JP4014844B2

JP4014844B2 - Engine control device

Info

Publication number: JP4014844B2
Application number: JP2001327455A
Authority: JP
Inventors: 隆之海老澤; 浩一小野
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Astemo Ltd
Priority date: 2001-10-25
Filing date: 2001-10-25
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2021-10-25
Also published as: JP2003129894A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン制御装置、及びエンジン制御などのセンサ信号をコントロールユニットに取り込むためのセンサ信号検出回路とその回路ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用のエンジン制御に用いる各種センサのうち、例えば排気ガス中の酸素濃度を検出するО₂センサについては、基準電圧設定手段にて設定された基準電圧をバイアス点とし、そのバイアス点を中心にしてセンサ信号を検出（取り込む）技術が提案されている。
【０００３】
基準電圧の作り方としては、例えば、特開平９−１２６０３９号公報に開示される信号処理回路では、ノック信号を積分する場合に、同一抵抗値の２つの抵抗で電源電圧を２等分して作った電圧を積分の基準点としていることが知られている。
【０００４】
また、この設定した基準電圧は、センサが断線した場合、特定の電圧にすることで、センサの断線状態を判定するように、そのままフェールセーフ制御値として使用し、各種アクチュエータを制御することもある。
【０００５】
センサ信号の検出において、センサと信号検出回路の間、および検出回路からＣＰＵまでの間の信号ラインは、ノイズの影響を受けやすい。
【０００６】
そのため、信号ラインの近傍はノイズ発生源と離すようにしてパターン設計を行ったり、信号ラインをアースパターンで囲む等の対策をとってパターン設計するような対策をしている。この手法によればパターンレイアウトの制約が大きくなる。また、上記のような対策のパターンレイアウト方法を行っても、根本的な対策とはなりえず、ノイズ発生源から出されるノイズによって、センサ信号にノイズが混入し、ノイズが混入したセンサの信号を制御に用いることでエンジン制御においてエミッションを悪化させるような誤動作を引き起こすおそれがある。
【０００７】
なお、センサ装置のノイズ対策としては、その他に、例えば、特開平８−１８４４６２号公報に開示されるように、高周波ノイズ対策を施すために、オペアンプの出力に対して抵抗，コンデンサによるフィルタ回路を形成したりする技術などが知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
自動車用のコントロールユニットは、回路基板に発振回路とセンサ信号の検出回路とを一緒に搭載しているが、ユニットの小型化および回路の集約化が要求され実装面積を減少させなければならない状況においては、ノイズ発生源となる発振回路とセンサ信号の検出回路との実装位置を常に考慮しなければならず、パターンレイアウトの際の制限が大きく、実際考慮したとしても、ノイズ発生源からの影響を受けることがあった。また、フィルタ回路を設けたとしても、ノイズ発生源からの影響を受けることがあった。
【０００９】
特にＯ₂センサの信号検出（信号取り込み）は、センサ信号がリッチ，リーンを周期的に繰り返す正弦波信号であり、このセンサ信号を直流バイアス点を基準にして取り出すが、パターンレイアウトにより、周辺にクリスタル等の発振回路がある場合、直流バイアス点が発振回路等のノイズ源の影響でノイズが混入し、センサ信号がこのノイズの影響を受けことがある。
【００１０】
また、Ｏ₂センサの場合、センサ信号に発振回路からのノイズが混入された信号が特定の周期性をもっている場合には、センサの劣化特性の信号と酷似しているため、正常な信号なのか、もしくはノイズによる影響を受けた信号なのかの判断がコントロールユニット側では容易につかない。その結果ノイズが混入した信号で、アクチュエータを制御するため最終的にエミッションの悪化するおそれがあった。
【００１１】
本発明の目的は、パターンレイアウトに制約されない自由な配置が行えると共に、センサの信号検出において、センサ信号を検出するための基準電圧にノイズ発生源からノイズが混入するのを低減または防止することができる自動車用のセンサ信号検出回路を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために基本的には、自動車の制御に用いるセンサ信号を、基準電圧設定手段により設定した電圧を基準点にして検出する自動車用のセンサ信号検出回路において、前記基準電圧設定手段にノイズ除去用のコンデンサを設けたことを特徴とする。
【００１３】
その最適例として、前記センサ信号が正弦波の信号（例えば、О₂信号）であり、この正弦波信号を前記基準電圧設定手段により設定した基準電圧を直流バイアス点として検出し、この直流バイアス点にノイズ除去用のコンデンサを接続してなるものを提案する。
【００１４】
このように基準電圧を設定する基準電圧設定手段の直流バイアス点にコンデンサを追加することで、ノイズ源から発生するノイズに対して低減又は削除ができ、エンジンのエミッション悪化を防ぐことができる。
【００１５】
また、上記のようにコンデンサを追加することで、ノイズ発生源からのノイズによる影響を受けなくて済み、かつ発振回路等のノイズ源のパターンレイアウトを考慮せず、自由にパターン配置が行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施例に係るセンサ信号検出回路の構成図であり、代表例としてＯ₂センサの信号検出回路を示す。
【００１８】
Ｏ₂センサ１は、内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出するもので、このセンサ信号は、コントロールユニット２０により実行されるエンジンの空燃比制御に用いられる。
【００１９】
コントロールユニット２０は、図４に示すように、種々のエンジン状態に関するセンサ信号を入力してエンジン制御を行うものであり、ここでは、一例として、ユニット２０内に設けたＯ₂信号検出回路１０を代表的に示している。
【００２０】
検出回路１０の中の基準電圧設定手段９は、分割した第１、第２の抵抗４、５よりなり、コントロールユニット２０内で使用している電源電圧７を第１の抵抗４と第２の抵抗５で分割することにより、信号検出用の基準となる電圧を設定する。
【００２１】
基準電圧設定手段９のバイアス点８は、Ｏ₂センサ１の信号線１１に抵抗１２を介して接続される。
【００２２】
Ｏ₂センサ１の出力信号（ＶＰＰ１：約０〜１Ｖ）は、コントロールユニット２０に入力した後に、基準電圧設定手段９で設定された基準電圧（バイアス電圧）が加わることで、この基準電圧を中心に検出され、抵抗１３およびコンデンサ１４よりなるフィルタ回路およびＡ／Ｄコンバータ３を介して、演算器（ＣＰＵ）２に入力される。
【００２３】
ＣＰＵ２では、図４に示すように、Ａ／Ｄコンバータ３へ入力されたＯ₂センサ１その他の各種センサ信号の入力に応じてインジェクタ等のアクチュエータを動作させる。
【００２４】
また、バイアス点８で設定された基準電圧は、Ｏ₂センサ１が断線した場合には、図３（ｄ）に示すように固定の電圧に設定していることで、センサ断線時のフェールセーフ制御値として用いている。
【００２５】
Ｏ₂センサの信号検出手段（検出回路）１０は、実際に基板１００上へ他の回路と共にパターンレイアウトを行う際、例えばクリスタルで構成される発振回路１０１とＯ₂センサ検出回路１０とを配置する場合には、発振回路１０１がノイズ源となるために、従来は、図２に示すように、両者の回路を一定の間隔１０３を十分に離すなどしていたが、パターン設計時において回路配置が自由に行えなくなるといった大きな制約がでてきてしまう。
【００２６】
また、上記パターンレイアウトによる対応を行ったとしても、発振回路１０１からのクロックノイズがＯ₂センサ検出手段１０への混入が懸念される。
【００２７】
正常なＯ₂センサ１の信号は、図３（ａ）に示すように、バイアス点８では基準電圧を中心に、ＶＰＰ１（約０〜１Ｖ）の範囲で周期をもった正弦波信号で振幅し検出され、ＣＰＵ２のＡ／Ｄコンバータ３へ入力する。基準電圧よりも正側は、空燃比はリッチ混合気、負側はリーン混合気の状態を示す。
【００２８】
図３（ｂ）に、本実施例のようなコンデンサ６をバイアス点８に接続しない場合において、Ｏ₂センサ検出回路１０で検出したセンサ信号に、ノイズ源となる発振回路１０１からＯ₂センサ検出回路１０の基準電圧手段９のバイアス点８へノイズが混入したときの、バイアス点８での影響されたセンサ信号の波形の例を示す。
【００２９】
すなわち、この場合には、パターンレイアウトを考慮した場合であっても、Ｏ₂センサ検出回路１０が発振回路１０１の近傍にある場合には、この発振回路１０１からのクロック信号がノイズとしてバイアス点８からＯ₂センサ信号に混入してしまい、図３（ｂ）のような信号になってしまう。この時のＯ₂センサの信号は、ＶＰＰ２（０〜２００ｍＶ）の範囲で振幅し、また、周期が早くなる傾向にある。
【００３０】
このノイズが混入したセンサ信号は、Ｏ₂センサ１の劣化特性時の信号と酷似しているため、コントロールユニット２０のＣＰＵ２では、Ｏ₂センサ１の劣化特性と判断してエンジンを制御してしまい、最終的にはエンジンのエミッションの悪化という問題が発生してしまう。
【００３１】
本発明は図１に示すように、ノイズ除去用のコンデンサ６を基準電圧設定手段９のバイアス点８に追加することにより、ノイズ源となるような発振回路１０１からのクロックノイズを削除もしくは減少させることができる。
【００３２】
基準電圧設定手段９のバイアス点８へコンデンサ６追加後は、図３（ｃ）に示すようにノイズが低減もしくは削除された信号波形となり、ノイズ混入による影響によるエミッション悪化などの問題が解消される。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、基準電圧を設定し、基準電圧を中心にセンサの信号の検出を行う検出回路において、基準電圧設定手段のバイアス点にコンデンサを追加することにより発振回路等のノイズ源のパターンレイアウトに左右されることがなく、またノイズの混入を低減もしくは削除ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＯ₂センサ検出回路を示す図。
【図２】センサ信号検出回路と発振回路との回路基板上への実装配置を示す図。
【図３】Ｏ₂センサ信号の種々の波形パターンを示す説明図。
【図４】上記実施例に係るエンジン制御装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１…Ｏ₂センサ、２…ＣＰＵ、３…Ａ／Ｄ変換器、４、５…抵抗、６…ノイズ除去用コンデンサ、７…電源電圧、８…バイアス点、９…基準電圧設定手段、１０…センサ信号検出手段（センサ信号検出回路）、２０…コントロールユニット（ＥＣＵ）、１００…基板、１０１…発振回路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine control device, a sensor signal detection circuit for taking a sensor signal for engine control and the like into a control unit, and a circuit unit thereof.
[0002]
[Prior art]
Of the various sensors used for engine control for an automobile, for example for o ₂ sensor for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas, the reference voltage set by the reference voltage setting means and the bias point, about its bias point Techniques for detecting (capturing) sensor signals have been proposed.
[0003]
As a method for creating the reference voltage, for example, in the signal processing circuit disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-126039, when the knock signal is integrated, the power supply voltage is divided into two equal parts by two resistors having the same resistance value. It is known that the measured voltage is used as a reference point for integration.
[0004]
In addition, when the sensor is disconnected, the set reference voltage is used as a fail-safe control value to control various actuators so as to determine the disconnection state of the sensor by setting a specific voltage. .
[0005]
In detecting a sensor signal, signal lines between the sensor and the signal detection circuit and between the detection circuit and the CPU are easily affected by noise.
[0006]
For this reason, measures are taken such as designing the pattern so that the vicinity of the signal line is away from the noise generation source, and taking measures such as surrounding the signal line with a ground pattern. According to this method, restrictions on the pattern layout increase. In addition, even if the pattern layout method for countermeasures as described above is performed, it cannot be a fundamental countermeasure, and noise is mixed into the sensor signal due to noise emitted from the noise source, and the sensor signal mixed with noise Using for the control may cause a malfunction that worsens the emission in engine control.
[0007]
In addition, as a countermeasure against noise of the sensor device, for example, as disclosed in JP-A-8-184462, a filter circuit using a resistor and a capacitor is provided for the output of the operational amplifier in order to take countermeasures against high-frequency noise. The technology to form is known.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Control units for automobiles have an oscillation circuit and a sensor signal detection circuit mounted together on a circuit board, but in situations where the unit must be downsized and the circuit must be integrated, the mounting area must be reduced. Therefore, the mounting position of the oscillation circuit that is the noise source and the sensor signal detection circuit must always be taken into consideration, and the pattern layout is greatly limited. I received it. Even if a filter circuit is provided, it may be affected by noise sources.
[0009]
In particular, signal detection (signal capture) of the O ₂ sensor is a sine wave signal in which the sensor signal is rich and lean periodically repeats, and this sensor signal is taken out based on the DC bias point. When there is an oscillation circuit such as a crystal, noise may be mixed in the DC bias point due to the influence of a noise source such as the oscillation circuit, and the sensor signal may be affected by this noise.
[0010]
In the case of the O ₂ sensor, if the signal in which the noise from the oscillation circuit is mixed in the sensor signal has a specific periodicity, it is very similar to the signal of the deterioration characteristic of the sensor. Or, the control unit cannot easily determine whether the signal is affected by noise. As a result, there is a possibility that the emission will be deteriorated because the actuator is controlled by a signal mixed with noise.
[0011]
An object of the present invention is to allow free arrangement not restricted by a pattern layout, and to reduce or prevent noise from entering a reference voltage for detecting a sensor signal from a noise generation source in sensor signal detection. An object of the present invention is to provide a sensor signal detection circuit for automobiles.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention basically provides a sensor signal detection circuit for an automobile which detects a sensor signal used for automobile control with a voltage set by a reference voltage setting means as a reference point. A noise removing capacitor is provided in the reference voltage setting means.
[0013]
As an optimal example, the sensor signal is a sine wave signal (for example, O ₂ signal), and this sine wave signal is detected as a DC bias point using the reference voltage set by the reference voltage setting means. We propose a capacitor connected to a capacitor for noise removal.
[0014]
By adding a capacitor to the DC bias point of the reference voltage setting means for setting the reference voltage in this way, noise generated from the noise source can be reduced or eliminated, and engine emission deterioration can be prevented.
[0015]
In addition, by adding a capacitor as described above, it is not necessary to be affected by noise from the noise generation source, and the pattern layout can be freely performed without considering the pattern layout of the noise source such as the oscillation circuit. it can.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is a configuration diagram of a sensor signal detection circuit according to an embodiment of the present invention, and shows a signal detection circuit of an O ₂ sensor as a representative example.
[0018]
The O ₂ sensor 1 detects the oxygen concentration in the exhaust gas of the internal combustion engine, and this sensor signal is used for engine air-fuel ratio control executed by the control unit 20.
[0019]
As shown in FIG. 4, the control unit 20 inputs sensor signals relating to various engine states and performs engine control. As an example, the control unit 20 includes an O ₂ signal detection circuit 10 provided in the unit 20. Shown representatively.
[0020]
The reference voltage setting means 9 in the detection circuit 10 is composed of divided first and second resistors 4 and 5, and the power supply voltage 7 used in the control unit 20 is converted into the first resistor 4 and the second resistor. By dividing by the resistor 5, a reference voltage for signal detection is set.
[0021]
The bias point 8 of the reference voltage setting means 9 is connected to the signal line 11 of the O ₂ sensor 1 via a resistor 12.
[0022]
The output signal (VPP1: about 0 to 1 V) of the O ₂ sensor 1 is input to the control unit 20 and then the reference voltage (bias voltage) set by the reference voltage setting means 9 is added to center the reference voltage. And is input to the arithmetic unit (CPU) 2 through the filter circuit including the resistor 13 and the capacitor 14 and the A / D converter 3.
[0023]
As shown in FIG. 4, the CPU ₂ operates an actuator such as an injector in response to input of the O ₂ sensor 1 and other various sensor signals input to the A / D converter 3.
[0024]
In addition, the reference voltage set at the bias point 8 is set to a fixed voltage as shown in FIG. 3D when the O ₂ sensor 1 is disconnected. Used as a control value.
[0025]
When the O ₂ sensor signal detection means (detection circuit) 10 actually performs pattern layout together with other circuits on the substrate 100, for example, an oscillation circuit 101 made of a crystal and the O ₂ sensor detection circuit 10 are arranged. In this case, since the oscillation circuit 101 becomes a noise source, conventionally, as shown in FIG. 2, both circuits are sufficiently separated from each other by a certain interval 103. There is a big restriction that you can't do it freely.
[0026]
Even if the above-described pattern layout is used, there is a concern that clock noise from the oscillation circuit 101 may be mixed into the O ₂ sensor detection unit 10.
[0027]
As shown in FIG. 3A, the signal of the normal O ₂ sensor 1 is amplified by a sine wave signal having a period in the range of VPP1 (about 0 to 1V) around the reference voltage at the bias point 8. Detected and input to the A / D converter 3 of the CPU 2. On the positive side of the reference voltage, the air-fuel ratio indicates a rich mixture, and the negative side indicates a lean mixture.
[0028]
In FIG. 3B, when the capacitor 6 is not connected to the bias point 8 as in this embodiment, the sensor signal detected by the O ₂ sensor detection circuit 10 is detected from the oscillation circuit 101 serving as a noise source by the O ₂ sensor. An example of the waveform of an affected sensor signal at the bias point 8 when noise is mixed into the bias point 8 of the reference voltage means 9 of the circuit 10 is shown.
[0029]
That is, in this case, even when the pattern layout is taken into account, when the O ₂ sensor detection circuit 10 is in the vicinity of the oscillation circuit 101, the clock signal from the oscillation circuit 101 is used as the noise as the bias point 8. Are mixed into the O ₂ sensor signal, resulting in a signal as shown in FIG. The signal of the O ₂ sensor at this time has an amplitude in the range of VPP2 (0 to 200 mV), and the cycle tends to be faster.
[0030]
Sensor signals this noise is mixed, since closely resembles the signal at the time degradation characteristics of the O ₂ sensor 1, the CPU2 of the control unit 20, will control the engine by determining the degradation characteristic of the O ₂ sensor 1 Eventually, there will be a problem of deterioration in engine emissions.
[0031]
In the present invention, as shown in FIG. 1, a noise removing capacitor 6 is added to the bias point 8 of the reference voltage setting means 9, thereby eliminating or reducing clock noise from the oscillation circuit 101 that becomes a noise source. be able to.
[0032]
After the addition of the capacitor 6 to the bias point 8 of the reference voltage setting means 9, the signal waveform has a reduced or eliminated noise as shown in FIG. 3C, and problems such as emission deterioration due to the influence of noise are eliminated. .
[0033]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a detection circuit that sets a reference voltage and detects a sensor signal around the reference voltage, a noise source pattern such as an oscillation circuit is added by adding a capacitor to the bias point of the reference voltage setting means. There is an effect that the noise can be reduced or eliminated without being influenced by the layout.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an O ₂ sensor detection circuit of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a mounting arrangement of a sensor signal detection circuit and an oscillation circuit on a circuit board.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing various waveform patterns of an O ₂ sensor signal.
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of an engine control apparatus according to the embodiment.
[Explanation of symbols]
1 ... O ₂ sensor, 2 ... CPU, 3 ... A / D converter, 4,5 ... resistors, 6 ... noise removing capacitor, 7 ... power supply voltage, 8 ... bias point, 9 ... reference voltage setting unit, 10 ... Sensor signal detection means (sensor signal detection circuit), 20 ... control unit (ECU), 100 ... substrate, 101 ... oscillation circuit.

Claims

An engine control device including a sensor signal detection circuit, an arithmetic unit, and an oscillation circuit,
The sensor signal detection circuit includes:
A first resistor and a second resistor connected to the first resistor at a bias point are provided, and a sensor signal is detected by dividing a power supply voltage by the first resistor and the second resistor A reference voltage setting means for setting a reference voltage to be a DC bias for
A third resistor connected between a sensor signal line and the bias point;
A noise removing capacitor connected between the bias point and the ground point,
In the sensor signal line, the reference voltage set by the reference voltage setting means is configured to be added to the sensor signal,
A waveform centered on the reference voltage applied to the sensor signal is input to the arithmetic unit via a filter circuit including a fourth resistor and a second capacitor, and an A / D converter. An engine control device characterized by that.

The engine control apparatus according to claim 1, wherein
The engine control device according to claim 1, wherein the sensor signal is an output voltage from an O ₂ sensor provided in an exhaust pipe of an automobile and is a sine wave signal.

The engine control apparatus according to claim 2, wherein
The reference voltage set by the bias point, when the O ₂ sensor is disconnected, the engine control unit, characterized in that used as the fail-safe control value.