JP2002014079A - 空燃比センサのセンサ素子温度検出装置 - Google Patents
空燃比センサのセンサ素子温度検出装置Info
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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。
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。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【図１】本発明の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施形態を示すシステム構成図。
【図３】空燃比センサのセンサ素子構造を示す図。
【図４】空燃比センサのセンサ素子の特性図。
【図５】空燃比センサ及びヒータに対する制御回路図。
【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。
検出のフローチャート。
【図７】インピーダンス計測中のデューティ制御を示す
図。
図。
【図８】空燃比センサのヒータに対する他の制御回路
図。
図。
【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。
検出のフローチャート。
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
Claims (5)
- 【請求項１】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
る空燃比センサの素子温度検出装置。 - 【請求項２】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請求項１に記載
の空燃比センサの素子温度検出装置。 - 【請求項３】前記ヒータ制御手段は、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。 - 【請求項４】前記ヒータ制御手段は、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。 - 【請求項５】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。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000197020A JP3734685B2 (ja) | 2000-06-29 | 2000-06-29 | 空燃比センサのセンサ素子温度検出装置 |
| 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 (de) | 2000-05-17 | 2001-05-17 | Vorrichtung und Verfahren zum Messen der Elementtemperatur eines Luft-/Kraftstoffverhältnissensors und Vorrichtung und Verfahren zum Steuern der Heizvorrichung eines Luft-/Kraftstoffverhälntissensors |
| 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000197020A JP3734685B2 (ja) | 2000-06-29 | 2000-06-29 | 空燃比センサのセンサ素子温度検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002014079A true JP2002014079A (ja) | 2002-01-18 |
| JP3734685B2 JP3734685B2 (ja) | 2006-01-11 |
Family
ID=18695409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000197020A Expired - Fee Related JP3734685B2 (ja) | 2000-05-17 | 2000-06-29 | 空燃比センサのセンサ素子温度検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3734685B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7671600B2 (en) | 2006-10-20 | 2010-03-02 | Denso Corporation | Gas concentration detection apparatus having function for detecting sensor element activation status |
-
2000
- 2000-06-29 JP JP2000197020A patent/JP3734685B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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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|---|---|
| JP3734685B2 (ja) | 2006-01-11 |
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