JP2006118490A - Sensor abnormality detection device - Google Patents

Sensor abnormality detection device Download PDF

Info

Publication number
JP2006118490A
JP2006118490A JP2004337254A JP2004337254A JP2006118490A JP 2006118490 A JP2006118490 A JP 2006118490A JP 2004337254 A JP2004337254 A JP 2004337254A JP 2004337254 A JP2004337254 A JP 2004337254A JP 2006118490 A JP2006118490 A JP 2006118490A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
detection element
temperature
element unit
detection
temperature data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004337254A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Iwasaki
靖志 岩▼崎▲
Masaya Kawamichi
雅也 川路
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2004337254A priority Critical patent/JP2006118490A/en
Publication of JP2006118490A publication Critical patent/JP2006118490A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor abnormality detection device capable of detecting the abnormality of a detection element part even when an output pattern is not different from that in normal state or the detection element part is not in an active state by the flow of the atmosphere even if a rack occurs. <P>SOLUTION: This sensor abnormality detection device comprises the detection element part 21 disposed between first and second gases and outputting signals according to the oxygen partial pressures of the first and second gases and a heater 22 for heating the detection element part. The device also comprises a temperature detection means 10 detecting the temperature of the detection element part 21 and a determination means 3 determining the presence or absence of the abnormality of the detection element part by using temperature detection data obtained in connection with temperature detection by the temperature detection means and reference temperature data obtained when the normal detection element part is heated. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明はセンサの異常を検出するための異常検出装置に関し、特に空燃比を検出するときに使用されるセンサの異常検出装置に関する。   The present invention relates to an abnormality detection device for detecting an abnormality of a sensor, and more particularly to an abnormality detection device for a sensor used when detecting an air-fuel ratio.

ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関(以下、単にエンジンと称す)には、排気ガス中に含まれる有害成分を除去するため排気ガス浄化システムが配備されている。この排気ガス浄化システムを有効に機能させるためには、エンジンで燃焼される大気(空気)と燃料との混合割合、すなわち空燃比を厳密にコントロールすることが重要である。そこで、エンジンの排気通路中に排気ガスの酸素分圧を検出するため、例えば酸素センサを設置して理想的な空燃比(ストイキ)が得られるようにフィードバック制御を行っている。   An internal combustion engine (hereinafter, simply referred to as an engine) such as a gasoline engine or a diesel engine is provided with an exhaust gas purification system in order to remove harmful components contained in the exhaust gas. In order for this exhaust gas purification system to function effectively, it is important to strictly control the mixing ratio of the atmosphere (air) combusted by the engine and the fuel, that is, the air-fuel ratio. Therefore, in order to detect the oxygen partial pressure of the exhaust gas in the exhaust passage of the engine, for example, an oxygen sensor is installed to perform feedback control so as to obtain an ideal air-fuel ratio (stoichiometric).

図7(A)は、一般的な酸素センサにおける検出素子部を示した図である。酸素センサ100は、排気通路120内に突出するように配設された筒型の検出素子部101を備えている。検出素子部101は内面側に大気(空気)Airが導入され、外面側にはセンサカバー102を通過した排気ガスEGが接触するように形成されている。図7(B)は、図7(A)中CR内の検出素子部101の断面構造を示した図である。図7(B)で示すように、検出素子部101は固体電解質107を間にして内側に大気電極105、外側に排気電極106を被覆した構造を有している。固体電解質107は酸素(O)がイオン化(O2-)した状態でその内部を移動可能な物質、例えばジルコニアなどによって形成されている。一般に固体電解質107は500℃を越えるような高い温度にまで加熱しないと活性化しない。そこで、図7(A)で示すように検出素子部101には加熱用のヒータ110が設置されている。 FIG. 7A is a diagram showing a detection element portion in a general oxygen sensor. The oxygen sensor 100 includes a cylindrical detection element unit 101 disposed so as to protrude into the exhaust passage 120. The detection element unit 101 is formed so that air (air) Air is introduced to the inner surface side, and the exhaust gas EG that has passed through the sensor cover 102 contacts the outer surface side. FIG. 7B is a diagram showing a cross-sectional structure of the detection element portion 101 in the CR in FIG. As shown in FIG. 7B, the detection element portion 101 has a structure in which a solid electrolyte 107 is interposed and an atmospheric electrode 105 is coated on the inner side and an exhaust electrode 106 is coated on the outer side. The solid electrolyte 107 is formed of a substance that can move inside the state in which oxygen (O 2 ) is ionized (O 2− ), such as zirconia. In general, the solid electrolyte 107 is not activated unless heated to a high temperature exceeding 500 ° C. Therefore, as shown in FIG. 7A, the detection element portion 101 is provided with a heater 110 for heating.

大気と排気ガスとには酸素分圧差があり、一般に大気側の酸素分圧が高い。その結果、酸素センサ100内では内側の大気と外側の排気ガスとの酸素分圧差が小さくなるように、酸素がイオン化し固体電解質107を介して大気側から排気ガス側へと移動する。図7(B)で図示するように、酸素分子はイオン化する過程で4価の電子(e)を受け取り、イオン化した状態から分子に戻る過程で4価の電子を放出する。このような酸素の移動に応じて検出素子部101の内外表面の電極105、106で電子の移動が生じて検出素子部101に起電力が発生する。このように酸素センサ100は、大気と排気ガスとの酸素分圧に応じた電圧を出力するので、従来から空燃比制御用のセンサとして使用されている。 There is an oxygen partial pressure difference between the atmosphere and exhaust gas, and generally the oxygen partial pressure on the atmosphere side is high. As a result, oxygen is ionized and moves from the atmosphere side to the exhaust gas side via the solid electrolyte 107 so that the oxygen partial pressure difference between the inner atmosphere and the outer exhaust gas is reduced in the oxygen sensor 100. As shown in FIG. 7B, the oxygen molecule receives tetravalent electrons (e ) in the process of ionization and emits tetravalent electrons in the process of returning from the ionized state to the molecule. In response to such oxygen movement, electrons move in the electrodes 105 and 106 on the inner and outer surfaces of the detection element unit 101, and an electromotive force is generated in the detection element unit 101. As described above, the oxygen sensor 100 outputs a voltage corresponding to the oxygen partial pressure of the atmosphere and the exhaust gas, and thus has been conventionally used as an air-fuel ratio control sensor.

ところが、図7(A)で示すように、酸素センサ100の検出素子部101に大気側と排気側とを連通するようなクラック等の異常(以下、単にクラックCKという)が発生する場合がある。検出素子部101にクラックCKがあると酸素センサ100が正常に機能しなくなってしまう。   However, as shown in FIG. 7 (A), an abnormality such as a crack (hereinafter simply referred to as a crack CK) may occur in the detection element portion 101 of the oxygen sensor 100, which causes the atmosphere side and the exhaust side to communicate with each other. . If there is a crack CK in the detection element unit 101, the oxygen sensor 100 will not function normally.

そこで、特許文献1では酸素センサの検出子欠損(検出素子部のクラック)の有無を判定する異常診断装置を提案している。この診断装置は、酸素センサの検出信号の出力分布に基づき検出素子部のクラック有無を判定して酸素センサの異常を診断する。特許文献1が提案する技術は、検出素子部にクラックが生じたときの酸素センサの出力パターンが正常時とは異なることに着目し、検出信号の出力分布を比較することで検出素子部のクラックの有無を判定している。ただし、この異常診断装置は正確な検出信号を用いて判定するため、検出素子部が一定温度に昇温して活性化するまで診断を禁止している。   In view of this, Patent Document 1 proposes an abnormality diagnosis apparatus that determines the presence or absence of a detector defect (a crack in the detection element portion) of an oxygen sensor. This diagnosis device diagnoses the abnormality of the oxygen sensor by determining the presence or absence of cracks in the detection element portion based on the output distribution of the detection signal of the oxygen sensor. The technique proposed in Patent Document 1 focuses on the fact that the output pattern of the oxygen sensor when a crack occurs in the detection element portion is different from that in the normal state, and compares the output distribution of detection signals to detect cracks in the detection element portion. Whether or not there is. However, since this abnormality diagnosis apparatus makes a determination using an accurate detection signal, the diagnosis is prohibited until the detection element unit is heated to a certain temperature and activated.

特開2003−14683号公報JP 2003-14683 A

上記特許文献1の異常診断装置は、酸素センサの検出素子部が活性化するまで待たなければ診断を行うことができない。また、排気通路内を流れる排気ガスの状態によっては、クラックのある検出素子部を冷す大気の流れが発生する場合がある。この場合には、酸素センサからの出力パターンは正常時と近い状態となるので正確に異常を診断できない場合がある。また、酸素センサが活性していない状態では出力が得られないので、従来の出力パターン判定を行うことができない。さらに、特許文献1の異常診断装置では、エンジンの運転状態によってリーン雰囲気が継続するようなときには正確に診断を行うことができない。   The abnormality diagnosis device of Patent Document 1 cannot make a diagnosis unless it waits until the detection element portion of the oxygen sensor is activated. Further, depending on the state of the exhaust gas flowing in the exhaust passage, there may be an air flow that cools the cracked detection element portion. In this case, the output pattern from the oxygen sensor is in a state close to that in the normal state, so there are cases where the abnormality cannot be accurately diagnosed. Further, since no output can be obtained when the oxygen sensor is not activated, conventional output pattern determination cannot be performed. Furthermore, the abnormality diagnosis device of Patent Document 1 cannot accurately diagnose when a lean atmosphere continues depending on the engine operating state.

検出素子部を冷す大気の流れが発生する場合について、再度、図7(A)を参照して説明する。排気通路120内を流れる排気ガスのガス圧はエンジンの状態により変化する。例えばエンジンがアイドル時であるときには排気ガスのガス圧が低くなる。ガス圧が低くいときには、検出素子部101内側の大気AirにクラックCKを介して排気通路120側へ吸い出すような吸引力が作用する。吸引力を受けた大気Airは、図示のように外に吸い出されるので内部に大気の流れが生じる。このような状態になると検出素子部101内の温度が低下すると共にヒータ110による加熱作用も低下してしまう。その結果、検出素子部の昇温に長時間を要することになるので、検出素子部が活性化しなければ診断を行えない特許文献1の異常診断装置は待機時間が長くなってしまう。   A case where an air flow for cooling the detection element portion is generated will be described again with reference to FIG. The gas pressure of the exhaust gas flowing in the exhaust passage 120 varies depending on the state of the engine. For example, when the engine is idle, the gas pressure of the exhaust gas becomes low. When the gas pressure is low, a suction force that sucks out to the exhaust passage 120 side via the crack CK acts on the air Air inside the detection element unit 101. Since the air Air that has received the suction force is sucked out as shown in the drawing, an air flow is generated inside. In such a state, the temperature in the detection element unit 101 decreases and the heating action by the heater 110 also decreases. As a result, since it takes a long time to raise the temperature of the detection element unit, the abnormality diagnosis device of Patent Document 1 that cannot perform diagnosis unless the detection element unit is activated has a longer standby time.

したがって、本発明の目的はクラックが発生しても大気の流れにより正常時と出力パターンが異ならない場合や検素子部が活性状態でない場合でも検出素子部の異常を検出できるセンサの異常検出装置を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a sensor abnormality detection device capable of detecting an abnormality in a detection element unit even when a crack occurs, even if the output pattern does not differ from the normal state due to the flow of air, or even when the detection element unit is not in an active state. Is to provide.

上記目的は、第1のガスと第2のガスとの間に配置され、前記第1のガスと前記第2のガスとの酸素分圧に応じた信号を出力する検出素子部と、該検出素子部を加熱するためのヒータとを備えているセンサの異常を検出する装置であって、前記検出素子部の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段による温度検出に関連して得られる温度検出データと、正常な前記検出素子部を加熱したときに得られる基準温度データとを用いて、前記検出素子部の異常の有無を判断する判断手段とを備えたセンサの異常検出装置によって達成できる。   The above object is provided between the first gas and the second gas, the detection element unit outputting a signal corresponding to the oxygen partial pressure of the first gas and the second gas, and the detection An apparatus for detecting an abnormality of a sensor including a heater for heating an element unit, the temperature detection unit detecting a temperature of the detection element unit, and obtained in relation to temperature detection by the temperature detection unit By means of an abnormality detection device for a sensor comprising a temperature detection data obtained and a determination means for judging whether or not there is an abnormality in the detection element part using reference temperature data obtained when the normal detection element part is heated Can be achieved.

本発明によると、前記検出素子部の温度検出に関連して得られる温度検出データと、正常な前記検出素子部を加熱したときに得られる基準温度データとを用いて、判断手段が検出素子部の異常の有無を判断するので、クラックが発生しても出力パターンが異ならない場合や検出素子部が活性状態でなくても異常を検出できる。   According to the present invention, the detection means uses the temperature detection data obtained in association with the temperature detection of the detection element unit and the reference temperature data obtained when the normal detection element unit is heated. Therefore, it is possible to detect an abnormality even when a crack is generated even if the output pattern does not change or the detection element portion is not in an active state.

そして、前記検出温度データ及び基準温度データは、前記温度検出手段によって検出する前記検出素子部の温度を含み、前記判断手段は、前記ヒータ加熱後の所定時における前記検出素子部の温度を前記検出温度データと前記基準温度データとで比較して、前記検出温度データによる前記温度の方が低い場合に、前記検出素子部に異常ありとの判断を行うことができる。   The detected temperature data and the reference temperature data include the temperature of the detection element unit detected by the temperature detection unit, and the determination unit detects the temperature of the detection element unit at a predetermined time after the heater is heated. When the temperature based on the detected temperature data is lower than the temperature data and the reference temperature data, it can be determined that the detection element unit is abnormal.

また、前記検出温度データ及び基準温度データは、前記温度検出手段によって検出する前記検出素子部の温度と該温度の検出時間とを含み、前記判断手段は、前記検出温度データ及び前記基準温度データのそれぞれから時間当りの温度上昇率を求めて比較して、前記検出温度データによる前記温度上昇率の方が小さい場合に、前記検出素子部に異常ありとの判断を行うこともできる。   Further, the detected temperature data and the reference temperature data include a temperature of the detection element unit detected by the temperature detection means and a detection time of the temperature, and the determination means includes the detection temperature data and the reference temperature data. The temperature increase rate per time is obtained and compared from each of them, and when the temperature increase rate based on the detected temperature data is smaller, it can be determined that the detection element unit is abnormal.

さらに、前記検出温度データ及び基準温度データは、前記検出素子部が所定温度となるまでの所要時間に関するデータを含み、前記判断手段は、前記所要時間を前記検出温度データと前記基準温度データとで比較し、前記検出温度データによる前記所要時間の方が長い場合に、前記検出素子部に異常ありとの判断を行うようにしてもよい。   Further, the detected temperature data and the reference temperature data include data relating to a required time until the detection element unit reaches a predetermined temperature, and the determining means determines the required time based on the detected temperature data and the reference temperature data. In comparison, when the required time based on the detected temperature data is longer, it may be determined that the detection element unit is abnormal.

また、前記検出温度データ及び基準温度データは、前記ヒータへの通電度合いに関するデータを含み、前記判断手段は、所定条件における前記通電度合いを前記検出温度データおよび基準温度データとで比較して、前記検出温度データによる前記通電度合いの方が大きい場合に、前記検出素子部に異常ありとの判断を行うようにしてもよい。   Further, the detected temperature data and the reference temperature data include data relating to the degree of energization to the heater, and the determination means compares the degree of energization under a predetermined condition with the detected temperature data and the reference temperature data, and When the degree of energization based on the detected temperature data is greater, it may be determined that the detection element unit is abnormal.

また、前記温度検出手段は、前記検出素子部に接続されて該検出素子部のインピーダンス値を算出するインピーダンス算出回路を含み、前記判断手段は、前記インピーダンス算出回路が算出するインピーダンス値を用いて前記判断を行うことができる。   The temperature detection unit includes an impedance calculation circuit that is connected to the detection element unit and calculates an impedance value of the detection element unit, and the determination unit uses the impedance value calculated by the impedance calculation circuit. Judgment can be made.

また、上記目的は、第1のガスと第2のガスとの間に配置され、前記第1のガスと前記第2のガスとの酸素分圧に応じた信号を出力する検出素子部と、該検出素子部を加熱するためのヒータとを備えているセンサの異常を検出する方法であって、前記検出素子部の温度を検出して、正常な前記検出素子部を加熱したときに得られる基準温度データと比較し、前記温度の上昇度合いが前記基準温度データによる温度の上昇度合いよりも遅い場合に前記検出素子部に異常ありとの判断を行うセンサの異常検出方法によっても達成できる。前記温度検出手段の温度の検出を前記検出素子部のインピーダンス値を用いて行うことができる。   Further, the object is to provide a detection element unit that is disposed between the first gas and the second gas and outputs a signal corresponding to the oxygen partial pressure of the first gas and the second gas, A method of detecting an abnormality of a sensor having a heater for heating the detection element unit, which is obtained when the temperature of the detection element unit is detected and the normal detection element unit is heated. This can also be achieved by a sensor abnormality detection method that determines that the detection element unit is abnormal when the temperature increase degree is slower than the temperature increase degree based on the reference temperature data as compared with the reference temperature data. The temperature of the temperature detection means can be detected using the impedance value of the detection element section.

本発明によれば、検出素子部の温度に関するデータを用いて異常有無を判断するので、検出素子部にクラックが発生しても大気の流れにより正常時と出力パターンが異ならない場合や検出素子部が活性状態ではない場合でも異常検出できる異常検出装置を提供できる。   According to the present invention, since the presence / absence of abnormality is determined using the data related to the temperature of the detection element unit, even when a crack occurs in the detection element unit, the output pattern does not differ from the normal state due to the flow of the atmosphere or the detection element unit It is possible to provide an abnormality detection device capable of detecting an abnormality even when is not in an active state.

以下、本発明の一実施形態に係るセンサの異常検出装置(以下、単に異常検出装置と称す)を図を参照して説明する。図1は、検出対象となる酸素センサに接続された状態での異常検出装置1を示したブロック図である。また、図2は図1に対応する電気的な構成例を示した図である。   A sensor abnormality detection device (hereinafter simply referred to as an abnormality detection device) according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an abnormality detection apparatus 1 in a state connected to an oxygen sensor to be detected. FIG. 2 is a diagram showing an electrical configuration example corresponding to FIG.

図1に示すように、異常検出装置1は酸素センサ2の検出素子部21に接続されるインピーダンス算出回路10と、このインピーダンス算出回路10によって算出されるインピーダンス値を用いて検出素子部21のクラック(異常)の有無を判断する判断手段としてのCPU(central processing unit)3とを含んでいる。   As shown in FIG. 1, the abnormality detection device 1 includes an impedance calculation circuit 10 connected to the detection element unit 21 of the oxygen sensor 2 and a crack in the detection element unit 21 using the impedance value calculated by the impedance calculation circuit 10. CPU (central processing unit) 3 as a determination means for determining the presence or absence of (abnormal).

酸素センサ2は、検出素子部21及びこの検出素子部21を加熱するためのヒータ22を含んでいる。検出素子部21は従来と同様の構造を有したものでよく、内側では大気(第1のガス)、外側では排気ガス(第2のガス)と接触するようにして排気通路に設置され酸素分圧に応じてグランドに対する起電力(図2の電池記号で表わす)を発生させる。なお、図1で示す例ではCPU3が酸素センサ2の制御も行うように構成されている。酸素センサ2で発生した起電力(信号)は起電力検出回路25を介してCPU3へ供給される。   The oxygen sensor 2 includes a detection element unit 21 and a heater 22 for heating the detection element unit 21. The detection element unit 21 may have the same structure as the conventional one, and is installed in the exhaust passage so as to be in contact with the atmosphere (first gas) on the inside and the exhaust gas (second gas) on the outside. An electromotive force (represented by a battery symbol in FIG. 2) with respect to the ground is generated according to the pressure. In the example shown in FIG. 1, the CPU 3 is configured to also control the oxygen sensor 2. The electromotive force (signal) generated by the oxygen sensor 2 is supplied to the CPU 3 via the electromotive force detection circuit 25.

図2は、図1で示す2種類の回路、すなわちインピーダンス算出回路10及び起電力検出回路25をより詳細に示している。酸素センサ2の起電力をモニタする起電力検出回路25は抵抗R1を含み、端子TE1及びTE2を介して酸素センサ2に接続されている。酸素センサ2の一端はグランド(GND)に接続されており基準電圧が0(ゼロ)に設定されている。よって、正常に機能した酸素センサ2は酸素分圧に応じた起電力を発生させるので正の電圧がCPU3へ供給される。   FIG. 2 shows the two types of circuits shown in FIG. 1, that is, the impedance calculation circuit 10 and the electromotive force detection circuit 25 in more detail. The electromotive force detection circuit 25 that monitors the electromotive force of the oxygen sensor 2 includes a resistor R1 and is connected to the oxygen sensor 2 via terminals TE1 and TE2. One end of the oxygen sensor 2 is connected to the ground (GND), and the reference voltage is set to 0 (zero). Therefore, the oxygen sensor 2 that has functioned normally generates an electromotive force according to the oxygen partial pressure, so that a positive voltage is supplied to the CPU 3.

CPU3は、双方向バス4によってROM5、RAM6と接続されている。ROM5にはインピーダンス値に基づいて検出素子部21のクラック有無を判断するためのプログラム等、CPU3が実行する種々のプログラムやデータが格納されている。RAM6はCPU3がプログラムを実行するための処理領域を提供する。   The CPU 3 is connected to the ROM 5 and the RAM 6 by the bidirectional bus 4. The ROM 5 stores various programs and data executed by the CPU 3 such as a program for determining whether or not the detection element unit 21 is cracked based on the impedance value. The RAM 6 provides a processing area for the CPU 3 to execute the program.

また、図1で示したように酸素センサ2はヒータ22を備えている。このヒータ22は、500℃を越える程度にまで検出素子部21を加熱して活性化させるために配置されている。検出素子部21の周囲温度が上昇するとインピーダンス値Impが低下し、これとは逆に検出素子部21の周囲温度が低下するとインピーダンス値Impが上昇する。このような温度とインピーダンスとの相関関係に基づいて、インピーダンス値から検出素子部21の温度を確認できる。そこで、CPU3はインピーダンス算出回路10から算出されるインピーダンス値から検出素子部21の温度を確認してクラックの有無判断に使用する。よって、異常検出装置1ではインピーダンス算出回路10が温度検出手段として機能する。   As shown in FIG. 1, the oxygen sensor 2 includes a heater 22. The heater 22 is arranged to heat and activate the detection element unit 21 to an extent exceeding 500 ° C. When the ambient temperature of the detection element unit 21 increases, the impedance value Imp decreases. On the contrary, when the ambient temperature of the detection element unit 21 decreases, the impedance value Imp increases. Based on the correlation between the temperature and the impedance, the temperature of the detection element unit 21 can be confirmed from the impedance value. Therefore, the CPU 3 confirms the temperature of the detection element unit 21 from the impedance value calculated from the impedance calculation circuit 10 and uses it to determine the presence or absence of a crack. Therefore, in the abnormality detection apparatus 1, the impedance calculation circuit 10 functions as a temperature detection unit.

インピーダンス算出回路10は酸素センサ2の検出素子部21に接続されてインピーダンス値を算出する。このインピーダンス算出回路10は、2つのスイッチング素子(トランジスタ)Tr1、Tr2、抵抗R2、コンデンサC1を含むと共に、電流測定用のシャント抵抗Rsを含んでいる。検出素子部21の内部インピーダンスImpが小さいと大きな電流が流れ、これとは逆に内部インピーダンスImpが大きいと小さな電流が流れる。内部インピーダンスImpは、シャント抵抗Rsの両端(N1とN2)で検出される電圧に基づいて算出できる。具体的には、インピーダンス測定をする時に、CPU3がバッテリ26からバッテリ電圧Vpを印加すると共に、スイッチング素子Tr1をオン(ON)、スイッチング素子Tr2をオフ(OFF)とし、この後にスイッチング素子Tr1をオフ(OFF)、スイッチング素子Tr2をオン(ON)させる操作を行う。この操作前後での電圧変化に基づいて内部インピーダンスImpを算出する。   The impedance calculation circuit 10 is connected to the detection element unit 21 of the oxygen sensor 2 and calculates an impedance value. The impedance calculation circuit 10 includes two switching elements (transistors) Tr1 and Tr2, a resistor R2, a capacitor C1, and a shunt resistor Rs for current measurement. When the internal impedance Imp of the detection element portion 21 is small, a large current flows. Conversely, when the internal impedance Imp is large, a small current flows. The internal impedance Imp can be calculated based on the voltage detected at both ends (N1 and N2) of the shunt resistor Rs. Specifically, when the impedance is measured, the CPU 3 applies the battery voltage Vp from the battery 26, turns on the switching element Tr1, turns off the switching element Tr2, and turns off the switching element Tr1 thereafter. (OFF), an operation to turn on the switching element Tr2 is performed. The internal impedance Imp is calculated based on the voltage change before and after this operation.

なお、図2において、上記インピーダンス算出回路10、起電力検出回路25、CPU3、ROM5、RAM6等を含んで酸素センサ2用のECU(electronic control unit:電子制御装置)7を形成した場合には、異常検出装置1はこのECU7の一部によって実現できることになる。この場合にはCPU3に接続されているROM5に酸素センサ2の異常検出用のプログラムを格納すればよい。そして、インピーダンス算出回路10から算出されるインピーダンス値は検出素子部21の活性を維持するために温度制御に使用される。すなわち、この場合にはインピーダンス算出回路10から算出されるインピーダンス値が、検出素子部21の温度制御及び検出素子部21のクラックの有無判断で使用される。   In FIG. 2, when an ECU (electronic control unit) 7 for the oxygen sensor 2 is formed including the impedance calculation circuit 10, the electromotive force detection circuit 25, the CPU 3, the ROM 5, the RAM 6, and the like, The abnormality detection device 1 can be realized by a part of the ECU 7. In this case, a program for detecting an abnormality of the oxygen sensor 2 may be stored in the ROM 5 connected to the CPU 3. The impedance value calculated from the impedance calculation circuit 10 is used for temperature control in order to maintain the activity of the detection element unit 21. That is, in this case, the impedance value calculated from the impedance calculation circuit 10 is used for temperature control of the detection element unit 21 and determination of the presence or absence of cracks in the detection element unit 21.

図3はエンジンがアイドル状態等の低負荷状態で安定駆動されているときの排気通路に、正常なセンサと検出素子部にクラックの有るセンサのそれぞれを設置したときに得られるデータを比較して示した図である。ただし、低負荷状態の排気通路のガス圧は低いのでクラックの有る(異常のある)センサに関しては、大気が排気側に吸い出されている状態にある。図3の上段には酸素センサの出力、下段にはこのときの検出素子部のインピーダンス値Impを示している。また、横軸で時間(経過時間)を示している。   FIG. 3 shows a comparison of data obtained when a normal sensor and a sensor having a crack in the detection element portion are installed in the exhaust passage when the engine is stably driven in a low load state such as an idle state. FIG. However, since the gas pressure in the exhaust passage in the low load state is low, the atmosphere with the cracked (abnormal) sensor is being sucked out to the exhaust side. The upper part of FIG. 3 shows the output of the oxygen sensor, and the lower part shows the impedance value Imp of the detection element at this time. In addition, the horizontal axis indicates time (elapsed time).

図3から確認できるように、大気が排気側に吸い出される状態では排気ガスが検出素子部に侵入しないので、クラックがあるにも拘わらず正常なセンサに近い出力波形が得られている。ところが下段で示すインピーダンス値を見ると、正常なセンサのインピーダンス値の出力波形(以下、基準インピーダンス波形)よりも、クラックの有るセンサのインピーダンス値の出力波形が上側となる。なお、基準インピーダンス波形は正常なセンサの温度変化を反映するものであるから基準温度データとみることができる。また、基準インピーダンス波形からインピーダンス値とそのインピーダンス値が出力された時間を確認できるので、基準インピーダンス波形は検出素子部21の温度とその検出時間に関する情報を含む基準温度データとなる。   As can be seen from FIG. 3, in the state where the atmosphere is sucked out to the exhaust side, the exhaust gas does not enter the detection element portion, so that an output waveform close to a normal sensor is obtained even though there is a crack. However, when looking at the impedance value shown in the lower stage, the output waveform of the impedance value of the sensor having a crack is on the upper side of the output waveform of the normal sensor impedance value (hereinafter referred to as the reference impedance waveform). The reference impedance waveform reflects the temperature change of a normal sensor and can be regarded as reference temperature data. Further, since the impedance value and the time when the impedance value is output can be confirmed from the reference impedance waveform, the reference impedance waveform becomes reference temperature data including information on the temperature of the detection element unit 21 and the detection time.

前述した説明から明らかなようにインピーダンス値が高くなることは、検出素子部の温度が低いことを表している。また、クラックがある(異常がある)センサでは大気極側の大気が排気側に吸い出されて冷却されると温度上昇度合いが遅くなる。これをインピーダンス値から見るとインピーダンスの下降度合いが遅いということである。よって、検出素子部の温度を反映するインピーダンス値を、基準インピーダンス波形と比較してクラック発生の有無を判断に利用できることになる。異常検出装置1はこのような観点に基づいて検出素子部のクラック有無判断を行うものである。   As is clear from the above description, an increase in the impedance value indicates that the temperature of the detection element unit is low. Further, in a sensor having a crack (having an abnormality), when the atmosphere on the atmosphere electrode side is sucked out to the exhaust side and cooled, the temperature rise degree becomes slow. If this is seen from an impedance value, it is that the fall degree of an impedance is slow. Therefore, the impedance value reflecting the temperature of the detection element portion can be used for determination of the occurrence of cracks by comparing with the reference impedance waveform. The abnormality detection apparatus 1 determines whether or not there is a crack in the detection element unit based on such a viewpoint.

この異常検出装置1のCPU3は、検出素子部温度のインピーダンス値を算出(温度検出)したときに関連して得られる温度検出データと、上記基準インピーダンス波形(基準温度データ)とを用いてクラックの有無を判断する。温度検出データとして、例えば検出素子部21のインピーダンス値(温度)に関するデータ、その算出(検出)時間に関するデータ、前記検出素子部が所定インピーダンス(温度)となるまでの所要時間に関するデータを用いることができる。なお、CPU3がインピーダンス算出回路10から出力信号を受けたときに、内部クロック等を活用してインピーダンス値とその算出時間とを確認して取得できるようなデータは、ここでの温度検出データに含めてもよい。次にCPU3が行う具体的な判断手法を図3を参照して説明する。   The CPU 3 of the abnormality detection device 1 uses the temperature detection data obtained in association with the calculation of the impedance value of the detection element portion temperature (temperature detection) and the crack of the crack using the reference impedance waveform (reference temperature data). Judgment is made. As temperature detection data, for example, data related to the impedance value (temperature) of the detection element unit 21, data related to the calculation (detection) time, and data related to the time required until the detection element unit reaches a predetermined impedance (temperature) are used. it can. When the CPU 3 receives an output signal from the impedance calculation circuit 10, data that can be acquired by checking the impedance value and the calculation time using an internal clock or the like is included in the temperature detection data here. May be. Next, a specific determination method performed by the CPU 3 will be described with reference to FIG.

CPU3による第1の手法は、ヒータ加熱後の所定時T1においてインピーダンス算出回路10が算出するインピーダンス値Impと前記基準インピーダンス波形での同時T1における基準インピーダンス値SImpとの比較を行う。そして、CPU3はインピーダンス値Impが基準インピーダンス値SImp以下とならない場合にクラック有りとの判断を行う。この所定時Tは複数設定してクラック有無の判断をより確実に行うようにしてもよい。例えば10個の所定時T1〜T10を設定して、これら全の時刻でインピーダンス値Impが基準インピーダンス値SImp以下とならない場合にクラック有りとの判断を行うようにしてもよい。ここでの所定時Tは、インピーダンスの算出時間と関連付けすることなく予め定めた一定時(例えばヒータ加熱から所定時間)としてもよいし、算出時間に関するデータを用いて例えばN回目の算出時等としてもよい。   The first method by the CPU 3 compares the impedance value Imp calculated by the impedance calculation circuit 10 at a predetermined time T1 after heating the heater and the reference impedance value Simp at the same time T1 in the reference impedance waveform. Then, the CPU 3 determines that there is a crack when the impedance value Imp is not less than or equal to the reference impedance value Simp. A plurality of predetermined times T may be set so that the determination of the presence or absence of cracks can be performed more reliably. For example, ten predetermined times T1 to T10 may be set, and it may be determined that there is a crack when the impedance value Imp does not fall below the reference impedance value Simp at all these times. Here, the predetermined time T may be a predetermined time (for example, a predetermined time from the heater heating) without being associated with the impedance calculation time, or may be, for example, the N-th time calculation using the data related to the calculation time. Also good.

また、クラックのある検出素子部は温度上昇の度合いが遅くなる傾向があるので温度上昇率が低い。これはインピーダンス値から見ると、クラックのある検出素子部は所定時間内でのインピーダンス値の変化が小さいということである。そこで、第2の手法は、インピーダンス値に関するデータ及びその算出時間に関するデータを用いて、図3で示すように所定時t1と所定時t2との間でのインピーダンス値の下降率(すなわち、温度上昇率)からCPU3がクラック有無の判断を行う。CPU3は基準インピーダンス波形についての所定時t1と所定時t2間でインピーダンス値の差ΔSImpと、インピーダンス算出回路10が算出(出力)するインピーダンス値Impから求められるインピーダンス値の差ΔImpとを比較して、インピーダンス値の差ΔImpがインピーダンス値の差ΔSImpより小さい場合にはクラック有りとの判断を行う。   Moreover, since the temperature rise rate tends to become slow in the detection element part with a crack, the temperature rise rate is low. From the viewpoint of the impedance value, this means that the change in the impedance value within a predetermined time is small in the detection element portion having a crack. Therefore, the second method uses the data relating to the impedance value and the data relating to the calculation time, as shown in FIG. 3, the rate of decrease in the impedance value between the predetermined time t1 and the predetermined time t2 (that is, the temperature rise). The CPU 3 determines whether or not there is a crack from the rate. The CPU 3 compares the impedance value difference ΔSimp between the predetermined time t1 and the predetermined time t2 with respect to the reference impedance waveform and the impedance value difference ΔImp obtained from the impedance value Imp calculated (output) by the impedance calculation circuit 10, If the impedance value difference ΔImp is smaller than the impedance value difference ΔSImp, it is determined that there is a crack.

第3の手法では所定温度となるまでの所要時間の長短に基づいて、CPU3がクラック有無を判断する。第3の手法ではヒータ加熱後に所定のインピーダンス値PImp(すなわち所定温度)に達するまでの所要時間を、インピーダンス算出回路10が算出するインピーダンス値Impと、基準インピーダンス波形から求められる基準インピーダンス値SImpとで比較する。CPU3は基準インピーダンス値SImpの基準所要時間Tsよりも、インピーダンス値Impの所要時間Tiが長い場合にはクラック有りとの判断を行う。前述したようにクラックのあるセンサは温度上昇の度合いが遅くなる傾向があるのでこのような手法でも判断を行える。異常検出装置1は、上記いずれの手法を用いても検出素子部のクラック有無判断を行うことができる。上記基準インピーダンス波形に関する一連のデータはROM5に格納されており、CPU3がクラック有無の判断を行う際に読出して使用する。   In the third method, the CPU 3 determines the presence or absence of a crack based on the length of time required to reach a predetermined temperature. In the third method, the time required to reach a predetermined impedance value PImp (that is, a predetermined temperature) after heating the heater is determined by an impedance value Imp calculated by the impedance calculation circuit 10 and a reference impedance value SImp obtained from the reference impedance waveform. Compare. The CPU 3 determines that there is a crack when the required time Ti of the impedance value Imp is longer than the reference required time Ts of the reference impedance value Simp. As described above, a sensor with a crack tends to have a slower temperature rise, so that such a method can also be used for determination. The abnormality detection apparatus 1 can determine whether or not there is a crack in the detection element portion using any of the above methods. A series of data relating to the reference impedance waveform is stored in the ROM 5, and is read out and used when the CPU 3 determines whether or not there is a crack.

図4は、異常検出装置1のCPU3が検出素子部21のクラック有無判断を行うときのルーチン例を示したフローチャートである。検出素子部21の温度上昇(すなわちインピーダンス値の低下)は、内部に配置したヒータ22や酸素センサが接触する排気ガスの温度変化等の影響を受け易い。そこで、ここでは前提条件として「エンジン暖機終了」「酸素センサ暖機終了」及び「ヒータの性能確認終了」後であり、更に検出素子部にクラックがある場合に大気が吸い出される状態が形成され易いエンジンアイドル中であることを前提にして、CPU3が検出素子部21のクラック有無判断を行う例を示す。   FIG. 4 is a flowchart illustrating a routine example when the CPU 3 of the abnormality detection device 1 determines whether or not the detection element unit 21 is cracked. The temperature increase (that is, the impedance value decrease) of the detection element unit 21 is easily affected by the temperature change of the exhaust gas in contact with the heater 22 and the oxygen sensor disposed therein. Therefore, here, after “engine warm-up end”, “oxygen sensor warm-up end”, and “heater performance check end” as preconditions, there is a state where air is sucked out when there is a crack in the detection element section. An example in which the CPU 3 determines whether or not the detection element unit 21 is cracked is based on the assumption that the engine is easily idle.

このルーチンは例えばエンジンがスタートしたときに起動され、CPU3は前提条件が成立しているか否かを確認すると共に(S101)、エンジンがアイドル状態となってから所定時間X1(sec)以上経過したかを確認する(S102)。その後、ヒータ22への通電を強制的にONとして(S103)、所定時間X2(sec)維持する(S104)。CPU3は、このステップ104までを確認することでクラック有無判断を行う条件が揃ったことを確認する。   This routine is started, for example, when the engine is started, and the CPU 3 checks whether or not the precondition is satisfied (S101), and whether a predetermined time X1 (sec) or more has elapsed since the engine became idle. Is confirmed (S102). Thereafter, energization of the heater 22 is forcibly turned on (S103) and maintained for a predetermined time X2 (sec) (S104). The CPU 3 confirms that the conditions for determining the presence / absence of cracks have been met by confirming up to step 104.

次のステップ105(S105)でインピーダンス算出回路10から算出されるインピーダンス値ImpとROM5から読み出した基準インピーダンス値SImpとを比較する。算出されたインピーダンス値Impが基準インピーダンス値SImpより大きい場合には、正常状態よりも検出素子部の温度が低いことになるのでクラック有りと判断できる。よって、CPU3はこの場合には酸素センサ2に異常ありと判断して(S106)、本ルーチンよる処理を終了する。これとは逆に算出されたインピーダンス値Impが基準インピーダンス値SImp以下の場合には検出素子部が十分昇温していると推定できる。よって、CPU3はこの場合には酸素センサ2は正常であるとして(S107)、本フローチャートによる処理を繰り返す。   In the next step 105 (S105), the impedance value Imp calculated from the impedance calculation circuit 10 is compared with the reference impedance value SImp read from the ROM 5. If the calculated impedance value Imp is larger than the reference impedance value SImp, it can be determined that there is a crack because the temperature of the detection element portion is lower than in the normal state. Therefore, in this case, the CPU 3 determines that there is an abnormality in the oxygen sensor 2 (S106), and ends the processing by this routine. On the contrary, when the calculated impedance value Imp is equal to or lower than the reference impedance value SImp, it can be estimated that the temperature of the detection element unit is sufficiently increased. Therefore, the CPU 3 assumes that the oxygen sensor 2 is normal in this case (S107), and repeats the processing according to this flowchart.

上記のように実行される異常検出装置1のCPU3によるクラック有無の判断は、検出素子部21の温度を反映するインピーダンス値に基づくので、クラックがあっても正常と同様に出力する酸素センサや検出素子部が活性状態となっていない酸素センサであってもクラックの有無判断を行える。なお、図4で示すフローチャートは、所定時におけるインピーダンス値に基づいてクラック有無を判断する手法(第1の手法)を採用した例である。上記第2の手法或いは第3の手法を採用しても同様に酸素センサ2の異常を検出できる。また、上記した3個の手法を組合せてクラックの有無判断をより精度良く行うようにしてもよい。   The determination of the presence / absence of cracks by the CPU 3 of the abnormality detection apparatus 1 executed as described above is based on the impedance value reflecting the temperature of the detection element unit 21, so that even if there is a crack, an oxygen sensor or detection that outputs in the same manner as normal Even if the oxygen sensor is not in an active state, the presence or absence of cracks can be determined. The flowchart shown in FIG. 4 is an example in which a technique (first technique) for determining the presence or absence of cracks based on the impedance value at a predetermined time is adopted. Even if the second method or the third method is adopted, the abnormality of the oxygen sensor 2 can be detected in the same manner. Further, the presence / absence of cracks may be determined with higher accuracy by combining the above three methods.

さらに、インピーダンスを用いてクラック有無を判断する第4の手法について説明する。この手法はCPU3がインピーダンスを用いて検出素子部21の活性を維持するために酸素センサ2の温度制御も行っている場合に効率的な手法である。前述したように酸素センサ2を機能させるためには検出素子部21を所定温以上に維持することが必要である。CPU3は検出素子部21の温度維持のため、検出素子部21の温度が低下したときにはヒータ22に通電を行って昇温させる制御を行う。例えば検出素子部21の最適温度(活性に必要な温度)に対応した目標インピーダンス値MImpをROM5に予め記憶しておき、CPU3がインピーダンス算出回路10によって検出したインピーダンス値と目標インピーダンス値MImpとを比較してヒータ22への通電を制御して検出素子部21を温度維持する。   Furthermore, the 4th method of judging the presence or absence of a crack using an impedance is demonstrated. This technique is an efficient technique when the CPU 3 also performs temperature control of the oxygen sensor 2 in order to maintain the activity of the detection element unit 21 using impedance. As described above, in order for the oxygen sensor 2 to function, it is necessary to maintain the detection element unit 21 at a predetermined temperature or higher. In order to maintain the temperature of the detection element unit 21, the CPU 3 performs control to increase the temperature by energizing the heater 22 when the temperature of the detection element unit 21 decreases. For example, a target impedance value MImp corresponding to the optimum temperature (temperature required for activation) of the detection element unit 21 is stored in the ROM 5 in advance, and the impedance value detected by the impedance calculation circuit 10 by the CPU 3 is compared with the target impedance value MImp. Then, the energization to the heater 22 is controlled to maintain the temperature of the detection element unit 21.

具体的に説明すると、CPU3はインピーダンス算出回路10で検出したインピーダンス値が目標インピーダンス値MImpより大きい場合には検出素子部21の温度が低いものとしてヒータ22への通電を行う。これとは逆にCPU3は検出したインピーダンス値が目標インピーダンス値MImpより小さい場合には検出素子部21が十分に昇温しているとしてヒータ22への通電を遮断する。よって、ヒータ22への通電度合いを確認することで検出素子部21の状態を知ることができる。   More specifically, when the impedance value detected by the impedance calculation circuit 10 is larger than the target impedance value MImp, the CPU 3 energizes the heater 22 assuming that the temperature of the detection element unit 21 is low. On the contrary, when the detected impedance value is smaller than the target impedance value MImp, the CPU 3 interrupts the energization to the heater 22 on the assumption that the detection element portion 21 has sufficiently heated. Therefore, the state of the detection element unit 21 can be known by checking the degree of energization to the heater 22.

図5は、検出素子部にクラックのない正常な酸素センサと検出素子部にクラックのある異常な酸素センサとについてCPU3による温度制御の様子を比較して示した図である。(A)は検出素子部21にクラックの無い正常な酸素センサ2について示し、(B)は検出素子部21にクラックが発生している異常な酸素センサ2について示している。各図では上側にインピーダンス値の変化、下側にヒータのオン/オフのタイミングを示している。   FIG. 5 is a diagram comparing the temperature control by the CPU 3 with respect to a normal oxygen sensor having no crack in the detection element portion and an abnormal oxygen sensor having a crack in the detection element portion. (A) shows the normal oxygen sensor 2 with no cracks in the detection element portion 21, and (B) shows the abnormal oxygen sensor 2 with cracks in the detection element portion 21. In each figure, the impedance value changes on the upper side, and the heater on / off timings on the lower side.

図5から確認できるように、クラックが発生した酸素センサ2ではインピーダンスの波形が上下動する頻度が高く不安定である。そして、特にヒータ22へ通電をオンとしている時間が長くなっている。すなわち、図5はクラックが発生している検出素子部は温度が低下し易く、更にヒータに通電しても昇温し難いので、正常な酸素センサと比較してヒータへの電力供給量が多くなる(通電度合いが高くなる)ことを示している。検出素子部21にクラックが発生している場合には温度が低下し易くなるので、CPU3は酸素センサの活性化を維持するためヒータへの通電度合いを高くする。よって、検出素子部21にクラックが発生している場合には、正常な検出素子部と比較して一定時間内におけるヒータ22への通電量(電力供給量)が増加する。   As can be confirmed from FIG. 5, the oxygen sensor 2 in which the crack is generated is unstable because the impedance waveform frequently moves up and down. In particular, the time during which the heater 22 is energized is long. That is, in FIG. 5, since the temperature of the detection element portion where the crack is generated is likely to decrease, and even if the heater is energized, it is difficult to increase the temperature. Therefore, the amount of power supplied to the heater is larger than that of a normal oxygen sensor. (The degree of energization increases). When the crack is generated in the detection element unit 21, the temperature is likely to decrease. Therefore, the CPU 3 increases the degree of energization to the heater in order to maintain the activation of the oxygen sensor. Therefore, when the detection element unit 21 is cracked, the energization amount (power supply amount) to the heater 22 within a certain time is increased as compared with a normal detection element unit.

したがって、例えば所定時間(モニタ時間)内においてヒータ22への通電率が所定値以上の場合に、通電度合いが高いことを示すので検出素子部21にクラックが発生していると判断できることになる。そして、インピーダンスを用いてヒータ制御を行っている場合には、検出しているインピーダンス値が目標インピーダンス値MImpより小さくなる割合が通電率と対応することになる。よって、第4の手法では所定時間内において検出しているインピーダンス値が目標インピーダンス値MImp未満となる積算時間が基準時間を越えたときに検出素子部21にクラックが発生していると判断できることになる。   Therefore, for example, when the energization rate to the heater 22 is greater than or equal to a predetermined value within a predetermined time (monitoring time), it indicates that the degree of energization is high, so that it can be determined that a crack has occurred in the detection element unit 21. When heater control is performed using impedance, the ratio at which the detected impedance value is smaller than the target impedance value MImp corresponds to the energization rate. Therefore, in the fourth method, it can be determined that a crack has occurred in the detection element unit 21 when the integration time during which the impedance value detected within a predetermined time is less than the target impedance value MImp exceeds the reference time. Become.

具体的には、CPU3がインピーダンス算出回路10で検出したインピーダンス値が目標インピーダンス値MImpより小さくなる時間を確認して積算する。積算時間が予め設定した所定時間を越えた場合に検出素子部21にクラックがあるとの判断を行う。この手法の場合には、前述した温度検出データ及び基準温度データとして検出素子部21を加熱するヒータ22へ通電率や通電時間などが含まれることになる。なお、クラック判断に用いる基準時間は通電率に基づいて予め設定してROM5に記憶しておけばよい。   Specifically, the time when the impedance value detected by the impedance calculation circuit 10 by the CPU 3 is smaller than the target impedance value MImp is confirmed and integrated. When the accumulated time exceeds a predetermined time set in advance, it is determined that the detection element unit 21 has a crack. In the case of this method, the energization rate, energization time, and the like are included in the heater 22 that heats the detection element unit 21 as the above-described temperature detection data and reference temperature data. The reference time used for crack determination may be set in advance based on the energization rate and stored in the ROM 5.

さらに、図6を参照して第4の手法に関する条件等について説明する。図6は検出素子部21に形成されたクラックの大きさ(ここでは穴径で規定)と通電率との関係及び負荷条件の異なるエンジンの排気通路に酸素センサ2を配置したときの影響について示している。図6からクラックが大きくなると通電率が上昇することが分かる。また、白抜きの菱形で示す低負荷での定常走行(例えば40km/h)継続時の方が、黒塗り正方形で示す中負荷での定常走行(例えば60km/h)継続時よりも通電率が相対的に高くなっている。エンジンの負荷が大きくなるに従って排気ガス温が高くなるので、検出素子部も加熱される。そのためクラック発生による検出素子部の冷却効果を確認し難くなるためである。すなわち、低負荷走行時の方がクラック発生による冷却による影響を受け易いので検出素子部21のクラック有無判断を正確に行える。よって、第4の手法によるクラック判断はセンサ暖機及びエンジン暖機が完了した後であり、エンジンが比較的低負荷の運転状態にある時に実行することが望ましい。例えば図6から、低負荷走行の場合には、通電率が70%を超えたときにクラック有りとの判断を行うようにすると、約0.1mm径の小さなクラックでも検出できることになる。なお、エンジンが中負荷以上の運転状態についての通電率のデータを試験等により予め取得しておけば、中或いは高負荷状態についてもクラック判断を行うことができる。なお、上記では通電度合いを通電率で確認する場合を一例として説明しているが、ヒータ22への通電量により通電度合いを確認するようにしてもよいし、またヒータ22への積算通電量や積算通電時間を用いてもよい。   Furthermore, conditions and the like regarding the fourth method will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows the relationship between the size of the cracks formed in the detection element section 21 (specified by the hole diameter here) and the energization rate and the effect when the oxygen sensor 2 is arranged in the exhaust passage of the engine with different load conditions. ing. It can be seen from FIG. 6 that the energization rate increases as the cracks increase. In addition, the current-carrying rate during continuous running at a low load (for example, 40 km / h) indicated by a white diamond is higher than that during continuous running (for example, 60 km / h) at a medium load indicated by a black square. It is relatively high. Since the exhaust gas temperature increases as the engine load increases, the detection element section is also heated. Therefore, it is difficult to confirm the cooling effect of the detection element portion due to the occurrence of cracks. That is, since it is easier to be affected by cooling due to the occurrence of cracks during low-load running, the presence or absence of cracks in the detection element unit 21 can be accurately determined. Therefore, it is desirable that the crack determination by the fourth method is executed after the sensor warm-up and the engine warm-up are completed, and when the engine is in a relatively low load operation state. For example, from FIG. 6, in the case of low-load running, if it is determined that there is a crack when the energization rate exceeds 70%, even a small crack with a diameter of about 0.1 mm can be detected. In addition, if the data of the electricity supply rate about the driving | running state where an engine is more than medium load is acquired beforehand by a test etc., a crack judgment can be performed also about a medium or high load state. In the above description, the case where the degree of energization is confirmed by the energization rate is described as an example. However, the degree of energization may be confirmed based on the amount of energization to the heater 22, The accumulated energization time may be used.

本発明の異常検出装置は、検出素子部の温度を検出し、正常な前記検出素子部を加熱したときに得られる基準温度データと比較して検出素子部のクラック有無を判断するので、クラックがあっても正常と同様に出力するセンサや検出素子部が活性状態となっていないセンサでも異常検出を行なえる。また、本発明の異常検出装置は検出素子部の温度変化に基づいてクラック有無を判断するので、リーン状態が継続するようなエンジンの運転状況でも判断を行える。なお、上記実施形態はインピーダンス値を用いて温度検出を行うと共に温度検出手段としてはインピーダンス算出回路を用いているが、検出素子部の温度を直接測定するセンサを用いて検出素子部のクラック有無を判断するようにしてもよい。また、上記実施形態は酸素分圧に応じて起電力を発生させる酸素センサを例に説明したが、これに限らず検出素子部にバイアス電圧を印加して限界電流から酸素濃度を知るように構成した空燃比センサ(全域空燃比センサ或いはリニア空燃比センサ等とも称される)にも本発明を適用できる。   Since the abnormality detection device of the present invention detects the temperature of the detection element unit and determines the presence or absence of cracks in the detection element unit in comparison with reference temperature data obtained when the normal detection element unit is heated, Even if there is a sensor that outputs the same as normal or a sensor in which the detection element unit is not activated, the abnormality can be detected. Further, since the abnormality detection device of the present invention determines the presence or absence of cracks based on the temperature change of the detection element portion, it can also make a determination even in the engine operating state where the lean state continues. In the above embodiment, the temperature is detected using the impedance value and the impedance calculation circuit is used as the temperature detecting means. However, the presence or absence of cracks in the detection element unit is detected using a sensor that directly measures the temperature of the detection element unit. You may make it judge. Moreover, although the said embodiment demonstrated the oxygen sensor which generates an electromotive force according to oxygen partial pressure as an example, not only this but a bias voltage is applied to a detection element part, and it is comprised so that oxygen concentration may be known from a limiting current The present invention can also be applied to an air-fuel ratio sensor (also referred to as a full-range air-fuel ratio sensor or a linear air-fuel ratio sensor).

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

検出対象となる酸素センサに接続された状態での異常検出装置を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the abnormality detection apparatus in the state connected to the oxygen sensor used as detection object. 図1に対応する電気的な構成例を示した図である。It is the figure which showed the electrical structural example corresponding to FIG. エンジンがアイドル状態等の低負荷状態で安定駆動されているときの排気通路に、正常なセンサと検出素子部にクラックの有るセンサのそれぞれを設置したときに得られたデータを比較して示した図である。A comparison of data obtained when a normal sensor and a sensor with a crack in the detection element section are installed in the exhaust passage when the engine is driven stably in a low load state such as an idle state. FIG. 異常検出装置のCPUが検出素子部のクラック有無判断を行うときのルーチン例を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the example of a routine when CPU of an abnormality detection apparatus performs the crack presence determination of a detection element part. 検出素子部にクラックのない正常な酸素センサと検出素子部にクラックのある異常な酸素センサとについてCPUによる温度制御の様子を比較して示した図である。It is the figure which compared and showed the mode of temperature control by CPU about the normal oxygen sensor without a crack in a detection element part, and the abnormal oxygen sensor with a crack in a detection element part. 検出素子部に形成されたクラックの大きさと通電率との関係及び負荷条件の異なるエンジンの排気通路に酸素センサを配置したときの影響について示した図である。It is the figure shown about the influence when the oxygen sensor is arrange | positioned to the relationship between the magnitude | size of the crack formed in the detection element part, and an electricity supply rate, and the exhaust passage of an engine from which load conditions differ. 一般的な酸素センサにおける検出素子部を示した図、(B)は図(A)中CR内の検出素子部の断面構造を示した図である。The figure which showed the detection element part in a general oxygen sensor, (B) is the figure which showed the cross-section of the detection element part in CR in figure (A).

符号の説明Explanation of symbols

1 異常検出装置
2 酸素センサ
3 CPU(判断手段)
10 インピーダンス算出回路
21 検出素子部
22 ヒータ
25 起電力検出回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Abnormality detection apparatus 2 Oxygen sensor 3 CPU (judgment means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Impedance calculation circuit 21 Detection element part 22 Heater 25 Electromotive force detection circuit

Claims (8)

第1のガスと第2のガスとの間に配置され、前記第1のガスと前記第2のガスとの酸素分圧に応じた信号を出力する検出素子部と、該検出素子部を加熱するためのヒータとを備えているセンサの異常を検出する装置であって、
前記検出素子部の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段による温度検出に関連して得られる温度検出データと、正常な前記検出素子部を加熱したときに得られる基準温度データとを用いて、前記検出素子部の異常の有無を判断する判断手段とを備えたことを特徴とするセンサの異常検出装置。
A detection element unit disposed between the first gas and the second gas and outputting a signal corresponding to an oxygen partial pressure of the first gas and the second gas, and heating the detection element unit An apparatus for detecting abnormality of a sensor provided with a heater for performing,
Temperature detection means for detecting the temperature of the detection element section;
Using temperature detection data obtained in connection with temperature detection by the temperature detection means and reference temperature data obtained when the normal detection element unit is heated, the presence or absence of abnormality of the detection element unit is determined. An abnormality detection device for a sensor, comprising: a determination unit.
前記検出温度データ及び基準温度データは、前記温度検出手段によって検出する前記検出素子部の温度を含み、
前記判断手段は、前記ヒータ加熱後の所定時における前記検出素子部の温度を前記検出温度データと前記基準温度データとで比較して、前記検出温度データによる前記温度の方が低い場合に、前記検出素子部に異常ありとの判断を行うことを特徴とする請求項1に記載のセンサの異常検出装置。
The detected temperature data and the reference temperature data include the temperature of the detection element unit detected by the temperature detection means,
The determination unit compares the temperature of the detection element unit at a predetermined time after heating the heater with the detected temperature data and the reference temperature data, and when the temperature based on the detected temperature data is lower, The sensor abnormality detection device according to claim 1, wherein it is determined that the detection element unit is abnormal.
前記検出温度データ及び基準温度データは、前記温度検出手段によって検出する前記検出素子部の温度と該温度の検出時間とを含み、
前記判断手段は、前記検出温度データ及び前記基準温度データのそれぞれから時間当りの温度上昇率を求めて比較して、前記検出温度データによる前記温度上昇率の方が小さい場合に、前記検出素子部に異常ありとの判断を行うことを特徴とする請求項1に記載のセンサの異常検出装置。
The detected temperature data and the reference temperature data include a temperature of the detection element unit detected by the temperature detection means and a detection time of the temperature,
The determination means obtains and compares the temperature increase rate per time from each of the detected temperature data and the reference temperature data, and when the temperature increase rate based on the detected temperature data is smaller, the detection element unit The sensor abnormality detection device according to claim 1, wherein it is determined that there is an abnormality in the sensor.
前記検出温度データ及び基準温度データは、前記検出素子部が所定温度となるまでの所要時間に関するデータを含み、
前記判断手段は、前記所要時間を前記検出温度データと前記基準温度データとで比較し、前記検出温度データによる前記所要時間の方が長い場合に、前記検出素子部に異常ありとの判断を行うことを特徴とする請求項1に記載のセンサの異常検出装置。
The detected temperature data and the reference temperature data include data related to a time required until the detection element unit reaches a predetermined temperature,
The determination unit compares the required time with the detected temperature data and the reference temperature data, and determines that the detection element unit is abnormal when the required time based on the detected temperature data is longer. The sensor abnormality detection device according to claim 1.
前記検出温度データ及び基準温度データは、前記ヒータへの通電度合いに関するデータを含み、
前記判断手段は、所定条件における前記通電度合いを前記検出温度データおよび基準温度データとで比較して、前記検出温度データによる前記通電度合いの方が大きい場合に、前記検出素子部に異常ありとの判断を行うことを特徴とする請求項1に記載のセンサの異常検出装置。
The detected temperature data and the reference temperature data include data relating to the degree of energization to the heater,
The determination unit compares the degree of energization under a predetermined condition with the detected temperature data and reference temperature data, and when the degree of energization based on the detected temperature data is greater, the detection element unit is abnormal. The sensor abnormality detection device according to claim 1, wherein the determination is performed.
前記温度検出手段は、前記検出素子部に接続されて該検出素子部のインピーダンス値を算出するインピーダンス算出回路を含み、
前記判断手段は、前記インピーダンス算出回路が算出するインピーダンス値を用いて前記判断を行うことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のセンサの異常検出装置。
The temperature detection means includes an impedance calculation circuit that is connected to the detection element unit and calculates an impedance value of the detection element unit,
6. The sensor abnormality detection device according to claim 1, wherein the determination unit performs the determination using an impedance value calculated by the impedance calculation circuit.
第1のガスと第2のガスとの間に配置され、前記第1のガスと前記第2のガスとの酸素分圧に応じた信号を出力する検出素子部と、該検出素子部を加熱するためのヒータとを備えているセンサの異常を検出する方法であって、
前記検出素子部の温度を検出して、正常な前記検出素子部を加熱したときに得られる基準温度データと比較し、前記温度の上昇度合いが前記基準温度データによる温度の上昇度合いよりも遅い場合に前記検出素子部に異常ありとの判断を行うことを特徴とするセンサの異常検出方法。
A detection element unit disposed between the first gas and the second gas and outputting a signal corresponding to an oxygen partial pressure of the first gas and the second gas, and heating the detection element unit A method of detecting an abnormality of a sensor provided with a heater for performing,
When the temperature of the detection element unit is detected and compared with reference temperature data obtained when the normal detection element unit is heated, the temperature increase degree is slower than the temperature increase degree by the reference temperature data A method for detecting an abnormality of a sensor, comprising: determining that the detection element unit is abnormal.
前記温度検出手段の温度の検出を前記検出素子部のインピーダンス値を用いて行うことを特徴とする請求項7に記載のセンサの異常検出方法。
The sensor abnormality detection method according to claim 7, wherein the temperature detection unit detects the temperature using an impedance value of the detection element unit.
JP2004337254A 2004-09-27 2004-11-22 Sensor abnormality detection device Pending JP2006118490A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004337254A JP2006118490A (en) 2004-09-27 2004-11-22 Sensor abnormality detection device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004279389 2004-09-27
JP2004337254A JP2006118490A (en) 2004-09-27 2004-11-22 Sensor abnormality detection device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006118490A true JP2006118490A (en) 2006-05-11

Family

ID=36536588

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004337254A Pending JP2006118490A (en) 2004-09-27 2004-11-22 Sensor abnormality detection device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006118490A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012164096A (en) * 2011-02-04 2012-08-30 Fuji Electric Co Ltd Gas alarm and heater electric power control method of gas sensor in gas alarm
JP2012164095A (en) * 2011-02-04 2012-08-30 Fuji Electric Co Ltd Gas alarm, and heater temperature control method of gas sensor in gas alarm
JP2012164094A (en) * 2011-02-04 2012-08-30 Fuji Electric Co Ltd Gas alarm and heater voltage setting method of gas sensor in gas alarm
JP2019178929A (en) * 2018-03-30 2019-10-17 日本碍子株式会社 Method for evaluating resistance to thermal shock of sensor element and method for manufacturing sensor element

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012164096A (en) * 2011-02-04 2012-08-30 Fuji Electric Co Ltd Gas alarm and heater electric power control method of gas sensor in gas alarm
JP2012164095A (en) * 2011-02-04 2012-08-30 Fuji Electric Co Ltd Gas alarm, and heater temperature control method of gas sensor in gas alarm
JP2012164094A (en) * 2011-02-04 2012-08-30 Fuji Electric Co Ltd Gas alarm and heater voltage setting method of gas sensor in gas alarm
JP2019178929A (en) * 2018-03-30 2019-10-17 日本碍子株式会社 Method for evaluating resistance to thermal shock of sensor element and method for manufacturing sensor element
JP7063686B2 (en) 2018-03-30 2022-05-09 日本碍子株式会社 Thermal impact resistance evaluation method for sensor elements and manufacturing method for sensor elements

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5170907B2 (en) Control device for controlled parts for vehicles
US8623186B2 (en) Apparatus and process for gas sensor control
JP4949470B2 (en) Diagnosis of cracked multi-chamber solid electrolyte gas sensor
US10451586B2 (en) Gas sensor system
JP4603471B2 (en) Sensor element deterioration determination device and sensor element deterioration determination method
JP2007147383A (en) Device and method for determining degradation of sensor element
JPH11107830A (en) Air-fuel ratio sensor system abnormality diagnostic device for internal combustion engine
JP6276172B2 (en) Load drive device
WO2006088073A1 (en) Method for diagnosing unusual conditions of gas concentration detecting unit, and apparatus for diagnosing unusual conditions of gas concentration detecting unit
JP4659664B2 (en) Sensor element deterioration determination device and sensor element deterioration determination method
US20160097738A1 (en) Gas sensor system
US6850870B2 (en) Failure diagnosis device for O2 sensor
JP2006118490A (en) Sensor abnormality detection device
JPH116812A (en) Trouble judging apparatus for heater control system used for gas concentration sensor
JP2006300625A (en) Abnormality detection device of oxygen sensor
JP2008233046A (en) Sensor control unit
JP5995993B2 (en) Glow plug diagnostic method and vehicle glow plug drive control device
JP6943722B2 (en) Gas sensor controller
JP4031503B2 (en) Abnormality diagnosis method for gas concentration detection unit and abnormality diagnosis device for gas concentration detection unit
JP2006336591A (en) Abnormality determination device for oxygen sensor
JP2009031153A (en) Control unit for oxygen sensor
JP7055873B2 (en) In-vehicle electronic control device
JP2006098383A (en) Abnormality detecting device of oxygen sensor
JP2004360565A (en) Malfunction detection device for air-fuel ratio sensor
JP4917445B2 (en) Combined gas alarm device