JP2001050929A - Detection apparatus for concentration of oxygen - Google Patents

Detection apparatus for concentration of oxygen

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JP2001050929A
JP2001050929A JP11221693A JP22169399A JP2001050929A JP 2001050929 A JP2001050929 A JP 2001050929A JP 11221693 A JP11221693 A JP 11221693A JP 22169399 A JP22169399 A JP 22169399A JP 2001050929 A JP2001050929 A JP 2001050929A
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ratio sensor
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To acquire the relationship between the temperature of a heater and the resistance value of the heater, in a short time without installing a separate routine. SOLUTION: An air/fuel ratio sensor 101, which is installed in the exhaust passage 6 of an engine 200, is provided. A heater 104 which heats the air/fuel ratio sensor is provided. A heater control means 100 which controls electric power supplied to the heater is provided. On the basis of the resistance value of the heater acquired in the specific operating state of the engine during the control of the electric power supplied to the heater by the feedback of the element impedance of the air-fuel ratio sensor performed after the activation of the air-fuel ratio sensor, the relationship between the temperature of the heater and the resistance value of the heater is acquired. When the relationship between the element temperature and the element impedance of the air-fuel ratio sensor is different from the same relationship at a time when the air-fuel ratio sensor is an initial product, the acquisition of the relationship between the temperature of the heater and the resistance value of the heater is inhibited.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は酸素濃度検出装置に
関し、特に、内燃機関(以下、機関と記す)の排気空燃
比を検出する空燃比センサの活性化前にはヒータ抵抗値
を目標抵抗値にするようにヒータに供給する電力を制御
し、空燃比センサの活性化後には空燃比センサの素子イ
ンピーダンスをフィードバックして空燃比センサの素子
温を活性化温度に維持するようにヒータに供給する電力
を制御する酸素濃度検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxygen concentration detecting apparatus, and more particularly, to a method of detecting a heater resistance value before an air-fuel ratio sensor for detecting an exhaust air-fuel ratio of an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) is activated. After the activation of the air-fuel ratio sensor, the element impedance of the air-fuel ratio sensor is fed back to the heater so as to maintain the element temperature of the air-fuel ratio sensor at the activation temperature. The present invention relates to an oxygen concentration detection device that controls electric power.

【0002】[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されている。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(酸素センサ)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、リッチ〜理論空燃比(ストイキ)〜
リーンの広域空燃比の間で機関の排気空燃比を目標空燃
比にするよう制御するために有用である。
2. Description of the Related Art In recent years, in an air-fuel ratio control of an engine, an air-fuel ratio sensor and a catalyst are disposed in an exhaust system of the engine, and harmful components (HC, CO, NOx, etc.) in exhaust gas are maximized by the catalyst. For purification, feedback control is performed so that the exhaust air-fuel ratio of the engine detected by the air-fuel ratio sensor becomes a target air-fuel ratio, for example, a stoichiometric air-fuel ratio. As this air-fuel ratio sensor, a limiting current type oxygen concentration detecting element (oxygen sensor) that outputs a limiting current in proportion to the oxygen concentration contained in exhaust gas discharged from the engine is used. The limiting current type oxygen concentration detecting element detects the exhaust air-fuel ratio of the engine in a wide range and linearly from the oxygen concentration, and improves the air-fuel ratio control accuracy, and rich or stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric).
This is useful for controlling the engine exhaust air-fuel ratio to be the target air-fuel ratio between the lean wide-area air-fuel ratios.

【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たれることが不可欠であ
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、早期活性化させて
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。特開平4−248454号公報開示の酸素濃度検
出センサのヒータ制御装置は、酸素濃度検出センサに設
置されたヒータの抵抗値を目標抵抗値にするようにヒー
タへの供給電力を可変制御するものである。
[0003] It is essential that the oxygen concentration detecting element is kept in an active state in order to maintain the detection accuracy of the air-fuel ratio. Usually, the oxygen concentration detecting element is energized by turning on a heater attached to the element from the start of the engine. Heating control is performed on the heater so that the element is heated and activated early to maintain the active state. The heater control device for an oxygen concentration detection sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-248454 variably controls the power supplied to the heater so that the resistance value of the heater installed in the oxygen concentration detection sensor becomes a target resistance value. is there.

【0004】特開平8−278279号公報開示の酸素
センサのヒータ制御装置は、ヒータへの通電初期にセン
サ素子の早期活性化のためヒータ温度が所定温度に達す
るまでは全電力をヒータに供給し、ヒータ温度が所定温
度に達するとヒータ温度に応じた電力をヒータに供給
し、センサ素子の温度が所定温度に達すると酸素センサ
の素子温度に応じた電力をヒータに供給するものであ
る。また、このセンサ素子の温度は素子インピーダンス
値から推定されている。
A heater control device for an oxygen sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-278279 supplies all electric power to the heater until the heater temperature reaches a predetermined temperature for early activation of the sensor element at the beginning of energization of the heater. When the heater temperature reaches a predetermined temperature, power corresponding to the heater temperature is supplied to the heater, and when the temperature of the sensor element reaches the predetermined temperature, power corresponding to the element temperature of the oxygen sensor is supplied to the heater. The temperature of the sensor element is estimated from the element impedance value.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平4−248454号公報開示の酸素濃度検出センサ
のヒータ制御装置において、上記特開平8−27827
9号公報に開示されているように空燃比センサの素子イ
ンピーダンスを目標値にフィードバックしてヒータへの
電力供給を制御する場合、例えば、ヒータが温度的限界
に達しないようにするためには、ヒータ抵抗値の上限値
を設定し、ヒータ抵抗値がこのヒータ抵抗上限値を超え
ないようにヒータ抵抗値を監視する必要があるが、ヒー
タ温度とヒータ抵抗値との関係を正しく取得しなければ
ならず、この関係を取得するためにヒータ供給電力に基
づく別のルーチンの実行を必要とし、ヒータの温度とヒ
ータの抵抗値との関係の取得に時間がかかるという問題
がある。
However, in the heater control device for an oxygen concentration detecting sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-248454, the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-27827 is disclosed.
In the case of controlling the power supply to the heater by feeding back the element impedance of the air-fuel ratio sensor to a target value as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-209, for example, in order to prevent the heater from reaching a temperature limit, It is necessary to set the upper limit value of the heater resistance value and monitor the heater resistance value so that the heater resistance value does not exceed the heater resistance upper limit value, but if the relationship between the heater temperature and the heater resistance value is not obtained correctly However, it is necessary to execute another routine based on the heater supply power in order to acquire this relationship, and it takes a long time to acquire the relationship between the heater temperature and the heater resistance value.

【0006】また、上記の場合、機関の排気温度が低温
のときまたは空燃比センサが経年変化したとき等のよう
に、空燃比センサの素子温度と素子インピーダンスとの
関係が空燃比センサが初期品のときの同関係と異なると
き、素子温や素子インピーダンスが変化し不安定となり
ヒータ抵抗値も不安定となるので、ヒータの温度とヒー
タの抵抗値との関係を誤って取得してしまうという問題
がある。
In the above case, the relationship between the element temperature and the element impedance of the air-fuel ratio sensor is an initial product such as when the exhaust temperature of the engine is low or when the air-fuel ratio sensor changes over time. When the relationship is different from the above, the element temperature and the element impedance change and become unstable, and the heater resistance becomes unstable, so that the relation between the heater temperature and the heater resistance is erroneously obtained. There is.

【0007】それゆえ、本発明は上記問題を解決し、ヒ
ータの温度とヒータの抵抗値との関係を取得するために
別のルーチンを設けることなく、短時間にヒータの温度
とヒータの抵抗値との関係を取得できる酸素濃度検出装
置を提供することを主目的とする。また、素子温度と素
子インピーダンスとの関係が崩れた場合のヒータの温度
とヒータの抵抗との関係の誤取得を防止することを他の
目的とする。
Therefore, the present invention solves the above-mentioned problem and eliminates the need for providing another routine for obtaining the relationship between the heater temperature and the heater resistance value. The main object of the present invention is to provide an oxygen concentration detection device capable of acquiring the relationship with the oxygen concentration detection device. Another object of the present invention is to prevent erroneous acquisition of the relationship between the heater temperature and the heater resistance when the relationship between the element temperature and the element impedance is broken.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記問題を解決する本発
明による酸素濃度検出装置は、内燃機関の排気通路に設
けられた空燃比センサと、該空燃比センサを加熱するヒ
ータと、該ヒータに供給する電力を制御するヒータ制御
手段と、を備えた酸素濃度検出装置において、前記空燃
比センサの活性化後に該空燃比センサの活性状態を維持
するため行う、該空燃比センサの素子インピーダンスフ
ィードバックによる前記ヒータへの供給電力の制御中
に、前記内燃機関の特定の運転状態において取得される
該ヒータの抵抗値に基づいて、前記ヒータの温度と該ヒ
ータの抵抗値との関係を取得する、ことを特徴とする。
An oxygen concentration detecting apparatus according to the present invention for solving the above-mentioned problems includes an air-fuel ratio sensor provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, a heater for heating the air-fuel ratio sensor, and a heater. And heater control means for controlling the supplied electric power.In the oxygen concentration detection device, the air-fuel ratio sensor is activated after the activation of the air-fuel ratio sensor. Acquiring a relationship between the temperature of the heater and the resistance value of the heater based on the resistance value of the heater acquired in a specific operation state of the internal combustion engine during control of the power supplied to the heater; It is characterized by.

【0009】上記構成により、ヒータ温度とヒータ抵抗
値との関係を取得するために別のルーチンを設けること
なく、短時間にヒータ温度とヒータ抵抗値との関係を取
得できる。上記酸素濃度検出装置において、前記空燃比
センサの素子温度と素子インピーダンスとの関係が該空
燃比センサが初期品のときの同関係と異なるとき、前記
ヒータの温度と該ヒータの抵抗値との関係の取得を禁止
する。
With the above configuration, the relationship between the heater temperature and the heater resistance can be acquired in a short time without providing another routine for acquiring the relationship between the heater temperature and the heater resistance. In the above oxygen concentration detection device, when the relationship between the element temperature and the element impedance of the air-fuel ratio sensor is different from the same relationship when the air-fuel ratio sensor is an initial product, the relationship between the heater temperature and the resistance value of the heater Prohibit the acquisition of

【0010】上記構成により、空燃比センサの経年変化
するようなヒータ抵抗値が不安定なときのヒータ温度と
ヒータ抵抗値との関係の誤った取得を回避できる。
With the above configuration, it is possible to avoid erroneous acquisition of the relationship between the heater temperature and the heater resistance value when the heater resistance value is unstable, such as aging of the air-fuel ratio sensor.

【0011】[0011]

【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
る酸素濃度検出装置を備えた内燃機関の一実施形態の概
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、N
Ox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。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of an internal combustion engine provided with the oxygen concentration detecting device according to the present invention. In FIG. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a cylinder block, 2 denotes a piston, 3 denotes a cylinder head, 4 denotes a combustion chamber, 5 denotes an intake manifold, and 6 denotes an exhaust manifold. The intake manifold 5 is connected to an air cleaner 10 via a surge tank 7, an intake duct 8, and an air flow meter 9. A throttle valve 11 is disposed in the intake duct 8,
In the intake manifold 5, a fuel injection valve 12 is provided with an intake port 13.
It is arranged toward. The exhaust manifold 6 has an exhaust pipe 14.
And HC, CO, N
A catalytic converter 15 having a three-way catalyst that simultaneously purifies three components of Ox and has an oxygen storage effect is provided.

【0012】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。
An electronic control unit (ECU) 100 is composed of a digital computer, and is connected to a ROM 42, a RAM 43 and a backup B.R. RAM 44, CPU 45, input port 46
And an output port 47, and the like. The air flow meter 9 generates an output voltage proportional to the amount of intake air, and outputs the output voltage signal to the input port 4 via the A / D converter 48.
Enter 6 An air-fuel ratio sensor 101 is disposed on the upstream side in the exhaust manifold 6, and the air-fuel ratio sensor 101 detects the oxygen concentration in the exhaust gas, and outputs the output signal to the air-fuel ratio sensor circuit 103 and the A / D converter 48. Input port 46 through
To enter.

【0013】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。
The opening of the throttle valve 11 in the intake duct 8 is changed in conjunction with the depression of an accelerator pedal (not shown). The throttle valve 11 is provided with a throttle position sensor 18 having an idle switch for detecting a fully closed state of the throttle opening. The throttle position sensor 18 is connected to the ECU 100 and connected to the ECU 1.
In addition to inputting an on / off signal XIDLE of the idle switch to the input port 46 of 00, an analog voltage signal proportional to the throttle opening is input to the input port 46 via the A / D converter 48.

【0014】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。
The surge tank 7 is provided with a pressure sensor 19 for detecting an absolute pressure in the intake passage. The pressure sensor 19 outputs an analog voltage signal proportional to the intake pressure to the A / D converter 4.
8 to the input port 46. A water temperature sensor 20 for detecting a cooling water temperature of the engine 200 in the water jacket is attached to the cylinder block 1. The water temperature sensor 20 outputs an analog voltage signal proportional to the cooling water temperature of the engine 200 to the A / D converter 48. And input to the input port 46 via the interface.

【0015】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。
The voltage of the battery 105 is also connected to the ECU 100, and the voltage of the battery 105
The data is input to the input port 46 via the D converter 48. A vehicle speed sensor 21 for detecting the speed of the vehicle on which the engine 200 is mounted is also connected to the ECU 100.
Is input to the input port 46 via the A / D converter 48 in the ECU 100.

【0016】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。
The distributor 16 is provided with two crank angle sensors 33 and 34.
Reference numeral 3 denotes a crank angle sensor which converts a crank angle into a reference position at every 720 ° CA and generates an output pulse signal.
Numeral 4 detects the position at every 30 ° CA in terms of the crank angle and generates an output pulse signal. These output pulse signals are input to the input port 46, and the output pulse signal of the crank angle sensor 34 is also input to the interrupt terminal of the CPU 45. From the output pulse signals of the crank angle sensors 33 and 34, for example, the rotation speed of the engine 200 is calculated.

【0017】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。
On the other hand, the output port 47 is connected to the fuel injection valve 12 via a drive circuit 49. The amount of fuel injected into the intake passage 17 from the fuel injection valve 12 toward the intake port 13 is determined by the fuel that is opened by the drive circuit 49 so that the air-fuel ratio becomes the target air-fuel ratio, in this embodiment, the stoichiometric air-fuel ratio. It is controlled by varying the valve opening time of the injection valve 12.
The output port 47 is also connected to the alarm 22 via the drive circuit 49, and the alarm 22 is activated when it is determined that the air-fuel ratio sensor element 102 and the heater 104 have deteriorated.

【0018】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。
The interruption of the CPU 45 occurs when the A / D conversion by the A / D converter is completed or when the output pulse signal of the crank angle sensor 34 is received. The digital data input to the input port 46 via the A / D converter 48 is
It is read every D conversion and stored in the RAM 43. Institution 2
The rotation number NE of 00 is also calculated and stored in the RAM 43 every time the output pulse signal of the crank angle sensor 34 is input to the interrupt terminal of the CPU 45. That is, the data of the engine 200 stored in the RAM 43 is constantly updated.

【0019】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。
The heater 104 is connected to the air-fuel ratio sensor 101.
The digital data calculated by the CPU 45 by a process described later is output from the D / D converter through the output port 47.
The A converter 50 converts the voltage into an analog voltage, and the heater circuit 106
Is supplied to the heater 104 via the. FIG. 2 shows FIG.
FIG. 4 is a diagram showing control of an air-fuel ratio sensor 101 and a heater 104 shown in FIG. The air-fuel ratio sensor 101 for detecting the exhaust air-fuel ratio of the engine 200 shown in FIG. 1 includes an air-fuel ratio sensor element (hereinafter, referred to as a sensor element) 102 and a heater 104. Air-fuel ratio sensor circuit (hereinafter referred to as sensor circuit) 10
3 is provided in the ECU 100 and applies a voltage to the sensor element 102. The sensor circuit 103 receives an analog application voltage from the control unit A / FCU 110 which controls the air-fuel ratio sensor 1 in the ECU 100 composed of a digital computer, that is, the air-fuel ratio sensor control unit A / FCU 110, and outputs a voltage corresponding to the analog application voltage to the sensor element 102. Is applied. A
The / FCU 110 converts the digital data calculated according to the processing described later into an analog voltage by the D / A converter 50 provided therein and outputs the analog voltage to the sensor circuit 103.
With the application of this voltage, the A / FCU 110 detects a current flowing through the sensor element 102 that changes in proportion to the oxygen concentration in the gas to be detected, that is, the exhaust gas. A / FCU
110 is an A / A provided inside to detect this current.
The sensor element 1 is converted from the sensor circuit 103 by the D converter 48.
02 receives an analog voltage corresponding to the current flowing through the second circuit. A
The / FCU 110 converts this analog voltage into digital data, and uses the converted digital data for processing described later.

【0020】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。
The output of the air-fuel ratio sensor 101 cannot be used for air-fuel ratio control unless the sensor element 102 is activated. For this reason, the A / FCU 110 supplies power from the battery 105 to the heater
4, the sensor element 102 is activated early, and after the sensor element 102 is activated, power is supplied to the heater 104 so as to maintain the active state. The air-fuel ratio sensor circuit 103 has an integration circuit therein, and the A / FC
A voltage obtained by converting a rectangular pulse input from the U 110 to the air-fuel ratio sensor circuit 103 into a sine-wave pulse is applied to the sensor element 102. This prevents detection error of the output current of the sensor element due to high frequency noise.

【0021】図3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3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3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(Z
ac≧30)、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<3
0)、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。
FIG. 3 is a diagram showing a correlation between the temperature and the impedance of the oxygen concentration detecting element. The relationship between the temperature and the impedance of the oxygen concentration detecting element (hereinafter simply referred to as the element) has a correlation as shown by the thick line in FIG. 3, that is, the relation that the impedance of the element decreases as the element temperature increases. is there. Focusing on this relationship, in the above-described heater energization control, the element temperature is derived by detecting the element impedance, and feedback control is performed so that the element temperature becomes a desired activation temperature, for example, 700 ° C. Is going. For example, as shown by the thick line in FIG.
The element impedance Zac is 700 ° for the initial control element temperature.
When the impedance of the element corresponding to C is 30Ω or more (Z
ac ≧ 30), that is, when the element temperature is 700 ° C. or less,
When the heater is energized and Zac is smaller than 30Ω (Zac <3
0), that is, when the element temperature exceeds 700 ° C., by performing control to cancel the energization of the heater, the element temperature is maintained at an activation temperature of 700 ° C. or higher, and the active state of the element is maintained. When the heater is energized, the amount of energization required to eliminate the deviation (Zac-30) between the impedance of the element and its target value is determined, and duty control is performed to supply the amount of energization.

【0022】図3に示すように、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102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/FCU110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104の温度制御
を行う。
As shown in FIG. 3, attention is paid to the fact that the resistance of the sensor element 102 depends on the temperature of the sensor element 102, that is, the resistance of the sensor element 102 decreases as the sensor element temperature increases.
The temperature of the sensor element 102 is maintained at a target temperature, for example, 700 ° C. by supplying power to the heater 104 so that the resistance of the sensor element 102 becomes a resistance value corresponding to the temperature at which the sensor element 102 maintains the active state, for example, 30Ω. Control is performed. The A / FCU 110 receives an analog voltage corresponding to the voltage and current of the heater 104 from the heater circuit 106 by an A / D converter 48 provided therein, converts the analog voltage into digital data, and uses the digital data for processing described later. I do. For example, a resistance value of the heater 104 is calculated, and based on the resistance value, electric power is supplied to the heater 104 in accordance with an operation state of the engine, and the temperature of the heater 104 is controlled so as to prevent the heater 104 from overheating (OT). Do.

【0023】図4はヒータ制御のタイムチャートであ
る。図4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7
00°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。
FIG. 4 is a time chart of the heater control. In FIG. 4, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents the duty ratio of the power supplied to the heater, the middle level represents the heater temperature, and the lower level represents the element impedance. With the start of the engine, the entire energization control with a duty ratio of 100% is performed from time t0 when energization of the heater is started to time t1 until the heater reaches a target (upper limit) temperature, for example, 1200 ° C. The temperature at which the sensor element is activated from t1 7
Until time t2 when the impedance reaches 30 Ω corresponding to 00 ° C, the heater temperature feedback control for maintaining the heater temperature at the target temperature is performed, and after time t2, the temperature of the sensor element is maintained at the element activation temperature of 700 ° C. Element temperature feedback control is performed. This heater control routine will be described below based on a flowchart.

【0024】図5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100ms
ec毎に実行される。先ず、ステップ501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5
02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502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503では、ステップ502で算出
したヒータ抵抗RHとヒータ抵抗学習値RHGとを比較
し、RH≧RHGのときはステップ504へ進み、RH
<RHGのときはステップ505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(120
0°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り、後述する図
10のステップ1008でバックアップRAMに記憶さ
れるヒータ全通電目標ヒータ抵抗学習値HTRLMTで
ある。また、このヒータ抵抗学習値はヒータの温度的限
界を考慮してヒータの抵抗がその目標抵抗値である状態
であり続けた(空燃比センサが活性化される迄の間)と
しても、ヒータ寿命への影響が少ないと判断される抵抗
値を目標抵抗値として学習される。
FIG. 5 is a flowchart of a heater control routine. This routine has a predetermined period, for example, 100 ms.
Executed every ec. First, in step 501, it is determined whether an ignition switch (not shown) is ON or OFF, and if the ignition switch is ON, step 5 is executed.
The routine proceeds to step 02, and when the ignition switch is OFF, this routine ends. In step 502, the heater resistance RH is calculated from the voltage applied to the heater and the current supplied to the heater. In step 503, the heater resistance RH calculated in step 502 is compared with the heater resistance learning value RHG, and if RH ≧ RHG, the process proceeds to step 504, where RH
If <RHG, the process proceeds to step 505. Here, the heater resistance learning value RHG means that the heater temperature is the target temperature (120
The resistance value at the time of 0 ° C) is a value learned so as to be able to eliminate the variation due to each product or a change with time, and the heater full energization target heater resistance learning value stored in the backup RAM in step 1008 of FIG. HTRLMT. In addition, even if the heater resistance is kept at the target resistance value in consideration of the temperature limit of the heater (until the air-fuel ratio sensor is activated) in consideration of the heater temperature limit, the heater resistance learning value is calculated based on the heater life. The resistance value determined to have little effect on the resistance is learned as the target resistance value.

【0025】ステップ504では、素子インピーダンス
Zacを読取る。ステップ506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、Zac>
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508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507へ進む。ス
テップ505では全通電(100%デューティ)制御を
行い、ステップ507ではヒータ温フィードバック制御
を行い、ステップ508では素子温フィードバック制御
を行う。
In step 504, the element impedance Zac is read. In step 506, the read Zac is compared with 30Ω corresponding to the activation temperature of the sensor element, and Zac>
If it is 30, it is determined that the sensor element is in the active state, and the process proceeds to step 508. If Zac ≦ 30, it is determined that the sensor element is in the inactive state, and the process proceeds to step 507. In step 505, full energization (100% duty) control is performed, in step 507, heater temperature feedback control is performed, and in step 508, element temperature feedback control is performed.

【0026】また、図4、図5に示したヒータ制御にお
いて、ヒータおよびセンサ素子の過昇温(Over Tempe
rature)を防止するため、特定周波数5KHz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(Z
ac≦Zactg−5(Ω))を判別し、その判別結果がYE
S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5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、DUTY(i) =0に設
定する処理を行う。
In the heater control shown in FIGS. 4 and 5, the overheating of the heater and the sensor element (Over Tempe) is performed.
In order to prevent the occurrence of the characteristic, the air-fuel ratio impedance Zac for the specific frequency of 5 KHz exceeds a predetermined value, for example, 5Ω from the element temperature control target value Zactg after the deterioration correction (Z
ac ≦ Zactg-5 (Ω)), and the result of the determination is YE
If S, it is determined that the temperature is normal, that is, the heater and the sensor element are not overheated, and the heater control routine shown in the flowchart of FIG. 5 is executed. Then, it is determined that the temperature of the sensor element is excessively high, and a process of setting DUTY (i) = 0 is performed.

【0027】次に、機関アイドル時の素子劣化補正ルー
チンおよびヒータ抵抗学習値を算出するヒータ抵抗学習
ルーチンについて以下に説明する。図6は機関アイドル
時の素子劣化補正およびヒータ抵抗学習ルーチンの前半
部フローチャートであり、図7は同ルーチンの後半部フ
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601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HTW
i (=HTIi ×HTVi ×DUTYi )を算出する。
Next, a description will be given of a routine for correcting element deterioration at the time of engine idling and a heater resistance learning routine for calculating a heater resistance learning value. FIG. 6 is a first half flowchart of the element deterioration correction and heater resistance learning routine during engine idling, and FIG. 7 is a second half flowchart of the routine. This routine is executed at a predetermined cycle, for example, every 128 msec. First, in step 601, the current HTWi, which is the current flowing through the heater resistor, the voltage HTVi applied to the heater resistor, and the duty ratio DUTYi of the heater power supply are read and the heater HTW is supplied to the heater.
i (= HTIi × HTVi × DUTYi) is calculated.

【0028】ステップ602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603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603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604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604では、学習条件成立フ
ラグ(XZACG )をオンとする。
In step 602, it is determined whether or not a learning condition at the time of engine idling is satisfied. If the result of the determination is YES, the process proceeds to step 603, and if the result of the determination is NO, the present routine is terminated. . The learning condition when the engine is idle is considered to be satisfied when the following conditions indicating that the engine is in a fully warm-up steady idling state are satisfied. The engine-starting water temperature THWst is within a predetermined temperature range (THW1
≤ THWst ≤ THW2)-The battery voltage BAT is equal to or higher than a predetermined value KBAT (KBAT).
≤ BAT)-The impedance Zac (Ω) of the air-fuel ratio sensor is within a predetermined value range (KZac1 ≤ Zac ≤ KZac2)-The engine speed NE (rpm) is equal to or less than a predetermined value (NE ≤ KN)
E) ・ The engine intake pressure PM (mmHg) is equal to or less than a predetermined value (PM ≦ KP
M) ・ The vehicle speed SPD (km / h) is equal to or less than a predetermined value (SPD ≦ KSP)
D) The engine idle switch is turned on In step 603, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed after the learning condition is satisfied. If the result of the determination is YES, the process proceeds to step 604. If the result of the determination is NO, the process proceeds to step 604. End the routine. In step 604, the learning condition satisfaction flag (XZACG) is turned on.

【0029】ステップ605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606へ進み、オン
(XZACG =1)のときステップ607へ進む。ステップ
606では、積算電力量ΣHTWi を0にクリアし、積
算ヒータ抵抗値ΣHTRi 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。
In step 605, it is determined whether the learning condition satisfaction flag (XZACG) is on or off in the previous processing cycle. When it is off (XZACG = 0), the process proceeds to step 606, and when it is on (XZACG = 1), step 607. Proceed to. In step 606, the integrated power amount ΣHTWi is cleared to 0, the integrated heater resistance value ΣHTri is cleared to 0, and the learning area elapsed time counter CZACGT is cleared to 0.

【0030】ステップ607では、学習領域内経過時間
カウンタCZACGTをインクリメント(CZACGT
=CZACGT+1)する。ステップ608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。
In step 607, the elapsed time counter CZACGT in the learning area is incremented (CZACGT
= CZACGT + 1). In step 608, the integrated power amount ΣHTWi in the current processing cycle is calculated from the following equation. ΣHTWi = ΣHTWi-1 + HTWi Here, ΣHTWi-1 indicates the integrated power amount of the previous processing cycle, and is cleared to 0 immediately after the ignition switch is turned on and the engine is started.

【0031】ステップ609では、積算ヒータ抵抗値Σ
HTRi を次式から算出する。 ΣHTRi =ΣHTRi-1 +HTRi ここで、ΣHTRi-1 は前回処理周期のヒータ抵抗値を
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610では、
学習領域内経過時間カウンタCZACGTが所定値KZ
ACGT以上(CZACGT≧KZACGT)か否かを
判別し、その判別結果がYESのときはステップ611
へ進み、その判別結果がNOのときは図7のステップ7
01ヘ進む。ステップ611では学習完了フラグ(XZAC
GE)をオンに設定する。ステップ611実行後は図7に
示すフローチャートのステップ701へ進む。
In step 609, the integrated heater resistance value Σ
HTRi is calculated from the following equation. ΣHTri = ΣHTri-1 + HTri Here, ΣHTri-1 indicates the heater resistance value in the previous processing cycle, and is cleared to 0 immediately after the ignition switch is turned on and the engine is started. In step 610,
The elapsed time counter CZACGT in the learning area is set to a predetermined value KZ.
It is determined whether or not ACGT or more (CZACGT ≧ KZACGT). If the determination result is YES, step 611 is executed.
If the result of the determination is NO, step 7 in FIG.
Go to 01. In step 611, the learning completion flag (XZAC
GE) on. After execution of step 611, the process proceeds to step 701 of the flowchart shown in FIG.

【0032】図7のステップ701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702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702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Σ
HTWi が所定値KΣHTW以上か否かを判別し(ΣH
TWi ≧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703へ
進み、その判別結果がNOのときはステップ704へ進
む。ステップ703では空燃比センサの故障フラグ(XA
FSF )をオンに設定し、本ルーチンを終了する。
At step 701 in FIG. 7, it is determined whether the learning completion flag (XZACGE) is on or off. When the learning completion flag is on (XZACGE = 1), the process proceeds to step 702.
When the learning completion flag is off (XZACGE = 0), this routine ends. In step 702, a failure determination of the air-fuel ratio sensor is performed. That is, the integrated power amount of the current processing cycleΣ
It is determined whether HTWi is equal to or greater than a predetermined value K 値 HTW (WH
TWi ≧ KΣHTW) If the result of the determination is YES, it is determined that the air-fuel ratio sensor has failed, and the routine proceeds to step 703. If the result of the determination is NO, the routine proceeds to step 704. In step 703, a failure flag (XA
FSF) is set to ON, and this routine ends.

【0033】ステップ704では、図8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7
05では積算ヒータ抵抗値ΣHTRi からヒータ抵抗学
習値HTRGを算出する(図10)。ステップ706で
は学習完了フラグ(XZACGE)をオフにクリアする。次
に、図7のステップ704の処理、すなわちヒータ積算
電力量から素子温制御目標値を算出するルーチンについ
て説明する。
In step 704, a routine for calculating the element temperature control target learning value Zactgg from the heater integrated power amount ΣHTWi described later with reference to FIG. 8 is executed. Step 7
At 05, a heater resistance learning value HTRG is calculated from the integrated heater resistance value ΣHTri (FIG. 10). In step 706, the learning completion flag (XZACGE) is cleared to off. Next, the processing of step 704 in FIG. 7, that is, the routine for calculating the element temperature control target value from the integrated heater power will be described.

【0034】図8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80
1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802では、図9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ZACOT
(Ω)を算出する。ステップ803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。
FIG. 8 is a flowchart of an element temperature control target learning value calculation routine. This routine has a predetermined cycle,
For example, it is executed every 128 msec. First, step 80
In step 1, the average power amount HTWAV is calculated from the following equation based on the integrated power amount of the heater ΣHTWi. In step 802, the correction amount ZACOT of the element temperature control target learning value Zactgg for estimating the deterioration of the sensor element from the average power amount HTWAV (watt · h) using the map shown in FIG.
(Ω) is calculated. In step 803, the target temperature learning value Zactggi for the current processing cycle is calculated from the following equation.

【0035】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804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9は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9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。次に、図7のステップ705の処理、すなわ
ち積算ヒータ抵抗値からヒータ抵抗学習値を算出するル
ーチンについて以下に説明する。
Zactggi = Zactggi-1 + ZACOT Here, Zactggi-1 is the element temperature control target learning value in the previous processing cycle. In step 804, the element temperature control target learning value Zactggi learned as described above is updated and stored in the battery backup SRAM as in the following equation. Zactggb = Zactggi FIG. 9 is a map for calculating the correction amount of the element temperature control target learning value from the heater average power amount. As can be seen from the map of FIG. 9, the correction amount ZACOT is set to a larger value as the average power amount HTWAV increases. This is because, with the deterioration of the air-fuel ratio sensor, the impedance characteristic of the sensor element changes, and control for raising the temperature of the sensor element, that is, control for lowering the element temperature control target learning value Zactggi, is performed. The amount of power to be supplied is large. The present invention
Therefore, by calculating the average amount of power supplied to the heater and controlling the element impedance to increase when the calculated average amount of power increases, it is possible to prevent overheating of the sensor element and the heater resistance. I have. Further, by preventing overheating of the sensor element and the heater resistor, it is possible to prevent early deterioration of the sensor element and the heater resistor and extend the life. Next, the processing of step 705 in FIG. 7, that is, the routine for calculating the heater resistance learning value from the integrated heater resistance value will be described below.

【0036】図10はヒータ抵抗学習値算出ルーチンの
フローチャートである。ステップ1001では、空燃比
センサの素子インピーダンスフィードバックによるヒー
タの平均電力量HTWAVが所定範囲内か否かを判別す
る。このヒータの平均電力量HTWAVは、図8のステ
ップ801で算出されたものを用いる。HTWAVが所
定範囲内か否かの判別は、機関の排気温度が安定した機
関の特定の運転状態、例えば機関アイドル時の学習条件
が成立したときのHTWAVが、空燃比センサの初期品
時のヒータ制御温度に相当するヒータ供給電力量HTW
のワット数以内か否かにより判別する。上記判別結果が
YESのとき、すなわち機関の特定の運転状態、例えば
機関アイドル時の学習条件が成立したときは機関の排気
温度が安定していると推定されるので、素子インピーダ
ンスや素子温が変化せず安定している。したがって、ヒ
ータ抵抗も安定していると判断されるのでステップ10
02〜1008に進み、ステップ1002〜1008で
はヒータ抵抗学習値HTRGおよび全通電目標ヒータ抵
抗学習値HTRLMTの更新処理を実行する。一方、上
記判別結果がNOのとき、すなわち機関アイドル時の学
習条件が不成立のときは機関の排気温度が不安定である
と推定されるので、素子インピーダンスや素子温が変化
し不安定である。したがって、ヒータ抵抗も不安定であ
ると判断されるのでヒータ抵抗学習値HTRGおよび全
通電目標ヒータ抵抗学習値HTRLMTの更新処理を実
行せず本ルーチンを終了する。
FIG. 10 is a flowchart of a heater resistance learning value calculation routine. In step 1001, it is determined whether or not the average electric power amount HTWAV of the heater based on the element impedance feedback of the air-fuel ratio sensor is within a predetermined range. The average power amount HTWAV of the heater uses the value calculated in step 801 of FIG. Whether the HTWAV is within the predetermined range is determined by determining whether the HTWAV when the engine exhaust temperature is stabilized, for example, when the learning condition at the time of engine idling is satisfied, is determined by the heater at the time of the initial product of the air-fuel ratio sensor. Heater supply power amount HTW corresponding to control temperature
Is determined based on whether or not the wattage is within the range. When the above determination result is YES, that is, when a specific operating state of the engine, for example, a learning condition at the time of engine idling is satisfied, the exhaust temperature of the engine is estimated to be stable. Stable without. Therefore, since it is determined that the heater resistance is also stable, step 10
In steps 1002 to 1008, an update process of the heater resistance learning value HTRG and the total energization target heater resistance learning value HTRLMT is executed. On the other hand, when the determination result is NO, that is, when the learning condition at the time of engine idling is not satisfied, the exhaust temperature of the engine is estimated to be unstable, so that the element impedance and the element temperature change and become unstable. Therefore, since it is determined that the heater resistance is also unstable, the routine ends without executing the update processing of the heater resistance learning value HTRG and the full energization target heater resistance learning value HTRLMT.

【0037】ステップ1002では、図6のステップ6
06で算出した今回処理周期までのヒータ積算抵抗値Σ
HTRi と積算回数とからヒータの平均抵抗値HTRA
Vを次式から算出する。 HTRAV=ΣHTRi /積算回数 ステップ1003では、前記学習条件成立時、すなわち
機関アイドル時におけるヒータ抵抗学習値HTRGi
なまし演算により次式から算出する。
In step 1002, step 6 in FIG.
Heater integrated resistance value up to the current processing cycle calculated in 06Σ
From HTR i and the number of integrations, the average resistance value HTRA of the heater
V is calculated from the following equation. In HTRAV = ΣHTR i / integration count step 1003, when the learning condition is satisfied, that is, by calculating moderation heater resistance learning value HTRG i at the time of engine idling is calculated from the following equation.

【0038】HTRGi =(HTRGi-1 ×31+HT
RAV)/32 このヒータ抵抗学習値HTRGi は、空燃比センサの暖
機後、図5のステップ508における素子温フィードバ
ック制御中のヒータ温度上限ガード値として、すなわち
図5のステップ503のRHGとして使用される。すな
わち、機関アイドル時は排気ガスの温度が低温で安定す
るのでヒータへの供給電力は一定となりヒータは高温で
安定するので、この時のヒータ抵抗値を上限ガード値に
し、ヒータの過加熱を防止してヒータの断線を防止す
る。
HTRG i = (HTRG i−1 × 31 + HT)
RAV) / 32 This heater resistance learning value HTRG i is used as the heater temperature upper limit guard value during the element temperature feedback control in step 508 in FIG. 5 after the air-fuel ratio sensor is warmed up, that is, used as the RHG in step 503 in FIG. Is done. In other words, when the engine is idling, the temperature of the exhaust gas stabilizes at a low temperature, so the power supplied to the heater is constant and the heater stabilizes at a high temperature. Therefore, the heater resistance at this time is set to the upper limit guard value to prevent overheating of the heater. To prevent disconnection of the heater.

【0039】ステップ1004では、機関始動時のヒー
タ全通電目標ヒータ抵抗値HTR1200を次式から算
出する。 HTR1200=HTRG×k ここで、kは温度係数である。上式により、ヒータ抵抗
学習値HTRGが算出された学習条件下でのヒータ温
度、例えば850°Cに対して空燃比センサ暖機時に制
御目標となる1200°C相当のヒータ抵抗値HTR1
200が求められる。この場合、温度係数kは、k=H
TR1200/HTR850である。
In step 1004, a heater full energization target heater resistance value HTR 1200 at the time of starting the engine is calculated from the following equation. HTR1200 = HTRG × k where k is a temperature coefficient. The heater resistance value HTR1 corresponding to 1200 ° C, which is a control target when the air-fuel ratio sensor is warmed up with respect to the heater temperature under the learning condition in which the heater resistance learning value HTRG is calculated by the above equation, for example, 850 ° C.
200 is required. In this case, the temperature coefficient k is k = H
TR1200 / HTR850.

【0040】ステップ1005では、HTR1200が
所定値KHTR1200GD以下か否かを判別し、HT
R1200≦KHTR1200GDのときはステップ1
006に進み、HTR1200>KHTR1200GD
のときはステップ1007に進む。ステップ1006で
は、機関始動時のヒータ全通電目標ヒータ抵抗学習値H
TRLMTを次式から算出する。
In step 1005, it is determined whether or not the HTR 1200 is equal to or less than a predetermined value KHTR1200GD.
Step 1 when R1200 ≦ KHTR1200GD
Go to 006, HTR1200> KHTR1200GD
If so, the process proceeds to step 1007. At step 1006, the heater full energization target heater resistance learning value H at the time of starting the engine is set.
TRLMT is calculated from the following equation.

【0041】HTRLMT=HTR1200 ステップ1007では、下式のように、ヒータ全通電目
標ヒータ抵抗学習値HTRLMTに所定値KHTR12
00GDを設定し、上限ガードする。 HTRLMT=KHTR1200GD ステップ1008では、ヒータ抵抗学習値HTRGi
ヒータ全通電目標ヒータ抵抗学習値HTRLMTとをバ
ックアップRAMに記憶する。
HTRLMT = HTR1200 In step 1007, a predetermined value KHTR12 is added to the heater full energization target heater resistance learning value HTRLMT as shown in the following equation.
Set 00GD and guard the upper limit. In HTRLMT = KHTR1200GD step 1008, stores the heater resistance learning value HTRG i and heater full energization target heater resistance learning value HTRLMT the backup RAM.

【0042】上記ヒータ抵抗学習値HTRGi は、空燃
比センサ暖機後の上限ヒータ温度ガード値として使用さ
れ、上記ヒータ全通電目標ヒータ抵抗学習値HTRLM
Tは、空燃比センサ暖機中の上限ヒータ温度ガード値と
して使用される。以上図を用いて説明した本発明の実施
形態において、ヒータの温度とヒータの抵抗値との関係
の取得として、空燃比センサ活性化前に行うヒータの抵
抗フィードバックによるヒータへの供給電力の制御にお
けるヒータの目標抵抗値としてのヒータ抵抗学習値の取
得を例に上げて説明したが、本発明はこれに限定される
ものでない。
The heater resistance learning value HTRG i is used as an upper limit heater temperature guard value after the air-fuel ratio sensor is warmed up.
T is used as an upper limit heater temperature guard value during warm-up of the air-fuel ratio sensor. In the embodiment of the present invention described above with reference to the drawings, as the acquisition of the relationship between the heater temperature and the heater resistance value, the control of the power supply to the heater by the heater resistance feedback performed before the activation of the air-fuel ratio sensor is performed. Although the acquisition of the heater resistance learning value as the target resistance value of the heater has been described as an example, the present invention is not limited to this.

【0043】ヒータの温度とヒータ抵抗値との関係を取
得することは、 1.ヒータの温度が或る温度(例:850℃、1200
℃など)である時のヒータ抵抗値を取得すること、 2.ヒータが温度的な限界(それ以上電力供給して昇温
させると断線等の異常を生ずる状態、もしくは、ヒータ
の寿命を考慮した場合に、それ以上の電力供給は望まし
くない状態)である時のヒータ抵抗値を取得すること、
または、 3.空燃比センサの素子インピーダンスフィードバック
制御時におけるヒータの抵抗値の上限ガード値を取得す
ること、を包含する。
To obtain the relationship between the temperature of the heater and the resistance value of the heater: If the heater temperature is at a certain temperature (eg, 850 ° C., 1200
1), and obtain the heater resistance value at the time of When the heater is at the temperature limit (a state where abnormalities such as disconnection occur when the temperature is increased by supplying more power, or a state where it is not desirable to supply more power considering the life of the heater) Obtaining a heater resistance value;
Or, 3. Acquiring the upper limit guard value of the heater resistance value during the element impedance feedback control of the air-fuel ratio sensor.

【0044】なお、上記3において、ヒータ抵抗がその
目標抵抗値である状態であり続けたとしても、ヒータ寿
命への影響が少ないと判断される抵抗値が上限ガード値
としての目標抵抗値とされる。本発明の他の実施形態と
して、例えば、(1)空燃比センサ活性化前であって
も、センサ素子インピーダンスによりセンサ素子温度を
推定し、ヒータ供給電力を制御する装置において、ヒー
タ抵抗フィードバック制御はせずに、ヒータ抵抗値が、
所定温度、例えば1200℃に対応する抵抗値を超えな
いようにガードする構成、および、(2)空燃比センサ
活性化前の上限ヒータ抵抗値についてはヒータ抵抗学習
値を用いないで、ヒータ抵抗学習値は通常時の空燃比セ
ンサの素子インピーダンスフィードバック制御時におけ
る上限ヒータ抵抗値としてのみ用いる構成、が考えられ
る。
In the above 3, even if the heater resistance continues to be at the target resistance value, the resistance value determined to have little effect on the heater life is set as the target resistance value as the upper limit guard value. You. As another embodiment of the present invention, for example, (1) in a device for estimating the sensor element temperature based on the sensor element impedance and controlling the heater supply power even before the air-fuel ratio sensor is activated, the heater resistance feedback control is performed. Without the heater resistance value
Guarding so as not to exceed a resistance value corresponding to a predetermined temperature, for example, 1200 ° C .; and (2) heater resistance learning without using a heater resistance learning value for an upper limit heater resistance value before activation of the air-fuel ratio sensor. A configuration is conceivable in which the value is used only as the upper limit heater resistance value during normal element impedance feedback control of the air-fuel ratio sensor.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の酸素濃度
検出装置によれば、ヒータ温度とヒータ抵抗値との関係
を取得するために別のルーチンを設けることなく、短時
間に上記関係を取得できる。また、本発明の酸素濃度検
出装置によれば、空燃比センサの素子温度と素子インピ
ーダンスとの関係が空燃比センサが初期品のときの同関
係と異なるとき、ヒータ温度とヒータ抵抗値との関係の
取得を禁止するので、空燃比センサの経年変化するよう
なヒータ抵抗値が不安定なときのヒータ温度とヒータ抵
抗値との関係の誤取得を回避できる。
As described above, according to the oxygen concentration detecting device of the present invention, the above relationship can be obtained in a short time without providing another routine for acquiring the relationship between the heater temperature and the heater resistance value. Can be obtained. Further, according to the oxygen concentration detection device of the present invention, when the relationship between the element temperature and the element impedance of the air-fuel ratio sensor is different from the same relationship when the air-fuel ratio sensor is an initial product, the relationship between the heater temperature and the heater resistance value Therefore, it is possible to avoid erroneous acquisition of the relationship between the heater temperature and the heater resistance value when the heater resistance value is unstable such that the air-fuel ratio sensor changes over time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による酸素濃度検出装置を備えた内燃機
関の一実施形態の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of an internal combustion engine including an oxygen concentration detection device according to the present invention.

【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。
FIG. 2 is a diagram showing control of an air-fuel ratio sensor and a heater shown in FIG.

【図3】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。
FIG. 3 is a diagram showing a correlation between temperature and impedance of an oxygen concentration detecting element.

【図4】ヒータ制御のタイムチャートである。FIG. 4 is a time chart of heater control.

【図5】ヒータ制御ルーチンのフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart of a heater control routine.

【図6】機関アイドル時の素子劣化補正およびヒータ抵
抗学習ルーチンの前半部フローチャートである。
FIG. 6 is a first half flowchart of an element deterioration correction and heater resistance learning routine during engine idling.

【図7】機関アイドル時の素子劣化補正およびヒータ抵
抗学習ルーチンの後半部フローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart of the latter half of an element deterioration correction and heater resistance learning routine during engine idling.

【図8】素子温制御目標学習値算出算出ルーチンのフロ
ーチャートである。
FIG. 8 is a flowchart of an element temperature control target learning value calculation calculation routine.

【図9】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。
FIG. 9 is a map for calculating a correction amount of an element temperature control target learning value from a heater average power amount.

【図10】ヒータ抵抗学習値算出ルーチンのフローチャ
ートである。
FIG. 10 is a flowchart of a heater resistance learning value calculation routine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 33、34…クランク角センサ 100…電子制御ユニット(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…空燃比センサ制御ユニット(A/FCU) 200…機関 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder block 9 ... Air flow meter 18 ... Throttle position sensor 19 ... Intake pressure sensor 20 ... Water temperature sensor 21 ... Vehicle speed sensor 33, 34 ... Crank angle sensor 100 ... Electronic control unit (ECU) 101 ... Air-fuel ratio sensor 102 ... Sensor element 103 sensor circuit 104 heater 105 battery 106 heater circuit 110 air-fuel ratio sensor control unit (A / FCU) 200 engine

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内燃機関の排気通路に設けられた空燃比
センサと、該空燃比センサを加熱するヒータと、該ヒー
タに供給する電力を制御するヒータ制御手段と、を備え
た酸素濃度検出装置において、 前記空燃比センサの活性化後に該空燃比センサの活性状
態を維持するため行う、該空燃比センサの素子インピー
ダンスフィードバックによる前記ヒータへの供給電力の
制御中に、前記内燃機関の特定の運転状態において取得
される該ヒータの抵抗値に基づいて、前記ヒータの温度
と該ヒータの抵抗値との関係を取得する、ことを特徴と
する酸素濃度検出装置。
1. An oxygen concentration detection device comprising: an air-fuel ratio sensor provided in an exhaust passage of an internal combustion engine; a heater for heating the air-fuel ratio sensor; and heater control means for controlling electric power supplied to the heater. In the specific operation of the internal combustion engine during control of power supplied to the heater by element impedance feedback of the air-fuel ratio sensor, which is performed to maintain an active state of the air-fuel ratio sensor after activation of the air-fuel ratio sensor An oxygen concentration detection device, wherein a relationship between a temperature of the heater and a resistance value of the heater is acquired based on a resistance value of the heater acquired in a state.
【請求項2】 前記空燃比センサの素子温度と素子イン
ピーダンスとの関係が該空燃比センサが初期品のときの
同関係と異なるとき、前記ヒータの温度と該ヒータの抵
抗値との関係の取得を禁止する、請求項1に記載の酸素
濃度検出装置。
2. Obtaining a relationship between a temperature of the heater and a resistance value of the heater when a relationship between an element temperature and an element impedance of the air-fuel ratio sensor is different from the same relationship when the air-fuel ratio sensor is an initial product. The oxygen concentration detecting device according to claim 1, wherein the oxygen concentration detecting device is prohibited.
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