JP3764842B2 - Heater control device for air-fuel ratio sensor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気系に装着されて空燃比制御に用いられる、センサ素子加熱用のヒータを備える空燃比センサ(酸素センサを含む)のヒータ制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の空燃比制御装置として、空燃比センサにより排気中の酸素濃度などに基づいて実際の空燃比を検出し、これが目標空燃比となるように、機関への燃料供給量をフィードバック制御するものが知られている。
【0003】
ところで、上記の空燃比フィードバック制御を行うためには、空燃比センサが活性化していることが前提条件となり、空燃比センサは、その素子温度が所定の活性温度に達することで活性化されるため、空燃比センサには、センサ素子加熱用のヒータを装備させて、ヒータへの通電制御により素子温度を目標温度に制御している(例えば特開平7−198679号公報、特開平8−278279号公報参照)。
【0004】
具体的には、センサ素子の内部抵抗を計測して、これより推定される素子温度に基づき、これが目標温度となるように、ヒータへの通電量をフィードバック制御している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ヒータでの消費電力を低減させる目的からは、空燃比センサの素子温度の目標温度は、活性温度範囲の下限(例えば350℃)付近に低く押さえた方がよい。
【0006】
しかるに、空燃比センサの素子温度を下げると、素子が短時間で被毒してしまい、被毒によりセンサ出力の反転周期が長くなり、空燃比制御性能が低下してしまう。
【0007】
すなわち、図8に示すように、センサ素子の被毒状態では、リッチ→リーンの素子の応答性が低下し、その結果、空燃比制御系出力がリッチ側にシフトし、排気性能や燃費性能が低下してしまうのである。
【0008】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、センサ素子の被毒を解消しつつ、可能な限りヒータでの消費電力を節減することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に係る発明では、図1に示すように、空燃比センサの素子温度を計測して、目標温度となるように、空燃比センサに備えられるヒータへの通電量を制御する空燃比センサのヒータ制御装置において、空燃比センサ出力の反転回数を計測する手段を有し、計測された反転回数に従って、前記目標温度を低温側目標温度と高温側目標温度とに交互に切換える目標温度切換手段を設けたことを特徴とする。
【0010】
ここで、低温側目標温度は、センサ素子の活性温度範囲での下限付近の温度であって、センサ素子が被毒する可能性がある温度である。高温側目標温度は、センサ素子が被毒から回復可能な温度である。
【0011】
より具体的には、請求項2に係る発明のように、前記目標温度切換手段は、空燃比センサ出力の反転回数が第1の所定値に達するまでの間、目標温度を低温側目標温度に設定し、この後、空燃比センサ出力の反転回数が第2の所定値に達するまでの間、目標温度を高温側目標温度に設定する。
【0012】
また、請求項3に係る発明では、図1に示すように、空燃比センサの素子温度を計測して、目標温度となるように、空燃比センサに備えられるヒータへの通電量を制御する空燃比センサのヒータ制御装置において、空燃比センサ出力の反転周期を計測する手段を有し、計測された反転周期が第1の所定値以上となった時点で前記目標温度を低温側目標温度から高温側目標温度に切換え、その後、計測された反転周期が前記第1の所定値より小さく設定された第2の所定値以下となった時点で前記目標温度を高温側目標温度から低温側目標温度に切換えることによって、前記目標温度を低温側目標温度と高温側目標温度とに交互に切換える目標温度切換手段を設けたことを特徴とする。
【0013】
請求項4に係る発明では、空燃比センサの素子温度計測手段として、空燃比センサのセンサ素子に素子温度計測用の所定の電圧を一時的に印加する素子温度計測用電圧印加手段と、前記電圧印加中のセンサ出力に基づいてセンサ素子の内部抵抗を算出する内部抵抗算出手段と、算出された内部抵抗に基づいて素子温度を算出する素子温度算出手段とを備えることを特徴とする。
【0014】
【発明の効果】
請求項1〜4に係る発明によれば、ヒータへの通電量制御による空燃比センサの素子温度制御に際し、目標温度を低温側目標温度と高温側目標温度とに交互に切換えることで、低温側目標温度にてヒータ消費電力の節減を図る一方、このときに被毒しても、高温側目標温度にて被毒から回復させることができ、センサ素子の被毒を解消しつつ、可能な限りヒータ消費電力を節減することができる。
【0015】
特に請求項1、2に係る発明によれば、空燃比センサ出力の反転周期は概ね一定であることを利用し、センサ出力の反転回数を計測して、計測された反転回数に従って、目標温度を低温側目標温度と高温側目標温度とに切換えることで、より具体的には、目標温度を低温側目標温度に設定した状態で、センサ出力の反転回数が第1の所定値に達したときに、被毒とみなして、目標温度を高温側目標温度に切換え、この状態でセンサ出力の反転回数が第2の所定値に達したときに、被毒解除とみなして、目標温度を低温側目標温度に戻すことで、簡潔な制御を実現できる。
【0016】
特に請求項3に係る発明によれば、被毒により空燃比センサ出力の反転周期が長くなることから、センサ出力の反転周期を計測して、これに基づいて、目標温度を低温側目標温度と高温側目標温度とに切換えることで、すなわち、被毒有りと判定されたときに、目標温度を高温側目標温度に設定することで、被毒の影響を直接的に監視でき、内燃機関の使用環境や燃料性状等によりセンサ素子被毒に至る時間のバラツキがある場合に、最適制御により、ヒータ消費電力の節減と被毒解消による制御性能向上とを高次元で両立できる。
【0017】
特に請求項4に係る発明によれば、素子温度計測に際し、空燃比センサのセンサ素子に素子温度計測用の所定の電圧を一時的に印加し、このときのセンサ出力に基づいてセンサ素子の内部抵抗を算出し、この内部抵抗に基づいて素子温度を算出することで、素子温度を的確に計測(推定)することが可能となる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図2は内燃機関の空燃比フィードバック制御装置のシステム図である。
【0019】
内燃機関(以下エンジンという)1には、各気筒毎に、吸気通路2又は燃焼室内に臨むように、燃料噴射弁3が設けられ、各燃料噴射弁3の燃料噴射はコントロールユニット4により制御される。
【0020】
コントロールユニット4は、例えば、エアフローメータ5からの信号に基づいて検出される吸入空気量Qaと、クランク角センサ6からの信号に基づいて検出されるエンジン回転数Neとから、ストイキ(λ=1)相当の基本燃料噴射量Tp=K×Qa/Ne(Kは定数)を演算し、これを目標空燃比tλの他、排気通路7に配置した空燃比センサ8からの信号に基づく空燃比フィードバック補正係数αにより補正して、最終的な燃料噴射量Ti=Tp×(1/tλ)×αを演算し、このTiに対応するパルス幅の燃料噴射パルスを、エンジン回転に同期して、各燃料噴射弁3に出力する。
【0021】
ここで、空燃比センサ8は、排気通路7に配置されて、排気中の酸素濃度に応じた信号を出力するもので、コントロールユニット4は、空燃比センサ8からの信号に基づいて、エンジン1に供給されている混合気の空燃比λを検出し、これが目標空燃比tλとなるように、空燃比フィードバック補正係数αを比例積分制御などにより増減設定することで、空燃比λを目標空燃比tλにフィードバック制御する。
【0022】
また、空燃比センサ8としては、空燃比に応じて出力電圧が連続的に変化することで空燃比をリニアに検出可能ないわゆる広域型空燃比センサであって、図3に示すようにセンサ素子11加熱用のヒータ12を備えるものを用いる。
【0023】
図3は空燃比センサ8のセンサ素子11及びセンサ素子加熱用のヒータ12に対する制御回路を示している。
空燃比センサ8のセンサ素子11は、空燃比に応じて出力電圧Vsが連続的に変化し、その出力Vsはコントロールユニット4に入力される。
【0024】
また、センサ素子11には、素子温度計測用(内部抵抗計測用)の所定の電圧Vcc(例えば5V)がスイッチング素子13及び基準抵抗R0を介して印加されるようになっている。従って、素子温度計測時に、スイッチング素子13がONとなると、センサ素子11の出力Vsに素子温度計測用の電圧分が重畳される。
【0025】
ヒータ12には、バッテリ電圧VBを印加するが、通電回路中にスイッチング素子14を設けてある。
コントロールユニット4内のCPU15は、素子温度計測用電圧印加用のスイッチング素子13のON・OFFを制御しつつ、所定のタイミングで、センサ素子11の出力Vsをフィルタ(平滑化回路)16及びA/D変換器17を介して読込む。
【0026】
また、CPU15は、D/A変換器18を介して、ヒータ制御用のスイッチング素子14のON・OFFをデューティ制御することにより、ヒータ12への通電量を制御する。
【0027】
次にCPU15の制御内容をフローチャートにより説明する。
図4は素子温度計測ルーチンのフローチャートであり、所定のクランク角周期で実行される。本ルーチンが素子温度計測手段に相当する。
【0028】
ステップ1(図にはS1と記す。以下同様)では、空燃比を検出すべく、センサ出力Vsを読込み、Vaf=Vsとして、これに基づいて空燃比λを検出する。
ステップ2では、スイッチング素子13をONにして、センサ素子11への素子温度計測用電圧Vccの印加を開始する。すなわち、空燃比検出用のセンサ出力の読込み直後より、素子温度計測用電圧Vccの印加を開始する。この部分が素子温度計測用電圧印加手段に相当する。
【0029】
ステップ3では、素子温度計測用電圧の印加開始から所定時間後に、センサ素子11の内部抵抗を計測すべく、センサ出力Vsを読込み、Vr=Vsとする。
ステップ4では、電圧印加中のセンサ出力Vrを電圧印加直前のセンサ出力Vafにより補正する。具体的には、電圧印加中のセンサ出力Vrから電圧印加直前のセンサ出力Vafを減算して、補正後センサ出力Vr=Vr−Vafを求める。
【0030】
ステップ5では、補正後センサ出力Vrに基づいて、センサ素子11の内部抵抗Rsを算出する。この部分が内部抵抗算出手段に相当する。
具体的には、センサ素子11に流れる電流をiとし、Vs=Vrとすると、
Vr=i×Rs
Vcc−Vr=i×R0
であるので、両式より、
Rs=Vr/〔(Vcc−Vr)/R0〕
として、内部抵抗Rsを算出する。
【0031】
ステップ6では、センサ素子11の内部抵抗Rsより、テーブルを参照するなどして、素子温度Tsを算出する。素子温度Tsが高くなるほど、内部抵抗Rsが減少するので、内部抵抗Rsより、素子温度Tsを算出可能だからである。この部分が素子温度算出手段に相当する。
【0032】
ステップ7では、素子温度計測用電圧の印加開始から所定時間後に、スイッチング素子13をOFFにすることで、センサ素子11への素子温度計測用電圧Vccの印加を停止(終了)する。
【0033】
図5はヒータ制御ルーチンのフローチャートであり、通常運転中に所定時間毎に実行される。本ルーチンがヒータ通電量制御手段に相当する。
ステップ11では、図4のルーチンにより算出されている最新の素子温度Tsを読込む。
【0034】
ステップ12では、後述する図6又は図7のルーチンにより設定される目標温度(低温側目標温度TL又は高温側目標温度TH)を読込む。
ステップ13では、実際の素子温度Tsと目標温度との偏差に応じて、周知のPID制御により、素子温度Tsを目標温度に近づけるように、ヒータデューティHDUTY(%)を算出する。
【0035】
具体的には、実際の素子温度Tsが目標温度より低い場合は、ヒータ12への通電量(通電時間割合)を増大させるように、ヒータデューティHDUTYを増大させ、逆に、実際の素子温度Tsが目標温度より高い場合は、ヒータ12への通電量(通電時間割合)を減少させるように、ヒータデューティHDUTYを減少させる。
【0036】
ステップ14では、算出されたヒータデューティHDUTYを出力し、これによりスイッチング素子14のON・OFFでヒータ12への通電量を制御して、素子温度Tsを目標温度に収束させる。
【0037】
ここにおいて、本発明では、ヒータ12への通電量制御による空燃比センサ8の素子温度のフィードバック制御に際し、目標温度を、低温側目標温度TLと高温側目標温度THとに交互に切換える。時間割合で見れば、基本的には低温側目標温度TLに設定し、一時的に高温側目標温度THに切換える。
【0038】
ここでいう低温側目標温度TLとは、空燃比センサの活性温度範囲での下限付近の温度(例えば350℃)であって、センサ素子の被毒の可能性のある温度である。また、高温側目標温度THとは、センサ素子の被毒を解消可能な温度である(例えば750℃)。
【0039】
図6は第1実施形態での目標温度設定ルーチンのフローチャートである。本ルーチンが目標温度切換手段に相当する。
【0040】
ステップ31では、先ず、目標温度を低温側目標温度TL(例えば350℃)に設定する。
そして、ステップ32では、目標温度を低温側目標温度TLに設定した状態での、センサ出力の反転回数を計測し(センサ出力反転回数計測手段)、ステップ33では、反転回数が第1の所定値A以上となったか否かを判定する。
【0041】
第1の所定値A未満であれば、目標温度を低温側目標温度TLに維持して、反転回数の計測を続け、第1の所定値Aに達した時点で、ステップ34へ進む。
ステップ34では、目標温度をセンサ素子が被毒から回復可能な高温側目標温度TH(例えば750℃)に切換える。
【0042】
そして、ステップ35では、目標温度を高温側目標温度THに設定した状態での、センサ出力の反転回数を計測し(センサ出力反転回数計測手段)、ステップ36では、反転回数が第2の所定値B以上となったか否かを判定する。B<Aである。
【0043】
第2の所定値B未満であれば、目標温度を高温側目標温度THに維持して、反転回数の計測を続け、第2の所定値Bに達した時点で、ステップ31へ戻り、再び目標温度を低温側目標温度TLに切換える。
【0044】
このように、ヒータ12への通電量制御による空燃比センサ8の素子温度のフィードバック制御に際し、目標温度をタイムスケジュール(センサ出力の反転回数)に従って交互に切換え、可能な限り目標温度を低温側目標温度TLに設定して、ヒータ12での消費電力の節減を図る一方、低温側目標温度TLでは被毒の可能性があるので、低温側目標温度TLでセンサ出力の反転回数が第1の所定値Aに達したときに、一時的に(センサ出力の反転回数が第2の所定値Bに達するまでの間)、目標温度を高温側目標温度THに切換えて、被毒からの回復を図るのである。
【0045】
すなわち、この第1実施形態は、空燃比センサのセンサ出力の反転周期は概ね一定であることを利用し、センサ出力の反転回数のカウント値に基づいてタイムスケジュールを規定するようにしたものである。尚、前記第1の所定値Aは概ね時間オーダーに相当するのに対し、前記第2の所定値Bは概ね分オーダーに相当するものである(B<A)。
【0046】
従って、ヒータ12での消費電量を最小限に押さえつつ、センサ素子の被毒による影響を回避することができる。
【0047】
尚、空燃比センサの被毒及び被毒解除のメカニズムは、次の通りである。
(1)被毒のメカニズム
大気やオイルに含まれているSiO2 、活性Si、活性P、活性Zr等が、排気ガスを通じて、センサ素子表面(ジルコニア上のPt電極を覆う保護層の表面)に付着する。その後、保護層の中に入り、保護層を目詰まりさせることで、ガス透過性を低下させたり、更にはPt電極に達して付着することにより、Pt電極表面上でのO2 イオンの移動を阻害したりする。
【0048】
(2)被毒解除のメカニズム
素子温度を750℃以上に高くすると、素子に付着していた活性Siや活性P等の活性化エネルギーが増えるため、これらが保護層やPt電極に付着していられなくなり、飛び去ってしまう。
【0049】
次に本発明の他の実施形態について説明する。
図7は第2実施形態での目標温度設定ルーチンのフローチャートであり、図6のフローに代えて実行される。本ルーチンが目標温度切換手段に相当する。
ステップ41では、先ず、目標温度を低温側目標温度TLに設定する。
【0050】
そして、ステップ42では、目標温度を低温側目標温度TLに設定した状態での、センサ出力の反転周期を計測し、ステップ43では、反転周期が第1の所定値A以上となったか否かを判定する。
【0051】
第1の所定値A未満であれば、目標温度を低温側目標温度TLに維持して、反転周期の計測を続け、第1の所定値A以上となった時点で、被毒とみなして、ステップ44へ進む。
【0052】
ステップ44では、目標温度をセンサ素子が被毒から回復可能な高温側目標温度THに切換える。
そして、ステップ45では、目標温度を高温側目標温度THに設定した状態での、センサ出力の反転周期を計測し、ステップ46では、反転周期が第2の所定値B以下となったか否かを判定する。第2の所定値Bは、第1の所定値Aに対しヒステリシスを付けたもので、第1の所定値Aよりヒステリシス分小さく設定される。
【0053】
第2の所定値Bを超えていれば、目標温度を高温側目標温度THに維持して、反転周期の計測を続け、第2の所定値B以下となった時点で、被毒解除とみなして、ステップ41へ戻り、再び目標温度を低温側目標温度TLに切換える。
【0054】
ここで、ステップ42,45の部分がセンサ出力反転周期計測手段に相当し、ステップ43,46の部分が被毒判定手段に相当する。
この第2実施形態は、空燃比センサが被毒すると、図8に示すように、リッチ→リーンの素子の応答性が低下し、センサ出力の反転周期TRVが長くなることから、反転周期を計測して、所定値未満であれば,被毒無しと判定して、低温側目標温度TLに設定することで、ヒータ消費電力の節減を図り、所定値以上であれば、被毒有りと判定して、高温側目標温度THに切換えることで、被毒からの回復を図るのである。
【0055】
素子温度の目標温度設定をタイムスケジュール設定で行った場合は、エンジンの使用環境やガソリン性状等による素子被毒に至る時間のバラツキを考慮して、低温設定時間を短めに、高温設定時間を長めにしなければないが、この第2実施形態では、素子被毒の影響を直接的に監視するため、上述のマージンは不要であるため、ヒータ消費電力をより節減することが可能となる。
【0056】
尚、被毒判定のための反転周期としては、図8の反転周期TRVの他、リッチ→リーンの反転周期TRLを計測してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の構成を示す機能ブロック図
【図2】 本発明の実施形態を示すエンジンの空燃比フィードバック制御装置のシステム図
【図3】 空燃比センサのセンサ素子及びヒータに対する制御回路図
【図4】 素子温度計測ルーチンのフローチャート
【図5】 ヒータ制御ルーチンのフローチャート
【図6】 第1実施形態での目標温度設定ルーチンのフローチャート
【図7】 第2実施形態での目標温度設定ルーチンのフローチャート
【図8】 センサ素子の被毒と反転周期との関係を示す図
【符号の説明】
1 エンジン
3 燃料噴射弁
4 コントロールユニット
7 排気通路
8 空燃比センサ
11 センサ素子
12 ヒータ
13 スイッチング素子
14 スイッチング素子
15 CPU[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heater control device for an air-fuel ratio sensor (including an oxygen sensor) equipped with a heater for heating a sensor element that is mounted on an exhaust system of an internal combustion engine and used for air-fuel ratio control.
[0002]
[Prior art]
As an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine, an air-fuel ratio sensor detects an actual air-fuel ratio based on oxygen concentration in exhaust gas, etc., and feedback-controls the amount of fuel supplied to the engine so that this becomes a target air-fuel ratio It has been known.
[0003]
By the way, in order to perform the above air-fuel ratio feedback control, it is a precondition that the air-fuel ratio sensor is activated, and the air-fuel ratio sensor is activated when its element temperature reaches a predetermined activation temperature. The air-fuel ratio sensor is equipped with a heater for heating the sensor element, and the element temperature is controlled to the target temperature by controlling energization to the heater (for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 7-198679 and 8-278279). See the official gazette).
[0004]
Specifically, the internal resistance of the sensor element is measured, and the energization amount to the heater is feedback-controlled based on the element temperature estimated from this, so that this becomes the target temperature.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, for the purpose of reducing the power consumption in the heater, it is better to keep the target temperature of the element temperature of the air-fuel ratio sensor low near the lower limit (for example, 350 ° C.) of the active temperature range.
[0006]
However, when the element temperature of the air-fuel ratio sensor is lowered, the element is poisoned in a short time, and the inversion period of the sensor output becomes longer due to the poisoning, and the air-fuel ratio control performance is degraded.
[0007]
That is, as shown in FIG. 8 , in the poisoned state of the sensor element, the response of the rich to lean element decreases, and as a result, the air-fuel ratio control system output shifts to the rich side, and the exhaust performance and fuel consumption performance are improved. It will fall.
[0008]
In view of such a conventional problem, an object of the present invention is to reduce power consumption of a heater as much as possible while eliminating poisoning of a sensor element.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, in the invention according to
[0010]
Here, the low temperature side target temperature is a temperature near the lower limit in the active temperature range of the sensor element and is a temperature at which the sensor element may be poisoned. The high temperature side target temperature is a temperature at which the sensor element can recover from poisoning.
[0011]
More specifically, as in the invention according to claim 2 , the target temperature switching means sets the target temperature to the low temperature side target temperature until the number of inversions of the air-fuel ratio sensor output reaches the first predetermined value. After that, the target temperature is set to the high temperature side target temperature until the number of inversions of the air-fuel ratio sensor output reaches the second predetermined value.
[0012]
Further, in the invention according to
[0013]
In the invention according to
[0014]
【The invention's effect】
According to the first to fourth aspects of the invention, when the element temperature of the air-fuel ratio sensor is controlled by controlling the amount of current supplied to the heater, the target temperature is alternately switched between the low temperature side target temperature and the high temperature side target temperature. While trying to reduce heater power consumption at the target temperature, even if poisoned at this time, it can be recovered from poisoning at the target temperature on the high temperature side, eliminating poisoning of the sensor element as much as possible Heater power consumption can be reduced.
[0015]
In particular , according to the first and second aspects of the invention, by utilizing the fact that the inversion period of the air-fuel ratio sensor output is substantially constant, the number of inversions of the sensor output is measured, and the target temperature is set according to the measured number of inversions. More specifically, by switching between the low temperature side target temperature and the high temperature side target temperature, the number of inversions of the sensor output reaches the first predetermined value with the target temperature set to the low temperature side target temperature. The target temperature is switched to the high temperature side target temperature, and when the number of inversions of the sensor output reaches the second predetermined value in this state, the target temperature is set to the low temperature side target. By returning to the temperature, simple control can be realized.
[0016]
Particularly , according to the invention of
[0017]
In particular , according to the fourth aspect of the present invention, when measuring the element temperature, a predetermined voltage for measuring the element temperature is temporarily applied to the sensor element of the air-fuel ratio sensor, and the inside of the sensor element is determined based on the sensor output at this time. By calculating the resistance and calculating the element temperature based on the internal resistance, the element temperature can be accurately measured (estimated).
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 2 is a system diagram of an air-fuel ratio feedback control apparatus for an internal combustion engine.
[0019]
An internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) 1 is provided with a
[0020]
For example, the
[0021]
Here, the air-
[0022]
The air-
[0023]
FIG. 3 shows a control circuit for the
The output voltage Vs of the
[0024]
In addition, a predetermined voltage Vcc (for example, 5 V) for element temperature measurement (for internal resistance measurement) is applied to the
[0025]
A battery voltage VB is applied to the
The
[0026]
Further, the
[0027]
Next, the control content of the
FIG. 4 is a flowchart of the element temperature measurement routine, which is executed at a predetermined crank angle cycle. This routine corresponds to element temperature measuring means.
[0028]
In step 1 (denoted as S1 in the figure, the same applies hereinafter), the sensor output Vs is read in order to detect the air-fuel ratio, and Vaf = Vs, and the air-fuel ratio λ is detected based on this.
In step 2, the switching
[0029]
In
In
[0030]
In
Specifically, if the current flowing through the
Vr = i × Rs
Vcc−Vr = i × R0
So, from both formulas,
Rs = Vr / [(Vcc−Vr) / R0]
As a result, the internal resistance Rs is calculated.
[0031]
In
[0032]
In step 7, the switching
[0033]
FIG. 5 is a flowchart of the heater control routine, which is executed every predetermined time during normal operation. This routine corresponds to heater energization amount control means.
In
[0034]
In
In
[0035]
Specifically, when the actual element temperature Ts is lower than the target temperature, the heater duty HDUTY is increased so as to increase the energization amount (energization time ratio) to the
[0036]
In
[0037]
Here, in the present invention, the target temperature is alternately switched between the low temperature side target temperature TL and the high temperature side target temperature TH in the feedback control of the element temperature of the air-
[0038]
The low temperature side target temperature TL here is a temperature near the lower limit (for example, 350 ° C.) in the activation temperature range of the air-fuel ratio sensor and is a temperature at which the sensor element may be poisoned. The high temperature side target temperature TH is a temperature at which the sensor element can be poisoned (for example, 750 ° C.).
[0039]
FIG. 6 is a flowchart of a target temperature setting routine in the first embodiment. This routine corresponds to target temperature switching means.
[0040]
In step 31, first, the target temperature is set to the low temperature side target temperature TL (for example, 350 ° C.) .
In step 32, the number of inversions of the sensor output with the target temperature set to the low temperature side target temperature TL is measured (sensor output inversion number measuring means). In
[0041]
If it is less than the first predetermined value A, the target temperature is maintained at the low temperature side target temperature TL, the number of inversions is continuously measured, and when the first predetermined value A is reached, the routine proceeds to step 34.
In step 34, the target temperature is switched to a high temperature side target temperature TH (for example, 750 ° C.) at which the sensor element can recover from poisoning.
[0042]
In
[0043]
If it is less than the second predetermined value B, the target temperature is maintained at the high temperature side target temperature TH, and the measurement of the number of inversions is continued. When the second predetermined value B is reached, the process returns to step 31 and the target again The temperature is switched to the low temperature side target temperature TL.
[0044]
In this way, in feedback control of the element temperature of the air-
[0045]
That is, the first embodiment uses the fact that the sensor output inversion period of the air-fuel ratio sensor is substantially constant, and defines the time schedule based on the count value of the number of sensor output inversions. . The first predetermined value A generally corresponds to the time order, while the second predetermined value B generally corresponds to the minute order (B <A).
[0046]
Accordingly, it is possible to avoid the influence due to poisoning of the sensor element while minimizing the power consumption in the
[0047]
The mechanism of poisoning and detoxification of the air-fuel ratio sensor is as follows.
(1) Mechanism of poisoning SiO2, active Si, active P, active Zr, etc. contained in the atmosphere and oil adhere to the surface of the sensor element (the surface of the protective layer covering the Pt electrode on zirconia) through exhaust gas. To do. After that, entering the protective layer and clogging the protective layer, gas permeability is lowered, or even reaches the Pt electrode and adheres, thereby inhibiting the movement of O2 ions on the surface of the Pt electrode. To do.
[0048]
(2) Mechanism of detoxification When the element temperature is increased to 750 ° C. or higher, the activation energy such as active Si and active P adhering to the element increases, so that these adhering to the protective layer and the Pt electrode can be prevented. Disappear and fly away.
[0049]
Next, another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 is a flowchart of a target temperature setting routine in the second embodiment , which is executed instead of the flow of FIG. This routine corresponds to target temperature switching means.
In step 41, first, the target temperature is set to the low temperature side target temperature TL.
[0050]
In step 42, the inversion cycle of the sensor output is measured in a state where the target temperature is set to the low temperature side target temperature TL. In step 43, it is determined whether or not the inversion cycle is equal to or greater than the first predetermined value A. judge.
[0051]
If it is less than the first predetermined value A, the target temperature is maintained at the low temperature side target temperature TL, and the measurement of the inversion period is continued. Proceed to step 44.
[0052]
In step 44, the target temperature is switched to a high temperature side target temperature TH at which the sensor element can recover from poisoning.
In
[0053]
If the second predetermined value B is exceeded, the target temperature is maintained at the high temperature side target temperature TH, and the reversal period is continuously measured. Then, returning to step 41, the target temperature is switched again to the low temperature side target temperature TL.
[0054]
Here, the
In the second embodiment , when the air-fuel ratio sensor is poisoned, the response of the rich-to-lean element decreases as shown in FIG. 8 , and the inversion period TRV of the sensor output becomes longer. Therefore, the inversion period is measured. If it is less than the predetermined value, it is determined that there is no poisoning, and the heater power consumption is reduced by setting the target temperature TL to the low temperature side. Thus, recovery from poisoning can be achieved by switching to the high temperature side target temperature TH.
[0055]
When the target temperature of the element temperature is set by the time schedule setting, the low temperature setting time is shortened and the high temperature setting time is lengthened in consideration of variations in the time to element poisoning due to the engine operating environment and gasoline properties, etc. However, in the second embodiment , since the influence of element poisoning is directly monitored, the above-described margin is unnecessary, so that it is possible to further reduce the heater power consumption.
[0056]
As the inversion cycle for the poisoning determination, in addition to the inversion cycle TRV in FIG. 8 , a rich to lean inversion cycle TRL may be measured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the present invention. FIG. 2 is a system diagram of an air / fuel ratio feedback control device for an engine showing an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a control circuit diagram for sensor elements and heaters of an air / fuel ratio sensor. FIG. 4 is a flowchart of an element temperature measurement routine. FIG. 5 is a flowchart of a heater control routine. FIG. 6 is a flowchart of a target temperature setting routine in the first embodiment. FIG. 7 is a flowchart of a target temperature setting routine in the second embodiment. Flowchart [Fig. 8] Diagram showing relationship between sensor element poisoning and inversion cycle
1 engine
3 Fuel injection valve
4 Control unit
7 Exhaust passage
8 Air-fuel ratio sensor
11 Sensor element
12 Heater
13 Switching element
14 Switching elements
15 CPU
Claims (4)
空燃比センサ出力の反転回数を計測する手段を有し、計測された反転回数に従って、前記目標温度を低温側目標温度と高温側目標温度とに交互に切換える目標温度切換手段を設けたことを特徴とする空燃比センサのヒータ制御装置。In the heater control device for an air-fuel ratio sensor that measures the element temperature of the air-fuel ratio sensor and controls the energization amount to the heater provided in the air-fuel ratio sensor so as to reach the target temperature,
It has means for measuring the number of inversions of the air-fuel ratio sensor output, and provided with target temperature switching means for alternately switching the target temperature between the low temperature side target temperature and the high temperature side target temperature according to the measured number of inversions. A heater control device for an air-fuel ratio sensor.
空燃比センサ出力の反転周期を計測する手段を有し、計測された反転周期が第1の所定値以上となった時点で前記目標温度を低温側目標温度から高温側目標温度に切換え、その後、計測された反転周期が前記第1の所定値より小さく設定された第2の所定値以下となった時点で前記目標温度を高温側目標温度から低温側目標温度に切換えることによって、前記目標温度を低温側目標温度と高温側目標温度とに交互に切換える目標温度切換手段を設けたことを特徴とする空燃比センサのヒータ制御装置。In the heater control device for an air-fuel ratio sensor that measures the element temperature of the air-fuel ratio sensor and controls the energization amount to the heater provided in the air-fuel ratio sensor so as to reach the target temperature,
Means for measuring an inversion period of the air-fuel ratio sensor output, and when the measured inversion period becomes equal to or greater than a first predetermined value, the target temperature is switched from the low temperature side target temperature to the high temperature side target temperature; The target temperature is changed by switching the target temperature from the high temperature side target temperature to the low temperature side target temperature when the measured inversion period becomes equal to or less than the second predetermined value set smaller than the first predetermined value. A heater control apparatus for an air-fuel ratio sensor, characterized in that target temperature switching means for alternately switching between a low temperature side target temperature and a high temperature side target temperature is provided.
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