JP2002014079A - Sensor element temperature detector for air-fuel ratio sensor - Google Patents
Sensor element temperature detector for air-fuel ratio sensorInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】センサ素子加熱用のヒータを備えた空燃比セン
サにおいて、センサ素子加熱用のヒータへの通電状態の
影響を除去することにより、センサ素子のインピーダン
スを精度よく計測する。
【解決手段】空燃比センサのセンサ素子のインピーダン
ス計測中は、センサ素子加熱用ヒータへの印加電圧を一
定(例えば、ヒータデューティ(HDUTY)=0%)
とすることで、センサ素子温度の瞬間的な変動を防止し
て、インピーダンスを計測するよう構成した。
(57) Abstract: In an air-fuel ratio sensor provided with a heater for heating a sensor element, the impedance of the sensor element is accurately measured by removing the influence of an energized state to the heater for heating the sensor element. . A voltage applied to a heater for heating a sensor element is kept constant (for example, heater duty (HDUTY) = 0%) during impedance measurement of a sensor element of an air-fuel ratio sensor.
Thus, the instantaneous fluctuation of the sensor element temperature is prevented, and the impedance is measured.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気系
に装着される空燃比センサのセンサ素子インピーダンス
に基づいてセンサ素子温度を検出する素子温度検出装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an element temperature detecting device for detecting a sensor element temperature based on a sensor element impedance of an air-fuel ratio sensor mounted on an exhaust system of an internal combustion engine.
【0002】[0002]
【従来の技術】内燃機関の空燃比制御装置として、空燃
比センサにより排気中の酸素濃度に基づいて実際の空燃
比を目標空燃比に近づけるように機関への供給燃料量を
フィードバック制御する空燃比フィードバック制御が知
られている。2. Description of the Related Art As an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine, an air-fuel ratio which feedback-controls an amount of fuel supplied to the engine based on an oxygen concentration in exhaust gas by an air-fuel ratio sensor so as to approach an actual air-fuel ratio. Feedback control is known.
【0003】かかる空燃比フィードバック制御において
は、空燃比センサが活性化していることが前提条件とな
る。空燃比センサは素子温度が所定の活性温度に達する
ことで活性化されるので、センサ素子の活性状態の判
定、センサ素子加熱用のヒータ制御のために素子温度を
検出することが従来から行われている。In the air-fuel ratio feedback control, it is a precondition that the air-fuel ratio sensor is activated. Since the air-fuel ratio sensor is activated when the element temperature reaches a predetermined activation temperature, it has been conventionally performed to determine the activation state of the sensor element and detect the element temperature for controlling the heater for heating the sensor element. ing.
【0004】例えば、特開昭61−12556号公報で
は、空燃比センサに備えられるセンサ素子加熱用のヒー
タを素子温度に基づいて制御することを目的として、セ
ンサ素子のインピーダンスが素子温度に依存しているこ
とから、センサ素子のインピーダンスを用いてセンサ素
子温度を検出している。For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-12556, the impedance of a sensor element depends on the element temperature in order to control a heater for heating a sensor element provided in an air-fuel ratio sensor based on the element temperature. Therefore, the sensor element temperature is detected using the impedance of the sensor element.
【0005】具体的には、空燃比センサのセンサ素子に
高周波の交流電圧を印加し、センサ素子に流れる電流値
よりセンサ素子のインピーダンスを計測し、計測された
インピーダンスに基づいて素子温度を検出するようにし
ている。Specifically, a high-frequency AC voltage is applied to the sensor element of the air-fuel ratio sensor, the impedance of the sensor element is measured from the value of the current flowing through the sensor element, and the element temperature is detected based on the measured impedance. Like that.
【0006】また、特開平11−344466号公報の
ように、センサ素子のインピーダンス又は素子温度を求
め、センサ素子のインピーダンス又は素子温度が目標値
になるようヒータ通電量をフィードバック制御している
ものある。Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-344466, the impedance or the element temperature of the sensor element is obtained, and the heater power supply is feedback-controlled so that the impedance or the element temperature of the sensor element becomes a target value. .
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
センサ素子のインピーダンスを計測する場合に以下のよ
うな問題が生じてきた。However, in recent years,
The following problems have arisen when measuring the impedance of the sensor element.
【0008】すなわち、センサ素子を早期に活性化し、
また、活性化状態を確実に維持する等のためにセンサ素
子加熱用ヒータの容量アップ、センサ素子の小型化が進
み、ヒータ通電に対するセンサ素子の温度追従性が向上
してきた(センサ素子の熱容量が相対的に小さくなって
きた)。このため、ヒータへの通電量の変化が速やかに
センサ素子の温度へと影響し、ヒータへの通電状態に対
するセンサ素子温度の変動が従来に比べて顕著になって
きた。That is, the sensor element is activated early,
In addition, the capacity of the heater for heating the sensor element has been increased and the size of the sensor element has been reduced in order to reliably maintain the activation state, and the temperature followability of the sensor element with respect to the energization of the heater has been improved. Relatively small). For this reason, a change in the amount of current supplied to the heater quickly affects the temperature of the sensor element, and the fluctuation of the sensor element temperature with respect to the state of current supplied to the heater has become more remarkable than in the past.
【0009】特に、ヒータ通電のON・OFFをデュー
ティ制御することによりヒータへの通電量を制御するも
のにあっては、そのON・OFFによってセンサ素子温
度が瞬間的に変動し、それに伴い素子のインピーダンス
も変動するため、インピーダンス計測の誤差が生じ易
い。In particular, in the case of controlling the amount of current supplied to the heater by duty-controlling ON / OFF of the power supply to the heater, the temperature of the sensor element fluctuates instantaneously due to the ON / OFF of the heater. Since the impedance also fluctuates, an error in impedance measurement easily occurs.
【0010】その結果、センサ素子温度(センサの活性
化状態)の検出精度も低下してしまい、更に、素子温度
に基づくヒータ制御が安定せず、インピーダンス計測誤
差が増大し、空燃比フィードバック制御に影響を与える
など悪循環を生じることとなる。As a result, the detection accuracy of the sensor element temperature (the activated state of the sensor) is reduced, and furthermore, the heater control based on the element temperature is not stable, the impedance measurement error increases, and the air-fuel ratio feedback control is not performed. A vicious circle will be caused.
【0011】本発明は、以上のような問題に鑑みなされ
たものであって、空燃比センサのセンサ素子温度を精度
よく検出できる素子温度検出装置を提供することを目的
とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide an element temperature detecting device capable of accurately detecting a sensor element temperature of an air-fuel ratio sensor.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】このため、請求項1に係
る発明は、図1に示すように、内燃機関の排気系に装着
され、センサ素子加熱用のヒータと、センサ素子のイン
ピーダンスを計測するインピーダンス計測手段と、計測
されたインピーダンスに基づいてセンサ素子温度を検出
する素子温度検出手段と、前記ヒータの通電量を制御し
てセンサ素子温度を制御するヒータ制御手段とを含んで
構成された空燃比センサの素子温度検出装置であって、
前記インピーダンス計測手段によるセンサ素子のインピ
ーダンス計測中は、前記ヒータへの印加電圧を一定に維
持するヒータ印加電圧制御手段を備えたことを特徴とす
る。Therefore, according to the present invention, as shown in FIG. 1, a heater for heating a sensor element and an impedance of the sensor element are mounted on an exhaust system of an internal combustion engine. Impedance measuring means, an element temperature detecting means for detecting a sensor element temperature based on the measured impedance, and a heater control means for controlling a sensor element temperature by controlling an amount of current supplied to the heater. An element temperature detection device for an air-fuel ratio sensor,
During the impedance measurement of the sensor element by the impedance measuring means, a heater applied voltage control means for maintaining a constant applied voltage to the heater is provided.
【0013】請求項2に係る発明は、前記空燃比センサ
は、空燃比のリーン・リッチに応じた電圧を発生するネ
ルンストセル部と、該ネルンストセル部により検出され
る空燃比のリーン・リッチに応じた方向に所定の電圧が
印加されて空燃比に応じて電流値が連続的に変化するポ
ンプセル部とを備えてなり、前記インピーダンス計測手
段は、前記ネルンストセル部に交流電圧を印加したとき
に前記ネルンストセル部に流れる電流値より前記ネルン
ストセル部のインピーダンスを計測するものであること
を特徴とする。According to a second aspect of the present invention, the air-fuel ratio sensor includes a Nernst cell unit for generating a voltage corresponding to a lean-rich air-fuel ratio, and a lean-rich air-fuel ratio detected by the Nernst cell unit. A predetermined voltage is applied in a corresponding direction, and a current value continuously changes in accordance with the air-fuel ratio.The impedance measuring unit is configured to apply an AC voltage to the Nernst cell. The impedance of the Nernst cell section is measured from a current value flowing in the Nernst cell section.
【0014】請求項3に係る発明は、前記ヒータ通電制
御手段は、ヒータ通電のON・OFFをデューティ制御
することによりヒータ通電量を制御するものであって、
前記ヒータ印加電圧制御手段は、ヒータ通電をOFFに
維持することを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, the heater power supply control means controls the heater power supply by duty-controlling ON / OFF of the heater power supply.
The heater application voltage control means maintains the heater energization OFF.
【0015】請求項4に係る発明は、前記ヒータ通電制
御手段は、ヒータ通電のON・OFFをデューティ制御
することによりヒータ通電量を制御するものであって、
前記ヒータ印加電圧制御手段は、ヒータ通電をONに維
持することを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, the heater power supply control means controls the heater power supply by duty-controlling ON / OFF of the heater power supply.
The heater application voltage control means maintains heater energization ON.
【0016】請求項5に係る発明は、前記ヒータ印加電
圧制御手段は、機関の回転速度及び燃料噴射量に基づい
て設定された電圧値を維持することを特徴とする。The invention according to claim 5 is characterized in that the heater applied voltage control means maintains a voltage value set based on the rotation speed of the engine and the fuel injection amount.
【0017】[0017]
【発明の効果】請求項1に係る発明によれば、センサ素
子のインピーダンス計測中は、センサ素子加熱用のヒー
タへの印加電圧を一定とするので、ヒータ制御による印
加電圧の変動により生じるセンサ素子温度の変動を防止
して、インピーダンスを精度よく計測できる。その結
果、センサ素子温度の検出精度も向上する。According to the first aspect of the present invention, while the impedance of the sensor element is measured, the voltage applied to the heater for heating the sensor element is kept constant. The impedance can be measured accurately by preventing temperature fluctuation. As a result, the detection accuracy of the sensor element temperature is also improved.
【0018】請求項2に係る発明によれば、空燃比セン
サがネルンストセル部とポンプセル部とを備えるものに
あっては、ネルンストセル部に交流電圧を印加して、該
ネルンストセル部に流れる電流値を計測することによ
り、ポンプセル部での空燃比検出に影響を与えることな
く、インピーダンスを計測できる。According to the second aspect of the present invention, when the air-fuel ratio sensor includes a Nernst cell section and a pump cell section, an AC voltage is applied to the Nernst cell section, and a current flowing through the Nernst cell section is applied. By measuring the value, the impedance can be measured without affecting the air-fuel ratio detection in the pump cell section.
【0019】請求項3に係る発明によれば、ヒータ通電
のON・OFFをデューティ制御することによりヒータ
通電量を制御するものにあっては、センサ素子のインピ
ーダンス計測中は、ヒータ通電をOFFに維持すること
でヒータへの通電を停止するので、ON・OFFに伴う
センサ素子温度の瞬間的な変動を防止し、また、素子温
度が排気温とほぼ同じ温度での測定となり、インピーダ
ンスを精度よく計測できる。According to the third aspect of the present invention, when the heater energization amount is controlled by duty control of ON / OFF of the heater energization, the heater energization is turned off during impedance measurement of the sensor element. Since the power supply to the heater is stopped by maintaining the temperature, the instantaneous fluctuation of the sensor element temperature due to ON / OFF is prevented, and the element temperature is measured at almost the same temperature as the exhaust temperature. Can be measured.
【0020】請求項4に係る発明によれば、センサ素子
のインピーダンス計測中は、ヒータ通電をONに維持す
ることにより、ON・OFFに伴うセンサ素子温度の瞬
間的な変動を防止し、安定した状態でインピーダンスを
計測できる。According to the fourth aspect of the present invention, while the impedance of the sensor element is being measured, the heater energization is kept ON to prevent the sensor element temperature from instantaneously fluctuating due to the ON / OFF operation, thereby achieving stable operation. The impedance can be measured in the state.
【0021】請求項5に係る発明によれば、ヒータ印加
電圧制御手段は、機関の回転速度及び燃料噴射量に基づ
いて設定された電圧値を維持することにより、素子温度
とほぼ同じ温度と推定される排気温の状態に応じた電圧
値を設定できるので、インピーダンス計測中及びインピ
ーダンス計測前後での素子温度の変化も最小限に抑えら
れ、インピーダンス計測精度をさらに向上させることが
できる。According to the fifth aspect of the present invention, the heater applied voltage control means estimates the temperature substantially equal to the element temperature by maintaining the voltage value set based on the rotation speed of the engine and the fuel injection amount. Since the voltage value can be set according to the state of the exhaust gas temperature, the change in the element temperature during impedance measurement and before and after the impedance measurement can be minimized, and the impedance measurement accuracy can be further improved.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。図2は、本発明の一実施形態における内燃機関の
システム構成図を示す。図2において、内燃機関1の吸
気通路2には、吸入空気量Qaを検出するエアフローメ
ータ3と吸入空気量Qaを制御するスロットル弁4が設
けられている。Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 2 shows a system configuration diagram of the internal combustion engine in one embodiment of the present invention. 2, an intake passage 2 of the internal combustion engine 1 is provided with an air flow meter 3 for detecting an intake air amount Qa and a throttle valve 4 for controlling the intake air amount Qa.
【0023】各気筒毎に設けられた燃料噴射弁5は、マ
イクロコンピュータを内蔵したECM(エンジンコント
ロールモジュール)6からの噴射パルス信号により開弁
駆動し、図示しない燃料ポンプから圧送されてプレッシ
ャレギュレータにより所定圧力に制御された燃料を噴射
供給する。A fuel injection valve 5 provided for each cylinder is driven to open by an injection pulse signal from an ECM (engine control module) 6 containing a microcomputer, and is pressure-fed from a fuel pump (not shown) by a pressure regulator. The fuel controlled to a predetermined pressure is injected and supplied.
【0024】排気通路7には、排気中の酸素濃度に応じ
て空燃比をリニアに検出する広域型の空燃比センサ8が
設けられている。更に、機関1の所定のクランク角毎に
クランク角信号に出力するクランク角センサ9や機関1
の冷却ジャケット内の冷却水温度Twを検出する水温セ
ンサ10が設けられている。The exhaust passage 7 is provided with a wide-range air-fuel ratio sensor 8 for linearly detecting the air-fuel ratio according to the oxygen concentration in the exhaust gas. Further, a crank angle sensor 9 for outputting a crank angle signal for each predetermined crank angle of the engine 1 or the engine 1
Is provided with a water temperature sensor 10 for detecting a cooling water temperature Tw in the cooling jacket.
【0025】前記ECM6は、例えば、吸入空気量Qa
とクランク角センサ9からの信号に基づいて検出される
機関回転速度Neからストイキ(λ=1)相当の基本燃
料噴射量Tp=K×Qa×Ne(Kは定数)を演算し、
これを目標空燃比tλ、空燃比センサ8からの信号に基
づく空燃比フィードバック補正係数αにより補正して燃
料噴射量Ti=Tp×(1/tλ)×αとして、このT
iに対応する噴射パルスを、機関回転周期に同期して、
前記燃料噴射弁5に出力する。The ECM 6 is, for example, an intake air amount Qa
And a basic fuel injection amount Tp = K × Qa × Ne (K is a constant) corresponding to stoichiometric (λ = 1) from the engine speed Ne detected based on the signal from the crank angle sensor 9 and
This is corrected by a target air-fuel ratio tλ and an air-fuel ratio feedback correction coefficient α based on a signal from the air-fuel ratio sensor 8 to obtain a fuel injection amount Ti = Tp × (1 / tλ) × α.
The injection pulse corresponding to i is synchronized with the engine rotation cycle,
Output to the fuel injection valve 5.
【0026】図3は、前記空燃比センサ8の構造を示
す。図3において、センサ素子本体20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
層に形成されており、その内部には、図で下側から、ヒ
ータ21、大気室22、ガス拡散室23を備えている。FIG. 3 shows the structure of the air-fuel ratio sensor 8. In FIG. 3, the sensor element body 20 is formed in a porous layer of a solid electrolyte material such as zirconia having oxygen ion conductivity, and a heater 21, an air chamber 22, A gas diffusion chamber 23 is provided.
【0027】ヒータ21は、これへの通電によりセンサ
素子を加熱することができる。大気室22は、排気通路
外で、基準ガスである大気と連通するように形成されて
いる。The heater 21 can heat the sensor element by energizing it. The atmosphere chamber 22 is formed outside the exhaust passage so as to communicate with the atmosphere, which is a reference gas.
【0028】ガス拡散室23は、本体20の図で上面側
より形成した排気導入孔24、γアルミナ等の保護層2
2を介して、排気と連通するように形成されている。こ
こで、大気室22の上壁に設けた電極26Aと、ガス拡
散室23の下壁に設けた電極26Bとで、ネルンストセ
ル部26が構成される。The gas diffusion chamber 23 has an exhaust introduction hole 24 formed from the upper surface side of the main body 20 in FIG.
It is formed so as to communicate with the exhaust gas through the air outlet 2. Here, the Nernst cell part 26 is constituted by the electrode 26A provided on the upper wall of the atmosphere chamber 22 and the electrode 26B provided on the lower wall of the gas diffusion chamber 23.
【0029】また、ガス拡散室23の上壁に設けた電極
27Aと、本体20の上壁に設け保護層28で覆った電
極27Bとで、ポンプセル部27が構成される。ネルン
ストセル部26は、ガス拡散室23内の酸素イオン濃度
(酸素分圧)によって影響されるネルンストセル部電極
26A、26B間の酸素分圧に応じて、電圧を発生する
ようになっているので、該電圧を検出することにより、
空燃比がストイキ(λ=1)に対してリーンであるかリ
ッチであるかを検出することができる。The pump cell section 27 is composed of an electrode 27A provided on the upper wall of the gas diffusion chamber 23 and an electrode 27B provided on the upper wall of the main body 20 and covered with a protective layer 28. The Nernst cell section 26 generates a voltage according to the oxygen partial pressure between the Nernst cell section electrodes 26A and 26B which is affected by the oxygen ion concentration (oxygen partial pressure) in the gas diffusion chamber 23. , By detecting the voltage,
It is possible to detect whether the air-fuel ratio is lean or rich with respect to stoichiometry (λ = 1).
【0030】ポンプセル部27は、これに所定の電圧が
印加されると、ガス拡散室23内の酸素イオンが移動し
て、ポンプセル部電極27A、27B間に電流が流れる
ようになっている。そして、ポンプセル部電極27A、
27B間に所定の電圧を印加したときに流れる電流値
(限界電流値)Ipは、ガス拡散室23内の酸素イオン
濃度に影響されるので、該電流値Ipを検出することに
より、排気の空燃比を検出することができる。When a predetermined voltage is applied to the pump cell section 27, oxygen ions in the gas diffusion chamber 23 move, and a current flows between the pump cell section electrodes 27A and 27B. And the pump cell part electrode 27A,
The current value (limit current value) Ip flowing when a predetermined voltage is applied between 27B is affected by the oxygen ion concentration in the gas diffusion chamber 23. Therefore, by detecting the current value Ip, the exhaust air The fuel ratio can be detected.
【0031】すなわち、図4(A)に示すように、ポン
プセル部27の電圧−電流特性は、空燃比λに応じて変
化し、所定の電圧Vpを印加したときの電流値Ipによ
り排気の空燃比λを検出することができる。That is, as shown in FIG. 4 (A), the voltage-current characteristic of the pump cell section 27 changes according to the air-fuel ratio λ, and the exhaust air is evacuated by the current value Ip when a predetermined voltage Vp is applied. The fuel ratio λ can be detected.
【0032】また、ネルンストセル部27でのリーン・
リッチの出力に基づいて、ポンプセル部27に対する電
圧の印加方向を反転させることで、リーン領域とリッチ
領域との両方の空燃比領域において、図4(B)に示す
ように、ポンプセル部27を流れる電流値Ipに基づい
て、広範囲な空燃比λの検出が可能となる。In the Nernst cell section 27, the lean
By inverting the voltage application direction to the pump cell unit 27 based on the rich output, the air flows through the pump cell unit 27 in the air-fuel ratio region in both the lean region and the rich region as shown in FIG. Based on the current value Ip, it is possible to detect a wide range of the air-fuel ratio λ.
【0033】図5は、空燃比センサ及びセンサ素子加熱
用ヒータに対する制御回路を示す。ネルンストセル部2
6には、インピーダンス計測のため、マイコン30の制
御の下に、交流電源31により交流電圧を印加し、これ
によりネルンストセル部26に流れる電流値Isを電流
検出用抵抗32と検出アンプ33とにより電圧変換して
検出する。FIG. 5 shows a control circuit for the air-fuel ratio sensor and the heater for heating the sensor element. Nernst cell part 2
6, an AC voltage is applied by an AC power supply 31 under the control of a microcomputer 30 for impedance measurement, whereby the current value Is flowing through the Nernst cell unit 26 is changed by a current detection resistor 32 and a detection amplifier 33. Voltage conversion and detection.
【0034】検出アンプ33からの信号は、例えばハイ
パスフィルタと積分器とからなるインピーダンス検出回
路34に入力することで、交流成分のみを取出して、そ
の振幅からインピーダンスRiを検出する。これによ
り、ネルンストセル部26のインピーダンスRiを計測
することができる。The signal from the detection amplifier 33 is input to an impedance detection circuit 34 composed of, for example, a high-pass filter and an integrator, thereby extracting only the AC component and detecting the impedance Ri from the amplitude. Thereby, the impedance Ri of the Nernst cell unit 26 can be measured.
【0035】また、検出アンプ33からの信号は、ロー
パスフィルタ35に入力することで、直流成分のみを取
出して、酸素濃度に応じてネルンストセル部26で発生
する電圧を検出する。これにより、酸素濃度のリーン・
リッチを検出することができる。The signal from the detection amplifier 33 is input to a low-pass filter 35 to extract only a DC component and detect a voltage generated in the Nernst cell unit 26 in accordance with the oxygen concentration. As a result, the oxygen concentration is
Rich can be detected.
【0036】ポンプセル部27には、マイコン30制御
の下に、直流電源35により所定の電圧Vpを印加する
が、印加方向はネルンストセル部26により検出される
酸素濃度のリーン・リッチに応じて反転させ、これによ
りポンプセル部27に流れる電流Ipを電流検出用抵抗
36と検出アンプ37とにより電圧変換して検出する。
これにより、空燃比λを検出する。A predetermined voltage Vp is applied to the pump cell unit 27 by the DC power supply 35 under the control of the microcomputer 30, and the application direction is reversed according to the lean / rich oxygen concentration detected by the Nernst cell unit 26. As a result, the current Ip flowing through the pump cell unit 27 is converted into a voltage by the current detection resistor 36 and the detection amplifier 37 and detected.
Thereby, the air-fuel ratio λ is detected.
【0037】ヒータ21には、バッテリよりバッテリ電
圧VBを印加するが、通電回路中にスイッチング素子3
9を設けてあるので、通常は、このスイッチング素子3
9のON・OFFをマイコン30によりデューティ制御
することにより、ヒータ21への通電量を制御すること
ができる。The battery voltage VB is applied to the heater 21 from the battery.
9, the switching element 3 is normally provided.
The amount of power to the heater 21 can be controlled by duty-controlling the ON / OFF of 9 by the microcomputer 30.
【0038】図6は、マイコン30により所定時間毎に
実行される空燃比センサの素子温度検出を示すフローチ
ャートである。ステップ1(図にはS1と記す。以下同
様)では、各種運転条件を読込む。FIG. 6 is a flowchart showing the element temperature detection of the air-fuel ratio sensor executed by the microcomputer 30 every predetermined time. In step 1 (referred to as S1 in the figure, the same applies hereinafter), various operating conditions are read.
【0039】ステップ2では、インピーダンス計測許可
条件が成立しているか否かを判定する。ここで、インピ
ーダンス計測許可条件が成立しているのは、排気流量の
変化による熱引きの影響が少ない場合であり、例えば、
機関の運転状態が所定の回転速度Ne及び所定の燃料噴
射量Tp内にあることである。In step 2, it is determined whether or not the impedance measurement permission condition is satisfied. Here, the impedance measurement permission condition is satisfied when the influence of heat removal due to a change in the exhaust gas flow rate is small.
That is, the operating state of the engine is within the predetermined rotation speed Ne and the predetermined fuel injection amount Tp.
【0040】インピーダンス計測許可条件が成立してい
ない場合は、ステップ1に戻る。インピーダンス計測許
可条件が成立している場合は、ステップ3に進み、ヒー
タデューティ(HDUTY)=0(%)に設定し、セン
サ素子加熱用ヒータへの通電を停止した後、ステップ4
に進む。If the impedance measurement permission condition is not satisfied, the process returns to step 1. If the impedance measurement permission condition is satisfied, the process proceeds to step 3, where the heater duty (HDUTY) is set to 0 (%), and the power supply to the sensor element heating heater is stopped.
Proceed to.
【0041】ステップ4では、センサ素子(ネルンスト
セル部)のインピーダンスを計測する。交流電源31に
よりネルンストセル部26に所定の交流電圧を印加し、
その時の電流検出用抵抗32の端子電圧を読込み、これ
に基づいてネルンストセル部26のインピーダンスを計
測する。In step 4, the impedance of the sensor element (Nernst cell) is measured. A predetermined AC voltage is applied to the Nernst cell unit 26 by the AC power supply 31,
The terminal voltage of the current detection resistor 32 at that time is read, and the impedance of the Nernst cell unit 26 is measured based on the terminal voltage.
【0042】すなわち、ヒータ制御手段による通常のデ
ューティ制御を、図7(A)に示すように、インピーダ
ンス計測中は、センサ素子加熱用のヒータへの通電をO
FFとしてその状態を維持する。これが、ヒータ印加電
圧制御手段に相当する。That is, the normal duty control by the heater control means is performed as shown in FIG. 7 (A).
The state is maintained as FF. This corresponds to heater applied voltage control means.
【0043】その後、ステップ5に進み、あらかじめ設
定された素子温度とインピーダンス理論値のテーブル等
により、ステップ4で計測したインピーダンスに基づい
て素子温度を検出する。Then, the process proceeds to a step 5, wherein the element temperature is detected based on the impedance measured in the step 4 using a table of a preset element temperature and a theoretical impedance value.
【0044】なお、ヒータへの通電は前記インピーダン
ス計測の終了後、ヒータ制御手段による通常のデューテ
ィ制御を再開する。以上により、センサ素子のインピー
ダンス計測中は、センサ素子加熱用のヒータへの通電を
停止すること(印加電圧を0Vとして一定に維持するこ
と)によりセンサ素子温度の瞬間的な変動を防止しつ
つ、素子温度もその時の排気温とほぼ同じ温度でインピ
ーダンスを計測できるので、センサ素子のインピーダン
ス計測精度が向上し、ひいては、センサ素子温度の検出
精度が向上する。After the completion of the impedance measurement, the normal duty control by the heater control means is resumed. As described above, during the measurement of the impedance of the sensor element, the current supply to the heater for heating the sensor element is stopped (the applied voltage is kept constant at 0 V), thereby preventing instantaneous fluctuations in the sensor element temperature. Since the element temperature can measure the impedance at substantially the same temperature as the exhaust temperature at that time, the impedance measurement accuracy of the sensor element is improved, and the detection accuracy of the sensor element temperature is improved.
【0045】なお、前記の実施形態におけるステップ3
において、ヒータ通電量を図7(B)に示すように、セ
ンサ素子のインピーダンス計測中は、ヒータデューティ
(HDUTY)=100(%)と設定して、ヒータへの
通電を常にONとすることによっても印加電圧を設定最
大値として一定に維持し、センサ素子温度の瞬間的な変
動を防止して、安定した状態でインピーダンスを計測で
きる。Step 3 in the above embodiment
As shown in FIG. 7B, the heater duty (HDUTY) = 100 (%) is set during the impedance measurement of the sensor element, and the heater power is always turned on, as shown in FIG. Also, the applied voltage is kept constant as the set maximum value, and the instantaneous fluctuation of the sensor element temperature is prevented, so that the impedance can be measured in a stable state.
【0046】次に、本発明の第二の実施形態を説明す
る。図8(A)は、第二の実施形態に係る空燃比センサ
のヒータに対する制御回路図である。通常時において
は、前記第一の実施形態と同様にスイッチング素子39
のON・OFFをマイコン30によりデューティ制御す
ることによりヒータ21への通電量を制御し、インピー
ダンス計測中は、切換器40の抵抗調整により、あらか
じめ設定された電圧値をヒータ21に印加するよう構成
したものである。Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 8A is a control circuit diagram for the heater of the air-fuel ratio sensor according to the second embodiment. In a normal state, the switching element 39 is provided in the same manner as in the first embodiment.
The microcomputer 30 controls the duty of the ON / OFF control of the microcomputer 30 to control the amount of current to the heater 21, and applies a preset voltage value to the heater 21 by adjusting the resistance of the switch 40 during impedance measurement. It was done.
【0047】前記切換器40は、例えば、図8(B)に
示すように複数の抵抗を任意に選択することにより、ヒ
ータへの印加電圧値を設定する。図9は、第二の実施形
態における空燃比センサの素子温度検出を示すフローチ
ャートである。The switch 40 sets a voltage value applied to the heater by arbitrarily selecting a plurality of resistors as shown in FIG. 8B, for example. FIG. 9 is a flowchart showing element temperature detection of the air-fuel ratio sensor according to the second embodiment.
【0048】ステップ11,12は前記第一の実施形態
と同様であり、説明は省略する。ステップ12で、イン
ピーダンス計測許可判定が成立していれば、ステップ1
3に進む。Steps 11 and 12 are the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. If it is determined in step 12 that the impedance measurement permission is satisfied, the process proceeds to step 1
Proceed to 3.
【0049】ステップ13では、インピーダンス計測中
の目標ヒータ電圧を、読込んだ機関回転速度Ne及び燃
料噴射量Tpに基づいてあらかじめ設定されたマップ等
により決定する。これにより、素子温度とほぼ同じ温度
と推定される排気温の状態に応じて適した印加電圧を決
定できる。In step 13, the target heater voltage during the impedance measurement is determined by a preset map or the like based on the read engine speed Ne and fuel injection amount Tp. This makes it possible to determine an appropriate applied voltage according to the state of the exhaust gas temperature that is estimated to be substantially the same as the element temperature.
【0050】次いで、ステップ14では、前記切換器4
0の抵抗を調整して、ステップ13で決定した目標ヒー
タ電圧値に設定した後、ステップ15に進み、前記第一
の実施形態と同様にしてインピーダンスを計測し、素子
温度を検出する。Next, at step 14, the switching device 4
After adjusting the resistance of 0 to set the target heater voltage value determined in step 13, the process proceeds to step 15 where the impedance is measured and the element temperature is detected in the same manner as in the first embodiment.
【0051】以上により、インピーダンス計測中は、機
関回転速度Neと燃料噴射量Tpとに基づいて設定され
る電圧値をヒータへ印加するので、素子温度の変動を防
止するとともに、インピーダンス計測前後における素子
温度の変化も最小限に抑えることができ、さらに精度よ
くインピーダンスを計測できる。As described above, during the impedance measurement, the voltage value set based on the engine rotation speed Ne and the fuel injection amount Tp is applied to the heater, so that the element temperature is prevented from fluctuating and the element before and after the impedance measurement is performed. The change in temperature can be minimized, and the impedance can be measured more accurately.
【0052】なお、本発明は、前記第一、第二の実施形
態にように、通常時におけるヒータ制御をデューティ制
御により行うものに限るものではなく、その他の方法に
より制御するもの、例えば、ヒータへの印加電圧値を制
御するものであっても同様の効果を得ることができる。It should be noted that the present invention is not limited to the case where the heater control in the normal state is performed by the duty control as in the first and second embodiments. The same effect can be obtained even if the voltage applied to the device is controlled.
【図1】本発明の構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of the present invention.
【図2】本発明の一実施形態を示すシステム構成図。FIG. 2 is a system configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
【図3】空燃比センサのセンサ素子構造を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a sensor element structure of an air-fuel ratio sensor.
【図4】空燃比センサのセンサ素子の特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram of a sensor element of the air-fuel ratio sensor.
【図5】空燃比センサ及びヒータに対する制御回路図。FIG. 5 is a control circuit diagram for an air-fuel ratio sensor and a heater.
【図6】本発明の第一の実施形態に係るセンサ素子温度
検出のフローチャート。FIG. 6 is a flowchart of sensor element temperature detection according to the first embodiment of the present invention.
【図7】インピーダンス計測中のデューティ制御を示す
図。FIG. 7 is a diagram showing duty control during impedance measurement.
【図8】空燃比センサのヒータに対する他の制御回路
図。FIG. 8 is another control circuit diagram for the heater of the air-fuel ratio sensor.
【図9】本発明の第二の実施形態に係るセンサ素子温度
検出のフローチャート。FIG. 9 is a flowchart of sensor element temperature detection according to the second embodiment of the present invention.
1 … 内燃機関 6 … ECM 9 … 空燃比センサ 20… センサ素子本体 21… ヒータ 22… 大気室 23… ガス拡散室 24… 排気導入孔 25… 保護層 26… ネルンストセル部 27… ポンプセル部 28… 保護層 30… マイコン 31… 交流電源 32… 直流電源 39… スイッチング素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine 6 ... ECM 9 ... Air-fuel ratio sensor 20 ... Sensor element main body 21 ... Heater 22 ... Atmosphere chamber 23 ... Gas diffusion chamber 24 ... Exhaust introduction hole 25 ... Protective layer 26 ... Nernst cell part 27 ... Pump cell part 28 ... Protection Layer 30 Microcomputer 31 AC power supply 32 DC power supply 39 Switching element
Claims (5)
加熱用のヒータと、センサ素子のインピーダンスを計測
するインピーダンス計測手段と、計測されたインピーダ
ンスに基づいてセンサ素子温度を検出する素子温度検出
手段と、前記ヒータの通電量を制御してセンサ素子温度
を制御するヒータ制御手段とを含んで構成された空燃比
センサの素子温度検出装置であって、 前記インピーダンス計測手段によるセンサ素子のインピ
ーダンス計測中は、前記ヒータへの印加電圧を一定に維
持するヒータ印加電圧制御手段を備えたことを特徴とす
る空燃比センサの素子温度検出装置。1. A heater for heating a sensor element, mounted on an exhaust system of an internal combustion engine, impedance measuring means for measuring an impedance of the sensor element, and an element temperature detection for detecting a sensor element temperature based on the measured impedance. And a heater control means for controlling the sensor element temperature by controlling the amount of current supplied to the heater, wherein the impedance measuring means measures impedance of the sensor element by the impedance measuring means. An element temperature detecting device for an air-fuel ratio sensor, further comprising a heater applied voltage control means for maintaining a constant applied voltage to the heater.
ッチに応じた電圧を発生するネルンストセル部と、該ネ
ルンストセル部により検出される空燃比のリーン・リッ
チに応じた方向に所定の電圧が印加されて空燃比に応じ
て電流値が連続的に変化するポンプセル部とを備えてな
り、 前記インピーダンス計測手段は、前記ネルンストセル部
に交流電圧を印加したときに前記ネルンストセル部に流
れる電流値より前記ネルンストセル部のインピーダンス
を計測するものであることを特徴とする請求項1に記載
の空燃比センサの素子温度検出装置。2. An air-fuel ratio sensor comprising: a Nernst cell for generating a voltage corresponding to a lean / rich air-fuel ratio; and a predetermined direction in a direction corresponding to a lean / rich air-fuel ratio detected by the Nernst cell. A pump cell unit to which a voltage is applied and a current value continuously changes in accordance with an air-fuel ratio; and wherein the impedance measuring means flows into the Nernst cell unit when an AC voltage is applied to the Nernst cell unit. 2. The device temperature detecting device for an air-fuel ratio sensor according to claim 1, wherein an impedance of the Nernst cell section is measured from a current value.
・OFFをデューティ制御することによりヒータ通電量
を制御するものであって、前記ヒータ印加電圧制御手段
は、ヒータ通電をOFFに維持することを特徴とする請
求項1または請求項2に記載の空燃比センサの素子温度
検出装置。3. The heater control means according to claim 1, wherein said heater control means turns on heater power.
3. The heater according to claim 1, wherein the heater energization amount is controlled by duty control of OFF, wherein the heater application voltage control means keeps the heater energization OFF. Element temperature detector for fuel ratio sensor.
・OFFをデューティ制御することによりヒータ通電量
を制御するものであって、前記ヒータ印加電圧制御手段
は、ヒータ通電をONに維持することを特徴とする請求
項1または請求項2に記載の空燃比センサの素子温度検
出装置。4. The heater control means according to claim 1, further comprising:
3. The heater according to claim 1, wherein the heater energization amount is controlled by duty control of OFF, and the heater application voltage control means maintains the heater energization on. Element temperature detector for fuel ratio sensor.
転速度及び燃料噴射量に基づいて設定された電圧値に維
持することを特徴とする請求項1または請求項2に記載
の空燃比センサの素子温度検出装置。5. The air-fuel ratio sensor according to claim 1, wherein said heater applied voltage control means maintains a voltage value set based on a rotation speed of the engine and a fuel injection amount. Device temperature detector.
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|---|---|---|---|
| JP2000197020A JP3734685B2 (en) | 2000-06-29 | 2000-06-29 | Sensor element temperature detection device for air-fuel ratio sensor |
| US09/853,872 US6712054B2 (en) | 2000-05-17 | 2001-05-14 | Device and method for measuring element temperature of air-fuel ratio sensor, and device and method for controlling heater of air-fuel ratio sensor |
| DE10124129A DE10124129A1 (en) | 2000-05-17 | 2001-05-17 | Device for measuring element temperature in air/fuel ratio sensor estimates voltage of air/fuel ratio sensor element pair from sensor output immediately before and after applying voltage |
| US10/806,183 US7017567B2 (en) | 2000-05-17 | 2004-03-23 | Device and method for measuring element temperature of air-fuel ratio sensor, and device and method for controlling heater of air-fuel ratio sensor |
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|---|---|---|---|---|
| US7671600B2 (en) | 2006-10-20 | 2010-03-02 | Denso Corporation | Gas concentration detection apparatus having function for detecting sensor element activation status |
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