JP2000065784A - 空燃比センサの抵抗検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサ素子インピーダンスを被検出ガス状態
に応じて補正する。 【解決手段】 空燃比センサ１０１のセンサ素子１０２
を活性化するヒータ１０４、センサ素子により検出され
る被検出ガス中の空燃比を検出する空燃比検出手段、そ
のガス状態を検出するガス状態検出手段、センサ素子の
インピーダンス検出手段、ガス状態に応じてセンサ素子
のインピーダンスを補正する補正手段、を備える。これ
らの各手段はＥＣＵ１００による。また、所定期間中ヒ
ータ１０４へ供給された積算電力量を算出し、算出した
積算電力量に基づきセンサ素子のインピーダンスを補正
する。また、ヒータの積算電力量に応じてセンサ素子の
故障を判定する。また、ヒータの積算電力量に基づき素
子温制御目標学習値を求め、被検出ガスのガス状態に応
じてその学習値を補正して素子温制御目標値を算出し、
ヒータ制御を行い、センサ素子やヒータへの過加熱を防
止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空燃比センサの抵抗
検出装置に関し、特に、内燃機関の排気空燃比を検出す
る空燃比センサ素子、例えば酸素濃度検出素子のインピ
ーダンスを検出する空燃比センサの抵抗検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年の機関の空燃比制御においては、機
関の排気系に空燃比センサと触媒とを配設し、触媒によ
り排気ガス中の有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx 等）を最
大限浄化するため、空燃比センサにより検出される機関
の排気空燃比が目標空燃比、例えば理論空燃比になるよ
うにフィードバック制御を行っている。この空燃比セン
サとして、機関から排出される排気ガス中に含まれる酸
素濃度に比例して限界電流を出力する限界電流式の酸素
濃度検出素子が用いられている。限界電流式酸素濃度検
出素子は、酸素濃度から機関の排気空燃比を広域かつリ
ニアに検出するものであり、空燃比制御精度を向上させ
たり、リーンバーン制御を行ったりするために有用であ
る。

【０００３】上記酸素濃度検出素子は、空燃比の検出精
度を維持するため活性状態に保つことが不可欠であり、
通常、機関始動時から同素子に付設されたヒータを通電
することにより同素子を加熱し早期活性化しその活性状
態を維持するようヒータの通電制御を行っている。図２
７は酸素濃度検出素子の温度とインピーダンスの相関関
係を示す図である。上記酸素濃度検出素子（以下、単に
素子と記す）の温度とインピーダンスとの間には図２７
に太線で示すような相関関係、すなわち素子温度の上昇
に連れて素子のインピーダンスが減衰するという関係が
ある。この関係に着目し、上記のようなヒータの通電制
御においては、素子のインピーダンスを検出して素子温
度を導き出し、その素子温度が所望の活性化温度、例え
ば７００°Ｃになるようにフィードバック制御を行って
いる。例えば、図２７の太線に示すように、素子のイン
ピーダンスＺacが、初期制御素子温７００°Ｃに相当す
る素子のインピーダンス３０Ω以上とき（Ｚac≧３
０）、すなわち素子温が７００°Ｃ以下のとき、ヒータ
を通電し、Ｚacが３０Ωより小のとき（Ｚac＜３０）、
すなわち素子温が７００°Ｃを超えるとき、ヒータの通
電を解除する制御を行うことで、素子の温度を活性化温
度７００°Ｃ以上に保ち、素子の活性状態を維持してい
る。また、ヒータ通電時は、素子のインピーダンスとそ
の目標値との偏差（Ｚac−３０）をなくすために必要な
通電量を求め、その通電量を供給するようデューティ制
御を行っている。

【０００４】特開平９−２９２３６４号公報に開示され
ている酸素濃度センサの素子抵抗検出方法は、上記酸素
濃度検出素子のインピーダンスを検出するに際し、空燃
比検出用の直流分の電圧に同素子温度を検出するために
好適な１つの周波数、例えば５ＫＨｚの交流分の電圧を
重畳して同素子に印加し、この交流分電圧重畳後に同素
子に流れる電流を測定して、これら重畳印加電圧と測定
電流とから素子インピーダンスを検出している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
９−２９２３６４号公報開示の酸素濃度センサの素子抵
抗検出方法により検出される素子インピーダンスは、内
燃機関の排気通路に酸素濃度センサを配設したとき、経
時変化に伴い、排気温、あるいは素子の電極表面や内部
への付着物により電極部が劣化し、図２７に細線で示す
ような相関関係をもつようになり、センサ素子の劣化に
伴いその検出値にずれが生じる。また、上記素子インピ
ーダンスは、内燃機関の排気通路に酸素濃度センサを配
設したとき、機関の吸入空気量または負荷状態および排
気空燃比等により排気通路内のガス状態が変化し、この
ガス状態の変化によってその検出値にずれが生じる。

【０００６】このようにインピーダンスの検出値にずれ
が生じると、図２７に太線で示すように、例えば素子温
制御目標値が３０Ωで現在の真の素子インピーダンスが
３０Ωのとき、上記ずれにより素子インピーダンスが２
０Ωとして誤検出されると、素子の温度は８００°Ｃと
見なされ素子温度を下げるヒータ制御が行われる。この
制御が継続すると、センサ素子は活性温度７００°Ｃよ
り低くなりセンサ素子は活性状態を維持できなくなり、
その結果空燃比制御の精度が悪化し、排気エミッション
が悪化するという問題が生じる。

【０００７】一方、同様に素子温制御目標値が３０Ωで
現在の真の素子インピーダンスが３０Ωのとき、上記ず
れにより素子インピーダンスが９０Ωとして誤検出され
ると、素子の温度は６００°Ｃと見なされ素子温度を上
げるヒータ制御が行われる。この制御が継続すると、セ
ンサ素子は活性温度７００°Ｃより高くなりセンサ素子
は過加熱され、その結果センサ素子の劣化が促進され、
寿命が短縮するという問題が生じる。

【０００８】それゆえ、本発明は上記問題を解決し、経
時変化に伴いセンサ素子が劣化したり、被検出ガスのガ
ス状態が変化したりしても、センサ素子の過加熱による
センサ素子の劣化やヒータへの過多な電力供給によるヒ
ータ抵抗の劣化を防止する空燃比センサの抵抗検出装置
を提供することを目的とする。本発明はまた、空燃比セ
ンサの素子の故障を判定する空燃比センサの抵抗検出装
置を提供することをその他の目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記問題を解決する本発
明の第１形態による空燃比センサの抵抗検出装置は、酸
素濃度検出素子と、該酸素濃度検出素子を活性化するヒ
ータと、該酸素濃度検出素子に電圧を印加することによ
り被検出ガス中の酸素濃度に比例した電流を該酸素濃度
検出素子から検出して該被検出ガス中の空燃比を検出す
る空燃比検出手段と、を備える空燃比センサの抵抗検出
装置において、前記酸素濃度検出素子により検出する前
記被検出ガスのガス状態を検出するガス状態検出手段
と、前記酸素濃度検出素子に電圧を印加して該酸素濃度
検出素子のインピーダンスを検出するインピーダンス検
出手段と、前記ガス状態に応じて前記インピーダンス検
出手段により検出された前記酸素濃度検出素子のインピ
ーダンスを補正する補正手段と、を備えたことを特徴と
する。

【００１０】上記構成により、酸素濃度検出素子による
被検出ガスのガス状態に応じて同素子のインピーダンス
を補正し、同素子の素子温制御目標値を補正する。これ
により上記ガス状態に応じて素子温制御目標値を適切に
制御でき、酸素濃度検出素子やヒータへの過加熱を防止
する。前記問題を解決する本発明の第２形態による空燃
比センサの抵抗検出装置は、酸素濃度検出素子と、該酸
素濃度検出素子を活性化するヒータと、該酸素濃度検出
素子に電圧を印加することにより被検出ガス中の酸素濃
度に比例した電流を該酸素濃度検出素子から検出して該
被検出ガス中の空燃比を検出する空燃比検出手段と、を
備える空燃比センサの抵抗検出装置において、前記酸素
濃度検出素子に電圧を印加して該酸素濃度検出素子のイ
ンピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、前
記ヒータへ供給される電力量を算出する電力量算出手段
と、前記電力量算出手段により算出された前記電力量に
応じて、前記インピーダンス検出手段により検出された
前記酸素濃度検出素子のインピーダンスを補正する補正
手段と、を備えたことを特徴とする。

【００１１】上記電力量算出手段として、例えば、所定
期間中前記ヒータへ供給された電力の積算電力量を算出
する積算電力算出手段、あるいは平均電力を算出する平
均電力量算出手段がある。上記構成、すなわち上記電力
算出手段により算出された前記電力量を、経時変化に伴
うセンサ素子の劣化のパラメータとし、上記電力量に応
じて、前記酸素濃度検出素子のインピーダンスを補正し
て、同素子の素子温制御目標値を補正する。これにより
ヒータへの電力量に応じて、すなわち経時変化に伴うセ
ンサ素子の劣化に応じて素子温制御目標値を適切に制御
でき、酸素濃度検出素子やヒータへの過加熱を防止す
る。

【００１２】本発明はまた、上記空燃比センサの抵抗検
出装置において、前記電力量算出手段により算出された
前記電力量に基づいて、前記酸素濃度検出素子の故障を
判定する故障判定手段を備える。上記構成により酸素濃
度検出素子の故障を判定できる。本発明はまた、上記空
燃比センサの抵抗検出装置において、前記インピーダン
ス検出手段は、前記酸素濃度検出素子に直流分に交流分
が重畳された電圧を印加し該酸素濃度検出素子のインピ
ーダンスを検出する。

【００１３】上記構成により酸素濃度検出素子のインピ
ーダンスを短時間で検出できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ、本
発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明によ
る空燃比センサ抵抗検出装置の一実施形態の概略構成図
である。図１以降、同一のものは同一符号で示す。図１
中、参照番号１はシリンダブロック、２はピストン、３
はシリンダヘッド、４は燃焼室、５は吸気マニホルド、
６は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド５
は、サージタンク７、吸気ダクト８およびエアフローメ
ータ９を介してエアクリーナ１０に接続される。吸気ダ
クト８内にはスロットル弁１１が配設され、吸気マニホ
ルド５には燃料噴射弁１２が吸気ポート１３へ向けて配
設される。排気マニホルド６には排気管１４が接続さ
れ、この排気管１４の途中にはＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの３
成分を同時に浄化するとともに酸素ストレージ効果を有
する三元触媒を内蔵した触媒コンバータ１５が配設され
る。

【００１５】電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００は、デ
ジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によっ
て相互に接続されたＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、バックア
ップ用のＢ．ＲＡＭ４４、ＣＰＵ４５、入力ポート４６
および出力ポート４７、等を具備する。エアフローメー
タ９は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、その出
力電圧の信号をＡ／Ｄ変換器４８を介して入力ポート４
６に入力する。排気マニホルド６内の上流側には空燃比
センサ１０１が配設され、空燃比センサ１０１は排気ガ
ス中の酸素濃度を検出し、その出力信号を空燃比センサ
回路１０３、Ａ／Ｄ変換器４８を介して入力ポート４６
に入力する。

【００１６】吸気ダクト８内のスロットル弁１１の開度
はアクセルペダル（図示せず）の踏込み動作に連動して
可変される。スロットル弁１１にはスロットル開度の全
閉状態を検出するアイドルスイッチを有するスロットル
ポジションセンサ１８が設けられており、スロットルポ
ジションセンサ１８はＥＣＵ１００に接続されＥＣＵ１
００の入力ポート４６にアイドルスイッチのオンオフ信
号ＸＩＤＬＥを入力するとともに、Ａ／Ｄ変換器４８を
介して入力ポート４６にスロットル開度に比例したアナ
ログ電圧の信号を入力する。

【００１７】サージタンク７には吸気通路内の絶対圧を
検出する圧力センサ１９が設けられ、圧力センサ１９は
吸気圧に比例したアナログ電圧の信号をＡ／Ｄ変換器４
８を介して入力ポート４６に入力する。シリンダブロッ
ク１にはウォータジャケット内の機関２００の冷却水温
を検出する水温センサ２０が取付けられており、水温セ
ンサ２０は機関２００の冷却水温に比例したアナログ電
圧の信号をＡ／Ｄ変換器４８を介して入力ポート４６に
入力する。

【００１８】バッテリ１０５の電圧もＥＣＵ１００に接
続され、バッテリ１０５の電圧はＥＣＵ１００内のＡ／
Ｄ変換器４８を介して入力ポート４６に入力される。ま
た、機関２００が搭載される車両の車速を検出する車速
センサ２１もＥＣＵ１００に接続され、車速センサ２１
のアナログ電圧出力は、ＥＣＵ１００内のＡ／Ｄ変換器
４８を介して入力ポート４６に入力される。

【００１９】ディストリビュータ１６には２つのクラン
ク角センサ３３、３４が設けられ、クランク角センサ３
３はクランク角に換算して７２０°ＣＡ毎の基準位置を
検出して出力パルス信号を発生し、クランク角センサ３
４はクランク角に換算して３０°ＣＡ毎の位置を検出し
て出力パルス信号を発生する。これらの出力パルス信号
は入力ポート４６に入力され、クランク角センサ３４の
出力パルス信号はＣＰＵ４５の割込端子にも入力され
る。クランク角センサ３３、３４の出力パルス信号か
ら、例えば機関２００の回転数が演算される。

【００２０】一方、出力ポート４７は駆動回路４９を介
して燃料噴射弁１２に接続される。燃料噴射弁１２から
吸気ポート１３へ向けて吸気通路１７へ噴射される燃料
噴射量は、空燃比が目標空燃比、本実施形態では理論空
燃比になるように駆動回路４９により開弁される燃料噴
射弁１２の開弁時間を可変することにより制御される。
出力ポート４７は駆動回路４９を介してアラーム２２に
も接続され、アラーム２２は空燃比センサ素子１０２や
ヒータ１０４が劣化したと判定されたときに付勢され
る。

【００２１】なお、ＣＰＵ４５の割込は、Ａ／Ｄ変換器
によるＡ／Ｄ変換終了時やクランク角センサ３４の出力
パルス信号の受信時に発生する。Ａ／Ｄ変換器４８を介
して入力ポート４６へ入力されたデジタルデータはＡ／
Ｄ変換毎に読取られ、ＲＡＭ４３に格納される。機関２
００の回転数ＮＥもクランク角センサ３４の出力パルス
信号がＣＰＵ４５の割込端子に入力される毎に演算され
ＲＡＭ４３に格納される。つまりＲＡＭ４３に格納され
る機関２００のデータは絶えず更新される。

【００２２】また、ヒータ１０４は空燃比センサ１０１
に内蔵されセンサ素子を活性化するために加熱するため
のものであるが、後述の処理によりＣＰＵ４５により演
算されたデジタルデータを出力ポート４７を介してＤ／
Ａ変換器５０でアナログ電圧に変換しヒータ回路１０６
を介してヒータ１０４へ電力が供給される。図２は図１
に示す空燃比センサ１０１およびヒータ１０４の制御を
示す図である。図１に示す機関２００の排気空燃比を検
出する空燃比センサ１０１は、空燃比センサ素子（以
下、センサ素子と記す）１０２とヒータ１０４とを有す
る。空燃比センサ回路（以下、センサ回路と記す）１０
３がＥＣＵ１００内に設けられ、センサ素子１０２に電
圧を印加する。センサ回路１０３は、デジタルコンピュ
ータからなるＥＣＵ１００内で空燃比センサ１を制御す
る役割を担う制御ユニット、すなわち空燃比センサ制御
ユニットＡ／ＦＣＵ１１０からアナログの印加電圧を受
けこれに応じた電圧をセンサ素子１０２に印加する。Ａ
／ＦＣＵ１１０は後述の処理にしたがって算出したデジ
タルデータを内部に設けられたＤ／Ａ変換器５０により
アナログ電圧に変換してセンサ回路１０３へ出力する。
この電圧の印加に伴いＡ／ＦＣＵ１１０は被検出ガス
中、すなわち排気ガス中の酸素濃度に比例して変化する
センサ素子１０２を流れる電流を検出する。Ａ／ＦＣＵ
１１０はこの電流を検出するため内部に設けられたＡ／
Ｄ変換器４８によりセンサ回路１０３からセンサ素子１
０２を流れる電流に相当するアナログ電圧を受ける。Ａ
／ＦＣＵ１１０はこのアナログ電圧をデジタルデータに
変換し、変換したデジタルデータを後述する処理に使用
する。

【００２３】空燃比センサ１０１はセンサ素子１０２が
活性状態にならないとその出力を空燃比制御に使用でき
ない。このため、Ａ／ＦＣＵ１１０は機関始動時にバッ
テリ１０５からヒータ１０４へ電力供給してヒータ１０
４を通電し、センサ素子１０２の早期活性化を行い、セ
ンサ素子１０２が活性化された後はその活性状態を維持
するようヒータ１０４へ電力供給する。空燃比センサ回
路１０３は内部に積分回路が設けられており、Ａ／ＦＣ
Ｕ１１０から空燃比センサ回路１０３へ入力された矩形
パルスを正弦波状のパルスに変換した電圧をセンサ素子
１０２に印加するようになっている。これにより高周波
ノイズによるセンサ素子の出力電流の検出エラーを防止
している。

【００２４】しかるに、図２７に示したように、センサ
素子１０２の抵抗がセンサ素子１０２の温度に依存する
こと、すなわちセンサ素子温度の増大に連れて減衰する
ことに着目し、センサ素子１０２の抵抗がセンサ素子１
０２の活性状態を維持する温度に相当する抵抗値、例え
ば３０Ωとなるようヒータ１０４へ電力供給することに
よりセンサ素子１０２の温度を目標温度、例えば７００
°Ｃに維持する制御が行われている。また、Ａ／ＦＣＵ
１１０は内部に設けられたＡ／Ｄ変換器４８によりヒー
タ回路１０６からヒータ１０４の電圧と電流に相当する
アナログ電圧を受けデジタルデータに変換してこのデジ
タルデータを後述する処理に使用する。例えば、ヒータ
１０４の抵抗値を算出し、この抵抗値に基づき機関の運
転状態に応じた電力供給をヒータ１０４に行うとともに
ヒータ１０４の過昇温（ＯＴ）を防止するようヒータ１
０４の温度制御を行う。

【００２５】図３は空燃比センサの入出力信号を示す図
であり、（Ａ）は空燃比センサへ印加する入力電圧の波
形を示す図であり、（Ｂ）は空燃比センサから検出され
る出力電流の波形を示す図である。横軸は時間を示し、
縦軸は電圧および電流を示す。図３の（Ａ）に示すよう
に、空燃比センサに印加する入力電圧Ｖｍとして、常時
直流電圧０．３Ｖが印加されている。センサ素子のイン
ピーダンスを測定するため、後述するルーチンの実行に
より、空燃比センサに±０．２Ｖの第１周波数（例えば
５ＫＨｚ）のパルス電圧が上記直流電圧０．３Ｖに重畳
して印加される。一方、図３の（Ｂ）に示すように、空
燃比センサから検出される出力電流Ｉｍは、空燃比セン
サに直流電圧０．３Ｖのみを印加している間はその時々
の被測定ガスの酸素濃度に応じた値を示すが、空燃比セ
ンサに上記パルス電圧±０．２Ｖを直流電圧０．３Ｖに
重畳することにより変化する。このときの空燃比センサ
からの出力電流の変化を検出してセンサ素子のインピー
ダンスを算出する。

【００２６】ここで、空燃比センサ素子の構造、等価回
路およびインピーダンス特性について以下に説明する。
図４は空燃比センサ素子の構造を示す図であり、（Ａ）
は断面図を示す図であり、（Ｂ）は電解質部の部分拡大
図である。図５は空燃比センサ素子の等価回路を示す図
である。図５において、Ｒ１は例えばジルコニアからな
る電解質のバルク抵抗（図４の grain（グレイン）
部）、Ｒ２は電解質の粒界抵抗（図４の grain boundar
y （グレイン境界）部）、Ｒ３は例えば白金からなる電
極の界面抵抗を示し、Ｃ２は電解質の粒界の容量成分、
Ｃ３は電極界面の容量成分を示し、Ｚ（Ｗ）は交流によ
る分極が行われると周期的に界面濃度が変化するために
生じるインピーダンス分（ワールブルインピーダンス）
を示す。

【００２７】図６は空燃比センサ素子のインピーダンス
特性を示す図である。横軸はインピーダンスＺの実部
Ｚ' 、縦軸は虚部Ｚ" を示す。空燃比センサ素子のイン
ピーダンスＺはＺ＝Ｚ’＋ｊＺ”で表される。図６か
ら、電極界面抵抗Ｒ３は、周波数が１〜１０ＫＨｚに近
づくにつれて０に収束することが判る。また、破線で示
す曲線は、空燃比センサ素子により酸素大のガス状態を
検出するときの素子インピーダンスを示す。一方、一点
鎖線で示す曲線は、空燃比センサ素子により酸素小のガ
ス状態を検出するときの素子インピーダンスを示す。こ
の破線または一点鎖線で示されるインピーダンス特性か
らＲ３の部分が特に変化することが判る。

【００２８】図７は交流入力電圧の周波数とインピーダ
ンスとの関係を示す図である。図７は図６について横軸
を周波数ｆに、縦軸をインピーダンスＺacに変換したも
のである。図６から、周波数１ＫＨｚ〜１０ＭＨｚでは
インピーダンスＺacが所定値（Ｒ１＋Ｒ２）に収束し、
１０ＭＨｚより高周波側ではインピーダンスＺacは減少
し、Ｒ１に収束することが判る。このことから、インピ
ーダンスＺacを安定した状態で検出するためには、Ｚac
が周波数によらず一定値となる１ＫＨｚ〜１０ＭＨｚ付
近が望ましいことが判る。また、破線および一点鎖線で
示す曲線も、図６に示すインピーダンス特性に対応す
る。

【００２９】図８は空燃比センサの電圧−電流特性を示
す図である。横軸に空燃比センサへの印加電圧Ｖ、縦軸
に空燃比センサの出力電流Ｉを示す。図８から判るよう
に、印加電圧Ｖと出力電流Ｉとは略比例関係にあり、空
燃比がリーンであれば正側に、空燃比がリッチであれば
負側へ電流値が変化する（図８における特性線Ｌ１を参
照）。つまり、空燃比がリーン側になる程限界電流は増
大し、空燃比がリッチ側になる程限界電流は減少する。
また、出力電流Ｉが０ｍＡのとき、空燃比は理論空燃比
（＝１４．５）になる。この電圧−電流特性は素子温に
依存し、素子温度が高いとき程Ｌ１の傾きは大きくなる
が、限界電流値は素子温による影響は少なく、空燃比一
定で素子温が変化しても限界電流は略同一値を示す。

【００３０】次に、Ａ／ＦＣＵ１１０により実行される
このセンサ素子のインピーダンスの算出ルーチンについ
て以下に詳細に説明する。図９はセンサ素子のインピー
ダンス算出ルーチンの前半フローチャートであり、図１
０にセンサ素子のインピーダンス算出ルーチンの後半フ
ローチャートを示す。より詳しくは、図１０はセンサ素
子のインピーダンス算出ルーチンにおける特定周波数重
畳処理のフローチャートであり、図１１と図１２は特定
周波数重畳処理を遂行するために必要な割込処理ルーチ
ンのフローチャートである。図９および図１０に示すル
ーチンは、所定の周期、例えば１msec毎に実行される。

【００３１】先ず、ステップ９０１では、イグニッショ
ンスイッチＩＧＳＷ（図示せず）がオンかオフかを判別
し、ＩＧＳＷがオンのときはステップ９０２へ進み、Ｉ
ＧＳＷがオフのときは本ルーチンを終了する。ステップ
９０２では、空燃比センサにＶｍ＝０．３Ｖの直流電圧
がすでに印加されているか否かを判別し、その判別結果
がＹＥＳのときはステップ９０３へ進み、その判別結果
がＮＯのときはステップ９０４へ進む。ステップ９０４
では空燃比センサに０．３Ｖの直流電圧を印加する。

【００３２】ステップ９０３では、ステップ９０４で空
燃比センサに０．３Ｖの直流電圧を印加してから４msec
が経過した時期か否か、あるいは本ルーチンの前回処理
周期に空燃比センサの電流Ｉmsを読込んでから４msecが
経過した時期か否かを、例えばカウンタにより判別し、
これらの判別結果の何れか一方がＹＥＳのときはステッ
プ９０５へ進み、その判別結果の両方がＮＯのときは本
ルーチンを終了する。ステップ９０５では、空燃比セン
サの電流Ｉmsを読込み、図１０に示すステップ１００１
へ進む。

【００３３】次に、図１０〜図１２を相互に参照しつ
つ、センサ素子のインピーダンス算出ルーチンの特定周
波数重畳処理のフローチャートを説明する。特定周波数
として５ＫＨｚを用いた例で説明する。先ず、ステップ
１００１では、今回処理周期が本ルーチン開始からｋ×
６４msec（ｋ＝１、２、３、…）経過した時期か否か
を、例えばカウンタにより判別し、これらの判別結果が
ＹＥＳ、すなわち今回処理周期が本ルーチン開始から６
４msec、１２８msec、１９２msec、…のときはステップ
１００２へ進み、その判別結果がＮＯのときは本ルーチ
ンを終了する。ステップ１００２では、空燃比センサへ
の印加電圧Ｖｍ（＝０．３Ｖ）に−０．２Ｖのパルス電
圧を重畳する。したがって、このときの空燃比センサへ
の印加電圧Ｖｍは０．１Ｖとなる。また、ステップ１０
０２では図１１に示す第１タイマ割込が起動される。

【００３４】ここで、図１１の第１タイマ割込処理につ
いて説明する。ステップ１１０１では、上記第１タイマ
割込の起動後８５μｓが経過したか否かを判別し、その
判別結果がＹＥＳのとき、ステップ１１０２へ進み空燃
比センサの出力電流Ｉm1を読込み、その判別結果がＮＯ
のとき、ステップ１１０１へ戻る。ステップ１１０３で
は、上記第１タイマ割込の起動後１００μｓが経過した
か否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのとき、ステッ
プ１１０４へ進み空燃比センサにＶｍ＝０．５Ｖの電圧
を印加し、その判別結果がＮＯのとき、ステップ１１０
１へ戻る。また、ステップ１１０４では図１２に示す第
２タイマ割込が起動される。

【００３５】ここで、図１２の第２タイマ割込処理につ
いて説明する。ステップ１２０１では、上記第２タイマ
割込の起動後１００μｓが経過したか否かを判別し、そ
の判別結果がＹＥＳのとき、ステップ１２０２へ進み、
空燃比センサにＶｍ＝０．３Ｖの電圧を印加して通常の
空燃比検出状態に戻し、その判別結果がＮＯのとき、ス
テップ１２０１へ戻る。

【００３６】再び、図１０へ戻る。ステップ１００３で
は、今回処理周期が本ルーチン開始から（ｋ×６４＋
４）msec（ｋ＝１、２、３、…）経過した時期か否かを
判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ１００
４へ進み、その判別結果がＮＯのときは本ルーチンを終
了する。ステップ１００４では、特定周波数電圧印加時
のインピーダンスＺacを次式から計算する。

【００３７】 Ｚac＝ΔＶｍ／ΔＩｍ＝０．２／（Ｉm −Ｉms） ステップ１００５では、Ｚacのガード処理、すなわちＺ
acを下限ガード値ＫＲＥＬと上限ガード値ＫＲＥＨとの
間に収めるＫＲＥＬ≦Ｚac≦ＫＲＥＨとする処理を実行
する。具体的には、ＺacがＫＲＥＬ≦Ｚac≦ＫＲＥＨの
ときはそのままとし、Ｚac＜ＫＲＥＬのときはＺac＝Ｋ
ＲＥＬ＝１（Ω）とし、ＫＲＥＨ＜ＺacのときはＺac＝
ＫＲＥＨ＝２００（Ω）とする処理を実行する。なお、
ガード処理は通常外乱やＡ／Ｄ変換誤差等によるデータ
を無視するために行う。

【００３８】図１３はヒータ制御のタイムチャートであ
る。図１３において、横軸は時間、縦軸は、上段がヒー
タへ供給する電力のデューティ比、中段がヒータ温度、
下段が素子インピーダンスをそれぞれ示す。機関始動に
伴い、ヒータへの通電が開始された時刻ｔ0 からヒータ
が目標（上限）温度、例えば１２００°Ｃに到達するま
での時刻ｔ1 まではデューティ比１００％の全通電制御
が行われ、時刻ｔ1 からセンサ素子が活性化された温度
７００°Ｃに相当するインピーダンス３０Ωに到達した
時刻ｔ2 まではヒータの温度を目標温度に維持するヒー
タ温フィードバック制御が行われ、時刻ｔ2 以降はセン
サ素子の温度を素子活性化温度７００°Ｃに維持する素
子温フィードバック制御が行われる。このヒータ制御ル
ーチンをフローチャートに基づき以下に説明する。

【００３９】図１４はヒータ制御ルーチンのフローチャ
ートである。本ルーチンは、所定の周期、例えば１００
msec毎に実行される。先ず、ステップ１４０１では、イ
グニッションスイッチ（図示せず）がＯＮかＯＦＦかを
判別し、イグニッションスイッチがＯＮのときはステッ
プ１４０２へ進み、イグニッションスイッチがＯＦＦの
ときは本ルーチンを終了する。ステップ１４０２では、
ヒータ抵抗ＲＨをヒータへの印加電圧とヒータの通電電
流とから算出する。ステップ１４０３では、ステップ１
４０２で算出したヒータ抵抗ＲＨとヒータ抵抗学習値Ｒ
ＨＧとを比較し、ＲＨ≧ＲＨＧのときはステップ１４０
４へ進み、ＲＨ＜ＲＨＧのときはステップ１４０５へ進
む。ここで、ヒータ抵抗学習値ＲＨＧとはヒータ温度が
目標温度（１２００°Ｃ）のときの抵抗値を製品毎や経
時変化によるバラツキを解消できるように学習した値で
ある。

【００４０】ステップ１４０４では、素子インピーダン
スＺacを読取る。ステップ１４０６では読取ったＺacと
センサ素子の活性温度に相当する３０Ωとを比較し、Ｚ
ac＞３０のときはセンサ素子が活性状態であると判断し
てステップ１４０８へ進み、Ｚac≦３０のときはセンサ
素子が非活性状態であると判断してステップ１４０７へ
進む。ステップ１４０５では全通電（１００％デューテ
ィ）制御を行い、ステップ１４０７ではヒータ温フィー
ドバック制御を行い、ステップ１４０８では素子温フィ
ードバック制御を行う。次に、特定周波数を印加して検
出した空燃比センサのインピーダンスＺacに基づき、セ
ンサ素子の温度を活性化温度に維持する素子温フィード
バック制御ルーチンについて以下に説明する。

【００４１】図１５は素子温フィードバック制御ルーチ
ンのフローチャートである。本ルーチンは、所定の周
期、例えば１２８msec毎に実行される。本ルーチンは、
特定周波数５ＫＨｚに対する空燃比センサのインピーダ
ンスＺacと素子温制御目標値Ｚactgとの偏差Ｚacerr
（＝Ｚactg−Ｚac）に基づいて、ヒータ通電のデューテ
ィ比のＰＩＤ制御を行う。先ず、ステップ１５００で
は、後述する素子温制御目標値算出ルーチンを実行す
る。

【００４２】次に、ステップ１５０１では、比例項ＫＰ
を次式から算出する。 ＫＰ＝Ｚacerr ×Ｋ1 （Ｋ1 ：定数） ステップ１５０２では、積分項ＫＩを次式から算出す
る。 ＫＩ＝ΣＺacerr ×Ｋ2 （Ｋ2 ：定数） ステップ１５０３では、微分項ＫＤを次式から算出す
る。

【００４３】ＫＤ＝（ΔＺacerr ／Δｔ）×Ｋ3 （Ｋ3
：定数） ステップ１５０４では、ＰＩＤゲインＫＰＩＤを次式か
ら算出する。 ＫＰＩＤ＝ＫＰ＋ＫＩ＋ＫＤ ステップ１５０５では、出力デューティ比を次式から算
出する。 ＤＵＴＹ(i) ＝ＤＵＴＹ(i-1) ×ＫＰＩＤ ステップ１５０６では、出力デューティ比ＤＵＴＹ(i)
のガード処理を行い、ＤＵＴＹ(i) を下限値ＫＤＵＴＹ
Ｌと上限値ＫＤＵＴＹＨとの間ＫＤＵＴＹＬ≦ＤＵＴＹ
(i) ≦ＫＤＵＴＹＨに収める処理を実行する。具体的に
は、ＫＤＵＴＹＬ≦ＤＵＴＹ(i) ≦ＫＤＵＴＹＨのとき
はそのままとし、ＤＵＴＹ(i) ＜ＫＤＵＴＹＬのときは
ＤＵＴＹ(i) ＝ＫＤＵＴＹＬとし、ＫＤＵＴＹＨ＜ＤＵ
ＴＹ(i)のときはＤＵＴＹ(i) ＝ＫＤＵＴＹＨとする処
理を実行する。

【００４４】また、図１３、図１４に示したヒータ制御
において、本発明はヒータおよびセンサ素子の過昇温
（Ｏver Ｔemperature）を防止するため、特定周波数５
ＫＨｚに対する空燃比インピーダンスＺacが劣化補正後
の素子温制御目標値Ｚactgより所定値、例えば５Ωを超
えるか否か（Ｚac≦Ｚactg−５（Ω））を判別し、その
判別結果がＹＥＳのときは正常、すなわちヒータおよび
センサ素子は過昇温になっていないものと判定し、図１
４のフローチャートで示したヒータ制御ルーチンを実行
し、その判別結果がＮＯのときは異常、すなわちヒータ
およびセンサ素子は過昇温になっていると判定し、ＤＵ
ＴＹ(i) ＝０に設定する処理を行う。

【００４５】次に、センサ素子の経時変化を推定し学習
する素子温制御目標学習値Ｚactggに基づき、かつセン
サ素子により検出する被検出ガスのガス状態に応じて、
素子温制御目標値Ｚactgを算出するルーチンについて以
下に説明する。図１６は素子温制御目標値算出ルーチン
のフローチャートである。このルーチンは、所定の周
期、例えば１００msec毎に実行される。先ず、ステップ
１６０１では、センサ素子の劣化を学習して素子温制御
目標学習値Ｚactgg を算出し、これをＢ．（バックアッ
プ）ＲＡＭに記憶する。この素子温制御目標学習値の算
出は、後述するように、例えばセンサ素子のヒータへ供
給する電力の平均電力量を算出して求めることができ
る。この学習値は機関始動時のイニシャルセットにより
Ｂ．ＲＡＭに読込まれる。

【００４６】ステップ１６０２では、図１７に示す吸入
空気量ga（g/sec)からインピーダンスの補正量ＫＬＤ
（Ω）を算出するマップに基づき、エアフローメータに
より読取った吸入空気量gaから補正量ＫＬＤを算出す
る。図１７に示すように、補正量ＫＬＤは吸入空気量が
所定量２０（g/sec)を境に減量補正値から増量補正値に
切り替わる。これは吸入空気量の増大に伴いセンサ素子
の電極界面抵抗が増大し、素子インピーダンスが増大す
るからである。

【００４７】他の実施の形態として、ステップ１６０２
では図１８に示す機関の負荷状態からインピーダンスの
補正量ＫＬＤ（Ω）を算出するマップに基づき補正量Ｋ
ＬＤを算出してもよい。図１８に示すように、機関の負
荷状態は、クランク角センサの検出信号から算出した機
関の回転数ＮＥ（ｒｐｍ）と吸気圧センサにより読取っ
た吸入管負圧（mmHg）とから推定する。補正量ＫＬＤは
中負荷状態を境に、低負荷低回転数側では減量補正値
に、高負荷高回転数側では増量補正値に切り替わる。こ
れは高負荷高回転数側程吸入空気量が増大し、センサ素
子の電極界面抵抗が増大し、素子インピーダンスが増大
するからである。

【００４８】なお、機関の負荷は、回転数ＮＥ（ｒｐ
ｍ）とエアフローメータにより読取った吸入空気量ga
（g/sec)とからga／ＮＥを算出し、その算出値で代用し
てもよい。ステップ１６０３では、図１９に示す機関の
空燃比（Ａ／Ｆ）からインピーダンスの補正量ＫＡＦ
（Ω）を算出するマップに基づき、空燃比センサにより
読取った空燃比（Ａ／Ｆ）から補正量ＫＡＦを算出す
る。図１８に示すように、補正量ＫＡＦは機関の理論空
燃比（Ａ／Ｆ）１４．５を境に増量補正値から減量補正
値に切り替わる。これは空燃比の増大に伴い酸素量が減
少し、センサ素子の電極界面抵抗が減少し、素子インピ
ーダンスが減少するからである。

【００４９】ステップ１６０４では、ステップ１６０１
〜１６０３でそれぞれ算出した素子温制御目標学習値Ｚ
actgg 、吸入空気量または負荷による補正量ＫＬＤ、お
よび空燃比による補正量ＫＡＦを用いて、素子温制御目
標値Ｚactgを次式から算出する。 Ｚactg ＝ Ｚactgg ＋ＫＬＤ＋ＫＡＦ このように素子温制御目標値を可変することによりセン
サ素子およびヒータ抵抗の過加熱を防止できる。

【００５０】次に、所定期間中ヒータへ供給された電力
の積算電力量を算出し、算出した積算電力量からセンサ
素子の劣化の度合いを判断して、空燃比センサの素子イ
ンピーダンスの素子温制御目標学習値Ｚactgg を算出す
るルーチンについて以下に説明する。図２０は機関始動
時の素子劣化補正ルーチンの前半部フローチャートであ
り、図２１は同後半部フローチャートである。本ルーチ
ンは、所定の周期、例えば１２８msec毎に実行される。
先ず、ステップ２００１では、現在、ヒータ抵抗を流れ
る電流ＨＴＩi とヒータ抵抗へ印加する電圧ＨＴＶi と
ヒータ電力供給のデューティ比ＤＵＴＹi とを読取りヒ
ータへ供給する電力ＨＴＷi （＝ＨＴＩi ×ＨＴＶi ×
ＤＵＴＹi ）を算出する。ステップ２００２では、学習
完了フラグ（XZACGE）がオフか、あるいは学習禁止フラ
グ（XZACGI）がオフかを判別し、その判別結果がＹＥＳ
のときはステップ２００３へ進み、その判別結果がＮＯ
のときは本ルーチンを終了する。

【００５１】ステップ２００３では、機関始動時の学習
条件が成立しているか否かを判別し、その判別結果がＹ
ＥＳのときはステップ２００４へ進み、その判別結果が
ＮＯのときはステップ２００５へ進む。機関始動時の学
習条件は、機関が冷間定常アイドル状態であることを示
す下記の各条件を満足したとき成立とみなす。 ・機関始動時水温ＴＨＷstが所定温度範囲内（ＴＨＷ１
≦ＴＨＷst≦ＴＨＷ２） ・機関始動時バッテリ電圧ＢＡＴstが所定値以上（ＫＢ
Ａ≦ＢＡＴst） ・機関始動時空燃比センサのインピーダンスＺacst
（Ω）が所定値以上（ＫＺac≦Ｚacst） ・機関回転数ＮＥ（rpm ）が所定値以下（ＮＥ≦ＫＮ
Ｅ） ・機関吸気圧ＰＭ（mmHg）が所定値以下（ＰＭ≦ＫＰ
Ｍ） ・車速ＳＰＤ（km/h）が所定値以下（ＳＰＤ≦ＫＳＰ
Ｄ） ・機関アイドルスイッチがオン ステップ２００４では、学習条件成立フラグ（XZACG ）
をオンとする。ステップ２００５では、機関始動後最初
の学習条件成立フラグ（XZACGF）がオンかオフかを判別
し、オン（XZACGF＝１）のときステップ２０１２へ進
み、オフ（XZACGF＝０）のとき本ルーチンを終了する。

【００５２】ステップ２００６では、前回処理周期で学
習条件成立フラグ（XZACG ）がオンかオフかを判別し、
オフ（XZACG ＝０）のときステップ２００７へ進み、オ
ン（XZACG ＝１）のときステップ２００８へ進む。ステ
ップ２００７では、機関始動後最初の学習条件成立フラ
グ（XZACGF）をオンにする。ステップ２００８では、空
燃比センサの素子インピーダンスＺacが所定範囲内（Ｋ
ＺacＧ１≦Ｚac≦ＫＺacＧ２）か否かを判別し、その判
別結果がＹＥＳのときはステップ２００９へ進み、その
判別結果がＮＯのときはステップ２０１０へ進む。ここ
で、ＫＺacＧ１は下限値、すなわち素子温度６００°Ｃ
に相当する素子インピーダンスであり、ＫＺacＧ２上限
値、すなわち素子温度４００°Ｃに相当する素子インピ
ーダンスである。ステップ２００９では、今回処理周期
の積算電力量ΣＨＴＷi を次式から算出する。

【００５３】ΣＨＴＷi ＝ΣＨＴＷi-1 ＋ＨＴＷi ここで、ΣＨＴＷi-1 は前回処理周期の積算電力量を示
し、イグニッションスイッチをオンに切換え機関を始動
した直後に０にクリアされる。ステップ２００９実行後
は図２１のステップ２４０１へ進む。ステップ２０１０
では、空燃比センサのインピーダンスＺacが所定値ＫＺ
acＧ１以下（Ｚac≦ＫＺacＧ１）か否かを判別し、その
判別結果がＹＥＳのときはステップ２０１１へ進み、そ
の判別結果がＮＯのときは図２１のステップ２１０１ヘ
進む。ステップ２０１１では学習完了フラグ（XZACGE）
をオンに設定する。

【００５４】ステップ２１０１では、学習完了フラグ
（XZACGE）がオンかオフかを判別し、学習完了フラグが
オン（XZACGE＝１）のとき、ステップ２１０２へ進み、
学習完了フラグがオフ（XZACGE＝０）のときは本ルーチ
ンを終了する。ステップ２１０２では、空燃比センサの
故障判定を行う。すなわち、今回処理周期の積算電力量
ΣＨＴＷi が所定値ＫΣＨＴＷ以上か否かを判別し（Σ
ＨＴＷi ≧ＫΣＨＴＷ）、その判別結果がＹＥＳにおと
きは空燃比センサは故障であると判断しステップ２１０
３へ進み、その判別結果がＮＯのときはステップ２１０
４へ進む。ステップ２１０３では空燃比センサの故障フ
ラグ（XAFSF ）をオンに設定し、本ルーチンを終了す
る。

【００５５】ステップ２１０４では、図２５を用いて後
述するヒータ積算電力量ΣＨＴＷiから素子温制御目標
学習値Ｚactgg を算出するルーチンを実行する。ステッ
プ２１０５では学習完了フラグ（XZACGE）をオフにクリ
アする。次に、機関アイドル時の素子劣化補正ルーチン
について説明する。図２２は機関アイドル時の素子劣化
補正ルーチンの前半部フローチャートである。本ルーチ
ンは、所定の周期、例えば１２８msec毎に実行される。
先ず、ステップ２２０１では、現在、ヒータ抵抗を流れ
る電流ＨＴＩi とヒータ抵抗へ印加する電圧ＨＴＶi と
ヒータ電力供給のデューティ比ＤＵＴＹi とを読取りヒ
ータへ供給する電力ＨＴＷi （＝ＨＴＩi ×ＨＴＶi ×
ＤＵＴＹi ）を算出する。

【００５６】ステップ２２０２では、機関アイドル時の
学習条件が成立しているか否かを判別し、その判別結果
がＹＥＳのときはステップ２２０３へ進み、その判別結
果がＮＯのときは本ルーチンを終了する。機関アイドル
時の学習条件は、機関が完全暖機定常アイドル状態であ
ることを示す下記の各条件を満足したとき成立とみな
す。 ・機関始動時水温ＴＨＷstが所定温度範囲内（ＴＨＷ１
≦ＴＨＷst≦ＴＨＷ２） ・バッテリ電圧ＢＡＴが所定値ＫＢＡＴ以上（ＫＢＡＴ
≦ＢＡＴ） ・空燃比センサのインピーダンスＺac（Ω）が所定値範
囲内（ＫＺac1 ≦Ｚac≦ＫＺac2 ） ・機関回転数ＮＥ（rpm ）が所定値以下（ＮＥ≦ＫＮ
Ｅ） ・機関吸気圧ＰＭ（mmHg）が所定値以下（ＰＭ≦ＫＰ
Ｍ） ・車速ＳＰＤ（km/h）が所定値以下（ＳＰＤ≦ＫＳＰ
Ｄ） ・機関アイドルスイッチがオン ステップ２２０３では、学習条件成立後、所定時間経過
したか否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときはス
テップ２２０４へ進み、その判別結果がＮＯのときは本
ルーチンを終了する。ステップ２２０４では、学習条件
成立フラグ（XZACG ）をオンとする。

【００５７】ステップ２２０６では、前回処理周期で学
習条件成立フラグ（XZACG ）がオンかオフかを判別し、
オフ（XZACG ＝０）のときステップ２２０７へ進み、オ
ン（XZACG ＝１）のときステップ２２０８へ進む。ステ
ップ２２０７では、積算電力量ΣＨＴＷi を０にクリア
し、かつ学習領域内経過時間カウンタＣＺＡＣＧＴを０
にクリアする。

【００５８】ステップ２２０８では、学習領域内経過時
間カウンタＣＺＡＣＧＴをインクリメント（ＣＺＡＣＧ
Ｔ＝ＣＺＡＣＧＴ＋１）する。ステップ２２０９では、
今回処理周期の積算電力量ΣＨＴＷi を次式から算出す
る。 ΣＨＴＷi ＝ΣＨＴＷi-1 ＋ＨＴＷi ここで、ΣＨＴＷi-1 は前回処理周期の積算電力量を示
し、イグニッションスイッチをオンに切換え機関を始動
した直後に０にクリアされる。ステップ２２０９実行後
は図２１に示すフローチャートのステップ２１０１へ進
む。

【００５９】ステップ２２１０では、学習領域内経過時
間カウンタＣＺＡＣＧＴが所定値ＫＺＡＣＧＴ以上（Ｃ
ＺＡＣＧＴ≧ＫＺＡＣＧＴ）か否かを判別し、その判別
結果がＹＥＳのときはステップ２２１１へ進み、その判
別結果がＮＯのときは図２１のステップ２１０１ヘ進
む。ステップ２２１１では学習完了フラグ（XZACGE）を
オンに設定する。次に、機関走行時について説明する。

【００６０】図２３は機関走行時の素子劣化補正ルーチ
ンの前半部フローチャートである。図２３に示す機関走
行時の素子劣化補正ルーチンは図２２に示す機関アイド
ル時の素子劣化補正ルーチンにおけるステップ２２０２
のアイドル時の学習条件をステップ２３０２の定常走行
時の学習条件に置き換えたものであるので、ステップ２
３０２の定常走行時の学習条件のみを以下に説明する。

【００６１】機関走行時の学習条件は、機関が完全暖機
定常走行状態であることを示す下記の各条件を満足した
とき成立とみなす。 ・機関始動時水温ＴＨＷstが所定温度範囲内（ＴＨＷ１
≦ＴＨＷst≦ＴＨＷ２） ・バッテリ電圧ＢＡＴが所定値ＫＢＡＴ以上（ＫＢＡＴ
≦ＢＡＴ） ・空燃比センサのインピーダンスＺac（Ω）が所定値範
囲内（ＫＺac1 ≦Ｚac≦ＫＺac2 ） ・機関回転数ＮＥ（rpm ）が所定範囲内（ＫＮＥ１Ｌ≦
ＮＥ≦ＫＮＥ１Ｈ） ・機関の負荷率のなまし値ＫＬＳＭ（％）が所定範囲内
（ＫＫＬＳＭ１Ｌ≦ＫＬＳＭ≦ＫＫＬＳＭ１Ｈ） なお、以上により、機関始動時、アイドル時、走行時の
３つの運転状態における素子劣化補正ルーチンの実施の
形態を説明したが、これら３つの何れか１つあるいはこ
れらを組合わせて素子劣化補正を行ってもよい。

【００６２】次に、空燃比センサの故障判定後の処理を
説明する。図２４は空燃比センサ故障判定診断ルーチン
のフローチャートである。本ルーチンは、所定の周期、
例えば１２８msec毎に実行される。先ず、ステップ２４
０１では、空燃比センサの故障判定フラグ（XFAFS ）が
オンかオフかを判別し、XFAFS ＝１のときはステップ２
４０２へ進み、XFAFS ＝０のときは本ルーチンを終了す
る。ステップ２４０２では、機関の排気空燃比を目標空
燃比、例えば理論空燃比へ制御する空燃比フィードバッ
ク制御を停止する。ステップ２４０３では、ヒータへの
通電を停止しヒータの過加熱を防止する。ステップ２４
０４では警告灯（図示せず）を点灯し、ドライバに空燃
比センサの故障を知らせる。次に、図２１のステップ２
１０４の処理、すなわちヒータ積算電力量ΣＨＴＷi か
ら素子温制御目標値Ｚactgを補正するルーチンについて
以下に説明する。

【００６３】図２５は素子温制御目標学習値算出ルーチ
ンのフローチャートである。本ルーチンは、所定の周
期、例えば１２８msec毎に実行される。先ず、ステップ
２５０１では、ヒータの積算電力量ΣＨＴＷi から平均
電力量ＨＴＷＡＶを次式から算出する。 ＨＴＷＡＶ＝ΣＨＴＷi ／積算回数 ステップ２５０２では、図２６に示すマップを用いて平
均電力量ＨＴＷＡＶ（watt・h ）からセンサ素子の劣化
を推定する素子温制御目標学習値Ｚactgg の補正量 ZAC
OT（Ω）を算出する。ステップ２５０３では、今回処理
周期の素子温制御目標学習値Ｚactggiを次式から算出す
る。

【００６４】Ｚactggi＝Ｚactggi-1 ＋ ZACOT ここで、Ｚactggi-1は前回処理周期の素子温制御目標学
習値である。ステップ２５０４では、バッテリバックア
ップのＳＲＡＭに上記のように学習した素子温制御目標
学習値Ｚactggiを次式のように更新して記憶する。 Ｚactggb＝Ｚactggi 図２６のマップから判るように、補正量 ZACOTは平均電
力量ＨＴＷＡＶの増大に伴い大きい値に設定されてい
る。これは、空燃比センサの劣化に伴い、センサ素子の
インピーダンス特性が変化し、センサ素子の温度を高温
にする制御、すなわち素子温制御目標学習値Ｚactggiを
低くする制御が行われ、このためヒータへ供給する電力
量は大となる。本発明は、それゆえ、ヒータへの供給電
力量の平均電力量を算出し、算出した平均電力量が増大
したとき素子のインピーダンスを増大するよう制御する
ことにより、センサ素子やヒータ抵抗の過加熱を防止し
ている。また、センサ素子やヒータ抵抗の過加熱を防止
することにより、センサ素子やヒータ抵抗の早期劣化を
防止し寿命を延ばすことができる。

【００６５】以上説明した本発明の実施の形態では、特
定周波数に５ＫＨｚを用いたが、本発明はこれに限定さ
れない。空燃比センサの電解質、電極等の材料、センサ
回路の特性、印加電圧、使用温度等を考慮してこれら周
波数は適宜選択できる。なお、特定周波数としては図
５、図６におけるＲ１（電解質のバルク抵抗）＋Ｒ２
（電解質の粒界抵抗）＋Ｒ３（電極界面抵抗）までのイ
ンピーダンスが検出可能な周波数を選択すれば、Ｒ１＋
Ｒ２のインピーダンスまでを検出可能な周波数を選択す
る場合と比して被検出ガスのガス状態の変化をより顕著
に捕らえることができる。

【００６６】また、以上説明した本発明の実施の形態に
よれば、センサ素子の経時変化に伴う劣化のパラメータ
として、電力算出手段により、センサ素子を加熱するヒ
ータへ供給する電力の積算電力量を算出して求め、求め
たヒータの積算電力量に基づき、平均電力量を求め、こ
の平均電力量から素子温制御目標学習値を算出する。次
いで、センサ素子により検出される被検出ガスのガス状
態に応じて、具体的には空気量または負荷および空燃比
に応じて、同素子の素子温制御目標値の補正量を算出す
る。このように算出した素子温制御目標学習値および補
正量とから、センサ素子のインピーダンスを補正して、
同素子の素子温制御目標値を補正する。すなわち、経時
変化に伴うセンサ素子の劣化状態を示すヒータへの積算
電力量に基づく素子温制御目標学習値を、センサ素子に
より検出される被検出ガスのガス状態に応じて補正して
素子温制御目標値を算出する。そして、センサ素子の温
度を算出した素子温制御目標値とするように制御するの
で、センサ素子やヒータへの過加熱を防止することがで
きる。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の空燃比セ
ンサの抵抗検出装置によれば、酸素濃度検出素子により
検出される被検出ガスのガス状態に応じて、同素子のイ
ンピーダンスを補正し、同素子の素子温制御目標値を補
正でき、その結果、上記ガス状態に応じて素子温制御目
標値を適切に制御でき、酸素濃度検出素子やヒータへの
過加熱を防止できる。

【００６８】また、本発明の空燃比センサの抵抗検出装
置によれば、ヒータへの電力量に応じて、酸素濃度検出
素子のインピーダンスを補正して、同素子の素子温制御
目標値を補正でき、その結果、ヒータへの電力量に応じ
て素子温制御目標値を適切に制御でき、酸素濃度検出素
子やヒータへの過加熱を防止できる。本発明はまた、所
定時間内のヒータへの電力量から、酸素濃度検出素子の
故障を判定できる。

【００６９】本発明はまた、酸素濃度検出素子に直流分
に交流分を重畳した電圧を印加することにより、同素子
のインピーダンスを短時間に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による空燃比センサ制御装置の一実施形
態の概略構成図である。

【図２】図１に示す空燃比センサおよびヒータの制御を
示す図である。

【図３】空燃比センサの入出力信号を示す図であり、
（Ａ）は空燃比センサへ印加する入力電圧の波形を示す
図であり、（Ｂ）は空燃比センサから検出される出力電
流波形を示す図である。

【図４】空燃比センサ素子の構造を示す図であり、
（Ａ）は断面図を示す図であり、（Ｂ）は電解質部の部
分拡大図である。

【図５】空燃比センサ素子の等価回路を示す図である。

【図６】空燃比センサ素子のインピーダンス特性を示す
図である。

【図７】交流入力電圧の周波数とインピーダンスとの関
係を示す図である。

【図８】空燃比センサの電圧−電流特性を示す図であ
る。

【図９】センサ素子のインピーダンス算出ルーチンの前
半フローチャートである。

【図１０】センサ素子のインピーダンス算出ルーチンに
おける特定周波数重畳処理のフローチャートである。

【図１１】特定周波数重畳処理を遂行するために必要な
第１割込処理ルーチンのフローチャートである。

【図１２】特定周波数重畳処理を遂行するために必要な
第２割込処理ルーチンのフローチャートである。

【図１３】ヒータ制御のタイムチャートである。

【図１４】ヒータ制御ルーチンのフローチャートであ
る。

【図１５】素子温フィードバック制御ルーチンのフロー
チャートである。

【図１６】素子温制御目標値算出ルーチンのフローチャ
ートである。

【図１７】吸入空気量からインピーダンスの補正量を算
出するマップである。

【図１８】機関の負荷状態からインピーダンスの補正量
を算出するマップである。

【図１９】機関の空燃比からインピーダンスの補正量を
算出するマップである。

【図２０】機関始動時の素子劣化補正ルーチンの前半部
フローチャートである。

【図２１】機関始動時の素子劣化補正ルーチンの後半部
フローチャートである。

【図２２】機関アイドル時の素子劣化補正ルーチンの前
半部フローチャートである。

【図２３】機関走行時の素子劣化補正ルーチンの前半部
フローチャートである。

【図２４】空燃比センサ故障判定診断ルーチンのフロー
チャートである。

【図２５】素子温制御目標学習値算出ルーチンのフロー
チャートである。

【図２６】ヒータ平均電力量から素子温制御目標学習値
の補正量を算出するマップである。

【図２７】酸素濃度検出素子の温度とインピーダンスの
相関関係を示す図である。

【符号の説明】

１…シリンダブロック ９…エアフローメータ １８…スロットルポジションセンサ １９…吸気圧センサ ２０…水温センサ ２１…車速センサ ２２…アラーム ３３…クランク角センサ ３４…クランク角センサ １００…ＥＣＵ １０１…空燃比センサ １０２…センサ素子 １０３…センサ回路 １０４…ヒータ １０５…バッテリ １０６…ヒータ回路 １１０…Ａ／ＦＣＵ ２００…機関

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素濃度検出素子と、該酸素濃度検出素
   子を活性化するヒータと、該酸素濃度検出素子に電圧を
   印加することにより被検出ガス中の酸素濃度に比例した
   電流を該酸素濃度検出素子から検出して該被検出ガス中
   の空燃比を検出する空燃比検出手段と、を備える空燃比
   センサの抵抗検出装置において、 前記酸素濃度検出素子により検出する前記被検出ガスの
   ガス状態を検出するガス状態検出手段と、 前記酸素濃度検出素子に電圧を印加して該酸素濃度検出
   素子のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手
   段と、 前記ガス状態に応じて前記インピーダンス検出手段によ
   り検出された前記酸素濃度検出素子のインピーダンスを
   補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする空燃比
   センサの抵抗検出装置。
2. 【請求項２】 酸素濃度検出素子と、該酸素濃度検出素
   子を活性化するヒータと、該酸素濃度検出素子に電圧を
   印加することにより被検出ガス中の酸素濃度に比例した
   電流を該酸素濃度検出素子から検出して該被検出ガス中
   の空燃比を検出する空燃比検出手段と、を備える空燃比
   センサの抵抗検出装置において、 前記酸素濃度検出素子に電圧を印加して該酸素濃度検出
   素子のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手
   段と、 前記ヒータへ供給される電力量を算出する電力量算出手
   段と、 前記電力量算出手段により算出された前記電力量に応じ
   て、前記インピーダンス検出手段により検出された前記
   酸素濃度検出素子のインピーダンスを補正する補正手段
   と、を備えたことを特徴とする空燃比センサの抵抗検出
   装置。
3. 【請求項３】 前記電力量算出手段により算出された前
   記電力量に基づいて、前記酸素濃度検出素子の故障を判
   定する故障判定手段を備える請求項２に記載の空燃比セ
   ンサの抵抗検出装置。
4. 【請求項４】 前記インピーダンス検出手段は、前記酸
   素濃度検出素子に直流分に交流分が重畳された電圧を印
   加し該酸素濃度検出素子のインピーダンスを検出する請
   求項１乃至３の何れか１項に記載の空燃比センサの抵抗
   検出装置。