JPH0762661B2 - Exhaust concentration detector - Google Patents
Exhaust concentration detectorInfo
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- JPH0762661B2 JPH0762661B2 JP63121386A JP12138688A JPH0762661B2 JP H0762661 B2 JPH0762661 B2 JP H0762661B2 JP 63121386 A JP63121386 A JP 63121386A JP 12138688 A JP12138688 A JP 12138688A JP H0762661 B2 JPH0762661 B2 JP H0762661B2
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、内燃エンジンの混合気の空燃比を制御するよ
うにした燃料供給制御装置に用いられる排気濃度検出器
の構造に関するものであり、特に該検出器の出力電圧の
変化から当該排気濃度検出器の故障を検出する場合に常
に正確にしてかつ確実に故障検出を行わせ得る排気濃度
検出器に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a structure of an exhaust gas concentration detector used in a fuel supply control device for controlling an air-fuel ratio of an air-fuel mixture of an internal combustion engine, In particular, the present invention relates to an exhaust gas concentration detector that can always accurately and surely detect a failure of the exhaust gas concentration detector from a change in the output voltage of the detector.
(従来の技術及び発明が解決しようとする課題) 一般に、内燃エンジンに供給される混合気の空燃比が所
望の値を中心としたある範囲内となるように制御するた
めに、排気ガスに含まれている特定の成分濃度、例えば
酸素ガス濃度を検出し、該検出した酸素ガス濃度に応じ
て空燃比補正係数値を設定し、この補正係数値を用いて
空燃比を補正している。内燃エンジンの排気ガスから酸
素ガス濃度を検出するための排気濃度検出器である酸素
ガス濃度センサ(O2センサ)は、例えばジルコニア固体
電解質(ZrO2)を備えた形式のもので、その起電力が内
燃エンジンの理論空燃比の前後において急激に変化する
特性を有し、O2センサの出力信号は排気ガスのリッチ側
において高レベルとなり、リーン側において低レベルと
なる。このような酸素ガス濃度を検出するO2センサの断
線、短絡や劣化が空燃比制御に与える影響は大きい。こ
のため、O2センサ等の排気濃度センサを含む排気ガス濃
度検出系を常時監視して正常なセンサ信号によって空燃
比制御系を正常に機能させる必要がある。(Problems to be Solved by the Related Art and Invention) Generally, in order to control the air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied to an internal combustion engine to fall within a certain range around a desired value, it is included in exhaust gas. A specific component concentration, such as an oxygen gas concentration, is detected, an air-fuel ratio correction coefficient value is set according to the detected oxygen gas concentration, and the air-fuel ratio is corrected using this correction coefficient value. An oxygen gas concentration sensor (O 2 sensor), which is an exhaust gas concentration detector for detecting the oxygen gas concentration from the exhaust gas of an internal combustion engine, is of a type including, for example, a zirconia solid electrolyte (ZrO 2 ), and its electromotive force is Has a characteristic that it rapidly changes before and after the stoichiometric air-fuel ratio of the internal combustion engine, and the output signal of the O 2 sensor has a high level on the exhaust gas rich side and has a low level on the lean side. The disconnection, short circuit and deterioration of the O 2 sensor for detecting the oxygen gas concentration have a great influence on the air-fuel ratio control. Therefore, it is necessary to constantly monitor an exhaust gas concentration detection system including an exhaust gas concentration sensor such as an O 2 sensor and make the air-fuel ratio control system function normally with a normal sensor signal.
そのための排気濃度センサの異常検出手段として、従
来、O2センサの出力の反転時間、即ちリッチ側からリー
ン側へのまたはその逆への反転時間間隔を検出すること
によって故障検出を行う技術(例えば、特公昭56−2910
0号公報)、あるいはO2センサの通常動作時の出力電圧
(0.1V〜1V程度)よりも大きい電圧とO2センサ出力電圧
とを比較して異常検知を行う技術(特開昭53−95431号
公報)が知られている。As a means for detecting an abnormality in the exhaust gas concentration sensor for that purpose, conventionally, a technique for detecting a failure by detecting the reversal time of the output of the O 2 sensor, that is, the reversal time interval from the rich side to the lean side or vice versa (for example, , Japanese Examined Sho 56-2910
No. 0), or a technique for detecting abnormality by comparing a voltage greater than the output voltage of the O 2 sensor during normal operation (about 0.1 V to 1 V) with the O 2 sensor output voltage (JP-A-53-95431). No. publication) is known.
前者のものは、O2センサの出力が供給されるコンパレー
タの出力の反転時間を蓄積コンデンサへの蓄積電荷量に
よってみており、上記反転時間が長ければ、即ちなかな
か反転しなければ故障であるとみなすものであるが、か
かる手法にあっては、ベースの空燃比(A/F)がズレて
いるなどしているときに、それによるリッチ状態あるい
はリーン状態を誤ってO2センサの故障状態と検出してし
まうおそれがある。The former one considers the inversion time of the output of the comparator to which the output of the O 2 sensor is supplied by the amount of charge accumulated in the storage capacitor.If the inversion time is long, that is, if it does not invert easily, it is considered to be a failure. However, in such a method, when the air-fuel ratio (A / F) of the base is deviated, the rich or lean state caused by it is erroneously detected as a failure state of the O 2 sensor. There is a risk of doing it.
即ち、基本燃料量をマップ化して予め記憶させておく場
合においてかかるベースマップ値が少しズレていたよう
なとき、具体的にはエンジンに合わなかった場合とか、
あるいは、エンジン及び電子コントロールユニット内の
上記マップが正しくてもインジェクタの開口面積、もし
くはプレッシャレギュレータの設定圧等にバラツキがあ
るといったような場合においては、通常は反転すべき状
態であっても、既知の如く、O2センサ出力は理論空燃比
において非常に急峻に変化する(換言すれば、その前後
においてはリッチまたはリーンを表わす所定レベルを示
す)ものであることから、わずかの空燃比(A/F)のズ
レ(変化)でも、例えばリッチ状態を続けたりするとき
がある。That is, when the basic fuel amount is mapped and stored in advance, when the base map value is slightly deviated, specifically, it does not match the engine,
Alternatively, even if the maps in the engine and the electronic control unit are correct, if there are variations in the opening area of the injector or the set pressure of the pressure regulator, etc. As described above, the output of the O 2 sensor changes very sharply in the stoichiometric air-fuel ratio (in other words, before and after that, it shows a predetermined level indicating rich or lean). Even if the shift (change) of F) occurs, for example, the rich state may continue.
しかして、上記O2センサの反転時間を検出する手法によ
るときは、かかるリッチ状態が継続したりしている場合
でも、即ちシステム系の異常であっても、O2センサの異
常であると誤判断してしまう(実際には、O2センサは正
常であるにもかかわらず異常であると誤診してしまう)
ことになる。従って、ベースの空燃比や上述のバラツキ
に左右され易く、故障検知の正確性、確実性の面で問題
がある。Therefore, when the method of detecting the reversal time of the O 2 sensor is used, it is erroneous that the O 2 sensor is abnormal even if such a rich state continues, that is, even if the system system is abnormal. Make a judgment (actually, the O 2 sensor is misdiagnosed as abnormal even though it is normal)
It will be. Therefore, it is easily affected by the air-fuel ratio of the base and the above-mentioned variations, and there is a problem in terms of accuracy and certainty of failure detection.
一方、後者のもの、即ち、排気濃度センサからの出力電
圧が例えば6V以上の高電圧になったとき、該排気濃度セ
ンサが異常であると判定する異常検出では、排気濃度セ
ンサ、即ちO2センサの断線を検出することはできるが、
O2センサが短絡したときは出力電圧が0に下がるので、
O2センサの短絡による異常を検出することはできない。On the other hand, in the latter case, that is, when the output voltage from the exhaust gas concentration sensor becomes a high voltage of, for example, 6 V or more, the exhaust gas concentration sensor, that is, the O 2 sensor Although it is possible to detect the disconnection of
When the O 2 sensor is short-circuited, the output voltage will drop to 0.
It is not possible to detect abnormalities due to a short circuit in the O 2 sensor.
(発明の目的) 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、断線のみ
ならず短絡故障をも検出可能とし、しかもこれら断線、
短絡を含む排気濃度検出器の故障検出精度の向上を図る
ことができる排気濃度検出器を提供することを目的とす
る。(Object of the Invention) The present invention has been made in view of the above circumstances, and makes it possible to detect not only disconnection but also short-circuit failure.
An object of the present invention is to provide an exhaust gas concentration detector capable of improving the failure detection accuracy of the exhaust gas concentration detector including a short circuit.
(課題を解決するための手段) 本発明は、上記目的を達成するため、固体電解質に一対
の電極を設け、一方の電極を基準ガスに接触せしめ、他
方の電極を排気ガスに接触せしめると共に、電流供給手
段からの所定電流供給時に前記電極間に発生する電圧に
よって前記排気ガス中の酸素濃度を検出する排気濃度検
出器において、前記電流供給手段と前記電極の一方に所
定の電気抵抗体を直列に設けるようにしたものである。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention provides a pair of electrodes on a solid electrolyte, one electrode is brought into contact with a reference gas, and the other electrode is brought into contact with exhaust gas, In an exhaust gas concentration detector for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas by the voltage generated between the electrodes when a predetermined current is supplied from the current supply means, a predetermined electric resistor is connected in series to one of the current supply means and the electrode. It is designed to be installed in.
(実施例) 以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。(Example) Hereinafter, one example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1図は、本発明に従う排気濃度検出器としてのO2セン
サの等価回路と、該O2センサの故障診断のためのチェッ
カーサーキットを含む電子コントロールユニット内部に
おけるO2センサ入力回路部分の回路構成図を示す。Figure 1 is a circuit configuration of the O 2 and an equivalent circuit of the sensor, O 2 sensor input circuit portion inside the electronic control unit including a checker circuit for fault diagnosis of the O 2 sensor as the exhaust concentration detector according to the invention The figure is shown.
図中、符号100は、燃料噴射時間、空燃比等を算出する
演算処理及び後述のO2センサの異常検出処理その他の所
定の処理を実行する電子コントロールユニット(以下
「ECU」という)を示し、該ECU100には、O2センサ10が
接続されると共に、エンジン回転数センサ、スロットル
弁開度センサ、吸気管内絶対圧センサ、エンジン冷却水
温度センサその他の所要センサ(いずれも図示せず)が
接続される。In the figure, reference numeral 100 represents an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) that executes a fuel injection time, an arithmetic process for calculating an air-fuel ratio, etc., and an O 2 sensor abnormality detection process described below and other predetermined processes. An O 2 sensor 10 is connected to the ECU 100, and an engine speed sensor, a throttle valve opening sensor, an intake pipe absolute pressure sensor, an engine cooling water temperature sensor, and other required sensors (all not shown) are connected to the ECU 100. To be done.
ECU100は、O2センサ10その他の各種センサ等からの入力
信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、
入力信号がアナログ信号の場合には該アナログ信号値を
デジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、
中央演算処理回路(CPU)、CPUで実行されるO2センサの
故障検出プラグラムを含む各種演算プログラム及び演算
結果等を記憶する記憶手段、並びに内燃エンジンの燃料
噴射弁に駆動信号を供給し、また、O2センサ故障診断に
使用される後述のチェッカーサーキットスイッチへのオ
ン、オフ用の切換制御信号を送出する出力回路等(いず
れも、O2センサ10の入力回路の一部を除き図示せず)か
ら構成される。The ECU 100 shapes the input signal waveform from the O 2 sensor 10 and various other sensors, corrects the voltage level to a predetermined level,
When the input signal is an analog signal, an input circuit having a function of converting the analog signal value into a digital signal value,
A central processing circuit (CPU), storage means for storing various calculation programs and calculation results including an O 2 sensor failure detection program executed by the CPU, and drive signals to the fuel injection valve of the internal combustion engine, and , An output circuit for sending a switching control signal for turning on and off to a checker circuit switch described later used for O 2 sensor failure diagnosis (all are not shown except a part of the input circuit of the O 2 sensor 10). ).
上述のようなECU100に接続されるO2センサ10は、その一
端がエンジンの排気管壁を介して接地(アース)され、
他端が信号ラインlを通してECU100に接続されるが、O2
センサ10とECU100間での断線、短絡(ショート)を検知
するにあたり、これら断線、短絡を含む故障検出精度の
向上を図るべく、該O2センサ10内部において所定抵抗値
を有する検出用内部抵抗(固定値)としての電気抵抗体
12が付加、組み込まれた構造となっている。The O 2 sensor 10 connected to the ECU 100 as described above has one end grounded via the exhaust pipe wall of the engine,
The other end is connected to the ECU 100 through the signal line 1, but O 2
When detecting disconnection and short circuit between the sensor 10 and the ECU 100, in order to improve the accuracy of failure detection including these disconnection and short circuit, the internal resistance for detection having a predetermined resistance value inside the O 2 sensor 10 ( Electric resistance as a fixed value)
12 has been added and incorporated.
即ち、O2センサは、基本的には、酸素濃度検出素子部の
起電力11aと素子内部抵抗11bとで表わされるが、上記O2
センサ10では、これに加えて上記電気抵抗体12が直列に
挿入接続されている。That, O 2 sensor is basically represented by the electromotive force 11a and the element internal resistance 11b of the oxygen concentration detecting element unit, the O 2
In the sensor 10, in addition to this, the electric resistor 12 is inserted and connected in series.
第2図は、このような電気抵抗体12を設けたO2センサ10
の構造の一例を示す。FIG. 2 shows an O 2 sensor 10 provided with such an electric resistor 12.
An example of the structure of is shown.
同図に示す如く、該O2センサ10は、排気管内にその一部
が挿入される先端部側(図中の下側)に、取付け用の段
部を有するハウジング10aを備えている。ハウジング10a
の先端には、排気ガス流通用の適宜数の通気孔10bを有
する保護カバー10cが設けられており、また、ハウジン
グ10aの他端側(図中の上端側)には、そのハウジング1
0a外周面に筒状のキャップ10dが止着されている。As shown in the figure, the O 2 sensor 10 is provided with a housing 10a having a mounting step portion on the tip end side (lower side in the figure) into which a part is inserted into the exhaust pipe. Housing 10a
A protective cover 10c having an appropriate number of vent holes 10b for circulating exhaust gas is provided at the tip of the housing 1a, and the housing 1a is provided on the other end side (upper end side in the figure) of the housing 1a.
A cylindrical cap 10d is fixed to the outer peripheral surface of 0a.
ハウジング10a及び保護カバー10cの内部には、例えば酸
化ジルコニウムを主成分とする一端が閉止された筒形状
の酸素濃度検出素子としてのジルコニア素子(固体電解
質素子)10eが装着されている。Inside the housing 10a and the protective cover 10c, for example, a zirconia element (solid electrolyte element) 10e as a cylinder-shaped oxygen concentration detection element, which has zirconium oxide as a main component and is closed at one end, is mounted.
ジルコニア素子10eの内外面には、電極としての白金が
コーティングされており、その外面側の空間部10fには
排気ガスが導かれ、内面側の空間部10gには基準ガスと
して大気が導かれるようになっている。The inner and outer surfaces of the zirconia element 10e are coated with platinum as an electrode, so that the exhaust gas is guided to the space 10f on the outer surface side and the atmosphere is guided to the space 10g on the inner surface side as the reference gas. It has become.
また、上記キャップ10dの内側には、内筒10hが設けられ
ると共に、該内筒10h内に中空状の長軸の碍子10iが組み
込まれており、更に該長軸の碍子10iの上部にはワッシ
ャ10jを介して中空状の短軸の碍子10kが設けられてい
る。該短軸の碍子10kの上端面とキャップ10dの頂部内面
との間には、碍子保持用の皿ばね10lが装着されてお
り、更に、キャップ10dの頂部には、該O2センサ10の出
力を取り出すためのリード線10mの保護用の例えばフッ
素ゴムから成るクロメット10nが固着されている。Further, an inner cylinder 10h is provided inside the cap 10d, a hollow long-axis insulator 10i is incorporated in the inner cylinder 10h, and a washer is provided above the long-axis insulator 10i. A hollow short-shaft insulator 10k is provided via 10j. Between the upper end surface of the short-axis insulator 10k and the inner surface of the top of the cap 10d, a disc spring 10l for holding an insulator is attached, and further, the output of the O 2 sensor 10 is provided on the top of the cap 10d. A chromet 10n made of, for example, fluororubber is fixed for protecting the lead wire 10m for taking out.
O2センサ10から引き出されるリード線は、図示のリード
線10ml本のみであり、該リード線10m側が前記ジルコニ
ア素子10e内面側の電極と電気的に接続され、一方ジル
コニア素子10eの外面側の電極は、ハウジング10aを介し
更には排気管壁を通してアースされる。リード線10mと
ジルコニア素子10eの内面電極との電気的接続のため、
碍子10i,10kの中空部には、内側中心電極10oと波ばね付
きの内側中心電極10pが設けられ、これらの導電経路の
途中において前記した検出用内部抵抗としての電気抵抗
体12が設けられている。The lead wire drawn from the O 2 sensor 10 is only the illustrated lead wire 10 ml, the lead wire 10 m side is electrically connected to the electrode on the inner surface side of the zirconia element 10 e, and the electrode on the outer surface side of the zirconia element 10 e. Is grounded through the housing 10a and also through the exhaust pipe wall. For electrical connection between the lead wire 10m and the inner surface electrode of the zirconia element 10e,
The hollow portions of the insulators 10i, 10k are provided with the inner center electrode 10o and the inner center electrode 10p with a wave spring, and the electric resistor 12 as the above-mentioned internal resistance for detection is provided in the middle of these conductive paths. There is.
該電気抵抗体12の設置位置については、温度の影響を受
けにくい個所に選定するのがよく、このため図示の例で
は、O2センサ10の受熱部である前記ジルコニア素子10e,
保護カバー10c側とは反対の図示の位置に電気抵抗体12
を配設するようにしている。The installation position of the electric resistor 12 is preferably selected in a place that is not easily affected by temperature. Therefore, in the illustrated example, the zirconia element 10e which is the heat receiving part of the O 2 sensor 10,
At the position opposite to the protective cover 10c side, the electric resistor 12
Are arranged.
上記O2センサ10による排気ガス中の酸素濃度の検出は、
内外面に一対の電極を設けたジルコニア素子10eの2つ
の電極のうちの一方の電極、即ち本例では内側電極を基
準ガスとしての大気に接触せしめ、他方の電極、即ち外
側電極を排気ガスに接触せしめると共に、後述のように
電流供給手段からの所定電流供給時に上記内外電極間に
発生する電圧によって排気ガス中の酸素濃度を検出する
ことによって行う。即ち、ジルコニア素子10eの外面が
排気管内の排気ガス中にさらされ、また内面が大気にさ
らされると、該ジルコニア素子10eは、その内外面の素
子濃度差に対応した起電力を発生する一種の酸素濃淡電
池として機能し、上記電極間には排気ガス中の酸素濃度
に応じて電圧が発生し、更に、温度が一定以上の高温の
場合には、理論空燃比を境にその電圧が急変する特性を
呈する。かかる特性を利用し、その出力電圧の変化によ
り酸素濃度を検出し、上記リード線10mを介して検出出
力をECU100に供給して空燃比のフィードバック制御に用
いるのであるが、上述のようにいわゆる流し込み型のO2
センサにおいて、断線、短絡故障が発生した場合のその
故障検出をより正確に行わしめるため、O2センサ10内部
に電気抵抗体12を付加する構造としてある。The oxygen concentration in the exhaust gas detected by the O 2 sensor 10 is
One of the two electrodes of the zirconia element 10e provided with a pair of electrodes on the inner and outer surfaces, that is, the inner electrode in this example, is brought into contact with the atmosphere as the reference gas, and the other electrode, that is, the outer electrode is used as the exhaust gas. This is performed by bringing them into contact with each other and detecting the oxygen concentration in the exhaust gas by the voltage generated between the inner and outer electrodes when a predetermined current is supplied from the current supply means as described later. That is, when the outer surface of the zirconia element 10e is exposed to the exhaust gas in the exhaust pipe and the inner surface is exposed to the atmosphere, the zirconia element 10e is a kind of electromotive force corresponding to the element concentration difference between the inner and outer surfaces thereof. It functions as an oxygen concentration battery, a voltage is generated between the electrodes according to the oxygen concentration in the exhaust gas, and when the temperature is higher than a certain temperature, the voltage suddenly changes at the theoretical air-fuel ratio. Exhibit characteristics. Utilizing such a characteristic, the oxygen concentration is detected by the change of the output voltage, and the detection output is supplied to the ECU 100 through the lead wire 10m to be used for the feedback control of the air-fuel ratio. Mold O 2
In the sensor, an electric resistor 12 is added to the inside of the O 2 sensor 10 in order to detect the disconnection or short-circuit failure more accurately when the failure occurs.
このように、上記O2センサ10は、その固体電解質素子で
あるジルコニア素子10eと直列に電気抵抗体12が組み込
まれて排気管に装着され、またそのリード線10mは信号
路lとしてECU100に接続されている。As described above, in the O 2 sensor 10, the electric resistor 12 is incorporated in series with the zirconia element 10e which is the solid electrolyte element and mounted on the exhaust pipe, and the lead wire 10m is connected to the ECU 100 as the signal path l. Has been done.
第1図に戻り、ECU100内部には、2つのコンデンサC1,C
2及び抵抗R1から成るローパスフィルタとオペレーショ
ンアンプ110が設けられ、O2センサ10の出力電圧VO2は該
ローパスフィルタを介してオペレーションアンプ110の
非反転入力端子に印加され、該オペレーションアンプ11
0で増幅されてECU100の入力回路の一部をなすマルチプ
レクサ、A/Dコンバータへ供給される。Returning to FIG. 1 , two capacitors C 1 and C are provided inside the ECU 100.
A low-pass filter composed of 2 and a resistor R 1 and an operational amplifier 110 are provided. The output voltage VO 2 of the O 2 sensor 10 is applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 110 via the low-pass filter, and the operational amplifier 11
The signal is amplified by 0 and supplied to the multiplexer and A / D converter that form a part of the input circuit of the ECU 100.
上記オペレーションアンプ110は、O2センサ10へ電流を
流し込むものであって、電流供給手段を構成する。The operation amplifier 110 is for supplying a current to the O 2 sensor 10 and constitutes a current supply means.
上記コンデンサC1と抵抗R1との接続点と、所定電源電圧
端子との間には、チェッカーサーキットスイッチ(SW)
としての切換制御可能なスイッチ120と抵抗R2との直列
回路が接続されており、該スイッチ120がECU100の出力
回路の一部をなすフェイルセーフ系の駆動回路からの制
御信号によりオン、オフ制御される。スイッチ120は、
適宜のスイッチ素子であってよい。A checker circuit switch (SW) is provided between the connection point between the capacitor C 1 and the resistor R 1 and the specified power supply voltage terminal.
A series circuit of a switch controllable switch 120 and a resistor R 2 is connected, and the switch 120 is turned on / off by a control signal from a fail-safe drive circuit forming a part of the output circuit of the ECU 100. To be done. Switch 120
It may be an appropriate switch element.
上記スイッチ120によるチャッカーサーキットでは、O2
センサ10の信号が所定時間変化しない場合において、ス
イッチ120をオンすることによりO2センサ10に流し込む
電流を増大させ、O2センサ10の出力電圧をチェックする
ことによってO2センサ10の故障検出、即ち自己診断を行
う。In the chucker circuit with the above switch 120, O 2
In the case where the signal of the sensor 10 does not change the predetermined time, it increases the current flow into the O 2 sensor 10 by turning on the switch 120, failure detection of the O 2 sensor 10 by checking the output voltage of the O 2 sensor 10, That is, self-diagnosis is performed.
かかる故障検出は、以下の動作に基づくものであり、こ
れについて、第3図、第4図をも含めて説明する。The failure detection is based on the following operation, which will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
チャッカーサーキットスイッチ120は、通常は、即ち自
己診断を行わない状態では、オフさせておく。スイッチ
120がオフ状態の場合、O2センサ10の出力電圧VO2は、O2
センサ10の起電力の値をVs[V]、オペレーションアン
プ110から流し込む電流をi[A]、素子内部抵抗11b及
び電気抵抗体12の各抵抗値の合計の値をr[KΩ]とす
れば、次式で表される。The chucker circuit switch 120 is normally turned off in the state where the self-diagnosis is not performed. switch
If 120 is off, the output voltage VO 2 of the O 2 sensor 10, O 2
If the value of the electromotive force of the sensor 10 is Vs [V], the current flowing from the operational amplifier 110 is i [A], and the total resistance value of the element internal resistance 11b and the electric resistor 12 is r [KΩ]. , Is expressed by the following equation.
VO2=Vs+i×r …(2) O2センサ10が活性化されているときは、電流iは数10nA
で、i×rは数mVである(付加する電気抵抗体12の抵抗
値を適宜の値(例えば数KΩ〜数10KΩ)にすれば、i
×rをかかる値にすることができる)ため、VO2≒Vsで
あり、従って、空燃比(A/F)がリッチのときの出力電
圧値VO2R、リーンのときの出力電圧VO2Lは、VO2R≒1
[V]、VO2L≒0[V]である。VO 2 = Vs + i × r (2) When the O 2 sensor 10 is activated, the current i is several 10 nA.
And i × r is several mV (if the resistance value of the electric resistor 12 to be added is set to an appropriate value (for example, several KΩ to several tens KΩ), i
Since xr can be set to such a value), VO 2 ≈Vs, and therefore the output voltage value VO 2R when the air-fuel ratio (A / F) is rich and the output voltage VO 2L when it is lean are VO 2R ≒ 1
[V] and VO 2L ≈0 [V].
即ち、通常動作時は、第3図、第4図に示すように、い
わゆる流し込み型(一定電流を供給する検出回路構成)
の場合と同様の動作で出力電圧VO2は反転を繰り返すこ
とになる。That is, during normal operation, as shown in FIGS. 3 and 4, a so-called pouring type (detection circuit configuration for supplying a constant current)
The output voltage VO 2 is repeatedly inverted by the same operation as in the above case.
次に、上記スイッチ120をオンした場合について考える
と、該スイッチ120をオンしてO2センサ10に所定電圧を
印加して場合は、抵抗R2を介して電流i′が流れるた
め、O2センサ10に流れ込む電流はiとi′の合計のi+
i′となり、この場合のO2センサ出力電圧VO2は、次式
で表される。Next, considering the case where the switch 120 is turned on, when the switch 120 is turned on and a predetermined voltage is applied to the O 2 sensor 10, a current i ′ flows through the resistor R 2 , so that O 2 The current flowing into the sensor 10 is i + which is the sum of i and i '.
i ′, and the O 2 sensor output voltage VO 2 in this case is expressed by the following equation.
VO2=Vs+(i+i′)×r …(3) 上記スイッチ120を通して流れる電流i′を数10μAと
すると、O2センサ10の活性時は前述の如くi×rは数mV
であるから、出力電圧VO2は VO2≒Vs+i′×r …(4) となり、信号ラインl正常時、即ちO2センサ10の断線故
障、短絡故障がない状態では、第3図(a)、第4図
(a)に示すように、出力電圧VO2はスイッチ120をオン
すれば、これに伴って、ΔVO2=i′×r分だけ変化す
ることになる。かかる変化量ΔVO2は0.1〜1.0V程度であ
る。VO 2 = Vs + (i + i ′) × r (3) Assuming that the current i ′ flowing through the switch 120 is several tens μA, when the O 2 sensor 10 is active, i × r is several mV as described above.
Therefore, the output voltage VO 2 becomes VO 2 ≈Vs + i ′ × r (4), and when the signal line 1 is normal, that is, in the state where there is no disconnection failure or short-circuit failure of the O 2 sensor 10, FIG. As shown in FIG. 4 (a), when the switch 120 is turned on, the output voltage VO 2 changes by ΔVO 2 = i ′ × r. The amount of change ΔVO 2 is about 0.1 to 1.0V.
即ち、O2センサ10が正常であれば、スイッチ120のオン
により生ずる上記VO2の変化を見ることによって、正常
であることを確認できる。That is, if the O 2 sensor 10 is normal, it can be confirmed to be normal by observing the change in VO 2 caused by turning on the switch 120.
これに対して、O2センサ10に故障がある場合には、スイ
ッチ120をオンしても、上述のような変化は発生しない
ので、これをチェックすることにより故障発生を検知す
ることができる。On the other hand, when the O 2 sensor 10 has a failure, even if the switch 120 is turned on, the above-mentioned change does not occur. Therefore, by checking this, the failure occurrence can be detected.
即ち、信号ラインlが断線した場合には、該断線によっ
てECU100からO2センサ側を見たセンサ側抵抗は無限大と
なるから、センサ側に流し出す電流に関係なく、即ち、
スイッチ120のオフ状態、オン状態にかかわらず、ECU10
0の入力端の電圧は、次式で示されるものとなる。That is, when the signal line 1 is disconnected, the resistance on the sensor side when looking at the O 2 sensor side from the ECU 100 becomes infinite due to the disconnection, so regardless of the current flowing to the sensor side, that is,
The ECU 10 regardless of whether the switch 120 is off or on.
The voltage at the input terminal of 0 is given by the following equation.
VO2(ECU)=∞×i≒∞×(i+i′)=∞ …(5) 実際には、第1図の回路構成では、オペレーシヨンアン
プ110のプラス側電源電圧値(出力Max値)となる(第3
図(b))。VO 2 (ECU) = ∞ × i≈∞ × (i + i ′) = ∞ (5) Actually, in the circuit configuration of FIG. 1, the plus side power supply voltage value (output Max value) of the operation amplifier 110 and Become (the third
Figure (b)).
従って、O2センサ10に断線が発生し、第3図(b)のよ
うにプラス側電源電圧値にまで電圧が上昇して変化しな
い状態が生じたとき、たとえスイッチ120をオンしても
電圧変化は発生せず、同図(a)の正常時と区別して明
確に断線故障を検出することができる。Therefore, when a disconnection occurs in the O 2 sensor 10 and the voltage rises to the positive side power supply voltage value and does not change as shown in FIG. No change occurs, and the disconnection fault can be clearly detected by distinguishing it from the normal state in FIG.
しかも、短絡故障のケースの場合であっても、かかるス
イッチ120によって同様に検出できる。Moreover, even in the case of a short-circuit failure, it can be detected by the switch 120 in the same manner.
即ち、信号ラインがグランド(ボディアース)に短絡
(ショート)した時も、第4図(b)に示すように、EC
U100の入力端は接地電位に保持されるため、センサ側に
流し込む電流に関係なく、即ちスイッチ120のオフ、オ
ンにかかわらず、VO2≒0となり、スイッチ120のオンに
伴う電圧変化は生じない。従って、同図(a)の正常時
の場合と明確に区別して短絡故障を検出することができ
る。That is, even when the signal line is short-circuited to the ground (body earth), as shown in FIG.
Since the input terminal of U100 is held at the ground potential, VO 2 ≈ 0 regardless of the current flowing to the sensor side, that is, regardless of whether the switch 120 is off or on, and there is no voltage change due to the switch 120 being on. . Therefore, it is possible to detect the short-circuit fault clearly distinguishing it from the normal case of FIG.
以上のように、第1図のスイッチ120によるチェッカー
サーキットでは、O2センサ10が正常であれば、スイッチ
120をオンさせてO2センサ10に流し込む電流を増大させ
ると、第3図(a)、第4図(a)に示すように出力電
圧VO2にΔVO2の変化が生じ、他方、O2センサ10に断線、
ショートの異常があれば、上記スイッチ120をオンして
も、第3図(b)、第4図(b)に示したように上記Δ
VO2の変化は発生しない。従って、一定条件下で、即ちO
2センサ電圧が所定時間変化しないという条件下で、ス
イッチ120をオンしてVO2の変化をみることにより、O2セ
ンサ10の故障検知が可能である。As described above, in the checker circuit using the switch 120 shown in FIG. 1, if the O 2 sensor 10 is normal, the switch
Increasing the current pour 120 by turning on the O 2 sensor 10, FIG. 3 (a), the change in Delta] VO 2 occurs in the output voltage VO 2 as shown in 4 (a), the other, O 2 Disconnection on sensor 10,
If there is an abnormality in the short circuit, even if the switch 120 is turned on, the above-mentioned Δ is generated as shown in FIGS. 3 (b) and 4 (b).
No change in VO 2 occurs. Therefore, under certain conditions, namely O
The failure of the O 2 sensor 10 can be detected by turning on the switch 120 and observing the change of VO 2 under the condition that the 2 sensor voltage does not change for a predetermined time.
上述の故障検出は、O2センサ10にスイッチ120により所
定電圧を印加し、そのときのVO2の変化量ΔVO2を検出す
るものであるため、断線故障の場合も短絡故障の場合
も、同様の検出手順で故障検知を行うことができる上、
ベースの空燃比(A/F)等のズレに対してもその影響を
排除して確実に故障検知を行える。In the above-mentioned failure detection, a predetermined voltage is applied to the O 2 sensor 10 by the switch 120, and the change amount ΔVO 2 of VO 2 at that time is detected, so that the same applies to both the disconnection failure and the short-circuit failure. Failure detection can be performed by the detection procedure of
Even if the air-fuel ratio (A / F) of the base is deviated, its influence can be eliminated and the failure can be reliably detected.
特に、高速走行後のホットリスタート後の状態のように
吸気管に燃料が付着していて燃料が濃くなるような場合
や、あるいは高地での走行でO2センサの出力の反転が通
常のように行われ難いような場合であっても、このよう
な場合と、本当のO2センサ10の故障とを明確に区別して
検出することができる。Especially when the fuel adheres to the intake pipe and the fuel becomes thick, as in the state after hot restart after high-speed running, or when running at high altitudes, the output of the O 2 sensor is usually reversed. Even in the case where it is difficult to perform the above, it is possible to clearly distinguish and detect such a case from the true failure of the O 2 sensor 10.
更に、O2センサ10は、第1図並びに第2図にその構造を
示したように、その内部において、電流供給手段とジル
コニア素子10eの電極の一方との間に電気抵抗体12を直
列に設ける構成としてあるので、正常時には、前記スイ
ッチ120のオンによる電流供給時に電圧変化を正確に検
出することができ、この結果、一層確実な故障検出を行
わせることができる。Further, as shown in the structure of FIGS. 1 and 2 , the O 2 sensor 10 has an electric resistor 12 connected in series between the current supply means and one of the electrodes of the zirconia element 10e. Since the configuration is provided, the voltage change can be accurately detected when the current is supplied by turning on the switch 120 under normal conditions, and as a result, more reliable failure detection can be performed.
即ち、一般に、O2センサ10の素子内部抵抗は、O2センサ
素子部が高温になるとその抵抗値が減少し、非常に小さ
くなる傾向があるので、第1図で説明したのと同様に流
し込み電流i′を与えても、素子内部抵抗値が小さいが
故にスイッチ120のオンに伴う正常の変化ΔVO2が発生し
ない場合もある。かかる場合には、そのままでは正常で
あるにもかかわらず断線と誤判断するおそれがある。そ
こで、O2センサが高温になってO2センサ自身の内部抵抗
が小さくなっても、確実に或る一定値以上の出力変化を
得ようとして上述の流し込み電流i′よりも大きい電流
を流すようにすれば、正常かどうかを区別し得るに足り
る変化ΔVO2を発生させることは可能となるものの、O2
センサにそのような過電流を流すと、これによってO2セ
ンサを劣化させてしまい、O2センサ本体の機能を失わせ
るおそれがある。That is, in general, the element internal resistance of the O 2 sensor 10 tends to become extremely small as the resistance value of the O 2 sensor element portion decreases when the temperature of the O 2 sensor element becomes high. Even if the current i ′ is applied, the normal change ΔVO 2 accompanying the turning on of the switch 120 may not occur due to the small internal resistance value of the element. In such a case, there is a possibility that the wire may be erroneously determined as a disconnection although it is normal as it is. Therefore, even when the temperature of the O 2 sensor becomes high and the internal resistance of the O 2 sensor itself becomes small, a current larger than the above-mentioned flow current i ′ is surely passed in order to surely obtain an output change of a certain value or more. In this case, it is possible to generate a change ΔVO 2 sufficient to distinguish whether it is normal or not, but O 2
If such an overcurrent is applied to the sensor, this may deteriorate the O 2 sensor and cause the O 2 sensor body to lose its function.
これに対し、第1図及び第2図に示したO2センサ10のよ
うに、内部に所要の電気抵抗体12を素子内部抵抗11bに
対し直列に付加すれば、たとえO2センサ10が高温になっ
て該素子内部抵抗11bの抵抗値が減少したときであって
も、その減少分を素子内部抵抗11bと直列の電気抵抗体1
2によって補うことができ、エンジン負荷条件がいかな
る場合においても、或る定電流i′をO2センサ10に流す
ことによって、必ず該電気抵抗体12の存在により正常と
判別するに必要な一定以上の出力変化ΔVO2を得ること
ができる。On the other hand, like the O 2 sensor 10 shown in FIGS. 1 and 2, if the required electrical resistor 12 is added in series to the element internal resistance 11b, the O 2 sensor 10 will be at a high temperature. Therefore, even when the resistance value of the element internal resistance 11b decreases, the decrease amount is reduced by the electric resistance 1 in series with the element internal resistance 11b.
2 can be compensated for by a constant current i ′ flowing through the O 2 sensor 10 no matter what the engine load condition is, and the presence of the electric resistor 12 ensures that the electric current exceeds a certain level. The output change ΔVO 2 of can be obtained.
また、電気抵抗体12として、第2図に示したように、温
度の影響を受けにくい個所に設ければ、温度変化によら
ず、常に所要の抵抗値を確保することができ、確実に誤
検出を回避することができ、しかも、大きな電流を流す
必要もないので、O2センサ10の劣化を防止しつつこれを
実現することが可能である。Also, as shown in FIG. 2, if the electric resistor 12 is provided at a location that is not easily affected by temperature, the required resistance value can always be ensured regardless of temperature changes, and it is possible to ensure that there is no error. Since detection can be avoided and it is not necessary to pass a large current, it is possible to realize this while preventing deterioration of the O 2 sensor 10.
(発明の効果) 本発明によれば、固体電解質に一対の電極を設け、一方
の電極を基準ガスに接触せしめ、他方の電極を排気ガス
に接触せしめると共に、電流供給手段からの所定電流供
給時に前記電極間に発生する電圧によって前記排気ガス
中の酸素濃度を検出する排気濃度検出器において、前記
電流供給手段と前記電極の一方に所定の電気抵抗体を直
列に設けるようにしたものであるから、高温時において
も該電気抵抗体が設けられていることによって、電流供
給時の電圧変化を正確に検出できるため、断線、短絡を
含む排気濃度検出器の故障検出精度の向上を図ることが
できる。(Effect of the Invention) According to the present invention, a pair of electrodes is provided on the solid electrolyte, one electrode is brought into contact with a reference gas, the other electrode is brought into contact with exhaust gas, and at the time of supplying a predetermined current from the current supply means. In the exhaust gas concentration detector that detects the oxygen concentration in the exhaust gas by the voltage generated between the electrodes, a predetermined electric resistor is provided in series with one of the current supply means and the electrode. Since the electric resistor is provided even at a high temperature, it is possible to accurately detect the voltage change at the time of supplying current, so that it is possible to improve the failure detection accuracy of the exhaust gas concentration detector including disconnection and short circuit. .
第1図は本発明に従う排気濃度検出器の等価回路とチェ
ッカーサーキットを含めて示す検出器入力回路部分の回
路構成図、第2図は第1図のO2センサの具体的構造の一
例を示す構造図、第3図はO2センサ正常時と断線故障時
のO2センサ出力の様子を示す特性説明図、第4図は同じ
くO2センサ正常時と短絡故障時の場合の特性説明図であ
る。 10……O2センサ(排気濃度検出器)、10e……ジルコニ
ア素子(固体電解質素子)、10f,10g……空間部、10m…
…リード線、10o,10p……内側中心電極、12……電気抵
抗体、110……オペレーションアンプ、120……スイッ
チ。1 is a circuit configuration diagram of a detector input circuit portion including an equivalent circuit and a checker circuit of an exhaust gas concentration detector according to the present invention, and FIG. 2 shows an example of a concrete structure of the O 2 sensor of FIG. structure diagram, FIG. 3 is characteristic diagram showing the state of the O 2 sensor output during the O 2 sensor normal time with disconnection failure, Figure 4 is also a characteristic illustration of the case at the time of the O 2 sensor normal time and short-circuit failure is there. 10 …… O 2 sensor (exhaust gas concentration detector), 10e …… Zirconia element (solid electrolyte element), 10f, 10g …… Space, 10m…
… Lead wire, 10o, 10p …… Inner center electrode, 12 …… Electric resistor, 110 …… Operation amplifier, 120 …… Switch.
Claims (1)
極を基準ガスに接触せしめ、他方の電極を排気ガスに接
触せしめると共に、電流供給手段からの所定電流供給時
に前記電極間に発生する電圧によって前記排気ガス中の
酸素濃度を検出する排気濃度検出器において、前記電流
供給手段と前記電極の一方に所定の電気抵抗体を直列に
設けることを特徴とする排気濃度検出器。1. A solid electrolyte is provided with a pair of electrodes, one electrode is brought into contact with a reference gas, the other electrode is brought into contact with exhaust gas, and a predetermined current is supplied from a current supply means between the electrodes. An exhaust gas concentration detector for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas by voltage, wherein a predetermined electric resistor is provided in series with one of the current supply means and the electrode.
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP63121386A JPH0762661B2 (en) | 1988-05-18 | 1988-05-18 | Exhaust concentration detector |
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| GB8909398A GB2219093B (en) | 1988-04-25 | 1989-04-25 | Exhaust gas component concentration sensing device and method of detecting failure thereof |
| DE3913608A DE3913608A1 (en) | 1988-04-25 | 1989-04-25 | SENSING DEVICE FOR CONCENTRATING AN EXHAUST GAS COMPONENT AND METHOD FOR DETECTING ITS FAILURE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63121386A JPH0762661B2 (en) | 1988-05-18 | 1988-05-18 | Exhaust concentration detector |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH01291156A JPH01291156A (en) | 1989-11-22 |
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Family
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Family Applications (1)
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Families Citing this family (2)
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| JP5767196B2 (en) * | 2012-01-16 | 2015-08-19 | 日本特殊陶業株式会社 | Gas sensor |
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1988
- 1988-05-18 JP JP63121386A patent/JPH0762661B2/en not_active Expired - Fee Related
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