JPH1073564A - 全領域空燃比センサの活性状態検出方法及び装置 - Google Patents
全領域空燃比センサの活性状態検出方法及び装置Info
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- JPH1073564A JPH1073564A JP8247074A JP24707496A JPH1073564A JP H1073564 A JPH1073564 A JP H1073564A JP 8247074 A JP8247074 A JP 8247074A JP 24707496 A JP24707496 A JP 24707496A JP H1073564 A JPH1073564 A JP H1073564A
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Classifications
-
- 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
- F02D41/1493—Details
- F02D41/1494—Control of sensor heater
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- 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
- G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電流印加停止後の電圧の変化にかかわらず全
領域空燃比センサの活性を正確に検出する活性状態検出
方法を提供する。 【解決手段】 エンジン始動直後、ヒータ７０への電流
の印加を開始する（Ｓ００）。次に起電力セル２４へポ
ンピングの為の電流Ｉｃｐを流す（Ｓ１０）。そして、
所定時間Ｔｉｎの経過を待つ（Ｓ１８）。時間Ｔｉｎ経
過後起電力セルの両電極間の電圧Ｖｓを検出し（Ｓ２
０）Ｖｓ０とする（Ｓ２２）。次にＩｃｐを印加停止し
（Ｓ３０）２５ｍｓ経過するまで待機する（Ｓ３５）。
２５ｍｓ経過経過した時点で起電力セルの両面の電極間
の電圧Ｖｓを検出し（Ｓ４０）Ｖｓ１とする（Ｓ４
５）。そして、Ｖｓ０及びＶｓ１及びＩｃｐから起電力
セルの抵抗値Ｒｓ１を算出する（Ｓ５０）。次に、抵抗
値Ｒｓ１を予め用意された値Ｒｓｓと比較し（Ｓ５
５）、Ｒｓ１がＲｓｓよりも小さい場合には起電力セル
が活性状態に達したと判断する。
領域空燃比センサの活性を正確に検出する活性状態検出
方法を提供する。 【解決手段】 エンジン始動直後、ヒータ７０への電流
の印加を開始する（Ｓ００）。次に起電力セル２４へポ
ンピングの為の電流Ｉｃｐを流す（Ｓ１０）。そして、
所定時間Ｔｉｎの経過を待つ（Ｓ１８）。時間Ｔｉｎ経
過後起電力セルの両電極間の電圧Ｖｓを検出し（Ｓ２
０）Ｖｓ０とする（Ｓ２２）。次にＩｃｐを印加停止し
（Ｓ３０）２５ｍｓ経過するまで待機する（Ｓ３５）。
２５ｍｓ経過経過した時点で起電力セルの両面の電極間
の電圧Ｖｓを検出し（Ｓ４０）Ｖｓ１とする（Ｓ４
５）。そして、Ｖｓ０及びＶｓ１及びＩｃｐから起電力
セルの抵抗値Ｒｓ１を算出する（Ｓ５０）。次に、抵抗
値Ｒｓ１を予め用意された値Ｒｓｓと比較し（Ｓ５
５）、Ｒｓ１がＲｓｓよりも小さい場合には起電力セル
が活性状態に達したと判断する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排気ガ
ス中に含まれる酸素の濃度を検出する全領域空燃比セン
サが活性したか否かを検出する活性状態検出方法及び装
置に関するものである。
ス中に含まれる酸素の濃度を検出する全領域空燃比セン
サが活性したか否かを検出する活性状態検出方法及び装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】エンジンに供給する混合気の空燃比を目
標値に制御し、排気ガス中のＣＯ、ＮＯx 、ＨＣを軽減
するために、排気系に酸素センサを設け、空燃比と相関
関係を持つ排気中の酸素濃度に応じて、燃料供給量をフ
ィードバック制御することが知られている。このフィー
ドバック制御に用いられる酸素センサとしては、特定の
酸素濃度（特に理論空燃比雰囲気）で出力がステップ状
に変化するλセンサと、リーン領域からリッチ領域まで
連続的に出力が変化する全領域空燃比センサとが主に用
いられている。全領域空燃比センサは、上述したように
排気ガス中の酸素濃度を連続的に測定でき、フィードバ
ック制御の速度及び精度を向上させ得るため、より高速
な高精度制御が要求される際に用いられている。
標値に制御し、排気ガス中のＣＯ、ＮＯx 、ＨＣを軽減
するために、排気系に酸素センサを設け、空燃比と相関
関係を持つ排気中の酸素濃度に応じて、燃料供給量をフ
ィードバック制御することが知られている。このフィー
ドバック制御に用いられる酸素センサとしては、特定の
酸素濃度（特に理論空燃比雰囲気）で出力がステップ状
に変化するλセンサと、リーン領域からリッチ領域まで
連続的に出力が変化する全領域空燃比センサとが主に用
いられている。全領域空燃比センサは、上述したように
排気ガス中の酸素濃度を連続的に測定でき、フィードバ
ック制御の速度及び精度を向上させ得るため、より高速
な高精度制御が要求される際に用いられている。
【０００３】全領域空燃比センサは、酸素イオン伝導性
固体電解質体の２つのセルを間隙を介して対向配設し、
一方のセルを間隙内の酸素を周囲にくみ出すもしくは周
囲から酸素を組み込むポンプセルとして用い、また、他
方のセルを酸素基準室と間隙との酸素濃度差によって電
圧を生じる起電力セルとして用い、起電力セルの出力が
一定になるようにポンプセルを動作させ、その時に該ポ
ンプセルに流す電流を、測定酸素濃度比例値として測定
する。この全領域空燃比センサの動作原理は、本出願人
の出願に係る特開昭６２−１４８８４９号中に詳述され
ている。
固体電解質体の２つのセルを間隙を介して対向配設し、
一方のセルを間隙内の酸素を周囲にくみ出すもしくは周
囲から酸素を組み込むポンプセルとして用い、また、他
方のセルを酸素基準室と間隙との酸素濃度差によって電
圧を生じる起電力セルとして用い、起電力セルの出力が
一定になるようにポンプセルを動作させ、その時に該ポ
ンプセルに流す電流を、測定酸素濃度比例値として測定
する。この全領域空燃比センサの動作原理は、本出願人
の出願に係る特開昭６２−１４８８４９号中に詳述され
ている。
【０００４】上記フィードバック制御による排気ガスの
削減は、エンジンの暖気が完了した後に開始している。
これは、上記全領域空燃比センサが所定温度以上に加熱
して酸素イオン伝導性固定電解質の活性を高めた後でな
ければ、動作し得ないからである。このため、全領域空
燃比センサに加熱用のヒータを配設し、エンジン始動後
に可能な限り早く動作を開始させている。
削減は、エンジンの暖気が完了した後に開始している。
これは、上記全領域空燃比センサが所定温度以上に加熱
して酸素イオン伝導性固定電解質の活性を高めた後でな
ければ、動作し得ないからである。このため、全領域空
燃比センサに加熱用のヒータを配設し、エンジン始動後
に可能な限り早く動作を開始させている。
【０００５】ここで、上記全領域空燃比センサによるフ
ィードバック制御を開始する以前には、エンジンを停止
させないように空燃比をリッチ側に制御しているため、
相対的に高い濃度のＣＯ、ＣＨが排出されている。この
高濃度の排ガスを排出を短時間で完了させるため、極力
早い時点から全領域空燃比センサが動作し得るように、
全領域空燃比センサが活性したか否かを、起電力セルに
一定の電流もしくは電圧を印加して、抵抗値を測定用す
ることで判断している。
ィードバック制御を開始する以前には、エンジンを停止
させないように空燃比をリッチ側に制御しているため、
相対的に高い濃度のＣＯ、ＣＨが排出されている。この
高濃度の排ガスを排出を短時間で完了させるため、極力
早い時点から全領域空燃比センサが動作し得るように、
全領域空燃比センサが活性したか否かを、起電力セルに
一定の電流もしくは電圧を印加して、抵抗値を測定用す
ることで判断している。
【０００６】この従来技術の判断方法について、図８
（Ａ）を参照して説明する。図８（Ａ）は、一定電流を
流した際の起電力セルの電圧Ｖｓを示している。起電力
セルは、ヒータによって加熱され徐々に抵抗値が低下し
て行く。即ち、抵抗値に基づき起電力セルの温度を推定
し、起電力セルが活性する温度に達したかを判断してい
る。ここでは、起電力セルの電圧がＶｓ１に達した際
に、起電力セル（全領域空燃比センサ）の活性温度に達
したと判断し、更に１０秒程度の余裕をみてから、全領
域空燃比センサの動作を開始させていた。
（Ａ）を参照して説明する。図８（Ａ）は、一定電流を
流した際の起電力セルの電圧Ｖｓを示している。起電力
セルは、ヒータによって加熱され徐々に抵抗値が低下し
て行く。即ち、抵抗値に基づき起電力セルの温度を推定
し、起電力セルが活性する温度に達したかを判断してい
る。ここでは、起電力セルの電圧がＶｓ１に達した際
に、起電力セル（全領域空燃比センサ）の活性温度に達
したと判断し、更に１０秒程度の余裕をみてから、全領
域空燃比センサの動作を開始させていた。
【０００７】ここで、上記従来技術において、１０秒程
度の余裕をみてから全領域空燃比センサを動作させるの
は、起電力セルの電圧Ｖｓは、周囲雰囲気によって異な
ってくるからである。即ち、周囲雰囲気中の酸素濃度に
基づき起電力セルに電位が発生するため、該起電力セル
の回りの雰囲気がリッチかリーンかで、上記Ｖｓ１に達
した際の起電力セルの温度が異なる。このため、実際に
は活性していない場合を想定し、１０秒程度加熱を続け
ていた。
度の余裕をみてから全領域空燃比センサを動作させるの
は、起電力セルの電圧Ｖｓは、周囲雰囲気によって異な
ってくるからである。即ち、周囲雰囲気中の酸素濃度に
基づき起電力セルに電位が発生するため、該起電力セル
の回りの雰囲気がリッチかリーンかで、上記Ｖｓ１に達
した際の起電力セルの温度が異なる。このため、実際に
は活性していない場合を想定し、１０秒程度加熱を続け
ていた。
【０００８】起電力セルが活性したか否かを更に正確に
検出するため、特開平４−３１３０５６号が提案されて
いる。この技術では、図８（Ｂ）に示すように、起電力
セルに印加する電流を周期的に断とし、電流断とした際
の電圧降下Ｖｓｄ３から、起電力セルの抵抗を測定し、
該抵抗値に基づき起電力セルが活性したか否かを判断し
ている。即ち、起電力セルの電圧Ｖｓは、起電力セルの
抵抗値と該起電力セルに流す電流との積に、該起電力セ
ルの内部起電力（以下単に起電力とも言う）を加えたも
のであり、電流を断とした際の電圧降下は、起電力セル
の抵抗値のみに依存するため、周囲雰囲気に左右される
内部起電力とは無関係に起電力セルの温度を測定でき
る。
検出するため、特開平４−３１３０５６号が提案されて
いる。この技術では、図８（Ｂ）に示すように、起電力
セルに印加する電流を周期的に断とし、電流断とした際
の電圧降下Ｖｓｄ３から、起電力セルの抵抗を測定し、
該抵抗値に基づき起電力セルが活性したか否かを判断し
ている。即ち、起電力セルの電圧Ｖｓは、起電力セルの
抵抗値と該起電力セルに流す電流との積に、該起電力セ
ルの内部起電力（以下単に起電力とも言う）を加えたも
のであり、電流を断とした際の電圧降下は、起電力セル
の抵抗値のみに依存するため、周囲雰囲気に左右される
内部起電力とは無関係に起電力セルの温度を測定でき
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術の方法では、起電力セルの抵抗を正確に検出する
ことは不十分である事が解った。即ち、起電力セルに印
加する電流もしくは電圧の印加を停止した後の起電力セ
ルの両面の電極間の電圧は必ずしも一定ではなく、極め
て短い時間（例えば１ｍｓ以下の時間）の間にも刻々と
変化し、電流もしくは電圧の印加を停止した後のいずれ
のタイミングで起電力セルの両面の電極間の電圧を測定
すれば、センサの活性を正確に検出出来るかが判然とし
ないという問題が明らかとなった。
来技術の方法では、起電力セルの抵抗を正確に検出する
ことは不十分である事が解った。即ち、起電力セルに印
加する電流もしくは電圧の印加を停止した後の起電力セ
ルの両面の電極間の電圧は必ずしも一定ではなく、極め
て短い時間（例えば１ｍｓ以下の時間）の間にも刻々と
変化し、電流もしくは電圧の印加を停止した後のいずれ
のタイミングで起電力セルの両面の電極間の電圧を測定
すれば、センサの活性を正確に検出出来るかが判然とし
ないという問題が明らかとなった。
【００１０】この極めて短い時間における電圧の変化の
原因は、はっきりと立証されてはいないが大凡以下の様
な理由であると推測される。図１において起電力セル２
４は、固体電解質体の両面に電極２２、２８を備えた構
造であり、等価回路的には単純な純抵抗ではなく、抵抗
と潜在的な静電容量が組み合わされた複素インピーダン
スとしての特性を有している。従って、上記のように印
加電圧のステップ的な変化（停止）に対してはその応答
はステップ的には起きずに、幾つかの指数関数的な変化
を重ね合わせた複雑な変化を示す事になる。
原因は、はっきりと立証されてはいないが大凡以下の様
な理由であると推測される。図１において起電力セル２
４は、固体電解質体の両面に電極２２、２８を備えた構
造であり、等価回路的には単純な純抵抗ではなく、抵抗
と潜在的な静電容量が組み合わされた複素インピーダン
スとしての特性を有している。従って、上記のように印
加電圧のステップ的な変化（停止）に対してはその応答
はステップ的には起きずに、幾つかの指数関数的な変化
を重ね合わせた複雑な変化を示す事になる。
【００１１】この場合、適当なタイミングで検出した電
圧を用いて活性を判断すると、全領域空燃比センサの出
力が不正確となったり、活性の判断が遅れることによっ
て自動車の空燃比制御が十分に機能しないという不具合
が有る。
圧を用いて活性を判断すると、全領域空燃比センサの出
力が不正確となったり、活性の判断が遅れることによっ
て自動車の空燃比制御が十分に機能しないという不具合
が有る。
【００１２】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、電流印
加停止後の電圧の変化にかかわらず全領域空燃比センサ
の活性を正確に検出する活性状態検出方法及び装置を提
供することを目的とする。
なされたものであり、その目的とするところは、電流印
加停止後の電圧の変化にかかわらず全領域空燃比センサ
の活性を正確に検出する活性状態検出方法及び装置を提
供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１では、加熱用ヒータによって加熱される酸
素イオン伝導性固体電解質体の両面に多孔質電極が設け
られた２つのセルを、間隙を介して対向配設し、一方の
セルを前記間隙内の酸素を周囲に汲み出すもしくは酸素
を汲み込むポンプセル、他方のセルを酸素基準室と前記
間隙との酸素濃度差によって電圧を生じる起電力セルと
してそれぞれ使用し、空燃比を測定する全領域空燃比セ
ンサにおいて、前記起電力セルへ電流もしくは電圧を印
加する第１のステップと、該起電力セルの両面の電極間
の電圧Ｖ０を検出する第２のステップと、該起電力セル
に印加した電流もしくは電圧の印加を停止する第３のス
テップと、 前記第３のステップの後、１０ｍｓ〜５０
ｍｓの時間経過後に該起電力セルの両面の電極間の電圧
Ｖ１を検出する第４のステップと、前記第２のステップ
において検出されたＶ０及び第４のステップにおいて検
出されたＶ１から前記全領域空燃比センサの活性状態を
検出する第５のステップと、からなることを技術的特徴
とする。
め、請求項１では、加熱用ヒータによって加熱される酸
素イオン伝導性固体電解質体の両面に多孔質電極が設け
られた２つのセルを、間隙を介して対向配設し、一方の
セルを前記間隙内の酸素を周囲に汲み出すもしくは酸素
を汲み込むポンプセル、他方のセルを酸素基準室と前記
間隙との酸素濃度差によって電圧を生じる起電力セルと
してそれぞれ使用し、空燃比を測定する全領域空燃比セ
ンサにおいて、前記起電力セルへ電流もしくは電圧を印
加する第１のステップと、該起電力セルの両面の電極間
の電圧Ｖ０を検出する第２のステップと、該起電力セル
に印加した電流もしくは電圧の印加を停止する第３のス
テップと、 前記第３のステップの後、１０ｍｓ〜５０
ｍｓの時間経過後に該起電力セルの両面の電極間の電圧
Ｖ１を検出する第４のステップと、前記第２のステップ
において検出されたＶ０及び第４のステップにおいて検
出されたＶ１から前記全領域空燃比センサの活性状態を
検出する第５のステップと、からなることを技術的特徴
とする。
【００１４】また、請求項２では、請求項１において、
前記第５のステップは、前記Ｖ０及びＶ１から前記起電
力セルの抵抗値Ｒｓ１を検出し、該抵抗値Ｒｓ１が所定
の大きさ以下のときに、前記全領域空燃比センサが活性
であることを検出することを技術的特徴とする。
前記第５のステップは、前記Ｖ０及びＶ１から前記起電
力セルの抵抗値Ｒｓ１を検出し、該抵抗値Ｒｓ１が所定
の大きさ以下のときに、前記全領域空燃比センサが活性
であることを検出することを技術的特徴とする。
【００１５】また、請求項３では、請求項１又は２にお
いて、前記第３のステップを、前記加熱用ヒータに通電
を開始した後、所定時間経過後に実行することを技術的
特徴とする。
いて、前記第３のステップを、前記加熱用ヒータに通電
を開始した後、所定時間経過後に実行することを技術的
特徴とする。
【００１６】また、請求項４では、請求項１又は２にお
いて、前記第３のステップを、前記第２のステップで検
出されたＶ０が所定の大きさ以下となった後に実行する
ことを技術的特徴とする。
いて、前記第３のステップを、前記第２のステップで検
出されたＶ０が所定の大きさ以下となった後に実行する
ことを技術的特徴とする。
【００１７】上記の目的を達成するため、請求項５で
は、加熱用ヒータによって加熱される酸素イオン伝導性
固体電解質体の両面に多孔質電極が設けられた２つのセ
ルを、間隙を介して対向配設し、一方のセルを前記間隙
内の酸素を周囲に汲み出すもしくは酸素を汲み込むポン
プセル、他方のセルを酸素基準室と前記間隙との酸素濃
度差によって電圧を生じる起電力セルとしてそれぞれ使
用し、空燃比を測定する全領域空燃比センサであって、
前記起電力セルへ電流もしくは電圧を印加する電流もし
くは電圧印加手段と、該起電力セルの両面の電極間の電
圧Ｖ０を検出するＶ０電圧検出手段と、前記加熱用ヒー
タに通電を開始した後、所定時間経過後に該起電力セル
に印加した電流もしくは電圧の印加を停止する印加停止
手段と、前記印加電流もしくは電圧を停止した後、１０
ｍｓ〜５０ｍｓの時間経過後に該起電力セルの両面の電
極間の電圧Ｖ１を検出するＶ１電圧検出手段と前記Ｖ０
及びＶ１から前記起電力セルの抵抗値Ｒｓ２を検出し、
該抵抗値Ｒｓ２が所定の大きさ以下のときに、前記全領
域空燃比センサが活性であることを検出する活性検出手
段と、を備えたことを技術的特徴とする。
は、加熱用ヒータによって加熱される酸素イオン伝導性
固体電解質体の両面に多孔質電極が設けられた２つのセ
ルを、間隙を介して対向配設し、一方のセルを前記間隙
内の酸素を周囲に汲み出すもしくは酸素を汲み込むポン
プセル、他方のセルを酸素基準室と前記間隙との酸素濃
度差によって電圧を生じる起電力セルとしてそれぞれ使
用し、空燃比を測定する全領域空燃比センサであって、
前記起電力セルへ電流もしくは電圧を印加する電流もし
くは電圧印加手段と、該起電力セルの両面の電極間の電
圧Ｖ０を検出するＶ０電圧検出手段と、前記加熱用ヒー
タに通電を開始した後、所定時間経過後に該起電力セル
に印加した電流もしくは電圧の印加を停止する印加停止
手段と、前記印加電流もしくは電圧を停止した後、１０
ｍｓ〜５０ｍｓの時間経過後に該起電力セルの両面の電
極間の電圧Ｖ１を検出するＶ１電圧検出手段と前記Ｖ０
及びＶ１から前記起電力セルの抵抗値Ｒｓ２を検出し、
該抵抗値Ｒｓ２が所定の大きさ以下のときに、前記全領
域空燃比センサが活性であることを検出する活性検出手
段と、を備えたことを技術的特徴とする。
【００１８】上記の目的を達成するため、請求項６で
は、加熱用ヒータによって加熱される酸素イオン伝導性
固体電解質体の両面に多孔質電極が設けられた２つのセ
ルを、間隙を介して対向配設し、一方のセルを前記間隙
内の酸素を周囲に汲み出すもしくは酸素を汲み込むポン
プセル、他方のセルを酸素基準室と前記間隙との酸素濃
度差によって電圧を生じる起電力セルとしてそれぞれ使
用し、空燃比を測定する全領域空燃比センサであって、
前記起電力セルへ電流もしくは電圧を印加する電流もし
くは電圧印加手段と、該起電力セルの両面の電極間の電
圧Ｖ０を検出するＶ０電圧検出手段と、前記電圧Ｖ０が
所定の大きさ以下になった後に該起電力セルに印加した
電流もしくは電圧の印加を停止する印加停止手段と、前
記印加電流もしくは電圧を停止した後、１０ｍｓ〜５０
ｍｓの時間経過後に該起電力セルの両面の電極間の電圧
Ｖ１を検出するＶ１電圧検出手段と前記Ｖ０及びＶ１か
ら前記起電力セルの抵抗値Ｒｓ２を検出し、該抵抗値Ｒ
ｓ２が所定の大きさ以下のときに、前記全領域空燃比セ
ンサが活性であることを検出する活性検出手段と、を備
えたことを技術的特徴とする。
は、加熱用ヒータによって加熱される酸素イオン伝導性
固体電解質体の両面に多孔質電極が設けられた２つのセ
ルを、間隙を介して対向配設し、一方のセルを前記間隙
内の酸素を周囲に汲み出すもしくは酸素を汲み込むポン
プセル、他方のセルを酸素基準室と前記間隙との酸素濃
度差によって電圧を生じる起電力セルとしてそれぞれ使
用し、空燃比を測定する全領域空燃比センサであって、
前記起電力セルへ電流もしくは電圧を印加する電流もし
くは電圧印加手段と、該起電力セルの両面の電極間の電
圧Ｖ０を検出するＶ０電圧検出手段と、前記電圧Ｖ０が
所定の大きさ以下になった後に該起電力セルに印加した
電流もしくは電圧の印加を停止する印加停止手段と、前
記印加電流もしくは電圧を停止した後、１０ｍｓ〜５０
ｍｓの時間経過後に該起電力セルの両面の電極間の電圧
Ｖ１を検出するＶ１電圧検出手段と前記Ｖ０及びＶ１か
ら前記起電力セルの抵抗値Ｒｓ２を検出し、該抵抗値Ｒ
ｓ２が所定の大きさ以下のときに、前記全領域空燃比セ
ンサが活性であることを検出する活性検出手段と、を備
えたことを技術的特徴とする。
【００１９】請求項１の発明では、前記起電力セルへの
電流もしくは電圧の停止（以下単に印加停止とも言う）
の後１０ｍｓ〜５０ｍｓの時間において測定した起電力
セルの両面の電極間の電圧を用いているので、正確に全
領域空燃比センサ（以下単にセンサともいう）の活性状
態を検出できる。即ち、起電力セルは固体電解質体の両
面に電極を備えた構造であり、等価回路的には単純な純
抵抗ではなく、抵抗と潜在的な静電容量が組み合わされ
た複素インピーダンスとしての特性を有しているが、そ
のために印加停止の後の起電力セルの電圧は徐々に減少
する傾向を有している。この場合、印加停止の直後１０
ｍｓ以下の時間で測定される起電力セルの電圧は、起電
力セルの複素インピーダンスの抵抗値の内、固体電解質
体のバルク抵抗の影響を色濃く反映するものとなる。そ
の場合、印加停止前の測定電圧である前記Ｖ０及び印加
停止後の測定電圧からは、固体電解質体のバルク部分の
活性は検出できる。しかし、起電力セルの活性とは固体
電解質体のバルク部分だけによるのではなく、固体電解
質体とその両面に接合された電極との間の接触状態や電
極そのものの活性状態にも依存するため、それら全体の
活性状態を検出しなければ起電力セルの活性を検出でき
た事にはならない。一方、印加停止後１０ｍｓ〜５０ｍ
ｓの時間で測定される起電力セルの電圧は、起電力セル
の複素インピーダンスの抵抗値の内、固体電解質体のバ
ルク部分の活性状態だけでなく電極との間の接触状態や
電極そのものの活性状態を含んだ全体の状態を現す抵抗
値を反映することになるため、正確に起電力セルの活性
状態、即ちセンサの活性状態を検出できる。（なお、本
願では便宜上電流を外部から電圧を印加して強制的に流
す事を、電圧を加える事に類似の作用を有するとみな
し、電圧を印加するに倣い電流を印加すると表現す
る。）
電流もしくは電圧の停止（以下単に印加停止とも言う）
の後１０ｍｓ〜５０ｍｓの時間において測定した起電力
セルの両面の電極間の電圧を用いているので、正確に全
領域空燃比センサ（以下単にセンサともいう）の活性状
態を検出できる。即ち、起電力セルは固体電解質体の両
面に電極を備えた構造であり、等価回路的には単純な純
抵抗ではなく、抵抗と潜在的な静電容量が組み合わされ
た複素インピーダンスとしての特性を有しているが、そ
のために印加停止の後の起電力セルの電圧は徐々に減少
する傾向を有している。この場合、印加停止の直後１０
ｍｓ以下の時間で測定される起電力セルの電圧は、起電
力セルの複素インピーダンスの抵抗値の内、固体電解質
体のバルク抵抗の影響を色濃く反映するものとなる。そ
の場合、印加停止前の測定電圧である前記Ｖ０及び印加
停止後の測定電圧からは、固体電解質体のバルク部分の
活性は検出できる。しかし、起電力セルの活性とは固体
電解質体のバルク部分だけによるのではなく、固体電解
質体とその両面に接合された電極との間の接触状態や電
極そのものの活性状態にも依存するため、それら全体の
活性状態を検出しなければ起電力セルの活性を検出でき
た事にはならない。一方、印加停止後１０ｍｓ〜５０ｍ
ｓの時間で測定される起電力セルの電圧は、起電力セル
の複素インピーダンスの抵抗値の内、固体電解質体のバ
ルク部分の活性状態だけでなく電極との間の接触状態や
電極そのものの活性状態を含んだ全体の状態を現す抵抗
値を反映することになるため、正確に起電力セルの活性
状態、即ちセンサの活性状態を検出できる。（なお、本
願では便宜上電流を外部から電圧を印加して強制的に流
す事を、電圧を加える事に類似の作用を有するとみな
し、電圧を印加するに倣い電流を印加すると表現す
る。）
【００２０】請求項２の発明は、前記Ｖ０、Ｖ１から起
電力セルの活性状態を検出するための一つの方法であ
り、単純にＶ０、Ｖ１を用いて活性状態を検出するので
はなく、これらの数値から実際に起電力セルの抵抗値を
検出する事で、起電力セルの活性状態を検出するので、
検出するためのパラメータが一つになり、その後の検出
のための処理が容易になる。
電力セルの活性状態を検出するための一つの方法であ
り、単純にＶ０、Ｖ１を用いて活性状態を検出するので
はなく、これらの数値から実際に起電力セルの抵抗値を
検出する事で、起電力セルの活性状態を検出するので、
検出するためのパラメータが一つになり、その後の検出
のための処理が容易になる。
【００２１】請求項３，５の発明では、印加停止を加熱
用ヒータに通電を開始してから所定時間経過後に開始す
るため、明らかに不活性状態に有ると推測される起電力
セルの活性状態を検出するために繁雑な検出作業を無駄
に繰り返す必要が無い。
用ヒータに通電を開始してから所定時間経過後に開始す
るため、明らかに不活性状態に有ると推測される起電力
セルの活性状態を検出するために繁雑な検出作業を無駄
に繰り返す必要が無い。
【００２２】請求項４，６の発明では、請求項３の発明
のように加熱用ヒータに通電開始してからの時間で印加
停止を開始すると、例えば、エンジンの一時的な停止の
ようにセンサの加熱用ヒータの通電を遮断して直に再開
した等のときには、不必要に活性状態の検出を遅れて再
開する事になるが、起電力セルに電流を流した状態で、
その両面の電極間の電圧を測定すると、その電圧値から
およその活性状態が推定されるので、その両面の電極間
の電圧が所定の大きさ以下になってから印加停止を始め
る事で、不必要に活性状態の検出を遅れて再開する事を
回避する事が出来る。
のように加熱用ヒータに通電開始してからの時間で印加
停止を開始すると、例えば、エンジンの一時的な停止の
ようにセンサの加熱用ヒータの通電を遮断して直に再開
した等のときには、不必要に活性状態の検出を遅れて再
開する事になるが、起電力セルに電流を流した状態で、
その両面の電極間の電圧を測定すると、その電圧値から
およその活性状態が推定されるので、その両面の電極間
の電圧が所定の大きさ以下になってから印加停止を始め
る事で、不必要に活性状態の検出を遅れて再開する事を
回避する事が出来る。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施態
様について図を参照して説明する。図１は、本発明の一
実施態様に係る全領域空燃比センサを示している。セル
１０は排気ガス系に配設される。該セル１０は、排気ガ
ス中の酸素濃度を測定すると共に該セル１０の温度を測
定し活性しているか否かを検出するコントローラ５０に
接続されている。このセル１０には、ヒータ制御回路６
０にて制御されるヒータ７０が、図示しないセラミック
製接合剤を介して取り付けられている。ヒータ７０は、
絶縁材料としてアルミナ等のセラミックから成りその内
部にヒータ配線７２が配設されている。ヒータ制御回路
６０は、コントローラ５０により測定されるセル１０の
抵抗値を、目標値になるようヒータ７０へ電力を印加
し、該セル１０の温度を設定値まで上昇させると共に、
該設定値に維持する。
様について図を参照して説明する。図１は、本発明の一
実施態様に係る全領域空燃比センサを示している。セル
１０は排気ガス系に配設される。該セル１０は、排気ガ
ス中の酸素濃度を測定すると共に該セル１０の温度を測
定し活性しているか否かを検出するコントローラ５０に
接続されている。このセル１０には、ヒータ制御回路６
０にて制御されるヒータ７０が、図示しないセラミック
製接合剤を介して取り付けられている。ヒータ７０は、
絶縁材料としてアルミナ等のセラミックから成りその内
部にヒータ配線７２が配設されている。ヒータ制御回路
６０は、コントローラ５０により測定されるセル１０の
抵抗値を、目標値になるようヒータ７０へ電力を印加
し、該セル１０の温度を設定値まで上昇させると共に、
該設定値に維持する。
【００２４】セル１０は、ポンプセル１４と、多孔質拡
散層１８と、起電力セル２４と、補強板３０とを積層す
ることにより構成されている。ポンプセル１４は、酸素
イオン伝導性固定電解質材料である安定化または部分安
定化ジルコニア（ＺｒＯ2 )により形成され、その表面
と裏面のそれぞれに主として白金で形成された多孔質電
極１２、１６を有している。測定ガスに晒される表面側
の多孔質電極１２は、Ｉｐ電流を流すためにＩｐ＋電圧
が印加されるためＩｐ＋電極として参照する。また、裏
面側の多孔質電極１６は、Ｉｐ電流を流すためにＩｐ−
電圧が印加されるためＩｐ−電極として参照する。
散層１８と、起電力セル２４と、補強板３０とを積層す
ることにより構成されている。ポンプセル１４は、酸素
イオン伝導性固定電解質材料である安定化または部分安
定化ジルコニア（ＺｒＯ2 )により形成され、その表面
と裏面のそれぞれに主として白金で形成された多孔質電
極１２、１６を有している。測定ガスに晒される表面側
の多孔質電極１２は、Ｉｐ電流を流すためにＩｐ＋電圧
が印加されるためＩｐ＋電極として参照する。また、裏
面側の多孔質電極１６は、Ｉｐ電流を流すためにＩｐ−
電圧が印加されるためＩｐ−電極として参照する。
【００２５】起電力セル２４も同様に安定化または部分
安定化ジルコニア（ＺｒＯ2 ）により形成され、その表
面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された多孔質
電極２２、２８を有している。間隙２０側に配設された
多孔質電極１８は、起電力セル２４の起電力の−電圧が
生じるためＶｓ−電極として参照し、また、基準酸素室
２６側に配設された多孔質電極２８は、起電力セル２４
の起電力の＋電圧が生じるためＶｓ＋電極として参照す
る。なお、基準酸素室２６の基準酸素は多孔質電極２２
により一定酸素を多孔質電極２８にポンピングする事に
よって生成する。ポンプセル１４と起電力セル２４との
間には、多孔質拡散層１８により包囲された間隙２０が
形成されている。即ち、該間隙２０は、多孔質拡散層１
８を介して測定ガス雰囲気と連通されている。
安定化ジルコニア（ＺｒＯ2 ）により形成され、その表
面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された多孔質
電極２２、２８を有している。間隙２０側に配設された
多孔質電極１８は、起電力セル２４の起電力の−電圧が
生じるためＶｓ−電極として参照し、また、基準酸素室
２６側に配設された多孔質電極２８は、起電力セル２４
の起電力の＋電圧が生じるためＶｓ＋電極として参照す
る。なお、基準酸素室２６の基準酸素は多孔質電極２２
により一定酸素を多孔質電極２８にポンピングする事に
よって生成する。ポンプセル１４と起電力セル２４との
間には、多孔質拡散層１８により包囲された間隙２０が
形成されている。即ち、該間隙２０は、多孔質拡散層１
８を介して測定ガス雰囲気と連通されている。
【００２６】ここで、測定ガスの酸素濃度と間隙２０の
酸素濃度との差に応じた酸素が、間隙２０側に多孔質拡
散層１８を介して拡散して行く。ここで、間隙２０内の
雰囲気が理論空燃比に保たれるとき、ほぼ酸素濃度が一
定に保たれている基準酸素室２６との間で、起電力セル
２４のＶｓ＋電極２８とＶｓ−電極２２との間には、約
０．４５ｖの電位が発生する。このため、コントローラ
５０は、ポンプセル１４に流す電流Ｉｐを、上記起電力
セル２４の起電力が０．４５ｖとなるように調整するこ
とで、間隙２０内の雰囲気を理論空燃比に保ち、この理
論空燃比に保つためのポンプセル電流量Ｉｐに基づき、
測定ガス中の酸素濃度を測定する。
酸素濃度との差に応じた酸素が、間隙２０側に多孔質拡
散層１８を介して拡散して行く。ここで、間隙２０内の
雰囲気が理論空燃比に保たれるとき、ほぼ酸素濃度が一
定に保たれている基準酸素室２６との間で、起電力セル
２４のＶｓ＋電極２８とＶｓ−電極２２との間には、約
０．４５ｖの電位が発生する。このため、コントローラ
５０は、ポンプセル１４に流す電流Ｉｐを、上記起電力
セル２４の起電力が０．４５ｖとなるように調整するこ
とで、間隙２０内の雰囲気を理論空燃比に保ち、この理
論空燃比に保つためのポンプセル電流量Ｉｐに基づき、
測定ガス中の酸素濃度を測定する。
【００２７】引き続き、コントローラ５０による活性状
態検出の動作についてを図２乃至図５を参照して説明す
る。このコントローラ５０は、エンジンの始動後、ヒー
タ制御回路６０を介してヒータ７０に電流を流し、セル
１０を加熱して活性化させる。そして、起電力セル２４
に電流Ｉｃｐを流し、基準酸素室２６に酸素をポンピン
グするとともに、起電力セル２４の温度が高まり活性状
態に達したか否かを起電力セル２４の電圧に基づき検出
し、酸素濃度の測定を開始する。しかる後、前記ポンプ
セル１４に電流Ｉｐを流し、前記間隙２０の雰囲気を理
論空燃比に制御する。
態検出の動作についてを図２乃至図５を参照して説明す
る。このコントローラ５０は、エンジンの始動後、ヒー
タ制御回路６０を介してヒータ７０に電流を流し、セル
１０を加熱して活性化させる。そして、起電力セル２４
に電流Ｉｃｐを流し、基準酸素室２６に酸素をポンピン
グするとともに、起電力セル２４の温度が高まり活性状
態に達したか否かを起電力セル２４の電圧に基づき検出
し、酸素濃度の測定を開始する。しかる後、前記ポンプ
セル１４に電流Ｉｐを流し、前記間隙２０の雰囲気を理
論空燃比に制御する。
【００２８】図２は本実施の様態の検出のフローチャー
トである。まず、コントローラ５０はエンジン始動直
後、ヒータ制御回路６０を介してヒータ７０への電流の
印加を開始する（Ｓ００）。次に起電力セル２４へポン
ピングの為の電流Ｉｃｐを流す（Ｓ１０）。そしてタイ
マをセットし（Ｓ１５）、所定時間Ｔｉｎの経過を待つ
（Ｓ１８）。時間Ｔｉｎ経過後起電力セルの両電極間の
電圧を検出しＶ０とする（Ｓ２０）。次にＶ０を予め決
められた電圧Ｖｓｓと比較する（Ｓ２５）。もしＶ０が
Ｖｓｓよりも大きければ再びタイマをセットし所定時間
Ｔｉｎの経過を待つ。もしＶ０がＶｓｓよりも小さけれ
ば起電力セルに流れる電流Ｉｃｐを検出する（Ｓ２
８）。この場合、Ｉｃｐが予め既知の大きさであれば、
Ｉｃｐとしてその値を参照し、そうでなければＩｃｐを
測定或は算出することをこのステップで実行する。本実
施の様態では、後述するようにＩｃｐの値はＶ０と既知
の幾つかの電圧値から計算で算出する。次にＩｃｐを印
加停止し（Ｓ３０）タイマをセットする（Ｓ３２）。そ
してタイマによる計測時間がＴ１に達するまで待機する
（Ｓ３５）。本実施の様態ではＴ１として２５ｍｓの時
間を設定している。Ｉｃｐ遮断から時間Ｔ１が経過した
時点で起電力セルの両面の電極間の電圧を検出しＶ１と
する（Ｓ４０）。次に以下の式１でＶ０及びＶ１から起
電力セルの抵抗値Ｒｓ１を算出する（Ｓ５０）。
トである。まず、コントローラ５０はエンジン始動直
後、ヒータ制御回路６０を介してヒータ７０への電流の
印加を開始する（Ｓ００）。次に起電力セル２４へポン
ピングの為の電流Ｉｃｐを流す（Ｓ１０）。そしてタイ
マをセットし（Ｓ１５）、所定時間Ｔｉｎの経過を待つ
（Ｓ１８）。時間Ｔｉｎ経過後起電力セルの両電極間の
電圧を検出しＶ０とする（Ｓ２０）。次にＶ０を予め決
められた電圧Ｖｓｓと比較する（Ｓ２５）。もしＶ０が
Ｖｓｓよりも大きければ再びタイマをセットし所定時間
Ｔｉｎの経過を待つ。もしＶ０がＶｓｓよりも小さけれ
ば起電力セルに流れる電流Ｉｃｐを検出する（Ｓ２
８）。この場合、Ｉｃｐが予め既知の大きさであれば、
Ｉｃｐとしてその値を参照し、そうでなければＩｃｐを
測定或は算出することをこのステップで実行する。本実
施の様態では、後述するようにＩｃｐの値はＶ０と既知
の幾つかの電圧値から計算で算出する。次にＩｃｐを印
加停止し（Ｓ３０）タイマをセットする（Ｓ３２）。そ
してタイマによる計測時間がＴ１に達するまで待機する
（Ｓ３５）。本実施の様態ではＴ１として２５ｍｓの時
間を設定している。Ｉｃｐ遮断から時間Ｔ１が経過した
時点で起電力セルの両面の電極間の電圧を検出しＶ１と
する（Ｓ４０）。次に以下の式１でＶ０及びＶ１から起
電力セルの抵抗値Ｒｓ１を算出する（Ｓ５０）。
【式１】Ｒｓ１＝（Ｖ０−Ｖ１）／Ｉｃｐ
【００２９】次に、抵抗値Ｒｓ１を予め用意された値Ｒ
ｓｓと比較し（Ｓ５５）、Ｒｓ１がＲｓｓよりも小さい
場合には起電力セルが活性状態に達した、即ち全領域空
燃比センサが活性状態に達したことを検出して活性状態
検出を終了し、定常的な空燃比検出の手順に進む。ま
た、もしＲｓ１がＲｓｓよりも大きい場合には起電力セ
ルが活性状態に達していないと検出し、再び最初に戻
り、所定時間Ｔｉｎの経過を待つ。
ｓｓと比較し（Ｓ５５）、Ｒｓ１がＲｓｓよりも小さい
場合には起電力セルが活性状態に達した、即ち全領域空
燃比センサが活性状態に達したことを検出して活性状態
検出を終了し、定常的な空燃比検出の手順に進む。ま
た、もしＲｓ１がＲｓｓよりも大きい場合には起電力セ
ルが活性状態に達していないと検出し、再び最初に戻
り、所定時間Ｔｉｎの経過を待つ。
【００３０】図３は起電力セルにＩｃｐを印加あるいは
印加停止するための回路構成である。起電力セルのＶｓ
＋電極にはには起電力セルの抵抗を検出するための基準
抵抗Ｒｃが直列に接続され、基準抵抗Ｒｃを介して所定
の電圧Ｖｓｃが印加される。起電力セルのＶｓ−電極に
は所定の電圧Ｖｃが印加される。起電力セルのＶ＋電極
の電圧（電位）Ｖｓ＋はＶ＋電極と基準抵抗Ｒｃの接続
点からＡ／Ｄコンバータを用いてコントローラ５０内の
演算処理装置によって検出される。そして、このこの回
路構成ではＩｃｐの検出は以下の式２から計算する。
印加停止するための回路構成である。起電力セルのＶｓ
＋電極にはには起電力セルの抵抗を検出するための基準
抵抗Ｒｃが直列に接続され、基準抵抗Ｒｃを介して所定
の電圧Ｖｓｃが印加される。起電力セルのＶｓ−電極に
は所定の電圧Ｖｃが印加される。起電力セルのＶ＋電極
の電圧（電位）Ｖｓ＋はＶ＋電極と基準抵抗Ｒｃの接続
点からＡ／Ｄコンバータを用いてコントローラ５０内の
演算処理装置によって検出される。そして、このこの回
路構成ではＩｃｐの検出は以下の式２から計算する。
【式２】Ｉｃｐ＝（Ｖｓｃ−Ｖｓ＋）／Ｒｃ
【００３１】また、起電力セルの両電極間の電圧Ｖｓは
Ｖｓ＋電極の電圧（電位）Ｖｓ＋とＶｓ−電極の電圧
（電位）Ｖｓ−との差によって得られるが、この回路構
成の場合、Ｖｓ−は固定電圧Ｖｃであるので、前記Ｖ０
及びＶ１の検出はそれぞれの測定タイミングにおいてＶ
ｓ＋を検出し、それからＶｃを引く事で検出する事が出
来る
Ｖｓ＋電極の電圧（電位）Ｖｓ＋とＶｓ−電極の電圧
（電位）Ｖｓ−との差によって得られるが、この回路構
成の場合、Ｖｓ−は固定電圧Ｖｃであるので、前記Ｖ０
及びＶ１の検出はそれぞれの測定タイミングにおいてＶ
ｓ＋を検出し、それからＶｃを引く事で検出する事が出
来る
【００３２】図４は第１実施の様態の活性状態検出を実
行した場合の起電力セルの両面の電極間の電圧Ｖｓ及び
起電力セルに流す電流Ｉｃｐについて、その時間変化を
摸式的に示したものである。ヒータに通電を開始した直
後は起電力セルの抵抗値は基準抵抗Ｒｃに比べて極めて
大きく、起電力セルにはＩｃｐを流すための電圧Ｖｓｃ
のほとんどが印加されている。その後、ヒータによって
加熱される事により、起電力セルの温度が上昇し、起電
力セルの抵抗値は減少していくので、起電力セルの両面
の電極間の電圧Ｖｓは徐々に減少し、一方、起電力セル
に流れる電流Ｉｃｐは徐々に増える。電圧ＶｓがＶｓｓ
よりも小さくなるとセンサの活性状態の検出が開始され
る。センサは活性状態に達したと判断される前はポンプ
セルを駆動していないので起電力セルとポンプセルとの
間隙の雰囲気は理論空燃比には制御されていない。条件
によるが、この例ではリーン状態になっていると仮定し
ている。従って、起電力セルは間隙と基準酸素室の間の
酸素分圧差による起電力の発生は極めて少ない。そのた
め起電力セルの両面の電極間の電圧Ｖｓはほとんど起電
力セルの抵抗値ＲｓにＩｃｐを流す事による逆起電力と
考える事が出来る。
行した場合の起電力セルの両面の電極間の電圧Ｖｓ及び
起電力セルに流す電流Ｉｃｐについて、その時間変化を
摸式的に示したものである。ヒータに通電を開始した直
後は起電力セルの抵抗値は基準抵抗Ｒｃに比べて極めて
大きく、起電力セルにはＩｃｐを流すための電圧Ｖｓｃ
のほとんどが印加されている。その後、ヒータによって
加熱される事により、起電力セルの温度が上昇し、起電
力セルの抵抗値は減少していくので、起電力セルの両面
の電極間の電圧Ｖｓは徐々に減少し、一方、起電力セル
に流れる電流Ｉｃｐは徐々に増える。電圧ＶｓがＶｓｓ
よりも小さくなるとセンサの活性状態の検出が開始され
る。センサは活性状態に達したと判断される前はポンプ
セルを駆動していないので起電力セルとポンプセルとの
間隙の雰囲気は理論空燃比には制御されていない。条件
によるが、この例ではリーン状態になっていると仮定し
ている。従って、起電力セルは間隙と基準酸素室の間の
酸素分圧差による起電力の発生は極めて少ない。そのた
め起電力セルの両面の電極間の電圧Ｖｓはほとんど起電
力セルの抵抗値ＲｓにＩｃｐを流す事による逆起電力と
考える事が出来る。
【００３３】起電力セルが活性状態検出によって活性が
検出されるまで、所定の時間間隔Ｔｉｎで（正確にはＴ
ｉｎに活性状態検出の為の処理時間を加えた時間間隔
で）活性状態検出の処理が繰り返される。図５は１回の
活性状態検出の処理におけるＶｓの変化を拡大したもの
である。Ｉｃｐの印加停止後Ｔ１時間経過した段階で電
圧Ｖｓを測定しＶ１とする。また、Ｖ０はＩｃｐの印加
停止直前に測定されるが、Ｖ０が測定されてからＩｃｐ
が印加停止するまでの時間Ｔ０はコントローラ５０の能
力に依存する。この場合、Ｖ０を測定してからＩｃｐの
印加停止までのＶｓの変化ＶｓｄがＶ１とＶ０の差に比
較して十分に小さい値になるようにすることが望まし
い。
検出されるまで、所定の時間間隔Ｔｉｎで（正確にはＴ
ｉｎに活性状態検出の為の処理時間を加えた時間間隔
で）活性状態検出の処理が繰り返される。図５は１回の
活性状態検出の処理におけるＶｓの変化を拡大したもの
である。Ｉｃｐの印加停止後Ｔ１時間経過した段階で電
圧Ｖｓを測定しＶ１とする。また、Ｖ０はＩｃｐの印加
停止直前に測定されるが、Ｖ０が測定されてからＩｃｐ
が印加停止するまでの時間Ｔ０はコントローラ５０の能
力に依存する。この場合、Ｖ０を測定してからＩｃｐの
印加停止までのＶｓの変化ＶｓｄがＶ１とＶ０の差に比
較して十分に小さい値になるようにすることが望まし
い。
【００３４】図６は第２の実施の様態における活性状態
検出のフローチャートである。ほとんどの技術的内容は
第１実施の様態と同様であるが、Ｉｃｐの印加停止を開
始するタイミングをヒータに通電を開始してから所定時
間Ｔｓ経過後に設定した点が第１の実施の様態とは異な
る。具体的には第１の実施の様態におけるＩｃｐ印加停
止を開始する判断基準となるＶ０の大きさの検討のステ
ップであるＳ２５が削除され、新たにヒータ通電開始か
らの経過時間を測定するステップであるＳ１２、Ｓ１３
を加えたフローチャートになっている。この実施の様態
では、Ｖｓの測定をヒータ通電開始ともに開始しないの
で、予め活性に達すると予想される時間にＴｓを設定す
る事で何度もＩｃｐを遮断して活性状態検出を繰り返す
必要が無く、パルス電圧を繰り返し印加する事による起
電力セルの劣化を軽減する事が出来る。
検出のフローチャートである。ほとんどの技術的内容は
第１実施の様態と同様であるが、Ｉｃｐの印加停止を開
始するタイミングをヒータに通電を開始してから所定時
間Ｔｓ経過後に設定した点が第１の実施の様態とは異な
る。具体的には第１の実施の様態におけるＩｃｐ印加停
止を開始する判断基準となるＶ０の大きさの検討のステ
ップであるＳ２５が削除され、新たにヒータ通電開始か
らの経過時間を測定するステップであるＳ１２、Ｓ１３
を加えたフローチャートになっている。この実施の様態
では、Ｖｓの測定をヒータ通電開始ともに開始しないの
で、予め活性に達すると予想される時間にＴｓを設定す
る事で何度もＩｃｐを遮断して活性状態検出を繰り返す
必要が無く、パルス電圧を繰り返し印加する事による起
電力セルの劣化を軽減する事が出来る。
【００３５】
【実施例】図７に第１の実施の様態におけるＴ１を変化
させたときの、本願の活性状態検出装置を備えた全領域
空燃比センサを排気管に装着してエンジンを空燃比制御
した場合の、ヒータ通電開始から起電力セルが活性を検
出されるまでの時間Ｔ２及び、活性状態が検出され空燃
比制御が開始された直後の排ガスの空燃比を、もう一つ
の十分に活性状態にある全領域空燃比センサで測定した
測定値及び、エンジンの始動と停止を繰り返す耐久試験
を実施したときのセンサの使用可能な耐久回数の比較を
示す。
させたときの、本願の活性状態検出装置を備えた全領域
空燃比センサを排気管に装着してエンジンを空燃比制御
した場合の、ヒータ通電開始から起電力セルが活性を検
出されるまでの時間Ｔ２及び、活性状態が検出され空燃
比制御が開始された直後の排ガスの空燃比を、もう一つ
の十分に活性状態にある全領域空燃比センサで測定した
測定値及び、エンジンの始動と停止を繰り返す耐久試験
を実施したときのセンサの使用可能な耐久回数の比較を
示す。
【００３６】図７から解るように、Ｔ１を１０ｍｓより
も短い時間に設定して活性を検出した場合には、ヒータ
通電から活性が検出されるまでの時間は短くなるが、空
燃比制御が開始された直後の真の空燃比は理論空燃比よ
りもややリーン状態になっている。また、センサの使用
可能な耐久回数もかなり少ない数値となっている。一
方、Ｔ１を５０ｍｓよりも長い時間に設定して活性を判
断した場合には、センサの使用可能な耐久回数および、
空燃比制御の精度は良いが、センサによる空燃比制御が
開始されるまでの時間はかなり長い時間が必要となって
くる。この様に起電力セルに流すＩｃｐを印加停止して
から電圧Ｖｓを検出するまでの時間Ｔ１は、１０ｍｓ〜
５０ｍｓに設定することが望ましい。
も短い時間に設定して活性を検出した場合には、ヒータ
通電から活性が検出されるまでの時間は短くなるが、空
燃比制御が開始された直後の真の空燃比は理論空燃比よ
りもややリーン状態になっている。また、センサの使用
可能な耐久回数もかなり少ない数値となっている。一
方、Ｔ１を５０ｍｓよりも長い時間に設定して活性を判
断した場合には、センサの使用可能な耐久回数および、
空燃比制御の精度は良いが、センサによる空燃比制御が
開始されるまでの時間はかなり長い時間が必要となって
くる。この様に起電力セルに流すＩｃｐを印加停止して
から電圧Ｖｓを検出するまでの時間Ｔ１は、１０ｍｓ〜
５０ｍｓに設定することが望ましい。
【００３７】
【効果】以上記述したように本願の全領域空燃比センサ
の活性状態検出方法及び活性状態検出装置では、起電力
セルの活性状態が正確に検出できるので、エンジンの空
燃比を精度良く制御できる。また、センサを十分に活性
状態にしてから駆動出来るので、センサの耐久性が向上
するという効果が有る。また、起電力セルの電極が劣化
した場合でも、電極の劣化を含めて全体の活性状態が検
出できるので、センサが劣化しても正確にセンサの活性
状態が検出できるという効果が有る。
の活性状態検出方法及び活性状態検出装置では、起電力
セルの活性状態が正確に検出できるので、エンジンの空
燃比を精度良く制御できる。また、センサを十分に活性
状態にしてから駆動出来るので、センサの耐久性が向上
するという効果が有る。また、起電力セルの電極が劣化
した場合でも、電極の劣化を含めて全体の活性状態が検
出できるので、センサが劣化しても正確にセンサの活性
状態が検出できるという効果が有る。
【図１】本発明の第１実施態様に係る全領域空燃比セン
サ、ヒータ制御回路及びコントローラの構成を示す説明
図である。
サ、ヒータ制御回路及びコントローラの構成を示す説明
図である。
【図２】図１に示すコントローラによる処理を示すフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図３】図３は、起電力セルにＩｃｐを印加あるいは印
加停止するための回路の構成図である。
加停止するための回路の構成図である。
【図４】図４は、起電力セルの両面の電極間の電圧Ｖｓ
及び起電力セルに流す電流Ｉｃｐについて、その時間変
化を示す波形図である。
及び起電力セルに流す電流Ｉｃｐについて、その時間変
化を示す波形図である。
【図５】図５は、活性状態検出の処理におけるＶｓの変
化を拡大して示す波形図である。
化を拡大して示す波形図である。
【図６】第２実施態様の全領域空燃比センサの活性状態
検出方法に係る活性状態検出のフローチャートである。
検出方法に係る活性状態検出のフローチャートである。
【図７】耐久試験を実施したときのセンサの使用可能な
耐久回数等の結果を比較した図表である。
耐久回数等の結果を比較した図表である。
【図８】図８（Ａ）は、従来技術に係る起電力セルの電
圧を示す波形図であり、図８（Ｂ）は、先行技術に係る
起電力セルの電圧を示す波形図である。
圧を示す波形図であり、図８（Ｂ）は、先行技術に係る
起電力セルの電圧を示す波形図である。
１０ セル １４ ポンプセル ２０ 間隙 ２４ 起電力セル ５０ コントローラ ６０ ヒータ制御回路 ７０ ヒータ Ｖｓ 起電力セルの両電極間の電圧 Ｉｃｐ 起電力セルに流れる電流
フロントページの続き (72)発明者 森 茂樹 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 (72)発明者 寺本 諭司 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 (72)発明者 松岡 俊也 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 加熱用ヒータによって加熱される酸素イ
オン伝導性固体電解質体の両面に多孔質電極が設けられ
た２つのセルを、間隙を介して対向配設し、一方のセル
を前記間隙内の酸素を周囲に汲み出すもしくは酸素を汲
み込むポンプセル、他方のセルを酸素基準室と前記間隙
との酸素濃度差によって電圧を生じる起電力セルとして
それぞれ使用し、空燃比を測定する全領域空燃比センサ
において、 前記起電力セルへ電流もしくは電圧を印加する第１のス
テップと、 該起電力セルの両面の電極間の電圧Ｖ０を検出する第２
のステップと、 該起電力セルに印加した電流もしくは電圧の印加を停止
する第３のステップと、 前記第３のステップの後、１
０ｍｓ〜５０ｍｓの時間経過後に該起電力セルの両面の
電極間の電圧Ｖ１を検出する第４のステップと、 前記第２のステップにおいて検出されたＶ０及び第４の
ステップにおいて検出されたＶ１から前記全領域空燃比
センサの活性状態を検出する第５のステップと、 からなる全領域空燃比センサの活性状態検出方法。 - 【請求項２】 前記第５のステップは、前記Ｖ０及びＶ
１から前記起電力セルの抵抗値Ｒｓ１を検出し、 該抵抗値Ｒｓ１が所定の大きさ以下のときに、前記全領
域空燃比センサが活性であることを検出することを特徴
とする請求項１の全領域空燃比センサの活性状態検出方
法。 - 【請求項３】 前記第３のステップを、前記加熱用ヒー
タに通電を開始した後、所定時間経過後に実行すること
を特徴とする、 請求項１乃至請求項２の全領域空燃比センサの活性状態
検出方法。 - 【請求項４】 前記第３のステップを、前記第２のステ
ップで検出されたＶ０が所定の大きさ以下となった後に
実行することを特徴とする、 請求項１乃至請求項２の全領域空燃比センサの活性状態
検出方法。 - 【請求項５】 加熱用ヒータによって加熱される酸素イ
オン伝導性固体電解質体の両面に多孔質電極が設けられ
た２つのセルを、間隙を介して対向配設し、一方のセル
を前記間隙内の酸素を周囲に汲み出すもしくは酸素を汲
み込むポンプセル、他方のセルを酸素基準室と前記間隙
との酸素濃度差によって電圧を生じる起電力セルとして
それぞれ使用し、空燃比を測定する全領域空燃比センサ
であって、 前記起電力セルへ電流もしくは電圧を印加する電流もし
くは電圧印加手段と、 該起電力セルの両面の電極間の電圧Ｖ０を検出するＶ０
電圧検出手段と、 前記加熱用ヒータに通電を開始した後、所定時間経過後
に該起電力セルに印加した電流もしくは電圧の印加を停
止する印加停止手段と、 前記印加電流もしくは電圧を停止した後、１０ｍｓ〜５
０ｍｓの時間経過後に該起電力セルの両面の電極間の電
圧Ｖ１を検出するＶ１電圧検出手段と前記Ｖ０及びＶ１
から前記起電力セルの抵抗値Ｒｓ２を検出し、該抵抗値
Ｒｓ２が所定の大きさ以下のときに、前記全領域空燃比
センサが活性であることを検出する活性検出手段と、 を備えた全領域空燃比センサの活性状態検出装置。 - 【請求項６】 加熱用ヒータによって加熱される酸素イ
オン伝導性固体電解質体の両面に多孔質電極が設けられ
た２つのセルを、間隙を介して対向配設し、一方のセル
を前記間隙内の酸素を周囲に汲み出すもしくは酸素を汲
み込むポンプセル、他方のセルを酸素基準室と前記間隙
との酸素濃度差によって電圧を生じる起電力セルとして
それぞれ使用し、空燃比を測定する全領域空燃比センサ
であって、 前記起電力セルへ電流もしくは電圧を印加する電流もし
くは電圧印加手段と、 該起電力セルの両面の電極間の電圧Ｖ０を検出するＶ０
電圧検出手段と、 前記電圧Ｖ０が所定の大きさ以下になった後に該起電力
セルに印加した電流もしくは電圧の印加を停止する印加
停止手段と、 前記印加電流もしくは電圧を停止した後、１０ｍｓ〜５
０ｍｓの時間経過後に該起電力セルの両面の電極間の電
圧Ｖ１を検出するＶ１電圧検出手段と前記Ｖ０及びＶ１
から前記起電力セルの抵抗値Ｒｓ２を検出し、該抵抗値
Ｒｓ２が所定の大きさ以下のときに、前記全領域空燃比
センサが活性であることを検出する活性検出手段と、 を備えた全領域空燃比センサの活性状態検出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8247074A JPH1073564A (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | 全領域空燃比センサの活性状態検出方法及び装置 |
| DE69737900T DE69737900T2 (de) | 1996-08-29 | 1997-08-28 | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines aktivierten Zustandes von einem Luft-Kraftstoffverhältnissensor mit grossem Bereich |
| EP97114940A EP0828155B1 (en) | 1996-08-29 | 1997-08-28 | Method of and apparatus for detecting an activated condition of a wide range air-fuel ratio sensor |
| US08/920,722 US5976350A (en) | 1996-08-29 | 1997-08-29 | Method of and apparatus for detecting an activated condition of a wide range air-fuel ratio sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8247074A JPH1073564A (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | 全領域空燃比センサの活性状態検出方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1073564A true JPH1073564A (ja) | 1998-03-17 |
Family
ID=17158050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8247074A Pending JPH1073564A (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | 全領域空燃比センサの活性状態検出方法及び装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5976350A (ja) |
| EP (1) | EP0828155B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1073564A (ja) |
| DE (1) | DE69737900T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008022110A1 (de) | 2007-05-07 | 2008-11-27 | NGK Spark Plug Co., Ltd., Nagoya-shi | Sensorsteuervorrichtung |
| WO2015162865A1 (ja) * | 2014-04-21 | 2015-10-29 | 株式会社デンソー | 排出ガスセンサのヒータ制御装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0882978A1 (en) * | 1997-06-04 | 1998-12-09 | STMicroelectronics S.r.l. | Integrated semi-conductor device comprising a chemoresistive gas microsensor and manufacturing process thereof |
| JP3621280B2 (ja) * | 1998-12-16 | 2005-02-16 | 株式会社日立ユニシアオートモティブ | 空燃比センサの活性診断装置 |
| US6797138B1 (en) * | 1999-10-20 | 2004-09-28 | Delphi Technologies, Inc. | Gas senior design and method for forming the same |
| WO2011070688A1 (ja) * | 2009-12-09 | 2011-06-16 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置 |
| DE102010002586A1 (de) * | 2010-03-04 | 2011-09-08 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4626338A (en) * | 1981-05-01 | 1986-12-02 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Equipment for detecting oxygen concentration |
| US5194135A (en) * | 1985-02-25 | 1993-03-16 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Air/fuel ratio sensor |
| JP2704991B2 (ja) * | 1989-09-12 | 1998-01-26 | 本田技研工業株式会社 | ヒータ付排気濃度センサの活性化判別方法 |
| JP2744088B2 (ja) * | 1989-10-13 | 1998-04-28 | 日本特殊陶業株式会社 | 空燃比センサ |
| JP2905304B2 (ja) * | 1991-04-02 | 1999-06-14 | 三菱電機株式会社 | 空燃比センサの活性化判定装置 |
| JPH04313056A (ja) * | 1991-04-02 | 1992-11-05 | Mitsubishi Electric Corp | 空燃比センサの活性化判定装置 |
| JP2855971B2 (ja) * | 1992-06-25 | 1999-02-10 | 三菱電機株式会社 | 空燃比センサ |
| US5433830A (en) * | 1993-12-29 | 1995-07-18 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Method of activating zirconia oxygen sensor |
| DE4445947C2 (de) * | 1994-12-22 | 1998-03-12 | Draegerwerk Ag | Verfahren zur Erkennung von Fehlerquellen bei amperometrischen Meßzellen |
-
1996
- 1996-08-29 JP JP8247074A patent/JPH1073564A/ja active Pending
-
1997
- 1997-08-28 EP EP97114940A patent/EP0828155B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-08-28 DE DE69737900T patent/DE69737900T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-08-29 US US08/920,722 patent/US5976350A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008022110A1 (de) | 2007-05-07 | 2008-11-27 | NGK Spark Plug Co., Ltd., Nagoya-shi | Sensorsteuervorrichtung |
| DE102008022110B4 (de) * | 2007-05-07 | 2019-05-23 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Sensorsteuervorrichtung zum Steuern eines Stromapplizierungszustands eines Gassensorelements |
| WO2015162865A1 (ja) * | 2014-04-21 | 2015-10-29 | 株式会社デンソー | 排出ガスセンサのヒータ制御装置 |
| JP2015206692A (ja) * | 2014-04-21 | 2015-11-19 | 株式会社デンソー | 排出ガスセンサのヒータ制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69737900D1 (de) | 2007-08-23 |
| EP0828155A2 (en) | 1998-03-11 |
| EP0828155A3 (en) | 1999-10-06 |
| DE69737900T2 (de) | 2007-10-25 |
| US5976350A (en) | 1999-11-02 |
| EP0828155B1 (en) | 2007-07-11 |
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