JP2002250710A - Method for diagnosing abnormality of gas concentration sensor - Google Patents
Method for diagnosing abnormality of gas concentration sensorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ヒータにより加熱
する固体電解質体の内部抵抗値を検出し、内部抵抗値を
所定の目標値にするようにプログラムされた制御プログ
ラムによってヒータへの供給電力が制御されるガス濃度
センサを、診断するガス濃度センサの異常診断方法に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control program for detecting the internal resistance of a solid electrolyte body to be heated by a heater and for controlling the internal resistance to a predetermined target value. The present invention relates to a method for diagnosing an abnormal gas concentration sensor for diagnosing a controlled gas concentration sensor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】エンジンに供給する混合気の空燃比を目
標値に制御し、排気ガス中のＣＯ、ＮＯx 、ＨＣを軽減
するために、排気系に酸素センサを設け、空燃比と相関
関係を持つ排気中の酸素濃度に応じて、燃料供給量をフ
ィードバック制御することが知られている。2. Description of the Related Art An oxygen sensor is provided in an exhaust system to control an air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied to an engine to a target value and to reduce CO, NOx, and HC in exhaust gas. It is known that the fuel supply amount is feedback-controlled according to the oxygen concentration in the exhaust gas.
【０００３】このようなフィードバック制御に用いられ
る酸素センサとしては、特定の酸素濃度（特に理論空燃
比雰囲気）で出力がステップ状に変化するλセンサと、
リーン領域からリッチ領域まで連続的に出力が変化する
全領域空燃比センサとが主に用いられている。全領域空
燃比センサは、上述したように排気ガス中の酸素濃度を
連続的に測定でき、フィードバック制御の速度及び精度
を向上させ得るため、より高速で高精度な制御が要求さ
れる際に用いられている。As an oxygen sensor used for such feedback control, a λ sensor whose output changes stepwise at a specific oxygen concentration (particularly at a stoichiometric air-fuel ratio atmosphere),
A full-range air-fuel ratio sensor whose output continuously changes from a lean region to a rich region is mainly used. The full-range air-fuel ratio sensor can continuously measure the oxygen concentration in the exhaust gas as described above and can improve the speed and accuracy of the feedback control, so it is used when higher speed and higher accuracy control is required. Have been.
【０００４】全領域空燃比センサは、酸素イオン伝導性
固体電解質体の２つのセルを間隔を介して対向配設し、
一方のセルを間隔内の酸素を周囲に汲み出すもしくは周
囲から酸素を汲み込むポンプセルとして用い、また、他
方のセルを酸素基準室と間隔との酸素濃度差によって電
圧を生じる起電力セルとして用い、起電力セルの出力が
一定になるようにポンプセルを動作させ、その時に該ポ
ンプセルに流す電流を、測定酸素濃度比例値として測定
する。この全領域空燃比センサの動作原理は、本出願人
の出願に係る特開昭６２−１４８８４９号公報中に詳述
されている。[0004] In the full area air-fuel ratio sensor, two cells of an oxygen ion conductive solid electrolyte body are arranged opposite to each other with an interval therebetween.
One of the cells is used as a pump cell that pumps oxygen in the interval to the surroundings or pumps oxygen from the surroundings, and the other cell is used as an electromotive force cell that generates a voltage due to the oxygen concentration difference between the oxygen reference chamber and the interval, The pump cell is operated so that the output of the electromotive force cell becomes constant, and the current flowing through the pump cell at that time is measured as a measured oxygen concentration proportional value. The principle of operation of this full-range air-fuel ratio sensor is described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-148849 filed by the present applicant.
【０００５】上記フィードバック制御による排気ガスの
削減は、全領域空燃比センサの暖機が完了した後に開始
している。これは、上記全領域空燃比センサが所定温度
以上に加熱して酸素イオン伝導性固定電解質体（以下
「固体電解質体」という。）の活性を高めた後でなけれ
ば、動作し得ないからである。このため、全領域空燃比
センサに加熱用のヒータを配設し、エンジン始動後の可
能な限り早い時点で動作を開始させている。[0005] Reduction of exhaust gas by the feedback control is started after the warm-up of the full-range air-fuel ratio sensor is completed. This is because the entire region air-fuel ratio sensor cannot operate unless it has been heated to a predetermined temperature or higher to increase the activity of the oxygen ion conductive fixed electrolyte (hereinafter, referred to as “solid electrolyte”). is there. For this reason, a heater for heating is arranged in the full range air-fuel ratio sensor, and the operation is started as soon as possible after the engine is started.
【０００６】一方、全領域空燃比センサにおいては、従
来より、センサを構成する固体電解質体それ自体には経
時変化による顕著な劣化を生じることはないが、固体電
解質体に取り付けられている多孔質電極、およびこの多
孔質電極と固体電解質体との界面においては、経時変化
による劣化が生じるものと考えられてきた。On the other hand, in the full-range air-fuel ratio sensor, although the solid electrolyte itself constituting the sensor has not been significantly deteriorated due to the change with time, the porous fuel attached to the solid electrolyte has been conventionally used. It has been considered that the electrode and the interface between the porous electrode and the solid electrolyte body are deteriorated by aging.
【０００７】具体的には、例えば耐久試験等により、固
体電解質体から多孔質電極が剥離したり、電極の酸素透
過率の低下等が発生するため、センサ全体の内部抵抗が
徐々に増大し劣化していくことが確認されていた。その
ため、このような耐久劣化がある程度以上進行すると、
正確な空燃比の検出ができなくなるという性能上の問題
を招くことから、本出願人は、特開平１０−１８５８５
７号に開示される「全領域空燃比センサの劣化状態検出
方法及び装置」により、かかる技術的課題を解決してき
た。Specifically, for example, a porous electrode is peeled off from the solid electrolyte body or a decrease in oxygen permeability of the electrode occurs in a durability test or the like, so that the internal resistance of the entire sensor gradually increases and deteriorates. Was confirmed to be going on. Therefore, if such durability deterioration progresses to some extent,
Since the performance problem that accurate detection of the air-fuel ratio becomes impossible is caused, the applicant of the present invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-18585.
The technical problem has been solved by the “method and apparatus for detecting the deterioration state of the full-range air-fuel ratio sensor” disclosed in Japanese Patent No.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
エンジンや触媒コンバータ等の性能の向上により、排気
ガスの温度が上昇する傾向にあり、例えば、従来は数百
℃前後であった排気ガス温度が、現在では１０００℃程
度にまで至る場合がある。そのため、従来では、全領域
空燃比センサの固体電解質体をヒータにより７００℃〜
８００℃に加熱する制御を行っていたが、現在では、ヒ
ータにより加熱しなくてもセンサの使用環境温度が１０
００℃前後に達するような場合がある。However, in recent years,
There is a tendency for the temperature of exhaust gas to rise due to the improvement in performance of engines and catalytic converters. For example, the temperature of exhaust gas, which was conventionally around several hundred degrees Celsius, may now reach about 1,000 degrees Celsius. Therefore, conventionally, the solid electrolyte body of the full range air-fuel ratio sensor is heated to 700 ° C.
Although the control for heating to 800 ° C. was performed, the operating environment temperature of the sensor is 10
In some cases, the temperature reaches around 00 ° C.
【０００９】このようなセンサの使用環境の変化に伴
い、本出願に係る発明者らによって、かかる高温環境下
における全領域空燃比センサの耐久試験を実施したとこ
ろ、経時変化による顕著な劣化を生じないものと従来よ
り考えられてきた固体電解質体自体も、１０００℃前後
の高温環境化においては、その内部抵抗が徐々に増大し
得ることがわかった。In accordance with such a change in the use environment of the sensor, the inventors of the present application conducted a durability test of the air-fuel ratio sensor in the entire region under such a high temperature environment. It has been found that the internal resistance of the solid electrolyte body, which has conventionally been considered to be absent, can gradually increase in a high-temperature environment of about 1000 ° C.
【００１０】即ち、固体電解質体の内部抵抗の増大は、
温度と時間の積分値に関与するものと考えられ、数百℃
前後における使用環境では現れることのなかった固体電
解質体の耐久劣化が、センサの使用温度が１０００℃前
後に上昇したことによって顕著に現れたものと推測する
ことができる。That is, the increase in the internal resistance of the solid electrolyte body is as follows.
It is considered to be related to the integrated value of temperature and time, and several hundred degrees Celsius
It can be assumed that the durability deterioration of the solid electrolyte body, which did not appear in the use environment before and after, significantly appeared due to the use temperature of the sensor rising to around 1000 ° C.
【００１１】そして、このような高温環境下において現
れた固体電解質体自体の劣化は、その後も消失すること
なく残存するため、固体電解質体の内部抵抗を検出し、
この内部抵抗が所定の目標値になるようにヒータを制御
して使用するセンサにおいては、固体電解質体の内部抵
抗の増加によってヒータの適正な温度制御を行うことが
できないことになる。つまり、固体電解質体の増加した
内部抵抗に基づいてヒータの制御を行うと、ヒータによ
る過剰な発熱からセンサの異常加熱を招き得るという問
題を生ずる。[0011] Since the deterioration of the solid electrolyte body itself which has appeared in such a high-temperature environment remains without disappearing thereafter, the internal resistance of the solid electrolyte body is detected.
In a sensor that controls and uses a heater so that the internal resistance becomes a predetermined target value, it is impossible to perform appropriate temperature control of the heater due to an increase in the internal resistance of the solid electrolyte body. That is, if the heater is controlled based on the increased internal resistance of the solid electrolyte body, there is a problem that excessive heating of the heater may cause abnormal heating of the sensor.
【００１２】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、ヒータ
の異常加熱を防止し得るガス濃度センサの異常診断方法
を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a method for diagnosing an abnormality of a gas concentration sensor capable of preventing abnormal heating of a heater.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１のガス濃度センサの異常診断方法では、ヒ
ータにより加熱する固体電解質体の内部抵抗値を検出
し、該内部抵抗値を所定の目標値にするようにプログラ
ムされた制御プログラムによって該ヒータへの供給電力
が制御されるガス濃度センサを、診断するガス濃度セン
サの異常診断方法において、前記固体電解質体の経時変
化による前記内部抵抗値の変化を、前記制御プログラム
の制御データを用いて検出し、前記ガス濃度センサの異
常を診断することを技術的特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of diagnosing abnormality of a gas concentration sensor, comprising detecting an internal resistance value of a solid electrolyte body heated by a heater and determining the internal resistance value. A gas concentration sensor in which the power supplied to the heater is controlled by a control program programmed to have a target value of: A technical feature is that a change in the value is detected using control data of the control program, and an abnormality of the gas concentration sensor is diagnosed.
【００１４】また、請求項２のガス濃度センサの異常診
断方法では、請求項１において、異常診断に用いられる
前記制御データは、前記制御プログラムの、前記ヒータ
に所定電圧を印加するステップから前記内部抵抗値が所
定値に達したと判定されるステップまでに経過した時間
であることを技術的特徴とする。In the method of diagnosing abnormality of a gas concentration sensor according to claim 2, the control data used for diagnosing the abnormality in the gas concentration sensor may be obtained from the step of applying a predetermined voltage to the heater of the control program. It is a technical feature that the time has elapsed until the step of determining that the resistance value has reached the predetermined value.
【００１５】また、請求項３のガス濃度センサの異常診
断方法では、請求項１において、異常診断に用いられる
前記制御データは、前記制御プログラムの、前記ヒータ
に所定電圧を印加するステップから所定時間経過後の前
記内部抵抗値であることを技術的特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the method for diagnosing abnormality of a gas concentration sensor according to the first aspect, the control data used for the abnormality diagnosis is a predetermined time from a step of applying a predetermined voltage to the heater of the control program. It is a technical feature that the internal resistance value after the lapse has elapsed.
【００１６】また、請求項４のガス濃度センサの異常診
断方法では、請求項１において、異常診断に用いられる
前記制御データは、前記制御プログラムの、前記ヒータ
に所定電圧を印加するステップから前記内部抵抗値が所
定値に達したと判定されるステップまでの期間中の所定
時間間隔における前記内部抵抗値の変化量であることを
技術的特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the method for diagnosing abnormality of the gas concentration sensor according to the first aspect, the control data used for the abnormality diagnosis is obtained from the step of applying a predetermined voltage to the heater in the control program. It is a technical feature that the internal resistance value is a change amount in a predetermined time interval until a step in which the resistance value is determined to have reached a predetermined value.
【００１７】また、請求項５のガス濃度センサの異常診
断方法では、請求項１において、異常診断に用いられる
前記制御データは、前記制御プログラムの、前記ヒータ
に所定電圧を印加するステップから前記内部抵抗値が所
定値に達したと判定されるステップまでの期間中におい
て前記内部抵抗値が所定値だけ変化するのに要する時間
であることを技術的特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, in the method for diagnosing abnormality of a gas concentration sensor according to the first aspect, the control data used for diagnosing the abnormality is obtained from a step of applying a predetermined voltage to the heater of the control program. A technical feature is that it is a time required for the internal resistance value to change by a predetermined value during a period up to a step where it is determined that the resistance value has reached a predetermined value.
【００１８】また、請求項６のガス濃度センサの異常診
断方法では、請求項１において、異常診断に用いられる
前記制御データは、前記制御プログラムの、前記ヒータ
に所定電圧を印加するステップから前記内部抵抗値が所
定値に達したと判定されるステップまでの期間中の所定
時間間隔における前記ヒータの印加電圧または供給電力
であることを技術的特徴とする。According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the control data used for the abnormality diagnosis is obtained from the step of applying a predetermined voltage to the heater in the control program. It is a technical feature that the voltage is the applied voltage or the supply power of the heater in a predetermined time interval until a step in which the resistance value is determined to have reached the predetermined value.
【００１９】また、請求項７のガス濃度センサの異常診
断方法では、請求項１において、異常診断に用いられる
前記制御データは、前記制御プログラムの、前記ヒータ
に所定電圧を印加するステップから前記内部抵抗値が所
定値に達したと判定されるステップまでの期間中の所定
時間間隔における前記ヒータの印加電圧の変化量または
供給電力の変化量であることを技術的特徴とする。In the method for diagnosing abnormality of a gas concentration sensor according to the present invention, the control data used for diagnosing the abnormality may be obtained from the step of applying a predetermined voltage to the heater in the control program. It is a technical feature that the change amount is a change amount of a voltage applied to the heater or a change amount of supplied power in a predetermined time interval until a step in which the resistance value is determined to have reached a predetermined value.
【００２０】また、請求項８のガス濃度センサの異常診
断方法では、請求項１において、異常診断に用いられる
前記制御データは、前記制御プログラムの、前記内部抵
抗の前記所定の目標値を変更するステップから前記内部
抵抗値が新たな所定値に達したと判定されるステップま
でに経過した時間であることを技術的特徴とする。[0020] In the method of diagnosing abnormality of a gas concentration sensor according to claim 8, the control data used for abnormality diagnosis changes the predetermined target value of the internal resistance of the control program. It is a technical feature that the time elapsed from the step to the step where it is determined that the internal resistance value has reached a new predetermined value.
【００２１】また、請求項９のガス濃度センサの異常診
断方法では、請求項１において、異常診断に用いられる
前記制御データは、前記制御プログラムの、前記内部抵
抗の前記所定の目標値を変更するステップから前記内部
抵抗値が新たな所定値に達したと判定されるステップま
での期間中の所定時間間隔における前記ヒータの印加電
圧または供給電力であることを技術的特徴とする。According to a ninth aspect of the present invention, in the first aspect, the control data used for the abnormality diagnosis changes the predetermined target value of the internal resistance of the control program. It is a technical feature that the voltage is applied voltage or supply power of the heater at a predetermined time interval during a period from a step to a step where it is determined that the internal resistance value has reached a new predetermined value.
【００２２】また、請求項１０のガス濃度センサの異常
診断方法では、請求項１において、異常診断に用いられ
る前記制御データは、前記制御プログラムの、前記内部
抵抗の前記所定の目標値を変更するステップから前記内
部抵抗値が新たな所定値に達したと判定されるステップ
までの期間中の所定時間間隔における前記ヒータの印加
電圧の変化量または供給電力の変化量であることを技術
的特徴とする。According to a tenth aspect of the present invention, in the first aspect, the control data used for the abnormality diagnosis changes the predetermined target value of the internal resistance in the control program. A technical feature that the amount of change in applied voltage or supply power of the heater in a predetermined time interval during a period from a step to a step in which the internal resistance value is determined to reach a new predetermined value. I do.
【００２３】また、請求項１１のガス濃度センサの異常
診断方法では、請求項１において、異常診断に用いられ
る前記制御データは、前記制御プログラムの、前記ヒー
タの印加電圧または供給電力を変更するステップから前
記内部抵抗値が新たな所定値に達したと判定されるステ
ップまでに経過した時間であることを技術的特徴とす
る。In the method for diagnosing abnormality of a gas concentration sensor according to claim 11, the control data used for diagnosing abnormality is a step of changing an applied voltage or supply power of the heater in the control program. It is a technical feature that this is the time that has elapsed from the time when it is determined that the internal resistance value has reached a new predetermined value.
【００２４】また、請求項１２のガス濃度センサの異常
診断方法では、請求項１において、異常診断に用いられ
る前記制御データは、前記制御プログラムの、前記ヒー
タの印加電圧または供給電力を変更するステップから所
定時間経過後の前記内部抵抗値であることを技術的特徴
とする。According to a twelfth aspect of the present invention, in the first aspect, the control data used for the abnormality diagnosis includes changing the applied voltage or supply power of the heater in the control program. It is a technical feature that the internal resistance value is a predetermined time after the elapse of a predetermined time.
【００２５】また、請求項１３のガス濃度センサの異常
診断方法では、請求項１において、異常診断に用いられ
る前記制御データは、前記制御プログラムの、前記ヒー
タの印加電圧または供給電力を変更するステップから前
記内部抵抗値が新たな所定値に達したと判定されるステ
ップまでの期間中の所定時間間隔における前記内部抵抗
の変化量であることを技術的特徴とする。According to a thirteenth aspect of the present invention, in the first aspect, the control data used for the abnormality diagnosis is a step of changing an applied voltage or supply power of the heater in the control program. And a step of determining that the internal resistance value has reached a new predetermined value.
【００２６】また、請求項１４のガス濃度センサの異常
診断方法では、請求項１において、異常診断に用いられ
る前記制御データは、前記制御プログラムの、前記ヒー
タの印加電圧または供給電力を変更するステップから前
記内部抵抗値が新たな所定値に達したと判定されるステ
ップまでの期間中の所定時間間隔において前記内部抵抗
値が所定値だけ変化するのに要する時間であることを技
術的特徴とする。According to a fourteenth aspect of the present invention, in the first aspect, the control data used for the abnormality diagnosis includes changing the applied voltage or supply power of the heater in the control program. From the time when it is determined that the internal resistance value has reached the new predetermined value to the time when it is determined that the internal resistance value has reached the new predetermined value. .
【００２７】また、請求項１５のガス濃度センサの異常
診断方法では、請求項２〜１４のいずれか一項におい
て、前記固体電解質体の周囲温度は、前記異常診断に用
いられる前記制御データに影響を与えない範囲にあるこ
とを技術的特徴とする。According to a fifteenth aspect of the present invention, in the method for diagnosing abnormality of a gas concentration sensor according to any one of the second to fourteenth aspects, the ambient temperature of the solid electrolyte body affects the control data used for the abnormality diagnosis. Is a technical feature that the range is not given.
【００２８】また、請求項１６のガス濃度センサの異常
診断方法では、請求項２〜１５のいずれか一項におい
て、前記固体電解質体の内部抵抗の測定は、所定の周波
数以上の高周波成分を含んだ既知の電圧値の交番電圧ま
たはパルス電圧を前記固体電解質体に印加して、その際
に前記固体電解質体に流れる電流値を検出し、前記電圧
値と前記電流値から前記内部抵抗を測定することを技術
的特徴とする。[0028] In the method for diagnosing abnormality of a gas concentration sensor according to claim 16, in any one of claims 2 to 15, the measurement of the internal resistance of the solid electrolyte body includes a high frequency component of a predetermined frequency or higher. An alternating voltage or a pulse voltage of a known voltage value is applied to the solid electrolyte body, a current value flowing through the solid electrolyte body is detected at that time, and the internal resistance is measured from the voltage value and the current value. This is a technical feature.
【００２９】また、請求項１７のガス濃度センサの異常
診断方法では、請求項２〜１５のいずれか一項におい
て、前記固体電解質体の内部抵抗の測定は、所定の周波
数以上の高周波成分を含んだ既知の電流値の交番電流ま
たはパルス電流を前記固体電解質体に供給して、その際
に前記固体電解質体に発生する電圧値を検出し、前記電
流値と前記電圧値から前記内部抵抗を測定することを技
術的特徴とする。In the method for diagnosing abnormality of a gas concentration sensor according to a seventeenth aspect, in any one of the second to fifteenth aspects, the measurement of the internal resistance of the solid electrolyte body includes a high-frequency component of a predetermined frequency or more. An alternating current or a pulse current of a known current value is supplied to the solid electrolyte body, a voltage value generated in the solid electrolyte body is detected at that time, and the internal resistance is measured from the current value and the voltage value. Is a technical feature.
【００３０】固体電解質体が劣化し内部抵抗が上昇する
と、正確な温度が測定されなくなるので、センサ温度を
正確にコントロールできなくなり、センサ出力が異常に
なるが、これまではそれが検出できなかった。その為、
センサの異常な出力によって長時間エンジンが制御され
ることになり、自動車からの排気ガス中の有害成分が増
加していた。請求項１〜１４の発明によれば、固体電解
質体の劣下が検出できるのでセンサが劣化したことを正
確に検出でき、早期にセンサの交換を促すことで排気ガ
ス中の有害成分の増加を防止することができる。If the solid electrolyte body deteriorates and the internal resistance rises, an accurate temperature cannot be measured. Therefore, the sensor temperature cannot be controlled accurately, and the sensor output becomes abnormal. . For that reason,
The abnormal output of the sensor has caused the engine to be controlled for a long time, and harmful components in exhaust gas from automobiles have increased. According to the invention of claims 1 to 14, since deterioration of the solid electrolyte body can be detected, it is possible to accurately detect that the sensor has deteriorated, and to promptly replace the sensor, thereby reducing the increase of harmful components in the exhaust gas. Can be prevented.
【００３１】請求項１５の発明では、固体電解質体の周
囲温度は、異常診断に用いられる制御データに影響を与
えない範囲にある。これにより、固体電解質体の周囲温
度による影響を受けることなく、固体電解質体の内部抵
抗の増加を検出することができるので、固体電解質体の
周囲温度による影響を考慮することなくして、ガス濃度
センサの異常を診断することができる。したがって、固
体電解質体の周囲温度による影響を考慮することなく、
固体電解質体の劣化による異常を診断することができ
る。According to the fifteenth aspect, the ambient temperature of the solid electrolyte body is in a range that does not affect control data used for abnormality diagnosis. As a result, an increase in the internal resistance of the solid electrolyte body can be detected without being affected by the ambient temperature of the solid electrolyte body. Therefore, the gas concentration sensor can be detected without considering the influence of the ambient temperature of the solid electrolyte body. Abnormalities can be diagnosed. Therefore, without considering the influence of the ambient temperature of the solid electrolyte body,
An abnormality due to deterioration of the solid electrolyte body can be diagnosed.
【００３２】請求項１６、１７の発明では、所定周波数
以上の高周波成分によって、固体電解質体の内部抵抗を
選択的に測定することができるので、内部抵抗の劣下を
高精度に測定することができる。値の変化を、内部抵抗
値を所定の目標値にするようにプログラムされた制御プ
ログラムの制御データを用いて検出し、ガス濃度センサ
の異常を診断する。これにより、当該制御データから、
固体電解質体の経時変化による内部抵抗の変化を検出す
ることができるので、例えばこの内部抵抗が経時変化に
より増加した場合には、それにより固体電解質体の劣
化、つまりガス濃度センサの異常を診断することができ
る。According to the sixteenth and seventeenth aspects of the present invention, the internal resistance of the solid electrolyte body can be selectively measured by a high-frequency component equal to or higher than a predetermined frequency. it can. A change in the value is detected using control data of a control program programmed to set the internal resistance value to a predetermined target value, and an abnormality of the gas concentration sensor is diagnosed. Thereby, from the control data,
Since a change in internal resistance due to a change over time of the solid electrolyte body can be detected, for example, if the internal resistance increases due to a change over time, deterioration of the solid electrolyte body, that is, abnormality of the gas concentration sensor is diagnosed. be able to.
【００３３】[0033]
【発明の実施の形態】以下、本発明のガス濃度センサの
異常診断方法の実施形態について図を参照して説明す
る。図１は、本発明の一実施態様に係る全領域酸素セン
サ（以下「センサ素子」という）とそのコントローラを
示している。２つのセルを接合したセンサ素子１０は内
燃機関を備える自動車等の排気ガス系に配設される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a method for diagnosing abnormality of a gas concentration sensor according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an entire-area oxygen sensor (hereinafter, referred to as “sensor element”) and a controller thereof according to an embodiment of the present invention. The sensor element 10 in which two cells are joined is disposed in an exhaust gas system of an automobile having an internal combustion engine.
【００３４】このセンサ素子１０は、排気ガス中の酸素
濃度を測定するとともに、センサ素子１０の温度を測定
するコントローラ５０に接続されている。このセンサ素
子１０には、ヒータ制御回路６０にて制御されるヒータ
７０が、セラミック系接合剤を介して取り付けられてい
る。ヒータ７０は、絶縁材料としてアルミナ等のセラミ
ックからなり、その内部にはヒータ配線７２が配設され
ている。ヒータ制御回路６０は、コントローラ５０によ
り測定されるセンサ素子１０の温度を目標値に保つよう
に、ヒータ７０へ電力を供給し、センサ素子１０の温度
を目標値に維持するように機能する。なお、コントロー
ラ５０は、マイクロコンピュータ、メモリ、入出力イン
タフェース等を備えており、メモリに内蔵された制御プ
ログラムにより所定の制御処理を実行し得るように構成
されている。The sensor element 10 is connected to a controller 50 which measures the oxygen concentration in the exhaust gas and also measures the temperature of the sensor element 10. A heater 70 controlled by a heater control circuit 60 is attached to the sensor element 10 via a ceramic bonding agent. The heater 70 is made of a ceramic such as alumina as an insulating material, and has a heater wiring 72 disposed therein. The heater control circuit 60 functions to supply power to the heater 70 so as to maintain the temperature of the sensor element 10 measured by the controller 50 at the target value, and to maintain the temperature of the sensor element 10 at the target value. The controller 50 includes a microcomputer, a memory, an input / output interface, and the like, and is configured to execute a predetermined control process by a control program stored in the memory.
【００３５】センサ素子１０は、ポンプセル１４、多孔
質拡散層１８、起電力セル２４および補強板３０を積層
することにより構成されている。ポンプセル１４は、酸
素イオン伝導性固体電解質材料である安定化または部分
安定化ジルコニア（ＺｒＯ2 ）により形成され、その表
面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された多孔質
電極１２、１６を有している。測定ガスに晒される表面
側の多孔質電極１２は、Ｉｐ電流を流すためにＩｐ＋電
圧が印加されるのでＩｐ＋電極として参照する。また裏
面側の多孔質電極１６は、Ｉｐ電流を流すためにＩｐ−
電圧が印加されるのでＩｐ−電極として参照する。The sensor element 10 is constituted by laminating a pump cell 14, a porous diffusion layer 18, an electromotive force cell 24 and a reinforcing plate 30. The pump cell 14 is made of stabilized or partially stabilized zirconia (ZrO 2 ), which is an oxygen ion conductive solid electrolyte material, and has porous electrodes 12 and 16 mainly made of platinum on its front and rear surfaces, respectively. ing. The porous electrode 12 on the surface side exposed to the measurement gas is referred to as an Ip + electrode because an Ip + voltage is applied to flow an Ip current. In addition, the porous electrode 16 on the back side has an Ip−
Since a voltage is applied, it is referred to as an Ip-electrode.
【００３６】起電力セル２４も同様に安定化または部分
安定化ジルコニア（ＺｒＯ2 ）により形成され、その表
面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された多孔質
電極２２、２８を有している。ポンプセル１４と起電力
セル２４との間には、多孔質拡散層１８により包囲され
た間隙２０が形成されている。The electromotive force cell 24 is also made of stabilized or partially stabilized zirconia (ZrO 2 ), and has porous electrodes 22 and 28 mainly made of platinum on its front and rear surfaces, respectively. A gap 20 surrounded by the porous diffusion layer 18 is formed between the pump cell 14 and the electromotive force cell 24.
【００３７】即ち、この間隙２０は、多孔質拡散層１８
を介して測定ガス雰囲気と連通されている。間隙２０側
に配設された多孔質電極２２は、起電力セル２４の起電
力のマイナス電圧が生じるためＶｓ−電極として参照
し、また基準酸素室２６側に配設された多孔質電極２８
は、起電力セル２４の起電力のプラス電圧が生じるため
Ｖｓ＋電極として参照する。基準酸素室２６の基準酸素
は多孔質電極２２から一定量の酸素を多孔質電極２８に
ポンピングすることにより生成する。That is, the gap 20 is formed in the porous diffusion layer 18.
And the measurement gas atmosphere. The porous electrode 22 disposed on the gap 20 side is referred to as a Vs-electrode because a negative voltage of the electromotive force of the electromotive force cell 24 is generated, and the porous electrode 28 disposed on the reference oxygen chamber 26 side.
Is referred to as a Vs + electrode because a positive voltage of the electromotive force of the electromotive force cell 24 is generated. The reference oxygen in the reference oxygen chamber 26 is generated by pumping a certain amount of oxygen from the porous electrode 22 to the porous electrode 28.
【００３８】ここで、測定ガスの酸素濃度と間隙２０の
酸素濃度との差に応じた酸素が、間隙２０側に多孔質拡
散層１８を介して拡散して行く。間隙２０内の雰囲気が
理論空燃比に保たれるとき、ほぼ酸素濃度が一定に保た
れている基準酸素室２６との間の酸素濃度差により、起
電力セル２４のＶｓ＋電極２８とＶｓ−電極２２との間
には、約４５０ｍＶの電位差が生じる。このため、コン
トローラ５０は、ポンプセル１４に流す電流Ｉｐを、上
記起電力セル２４の起電圧Ｖｓが４５０ｍＶとなるよう
に調整することで、間隙２０内の雰囲気を理論空燃比に
保ち、この理論空燃比に保つためのポンプセル電流量Ｉ
ｐに基づき、測定ガス中の酸素濃度を測定する。Here, oxygen corresponding to the difference between the oxygen concentration of the measurement gas and the oxygen concentration in the gap 20 diffuses toward the gap 20 via the porous diffusion layer 18. When the atmosphere in the gap 20 is maintained at the stoichiometric air-fuel ratio, the Vs + electrode 28 and the Vs− electrode of the electromotive force cell 24 are generated due to the difference in oxygen concentration between the reference oxygen chamber 26 in which the oxygen concentration is kept substantially constant. 22, a potential difference of about 450 mV is generated. For this reason, the controller 50 maintains the atmosphere in the gap 20 at the stoichiometric air-fuel ratio by adjusting the current Ip flowing through the pump cell 14 so that the electromotive voltage Vs of the electromotive force cell 24 becomes 450 mV. Pump cell current I for maintaining fuel ratio
The oxygen concentration in the measurement gas is measured based on p.
【００３９】図２(A) は、固体電解質体の内部抵抗、即
ち起電力セル２４の内部抵抗Ｒpvsを等価回路にモデル
化したものを示している。起電力セル２４は、前述した
ようにジルコニアにより形成されているため、図２(A)
に示すようなインピーダンスモデルにより表すことがで
きる。そして、この図２(A) に示す電極の界面抵抗Ｒ４
は、ガス雰囲気により変化するが、粒内抵抗Ｒ２および
粒界抵抗Ｒ３は、ジルコニアの物性により決定され周囲
温度を一定の関係にある。そのため、内部抵抗Ｒpvs と
センサ素子の温度との関係は、図２(B) に示すような特
性曲線になることから、内部抵抗Ｒpvs の値により、ポ
ンプセル１４および起電力セル２４の活性判断や、ヒー
タ７０による加熱温度を制御することができる。FIG. 2A shows the internal resistance of the solid electrolyte body, that is, the internal resistance Rpvs of the electromotive force cell 24 modeled as an equivalent circuit. Since the electromotive force cell 24 is formed of zirconia as described above, FIG.
Can be represented by an impedance model as shown in FIG. The interface resistance R4 of the electrode shown in FIG.
Varies depending on the gas atmosphere, but the intragranular resistance R2 and the grain boundary resistance R3 are determined by the physical properties of zirconia and have a constant relationship with the ambient temperature. Therefore, the relationship between the internal resistance Rpvs and the temperature of the sensor element has a characteristic curve as shown in FIG. 2 (B). The heating temperature by the heater 70 can be controlled.
【００４０】また、図２(A) に示すインピーダンスモデ
ル中の静電容量Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は、Ｃ２、Ｃ３＜＜Ｃ
４の関係にある。そのため、所定の周波数以上の高周波
成分を含んだ既知の電圧値の交番電圧またはパルス電圧
を印加、あるいは所定の周波数以上の高周波成分を含ん
だ既知の電流値の交番電流またはパルス電流を固体電解
質体に供給することにより、リードから粒界までの抵抗
値（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）、即ち内部抵抗Ｒpvs を測定す
ることができる。なお、この内部抵抗Ｒpvs と区別し
て、電極の界面抵抗まで含めた全体の抵抗（Ｒ１＋Ｒ２
＋Ｒ３＋Ｒ４）をＲivs と称する。The capacitances C2, C3, and C4 in the impedance model shown in FIG.
There is a relationship of 4. Therefore, an alternating voltage or a pulse voltage of a known voltage value including a high frequency component of a predetermined frequency or more is applied, or an alternating current or a pulse current of a known current value including a high frequency component of a predetermined frequency or more is applied to the solid electrolyte body. , The resistance value from the lead to the grain boundary (R1 + R2 + R3), that is, the internal resistance Rpvs can be measured. Note that, apart from the internal resistance Rpvs, the total resistance (R1 + R2
+ R3 + R4) is referred to as Rivs.
【００４１】このような起電力セル２４の内部抵抗Ｒpv
s は、コントローラ５０により測定される。具体的に
は、活性状態にある起電力セル２４に所定方向の測定電
流（既知）を所定期間供給し、この測定電流の供給前後
に発生する起電力セル２４の電位差ΔＶｓを測定する。
そして、この測定した電位差ΔＶｓを既知である測定電
流値で割ることにより、起電力セル２４の内部抵抗Ｒpv
s を算出する。なお、この測定電流による電荷が起電力
セル２４のコンデンサ（図２に示すＣ２〜Ｃ４）に蓄え
られるため、測定電流とは逆方向に流れる電流を、測定
電流の遮断後に供給する。つまり、所定の周波数以上の
高周波成分を含んだ既知の電流値の交番電圧またはパル
ス電圧を印加を固体電解質体に供給する。The internal resistance Rpv of such an electromotive force cell 24
s is measured by the controller 50. Specifically, a measurement current (known) in a predetermined direction is supplied to the electromotive force cell 24 in an active state for a predetermined period, and a potential difference ΔVs of the electromotive force cell 24 generated before and after the supply of the measurement current is measured.
Then, by dividing the measured potential difference ΔVs by a known measurement current value, the internal resistance Rpv of the electromotive force cell 24 is calculated.
Calculate s. Since the charges due to the measurement current are stored in the capacitors (C2 to C4 shown in FIG. 2) of the electromotive force cell 24, the current flowing in the opposite direction to the measurement current is supplied after the interruption of the measurement current. That is, an alternating voltage or a pulse voltage of a known current value including a high-frequency component of a predetermined frequency or more is supplied to the solid electrolyte body.
【００４２】次に、このような起電力セル２４の経時変
化による内部抵抗Ｒpvs の変化を、コントローラ５０に
よる制御プログラムの制御データを用いて検出し、セン
サ素子１０の異常を診断する一連の処理例１〜３を図３
〜図５に基づいて説明する。Next, a change in the internal resistance Rpvs due to such a change over time of the electromotive force cell 24 is detected using control data of a control program by the controller 50, and a series of processing examples for diagnosing an abnormality of the sensor element 10 are performed. 3 to 3
This will be described with reference to FIG.
【００４３】[処理例１］図３に示すように、処理例１
は、エンジンの始動直後から開始されるもので、内部抵
抗Ｒpvs が目標値に到達する時間によりセンサ素子１０
の故障判定をするものである。まず、ステップＳ１０１
によりイグニッション−ＯＮを検出すると、次のステッ
プＳ１０３によりエンジン水温が所定温度Ｔｃより低い
か否かを判断し、エンジン水温Ｔｃに適合した劣化判定
マップ（劣化判定ＭＡＰ−Ｈot、またはＭＡＰ−Cold）
を選択する。そして、ステップＳ１０５によりエンジン
の始動後、ステップＳ１０７によりＩcp電流の供給を開
始する。[Processing Example 1] As shown in FIG.
Is started immediately after the start of the engine, and the sensor element 10 is determined by the time when the internal resistance Rpvs reaches the target value.
Is determined. First, step S101
When the ignition-ON is detected in step S103, it is determined in next step S103 whether the engine coolant temperature is lower than a predetermined temperature Tc, and a deterioration determination map (deterioration determination MAP-Hot or MAP-Cold) suitable for the engine coolant temperature Tc is determined.
Select Then, after starting the engine in step S105, the supply of the Icp current is started in step S107.
【００４４】次に、ステップＳ１０９によりエンジン回
転数Ｎｅ１、吸入圧力ＰＢ１およびスロットル弁の開度
ＴＨ１からエンジン状態を確認する。そして、このステ
ップＳ１０９により急激な加減速等の状態変動がエンジ
ンにないと判断すると、次のステップＳ１１１に処理を
移行しこの時の時刻Ｔ11を計時する。なお、この時刻Ｔ
11は次ステップＳ１１３によるヒータ通電開始時刻に相
当する。Next, in step S109, the engine state is confirmed from the engine speed Ne1, the suction pressure PB1, and the throttle valve opening TH1. If it is determined in step S109 that there is no sudden state change such as acceleration or deceleration in the engine, the process proceeds to the next step S111, and time T11 at this time is measured. Note that this time T
11 corresponds to the heater energization start time in the next step S113.
【００４５】続くステップＳ１１３では、ヒータ制御回
路６０によりセンサ素子１０のヒータ７０の通電を開始
し、さらにステップＳ１１５により起電力セル２４の電
圧Ｖｓを測定する。そして、ステップＳ１１７により、
電圧Ｖｓから内部抵抗Ｒpvsの測定を開始できるか否か
を判断し、測定できる状態（Ｖｓ＞Ｖsrpvs ）にあると
判断できれば、続くステップＳ１１９により、起電力セ
ル２４の内部抵抗Ｒpvs の測定を行う。In the following step S113, the heater control circuit 60 starts energization of the heater 70 of the sensor element 10, and the voltage Vs of the electromotive force cell 24 is measured in step S115. Then, by step S117,
It is determined whether or not the measurement of the internal resistance Rpvs can be started from the voltage Vs. If it can be determined that the measurement is possible (Vs> Vsrpvs), the internal resistance Rpvs of the electromotive force cell 24 is measured in the subsequent step S119.
【００４６】ここでステップＳ１２１により、ステップ
Ｓ１１９で測定した内部抵抗Ｒpvsの値が所定値Ｒ11よ
りも小さいか否かを判断する。即ち、起電力セル２４が
活性状態に達したか否かを判断する。もし、測定した内
部抵抗Ｒpvsが所定値Ｒ11よりも小さいと判断できない
ときは（ステップＳ１２１でＮｏ）、起電力セル２４が
異常である蓋然性が高いのでセンサ素子１０の故障と判
定し、故障判定フラグ等をセットして一連の処理を終了
する。Here, in step S121, it is determined whether or not the value of the internal resistance Rpvs measured in step S119 is smaller than a predetermined value R11. That is, it is determined whether the electromotive force cell 24 has reached the active state. If the measured internal resistance Rpvs cannot be determined to be smaller than the predetermined value R11 (No in step S121), it is determined that the sensor element 10 has failed because the probability of the electromotive force cell 24 being abnormal is high, and a failure determination flag is set. Are set, and the series of processing ends.
【００４７】一方、ステップＳ１２１により、測定した
内部抵抗Ｒpvsが所定値Ｒ11よりも小さいと判断したと
きには（ステップＳ１２１でＹｅｓ）、次のステップＳ
１２３に処理を移行し、ステップＳ１２３によりエンジ
ン回転数Ｎｅ２、吸入圧力ＰＢ２およびスロットル弁の
開度ＴＨ２からエンジン状態を確認する。そして、この
ステップＳ１２３により急激な加減速等の状態変動がエ
ンジンにないと判断すると、次のステップＳ１２５に処
理を移行しこの時の時刻Ｔ12を計時する。なお、この時
刻Ｔ12はステップＳ１２１による内部抵抗Ｒpvs の値が
所定値Ｒ11よりも小さいか否かの判断時刻に相当する。On the other hand, when it is determined in step S121 that the measured internal resistance Rpvs is smaller than the predetermined value R11 (Yes in step S121), the next step S121 is performed.
The process proceeds to 123, and in step S123, the engine state is confirmed from the engine speed Ne2, the suction pressure PB2, and the throttle valve opening TH2. If it is determined in step S123 that there is no sudden state change such as acceleration or deceleration in the engine, the process proceeds to the next step S125, and time T12 at this time is measured. Note that this time T12 corresponds to the time at step S121 for determining whether or not the value of the internal resistance Rpvs is smaller than a predetermined value R11.
【００４８】ステップＳ１２７では、起電力セル２４の
内部抵抗Ｒpvs が所定の目標値Ｒ12に到達したか否かを
判断する。ここで、目標値Ｒ12よりも小さい、即ち目標
値Ｒ12に到達したと判断できないときは（ステップＳ１
２７でＮｏ）、起電力セル２４が異常である蓋然性が高
いのでセンサ素子１０の故障と判定し、故障判定フラグ
等をセットして一連の処理を終了する。In step S127, it is determined whether or not the internal resistance Rpvs of the electromotive force cell 24 has reached a predetermined target value R12. Here, if it is not determined that the value is smaller than the target value R12, that is, it is not determined that the target value R12 has been reached (step S1).
Since the probability that the electromotive force cell 24 is abnormal is high, it is determined that the sensor element 10 has failed, a failure determination flag and the like are set, and a series of processing ends.
【００４９】一方、内部抵抗Ｒpvs が所定の目標値Ｒ12
に到達したと判断できれば（ステップＳ１２７でＹｅ
ｓ）、続くステップＳ１２９で再びエンジン状態を確認
し、次ステップＳ１３１に処理を移行しこの時の時刻Ｔ
13を計時する。なお、この時刻Ｔ13はステップＳ１２７
による内部抵抗Ｒpvs の値が所定の目標値Ｒ12に到達し
たか否かの判断時刻に相当する。On the other hand, the internal resistance Rpvs is set to a predetermined target value R12.
Is determined to have been reached (Yes in step S127).
s) Then, in the next step S129, the engine state is confirmed again, and the processing shifts to the next step S131, at which time T
Clock 13 It should be noted that this time T13 corresponds to step S127.
Corresponds to the time when it is determined whether or not the value of the internal resistance Rpvs has reached a predetermined target value R12.
【００５０】ステップＳ１３３では、ステップＳ１２
１、Ｓ１２７の判断処理に用いた所定値Ｒ11、Ｒ12、時
刻Ｔ11、Ｔ12、Ｔ13から、起電力セル２４の劣化判定を
行う。即ち、ヒータ７０への通電開始時刻Ｔ11からス
テップＳ１２１による判断時刻までに要した時間（Ｔ21
−Ｔ11）、あるいはヒータ７０への通電開始時刻Ｔ11
からステップＳ１２７による判断時刻までに要した時間
（Ｔ31−Ｔ11）が、それぞれ所定の時間内であったか否
かの判断を行う。In step S133, step S12
1. Deterioration determination of the electromotive force cell 24 is performed based on the predetermined values R11, R12 and times T11, T12, T13 used in the determination processing of S127. That is, the time (T21) required from the power supply start time T11 to the heater 70 to the determination time in step S121.
-T11) or the time T11 at which the heater 70 is energized.
Then, it is determined whether or not the time (T31-T11) required from the time to the determination time in step S127 is within a predetermined time.
【００５１】また、ステップＳ１２１による判断から
ステップＳ１２７による判断までに要した時間（Ｔ13−
Ｔ12）が、所定の時間内であったか否か、さらには当
該時間（Ｔ13−Ｔ12）内の内部抵抗Ｒpvs の変化量を
（（Ｒ11−Ｒ12）／（Ｔ13−Ｔ12））により算出し、そ
の変化量が所定の範囲内にあるか否かの判断を行う。Also, the time required from the determination in step S121 to the determination in step S127 (T13−
(T12) is within a predetermined time, and the amount of change in the internal resistance Rpvs within the time (T13-T12) is calculated by ((R11-R12) / (T13-T12)). A determination is made whether the amount is within a predetermined range.
【００５２】ステップＳ１３３による〜のいずれか
の判断により、起電力セル２４が劣化していないと判断
されると（ステップＳ１３３でＹｅｓ）、センサ素子１
０の故障はない旨の判定がなされ、一連の処理が終了す
る。また、起電力セル２４が劣化していないと判断でき
ないと（ステップＳ１３３でＮｏ）、起電力セル２４が
異常である蓋然性が高いのでセンサ素子１０の故障と判
定し、故障判定フラグ等をセットして一連の処理を終了
する。If it is determined that the electromotive force cell 24 has not deteriorated by any of the determinations (1) to (5) in step S133 (Yes in step S133), the sensor element 1
It is determined that there is no failure of 0, and a series of processing ends. If it is not determined that the electromotive force cell 24 has not deteriorated (No in step S133), it is highly probable that the electromotive force cell 24 is abnormal, so it is determined that the sensor element 10 has failed, and a failure determination flag or the like is set. To terminate a series of processing.
【００５３】[処理例２］図４に示す通りである。 [処理例３］図５に示す通りである。[Processing Example 2] As shown in FIG. [Processing Example 3] As shown in FIG.
【００５４】以上説明したように、本実施形態に係るガ
ス濃度センサの異常診断方法によると、起電力セル２４
の経時変化による起電力セル２４の内部抵抗Ｒpvs の変
化を、内部抵抗Ｒpvs を所定の目標値にするようにプロ
グラムされたコントローラ５０による制御プログラムの
制御データを用いて検出し、センサ素子１０の異常を診
断する。これにより、当該制御データから、起電力セル
２４の経時変化による内部抵抗Ｒpvs の変化を検出する
ことができるので、例えばこの内部抵抗Ｒpvsが経時変
化により増加した場合には、それにより起電力セル２４
の劣化、つまりセンサ素子１０の異常を診断することが
できる。したがって、ヒータ７０により加熱する起電力
セル２４の内部抵抗Ｒpvs を検出し、内部抵抗Ｒpvs を
所定の目標値にするようにプログラムされた制御プログ
ラムによってヒータ７０への供給電力が制御されるガス
濃度センサにおいては、起電力セル２４の劣化による異
常を診断することができるので、ヒータ７０の異常加熱
を防止し得る効果がある。As described above, according to the abnormality diagnosis method for the gas concentration sensor according to the present embodiment, the electromotive force cell 24
The change in the internal resistance Rpvs of the electromotive force cell 24 due to the change with time is detected using control data of a control program by the controller 50 programmed to set the internal resistance Rpvs to a predetermined target value, and the abnormality of the sensor element 10 is detected. Diagnose. This makes it possible to detect a change in the internal resistance Rpvs due to the aging of the electromotive force cell 24 from the control data. For example, when the internal resistance Rpvs increases due to the aging, the electromotive force cell 24
Deterioration, that is, abnormality of the sensor element 10 can be diagnosed. Therefore, a gas concentration sensor that detects the internal resistance Rpvs of the electromotive force cell 24 heated by the heater 70 and controls the power supplied to the heater 70 by a control program programmed to set the internal resistance Rpvs to a predetermined target value. In this case, an abnormality due to deterioration of the electromotive force cell 24 can be diagnosed, so that there is an effect that abnormal heating of the heater 70 can be prevented.
【００５５】[0055]
【発明の効果】固体電解質体が劣化し内部抵抗が上昇す
ると、正確な温度が測定されなくなるので、センサ温度
を正確にコントロールできなくなり、センサ出力が異常
になるが、これまではそれが検出できなかった。その
為、センサの異常な出力によって長時間エンジンが制御
されることになり、自動車からの排気ガス中の有害成分
が増加していた。請求項１〜１４の発明によれば、固体
電解質体の劣下が検出できるのでセンサが劣化したこと
を正確に検出でき、早期にセンサの交換を促すことで排
気ガス中の有害成分の増加を防止することができる。According to the present invention, when the solid electrolyte body deteriorates and the internal resistance rises, the temperature cannot be accurately measured. Therefore, the sensor temperature cannot be accurately controlled, and the sensor output becomes abnormal. Did not. Therefore, the engine is controlled for a long time by the abnormal output of the sensor, and the harmful component in the exhaust gas from the automobile has increased. According to the invention of claims 1 to 14, since deterioration of the solid electrolyte body can be detected, it is possible to accurately detect that the sensor has deteriorated, and to promptly replace the sensor, thereby reducing the increase of harmful components in the exhaust gas. Can be prevented.
【００５６】請求項１５の発明では、固体電解質体の周
囲温度は、異常診断に用いられる制御データに影響を与
えない範囲にある。これにより、固体電解質体の周囲温
度による影響を受けることなく、固体電解質体の内部抵
抗の増加を検出することができるので、固体電解質体の
周囲温度による影響を考慮することなくして、ガス濃度
センサの異常を診断することができる。したがって、固
体電解質体の周囲温度による影響を考慮することなく、
固体電解質体の劣化による異常を診断することができ
る。According to the fifteenth aspect, the ambient temperature of the solid electrolyte is in a range that does not affect control data used for abnormality diagnosis. As a result, an increase in the internal resistance of the solid electrolyte body can be detected without being affected by the ambient temperature of the solid electrolyte body. Therefore, the gas concentration sensor can be detected without considering the influence of the ambient temperature of the solid electrolyte body. Abnormalities can be diagnosed. Therefore, without considering the influence of the ambient temperature of the solid electrolyte body,
An abnormality due to deterioration of the solid electrolyte body can be diagnosed.
【００５７】請求項１６、１７の発明では、所定周波数
以上の高周波成分によって、固体電解質体の内部抵抗を
選択的に測定することができるので、内部抵抗の劣下を
高精度に測定することができる。According to the sixteenth and seventeenth aspects, the internal resistance of the solid electrolyte body can be selectively measured by a high-frequency component equal to or higher than a predetermined frequency, so that the deterioration of the internal resistance can be measured with high accuracy. it can.
【図１】本発明の一実施形態に係るセンサ素子とその異
常診断装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a sensor element and an abnormality diagnosis device thereof according to an embodiment of the present invention.
【図２】本実施形態に係るセンサ素子の固体電解質体の
特性を示す説明図で、図２(A)は固体電解質体の内部抵
抗Ｒpvs を等価回路にモデル化したもの、図２(B) は内
部抵抗Ｒpvs とセンサ素子の温度との関係を示すもので
ある。FIG. 2 is an explanatory diagram showing characteristics of a solid electrolyte body of the sensor element according to the embodiment. FIG. 2 (A) is a diagram in which the internal resistance Rpvs of the solid electrolyte body is modeled as an equivalent circuit, and FIG. Shows the relationship between the internal resistance Rpvs and the temperature of the sensor element.
【図３】本実施形態に係る異常診断装置による処理例１
の流れを示すフローチャートである。FIG. 3 is a processing example 1 of the abnormality diagnosis device according to the embodiment;
It is a flowchart which shows the flow of.
【図４】本実施形態に係る異常診断装置による処理例２
の流れを示すフローチャートである。FIG. 4 is a processing example 2 of the abnormality diagnosis apparatus according to the embodiment;
It is a flowchart which shows the flow of.
【図５】本実施形態に係る異常診断装置による処理例３
の流れを示すフローチャートである。FIG. 5 is a processing example 3 by the abnormality diagnosis device according to the embodiment;
It is a flowchart which shows the flow of.
１０ センサ素子（ガス濃度センサ） １２ 多孔質電極 １４ ポンプセル（固体電解質体） １６ 多孔質電極 １８ 多孔質拡散層 ２０ 間隙 ２２ 多孔質電極 ２４ 起電力セル（固体電解質体） ２６ 酸素基準室 ２８ 多孔質電極 ５０ コントローラ ６０ ヒータ制御回路 ７０ ヒータ Reference Signs List 10 sensor element (gas concentration sensor) 12 porous electrode 14 pump cell (solid electrolyte) 16 porous electrode 18 porous diffusion layer 20 gap 22 porous electrode 24 electromotive force cell (solid electrolyte) 26 oxygen reference chamber 28 porous Electrode 50 Controller 60 Heater control circuit 70 Heater
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早川 暢博 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 (72)発明者 寺本 諭司 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 (72)発明者 加藤 剛 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 (72)発明者 石田 雄一 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Nobuhiro Hayakawa 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi Inside Japan Specialty Ceramics Co., Ltd. (72) Inventor Tsuyoshi Kato 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi Inside Japan Special Ceramics Co., Ltd. (72) Inventor Yuichi Ishida 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya City Inside Japan Special Ceramics Co., Ltd.
Claims (17)
部抵抗値を検出し、該内部抵抗値を所定の目標値にする
ようにプログラムされた制御プログラムによって該ヒー
タへの供給電力が制御されるガス濃度センサを、診断す
るガス濃度センサの異常診断方法において、 前記固体電解質体の経時変化による前記内部抵抗値の変
化を、前記制御プログラムの制御データを用いて検出
し、前記ガス濃度センサの異常を診断することを特徴と
するガス濃度センサの異常診断方法。1. A gas in which electric power supplied to a heater is controlled by a control program programmed to detect an internal resistance value of a solid electrolyte body to be heated by the heater and to set the internal resistance value to a predetermined target value. In a method of diagnosing a concentration sensor and a gas concentration sensor for diagnosing, the change in the internal resistance value due to the aging of the solid electrolyte body is detected using control data of the control program, and the abnormality of the gas concentration sensor is detected. A method for diagnosing an abnormality of a gas concentration sensor, comprising diagnosing the abnormality.
は、 前記制御プログラムの、前記ヒータに所定電圧を印加す
るステップから前記内部抵抗値が所定値に達したと判定
されるステップまでに経過した時間であることを特徴と
する請求項１記載のガス濃度センサの異常診断方法。2. The control data used for abnormality diagnosis is a time elapsed from a step of applying a predetermined voltage to the heater to a step of determining that the internal resistance value has reached a predetermined value in the control program. The method for diagnosing abnormality of a gas concentration sensor according to claim 1, wherein:
は、 前記制御プログラムの、前記ヒータに所定電圧を印加す
るステップから所定時間経過後の前記内部抵抗値である
ことを特徴とする請求項１記載のガス濃度センサの異常
診断方法。3. The control data used in the abnormality diagnosis is the internal resistance value after a lapse of a predetermined time from a step of applying a predetermined voltage to the heater in the control program. For diagnosing abnormalities in gas concentration sensors.
は、 前記制御プログラムの、前記ヒータに所定電圧を印加す
るステップから前記内部抵抗値が所定値に達したと判定
されるステップまでの期間中の所定時間間隔における前
記内部抵抗値の変化量であることを特徴とする請求項１
記載のガス濃度センサの異常診断方法。4. The control data used in the abnormality diagnosis includes a step of applying a predetermined voltage to the heater and a step of determining that the internal resistance value has reached a predetermined value in the control program. 2. An amount of change in the internal resistance value at a predetermined time interval.
An abnormality diagnosis method for the gas concentration sensor described in the above.
は、 前記制御プログラムの、前記ヒータに所定電圧を印加す
るステップから前記内部抵抗値が所定値に達したと判定
されるステップまでの期間中において前記内部抵抗値が
所定値だけ変化するのに要する時間であることを特徴と
する請求項１記載のガス濃度センサの異常診断方法。5. The control data used in the abnormality diagnosis is performed during a period from a step of applying a predetermined voltage to the heater to a step of determining that the internal resistance value has reached a predetermined value in the control program. 2. The method according to claim 1, wherein the time is a time required for the internal resistance to change by a predetermined value.
は、 前記制御プログラムの、前記ヒータに所定電圧を印加す
るステップから前記内部抵抗値が所定値に達したと判定
されるステップまでの期間中の所定時間間隔における前
記ヒータの印加電圧または供給電力であることを特徴と
する請求項１記載のガス濃度センサの異常診断方法。6. The control data used in the abnormality diagnosis, the control data being obtained during a period from a step of applying a predetermined voltage to the heater to a step of determining that the internal resistance value has reached a predetermined value in the control program. 2. The method for diagnosing an abnormality of a gas concentration sensor according to claim 1, wherein the abnormality is a voltage applied or a power supplied to the heater at predetermined time intervals.
は、 前記制御プログラムの、前記ヒータに所定電圧を印加す
るステップから前記内部抵抗値が所定値に達したと判定
されるステップまでの期間中の所定時間間隔における前
記ヒータの印加電圧の変化量または供給電力の変化量で
あることを特徴とする請求項１記載のガス濃度センサの
異常診断方法。7. The control data used in the abnormality diagnosis, the control data being obtained during a period from a step of applying a predetermined voltage to the heater to a step of determining that the internal resistance value has reached a predetermined value in the control program. 2. The method for diagnosing abnormality of a gas concentration sensor according to claim 1, wherein the amount of change is an amount of change in an applied voltage of the heater or an amount of change in supplied power at predetermined time intervals.
は、 前記制御プログラムの、前記内部抵抗の前記所定の目標
値を変更するステップから前記内部抵抗値が新たな所定
値に達したと判定されるステップまでに経過した時間で
あることを特徴とする請求項１記載のガス濃度センサの
異常診断方法。8. The control data used for abnormality diagnosis, wherein the control program determines that the internal resistance has reached a new predetermined value from a step of changing the predetermined target value of the internal resistance. 2. The method for diagnosing abnormality of a gas concentration sensor according to claim 1, wherein the elapsed time is a time elapsed before the step.
は、 前記制御プログラムの、前記内部抵抗の前記所定の目標
値を変更するステップから前記内部抵抗値が新たな所定
値に達したと判定されるステップまでの期間中の所定時
間間隔における前記ヒータの印加電圧または供給電力で
あることを特徴とする請求項１記載のガス濃度センサの
異常診断方法。9. The control data used for abnormality diagnosis is determined from the step of changing the predetermined target value of the internal resistance of the control program to be that the internal resistance value has reached a new predetermined value. 2. The method for diagnosing an abnormality of a gas concentration sensor according to claim 1, wherein the applied voltage or the supplied power is a voltage applied to the heater at a predetermined time interval during a period up to the step.
は、 前記制御プログラムの、前記内部抵抗の前記所定の目標
値を変更するステップから前記内部抵抗値が新たな所定
値に達したと判定されるステップまでの期間中の所定時
間間隔における前記ヒータの印加電圧の変化量または供
給電力の変化量であることを特徴とする請求項１記載の
ガス濃度センサの異常診断方法。10. The control data used for abnormality diagnosis, wherein the control program determines that the internal resistance value has reached a new predetermined value from a step of changing the predetermined target value of the internal resistance. 2. The abnormality diagnosis method for a gas concentration sensor according to claim 1, wherein the change amount is a change amount of an applied voltage of the heater or a change amount of supplied power at a predetermined time interval during a period up to a step.
は、 前記制御プログラムの、前記ヒータの印加電圧または供
給電力を変更するステップから前記内部抵抗値が新たな
所定値に達したと判定されるステップまでに経過した時
間であることを特徴とする請求項１記載のガス濃度セン
サの異常診断方法。11. The control data used for abnormality diagnosis includes: a step in which the control program determines that the internal resistance value has reached a new predetermined value from a step of changing an applied voltage or a supply power of the heater. 2. The method for diagnosing abnormality of a gas concentration sensor according to claim 1, wherein the elapsed time is a time elapsed until the time elapsed.
は、 前記制御プログラムの、前記ヒータの印加電圧または供
給電力を変更するステップから所定時間経過後の前記内
部抵抗値であることを特徴とする請求項１記載のガス濃
度センサの異常診断方法。12. The control data used for abnormality diagnosis is the internal resistance value after a lapse of a predetermined time from a step of changing a voltage applied to the heater or a supply power of the control program. Item 3. The abnormality diagnosis method for a gas concentration sensor according to Item 1.
は、 前記制御プログラムの、前記ヒータの印加電圧または供
給電力を変更するステップから前記内部抵抗値が新たな
所定値に達したと判定されるステップまでの期間中の所
定時間間隔における前記内部抵抗の変化量であることを
特徴とする請求項１記載のガス濃度センサの異常診断方
法。13. The control data used in the abnormality diagnosis, wherein the control program determines from the step of changing the applied voltage or the supply power of the heater that the internal resistance value has reached a new predetermined value. 2. The abnormality diagnosis method for a gas concentration sensor according to claim 1, wherein the amount of change is the amount of change in the internal resistance at a predetermined time interval during the period up to.
は、 前記制御プログラムの、前記ヒータの印加電圧または供
給電力を変更するステップから前記内部抵抗値が新たな
所定値に達したと判定されるステップまでの期間中の所
定時間間隔において前記内部抵抗値が所定値だけ変化す
るのに要する時間であることを特徴とする請求項１記載
のガス濃度センサの異常診断方法。14. The control data used for abnormality diagnosis includes: a step of determining that the internal resistance value has reached a new predetermined value from a step of changing an applied voltage or a supply power of the heater in the control program. 2. The method for diagnosing an abnormality of a gas concentration sensor according to claim 1, wherein the predetermined time interval is a time required for the internal resistance value to change by a predetermined value.
異常診断に用いられる前記制御データに影響を与えない
範囲にあることを特徴とする請求項２〜１４のいずれか
一項に記載のガス濃度センサの異常診断方法。15. The gas according to claim 2, wherein an ambient temperature of the solid electrolyte body is in a range that does not affect the control data used for the abnormality diagnosis. Abnormality diagnosis method for density sensor.
は、所定の周波数以上の高周波成分を含んだ既知の電圧
値の交番電圧またはパルス電圧を前記固体電解質体に印
加して、その際に前記固体電解質体に流れる電流値を検
出し、前記電圧値と前記電流値から前記内部抵抗を測定
することを特徴とする請求項２〜１５のいずれか一項に
記載のガス濃度センサの異常診断方法。16. The measurement of the internal resistance of the solid electrolyte body includes applying an alternating voltage or a pulse voltage of a known voltage value including a high-frequency component of a predetermined frequency or more to the solid electrolyte body. The abnormality diagnosis method for the gas concentration sensor according to any one of claims 2 to 15, wherein a current value flowing through the solid electrolyte body is detected, and the internal resistance is measured from the voltage value and the current value. .
は、所定の周波数以上の高周波成分を含んだ既知の電流
値の交番電流またはパルス電流を前記固体電解質体に供
給して、その際に前記固体電解質体に発生する電圧値を
検出し、前記電流値と前記電圧値から前記内部抵抗を測
定することを特徴とする請求項２〜１５のいずれか一項
に記載のガス濃度センサの異常診断方法。17. The method for measuring the internal resistance of the solid electrolyte body includes supplying an alternating current or a pulse current of a known current value including a high-frequency component of a predetermined frequency or more to the solid electrolyte body. The abnormality diagnosis of the gas concentration sensor according to any one of claims 2 to 15, wherein a voltage value generated in the solid electrolyte body is detected, and the internal resistance is measured from the current value and the voltage value. Method.
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