JP2008249362A

JP2008249362A - Oxygen sensor control device

Info

Publication number: JP2008249362A
Application number: JP2007087902A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Hattori; 一孝服部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2008-10-16

Abstract

【課題】エンジンの排気通路に配置した酸素センサの素子電極がカーボンによって被毒されることを防止する。
【解決手段】エンジン保護やエンジン性能保持のために、燃料噴射量（目標空燃比）がストイキに対して増量され、エンジンがリッチ側に制御される状況のときに、酸素センサ１の大気側電極１２と排気側電極１３との間に電圧を印加する。このように酸素センサ１の電極間に電圧を印加すると、大気側電極１２による酸素イオンの強制ポンピングが開始され、そのポンピングされた酸素イオンが排気側電極１３に向かって移動する。酸素イオンが排気側電極１３に移動すると、排気側電極（白金電極）１３の触媒作用により電極表面のカーボンが燃焼（酸化）する。これによって排気側電極１３のカーボンによる被毒を抑制することができる。
【選択図】図３An element electrode of an oxygen sensor disposed in an exhaust passage of an engine is prevented from being poisoned by carbon.
In order to protect the engine and maintain engine performance, the fuel injection amount (target air-fuel ratio) is increased with respect to the stoichiometric condition, and the atmosphere side electrode of the oxygen sensor 1 is in a situation where the engine is controlled to the rich side. A voltage is applied between 12 and the exhaust side electrode 13. When a voltage is applied between the electrodes of the oxygen sensor 1 in this way, forced pumping of oxygen ions by the atmosphere-side electrode 12 is started, and the pumped oxygen ions move toward the exhaust-side electrode 13. When oxygen ions move to the exhaust side electrode 13, the carbon on the electrode surface burns (oxidizes) by the catalytic action of the exhaust side electrode (platinum electrode) 13. As a result, poisoning of the exhaust side electrode 13 by carbon can be suppressed.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置された酸素センサの制御装置に関する。 The present invention relates to an oxygen sensor control device disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine.

車両に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）においては、通常、エンジンの排気通路に配置した触媒によって、排気ガスに含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等）を浄化するようにしている。この触媒による浄化作用は、混合気が理論空燃比（ストイキ）で燃焼されるときに最も効率が高くなる。 In an internal combustion engine (hereinafter also referred to as an engine) mounted on a vehicle, harmful components (HC, CO, NOx, etc.) contained in exhaust gas are usually purified by a catalyst disposed in the exhaust passage of the engine. Yes. The purification action by this catalyst is most efficient when the air-fuel mixture is burned at the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric).

そこで、エンジンの排気通路に配置した酸素センサによって排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出した酸素濃度から得られる実際の空燃比が目標空燃比（理論空燃比）に一致するように燃料噴射量をフィードバック制御している（例えば、特許文献１参照）。 Therefore, the oxygen concentration in the exhaust gas is detected by an oxygen sensor disposed in the exhaust passage of the engine, and fuel injection is performed so that the actual air-fuel ratio obtained from the detected oxygen concentration matches the target air-fuel ratio (theoretical air-fuel ratio). The amount is feedback controlled (for example, see Patent Document 1).

空燃比フィードバック制御に用いる酸素センサとしては、例えば、固体電解質層（例えば部分安定化ジルコニア製）に、大気側電極（白金電極）、排気側電極（白金電極）及び多孔質層を設けてセンサ素子を構成し、このセンサ素子の大気側電極を大気に開放するとともに、排気側電極を排気通路内の排気ガスに接触させる構造のものが知られている（例えば、特許文献２及び３参照）。 As an oxygen sensor used for air-fuel ratio feedback control, for example, a solid electrolyte layer (for example, partially stabilized zirconia) is provided with an atmosphere side electrode (platinum electrode), an exhaust side electrode (platinum electrode), and a porous layer. In this structure, the atmosphere side electrode of the sensor element is opened to the atmosphere, and the exhaust side electrode is in contact with the exhaust gas in the exhaust passage (see, for example, Patent Documents 2 and 3).

このような酸素センサでは、大気側と排気側との酸素分圧差に応じて大気側電極と排気側電極との電極間に起電力が発生し、この起電力の大きさに基づいて排気ガスの酸素濃度（空燃比）を検出することができる。 In such an oxygen sensor, an electromotive force is generated between the atmosphere-side electrode and the exhaust-side electrode according to the oxygen partial pressure difference between the atmosphere side and the exhaust side, and the exhaust gas is generated based on the magnitude of the electromotive force. The oxygen concentration (air / fuel ratio) can be detected.

そして、上記した空燃比フィードバック制御では、酸素センサによって検出される空燃比がリッチであるときには燃料噴射量を減量補正し、空燃比がリーンであるときには燃料噴射量を増量補正することで、エンジンの空燃比を理論空燃比（ストイキ）に近づけている。このように空燃比フィードバック制御の実行中は、エンジンの空燃比を理論空燃比に近づけるべく燃料噴射量が増減されるため、排気ガス中の酸素濃度が周期的に変化して酸素センサからリッチ信号とリーン信号とが交互に出力されるようになる。 In the air-fuel ratio feedback control described above, when the air-fuel ratio detected by the oxygen sensor is rich, the fuel injection amount is corrected to decrease, and when the air-fuel ratio is lean, the fuel injection amount is increased to correct. The air-fuel ratio is brought close to the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric). Thus, during the execution of the air-fuel ratio feedback control, the fuel injection amount is increased or decreased to bring the engine air-fuel ratio closer to the stoichiometric air-fuel ratio, so that the oxygen concentration in the exhaust gas changes periodically and the rich signal is output from the oxygen sensor. And the lean signal are output alternately.

また、空燃比フィードバック制御等に用いる酸素センサでは、検出精度を維持するために、センサ素子を活性状態に保つ必要がある。そのため、センサ素子を加熱するヒータ（例えば電気ヒータ）を設け、素子温度が所定の活性化温度となるようにヒータへの通電を制御している（例えば、特許文献３参照）。このようなヒータの通電制御を行うには、センサ素子の温度を検出する必要があるが、一般には素子温度を直接検出するのではなく、センサ素子の素子インピーダンス（交流インピーダンス）と素子温度との間に相関関係があることを利用し、素子インピーダンスを検出し、その検出した素子インピーダンスに基づいて素子温度を間接的に検出している。
特開２００６−２２００８５号公報特開２００１−３２３８３７号公報実開平６−６９８３４号公報特開２００４−２９３３５１号公報特開平８−７５６９５号公報 In addition, in an oxygen sensor used for air-fuel ratio feedback control or the like, it is necessary to keep the sensor element in an active state in order to maintain detection accuracy. For this reason, a heater (for example, an electric heater) for heating the sensor element is provided, and energization to the heater is controlled so that the element temperature becomes a predetermined activation temperature (for example, see Patent Document 3). In order to perform such heater energization control, it is necessary to detect the temperature of the sensor element, but in general, the element temperature is not directly detected, but the element impedance (AC impedance) of the sensor element and the element temperature are not detected. Using the fact that there is a correlation between them, the element impedance is detected, and the element temperature is indirectly detected based on the detected element impedance.
JP 2006-220085 A JP 2001-323837 A Japanese Utility Model Publication No. 6-69834 JP 2004-293351 A JP-A-8-75695

ところで、車両に搭載されるエンジンにおいては、高速運転時等のエンジン保護（例えばエンジン冷却）や、高負荷時（例えば登坂走行時）等におけるエンジン性能保持のために、燃料噴射量（目標空燃比）をストイキに対して増量して空燃比をリッチ側に制御する場合がある。 By the way, in an engine mounted on a vehicle, a fuel injection amount (target air-fuel ratio) is used to maintain engine performance during engine protection (for example, engine cooling) during high-speed driving or during high loads (for example, during uphill driving). ) May be increased with respect to the stoichiometry to control the air-fuel ratio to the rich side.

このような増量制御が実施されると、酸素センサがリッチ雰囲気、詳しくは、炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）などの未燃燃料成分を含む雰囲気に長時間さらされる場合がある。こうした状況になると、酸素センサの素子電極（排気側電極）にカーボンが付着・溶融して電極面積が小さくなってしまい、センサ出力の低下が生じる可能性がある。 When such increase control is performed, the oxygen sensor may be exposed to a rich atmosphere, specifically, an atmosphere containing unburned fuel components such as hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) for a long time. In such a situation, carbon adheres to and melts on the element electrode (exhaust side electrode) of the oxygen sensor and the electrode area becomes small, which may cause a decrease in sensor output.

なお、酸素センサには、排気ガスに含まれる被毒物をトラップする多孔質保護層（コーティング層）を素子電極に設けている。このようなコーティング層では、煤などのトラップは可能であるが、気体や液体の状態のカーボンはトラップすることができない。このため、カーボンが素子電極まで浸透してしまい、上記したカーボン溶融によるセンサ出力低下を防止することはできない。 In the oxygen sensor, a porous protective layer (coating layer) for trapping poisonous substances contained in the exhaust gas is provided on the element electrode. In such a coating layer, trapping such as soot is possible, but carbon in a gas or liquid state cannot be trapped. For this reason, carbon permeates to the device electrode, and it is impossible to prevent the sensor output from being lowered due to the above-described carbon melting.

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、素子電極のカーボンによる被毒を防止することが可能な酸素センサの制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a control device for an oxygen sensor capable of preventing poisoning of element electrodes by carbon.

上記の目的を達成するため、本発明は、内燃機関の排気通路に配置された酸素センサの制御装置において、前記内燃機関の燃料噴射量がストイキに対して所定値以上増量されているか否かを判定する判定手段と、前記燃料噴射量がストイキに対して所定値以上増量されているときに、前記酸素センサの大気側電極と排気側電極との間に電圧を印加する電圧印加手段とを備えていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the present invention, in an oxygen sensor control device arranged in an exhaust passage of an internal combustion engine, whether or not the fuel injection amount of the internal combustion engine is increased by a predetermined value or more with respect to the stoichiometry. Determining means for determining, and voltage applying means for applying a voltage between the atmosphere-side electrode and the exhaust-side electrode of the oxygen sensor when the fuel injection amount is increased by a predetermined value or more with respect to the stoichiometry. It is characterized by having.

この発明では、エンジン保護やエンジン性能保持のために、燃料噴射量をストイキに対して増量して空燃比をリッチ側に制御しているとき、つまり、酸素センサがリッチ雰囲気に長時間さらされる状況のときに、酸素センサの大気側電極と排気側電極との間に電圧を印加する。このようにして酸素センサの電極間に電圧を印加すると、大気側電極による酸素イオンの強制ポンピングが開始され、そのポンピングされた酸素イオンが排気側電極に向かって移動する。酸素イオンが排気側電極に移動すると、排気側電極の触媒作用（白金の触媒作用）により電極表面のカーボンが燃焼（酸化→ＣＯ₂）する。これによって排気側電極がカーボンによって被毒されることを防止することができる。 In this invention, in order to protect the engine and maintain engine performance, the fuel injection amount is increased with respect to the stoichiometry and the air-fuel ratio is controlled to the rich side, that is, the oxygen sensor is exposed to a rich atmosphere for a long time. At this time, a voltage is applied between the atmosphere side electrode and the exhaust side electrode of the oxygen sensor. When a voltage is applied between the electrodes of the oxygen sensor in this way, forced pumping of oxygen ions by the atmosphere side electrode is started, and the pumped oxygen ions move toward the exhaust side electrode. When oxygen ions move to the exhaust side electrode, carbon on the electrode surface burns (oxidation → CO ₂ ) by the catalytic action of the exhaust side electrode (platinum catalytic action). As a result, the exhaust side electrode can be prevented from being poisoned by carbon.

なお、酸素センサの大気側電極と排気側電極との間に電圧を印加すると、酸素濃度（空燃比）を正確に検出できなくなる。この点を考慮して、酸素センサの電極間に電圧を印加する際には、当該酸素センサの出力信号に基づく空燃比フィードバック制御を禁止しておく。 If a voltage is applied between the atmosphere side electrode and the exhaust side electrode of the oxygen sensor, the oxygen concentration (air-fuel ratio) cannot be detected accurately. Considering this point, when a voltage is applied between the electrodes of the oxygen sensor, air-fuel ratio feedback control based on the output signal of the oxygen sensor is prohibited.

また、同じ目的を達成するため、本発明は、内燃機関の排気通路に配置された酸素センサの制御装置において、前記内燃機関の燃料噴射量がストイキに対して所定値以上増量されているか否かを判定する判定手段と、前記燃料噴射量がストイキに対して所定値以上増量されているときに、前記酸素センサの出力端子間（大気側出力端子と排気側出力端子との間）を短絡する短絡手段とを備えていることを特徴としている。 In order to achieve the same object, according to the present invention, in an oxygen sensor control device disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, whether or not the fuel injection amount of the internal combustion engine is increased by a predetermined value or more with respect to stoichiometry. And a short circuit between the output terminals of the oxygen sensor (between the air-side output terminal and the exhaust-side output terminal) when the fuel injection amount is increased by a predetermined value or more with respect to the stoichiometry. And a short-circuit means.

この発明では、エンジン保護やエンジン性能保持のために、燃料噴射量をストイキに対して増量して空燃比をリッチ側に制御しているとき、つまり、酸素センサがリッチ雰囲気に長時間さらされる状況のときに、酸素センサの出力端子間を短絡させる。このようにして酸素センサの出力端子間を短絡させると、その短絡によって形成される閉回路内に、センサ素子で発生する起電力に応じた電流が流れ、この電流の流れによって大気側電極から酸素イオンが排気側電極に向かって移動する。酸素イオンが排気側電極に移動すると、排気側電極の触媒作用（白金の触媒作用）により電極表面のカーボンが燃焼（酸化→ＣＯ₂）する。これにより排気側電極がカーボンによって被毒されることを防止することができる。 In this invention, in order to protect the engine and maintain the engine performance, the fuel injection amount is increased with respect to the stoichiometric control to control the air-fuel ratio to the rich side, that is, the oxygen sensor is exposed to the rich atmosphere for a long time. In this case, the output terminals of the oxygen sensor are short-circuited. When the output terminals of the oxygen sensor are short-circuited in this way, a current corresponding to the electromotive force generated in the sensor element flows in the closed circuit formed by the short-circuit, and this current flow causes oxygen from the atmosphere side electrode to flow. Ions move toward the exhaust side electrode. When oxygen ions move to the exhaust side electrode, carbon on the electrode surface burns (oxidation → CO ₂ ) by the catalytic action of the exhaust side electrode (platinum catalytic action). This can prevent the exhaust side electrode from being poisoned by carbon.

なお、酸素センサの出力端子間を短絡すると、酸素濃度（空燃比）を正確に検出できなくなる。この点を考慮して、酸素センサの出力端子間を短絡する際には、当該酸素センサの出力信号に基づく空燃比フィードバック制御を禁止しておく。 If the output terminals of the oxygen sensor are short-circuited, the oxygen concentration (air-fuel ratio) cannot be detected accurately. Considering this point, when the output terminals of the oxygen sensor are short-circuited, air-fuel ratio feedback control based on the output signal of the oxygen sensor is prohibited.

本発明によれば、エンジン保護やエンジン性能保持のために空燃比をリッチにする制御が実施され、酸素センサの素子電極がリッチ雰囲気に長時間さらされる状況となっても、素子電極のカーボンによる被毒を抑制することができるので、酸素センサの出力低下を防止することができる。 According to the present invention, control for enriching the air-fuel ratio is performed to protect the engine and maintain engine performance, and even when the element electrode of the oxygen sensor is exposed to a rich atmosphere for a long time, the element electrode is made of carbon. Since poisoning can be suppressed, output reduction of the oxygen sensor can be prevented.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、本発明を適用するエンジン（内燃機関）について説明する。 First, an engine (internal combustion engine) to which the present invention is applied will be described.

−エンジン−
図１は本発明を適用するエンジン１０１の一例を示す概略構成を示す図である。なお、図１にはエンジン１０１の１気筒の構成のみを示している。 -Engine-
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration showing an example of an engine 101 to which the present invention is applied. FIG. 1 shows only the configuration of one cylinder of the engine 101.

この例のエンジン１０１は、例えば４気筒ガソリンエンジンであって、燃焼室１０１ａを形成するピストン１０１ｂ及び出力軸であるクランクシャフト１１５を備えている。ピストン１０１ｂはコネクティングロッド１１６を介してクランクシャフト１１５に連結されており、ピストン１０１ｂの往復運動がコネクティングロッド１１６によってクランクシャフト１１５の回転へと変換される。 The engine 101 in this example is, for example, a four-cylinder gasoline engine, and includes a piston 101b that forms a combustion chamber 101a and a crankshaft 115 that is an output shaft. The piston 101b is connected to the crankshaft 115 via a connecting rod 116, and the reciprocating motion of the piston 101b is converted into rotation of the crankshaft 115 by the connecting rod 116.

クランクシャフト１１５には、外周面に複数の突起（歯）１１７ａを有するシグナルロータ１１７が取り付けられている。シグナルロータ１１７の側方近傍にはクランクポジションセンサ（エンジン回転数センサ）１２４が配置されている。クランクポジションセンサ１２４は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１１５が回転する際にシグナルロータ１１７の突起１１７ａに対応するパルス状の信号（出力パルス）を発生する。 A signal rotor 117 having a plurality of protrusions (teeth) 117 a on the outer peripheral surface is attached to the crankshaft 115. A crank position sensor (engine speed sensor) 124 is disposed near the side of the signal rotor 117. The crank position sensor 124 is an electromagnetic pickup, for example, and generates a pulsed signal (output pulse) corresponding to the protrusion 117a of the signal rotor 117 when the crankshaft 115 rotates.

エンジン１０１のシリンダブロック１０１ｃには、エンジン水温（冷却水温）を検出する水温センサ１２１が配置されている。エンジン１０１の燃焼室１０１ａには点火プラグ１０３が配置されている。点火プラグ１０３の点火タイミングはイグナイタ１０４によって調整される。イグナイタ１０４はＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）２００によって制御される。 The cylinder block 101c of the engine 101 is provided with a water temperature sensor 121 that detects the engine water temperature (cooling water temperature). A spark plug 103 is disposed in the combustion chamber 101 a of the engine 101. The ignition timing of the spark plug 103 is adjusted by the igniter 104. The igniter 104 is controlled by an ECU (Electronic Control Unit) 200.

エンジン１０１の燃焼室１０１ａには吸気通路１１１と排気通路１１２とが接続されている。吸気通路１１１と燃焼室１０１ａとの間に吸気バルブ１１３が設けられており、この吸気バルブ１１３を開閉駆動することにより、吸気通路１１１と燃焼室１０１ａとが連通または遮断される。また、排気通路１１２と燃焼室１０１ａとの間に排気バルブ１１４が設けられており、この排気バルブ１１４を開閉駆動することにより、排気通路１１２と燃焼室１０１ａとが連通または遮断される。これら吸気バルブ１１３及び排気バルブ１１４の開閉駆動は、クランクシャフト１１５の回転が伝達される吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの各回転によって行われる。 An intake passage 111 and an exhaust passage 112 are connected to the combustion chamber 101 a of the engine 101. An intake valve 113 is provided between the intake passage 111 and the combustion chamber 101a. By opening and closing the intake valve 113, the intake passage 111 and the combustion chamber 101a are communicated or blocked. Further, an exhaust valve 114 is provided between the exhaust passage 112 and the combustion chamber 101a. By opening and closing the exhaust valve 114, the exhaust passage 112 and the combustion chamber 101a are communicated or blocked. The opening / closing drive of the intake valve 113 and the exhaust valve 114 is performed by each rotation of the intake camshaft and the exhaust camshaft to which the rotation of the crankshaft 115 is transmitted.

吸気通路１１１には、エアクリーナ１０７、熱線式のエアフロメータ１２２、吸気温センサ１２３（エアフロメータ１２２に内蔵）、及び、エンジン１０１の吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ１０５が配置されている。スロットルバルブ１０５はスロットルモータ１０６によって駆動される。スロットルバルブ１０５の開度はスロットル開度センサ１２５によって検出される。 In the intake passage 111, an air cleaner 107, a hot-wire air flow meter 122, an intake air temperature sensor 123 (built in the air flow meter 122), and an electronically controlled throttle valve 105 for adjusting the intake air amount of the engine 101 are arranged. Yes. The throttle valve 105 is driven by a throttle motor 106. The opening degree of the throttle valve 105 is detected by a throttle opening degree sensor 125.

エンジン１０１の排気通路１１２には三元触媒１０８が配置されている。三元触媒１０８の上流側の排気通路１１２に空燃比センサ１２６が配置されている。空燃比センサ１２６は、広い空燃比領域にわたって空燃比に対応した出力電圧を発生するセンサである。また、三元触媒１０８の下流側の排気通路１１２には酸素センサ１が配置されている。酸素センサ１は、その出力値が理論空燃比付近でステップ状に変化するセンサである。なお、酸素センサ１の詳細については後述する。 A three-way catalyst 108 is disposed in the exhaust passage 112 of the engine 101. An air-fuel ratio sensor 126 is disposed in the exhaust passage 112 upstream of the three-way catalyst 108. The air-fuel ratio sensor 126 is a sensor that generates an output voltage corresponding to the air-fuel ratio over a wide air-fuel ratio region. The oxygen sensor 1 is disposed in the exhaust passage 112 on the downstream side of the three-way catalyst 108. The oxygen sensor 1 is a sensor whose output value changes stepwise in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio. Details of the oxygen sensor 1 will be described later.

そして、吸気通路１１１には燃料噴射用のインジェクタ１０２が配置されている。インジェクタ１０２には、燃料タンクから燃料ポンプによって所定圧力の燃料が供給され、吸気通路１１１に燃料が噴射される。この噴射燃料は吸入空気と混合されて混合気となってエンジン１０１の燃焼室１０１ａに導入される。燃焼室１０１ａに導入された混合気（燃料＋空気）は点火プラグ１０３にて点火されて燃焼・爆発する。この混合気の燃焼室１０１ａ内での燃焼・爆発によりピストン１０１ｂが往復運動してクランクシャフト１１５が回転する。以上のエンジン１０１は運転状態はＥＣＵ２００によって制御される。 A fuel injection injector 102 is disposed in the intake passage 111. Fuel of a predetermined pressure is supplied from the fuel tank to the injector 102 by a fuel pump, and the fuel is injected into the intake passage 111. This injected fuel is mixed with the intake air to be mixed into the combustion chamber 101a of the engine 101. The air-fuel mixture (fuel + air) introduced into the combustion chamber 101a is ignited by the spark plug 103 and combusted / exploded. The piston 101b reciprocates due to the combustion / explosion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 101a, and the crankshaft 115 rotates. The operation state of the engine 101 described above is controlled by the ECU 200.

−酸素センサ−
次に、酸素センサ１の構造について説明する。 -Oxygen sensor-
Next, the structure of the oxygen sensor 1 will be described.

この例の酸素センサ１は、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する積層型の酸素センサであって、図２に示すように、センサ素子１０、通気性の内カバー１６及び外カバー１７などを備えている。また、酸素センサ１にはヒータ２が組み込まれている。ヒータ２は、車載のバッテリ電源ＶＢからの通電により発熱する線状の発熱体によって構成されており、その発熱体の発熱によってセンサ素子１０の全体を加熱する。 The oxygen sensor 1 of this example is a laminated oxygen sensor that outputs a signal corresponding to the oxygen concentration in the exhaust gas. As shown in FIG. 2, the sensor element 10, a breathable inner cover 16 and an outer cover are provided. 17 etc. are provided. The oxygen sensor 1 has a heater 2 incorporated therein. The heater 2 is composed of a linear heating element that generates heat by energization from the on-vehicle battery power supply VB, and heats the entire sensor element 10 by the heat generated by the heating element.

センサ素子１０は、板状の固体電解質層（例えば部分安定化ジルコニア製）１１、この固体電解質層１１の一方の面に形成された大気側電極（白金電極）１２、固体電解質層１１の他方の面に形成された排気側電極（白金電極）１３、及び、拡散抵抗層（例えば多孔質のセラミック）１４などによって構成されている。 The sensor element 10 includes a plate-shaped solid electrolyte layer (for example, partially stabilized zirconia) 11, an atmosphere side electrode (platinum electrode) 12 formed on one surface of the solid electrolyte layer 11, and the other of the solid electrolyte layer 11. An exhaust side electrode (platinum electrode) 13 formed on the surface and a diffusion resistance layer (for example, porous ceramic) 14 are formed.

センサ素子１０の大気側電極１２は大気ダクト１５内に配置されている。大気ダクト１５内は大気に開放されており、この大気ダクト１５内に流入した大気が大気側電極１２に接触する。 The atmosphere side electrode 12 of the sensor element 10 is disposed in the atmosphere duct 15. The atmosphere duct 15 is open to the atmosphere, and the atmosphere flowing into the atmosphere duct 15 contacts the atmosphere side electrode 12.

排気側電極１３の表面は拡散抵抗層１４にて覆われており、排気通路１１２を流れる排気ガスの一部が、拡散抵抗層１４によって拡散された状態で排気側電極１３に接触する。なお、排気ガスは、外カバー１７の小孔１７ａ及び内カバー１６の小孔１６ａを通過してセンサ素子１０（排気側電極１３）に達する。 The surface of the exhaust side electrode 13 is covered with the diffusion resistance layer 14, and a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 112 contacts the exhaust side electrode 13 while being diffused by the diffusion resistance layer 14. The exhaust gas passes through the small hole 17a of the outer cover 17 and the small hole 16a of the inner cover 16 and reaches the sensor element 10 (exhaust side electrode 13).

以上の構造の酸素センサ１において、センサ素子１０の内側の大気と外側の排気ガスとの酸素分圧に差が生じると、酸素分圧の高い側（通常は大気側）の酸素がイオン化して固体電解質層１１を通過し、酸素分圧の低い側（通常は排気側）へと移動する。酸素分子はイオン化する過程で電子を大気側電極１２から受け取り、イオン化した状態から分子に戻る過程で電子を排気側電極１３に放出する。このような酸素分子の移動に伴って排気側電極１３から大気側電極１２に向かう電子の移動が生じ、その結果として、大気側電極１２と排気側電極１３との間に起電力が発生する。この起電力は酸素分圧比に比例するが、燃料の濃いリッチな混合気で燃焼したときの排気ガス中のＨＣやＣＯは、排気側電極１３の表面において白金の触媒作用により、酸素と化学平衡に達するまで反応する。その結果、理論空燃比を境に酸素分圧が急激に低下して起電力が大きく変化し、出力電圧の大小により空燃比がリッチかリーンかを判定することができる。 In the oxygen sensor 1 having the above-described structure, when a difference occurs in the oxygen partial pressure between the atmosphere inside the sensor element 10 and the exhaust gas outside, oxygen on the higher oxygen partial pressure (usually the atmosphere side) is ionized. It passes through the solid electrolyte layer 11 and moves to the side with low oxygen partial pressure (usually the exhaust side). Oxygen molecules receive electrons from the atmosphere-side electrode 12 in the process of ionization, and emit electrons to the exhaust-side electrode 13 in the process of returning from the ionized state to the molecules. As the oxygen molecules move, electrons move from the exhaust side electrode 13 to the atmosphere side electrode 12, and as a result, an electromotive force is generated between the atmosphere side electrode 12 and the exhaust side electrode 13. Although this electromotive force is proportional to the oxygen partial pressure ratio, HC and CO in the exhaust gas when burned with a rich fuel rich mixture are in chemical equilibrium with oxygen due to the catalytic action of platinum on the surface of the exhaust side electrode 13. React until it reaches. As a result, the oxygen partial pressure rapidly decreases with the stoichiometric air-fuel ratio as a boundary, and the electromotive force changes greatly, and it can be determined whether the air-fuel ratio is rich or lean based on the output voltage.

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び、バックアップＲＡＭなどを備えている。ＲＯＭは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。 -ECU-
The ECU 200 includes a CPU 201, a ROM, a RAM, a backup RAM, and the like. The ROM stores various control programs, maps that are referred to when the various control programs are executed, and the like.

ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭはＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭはエンジン１０１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。 The CPU 201 executes arithmetic processing based on various control programs and maps stored in the ROM. The RAM is a memory for temporarily storing calculation results from the CPU, data input from each sensor, and the like. The backup RAM is a non-volatile memory for storing data to be saved when the engine 101 is stopped. is there.

ＥＣＵ２００には、図１に示すように、水温センサ１２１、エアフロメータ１２２、吸気温センサ１２３、クランクポジションセンサ１２４、スロットル開度センサ１２５、空燃比センサ１２６、及び、酸素センサ１などの各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ２００には、インジェクタ１０２、点火プラグ１０３のイグナイタ１０４、及び、スロットルバルブ１０５のスロットルモータ１０６などが接続されている。 As shown in FIG. 1, the ECU 200 includes various sensors such as a water temperature sensor 121, an air flow meter 122, an intake air temperature sensor 123, a crank position sensor 124, a throttle opening sensor 125, an air-fuel ratio sensor 126, and an oxygen sensor 1. It is connected. The ECU 200 is connected to an injector 102, an igniter 104 of a spark plug 103, a throttle motor 106 of a throttle valve 105, and the like.

そして、ＥＣＵ２００は、上記した各種センサの検出信号に基づいて、燃料噴射量のフィードバック制御及び点火プラグ１０３の点火時期制御などを含むエンジン１０１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ２００は、後述する酸素センサ１の電極被毒防止処理を実行する。 The ECU 200 executes various controls of the engine 101 including the fuel injection amount feedback control and the ignition timing control of the spark plug 103 based on the detection signals of the various sensors described above. Further, the ECU 200 executes an electrode poisoning prevention process for the oxygen sensor 1 described later.

なお、この例において、ＥＣＵ２００は、高速運転時等のエンジン保護（例えばエンジン冷却）や、高負荷時（例えば登坂走行時）等におけるエンジン性能保持などを目的として、エンジン１０１の燃料噴射量（目標空燃比）をストイキに対して増量して空燃比をリッチ側に制御する場合もある。 In this example, the ECU 200 uses the fuel injection amount (target) of the engine 101 for the purpose of engine protection (for example, engine cooling) during high-speed operation and the like, and for maintaining engine performance during high loads (for example, during climbing). In some cases, the air-fuel ratio is increased with respect to the stoichiometric control to control the air-fuel ratio to the rich side.

−制御回路−
次に、酸素センサ１の制御回路２０の構成を図３を参照して説明する。なお、酸素センサ１の制御回路２０はＥＣＵ２００の内部に組み込まれており、このＥＣＵ２００によって酸素センサ１の制御装置が実現されている。 -Control circuit-
Next, the configuration of the control circuit 20 of the oxygen sensor 1 will be described with reference to FIG. The control circuit 20 of the oxygen sensor 1 is incorporated in the ECU 200, and the ECU 200 realizes a control device for the oxygen sensor 1.

まず、この例では、図３に示すように、酸素センサ１の大気側出力端子（大気側電極１２側の端子）１ａと、排気側出力端子（排気側電極１３側の端子）１ｂとの間に、電圧安定用の抵抗２１が接続されている。この抵抗２１の抵抗値は、酸素センサ１の機能に影響がないように、非常に大きな値（例えば１．５ＭΩ）に設定されている。 First, in this example, as shown in FIG. 3, between the atmosphere side output terminal (terminal on the atmosphere side electrode 12) 1a of the oxygen sensor 1 and the exhaust side output terminal (terminal on the exhaust side electrode 13) 1b. In addition, a voltage stabilizing resistor 21 is connected. The resistance value of the resistor 21 is set to a very large value (for example, 1.5 MΩ) so that the function of the oxygen sensor 1 is not affected.

また、酸素センサ１に組み込まれたヒータ２の一端はバッテリ電源ＶＢに接続されている。ヒータ２の他端にはトランジスタ２４が接続されている。トランジスタ２４のベースはＥＣＵ２００のＣＰＵ２０１に接続されている。 One end of the heater 2 incorporated in the oxygen sensor 1 is connected to the battery power source VB. A transistor 24 is connected to the other end of the heater 2. The base of the transistor 24 is connected to the CPU 201 of the ECU 200.

さらに、この例では、酸素センサ１の大気側電極１２（大気側出力端子１ａ）が電源ＶＣに抵抗２６及びトランジスタ２５を介して接続されている。トランジスタ２５のベースはＥＣＵ２００のＣＰＵ２０１に接続されており、そのＣＰＵ２０１からの電圧印加信号に応じてトランジスタ２５がＯＮとなることによって、酸素センサ１の大気側電極１２と排気側電極１３との間に所定の電圧（例えば１Ｖ）を印加することができる。 Further, in this example, the atmosphere side electrode 12 (atmosphere side output terminal 1 a) of the oxygen sensor 1 is connected to the power source VC via the resistor 26 and the transistor 25. The base of the transistor 25 is connected to the CPU 201 of the ECU 200, and the transistor 25 is turned on in response to a voltage application signal from the CPU 201, so that the oxygen sensor 1 is connected between the atmosphere side electrode 12 and the exhaust side electrode 13. A predetermined voltage (for example, 1V) can be applied.

以上の回路構成において、酸素センサ１の大気側電極１２の電圧Ｖｐと排気側電極１３の電圧Ｖｍとは、それぞれ、オペアン２２のプラス側端子とマイナス側端子に導かれ、それら電圧ＶｐとＶｍとの電圧差［Ｖｐ−Ｖｍ］が演算・増幅される。オペアン２２の出力信号［Ｖｐ−Ｖｍ］はアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２３によってデジタル変換された後にＣＰＵ２０１に入力される。ＣＰＵ２０１では、オペアン２２の出力信号（デジタル変換後）に基づいて、排気ガス中の酸素濃度（空燃比）を算出する。 In the circuit configuration described above, the voltage Vp of the atmosphere-side electrode 12 and the voltage Vm of the exhaust-side electrode 13 of the oxygen sensor 1 are respectively led to the plus-side terminal and the minus-side terminal of the operation 22, and the voltages Vp and Vm Voltage difference [Vp−Vm] is calculated and amplified. The output signal [Vp−Vm] of the operation 22 is digitally converted by an analog-digital converter (ADC) 23 and then input to the CPU 201. The CPU 201 calculates the oxygen concentration (air-fuel ratio) in the exhaust gas based on the output signal (after digital conversion) of the operation 22.

そして、ＥＣＵ２００は、以上の処理で算出した実際の空燃比が目標空燃比に一致するように、インジェクタ１０２から吸気通路１１１に噴射する燃料噴射量をフィードバック制御（空燃比フィードバック制御）する。 The ECU 200 performs feedback control (air-fuel ratio feedback control) of the fuel injection amount injected from the injector 102 into the intake passage 111 so that the actual air-fuel ratio calculated by the above processing matches the target air-fuel ratio.

また、ＥＣＵ２００は、公知の手法で酸素センサ１の素子インピーダンスを算出し、この素子インピーダンスに基づいてセンサ素子１０の温度を推定し、その推定した素子温度が目標温度（センサ素子１０の活性温度：例えば５５０℃）に一致するように、ヒータ駆動用のトランジスタ２４へのヒータ制御信号のデューティ比を算出してヒータ２の通電制御を行う。 The ECU 200 calculates the element impedance of the oxygen sensor 1 by a known method, estimates the temperature of the sensor element 10 based on the element impedance, and the estimated element temperature is the target temperature (the activation temperature of the sensor element 10: For example, the duty ratio of the heater control signal to the transistor 24 for driving the heater is calculated so as to coincide with 550 ° C.), and the energization control of the heater 2 is performed.

−電極被毒防止処理（１）−
次に、酸素センサ１の電極被毒防止処理について説明する。 -Electrode poisoning prevention treatment (1)-
Next, the electrode poisoning prevention process of the oxygen sensor 1 will be described.

図４は電極被毒防止処理の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。この制御ルーチンはＥＣＵ２００において所定時間毎に繰り返して実行される。 FIG. 4 is a flowchart showing an example of a control routine for electrode poisoning prevention processing. This control routine is repeatedly executed in the ECU 200 every predetermined time.

まず、ステップＳＴ１１において、酸素センサ１のヒータ２の通電制御を開始する。 First, in step ST11, energization control of the heater 2 of the oxygen sensor 1 is started.

次に、ステップＳＴ１２において、酸素センサ１のセンサ素子１０が活性しているか否かを判定する。具体的には、上記ヒータ２の通電制御により、酸素センサ１のセンサ素子１０の温度（素子インピーダンスに基づく推定温度）が制御温度の目標値（例えば５５０℃）に達しているか否かを判定し、その判定結果が否定判定である場合つまり酸素センサ１が活性していない場合は、このルーチンを一旦抜ける。 Next, in step ST12, it is determined whether or not the sensor element 10 of the oxygen sensor 1 is active. Specifically, it is determined whether or not the temperature of the sensor element 10 of the oxygen sensor 1 (estimated temperature based on the element impedance) has reached a control temperature target value (for example, 550 ° C.) by the energization control of the heater 2. When the determination result is negative, that is, when the oxygen sensor 1 is not active, this routine is temporarily exited.

ステップＳＴ１２の判定結果が肯定判定である場合つまり酸素センサ１が活性中である場合はステップＳＴ１３に進む。 If the determination result in step ST12 is affirmative, that is, if the oxygen sensor 1 is active, the process proceeds to step ST13.

ステップＳＴ１３では、エンジン保護やエンジン性能保持などの制御の実行により、エンジン１０１の空燃比（燃料噴射量）がストイキに対してα％（例えば２０％）以上増量しているか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合つまりリッチ雰囲気が継続する場合は、ステップＳＴ１４において空燃比フィードバック制御を禁止するとともに、図３に示す電圧印加用のトランジスタ２５をＯＮとして、酸素センサ１の大気側電極１２と排気側電極１３との電極間に、所定の電圧（例えば１Ｖ）を印加する（ステップＳＴ１５）。 In step ST13, it is determined whether or not the air-fuel ratio (fuel injection amount) of the engine 101 has increased by α% (for example, 20%) or more with respect to the stoichiometry by executing control such as engine protection and engine performance maintenance. If the determination result is affirmative, that is, if the rich atmosphere continues, air-fuel ratio feedback control is prohibited in step ST14, and the voltage application transistor 25 shown in FIG. A predetermined voltage (for example, 1 V) is applied between the electrode 12 and the exhaust-side electrode 13 (step ST15).

このようにして酸素センサ１の電極間に電圧を印加すると、大気側電極１２による酸素イオンの強制ポンピングが開始され、そのポンピングされた酸素イオンが排気側電極１３に向かって移動する。酸素イオンが排気側電極１３に移動すると、排気側電極１３の触媒作用（白金の触媒作用）により電極表面のカーボンが燃焼（酸化→ＣＯ₂）する。これによって、酸素センサ１の排気側電極１３がリッチ雰囲気に長時間さらされる状況であっても、排気側電極１３がカーボンによって被毒されることを防止することができ、センサ出力の劣化を抑制することができる。なお、酸素センサ１への電圧印加は、ステップＳＴ１３の判定結果が否定判定になるまで継続される。 When a voltage is applied between the electrodes of the oxygen sensor 1 in this way, forced pumping of oxygen ions by the atmosphere-side electrode 12 is started, and the pumped oxygen ions move toward the exhaust-side electrode 13. When oxygen ions move to the exhaust-side electrode 13, the carbon on the electrode surface burns (oxidation → CO ₂ ) due to the catalytic action of the exhaust-side electrode 13 (platinum catalytic action). As a result, even if the exhaust side electrode 13 of the oxygen sensor 1 is exposed to a rich atmosphere for a long time, the exhaust side electrode 13 can be prevented from being poisoned by carbon, and deterioration of the sensor output is suppressed. can do. The voltage application to the oxygen sensor 1 is continued until the determination result in step ST13 is negative.

ステップＳＴ１３の判定結果が否定判定である場合、現在制御において酸素センサ１の電極間に電圧が印加されているときには、図３に示すトランジスタ２５をＯＦＦにして電圧印加を停止し（ステップＳＴ１６）、ステップＳＴ１７において電圧印加停止時から所定時間が経過したか否かを判定し、所定時間が経過している場合、ステップＳＴ１８において空燃比フィードバック制御を実行（再開）する。なお、ステップＳＴ１３の判定結果が否定判定であり、酸素センサ１への電圧印加が行われていない場合（通常制御の場合）には、空燃比フィードバック制御を実行（継続）する。 When the determination result of step ST13 is negative, when voltage is being applied between the electrodes of the oxygen sensor 1 in the current control, the transistor 25 shown in FIG. 3 is turned off to stop voltage application (step ST16). In step ST17, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the voltage application was stopped. If the predetermined time has elapsed, air-fuel ratio feedback control is executed (resumed) in step ST18. If the determination result in step ST13 is negative and no voltage is applied to the oxygen sensor 1 (in the case of normal control), air-fuel ratio feedback control is executed (continued).

−電極被毒防止処理（２）−
この例では、図５に示すように、酸素センサ１の大気側出力端子１ａと排気側出力端子１ｂとの間に、短絡用のトランジスタ２７及び抵抗２８を電圧安定用の抵抗２１に対して並列に接続している。 -Electrode poisoning prevention treatment (2)-
In this example, as shown in FIG. 5, a short-circuit transistor 27 and a resistor 28 are parallel to the voltage stabilizing resistor 21 between the atmosphere-side output terminal 1 a and the exhaust-side output terminal 1 b of the oxygen sensor 1. Connected to.

トランジスタ２７のベースはＥＣＵ２００のＣＰＵ２０１に接続されており、そのＣＰＵ２０１からの短絡指令信号に応じてトランジスタ２７がＯＮとなることによって、酸素センサ１の大気側出力端子１ａと排気側出力端子１ｂとの間が短絡（ショート）される。なお、短絡回路を形成する抵抗２８の抵抗値は、後述する起電力による電流が流れるように、電圧安定用の抵抗２１に対して十分に小さい値とする。 The base of the transistor 27 is connected to the CPU 201 of the ECU 200. When the transistor 27 is turned on in response to a short-circuit command signal from the CPU 201, the atmosphere side output terminal 1a and the exhaust side output terminal 1b of the oxygen sensor 1 are connected. The space is short-circuited. The resistance value of the resistor 28 forming the short circuit is set to a sufficiently small value with respect to the voltage stabilizing resistor 21 so that a current caused by an electromotive force described later flows.

図６は電極被毒防止処理の制御ルーチンの他の例を示すフローチャートである。この制御ルーチンはＥＣＵ２００において所定時間毎に繰り返して実行される。 FIG. 6 is a flowchart showing another example of the control routine of the electrode poisoning prevention process. This control routine is repeatedly executed in the ECU 200 every predetermined time.

まず、ステップＳＴ２１において、酸素センサ１のヒータ２の通電制御を開始する。 First, in step ST21, energization control of the heater 2 of the oxygen sensor 1 is started.

次に、ステップＳＴ２２において、酸素センサ１のセンサ素子１０が活性しているか否かを判定する。具体的には、上記ヒータ２の通電制御により、酸素センサ１のセンサ素子１０の温度（素子インピーダンスに基づく推定温度）が制御温度の目標値（例えば５５０℃）に達しているか否かを判定し、その判定結果が否定判定である場合つまり酸素センサ１が活性していない場合は、このルーチンを一旦抜ける。 Next, in step ST22, it is determined whether or not the sensor element 10 of the oxygen sensor 1 is active. Specifically, it is determined whether or not the temperature of the sensor element 10 of the oxygen sensor 1 (estimated temperature based on the element impedance) has reached a control temperature target value (for example, 550 ° C.) by the energization control of the heater 2. When the determination result is negative, that is, when the oxygen sensor 1 is not active, this routine is temporarily exited.

ステップＳＴ２２の判定結果が肯定判定である場合つまり酸素センサ１が活性中である場合はステップＳＴ２３に進む。 If the determination result in step ST22 is affirmative, that is, if the oxygen sensor 1 is active, the process proceeds to step ST23.

ステップＳＴ２３では、エンジン保護やエンジン性能保持などの制御の実行により、エンジン１０１の空燃比（燃料噴射量）がストイキに対してα％（例えば２０％）以上増量しているか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合つまりリッチ雰囲気が継続する場合は、ステップＳＴ２４において空燃比フィードバック制御を禁止するとともに、図５に示す短絡用のトランジスタ２７をＯＮとして、酸素センサ１の大気側出力端子１ａと排気側出力端子１ｂとの間を短絡（ショート）させる（ステップＳＴ２５）。 In step ST23, it is determined whether or not the air-fuel ratio (fuel injection amount) of the engine 101 has increased by α% (for example, 20%) or more with respect to the stoichiometry by executing control such as engine protection and engine performance maintenance. If the determination result is affirmative, that is, if the rich atmosphere continues, air-fuel ratio feedback control is prohibited in step ST24, and the short-circuit transistor 27 shown in FIG. The terminal 1a and the exhaust side output terminal 1b are short-circuited (short circuit) (step ST25).

このようにして酸素センサ１の出力端子間を短絡させると、その短絡によって形成される閉回路、つまり、［センサ素子１０→大気側出力端子１ａ→抵抗２８→トランジスタ２７→排気側出力端子１ｂ→センサ素子１０］の閉回路内に、センサ素子１０で発生する起電力に応じた電流が流れる。こうして電流が流れると、大気側電極１２から酸素イオンが排気側電極１３に向かって移動する。酸素イオンが排気側電極１３に移動すると、排気側電極１３の触媒作用（白金の触媒作用）により電極表面のカーボンが燃焼（酸化→ＣＯ₂）する。これによって、酸素センサ１の排気側電極１３がリッチ雰囲気に長時間さらされる状況であっても、排気側電極１３がカーボンによって被毒されることを防止することができ、センサ出力の劣化を抑制することができる。なお、酸素センサ１の出力端子間の短絡は、ステップＳＴ２３の判定結果が否定判定となるまで継続される。 When the output terminals of the oxygen sensor 1 are short-circuited in this way, a closed circuit formed by the short-circuit, that is, [sensor element 10 → atmosphere side output terminal 1a → resistance 28 → transistor 27 → exhaust side output terminal 1b → A current corresponding to the electromotive force generated in the sensor element 10 flows in the closed circuit of the sensor element 10]. When the current flows in this way, oxygen ions move from the atmosphere-side electrode 12 toward the exhaust-side electrode 13. When oxygen ions move to the exhaust-side electrode 13, the carbon on the electrode surface burns (oxidation → CO ₂ ) due to the catalytic action of the exhaust-side electrode 13 (platinum catalytic action). As a result, even if the exhaust side electrode 13 of the oxygen sensor 1 is exposed to a rich atmosphere for a long time, the exhaust side electrode 13 can be prevented from being poisoned by carbon, and deterioration of the sensor output is suppressed. can do. Note that the short circuit between the output terminals of the oxygen sensor 1 is continued until the determination result of step ST23 is negative.

ステップＳＴ２３の判定結果が否定判定である場合、現在制御において酸素センサ１の出力端子間が短絡されているときには、図５に示すトランジスタ２７をＯＦＦにして短絡を解除し（ステップＳＴ２６）、ステップＳＴ２７において短絡解除時から所定時間が経過したか否かを判定し、所定時間が経過している場合、ステップＳＴ２８において空燃比フィードバック制御を実行（再開）する。なお、ステップＳＴ２３の判定結果が否定判定であり、酸素センサ１の出力端子間が短絡されていない場合（通常制御の場合）には、空燃比フィードバック制御を実行（継続）する。 When the determination result in step ST23 is negative, if the output terminals of the oxygen sensor 1 are short-circuited in the current control, the transistor 27 shown in FIG. 5 is turned off to release the short-circuit (step ST26), and step ST27. In step ST28, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the short circuit was released. If the predetermined time has elapsed, air-fuel ratio feedback control is executed (resumed) in step ST28. If the determination result in step ST23 is negative and the output terminals of the oxygen sensor 1 are not short-circuited (in the case of normal control), air-fuel ratio feedback control is executed (continued).

−電極被毒防止処理の別の例−
次に、酸素センサ１の電極被毒防止処理の別の例について図７及び図８のフローチャートを参照して説明する。この図７及び図８の各制御ルーチンは、例えば図１に示すＥＣＵ２００等において所定時間毎に繰り返して実行される。 -Another example of electrode poisoning prevention treatment-
Next, another example of the electrode poisoning prevention process of the oxygen sensor 1 will be described with reference to the flowcharts of FIGS. The control routines of FIGS. 7 and 8 are repeatedly executed at predetermined time intervals in the ECU 200 shown in FIG. 1, for example.

まず、図７の例では、ステップＳＴ３１において、酸素センサ１のヒータ２の通電制御を開始する。次に、ステップＳＴ３２において、酸素センサ１のセンサ素子１０が活性しているか否かを判定する。具体的には、上記ヒータ２の通電制御により、酸素センサ１のセンサ素子１０の温度（素子インピーダンスに基づく推定温度）が制御温度の目標値（例えば５５０℃）に達しているか否かを判定し、その判定結果が否定判定である場合（酸素センサ１が活性していない場合）、このルーチンを一旦抜ける。ステップＳＴ３２の判定結果が肯定判定である場合（酸素センサ１が活性中である場合）は、ステップＳＴ３３に進む。 First, in the example of FIG. 7, in step ST31, energization control of the heater 2 of the oxygen sensor 1 is started. Next, in step ST32, it is determined whether or not the sensor element 10 of the oxygen sensor 1 is active. Specifically, it is determined whether or not the temperature of the sensor element 10 of the oxygen sensor 1 (estimated temperature based on the element impedance) has reached a control temperature target value (for example, 550 ° C.) by the energization control of the heater 2. When the determination result is negative (when the oxygen sensor 1 is not active), the routine is temporarily exited. When the determination result of step ST32 is affirmative (when the oxygen sensor 1 is active), the process proceeds to step ST33.

ステップＳＴ３３では、エンジン保護やエンジン性能保持などの制御の実行により、エンジン１０１の空燃比（燃料噴射量）がストイキに対してα％（例えば２０％）以上増量しているか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合つまりリッチ雰囲気が継続する場合はステップＳＴ３４に進む。 In step ST33, it is determined whether or not the air-fuel ratio (fuel injection amount) of the engine 101 has increased by α% (for example, 20%) or more with respect to the stoichiometry by executing control such as engine protection and engine performance maintenance. If the determination result is affirmative, that is, if the rich atmosphere continues, the process proceeds to step ST34.

ステップＳＴ３４では、酸素センサ１のヒータ２の制御温度の目標値を、通常制御時よりも高い温度、具体的には９００℃に設定し、その目標値９００℃に一致するように、図３に示すトランジスタ２４へのヒータ制御信号のデューティ比を算出してヒータ２の通電制御を行う。このように目標値９００℃としてヒータ２の通電制御を行うと、酸素センサ１の排気側電極１３の電極表面のカーボンの燃焼を促進することができ、酸素センサ１の劣化を抑制することができる。 In step ST34, the target value of the control temperature of the heater 2 of the oxygen sensor 1 is set to a temperature higher than that during normal control, specifically 900 ° C., and is matched with the target value 900 ° C. in FIG. The duty ratio of the heater control signal to the transistor 24 shown in FIG. When the energization control of the heater 2 is performed at the target value of 900 ° C. in this way, the combustion of carbon on the electrode surface of the exhaust-side electrode 13 of the oxygen sensor 1 can be promoted, and deterioration of the oxygen sensor 1 can be suppressed. .

一方、ステップＳＴ３３の判定結果が否定判定である場合は、酸素センサ１のヒータ２の制御温度の目標値を通常制御時の温度（５５０℃）として、その目標値５５０℃に一致するように、図３に示すトランジスタ２４へのヒータ制御信号のデューティ比を算出してヒータ２の通電制御を行う。 On the other hand, if the determination result in step ST33 is negative, the target value of the control temperature of the heater 2 of the oxygen sensor 1 is set to the temperature (550 ° C.) during normal control so that the target value matches 550 ° C. The duty ratio of the heater control signal to the transistor 24 shown in FIG.

次に、図８の例について説明する。 Next, the example of FIG. 8 will be described.

この例においても、まずは、酸素センサ１のヒータ２の通電制御を開始する（ステップＳＴ４１）。次に、ステップＳＴ４２において、酸素センサ１のセンサ素子１０が活性しているか否かを判定する。具体的には、上記ヒータ２の通電制御により、酸素センサ１のセンサ素子１０の温度（素子インピーダンスに基づく推定温度）が制御温度の目標値（例えば５５０℃）に達しているか否かを判定し、その判定結果が否定判定である場合（酸素センサ１が活性していない場合）、このルーチンを一旦抜ける。ステップＳＴ４２の判定結果が肯定判定である場合（酸素センサ１が活性中である場合）はステップＳＴ４３に進む。 Also in this example, first, energization control of the heater 2 of the oxygen sensor 1 is started (step ST41). Next, in step ST42, it is determined whether or not the sensor element 10 of the oxygen sensor 1 is active. Specifically, it is determined whether or not the temperature of the sensor element 10 of the oxygen sensor 1 (estimated temperature based on the element impedance) has reached a control temperature target value (for example, 550 ° C.) by the energization control of the heater 2. When the determination result is negative (when the oxygen sensor 1 is not active), the routine is temporarily exited. When the determination result of step ST42 is affirmative (when the oxygen sensor 1 is active), the process proceeds to step ST43.

ステップＳＴ４３では、エンジン保護やエンジン性能保持などの制御の実行により、エンジン１０１の空燃比（燃料噴射量）がストイキに対してα％（例えば２０％）以上増量しているか否かを判定する。このステップＳＴ４３の判定結果が肯定判定である場合つまりリッチ雰囲気が継続する場合は、所定時間経過毎に燃料噴射カットを断続的に実行する（ステップＳＴ４４〜ＳＴ４６）。この断続的な燃料噴射カットにより、酸素センサ１の排気側電極１３の電極表面のカーボンを燃焼（酸化）させることができ、酸素センサ１の劣化を抑制することができる。 In step ST43, it is determined whether or not the air-fuel ratio (fuel injection amount) of the engine 101 has increased by α% (for example, 20%) or more with respect to the stoichiometry by executing control such as engine protection and engine performance maintenance. If the determination result in step ST43 is affirmative, that is, if the rich atmosphere continues, the fuel injection cut is intermittently executed every predetermined time (steps ST44 to ST46). By this intermittent fuel injection cut, carbon on the electrode surface of the exhaust-side electrode 13 of the oxygen sensor 1 can be burned (oxidized), and deterioration of the oxygen sensor 1 can be suppressed.

−他の実施形態−
以上の例では、積層型の酸素センサに本発明の制御装置を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、コップ型の酸素センサにも適用可能である。コップ型の酸素センサの一例を図９に示す。 -Other embodiments-
In the above example, an example in which the control device of the present invention is applied to a stacked oxygen sensor has been described. However, the present invention is not limited to this, and is applicable to a cup-type oxygen sensor. An example of a cup-type oxygen sensor is shown in FIG.

この図９に示す酸素センサ３０１はセンサ素子３１０及びカバー３１６を備えている。カバー３１６には、その内部に排気ガスを導くための孔（図示せず）が設けられている。センサ素子３１０はカバー３１６の内部に配置されている。 The oxygen sensor 301 shown in FIG. 9 includes a sensor element 310 and a cover 316. The cover 316 is provided with a hole (not shown) for introducing exhaust gas therein. The sensor element 310 is disposed inside the cover 316.

センサ素子３１０は一端が閉じられた管状（コップ状）の構造を有している。センサ素子３１０は、固体電解質層（例えば部分安定化ジルコニア製）３１１、この固体電解質層３１１の内側の面に形成された大気側電極（白金電極）３１２、固体電解質層３１１の外側の面に形成された排気側電極（白金電極）３１３、及び、多孔質保護層（例えば多孔質のセラミック）３１４などによって構成されている。 The sensor element 310 has a tubular (cup-like) structure with one end closed. The sensor element 310 is formed on a solid electrolyte layer (for example, partially stabilized zirconia) 311, an atmosphere side electrode (platinum electrode) 312 formed on the inner surface of the solid electrolyte layer 311, and an outer surface of the solid electrolyte layer 311. The exhaust side electrode (platinum electrode) 313 and the porous protective layer (for example, porous ceramic) 314 are formed.

センサ素子３１０の内側には、大気に開放された大気室３１５が形成されている。この大気室３１５に流入した大気が大気側電極３１２に接触する。大気室３１５には、センサ素子３１０を加熱するためのヒータ３０２が配置されている。また、排気側電極３１３の表面は多孔質保護層３１４にて覆われており、排気通路１１２を流れる排気ガスの一部が多孔質保護層３１４を通じて排気側電極３１３に接触する。 An air chamber 315 that is open to the atmosphere is formed inside the sensor element 310. The atmosphere flowing into the atmosphere chamber 315 contacts the atmosphere side electrode 312. A heater 302 for heating the sensor element 310 is disposed in the atmospheric chamber 315. The surface of the exhaust side electrode 313 is covered with a porous protective layer 314, and a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 112 comes into contact with the exhaust side electrode 313 through the porous protective layer 314.

そして、この例の酸素センサ３０１においても、出力電圧（大気側電極３１２と排気側電極３１３との間の電圧差）の大小により空燃比がリッチかリーンかを判定することができる。 Also in the oxygen sensor 301 of this example, it is possible to determine whether the air-fuel ratio is rich or lean based on the magnitude of the output voltage (voltage difference between the atmosphere side electrode 312 and the exhaust side electrode 313).

以上の例では、４気筒ガソリンエンジンに搭載される酸素センサに本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば筒６気筒ガソリンエンジンなど、他の任意の気筒数の多気筒ガソリンエンジンに搭載される酸素センサにも適用できる。 In the above example, an example in which the present invention is applied to an oxygen sensor mounted on a four-cylinder gasoline engine has been described. However, the present invention is not limited to this, and other arbitrary cylinders such as a cylinder six-cylinder gasoline engine, for example. It can also be applied to oxygen sensors mounted on several multi-cylinder gasoline engines.

また、ポート噴射型ガソリンエンジンに限られることなく、筒内直噴型ガソリンエンジン搭載される酸素センサにも適用可能である。さらに、ガソリンエンジンに限られることなく、ディーゼルエンジンに搭載される酸素センサにも適用可能である。 Further, the present invention is not limited to a port injection type gasoline engine, but can be applied to an oxygen sensor mounted on a direct injection type gasoline engine. Furthermore, the present invention is not limited to a gasoline engine, but can be applied to an oxygen sensor mounted on a diesel engine.

本発明を適用するエンジンの一例を示す概略構成図である。It is a schematic structure figure showing an example of an engine to which the present invention is applied. 酸素センサの一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of an oxygen sensor typically. 酸素センサの制御回路の一例を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows an example of the control circuit of an oxygen sensor. 電極被毒防止処理の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the control routine of an electrode poisoning prevention process. 酸素センサの制御回路の他の例を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the other example of the control circuit of an oxygen sensor. 電極被毒防止処理の制御ルーチンの他の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the other example of the control routine of an electrode poisoning prevention process. 電極被毒防止処理の制御ルーチンの別の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows another example of the control routine of an electrode poisoning prevention process. 電極被毒防止処理の制御ルーチンの別の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows another example of the control routine of an electrode poisoning prevention process. 酸素センサの他の例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of an oxygen sensor typically.

Explanation of symbols

１酸素センサ
１ａ大気側出力端子
１ｂ排気側出力端子
１０センサ素子
１１固体電解質層
１２大気側電極
１３排気側電極
１４拡散抵抗層
１５大気ダクト
２ヒータ
２０制御回路
２１抵抗（電圧安定用）
２２オペアン
２３アナログデジタル変換器
２４トランジスタ（ヒータＯＮ／ＯＦＦ用）
２５トランジスタ（電圧印加用）
２７トランジスタ（短絡用）
１０１エンジン
１０２インジェクタ
１０８三元触媒
１１１吸気通路
１１２排気通路
２００ＥＣＵ
２０１ＣＰＵ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oxygen sensor 1a Atmospheric side output terminal 1b Exhaust side output terminal 10 Sensor element 11 Solid electrolyte layer 12 Atmospheric side electrode 13 Exhaust side electrode 14 Diffusion resistance layer 15 Atmospheric duct 2 Heater 20 Control circuit 21 Resistance (for voltage stabilization)
22 Opean 23 Analog to digital converter 24 Transistor (for heater ON / OFF)
25 Transistor (for voltage application)
27 Transistor (for short circuit)
101 Engine 102 Injector 108 Three-way catalyst 111 Intake passage 112 Exhaust passage 200 ECU
201 CPU

Claims

A control device for an oxygen sensor disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine,
Determining means for determining whether or not a fuel injection amount of the internal combustion engine is increased by a predetermined value or more with respect to stoichiometry; and when the fuel injection amount is increased by a predetermined value or more with respect to stoichiometry, the oxygen sensor A device for controlling an oxygen sensor, comprising: voltage applying means for applying a voltage between the atmosphere side electrode and the exhaust side electrode.

In the control apparatus of the oxygen sensor according to claim 1,
Air-fuel ratio control prohibiting means is provided for prohibiting air-fuel ratio feedback control based on the output of the oxygen sensor when a voltage is applied between the atmosphere side electrode and the exhaust side electrode of the oxygen sensor. Control device for oxygen sensor.

A control device for an oxygen sensor disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine,
Determining means for determining whether or not a fuel injection amount of the internal combustion engine is increased by a predetermined value or more with respect to stoichiometry; and when the fuel injection amount is increased by a predetermined value or more with respect to stoichiometry, the oxygen sensor And a short-circuit means for short-circuiting the output terminals.

In the control device of the oxygen sensor according to claim 3,
An oxygen sensor control apparatus comprising air-fuel ratio control prohibiting means for prohibiting air-fuel ratio feedback control based on an output of the oxygen sensor when the output terminals of the oxygen sensor are short-circuited.