したがって第２オペアンプの出力端子からは、オフセット電圧と素子電圧それぞれが基準電圧によって減算されて増幅された電圧によって基準電圧の減算されたＡ／Ｆ出力電圧が出力される。このようにオフセット電圧によってＡ／Ｆ出力電圧の電圧レベルが低減されるため、反転増幅回路の増幅率を高めることで、空燃比の検出精度を高めることが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２１６２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように特許文献１に示される空燃比検出装置では、第２スイッチ素子にオフセット切換信号を入力することで電圧レベルが一定のオフセット電圧を反転増幅回路に入力し、Ａ／Ｆ出力電圧の電圧レベルを低減している。反転増幅回路にはオフセット電圧の他に素子電圧が入力されるが、センサ素子の正側端子から負側端子へと流れる素子電流の増加によって基準電圧と素子電圧の電圧差が高まる。すると、Ａ／Ｆ出力電圧がマイコン（検出部）にて処理できる電圧レベル（５Ｖ）を超え、空燃比を算出することができなくなる虞がある。
【０００８】
これを避けるために、予めオフセット電圧の電圧レベルを高めに設定しておくことが考えられる。しかしながら制御対象となるセンサ素子によって流れるセンサ電流が異なるため、反転増幅回路の非反転入力端子に入力される素子電圧も変化する。したがってオフセット電圧の電圧レベルを高く設定しておくと、反転増幅回路に入力される電圧の差（差電圧）が反転し易くなり、Ａ／Ｆ出力電圧がマイナスになる虞がある。通常、検出部は０〜５Ｖの電圧を処理する。したがって上記のようにマイナスのＡ／Ｆ出力電圧が入力されると、検出部はそれを処理できず、空燃比を算出できなくなる。
【０００９】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、反転増幅回路の出力電圧が検出部の処理電圧を超えることの抑制された電子制御装置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】
【００１０】
上記した目的を達成するための開示された発明の１つは、被測定気体に応じたセンサ電流の流れる気体濃度センサ（２００）への印加電圧を制御しつつ、センサ電流に基づいて被測定気体の濃度を検出する電子制御装置であって、
気体濃度センサの上流端子（２００ｂ）に、センサ電流に応じたフィードバック電圧を印加するフィードバック電圧印加部（３１，３２）と、
気体濃度センサの下流端子（２００ａ）に、一定電圧を印加する定電圧部（３４，３５）と、
下流端子と定電圧部との間に設けられた、センサ電流を検出するための電流検出用抵抗（３３）と、
電流検出用抵抗における定電圧部によって一定電圧となった一端が非反転入力端子に接続され、センサ電流に応じて電圧の変動する他端が反転入力端子に接続される反転増幅回路（４０）と、
反転増幅回路の出力電圧に基づいて被測定気体の濃度を検出する検出部（１０）と、
フィードバック電圧に比例するオフセット電圧を、反転増幅回路の反転入力端子に常時出力するオフセット部（５０）と、を有する。
【００１１】
このように本発明ではオフセット電圧がフィードバック電圧と比例の関係にある。被測定気体の濃度の変動により、上流端子（２００ｂ）から下流端子（２００ａ）へと流れるセンサ電流が増大すると、それによって電流検出用抵抗（３３）の他端の電圧（以下、センサ電圧と示す）が低くなる。この際にフィードバック電圧印加部（３１，３２）はセンサ電流の増大に応じてフィードバック電圧を上昇する。そのためにオフセット電圧も上昇する。したがってオフセット電圧が一定の構成と比べて反転増幅回路（４０）に入力される電圧の差（差電圧）が高まることが抑制される。この結果、反転増幅回路（４０）の出力電圧が検出部（１０）にて処理できる電圧レベル（例えば５Ｖ）を超えることが抑制される。
【００１２】
また上流端子（２００ｂ）から下流端子（２００ａ）へと流れるセンサ電流が減少すると、それによってセンサ電圧が高くなる。この際にフィードバック電圧印加部（３１，３２）はセンサ電流の減少に応じてフィードバック電圧を減少する。そのためにオフセット電圧も減少する。したがってオフセット電圧が一定の構成と比べて差電圧の符号が反転することが抑制される。この結果、検出部（１０）が反転増幅回路（４０）の出力電圧を処理できなくなることが抑制される。以上により、反転増幅回路（４０）の出力電圧が検出部（１０）の処理電圧を超えることが抑制され、空燃比の検出ができなくなることが抑制される。
【００１３】
なお、特許請求の範囲に記載の請求項、および、課題を解決するための手段それぞれに記載の要素に括弧付きで符号をつけている。この括弧付きの符号は実施形態に記載の各構成要素との対応関係を簡易的に示すためのものであり、実施形態に記載の要素そのものを必ずしも示しているわけではない。括弧付きの符号の記載は、いたずらに特許請求の範囲を狭めるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態に係る電子制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】印加電圧とセンサ電流を示すグラフ図である。
【図３】空燃比に対する出力電圧、オフセット電圧、参考電圧、および、ゲイン信号それぞれの変化を示すグラフ図である。
【図４】第２実施形態に係る電子制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】空燃比に対する出力電圧、オフセット電圧、参考電圧、ゲイン信号、および、オフセット信号それぞれの変化を示すグラフ図である。
【図６】第３実施形態に係る電子制御装置の概略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、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
以下においては気体濃度センサ２００を主として説明した後に、図１〜図３に基づいて電子制御装置１００の各構成要素を詳説する。なお図３では後述する電圧Ｖａｆ，Ｖｏｆｆｓｅｔ，Ｖｒｅｆそれぞれとの関係を示すためゲイン信号Ｓｇを図示しているが、このゲイン信号Ｓｇの電圧レベルは図３に示す縦軸とは無関係である。また、図３ではオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔの電圧レベルの変化を明示するため、出力オペアンプ４１によって増幅された電圧を図示している。
【００１６】
本実施形態に係る気体濃度センサ２００は限界電流式酸素センサである。気体濃度センサ２００は例えば内燃機関の排気ガスの通る排気管に設けられ、排気ガスの成分濃度に応じた信号を電子制御装置１００へ出力する。電子制御装置１００は気体濃度センサ２００を制御するとともに、気体濃度センサ２００から入力された信号を受け取る。電子制御装置１００は気体濃度センサ２００の制御回路の他に、図示しないがエンジン制御回路を備えており、気体濃度センサ２００からの信号、および、内燃機関の回転数や吸入空気量などの内燃機関の情報に基づいて燃料噴射装置の燃料噴射量を制御する。
【００１７】
気体濃度センサ２００の出力電圧は排気ガスに含まれている空気と燃料の比（空燃比）に応じて変動する。より詳しく言えば、気体濃度センサ２００の出力電圧は、内燃機関にて空気と燃料とが過不足なく反応される理想的な空燃比（理想空燃比）よりも排気ガスの空燃比が低い（酸素濃度が薄い）場合、理想空燃比時よりも上昇する。これとは反対に理想空燃比よりも空燃比が高い（酸素濃度が濃い）場合、理想空燃比時よりも出力電圧が下降する。したがって空燃比を理想空燃比に保つ場合、電子制御装置１００は気体濃度センサ２００の出力電圧が上昇した際に酸素濃度が濃くなるように燃料噴射装置の燃料噴射量を制御する。これとは反対に気体濃度センサ２００の出力電圧が下降した際に電子制御装置１００は酸素濃度が薄くなるように燃料噴射装置の燃料噴射量を制御する。
【００１８】
なお、空燃比を理想空燃比よりも高い所定の空燃比（以下、リーン空燃比と示す）に保つ場合、電子制御装置１００は気体濃度センサ２００の出力電圧がリーン空燃比時よりも下降した際に酸素濃度が濃くなるように燃料噴射装置の燃料噴射量を制御する。これとは反対に気体濃度センサ２００の出力電圧がリーン空燃比時よりも上昇した際に電子制御装置１００は酸素濃度が薄くなるように燃料噴射装置の燃料噴射量を制御する。
【００１９】
同様にして、空燃比を理想空燃比よりも低い所定の空燃比（以下、リッチ空燃比と示す）に保つ場合、電子制御装置１００は気体濃度センサ２００の出力電圧がリッチ空燃比時よりも下降した際に酸素濃度が濃くなるように燃料噴射装置の燃料噴射量を制御する。これとは反対に気体濃度センサ２００の出力電圧がリッチ空燃比時よりも上昇した際に電子制御装置１００は酸素濃度が薄くなるように燃料噴射装置の燃料噴射量を制御する。
【００２０】
以上に示した、理想空燃比、リーン空燃比、若しくは、リッチ空燃比のいずれに空燃比を保つ制御を行うかの判断は、排気ガスの排出量やエンジンの負荷状況に応じて決定される。以下においてはこれらの制御を理想空燃比制御、リーン空燃比制御、リッチ空燃比制御と示す。なお上記した気体濃度センサ２００の出力電圧とは、後述する第２電圧Ｖ２に相当する。
【００２１】
図示しないが、気体濃度センサ２００は拡散抵抗層に第１電極、固体電解質、第２電極が順次積層されて成る。拡散抵抗層は小孔を有する多孔質のアルミナなどから成り、第１電極と第２電極は白金などから成る。そして固体電解質はジルコニア固体電解質である。拡散抵抗層を介して第１電極に排気ガスが流入され、第２電極は大気に開放されている。第１電極は気体濃度センサ２００の下流端子２００ａに接続され、第２電極が上流端子２００ｂに接続されている。以下においては第１電極を排気側電極、第２電極を大気側電極と示す。
【００２２】
排気ガスの空燃比が理想空燃比よりも高い場合（空燃比がリーンの場合）、排気ガスに含まれる酸素分子が排気側電極へ吸入される。吸入された酸素分子はイオン化して固体電解質へと移動し、固体電解質を介して大気側電極へと移動する。そして大気側電極においてイオン化した酸素が酸素分子に戻されて、大気へ放出される。このように排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気側電極から大気側電極へとイオン化した酸素が流れる。換言すれば、空燃比がリーンの場合、大気側電極から排気側電極へと電流が流れる。
【００２３】
これとは異なり、排気ガスの空燃比が理想空燃比よりも低い場合（空燃比がリッチの場合）、大気に含まれる酸素分子が大気側電極へ吸入される。吸入された酸素分子はイオン化して固体電解質へと移動し、固体電解質を介して排気側電極へと移動する。そして排気側電極においてイオン化した酸素が酸素分子に戻されて、排気ガスへ放出される。この排気側電極から放出された酸素分子は、排気ガスに含まれる未燃ガス（一酸化炭素、塩化水素、水素など）と反応する。このように排気ガスの空燃比がリッチの場合、大気側電極から排気側電極へとイオン化した酸素が流れる。換言すれば、空燃比がリッチの場合、排気側電極から大気側電極へと電流が流れる。
【００２４】
上記した気体濃度センサ２００を流れる電流（以下、センサ電流と示す）は、印加電圧が低い場合、その印加電圧と気体濃度センサ２００の抵抗値に応じて流れる。しかしながら印加電圧が所定値を超えると、図２に示すようにセンサ電流は飽和する。排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガスに含まれる酸素分子の吸入が拡散抵抗層によって制限されるためにセンサ電流が飽和する。これに対して排気ガスの空燃比がリッチの場合、未燃ガスと酸素分子との反応が拡散抵抗層によって制限されるためにセンサ電流が飽和する。このようにセンサ電流が飽和し、気体濃度センサ２００に限界電流が流れる。
【００２５】
この限界電流は排気ガスに含まれる酸素濃度（空燃比）に正比例する性質を有する。図２に示すように空燃比（Ａ／Ｆ）が大気と等しい場合、空燃比が１８の場合よりも限界電流の電流値が高くなる。したがって限界電流の電流値に基づいて、酸素濃度を検出することができる。本実施形態では図２に示すように、各空燃比の限界電流の真ん中を通るように、印加電圧特性が定められている。以下、電子制御装置１００の構成要素を詳説する。
【００２６】
電子制御装置１００は、マイクロコンピュータ１０（以下、マイコン１０と示す）とドライバ２０を有する。マイコン１０はセンサ電流に基づいて空燃比を検出するものであり、０〜５Ｖの電圧を処理する。ドライバ２０は気体濃度センサ２００の印加電圧を制御しつつ、センサ電流を電圧値に変換してマイコン１０に出力するものである。マイコン１０が特許請求の範囲に記載の検出部に相当する。
【００２７】
図１に示すようにドライバ２０は、電圧印加部３０、反転増幅回路４０、および、オフセット部５０を有する。電圧印加部３０はセンサ電流に応じたフィードバック電圧と電圧レベルが一定の基準電圧を気体濃度センサ２００に印加するものであり、反転増幅回路４０はセンサ電流に応じた電圧をマイコン１０に出力するものである。またオフセット部５０はフィードバック電圧に基づくオフセット電圧を生成し、それを反転増幅回路４０とマイコン１０それぞれに出力するものである。
【００２８】
電圧印加部３０は、電圧制御部３１、第１オペアンプ３２、電流検出用抵抗３３、第２オペアンプ３４、および、基準電圧源３５を有する。気体濃度センサ２００の上流端子２００ｂに第１オペアンプ３２を介して電圧制御部３１が接続され、下流端子２００ａに電流検出用抵抗３３と第２オペアンプ３４を介して基準電圧源３５が接続されている。第１オペアンプ３２は反転入力端子と出力端子とが接続されてボルテージフォロア回路を構成しており、電圧制御部３１にて生成されたフィードバック電圧が増幅率１で上流端子２００ｂに印加される。同様にして第２オペアンプ３４も反転入力端子と出力端子とが接続されてボルテージフォロア回路を構成しており、電流検出用抵抗３３と下流端子２００ａとの間に第２オペアンプ３４の帰還配線の一端が接続されている。これにより基準電圧源３５にて生成された電圧レベルの一定な基準電圧が増幅率１で下流端子２００ａに印加される。電圧制御部３１と第１オペアンプ３２とによって、特許請求の範囲に記載のフィードバック電圧印加部が構成され、基準電圧源３５と第２オペアンプ３４とによって、特許請求の範囲に記載の定電圧部が構成されている。第２オペアンプ３４の帰還配線が特許請求の範囲に記載の基準配線に相当する。
【００２９】
図１に示すように電圧制御部３１には第２オペアンプ３４と電流検出用抵抗３３との間の中点が接続されている。この中点電圧（以下、第２電圧Ｖ２と示す）はセンサ電流に応じて変動する性質を有する。電圧制御部３１は第２電圧Ｖ２に基づいて、気体濃度センサ２００に限界電流が流れるように、フィードバック電圧Ｖｂを生成する。これに対して基準電圧源３５は電圧レベルの一定な基準電圧（以下、第１電圧Ｖ１と示す）を生成する。これにより気体濃度センサ２００の印加電圧がＶｂ−Ｖ１で表され、これはフィードバック電圧Ｖｂによって変動する性質を有する。
【００３０】
空燃比が理想空燃比（ストイキ）の場合、限界電流はゼロになる。しかしながら空燃比が上昇してリーンになると、センサ電流が増大して第２電圧Ｖ２が低下する。この際に電圧制御部３１はフィードバック電圧を上昇し、図２に示すように符号が正の限界電流を気体濃度センサ２００に流動させる。これとは反対に空燃比が減少してリッチになると、センサ電流が減少して第２電圧Ｖ２が上昇する。この際に電圧制御部３１はフィードバック電圧を減少し、図示しないが符号が負の限界電流を気体濃度センサ２００に流動させる。
【００３１】
反転増幅回路４０は、出力オペアンプ４１、ゲイン抵抗４２〜４４、および、ゲイン切り替えスイッチ４５を有する。出力オペアンプ４１の非反転入力端子が第２オペアンプ３４の帰還配線に接続され、その電圧レベルが第１電圧Ｖ１に固定されている。これに対して出力オペアンプ４１の反転入力端子は、ゲイン切り替えスイッチ４５を介して、第２オペアンプ３４と電流検出用抵抗３３の中点と出力オペアンプ４１の出力端子とを接続する中継配線４６に接続されている。この中継配線４６には、上記の中点から出力オペアンプ４１の出力端子へと向かってゲイン抵抗４２〜４４が順に直列接続されている。ゲイン抵抗４２，４３の中点（以下、第１中点と示す）とゲイン抵抗４３，４４の中点（以下、第２中点と示す）それぞれが、ゲイン切り替えスイッチ４５を介して出力オペアンプ４１の反転入力端子と接続切り替え可能となっている。
【００３２】
第１中点と第２中点のいずれが出力オペアンプ４１の反転入力端子に接続されるのかは、マイコン１０がゲイン切り替えスイッチ４５に出力するゲイン信号Ｓｇによって決定される。ゲイン信号Ｓｇの電圧レベルがＬｏレベルの場合、第２中点がゲイン切り替えスイッチ４５を介して出力オペアンプ４１の反転入力端子に接続される。これとは反対にゲイン信号Ｓｇの電圧レベルがＨｉレベルの場合、第１中点がゲイン切り替えスイッチ４５を介して出力オペアンプ４１の反転入力端子に接続される。第２中点が出力オペアンプ４１の反転入力端子に接続される場合、ゲイン抵抗４２，４３が反転増幅回路４０の入力抵抗、第３ゲイン抵抗４４が反転増幅回路４０の帰還抵抗になる。これとは異なり第１中点が出力オペアンプ４１の反転入力端子に接続される場合、第１ゲイン抵抗４２が反転増幅回路４０の入力抵抗、ゲイン抵抗４３，４４が反転増幅回路４０の帰還抵抗になる。そのためゲイン切り替えスイッチ４５の切り替えによって反転増幅回路４０の増幅率が変動する。より詳しく言えば、図３に示すようにゲイン信号Ｓｇの電圧レベルがＬｏレベルからＨｉレベルへと変化すると、それによって反転増幅回路４０の増幅率が増大する。リッチ空燃比制御を行なう場合、マイコン１０はゲイン信号Ｓｇの電圧レベルをＬｏレベルにする。しかしながら理想空燃比制御、若しくは、リーン空燃比制御を行なう場合、マイコン１０はゲイン信号Ｓｇの電圧レベルをＨｉレベルにする。図１ではゲイン信号Ｓｇの電圧レベルがＨｉレベルの場合を図示している。
【００３３】
オフセット部５０は、オフセットオペアンプ５１と調整抵抗５２〜５４を有する。オフセットオペアンプ５１の反転入力端子と出力端子とが接続され、増幅率が１のボルテージフォロア回路が構成されている。このオフセットオペアンプ５１の非反転入力端子は電圧制御部３１と第１オペアンプ３２との間の中点に接続されている。したがってオフセットオペアンプ５１からは等倍されたフィードバック電圧Ｖｂが出力される。
【００３４】
上記の調整抵抗５２，５３はオフセットオペアンプ５１の出力端子から基準電位（グランド）へと向かって順に直列接続され、その中点が第３調整抵抗５４を介してマイコン１０と出力オペアンプ４１の反転入力端子に接続されている。したがって調整抵抗５２〜５４によって電圧降下されたフィードバック電圧Ｖｂが、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔとしてマイコン１０と出力オペアンプ４１の反転入力端子それぞれに常時入力される。
【００３５】
次に、本実施形態に係る電子制御装置１００の作用効果を説明する。上記した電子制御装置１００の接続構成により、出力オペアンプ４１の反転入力端子には第２電圧Ｖ２とオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔが入力され、非反転入力端子には第１電圧Ｖ１が入力される。オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔはフィードバック電圧Ｖｂを電圧降下したものであるから、フィードバック電圧Ｖｂと同様の振る舞いを示す。すなわち図３に一点鎖線で示すようにオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔは空燃比の高まりに応じて上昇する性質を有する。これに対して第２電圧Ｖ２は空燃比の高まりに応じて下降する性質を有する。したがってオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔが一定の構成と比べて、空燃比の高まりに対して出力オペアンプ４１に入力される電圧の差（差電圧）が高まることが抑制される。そのため図３にて実線で示すように出力電圧Ｖａｆの電圧レベルがマイコン１０の処理可能な電圧レベル（５Ｖ）を超えることが抑制される。また逆に言えば、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔは空燃比の低まりに応じて下降する性質を有し、第２電圧Ｖ２は空燃比の低まりに応じて上昇する性質を有する。そのためオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔが一定の構成と比べて、空燃比の低まりに対して出力電圧Ｖａｆの符号が反転することが抑制される。したがって図３にて実線で示すように出力電圧Ｖａｆの電圧レベルがマイコン１０の処理可能な電圧レベル（０Ｖ）を下回ることが抑制される。以上により出力電圧Ｖａｆがマイコン１０の処理可能な電圧レベル範囲外となることが抑制され、マイコン１０にて空燃比を検出できなくなることが抑制される。図３に破線で示す参考電圧Ｖｒｅｆは、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔが出力オペアンプ４１に入力されない場合における出力オペアンプ４１の出力電圧である。
【００３６】
なお、マイコン１０には上記の出力電圧Ｖａｆとオフセット電子Ｖｏｆｆｓｅｔが入力される。そのためマイコン１０は出力電圧Ｖａｆから、反転増幅回路４０の増加率を加味してオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを減算することで、空燃比に依存する第２電圧Ｖ２を算出する。そしてマイコン１０は算出した第２電圧Ｖ２と、記憶している第１電圧Ｖ１と電流検出用抵抗３３の抵抗値に基づいてセンサ電流を算出し、このセンサ電流に基づいて空燃比を算出する。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図４および図５に基づいて説明する。第２実施形態に係る電子制御装置は上記した実施形態によるものと共通点が多い。そのため以下においては共通部分の説明を省略し、異なる部分を重点的に説明する。また以下においては上記した実施形態で示した要素と同一の要素には同一の符号を付与する。
【００３８】
なお図５では電圧Ｖａｆ，Ｖｏｆｆｓｅｔ，Ｖｒｅｆそれぞれとの関係を示すために信号Ｓｇ，Ｓｏｆｆｓｅｔを図示しているが、この信号Ｓｇ，Ｓｏｆｆｓｅｔの電圧レベルは図５に示す縦軸とは無関係である。また、図５ではオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔの電圧レベルの変化を明示するため、図３と同様にして出力オペアンプ４１によって増幅された電圧を図示している。
【００３９】
第１実施形態のオフセット部５０は、フィードバック電圧Ｖｂを等倍し、電圧降下したオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを出力する例を示した。これに対して本実施形態のオフセット部５０は、フィードバック電圧Ｖｂを可変に増幅し、電圧降下したオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを出力する点を特徴とする。
【００４０】
本実施形態に係るオフセット部５０は、図４に示すように増幅率が可変の非反転増幅回路５５と第３調整抵抗５４を有する。非反転増幅回路５５は、オフセットオペアンプ５１、入力抵抗５６、帰還抵抗５７，５８、および、帰還スイッチ５９を有する。オフセットオペアンプ５１の反転入力端子は入力抵抗５６を介して電圧制御部３１と第１オペアンプ３２との間の中点に接続され、その非反転入力端子は基準電位（グランド）に接続されている。そしてオフセットオペアンプ５１の反転入力端子と出力端子とが帰還配線を介して接続され、その出力端子が第３調整抵抗５４を介してマイコン１０と出力オペアンプ４１の反転入力端子に接続されている。したがって非反転増幅回路５５によって増幅され、第３調整抵抗５４によって電圧降下されたフィードバック電圧Ｖｂが、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔとしてマイコン１０と出力オペアンプ４１の反転入力端子それぞれに入力される。
【００４１】
図４に示すように、本実施形態ではオフセットオペアンプ５１の反転入力端子と出力端子とが２本の帰還配線を介して接続されている。そして２本の帰還配線の内の一方に第１帰還抵抗５７が設けられ、残りの帰還配線に第２帰還抵抗５８とともに帰還スイッチ５９が設けられている。この帰還スイッチ５９の開閉状態は、マイコン１０から帰還スイッチ５９に出力されるオフセット信号Ｓｏｆｆｓｅｔによって決定される。オフセット信号Ｓｏｆｆｓｅｔの電圧レベルがＬｏレベルの場合に帰還スイッチ５９は開状態となり、第１帰還抵抗５７が非反転増幅回路５５の帰還抵抗になる。これとは異なり、オフセット信号Ｓｏｆｆｓｅｔの電圧レベルがＨｉレベルの場合に帰還スイッチ５９は閉状態となり、並列接続された帰還抵抗５７，５８の合成抵抗が非反転増幅回路５５の帰還抵抗になる。そのため帰還スイッチ５９の開閉によって非反転増幅回路５５の増幅率が変動する。より詳しく言えば、図５に示すようにオフセット信号Ｓｏｆｆｓｅｔの電圧レベルがＨｉレベルからＬｏレベルへと変化すると帰還抵抗の抵抗値が増大し、非反転増幅回路５５の増幅率が増大する。マイコン１０はリッチ空燃比制御、若しくは、理想空燃比制御を行なう場合、オフセット信号Ｓｏｆｆｓｅｔの電圧レベルをＨｉレベルにする。しかしながらリーン空燃比制御を行なう場合、マイコン１０はオフセット信号Ｓｏｆｆｓｅｔの電圧レベルをＬｏレベルにしてオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを増大する。
【００４２】
以上示したように、帰還スイッチ５９を開閉制御することで非反転増幅回路５５の増幅率を変更することができる。そのため上記したように、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔの電圧レベルを目標とする空燃比の制御（リッチ空燃比制御、理想空燃比制御、若しくは、リーン空燃比制御）に応じて変更することができる。
【００４３】
なお、上記したように本実施形態では２本の帰還配線が並列接続された例を示した。しかしながら並列接続される帰還配線の数としては上記例に限定されず、例えば３本以上を採用することもできる。この場合、Ｎを３以上の整数とすると、Ｎ本の帰還配線それぞれに帰還抵抗が設けられ、Ｎ−１本の帰還配線それぞれに帰還スイッチが設けられる。この複数の帰還スイッチの開閉状態を制御することで、非反転増幅回路５５の増幅率を高精度に制御することができる。すなわち、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔの電圧レベルを高精度に制御することができる。
【００４４】
（第３実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図６に基づいて説明する。第３実施形態に係る電子制御装置は上記した実施形態によるものと共通点が多い。そのため以下においては共通部分の説明を省略し、異なる部分を重点的に説明する。また以下においては上記した実施形態で示した要素と同一の要素には同一の符号を付与する。
【００４５】
第１実施形態のオフセット部５０は、フィードバック電圧Ｖｂを等倍し、電圧降下したオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを出力する例を示した。これに対して本実施形態のオフセット部５０は、フィードバック電圧Ｖｂを分圧した後に可変に増幅し、電圧降下したオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを出力する点を特徴とする。
【００４６】
本実施形態に係るオフセット部５０は、図６に示すように分圧部６０、オフセットオペアンプ５１、第１帰還抵抗５７、第３調整抵抗５４、および、可変基準電圧部６１を有する。分圧部６０は電圧制御部３１と第１オペアンプ３２との間の中点から基準電位（グランド）へと向かって直列接続された分圧抵抗６２，６３を有し、その中点がオフセットオペアンプ５１の非反転入力端子に接続されている。そしてオフセットオペアンプ５１の反転入力端子と出力端子は帰還配線を介して接続され、その出力端子は第３調整抵抗５４を介してマイコン１０と出力オペアンプ４１の反転入力端子に接続されている。帰還配線には第１帰還抵抗５７が設けられ、この帰還配線に可変基準電圧部６１が接続されている。以上により、分圧部６０にて分圧され、オフセットオペアンプ５１によって増幅され、第３調整抵抗５４によって電圧降下されたフィードバック電圧Ｖｂが、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔとしてマイコン１０と出力オペアンプ４１の反転入力端子それぞれに入力される。
【００４７】
図６に示すように可変基準電圧部６１は、電源からグランド電位に向かって順に直列接続された上流抵抗６４と下流抵抗６５、および、抵抗６４，６５の中点と帰還配線との間に設けられる出力抵抗６６を有する。この構成により、抵抗６４，６５によって分圧され、出力抵抗６６によって電圧降下された電源電圧（以下、単に電源電圧と示す）が、オフセットオペアンプ５１の反転入力端子に入力される。上記の下流抵抗６５の抵抗値は可変となっているため、オフセットオペアンプ５１の反転入力端子に入力される電源電圧の電圧レベルも可変となっている。
【００４８】
下流抵抗６５は抵抗６７，６８とオフセット切り替えスイッチ６９を有する。図６に示すように抵抗６４，６５の中点と基準電位（グランド）とは２本の並列配線を介して接続されており、この２本の並列配線の内の一方に第１抵抗６７が設けられ、残りの並列配線に第２抵抗６８とともにオフセット切り替えスイッチ６９が設けられている。このオフセット切り替えスイッチ６９の開閉状態は、マイコン１０がオフセット切り替えスイッチ６９に出力するオフセット信号Ｓｏｆｆｓｅｔによって決定される。オフセット信号Ｓｏｆｆｓｅｔの電圧レベルがＬｏレベルの場合にオフセット切り替えスイッチ６９は開状態となり、第１抵抗６７によって下流抵抗６５の抵抗値が決定される。これとは異なり、オフセット信号Ｓｏｆｆｓｅｔの電圧レベルがＨｉレベルの場合にオフセット切り替えスイッチ６９は閉状態となり、並列接続された抵抗６７，６８の合成抵抗によって下流抵抗６５の抵抗値が決定される。そのためオフセット切り替えスイッチ６９の開閉によって、オフセットオペアンプ５１の反転入力端子に入力される電源電圧の電圧レベルが変動する。より詳しく言えば、オフセット信号Ｓｏｆｆｓｅｔの電圧レベルがＨｉレベルからＬｏレベルへと変化すると下流抵抗６５の抵抗値が増大し、オフセットオペアンプ５１に入力される電源電圧の電圧レベルが増大する。これによってオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔが増大する。このオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔの振る舞いは、第２実施形態で示した図５と同様である。マイコン１０はリッチ空燃比制御、若しくは、理想空燃比制御を行なう場合にオフセット信号Ｓｏｆｆｓｅｔの電圧レベルをＨｉレベルにし、リーン空燃比制御を行なう場合にオフセット信号Ｓｏｆｆｓｅｔの電圧レベルをＬｏレベルにする。
【００４９】
以上示したように、オフセット切り替えスイッチ６９の開閉状態を制御することでオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔの電圧レベルを変更することができる。そのため上記したように、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔの電圧レベルを目標とする空燃比の制御（リッチ空燃比制御、理想空燃比制御、若しくは、リーン空燃比制御）に応じて変更することができる。
【００５０】
なお、上記したように本実施形態では並列配線が２本の例を示した。しかしながら並列配線の数としては上記例に限定されず、例えば３本以上を採用することもできる。この場合、Ｎを３以上の整数とすると、Ｎ本の並列配線それぞれに下流抵抗６５の抵抗が設けられ、Ｎ−１本の並列配線それぞれに下流抵抗６５のスイッチが設けられる。この複数のスイッチの開閉状態を制御することで、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔの電圧レベルを高精度に制御することができる。
【００５１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００５２】
各実施形態においてゲイン切り替えスイッチ４５は、ゲイン信号ＳｇがＬｏレベルの場合に第２中点と出力オペアンプ４１の反転入力端子とを接続し、ゲイン信号Ｓｇの電圧レベルがＨｉレベルの場合に第１中点と反転入力端子とを接続する例を示した。しかしながらこれとは反対にゲイン切り替えスイッチ４５は、ゲイン信号ＳｇがＨｉレベルの場合に第２中点と出力オペアンプ４１の反転入力端子とを接続し、ゲイン信号Ｓｇの電圧レベルがＬｏレベルの場合に第１中点と反転入力端子とを接続してもよい。なおこの場合、マイコン１０は、リッチ空燃比制御を行なう場合にゲイン信号ＳｇをＨｉレベルにし、理想空燃比制御、若しくは、リーン空燃比制御を行なう場合にゲイン信号ＳｇをＬｏレベルにする。
【符号の説明】
【００５３】
１０…マクロコンピュータ（マイコン）、３１…電圧制御部、３２…上流オペアンプ、３３…電流検出用抵抗、３４…第２オペアンプ、３５…基準電圧源、４０…反転増幅回路、５０…オフセット部、１００…電子制御装置、２００…気体濃度センサ、２００ａ…下流端子、２００ｂ…上流端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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