CN1261756C - 氧传感器的活性化判断方法 - Google Patents

Abstract

提供一种氧传感器的活性化判断方法，可以缩短判断氧传感器的活性化的判断时间，且提高判断精度。该氧传感器的活性化判断方法的特征在于：在模拟参照电极型的氧传感器的加热开始后，上述氧传感器的输出电压，从供给向用来检测被测定气体中的氧浓度的检测元件流入的电流的模拟参照电极用偏置电压的初期电压值下降，降到用来判断氧浓度的富状态/稀状态的判断值以下，又上升到判断氧浓度的富状态/稀状态的上述判断值以上时，判断为上述氧传感器已被活性化。

Description

氧传感器的活性化判断方法

技术领域

本发明涉及在把例如汽车发动机等的空燃比(燃料和吸入空气的混合比)作为排出气体中的氧浓度进行检测时适用的氧传感器的活性化判断方法。

背景技术

一般地，在汽车发动机等的内燃机中，在例如排气管的中途设置氧传感器，用氧传感器检测出排出气体中残留的氧浓度。

在利用这种现有技术的模拟参照电极(不是基准大气室)型的氧传感器中，如例如图4的示意结构所示，检测排出气体中的氧浓度的检测元件40产生与被测定气体(排出气体)的氧浓度对应的电动势E，同时具有内部电阻Ri。在检测元件40上施加模拟参照电极用的抽运电压Vp，作为通过接收电阻R0流入的电流的抽运电流Ip被供给到检测元件40时，氧传感器的输出电压VO2用下式表示：

(式1)VO2＝E+(Ri×Ip)。

如果以空燃比(A/F)为理论空燃比的状态(A/F＝14.7)的输出电压VO2作为基准电压(例如450mV)，则把该基准电压和输出电压VO2比较，相对于理论空燃比，空燃比判断成要么是富(过浓)状态，要么是稀(稀薄)状态。即，输出电压VO2比基准电压高时，空燃比相对于理论空燃比成为富状态(例如A/F＜14.7)，判断为排出气体中的氧量少，而在输出电压VO2比基准电压低时，空燃比相比于理论空燃比成为稀状态(例如A/F＞14.7)，判断为排出气体中的氧量多。

在这样的氧传感器中，为了很好地检测空燃比，检测元件40在预定温度以上，进行活性化是必要的，氧传感器的内部电阻Ri具有温度依赖性，检测元件40被加热而温度上升时内部电阻Ri值减少。利用这样的特性检测内部电阻Ri值，检测到的内部电阻Ri值比预先设定的预定值小时，判断为氧传感器在预定温度以上，已经被活性化。在例如下面所示的文献中公开了这种技术(参照专利文献1，2)

<专利文献1>日本专利特开昭62-197759号公报

<专利文献2>日本专利特开平5-249077号公报

如上所述，在基于内部电阻Ri的值判断氧传感器的活性化的现有的氧传感器中，内部电阻Ri和检测元件的元件温度之间有一定相关关系，内部电阻Ri随温度特性有偏差。因此，基于内部电阻Ri的电阻值判断活性化时，由于判断精度与温度有关，存在判断精度恶化的问题。

于是，如果基于内部电阻Ri的值精度良好地判断活性化，必须考虑内部电阻Ri的偏差，对判断活性化的内部电阻Ri的值设定一定程度的容限值(margin)。

即，如展示内部电阻Ri和检测元件的元件温度的关系(温度特性)的图5所示，相对于内部电阻Ri为标准的场合(图5的a所示的温度特性)，在图5的b所示那样的内部电阻Ri有偏差的场合的温度特性中，必须把判断活性化的内部电阻Ri的判断值设定为有偏差的内部电阻Ri的最小值。因此，如图5所示，实际上，是在比检测元件活性化的元件温度高的温度下判断为活性化。结果，活性化的判断延迟，导致活性化的判断时间延长的问题。

另外，在模拟参照电极型的氧传感器中，与通常的氧传感器的动作同样地，在对加热器通电加热检测元件的同时，在基准电极上流过用来存入氧的流入电流。因此，如展示传感器的输出电压VO2和加热器通电后的时间的关系的图6的b所示，非活性时的氧传感器的输出电压VO2为基准电压以上。因此，在模拟参照电极型的氧传感器中，只对输出电压VO2进行监测不能正确地判断活性化。

另一方面，在具有大气室的氧传感器的场合下，如图6的a所示，在加热的同时输出电压VO2上升到达预定的范围内后，在达到预定范围外时判断为活性化。

另外，在模拟参照电极型的氧传感器中，为了测定内部电阻Ri的电阻值，如图4所示，必须有用来向内部电阻Ri施加交流电压用的交流电压施加装置41。由此，导致结构大型化、成本上升。

发明内容

本发明正是鉴于上述情况提出的，其目的在于提供可以缩短判断氧传感器的活性化的判断时间，且同时可提高判断精度的氧传感器的活性化判断方法。

为了解决上述问题，本发的第一方面是一种氧传感器的活性化判断方法，其特征在于：在模拟参照电极型的氧传感器的加热开始后，上述氧传感器的输出电压，从供给向用来检测被测定气体中的氧浓度的检测元件流入的电流的模拟参照电极用偏置电压的初期电压值下降，降到用来判断氧浓度的富状态/稀状态的判断值以下，又上升到判断氧浓度的富状态/稀状态的上述判断值以上时，判断为上述氧传感器已被活性化。

在上述特征中，由于通过监视氧传感器的输出电压VO2来判断氧传感器的活性化，所以可以不依赖于氧传感器的周围的温度，缩短活性化的判断时间，且提高活性化的精度。

另外，不需要用来检测检测元件的内部电阻Ri的交流电压施加装置，可以实现传感器的结构的小型化、简单化，降低制造成本。

本发明的第二方面是，在上述第一发明中，上述模拟参照电极用偏置电压的初期电压值设定成，比判断氧浓度的富状态/稀状态的上述判断值大且比表现出活性化后的富状态的上述氧传感器的输出电压小的值。

在上述特征中，可以以比现有短的时间精度良好地判断氧传感器的活性化的时刻。

附图说明

图1是展示根据本发明的实施方式1的氧传感器的活性化判断方法的顺序的流程图；

图2是展示氧传感器的电气的示意结构的图；

图3是展示氧传感器的输出电压VO2和抽运电压Vp随时间变化的图；

图4是展示现有的氧传感器的电气的示意结构的图；

图5是展示内部电阻Ri随温度的偏差的图；

图6是加热器通电后的输出电压VO2随时间变化的图。

具体实施方式

下面，用附图说明本发明的实施方式。

图1是展示根据本发明的实施方式1的氧传感器的活性化判断方法的顺序的流程图；图2是展示氧传感器的电气的示意结构的图；图3是展示氧传感器的输出电压VO2和抽运电压Vp随时间变化的图。

在参照图1说明该实施方式1的判断方法的顺序之前，参照图2说明模拟参照电极型的氧传感器的电气结构和作用。图2中，氧传感器中含有的例如检测排出气体中的氧浓度的检测元件20产生与被测定气体(排出气体)的氧浓度对应的电动势E，且具有内部电阻Ri。在检测元件20上施加作为模拟参照电极用的偏置电压的抽运电压Vp，作为通过接收电阻R0流入的电流的抽运电流Ip被供给到检测元件20。在抽运电流Ip被供给到检测元件20时，氧传感器的内部电阻Ri用上述的式1表示。

如果以空燃比(A/F)为理论空燃比的状态(A/F＝14.7)的输出电压VO2作为基准电压(例如450mV)，则把该基准电压和输出电压VO2比较，相对于理论空燃比，空燃比判断成要么是富状态，要么是稀状态。即，输出电压VO2比基准电压高时，空燃比相对于理论空燃比成为富状态(例如A/F＜14.7)，判断为排出气体中的氧量少，而在输出电压VO2比基准电压低时，空燃比相对于理论空燃比成为稀状态(例如A/F＞14.7)，判断为排出气体中的氧量多。

下面，参照图1的流程图，说明该实施方式1的活性化判断方法的顺序。

首先，随着氧传感器开始动作，同时开始对加热检测元件20的加热器(图中未示出)通电，加热检测元件20，把与此同时在检测元件20上流入抽运电流Ip的抽运电压Vp设定为初期偏置电压V1。该初期偏置电压V1比作为判断富状态/稀状态的判断电压VR/L的上述基准电压(例如450mV左右)大，且被设定为比富状态的输出电压VO2R(例如900mV左右)小的值，例如设定成500-550mV左右。这样，通过把抽运电压Vp设定为初期偏置电压V1，传感器开始动作后输出电压VO2曾经确实为判断电压VR/L以下。在加热器的通电刚刚开始之后，由于检测元件20的元件温度是低的状态，内部电阻Ri是高的值。在该状态下，由于内部电阻Ri的电阻值设定成比接收电阻R0的电阻值充分大，输出电压VO2成为抽运电压Vp的初期偏置电压V1(步骤S10)。

然后，由于加热器的加热，检测元件20的元件温度上升，则内部电阻Ri的电阻值下降。由此，如图3(a)的实线所示，输出电压VO2从初期偏置电压V1缓慢下降。输出电压VO2缓慢下降，是由于由流入电流造成的接收电阻R0和内部电阻Ri的分压差缓慢减小。输出电压VO2成为初期偏置电压V1的1/2时，内部电阻Ri的电阻值和接收电阻R0的电阻值相等(步骤S11)。

然后，判断输出电压VO2是否下降到判断电压VR/L(步骤S12)。即，判断输出电压VO2是否是稀状态。在判断结果中，输出电压VO2为判断电压VR/L以下时，判断为输出电压VO2是稀状态。

接着，如果由于加热器的加热，检测元件20的元件温度上升，则内部电阻Ri的电阻值继续下降，向检测元件20流入的抽运电流Ip开始增加，也可以确保向基准电极侧存入的氧的量。由此，如图3(a)所示，输出电压VO2从降低状态又变成开始上升(步骤S13)。

然后，判断输出电压VO2是否下降到判断电压VR/L(步骤S14)。即，判断输出电压VO2是否是富状态。在判断结果中，输出电压VO2为判断电压VR/L以上时，判断为输出电压VO2是富状态。输出电压VO2从抽运电压Vp的初期偏置电压V1下降，成为表现出降到判断电压VR/L以下的稀状态的输出状态，然后再上升，成为表现出升到判断电压VR/L以上的富状态的输出状态，这意味着检测元件20可以判断富状态/稀状态。即，由于在该时刻氧传感器被活性化，判断为已活性化(步骤S15)。

接着，在输出电压VO2成为判断电压VR/L以上，表现为富状态的输出状态中，如果抽运电压Vp是比富状态的输出电压VO2R低的初期偏置电压V1，则以抵销富状态的输出电压VO2的方向向检测元件20上流入的抽运电流Ip降低。为了避免这一点，在判断为氧传感器被活性化的同时，如图3(b)所示，把抽运电压Vp从初期偏置电压V1切换到比活性化后的表现出富状态的输出电压VO2R大、且可确保向检测元件20上流入的电流的通常偏置电压V2(步骤S16)。该通常偏置电压V2设定为例如1.5V左右以上。

这样，在上述实施方式1中的活性化判断方法中，不是象现有那样基于检测元件的内部电阻Ri的电阻值判断活性化，而是通过监视氧传感器的输出电压VO2，判断氧传感器的活性化，所以可以与内部电阻Ri的随温度的偏差无关地正确地判断活性化的时刻。由此，可以不依赖于氧传感器的周围的温度，缩短活性化的判断时间，且提高活性化的精度。

另外，由于不检测检测元件的内部电阻Ri的电阻值，所以不需要周来检测检测元件的内部电阻Ri的交流电压施加装置。由此，可以实现传感器的结构的小型化、简单化，降低制造成本。

而且，下面描述从上述实施方式得到的另一技术方案及其效果。

即，在上述氧传感器的活性化判断方法中，在判断了上述氧传感器的活性化后，把上述模拟参照电极用偏置电压从初期电压值设定成比表现出活性化后的富状态的上述氧传感器的输出电压大的值。

在上述特征中，可以避免向检测元件流入的电流的降低，可以可靠地供给流入检测元件的电流。

Claims (2)

1.一种氧传感器的活性化判断方法，其特征在于：在模拟参照电极型的氧传感器的加热开始后，上述氧传感器的输出电压，从供给向用来检测被测定气体中的氧浓度的检测元件流入的电流的模拟参照电极用偏置电压的初期电压值下降，降到用来判断氧浓度的富状态/稀状态的判断值以下，又上升到判断氧浓度的富状态/稀状态的上述判断值以上时，判断为上述氧传感器已被活性化。

2.如权利要求1所述的氧传感器的活性化判断方法，其特征在于：上述模拟参照电极用偏置电压的初期电压值设定成，比判断氧浓度的富状态/稀状态的上述判断值大且比表现出活性化后的富状态的上述氧传感器的输出电压小的值。

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