JP2004340859A - Method of determining activation of oxygen sensor - Google Patents

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JP2004340859A
JP2004340859A JP2003140297A JP2003140297A JP2004340859A JP 2004340859 A JP2004340859 A JP 2004340859A JP 2003140297 A JP2003140297 A JP 2003140297A JP 2003140297 A JP2003140297 A JP 2003140297A JP 2004340859 A JP2004340859 A JP 2004340859A
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Japan
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oxygen sensor
voltage
activation
output voltage
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Shoichi Sakai
祥一 堺
Futoshi Ichiyanagi
太 一柳
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Hitachi Unisia Automotive Ltd
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Hitachi Unisia Automotive Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten a determination time for determining activation of an oxygen sensor, and to enhance determination precision. <P>SOLUTION: The activation of the oxygen sensor is determined (step S15), when an output voltage VO2 of the oxygen sensor decreases from an initial bias voltage value V1 of a pumping voltage Vp for supplying a flow-in current to a detecting element 20 (step S11), after starting heating for the oxygen sensor of a pseudo-reference electrode type, and when the voltage VO2 is brought into a determination value VR/L or less for determining rich/lean conditions of an oxygen concentration (step S12) and comes again to the determination value VR/L or more (step S14). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば自動車エンジン等の空燃比(燃料と吸入空気との混合比)を排気ガス中の酸素濃度として検出するのに好適な酸素センサの活性化判定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、自動車エンジン等の内燃機関では、例えば排気管の途中に酸素センサを設け、排気ガス中に残留した酸素の濃度を酸素センサにより検出する構成としている。
【0003】
この種の従来技術による、擬似参照電極(基準大気室がない)タイプの酸素センサにおいて、例えば図4の概略構成に示すように、排気ガス中の酸素濃度を検出する検出素子40は、被測定ガス(排気ガス)の酸素濃度に対応した起電力Eを発生すると共に、内部抵抗Riを有している。検出素子40に擬似参照電極用のポンピング電圧Vpを印加し、受け抵抗R0を介して流し込み電流としてのポンピング電流Ipが検出素子40に供給されるときに、酸素センサの出力電圧VO2は、次式で表される。
【0004】
【数1】
VO2=E+(Ri×Ip)
空燃比(A/F)が理論空燃比となる状態(A/F=14.7)の出力電圧VO2を基準電圧(例えば450mV)とすると、この基準電圧と出力電圧VO2とを比較し、空燃比が理論空燃比に対してリッチ(過濃)状態であるか、あるいはリーン(希薄)状態であるかを判別していた。すなわち、出力電圧VO2が基準電圧よりも高い場合には、空燃比が理論空燃比よりもリッチ状態(例えばA/F<14.7)であって排気ガス中の酸素量が僅かであり、一方出力電圧VO2が基準電圧よりも低い場合には、空燃比が理論空燃比よりもリーン状態(例えばA/F>14.7)であって排気ガス中に多くの酸素が存在すると判別する。
【0005】
このような酸素センサにおいて、空燃比を良好に検出するためには、検出素子40が所定温度以上となり、活性化している必要があった。酸素センサの内部抵抗Riは温度依存性を有し、検出素子40が加熱されて温度が上昇するにつれて内部抵抗値は減少する。このような特性を利用して、内部抵抗Riの値を検出し、検出した内部抵抗値が予め設定された所定値よりも小さくなったときに、酸素センサが所定温度以上となり、活性化されたものと判断していた。この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されものが知られている(特許文献1、特許文献2参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開昭62−197759号公報
【0007】
【特許文献2】
特開平5−249077号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、内部抵抗Riの値に基づいて酸素センサの活性化を判定していた従来の酸素センサにおいては、内部抵抗Riと検出素子の素子温度との間に相関関係はあるものの、内部抵抗Riは温度特性にばらつきがあった。このため、内部抵抗Riの抵抗値に基づいて活性化を判定する場合には、判定精度は温度に依存することになり、判定精度が悪いといった不具合を招いていた。
【0009】
そこで、内部抵抗Riの値に基づいて、活性化を精度良く判定しようとすると、内部抵抗Riのばらつきを考慮して、活性化を判定する内部抵抗Riの値にある程度のマージンを設定する必要があった。
【0010】
すなわち、内部抵抗Riと検出素子の素子温度との関係(温度特性)を表す図5に示すように、活性化を判定する内部抵抗Riの判定値を、内部抵抗Riが標準の場合(図5のaに示す温度特性)に対して、図5のbに示すように内部抵抗Riがばらついた場合の温度特性においてばらついた内部抵抗Riの最小値に設定する必要があった。このため、図5に示すように、実際に検出素子が活性化している素子温度よりも高い温度で活性化を判定することになっていた。この結果、活性化の判定が遅れ、活性化の判定時間が長くなるといった不具合を招いていた。
【0011】
また、擬似参照電極タイプの酸素センサにおいては、通常センサの作動とともにヒータを通電して検出素子を加熱すると同時に、基準電極に酸素をため込むための流し込み電流を流す。このため、センサの出力電圧VO2とヒータ通電後の時間との関係を表す図6のbに示すように、非活性時の酸素センサの出力電圧VO2は、基準電圧以上となる。このため、擬似参照電極タイプの酸素センサにおいては、出力電圧VO2をモニタするだけでは、活性化を正確に判定することはできなかった。
【0012】
一方、大気室を備えた酸素センサの場合には、図6のaに示すように、加熱と共に出力電圧VO2が上昇して所定の範囲内に達した後、所定の範囲外に達したときに活性化を判定していた。
【0013】
また、擬似参照電極タイプの酸素センサにおいては、内部抵抗Riの抵抗値を測定するために、図4に示すように、内部抵抗Riに交流電圧を印加するための交流電圧印加装置41が必要になっていた。このため、構成が大型化し、コストの上昇を招いていた。
【0014】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、酸素センサの活性化を判定する判定時間の短縮化、ならびに判定精度の向上の双方を達成した酸素センサの活性化判定方法を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明は、擬似参照電極タイプの酸素センサの加熱が開始された後、前記酸素センサの出力電圧が、被測定ガス中の酸素濃度を検出する検出素子に流し込み電流を供給する擬似参照電極用バイアス電圧の初期電圧値から低下し、酸素濃度のリッチ状態/リーン状態を判定する判定値以下となり、再び酸素濃度のリッチ状態/リーン状態を判定する前記判定値以上となったときに、前記酸素センサが活性化されたと判定するすることを特徴とする。
【0016】
上記特徴においては、酸素センサの出力電圧を監視することで、酸素センサの活性化を判定するようにしたので、酸素センサの周囲の温度に依存することなく、活性化の判定時間を短縮し、かつ活性化の精度を向上させることができる。
【0017】
また、検出素子の内部抵抗を検出するための交流電圧印加装置が不要となり、センサの構成を小型化、簡素化することが可能となり、製造コストを低減することができる。
【0018】
請求項2記載の発明は、前記請求項1記載の発明において、前記擬似参照電極用バイアス電圧の初期電圧値は、酸素濃度のリッチ状態/リーン状態を判定する前記判定値よりも大きく、かつ活性化後のリッチ状態を示す前記酸素センサの出力電圧よりも小さい値に設定されることを特徴とする。
【0019】
上記特徴において、酸素センサの活性化のタイミングを従来に比べて短時間に精度良く判定することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いてこの発明の実施形態を説明する。
【0021】
図1はこの発明の第1の実施形態に係る酸素センサの活性化判定方法の手順を示すフローチャーであり、図2は酸素センサの電気的な概略構成を示す図であり、図3はセンサの出力電圧VO2、ならびにポンピング電圧Vpの時間変化を示す図である。
【0022】
図1を参照してこの第1の実施形態の判定方法の手順を説明する前に、図2を参照して、擬似参照電極タイプの酸素センサの電気的な構成ならびに作用を説明する。図2において、酸素センサに含まれて、例えば排気ガス中の酸素濃度を検出する検出素子20は、被測定ガス(排気ガス)の酸素濃度に対応した起電力Eを発生すると共に、内部抵抗Riを有している。検出素子20には、擬似参照電極用のバイアス電圧となるポンピング電圧Vpが印加され、受け抵抗R0を介して流し込み電流としてのポンピング電流Ipが検出素子20に供給される。検出素子20にポンピング電流がIp供給されたときに、酸素センサの出力電圧VO2は、前述した数1で表される。
【0023】
空燃比(A/F)が理論空燃比となる状態(A/F=14.7)の出力電圧VO2を基準電圧(例えば450mV程度)とすると、この基準電圧と出力電圧VO2とを比較し、空燃比が理論空燃比に対してリッチ状態であるか、あるいはリーン状態であるか判別する。すなわち、出力電圧VO2が基準電圧よりも高い場合には、空燃比が理論空燃比よりもリッチ状態(例えばA/F<14.7)であって排気ガス中の酸素量が僅かであり、一方出力電圧VO2が基準電圧よりも低い場合には、空燃比が理論空燃比よりもリーン状態(例えばA/F>14.7)であって排気ガス中に多くの酸素が存在すると判別する。
【0024】
次に、図1のフローチャートを参照して、この第1の実施形態の活性化判定方法の手順を説明する。
【0025】
まず、酸素センサの作動開始と共に、検出素子20を加熱するヒータ(図示せず)の通電を開始して検出素子20を加熱し、これと同時に検出素子20にポンピング電流Ipを流し込むポンピング電圧Vpを、初期バイアス電圧V1に設定する。この初期バイアス電圧V1は、リーン状態/リッチ状態を判定する判定電圧VR/Lとなる上記基準電圧(例えば450mV程度)よりも大きく、かつリッチ状態の出力電圧VO2R(例えば900mV程度)未満の値に設定され、例えば500〜550mV程度に設定される。このように、ポンピング電圧Vpを初期バイアス電圧V1に設定することで、センサの作動開始後出力電圧VO2は、一度確実に判定電圧VR/L以下となる。ヒータの通電開始直後は、検出素子20の素子温度は低い状態であるため、内部抵抗Riは高い値である。この状態では、内部抵抗Riの抵抗値は受け抵抗R0の抵抗値に比べて十分大きく設定されているので、出力電圧VO2はポンピング電圧Vpの初期バイアス電圧V1となる(ステップS10)。
【0026】
次に、ヒータの加熱により検出素子20の素子温度が上昇すると、内部抵抗Riの抵抗値が低下する。これにより、出力電圧VO2は、図3(a)の実線で示すように、初期バイアス電圧V1から徐々に低下する。出力電圧VO2が徐々に低下するのは、流し込み電流により受け抵抗R0と内部抵抗Riとの分圧差が徐々に小さくなるためである。出力電圧VO2が初期バイアス電圧V1の1/2になったときに、内部抵抗Riの抵抗値は受け抵抗R0の抵抗値と等しくなったと考えられる(ステップS11)。
【0027】
次に、出力電圧VO2が判定電圧VR/Lを下回ったか否かを判別する(ステップS12)。すなわち、出力電圧VO2がリーン状態を示しているか否かを判別する。判別結果において、出力電圧VO2が判定電圧VR/L以下となった場合には、出力電圧VO2がリーン状態を示していると判別される。
【0028】
続いて、ヒータの加熱により検出素子20の素子温度が上昇して、内部抵抗Riの抵抗値がさらに低下すると、検出素子20に流し込まれるポンピング電流Ipが増加し始め、基準電極側への酸素のため込み量も確保される。これにより、出力電圧VO2は、図3(a)に示すように、低下状態から一転して上昇し始める(ステップS13)。
【0029】
次に、出力電圧VO2が判定電圧VR/Lを上回ったか否かを判別する(ステップS14)。すなわち、出力電圧VO2がリッチ状態を示しているか否かを判別する。判別結果において、出力電圧VO2が判定電圧VR/L以上となった場合には、出力電圧VO2がリッチ状態を示していると判別される。出力電圧VO2がポンピング電圧Vpの初期バイアス電圧V1から低下して、判定電圧VR/L以下となってリーン状態を示す出力状態となり、その後、上昇して判定電圧VR/L以上となりリッチ状態を示す出力状態となることは、検出素子20がリッチ状態/リーン状態を判定できる状態になったことを意味する。すなわち、この時点で酸素センサは活性化したことになり、活性化したと判定される(ステップS15)。
【0030】
次に、出力電圧VO2が判定電圧VR/L以上となり、リッチ状態を示す出力状態においては、ポンピング電圧Vpがリッチ状態の出力電圧VO2Rよりも低い初期バイアス電圧V1であると、リッチ状態の出力電圧VO2Rに打ち消される方向で検出素子20へ流し込まれるポンピング電流Ipが低下してしまう。これを回避するために、酸素センサが活性化されたと判定されたと同時に、図3(b)に示すように、ポンピング電圧Vpを初期バイアス電圧V1から、活性化後のリッチ状態を示す出力電圧VO2Rよりも大きく、検出素子20に流し込み電流が確保できる通常バイアス電圧V2に切り換える(ステップS16)。この通常バイアス電圧V2は、例えば1.5V程度以上に設定される。
【0031】
このように、上記第1の実施形態における、活性化の判定方法においては、従来のように検出素子の内部抵抗Riの抵抗値に基づいて活性化を判定するのではなく、酸素センサの出力電圧VO2をモニタすることで、酸素センサの活性化を判定するようにしたので、内部抵抗Riの温度によるばらつきに依存することなく活性化のタイミングを正確に判定することが可能となる。これにより、酸素センサの周囲の温度に依存することなく、活性化の判定時間を短縮し、かつ活性化の精度を向上させることができる。
【0032】
また、検出素子の内部抵抗Riの抵抗値を検出していないため、従来のように内部抵抗Riの抵抗値を検出するための交流電圧印加装置が不要となる。これにより、センサの構成を小型化、簡素化することが可能となり、製造コストを低減することができる。
【0033】
さらに、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
【0034】
請求項1記載の酸素センサの活性化判定方法において、前記酸素センサの活性化が判定された後、前記擬似参照電極用バイアス電圧を、初期電圧値から、活性化後のリッチ状態を示す前記酸素センサの出力電圧よりも大きい値に設定することを特徴とする酸素センサの活性化判定方法。
【0035】
上記特徴においては、検出素子に流し込まれる電流の低下を回避して、検出素子に流し込み電流を確実に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施形態に係る酸素センサの活性化判定方法の手順を示すフローチャートである。
【図2】酸素センサの電気的な概略構成を示す図である。
【図3】酸素センサの出力電圧VO2、ならびにポンピング電圧の時間変化を示す図である。
【図4】従来の酸素センサの電気的な概略構成を示す図である。
【図5】内部抵抗の温度によるばらつきを示す図である。
【図6】ヒータ通電後の出力電圧VO2の時間変化を示す図である。
【符号の説明】
20,40…検出素子
41…交流電圧印加装置
Ip…ポンピング電流
R0…受け抵抗
Ri…内部抵抗
V1…初期バイアス電圧
V2…通常バイアス電圧
VR/L…判定電圧
Vp…ポンピング電圧
VO2…出力電圧
VO2R…リッチ状態の出力電圧
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an activation determination method of an oxygen sensor suitable for detecting an air-fuel ratio (mixing ratio of fuel and intake air) of an automobile engine or the like as an oxygen concentration in exhaust gas.
[0002]
[Prior art]
Generally, in an internal combustion engine such as an automobile engine, for example, an oxygen sensor is provided in the middle of an exhaust pipe, and the concentration of oxygen remaining in exhaust gas is detected by the oxygen sensor.
[0003]
In an oxygen sensor of this type of the prior art, which is a pseudo reference electrode (having no reference atmospheric chamber), for example, as shown in the schematic configuration of FIG. 4, a detection element 40 for detecting the oxygen concentration in exhaust gas is measured. It generates an electromotive force E corresponding to the oxygen concentration of the gas (exhaust gas) and has an internal resistance Ri. When the pumping voltage Vp for the pseudo reference electrode is applied to the detecting element 40, and the pumping current Ip as a flowing current is supplied to the detecting element 40 via the receiving resistor R0, the output voltage VO2 of the oxygen sensor is expressed by the following equation. Is represented by
[0004]
(Equation 1)
VO2 = E + (Ri × Ip)
Assuming that the output voltage VO2 in a state where the air-fuel ratio (A / F) becomes the stoichiometric air-fuel ratio (A / F = 14.7) is a reference voltage (for example, 450 mV), this reference voltage is compared with the output voltage VO2, It has been determined whether the fuel ratio is rich (rich) or lean (lean) with respect to the stoichiometric air-fuel ratio. That is, when the output voltage VO2 is higher than the reference voltage, the air-fuel ratio is richer than the stoichiometric air-fuel ratio (for example, A / F <14.7) and the amount of oxygen in the exhaust gas is small. When the output voltage VO2 is lower than the reference voltage, it is determined that the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (for example, A / F> 14.7) and that a large amount of oxygen exists in the exhaust gas.
[0005]
In such an oxygen sensor, in order to detect the air-fuel ratio satisfactorily, it is necessary that the detection element 40 be at a predetermined temperature or higher and be activated. The internal resistance Ri of the oxygen sensor has a temperature dependency, and the internal resistance decreases as the temperature of the detection element 40 is increased by heating. Utilizing such characteristics, the value of the internal resistance Ri is detected, and when the detected internal resistance value becomes smaller than a predetermined value, the oxygen sensor becomes higher than a predetermined temperature and is activated. Was determined to be. As this type of technology, for example, those described in the following documents are known (see Patent Documents 1 and 2).
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-197759
[Patent Document 2]
JP-A-5-249077
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional oxygen sensor that determines activation of the oxygen sensor based on the value of the internal resistance Ri, although there is a correlation between the internal resistance Ri and the element temperature of the detection element, The internal resistance Ri varied in temperature characteristics. For this reason, when the activation is determined based on the resistance value of the internal resistance Ri, the accuracy of the determination depends on the temperature, which causes a problem that the accuracy of the determination is poor.
[0009]
Therefore, in order to accurately determine activation based on the value of the internal resistance Ri, it is necessary to set a certain margin for the value of the internal resistance Ri for determining activation in consideration of the variation of the internal resistance Ri. there were.
[0010]
That is, as shown in FIG. 5 showing the relationship (temperature characteristic) between the internal resistance Ri and the element temperature of the detection element, the determination value of the internal resistance Ri for determining activation is determined when the internal resistance Ri is standard (FIG. 5). 5 (a), it is necessary to set the minimum value of the internal resistance Ri that varies in the temperature characteristic when the internal resistance Ri varies as shown in FIG. 5B. Therefore, as shown in FIG. 5, the activation is determined at a temperature higher than the element temperature at which the detection element is actually activated. As a result, the activation determination is delayed, and the activation determination time becomes longer.
[0011]
In a pseudo reference electrode type oxygen sensor, a heater is energized and heats the detection element simultaneously with the normal operation of the sensor, and at the same time, a flowing current for accumulating oxygen in the reference electrode flows. Therefore, as shown in FIG. 6B showing the relationship between the output voltage VO2 of the sensor and the time after energization of the heater, the output voltage VO2 of the inactive oxygen sensor is equal to or higher than the reference voltage. Therefore, in the oxygen sensor of the pseudo reference electrode type, activation cannot be accurately determined only by monitoring the output voltage VO2.
[0012]
On the other hand, in the case of an oxygen sensor having an atmosphere chamber, as shown in FIG. 6A, when the output voltage VO2 rises with heating and reaches a predetermined range, and then reaches an outside of a predetermined range. Activation was determined.
[0013]
Further, in the oxygen sensor of the pseudo reference electrode type, an AC voltage applying device 41 for applying an AC voltage to the internal resistance Ri is required as shown in FIG. 4 in order to measure the resistance value of the internal resistance Ri. Had become. For this reason, the configuration has been increased in size, leading to an increase in cost.
[0014]
Therefore, the present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to provide an oxygen sensor that has achieved both shortening of a determination time for determining activation of an oxygen sensor and improvement of determination accuracy. An object of the present invention is to provide an activation determination method.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is a detection element for detecting the oxygen concentration in the gas to be measured after the heating of the oxygen sensor of the pseudo reference electrode type is started. From the initial voltage value of the pseudo reference electrode bias voltage for supplying the current to the battery, becomes equal to or less than the determination value for determining the rich / lean state of the oxygen concentration, and again determines the rich / lean state of the oxygen concentration. When the value becomes equal to or more than the value, it is determined that the oxygen sensor is activated.
[0016]
In the above feature, since the activation of the oxygen sensor is determined by monitoring the output voltage of the oxygen sensor, the activation determination time is reduced without depending on the temperature around the oxygen sensor, In addition, the accuracy of activation can be improved.
[0017]
Further, an AC voltage applying device for detecting the internal resistance of the detecting element is not required, and the configuration of the sensor can be reduced in size and simplified, and the manufacturing cost can be reduced.
[0018]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the initial voltage value of the pseudo reference electrode bias voltage is larger than the determination value for determining the rich state / lean state of the oxygen concentration and is active. The value is set to a value smaller than the output voltage of the oxygen sensor indicating the rich state after the conversion.
[0019]
With the above feature, the activation timing of the oxygen sensor can be accurately determined in a shorter time than in the conventional case.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 is a flowchart showing a procedure of a method for determining activation of an oxygen sensor according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an electrical schematic configuration of the oxygen sensor, and FIG. FIG. 5 is a diagram showing a time change of the output voltage VO2 and the pumping voltage Vp.
[0022]
Before describing the procedure of the determination method of the first embodiment with reference to FIG. 1, the electrical configuration and operation of a pseudo reference electrode type oxygen sensor will be described with reference to FIG. In FIG. 2, a detection element 20, which is included in an oxygen sensor and detects, for example, the oxygen concentration in exhaust gas, generates an electromotive force E corresponding to the oxygen concentration of the gas to be measured (exhaust gas) and has an internal resistance Ri. have. A pumping voltage Vp, which is a bias voltage for a pseudo reference electrode, is applied to the detecting element 20, and a pumping current Ip as a flowing current is supplied to the detecting element 20 via a receiving resistor R0. When the pumping current Ip is supplied to the detecting element 20, the output voltage VO2 of the oxygen sensor is expressed by the above-described equation (1).
[0023]
When the output voltage VO2 in a state where the air-fuel ratio (A / F) becomes the stoichiometric air-fuel ratio (A / F = 14.7) is set as a reference voltage (for example, about 450 mV), the reference voltage is compared with the output voltage VO2. It is determined whether the air-fuel ratio is rich or lean with respect to the stoichiometric air-fuel ratio. That is, when the output voltage VO2 is higher than the reference voltage, the air-fuel ratio is richer than the stoichiometric air-fuel ratio (for example, A / F <14.7) and the amount of oxygen in the exhaust gas is small. When the output voltage VO2 is lower than the reference voltage, it is determined that the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (for example, A / F> 14.7) and that a large amount of oxygen exists in the exhaust gas.
[0024]
Next, the procedure of the activation determination method of the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0025]
First, when the operation of the oxygen sensor is started, energization of a heater (not shown) for heating the detection element 20 is started to heat the detection element 20, and at the same time, a pumping voltage Vp for flowing a pumping current Ip to the detection element 20 is generated. , The initial bias voltage V1. The initial bias voltage V1 is higher than the reference voltage (for example, about 450 mV) serving as the determination voltage VR / L for determining the lean state / rich state and less than the output voltage VO2R (for example, about 900 mV) in the rich state. It is set, for example, to about 500 to 550 mV. In this way, by setting the pumping voltage Vp to the initial bias voltage V1, the output voltage VO2 after the start of the operation of the sensor once becomes reliably equal to or lower than the determination voltage VR / L. Immediately after the start of energization of the heater, since the element temperature of the detection element 20 is in a low state, the internal resistance Ri has a high value. In this state, since the resistance value of the internal resistance Ri is set sufficiently higher than the resistance value of the receiving resistance R0, the output voltage VO2 becomes the initial bias voltage V1 of the pumping voltage Vp (Step S10).
[0026]
Next, when the element temperature of the detection element 20 increases due to the heating of the heater, the resistance value of the internal resistance Ri decreases. As a result, the output voltage VO2 gradually decreases from the initial bias voltage V1, as shown by the solid line in FIG. The output voltage VO2 gradually decreases because the difference in voltage between the receiving resistor R0 and the internal resistor Ri gradually decreases due to the flowing current. When the output voltage VO2 becomes 1/2 of the initial bias voltage V1, it is considered that the resistance value of the internal resistor Ri has become equal to the resistance value of the receiving resistor R0 (step S11).
[0027]
Next, it is determined whether or not the output voltage VO2 has fallen below the determination voltage VR / L (step S12). That is, it is determined whether or not the output voltage VO2 indicates a lean state. As a result of the determination, when the output voltage VO2 becomes equal to or lower than the determination voltage VR / L, it is determined that the output voltage VO2 indicates a lean state.
[0028]
Subsequently, when the element temperature of the detection element 20 increases due to the heating of the heater and the resistance value of the internal resistance Ri further decreases, the pumping current Ip flowing into the detection element 20 starts to increase, and the oxygen The amount of accumulation is also secured. As a result, the output voltage VO2 starts to rise from the lowered state, as shown in FIG. 3A (step S13).
[0029]
Next, it is determined whether or not the output voltage VO2 has exceeded the determination voltage VR / L (step S14). That is, it is determined whether or not the output voltage VO2 indicates a rich state. As a result of the determination, when the output voltage VO2 is equal to or higher than the determination voltage VR / L, it is determined that the output voltage VO2 indicates a rich state. The output voltage VO2 decreases from the initial bias voltage V1 of the pumping voltage Vp, becomes equal to or lower than the determination voltage VR / L, and becomes an output state indicating a lean state, and then increases to indicate a rich state which becomes equal to or higher than the determination voltage VR / L. Being in the output state means that the detection element 20 is in a state where it can determine the rich state / lean state. That is, at this point, the oxygen sensor has been activated, and it is determined that the oxygen sensor has been activated (step S15).
[0030]
Next, in the output state in which the output voltage VO2 becomes equal to or higher than the determination voltage VR / L, and the pumping voltage Vp is the initial bias voltage V1 lower than the output voltage VO2R in the rich state, the output voltage in the rich state The pumping current Ip flowing into the detection element 20 in the direction that is canceled by VO2R is reduced. In order to avoid this, at the same time when it is determined that the oxygen sensor has been activated, as shown in FIG. 3B, the pumping voltage Vp is changed from the initial bias voltage V1 to the output voltage VO2R indicating a rich state after activation. It is switched to the normal bias voltage V2 which is larger than that and can supply the current to the detection element 20 (step S16). The normal bias voltage V2 is set to, for example, about 1.5 V or more.
[0031]
As described above, in the activation determination method according to the first embodiment, the activation is not determined based on the resistance value of the internal resistance Ri of the detection element as in the related art, but the output voltage of the oxygen sensor is changed. Since the activation of the oxygen sensor is determined by monitoring VO2, the activation timing can be accurately determined without depending on the variation of the internal resistance Ri due to the temperature. Thus, the activation determination time can be shortened and the activation accuracy can be improved without depending on the temperature around the oxygen sensor.
[0032]
Further, since the resistance value of the internal resistance Ri of the detection element is not detected, an AC voltage applying device for detecting the resistance value of the internal resistance Ri as in the related art becomes unnecessary. Thereby, the configuration of the sensor can be reduced in size and simplified, and the manufacturing cost can be reduced.
[0033]
Further, technical ideas other than the claims that can be grasped from the above embodiment will be described below together with the effects.
[0034]
2. The activation determination method for an oxygen sensor according to claim 1, wherein after the activation of the oxygen sensor is determined, the bias voltage for the pseudo reference electrode is set to a rich state after activation from an initial voltage value. A method for determining activation of an oxygen sensor, wherein the value is set to a value larger than the output voltage of the sensor.
[0035]
In the above feature, it is possible to avoid a decrease in the current flowing into the detection element and to reliably supply the current flowing into the detection element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a procedure of an activation determination method for an oxygen sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an electrical schematic configuration of an oxygen sensor.
FIG. 3 is a diagram showing an output voltage VO2 of the oxygen sensor and a temporal change of a pumping voltage.
FIG. 4 is a diagram showing an electrical schematic configuration of a conventional oxygen sensor.
FIG. 5 is a diagram showing variations in internal resistance with temperature.
FIG. 6 is a diagram showing a time change of an output voltage VO2 after energization of a heater.
[Explanation of symbols]
20, 40 detecting element 41 AC voltage applying device Ip pumping current R0 receiving resistor Ri internal resistance V1 initial bias voltage V2 normal bias voltage VR / L determination voltage Vp pumping voltage VO2 output voltage VO2R Rich output voltage

Claims (2)

擬似参照電極タイプの酸素センサの加熱が開始された後、前記酸素センサの出力電圧が、被測定ガス中の酸素濃度を検出する検出素子に流し込み電流を供給する擬似参照電極用バイアス電圧の初期電圧値から低下し、酸素濃度のリッチ状態/リーン状態を判定する判定値以下となり、再び酸素濃度のリッチ状態/リーン状態を判定する前記判定値以上となったときに、前記酸素センサが活性化されたと判定する
ことを特徴とする酸素センサの活性化判定方法。
After the heating of the pseudo reference electrode type oxygen sensor is started, the output voltage of the oxygen sensor is the initial voltage of the pseudo reference electrode bias voltage that supplies a current to the detection element that detects the oxygen concentration in the gas to be measured. The oxygen sensor is activated when the value falls below the determination value for determining the rich state / lean state of the oxygen concentration and becomes equal to or greater than the determination value for determining the rich state / lean state of the oxygen concentration again. And determining whether the oxygen sensor has been activated.
前記擬似参照電極用バイアス電圧の初期電圧値は、
酸素濃度のリッチ状態/リーン状態を判定する前記判定値よりも大きく、かつ活性化後のリッチ状態を示す前記酸素センサの出力電圧よりも小さい値に設定される
ことを特徴とする請求項1記載の酸素センサの活性化判定方法。
The initial voltage value of the pseudo reference electrode bias voltage is:
2. The oxygen sensor according to claim 1, wherein the value is set to be larger than the determination value for determining the rich state / lean state of the oxygen concentration and smaller than the output voltage of the oxygen sensor indicating the rich state after activation. For determining activation of an oxygen sensor.
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