JP2001074693A - Heater control device for gas concentration sensor - Google Patents

Heater control device for gas concentration sensor

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JP2001074693A
JP2001074693A JP28983099A JP28983099A JP2001074693A JP 2001074693 A JP2001074693 A JP 2001074693A JP 28983099 A JP28983099 A JP 28983099A JP 28983099 A JP28983099 A JP 28983099A JP 2001074693 A JP2001074693 A JP 2001074693A
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Tetsushi Haseda
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    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1493Details
    • F02D41/1494Control of sensor heater
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02NSTARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0814Circuits or control means specially adapted for starting of engines comprising means for controlling automatic idle-start-stop

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a heater control device, for a gas concentration sensor, which saves electric power when a heater is used and which ensures a proper sensor output. SOLUTION: A cup-shaped A/F sensor 30 which is composed of a limiting current-type air-fuel ratio sensor is arranged and installed at an engine exhaust pipe 13. A microcomputer 20, for air-fuel ratio detection, inside and ECU 15 controls a heater control circuit 25 and a bus control circuit 40 according to a prescribed control program. For example, when a voltage is applied, a current value flowing in the A/F sensor 30 is measured, the measured current value is converted into an air-fuel ratio (A/F), and its A/F value is output to a microcomputer 16 for engine control. In addition, the microcomputer 20 for air-fuel ratio detection judges whether the execution condition of an air-fuel ratio F/B control operation is established or not, and it changes the target temperature of a sensor element so as to be set according to whether the execution condition is established or not. In addition, the target temperature is changed so as to be set according to whether a sensor output is used or not.

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、ガス濃度センサの
ヒータ制御装置に関するものである。
The present invention relates to a heater control device for a gas concentration sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の従来技術として、例えば特開昭
61−132851号公報に開示されているように、限
界電流式酸素センサの内部抵抗やヒータの抵抗値が温度
に応じて変化することに着目し、同酸素センサの活性化
に必要な電力を内燃機関の運転条件により決定してヒー
タに供給すると共に、酸素センサの内部抵抗やヒータの
抵抗値に応じてヒータへの供給電力を補正するものがあ
る。
2. Description of the Related Art As a conventional technique of this kind, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-132851, the internal resistance of a limiting current type oxygen sensor and the resistance value of a heater vary according to temperature. The power required to activate the oxygen sensor is determined by the operating conditions of the internal combustion engine and supplied to the heater, and the power supplied to the heater is corrected according to the internal resistance of the oxygen sensor and the resistance value of the heater. There is something to do.

【0003】また、特開昭63−249046号公報に
開示されているように、ヒータへの通電を開始してから
酸素センサの内部抵抗やヒータの抵抗値が所定温度に対
応する所定値になるまで、電源よりヒータに全電力を供
給し、その後、センサの内部抵抗値が所定温度に対応す
る所定値になるように、ヒータへの供給電力を制御する
ものがある。
Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-249046, the internal resistance of the oxygen sensor and the resistance value of the heater become a predetermined value corresponding to a predetermined temperature after the energization of the heater is started. Until then, the entire power is supplied from the power supply to the heater, and thereafter, the power supplied to the heater is controlled so that the internal resistance value of the sensor becomes a predetermined value corresponding to a predetermined temperature.

【0004】さらに、特開平8−278279号公報に
開示されているように、ヒータ温が所定の初期加熱温度
に到達するまで電源よりヒータに全電力を投入し、到達
後にヒータ温に応じてヒータへの通電を制御し、素子温
が所定値に達すると検出された素子温に応じてヒータへ
の通電を制御するものがある。
Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-278279, full power is supplied to the heater from a power source until the heater temperature reaches a predetermined initial heating temperature. There is an apparatus that controls the energization of the heater in accordance with the detected element temperature when the element temperature reaches a predetermined value.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術では何れも、内燃機関の運転状態等、各種条件に関係
なくセンサ素子が所定の活性化温度(約700℃)に維
持できるようヒータへ電力を供給している。そのため、
近年の自動車技術において各種電気機器の省電力化が要
求されている中で、ヒータへ大きな電力を供給すること
は、この要求に応えることができない。
However, in each of the above-mentioned prior arts, electric power is supplied to the heater so that the sensor element can be maintained at a predetermined activation temperature (about 700 ° C.) irrespective of various conditions such as the operating state of the internal combustion engine. Has been supplied. for that reason,
In recent automobile technology, power saving of various electric devices has been demanded, and supplying large power to the heater cannot meet this demand.

【0006】例えば自動車の使用電力は燃費にも影響す
るため、自動車の燃費改善のためには各種電気系の省電
力化が必要であると考えられる。特にハイブリッド車の
ように電気モータを使用する車両においては、使用電力
が燃費に及ぼす影響がガソリン車よりも一層増大する。
For example, since the electric power used in an automobile also affects the fuel efficiency, it is considered necessary to reduce the power consumption of various electric systems in order to improve the fuel economy of the automobile. In particular, in a vehicle using an electric motor such as a hybrid vehicle, the effect of the power consumption on fuel efficiency is further increased as compared to a gasoline-powered vehicle.

【0007】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その目的とするところは、ヒータ使用時に
おける省電力化を図りつつ、適正なセンサ出力を確保す
ることができるガス濃度センサのヒータ制御装置を提供
することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to reduce the power consumption when using a heater while ensuring a gas concentration capable of ensuring an appropriate sensor output. The object is to provide a heater control device for the sensor.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】例えば、内燃機関から排
出される排ガス中の酸素濃度を検出する装置では、機関
運転状態に応じて正確なセンサ出力が要求される場合
と、正確なセンサ出力が必ずしも要求されない場合とが
ある。実際には、センサ出力が内燃機関の制御に使用さ
れるか否か、空燃比フィードバック制御が実施されるか
否かといった条件に応じてセンサ出力への精度要求が相
違する。また、ガス濃度センサは、センサ出力値に応じ
てその精度を確保するための温度条件が異なる。そのた
め、センサ出力値が如何なる領域にあるかといった条件
に応じて、センサ温度をどの温度域で保持すればよいか
が相違する。
For example, in an apparatus for detecting the concentration of oxygen in exhaust gas discharged from an internal combustion engine, there are cases where an accurate sensor output is required according to the engine operating state and an accurate sensor output. Sometimes it is not always required. Actually, accuracy requirements for the sensor output differ depending on conditions such as whether the sensor output is used for controlling the internal combustion engine and whether the air-fuel ratio feedback control is performed. Further, the temperature condition for ensuring the accuracy of the gas concentration sensor differs according to the sensor output value. Therefore, the temperature range in which the sensor temperature should be maintained differs depending on the condition such as the range in which the sensor output value is located.

【0009】そこで請求項1に記載の発明では、ガス濃
度センサの使用環境や用途に応じてセンサ素子又はヒー
タの目標温度を可変に設定する設定手段と、前記設定し
た目標温度に応じてヒータを通電するヒータ制御手段と
を備える。
According to the first aspect of the present invention, a setting means for variably setting a target temperature of a sensor element or a heater in accordance with a use environment and an application of a gas concentration sensor, and a heater in accordance with the set target temperature are provided. Heater control means for supplying current.

【0010】上記構成によれば、センサ出力が使用され
ない場合、空燃比フィードバック制御が実施されない場
合、或いは比較的低い温度条件で所望の出力精度が確保
できる場合に、センサ素子又はヒータの目標温度を下方
設定することで、ヒータ使用時における省電力化を図る
ことができる。また、使用環境や用途に応じてセンサ素
子又はヒータの目標温度を設定することで、ガス濃度セ
ンサを所望の活性状態で維持でき、適正なセンサ出力を
確保することができる。またさらに、省電力化が実現で
きることから、内燃機関の燃費改善も併せて実現でき
る。
According to the above configuration, when the sensor output is not used, when the air-fuel ratio feedback control is not performed, or when the desired output accuracy can be ensured under relatively low temperature conditions, the target temperature of the sensor element or the heater is set. By setting the temperature downward, power saving can be achieved when using the heater. In addition, by setting the target temperature of the sensor element or the heater in accordance with the use environment or use, the gas concentration sensor can be maintained in a desired active state, and an appropriate sensor output can be secured. Further, since power saving can be realized, improvement in fuel efficiency of the internal combustion engine can be realized at the same time.

【0011】なお本明細書において、「センサ素子又は
ヒータの目標温度を可変に設定してヒータを通電する」
とは、センサ素子又はヒータの温度を直接的に制御する
ことを含む他に、当該温度に係わる抵抗等の要因により
温度を間接的に制御することをも含むこととしている。
In this specification, "the heater is energized by variably setting the target temperature of the sensor element or the heater".
The term “directly” includes not only controlling the temperature of the sensor element or the heater directly but also controlling the temperature indirectly by a factor such as a resistance related to the temperature.

【0012】請求項2に記載の発明では、前記設定手段
は、ガス濃度センサの信号出力を使用する時と使用しな
い時とでセンサ素子又はヒータの目標温度を変えて設定
する。この場合特に、ガス濃度センサの信号出力を使用
しない時、使用する時よりもセンサ素子又はヒータの目
標温度を低くするとよい(請求項3)。
According to the invention described in claim 2, the setting means changes the target temperature of the sensor element or the heater depending on whether the signal output of the gas concentration sensor is used or not. In this case, particularly when the signal output of the gas concentration sensor is not used, the target temperature of the sensor element or the heater may be set lower than when it is used.

【0013】請求項4に記載の発明では、空燃比フィー
ドバック制御が実施されるか否かといった実施条件を判
定する条件判定手段を備え、前記設定手段は、空燃比フ
ィードバック制御の実施条件の成立時と不成立時とでセ
ンサ素子又はヒータの目標温度を変えて設定する。なお
請求項4で言うガス濃度センサとしては、酸素濃度を検
出するための酸素センサ(空燃比センサ)や、NOx濃
度を検出するためのNOxセンサ等がある。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a condition judging means for judging an execution condition such as whether or not the air-fuel ratio feedback control is executed, and the setting means is provided when the execution condition of the air-fuel ratio feedback control is satisfied. The target temperature of the sensor element or the heater is changed and set depending on whether or not the condition is satisfied. The gas concentration sensor described in claim 4 includes an oxygen sensor (air-fuel ratio sensor) for detecting oxygen concentration, a NOx sensor for detecting NOx concentration, and the like.

【0014】つまり、空燃比フィードバック制御に際
し、センサ出力信号が当該フィードバック制御に使用さ
れる場合には、ガス濃度センサを活性化温度に維持する
必要があり、センサ活性化温度に対応するようセンサ素
子又はヒータの目標温度を設定する。これに対しセンサ
出力信号が空燃比フィードバック制御に使用されない場
合には、仮にセンサが活性化温度以下になっても支障無
い。そのため、省電力化を図るべくセンサ素子又はヒー
タの目標温度を比較的低い温度とし、ヒータ消費電力を
低減する。実際には、フィードバック制御時の目標温度
に対して−100℃程度とすればよい。
That is, in the air-fuel ratio feedback control, when the sensor output signal is used for the feedback control, it is necessary to maintain the gas concentration sensor at the activation temperature, and the sensor element needs to correspond to the sensor activation temperature. Alternatively, a target temperature of the heater is set. On the other hand, when the sensor output signal is not used for the air-fuel ratio feedback control, there is no problem even if the sensor becomes lower than the activation temperature. Therefore, in order to save power, the target temperature of the sensor element or the heater is set to a relatively low temperature, and the power consumption of the heater is reduced. Actually, it may be set to about −100 ° C. with respect to the target temperature during the feedback control.

【0015】ところで、図13や図17に示されるよう
に、排ガスの空燃比(酸素濃度)が同一であってもセン
サ素子の温度に応じてセンサ出力が異なる。この場合、
検出すべき空燃比によってセンサ出力の温度勾配が相違
し、そのセンサ出力は素子温が空燃比毎の所定温度を超
える状態でなければ適正値とならない。従って、適正な
センサ出力を確保するには、その時々の空燃比レベルに
応じてセンサ素子又はヒータの目標温度を設定するのが
望ましい。またこのとき、適正なセンサ出力を得るため
の温度範囲の中で必要最小限の目標温度を設定すれば、
省電力化を併せて実現できる。
As shown in FIGS. 13 and 17, even when the air-fuel ratio (oxygen concentration) of the exhaust gas is the same, the sensor output differs according to the temperature of the sensor element. in this case,
The temperature gradient of the sensor output differs depending on the air-fuel ratio to be detected, and the sensor output does not become an appropriate value unless the element temperature exceeds a predetermined temperature for each air-fuel ratio. Therefore, in order to ensure an appropriate sensor output, it is desirable to set the target temperature of the sensor element or the heater according to the air-fuel ratio level at each time. Also, at this time, if the required minimum target temperature is set within the temperature range for obtaining an appropriate sensor output,
Power saving can also be realized.

【0016】そこで請求項5に記載の発明では、前記設
定手段は、ガス濃度センサにより検出される空燃比に応
じてセンサ素子又はヒータの目標温度を変えて設定す
る。実際には、請求項6や請求項7のように前記設定手
段が構成されるとよい。つまり、・請求項6に記載の発
明では、ガス濃度センサにより検出される空燃比が理論
空燃比よりもリーンであれば、理論空燃比の検出時より
もセンサ素子又はヒータの目標温度を高くする。・請求
項7に記載の発明では、ガス濃度センサにより検出され
る空燃比が理論空燃比よりもリッチであれば、理論空燃
比の検出時よりもセンサ素子又はヒータの目標温度を高
くする。
Therefore, in the invention according to claim 5, the setting means changes and sets the target temperature of the sensor element or the heater in accordance with the air-fuel ratio detected by the gas concentration sensor. Actually, it is preferable that the setting unit is configured as in claims 6 and 7. That is, in the invention according to claim 6, if the air-fuel ratio detected by the gas concentration sensor is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the target temperature of the sensor element or the heater is set higher than when the stoichiometric air-fuel ratio is detected. . In the invention described in claim 7, if the air-fuel ratio detected by the gas concentration sensor is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the target temperature of the sensor element or the heater is set higher than when the stoichiometric air-fuel ratio is detected.

【0017】請求項6,7の構成によれば、リーン制御
時或いはリッチ制御時において、センサ素子又はヒータ
の目標温度を高くすることで、理論空燃比を基準とする
広域な空燃比検出範囲内で高精度なセンサ出力が得られ
る。その結果、空燃比検出範囲が拡張できる。また、理
論空燃比の検出時には他よりも目標温度が低く設定され
るため、ヒータ電力が低減され、省電力化が実現でき
る。
According to the sixth and seventh aspects, the target temperature of the sensor element or the heater is increased during the lean control or the rich control so that the air-fuel ratio can be detected within a wide range based on the stoichiometric air-fuel ratio. And a highly accurate sensor output can be obtained. As a result, the air-fuel ratio detection range can be extended. In addition, when the stoichiometric air-fuel ratio is detected, the target temperature is set lower than the others, so that the heater power is reduced and power saving can be realized.

【0018】また、請求項8に記載したように、空燃比
の制御領域に応じてセンサ素子又はヒータの目標温度を
変えて設定してもよい。かかる場合にも、広域な空燃比
範囲内で高精度なセンサ出力が得られる等の優れた効果
が得られる。なおこの場合、空燃比の制御領域がリーン
であれば、或いは空燃比の制御領域がリッチであれば、
理論空燃比の検出時よりもセンサ素子又はヒータの目標
温度を高くするとよい。
Further, as set forth in claim 8, the target temperature of the sensor element or the heater may be changed and set according to the control range of the air-fuel ratio. Also in such a case, excellent effects such as obtaining a highly accurate sensor output within a wide range of the air-fuel ratio can be obtained. In this case, if the air-fuel ratio control region is lean, or if the air-fuel ratio control region is rich,
It is preferable that the target temperature of the sensor element or the heater is higher than that at the time of detecting the stoichiometric air-fuel ratio.

【0019】一方、ガス濃度センサの出力信号として、
理論空燃比を基準とする被検出ガス中の酸素濃度に応じ
た起電力信号と、被検出ガスの空燃比をリニアに検出す
る限界電流信号とを選択的に出力するガス濃度検出装置
において、請求項9に記載の発明では、センサ出力が起
電力信号である時と、センサ出力が限界電流信号である
時とでセンサ素子又はヒータの目標温度を変えて設定す
る。また、請求項10に記載の発明では、比較的狭い空
燃比範囲で起電力信号を用いて空燃比制御が実施される
時と、前記起電力信号を用いた比較的狭い空燃比範囲よ
りも広い空燃比範囲で限界電流信号を用いて空燃比制御
が実施される時とでセンサ素子又はヒータの目標温度を
変えて設定する。
On the other hand, as an output signal of the gas concentration sensor,
In a gas concentration detection device for selectively outputting an electromotive force signal corresponding to an oxygen concentration in a detected gas based on a stoichiometric air-fuel ratio and a limit current signal for linearly detecting an air-fuel ratio of the detected gas, In the invention described in Item 9, the target temperature of the sensor element or the heater is set differently when the sensor output is an electromotive force signal and when the sensor output is a limit current signal. According to the tenth aspect, when the air-fuel ratio control is performed using the electromotive force signal in a relatively narrow air-fuel ratio range, and when the air-fuel ratio range using the electromotive force signal is wider than the relatively narrow air-fuel ratio range. The target temperature of the sensor element or the heater is changed and set when the air-fuel ratio control is performed using the limit current signal in the air-fuel ratio range.

【0020】要するに、起電力信号を出力する場合と、
限界電流信号を出力する場合とを比較すると、前者の方
が適正なセンサ出力を得るためのガス濃度センサの活性
温度が低い。そのため、請求項9又は10の発明によれ
ば、上記の如くセンサ素子又はヒータの目標温度を変え
て設定することにより、ヒータ使用時における省電力化
を図りつつ、適正なセンサ出力を確保することができ
る。また、空燃比制御の最適化を図ることができる。
In short, when the electromotive force signal is output,
Compared with the case where the limiting current signal is output, the former has a lower activation temperature of the gas concentration sensor for obtaining an appropriate sensor output. Therefore, according to the ninth or tenth aspect of the present invention, by setting the target temperature of the sensor element or the heater by changing the target temperature as described above, it is possible to secure an appropriate sensor output while saving power when the heater is used. Can be. Further, the air-fuel ratio control can be optimized.

【0021】請求項11に記載の発明では、被検出ガス
中の複数種のガス成分から各々のガス濃度に応じた信号
を出力可能な、複合型ガスセンサにてガス濃度センサが
構成され、前記センサが如何なる信号出力を行うかを判
定する出力判定手段を備え、前記設定手段は、前記判定
結果に応じてセンサ素子又はヒータの目標温度を可変に
設定する。
According to the eleventh aspect of the present invention, the gas concentration sensor is constituted by a compound gas sensor capable of outputting a signal corresponding to each gas concentration from a plurality of types of gas components in the detected gas. Includes output determination means for determining what kind of signal output is to be performed, and the setting means variably sets a target temperature of the sensor element or the heater according to the determination result.

【0022】かかる場合、ガス濃度センサ(複合型ガス
センサ)による信号出力の種類に応じて適正なセンサ出
力を得るための活性温度が相違しても、センサ出力が何
れであるかに応じてセンサ素子又はヒータの目標温度を
変えて設定することにより、ヒータ使用時における省電
力化を図りつつ、適正なセンサ出力を確保することがで
きる。
In this case, even if the activation temperature for obtaining an appropriate sensor output differs depending on the type of signal output from the gas concentration sensor (composite gas sensor), the sensor element does not change depending on the sensor output. Alternatively, by changing and setting the target temperature of the heater, it is possible to secure an appropriate sensor output while saving power when the heater is used.

【0023】請求項12に記載の発明では、内燃機関の
出力とモータ出力とを併用して走行するハイブリッド車
に適用され、前記設定手段は、内燃機関の運転が停止さ
れ、且つモータのみが駆動される時にセンサ素子又はヒ
ータの目標温度を低くする。請求項10の構成でも既述
の通り、ヒータ使用時における省電力化を図りつつ、適
正なセンサ出力を確保することができる。特にハイブリ
ッド車の場合、使用電力が燃費に及ぼす影響がより一層
増大するが、省電力化に伴い燃費改善が実現できる。
According to a twelfth aspect of the present invention, the present invention is applied to a hybrid vehicle that travels using both the output of an internal combustion engine and the output of a motor. The setting means stops the operation of the internal combustion engine and drives only the motor. The target temperature of the sensor element or the heater is lowered. As described above, an appropriate sensor output can be secured while saving power when using the heater. In particular, in the case of a hybrid vehicle, the effect of power consumption on fuel efficiency is further increased, but fuel efficiency can be improved with power saving.

【0024】請求項13に記載の発明では、ガス濃度セ
ンサの劣化度合を検出する劣化検出手段を備え、該検出
されるガス濃度センサの劣化度合に応じて、前記設定手
段により設定されるセンサ素子又はヒータの目標温度を
補正する。
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a deterioration detecting means for detecting the degree of deterioration of the gas concentration sensor, and the sensor element set by the setting means according to the detected degree of deterioration of the gas concentration sensor. Alternatively, the target temperature of the heater is corrected.

【0025】つまり、固体電解質、電極、ヒータが劣化
したり、センサ素子を構成する多孔質拡散層が目詰まり
したりしてガス濃度センサが劣化状態になると、例えば
センサ素子の内部抵抗が大きくなってセンサ出力が低下
することが考えられるが、センサ素子又はヒータの目標
温度を上昇側に補正することで、適正なセンサ出力が確
保できる。また逆に、センサ出力が増大する方向にガス
濃度センサが劣化することも考えられるが、センサ素子
又はヒータの目標温度を降下側に補正することで、ヒー
タへの供給電力を必要最小限に抑え、省電力化を図るこ
とができる。
That is, when the solid electrolyte, the electrode, and the heater are deteriorated, or the porous diffusion layer constituting the sensor element is clogged and the gas concentration sensor is deteriorated, for example, the internal resistance of the sensor element increases. It is conceivable that the sensor output decreases due to this, but by correcting the target temperature of the sensor element or the heater to the rising side, an appropriate sensor output can be secured. Conversely, it is conceivable that the gas concentration sensor deteriorates in the direction in which the sensor output increases.However, by correcting the target temperature of the sensor element or the heater to the descending side, the electric power supplied to the heater is minimized. Power can be saved.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)以下、この
発明を車両用空燃比制御システムに具体化した第1の実
施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態におけ
る空燃比制御システムでは、エンジンの排気管に設けら
れた空燃比センサの検出結果を基にエンジンへの燃料噴
射量を所望の空燃比にフィードバック(F/B)制御す
る。以下の記載では、空燃比センサを用いた空燃比(A
/F)の検出手順、センサ素子の内部抵抗検出手順、さ
らに同センサに設けられたヒータの通電制御手順を詳細
に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A first embodiment of the present invention embodied in a vehicle air-fuel ratio control system will be described below with reference to the drawings. In the air-fuel ratio control system according to the present embodiment, a fuel injection amount to the engine is feedback-controlled (F / B) to a desired air-fuel ratio based on a detection result of an air-fuel ratio sensor provided in an exhaust pipe of the engine. In the following description, the air-fuel ratio (A
/ F), the procedure for detecting the internal resistance of the sensor element, and the procedure for controlling the energization of the heater provided in the sensor will be described in detail.

【0027】図1は、本実施の形態における空燃比制御
システムの概要を示す構成図である。図1において、エ
ンジン10は多気筒4サイクル内燃機関として構成され
ている。吸気管11には、エンジン10の各気筒に対し
て燃料を噴射供給するためのインジェクタ12が配設さ
れている。また、排気管13には限界電流式空燃比セン
サからなるコップ型のA/Fセンサ30が配設されてお
り、同センサ30は排気中の酸素濃度(或いは、未燃ガ
ス中の一酸化炭素などの濃度)に比例して広域で且つリ
ニアな空燃比信号を出力する。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of an air-fuel ratio control system according to the present embodiment. In FIG. 1, an engine 10 is configured as a multi-cylinder four-cycle internal combustion engine. An intake pipe 11 is provided with an injector 12 for injecting and supplying fuel to each cylinder of the engine 10. The exhaust pipe 13 is provided with a cup-type A / F sensor 30 composed of a limiting current type air-fuel ratio sensor. The sensor 30 is provided with an oxygen concentration in exhaust gas (or carbon monoxide in unburned gas). And outputs a linear and wide air-fuel ratio signal in proportion to the air-fuel ratio.

【0028】A/Fセンサ30は、センサ素子を構成す
る固体電解質31及び拡散抵抗層32と、固体電解質3
1の内外(大気側及び排気側)に設けられた電極33,
34と、センサ素子を加熱するためのヒータ35とを備
える。ここで、固体電解質31は酸素イオン伝導性酸化
物焼結体からなり、拡散抵抗層32は耐熱性無機物質か
らなる。また、電極33,34は共に、白金等の触媒活
性の高い貴金属からなりその表面には多孔質の化学メッ
キ等が施されている。
The A / F sensor 30 includes a solid electrolyte 31 and a diffusion resistance layer 32 constituting a sensor element, and a solid electrolyte 3
Electrodes 33 provided inside and outside (atmosphere side and exhaust side)
34, and a heater 35 for heating the sensor element. Here, the solid electrolyte 31 is made of an oxygen ion conductive oxide sintered body, and the diffusion resistance layer 32 is made of a heat-resistant inorganic substance. The electrodes 33 and 34 are both made of a noble metal having a high catalytic activity such as platinum, and the surfaces thereof are subjected to porous chemical plating or the like.

【0029】一方、電子制御ユニット(以下、ECUと
いう)15は、インジェクタ12による燃料噴射量を最
適に制御するためのエンジン制御用マイコン16を備え
る。エンジン制御用マイコン16は、図示しないセンサ
群から各種エンジン運転情報を取り込み、これらのセン
サ検出結果からエンジン回転数、吸気圧、水温、スロッ
トル開度などのエンジン運転状態を検知する。
On the other hand, an electronic control unit (hereinafter referred to as an ECU) 15 includes an engine control microcomputer 16 for optimally controlling the fuel injection amount of the injector 12. The engine control microcomputer 16 fetches various types of engine operation information from a sensor group (not shown), and detects an engine operation state such as an engine speed, an intake pressure, a water temperature, and a throttle opening from the sensor detection results.

【0030】エンジン制御用マイコン16には空燃比検
出用マイコン20が相互に通信可能に接続されている。
空燃比検出用マイコン20は、所定の制御プログラムに
従いヒータ制御回路25及びバイアス制御回路40を操
作する。例えば電圧印加に伴いA/Fセンサ30に流れ
る電流値を計測すると共にその計測した電流値を図3の
関係を用いて空燃比(A/F)に変換し、そのA/F値
をエンジン制御用マイコン16に出力する。また、同空
燃比検出用マイコン20は、A/Fセンサ30が活性状
態で維持されるようヒータ制御回路25を操作し、必要
に応じてヒータ35を通電する。
An air-fuel ratio detecting microcomputer 20 is connected to the engine controlling microcomputer 16 so that they can communicate with each other.
The air-fuel ratio detecting microcomputer 20 operates the heater control circuit 25 and the bias control circuit 40 according to a predetermined control program. For example, a current value flowing through the A / F sensor 30 with the application of a voltage is measured, and the measured current value is converted into an air-fuel ratio (A / F) using the relationship shown in FIG. Output to the microcomputer 16. Further, the air-fuel ratio detecting microcomputer 20 operates the heater control circuit 25 so that the A / F sensor 30 is maintained in the active state, and energizes the heater 35 as necessary.

【0031】ここで、A/Fセンサ30に電圧を印加す
るためのバイアス指令信号Vrは空燃比検出用マイコン
20からD/A変換器21に入力され、同D/A変換器
21にてアナログ信号Vbに変換された後、LPF(ロ
ーパスフィルタ)22に入力される。また、LPF22
にてアナログ信号Vbの高周波成分が除去された出力電
圧Vcはバイアス制御回路40に入力される。バイアス
制御回路40は、空燃比検出用又は素子抵抗検出用の電
圧をA/Fセンサ30に印加する。この場合、空燃比検
出時には、その時々の空燃比に対応した所定の印加電圧
が設定されるのに対し、素子抵抗検出時には、所定周波
数信号よりなる単発的で且つ所定の時定数を持った電圧
が印加される。
Here, the bias command signal Vr for applying a voltage to the A / F sensor 30 is input from the air-fuel ratio detecting microcomputer 20 to the D / A converter 21, and the D / A converter 21 converts the signal into an analog signal. After being converted into a signal Vb, the signal is input to an LPF (low-pass filter) 22. In addition, LPF22
The output voltage Vc from which the high-frequency component of the analog signal Vb has been removed is input to the bias control circuit 40. The bias control circuit 40 applies a voltage for detecting the air-fuel ratio or for detecting the element resistance to the A / F sensor 30. In this case, when the air-fuel ratio is detected, a predetermined applied voltage corresponding to the air-fuel ratio at each time is set. On the other hand, when the element resistance is detected, a single-shot voltage consisting of a predetermined frequency signal and having a predetermined time constant is used. Is applied.

【0032】その時々の空燃比(酸素濃度)に対応する
A/Fセンサ30の限界電流出力は、バイアス制御回路
40内の電流検出回路50にて検出される。また、A/
Fセンサ30が理論空燃比を境にリッチか又はリーンか
で異なる起電力を出力する際、その起電力が起電力検出
回路55にて検出される。電流検出回路50及び起電力
検出回路55の検出値はA/D変換器23を介して空燃
比検出用マイコン20に入力される。ヒータ制御回路2
5は、A/Fセンサ30の素子温やヒータ温等に応じて
ヒータ35への通電量をデューティ制御し、同ヒータ3
5の加熱制御を行う。
The limit current output of the A / F sensor 30 corresponding to the air-fuel ratio (oxygen concentration) at that time is detected by a current detection circuit 50 in the bias control circuit 40. A /
When the F sensor 30 outputs a different electromotive force depending on whether it is rich or lean at the stoichiometric air-fuel ratio, the electromotive force is detected by the electromotive force detection circuit 55. The detection values of the current detection circuit 50 and the electromotive force detection circuit 55 are input to the air-fuel ratio detection microcomputer 20 via the A / D converter 23. Heater control circuit 2
Reference numeral 5 denotes duty control of the amount of power to the heater 35 in accordance with the element temperature of the A / F sensor 30, the heater temperature, and the like.
The heating control of No. 5 is performed.

【0033】なお、エンジン制御用マイコン16による
空燃比F/B制御については、本案の要旨ではなく且つ
その制御内容が周知であるため、ここではその詳細な説
明を省略するが、簡単に述べると、エンジン制御用マイ
コン16は、A/Fセンサ30による空燃比の検出結果
やその他、各種センサの検出結果を取り込むと共に、そ
れらの検出結果に基づき現代制御或いはPI制御といっ
た制御アルゴリズムに則って、リーン領域を含む広域な
空燃比検出範囲にて空燃比F/B制御を実施する。或い
は、ストイキ(理論空燃比)を目標値として実空燃比を
目標値に対してF/B制御する。要は、その時々の空燃
比が目標空燃比に一致するよう、インジェクタ12から
エンジン10の各気筒に噴射供給される燃料量を制御す
る。
Since the air-fuel ratio F / B control by the engine control microcomputer 16 is not the gist of the present invention and the details of the control are well-known, the detailed description thereof will be omitted here. The engine control microcomputer 16 takes in the detection result of the air-fuel ratio by the A / F sensor 30 and the detection results of various other sensors, and based on the detection results, according to a control algorithm such as modern control or PI control. The air-fuel ratio F / B control is performed in a wide air-fuel ratio detection range including the region. Alternatively, F / B control is performed on the actual air-fuel ratio with respect to the target value using stoichiometric (theoretical air-fuel ratio) as the target value. In short, the amount of fuel injected and supplied from the injector 12 to each cylinder of the engine 10 is controlled so that the air-fuel ratio at that time matches the target air-fuel ratio.

【0034】上記構成のA/Fセンサ30は、図2
(a)及び(b)の出力特性を持ち、空燃比リーン領域
を含む広域で空燃比F/B制御が実施される時には図2
(a)の特性に応じた限界電流信号Ipを出力する。ま
た、ストイキ(λ=1)近傍での空燃比F/B制御が実
施される時には図2(b)の特性に応じた起電力電圧信
号VOX2を出力する。
The A / F sensor 30 having the above-described structure is similar to that shown in FIG.
When the air-fuel ratio F / B control is performed over a wide range including the air-fuel ratio lean region having the output characteristics of (a) and (b), FIG.
A limit current signal Ip corresponding to the characteristic (a) is output. Further, when the air-fuel ratio F / B control near the stoichiometric (λ = 1) is performed, an electromotive force voltage signal VOX2 corresponding to the characteristic of FIG. 2B is output.

【0035】つまり、A/Fセンサ30に所定電圧が印
加される時、図2(a)に示されるように同センサ30
は空燃比λに対応してリニアに変化する限界電流信号I
p〔mA〕を出力する。限界電流信号Ipの増減は空燃
比の増減(すなわち、リーン・リッチの度合)に対応し
ており、空燃比がリーン側になるほど限界電流は増大
し、空燃比がリッチ側になるほど限界電流は減少する。
また、図2(b)に示されるように、A/Fセンサ30
は理論空燃比λ=1を境にして大きく変化する電圧信号
VOX2〔V〕を出力する。このとき、電圧信号VOX
2は、大気中の酸素濃度と排ガス中の酸素濃度との差に
応じた起電力に相当し、その値はリッチ側で約1Vの電
圧値となり、リーン側で約0Vの電圧値となる。
That is, when a predetermined voltage is applied to the A / F sensor 30, as shown in FIG.
Is a limiting current signal I that linearly changes in accordance with the air-fuel ratio λ.
p [mA] is output. The increase / decrease of the limit current signal Ip corresponds to the increase / decrease of the air-fuel ratio (that is, the degree of lean / rich). The limit current increases as the air-fuel ratio becomes leaner, and the limit current decreases as the air-fuel ratio becomes richer. I do.
Also, as shown in FIG. 2B, the A / F sensor 30
Outputs a voltage signal VOX2 [V] that greatly changes at the stoichiometric air-fuel ratio λ = 1. At this time, the voltage signal VOX
Numeral 2 corresponds to an electromotive force corresponding to the difference between the oxygen concentration in the atmosphere and the oxygen concentration in the exhaust gas, and the value is about 1 V on the rich side and about 0 V on the lean side.

【0036】次に、上記の如く構成される空燃比制御シ
ステムの作用を説明する。先ず始めに、空燃比検出用マ
イコン20により実施されるメインルーチンを図4のフ
ローチャートを用いて説明する。なお本実施の形態で
は、素子抵抗値の検出に際し、掃引法を用いて「交流素
子インピーダンスZac」を求めることとしている。
Next, the operation of the air-fuel ratio control system configured as described above will be described. First, a main routine executed by the air-fuel ratio detecting microcomputer 20 will be described with reference to the flowchart of FIG. In this embodiment, when detecting the element resistance value, the “AC element impedance Zac” is obtained by using the sweep method.

【0037】図4において、先ずステップ100では、
前回の空燃比検出時から所定時間Taが経過したか否か
を判別する。所定時間Taは、空燃比の検出周期に相当
する時間であって、例えばTa=4ms程度に設定され
る。前回の空燃比検出時から所定時間Taが経過してい
れば(ステップ100がYES)、ステップ110に進
んで空燃比検出処理を実施する。ステップ100がNO
であれば、そのまま本ルーチンを一旦終了する。
In FIG. 4, first, in step 100,
It is determined whether or not a predetermined time Ta has elapsed since the previous detection of the air-fuel ratio. The predetermined time Ta is a time corresponding to an air-fuel ratio detection cycle, and is set to, for example, about Ta = 4 ms. If the predetermined time Ta has elapsed since the previous detection of the air-fuel ratio (YES in step 100), the process proceeds to step 110 to execute the air-fuel ratio detection process. Step 100 is NO
If so, this routine is once ended as it is.

【0038】ステップ110での空燃比検出に際し、空
燃比検出用マイコン20は、電圧印加に伴い固体電解質
31に流れる電流値、すなわち電流検出回路50により
検出されるセンサ出力(限界電流信号Ip)を読み込
み、次の空燃比検出のためにその時々のセンサ出力に対
応する電圧をA/Fセンサ30の両電極33,34に印
加しておく。さらに、図3に示す電流−A/F変換マッ
プを用いてその時々のセンサ出力(限界電流信号Ip)
をA/F値に変換し、そのA/F値をエンジン制御用マ
イコン16に対して出力する。
At the time of detecting the air-fuel ratio in step 110, the air-fuel ratio detecting microcomputer 20 outputs the current value flowing through the solid electrolyte 31 due to the application of the voltage, that is, the sensor output (limit current signal Ip) detected by the current detecting circuit 50. After the reading, the voltage corresponding to the sensor output at that time is applied to both electrodes 33 and 34 of the A / F sensor 30 in order to detect the next air-fuel ratio. Further, using the current-A / F conversion map shown in FIG. 3, the sensor output at each time (limit current signal Ip)
Is converted to an A / F value, and the A / F value is output to the engine control microcomputer 16.

【0039】その後、ステップ120では、前回の素子
インピーダンス検出時から所定時間Tbが経過したか否
かを判別する。所定時間Tbは、素子インピーダンスZ
acの検出周期に相当する時間であって、例えばエンジ
ン運転状態に応じて選択的に設定される。本実施の形態
では、空燃比の変化が比較的小さい通常時(エンジン1
0の定常運転時)にはTb=2s(秒)に、空燃比の急
変時(エンジン10の始動時や過渡運転時)にはTb=
128ms(ミリ秒)に、というように所定時間Tbが
可変に設定されるようになっている。
Thereafter, in step 120, it is determined whether or not a predetermined time Tb has elapsed since the previous detection of the element impedance. The predetermined time Tb is equal to the element impedance Z.
This is a time corresponding to the detection cycle of ac, and is selectively set according to, for example, an engine operating state. In this embodiment, in the normal state (the engine 1
0 at the time of steady operation), and Tb = 2s (second) at the time of a rapid change of the air-fuel ratio (at the time of starting the engine 10 or at the time of transient operation).
The predetermined time Tb is variably set to 128 ms (millisecond).

【0040】ステップ120がYESであれば、ステッ
プ130で素子インピーダンスZacを検出すると共
に、続くステップ140でヒータ35の通電制御を実施
する。上記ステップ130,140の処理はそれぞれ、
後述する図5,図6に従い実施される。上記ステップ1
20がNOであれば、そのまま本ルーチンを一旦終了す
る。
If YES in step 120, the element impedance Zac is detected in step 130, and the energization control of the heater 35 is performed in step 140. The processing of steps 130 and 140 is
This is performed according to FIGS. 5 and 6 described later. Step 1 above
If NO is determined, the routine is temporarily terminated.

【0041】次に、前記図4のステップ130における
素子インピーダンスZacの検出手順(掃引法による検
出手順)を図5を用いて説明する。図5において、ステ
ップ131では、バイアス指令信号Vrを操作しそれま
での印加電圧Vp(空燃比検出用の電圧)に対して電圧
を正側に単発的に変化させる。素子インピーダンス検出
用電圧の印加時間は、A/Fセンサ30の周波数特性を
考慮して数10〜100μs程度とする。その後、ステ
ップ132では、その時の電圧変化量ΔVと電流検出回
路50により検出されたセンサ出力の変化量ΔIとを読
み取る。また、ステップ133では、前記ΔV,ΔIか
ら素子インピーダンスZacを算出する(Zac=ΔV
/ΔI)。
Next, the procedure for detecting the element impedance Zac in step 130 in FIG. 4 (detection procedure by the sweep method) will be described with reference to FIG. In FIG. 5, in step 131, the bias command signal Vr is manipulated to change the applied voltage Vp (the voltage for detecting the air-fuel ratio) up to that point in a one-time change to the positive side. The application time of the element impedance detection voltage is set to about several tens to 100 μs in consideration of the frequency characteristics of the A / F sensor 30. Thereafter, in step 132, the voltage change amount ΔV at that time and the sensor output change amount ΔI detected by the current detection circuit 50 are read. In step 133, the element impedance Zac is calculated from the above ΔV and ΔI (Zac = ΔV
/ ΔI).

【0042】続くステップ134では、前記算出した素
子インピーダンスZacを素子温Tsに変換し、その後
本ルーチンを終了して元の図4のルーチンに戻る。ここ
で、上記の如く求められる素子インピーダンスZac
は、素子温Tsに対して図9に示す関係を有する。すな
わち、素子温Tsが低いほど、素子インピーダンスZa
cは飛躍的に大きくなる。
In the following step 134, the calculated element impedance Zac is converted into the element temperature Ts, and thereafter the present routine is terminated and the flow returns to the original routine of FIG. Here, the element impedance Zac obtained as described above
Has a relationship shown in FIG. 9 with respect to the element temperature Ts. That is, as the element temperature Ts is lower, the element impedance Za
c increases dramatically.

【0043】上記の処理によれば、前記図1のLPF2
2並びにバイアス制御回路40を介し、所定の時定数を
持たせた電圧が単発的にA/Fセンサ30に印加され
る。その結果、図8に示されるように、当該電圧の印加
からt時間経過後にピーク電流ΔI(電流変化量)が検
出され、その時の電圧変化量ΔVとピーク電流ΔIとか
ら素子インピーダンスZacが検出される(Zac=Δ
V/ΔI)。かかる場合、LPF22を介して単発的な
電圧をA/Fセンサ30に印加することにより、過度な
ピーク電流の発生が抑制され、素子インピーダンスZa
cの検出精度が向上する。
According to the above processing, the LPF 2 shown in FIG.
A voltage having a predetermined time constant is applied to the A / F sensor 30 one by one via the bias control circuit 40. As a result, as shown in FIG. 8, a peak current ΔI (current change amount) is detected after a lapse of t time from the application of the voltage, and an element impedance Zac is detected from the voltage change amount ΔV and the peak current ΔI at that time. (Zac = Δ
V / ΔI). In such a case, by applying a one-shot voltage to the A / F sensor 30 via the LPF 22, the occurrence of an excessive peak current is suppressed, and the element impedance Za
The detection accuracy of c is improved.

【0044】次に、前記図4のステップ140における
ヒータ通電の制御手順を図6を用いて説明する。図6に
おいて、ステップ141では、今現在がエンジン冷間始
動時等の昇温途中であるか否かを判別する。そして、昇
温途中であることを条件にステップ142に進む。
Next, the procedure for controlling the energization of the heater in step 140 of FIG. 4 will be described with reference to FIG. In FIG. 6, in a step 141, it is determined whether or not the current time is in the process of raising the temperature during a cold start of the engine or the like. Then, the process proceeds to step 142 on condition that the temperature is being raised.

【0045】ステップ142では、前記図5で算出した
素子温Tsが固体電解質31(センサ素子)の半活性状
態を判定するための所定の判定値(本実施の形態ではZ
ac=200Ω相当の値)以上であるか否かを判別す
る。例えばエンジン10の低温始動時にはステップ14
2がNOとなり、ステップ143に進んでヒータ35の
「100%通電制御」を実施する。100%通電制御で
は、ヒータ35へのデューティ比制御信号Dutyが1
00%に維持される。
In step 142, the element temperature Ts calculated in FIG. 5 is a predetermined judgment value (Z in this embodiment) for judging the semi-active state of the solid electrolyte 31 (sensor element).
(ac = value corresponding to 200Ω) or more. For example, when the engine 10 is started at a low temperature, step 14 is executed.
2 is NO, the routine proceeds to step 143, where "100% energization control" of the heater 35 is performed. In the 100% energization control, the duty ratio control signal Duty to the heater 35 is 1
It is maintained at 00%.

【0046】次にステップ146では、Duty=10
0%の制御信号によりヒータ通電を行い、その後本ルー
チンを終了して元の図4のルーチンに戻る。こうした1
00%通電制御は、素子温Tsが上昇してステップ14
2が肯定判別されるまで継続して実施される。
Next, at step 146, Duty = 10
The heater is energized by the control signal of 0%, and thereafter, the present routine is terminated and the process returns to the original routine of FIG. Such one
In the 00% energization control, the element temperature Ts rises and the
The operation is continuously performed until the determination of 2 is affirmative.

【0047】そして、ヒータ35の加熱作用により素子
温が上昇し、ステップ142が肯定判別されると、ステ
ップ144に進んで素子温Tsが素子温F/B制御を開
始するための所定の判定値(本実施の形態ではZac=
40Ω相当の値)以上であるか否かを判別する。
Then, the element temperature rises due to the heating action of the heater 35, and if the determination in step 142 is affirmative, the routine proceeds to step 144, where the element temperature Ts is a predetermined determination value for starting the element temperature F / B control. (In the present embodiment, Zac =
It is determined whether the value is equal to or more than 40Ω.

【0048】センサ活性前であってステップ144が否
定判別されると、ステップ145に進んで「電力制御」
によりヒータ35の通電制御を実施し、続くステップ1
46でヒータ通電を行った後、本ルーチンを終了して元
の図4のルーチンに戻る。この電力制御では、素子温T
sが小さいほど(Zacが大きいほど)大きな電力指令
値が決定され、その電力指令値に応じてデューティ比制
御信号Dutyが算出される。
If the determination in step 144 is negative before the sensor is activated, the flow advances to step 145 to execute "power control".
The energization control of the heater 35 is performed by the
After the heater is energized at 46, the present routine is terminated and the routine returns to the original routine of FIG. In this power control, the element temperature T
A larger power command value is determined as s is smaller (as Zac is larger), and a duty ratio control signal Duty is calculated according to the power command value.

【0049】センサ活性化が完了し前記ステップ144
が肯定判別されると、ステップ200に進んで「素子温
F/B制御」を実施する。素子温F/B制御の詳細につ
いては図7を用いて後述する。その後、ステップ146
では、素子温F/B制御の処理にて演算したデューティ
比制御信号Dutyに基づいてヒータ通電を行い、その
後本ルーチンを終了して元の図4のルーチンに戻る。
When the activation of the sensor is completed, the step 144 is completed.
Is affirmatively determined, the routine proceeds to step 200, where "element temperature F / B control" is performed. Details of the element temperature F / B control will be described later with reference to FIG. Then, step 146
Then, the heater is energized based on the duty ratio control signal Duty calculated in the processing of the element temperature F / B control, and thereafter, the present routine ends and returns to the original routine of FIG.

【0050】なおエンジン始動後には、ステップ141
が毎回否定判別され、ステップ142,144の判別を
行うことはない。従って、暖機完了後に100%通電制
御や電力制御(ステップ143,145)が実行される
ことはない。
After starting the engine, step 141 is executed.
Is negatively determined each time, and the determination in steps 142 and 144 is not performed. Therefore, 100% energization control and power control (steps 143 and 145) are not executed after the warm-up is completed.

【0051】素子温F/B制御の詳細な手順を図7のフ
ローチャートを用いて説明する。図7において、先ずス
テップ201では、A/Fセンサ30の出力が使用され
る状態か否かを判別する。例えばエンジン停止時や、空
燃比制御系に何らかの異常が発生してF/B制御が中断
される場合等においては、ステップ201を否定判別し
てステップ202に進む。そして、ステップ202でヒ
ータ通電のためのデューティ比制御信号Dutyを強制
的に「0%」にし、その後本ルーチンを終了して元の図
6のルーチンに戻る。但しステップ202の処理におい
て、Duty=0%とするのではなく、微少なDuty
を設定し、小電力でヒータ通電を継続するようにしても
よい。
The detailed procedure of the element temperature F / B control will be described with reference to the flowchart of FIG. In FIG. 7, first, in step 201, it is determined whether or not the output of the A / F sensor 30 is used. For example, when the engine is stopped, or when an abnormality occurs in the air-fuel ratio control system and the F / B control is interrupted, for example, step 201 is negatively determined and the process proceeds to step 202. Then, in step 202, the duty ratio control signal Duty for energizing the heater is forcibly set to "0%", and thereafter, the present routine ends, and the routine returns to the original routine of FIG. However, in the process of step 202, the duty is not set to Duty = 0%, but is set to a minute Duty.
May be set to continue the heater energization with low power.

【0052】また、ステップ201が肯定判別されると
ステップ203に進み、空燃比F/B制御の実施条件が
成立するか否かを判別する。この実施条件とは例えば、 (1)エンジン冷却水の温度条件が満たされること(例
えば水温≧40℃)。 (2)高負荷・高回転状態でないこと。 (3)燃料カット中でないこと。 等の各条件の全て若しくは少なくとも一つを含み、当該
条件が成立すればステップ204に進み、不成立であれ
ばステップ205に進む。この条件適否の判定は、エン
ジン制御用マイコン16から送信されるエンジン運転情
報に基づき実施される。
If the determination in step 201 is affirmative, the routine proceeds to step 203, where it is determined whether or not the conditions for implementing the air-fuel ratio F / B control are satisfied. The implementation conditions are, for example: (1) The temperature condition of the engine cooling water is satisfied (for example, water temperature ≧ 40 ° C.). (2) Not in a high load / high rotation state. (3) Fuel cut is not in progress. And all or at least one of the conditions. If the condition is satisfied, the process proceeds to step 204, and if not, the process proceeds to step 205. The determination as to whether the condition is appropriate is made based on the engine operation information transmitted from the engine control microcomputer 16.

【0053】ステップ204では素子温目標値Tsre
fを、通常の目標値である「700℃」とし、ステップ
205では素子温目標値Tsrefを、通常の目標値よ
りも低い「600℃」とする。つまり、センサ出力が空
燃比F/B制御に使用される場合には、A/Fセンサ3
0を所定の活性状態に維持するための温度により素子温
目標値Tsrefを設定する。これに対しセンサ出力が
空燃比F/B制御に使用されない場合には、仮にセンサ
が活性化温度以下になっても支障無いため、省電力化を
図るべく素子目標温度を比較的低い温度とする。
In step 204, the element temperature target value Tsre
f is set to a normal target value of “700 ° C.”, and in step 205, the element temperature target value Tsref is set to “600 ° C.” lower than the normal target value. That is, when the sensor output is used for the air-fuel ratio F / B control, the A / F sensor 3
An element temperature target value Tsref is set based on a temperature for maintaining 0 in a predetermined active state. On the other hand, when the sensor output is not used for the air-fuel ratio F / B control, there is no problem even if the sensor becomes lower than the activation temperature. Therefore, the element target temperature is set to a relatively low temperature in order to save power. .

【0054】その後、ステップ206では、A/Fセン
サ30の劣化度合に応じた劣化補正係数Ksを求め、続
くステップ207では、劣化補正係数Ksを用いて前記
設定した素子温目標値Tsrefを補正する(Tsre
f=Ks・Tsref)。劣化補正係数Ksは例えば図
10の関係を用いて求められる。この場合、A/Fセン
サ30の出力が標準値よりも大きくなるように劣化して
いれば、Ks<1の劣化補正係数Ksが設定され、これ
により素子温目標値Tsrefが下げられる。逆にA/
Fセンサ30の出力が標準値よりも小さくなるように劣
化していれば、Ks>1の劣化補正係数Ksが設定さ
れ、これにより素子温目標値Tsrefが上げられる。
Thereafter, in step 206, a deterioration correction coefficient Ks according to the degree of deterioration of the A / F sensor 30 is obtained, and in step 207, the set element temperature target value Tsref is corrected using the deterioration correction coefficient Ks. (Tsre
f = Ks.Tsref). The deterioration correction coefficient Ks is obtained using, for example, the relationship shown in FIG. In this case, if the output of the A / F sensor 30 has deteriorated so as to be larger than the standard value, a deterioration correction coefficient Ks of Ks <1 is set, and thereby the element temperature target value Tsref is reduced. A /
If the output of the F sensor 30 has deteriorated so as to be smaller than the standard value, a deterioration correction coefficient Ks of Ks> 1 is set, thereby increasing the element temperature target value Tsref.

【0055】その後、ステップ208では、以下の手順
にて素子温Tsを目標値TsrefにF/B制御するた
めのデューティ比制御信号Dutyを算出する。本実施
の形態では、その一例としてPID制御手順を用いるこ
ととしている。
Thereafter, in step 208, a duty ratio control signal Duty for performing F / B control of the element temperature Ts to the target value Tsref is calculated according to the following procedure. In the present embodiment, a PID control procedure is used as an example.

【0056】つまり、次の各式により比例項Gp,積分
項Gi,微分項Gdを算出する。 Gp=Kp・(Ts−Tsref) Gi=Gi+Ki・(Ts−Tsref) Gd=Kd・(Ts−Ts0) 但し上式において、Kpは比例定数、Kiは積分定数、
Kdは微分定数、Ts0は前回処理時の素子温を示す。
That is, the proportional term Gp, the integral term Gi, and the differential term Gd are calculated by the following equations. Gp = Kp · (Ts−Tsref) Gi = Gi + Ki · (Ts−Tsref) Gd = Kd · (Ts−Ts0) where Kp is a proportional constant, Ki is an integral constant,
Kd indicates the differential constant, and Ts0 indicates the element temperature during the previous processing.

【0057】その後、ステップ209では、その時の素
子温Tsを前回値Ts0として記憶し、続くステップ2
10では、上記比例項Gp,積分項Gi,微分項Gdを
加算してデューティ比制御信号Dutyを算出する(D
uty=Gp+Gi+Gd)。
Thereafter, in step 209, the element temperature Ts at that time is stored as the previous value Ts0, and the subsequent step 2
In step 10, the duty ratio control signal Duty is calculated by adding the proportional term Gp, the integral term Gi, and the differential term Gd (D
uty = Gp + Gi + Gd).

【0058】さらにステップ211では、前記算出した
デューティ比制御信号Dutyに対してバッテリ電圧に
応じた補正を行い、その後、本ルーチンを終了して元の
図6のルーチンに戻る。ステップ211では例えば図1
1の関係を用い、バッテリ電圧(+B)の標準値からの
変化に応じて補正を行う。上述したヒータ制御手順は、
上記のPID制御に限定されるものではなく、PI制御
やP制御等、他の制御を実施するようにしてもよい。
Further, at step 211, the calculated duty ratio control signal Duty is corrected according to the battery voltage, and thereafter, the present routine is terminated and the routine returns to the original routine of FIG. In step 211, for example, FIG.
Using the relationship of 1, the correction is performed according to the change from the standard value of the battery voltage (+ B). The heater control procedure described above
The control is not limited to the PID control described above, and another control such as PI control or P control may be performed.

【0059】なお本実施の形態では、空燃比検出用マイ
コン20により請求項記載の設定手段、ヒータ制御手
段、条件判定手段及び劣化検出手段が構成される。以上
詳述した本実施の形態によれば、以下に示す効果が得ら
れる。
In this embodiment, the microcomputer 20 for detecting the air-fuel ratio constitutes the setting means, the heater control means, the condition determining means and the deterioration detecting means. According to the present embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.

【0060】(a)空燃比F/B制御の実施条件が成立
するか否かを判定し、空燃比F/B制御の実施条件の成
立時と不成立時とで素子温目標値Tsrefを変えて設
定するようにした(図7のステップ203〜205)。
上記構成によれば、ヒータ使用時における省電力化を達
成しつつ、必要に応じてA/Fセンサ30を所望の活性
状態で維持することで適正なセンサ出力を確保すること
ができる。また、省電力化が実現できることから、エン
ジンの燃費改善も併せて実現できる。
(A) It is determined whether or not the execution condition of the air-fuel ratio F / B control is satisfied, and the element temperature target value Tsref is changed depending on whether the execution condition of the air-fuel ratio F / B control is satisfied or not. It is set (steps 203 to 205 in FIG. 7).
According to the above configuration, an appropriate sensor output can be ensured by maintaining the A / F sensor 30 in a desired active state as needed while achieving power saving when the heater is used. In addition, since power saving can be realized, improvement in engine fuel efficiency can also be realized.

【0061】因みに、素子温目標値Tsrefを700
℃とした時には、14.5W程度の電力が必要となるの
に対し、素子温目標値Tsrefを600℃とした時に
は、8.5W程度の電力が必要となる。この場合、約6
Wの電力削減が実現できる。
Incidentally, the target element temperature Tsref is set to 700
When the temperature is set to ° C., about 14.5 W of electric power is required, whereas when the element temperature target value Tsref is set to 600 ° C., about 8.5 W of electric power is required. In this case, about 6
W power reduction can be realized.

【0062】(b)センサ出力が使用されるか否かを判
別し、使用されない場合にはデューティ比制御信号Du
tyを強制的に「0%」とした(図7のステップ20
1,202)。そのため、不要な電力を削減し、より一
層の省電力化を図ることができる。
(B) It is determined whether or not the sensor output is used. If not, the duty ratio control signal Du is used.
ty is forcibly set to “0%” (step 20 in FIG. 7).
1,202). Therefore, unnecessary power can be reduced, and further power saving can be achieved.

【0063】(c)A/Fセンサ30の劣化度合に応じ
て素子温目標値Tsrefを補正するようにした(図7
のステップ206,207)。この場合、例えばセンサ
出力が低下する方向に劣化しても素子温目標値Tsre
fを上昇側に補正することで、適正なセンサ出力が確保
できる。また逆に、センサ出力が増大する方向に劣化し
ても、素子温目標値Tsrefを降下側に補正すること
で、ヒータ35への供給電力を必要最小限に抑え、省電
力化を図ることができる。
(C) The element temperature target value Tsref is corrected according to the degree of deterioration of the A / F sensor 30 (FIG. 7).
Steps 206 and 207). In this case, for example, even if the sensor output is degraded in a decreasing direction, the element temperature target value Tsre
By correcting f to the rising side, an appropriate sensor output can be secured. Conversely, even if the sensor output deteriorates in the increasing direction, by correcting the element temperature target value Tsref to the descending side, the power supplied to the heater 35 can be minimized and power saving can be achieved. it can.

【0064】(d)バッテリ電圧に応じてデューティ比
制御信号Dutyを増減補正した(図7のステップ21
1)。そのため、バッテリ電圧の変動に係わりなく常に
適正なヒータ通電制御が実施できる。
(D) The duty ratio control signal Duty is increased or decreased according to the battery voltage (step 21 in FIG. 7).
1). Therefore, appropriate heater energization control can always be performed irrespective of fluctuations in the battery voltage.

【0065】(e)本実施の形態のようにコップ型のA
/Fセンサ30を適用した場合、熱伝導性に優れた積層
型A/Fセンサに比べてヒータに大電力が供給される
が、上記構成によれば電力の絶対量が削減できる。その
ため、コップ型A/Fセンサにおいて特に有効となる。
(E) Cup-shaped A as in the present embodiment
When the / F sensor 30 is applied, a larger amount of power is supplied to the heater than in the case of a stacked A / F sensor having excellent thermal conductivity. However, according to the above configuration, the absolute amount of power can be reduced. Therefore, it is particularly effective in a cup type A / F sensor.

【0066】次に、本発明における第2〜第6の実施の
形態を説明する。但し、以下の各実施の形態の構成にお
いて、上述した第1の実施の形態と同等であるものにつ
いては図面に同一の記号を付すと共にその説明を簡略化
する。そして、以下には第1の実施の形態との相違点を
中心に説明する。
Next, second to sixth embodiments of the present invention will be described. However, in the configurations of the following embodiments, the same components as those of the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description is simplified. The following description focuses on differences from the first embodiment.

【0067】(第2の実施の形態)ところで、素子温と
A/F検出範囲とは図12のような関係があり、素子温
に応じてA/F検出範囲が変化する。実際には、素子温
が低いとリーン側及びリッチ側の空燃比が殆ど検出でき
ないが、素子温が上昇するとA/F検出範囲が拡張され
る。
(Second Embodiment) Incidentally, the element temperature and the A / F detection range have a relationship as shown in FIG. 12, and the A / F detection range changes according to the element temperature. Actually, when the element temperature is low, the air-fuel ratio on the lean side and the rich side can hardly be detected, but when the element temperature rises, the A / F detection range is extended.

【0068】また、図13の関係に示されるように、同
一の空燃比であってもその時々の素子温に応じてセンサ
出力(mA)が相違する。例えばA/F=18の場合に
は、素子温が650℃程度まで上昇しないとセンサ出力
が本来の電流値(図では約7mA)に到達せず、素子温
<650℃の領域では正確なリーン空燃比(A/F=1
8)が検出できない。また、A/F=13の場合には、
素子温が630℃程度まで上昇しないとセンサ出力が本
来の電流値(図では約−6mA)に到達せず、素子温<
630℃の領域では正確なリッチ空燃比(A/F=1
3)が検出できない。
As shown in the relationship of FIG. 13, even with the same air-fuel ratio, the sensor output (mA) differs depending on the element temperature at each time. For example, when A / F = 18, the sensor output does not reach the original current value (approximately 7 mA in the figure) unless the element temperature rises to about 650 ° C., and an accurate lean is obtained in the element temperature <650 ° C. region. Air-fuel ratio (A / F = 1
8) cannot be detected. When A / F = 13,
If the element temperature does not rise to about 630 ° C., the sensor output does not reach the original current value (about −6 mA in the figure), and the element temperature <
In the region of 630 ° C., an accurate rich air-fuel ratio (A / F = 1
3) cannot be detected.

【0069】またこのことから、空燃比毎(A/F=1
3,18)に正常な出力を得るための必要素子温が相違
することが分かる。因みに、ストイキ空燃比(A/F=
14.7)ではセンサ出力が元々0mAであるため、素
子温=600℃程度でも正常なセンサ出力が得られる。
そこで本実施の形態では、A/Fセンサ30の出力範囲
がストイキ値、リーン値又はリッチ値の何れであるかに
応じて素子温目標値Tsrefを変更する。
From this, it can be seen that for each air-fuel ratio (A / F = 1
3 and 18), it can be seen that the element temperature required for obtaining a normal output is different. Incidentally, the stoichiometric air-fuel ratio (A / F =
In 14.7), since the sensor output is originally 0 mA, a normal sensor output can be obtained even at an element temperature of about 600 ° C.
Therefore, in the present embodiment, the element temperature target value Tsref is changed according to whether the output range of the A / F sensor 30 is a stoichiometric value, a lean value, or a rich value.

【0070】またそれに加え、A/Fセンサ30は、広
域な空燃比に応じたリニアな限界電流信号(A/F出
力)と、空燃比がリッチかリーンかに応じた起電力信号
(O2出力)とを選択的に出力でき、起電力信号を使う
場合には、限界電流信号を使う場合に比べ適正なセンサ
活性温度が低く、素子温を350℃程度に保持すればよ
い。そして、エンジン制御用マイコン16は、前者の限
界電流信号を用いることでリーン及びリッチ領域を含む
比較的広い空燃比範囲で空燃比F/B制御を実施し、後
者の起電力信号を用いることでストイキ近傍の比較的狭
い空燃比範囲で空燃比F/B制御を実施する。つまり、
上述の限界電流信号は、比較的広範囲の空燃比F/B制
御を実施する場合にA/Fセンサ30に所定の電圧を印
加し、それにより生じるセンサ出力である。これに対
し、起電力信号は、ストイキ近傍範囲の空燃比F/B制
御を実施する場合にA/Fセンサ30に電圧を印加せ
ず、起電力により生じる電圧出力である。実際には、限
界電流信号(A/F出力)は図2中の限界電流信号Ip
に相当し、起電力信号(O2 出力)は図2中の電圧信号
VOX2に相当する。
In addition, the A / F sensor 30 includes a linear limit current signal (A / F output) corresponding to a wide range of air-fuel ratio and an electromotive force signal (O2 output) corresponding to whether the air-fuel ratio is rich or lean. ) Can be selectively output, and when the electromotive force signal is used, the appropriate sensor activation temperature is lower than when the limit current signal is used, and the element temperature may be maintained at about 350 ° C. Then, the engine control microcomputer 16 performs the air-fuel ratio F / B control in a relatively wide air-fuel ratio range including the lean and rich regions by using the former limit current signal, and by using the latter electromotive force signal. The air-fuel ratio F / B control is performed in a relatively narrow air-fuel ratio range near the stoichiometric ratio. That is,
The above-described limit current signal is a sensor output generated by applying a predetermined voltage to the A / F sensor 30 when performing air-fuel ratio F / B control over a relatively wide range. On the other hand, the electromotive force signal is a voltage output generated by the electromotive force without applying a voltage to the A / F sensor 30 when performing the air-fuel ratio F / B control in the vicinity of the stoichiometric range. Actually, the limit current signal (A / F output) is the limit current signal Ip in FIG.
And the electromotive force signal (O2 output) corresponds to the voltage signal VOX2 in FIG.

【0071】そこで本実施の形態では、エンジン制御用
マイコン16はどのような空燃比制御を実施するかに応
じて適正なセンサ活性温度を判断し、素子温目標値Ts
refを変更する。
Therefore, in the present embodiment, the engine control microcomputer 16 determines an appropriate sensor activation temperature in accordance with the type of air-fuel ratio control to be performed, and determines the element temperature target value Ts
Change ref.

【0072】図14は、本実施の形態における素子温F
/B制御サブルーチンを示すフローチャートであり、こ
の図14の処理は前記図7の処理に置き換えて実行され
る。図14において、先ずステップ301では、エンジ
ン制御用マイコン16から送信される空燃比制御データ
を読み取り、同マイコン16が比較的広範囲な空燃比F
/B制御を実施するのか否かを判別する。例えば、エン
ジン制御用マイコン16がストイキ近傍の比較適狭い範
囲で空燃比F/B制御を実施する場合、ステップ301
を否定判別してステップ302に進む。ステップ302
では、A/Fセンサ30の出力が「O2 出力」であると
みなし、素子温目標値Tsrefを「350℃」とす
る。
FIG. 14 shows the element temperature F in this embodiment.
15 is a flowchart showing a / B control subroutine, and the process of FIG. 14 is executed in place of the process of FIG. 14, first, at step 301, the air-fuel ratio control data transmitted from the engine control microcomputer 16 is read, and the microcomputer 16 reads the air-fuel ratio F over a relatively wide range.
It is determined whether / B control is to be performed. For example, when the engine control microcomputer 16 performs the air-fuel ratio F / B control in a comparatively narrow range near stoichiometry, step 301
And the process proceeds to step 302. Step 302
Here, the output of the A / F sensor 30 is regarded as "O2 output", and the element temperature target value Tsref is set to "350 ° C".

【0073】また、エンジン制御用マイコン16が比較
的広範囲な空燃比F/B制御を実施する場合、ステップ
303に進む。ステップ303では、エンジン制御用マ
イコン16の空燃比制御データに基づき、空燃比F/B
制御がストイキ、リーン域、リッチ域のどの制御域で実
施されるのかを判定する。そして、ストイキでの空燃比
制御が実施されるのであれば、ステップ304で素子温
目標値Tsrefを「650℃」とし、リーン域での空
燃比制御が実施されるのであれば、ステップ305で素
子温目標値Tsrefを「720℃」とし、リッチ域で
の空燃比制御が実施されるのであれば、ステップ306
で素子温目標値Tsrefを「700℃」とする。
If the engine control microcomputer 16 performs the air-fuel ratio F / B control over a relatively wide range, the routine proceeds to step 303. In step 303, based on the air-fuel ratio control data of the engine control microcomputer 16, the air-fuel ratio F / B
It is determined whether the control is performed in the stoichiometric, lean, or rich control range. If the stoichiometric air-fuel ratio control is to be performed, the element temperature target value Tsref is set to “650 ° C.” in step 304. If the air-fuel ratio control in the lean region is performed, the element temperature is controlled in step 305. If the temperature target value Tsref is set to “720 ° C.” and the air-fuel ratio control in the rich region is performed, step 306 is executed.
To set the element temperature target value Tsref to “700 ° C.”.

【0074】なお、ステップ304〜306のTsre
f値は前記図13の関係に基づいて設定される。実際に
は、各空燃比で正常なセンサ出力が得られる温度領域内
において、幾分の余裕を持って素子温目標値Tsref
が設定される。
Note that Tsre in steps 304 to 306
The f value is set based on the relationship in FIG. Actually, the element temperature target value Tsref has some allowance in a temperature range where a normal sensor output can be obtained at each air-fuel ratio.
Is set.

【0075】その後、ステップ307〜309では、比
例項Gp,積分項Gi,微分項Gdの和からデューティ
比制御信号Dutyを求める。ステップ307〜309
の処理は前記図7のステップ208〜210に準ずるた
めここではその説明を省略する。但し、前記ステップ3
02でTsref=350℃が設定される場合には、素
子温が低いことから素子インピーダンスが検出できない
ため、この状態では電力一定制御を行うこととする。
Thereafter, in steps 307 to 309, a duty ratio control signal Duty is obtained from the sum of the proportional term Gp, the integral term Gi, and the differential term Gd. Steps 307 to 309
Is similar to steps 208 to 210 in FIG. 7 and the description is omitted here. However, step 3
When Tsref = 350 ° C. is set in 02, since the element impedance cannot be detected because the element temperature is low, constant power control is performed in this state.

【0076】また図示は省略するが、図14の処理にお
いても、前記図7の処理と同様に、A/Fセンサ30の
劣化度合を反映した素子温目標値の補正(図7のステッ
プ206,207)や、バッテリ電圧に応じた素子温目
標値の補正(図7のステップ211)を適宜実施しても
よい。
Although not shown, in the process of FIG. 14, similarly to the process of FIG. 7, the correction of the element temperature target value reflecting the degree of deterioration of the A / F sensor 30 (steps 206 and 206 in FIG. 7). 207) or correction of the element temperature target value according to the battery voltage (step 211 in FIG. 7) may be appropriately performed.

【0077】以上本実施の形態によれば、第1の実施の
形態と同様に、ヒータ使用時における省電力化を達成し
つつ、必要に応じてA/Fセンサ30を所望の活性状態
で維持することで適正なセンサ出力を確保することがで
きる等の優れた効果が得られる。
According to the present embodiment, as in the first embodiment, the A / F sensor 30 is maintained in a desired active state as needed while achieving power saving when using the heater. By doing so, it is possible to obtain an excellent effect that an appropriate sensor output can be secured.

【0078】またそれに加え、空燃比の制御領域に応じ
て素子温目標値Tsrefを変えて設定するようにした
(図14のステップ303〜306)。実際には、リー
ン域或いはリッチ域の空燃比制御時に、ストイキ制御時
よりも素子温目標値Tsrefを高くした。本構成によ
れば、如何なる空燃比制御時にも高精度なセンサ出力が
得られ、その制御精度が向上する。また、ストイキ制御
時には他よりも素子温目標値Tsrefが低く設定され
るため、ヒータ電力が低減され、省電力化が実現でき
る。またこのとき、適正なセンサ出力を得るための温度
範囲の中で必要最小限の目標温度を設定することで、よ
り一層の省電力化が実現できる。
In addition, the target element temperature Tsref is changed and set according to the control range of the air-fuel ratio (steps 303 to 306 in FIG. 14). Actually, at the time of the air-fuel ratio control in the lean region or the rich region, the element temperature target value Tsref is set higher than that in the stoichiometric control. According to this configuration, a highly accurate sensor output is obtained in any air-fuel ratio control, and the control accuracy is improved. In addition, at the time of the stoichiometric control, the element temperature target value Tsref is set lower than the others, so that the heater power is reduced and power saving can be realized. Further, at this time, by setting a minimum necessary target temperature within a temperature range for obtaining an appropriate sensor output, further power saving can be realized.

【0079】さらに、起電力信号を用いて比較的狭い空
燃比範囲で空燃比制御が実現される時と、限界電流信号
を用いて比較的広い空燃比範囲で空燃比制御が実施され
る時とで素子温目標値Tsrefを変えて設定するよう
にした(図14のステップ301〜306)。従って、
O2 出力時とA/F出力時とで適正なセンサ出力を得る
ための活性温度が相違する場合において、その時々の適
正なセンサ出力を確保しながら、ヒータ使用時における
省電力化を図ることができる。また、空燃比制御の最適
化を図ることができる。
Further, when the air-fuel ratio control is realized in a relatively narrow air-fuel ratio range using the electromotive force signal, and when the air-fuel ratio control is performed in a relatively wide air-fuel ratio range using the limit current signal. Thus, the target element temperature Tsref is changed and set (steps 301 to 306 in FIG. 14). Therefore,
When the activation temperature for obtaining an appropriate sensor output is different between the O2 output and the A / F output, it is possible to reduce the power consumption when using the heater while securing the appropriate sensor output at each time. it can. Further, the air-fuel ratio control can be optimized.

【0080】なお、上記図14のステップ301におい
て、センサ出力信号をモニタして同出力信号がO2 出力
かA/F出力かを判別し、その結果に応じて素子温目標
値Tsrefを変更するよう構成してもよい。また、ス
テップ303において、その時々のA/F出力がストイ
キ値、リーン値又はリッチ値の何れであるかを判別し、
その結果に応じて素子温目標値Tsrefを変更するよ
う構成してもよい。実際には、センサ出力が「O2 出
力」の場合、Tsref=350℃とする。また、セン
サ出力が「A/F出力」の場合、 ・A/F出力=ストイキ値であればTsref=650
℃とし、 ・A/F出力=リーン値であればTsref=720℃
とし、 ・A/F出力=リッチ値であればTsref=700℃
とする。
In step 301 of FIG. 14, the sensor output signal is monitored to determine whether the output signal is an O2 output or an A / F output, and the target element temperature Tsref is changed according to the result. You may comprise. In step 303, it is determined whether the current A / F output is a stoichiometric value, a lean value, or a rich value.
The device temperature target value Tsref may be changed according to the result. Actually, when the sensor output is “O2 output”, Tsref = 350 ° C. When the sensor output is “A / F output”, Tsref = 650 if A / F output = stoichiometric value
℃, ・ If A / F output = lean value, Tsref = 720 ℃
・ If A / F output = rich value, Tsref = 700 ° C.
And

【0081】本構成においても、広域な空燃比検出範囲
内で高精度なセンサ出力が得られる、ヒータ電力が低減
され省電力化が実現できる、等々の優れた効果が得られ
ることに変わりない。
Also in this configuration, excellent effects such as high-precision sensor output can be obtained within a wide range of air-fuel ratio detection, heater power can be reduced and power saving can be realized, and so on can be obtained.

【0082】(第3の実施の形態)図15は第3の実施
の形態における素子温F/B制御サブルーチンを示すフ
ローチャートであり、この図15では既述の素子温F/
B制御サブルーチン(図7,図14)との共通部分を省
略し、変更部分のみを示す。図15のステップ401〜
403は、例えば前記図14のステップ303〜306
の処理に置き換えて実行される。なお、図15の処理は
リーン空燃比制御を前提としており、リッチ域での空燃
比制御については省略している。
(Third Embodiment) FIG. 15 is a flowchart showing an element temperature F / B control subroutine in a third embodiment. In FIG.
The common parts with the B control subroutine (FIGS. 7 and 14) are omitted, and only the changed parts are shown. Steps 401 to 401 in FIG.
403 is, for example, steps 303 to 306 in FIG.
The processing is executed in place of the above processing. Note that the processing in FIG. 15 is based on the lean air-fuel ratio control, and the air-fuel ratio control in the rich region is omitted.

【0083】図15において、ステップ401では、A
/Fセンサ30のA/F出力レンジを判別する。A/F
出力に基づいてストイキ近傍領域での空燃比F/B制御
が実施される場合には、ステップ402に進んで素子温
目標値Tsrefを「700℃」とする。また、A/F
出力に基づいてリーン領域でのリーンF/B制御が実施
される場合には、ステップ403に進んで素子温目標値
Tsrefを「720℃」とする。
In FIG. 15, in step 401, A
The A / F output range of the / F sensor 30 is determined. A / F
When the air-fuel ratio F / B control is performed in the vicinity of the stoichiometric range based on the output, the process proceeds to step 402, where the target element temperature Tsref is set to “700 ° C.”. A / F
When the lean F / B control in the lean region is performed based on the output, the process proceeds to step 403 and sets the element temperature target value Tsref to “720 ° C.”.

【0084】以上第3の実施の形態によれば、上記各実
施の形態と同様に、ヒータ使用時における省電力化を達
成しつつ、必要に応じてA/Fセンサ30を所望の活性
状態で維持することで適正なセンサ出力を確保すること
ができる等の優れた効果が得られる。
According to the third embodiment, similarly to the above-described embodiments, the A / F sensor 30 can be set in a desired active state as necessary while achieving power saving when using the heater. By maintaining the temperature, an excellent effect such as an appropriate sensor output can be obtained.

【0085】(第4の実施の形態)上記第2の実施の形
態では、A/Fセンサ30によるA/F出力を用いて空
燃比制御を実施する場合に、その制御域に応じて素子温
目標値Tsrefを可変に設定したが、その他に、同A
/F出力により燃料カット(F/C)時における極リー
ン状態を検出することがあり、る。その場合にもF/C
時の本来のセンサ出力を得るにはその状態に即した素子
温目標値を設定する必要がある。
(Fourth Embodiment) In the second embodiment, when air-fuel ratio control is performed using the A / F output from the A / F sensor 30, the element temperature is controlled in accordance with the control range. Although the target value Tsref was set to be variable,
An extremely lean state at the time of fuel cut (F / C) may be detected from the / F output. In that case also F / C
To obtain the original sensor output at the time, it is necessary to set a target element temperature value corresponding to the state.

【0086】つまり、図17に示されるように、F/C
時において大気状態を検出する際には、通常リーン領域
(A/F=18〜23付近)での目標温度よりも高い所
定温度まで素子温を上昇させないと本来のセンサ出力が
得られない。換言すれば、大気検出時には排ガス成分の
リーン度合が非常に大きいため、正常出力を得るための
目標温度を比較的高温に設定する必要がある。
That is, as shown in FIG.
At the time of detecting the atmospheric state, the sensor output cannot be obtained unless the element temperature is raised to a predetermined temperature higher than the target temperature in the normal lean region (A / F = around 18 to 23). In other words, at the time of atmospheric detection, the degree of leanness of the exhaust gas component is extremely large, so that the target temperature for obtaining a normal output needs to be set to a relatively high temperature.

【0087】図16は本実施の形態における素子温F/
B制御サブルーチンを示すフローチャートであり、この
図16では既述の素子温F/B制御サブルーチン(図
7,図14)との共通部分を省略し、変更部分のみを示
す。図16のステップ501〜504は、例えば前記図
14のステップ303〜306の処理に置き換えて実行
される。
FIG. 16 shows the element temperature F / in this embodiment.
FIG. 16 is a flowchart showing a B control subroutine. FIG. 16 omits parts common to the above-described element temperature F / B control subroutine (FIGS. 7 and 14) and shows only changed parts. Steps 501 to 504 in FIG. 16 are executed in place of, for example, the processing of steps 303 to 306 in FIG.

【0088】図16において、ステップ501では、A
/Fセンサ30の出力信号の形態を判定する。この場
合、エンジン制御用マイコン16から送信される空燃比
制御データやF/C制御データ等に基づき、センサ出力
が「A/F検出状態」、「F/C検出状態」又は「F/
C非検出状態」の何れに相当するかを判別する。そし
て、A/F検出状態であれば、ステップ502で素子温
目標値Tsrefを「700℃」とし、F/C検出状態
であれば、ステップ503で素子温目標値Tsrefを
「750℃」とし、F/C非検出状態であれば、ステッ
プ504で素子温目標値Tsrefを「600℃」とす
る。
In FIG. 16, in step 501, A
The form of the output signal of the / F sensor 30 is determined. In this case, based on the air-fuel ratio control data, the F / C control data, and the like transmitted from the engine control microcomputer 16, the sensor output is set to “A / F detection state”, “F / C detection state”, or “F / C detection state”.
Which state corresponds to “C non-detection state” is determined. In the A / F detection state, the element temperature target value Tsref is set to “700 ° C.” in step 502, and in the F / C detection state, the element temperature target value Tsref is set to “750 ° C.” in step 503. If the F / C is not detected, the target element temperature Tsref is set to “600 ° C.” in step 504.

【0089】なおF/C非検出状態とは、A/F検出状
態でなく且つF/C検出状態でもない状態のことを言
い、詳しくは、F/C制御などによりA/Fセンサ30
の出力電流が大きくなった場合に、A/Fセンサ30へ
の印加電圧を抑制してF/C検出を停止し、出力電流を
A/F出力とF/C出力との間の電流値に制御すること
を言う。これにより、この電流信号が電流検出回路50
に長時間入力されて内部回路が発熱したり、A/Fセン
サ30からの信号が電圧検出回路50の検出範囲を超え
たりするといった不都合な事態が回避される。
The F / C non-detection state refers to a state that is not the A / F detection state and is not the F / C detection state. More specifically, the A / F sensor 30 is controlled by the F / C control or the like.
When the output current of the A / F increases, the voltage applied to the A / F sensor 30 is suppressed to stop the F / C detection, and the output current is set to a current value between the A / F output and the F / C output. Say to control. As a result, this current signal is
For a long time, the internal circuit generates heat, or the signal from the A / F sensor 30 exceeds the detection range of the voltage detection circuit 50.

【0090】以上第4の実施の形態によれば、上記各実
施の形態と同様に、ヒータ使用時における省電力化を達
成しつつ、必要に応じてA/Fセンサ30を所望の活性
状態で維持することで適正なセンサ出力を確保すること
ができる等の優れた効果が得られる。また、F/C時の
空燃比が正確に検出できるようになる。
According to the fourth embodiment, as in the above embodiments, the A / F sensor 30 is activated in a desired active state as necessary while achieving power saving when using the heater. By maintaining the temperature, an excellent effect such as an appropriate sensor output can be obtained. Further, the air-fuel ratio at the time of F / C can be accurately detected.

【0091】(第5の実施の形態)本実施の形態では、
NOx濃度の検出と同時に酸素濃度の検出が可能な、い
わゆる複合型ガスセンサとしてのガス濃度センサ(NO
xセンサ)への適用例について説明する。
(Fifth Embodiment) In this embodiment,
A gas concentration sensor (NO as a so-called composite gas sensor) capable of detecting the oxygen concentration simultaneously with the detection of the NOx concentration
An example of application to (x sensor) will be described.

【0092】先ずは図18を用いてガス濃度センサの構
成を説明する。図18のガス濃度センサ100は、酸素
濃度を検出するためのポンプセル110と、NOx濃度
を検出するためのセンサセル120とを有し、2セル構
造を持つものとして構成される。
First, the structure of the gas concentration sensor will be described with reference to FIG. The gas concentration sensor 100 in FIG. 18 has a pump cell 110 for detecting the oxygen concentration and a sensor cell 120 for detecting the NOx concentration, and has a two-cell structure.

【0093】図18において、ガス濃度センサ100
は、ポンプセル110、多孔質拡散層101、センサセ
ル120、大気ダクト102及びヒータ103を要件と
し、これら各部材が積層されて成る。なお、同センサ1
00は図の右端部にてエンジン排気管に取り付けられ、
その上下面及び左面が排ガスに晒されるようになってい
る。
In FIG. 18, the gas concentration sensor 100
Requires a pump cell 110, a porous diffusion layer 101, a sensor cell 120, an air duct 102, and a heater 103, and these members are laminated. The sensor 1
00 is attached to the engine exhaust pipe at the right end of the figure,
The upper and lower surfaces and the left surface are exposed to exhaust gas.

【0094】より詳細には、ポンプセル110は多孔質
拡散層101と排ガス空間との間に設置される。ポンプ
セル110の排ガス側(図の上側)にはポンプ第1電極
111が設置され、多孔質拡散層101側(図の下側)
にはポンプ第2電極112が設置される。また、センサ
セル120は多孔質拡散層101と大気ダクト102と
の間に設置される。センサセル120の多孔質拡散層1
01側(図の上側)にはセンサ第1電極121が設置さ
れ、大気ダクト102側(図の下側)にはセンサ第2電
極122が設置される。そして、多孔質拡散層101に
は図の左側から排ガスが導入されて図の右方へと流通す
る。
More specifically, the pump cell 110 is provided between the porous diffusion layer 101 and the exhaust gas space. A pump first electrode 111 is provided on the exhaust gas side (upper side in the figure) of the pump cell 110, and is located on the porous diffusion layer 101 side (lower side in the figure).
Is provided with a pump second electrode 112. The sensor cell 120 is provided between the porous diffusion layer 101 and the air duct 102. Porous diffusion layer 1 of sensor cell 120
A sensor first electrode 121 is provided on the 01 side (upper side in the figure), and a sensor second electrode 122 is provided on the atmosphere duct 102 side (lower side in the figure). Then, exhaust gas is introduced into the porous diffusion layer 101 from the left side of the figure and flows to the right side of the figure.

【0095】ポンプセル110及びセンサセル120は
積層して形成された固体電解質を有し、これら固体電解
質はZrO2 、HfO2 、ThO2 、Bi2 O3 等にC
aO、MgO、Y2 O3 、Yb2 O3 等を安定剤として
固溶させた酸素イオン伝導性酸化物焼成体からなる。ま
た、多孔質拡散層101は、アルミナ、マグネシャ、ケ
イ石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質からな
る。
The pump cell 110 and the sensor cell 120 have solid electrolytes formed by lamination, and these solid electrolytes are converted to ZrO2, HfO2, ThO2, Bi2O3, etc.
It is composed of an oxygen ion conductive oxide fired body in which aO, MgO, Y2 O3, Yb2 O3, etc. are dissolved as a stabilizer. Further, the porous diffusion layer 101 is made of a heat-resistant inorganic substance such as alumina, magnesia, quartzite, spinel, and mullite.

【0096】ポンプセル110の排ガス側のポンプ第1
電極111と、センサセル120のセンサ第1,第2電
極121,122とは、白金Pt等の触媒活性の高い貴
金属からなる。一方、ポンプセル110の多孔質拡散層
101側のポンプ第2電極112は、NOxガスに不活
性な(NOxガスを分解し難い)Au−Pt等の貴金属
からなる。
The first pump on the exhaust gas side of the pump cell 110
The electrode 111 and the sensor first and second electrodes 121 and 122 of the sensor cell 120 are made of a noble metal having high catalytic activity such as platinum Pt. On the other hand, the pump second electrode 112 on the porous diffusion layer 101 side of the pump cell 110 is made of a noble metal such as Au-Pt which is inert to the NOx gas (it is difficult to decompose the NOx gas).

【0097】ヒータ103は絶縁層104に埋設され、
この絶縁層104とセンサセル120との間に大気ダク
ト102が構成される。基準ガス室を構成する大気ダク
ト102には外部から大気が導入され、その大気は酸素
濃度の基準となる基準ガスとして用いられる。絶縁層1
04はアルミナ等にて形成され、ヒータ103は白金と
アルミナ等のサーメットにて形成される。ヒータ103
はポンプセル110やセンサセル120を含めセンサ全
体(電極含む)を活性状態にすべく、外部からの給電に
より熱エネルギを発生させる。
The heater 103 is embedded in the insulating layer 104,
An air duct 102 is formed between the insulating layer 104 and the sensor cell 120. Atmosphere is introduced into the air duct 102 constituting the reference gas chamber from the outside, and the air is used as a reference gas serving as a reference for the oxygen concentration. Insulation layer 1
04 is made of alumina or the like, and the heater 103 is made of cermet of platinum and alumina. Heater 103
Generates thermal energy by external power supply in order to activate the entire sensor (including electrodes) including the pump cell 110 and the sensor cell 120.

【0098】上記構成のガス濃度センサ100において
は、多孔質拡散層101に図の左側から排ガス成分が導
入され、その排ガスがポンプセル110近傍を通過する
際、当該ポンプセル110に電圧を印加することで分解
反応が起こる。このとき、既述の通りポンプセル110
のポンプ第2電極112がNOx不活性電極(NOxガ
スを分解し難い電極)で形成されるため、排ガス中の酸
素のみがポンプセル110で分解され、ポンプ第1電極
111から排ガス中に排出される。そして、ポンプセル
110に流れた電流が排ガス中に含まれる酸素濃度とし
て検出され、その検出値が例えばECU15(空燃比検
出用マイコン20)に入力される。
In the gas concentration sensor 100 having the above structure, an exhaust gas component is introduced into the porous diffusion layer 101 from the left side of the figure, and when the exhaust gas passes near the pump cell 110, a voltage is applied to the pump cell 110. A decomposition reaction occurs. At this time, as described above, the pump cell 110
Is formed by a NOx inert electrode (electrode that hardly decomposes NOx gas), only oxygen in the exhaust gas is decomposed by the pump cell 110 and discharged from the pump first electrode 111 into the exhaust gas. . Then, the current flowing through the pump cell 110 is detected as the concentration of oxygen contained in the exhaust gas, and the detected value is input to, for example, the ECU 15 (the air-fuel ratio detecting microcomputer 20).

【0099】また、排ガス中の酸素はポンプセル110
で完全に分解されず、その一部はそのままセンサセル近
傍まで流通する。そして、センサセル120に電圧を印
加することにより、残留酸素とNOxとが反応してNO
xが分解される。つまり、NOxがセンサセル120の
センサ第1電極121で分解され、センサセル120を
介してセンサ第2電極122から大気ダクト102の大
気中に排出される。このとき、センサセル120に流れ
た電流が排ガス中に含まれるNOx濃度として検出さ
れ、その検出値が例えばECU15(空燃比検出用マイ
コン20)に入力される。
The oxygen in the exhaust gas is pump
And a part thereof flows as it is to the vicinity of the sensor cell. Then, by applying a voltage to the sensor cell 120, the residual oxygen and NOx react with each other,
x is decomposed. That is, NOx is decomposed by the sensor first electrode 121 of the sensor cell 120 and is discharged from the sensor second electrode 122 to the atmosphere of the atmosphere duct 102 via the sensor cell 120. At this time, the current flowing through the sensor cell 120 is detected as the concentration of NOx contained in the exhaust gas, and the detected value is input to, for example, the ECU 15 (the air-fuel ratio detection microcomputer 20).

【0100】上記構成のセンサ100を備えるガス濃度
検出装置において、ECU15(空燃比検出用マイコン
20)は以下のようにヒータ通電を制御する。図19は
本実施の形態における素子温F/B制御サブルーチンを
示すフローチャートであり、この図19では既述の素子
温F/B制御サブルーチン(図7,図14等)との共通
部分を省略し、変更部分のみを示す。図19のステップ
601〜604は、例えば前記図14のステップ301
〜306の処理に置き換えて実行される。
In the gas concentration detecting device provided with the sensor 100 having the above-described configuration, the ECU 15 (the air-fuel ratio detecting microcomputer 20) controls the energization of the heater as follows. FIG. 19 is a flowchart showing an element temperature F / B control subroutine according to the present embodiment. In FIG. 19, common parts with the element temperature F / B control subroutine (FIGS. 7, 14 and the like) are omitted. , Only the changed part is shown. Steps 601 to 604 in FIG. 19 are performed, for example, in step 301 in FIG.
306.

【0101】図19において、ステップ601では、ガ
ス濃度センサ100の出力信号の形態を判定する。この
場合、エンジン制御用マイコン16から送信される空燃
比制御データ等に基づき、「O2 出力」であるか、「A
/F出力」であるか、又は「NOx出力」であるかを判
別する。そして、センサ出力が「O2 出力」であれば、
ステップ602に進んで素子温目標値Tsrefを「3
50℃」とし、センサ出力が「A/F出力」であれば、
ステップ603に進んで素子温目標値Tsrefを「7
00℃」とし、センサ出力が「NOx出力」であれば、
ステップ604に進んで素子温目標値Tsrefを「7
80℃」とする。但し、A/F出力とNOx出力とがセ
ンサから同時に取得できる場合には、高い方の素子温目
標値Tsref(すなわち、780℃)を使う。
In FIG. 19, at step 601, the form of the output signal of the gas concentration sensor 100 is determined. In this case, based on the air-fuel ratio control data transmitted from the engine control microcomputer 16 or the like, “O2 output” or “A2
/ F output ”or“ NOx output ”. And if the sensor output is “O2 output”,
Proceeding to step 602, the element temperature target value Tsref is set to "3
50 ° C ”and if the sensor output is“ A / F output ”,
Proceeding to step 603, the element temperature target value Tsref is set to "7
00 ° C. ”and if the sensor output is“ NOx output ”,
Proceeding to step 604, the element temperature target value Tsref is set to "7
80 ° C ”. However, if the A / F output and the NOx output can be simultaneously obtained from the sensor, the higher element temperature target value Tsref (that is, 780 ° C.) is used.

【0102】以上第5の実施の形態によれば、ガス濃度
センサ100による信号出力の種類に応じて適正なセン
サ出力を得るための活性温度が相違しても、センサ出力
が何れであるかに応じて素子温目標値Tsrefを変え
て設定することにより、ヒータ使用時における省電力化
を図りつつ、適正なセンサ出力を確保することができ
る。なお本実施の形態では、ECU15(空燃比検出用
マイコン20)により出力判定手段が構成される。
According to the fifth embodiment, even if the activation temperature for obtaining an appropriate sensor output differs depending on the type of the signal output from the gas concentration sensor 100, the sensor output is determined. By appropriately setting the element temperature target value Tsref accordingly, it is possible to secure an appropriate sensor output while saving power when using the heater. In the present embodiment, an output determination unit is configured by the ECU 15 (the air-fuel ratio detection microcomputer 20).

【0103】一方、前記図18のガス濃度センサ(NO
xセンサ)100は2セル構造であったが、勿論3セル
構造のセンサでもよい。3セル構造のガス濃度センサ
(NOxセンサ)200を図20を参照して説明する。
図20のガス濃度センサ200において、酸素ポンプセ
ル210は固体電解質SEAとその両面の一対の電極2
11,212とからなる。固体電解質SEA及び電極2
11,212には所定寸法のピンホール213が形成さ
れている。符号214は多孔質保護層である。
On the other hand, the gas concentration sensor (NO
The x sensor 100 has a two-cell structure, but may of course be a three-cell sensor. A gas concentration sensor (NOx sensor) 200 having a three-cell structure will be described with reference to FIG.
In the gas concentration sensor 200 of FIG. 20, the oxygen pump cell 210 includes a solid electrolyte SEA and a pair of electrodes 2 on both surfaces thereof.
11 and 212. Solid electrolyte SEA and electrode 2
A pinhole 213 having a predetermined size is formed in each of the holes 11 and 212. Reference numeral 214 denotes a porous protective layer.

【0104】酸素検知セル220は固体電解質SEBと
その両面の一対の電極221,222からなる。電極2
21は例えば多孔質Pt電極からなり、電極222は酸
素ポンプセル210の電極212と同様、NOxの還元
に対して不活性で且つ酸素の還元に対して活性であるよ
うに電極活性が調整されている。また、NOx検知セル
230は前記酸素検知セル220と共通の固体電解質S
EBとその両面の一対の電極231,232からなる。
電極231は例えば多孔質Pt電極からなり、電極23
2はNOxの還元に対して活性な例えば多孔質Pt電極
からなる。
The oxygen sensing cell 220 includes a solid electrolyte SEB and a pair of electrodes 221 and 222 on both surfaces thereof. Electrode 2
Reference numeral 21 denotes, for example, a porous Pt electrode, and the electrode activity of the electrode 222 is adjusted so as to be inactive for reduction of NOx and active for reduction of oxygen, similarly to the electrode 212 of the oxygen pump cell 210. . The NOx detection cell 230 is a solid electrolyte S common with the oxygen detection cell 220.
EB and a pair of electrodes 231 and 232 on both sides thereof.
The electrode 231 is made of, for example, a porous Pt electrode.
Numeral 2 is composed of, for example, a porous Pt electrode active for reduction of NOx.

【0105】固体電解質SEA,SEBの間には、連通
孔243を介して隣接する第1内部空間241及び第2
内部空間242が形成されている。固体電解質SEBの
裏面側には大気通路244が形成され、さらに各セルを
加熱するためのヒータ245が積層されている。
The first internal space 241 and the second internal space 241 adjacent to each other between the solid electrolytes SEA and SEB via the communication holes 243 are connected.
An internal space 242 is formed. An air passage 244 is formed on the back surface side of the solid electrolyte SEB, and a heater 245 for heating each cell is further laminated.

【0106】上記構成のガス濃度センサ200におい
て、排ガスはピンホール213を通って第1内部空間2
41に導入される。酸素検知セル220では電極22
1,222の両側の酸素濃度差に基づく起電力が発生す
る。この起電力の大きさを測定することで、第1の内部
空間241内の酸素濃度が検出される。
In the gas concentration sensor 200 having the above-described structure, the exhaust gas passes through the pinhole 213 and passes through the first internal space 2.
41 is introduced. In the oxygen sensing cell 220, the electrode 22
An electromotive force is generated based on the oxygen concentration difference between the two sides of the first and second sides. By measuring the magnitude of the electromotive force, the oxygen concentration in the first internal space 241 is detected.

【0107】酸素ポンプセル210では電極211,2
12間に電圧が印加されることで、第1内部空間241
内の酸素が出し入れされて同内部空間241内の酸素濃
度が所定の低濃度に制御される。酸素ポンプセル210
への通電量は、酸素検知セル220の電極221,22
2間に発生する起電力が所定の一定値となるようにフィ
ードバック制御される。ここで、第1内部空間241に
面する電極212,222はNOxの還元に対しては不
活性であるため、第1内部空間241内ではNOxは分
解されず、第1内部空間241内のNOx量が変化する
ことはない。
In the oxygen pump cell 210, the electrodes 211 and 211
The voltage is applied between the first internal space 241 and the second internal space 241.
Oxygen inside is taken in and out, and the oxygen concentration in the internal space 241 is controlled to a predetermined low concentration. Oxygen pump cell 210
The amount of current supplied to the electrodes 221 and 22 of the oxygen sensing cell 220
Feedback control is performed so that the electromotive force generated between the two becomes a predetermined constant value. Here, since the electrodes 212 and 222 facing the first internal space 241 are inactive for reduction of NOx, NOx is not decomposed in the first internal space 241 and NOx in the first internal space 241 The amount does not change.

【0108】酸素ポンプセル210及び酸素検知セル2
20により一定の低酸素濃度となった排ガスは、連通孔
243を通って第2内部空間242内に導入される。第
2内部空間242に面するNOx検知セル230は、N
Oxに対して活性であるので、電極231,232間に
所定の電圧が印加されると電極232上でNOxが還元
分解され、酸素イオン電流が流れる。この電流値が測定
されることで排ガス中に含まれるNOx濃度が検出され
る。
Oxygen pump cell 210 and oxygen detection cell 2
The exhaust gas having a constant low oxygen concentration due to 20 is introduced into the second internal space 242 through the communication hole 243. The NOx detection cell 230 facing the second internal space 242 is N
Since it is active against Ox, when a predetermined voltage is applied between the electrodes 231 and 232, NOx is reduced and decomposed on the electrode 232, and an oxygen ion current flows. By measuring this current value, the concentration of NOx contained in the exhaust gas is detected.

【0109】以上図20の構成のガス濃度センサ200
においても、前記図19のような処理を実行することに
より、既述通りの優れた効果が得られる。すなわち、セ
ンサ出力の種類に応じて適正なセンサ出力を得るための
活性温度が相違しても、ヒータ使用時における省電力化
を図りつつ、適正なセンサ出力を確保することができ
る。
The gas concentration sensor 200 having the structure shown in FIG.
Also, by executing the processing as shown in FIG. 19, the excellent effects as described above can be obtained. That is, even if the activation temperature for obtaining an appropriate sensor output differs according to the type of sensor output, an appropriate sensor output can be ensured while saving power when using the heater.

【0110】(第6の実施の形態)本発明のガス濃度検
出装置をハイブリッド車に適用する。ハイブリッド車
は、例えばパラレル方式又はシリアル方式で駆動連結さ
れるエンジンとモータとを備え、それら両方の出力を併
用して車両が走行されるよう構成される。また、エンジ
ンの排気管には前述のA/Fセンサ30が配設され、そ
のセンサ出力がコントローラに取り込まれて空燃比F/
B制御が実施されるようになっている。
(Sixth Embodiment) The gas concentration detecting device of the present invention is applied to a hybrid vehicle. The hybrid vehicle includes, for example, an engine and a motor that are driven and connected in a parallel system or a serial system, and is configured so that the vehicle travels by using both outputs thereof. The above-described A / F sensor 30 is disposed in the exhaust pipe of the engine, and the output of the A / F sensor 30 is taken into the controller and the air-fuel ratio F / F
B control is performed.

【0111】図21は本実施の形態における素子温F/
B制御サブルーチンを示すフローチャートであり、この
図21では既述の素子温F/B制御サブルーチン(図
7,図14等)との共通部分を省略し、変更部分のみを
示す。図21のステップ701〜703は、例えば前記
図14のステップ303〜306の処理に置き換えて実
行される。
FIG. 21 shows the element temperature F / in this embodiment.
FIG. 21 is a flowchart showing a B control subroutine. FIG. 21 omits parts common to the above-described element temperature F / B control subroutine (FIGS. 7, 14 and the like) and shows only changed parts. Steps 701 to 703 in FIG. 21 are executed in place of, for example, the processing in steps 303 to 306 in FIG.

【0112】図21において、ステップ701では、ハ
イブリッド車の運転状態を判定する。そして、エンジン
とモータとが共に運転される場合には、ステップ702
に進んで素子温目標値Tsrefを「700℃」とす
る。また、エンジンが停止されてモータのみが駆動され
る場合には、ステップ703に進んで素子温目標値Ts
refを「600℃」とする。
In FIG. 21, in step 701, the operating state of the hybrid vehicle is determined. If both the engine and the motor are operated, step 702
And the target element temperature Tsref is set to “700 ° C.”. If the engine is stopped and only the motor is driven, the routine proceeds to step 703, where the element temperature target value Ts
ref is set to “600 ° C.”.

【0113】以上第6の実施の形態によれば、既述の各
実施の形態と同様に、ヒータ使用時における省電力化を
図りつつ、適正なセンサ出力を確保することができる。
特にハイブリッド車の場合、使用電力が燃費に及ぼす影
響がより一層増大するが、省電力化に伴い燃費改善が実
現できる。因みに、エンジン停止時に素子温目標値Ts
refを低下させる構成以外に、アイドル運転時など空
燃比F/B制御を実施しない時に同様に素子温目標値T
srefを低下させたり、ヒータ通電を停止させたりし
てもよい(Duty=0%とする)。
As described above, according to the sixth embodiment, it is possible to secure an appropriate sensor output while saving power when the heater is used, as in the above-described embodiments.
In particular, in the case of a hybrid vehicle, the effect of power consumption on fuel efficiency is further increased, but fuel efficiency can be improved with power saving. Incidentally, when the engine is stopped, the element temperature target value Ts
In addition to the configuration for reducing the ref, when the air-fuel ratio F / B control is not performed, such as during idling, the element temperature target value T
The sref may be reduced or the heater energization may be stopped (duty = 0%).

【0114】なお、本発明は、上記以外に次の形態にて
具体化できる。上記各実施の形態では、A/Fセンサ3
0(或いはガス濃度センサ100,200)の素子温T
sに応じてヒータのF/B制御を実施したが、これを以
下のように変更する。
The present invention can be embodied in the following modes other than the above. In each of the above embodiments, the A / F sensor 3
0 (or gas concentration sensor 100, 200) element temperature T
Although the F / B control of the heater was performed according to s, this is changed as follows.

【0115】(イ)センサ素子の内部抵抗に応じてヒー
タのF/B制御を実施する。この場合、例えば空燃比F
/Bの実施時には内部抵抗の目標値を比較的低くして適
正なセンサ出力を確保し、空燃比F/Bの非実施時には
内部抵抗の目標値を比較的高くして省電力化を図る。或
いは、リーン制御時又はリッチ制御時には内部抵抗の目
標値を比較的低くし、ストイキ制御時には内部抵抗の目
標値を比較的高くする。
(A) F / B control of the heater is performed according to the internal resistance of the sensor element. In this case, for example, the air-fuel ratio F
When / B is performed, the target value of the internal resistance is relatively low to secure an appropriate sensor output. When the air-fuel ratio F / B is not performed, the target value of the internal resistance is relatively high to save power. Alternatively, the target value of the internal resistance is made relatively low during the lean control or the rich control, and the target value of the internal resistance is made relatively high during the stoichiometric control.

【0116】(ロ)ヒータの温度又は抵抗値に応じてヒ
ータのF/B制御を実施する。この場合、例えば空燃比
F/Bの実施時にはヒータ温度又は抵抗値の目標値を比
較的高くして適正なセンサ出力を確保し、空燃比F/B
の非実施時にはヒータ温度又は抵抗値の目標値を比較的
低くして省電力化を図る。或いは、リーン制御時又はリ
ッチ制御時にはヒータ温度又は抵抗値の目標値を比較的
高くし、ストイキ制御時にはヒータ温度又は抵抗値の目
標値を比較的低くする。因みに、ヒータは通常、温度が
上昇するほど抵抗値が大きくなる特性を有する。
(B) F / B control of the heater is performed according to the temperature or resistance value of the heater. In this case, for example, when the air-fuel ratio F / B is performed, the target value of the heater temperature or the resistance value is set relatively high to secure an appropriate sensor output, and the air-fuel ratio F / B
Is not performed, the target value of the heater temperature or the resistance value is set relatively low to save power. Alternatively, the target value of the heater temperature or the resistance value is made relatively high during the lean control or the rich control, and the target value of the heater temperature or the resistance value is made relatively low during the stoichiometric control. Incidentally, the heater generally has a characteristic that the resistance value increases as the temperature increases.

【0117】(ハ)ヒータの供給電力に応じてヒータの
F/B制御を実施する。この場合、例えば空燃比F/B
の実施時にはヒータ電力の目標値を比較的高くして適正
なセンサ出力を確保し、空燃比F/Bの非実施時にはヒ
ータ電力の目標値を比較的低くして省電力化を図る。或
いは、リーン制御時又はリッチ制御時にはヒータ電力の
目標値を比較的高くし、ストイキ制御時にはヒータ電力
の目標値を比較的低くする。
(C) F / B control of the heater is performed according to the power supplied to the heater. In this case, for example, the air-fuel ratio F / B
In this case, the target value of the heater power is set relatively high to secure an appropriate sensor output, and when the air-fuel ratio F / B is not performed, the target value of the heater power is set relatively low to save power. Alternatively, the target value of the heater power is made relatively high during the lean control or the rich control, and the target value of the heater power is made relatively low during the stoichiometric control.

【0118】(ニ)例えば空燃比F/Bの実施時か否
か、或いはストイキ制御時か否か等の条件に応じて、デ
ューティ比制御信号Dutyを可変に設定し、該設定し
たDuty信号に基づいてヒータ制御を実行する。
(D) The duty ratio control signal Duty is variably set in accordance with conditions such as whether the air-fuel ratio F / B is performed or whether stoichiometric control is performed. The heater control is performed based on the control.

【0119】上記(イ)〜(ニ)の何れの構成において
も、センサの使用温度を変えることにより、ヒータ使用
時における省電力化を図りつつ、適正なセンサ出力を確
保することができる。
In any of the above configurations (a) to (d), by changing the operating temperature of the sensor, it is possible to secure an appropriate sensor output while saving power while using the heater.

【0120】また上記実施の形態では、掃引法を用いて
交流素子インピーダンスZacを検出したが、この構成
を変更する。例えば交流素子インピーダンスZacに代
えて直流素子抵抗Riを検出し、そのRi値に応じてヒ
ータのF/B制御を実施してもよい。
In the above-described embodiment, the AC element impedance Zac is detected by using the sweep method, but this configuration is changed. For example, the DC element resistance Ri may be detected instead of the AC element impedance Zac, and the F / B control of the heater may be performed according to the Ri value.

【0121】A/Fセンサの出力(限界電流信号)又は
空燃比の制御域がストイキ、リーン、リッチの何れであ
るかに応じてセンサ素子又はヒータの目標温度を可変に
設定する際、例えば図22の関係を用いて当該目標温度
をマップ検索して求める。図22によれば、ストイキ近
傍で最も目標温度が低く、リーン側へ又はリッチ側へス
トイキから離れるほど、目標温度が高くなる。こうした
構成においても、既述通りの優れた効果が得られる。
When the target temperature of the sensor element or the heater is variably set according to whether the output (limit current signal) of the A / F sensor or the control range of the air-fuel ratio is stoichiometric, lean, or rich, for example, as shown in FIG. The target temperature is determined by searching the map using the relationship of No. 22. According to FIG. 22, the target temperature is lowest in the vicinity of the stoichiometry, and the target temperature increases as the distance from the stoichiometry increases toward the lean side or the rich side. Even in such a configuration, the excellent effects as described above can be obtained.

【0122】上記第1〜第6の各実施の形態では、ガス
濃度センサの使用環境や用途に応じてセンサ素子又はヒ
ータの目標温度を可変に設定する手法として、 (1)空燃比F/B制御の実施条件の成立時と不成立時
とで目標温度を変えて設定する。 (2)センサ出力が使用されるか否かに応じて目標温度
を変えて設定する。 (3)センサ劣化度合に応じて目標温度を補正する。 (4)バッテリ電圧に応じて目標温度(Duty)を補
正する。 (5)センサ出力に対応する空燃比(検出レンジ)に応
じて目標温度を変えて設定する。 (6)センサ出力がO2 出力、A/F出力、NOx出力
の何れであるかに応じて目標温度を変えて設定する。 (7)ハイブリッド車において、エンジンの空燃比F/
B制御が有用か否かに応じて目標温度を変えて設定す
る。 といった各手法を適宜組み合わせて実施したが、その組
み合わせは任意であり、既述した構成以外にも上記
(1)〜(7)を必要に応じて組み合わせて実現しても
よい。何れにしても本発明によれば、ヒータ使用時にお
ける省電力化を達成しつつ、必要に応じてガス濃度セン
サを所望の活性状態で維持することで適正なセンサ出力
を確保することができる。また、省電力化が実現できる
ことから、エンジンの燃費改善も併せて実現できる。
In each of the first to sixth embodiments, the method of variably setting the target temperature of the sensor element or the heater in accordance with the use environment and application of the gas concentration sensor is as follows: (1) Air-fuel ratio F / B The target temperature is set differently when the control condition is satisfied and when it is not satisfied. (2) The target temperature is changed and set depending on whether or not the sensor output is used. (3) The target temperature is corrected according to the degree of sensor deterioration. (4) The target temperature (Duty) is corrected according to the battery voltage. (5) The target temperature is changed and set according to the air-fuel ratio (detection range) corresponding to the sensor output. (6) The target temperature is changed and set depending on whether the sensor output is O2 output, A / F output or NOx output. (7) In a hybrid vehicle, the air-fuel ratio of the engine F /
The target temperature is changed and set depending on whether the B control is useful. The above-described methods are appropriately combined and implemented, but the combination is arbitrary and the above-described configurations (1) to (7) may be implemented by combining them as needed. In any case, according to the present invention, an appropriate sensor output can be secured by maintaining the gas concentration sensor in a desired active state as needed while achieving power saving when the heater is used. In addition, since power saving can be realized, improvement in engine fuel efficiency can also be realized.

【0123】またその他に、エンジンの冷間始動時にお
ける暖機当初からセンサ出力が必要であるか否かを判別
し、暖機当初からセンサ出力が必要であれば、センサ素
子又はヒータの目標温度を高くして昇温速度を大きく
し、そうでなければセンサ素子又はヒータの目標温度を
低くして昇温速度を小さくする(排気温による加熱を利
用する)、といった構成も可能である。
In addition, it is determined whether or not sensor output is required from the beginning of warm-up at the time of cold start of the engine. If sensor output is required from the beginning of warm-up, the target temperature of the sensor element or heater is determined. It is also possible to increase the temperature rising rate by increasing the temperature, otherwise lower the target temperature of the sensor element or the heater and decrease the temperature rising rate (using heating by the exhaust gas temperature).

【0124】上記第1の実施の形態では、A/Fセンサ
30の劣化状態に応じてデューティ比制御信号Duty
を補正する際、センサ出力が標準値に対して増大してい
るか又は減少しているかに応じて劣化補正係数を設定し
たが(図7のステップ206,207、図10)、これ
を変更する。例えば排気温が安定した状態下でその時の
素子内部抵抗とヒータ供給電力との関係からA/Fセン
サ30の劣化度合を判定する。そして、同一のヒータ供
給電力に対して素子内部抵抗が過大になるようなセンサ
劣化時にはその時のデューティ比制御信号Dutyを増
大側に補正する。
In the first embodiment, the duty ratio control signal Duty depends on the state of deterioration of the A / F sensor 30.
Is corrected (steps 206 and 207 in FIG. 7, FIG. 10) according to whether the sensor output is increasing or decreasing from the standard value, but this is changed. For example, the deterioration degree of the A / F sensor 30 is determined from the relationship between the element internal resistance and the heater supply power at a time when the exhaust gas temperature is stable. When the sensor deteriorates such that the element internal resistance becomes excessive for the same heater supply power, the duty ratio control signal Duty at that time is corrected to the increasing side.

【0125】勿論、素子温目標値Tsrefは上記具体
値に限定されずその都度、変更して設定されればよい。
上記第1〜第4の実施の形態では、A/Fセンサ30と
して1セル式の限界電流式酸素濃度センサを用いたが、
これに限定されず2セル式の酸素濃度センサでもよい。
また、コップ型の酸素濃度センサに限定されず積層型の
酸素濃度センサでもよい。
Of course, the element temperature target value Tsref is not limited to the above specific value, but may be changed and set each time.
In the first to fourth embodiments, a one-cell limiting current type oxygen concentration sensor is used as the A / F sensor 30.
The present invention is not limited to this, and a two-cell oxygen concentration sensor may be used.
Further, the present invention is not limited to the cup type oxygen concentration sensor, and may be a stacked type oxygen concentration sensor.

【0126】NOxセンサにより検出されるNOx濃度
に基づいて、空燃比をフィードバック制御する構成とし
てもよい。つまり、NOxセンサの信号出力に基づいて
現状の空燃比をモニタし、その空燃比が目標値に一致す
るようフィードバック制御を行う。この場合にも同様
に、フィードバック制御を実施するか否かに応じてセン
サ素子又はヒータの目標温度を可変に設定すればよい。
The air-fuel ratio may be feedback-controlled based on the NOx concentration detected by the NOx sensor. That is, the current air-fuel ratio is monitored based on the signal output of the NOx sensor, and feedback control is performed so that the air-fuel ratio matches the target value. In this case, similarly, the target temperature of the sensor element or the heater may be variably set depending on whether or not to perform the feedback control.

【0127】上述した空燃比制御システムでは、エンジ
ンの排気管にA/Fセンサを配設し、該A/Fセンサに
より排ガス中の酸素濃度を検出したが、この構成を変更
する。上記排気側のA/Fセンサに代えて又はそれに加
えて、エンジンの吸気管にA/Fセンサを配設し、該A
/Fセンサにより吸入ガス中の酸素濃度を検出する。そ
して、吸入ガス中の酸素濃度に基づいて空燃比をフィー
ドバック制御する。
In the above-described air-fuel ratio control system, an A / F sensor is provided in the exhaust pipe of the engine, and the oxygen concentration in the exhaust gas is detected by the A / F sensor, but this configuration is changed. An A / F sensor is provided in the intake pipe of the engine instead of or in addition to the A / F sensor on the exhaust side.
The oxygen concentration in the intake gas is detected by the / F sensor. Then, the air-fuel ratio is feedback-controlled based on the oxygen concentration in the intake gas.

【0128】より具体的には、排ガス再循環装置(EG
R装置)を備える車両において、吸気側に配設されたA
/Fセンサの検出結果によりEGR装置を制御し、その
制御結果を反映して空燃比を制御する。この場合、A/
Fセンサの信号出力を使用する時(EGR制御を行う
時)と使用しない時(EGR制御を行わない時)とでセ
ンサ素子又はヒータの目標温度を変更することとし、後
者の場合にはセンサ素子又はヒータの目標温度を低めに
設定する。特にハイブリッド車では、エンジンが運転停
止してモータ駆動だけを行う場合にEGR制御を必要と
しないため、その場合にセンサ素子又はヒータの目標温
度を低くする。或いは、EGR制御しない時に、ヒータ
通電自体を停止してもよい。
More specifically, an exhaust gas recirculation system (EG
R device), the A provided on the intake side
The EGR device is controlled based on the detection result of the / F sensor, and the air-fuel ratio is controlled by reflecting the control result. In this case, A /
The target temperature of the sensor element or the heater is changed when the signal output of the F sensor is used (when EGR control is performed) and when it is not used (when EGR control is not performed). In the latter case, the sensor element is changed. Alternatively, the target temperature of the heater is set lower. In particular, in a hybrid vehicle, since the EGR control is not required when the engine is stopped and only the motor is driven, the target temperature of the sensor element or the heater is lowered in that case. Alternatively, when the EGR control is not performed, the heater energization itself may be stopped.

【0129】また、燃料タンクでの燃料蒸気(エバポガ
ス)をキャニスタに一旦蓄え、その後、エンジンの吸気
管に放出する、いわゆるエバポパージ制御を行う装置で
は、吸気管に設けられたA/Fセンサによりエバポガス
のリッチ度合いを監視し、それに応じて燃料噴射量を補
正する。かかる装置において、エバポパージを行う時は
A/Fセンサのヒータを比較的高い温度で制御し、エバ
ポパージを行わない時はA/Fセンサのヒータを低い温
度で制御する、或いはヒータ通電を停止する。何れにし
ても、ヒータ使用時における省電力化を図りつつ、適正
なセンサ出力を確保することができる。
In a device for performing a so-called evaporation purge control, in which fuel vapor (evaporation gas) in a fuel tank is temporarily stored in a canister and then discharged to an intake pipe of an engine, an evaporation gas is provided by an A / F sensor provided in the intake pipe. Is monitored, and the fuel injection amount is corrected accordingly. In such an apparatus, when performing the evaporative purge, the heater of the A / F sensor is controlled at a relatively high temperature, and when not performing the evaporative purge, the heater of the A / F sensor is controlled at a low temperature, or the energization of the heater is stopped. In any case, it is possible to secure an appropriate sensor output while saving power when the heater is used.

【0130】ガス濃度検出装置に用いるガス濃度センサ
として、酸素濃度を検出するA/Fセンサ30と、窒素
酸化物(NOx)濃度を検出するガス濃度センサ10
0,200とについて述べたが、本発明はこれらに限定
されるものではなく、その他、炭化水素(HC)、一酸
化炭素(CO)等のガス濃度を検出するガス濃度センサ
を用いたガス濃度検出装置にも同様に適用することがで
きる。
As gas concentration sensors used in the gas concentration detecting device, an A / F sensor 30 for detecting oxygen concentration and a gas concentration sensor 10 for detecting nitrogen oxide (NOx) concentration
0, 200, but the present invention is not limited to these, and the gas concentration using a gas concentration sensor for detecting the gas concentration of hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), etc. The same can be applied to the detection device.

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

【図1】発明の実施の形態における空燃比検出装置の概
要を示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an outline of an air-fuel ratio detection device according to an embodiment of the invention.

【図2】A/Fセンサの出力特性を示す図。FIG. 2 is a diagram showing output characteristics of an A / F sensor.

【図3】センサ電流とA/Fとの関係を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a sensor current and A / F.

【図4】メインルーチンを示すフローチャート。FIG. 4 is a flowchart showing a main routine.

【図5】素子インピーダンス検出ルーチンを示すフロー
チャート。
FIG. 5 is a flowchart illustrating an element impedance detection routine.

【図6】ヒータ制御ルーチンを示すフローチャート。FIG. 6 is a flowchart showing a heater control routine.

【図7】素子温F/B制御サブルーチンを示すフローチ
ャート。
FIG. 7 is a flowchart showing an element temperature F / B control subroutine.

【図8】インピーダンス検出時の電圧及び電流の変化を
示す波形図。
FIG. 8 is a waveform diagram showing changes in voltage and current when impedance is detected.

【図9】素子温と素子インピーダンスとの関係を示す
図。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between element temperature and element impedance.

【図10】劣化補正係数を設定するための図。FIG. 10 is a diagram for setting a deterioration correction coefficient.

【図11】+B補正ゲインを設定するための図。FIG. 11 is a diagram for setting a + B correction gain.

【図12】素子温とA/F検出範囲との関係を示す図。FIG. 12 is a diagram showing a relationship between an element temperature and an A / F detection range.

【図13】素子温と所定のA/Fに対応するセンサ出力
との関係を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between an element temperature and a sensor output corresponding to a predetermined A / F.

【図14】第2の実施の形態において素子温F/B制御
サブルーチンを示すフローチャート。
FIG. 14 is a flowchart illustrating an element temperature F / B control subroutine according to the second embodiment.

【図15】第3の実施の形態において素子温F/B制御
サブルーチンの一部を示すフローチャート。
FIG. 15 is a flowchart illustrating a part of an element temperature F / B control subroutine according to the third embodiment.

【図16】第4の実施の形態において素子温F/B制御
サブルーチンの一部を示すフローチャート。
FIG. 16 is a flowchart showing a part of an element temperature F / B control subroutine in a fourth embodiment.

【図17】素子温と所定のA/Fに対応するセンサ出力
との関係を示す図。
FIG. 17 is a diagram showing a relationship between an element temperature and a sensor output corresponding to a predetermined A / F.

【図18】第5の実施の形態において2セル構造のガス
濃度センサの構成を示す要部断面図。
FIG. 18 is a cross-sectional view of a main part showing a configuration of a gas concentration sensor having a two-cell structure in a fifth embodiment.

【図19】第5の実施の形態において素子温F/B制御
サブルーチンの一部を示すフローチャート。
FIG. 19 is a flowchart showing a part of an element temperature F / B control subroutine in the fifth embodiment.

【図20】3セル構造のガス濃度センサの構成を示す要
部断面図。
FIG. 20 is a cross-sectional view of a main part showing a configuration of a gas concentration sensor having a three-cell structure.

【図21】第6の実施の形態において素子温F/B制御
サブルーチンの一部を示すフローチャート。
FIG. 21 is a flowchart showing a part of an element temperature F / B control subroutine in a sixth embodiment.

【図22】A/Fとセンサ素子又はヒータの目標温度と
の関係を示す図。
FIG. 22 is a diagram showing a relationship between an A / F and a target temperature of a sensor element or a heater.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…燃焼機関としてのエンジン、13…排気管、15
…ECU、20…設定手段,ヒータ制御手段,条件判定
手段,出力判定手段,劣化検出手段を構成する空燃比検
出用マイコン、30…ガス濃度センサ(酸素センサ)と
してのA/Fセンサ、31…固体電解質、35…ヒー
タ、100,200…ガス濃度センサ(複合型ガスセン
サ)、103,245…ヒータ。
10 engine as combustion engine, 13 exhaust pipe, 15
.. ECU, 20... Air-fuel ratio detecting microcomputer constituting setting means, heater control means, condition determining means, output determining means, deterioration detecting means, 30... A / F sensor as gas concentration sensor (oxygen sensor), 31. Solid electrolyte, 35: heater, 100, 200: gas concentration sensor (composite gas sensor), 103, 245: heater.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 幸宏 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 長谷田 哲志 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yukihiro Yamashita 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Inside Denso Co., Ltd. (72) Inventor Tetsushi Haseda 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Co., Ltd. Inside DENSO

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】固体電解質を用いたセンサ素子と、該セン
サ素子を所定の活性温度に加熱するためのヒータとを有
し、被検出ガス中の特定成分濃度を検出するガス濃度セ
ンサに適用され、 ガス濃度センサの使用環境や用途に応じてセンサ素子又
はヒータの目標温度を可変に設定する設定手段と、 前記設定した目標温度に応じてヒータを通電するヒータ
制御手段とを備えることを特徴とするガス濃度センサの
ヒータ制御装置。
The present invention is applied to a gas concentration sensor having a sensor element using a solid electrolyte and a heater for heating the sensor element to a predetermined activation temperature, and detecting a concentration of a specific component in a gas to be detected. A setting means for variably setting a target temperature of a sensor element or a heater according to a use environment or an application of a gas concentration sensor; anda heater control means for energizing a heater according to the set target temperature. Control device for the gas concentration sensor.
【請求項2】前記設定手段は、ガス濃度センサの信号出
力を使用する時と使用しない時とでセンサ素子又はヒー
タの目標温度を変えて設定する請求項1に記載のガス濃
度センサのヒータ制御装置。
2. The heater control of a gas concentration sensor according to claim 1, wherein the setting means changes the target temperature of the sensor element or the heater when the signal output of the gas concentration sensor is used and when it is not used. apparatus.
【請求項3】請求項2に記載のガス濃度センサのヒータ
制御装置において、前記設定手段は、ガス濃度センサの
信号出力を使用しない時に、使用する時よりもセンサ素
子又はヒータの目標温度を低くするガス濃度センサのヒ
ータ制御装置。
3. The heater control device for a gas concentration sensor according to claim 2, wherein said setting means lowers the target temperature of the sensor element or the heater when not using the signal output of the gas concentration sensor than when using the signal output. Control device for the gas concentration sensor.
【請求項4】ガス濃度センサは燃焼機関から排出される
排ガス中、若しくは燃焼機関に吸入される吸入ガス中の
特定成分の濃度を検出するセンサであって、同センサの
検出結果に基づき空燃比をフィードバック制御する空燃
比制御装置に適用され、 空燃比フィードバック制御が実施されるか否かといった
実施条件を判定する条件判定手段を備え、 前記設定手段は、空燃比フィードバック制御の実施条件
の成立時と不成立時とでセンサ素子又はヒータの目標温
度を変えて設定する請求項1に記載のガス濃度センサの
ヒータ制御装置。
4. A gas concentration sensor for detecting the concentration of a specific component in exhaust gas discharged from a combustion engine or in intake gas sucked into the combustion engine. A condition determining unit that determines an execution condition such as whether or not the air-fuel ratio feedback control is performed, wherein the setting unit is configured to execute the air-fuel ratio feedback control when the execution condition of the air-fuel ratio feedback control is satisfied. 2. The heater control device for a gas concentration sensor according to claim 1, wherein the target temperature of the sensor element or the heater is changed and set depending on whether the temperature is not satisfied.
【請求項5】ガス濃度センサは燃焼機関から排出される
排ガス中、若しくは燃焼機関に吸入される吸入ガス中の
特定成分から空燃比を検出するセンサであって、同セン
サの検出結果に基づき空燃比をフィードバック制御する
空燃比制御装置に適用され、 前記設定手段は、ガス濃度センサにより検出される空燃
比に応じてセンサ素子又はヒータの目標温度を変えて設
定する請求項1に記載のガス濃度センサのヒータ制御装
置。
5. A gas concentration sensor for detecting an air-fuel ratio from a specific component in exhaust gas discharged from the combustion engine or in intake gas sucked into the combustion engine. The gas concentration according to claim 1, wherein the gas concentration is applied to an air-fuel ratio control device that performs feedback control of a fuel ratio, wherein the setting unit changes and sets a target temperature of a sensor element or a heater according to an air-fuel ratio detected by a gas concentration sensor. Sensor heater control device.
【請求項6】請求項5に記載のガス濃度センサのヒータ
制御装置において、 前記設定手段は、ガス濃度センサにより検出される空燃
比が理論空燃比よりもリーンであれば、理論空燃比の検
出時よりもセンサ素子又はヒータの目標温度を高くする
ガス濃度センサのヒータ制御装置。
6. The heater control device for a gas concentration sensor according to claim 5, wherein the setting means detects the stoichiometric air-fuel ratio if the air-fuel ratio detected by the gas concentration sensor is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. A heater control device for a gas concentration sensor that raises a target temperature of a sensor element or a heater as compared with a case.
【請求項7】請求項5又は6に記載のガス濃度センサの
ヒータ制御装置において、 前記設定手段は、ガス濃度センサにより検出される空燃
比が理論空燃比よりもリッチであれば、理論空燃比の検
出時よりもセンサ素子又はヒータの目標温度を高くする
ガス濃度センサのヒータ制御装置。
7. The heater control device for a gas concentration sensor according to claim 5, wherein the setting means is configured to output a stoichiometric air-fuel ratio if the air-fuel ratio detected by the gas concentration sensor is richer than the stoichiometric air-fuel ratio. A heater control device for a gas concentration sensor that raises the target temperature of the sensor element or the heater as compared with the time of detection of the temperature.
【請求項8】ガス濃度センサは燃焼機関から排出される
排ガス中、若しくは燃焼機関に吸入される吸入ガス中の
特定成分から空燃比を検出するセンサであって、同セン
サの検出結果に基づき空燃比をフィードバック制御する
空燃比制御装置に適用され、 前記設定手段は、空燃比の制御領域に応じてセンサ素子
又はヒータの目標温度を変えて設定する請求項1に記載
のガス濃度センサのヒータ制御装置。
8. A gas concentration sensor for detecting an air-fuel ratio from a specific component in exhaust gas discharged from a combustion engine or in intake gas sucked into the combustion engine. 2. The heater control of the gas concentration sensor according to claim 1, wherein the control unit is applied to an air-fuel ratio control device that performs feedback control of a fuel ratio, and wherein the setting unit changes and sets a target temperature of a sensor element or a heater according to an air-fuel ratio control region. apparatus.
【請求項9】ガス濃度センサの出力信号として、理論空
燃比を基準とする被検出ガス中の酸素濃度に応じた起電
力信号と、被検出ガスの空燃比をリニアに検出する限界
電流信号とを選択的に出力するガス濃度検出装置に適用
され、 前記設定手段は、センサ出力が起電力信号である時と、
センサ出力が限界電流信号である時とでセンサ素子又は
ヒータの目標温度を変えて設定する請求項1に記載のガ
ス濃度センサのヒータ制御装置。
9. An output signal of the gas concentration sensor, comprising: an electromotive force signal corresponding to an oxygen concentration in the gas to be detected based on a stoichiometric air-fuel ratio; and a limit current signal for linearly detecting the air-fuel ratio of the gas to be detected. Is applied to the gas concentration detection device that selectively outputs, when the sensor output is an electromotive force signal,
2. The heater control device for a gas concentration sensor according to claim 1, wherein the target temperature of the sensor element or the heater is changed and set when the sensor output is a limit current signal.
【請求項10】ガス濃度センサの出力信号として、理論
空燃比を基準とする被検出ガス中の酸素濃度に応じた起
電力信号と、被検出ガスの空燃比をリニアに検出する限
界電流信号とを選択的に出力するガス濃度検出装置に適
用され、 前記設定手段は、比較的狭い空燃比範囲で起電力信号を
用いて空燃比制御が実施される時と、前記起電力信号を
用いた比較的狭い空燃比範囲よりも広い空燃比範囲で限
界電流信号を用いて空燃比制御が実施される時とでセン
サ素子又はヒータの目標温度を変えて設定する請求項1
に記載のガス濃度センサのヒータ制御装置。
10. An output signal of a gas concentration sensor, comprising: an electromotive force signal corresponding to an oxygen concentration in a gas to be detected based on a stoichiometric air-fuel ratio; and a limit current signal for linearly detecting an air-fuel ratio of the gas to be detected. Is applied to the gas concentration detection device that selectively outputs the air-fuel ratio control, and the setting unit compares the air-fuel ratio control when the air-fuel ratio control is performed using the electromotive force signal in a relatively narrow air-fuel ratio range. The target temperature of the sensor element or the heater is set differently when the air-fuel ratio control is performed using the limit current signal in the air-fuel ratio range wider than the narrow air-fuel ratio range.
3. The heater control device for a gas concentration sensor according to claim 1.
【請求項11】被検出ガス中の複数種のガス成分から各
々のガス濃度に応じた信号を出力可能な、複合型ガスセ
ンサにてガス濃度センサが構成され、 前記センサが如何なる信号出力を行うかを判定する出力
判定手段を備え、 前記設定手段は、前記判定結果に応じてセンサ素子又は
ヒータの目標温度を可変に設定する請求項1に記載のガ
ス濃度センサのヒータ制御装置。
11. A gas concentration sensor comprising a compound gas sensor capable of outputting a signal corresponding to each gas concentration from a plurality of types of gas components in a gas to be detected, and what kind of signal output the sensor performs. 2. The heater control device for a gas concentration sensor according to claim 1, further comprising an output determination unit configured to determine the target temperature of the sensor element or the heater according to the determination result. 3.
【請求項12】内燃機関の出力とモータ出力とを併用し
て走行するハイブリッド車に適用され、 前記設定手段は、内燃機関の運転が停止され、且つモー
タのみが駆動される時にセンサ素子又はヒータの目標温
度を低くする請求項1に記載のガス濃度センサのヒータ
制御装置。
12. A hybrid vehicle that travels using both the output of an internal combustion engine and the output of a motor, wherein the setting means includes a sensor element or a heater when the operation of the internal combustion engine is stopped and only the motor is driven. 2. The heater control device for a gas concentration sensor according to claim 1, wherein the target temperature is lowered.
【請求項13】ガス濃度センサの劣化度合を検出する劣
化検出手段を備え、 該検出されるガス濃度センサの劣化度合に応じて、前記
設定手段により設定されるセンサ素子又はヒータの目標
温度を補正する請求項1〜12の何れかに記載のガス濃
度センサのヒータ制御装置。
13. A method for detecting a degree of deterioration of a gas concentration sensor, comprising the steps of: correcting a target temperature of a sensor element or a heater set by said setting means in accordance with the detected degree of deterioration of the gas concentration sensor; The heater control device for a gas concentration sensor according to claim 1.
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