JP2009031213A - Device for diagnosing abnormality of oxygen sensor - Google Patents

Device for diagnosing abnormality of oxygen sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2009031213A
JP2009031213A JP2007197751A JP2007197751A JP2009031213A JP 2009031213 A JP2009031213 A JP 2009031213A JP 2007197751 A JP2007197751 A JP 2007197751A JP 2007197751 A JP2007197751 A JP 2007197751A JP 2009031213 A JP2009031213 A JP 2009031213A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxygen sensor
detection element
voltage
detection
abnormality
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
JP2007197751A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Iwasaki
靖志 岩▲崎▼
Takehiro Shirosaki
剛博 城向
Toru Kidokoro
徹 木所
Yutaka Sawada
裕 澤田
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 JP2007197751A priority Critical patent/JP2009031213A/en
Publication of JP2009031213A publication Critical patent/JP2009031213A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a time needed for detecting abnormality of an oxygen sensor and accuracy in abnormality detection of an oxygen sensor. <P>SOLUTION: When the temperature of a detection element is greater than a reference temperature value (S40), the presence of abnormality is determined (S60). Frequency characteristics of an oxygen sensor shift toward a high-frequency side as the temperature thereof increases. Frequencies when the peak of a capacitance component in each region of the characteristic curve appears are relatively higher as the temperature increases. By determining the presence of abnormality from the characteristic when the temperature of the detection element is greater than the reference temperature value, the peak of the capacitance component can be detected by applying an alternating current signal with a frequency higher than that at a normal temperature. Thus, an alternating current signal with a predetermined cycle number for detecting the peak can be applied in a short time and the time needed for detecting abnormality can be reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は酸素センサの異常診断装置に係り、特に、内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスの酸素濃度に応じた起電力を発生する酸素センサの異常診断装置に関する。   The present invention relates to an oxygen sensor abnormality diagnosis device, and more particularly to an oxygen sensor abnormality diagnosis device that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and generates an electromotive force according to the oxygen concentration of exhaust gas.

触媒を利用した排気ガス浄化システムを備える内燃機関では、触媒による排気ガスの有害成分の浄化を有効に行うため、内燃機関で燃焼される混合気の空気と燃料との混合割合、すなわち空燃比のコントロールが欠かせない。こうした空燃比の制御を行うため、内燃機関の排気通路に、排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサを設け、その検出結果より空燃比を求めて、検出された空燃比を所定の目標空燃比に近づけるフィードバック制御を実施している。   In an internal combustion engine equipped with an exhaust gas purification system using a catalyst, in order to effectively remove harmful components of exhaust gas by the catalyst, the mixture ratio of air and fuel in the air-fuel mixture burned in the internal combustion engine, that is, the air-fuel ratio is reduced. Control is essential. In order to perform such air-fuel ratio control, an oxygen sensor for detecting the oxygen concentration of the exhaust gas is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, the air-fuel ratio is obtained from the detection result, and the detected air-fuel ratio is set to a predetermined target air-fuel ratio. The feedback control to bring it closer to

典型的な酸素センサは、排気通路内に突出するように配設された筒型の検出素子を備えている。検出素子は、その内面を大気(空気)に露呈するとともに、その外面は、センサカバーを通して流過する排気ガスに曝される。また検出素子は、内外の表面に電極が被覆された固体電解質により形成されている。固体電解質は、酸素がイオン化した状態でその内部を移動可能な固形物質であり、酸素センサ用としては例えばジルコニアが利用されている。検出素子の内側の大気と外側の排気ガスとの酸素分圧に差が生じると、その分圧の差を縮小すべく、酸素分圧の高い側(通常は大気側)の酸素がイオン化して固体電解質を通り、酸素分圧の低い側(通常は排気ガス側)へと移動する。酸素分子はイオン化する過程で4価の電子を受け取り、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。そのため、上記の酸素の移動に応じて検出素子の内外表面の電極で電子の移動が生じ、その結果、検出素子に起電力が発生する。こうして酸素センサは、大気と排気ガスとの酸素分圧の差に応じて起電力を発生し、より具体的には、排気ガスの酸素濃度が少なくなるほど(つまり排気ガスの空燃比がリッチであるほど)大きな起電力を発生する。   A typical oxygen sensor includes a cylindrical detection element disposed so as to protrude into the exhaust passage. The detection element has its inner surface exposed to the atmosphere (air), and its outer surface is exposed to exhaust gas flowing through the sensor cover. The detection element is formed of a solid electrolyte having inner and outer surfaces covered with electrodes. The solid electrolyte is a solid substance that can move in the state in which oxygen is ionized. For example, zirconia is used as an oxygen sensor. If there is a difference in oxygen partial pressure between the atmosphere inside the sensing element and the exhaust gas outside, oxygen on the higher oxygen partial pressure (usually the atmosphere side) is ionized to reduce the difference in partial pressure. It moves through the solid electrolyte to the low oxygen partial pressure side (usually the exhaust gas side). Oxygen molecules receive tetravalent electrons in the process of ionization, and emit tetravalent electrons in the process of returning from the ionized state to the molecule. Therefore, movement of electrons occurs at the electrodes on the inner and outer surfaces of the detection element in accordance with the movement of oxygen, and as a result, an electromotive force is generated in the detection element. Thus, the oxygen sensor generates an electromotive force according to the difference in oxygen partial pressure between the atmosphere and the exhaust gas. More specifically, the oxygen concentration of the exhaust gas decreases (that is, the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes richer). It generates a large electromotive force.

この酸素センサの等価回路は、図12に示されるとおり、リード線等の抵抗R0、電解質のバルク抵抗Rb、バルク静電容量Cb、電解質の粒界抵抗Rg、粒界静電容量Cg、電極界面抵抗Re、及び電極界面静電容量Ceから構成されると考えられている。   As shown in FIG. 12, the equivalent circuit of this oxygen sensor includes a resistance R0 such as a lead wire, an electrolyte bulk resistance Rb, a bulk capacitance Cb, an electrolyte grain boundary resistance Rg, a grain boundary capacitance Cg, and an electrode interface. It is considered to be composed of a resistor Re and an electrode interface capacitance Ce.

図13は、酸素センサのインピーダンス特性を示す。横軸はインピーダンスZの実数部Z’、縦軸は虚数部Z”を示す。酸素センサ素子のインピーダンスZはZ=Z’+jZ”で表される。図13に示されるとおり、印加電圧の周波数(角速度ωnに対応)を漸増させていくと、電極界面部の虚数部Z”すなわち静電容量成分は、電極界面の状態を示すと考えられている電極界面特性領域Aにおいてほぼ半円を描いて0に収束し、また電解質部の状態を示すと考えられている電解質部特性領域Bにおいて、粒界抵抗部分と粒子抵抗部分との二つの半円を描いて0に収束することが知られている。そして、この特性曲線における領域Aの部分は、検出素子が劣化した場合には、図13中一点鎖線で示されるように、Z’−Z”平面における右上側(抵抗成分及び静電容量成分の増大側)へとシフトするため、この領域Aにおける静電容量成分のピークを検出して正常値と比較することにより、検出素子の異常を検出することができる。   FIG. 13 shows the impedance characteristics of the oxygen sensor. The horizontal axis represents the real part Z ′ of the impedance Z, and the vertical axis represents the imaginary part Z ″. The impedance Z of the oxygen sensor element is represented by Z = Z ′ + jZ ″. As shown in FIG. 13, when the frequency of the applied voltage (corresponding to the angular velocity ωn) is gradually increased, the imaginary part Z ″ of the electrode interface, that is, the electrostatic capacitance component, is considered to indicate the state of the electrode interface. In the electrode interface characteristic region A, a semicircle is drawn and converges to 0, and in the electrolyte part characteristic region B, which is considered to indicate the state of the electrolyte part, two semicircles of a grain boundary resistance part and a particle resistance part It is known that the region A in the characteristic curve converges to 0. When the detection element deteriorates, the portion of region A in this characteristic curve is Z′-Z, as shown by a one-dot chain line in FIG. "In order to shift to the upper right side (resistance component and capacitance component increase side) in the plane, the peak of the capacitance component in this region A is detected and compared with the normal value, thereby detecting the abnormality of the detection element. Can be detected

ところで、特許文献1,2が開示する装置では、空燃比(A/F)センサの酸素濃度検出素子の劣化を検出するために、酸素濃度検出素子の電解質インピーダンスを検出すべき第1の周波数帯域、及び電極界面インピーダンスを検出すべき第2の周波数帯域の交流電圧を個別に印加し、且つこれら第1及び第2の周波数帯域のそれぞれについて交流インピーダンスを検出して、これらインピーダンス値の差分から、劣化による異常の有無を検出する。   By the way, in the devices disclosed in Patent Documents 1 and 2, the first frequency band in which the electrolyte impedance of the oxygen concentration detection element should be detected in order to detect the deterioration of the oxygen concentration detection element of the air-fuel ratio (A / F) sensor. , And an AC voltage in a second frequency band in which the electrode interface impedance is to be detected individually, and an AC impedance is detected for each of the first and second frequency bands, and from the difference between these impedance values, Detects the presence or absence of abnormalities due to deterioration.

また特許文献3が開示する装置では、A/Fセンサの酸素濃度検出素子の劣化を検出するために、空燃比がリッチ又はリーンであるときに、素子インピーダンスを検出し、対応する素子温度から電流を算出して基準電流値と比較することでセンサの異常を検出する。   Further, in the apparatus disclosed in Patent Document 3, in order to detect the deterioration of the oxygen concentration detection element of the A / F sensor, when the air-fuel ratio is rich or lean, the element impedance is detected, and the current is detected from the corresponding element temperature. Is detected and compared with a reference current value to detect a sensor abnormality.

特開2000−46780号公報JP 2000-46780 A 特許第3570274号公報Japanese Patent No. 3570274 特開2000−193636号公報JP 2000-193636 A

しかし、特許文献1ないし3の装置はいずれもA/Fセンサに係るものであって、酸素センサについて同様の異常診断を行う装置は従来存在しない。また、異常の検出に要する時間及び精度についても、なお改善の余地が残されている。例えば、素子温550°Cでの電極界面特性は1kHz〜0.01Hz未満の領域に現れるが、この周波数領域で精度よくインピーダンスを測定するには0.1Hz程度の周波数の電圧の印加が必要となり、この場合1周期が10secと長いため、異常診断に要する時間の短縮化が要請される。また、電極界面部の電気的特性は雰囲気の酸素濃度に依存して変化し、リッチ雰囲気では電極界面インピーダンスが小さくなるため、異常診断に対する影響を抑制することが望ましい。   However, the devices of Patent Documents 1 to 3 all relate to the A / F sensor, and there is no conventional device that performs the same abnormality diagnosis for the oxygen sensor. In addition, there is still room for improvement in the time and accuracy required for detecting an abnormality. For example, the electrode interface characteristics at an element temperature of 550 ° C. appear in the region of 1 kHz to less than 0.01 Hz. To accurately measure impedance in this frequency region, it is necessary to apply a voltage with a frequency of about 0.1 Hz. In this case, since one cycle is as long as 10 seconds, it is required to shorten the time required for abnormality diagnosis. In addition, since the electrical characteristics of the electrode interface portion change depending on the oxygen concentration of the atmosphere and the electrode interface impedance becomes small in a rich atmosphere, it is desirable to suppress the influence on the abnormality diagnosis.

そこで本発明の目的は、酸素センサの異常の検出に要する時間を短縮すること、及び、酸素センサの異常検出の精度を改善することにある。   Therefore, an object of the present invention is to shorten the time required for detecting an abnormality of the oxygen sensor and to improve the accuracy of detecting the abnormality of the oxygen sensor.

第1の本発明に係る酸素センサの異常診断装置は、酸素センサの検出素子に交流電圧を印加して電気的特性を検出する検出手段と、当該検出手段の検出値に基づいて前記検出素子の異常の有無を判定する判定手段と、を備えた酸素センサの異常診断装置であって、前記判定手段は、前記検出素子の温度が所定の基準温度値よりも大きい場合に前記判定を実行することを特徴とする。   According to a first aspect of the present invention, there is provided an abnormality diagnosis apparatus for an oxygen sensor, comprising: detection means for detecting an electrical characteristic by applying an AC voltage to a detection element of an oxygen sensor; An oxygen sensor abnormality diagnosis apparatus comprising: a determination unit that determines whether or not there is an abnormality, wherein the determination unit performs the determination when the temperature of the detection element is greater than a predetermined reference temperature value. It is characterized by.

酸素センサの検出素子の周波数特性は、温度が高いほど高周波側にシフトし、特性曲線の各領域における静電容量成分のピークが生じる周波数は、温度が高いほど比較的高くなる。この性質を利用して、本発明では、検出素子の温度が所定の基準温度値よりも大きい場合に異常の有無を判定することとしたので、通常の温度よりも高い周波数の交流信号の印加によって、静電容量成分のピークを検出することができる。したがって第1の本発明では、検出のための所定のサイクル数の交流信号の印加を短時間で行うことができ、これによって、異常の検出に要する時間を短縮することができる。   The frequency characteristic of the detection element of the oxygen sensor shifts to a higher frequency side as the temperature is higher, and the frequency at which the peak of the capacitance component in each region of the characteristic curve is relatively higher as the temperature is higher. By utilizing this property, in the present invention, when the temperature of the detection element is larger than a predetermined reference temperature value, the presence / absence of an abnormality is determined. Therefore, by applying an AC signal having a frequency higher than the normal temperature, The peak of the capacitance component can be detected. Therefore, in the first aspect of the present invention, it is possible to apply an alternating current signal having a predetermined number of cycles for detection in a short time, thereby shortening the time required for detecting an abnormality.

第2の本発明に係る酸素センサの異常診断装置は、酸素センサの検出素子に交流電圧を印加して電気的特性を検出する検出手段と、当該検出手段の検出値に基づいて前記検出素子の異常の有無を判定する判定手段を備えた酸素センサの異常診断装置であって、前記交流電圧が印加されていないときの前記検出素子の出力電圧に基づいて、前記検出素子の出力電圧の影響を抑制するように前記電気的特性の検出値を補正する補正手段を更に備え、前記判定手段は、前記補正手段によって補正された前記電気的特性の検出値に基づいて前記判定を実行することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided an oxygen sensor abnormality diagnosis device comprising: a detecting means for detecting an electrical characteristic by applying an AC voltage to a detecting element of an oxygen sensor; and a detecting element based on a detection value of the detecting means. An apparatus for diagnosing an abnormality of an oxygen sensor comprising a determination means for determining the presence or absence of an abnormality, wherein the influence of the output voltage of the detection element is determined based on the output voltage of the detection element when the AC voltage is not applied. And a correction unit that corrects the detection value of the electrical characteristic so as to suppress the determination, wherein the determination unit performs the determination based on the detection value of the electrical characteristic corrected by the correction unit. And

第2の本発明では、補正手段が、電気的特性の検出のために交流電圧が印加されていないときの検出素子の出力電圧に基づいて、前記検出素子の出力電圧の影響を抑制するように電気的特性の検出値を補正するので、酸素センサの異常検出の精度を改善することができる。   In the second aspect of the present invention, the correcting means suppresses the influence of the output voltage of the detection element based on the output voltage of the detection element when no AC voltage is applied for detection of electrical characteristics. Since the detection value of the electrical characteristic is corrected, the accuracy of abnormality detection of the oxygen sensor can be improved.

本発明が適用される車両用内燃機関の構成を、図1を参照して説明する。内燃機関10の吸気通路11には、その通路面積を可変とするスロットルバルブ15(本実施形態では電子制御式)が設けられ、その開度制御によりエアクリーナ14を通じて吸入される空気の量が調整される。ここで吸入された空気の量(吸入空気量)は、エアフローメータ16により検出されている。そして吸気通路11に吸入された空気は、スロットルバルブ15下流に設けられたインジェクタ17より噴射された燃料と混合された後、燃焼室12に送られて、そこで燃焼される。   The configuration of a vehicle internal combustion engine to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. The intake passage 11 of the internal combustion engine 10 is provided with a throttle valve 15 (in this embodiment, electronically controlled) whose variable passage area is provided, and the amount of air taken in through the air cleaner 14 is adjusted by opening degree control. The The amount of air sucked here (intake air amount) is detected by the air flow meter 16. The air sucked into the intake passage 11 is mixed with fuel injected from an injector 17 provided downstream of the throttle valve 15 and then sent to the combustion chamber 12 where it is burned.

一方、燃焼室12での燃焼により生じた排気ガスが送られる排気通路13には、排気ガス中の有害成分を浄化する三元触媒18が設けられ、その上流側には酸素センサ19が設けられている。   On the other hand, the exhaust passage 13 through which exhaust gas generated by combustion in the combustion chamber 12 is sent is provided with a three-way catalyst 18 for purifying harmful components in the exhaust gas, and an oxygen sensor 19 is provided upstream thereof. ing.

三元触媒18は、燃焼される混合気の空燃比が理論空燃比近傍の狭い範囲(ウインドウ)でのみ、排気ガス中の主要有害成分(HC、CO、NOx)のすべてを効率的に浄化する。そうした三元触媒18を有効に機能させるには、混合気の空燃比を上記ウインドウの中心に合わせこむ、厳密なコントロールが必要となる。   The three-way catalyst 18 efficiently purifies all the main harmful components (HC, CO, NOx) in the exhaust gas only when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to be burned is in a narrow range (window) near the theoretical air-fuel ratio. . In order for such a three-way catalyst 18 to function effectively, it is necessary to strictly control the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to match the center of the window.

この空燃比の制御は、電子制御ユニット(以下「ECU」という)22により行われる。ECU22は、例えば図示しない双方向性バスにより相互に接続されたCPU、ROM、RAM、B(バッテリバックアップ).RAM、不揮発性メモリ、入力ポート、出力ポート、A/D変換器およびD/A変換器を具備する。ECU22には、上記エアフローメータ16や酸素センサ19、及びアクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ21、機関回転速度を検出する回転速度センサ23を始めとする各種センサ類の検出信号が入力されている。そしてECU22は、それらセンサ類の検出信号より把握される内燃機関10や車両の運転状況に応じて、上記スロットルバルブ15やインジェクタ17等を駆動制御して、上記の空燃比フィードバック制御を行っている。空燃比フィードバック制御の概要は次の通りである。   The air-fuel ratio is controlled by an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 22. The ECU 22 includes, for example, a CPU, ROM, RAM, B (battery backup). A RAM, a nonvolatile memory, an input port, an output port, an A / D converter, and a D / A converter are provided. The ECU 22 includes various sensors including the air flow meter 16, the oxygen sensor 19, an accelerator opening sensor 21 that detects the amount of depression of the accelerator pedal (accelerator opening), and a rotation speed sensor 23 that detects the engine rotation speed. Detection signal is input. The ECU 22 controls the air-fuel ratio feedback control by driving the throttle valve 15 and the injector 17 in accordance with the operating conditions of the internal combustion engine 10 and the vehicle ascertained from the detection signals of the sensors. . The outline of the air-fuel ratio feedback control is as follows.

まずECU22は、アクセル開度や機関回転速度の検出結果に応じて把握される吸入空気量の要求量を求め、それに応じた吸入空気量が得られるようにスロットルバルブ15の開度を調整する。その一方、エアフローメータ16により検出される吸入空気量の実測値に対して、理論空燃比が得られるだけの燃料量を求め、それによりインジェクタ17からの燃料噴射量を調整する。これにより、燃焼室12で燃焼される混合気の空燃比を、ある程度に理論空燃比に近づけることはできる。ただし、それだけでは上記要求される高精度の空燃比制御には不十分である。   First, the ECU 22 obtains a required amount of intake air amount grasped according to the detection result of the accelerator opening degree and the engine rotation speed, and adjusts the opening degree of the throttle valve 15 so as to obtain the intake air amount corresponding thereto. On the other hand, an amount of fuel sufficient to obtain the stoichiometric air-fuel ratio is obtained from the actually measured value of the intake air amount detected by the air flow meter 16, thereby adjusting the fuel injection amount from the injector 17. Thereby, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber 12 can be brought close to the stoichiometric air-fuel ratio to some extent. However, that alone is not sufficient for the required highly accurate air-fuel ratio control.

そこでECU22は、上記酸素センサ19の検出結果より把握される空燃比の実測値に基づいて、インジェクタ17からの燃料噴射量をフィードバック補正し、要求される空燃比制御の精度を確保している。   Therefore, the ECU 22 feedback corrects the fuel injection amount from the injector 17 based on the actual value of the air / fuel ratio obtained from the detection result of the oxygen sensor 19 to ensure the required accuracy of the air / fuel ratio control.

以上のように、この排気ガス浄化システムでは、酸素センサ19の検出結果に応じて燃料噴射量をフィードバック補正する、いわゆる空燃比フィードバック制御を実施することで、混合気の空燃比を理論空燃比近傍に保持し、高い排気ガス浄化率を確保している。   As described above, in this exhaust gas purification system, the so-called air-fuel ratio feedback control that feedback-corrects the fuel injection amount according to the detection result of the oxygen sensor 19 is performed, so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is made close to the theoretical air-fuel ratio. To maintain a high exhaust gas purification rate.

図2及び図3に示すように、酸素センサ19は、排気通路13内に突出するように配設された筒型の検出素子31を備えている。検出素子31は、その内面を大気(空気)に露呈するとともに、その外面は、穿孔されたセンサカバー32を通して流過する排気ガスに曝される。また検出素子31は、内外の表面に電極33A,33Bが被覆された固体電解質により形成されている。固体電解質は、酸素がイオン化した状態でその内部を移動可能な固形物質であり、酸素センサ用としては例えばジルコニアが利用されている。検出素子31の内側の大気室34は、センサ内に設けられた図示しない大気通路と、センサボディに形成された大気穴35とを通じて外部に連通され、且つ大気が導出入可能となっている。大気室34には、検出素子31を加熱して早期に活性化させるためのヒータ36が設けられ、ヒータ36はECU22によって通電制御される。   As shown in FIGS. 2 and 3, the oxygen sensor 19 includes a cylindrical detection element 31 arranged so as to protrude into the exhaust passage 13. The detection element 31 has its inner surface exposed to the atmosphere (air), and its outer surface is exposed to exhaust gas flowing through the perforated sensor cover 32. The detection element 31 is formed of a solid electrolyte in which electrodes 33A and 33B are coated on the inner and outer surfaces. The solid electrolyte is a solid substance that can move in the state in which oxygen is ionized. For example, zirconia is used as an oxygen sensor. The atmosphere chamber 34 inside the detection element 31 communicates with the outside through an atmosphere passage (not shown) provided in the sensor and an atmosphere hole 35 formed in the sensor body, and the atmosphere can be led out and in. The atmospheric chamber 34 is provided with a heater 36 for heating the detection element 31 and activating it early, and the heater 36 is energized and controlled by the ECU 22.

検出素子31を介して隔てられたその内側の大気と外側の排気ガスとの酸素分圧に差が生じると、その分圧の差を縮小すべく、酸素分圧の高い側(通常は大気側)の酸素がイオン化して固体電解質を通り、酸素分圧の低い側(通常は排気ガス側)へと移動する。酸素分子はイオン化する過程で4価の電子を受け取り、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。そのため、上記の酸素の移動に応じて検出素子31の内外表面の電極で電子の移動が生じ、その結果、検出素子31に起電力が発生する。こうして酸素センサ19は、大気と排気ガスとの酸素分圧の差に応じて起電力を発生し、より具体的には、排気ガスの酸素濃度が少なくなるほど(つまり検出素子31外部の排気ガスの空燃比がリッチであるほど)大きな起電力を発生する。ここで酸素イオンが内表面側の電極33Aから検出素子31を通って外表面側の電極33Bに向かうことから、電流の向きは逆となり、両電極に接続された外部装置に対しては内表面側の電極33Aが正極、外表面側の電極33Bが負極となる。   When a difference occurs in the oxygen partial pressure between the inner atmosphere separated from the detection element 31 and the outer exhaust gas, in order to reduce the difference in the partial pressure, the oxygen partial pressure side (usually the atmosphere side) is reduced. ) Is ionized, passes through the solid electrolyte, and moves to the side where oxygen partial pressure is low (usually the exhaust gas side). Oxygen molecules receive tetravalent electrons in the process of ionization, and emit tetravalent electrons in the process of returning from the ionized state to the molecule. Therefore, movement of electrons occurs at the electrodes on the inner and outer surfaces of the detection element 31 in accordance with the movement of oxygen, and as a result, an electromotive force is generated in the detection element 31. Thus, the oxygen sensor 19 generates an electromotive force according to the difference in oxygen partial pressure between the atmosphere and the exhaust gas. More specifically, as the oxygen concentration of the exhaust gas decreases (that is, the exhaust gas outside the detection element 31). Larger electromotive force is generated (the richer the air-fuel ratio). Here, since oxygen ions are directed from the inner surface side electrode 33A through the detection element 31 to the outer surface side electrode 33B, the direction of the current is reversed, and the inner surface is not connected to the external device connected to both electrodes. The side electrode 33A is a positive electrode, and the outer surface side electrode 33B is a negative electrode.

ちなみに、酸素センサには他にも、板形状の検出素子を用いたものや、検出素子にジルコニア以外の素材を用いたものなど、様々なタイプの酸素センサがある。そしてその多くでは、上記例示したセンサと同様の検出原理により排気ガスの酸素分圧を検出する構成、すなわち基準ガス(大気)と排気ガスとを隔離するよう配設された検出素子が、基準ガスに対する排気ガスの酸素分圧の差に応じて起電力を発生する構成となっている。   Incidentally, there are various types of oxygen sensors such as those using a plate-shaped detection element and those using a material other than zirconia for the detection element. In many cases, a configuration for detecting the oxygen partial pressure of the exhaust gas based on the same detection principle as that of the above-described sensor, that is, a detection element arranged to isolate the reference gas (atmosphere) and the exhaust gas is a reference gas. The electromotive force is generated in accordance with the difference in oxygen partial pressure of the exhaust gas with respect to the exhaust gas.

酸素センサ19の出力特性を図4に例示する。示されるように、酸素センサ19の出力電圧は理論空燃比A/Fs(例えば14.6)を境にスイッチング的に変化し、酸素センサ19に供給される排気ガス(雰囲気ガス)の空燃比A/Fが理論空燃比A/Fsよりもリーンな領域(A/F>A/Fs、以下リーン空燃比ともいう)では0.1V程度の小さい電圧を示し、理論空燃比A/Fsよりもリッチな領域(A/F<A/Fs、以下リッチ空燃比ともいう)では0.9V程度の比較的高い電圧を示す。ここでは、0.45Vのセンサ出力をリッチ・リーン判定閾値として、センサ19の検出結果が、理論空燃比よりもリッチかリーンかを判断している。なお、酸素センサ19の上記各領域でのセンサ出力電圧の大きさは、検出素子31の温度状態に応じて変化することがある。   The output characteristics of the oxygen sensor 19 are illustrated in FIG. As shown, the output voltage of the oxygen sensor 19 changes in a switching manner with a theoretical air-fuel ratio A / Fs (for example, 14.6) as a boundary, and the air-fuel ratio A of the exhaust gas (atmospheric gas) supplied to the oxygen sensor 19 In a region where / F is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio A / Fs (A / F> A / Fs, hereinafter also referred to as lean air-fuel ratio), it shows a small voltage of about 0.1 V, richer than the stoichiometric air-fuel ratio A / Fs In such a region (A / F <A / Fs, hereinafter also referred to as a rich air-fuel ratio), a relatively high voltage of about 0.9 V is shown. Here, the sensor output of 0.45 V is used as a rich / lean determination threshold value to determine whether the detection result of the sensor 19 is richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Note that the magnitude of the sensor output voltage in each region of the oxygen sensor 19 may vary depending on the temperature state of the detection element 31.

なお、理論空燃比での燃焼(ストイキ燃焼)のみを目的とした空燃比フィードバック制御を行う内燃機関では、本実施形態のように、理論空燃比を境に出力電圧がスイッチング的に変化する特性の酸素センサが用いられることが多い。こうしたセンサは、理論空燃比よりもリッチ、及び理論空燃比よりもリーンのいずれかといった低い分解能しか持たないものの、上記ストイキ燃焼のみを行うには、それで十分なことが多い。一方、希薄空燃比での燃焼を行うなど、より広範囲の空燃比での燃焼を行う内燃機関では、排気ガスの空燃比に応じてその出力値が線形的に変化する特性の、より分解能の高い酸素センサが用いられることもある。本発明はこのような酸素センサに対しても適用可能である。   In an internal combustion engine that performs air-fuel ratio feedback control for the purpose of combustion only at the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric combustion), the output voltage changes in a switching manner with respect to the stoichiometric air-fuel ratio as in this embodiment. Oxygen sensors are often used. Such sensors have a lower resolution, either richer than the stoichiometric air-fuel ratio and leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, but are often sufficient to perform only the stoichiometric combustion. On the other hand, in an internal combustion engine that performs combustion at a wider range of air-fuel ratio, such as combustion at a lean air-fuel ratio, the output value linearly changes according to the air-fuel ratio of the exhaust gas, and has higher resolution. An oxygen sensor may be used. The present invention is also applicable to such an oxygen sensor.

ECU22は更に、酸素センサ19の検出素子31に電圧を印加するためのセンサ制御回路と、ヒータ36へのバッテリからの電力供給を制御するためのヒータ制御回路とを含んでいる。センサ制御回路は、CPUからのアナログの印加電圧を、RC分圧回路からなるローパスフィルタ(LPF)を介して受け、検出素子31に印加する。ECU22は、後述の処理に従って算出したデジタルデータを内部に設けられたD/A変換器によりパルス幅数10〜100μsec程度の矩形状のアナログ電圧に変換した後、LPFを介してセンサ制御回路へ出力する。LPFは矩形状のアナログ電圧信号の高周波成分を除去したなまし信号を出力し、高周波ノイズによる検出素子31の出力電流の検出エラーを防止している。このなまし信号の電圧の検出素子31への印加に伴い、ECU22は被検出ガス中(すなわち排気ガス中)の酸素濃度に応じて変化する検出素子31の発生電圧を検出する。ECU22はこの電圧を検出するため内部に設けられたそれぞれのA/D変換器により、センサ制御回路から検出素子31に流れる電流に相当するアナログ電圧、および検出素子31への印加電圧を受け、デジタルデータに変換してこれらのデジタルデータを後述する処理に使用する。なお、交流電圧の印加のために、水晶振動子や発振回路など他の構成を採用してもよい。ECU22はヒータ36の抵抗値を算出し、この抵抗値に基づき機関の運転状態に応じた電力供給をヒータ36に行うとともに、ヒータ制御回路を通じて、ヒータ36の過昇温(OT)を防止するようPWM制御によりヒータ36の温度制御を行う。   The ECU 22 further includes a sensor control circuit for applying a voltage to the detection element 31 of the oxygen sensor 19 and a heater control circuit for controlling the power supply from the battery to the heater 36. The sensor control circuit receives an analog applied voltage from the CPU via a low-pass filter (LPF) formed of an RC voltage dividing circuit, and applies it to the detection element 31. The ECU 22 converts the digital data calculated according to the processing described later into a rectangular analog voltage having a pulse width of about 10 to 100 μsec by an internal D / A converter, and then outputs the analog data to the sensor control circuit via the LPF. To do. The LPF outputs a smoothed signal from which the high-frequency component of the rectangular analog voltage signal has been removed, and prevents detection errors in the output current of the detection element 31 due to high-frequency noise. With the application of the voltage of the annealing signal to the detection element 31, the ECU 22 detects the voltage generated by the detection element 31 that changes according to the oxygen concentration in the gas to be detected (that is, in the exhaust gas). The ECU 22 receives the analog voltage corresponding to the current flowing from the sensor control circuit to the detection element 31 and the applied voltage to the detection element 31 from each of the A / D converters provided inside to detect this voltage. These digital data are converted into data and used for processing to be described later. Note that other configurations such as a crystal resonator and an oscillation circuit may be employed to apply the AC voltage. The ECU 22 calculates the resistance value of the heater 36, supplies electric power to the heater 36 according to the operating state of the engine based on this resistance value, and prevents overheating (OT) of the heater 36 through the heater control circuit. The temperature of the heater 36 is controlled by PWM control.

検出素子31のインピーダンスを測定するために、後述する処理ルーチンの実行により、検出素子31に交流電圧が印加される。一方、酸素センサ19から検出される出力電流Imは、酸素センサ19に交流電圧を印加していない間はその時々の被測定ガスの酸素濃度に応じた値を示すが、酸素センサ19に上記交流電圧を印加すると、素子インピーダンスに応じて変化する。ECU22は、このときの酸素センサ19への入力電圧Vmおよび酸素センサ19からの出力電流Imの変化を検出して、検出素子31のインピーダンスを算出する。   In order to measure the impedance of the detection element 31, an AC voltage is applied to the detection element 31 by executing a processing routine described later. On the other hand, the output current Im detected from the oxygen sensor 19 shows a value corresponding to the oxygen concentration of the gas to be measured at that time while no AC voltage is applied to the oxygen sensor 19. When a voltage is applied, it changes according to the element impedance. The ECU 22 detects the change in the input voltage Vm to the oxygen sensor 19 and the output current Im from the oxygen sensor 19 at this time, and calculates the impedance of the detection element 31.

以上のとおり構成された第1実施形態において行われる異常診断処理について説明する。図5において、まずECU22は、内燃機関10が運転中であるかを判断する(S10)。この判断は、不図示のイグニッションスイッチがオンされているか、及び回転速度センサ23からの入力があるかによって行われる。次にECU22は、上述した空燃比フィードバック制御が実行中であるかを判断する(S20)。ステップS10・S20のいずれかで否定の場合には処理がリターンされる。   The abnormality diagnosis process performed in the first embodiment configured as described above will be described. In FIG. 5, the ECU 22 first determines whether the internal combustion engine 10 is in operation (S10). This determination is made based on whether an ignition switch (not shown) is turned on and whether there is an input from the rotation speed sensor 23. Next, the ECU 22 determines whether the above-described air-fuel ratio feedback control is being executed (S20). If the result is negative in either step S10 or S20, the process is returned.

ステップS20で肯定の場合には、ECU22は素子温が高温になるようにヒータ36を制御する(S30)。ここでは、ヒータ36のデューティ比が最大にされる。このヒータ36の通電制御は、素子温が予め定められた基準値x[°C]以上になるまでの間(S40)、継続して行われる。ここでの基準値xは、活性温度よりも十分に高く、且つ検出のための所定のサイクル数(例えば、1/4周期)の交流信号の印加に要する時間を短縮できるような値に設定される。素子温は、例えば酸素センサ19に対し周波数100kHz程度の交流電圧Vnを印加した場合に得られるインピーダンス(粒界インピーダンスRg)に基づいて所定の関数により推定してもよく、また別途の温度センサの出力を利用して測定してもよい。   If the determination in step S20 is affirmative, the ECU 22 controls the heater 36 so that the element temperature becomes high (S30). Here, the duty ratio of the heater 36 is maximized. The energization control of the heater 36 is continuously performed until the element temperature becomes equal to or higher than a predetermined reference value x [° C.] (S40). The reference value x here is set to a value that is sufficiently higher than the activation temperature and that can shorten the time required to apply an AC signal having a predetermined number of cycles for detection (for example, a quarter cycle). The The element temperature may be estimated by a predetermined function based on the impedance (grain boundary impedance Rg) obtained when an AC voltage Vn having a frequency of about 100 kHz is applied to the oxygen sensor 19, for example, You may measure using an output.

素子温がx[°C]以上になった場合(素子温の推定にインピーダンスを用いる構成では、インピーダンスが所定値以下になった場合)には、ECU22は、インピーダンス測定(S50)、及び異常診断(S60)を行う。これらの処理は、それぞれ図6及び図7のサブルーチンに従って行われる。   When the element temperature is equal to or higher than x [° C.] (in the configuration using the impedance for estimating the element temperature, the impedance is equal to or lower than a predetermined value), the ECU 22 performs impedance measurement (S50) and abnormality diagnosis. (S60) is performed. These processes are performed according to the subroutines of FIGS. 6 and 7, respectively.

図6の処理は、交流電圧Vn(n=1,2,・・・)を順に印加すると共に、この交流電圧Vnの電圧周波数を漸減させながらインピーダンスZを算出して、図13に示されるような複素インピーダンスプロットを作成するものである。   In the process of FIG. 6, the AC voltage Vn (n = 1, 2,...) Is sequentially applied, and the impedance Z is calculated while gradually decreasing the voltage frequency of the AC voltage Vn, as shown in FIG. To create a complex impedance plot.

図6において、まずECU22は、交流電圧Vnの周波数fに、初期値であるf0をセットする(S110)。次にECU22は、酸素センサ19に対し周波数fの交流電圧Vnを所定のサイクル数、例えば1/4周期印加する(S120)。次に、この印加時点から交流電圧Vnの周波数fに応じた遅延時間の経過後に、酸素センサ19の出力電流Inを読み込む(S130)。そして、交流電圧Vnと出力電流Inとに基づいて、インピーダンスZnを算出し(S140)、これを記憶して複素インピーダンスプロットを作成する〔S150)。   In FIG. 6, first, the ECU 22 sets the initial value f0 to the frequency f of the AC voltage Vn (S110). Next, the ECU 22 applies the AC voltage Vn having the frequency f to the oxygen sensor 19 for a predetermined number of cycles, for example, a quarter period (S120). Next, the output current In of the oxygen sensor 19 is read after the delay time corresponding to the frequency f of the AC voltage Vn has elapsed since this application time (S130). Based on the AC voltage Vn and the output current In, the impedance Zn is calculated (S140), and this is stored and a complex impedance plot is created [S150].

次にECU22は、現在の周波数fが予め定められた下限周波数fminを下回ったか否かを判断する(S160)。否定の場合には、交流電圧Vnの周波数が微小量減少させられ(S170)、ステップS110〜S170の処理が繰り返し実行される。その結果、周波数f0からfminまでに亘って、図13に示されるような複素インピーダンスプロットが作成される。現在の周波数fが予め定められた下限周波数fminを下回ると、本ルーチンを抜ける。なお、本実施形態では周波数を高い側から低い側へと漸減させたため、測定開始から短時間で多くの測定が実行でき、特にインピーダンスプロット作成が中断後に再開される際に未測定の周波数についてのみインピーダンス測定が行われるように処理ルーチンを構成した場合に有利であるが、インピーダンスプロット作成の手順は任意である。   Next, the ECU 22 determines whether or not the current frequency f has fallen below a predetermined lower limit frequency fmin (S160). In the negative case, the frequency of the AC voltage Vn is decreased by a minute amount (S170), and the processes of steps S110 to S170 are repeatedly executed. As a result, a complex impedance plot as shown in FIG. 13 is created from the frequency f0 to fmin. When the current frequency f falls below a predetermined lower limit frequency fmin, this routine is exited. In this embodiment, since the frequency is gradually decreased from the high side to the low side, many measurements can be performed in a short time from the start of measurement, and only when the impedance plot creation is resumed after interruption, only for the unmeasured frequency. Although it is advantageous when the processing routine is configured so that impedance measurement is performed, the procedure for creating an impedance plot is arbitrary.

図7のサブルーチンでは、異常診断処理が行われる。まずECU22は、先に作成された複素インピーダンスプロットに基づいて、ピーク点P1,P2,P3を抽出する(S210)。この抽出は、例えば各ピーク点が存在すると経験的に考えられる各周波数領域において、静電容量値が極大値を示す点を検索することによって行われる。例えば、図13に示されるようにピーク点P1は抵抗値Rth1に対応する周波数よりも低い周波数領域に存在すると考えられる。同様にピーク点P2は、抵抗値Rth2〜Rth3に対応する周波数領域に存在すると考えられ、またピーク点P3は抵抗値Rth2に対応する周波数よりも高い周波数領域に存在すると考えられる。   In the subroutine of FIG. 7, an abnormality diagnosis process is performed. First, the ECU 22 extracts peak points P1, P2, and P3 based on the previously created complex impedance plot (S210). This extraction is performed, for example, by searching for a point where the electrostatic capacitance value shows a maximum value in each frequency region where it is empirically considered that each peak point exists. For example, as shown in FIG. 13, the peak point P1 is considered to exist in a frequency region lower than the frequency corresponding to the resistance value Rth1. Similarly, the peak point P2 is considered to exist in a frequency region corresponding to the resistance values Rth2 to Rth3, and the peak point P3 is considered to exist in a frequency region higher than the frequency corresponding to the resistance value Rth2.

次にECU22は、抽出されたピーク点P1,P2,P3について、抵抗Rb,Rg,Re、及び静電容量Cb,Cg,Ceを算出する(S220)。抵抗Rb,Rg,Reは、図13の複素インピーダンスプロットにおける各領域の半円の直径に等しく、従って容量成分がゼロとなる2点の抵抗値の差分として算出される。静電容量Cb,Cg,Ceは、それぞれ次の数式(1)〜(3)によって算出される。なおωb,ωg,ωeは角速度(ωn=2πf、fは周波数)である。   Next, the ECU 22 calculates resistances Rb, Rg, Re and capacitances Cb, Cg, Ce for the extracted peak points P1, P2, P3 (S220). The resistances Rb, Rg, and Re are calculated as the difference between the resistance values at two points that are equal to the diameter of the semicircle of each region in the complex impedance plot of FIG. The capacitances Cb, Cg, and Ce are calculated by the following formulas (1) to (3), respectively. Ωb, ωg, and ωe are angular velocities (ωn = 2πf, f is a frequency).

Figure 2009031213
Figure 2009031213

Figure 2009031213
Figure 2009031213

Figure 2009031213
Figure 2009031213

次にECU22は、抵抗Rb,Rg,Re、及び静電容量Cb,Cg,Ceがいずれも所定の正常範囲内かを判断し(S230)、肯定の場合には正常判定(S240)、否定の場合には異常判定(S250)を行う。これら正常判定及び異常判定は、ECU22の不揮発性メモリにおける所定の記憶領域に格納される。これらの情報は、走行時の他の制御に反映されるほか、整備入庫時に整備作業者によってECU22の不揮発性メモリから読み出され、酸素センサ19の交換時期の判定、及び酸素センサ19又は検出素子31の改良のために用いられる。なお、ステップS240又はS250における判定結果は、異常検出の時点で車室内に設けたディスプレイ装置に異常情報として表示してもよい。   Next, the ECU 22 determines whether the resistances Rb, Rg, Re and the capacitances Cb, Cg, Ce are all within a predetermined normal range (S230). If the determination is positive, the determination is normal (S240). In the case, abnormality determination (S250) is performed. These normal determination and abnormal determination are stored in a predetermined storage area in the nonvolatile memory of the ECU 22. These pieces of information are reflected in other controls at the time of traveling, and are read from the nonvolatile memory of the ECU 22 by the maintenance worker at the time of maintenance warehousing to determine the replacement timing of the oxygen sensor 19 and the oxygen sensor 19 or the detection element. Used for 31 improvements. In addition, you may display the determination result in step S240 or S250 as abnormality information on the display apparatus provided in the vehicle interior at the time of abnormality detection.

なお、電極界面の抵抗値Reが正常範囲を超えて増大しており、且つ静電容量値Ceが正常範囲を超えて減少している場合には、電極凝集が生じていると判断することができる(なお、この場合の静電容量Ceの減少と抵抗Reの増大は、電極凝集により電極表面の粒子径が増大することに伴う接触面積の減少に起因するものと考えられる。)。また、電極界面の抵抗値Reが正常範囲を超えて増大しており、且つ静電容量値Ceが正常範囲を超えて増大している場合には、異物混入が生じていると判断することができる(なお、この場合の静電容量Ceと抵抗Reの増大は、多くの場合に異物の静電容量が空気よりも大であることに起因するものと考えられる。)。また、電解質部の抵抗値Rgが正常範囲を超えて増大しており、且つ静電容量値Cgも正常範囲を超えて増大している場合には、電解質部の格子欠陥の減少が生じていると判断することができる。   When the resistance value Re of the electrode interface increases beyond the normal range and the capacitance value Ce decreases beyond the normal range, it can be determined that electrode aggregation has occurred. (In this case, the decrease in the capacitance Ce and the increase in the resistance Re are considered to be caused by a decrease in the contact area accompanying an increase in the particle diameter of the electrode surface due to electrode aggregation). Further, when the resistance value Re of the electrode interface increases beyond the normal range and the capacitance value Ce increases beyond the normal range, it can be determined that foreign matter is mixed. (In this case, the increase in the capacitance Ce and the resistance Re is considered to be caused by the fact that the capacitance of the foreign matter is larger than that of air in many cases.) In addition, when the resistance value Rg of the electrolyte portion increases beyond the normal range and the capacitance value Cg also increases beyond the normal range, the lattice defects of the electrolyte portion are reduced. It can be judged.

以上の処理の結果、本実施形態では、検出素子31の温度が所定の基準温度値よりも大きい場合に異常の有無が判定され(S40〜S60)、検出素子31のインピーダンスにおける抵抗成分と静電容量成分とのそれぞれの挙動に応じて、検出素子31の異常原因が特定されることになる。   As a result of the above processing, in this embodiment, when the temperature of the detection element 31 is higher than a predetermined reference temperature value, the presence / absence of abnormality is determined (S40 to S60), and the resistance component and the electrostatic in the impedance of the detection element 31 are determined. The cause of the abnormality of the detection element 31 is specified according to each behavior with the capacitive component.

以上のとおり、本実施形態では、検出素子31の温度が所定の基準温度値よりも大きい場合に異常の有無を判定する(S40〜S60)。酸素センサの検出素子の周波数特性は、温度が高いほど高周波側にシフトし、特性曲線の各領域における静電容量成分のピークが生じる周波数は、温度が高いほど比較的高くなるため、本実施形態では異常の有無の判定を検出素子31の温度が所定の基準温度値よりも大きい場合に行うことにより、通常の温度よりも高い周波数の交流信号の印加によって、静電容量成分のピークを検出することができる。したがって本実施形態では、検出のための所定のサイクル数の交流信号の印加を短時間で行うことができ、これによって、異常の検出に要する時間を短縮することができる。   As described above, in this embodiment, the presence / absence of an abnormality is determined when the temperature of the detection element 31 is higher than a predetermined reference temperature value (S40 to S60). The frequency characteristic of the detection element of the oxygen sensor shifts to a higher frequency side as the temperature is higher, and the frequency at which the peak of the capacitance component in each region of the characteristic curve is relatively higher as the temperature is higher. Then, by determining whether or not there is an abnormality when the temperature of the detection element 31 is higher than a predetermined reference temperature value, the peak of the capacitance component is detected by applying an AC signal having a frequency higher than the normal temperature. be able to. Therefore, in the present embodiment, application of an alternating current signal having a predetermined number of cycles for detection can be performed in a short time, thereby shortening the time required for detecting an abnormality.

次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態に係る異常診断装置は、異常の診断を、燃料カット制御中もしくは燃料増量中に限って実行するものである。第2実施形態の機械的構成は上記第1実施形態と同様であるため、同一符号を用いてその詳細の説明を省略する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. The abnormality diagnosis device according to the second embodiment performs abnormality diagnosis only during fuel cut control or during fuel increase. Since the mechanical configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, detailed description thereof will be omitted using the same reference numerals.

第2実施形態における制御について説明する。図8において、まずECU22は、内燃機関が運転中であるかを判断する(S310)。この処理は上記第1実施形態におけるステップS10と同様である。ステップS310で否定の場合には処理がリターンされる。   The control in 2nd Embodiment is demonstrated. In FIG. 8, the ECU 22 first determines whether the internal combustion engine is in operation (S310). This process is the same as step S10 in the first embodiment. If no in step S310, the process is returned.

ステップS310で肯定の場合には、ECU22は素子温が高温になるようにヒータ36を制御する(S320)。ここでは、ヒータ36のデューティ比が最大にされる。このヒータ36の通電制御は、素子温が予め定められた基準値x[°C]以上になるまでの間(S330)、継続して行われる。ここでの基準値xは、活性温度よりも十分に高く、且つ検出のための所定のサイクル数(例えば、1/4周期)の交流信号の印加に要する時間を短縮できるような値に設定される。素子温は、例えば酸素センサ19に対し周波数100kHz程度の交流電圧Vnを印加した場合に得られるインピーダンス(粒界インピーダンスRg)に基づいて所定の関数により推定してもよく、また別途の温度センサの出力を利用して測定してもよい。
次にECU22は、内燃機関が燃料カット制御中もしくは燃料増量中であるかを判断する(S340)。
If the determination in step S310 is affirmative, the ECU 22 controls the heater 36 so that the element temperature becomes high (S320). Here, the duty ratio of the heater 36 is maximized. The energization control of the heater 36 is continuously performed until the element temperature becomes equal to or higher than a predetermined reference value x [° C.] (S330). The reference value x here is set to a value that is sufficiently higher than the activation temperature and that can shorten the time required to apply an AC signal having a predetermined number of cycles for detection (for example, a quarter cycle). The The element temperature may be estimated by a predetermined function based on the impedance (grain boundary impedance Rg) obtained when an AC voltage Vn having a frequency of about 100 kHz is applied to the oxygen sensor 19, for example, You may measure using an output.
Next, the ECU 22 determines whether the internal combustion engine is under fuel cut control or fuel increase (S340).

燃料カット制御は、各気筒への燃料供給を個別にカットする制御であり、具体的には、例えば各種センサから入力されるスロットル開度、内燃機関回転数、内燃機関水温および車速によって、予め定められた燃料カット領域マップを参照し、走行状態が燃料カット領域にある場合(例えば減速時や高回転時)に、燃料カット制御の実行条件が成立したと判断して、所定の気筒への燃料供給をカットするものである。燃料カット制御によって、全気筒または一部の気筒について燃料供給がカットされる。燃料カット制御中は、排気の実空燃比はリーンとなる。   The fuel cut control is a control for individually cutting the fuel supply to each cylinder. Specifically, for example, the fuel cut control is determined in advance based on, for example, throttle opening, internal combustion engine speed, internal combustion engine water temperature, and vehicle speed input from various sensors. The fuel cut region map is referred to, and when the running state is in the fuel cut region (for example, at the time of deceleration or high rotation), it is determined that the execution condition of the fuel cut control is satisfied, and the fuel to the predetermined cylinder is determined. Cut the supply. By the fuel cut control, the fuel supply is cut for all cylinders or a part of the cylinders. During the fuel cut control, the actual air-fuel ratio of the exhaust becomes lean.

燃料増量は、高負荷時などの所定の運転条件下で、空燃比がリッチになるように燃料噴射量を増量する制御である。燃料増量中は、排気の実空燃比はリッチとなる。   The fuel increase is a control for increasing the fuel injection amount so that the air-fuel ratio becomes rich under a predetermined operating condition such as at high load. During the fuel increase, the actual air-fuel ratio of the exhaust becomes rich.

内燃機関が燃料カット制御中もしくは燃料増量中である場合には、ECU22は、インピーダンス測定(S350)、及び異常診断(S360)を行う。これらの処理は、それぞれ上述した図6及び図7と同様のサブルーチンに従って行われる。   When the internal combustion engine is under fuel cut control or fuel increase, the ECU 22 performs impedance measurement (S350) and abnormality diagnosis (S360). These processes are performed according to subroutines similar to those in FIGS. 6 and 7, respectively.

以上のとおり、第2実施形態では、異常の診断を、燃料カット制御中もしくは燃料増量中に限って実行する(S340)。本実施形態で用いられる酸素センサ19のように、理論空燃比を境に出力電圧がスイッチング的に変化する特性の酸素センサでは、理論空燃比を含む所定の空燃比領域の外側(すなわち、リーン側又はリッチ側)では、当該領域の内側に比較して、出力電圧が安定する。したがって、異常の診断を、燃料カット制御中もしくは燃料増量中に限って実行(S340)することにより、空燃比に応じた酸素センサ19の出力の影響を抑制して、酸素センサの異常検出の精度を改善することができる。   As described above, in the second embodiment, abnormality diagnosis is executed only during fuel cut control or during fuel increase (S340). Like the oxygen sensor 19 used in the present embodiment, an oxygen sensor whose output voltage changes in a switching manner with respect to the stoichiometric air-fuel ratio is outside the predetermined air-fuel ratio region including the stoichiometric air-fuel ratio (that is, the lean side). (Or on the rich side), the output voltage is stable compared to the inside of the region. Therefore, the abnormality diagnosis is executed only during the fuel cut control or during the fuel increase (S340), thereby suppressing the influence of the output of the oxygen sensor 19 according to the air-fuel ratio, and detecting the abnormality of the oxygen sensor. Can be improved.

次に、本発明の第3実施形態について説明する。第3実施形態に係る異常診断装置は、異常診断のための交流電圧が印加されていないときの検出素子31の出力電圧に基づいて、検出素子31の出力電圧の影響を抑制するように電気的特性の検出値を補正する補正手段を更に備え、この補正手段によって補正された電気的特性の検出値に基づいて異常診断を実行するものである。第3実施形態の機械的構成は上記第1実施形態と同様であるため、同一符号を用いてその詳細の説明を省略する。   Next, a third embodiment of the present invention will be described. The abnormality diagnosis apparatus according to the third embodiment is electrically controlled so as to suppress the influence of the output voltage of the detection element 31 based on the output voltage of the detection element 31 when no AC voltage for abnormality diagnosis is applied. A correction means for correcting the detection value of the characteristic is further provided, and abnormality diagnosis is executed based on the detection value of the electrical characteristic corrected by the correction means. Since the mechanical configuration of the third embodiment is the same as that of the first embodiment, detailed description thereof is omitted using the same reference numerals.

第3実施形態におけるECU22のROMには、図9に示されるようなセンサ出力−補正係数マップが予め格納されている。同マップは、酸素センサ19の出力値と補正係数αとが互いに関連付けられて記憶されたテーブル形式のデータファイルであり、検出素子31の交流インピーダンス検出の際の検出素子31自体の出力電圧の影響を相殺するように、補正係数αが設定されている。なお、図9の例では補正係数αは酸素センサ19の出力値が増大するに従い漸増するように設定されているが、補正係数αの傾向は酸素センサ19の出力特性に応じて任意に設定することができる。   A sensor output-correction coefficient map as shown in FIG. 9 is stored in advance in the ROM of the ECU 22 in the third embodiment. The map is a data file in the form of a table in which the output value of the oxygen sensor 19 and the correction coefficient α are stored in association with each other, and the influence of the output voltage of the detection element 31 itself when detecting the AC impedance of the detection element 31. The correction coefficient α is set so as to cancel out. In the example of FIG. 9, the correction coefficient α is set to gradually increase as the output value of the oxygen sensor 19 increases, but the tendency of the correction coefficient α is arbitrarily set according to the output characteristics of the oxygen sensor 19. be able to.

第3実施形態において行われる異常診断処理について説明する。図10において、まずECU22は、内燃機関が運転中であるかを判断する(S410)。この判断は、不図示のイグニッションスイッチがオンされているか、及び不図示のクランク角センサからの入力があるかによって行われる。次にECU22は、上述した空燃比フィードバック制御が実行中であるかを判断する(S420)。ステップS410・S420のいずれかで否定の場合には処理がリターンされる。   An abnormality diagnosis process performed in the third embodiment will be described. In FIG. 10, the ECU 22 first determines whether the internal combustion engine is in operation (S410). This determination is made based on whether an ignition switch (not shown) is turned on and whether there is an input from a crank angle sensor (not shown). Next, the ECU 22 determines whether the above-described air-fuel ratio feedback control is being executed (S420). If the result is negative in any of steps S410 and S420, the process is returned.

ステップS420で肯定の場合には、ECU22は、素子温が予め定められた基準値y[°C]以上か否かを判断する(S430)。この基準値yは、検出素子31の活性温度又はこれよりやや上に設定される。素子温は、例えば酸素センサ19に対し周波数100kHz程度の交流電圧Vnを印加した場合に得られるインピーダンス(粒界インピーダンスRg)に基づいて所定のマップにより推定してもよく、また別途の温度センサの出力を利用して測定してもよい。   If the determination in step S420 is affirmative, the ECU 22 determines whether or not the element temperature is equal to or higher than a predetermined reference value y [° C] (S430). This reference value y is set at or slightly above the activation temperature of the detection element 31. The element temperature may be estimated by a predetermined map based on the impedance (grain boundary impedance Rg) obtained when an AC voltage Vn having a frequency of about 100 kHz is applied to the oxygen sensor 19, for example, You may measure using an output.

素子温がy[°C]以上である場合(素子温の推定にインピーダンスを用いる構成では、インピーダンスが所定値以下になった場合)には、ECU22は、測定前センサ出力を取得する(S440)。すなわち、ECU22は酸素センサ19の現在の電圧値を所定の記憶領域に格納する。この現在の電圧値は、現在の排気の空燃比に応じて異なる値となる。   When the element temperature is equal to or higher than y [° C.] (in the configuration using the impedance for estimating the element temperature, when the impedance is equal to or lower than a predetermined value), the ECU 22 acquires the pre-measurement sensor output (S440). . That is, the ECU 22 stores the current voltage value of the oxygen sensor 19 in a predetermined storage area. The current voltage value varies depending on the current exhaust air-fuel ratio.

次にECU22は、インピーダンス測定を行う(S450)。この処理は、図6のサブルーチンに従って行われる。   Next, the ECU 22 performs impedance measurement (S450). This process is performed according to the subroutine of FIG.

図6の処理は、交流電圧Vn(n=1,2,・・・)を順に印加すると共に、この交流電圧Vnの電圧周波数を漸増させながら、インピーダンスZを算出して複素インピーダンスプロットを作成するものである。   In the process of FIG. 6, the AC voltage Vn (n = 1, 2,...) Is applied in order, and the impedance Z is calculated while gradually increasing the voltage frequency of the AC voltage Vn to create a complex impedance plot. Is.

図6において、まずECU22は、交流電圧Vnの周波数fに、初期値であるf0をセットする(S110)。次にECU22は、酸素センサ19に対し周波数fの交流電圧Vnを所定のサイクル数、例えば1/4周期印加する(S120)。次に、この印加時点から交流電圧Vnの周波数fに応じた遅延時間の経過後に、酸素センサ19の出力電流Inを読み込む(S130)。そして、交流電圧Vnと出力電流Inとに基づいて、インピーダンスZnを算出し(S140)、これを記憶して複素インピーダンスプロットを作成する(S150)。   In FIG. 6, first, the ECU 22 sets the initial value f0 to the frequency f of the AC voltage Vn (S110). Next, the ECU 22 applies the AC voltage Vn having the frequency f to the oxygen sensor 19 for a predetermined number of cycles, for example, a quarter period (S120). Next, the output current In of the oxygen sensor 19 is read after the delay time corresponding to the frequency f of the AC voltage Vn has elapsed since this application time (S130). Based on the AC voltage Vn and the output current In, the impedance Zn is calculated (S140), and this is stored and a complex impedance plot is created (S150).

次にECU22は、現在の周波数fが予め定められた下限周波数fminを下回ったか否かを判断する(S160)。否定の場合には、交流電圧Vnの周波数が微小量減少させられ(S170)、ステップS110〜S170の処理が繰り返し実行される。その結果、周波数f0からfminまでに亘って、図13に示されるような複素インピーダンスプロットが作成される。現在の周波数fが予め定められた下限周波数fminを下回ると、本ルーチンを抜ける。なお、本実施形態では周波数を高い側から低い側へと漸減させたため、測定開始から短時間で多くの測定が実行でき、特にインピーダンスプロット作成が中断後に再開される際に未測定の周波数についてのみインピーダンス測定が行われるように処理ルーチンを構成した場合に有利であるが、インピーダンスプロット作成の手順は任意である。   Next, the ECU 22 determines whether or not the current frequency f has fallen below a predetermined lower limit frequency fmin (S160). In the negative case, the frequency of the AC voltage Vn is decreased by a minute amount (S170), and the processes of steps S110 to S170 are repeatedly executed. As a result, a complex impedance plot as shown in FIG. 13 is created from the frequency f0 to fmin. When the current frequency f falls below a predetermined lower limit frequency fmin, this routine is exited. In this embodiment, since the frequency is gradually decreased from the high side to the low side, many measurements can be performed in a short time from the start of measurement, and only when the impedance plot creation is resumed after interruption, only for the unmeasured frequency. Although it is advantageous when the processing routine is configured so that impedance measurement is performed, the procedure for creating an impedance plot is arbitrary.

次にECU22は、異常診断を行う(S460)。この処理は、図11のサブルーチンに従って行われる。   Next, the ECU 22 performs abnormality diagnosis (S460). This process is performed according to the subroutine of FIG.

図11のサブルーチンでは、異常診断処理が行われる。まずECU22は、先に作成された複素インピーダンスプロットに基づいて、ピーク点P1,P2,P3を抽出する(S510)。この抽出は、例えば各ピーク点が存在すると経験的に考えられる各周波数領域において静電容量値が極大値を示す点を検索することによって行われる。例えば、図13に示されるようにピーク点P1は抵抗値Rth1に対応する周波数よりも低い周波数領域に存在すると考えられる。同様にピーク点P2は、抵抗値Rth2〜Rth3に対応する周波数領域に存在すると考えられ、またピーク点P3は抵抗値Rth2に対応する周波数よりも高い周波数領域に存在すると考えられる。   In the subroutine of FIG. 11, abnormality diagnosis processing is performed. First, the ECU 22 extracts peak points P1, P2, and P3 based on the previously created complex impedance plot (S510). This extraction is performed, for example, by searching for a point where the electrostatic capacitance value shows a maximum value in each frequency region that is empirically considered that each peak point exists. For example, as shown in FIG. 13, the peak point P1 is considered to exist in a frequency region lower than the frequency corresponding to the resistance value Rth1. Similarly, the peak point P2 is considered to exist in a frequency region corresponding to the resistance values Rth2 to Rth3, and the peak point P3 is considered to exist in a frequency region higher than the frequency corresponding to the resistance value Rth2.

次にECU22は、抽出されたピーク点P1,P2,P3について、抵抗Rb,Rg,Re、及び静電容量Cb,Cg,Ceを算出する(S520)。抵抗Rb,Rg,Reは、図13の複素インピーダンスプロットにおける各領域の半円の直径に等しく、従って容量成分がゼロとなる2点の抵抗値の差分として算出される。静電容量Cb,Cg,Ceは、それぞれ次の数式(4)〜(6)によって算出される。なおωb,ωg,ωeは角速度(ωn=2πf、fは周波数)である。   Next, the ECU 22 calculates resistances Rb, Rg, Re and capacitances Cb, Cg, Ce for the extracted peak points P1, P2, P3 (S520). The resistances Rb, Rg, and Re are calculated as the difference between the resistance values at two points that are equal to the diameter of the semicircle of each region in the complex impedance plot of FIG. The electrostatic capacitances Cb, Cg, and Ce are calculated by the following formulas (4) to (6), respectively. Ωb, ωg, and ωe are angular velocities (ωn = 2πf, f is a frequency).

Figure 2009031213
Figure 2009031213

Figure 2009031213
Figure 2009031213

Figure 2009031213
Figure 2009031213

次にECU22は、補正係数αをマップから算出する(S530)。すなわちECU22は、先にステップS440で取得された測定前センサ出力(電圧値)によって、図9のセンサ出力−補正係数マップを検索することにより補正係数αを算出する。   Next, the ECU 22 calculates the correction coefficient α from the map (S530). That is, the ECU 22 calculates the correction coefficient α by searching the sensor output-correction coefficient map of FIG. 9 based on the pre-measurement sensor output (voltage value) acquired in step S440.

次にECUは、抵抗Rb,Rg,Reに補正係数αをそれぞれ乗算することで、抵抗値を補正して更新する(S540)。この補正によって、抵抗Rb,Rg,Reにおける検出素子31の出力電圧の影響が相殺される。   Next, the ECU corrects and updates the resistance value by multiplying the resistances Rb, Rg, and Re by the correction coefficient α (S540). This correction cancels the influence of the output voltage of the detection element 31 on the resistors Rb, Rg, and Re.

次にECU22は、補正された抵抗Rb,Rg,Re、及び静電容量Cb,Cg,Ceがいずれも所定の正常範囲内かを判断し(S550)、肯定の場合には正常判定(S560)、否定の場合には異常判定(S570)を行う。これら正常判定及び異常判定は、ECU22の不揮発性メモリにおける所定の記憶領域に格納される。これらの情報は、走行時の他の制御に反映されるほか、整備入庫時に整備作業者によってECU22の不揮発性メモリから読み出され、酸素センサ19の交換時期の判定、及び酸素センサ19又は検出素子31の改良のために用いられる。なお、ステップS560又はS570における判定結果は、異常検出の時点で車室内に設けたディスプレイ装置に異常情報として表示してもよい。   Next, the ECU 22 determines whether the corrected resistances Rb, Rg, Re and the capacitances Cb, Cg, Ce are all within a predetermined normal range (S550). If the determination is affirmative, the ECU 22 determines normality (S560). If not, an abnormality determination (S570) is performed. These normal determination and abnormal determination are stored in a predetermined storage area in the nonvolatile memory of the ECU 22. These pieces of information are reflected in other controls at the time of traveling, and are read from the nonvolatile memory of the ECU 22 by the maintenance worker at the time of maintenance warehousing to determine the replacement timing of the oxygen sensor 19 and the oxygen sensor 19 or the detection element. Used for 31 improvements. Note that the determination result in step S560 or S570 may be displayed as abnormality information on a display device provided in the passenger compartment at the time of abnormality detection.

なお、電極界面の抵抗値Reが正常範囲を超えて増大しており、且つ静電容量値Ceが正常範囲を超えて減少している場合には、電極凝集が生じていると判断することができる(なお、この場合の静電容量Ceの減少と抵抗Reの増大は、電極凝集により電極表面の粒子径が増大することに伴う接触面積の減少に起因するものと考えられる。)。また、電極界面の抵抗値Reが正常範囲を超えて増大しており、且つ静電容量値Ceが正常範囲を超えて増大している場合には、異物混入が生じていると判断することができる(なお、この場合の静電容量Ceと抵抗Reの増大は、多くの場合に異物の静電容量が空気よりも大であることに起因するものと考えられる。)。また、電解質部の抵抗値Rgが正常範囲を超えて増大しており、且つ静電容量値Cgも正常範囲を超えて増大している場合には、電解質部の格子欠陥の減少が生じていると判断することができる。   When the resistance value Re of the electrode interface increases beyond the normal range and the capacitance value Ce decreases beyond the normal range, it can be determined that electrode aggregation has occurred. (In this case, the decrease in the capacitance Ce and the increase in the resistance Re are considered to be caused by a decrease in the contact area accompanying an increase in the particle diameter of the electrode surface due to electrode aggregation). Further, when the resistance value Re of the electrode interface increases beyond the normal range and the capacitance value Ce increases beyond the normal range, it can be determined that foreign matter is mixed. (In this case, the increase in the capacitance Ce and the resistance Re is considered to be caused by the fact that the capacitance of the foreign matter is larger than that of air in many cases.) In addition, when the resistance value Rg of the electrolyte portion increases beyond the normal range and the capacitance value Cg also increases beyond the normal range, the lattice defects of the electrolyte portion are reduced. It can be judged.

以上の処理の結果、本実施形態では、検出素子31の出力電圧に応じて補正された抵抗Rb,Rg,Reの値に基づいて、異常の有無が判定され、検出素子31のインピーダンスにおける抵抗成分と静電容量成分とのそれぞれの挙動に応じて、検出素子31の異常原因が特定されることになる。   As a result of the above processing, in the present embodiment, the presence or absence of abnormality is determined based on the values of the resistors Rb, Rg, Re corrected according to the output voltage of the detection element 31, and the resistance component in the impedance of the detection element 31 is determined. The cause of the abnormality of the detection element 31 is specified in accordance with the behavior of each of the capacitance component and the capacitance component.

以上のとおり、本実施形態では、異常診断のための電気的特性の検出の直前に検出素子31の出力電圧を取得し(S440)、この検出素子31の出力電圧に応じて補正(S540)された抵抗Rb,Rg,Reの値に基づいて、異常の有無を判定する。検出素子31の出力は交流インピーダンスの検出値に影響を与えるから、この影響を補正によって相殺ないし抑制することにより、本実施形態では酸素センサの異常検出の精度を改善することができる。   As described above, in the present embodiment, the output voltage of the detection element 31 is acquired immediately before detection of the electrical characteristics for abnormality diagnosis (S440), and is corrected (S540) according to the output voltage of the detection element 31. Based on the values of the resistances Rb, Rg, and Re, the presence or absence of abnormality is determined. Since the output of the detection element 31 affects the detected value of the AC impedance, the accuracy of detecting the abnormality of the oxygen sensor can be improved in this embodiment by canceling or suppressing this influence by correction.

なお、本実施形態では、異常診断のための交流電圧の印加の直前に取得した検出素子31の出力電圧に基づいて、電気的特性の検出値を補正することとしたが、交流電圧が印加されていないときの出力電圧は、異常診断の前であれば、交流電圧の印加及び電気的特性の検出よりも後であってもよい。   In the present embodiment, the detection value of the electrical characteristic is corrected based on the output voltage of the detection element 31 acquired immediately before the application of the AC voltage for abnormality diagnosis. However, the AC voltage is applied. If the output voltage is not before the abnormality diagnosis, the output voltage may be after the application of the AC voltage and the detection of the electrical characteristics.

上記各実施形態では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。   In each of the above embodiments, the present invention has been described with a certain degree of concreteness, but various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims. It must be understood that there is.

例えば、上記各実施形態では、静電容量成分が極大値を示す点をピーク点P1,P2,P3として特定することとしたが、このような構成に代えて、インピーダンスZnを所定の関数によって極座標変換して位相角αn(図13参照)を算出し、算出された位相角αnが増加から減少に転じた点をピーク点として特定してもよい。
また、上記各実施形態では電気的特性として静電容量及び抵抗を個別に用いることとしたが、本発明における電気的特性はインピーダンスであってもよく、かかる構成も本発明の範疇に属するものである。
For example, in each of the above embodiments, the point where the electrostatic capacitance component shows the maximum value is specified as the peak points P1, P2, and P3. Instead of such a configuration, the impedance Zn is converted into a polar coordinate by a predetermined function. The phase angle αn (see FIG. 13) may be calculated by conversion, and the point where the calculated phase angle αn turns from increasing to decreasing may be specified as the peak point.
In each of the above embodiments, the capacitance and the resistance are individually used as the electrical characteristics. However, the electrical characteristics in the present invention may be impedance, and such a configuration also belongs to the category of the present invention. is there.

本発明の実施形態に係る内燃機関を示す概略図である。1 is a schematic view showing an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 酸素センサの取付状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the attachment state of an oxygen sensor. 酸素センサの検出素子周辺の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the detection element periphery of an oxygen sensor. 酸素センサの出力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the output characteristic of an oxygen sensor. 第1実施形態における異常診断制御処理を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the abnormality diagnosis control process in 1st Embodiment. 第1実施形態におけるインピーダンス測定処理を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the impedance measurement process in 1st Embodiment. 第1実施形態における異常診断処理を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the abnormality diagnosis process in 1st Embodiment. 第2実施形態における異常診断制御処理を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the abnormality diagnosis control process in 2nd Embodiment. 第3実施形態におけるセンサ出力−補正係数マップの設定例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of a setting of the sensor output-correction coefficient map in 3rd Embodiment. 第3実施形態における異常診断制御処理を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the abnormality diagnosis control process in 3rd Embodiment. 第3実施形態における異常診断処理を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the abnormality diagnosis process in 3rd Embodiment. 実施形態における酸素センサ素子の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the oxygen sensor element in embodiment. 実施形態における酸素センサの複素インピーダンス特性を示すグラフである。It is a graph which shows the complex impedance characteristic of the oxygen sensor in an embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 内燃機関
12 燃焼室
17 インジェクタ
18 三元触媒
19 酸素センサ
31 検出素子
36 ヒータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Internal combustion engine 12 Combustion chamber 17 Injector 18 Three-way catalyst 19 Oxygen sensor 31 Detection element 36 Heater

Claims (3)

酸素センサの検出素子に交流電圧を印加して電気的特性を検出する検出手段と、当該検出手段の検出値に基づいて前記検出素子の異常の有無を判定する判定手段と、を備えた酸素センサの異常診断装置であって、
前記判定手段は、前記検出素子の温度が所定の基準温度値よりも大きい場合に前記判定を実行することを特徴とする酸素センサの異常診断装置。
An oxygen sensor comprising: a detection unit that detects an electrical characteristic by applying an AC voltage to a detection element of the oxygen sensor; and a determination unit that determines whether the detection element is abnormal based on a detection value of the detection unit. An abnormality diagnosis device of
The oxygen sensor abnormality diagnosis apparatus, wherein the determination unit performs the determination when the temperature of the detection element is higher than a predetermined reference temperature value.
酸素センサの検出素子に交流電圧を印加して電気的特性を検出する検出手段と、当該検出手段の検出値に基づいて前記検出素子の異常の有無を判定する判定手段と、を備えた酸素センサの異常診断装置であって、
前記交流電圧が印加されていないときの前記検出素子の出力電圧に基づいて、前記検出素子の出力電圧の影響を抑制するように前記電気的特性の検出値を補正する補正手段を更に備え、
前記判定手段は、前記補正手段によって補正された前記電気的特性の検出値に基づいて前記判定を実行することを特徴とする酸素センサの異常診断装置。
An oxygen sensor comprising: a detection unit that detects an electrical characteristic by applying an AC voltage to a detection element of the oxygen sensor; and a determination unit that determines whether the detection element is abnormal based on a detection value of the detection unit. An abnormality diagnosis device of
Based on the output voltage of the detection element when the AC voltage is not applied, further comprises correction means for correcting the detection value of the electrical characteristic so as to suppress the influence of the output voltage of the detection element,
The oxygen sensor abnormality diagnosis device, wherein the determination unit performs the determination based on the detected value of the electrical characteristic corrected by the correction unit.
請求項1又は2に記載の酸素センサの異常診断装置であって、
前記電気的特性は、インピーダンス、もしくは静電容量及び抵抗であることを特徴とする酸素センサの異常診断装置。
The oxygen sensor abnormality diagnosis device according to claim 1 or 2,
The oxygen sensor abnormality diagnosis device, wherein the electrical characteristic is impedance, capacitance, or resistance.
JP2007197751A 2007-07-30 2007-07-30 Device for diagnosing abnormality of oxygen sensor Pending JP2009031213A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007197751A JP2009031213A (en) 2007-07-30 2007-07-30 Device for diagnosing abnormality of oxygen sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007197751A JP2009031213A (en) 2007-07-30 2007-07-30 Device for diagnosing abnormality of oxygen sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009031213A true JP2009031213A (en) 2009-02-12

Family

ID=40401861

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007197751A Pending JP2009031213A (en) 2007-07-30 2007-07-30 Device for diagnosing abnormality of oxygen sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009031213A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011083581A1 (en) * 2010-01-08 2011-07-14 トヨタ自動車株式会社 Particle detection device
JP2011141209A (en) * 2010-01-07 2011-07-21 Ngk Insulators Ltd Particulate matter detection apparatus and inspection method of the same
JP2013096725A (en) * 2011-10-28 2013-05-20 Toyota Motor Corp Paste evaluation device and paste evaluation method
CN105334242A (en) * 2014-07-07 2016-02-17 北京大学深圳研究生院 Method for identifying authenticity of liquid beverage based on characteristic value of liquid beverage
JP2017072581A (en) * 2015-10-09 2017-04-13 株式会社デンソー Gas sensor

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54105599A (en) * 1978-02-07 1979-08-18 Toyota Motor Co Ltd Method and device for estimating performance of solid electrolyte
JPH1114589A (en) * 1997-06-23 1999-01-22 Ngk Insulators Ltd Gas sensor
JP2000046780A (en) * 1998-05-27 2000-02-18 Toyota Motor Corp Controller for air-fuel ratio sensor
JP2000065784A (en) * 1998-06-11 2000-03-03 Toyota Motor Corp Resistance detector of air/fuel ratio sensor
JP2000193635A (en) * 1998-12-24 2000-07-14 Toyota Motor Corp Air-fuel ratio detection device
JP2004286628A (en) * 2003-03-24 2004-10-14 Toyota Motor Corp Abnormality detection apparatus and abnormality detection method of oxygen sensor
JP2006194826A (en) * 2005-01-17 2006-07-27 Hitachi Ltd Degradation determining device of oxygen sensor
JP2007017154A (en) * 2005-07-05 2007-01-25 Denso Corp Deterioration detector for exhaust gas sensor
JP2007064873A (en) * 2005-09-01 2007-03-15 Toyota Motor Corp Failure detector for exhaust gas sensor

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54105599A (en) * 1978-02-07 1979-08-18 Toyota Motor Co Ltd Method and device for estimating performance of solid electrolyte
JPH1114589A (en) * 1997-06-23 1999-01-22 Ngk Insulators Ltd Gas sensor
JP2000046780A (en) * 1998-05-27 2000-02-18 Toyota Motor Corp Controller for air-fuel ratio sensor
JP2000065784A (en) * 1998-06-11 2000-03-03 Toyota Motor Corp Resistance detector of air/fuel ratio sensor
JP2000193635A (en) * 1998-12-24 2000-07-14 Toyota Motor Corp Air-fuel ratio detection device
JP2004286628A (en) * 2003-03-24 2004-10-14 Toyota Motor Corp Abnormality detection apparatus and abnormality detection method of oxygen sensor
JP2006194826A (en) * 2005-01-17 2006-07-27 Hitachi Ltd Degradation determining device of oxygen sensor
JP2007017154A (en) * 2005-07-05 2007-01-25 Denso Corp Deterioration detector for exhaust gas sensor
JP2007064873A (en) * 2005-09-01 2007-03-15 Toyota Motor Corp Failure detector for exhaust gas sensor

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011141209A (en) * 2010-01-07 2011-07-21 Ngk Insulators Ltd Particulate matter detection apparatus and inspection method of the same
WO2011083581A1 (en) * 2010-01-08 2011-07-14 トヨタ自動車株式会社 Particle detection device
JP5141777B2 (en) * 2010-01-08 2013-02-13 トヨタ自動車株式会社 Fine particle detector
US8736284B2 (en) 2010-01-08 2014-05-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Particulate matter detection device
JP2013096725A (en) * 2011-10-28 2013-05-20 Toyota Motor Corp Paste evaluation device and paste evaluation method
CN105334242A (en) * 2014-07-07 2016-02-17 北京大学深圳研究生院 Method for identifying authenticity of liquid beverage based on characteristic value of liquid beverage
JP2017072581A (en) * 2015-10-09 2017-04-13 株式会社デンソー Gas sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5907345B2 (en) Gas sensor control device and control device for internal combustion engine
US20110320171A1 (en) Failure detection device for exhaust gas purification filter
US6453724B1 (en) Gas concentration sensing apparatus
US7614392B2 (en) Diagnostic method and control apparatus for gas sensor
JP6237057B2 (en) Gas sensor control device
JP5155377B2 (en) Gas sensor control device
US9732659B2 (en) SOx concentration detection device of internal combustion engine
JP6123498B2 (en) Gas sensor control device
EP2049891A1 (en) Diagnosis of a cracked multi-chamber solid-electrolyte gas sensor
US10753305B2 (en) Combustion control method in vehicle engine and engine system for vehicle
JP2009031213A (en) Device for diagnosing abnormality of oxygen sensor
US11320340B2 (en) Gas sensor control device
JP4095138B2 (en) Method and apparatus for determining the sensitivity of a hydrocarbon sensor for an internal combustion engine
JP2000055861A (en) Apparatus for diagnosing abnormality of gas concentration sensor
JP2012068150A (en) Abnormality diagnostic device for oxygen sensor
JP4580115B2 (en) Abnormality diagnosis method for gas concentration sensor
US11174807B2 (en) Operation control method of vehicle engine and vehicle system
JP2008076191A (en) Failure diagnosis device of oxygen sensor
JPH08338823A (en) Apparatus for detecting deterioration of oxygen sensor
JP6769836B2 (en) Concentration calculation device
JP2008076190A (en) Failure diagnosis device of oxygen sensor
JP4780465B2 (en) Oxygen sensor failure diagnosis device
JP2010203787A (en) System for diagnosing trouble of oxygen sensor
WO2013157048A1 (en) Catalyst anomaly diagnosis device
JP2009025102A (en) Abnormality diagnosis device of oxygen sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100603

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111121

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120323