JP2855971B2 - 空燃比センサ - Google Patents
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- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1477—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation circuit or part of it,(e.g. comparator, PI regulator, output)
- F02D41/1481—Using a delaying circuit
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- F02D41/1494—Control of sensor heater
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、機関の空燃比を検出
する空燃比センサに関するものである。
する空燃比センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、内燃機関の吸入混合気の空燃比を
使用空燃比の全域にわたり精度良く目標値に制御するた
め、排気系に全領域空燃比センサを設け、空燃比と相関
する排気成分を検出して燃料供給量をフィードバック制
御することが行われている。かかる空燃比センサはその
素子部の温度が約４００〜５００℃以上にならないと機
能しないため、センサ素子部を加熱するヒータを設け、
センサ素子部を活性化温度以上としているが、センサ温
度が低い状態から機関を始動する場合等では、ヒータ起
動後センサ素子温度が活性化温度以上であることを確認
して使用しないと、センサが破損する恐れがあった。
使用空燃比の全域にわたり精度良く目標値に制御するた
め、排気系に全領域空燃比センサを設け、空燃比と相関
する排気成分を検出して燃料供給量をフィードバック制
御することが行われている。かかる空燃比センサはその
素子部の温度が約４００〜５００℃以上にならないと機
能しないため、センサ素子部を加熱するヒータを設け、
センサ素子部を活性化温度以上としているが、センサ温
度が低い状態から機関を始動する場合等では、ヒータ起
動後センサ素子温度が活性化温度以上であることを確認
して使用しないと、センサが破損する恐れがあった。
【０００３】かかる空燃比センサの活性化判定について
は種々提案されており、例えば特開昭６１−２４１６５
２号公報のようにセンサをヒータにより加熱を開始した
後所定時間経過したときに活性化が完了したと判定する
もの、また特開昭６４−９３５７号公報のようにセンサ
のポンプ素子に電流を流した状態において電池素子及び
ポンプ素子の電極間電圧が所定範囲内にあるとき活性状
態と判別するもの等が知られている。以下、図により説
明する。
は種々提案されており、例えば特開昭６１−２４１６５
２号公報のようにセンサをヒータにより加熱を開始した
後所定時間経過したときに活性化が完了したと判定する
もの、また特開昭６４−９３５７号公報のようにセンサ
のポンプ素子に電流を流した状態において電池素子及び
ポンプ素子の電極間電圧が所定範囲内にあるとき活性状
態と判別するもの等が知られている。以下、図により説
明する。
【０００４】図６は空燃比センサを用いて空燃比制御を
行う従来のエンジン制御系の構成図を示し、１はエンジ
ン３０の排気管３１に取付けられた空燃比センサ部、２
は空燃比センサ部１の制御アンプ、３はエンジン回転数
センサ、４は吸気量センサ、５はエンジン３０の冷却水
温センサ、６はインジェクタ、７は空燃比制御部、８は
スロットル弁、９はスロットル開度センサ、３２は吸気
管である。各センサ３〜５、９はそれぞれエンジン回転
数Ｎe 、吸気量Ｑa 、冷却水温ＷＴ及びスロットル開度
θを検出し、これらの値は空燃比制御部７に送出され
る。又、吸気管３２をスロットル弁８を介して導入した
吸気と、吸気管３２においてインジェクタ６から噴射さ
れた燃料との混合気の空燃比を空燃比センサ部１で検出
し、制御アンプ２で増幅して空燃比制御部７に送る。
行う従来のエンジン制御系の構成図を示し、１はエンジ
ン３０の排気管３１に取付けられた空燃比センサ部、２
は空燃比センサ部１の制御アンプ、３はエンジン回転数
センサ、４は吸気量センサ、５はエンジン３０の冷却水
温センサ、６はインジェクタ、７は空燃比制御部、８は
スロットル弁、９はスロットル開度センサ、３２は吸気
管である。各センサ３〜５、９はそれぞれエンジン回転
数Ｎe 、吸気量Ｑa 、冷却水温ＷＴ及びスロットル開度
θを検出し、これらの値は空燃比制御部７に送出され
る。又、吸気管３２をスロットル弁８を介して導入した
吸気と、吸気管３２においてインジェクタ６から噴射さ
れた燃料との混合気の空燃比を空燃比センサ部１で検出
し、制御アンプ２で増幅して空燃比制御部７に送る。
【０００５】図７は空燃比センサ部１、制御アンプ２及
び空燃比制御部７の詳細な構成を示し、空燃比センサ部
１は素子部１１とヒータ１２からなり、素子部１１は酸
素ポンプ素子１１ａ、酸素濃淡電池素子１１ｂ、拡散室
１１ｃ及び大気室１１ｄからなる。各素子１１ａ，１１
ｂは電極が付設された酸素イオン伝導性固体電解質材か
らなり、機関の排気ガスが拡散導入される拡散室１１ｃ
を挟んで配置される。ヒータ１２は、素子部１１を加熱
して活性化させる。又、制御アンプ２はポンプ電流制御
手段としての差動積分増幅器２１、ポンプ電流検出手段
としての差動増幅器２２、非反転増幅器２３、ポンプ電
圧検出手段としての非反転増幅器３３及びヒータ制御回
路２５から構成されている。
び空燃比制御部７の詳細な構成を示し、空燃比センサ部
１は素子部１１とヒータ１２からなり、素子部１１は酸
素ポンプ素子１１ａ、酸素濃淡電池素子１１ｂ、拡散室
１１ｃ及び大気室１１ｄからなる。各素子１１ａ，１１
ｂは電極が付設された酸素イオン伝導性固体電解質材か
らなり、機関の排気ガスが拡散導入される拡散室１１ｃ
を挟んで配置される。ヒータ１２は、素子部１１を加熱
して活性化させる。又、制御アンプ２はポンプ電流制御
手段としての差動積分増幅器２１、ポンプ電流検出手段
としての差動増幅器２２、非反転増幅器２３、ポンプ電
圧検出手段としての非反転増幅器３３及びヒータ制御回
路２５から構成されている。
【０００６】差動積分増幅器２１の反転入力には酸素濃
淡電池素子１１ｂの電圧ＶS が入力され、非反転入力に
は基準電圧Ｖref が入力される。差動積分増幅器２１の
出力は電流検出抵抗ＲS を介して酸素ポンプ素子１１ａ
に入力されるとともに、差動増幅器２２には電流検出抵
抗ＲS の両端電圧が入力され、非反転増幅器２３の非反
転入力には差動増幅器２２の出力が入力され、反転入力
にはオフセット電圧ＶB が入力される。又、非反転増幅
器３３の非反転入力には酸素ポンプ素子１１ａへの印加
電圧が入力され、反転入力にオフセット電圧ＶPBが入力
される。
淡電池素子１１ｂの電圧ＶS が入力され、非反転入力に
は基準電圧Ｖref が入力される。差動積分増幅器２１の
出力は電流検出抵抗ＲS を介して酸素ポンプ素子１１ａ
に入力されるとともに、差動増幅器２２には電流検出抵
抗ＲS の両端電圧が入力され、非反転増幅器２３の非反
転入力には差動増幅器２２の出力が入力され、反転入力
にはオフセット電圧ＶB が入力される。又、非反転増幅
器３３の非反転入力には酸素ポンプ素子１１ａへの印加
電圧が入力され、反転入力にオフセット電圧ＶPBが入力
される。
【０００７】空燃比制御部７はマルチプレクサ７１ａ，
７１ｂ、Ａ／Ｄコンバータ７２ａ，７２ｂ、入力インタ
フェース７３、マイクロプロセッサ７４、ＲＯＭ７５、
ＲＡＭ７６、出力インタフェース７７ａ，７７ｂ及びイ
ンジェクタ駆動回路７８から構成され、エンジン回転数
センサ３の出力Ｎe が入力インタフェース７３を介し
て、また吸気量センサ４の出力Ｑa 及び冷却水温センサ
５の出力ＷＴがマルチプレクサ７１ａ、Ａ／Ｄコンバー
タ７２ａを介して、さらに非反転増幅器２３，３３の出
力ＶO ，ＶPOがマルチプレクサ７１ｂ、Ａ／Ｄコンバー
タ７２ｂを介して、それぞれマイクロプロセッサ７４に
入力される。一方、インジェクタ６はインジェクタ駆動
回路７８に接続され、ヒータ制御回路２５と共に出力イ
ンタフェース７７ａ，７７ｂを介して制御される。
７１ｂ、Ａ／Ｄコンバータ７２ａ，７２ｂ、入力インタ
フェース７３、マイクロプロセッサ７４、ＲＯＭ７５、
ＲＡＭ７６、出力インタフェース７７ａ，７７ｂ及びイ
ンジェクタ駆動回路７８から構成され、エンジン回転数
センサ３の出力Ｎe が入力インタフェース７３を介し
て、また吸気量センサ４の出力Ｑa 及び冷却水温センサ
５の出力ＷＴがマルチプレクサ７１ａ、Ａ／Ｄコンバー
タ７２ａを介して、さらに非反転増幅器２３，３３の出
力ＶO ，ＶPOがマルチプレクサ７１ｂ、Ａ／Ｄコンバー
タ７２ｂを介して、それぞれマイクロプロセッサ７４に
入力される。一方、インジェクタ６はインジェクタ駆動
回路７８に接続され、ヒータ制御回路２５と共に出力イ
ンタフェース７７ａ，７７ｂを介して制御される。
【０００８】次に、上記した従来装置の動作を図７及び
図８のタイムチャートを用いて説明する。エンジン３０
が運転され、空燃比センサ部１のヒータ１２がヒータ制
御回路２５により駆動制御され、素子部１１が加熱され
て活性化されると、酸素濃淡電池素子１１ｂの電極間電
圧は拡散室１１ｃと大気室１１ｄの酸素濃度差に相当す
る起電力ＶS となる。このセンサ起電力ＶS が差動積分
増幅器２１を介して所定の基準電圧Ｖref となるよう
に、酸素ポンプ素子１１ａにポンプ電流ＩP を流して制
御すると、電流ＩP は空燃比に比例する。そこで、この
電流ＩP を検出抵抗ＲS で検出し、差動増幅器２２で増
幅し、非反転増幅器２３でオフセット電圧ＶB を与えて
空燃比出力ＶO を得る。オフセット電圧ＶB は、ポンプ
電流ＩP が空燃比の過濃域（リッチ）と過薄域（リー
ン）とで方向が異なるため、ポンプ電流ＩP の方向に拘
らず空燃比出力ＶO を正出力とするよう与えられる。
図８のタイムチャートを用いて説明する。エンジン３０
が運転され、空燃比センサ部１のヒータ１２がヒータ制
御回路２５により駆動制御され、素子部１１が加熱され
て活性化されると、酸素濃淡電池素子１１ｂの電極間電
圧は拡散室１１ｃと大気室１１ｄの酸素濃度差に相当す
る起電力ＶS となる。このセンサ起電力ＶS が差動積分
増幅器２１を介して所定の基準電圧Ｖref となるよう
に、酸素ポンプ素子１１ａにポンプ電流ＩP を流して制
御すると、電流ＩP は空燃比に比例する。そこで、この
電流ＩP を検出抵抗ＲS で検出し、差動増幅器２２で増
幅し、非反転増幅器２３でオフセット電圧ＶB を与えて
空燃比出力ＶO を得る。オフセット電圧ＶB は、ポンプ
電流ＩP が空燃比の過濃域（リッチ）と過薄域（リー
ン）とで方向が異なるため、ポンプ電流ＩP の方向に拘
らず空燃比出力ＶO を正出力とするよう与えられる。
【０００９】空燃比制御部７は、予めＲＯＭ７５に記憶
されたプログラムとデータに基づき、回転数Ｎe 、吸気
量Ｑa 、スロットル開度θ、冷却水温ＷＴ等の情報から
マイクロプロセッサ７４により目標空燃比を算出し、ま
たこの目標空燃比と測定した空燃比出力ＶO から換算し
た実空燃比との偏差に基づき、インジェクタ６の開弁時
間を補正し、インジェクタ６から開弁時間に相当する燃
料を噴射することにより、エンジン３０の空燃比を目標
空燃比となるようにフィードバック制御する。ＲＡＭ７
６は、この際一時的にデータを記憶するために用いられ
る。
されたプログラムとデータに基づき、回転数Ｎe 、吸気
量Ｑa 、スロットル開度θ、冷却水温ＷＴ等の情報から
マイクロプロセッサ７４により目標空燃比を算出し、ま
たこの目標空燃比と測定した空燃比出力ＶO から換算し
た実空燃比との偏差に基づき、インジェクタ６の開弁時
間を補正し、インジェクタ６から開弁時間に相当する燃
料を噴射することにより、エンジン３０の空燃比を目標
空燃比となるようにフィードバック制御する。ＲＡＭ７
６は、この際一時的にデータを記憶するために用いられ
る。
【００１０】図８は空燃比センサ部１の起動時のタイム
チャートであり、ここではエンジン始動後空燃比がリッ
チにある場合を例にとり説明する。まず、ヒータ１２は
エンジン３０の始動と同時にマイクロプロセッサ７４に
より出力インタフェース７７ｂを介してヒータ制御回路
２５に与えられた駆動指令により加熱を開始する。
チャートであり、ここではエンジン始動後空燃比がリッ
チにある場合を例にとり説明する。まず、ヒータ１２は
エンジン３０の始動と同時にマイクロプロセッサ７４に
より出力インタフェース７７ｂを介してヒータ制御回路
２５に与えられた駆動指令により加熱を開始する。
【００１１】このとき、素子部１１の温度ＴS が約４０
０℃以下の領域では、酸素濃淡電池素子１１ｂの起電力
ＶS が低いままであるため、差動積分増幅器２１の入力
偏差は大きく、酸素ポンプ素子１１ａには大きなポンプ
電圧ＶP が印加される。ポンプ電圧出力ＶPOは、非反転
増幅器３３でポンプ電圧ＶP にオフセット電圧ＶPBが加
算されて正出力となる。このとき、酸素ポンプ素子１１
ａのインピーダンスが高いため、ポンプ電流ＩP は殆ど
流れず、空燃比出力ＶO はほぼオフセット電圧ＶB とな
る。
０℃以下の領域では、酸素濃淡電池素子１１ｂの起電力
ＶS が低いままであるため、差動積分増幅器２１の入力
偏差は大きく、酸素ポンプ素子１１ａには大きなポンプ
電圧ＶP が印加される。ポンプ電圧出力ＶPOは、非反転
増幅器３３でポンプ電圧ＶP にオフセット電圧ＶPBが加
算されて正出力となる。このとき、酸素ポンプ素子１１
ａのインピーダンスが高いため、ポンプ電流ＩP は殆ど
流れず、空燃比出力ＶO はほぼオフセット電圧ＶB とな
る。
【００１２】素子部１１の温度ＴS が約４００〜５００
℃近くになると、酸素濃淡電池素子１１ｂの起電力ＶS
が基準電圧Ｖref 程度まで上がるため、この時点でセン
サ起電力ＶS のＶref 一定制御が成立し、ポンプ電圧Ｖ
P は拡散室１１ｃに酸素を供給する方向、即ちポンプ電
圧出力ＶPOがＶPO≦ＶPBなる方向に、またポンプ電流Ｉ
P はそのときの空燃比を示す電流値に次第に収束し、温
度ＴS が約７００℃で収束を完了する。
℃近くになると、酸素濃淡電池素子１１ｂの起電力ＶS
が基準電圧Ｖref 程度まで上がるため、この時点でセン
サ起電力ＶS のＶref 一定制御が成立し、ポンプ電圧Ｖ
P は拡散室１１ｃに酸素を供給する方向、即ちポンプ電
圧出力ＶPOがＶPO≦ＶPBなる方向に、またポンプ電流Ｉ
P はそのときの空燃比を示す電流値に次第に収束し、温
度ＴS が約７００℃で収束を完了する。
【００１３】そこで、上記活性化点を検出するため、従
来、温度Ｔ S が上記温度となるであろう時間を推測した
タイマ期間を設け、タイマ期間終了時を活性化と判別し
たり、図示のようにポンプ電圧出力ＶPOが所定の許容電
圧範囲ＶPB±ΔＶP 以内となったときを活性化と判別
し、あるいはセンサ起電力ＶS を検出する手段を設け、
センサ起電力ＶS と基準電圧Ｖref との偏差ΔＶS が一
定範囲内でかつポンプ電圧出力ＶPOが所定の許容電圧範
囲ＶPB±ΔＶPB以内となったときセンサを活性化と判定
するなどしていた。
来、温度Ｔ S が上記温度となるであろう時間を推測した
タイマ期間を設け、タイマ期間終了時を活性化と判別し
たり、図示のようにポンプ電圧出力ＶPOが所定の許容電
圧範囲ＶPB±ΔＶP 以内となったときを活性化と判別
し、あるいはセンサ起電力ＶS を検出する手段を設け、
センサ起電力ＶS と基準電圧Ｖref との偏差ΔＶS が一
定範囲内でかつポンプ電圧出力ＶPOが所定の許容電圧範
囲ＶPB±ΔＶPB以内となったときセンサを活性化と判定
するなどしていた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の活性化判定においては、例えばヒータ１２の加
熱後所定時間経過時に活性化が完了したと判定する場合
は、始動後の運転状態によってはタイマ期間が終了して
もセンサが活性化していない場合があるなど正確な活性
判定が行えなかった。従って、タイマ期間を大きな安全
率を取り、長期間とせざるを得なかった。又、酸素ポン
プ素子１１ａへ電流を流した状態で電池素子１１ｂ及び
ポンプ素子１１ａの電極間電圧が所定範囲内にあるとき
に活性状態と判別する場合には、電池素子１１ｂ及びポ
ンプ素子１１ａの電極間電圧の検出回路が別途必要であ
り、回路規模が大きくなるばかりでなく、素子部１１の
温度が低い状態で持続的にポンプ素子１１ａに大きな電
圧が印加され、センサの劣化が促進されてセンサの耐久
性が悪くなった。さらに、活性化判定温度が約４００〜
５００℃と低く、センサ温度が通常の使用温度約７００
℃に達していないため、素子部１１の温度依存性による
空燃比出力誤差が大きいという課題もあった。
た従来の活性化判定においては、例えばヒータ１２の加
熱後所定時間経過時に活性化が完了したと判定する場合
は、始動後の運転状態によってはタイマ期間が終了して
もセンサが活性化していない場合があるなど正確な活性
判定が行えなかった。従って、タイマ期間を大きな安全
率を取り、長期間とせざるを得なかった。又、酸素ポン
プ素子１１ａへ電流を流した状態で電池素子１１ｂ及び
ポンプ素子１１ａの電極間電圧が所定範囲内にあるとき
に活性状態と判別する場合には、電池素子１１ｂ及びポ
ンプ素子１１ａの電極間電圧の検出回路が別途必要であ
り、回路規模が大きくなるばかりでなく、素子部１１の
温度が低い状態で持続的にポンプ素子１１ａに大きな電
圧が印加され、センサの劣化が促進されてセンサの耐久
性が悪くなった。さらに、活性化判定温度が約４００〜
５００℃と低く、センサ温度が通常の使用温度約７００
℃に達していないため、素子部１１の温度依存性による
空燃比出力誤差が大きいという課題もあった。
【００１５】この発明は上記のような課題を解決するた
めに成されたものであり、電池素子電圧やポンプ素子電
圧の検出回路を特別に付加する必要がなく、またセンサ
を劣化させることなくセンサの活性化点を精度良く検出
することができ、併せてセンサの異常も検出することが
できる空燃比センサを得ることを目的とする。
めに成されたものであり、電池素子電圧やポンプ素子電
圧の検出回路を特別に付加する必要がなく、またセンサ
を劣化させることなくセンサの活性化点を精度良く検出
することができ、併せてセンサの異常も検出することが
できる空燃比センサを得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る空燃比センサは、ポンプ電流の供給を停止させるポン
プ電流カット手段と、ポンプ電流カット状態でヒータへ
の電力供給を開始させるとともに、第１のタイマ手段に
よりヒータ電力供給開始から所定期間毎に所定時間ポン
プ電流カットを解除してポンプ電流を制御させ、このと
きのポンプ電流が所定値以上となったときに第２のタイ
マ手段によりポンプ電流をカットし、所定時間後に素子
部を活性化したと判定するとともにポンプ電流カットを
解除する制御手段を設けたものである。請求項２に係る
空燃比センサは、酸素ポンプ素子と並列に接続された双
方向電圧リミッタ手段と、この並列回路に流れる制御電
流を検出する制御電流検出手段と、制御電流の供給を停
止させる制御電流カット手段と、制御電流カット状態で
ヒータへの電力供給を開始させるとともに、第１のタイ
マ手段によりこの電力供給開始から所定期間毎に所定時
間制御電流カットを解除して制御電流を制御させ、この
ときの制御電流が所定範囲内になったときに第２のタイ
マ手段により制御電流をカットし、所定時間後に素子部
が活性化したと判定するとともに、制御電流カットを解
除する制御手段を設けたものである。請求項３に係る空
燃比センサは、請求項２に加えて、第１のタイマ手段の
繰り返し回数を積算する積算手段と、積算回数が所定回
数を越えたときに異常状態と判定してヒータへの電力供
給を停止する異常判定手段を設けたものである。請求項
４に係る空燃比センサは、請求項３に加えて、機関運転
中に制御電流が所定期間継続して上記所定範囲外にある
場合に活性化判定及び異常判定を行わせるものである。
る空燃比センサは、ポンプ電流の供給を停止させるポン
プ電流カット手段と、ポンプ電流カット状態でヒータへ
の電力供給を開始させるとともに、第１のタイマ手段に
よりヒータ電力供給開始から所定期間毎に所定時間ポン
プ電流カットを解除してポンプ電流を制御させ、このと
きのポンプ電流が所定値以上となったときに第２のタイ
マ手段によりポンプ電流をカットし、所定時間後に素子
部を活性化したと判定するとともにポンプ電流カットを
解除する制御手段を設けたものである。請求項２に係る
空燃比センサは、酸素ポンプ素子と並列に接続された双
方向電圧リミッタ手段と、この並列回路に流れる制御電
流を検出する制御電流検出手段と、制御電流の供給を停
止させる制御電流カット手段と、制御電流カット状態で
ヒータへの電力供給を開始させるとともに、第１のタイ
マ手段によりこの電力供給開始から所定期間毎に所定時
間制御電流カットを解除して制御電流を制御させ、この
ときの制御電流が所定範囲内になったときに第２のタイ
マ手段により制御電流をカットし、所定時間後に素子部
が活性化したと判定するとともに、制御電流カットを解
除する制御手段を設けたものである。請求項３に係る空
燃比センサは、請求項２に加えて、第１のタイマ手段の
繰り返し回数を積算する積算手段と、積算回数が所定回
数を越えたときに異常状態と判定してヒータへの電力供
給を停止する異常判定手段を設けたものである。請求項
４に係る空燃比センサは、請求項３に加えて、機関運転
中に制御電流が所定期間継続して上記所定範囲外にある
場合に活性化判定及び異常判定を行わせるものである。
【００１７】
【作用】請求項１、２においては、活性化判定の際にポ
ンプ電流又は制御電流はあまり流されず、センサの劣
化、破損は生じ難い。又、ポンプ電流又は制御電流が所
定値以上又は所定範囲内となっても、いったん停止させ
て素子部の温度が十分に上昇してからポンプ電流又は制
御電流が流されて正確な出力が得られる。請求項３にお
いては、第１のタイマ手段の繰り返し回数が積算され、
所定回数を越えたときに異常と判定されてヒータへの電
力供給が停止される。請求項４においては、制御電流が
所定期間継続して所定範囲外にある場合は、活性化判定
と異常判定が行われ、出力異常が活性化不良かセンサ異
常かが判定される。
ンプ電流又は制御電流はあまり流されず、センサの劣
化、破損は生じ難い。又、ポンプ電流又は制御電流が所
定値以上又は所定範囲内となっても、いったん停止させ
て素子部の温度が十分に上昇してからポンプ電流又は制
御電流が流されて正確な出力が得られる。請求項３にお
いては、第１のタイマ手段の繰り返し回数が積算され、
所定回数を越えたときに異常と判定されてヒータへの電
力供給が停止される。請求項４においては、制御電流が
所定期間継続して所定範囲外にある場合は、活性化判定
と異常判定が行われ、出力異常が活性化不良かセンサ異
常かが判定される。
【００１８】
実施例１ 以下、この発明の実施例１を図面とともに説明する。図
１は実施例１による空燃比センサ部１、制御アンプ２Ａ
及び空燃比制御部７Ａの詳細な構成を示し、図２は活性
化判定動作を示すフローチャート、図３は活性化判定動
作を示すタイムチャートである。図１において、２４は
ポンプ電流カットトランジスタであり、そのコレクタは
差動積分増幅器２１の出力に接続され、ベースは出力イ
ンタフェース７７ｂに接続され、出力インタフェース７
７ｂの出力信号に応じてオンオフする。又、マルチプレ
クサ７１ｂは設けられていない。他の構成は従来と同様
である。
１は実施例１による空燃比センサ部１、制御アンプ２Ａ
及び空燃比制御部７Ａの詳細な構成を示し、図２は活性
化判定動作を示すフローチャート、図３は活性化判定動
作を示すタイムチャートである。図１において、２４は
ポンプ電流カットトランジスタであり、そのコレクタは
差動積分増幅器２１の出力に接続され、ベースは出力イ
ンタフェース７７ｂに接続され、出力インタフェース７
７ｂの出力信号に応じてオンオフする。又、マルチプレ
クサ７１ｂは設けられていない。他の構成は従来と同様
である。
【００１９】次に、実施例１の動作を説明する。エンジ
ン３０が始動すると、空燃比制御部７Ａのマイクロプロ
セッサ７４により、まず図２のステップ１０１において
エンジン回転数Ｎe 、吸気量Ｑa 等の情報よりエンジン
３０が通常運転中であるか否かが判定され、通常運転中
でなければステップ１０２で始動モードか否かが判定さ
れ、エンジン回転数Ｎe が所定値以下であれば始動モー
ドと判定される。次に、ステップ１０３で出力インタフ
ェース７７ｂを介して制御アンプ２Ａのポンプ電流カッ
トトランジスタ２４をオンし、差動積分増幅器２１の出
力を接地して、酸素ポンプ素子１１ａにポンプ電流ＩP
が流れないようにする。ステップ１０４では同様に出力
インタフェース７７ｂを介してヒータ制御回路２５を起
動し、ヒータ１２に電力が供給されて素子部１１の加熱
が開始され、ステップ１０５ではオープンループ（Ｏ／
Ｌ）Ａ／Ｆ制御モードにより始動時燃料制御が行われ
る。
ン３０が始動すると、空燃比制御部７Ａのマイクロプロ
セッサ７４により、まず図２のステップ１０１において
エンジン回転数Ｎe 、吸気量Ｑa 等の情報よりエンジン
３０が通常運転中であるか否かが判定され、通常運転中
でなければステップ１０２で始動モードか否かが判定さ
れ、エンジン回転数Ｎe が所定値以下であれば始動モー
ドと判定される。次に、ステップ１０３で出力インタフ
ェース７７ｂを介して制御アンプ２Ａのポンプ電流カッ
トトランジスタ２４をオンし、差動積分増幅器２１の出
力を接地して、酸素ポンプ素子１１ａにポンプ電流ＩP
が流れないようにする。ステップ１０４では同様に出力
インタフェース７７ｂを介してヒータ制御回路２５を起
動し、ヒータ１２に電力が供給されて素子部１１の加熱
が開始され、ステップ１０５ではオープンループ（Ｏ／
Ｌ）Ａ／Ｆ制御モードにより始動時燃料制御が行われ
る。
【００２０】続いてステップ１０６では所定のタイマｔ
0 がセットされ、ステップ１０７でタイマｔ0 が終了し
たとき、ステップ１０８でポンプ電流カットトランジス
タ２４がオフされ、ポンプ素子１１ａには電池素子１１
ｂの電極間電圧を基準電圧Ｖref と一致させるように差
動積分増幅器２１の出力電圧が印加され、この電圧によ
りポンプ電流ＩP が流れる。ステップ１０９ではポンプ
カット解除とともにタイマｔ1 がセットされ、ポンプ電
流カット解除はタイマｔ1 の作動中継続され、この間、
ステップ１１０ではポンプ電流ＩP に相当する空燃比出
力Ｖ0 がＡ／Ｄコンバータ７２ｂによりＡ／Ｄ変換され
てマイクロプロセッサ７４に読込まれる。
0 がセットされ、ステップ１０７でタイマｔ0 が終了し
たとき、ステップ１０８でポンプ電流カットトランジス
タ２４がオフされ、ポンプ素子１１ａには電池素子１１
ｂの電極間電圧を基準電圧Ｖref と一致させるように差
動積分増幅器２１の出力電圧が印加され、この電圧によ
りポンプ電流ＩP が流れる。ステップ１０９ではポンプ
カット解除とともにタイマｔ1 がセットされ、ポンプ電
流カット解除はタイマｔ1 の作動中継続され、この間、
ステップ１１０ではポンプ電流ＩP に相当する空燃比出
力Ｖ0 がＡ／Ｄコンバータ７２ｂによりＡ／Ｄ変換され
てマイクロプロセッサ７４に読込まれる。
【００２１】タイマｔ1 の継続時間は、センサの応答
性、差動積分増幅器２１のＰＩ定数にもよるが、タイマ
ｔ0 が約１〜２秒であるのに対して、約１００msec以内
の短い期間でよい。ステップ１１１でタイマｔ1 が終了
すると、ステップ１１２では再びポンプ電流カットトラ
ンジスタ２４をオンし、ポンプ電流ＩP をカットする。
ステップ１１３ではタイマｔ1 の終了直前の空燃比出力
Ｖ0 が所定値以上か否か、即ちポンプ電流ＩP の絶対値
が所定値以上か否かを判定し、所定値に達していない場
合にはステップ１０６〜１１３が繰り返される。
性、差動積分増幅器２１のＰＩ定数にもよるが、タイマ
ｔ0 が約１〜２秒であるのに対して、約１００msec以内
の短い期間でよい。ステップ１１１でタイマｔ1 が終了
すると、ステップ１１２では再びポンプ電流カットトラ
ンジスタ２４をオンし、ポンプ電流ＩP をカットする。
ステップ１１３ではタイマｔ1 の終了直前の空燃比出力
Ｖ0 が所定値以上か否か、即ちポンプ電流ＩP の絶対値
が所定値以上か否かを判定し、所定値に達していない場
合にはステップ１０６〜１１３が繰り返される。
【００２２】空燃比出力Ｖ0 が所定値以上となった場
合、ステップ１１４でタイマｔ2 をセットし、ステップ
１１５でタイマｔ2 が終了すると、センサ活性化と判定
し、ステップ１１６でトランジスタ２４をオフしてポン
プ電流ＩP を流すようにし、電池素子１１ｂの電圧の一
定制御を行い、ステップ１１７で空燃比出力ＶO を読み
込み、この空燃比出力ＶO によりステップ１１８で目標
空燃比制御を行う。
合、ステップ１１４でタイマｔ2 をセットし、ステップ
１１５でタイマｔ2 が終了すると、センサ活性化と判定
し、ステップ１１６でトランジスタ２４をオフしてポン
プ電流ＩP を流すようにし、電池素子１１ｂの電圧の一
定制御を行い、ステップ１１７で空燃比出力ＶO を読み
込み、この空燃比出力ＶO によりステップ１１８で目標
空燃比制御を行う。
【００２３】図３はエンジン始動時の活性化判定を示す
タイムチャートであり、始動時の空燃比がリッチの場合
を示しており、エンジン３０の始動と同時にヒータ１２
が駆動され、ｔ0 ＋ｔ1 の間隔でかつｔ1 の期間だけポ
ンプ電流ＩP が流されたときの電池素子１１ｂの電圧Ｖ
S と空燃比出力ＶO の変化、及び空燃比出力ＶO の判定
レベルＶOH，ＶOLが示されている。
タイムチャートであり、始動時の空燃比がリッチの場合
を示しており、エンジン３０の始動と同時にヒータ１２
が駆動され、ｔ0 ＋ｔ1 の間隔でかつｔ1 の期間だけポ
ンプ電流ＩP が流されたときの電池素子１１ｂの電圧Ｖ
S と空燃比出力ＶO の変化、及び空燃比出力ＶO の判定
レベルＶOH，ＶOLが示されている。
【００２４】図３において、始動後ポンプ電流ＩP が流
されている期間ｔ1 の第１回目、第２回目はセンサ温度
が低い状態であり、電池素子１１ｂの起電力ＶS が低
く、ポンプ素子１１ａの内部抵抗が高くてポンプ電流Ｉ
P が流せないため、差動積分増幅器２１の出力電圧は大
きいものの、空燃比出力はＩP ＝０よりオフセット電圧
ＶB のままである。
されている期間ｔ1 の第１回目、第２回目はセンサ温度
が低い状態であり、電池素子１１ｂの起電力ＶS が低
く、ポンプ素子１１ａの内部抵抗が高くてポンプ電流Ｉ
P が流せないため、差動積分増幅器２１の出力電圧は大
きいものの、空燃比出力はＩP ＝０よりオフセット電圧
ＶB のままである。
【００２５】センサ温度が高くなり、電池素子１１ｂの
起電力ＶS が上がるとともに、ポンプ素子１１ａの内部
抵抗が下がってポンプ電流ＩP が流れて酸素が運ばれる
ようになると、ＩP カットの解除時には差動積分増幅器
２１は電池素子１１ｂの電圧ＶS を基準値Ｖref まで上
昇させるようにポンプ素子１１ａに拡散室１１ｃから酸
素を排出する方向に電圧を印加し、ポンプ電流ＩP を流
すため、空燃比出力ＶO はオフセット電圧ＶB より次第
に大きくなる。図３では、期間ｔ1 の第４回目で空燃比
出力ＶO が所定判定値ＶOHを越えた場合を示している。
このときの素子部１１の温度は約５００℃以上である
が、さらにタイマ期間ｔ2 により実使用温度約７００℃
以上にセンサ温度が安定するまでＩP カットを続行す
る。
起電力ＶS が上がるとともに、ポンプ素子１１ａの内部
抵抗が下がってポンプ電流ＩP が流れて酸素が運ばれる
ようになると、ＩP カットの解除時には差動積分増幅器
２１は電池素子１１ｂの電圧ＶS を基準値Ｖref まで上
昇させるようにポンプ素子１１ａに拡散室１１ｃから酸
素を排出する方向に電圧を印加し、ポンプ電流ＩP を流
すため、空燃比出力ＶO はオフセット電圧ＶB より次第
に大きくなる。図３では、期間ｔ1 の第４回目で空燃比
出力ＶO が所定判定値ＶOHを越えた場合を示している。
このときの素子部１１の温度は約５００℃以上である
が、さらにタイマ期間ｔ2 により実使用温度約７００℃
以上にセンサ温度が安定するまでＩP カットを続行す
る。
【００２６】実施例１によれば、センサ素子部１１の温
度が低く電池素子１１ｂの電圧一定制御が成立しない状
態では、タイマｔ1 の短時間しか酸素ポンプ素子１１ａ
に電圧を印加しないので、活性化処理に伴ってセンサが
劣化、破損することがない。又、電池素子１１ｂの電圧
ＶS やポンプ素子１１ａの電圧ＶP の検出回路を設ける
ことなく、活性化判定を行うことができる。
度が低く電池素子１１ｂの電圧一定制御が成立しない状
態では、タイマｔ1 の短時間しか酸素ポンプ素子１１ａ
に電圧を印加しないので、活性化処理に伴ってセンサが
劣化、破損することがない。又、電池素子１１ｂの電圧
ＶS やポンプ素子１１ａの電圧ＶP の検出回路を設ける
ことなく、活性化判定を行うことができる。
【００２７】なお、実施例１ではタイマｔ2 の起動の判
定に、タイマｔ1 期間に測定した空燃比出力の最新値を
使う場合を示したが、ｔ1 期間は固定されているからｔ
1 期間終了直前に１回だけ測定した空燃比出力ＶO を用
いてもよい。又、タイマｔ0，ｔ2 の期間が一定である
場合を示したが、これらの期間を冷却水温ＷＴに対する
減少関数とするなど、運転状態により変化させることに
より、より速い活性化判定が可能となる。
定に、タイマｔ1 期間に測定した空燃比出力の最新値を
使う場合を示したが、ｔ1 期間は固定されているからｔ
1 期間終了直前に１回だけ測定した空燃比出力ＶO を用
いてもよい。又、タイマｔ0，ｔ2 の期間が一定である
場合を示したが、これらの期間を冷却水温ＷＴに対する
減少関数とするなど、運転状態により変化させることに
より、より速い活性化判定が可能となる。
【００２８】実施例２ 図４は実施例２による空燃比センサ部１Ａ及び制御アン
プ２Ｂの詳細な構成を示し、空燃比センサ部１Ａは素子
部１１Ａとヒータ１２からなり、素子部１１Ａは酸素ポ
ンプ素子１１ａ、酸素濃淡電池素子１１ｂ、拡散室１１
ｃ及び基準極空隔１１ｅから構成されている。基準極空
隔１１ｅは電池素子１１ｂの拡散室１１ｃに面した電極
と対となる他方の電極と面している。制御アンプ２Ｂは
制御アンプ２Ａに比べてバッファ２７及び定電流源２８
が追加されている。バッファ２７は非反転入力が電池素
子１１ｂの基準極空隔１１ｅ側電極に接続されるととも
に、出力が差動積分増幅器２１に接続されている。又、
定電流源２８も電池素子１１ｂの基準極空隔１１ｅ側電
極に接続されている。
プ２Ｂの詳細な構成を示し、空燃比センサ部１Ａは素子
部１１Ａとヒータ１２からなり、素子部１１Ａは酸素ポ
ンプ素子１１ａ、酸素濃淡電池素子１１ｂ、拡散室１１
ｃ及び基準極空隔１１ｅから構成されている。基準極空
隔１１ｅは電池素子１１ｂの拡散室１１ｃに面した電極
と対となる他方の電極と面している。制御アンプ２Ｂは
制御アンプ２Ａに比べてバッファ２７及び定電流源２８
が追加されている。バッファ２７は非反転入力が電池素
子１１ｂの基準極空隔１１ｅ側電極に接続されるととも
に、出力が差動積分増幅器２１に接続されている。又、
定電流源２８も電池素子１１ｂの基準極空隔１１ｅ側電
極に接続されている。
【００２９】次に、実施例２の動作を図５のタイムチャ
ートに基づいて説明する。動作を示すフローチャートは
図２と同様である。素子部１１Ａが活性化した状態で
は、電池素子１１ｂの基準極空隔１１ｅ側電極から拡散
室１１ｃ側電極へ定電流源２８から数十μＡの注入電流
ＩC が流れ、基準極空隔１１ｅには拡散室１１ｃから酸
素が運ばれ、酸素分圧は％オーダに保たれる。即ち、基
準極空隔１１ｅは実施例１の大気室１１ｄと同じ役割を
持つ。ここで、電池素子１１ｂの電圧ＶS はその内部抵
抗をＲ、起電力をＥとすると、流入電流ＩC を用いて ＶS ＝Ｒ×ＩC ＋Ｅ となる。
ートに基づいて説明する。動作を示すフローチャートは
図２と同様である。素子部１１Ａが活性化した状態で
は、電池素子１１ｂの基準極空隔１１ｅ側電極から拡散
室１１ｃ側電極へ定電流源２８から数十μＡの注入電流
ＩC が流れ、基準極空隔１１ｅには拡散室１１ｃから酸
素が運ばれ、酸素分圧は％オーダに保たれる。即ち、基
準極空隔１１ｅは実施例１の大気室１１ｄと同じ役割を
持つ。ここで、電池素子１１ｂの電圧ＶS はその内部抵
抗をＲ、起電力をＥとすると、流入電流ＩC を用いて ＶS ＝Ｒ×ＩC ＋Ｅ となる。
【００３０】図５において、センサ温度の低い領域を示
す期間ｔ1 の第１回目、第２回目程度まではＲ×ＩC ＞
＞Ｅであるので、電池素子１１ｂの電圧ＶS は実施例１
とは逆にＶref より高い値を示し、差動積分増幅器２１
の出力電圧は実施例１と反対方向となるが、実施例１と
同じくポンプ素子１１ａの内部抵抗が高いためポンプ電
流ＩP は流れず、空燃比出力ＶO は同様にオフセット電
圧ＶB のままである。電圧ＶS は温度が上がって内部抵
抗Ｒが低下し、起電力Ｅが逆に上昇するに従い、次第に
低下して排気雰囲気の電圧に収束する。図５では空燃比
がリッチの場合を示しており、収束値は約１Ｖになる。
す期間ｔ1 の第１回目、第２回目程度まではＲ×ＩC ＞
＞Ｅであるので、電池素子１１ｂの電圧ＶS は実施例１
とは逆にＶref より高い値を示し、差動積分増幅器２１
の出力電圧は実施例１と反対方向となるが、実施例１と
同じくポンプ素子１１ａの内部抵抗が高いためポンプ電
流ＩP は流れず、空燃比出力ＶO は同様にオフセット電
圧ＶB のままである。電圧ＶS は温度が上がって内部抵
抗Ｒが低下し、起電力Ｅが逆に上昇するに従い、次第に
低下して排気雰囲気の電圧に収束する。図５では空燃比
がリッチの場合を示しており、収束値は約１Ｖになる。
【００３１】センサ温度が高くなり、電圧ＶS が低下
し、ポンプ素子１１ａの内部抵抗が下がり、ポンプ電流
ＩP が流れて酸素を運べるようになると、ＩP カットの
解除時には、差動積分増幅器２１は電圧ＶS を基準値Ｖ
ref まで低下させるようにポンプ素子１１ａに電圧を印
加し、拡散室１１ｃに酸素を供給する方向にポンプ電流
ＩP を流す。このため、ＩP は実施例１と反対方向に次
第に大きくなる。即ち、空燃比出力ＶO はオフセット値
ＶB より次第に小さくなり、期間ｔ1 の第４回目では出
力判定値ＶOL以下となり、実施例１と同様の活性化判定
を行うことができる。
し、ポンプ素子１１ａの内部抵抗が下がり、ポンプ電流
ＩP が流れて酸素を運べるようになると、ＩP カットの
解除時には、差動積分増幅器２１は電圧ＶS を基準値Ｖ
ref まで低下させるようにポンプ素子１１ａに電圧を印
加し、拡散室１１ｃに酸素を供給する方向にポンプ電流
ＩP を流す。このため、ＩP は実施例１と反対方向に次
第に大きくなる。即ち、空燃比出力ＶO はオフセット値
ＶB より次第に小さくなり、期間ｔ1 の第４回目では出
力判定値ＶOL以下となり、実施例１と同様の活性化判定
を行うことができる。
【００３２】実施例３ 図９は実施例３による空燃比センサ部１、制御アンプ２
Ｃ及び空燃比制御部７Ａの詳細な構成を示し、制御アン
プ２Ｃは制御アンプ２Ａに双方向電圧リミッタ２６を加
えるとともに、ポンプ電流カットトランジスタ２４を制
御電流カットトランジスタ２９としたものであり、双方
向電圧リミッタ２６は酸素ポンプ素子１１ａと並列に接
続され、一組の３連直列ダイオードにより構成されてい
る。この双方向電圧リミッタ２６を設けたことにより、
酸素ポンプ素子１ａに印加される電圧範囲は、この場合
約±１．８Ｖ以内に規制される。又、上記並列回路に制
御電流ＩP が流れることになる。
Ｃ及び空燃比制御部７Ａの詳細な構成を示し、制御アン
プ２Ｃは制御アンプ２Ａに双方向電圧リミッタ２６を加
えるとともに、ポンプ電流カットトランジスタ２４を制
御電流カットトランジスタ２９としたものであり、双方
向電圧リミッタ２６は酸素ポンプ素子１１ａと並列に接
続され、一組の３連直列ダイオードにより構成されてい
る。この双方向電圧リミッタ２６を設けたことにより、
酸素ポンプ素子１ａに印加される電圧範囲は、この場合
約±１．８Ｖ以内に規制される。又、上記並列回路に制
御電流ＩP が流れることになる。
【００３３】次に、実施例３の動作を図１０のフローチ
ャートにより説明する。エンジン３０が始動すると、マ
イクロプロセッサ７４により、まずステップ２０１にお
いてエンジン回転数Ｎe 、吸気量Ｑa 等の情報よりエン
ジン３０が通常運転中か否かが判定され、通常運転中で
なければステップ２０２で始動モードか否かが判定さ
れ、エンジン回転数Ｎe が所定値以下であれば、始動モ
ードと判定される。
ャートにより説明する。エンジン３０が始動すると、マ
イクロプロセッサ７４により、まずステップ２０１にお
いてエンジン回転数Ｎe 、吸気量Ｑa 等の情報よりエン
ジン３０が通常運転中か否かが判定され、通常運転中で
なければステップ２０２で始動モードか否かが判定さ
れ、エンジン回転数Ｎe が所定値以下であれば、始動モ
ードと判定される。
【００３４】ステップ２０３で出力インタフェース７７
ｂを介して制御電流カットトランジスタ２９をオンし、
差動積分増幅器２１の出力を接地してポンプ素子１１ａ
に制御電流が流れないようにする。ステップ２０４では
ヒータ制御回路２５を起動し、ヒータ１２に電力が供給
されて素子部１１の加熱が開始され、ステップ２０５で
始動時燃料制御が行われる。
ｂを介して制御電流カットトランジスタ２９をオンし、
差動積分増幅器２１の出力を接地してポンプ素子１１ａ
に制御電流が流れないようにする。ステップ２０４では
ヒータ制御回路２５を起動し、ヒータ１２に電力が供給
されて素子部１１の加熱が開始され、ステップ２０５で
始動時燃料制御が行われる。
【００３５】ステップ２０６で所定のタイマｔ0 がセッ
トされ、ステップ２０７でタイマｔ0 が終了したとき、
ステップ２０８でトランジスタ２９がオフされ、ポンプ
素子１１ａと双方向電圧リミッタ２６の並列回路には電
池素子１１ｂの電極間電圧ＶS を基準電圧Ｖref と一致
させるように差動積分増幅器２１の出力電圧が印加さ
れ、この電圧により制御電流ＩP が流れる。ステップ２
０９ではタイマｔ1 がセットされ、制御電流カット解除
はタイマｔ1 の作動中継続され、ステップ２１０では制
御電流ＩP に相当する空燃比出力ＶO がＡ／Ｄコンバー
タ７２ｂによりＡ／Ｄ変換され、マイクロプロセッサ７
４に読込まれる。
トされ、ステップ２０７でタイマｔ0 が終了したとき、
ステップ２０８でトランジスタ２９がオフされ、ポンプ
素子１１ａと双方向電圧リミッタ２６の並列回路には電
池素子１１ｂの電極間電圧ＶS を基準電圧Ｖref と一致
させるように差動積分増幅器２１の出力電圧が印加さ
れ、この電圧により制御電流ＩP が流れる。ステップ２
０９ではタイマｔ1 がセットされ、制御電流カット解除
はタイマｔ1 の作動中継続され、ステップ２１０では制
御電流ＩP に相当する空燃比出力ＶO がＡ／Ｄコンバー
タ７２ｂによりＡ／Ｄ変換され、マイクロプロセッサ７
４に読込まれる。
【００３６】タイマｔ1 の継続時間は、前述のように、
タイマｔ0 が約１〜２秒であるのに対して約１００msec
以内の短い期間でよい。ステップ２１１でタイマｔ1 が
終了すると、ステップ２１２で再びトランジスタ２９を
オンし、制御電流ＩP をカットする。ステップ２１３で
はタイマｔ1 の終了直前の空燃比出力ＶO が所定の許容
範囲内か否かが判定され、範囲外であればステップ２０
６〜２１３が繰り返される。
タイマｔ0 が約１〜２秒であるのに対して約１００msec
以内の短い期間でよい。ステップ２１１でタイマｔ1 が
終了すると、ステップ２１２で再びトランジスタ２９を
オンし、制御電流ＩP をカットする。ステップ２１３で
はタイマｔ1 の終了直前の空燃比出力ＶO が所定の許容
範囲内か否かが判定され、範囲外であればステップ２０
６〜２１３が繰り返される。
【００３７】空燃比出力ＶO が許容範囲内である場合、
ステップ２１４でタイマｔ2 をセットし、ステップ２１
５でタイマｔ2 が終了すると、素子部１１が活性化され
たと判定し、ステップ２１６でトランジスタ２９をオフ
して制御電流ＩP を流し、電池素子１１ｂの電圧一定制
御を行い、ステップ２１７で空燃比出力ＶO を読み込
み、ステップ２１８で目標空燃比制御を行う。
ステップ２１４でタイマｔ2 をセットし、ステップ２１
５でタイマｔ2 が終了すると、素子部１１が活性化され
たと判定し、ステップ２１６でトランジスタ２９をオフ
して制御電流ＩP を流し、電池素子１１ｂの電圧一定制
御を行い、ステップ２１７で空燃比出力ＶO を読み込
み、ステップ２１８で目標空燃比制御を行う。
【００３８】図１１はエンジン始動時の活性化判定のタ
イムチャートを示し、始動時の空燃比がリッチの場合を
示しており、エンジン３０の始動とともにヒータ１２が
駆動され、ｔ0 ＋ｔ1 の間隔でｔ1 の期間だけ制御電流
がカット解除されたときの電池素子電圧ＶS 、空燃比出
力ＶO の変化、及び空燃比出力ＶO の許容範囲ＶOHを示
している。
イムチャートを示し、始動時の空燃比がリッチの場合を
示しており、エンジン３０の始動とともにヒータ１２が
駆動され、ｔ0 ＋ｔ1 の間隔でｔ1 の期間だけ制御電流
がカット解除されたときの電池素子電圧ＶS 、空燃比出
力ＶO の変化、及び空燃比出力ＶO の許容範囲ＶOHを示
している。
【００３９】図１１において、始動後制御電流ＩP が流
されている期間ｔ1 の第１回目、第２回目は素子部１１
の温度が低い状態であり、電池素子１１ｂの起電力ＶS
が低く、ポンプ素子１１ａの内部抵抗が高くてポンプ電
流が流れないため、差動積分増幅器２１の制御電流は双
方向電圧リミッタ２６をバイパスして流れ、ポンプ素子
１１ａの両端電圧を約１．８Ｖに維持するように作用す
る。従って、空燃比出力ＶO はバイパス電流によって大
きな値を示す。
されている期間ｔ1 の第１回目、第２回目は素子部１１
の温度が低い状態であり、電池素子１１ｂの起電力ＶS
が低く、ポンプ素子１１ａの内部抵抗が高くてポンプ電
流が流れないため、差動積分増幅器２１の制御電流は双
方向電圧リミッタ２６をバイパスして流れ、ポンプ素子
１１ａの両端電圧を約１．８Ｖに維持するように作用す
る。従って、空燃比出力ＶO はバイパス電流によって大
きな値を示す。
【００４０】素子部１１の温度が高くなり、電池素子１
１ｂの起電力ＶS が上がるとともに、ポンプ素子１１ａ
の内部抵抗が下がり、ポンプ電流が流れて酸素を運べる
ようになると、制御電流のカット解除時に電池素子１１
ｂの電圧一定制御が成立してポンプ素子１１ａの両端電
圧が約１．８Ｖ以下となり、その後の空燃比出力ＶOは
ポンプ素子１１ａに流れる制御電流により決まるように
なる。図１１では、期間ｔ1 の第４回目で空燃比出力Ｖ
O が許容範囲ＶOH以内となった場合を示す。
１ｂの起電力ＶS が上がるとともに、ポンプ素子１１ａ
の内部抵抗が下がり、ポンプ電流が流れて酸素を運べる
ようになると、制御電流のカット解除時に電池素子１１
ｂの電圧一定制御が成立してポンプ素子１１ａの両端電
圧が約１．８Ｖ以下となり、その後の空燃比出力ＶOは
ポンプ素子１１ａに流れる制御電流により決まるように
なる。図１１では、期間ｔ1 の第４回目で空燃比出力Ｖ
O が許容範囲ＶOH以内となった場合を示す。
【００４１】このときのセンサ温度は約５００℃以上で
あるが、さらにタイマｔ2 により実使用温度約７００℃
以上になるまで、ＩP カットが続行される。許容範囲Ｖ
OHは、使用空燃比に対するセンサ出力範囲を考慮して決
定される。
あるが、さらにタイマｔ2 により実使用温度約７００℃
以上になるまで、ＩP カットが続行される。許容範囲Ｖ
OHは、使用空燃比に対するセンサ出力範囲を考慮して決
定される。
【００４２】実施例３によれば、素子部１１の温度が低
く、電池素子１１ｂの電圧一定制御が成立しない状態で
は、タイマｔ1 の短時間しか酸素ポンプ素子１１ａに電
圧が印加されないため、活性化判定処理に伴ってセンサ
が劣化、破損することはない。又、電池素子１１ｂの電
圧ＶS やポンプ電圧ＶP の検出回路を設けなくても活性
化判定を行うことができる。
く、電池素子１１ｂの電圧一定制御が成立しない状態で
は、タイマｔ1 の短時間しか酸素ポンプ素子１１ａに電
圧が印加されないため、活性化判定処理に伴ってセンサ
が劣化、破損することはない。又、電池素子１１ｂの電
圧ＶS やポンプ電圧ＶP の検出回路を設けなくても活性
化判定を行うことができる。
【００４３】なお、実施例３ではタイマｔ0 ，ｔ2 の期
間を一定としたが、このタイマ期間を冷却水温ＷＴに対
する減小関数とすることにより、運転状態に応じて変化
させるようにし、より速い活性化判定を行うことができ
る。
間を一定としたが、このタイマ期間を冷却水温ＷＴに対
する減小関数とすることにより、運転状態に応じて変化
させるようにし、より速い活性化判定を行うことができ
る。
【００４４】実施例４ 図１２は実施例４による空燃比センサ部１Ａ及び制御ア
ンプ２Ｄの詳細な構成を示し、制御アンプ２Ｄは制御ア
ンプ２Ｂに比べて双方向電圧リミッタ２６が追加されて
いる。基準極空隔１１ｅは大気室１１ｄと同じ機能を持
つ。
ンプ２Ｄの詳細な構成を示し、制御アンプ２Ｄは制御ア
ンプ２Ｂに比べて双方向電圧リミッタ２６が追加されて
いる。基準極空隔１１ｅは大気室１１ｄと同じ機能を持
つ。
【００４５】次に、実施例４の動作を図１０のフローチ
ャート及び図１３のタイムチャートを用いて説明する。
センサ温度が低いタイマｔ1 の第１回目、第２回目では
Ｒ×ＩC ＞＞Ｅであるので、電池素子１１ｂの電圧ＶS
は実施例３とは逆にＶref より高い値を示し、差動積分
増幅器２１の制御電流は実施例３と反対方向に流れ、空
燃比出力ＶO は接地状態となる。センサ温度が上がって
内部抵抗Ｒが低下し、起電力Ｅが上昇するに従い、電池
素子１１ｂの電圧ＶS は次第に低下し、排気雰囲気の電
圧に収束する。図１３では空燃比がリッチの場合を示し
ており、収束値は約１Ｖになる。
ャート及び図１３のタイムチャートを用いて説明する。
センサ温度が低いタイマｔ1 の第１回目、第２回目では
Ｒ×ＩC ＞＞Ｅであるので、電池素子１１ｂの電圧ＶS
は実施例３とは逆にＶref より高い値を示し、差動積分
増幅器２１の制御電流は実施例３と反対方向に流れ、空
燃比出力ＶO は接地状態となる。センサ温度が上がって
内部抵抗Ｒが低下し、起電力Ｅが上昇するに従い、電池
素子１１ｂの電圧ＶS は次第に低下し、排気雰囲気の電
圧に収束する。図１３では空燃比がリッチの場合を示し
ており、収束値は約１Ｖになる。
【００４６】タイマｔ1 の４回目の期間では、温度が上
昇した状態での制御電流のカットを解除した状態であ
り、ポンプ素子１１ａが酸素を運べるようになり、電池
素子１１ｂの電圧一定制御が成立し、空燃比出力Ｖ0 は
制御電流により決まる値となる。ここでは、空燃比出力
ＶO が許容範囲ＶOL以内となり、やはり活性化判定を行
うことができる。
昇した状態での制御電流のカットを解除した状態であ
り、ポンプ素子１１ａが酸素を運べるようになり、電池
素子１１ｂの電圧一定制御が成立し、空燃比出力Ｖ0 は
制御電流により決まる値となる。ここでは、空燃比出力
ＶO が許容範囲ＶOL以内となり、やはり活性化判定を行
うことができる。
【００４７】実施例５ 図１４は実施例５による動作を示すフローチャートであ
り、ステップ２０１〜２１８は実施例３と同様である。
ステップ２２０ではカウンタＮがリセットされ、ステッ
プ２１３で空燃比出力ＶO が許容範囲外と判定された場
合にはステップ２２１でカウンタ値Ｎが所定回数ＮＬ以
上か否かが判定され、ＮＬ以下の場合にはステップ２２
２でカウンタ値Ｎが＋１され、ステップ２０６〜２１３
が繰り返される。ステップ２２１でＮ＞ＮＬとなった場
合にはセンサ異常と判定し、ステップ２２３でヒータ１
２への電力供給を停止し、ステップ２２４でセンサ異常
時処理を行う。
り、ステップ２０１〜２１８は実施例３と同様である。
ステップ２２０ではカウンタＮがリセットされ、ステッ
プ２１３で空燃比出力ＶO が許容範囲外と判定された場
合にはステップ２２１でカウンタ値Ｎが所定回数ＮＬ以
上か否かが判定され、ＮＬ以下の場合にはステップ２２
２でカウンタ値Ｎが＋１され、ステップ２０６〜２１３
が繰り返される。ステップ２２１でＮ＞ＮＬとなった場
合にはセンサ異常と判定し、ステップ２２３でヒータ１
２への電力供給を停止し、ステップ２２４でセンサ異常
時処理を行う。
【００４８】例えば、ポンプ素子１１ａが断線した場
合、制御電流がポンプ素子１１ａに流れず、電池素子１
１ｂの電圧一定制御は成立せず、差動積分増幅器２１か
らの制御電流は双方向電圧リミッタ２６により吸収さ
れ、空燃比出力ＶO はセンサ温度に無関係に常に許容範
囲を越えることになり、ステップ２２１でＮ＞ＮＬが成
立してセンサ異常と判定される。
合、制御電流がポンプ素子１１ａに流れず、電池素子１
１ｂの電圧一定制御は成立せず、差動積分増幅器２１か
らの制御電流は双方向電圧リミッタ２６により吸収さ
れ、空燃比出力ＶO はセンサ温度に無関係に常に許容範
囲を越えることになり、ステップ２２１でＮ＞ＮＬが成
立してセンサ異常と判定される。
【００４９】実施例５によれば、ヒータ１２やポンプ素
子１１ａの断線、電池素子１１ｂの起電力異常等のセン
サ異常を、異常検出用の他の検出回路を付加することな
く、活性化判定処理の中で同時に検出することができ
る。なお、所定回数ＮＬを冷却水温ＷＴに応じて変える
ようにすれば、運転状態に応じてより迅速に異常判定を
行うことができる。
子１１ａの断線、電池素子１１ｂの起電力異常等のセン
サ異常を、異常検出用の他の検出回路を付加することな
く、活性化判定処理の中で同時に検出することができ
る。なお、所定回数ＮＬを冷却水温ＷＴに応じて変える
ようにすれば、運転状態に応じてより迅速に異常判定を
行うことができる。
【００５０】実施例６ 図１５は実施例６による動作を示すフローチャートであ
り、ステップ２０１〜２１８、２２０〜２２４の動作は
前述と同様である。ステップ２０１で通常運転モードと
判定されると、ステップ２１７で空燃比出力ＶO が読み
込まれ、ステップ２３０で空燃比出力ＶO が所定範囲内
か否かが判定され、所定範囲内であればステップ２３１
でタイマｔ3 がセットされ、ステップ２１８で目標空燃
比制御が行われ、ステップ２０１へ戻る。
り、ステップ２０１〜２１８、２２０〜２２４の動作は
前述と同様である。ステップ２０１で通常運転モードと
判定されると、ステップ２１７で空燃比出力ＶO が読み
込まれ、ステップ２３０で空燃比出力ＶO が所定範囲内
か否かが判定され、所定範囲内であればステップ２３１
でタイマｔ3 がセットされ、ステップ２１８で目標空燃
比制御が行われ、ステップ２０１へ戻る。
【００５１】ステップ２３０で空燃比出力ＶO が所定範
囲外にあった場合、ステップ２３２で空燃比出力ＶO を
用いない異常時のオープンループの空燃比制御モードと
し、ステップ２３３ではタイマｔ3 が終了したか否かを
判定し、終了した場合即ち通常運転中に空燃比出力が所
定期間継続して許容範囲を逸脱した場合には、ステップ
２３４で制御電流カットを行うとともに、ステップ２２
０へ戻って活性化判定及び異常判定を行う。
囲外にあった場合、ステップ２３２で空燃比出力ＶO を
用いない異常時のオープンループの空燃比制御モードと
し、ステップ２３３ではタイマｔ3 が終了したか否かを
判定し、終了した場合即ち通常運転中に空燃比出力が所
定期間継続して許容範囲を逸脱した場合には、ステップ
２３４で制御電流カットを行うとともに、ステップ２２
０へ戻って活性化判定及び異常判定を行う。
【００５２】実施例６によれば、機関運転中に継続して
空燃比出力に異常を生じた場合、その原因がセンサ温度
の低下による一時的な不活性化によるものか、あるいは
センサ異常によるものかを判定することができる。な
お、実施例３〜６では双方向電圧リミッタ２６として一
組の直列ダイオードを使用したが、他の方式の電圧リミ
ッタ回路を用いてもよい。
空燃比出力に異常を生じた場合、その原因がセンサ温度
の低下による一時的な不活性化によるものか、あるいは
センサ異常によるものかを判定することができる。な
お、実施例３〜６では双方向電圧リミッタ２６として一
組の直列ダイオードを使用したが、他の方式の電圧リミ
ッタ回路を用いてもよい。
【００５３】
【発明の効果】請求項１，２によれば、活性化判定処理
の際にポンプ電流又は制御電流があまり流されないの
で、素子部の劣化、破損を防止することができるととも
に、素子部の電圧検出を行わなくても活性化判定を行う
ことができるので検出回路を省略することができ、また
素子部の温度が十分に上昇してから空燃比出力を利用す
るので正確な空燃比出力を得ることができる。請求項３
によれば、ヒータ電力供給開始から所定期間毎に所定時
間制御電流を流させ、このときの制御電流が所定範囲内
にないときに繰り返される第１のタイマ手段の繰り返し
回数が所定回数以上となったときにセンサ異常と判定し
ており、異常検出のために特別な回路を付加することな
く、異常検出を容易に行うことができる。請求項４によ
れば、制御電流が所定期間継続して所定範囲外にある場
合に活性化判定と異常判定を行っており、センサ出力異
常が温度低下による一時的な不活性化のためか、センサ
異常のためかを判別することができる。
の際にポンプ電流又は制御電流があまり流されないの
で、素子部の劣化、破損を防止することができるととも
に、素子部の電圧検出を行わなくても活性化判定を行う
ことができるので検出回路を省略することができ、また
素子部の温度が十分に上昇してから空燃比出力を利用す
るので正確な空燃比出力を得ることができる。請求項３
によれば、ヒータ電力供給開始から所定期間毎に所定時
間制御電流を流させ、このときの制御電流が所定範囲内
にないときに繰り返される第１のタイマ手段の繰り返し
回数が所定回数以上となったときにセンサ異常と判定し
ており、異常検出のために特別な回路を付加することな
く、異常検出を容易に行うことができる。請求項４によ
れば、制御電流が所定期間継続して所定範囲外にある場
合に活性化判定と異常判定を行っており、センサ出力異
常が温度低下による一時的な不活性化のためか、センサ
異常のためかを判別することができる。
【図１】この発明による空燃比センサの実施例１による
構成図である。
構成図である。
【図２】実施例１による空燃比センサの動作を示すフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図３】実施例１による空燃比センサの動作を示すタイ
ムチャートである。
ムチャートである。
【図４】この発明の実施例２による空燃比センサの構成
図である。
図である。
【図５】実施例２による空燃比センサの動作を示すタイ
ムチャートである。
ムチャートである。
【図６】従来の空燃比制御装置の構成図である。
【図７】従来の空燃比センサの構成図である。
【図８】従来の空燃比センサの動作を示すタイムチャー
トである。
トである。
【図９】実施例３による空燃比センサの構成図である。
【図１０】実施例３による空燃比センサの動作を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図１１】実施例３による空燃比センサの動作を示すタ
イムチャートである。
イムチャートである。
【図１２】実施例４による空燃比センサの構成図であ
る。
る。
【図１３】実施例４による空燃比センサのタイムチャー
トである。
トである。
【図１４】実施例５による空燃比センサの動作を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図１５】実施例６による空燃比センサの動作を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
１，１Ａ 空燃比センサ部 ２Ａ〜２Ｄ 制御アンプ ７Ａ 空燃比制御部 １１，１１Ａ 素子部 １２ ヒータ ２１ 差動積分増幅器 ２２ 差動増幅器 ２４ ポンプ電流カットトランジスタ ２６ 双方向電圧リミッタ ２９ 制御電流カットトランジスタ
Claims (4)
- 【請求項１】 機関の排気系に配設されるとともに、各
々が電極を付設された酸素イオン伝導性固体電解質材か
らなり、機関の排気ガスが拡散導入される拡散室を挟ん
で配置された酸素濃淡電池素子及び酸素ポンプ素子と、
この両素子を加熱するヒータと、酸素濃淡電池素子の電
圧が所定の基準電圧となるよう酸素ポンプ素子に流れる
ポンプ電流を制御するポンプ電流制御手段と、ポンプ電
流を検出するポンプ電流検出手段と、ポンプ電流の供給
を停止させるポンプ電流カット手段と、ヒータに電力を
供給するヒータ電力供給手段と、ポンプ電流カット状態
を制御する第１及び第２のタイマ手段と、ポンプ電流カ
ット状態でヒータ電力供給手段からヒータへ電力の供給
を開始させるとともに、第１のタイマ手段によりヒータ
電力供給開始から所定期間毎に所定時間ポンプ電流カッ
トを解除してポンプ電流を制御させ、このときのポンプ
電流が所定値以上となったときに第２のタイマ手段を起
動させてポンプ電流をカットさせ、第２のタイマ手段が
動作終了したときに上記両素子が活性化したと判定する
とともに、ポンプ電流カット状態を解除する制御手段を
備えたことを特徴とする空燃比センサ。 - 【請求項２】 機関の排気系に配設されるとともに、各
々が電極を付設された酸素イオン伝導性固体電解質材か
らなり、機関の排気ガスが拡散導入される拡散室を挟ん
で配置された酸素濃淡電池素子及び酸素ポンプ素子と、
この両素子を加熱するヒータと、酸素濃淡電池素子の電
圧が所定の基準電圧となるよう酸素ポンプ素子に流れる
ポンプ電流を制御するポンプ電流制御手段と、酸素ポン
プ素子と並列に接続された双方向電圧リミッタ手段と、
この並列回路に流れる制御電流を検出する制御電流検出
手段と、制御電流の供給を停止させる制御電流カット手
段と、ヒータに電力を供給するヒータ電力供給手段と、
制御電流カット状態を制御する第１及び第２のタイマ手
段と、制御電流カット状態でヒータ電力供給手段からヒ
ータへ電力の供給を開始させるとともに、第１のタイマ
手段によりヒータ電力供給開始から所定期間毎に所定時
間制御電流カットを解除して制御電流を制御させ、この
ときの制御電流が所定範囲内になったときに第２のタイ
マ手段を起動させて制御電流をカットさせ、第２のタイ
マ手段の動作が終了したときに上記両素子が活性化した
と判定するとともに、制御電流カット状態を解除する制
御手段を備えたことを特徴とする空燃比センサ。 - 【請求項３】 第１のタイマ手段の繰り返し回数を積算
する積算手段と、積算回数が所定回数を越えたときに異
常状態と判定するとともに、ヒータへの電力供給を停止
する異常判定手段を備えたことを特徴とする請求項２記
載の空燃比センサ。 - 【請求項４】 機関運転中に制御電流が所定期間継続し
て上記所定範囲外にある場合に上記活性化判定及び異常
判定を行わせることを特徴とする請求項３記載の空燃比
センサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4167354A JP2855971B2 (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | 空燃比センサ |
| US08/074,295 US5340462A (en) | 1992-06-25 | 1993-06-09 | Air-fuel ratio sensor |
| DE4321243A DE4321243C2 (de) | 1992-06-25 | 1993-06-25 | Luft-Kraftstoffverhältnissensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4167354A JP2855971B2 (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | 空燃比センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0611482A JPH0611482A (ja) | 1994-01-21 |
| JP2855971B2 true JP2855971B2 (ja) | 1999-02-10 |
Family
ID=15848171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4167354A Expired - Fee Related JP2855971B2 (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | 空燃比センサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5340462A (ja) |
| JP (1) | JP2855971B2 (ja) |
| DE (1) | DE4321243C2 (ja) |
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| JP3743577B2 (ja) * | 1995-09-25 | 2006-02-08 | 本田技研工業株式会社 | 内燃エンジンの空燃比制御装置 |
| JPH09196889A (ja) * | 1996-01-16 | 1997-07-31 | Toyota Motor Corp | 空燃比検出装置 |
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| US6099717A (en) * | 1996-11-06 | 2000-08-08 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Method of and apparatus for detecting a deteriorated condition of a wide range air-fuel ratio sensor |
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| DE102008042505A1 (de) * | 2008-09-30 | 2010-04-01 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
| DE102009029100A1 (de) | 2009-09-02 | 2011-03-03 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Betreiben einer Abgassonde und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
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| JP6237057B2 (ja) * | 2013-09-27 | 2017-11-29 | 株式会社デンソー | ガスセンサ制御装置 |
| JP6268874B2 (ja) * | 2013-09-27 | 2018-01-31 | 株式会社デンソー | ガスセンサ制御装置 |
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