JP2855971B2 - 空燃比センサ - Google Patents
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Description
する空燃比センサに関するものである。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
℃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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
構成図である。
ーチャートである。
ムチャートである。
図である。
ムチャートである。
トである。
ローチャートである。
イムチャートである。
る。
トである。
ローチャートである。
ローチャートである。
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。
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