JP2015075082A - Air-fuel ratio sensor control device - Google Patents

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剛 林下
圭一郎 青木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air-fuel ratio sensor control device capable of accurately diagnosing abnormality in the air-fuel ratio sensor.SOLUTION: A control device of air-fuel ratio sensors 40 and 41 comprises: the air-fuel ratio sensors arranged in an exhaust passage of an internal combustion engine; impedance detection means which detects impedance of elements constituting the air-fuel ratio sensors; a heating device 59 which heats the elements constituting the air-fuel ratio sensors; and heating amount control means which controls a heating amount of the heating device on the basis of the impedance detected by the impedance detection means. The control device also has abnormality diagnosing means which diagnoses abnormality in output of the air-fuel ratio sensors. When the abnormality diagnosing means diagnoses the abnormality in the output of the air-fuel ratio sensors, the heating amount control means controls the heating amount of the heating device regardless of the impedance detected by the impedance detection means.

Description

本発明は、空燃比センサの制御装置に関する。   The present invention relates to an air-fuel ratio sensor control apparatus.

従来から、内燃機関の排気通路に空燃比センサを設け、この空燃比センサの出力に基づいて内燃機関に供給する燃料量を制御するように構成された内燃機関が知られている。このような内燃機関に用いられる空燃比センサは、使用に伴って徐々に劣化する。空燃比センサの劣化が生じると空燃比センサの出力が適切な値にならなくなり、よって内燃機関の制御装置が実行する各種制御に支障が生じてしまう。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is known an internal combustion engine that is provided with an air-fuel ratio sensor in an exhaust passage of the internal combustion engine and that controls the amount of fuel supplied to the internal combustion engine based on the output of the air-fuel ratio sensor. The air-fuel ratio sensor used in such an internal combustion engine gradually deteriorates with use. When the air-fuel ratio sensor is deteriorated, the output of the air-fuel ratio sensor does not become an appropriate value, and thus various controls executed by the control device for the internal combustion engine are hindered.

そこで、空燃比センサの劣化を診断する診断装置が提案されている。このような診断装置としては、例えば、目標空燃比をステップ的に変化させると共に、これに伴って空燃比センサの出力値が第1所定値に到達するまでの第1応答時間と、第1所定値よりも大きい第2所定値に到達するまでの第2応答時間とを検出し、第1応答時間と第2応答時間の二つに基づいて空燃比センサの劣化を判定するものが提案されている(例えば、特許文献1)。ここで、空燃比センサの劣化パターンとしては、応答時間が遅れる応答性劣化に加えて出力そのものが増減するゲイン劣化が存在する。これに対して、特許文献1に記載の診断装置によれば、第1応答時間と第2応答時間の二つに基づいて空燃比センサの劣化を判定することにより、二つの劣化パターンのうちいずれにより空燃比センサの劣化が生じているのかを正確に特定することができるとされている。   Therefore, a diagnostic apparatus for diagnosing deterioration of the air-fuel ratio sensor has been proposed. As such a diagnostic apparatus, for example, the target air-fuel ratio is changed stepwise, and accordingly, the first response time until the output value of the air-fuel ratio sensor reaches the first predetermined value, and the first predetermined A second response time until reaching a second predetermined value greater than the value is determined, and deterioration of the air-fuel ratio sensor is determined based on two of the first response time and the second response time. (For example, Patent Document 1). Here, as a deterioration pattern of the air-fuel ratio sensor, there is gain deterioration in which the output itself increases or decreases in addition to response deterioration in which the response time is delayed. On the other hand, according to the diagnostic device described in Patent Document 1, by determining the deterioration of the air-fuel ratio sensor based on two of the first response time and the second response time, one of the two deterioration patterns can be determined. This makes it possible to accurately determine whether the air-fuel ratio sensor has deteriorated.

特開2007−192093号公報JP 2007-192093 A 特開2001−355505号公報JP 2001-355505 A 特開2009−007991号公報JP 2009-007991 A

ところで、上述したような空燃比センサの劣化により、空燃比センサの出力値が、実際の空燃比に相当する値よりも大きく又は小さくなる異常が生じることが知られている。このような空燃比センサの異常を検知する手法としては、空燃比センサ周りに流通する排気ガスの空燃比を一定の空燃比とすると共に、そのときの空燃比センサの出力値に基づいて空燃比センサの異常診断を行うことが提案されている。この場合、空燃比センサの出力値の実際の空燃比に対応する値に対する差が小さい場合には、空燃比センサには異常が生じていないと判定される。一方、空燃比センサの出力値の実際の空燃比に対応する値に対する差が大きい場合には、空燃比センサには異常が生じていると判定される。   By the way, it is known that the abnormality of the output value of the air-fuel ratio sensor is larger or smaller than the value corresponding to the actual air-fuel ratio due to the deterioration of the air-fuel ratio sensor as described above. As a method for detecting such an abnormality of the air-fuel ratio sensor, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing around the air-fuel ratio sensor is set to a constant air-fuel ratio, and the air-fuel ratio based on the output value of the air-fuel ratio sensor at that time It has been proposed to perform sensor abnormality diagnosis. In this case, when the difference between the output value of the air-fuel ratio sensor and the value corresponding to the actual air-fuel ratio is small, it is determined that no abnormality has occurred in the air-fuel ratio sensor. On the other hand, when the difference between the output value of the air-fuel ratio sensor and the value corresponding to the actual air-fuel ratio is large, it is determined that an abnormality has occurred in the air-fuel ratio sensor.

他方、上述したような空燃比センサでは、空燃比センサを構成する素子の温度に応じてその出力値が変化する。このため、一般に、空燃比センサには素子を加熱するヒータが設けられ、このヒータによって素子の温度が一定となるように素子の加熱が行われる。特に、空燃比センサでは、その素子の温度に応じて素子のインピーダンスが変化するという性質があるため、素子のインピーダンスが一定となるように素子の加熱が行われる。   On the other hand, in the air-fuel ratio sensor as described above, the output value changes according to the temperature of the elements constituting the air-fuel ratio sensor. For this reason, generally, the air-fuel ratio sensor is provided with a heater for heating the element, and the element is heated by this heater so that the temperature of the element becomes constant. In particular, since the air-fuel ratio sensor has a property that the impedance of the element changes according to the temperature of the element, the element is heated so that the impedance of the element becomes constant.

ところが、本発明者らの研究によれば、このように空燃比センサの素子のインピーダンスに基づいて温度制御を行うと、空燃比センサの異常診断における精度が低下することが判明した。これは、上述したように空燃比センサの異常によりその出力値が実際の空燃比に相当する値からずれている場合に、上述したインピーダンスに基づく温度制御を行うと、出力値におけるずれが小さくなるように空燃比センサの素子の温度を制御してしまうことによる。   However, according to the study by the present inventors, it has been found that if the temperature control is performed based on the impedance of the element of the air-fuel ratio sensor in this way, the accuracy in the abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensor is lowered. As described above, when the output value is deviated from the value corresponding to the actual air-fuel ratio due to the abnormality of the air-fuel ratio sensor, the deviation in the output value is reduced by performing the temperature control based on the impedance described above. Thus, the temperature of the air-fuel ratio sensor element is controlled.

そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、空燃比センサを構成する素子のインピーダンスに基づいてその素子の温度制御を行っている空燃比センサにおいても、正確に異常を診断することができる空燃比センサの制御装置を提供することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is to accurately diagnose an abnormality even in an air-fuel ratio sensor that performs temperature control of an element based on the impedance of the element constituting the air-fuel ratio sensor. An object of the present invention is to provide a control device for an air-fuel ratio sensor.

上記課題を解決するために、第1の発明では、内燃機関の排気通路に配置された空燃比センサと、該空燃比センサを構成する素子のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、前記空燃比センサを構成する素子を加熱する加熱装置と、前記インピーダンス検出手段によって検出されたインピーダンスに基づいて前記加熱装置による加熱量を制御する加熱量制御手段とを具備する、空燃比センサの制御装置において、前記空燃比センサの出力異常を診断する異常診断手段を更に具備し、前記加熱量制御手段は、前記異常診断手段により空燃比センサの出力異常を診断するときには、前記インピーダンス検出手段によって検出されたインピーダンスとは無関係に前記加熱装置による加熱量を制御する、空燃比センサの制御装置が提供される。   In order to solve the above problems, in the first invention, an air-fuel ratio sensor disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, an impedance detection means for detecting an impedance of an element constituting the air-fuel ratio sensor, and the air-fuel ratio sensor In the control device for an air-fuel ratio sensor, comprising: a heating device that heats an element that constitutes the heating element; and a heating amount control unit that controls a heating amount by the heating device based on the impedance detected by the impedance detection unit. An abnormality diagnosis means for diagnosing an output abnormality of the air-fuel ratio sensor is further provided, and the heating amount control means is configured to detect the impedance detected by the impedance detection means when the abnormality diagnosis means diagnoses an output abnormality of the air-fuel ratio sensor. There is provided an air-fuel ratio sensor control device that controls the heating amount by the heating device regardless of That.

第2の発明では、第1の発明において、前記加熱量制御手段は、前記異常診断手段により空燃比センサの出力異常の診断をするときには、前記加熱装置による加熱量を一定に制御する。   In a second invention, in the first invention, the heating amount control means controls the heating amount by the heating device to be constant when the abnormality diagnosis means diagnoses an output abnormality of the air-fuel ratio sensor.

第3の発明では、第1の発明において、大気温度を検出する大気温度検出装置を更に具備し、前記加熱量制御手段は、前記異常診断手段により空燃比センサの出力異常の診断をするときには、前記大気温度検出装置によって検出された大気温度に基づいて前記加熱装置による加熱量を制御する。   According to a third aspect, in the first aspect, the apparatus further comprises an atmospheric temperature detection device for detecting an atmospheric temperature, and the heating amount control means uses the abnormality diagnosis means to diagnose an output abnormality of the air-fuel ratio sensor. The heating amount by the heating device is controlled based on the atmospheric temperature detected by the atmospheric temperature detection device.

第4の発明では、第3の発明において、前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出装置を更に具備し、前記空燃比センサは前記排気浄化触媒の排気流れ方向下流に設けられており、前記加熱量制御手段は、前記異常診断手段により空燃比センサの出力異常の診断をするときには、前記大気温度検出装置によって検出された大気温度及び前記触媒温度検出装置によって検出された触媒温度に基づいて前記加熱装置による加熱量を制御する。   According to a fourth aspect, in the third aspect, the apparatus further comprises a catalyst temperature detecting device for detecting the temperature of the exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, wherein the air-fuel ratio sensor is an exhaust of the exhaust purification catalyst. The heating amount control unit is provided downstream in the flow direction, and when the abnormality diagnosis unit diagnoses an output abnormality of the air-fuel ratio sensor, the atmospheric temperature detected by the atmospheric temperature detection device and the catalyst temperature detection device The amount of heating by the heating device is controlled based on the catalyst temperature detected by.

第5の発明では、第1〜第4のいずれか一つの発明において、前記異常診断手段は、前記空燃比センサ周りを流通する排気ガスの空燃比が所定の空燃比に一定に維持されたときの前記空燃比センサの出力に基づいて前記空燃比センサの出力異常を診断する。   According to a fifth aspect of the invention, in any one of the first to fourth aspects, the abnormality diagnosis unit is configured to maintain the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing around the air-fuel ratio sensor at a predetermined air-fuel ratio. The output abnormality of the air-fuel ratio sensor is diagnosed based on the output of the air-fuel ratio sensor.

第6の発明では、第5の発明において、前記異常診断手段は、前記空燃比センサ周りを流通する排気ガスが大気ガスに維持されたときの前記空燃比センサの出力に基づいて前記空燃比センサの出力異常を診断する。   In a sixth aspect based on the fifth aspect, the abnormality diagnosing means is configured such that the air-fuel ratio sensor is based on an output of the air-fuel ratio sensor when the exhaust gas flowing around the air-fuel ratio sensor is maintained as atmospheric gas. Diagnose the abnormal output.

第7の発明では、第6の発明において、前記内燃機関は、該内燃機関の作動中に燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御を実行可能であり、前記異常診断手段は、前記燃料カット制御中に前記空燃比センサの出力異常を診断する。   In a seventh aspect based on the sixth aspect, the internal combustion engine can execute fuel cut control for stopping fuel supply to the combustion chamber during operation of the internal combustion engine, and the abnormality diagnosis means An output abnormality of the air-fuel ratio sensor is diagnosed during cut control.

第8の発明では、第1〜第7のいずれか一つの発明において、前記加熱量制御手段は、前記異常診断手段により空燃比センサの出力異常の診断をしていないときには、前記インピーダンス検出手段によって検出されたインピーダンスが所定の目標インピーダンスになるように前記加熱装置による加熱量を制御する。   In an eighth invention according to any one of the first to seventh inventions, when the heating amount control means is not diagnosing an output abnormality of the air-fuel ratio sensor by the abnormality diagnosis means, the impedance detection means The heating amount by the heating device is controlled so that the detected impedance becomes a predetermined target impedance.

本発明によれば、空燃比センサを構成する素子のインピーダンスに基づいてその素子の温度制御を行っている空燃比センサにおいても、正確に異常を診断することができる空燃比センサの制御装置が提供される。   According to the present invention, there is provided an air-fuel ratio sensor control apparatus capable of accurately diagnosing an abnormality even in an air-fuel ratio sensor that performs temperature control of the element based on the impedance of the element constituting the air-fuel ratio sensor. Is done.

図1は、本発明の空燃比センサの制御装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing an internal combustion engine in which a control device for an air-fuel ratio sensor of the present invention is used. 図2は、空燃比センサの概略的な断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the air-fuel ratio sensor. 図3は、各排気空燃比におけるセンサ印加電圧と出力電流との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the sensor applied voltage and the output current at each exhaust air-fuel ratio. 図4は、センサ印加電圧を一定にしたときの排気空燃比と出力電流との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the exhaust air-fuel ratio and the output current when the sensor applied voltage is made constant. 図5は、流通する排気ガスが大気ガスであるときのセンサ印加電圧と出力電流との関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the sensor applied voltage and the output current when the exhaust gas flowing is atmospheric gas. 図6は、固体電解質層の温度とインピーダンスとの関係を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the temperature and impedance of the solid electrolyte layer. 図7は、センサ印加電圧と出力電流のタイムチャートである。FIG. 7 is a time chart of sensor applied voltage and output current. 図8は、各排気空燃比におけるセンサ印加電圧と出力電流との関係を示す、図3と同様な図である。FIG. 8 is a view similar to FIG. 3 showing the relationship between the sensor applied voltage and the output current at each exhaust air-fuel ratio. 図9は、流通する排気ガスが大気ガスであるときのセンサ印加電圧と出力電流との関係を示す、図5と同様な図である。FIG. 9 is a view similar to FIG. 5 showing the relationship between the sensor applied voltage and the output current when the flowing exhaust gas is atmospheric gas. 図10は、流通する排気ガスが大気ガスであるときのセンサ印加電圧及び出力電流と空燃比センサの正常・異常との関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the sensor applied voltage and output current and the normality / abnormality of the air-fuel ratio sensor when the flowing exhaust gas is atmospheric gas. 図11は、排気ガスが大気ガスであるときのセンサ印加電圧と出力電流との関係を示す、図5と同様な図である。FIG. 11 is a view similar to FIG. 5 showing the relationship between the sensor applied voltage and the output current when the exhaust gas is atmospheric gas. 図12は、大気温度とヒータ加熱量との関係を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the atmospheric temperature and the heater heating amount. 図13は、排気ガスの流量とヒータ加熱量との関係を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the exhaust gas flow rate and the heater heating amount. 図14は、本実施形態の異常診断制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 14 is a flowchart showing a control routine of the abnormality diagnosis control of this embodiment.

以下、図面を参照して本発明の内燃機関の診断装置について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。図1は、本発明の第一実施形態に係る診断装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。   Hereinafter, an internal combustion engine diagnosis apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components. FIG. 1 is a diagram schematically showing an internal combustion engine in which a diagnostic device according to a first embodiment of the present invention is used.

<内燃機関全体の説明>
図1を参照すると1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダブロック2内で往復動するピストン、4はシリンダブロック2上に固定されたシリンダヘッド、5はピストン3とシリンダヘッド4との間に形成された燃焼室、6は吸気弁、7は吸気ポート、8は排気弁、9は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁6は吸気ポート7を開閉し、排気弁8は排気ポート9を開閉する。
<Description of the internal combustion engine as a whole>
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a piston that reciprocates in the cylinder block 2, 4 is a cylinder head fixed on the cylinder block 2, and 5 is a piston 3 and a cylinder head 4. A combustion chamber formed therebetween, 6 is an intake valve, 7 is an intake port, 8 is an exhaust valve, and 9 is an exhaust port. The intake valve 6 opens and closes the intake port 7, and the exhaust valve 8 opens and closes the exhaust port 9.

図1に示したようにシリンダヘッド4の内壁面の中央部には点火プラグ10が配置され、シリンダヘッド4の内壁面周辺部には燃料噴射弁11が配置される。点火プラグ10は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁11は、噴射信号に応じて、所定量の燃料を燃焼室5内に噴射する。なお、燃料噴射弁11は、吸気ポート7内に燃料を噴射するように配置されてもよい。また、本実施形態では、燃料として理論空燃比が14.6であるガソリンが用いられる。しかしながら、本発明の診断装置が用いられる内燃機関では、他の燃料を用いても良い。   As shown in FIG. 1, a spark plug 10 is disposed at the center of the inner wall surface of the cylinder head 4, and a fuel injection valve 11 is disposed around the inner wall surface of the cylinder head 4. The spark plug 10 is configured to generate a spark in response to the ignition signal. The fuel injection valve 11 injects a predetermined amount of fuel into the combustion chamber 5 according to the injection signal. The fuel injection valve 11 may be arranged so as to inject fuel into the intake port 7. In this embodiment, gasoline having a theoretical air-fuel ratio of 14.6 is used as the fuel. However, other fuels may be used in the internal combustion engine in which the diagnostic device of the present invention is used.

各気筒の吸気ポート7はそれぞれ対応する吸気枝管13を介してサージタンク14に連結され、サージタンク14は吸気管15を介してエアクリーナ16に連結される。吸気ポート7、吸気枝管13、サージタンク14、吸気管15は吸気通路を形成する。また、吸気管15内にはスロットル弁駆動アクチュエータ17によって駆動されるスロットル弁18が配置される。スロットル弁18は、スロットル弁駆動アクチュエータ17によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。   The intake port 7 of each cylinder is connected to a surge tank 14 via a corresponding intake branch pipe 13, and the surge tank 14 is connected to an air cleaner 16 via an intake pipe 15. The intake port 7, the intake branch pipe 13, the surge tank 14, and the intake pipe 15 form an intake passage. A throttle valve 18 driven by a throttle valve drive actuator 17 is disposed in the intake pipe 15. The throttle valve 18 is rotated by a throttle valve drive actuator 17 so that the opening area of the intake passage can be changed.

一方、各気筒の排気ポート9は排気マニホルド19に連結される。排気マニホルド19は、各排気ポート9に連結される複数の枝部とこれら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド19の集合部は上流側排気浄化触媒20を内蔵した上流側ケーシング21に連結される。上流側ケーシング21は、排気管22を介して下流側排気浄化触媒24を内蔵した下流側ケーシング23に連結される。排気ポート9、排気マニホルド19、上流側ケーシング21、排気管22及び下流側ケーシング23は、排気通路を形成する。   On the other hand, the exhaust port 9 of each cylinder is connected to an exhaust manifold 19. The exhaust manifold 19 has a plurality of branches connected to the exhaust ports 9 and a collective part in which these branches are assembled. A collecting portion of the exhaust manifold 19 is connected to an upstream casing 21 containing an upstream exhaust purification catalyst 20. The upstream casing 21 is connected to a downstream casing 23 containing a downstream exhaust purification catalyst 24 via an exhaust pipe 22. The exhaust port 9, the exhaust manifold 19, the upstream casing 21, the exhaust pipe 22, and the downstream casing 23 form an exhaust passage.

上流側排気浄化触媒20及び下流側排気浄化触媒24は、いずれも酸素吸蔵能力を有する三元触媒である。排気浄化触媒20、24は、所定の活性温度に達すると、未燃ガス(HCやCO等)と窒素酸化物(NOx)とを同時に浄化する触媒作用に加えて、酸素吸蔵能力を発揮する。排気浄化触媒20、24の酸素吸蔵能力によれば、排気浄化触媒20、24は、排気浄化触媒20、24に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン(以下、「リーン空燃比」という)であるときには排気ガス中の酸素を吸蔵する。一方、排気浄化触媒20、24は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ(以下、「リッチ空燃比」という)であるときには、排気浄化触媒20、24に吸蔵されている酸素を放出する。なお、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有していれば、排気浄化触媒20、24は三元触媒とは異なる触媒であってもよい。   Both the upstream side exhaust purification catalyst 20 and the downstream side exhaust purification catalyst 24 are three-way catalysts having oxygen storage capacity. When the exhaust purification catalysts 20 and 24 reach a predetermined activation temperature, the exhaust purification catalysts 20 and 24 exhibit an oxygen storage capability in addition to the catalytic action of simultaneously purifying unburned gas (HC, CO, etc.) and nitrogen oxides (NOx). According to the oxygen storage capacity of the exhaust purification catalysts 20, 24, the exhaust purification catalysts 20, 24 have an air / fuel ratio of exhaust gas flowing into the exhaust purification catalysts 20, 24 leaner than a stoichiometric air / fuel ratio (hereinafter referred to as “lean air / fuel ratio”). Is stored in the exhaust gas. On the other hand, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is richer than the stoichiometric air-fuel ratio (hereinafter referred to as “rich air-fuel ratio”), the exhaust purification catalysts 20, 24 are oxygen stored in the exhaust purification catalysts 20, 24. Release. The exhaust purification catalysts 20 and 24 may be different from the three-way catalyst as long as they have a catalytic action and an oxygen storage capacity.

電子制御ユニット(ECU)31はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス32を介して相互に接続されたRAM(ランダムアクセスメモリ)33、ROM(リードオンリメモリ)34、CPU(マイクロプロセッサ)35、入力ポート36および出力ポート37を具備する。吸気管15には、吸気管15内を流れる空気流量を検出するためのエアフロメータ39が配置され、このエアフロメータ39の出力は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。また、排気マニホルド19の集合部には排気マニホルド19内を流れる排気ガス(すなわち、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガス)の空燃比を検出する上流側空燃比センサ40が配置される。加えて、排気管22内には排気管22内を流れる排気ガス(すなわち、上流側排気浄化触媒20から流出して下流側排気浄化触媒24に流入する排気ガス)の空燃比を検出する下流側空燃比センサ41が配置される。これら空燃比センサ40、41の出力も対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。なお、これら空燃比センサ40、41の構成については後述する。   An electronic control unit (ECU) 31 comprises a digital computer, and is connected to each other via a bidirectional bus 32, a RAM (Random Access Memory) 33, a ROM (Read Only Memory) 34, a CPU (Microprocessor) 35, an input A port 36 and an output port 37 are provided. An air flow meter 39 for detecting the flow rate of air flowing through the intake pipe 15 is disposed in the intake pipe 15, and the output of the air flow meter 39 is input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38. Further, an upstream air-fuel ratio sensor 40 that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing through the exhaust manifold 19 (that is, the exhaust gas flowing into the upstream exhaust purification catalyst 20) is disposed at the collecting portion of the exhaust manifold 19. In addition, in the exhaust pipe 22, the downstream side that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas that flows in the exhaust pipe 22 (that is, the exhaust gas that flows out of the upstream side exhaust purification catalyst 20 and flows into the downstream side exhaust purification catalyst 24). An air-fuel ratio sensor 41 is arranged. The outputs of these air-fuel ratio sensors 40 and 41 are also input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38. The configuration of these air-fuel ratio sensors 40 and 41 will be described later.

また、アクセルペダル42にはアクセルペダル42の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ43が接続され、負荷センサ43の出力電圧は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。クランク角センサ44は例えばクランクシャフトが15度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート36に入力される。CPU35ではこのクランク角センサ44の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート37は対応する駆動回路45を介して点火プラグ10、燃料噴射弁11及びスロットル弁駆動アクチュエータ17に接続される。   A load sensor 43 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 42 is connected to the accelerator pedal 42, and the output voltage of the load sensor 43 is input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38. The For example, the crank angle sensor 44 generates an output pulse every time the crankshaft rotates 15 degrees, and this output pulse is input to the input port 36. The CPU 35 calculates the engine speed from the output pulse of the crank angle sensor 44. On the other hand, the output port 37 is connected to the spark plug 10, the fuel injection valve 11, and the throttle valve drive actuator 17 via the corresponding drive circuit 45.

<空燃比センサの説明>
本実施形態では、空燃比センサ40、41としては、限界電流式の空燃比センサが用いられる。図2を用いて、空燃比センサ40、41の構造について簡単に説明する。空燃比センサ40、41は、固体電解質層51と、その一方の側面上に配置された排気側電極52と、その他方の側面上に配置された大気側電極53と、通過する排気ガスの拡散律速を行う拡散律速層54と、拡散律速層54を保護する保護層55と、空燃比センサ40、41の加熱を行うヒータ部56とを具備する。
<Description of air-fuel ratio sensor>
In this embodiment, as the air-fuel ratio sensors 40 and 41, limit current type air-fuel ratio sensors are used. The structure of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 will be briefly described with reference to FIG. The air-fuel ratio sensors 40 and 41 include a solid electrolyte layer 51, an exhaust-side electrode 52 disposed on one side surface thereof, an atmosphere-side electrode 53 disposed on the other side surface, and diffusion of exhaust gas passing therethrough. A diffusion control layer 54 that controls the speed, a protective layer 55 that protects the diffusion control layer 54, and a heater unit 56 that heats the air-fuel ratio sensors 40 and 41 are provided.

固体電解質層51の一方の側面上には拡散律速層54が設けられ、拡散律速層54の固体電解質層51側の側面とは反対側の側面上には保護層55が設けられる。本実施形態では、固体電解質層51と拡散律速層54との間には被測ガス室57が形成される。この被測ガス室57には拡散律速層54を介して空燃比センサ40、41による検出対象であるガス、すなわち排気ガスが導入せしめられる。また、排気側電極52は被測ガス室57内に配置され、したがって、排気側電極52は拡散律速層54を介して排気ガスに曝されることになる。なお、被測ガス室57は必ずしも設ける必要はなく、排気側電極52の表面上に拡散律速層54が直接接触するように構成されてもよい。   A diffusion rate controlling layer 54 is provided on one side surface of the solid electrolyte layer 51, and a protective layer 55 is provided on the side surface of the diffusion rate controlling layer 54 opposite to the side surface on the solid electrolyte layer 51 side. In the present embodiment, a measured gas chamber 57 is formed between the solid electrolyte layer 51 and the diffusion-controlling layer 54. A gas to be detected by the air-fuel ratio sensors 40, 41, that is, exhaust gas, is introduced into the measured gas chamber 57 through the diffusion rate controlling layer 54. Further, the exhaust side electrode 52 is disposed in the measured gas chamber 57, and therefore, the exhaust side electrode 52 is exposed to the exhaust gas through the diffusion rate controlling layer 54. The gas chamber 57 to be measured is not necessarily provided, and may be configured such that the diffusion-controlling layer 54 is in direct contact with the surface of the exhaust-side electrode 52.

固体電解質層51の他方の側面上にはヒータ部56が設けられる。固体電解質層51とヒータ部56との間には基準ガス室58が形成され、この基準ガス室58内には基準ガスが導入される。本実施形態では、基準ガス室58は大気に開放されており、よって基準ガス室58内には基準ガスとして大気が導入される。大気側電極53は、基準ガス室58内に配置され、したがって、大気側電極53は、基準ガスに曝される。本実施形態では、基準ガスとして大気が用いられているため、大気側電極53は大気に曝されることになる。   A heater portion 56 is provided on the other side surface of the solid electrolyte layer 51. A reference gas chamber 58 is formed between the solid electrolyte layer 51 and the heater portion 56, and the reference gas is introduced into the reference gas chamber 58. In the present embodiment, the reference gas chamber 58 is open to the atmosphere, and therefore the atmosphere is introduced into the reference gas chamber 58 as the reference gas. The atmosphere side electrode 53 is disposed in the reference gas chamber 58, and therefore the atmosphere side electrode 53 is exposed to the reference gas. In the present embodiment, since the atmosphere is used as the reference gas, the atmosphere side electrode 53 is exposed to the atmosphere.

ヒータ部56には複数のヒータ(加熱装置)59が設けられており、これらヒータ59によって空燃比センサ40、41の温度、特に固体電解質層51の温度を制御することができる。ヒータ部56は、固体電解質層51を活性化するまで加熱するのに十分な発熱容量を有している。また、ヒータ59はECU31に接続されており、ヒータ59による加熱量はECU31によって制御される。したがって、ECU31は、ヒータ59による加熱量を制御する加熱量制御手段として機能する。   The heater unit 56 is provided with a plurality of heaters (heating devices) 59, and these heaters 59 can control the temperature of the air-fuel ratio sensors 40 and 41, particularly the temperature of the solid electrolyte layer 51. The heater unit 56 has a heat generation capacity sufficient to heat the solid electrolyte layer 51 until it is activated. The heater 59 is connected to the ECU 31, and the amount of heating by the heater 59 is controlled by the ECU 31. Therefore, the ECU 31 functions as a heating amount control unit that controls the heating amount by the heater 59.

固体電解質層51は、ZrO2(ジルコニア)、HfO2、ThO2、Bi23等にCaO、MgO、Y23、Yb23等を安定剤として配当した酸素イオン伝導性酸化物の焼結体により形成されている。また、拡散律速層54は、アルミナ、マグネシア、けい石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質の多孔質焼結体により形成されている。さらに、排気側電極52及び大気側電極53は、白金等の触媒活性の高い貴金属により形成されている。 The solid electrolyte layer 51 is an oxygen ion conductive oxide in which ZrO 2 (zirconia), HfO 2 , ThO 2 , Bi 2 O 3, etc. are distributed with CaO, MgO, Y 2 O 3 , Yb 2 O 3, etc. as stabilizers. The sintered body is formed. The diffusion control layer 54 is formed of a porous sintered body of a heat-resistant inorganic substance such as alumina, magnesia, silica, spinel, mullite or the like. Furthermore, the exhaust-side electrode 52 and the atmosphere-side electrode 53 are formed of a noble metal having high catalytic activity such as platinum.

また、排気側電極52と大気側電極53との間には、ECU31に搭載された電圧印加装置60によりセンサ印加電圧Vが印加される。加えて、ECU31には、センサ印加電圧を印加したときに固体電解質層を介してこれら電極52、53間に流れる電流Iを検出する電流検出装置61が設けられる。この電流検出装置61によって検出される電流が空燃比センサ40、41の出力電流である。   Further, a sensor application voltage V is applied between the exhaust side electrode 52 and the atmosphere side electrode 53 by a voltage application device 60 mounted on the ECU 31. In addition, the ECU 31 is provided with a current detection device 61 that detects a current I flowing between the electrodes 52 and 53 via the solid electrolyte layer when a sensor applied voltage is applied. The current detected by the current detector 61 is the output current of the air-fuel ratio sensors 40 and 41.

このように構成された空燃比センサ40、41は、図3に示したような電圧−電流(V−I)特性を有する。図3からわかるように、出力電流Iは、排気空燃比が大きくなるほど(リーンになるほど)、大きくなる。また、各排気空燃比におけるV−I線には、V軸に平行な領域、すなわちセンサ印加電圧が変化しても出力電流がほとんど変化しない領域が存在する。この電圧領域は限界電流領域と称され、このときの電流は限界電流と称される。図3では、排気空燃比が18であるときの限界電流領域及び限界電流をそれぞれW18、I18で示している。 The thus configured air-fuel ratio sensors 40 and 41 have voltage-current (V-I) characteristics as shown in FIG. As can be seen from FIG. 3, the output current I increases as the exhaust air-fuel ratio increases (lean). The V-I line at each exhaust air-fuel ratio has a region parallel to the V axis, that is, a region where the output current hardly changes even when the sensor applied voltage changes. This voltage region is referred to as a limiting current region, and the current at this time is referred to as a limiting current. In FIG. 3, the limit current region and limit current when the exhaust air-fuel ratio is 18 are indicated by W 18 and I 18 , respectively.

一方、センサ印加電圧が限界電流領域よりも低い領域では、センサ印加電圧にほぼ比例して出力電流が変化する。斯かる領域は比例領域と称される。このときの傾きは、固体電解質層51の直流素子抵抗によって定まる。また、センサ印加電圧が限界電流領域よりも高い領域では、センサ印加電圧の増加に伴って出力電流も増加する。この領域では、排気側電極52上にて排気ガス中に含まれる水分の分解等が生じること等により、センサ印加電圧の変化に応じて出力電圧が変化する。   On the other hand, in a region where the sensor applied voltage is lower than the limit current region, the output current changes almost in proportion to the sensor applied voltage. Such a region is called a proportional region. The inclination at this time is determined by the DC element resistance of the solid electrolyte layer 51. Further, in a region where the sensor applied voltage is higher than the limit current region, the output current increases as the sensor applied voltage increases. In this region, the output voltage changes according to the change in the sensor applied voltage due to, for example, decomposition of moisture contained in the exhaust gas on the exhaust side electrode 52.

図4は、センサ印加電圧を0.45V程度で一定にしたときの、排気空燃比と出力電流Iとの関係を示す図である。図4からわかるように、空燃比センサ40、41では、排気空燃比が大きくなるほど(すなわち、リーンになるほど)、空燃比センサ40、41からの出力電流Iが大きくなる。加えて、空燃比センサ40、41は、排気空燃比が理論空燃比であるときに出力電流Iが零になるように構成される。また、排気空燃比が一定以上(本実施形態では18以上)に大きくなったとき、或いは一定以下に小さくなったときには、排気空燃比の変化に対する出力電流の変化の割合が小さくなる。   FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the exhaust air-fuel ratio and the output current I when the sensor applied voltage is kept constant at about 0.45V. As can be seen from FIG. 4, in the air-fuel ratio sensors 40 and 41, the output current I from the air-fuel ratio sensors 40 and 41 increases as the exhaust air-fuel ratio increases (that is, as the exhaust air-fuel ratio becomes leaner). In addition, the air-fuel ratio sensors 40 and 41 are configured such that the output current I becomes zero when the exhaust air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio. Further, when the exhaust air-fuel ratio becomes larger than a certain value (18 or more in the present embodiment) or becomes smaller than a certain value, the ratio of the change in the output current to the change in the exhaust air-fuel ratio becomes smaller.

なお、上記例では、空燃比センサ40、41として図2に示した構造の限界電流式の空燃比センサを用いている。しかしながら、後述するような特性を有する空燃比センサであれば、他の構造の限界電流式の空燃比センサや、限界電流式ではない空燃比センサ等、如何なる空燃比センサを用いてもよい。   In the above example, the limit current type air-fuel ratio sensor having the structure shown in FIG. However, as long as the air-fuel ratio sensor has the characteristics described later, any air-fuel ratio sensor such as a limit current type air-fuel ratio sensor of another structure or an air-fuel ratio sensor not of the limit current type may be used.

また、以下では、空燃比センサ40、41は、内燃機関の運転時において、基本的にセンサ印加電圧が一定値V1に維持されているものとして説明する。しかしながら、空燃比センサ40、41のセンサ印加電圧は一定値に維持されている必要はなく、例えば、出力電流に応じて変化させるようにしてもよい。 In the following description, it is assumed that the air-fuel ratio sensors 40 and 41 basically maintain the sensor applied voltage at a constant value V 1 during operation of the internal combustion engine. However, the sensor applied voltage of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 does not need to be maintained at a constant value, and may be changed according to the output current, for example.

<空燃比センサのヒータ制御>
ところで、上述したように構成された空燃比センサ40、41では、この空燃比センサ40、41を構成する素子である固体電解質層51の温度に応じてその出力値が変化する。この様子を図5に示す。
<Heater control of air-fuel ratio sensor>
By the way, in the air-fuel ratio sensors 40 and 41 configured as described above, the output value changes according to the temperature of the solid electrolyte layer 51 which is an element constituting the air-fuel ratio sensors 40 and 41. This is shown in FIG.

図5は、空燃比センサ40、41周りを流通する排気ガスが大気ガスであるときの空燃比センサ40、41へのセンサ印加電圧Vと出力電流Iとの関係を示している。図中の実線は空燃比センサ40、41の素子温度、特に固体電解質層51の温度がT1のとき、破線は固体電解質層51の温度がT2のとき、一点鎖線は固体電解質層51の温度T3のときの関係をそれぞれ示している。温度T1〜T3は、T1が最も高く、T2、T3の順に低くなっている(T1>T2>T3)。図5からわかるように、空燃比センサ40、41の出力電流は、センサ印加電圧を一定にすると、温度が高いほど大きくなっている。例えば、センサ印加電圧をV1とした場合には、固体電解質層51の温度がT1、T2、T3のときに出力電流はI1、I2、I3となるが、I1が最も大きく、I2、I3の順に小さくなる。 FIG. 5 shows the relationship between the sensor applied voltage V and the output current I to the air-fuel ratio sensors 40 and 41 when the exhaust gas flowing around the air-fuel ratio sensors 40 and 41 is atmospheric gas. When the solid line in the drawing element temperature of the air-fuel ratio sensor 40 and 41, in particular the temperature of the solid electrolyte layer 51 is T 1, the broken line when the temperature of the solid electrolyte layer 51 is T 2, the dashed line the solid electrolyte layer 51 The relationship at the temperature T 3 is shown. Among the temperatures T 1 to T 3 , T 1 is the highest and decreases in the order of T 2 and T 3 (T 1 > T 2 > T 3 ). As can be seen from FIG. 5, the output currents of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 increase as the temperature increases when the sensor applied voltage is constant. For example, if a sensor applied voltage is V 1 was, the output current when the temperature of the solid electrolyte layer 51 is T 1, T 2, T 3 becomes I 1, I 2, I 3 , I 1 is Largest and smaller in the order of I 2 and I 3 .

このように、空燃比センサ40、41では、空燃比センサ40、41周りの排気ガスの空燃比が一定であっても、その温度に応じて出力電流が変化してしまう。このため、空燃比センサ40、41によって排気ガスの空燃比を正確に検出するためには、固体電解質層51の温度を一定に保つことが必要となる。   As described above, in the air-fuel ratio sensors 40 and 41, even if the air-fuel ratio of the exhaust gas around the air-fuel ratio sensors 40 and 41 is constant, the output current changes according to the temperature. For this reason, in order to accurately detect the air-fuel ratio of the exhaust gas by the air-fuel ratio sensors 40, 41, it is necessary to keep the temperature of the solid electrolyte layer 51 constant.

ところで、固体電解質層51の温度と素子抵抗(インピーダンス)との間には密接な関係がある。図6は、固体電解質層51の温度とインピーダンスとの関係を示した図である。図6に示したように、固体電解質層51の温度が高くなるほど、固体電解質層51のインピーダンスが低くなる。   Incidentally, there is a close relationship between the temperature of the solid electrolyte layer 51 and the element resistance (impedance). FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the temperature of the solid electrolyte layer 51 and the impedance. As shown in FIG. 6, the higher the temperature of the solid electrolyte layer 51, the lower the impedance of the solid electrolyte layer 51.

そこで、本実施形態では、内燃機関の通常運転時において、固体電解質層51のインピーダンスを検出すると共に、検出された固体電解質層51のインピーダンスに基づいて、ヒータ59による固体電解質層51の加熱量を制御している。特に、本実施形態では、検出された固体電解質層51のインピーダンスが、目標インピーダンスになるようにヒータ59による固体電解質層51の加熱量を制御している。   Therefore, in the present embodiment, during normal operation of the internal combustion engine, the impedance of the solid electrolyte layer 51 is detected, and the heating amount of the solid electrolyte layer 51 by the heater 59 is determined based on the detected impedance of the solid electrolyte layer 51. I have control. In particular, in the present embodiment, the heating amount of the solid electrolyte layer 51 by the heater 59 is controlled so that the detected impedance of the solid electrolyte layer 51 becomes the target impedance.

まず、インピーダンスの検出方法について説明する。本実施形態では、固体電解質層51のインピーダンスの検出は、排気側電極52と大気側電極53との間に流れる電流Iに基づいて行われる。特に、本実施形態では、排気側電極52と大気側電極53との間に印加する印加電圧を短時間に僅かに変動させたときの電流Iの変化に基づいて検出が行われる。   First, an impedance detection method will be described. In the present embodiment, the impedance of the solid electrolyte layer 51 is detected based on the current I flowing between the exhaust side electrode 52 and the atmosphere side electrode 53. In particular, in the present embodiment, detection is performed based on a change in the current I when the applied voltage applied between the exhaust side electrode 52 and the atmosphere side electrode 53 is slightly changed in a short time.

図7は、排気側電極52と大気側電極53との間に印加するセンサ印加電圧Vと、これら電極52、53間に流れる出力電流とのタイムチャートである。図7に示したように、両電極間には、排気ガスの空燃比を検出すべく基本的に所定のセンサ印加電圧V1が印加されている。これに対する出力電流は、空燃比センサ40、41周りを流通する排気ガスの空燃比が変化しない限り一定の値となる。 FIG. 7 is a time chart of the sensor applied voltage V applied between the exhaust side electrode 52 and the atmosphere side electrode 53 and the output current flowing between the electrodes 52 and 53. As shown in FIG. 7, a predetermined sensor applied voltage V 1 is basically applied between the electrodes in order to detect the air-fuel ratio of the exhaust gas. The output current with respect to this becomes a constant value as long as the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing around the air-fuel ratio sensors 40, 41 does not change.

空燃比センサ40、41の出力電流Iは燃料噴射弁11からの燃料噴射量等をフィードバック制御するために用いられる。このフィードバック制御における燃料噴射量の計算は一定時間間隔毎(例えば、128ms毎)に行われる。これに伴って、空燃比センサ40、41の出力電流もフィードバック制御のために一定時間間隔毎に参照される。図7に示した例では、時刻t2及び時刻t4において、出力電流の参照が行われている。 The output current I of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 is used for feedback control of the fuel injection amount from the fuel injection valve 11 and the like. The calculation of the fuel injection amount in the feedback control is performed at regular time intervals (for example, every 128 ms). Along with this, the output currents of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 are also referred to at regular time intervals for feedback control. In the example shown in FIG. 7, the output current is referred to at time t 2 and time t 4 .

加えて、図7に示した例では、出力電流の参照タイミング(t2、t4)の間に、印加電流Vが微少期間に亘って上下に僅かに振動せしめられる(時刻t1、t3)。特に、図示した例では、センサ印加電圧Vの振動として、センサ印加電圧Vを増加及び減少を1回ずつ行うようにしている。このように、センサ印加電圧Vが振動せしめられると、周囲の排気ガスの空燃比が変化していなくても、これに伴って出力電流Iが振動する。このようにセンサ印加電圧V及び出力電流Iが変動したときには、下記式(1)によりインピーダンスRを算出することができる。
R=dV/dI …(1)
In addition, in the example shown in FIG. 7, the applied current V is slightly vibrated up and down over a minute period during the output current reference timing (t 2 , t 4 ) (time t 1 , t 3). ). In particular, in the illustrated example, the sensor applied voltage V is increased and decreased once each as the vibration of the sensor applied voltage V. Thus, when the sensor applied voltage V is oscillated, the output current I oscillates even if the air-fuel ratio of the surrounding exhaust gas does not change. Thus, when the sensor applied voltage V and the output current I fluctuate, the impedance R can be calculated by the following equation (1).
R = dV / dI (1)

このように、本実施形態では、センサ印加電圧Vを微少期間に亘って上下に僅かに振動させて、そのときの出力電流Iの変動に基づいて固体電解質層51のインピーダンスRを算出するようにしている。これにより、空燃比センサ40、41周りの排気ガスの空燃比に無関係に、固体電解質層51のインピーダンスを検出することができる。   Thus, in the present embodiment, the sensor applied voltage V is vibrated slightly up and down over a minute period, and the impedance R of the solid electrolyte layer 51 is calculated based on the fluctuation of the output current I at that time. ing. Thereby, the impedance of the solid electrolyte layer 51 can be detected regardless of the air-fuel ratio of the exhaust gas around the air-fuel ratio sensors 40 and 41.

なお、上述した固体電解質層51のインピーダンスの検出は、ECU31によって行われることから、ECU31がインピーダンス検出手段として機能する。また、固体電解質層51のインピーダンス(抵抗)の検出方法は必ずしも上記方法に限られるわけではない。例えば、排気側電極52及び大気側電極53とは別に固体電解質層51の抵抗(インピーダンス)検出用の電極及び電気回路を設けて、これらにより検出を行ってもよい。或いは、排気側電極52及び大気側電極53を用いて、上記方法とは別の方法でインピーダンスの検出を行ってもよい。   In addition, since detection of the impedance of the solid electrolyte layer 51 mentioned above is performed by ECU31, ECU31 functions as an impedance detection means. The method for detecting the impedance (resistance) of the solid electrolyte layer 51 is not necessarily limited to the above method. For example, a resistance (impedance) detection electrode and an electric circuit of the solid electrolyte layer 51 may be provided separately from the exhaust-side electrode 52 and the atmosphere-side electrode 53, and detection may be performed using these. Alternatively, the impedance may be detected by a method different from the above method using the exhaust side electrode 52 and the atmosphere side electrode 53.

次に、上述したようにして検出されたインピーダンスに基づくヒータ59による固体電解質層51の加熱量の制御方法について説明する。検出されたインピーダンスが、予め定められた目標温度に対応する予め定められた目標インピーダンスよりも低い場合には、ヒータ59による単位時間当たりの加熱量が増大せしめられる。本実施形態では、ヒータ59へのヒータ印加電圧が高いほど固体電解質層51の加熱量が増大せしめられることから、検出されたインピーダンスが目標インピーダンスよりも低い場合には、ヒータ印加電圧が増大せしめられる。一方、検出されたインピーダンスが目標インピーダンスよりも高い場合いは、ヒータ59による単位時間当たりの加熱量が減少せしめられる。したがって、本実施形態では、この場合、ヒータ印加電圧が減少せしめられる。   Next, a method for controlling the heating amount of the solid electrolyte layer 51 by the heater 59 based on the impedance detected as described above will be described. When the detected impedance is lower than a predetermined target impedance corresponding to a predetermined target temperature, the heating amount per unit time by the heater 59 is increased. In the present embodiment, the higher the heater applied voltage to the heater 59, the greater the amount of heating of the solid electrolyte layer 51. Therefore, when the detected impedance is lower than the target impedance, the heater applied voltage is increased. . On the other hand, when the detected impedance is higher than the target impedance, the heating amount per unit time by the heater 59 is reduced. Therefore, in this embodiment, in this case, the heater applied voltage is reduced.

したがって、本実施形態では、検出されたインピーダンスが目標インピーダンスになるようにヒータ印加電圧がフィードバック制御される。このときの具体的な制御方法は、PID制御等、様々なフィードバック制御を利用可能である。そして、このようにヒータ印加電圧をフィードバック制御することにより、空燃比センサ40、41の固体電解質層51の温度を一定に維持することができるようになる。   Therefore, in this embodiment, the heater applied voltage is feedback-controlled so that the detected impedance becomes the target impedance. As a specific control method at this time, various feedback controls such as PID control can be used. In addition, by performing feedback control of the heater applied voltage in this way, the temperature of the solid electrolyte layer 51 of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 can be maintained constant.

<空燃比センサの異常診断>
ところで、冒頭でも説明したように、空燃比センサ40、41の劣化により、空燃比センサ40、41の出力電流が、実際の空燃比に相当する値よりも大きく又は小さくなる異常が生じることが知られている。この様子を、図8に示す。
<Abnormality diagnosis of air-fuel ratio sensor>
Incidentally, as described at the beginning, it is known that the output current of the air-fuel ratio sensors 40, 41 becomes larger or smaller than the value corresponding to the actual air-fuel ratio due to the deterioration of the air-fuel ratio sensors 40, 41. It has been. This is shown in FIG.

図8は、各排気空燃比におけるセンサ印加電圧Vと出力電流Iとの関係を示す、図3と同様な図である。図中の実線は、空燃比センサ40、41に劣化の異常が生じている場合、図中の破線は、異常が生じていない場合をそれぞれ示している。図8に示した例では、空燃比センサ40周りを流通する排気ガスの空燃比が同一である場合に、空燃比センサ40に異常が生じているときには、異常が生じていないときに対して出力電流Iの絶対値が減少する。   FIG. 8 is a view similar to FIG. 3 showing the relationship between the sensor applied voltage V and the output current I at each exhaust air-fuel ratio. The solid line in the figure indicates the case where the abnormality in the air-fuel ratio sensors 40, 41 has deteriorated, and the broken line in the figure indicates the case in which no abnormality has occurred. In the example shown in FIG. 8, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing around the air-fuel ratio sensor 40 is the same, when an abnormality occurs in the air-fuel ratio sensor 40, an output is output relative to when no abnormality occurs. The absolute value of the current I decreases.

このように空燃比センサ40、41に異常が生じると、空燃比センサ40、41の出力電流が実際の排気ガスの空燃比に対応した値とは異なるものになってしまう。空燃比センサ40、41の出力電流にこのようなずれが生じると、空燃比センサ40、41の出力を利用した各種制御に支障を来す。このため、空燃比センサ40、41の異常を診断することが必要となる。   Thus, when an abnormality occurs in the air-fuel ratio sensors 40 and 41, the output current of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 becomes different from the value corresponding to the actual air-fuel ratio of the exhaust gas. When such a deviation occurs in the output current of the air-fuel ratio sensors 40 and 41, various controls using the outputs of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 are hindered. For this reason, it is necessary to diagnose abnormality of the air-fuel ratio sensors 40 and 41.

図9は、空燃比センサ40周りを流通する排気ガスが大気ガスであるときの空燃比センサ40、41へのセンサ印加電圧Vと出力電流Iとの関係を示す、図5と同様な図である。図中の破線は、空燃比センサ40、41に劣化の異常が生じていない場合、図中の実線は劣化により出力電流Iの絶対値が減少している場合、図中の一点鎖線は劣化により出力電流Iの絶対値が増大している場合をそれぞれ示している。   FIG. 9 is a view similar to FIG. 5 showing the relationship between the sensor applied voltage V and the output current I to the air-fuel ratio sensors 40 and 41 when the exhaust gas flowing around the air-fuel ratio sensor 40 is atmospheric gas. is there. The broken line in the figure indicates that no deterioration abnormality has occurred in the air-fuel ratio sensors 40 and 41, the solid line in the figure indicates that the absolute value of the output current I has decreased due to deterioration, and the alternate long and short dash line in FIG. Each shows a case where the absolute value of the output current I increases.

ここで、図9からわかるように、空燃比センサ40、41に異常が生じていない場合、センサ印加電圧としてV1を印加したときの出力電流はI4となる。これに対して、空燃比センサ40、41に劣化が生じて出力電流Iの絶対値が減少している場合には、センサ印加電圧としてV1を印加したときの出力電流はI4よりも小さなI5となる。また、空燃比センサ40、41に劣化が生じて出力電流Iの絶対値が増加している場合には、センサ印加電圧としてV1を印加したときの出力電流はI4よりも大きなI6となる。したがって、空燃比センサ40、41における異常の有無は、空燃比センサ40周りを流通する排気ガスの空燃比が分かっていれば、所定のセンサ印加電圧を印加したときの出力電流に基づいて診断することができる。 Here, as can be seen from FIG. 9, when there is no abnormality in the air-fuel ratio sensors 40 and 41, the output current when V 1 is applied as the sensor applied voltage is I 4 . In contrast, when the air-fuel ratio sensors 40 and 41 are deteriorated and the absolute value of the output current I is decreasing, the output current when V 1 is applied as the sensor applied voltage is smaller than I 4. I 5 Further, when the air-fuel ratio sensors 40 and 41 are deteriorated and the absolute value of the output current I is increasing, the output current when V 1 is applied as the sensor applied voltage is I 6 larger than I 4. Become. Therefore, the presence or absence of abnormality in the air-fuel ratio sensors 40 and 41 is diagnosed based on the output current when a predetermined sensor applied voltage is applied if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing around the air-fuel ratio sensor 40 is known. be able to.

そこで、本実施形態では、内燃機関の作動中に燃焼室への燃料供給を停止又は減量する燃料カット制御の実行中におけるセンサ印加電圧Vと出力電流Iとに基づいて、空燃比センサ40、41の異常診断を行うこととしている。燃料カット制御中には、燃焼室5内に流入した大気ガスがそのまま排気通路へ流出することから、空燃比センサ40、41周りを流通する排気ガスも大気ガスとなっている。   Therefore, in the present embodiment, the air-fuel ratio sensors 40 and 41 are based on the sensor applied voltage V and the output current I during the execution of the fuel cut control for stopping or reducing the fuel supply to the combustion chamber during the operation of the internal combustion engine. We are going to perform an abnormal diagnosis. During the fuel cut control, the atmospheric gas flowing into the combustion chamber 5 flows out to the exhaust passage as it is, so that the exhaust gas circulating around the air-fuel ratio sensors 40 and 41 is also atmospheric gas.

図10は、空燃比センサ40、41周りを流通する排気ガスが大気ガスであるときのセンサ印加電圧V及び出力電流Iと、空燃比センサ40、41の正常・異常との関係を示している。本実施形態では、燃料カット制御中に検出された出力電流Iが上限曲線Xmaxと下限曲線Xminとの間である場合には、空燃比センサ40、41は正常であると判定する。一方、燃料カット制御中に検出された出力電流Iが上限曲線Xmax以上、又は下限曲線Xmin以下である場合には、空燃比センサ40、41には異常が発生していると判定する。   FIG. 10 shows the relationship between the sensor applied voltage V and the output current I and the normality / abnormality of the air-fuel ratio sensors 40, 41 when the exhaust gas flowing around the air-fuel ratio sensors 40, 41 is atmospheric gas. . In the present embodiment, when the output current I detected during the fuel cut control is between the upper limit curve Xmax and the lower limit curve Xmin, it is determined that the air-fuel ratio sensors 40 and 41 are normal. On the other hand, when the output current I detected during the fuel cut control is not less than the upper limit curve Xmax or not more than the lower limit curve Xmin, it is determined that an abnormality has occurred in the air-fuel ratio sensors 40 and 41.

図10に示したように、空燃比センサ40、41が正常であると判定される出力電流は、或る一定の印加電圧に達するまでは、センサ印加電圧が高くなるにつれて高くなる。そして、或る一定のセンサ印加電圧以上になるとほぼ一定となる。また、空燃比センサ40、41が正常であると判定される出力電流の幅は、或る一定のセンサ印加電圧に達するまでは、印加電圧が高くなるにつれて高くなる。そして、或る一定のセンサ印加電圧以上になるとほぼ一定となる。   As shown in FIG. 10, the output current at which the air-fuel ratio sensors 40 and 41 are determined to be normal increases as the sensor applied voltage increases until a certain applied voltage is reached. And when it becomes more than a certain fixed voltage applied to the sensor, it becomes almost constant. Further, the width of the output current determined that the air-fuel ratio sensors 40 and 41 are normal increases as the applied voltage increases until a certain sensor applied voltage is reached. And when it becomes more than a certain fixed voltage applied to the sensor, it becomes almost constant.

具体的には、燃料カット制御中にセンサ印加電圧がV1となっている場合に、出力電流がImaxとIminとの間の値であるときには、空燃比センサ40、41には異常が発生していないと判定する。一方、この場合に、出力電流がImax以上であるとき、又はImin以下であるときには、空燃比センサ40、41には異常が発生していると判定する。これにより、空燃比センサ40、41の異常を診断することができる。 Specifically, when the sensor applied voltage is V 1 during the fuel cut control and the output current is a value between Imax and Imin, an abnormality occurs in the air-fuel ratio sensors 40 and 41. Judge that it is not. On the other hand, in this case, when the output current is equal to or greater than Imax or equal to or less than Imin, it is determined that an abnormality has occurred in the air-fuel ratio sensors 40 and 41. Thereby, the abnormality of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 can be diagnosed.

なお、上記実施形態では、燃料カット制御中の出力電流に基づいて空燃比センサ40、41の異常診断を行っている。しかしながら、異常診断を行うのは必ずしも燃料カット制御中には限られない。各空燃比センサ40、41周りに流通する排気ガスの空燃比が異常診断対象の空燃比センサ40、41の出力電流によらずに把握できる場合には、如何なる場合に行ってもよい。例えば、上流側空燃比センサ40の出力電流に基づいて排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比をフィードバック制御していて排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御することができる場合には、排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比を所定の空燃比に一定に制御するアクティブ空燃比制御を行うことで、下流側空燃比センサ41周りに流通する排気ガスの空燃比をこの所定空燃比に制御することができる。このような場合には、アクティブ空燃比制御中に下流側空燃比センサ41の異常診断を行うことができる。ただし、この場合には、空燃比センサ40、41周りを流通する排気ガスが所定空燃比であるときのセンサ印加電圧V及び出力電流Iと空燃比センサ40、41の正常・異常との関係を示す図10と同様なマップが必要になる。いずれにせよ、空燃比センサ40、41の異常診断は、空燃比センサ40、41周りを流通する排気ガスの空燃比を所定の空燃比に一定に維持した状態で行うことができれば、如何なる状態で行われてもよい。   In the above embodiment, the abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 is performed based on the output current during the fuel cut control. However, the abnormality diagnosis is not necessarily performed during the fuel cut control. If the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing around each air-fuel ratio sensor 40, 41 can be grasped regardless of the output current of the air-fuel ratio sensor 40, 41 to be diagnosed, it may be performed in any case. For example, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20 is feedback controlled based on the output current of the upstream air-fuel ratio sensor 40, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst can be controlled. The active air-fuel ratio is controlled so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20 is kept constant at a predetermined air-fuel ratio, whereby the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing around the downstream air-fuel ratio sensor 41 is reduced. This predetermined air-fuel ratio can be controlled. In such a case, abnormality diagnosis of the downstream air-fuel ratio sensor 41 can be performed during active air-fuel ratio control. However, in this case, the relationship between the sensor applied voltage V and the output current I and the normality / abnormality of the air-fuel ratio sensors 40, 41 when the exhaust gas flowing around the air-fuel ratio sensors 40, 41 has a predetermined air-fuel ratio. A map similar to that shown in FIG. 10 is required. In any case, the abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensors 40, 41 can be performed in any state as long as the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing around the air-fuel ratio sensors 40, 41 can be kept constant at a predetermined air-fuel ratio. It may be done.

また、上述した空燃比センサ40、41における出力異常の診断は、ECU31によって行われる。したがって、ECU31は、空燃比センサ40、41における出力異常の診断を行う異常診断手段として機能する。   Further, the ECU 31 diagnoses the output abnormality in the air-fuel ratio sensors 40 and 41 described above. Therefore, the ECU 31 functions as an abnormality diagnosis means for diagnosing output abnormality in the air-fuel ratio sensors 40 and 41.

<異常診断制御中のヒータ制御>
ところで、上述したように空燃比センサ40、41では、そのインピーダンスに基づいてヒータ59による加熱量の制御が行われている。ところが、上述した空燃比センサ40、41の異常診断中にこのような加熱量の制御を行うと、空燃比センサ40、41の異常を適切に診断することができなくなることが判明した。以下、図11を参照してこれについて説明する。
<Heater control during abnormality diagnosis control>
Incidentally, as described above, in the air-fuel ratio sensors 40 and 41, the heating amount by the heater 59 is controlled based on the impedance. However, it has been found that if the heating amount is controlled during the above-described abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensors 40 and 41, it is impossible to properly diagnose the abnormality of the air-fuel ratio sensors 40 and 41. This will be described below with reference to FIG.

図11は、空燃比センサ40、41周りを流通する排気ガスが大気ガスであるときの空燃比センサ40、41へのセンサ印加電圧Vと出力電流Iとの関係を示す、図5と同様な図である。図中の破線は、空燃比センサ40、41に異常が生じていないとき、図中の一点鎖線は異常が生じているときをそれぞれ示している。図11に示したように、空燃比センサ40、41に異常が生じていないときには、V1をセンサ印加電圧として印加したときの出力電流はI4になる。同様に、空燃比センサ40、41に異常が生じているときには、V1をセンサ印加電圧として印加したときの出力電流はIminよりも低いI5になるはずである。 11 shows the relationship between the sensor applied voltage V and the output current I to the air-fuel ratio sensors 40, 41 when the exhaust gas flowing around the air-fuel ratio sensors 40, 41 is atmospheric gas, and is similar to FIG. FIG. The broken line in the figure indicates when no abnormality has occurred in the air-fuel ratio sensors 40 and 41, and the alternate long and short dash line in the figure indicates when an abnormality has occurred. As shown in FIG. 11, when there is no abnormality in the air-fuel ratio sensors 40 and 41, the output current when V 1 is applied as the sensor applied voltage is I 4 . Similarly, when an abnormality occurs in the air-fuel ratio sensors 40 and 41, the output current when V 1 is applied as the sensor applied voltage should be I 5 lower than Imin.

ここで、上述したように、空燃比センサ40、41では、そのインピーダンスに基づいてヒータ59による加熱量の制御が行われている。そして、空燃比センサ40、41のインピーダンスは、V−I特性における比例領域の傾きに反比例する。したがって、空燃比センサ40、41のインピーダンスが高くなると、V−I特性における比例領域の傾きが小さくなる。逆に、空燃比センサ40、41のインピーダンスが低くなると、V−I特性における比例領域の傾きが大きくなる。   Here, as described above, in the air-fuel ratio sensors 40 and 41, the heating amount by the heater 59 is controlled based on the impedance. The impedances of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 are inversely proportional to the slope of the proportional region in the VI characteristic. Therefore, as the impedance of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 increases, the slope of the proportional region in the VI characteristic decreases. Conversely, when the impedance of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 is lowered, the slope of the proportional region in the VI characteristic is increased.

図11に示した例では、空燃比センサ40、41に異常が生じているときには、生じていないときに比べて、V−I特性における比例領域の傾きが小さくなっている。このため、固体電解質層51の温度が適切な温度になっていても、固体電解質層51のインピーダンスが目標インピーダンスよりも高いものとして検出されることになる。このため、ヒータ59による加熱量は、インピーダンスを下げるべく、減少せしめられる。その結果、固体電解質層51の温度は、適切な温度よりも低い温度になり、空燃比センサ40、41のV−I特性における比例領域の傾きは、図11に実線で示したように大きくなる。   In the example shown in FIG. 11, when the abnormality occurs in the air-fuel ratio sensors 40 and 41, the slope of the proportional region in the VI characteristic is smaller than when no abnormality occurs. For this reason, even if the temperature of the solid electrolyte layer 51 is an appropriate temperature, the impedance of the solid electrolyte layer 51 is detected as higher than the target impedance. For this reason, the amount of heating by the heater 59 is reduced to lower the impedance. As a result, the temperature of the solid electrolyte layer 51 becomes lower than an appropriate temperature, and the slope of the proportional region in the VI characteristics of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 increases as shown by the solid line in FIG. .

図11からわかるように、空燃比センサ40、41に異常が生じているときに、上述したような固体電解質層51の温度制御を行うと、V−I特性が正常時のV−I特性に近づいてしまう。図11に示した例では、センサ印加電圧をV1とした場合に、上述した固体電解質層51の温度制御を行っていなければ、出力電流はI5となり、判定下限値Iminよりも低い値となる。ところが、この場合に、上述した固体電解質層51の温度制御を行っていると、出力電流はI4となり、判定下限値Iminよりも高い値となってしまう。この結果、実際には空燃比センサ40、41には異常が生じているにもかかわらず、空燃比センサ40、41の異常診断によると異常が生じていないものとして判定されてしまうことになる。 As can be seen from FIG. 11, when the temperature control of the solid electrolyte layer 51 as described above is performed when the air-fuel ratio sensors 40 and 41 are abnormal, the VI characteristic is changed to the normal VI characteristic. I'm getting closer. In the example shown in FIG. 11, when the sensor applied voltage is V 1 and the temperature control of the solid electrolyte layer 51 is not performed, the output current is I 5 , which is lower than the determination lower limit value Imin. Become. However, in this case, when the temperature control of the solid electrolyte layer 51 described above is performed, the output current becomes I 4 , which is higher than the determination lower limit value Imin. As a result, in spite of the fact that the air-fuel ratio sensors 40 and 41 are actually abnormal, the abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 determines that no abnormality has occurred.

そこで、本実施形態の制御装置では、空燃比センサ40、41の異常診断を行うときには、上述したインピーダンスに基づくヒータ59による加熱量のフィードバック制御を行わずに、ヒータ59による加熱量をオープン制御することとしている。   Therefore, in the control device of the present embodiment, when performing abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensors 40 and 41, the heating amount by the heater 59 is open-controlled without performing the feedback control of the heating amount by the heater 59 based on the impedance described above. I am going to do that.

ここで、燃料カット制御中には、燃焼室5内に供給された大気ガスがそのまま空燃比センサ40、41周りに流通することになる。したがって、空燃比センサ40、41の固体電解質層51の温度は、大気ガスの温度に依存する。そこで、本実施形態では、図12に示したように、大気温度センサ(図示せず)によって検出された大気(外気)の温度に基づいてヒータ59による加熱量、すなわちヒータ印加電圧を制御することとしている。特に、図12に示したように、本実施形態では、外気温が高くなるほど、ヒータ59による加熱量が小さくされ、すなわちヒータ印加電圧が小さくされる。   Here, during the fuel cut control, the atmospheric gas supplied into the combustion chamber 5 flows as it is around the air-fuel ratio sensors 40 and 41. Therefore, the temperature of the solid electrolyte layer 51 of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 depends on the temperature of the atmospheric gas. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 12, the heating amount by the heater 59, that is, the heater applied voltage is controlled based on the temperature of the atmosphere (outside air) detected by the atmospheric temperature sensor (not shown). It is said. In particular, as shown in FIG. 12, in this embodiment, the higher the outside air temperature, the smaller the amount of heating by the heater 59, that is, the smaller the heater applied voltage.

また、下流側空燃比センサ41については、その周りに流通する排気ガスは上流側の排気浄化触媒を通過してくる。このため、下流側空燃比センサ41周りに流通する排気ガスの温度は、上流側排気浄化触媒20の温度が高くなるほど高くなる。そこで、本実施形態では、下流側空燃比センサ41については、上流側排気浄化触媒20の温度を検出する触媒温度センサによって検出された上流側排気浄化触媒20の温度に基づいてヒータ59による加熱量を制御するようにしてもよい。具体的には、図12と同様に、上流側排気浄化触媒20の温度が高くなるほど、ヒータ59による加熱量が小さくされ、すなわちヒータ印加電圧が小さくされる。   As for the downstream air-fuel ratio sensor 41, the exhaust gas flowing around it passes through the upstream side exhaust purification catalyst. For this reason, the temperature of the exhaust gas flowing around the downstream side air-fuel ratio sensor 41 becomes higher as the temperature of the upstream side exhaust purification catalyst 20 becomes higher. Therefore, in the present embodiment, the downstream air-fuel ratio sensor 41 is heated by the heater 59 based on the temperature of the upstream side exhaust purification catalyst 20 detected by the catalyst temperature sensor that detects the temperature of the upstream side exhaust purification catalyst 20. May be controlled. Specifically, as in FIG. 12, as the temperature of the upstream side exhaust purification catalyst 20 becomes higher, the amount of heating by the heater 59 becomes smaller, that is, the heater applied voltage becomes smaller.

また、空燃比センサ40、41では、その周りを流通する排気ガスとの間で対流熱伝達が行われる。このため、空燃比センサ40、41周りを流通する排気ガスの流量が多くなるほど、空燃比センサ40、41から排気ガスへと熱が奪われ易くなる。そこで、本実施形態では、図13に示したように、エアフロメータ39の出力等に基づいて空燃比センサ40、41周りを流通する排気ガスの流量を算出すると共に、算出された排気ガスの流量に基づいてヒータ59による加熱量、すなわちヒータ印加電圧を制御することとしている。特に、図13に示したように、本実施形態では、排気ガスの流量が多くなるほど、ヒータ59による加熱量が大きくされ、すなわちヒータ印加電圧が大きくされる。   Further, in the air-fuel ratio sensors 40 and 41, convective heat transfer is performed with the exhaust gas flowing therearound. For this reason, as the flow rate of the exhaust gas flowing around the air-fuel ratio sensors 40 and 41 increases, heat is more easily taken from the air-fuel ratio sensors 40 and 41 to the exhaust gas. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 13, the flow rate of the exhaust gas flowing around the air-fuel ratio sensors 40 and 41 is calculated based on the output of the air flow meter 39 and the calculated flow rate of the exhaust gas. Based on the above, the amount of heating by the heater 59, that is, the heater applied voltage is controlled. In particular, as shown in FIG. 13, in the present embodiment, as the flow rate of the exhaust gas increases, the amount of heating by the heater 59 increases, that is, the heater applied voltage increases.

なお、上述した大気ガスの温度、上流側排気浄化触媒20の温度及び排気ガスの流量は、ヒータ59による加熱量を制御するためのパラメータの一例である。したがって、空燃比センサ40、41の異常診断を行うときには、これらパラメータに加えて、或いはこれらパラメータによらずに他のパラメータに基づいてヒータ59による加熱量を制御してもよい。また、空燃比センサ40、41の異常診断を行うときには、ヒータ59による加熱量を予め定められた一定量に維持するように、すなわちヒータ印加電圧を一定値に維持するようにしてもよい。   The temperature of the atmospheric gas, the temperature of the upstream side exhaust purification catalyst 20 and the flow rate of the exhaust gas described above are examples of parameters for controlling the heating amount by the heater 59. Therefore, when performing an abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensors 40 and 41, the heating amount by the heater 59 may be controlled based on other parameters in addition to these parameters or not based on these parameters. When performing abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensors 40 and 41, the heating amount by the heater 59 may be maintained at a predetermined constant amount, that is, the heater applied voltage may be maintained at a constant value.

このように、本実施形態では、空燃比センサ40、41の異常診断を行うときには、空燃比センサ40、41の温度制御をインピーダンスに基づかずにオープン制御される。このため、異常のある空燃比センサ40、41の出力電流が正常時の値に近づいてしまうことが抑制され、この結果、空燃比センサ40、41の異常診断を適切に行うことができるようになる。   Thus, in the present embodiment, when performing abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensors 40, 41, the temperature control of the air-fuel ratio sensors 40, 41 is open controlled without being based on the impedance. For this reason, the output current of the abnormal air-fuel ratio sensors 40, 41 is prevented from approaching the normal value, and as a result, the abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensors 40, 41 can be performed appropriately. Become.

<フローチャート>
図14は、本実施形態の異常診断制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。
<Flowchart>
FIG. 14 is a flowchart showing a control routine of the abnormality diagnosis control of this embodiment. The illustrated control routine is performed by interruption at regular time intervals.

まず、ステップS11では、異常診断制御の実行条件が成立しているか否かが判定される。異常診断制御の実行条件は、例えば、空燃比センサ40、41の温度が活性温度以上であるときに成立する。ステップS11において、実行条件が成立していないと判定された場合には、ステップS22へと進む。ステップS22では、ヒータ59の通常制御、すなわち検出されたインピーダンスが目標インピーダンスになるようなフィードバック制御が行われ、制御ルーチンが終了せしめられる。   First, in step S11, it is determined whether an execution condition for abnormality diagnosis control is satisfied. The condition for executing the abnormality diagnosis control is satisfied, for example, when the temperature of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 is equal to or higher than the activation temperature. If it is determined in step S11 that the execution condition is not satisfied, the process proceeds to step S22. In step S22, normal control of the heater 59, that is, feedback control is performed so that the detected impedance becomes the target impedance, and the control routine is terminated.

一方、ステップS11において、実行条件が成立していると判定された場合には、ステップS12へと進む。ステップS12では、内燃機関の始動後(或いは、内燃機関を搭載した車両のイグニッションキーをONにした後)未だ空燃比センサ40、41の異常診断が行われていないか否かが判定される。ステップS12において、既に異常診断が行われていると判定された場合には、更なる異常診断を行う必要がないため、ステップS22へと進み、ヒータ59の通常制御が行われる。一方、ステップS12において未だ異常診断が行われていないと判定された場合には、ステップS13へと進む。   On the other hand, if it is determined in step S11 that the execution condition is satisfied, the process proceeds to step S12. In step S12, it is determined whether an abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensors 40, 41 has not been performed after the internal combustion engine is started (or after the ignition key of the vehicle equipped with the internal combustion engine is turned on). If it is determined in step S12 that abnormality diagnosis has already been performed, it is not necessary to perform further abnormality diagnosis, and thus the process proceeds to step S22, and normal control of the heater 59 is performed. On the other hand, if it is determined in step S12 that an abnormality diagnosis has not yet been performed, the process proceeds to step S13.

ステップS13では、内燃機関が燃料カット制御中であるか否かが判定される。なお、空燃比センサ40、41の異常診断を行うにあたって、排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比が所定の空燃比に一定に維持されるようにアクティブ制御を行う場合には、このタイミングでアクティブ空燃比制御が実行せしめられる。そして、ステップS13では、アクティブ空燃比制御により空燃比センサ40、41周りを流通する排気ガスの空燃比が一定に維持されているか否かが判定されることになる。ステップS13において、内燃機関が燃料カット制御中でないと判定された場合には、ステップS22へと進み、ヒータ59の通常制御が行われる。一方、ステップS13において、内燃機関が燃料カット制御中であると判定された場合にはステップS14へと進む。   In step S13, it is determined whether or not the internal combustion engine is under fuel cut control. Note that when performing an abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensors 40 and 41, when performing active control so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20 is kept constant at a predetermined air-fuel ratio, this timing is used. Thus, the active air-fuel ratio control is executed. In step S13, it is determined whether or not the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing around the air-fuel ratio sensors 40 and 41 is maintained constant by active air-fuel ratio control. If it is determined in step S13 that the internal combustion engine is not under fuel cut control, the process proceeds to step S22, and normal control of the heater 59 is performed. On the other hand, if it is determined in step S13 that the internal combustion engine is under fuel cut control, the process proceeds to step S14.

ステップS14では、ヒータ59の通常制御が中止され、ステップS15では、大気温度センサ(図示せず)によって大気温度が検出される。次いで、ステップS16では、エアフロメータ39の出力等に基づいて、空燃比センサ40、41周りを流通する排気ガスの流量が検出される。次いで、ステップS17では、ステップS15において検出された大気温度と、ステップS16において検出された排気ガスの流量に基づいて、図12及び図13に示したマップを用いて、ヒータ59へのヒータ印加電圧が設定される。   In step S14, the normal control of the heater 59 is stopped, and in step S15, the atmospheric temperature is detected by an atmospheric temperature sensor (not shown). Next, in step S16, the flow rate of the exhaust gas flowing around the air-fuel ratio sensors 40 and 41 is detected based on the output of the air flow meter 39 and the like. Next, in step S17, based on the atmospheric temperature detected in step S15 and the exhaust gas flow rate detected in step S16, the heater applied voltage to the heater 59 using the maps shown in FIGS. Is set.

次いで、ステップS18では、燃料カット制御を開始してから所定時間が経過したか否かが判定される。燃料カット制御の開始直後には空燃比センサ40、41の出力電流が大きく変化して安定しないことから、出力電流が安定するまで空燃比センサ40、41の異常診断が遅らされる。ステップS18において、燃料カット制御を開始してから所定時間が経過していないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。その後、或る程度の時間が経過した後の制御ルーチンでは、ステップS18において、所定時間が経過したと判定され、ステップS19へと進む。   Next, in step S18, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the fuel cut control was started. Immediately after the start of the fuel cut control, the output currents of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 change greatly and are not stable. Therefore, the abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 is delayed until the output current is stabilized. If it is determined in step S18 that the predetermined time has not elapsed since the fuel cut control was started, the control routine is ended. Thereafter, in the control routine after a certain amount of time has elapsed, it is determined in step S18 that the predetermined time has elapsed, and the process proceeds to step S19.

ステップS19では、空燃比センサ40、41の出力電流Iが、現在のセンサ印加電圧に基づく判定下限値Iminよりも高く且つ判定上限値Imaxよりも低いか否かが判定される。ステップS19において出力電流Iが判定下限値Iminよりも高く且つ判定上限値Imaxよりも低いと判定された場合にはステップS20へと進む。ステップS20では、空燃比センサ40、41は正常であると判定され、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップS19において、出力電流が判定下限値Imin以下又は判定上限値Imax以上であると判定された場合にはステップS21へと進む。ステップS21では、空燃比センサ40、41には異常が生じていると判定され、制御ルーチンが終了せしめられる。   In step S19, it is determined whether or not the output current I of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 is higher than the determination lower limit value Imin based on the current sensor applied voltage and lower than the determination upper limit value Imax. If it is determined in step S19 that the output current I is higher than the determination lower limit value Imin and lower than the determination upper limit value Imax, the process proceeds to step S20. In step S20, it is determined that the air-fuel ratio sensors 40 and 41 are normal, and the control routine is terminated. On the other hand, if it is determined in step S19 that the output current is not more than the determination lower limit value Imin or not less than the determination upper limit value Imax, the process proceeds to step S21. In step S21, it is determined that an abnormality has occurred in the air-fuel ratio sensors 40, 41, and the control routine is terminated.

1 機関本体
5 燃焼室
7 吸気ポート
9 排気ポート
19 排気マニホルド
20 上流側排気浄化触媒
24 下流側排気浄化触媒
31 ECU
40 上流側空燃比センサ
41 下流側空燃比センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine body 5 Combustion chamber 7 Intake port 9 Exhaust port 19 Exhaust manifold 20 Upstream exhaust purification catalyst 24 Downstream exhaust purification catalyst 31 ECU
40 upstream air-fuel ratio sensor 41 downstream air-fuel ratio sensor

Claims (8)

内燃機関の排気通路に配置された空燃比センサと、該空燃比センサを構成する素子のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、前記空燃比センサを構成する素子を加熱する加熱装置と、前記インピーダンス検出手段によって検出されたインピーダンスに基づいて前記加熱装置による加熱量を制御する加熱量制御手段とを具備する、空燃比センサの制御装置において、
前記空燃比センサの出力異常を診断する異常診断手段を更に具備し、前記加熱量制御手段は、前記異常診断手段により空燃比センサの出力異常を診断するときには、前記インピーダンス検出手段によって検出されたインピーダンスとは無関係に前記加熱装置による加熱量を制御する、空燃比センサの制御装置。
An air-fuel ratio sensor disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine; impedance detection means for detecting an impedance of an element constituting the air-fuel ratio sensor; a heating device for heating the element constituting the air-fuel ratio sensor; and the impedance detection A control device for an air-fuel ratio sensor, comprising: a heating amount control means for controlling a heating amount by the heating device based on an impedance detected by the means;
An abnormality diagnosis means for diagnosing an output abnormality of the air-fuel ratio sensor is further provided, and when the heating amount control means diagnoses an abnormality in the output of the air-fuel ratio sensor by the abnormality diagnosis means, the impedance detected by the impedance detection means A control device for an air-fuel ratio sensor that controls the amount of heating by the heating device regardless of the temperature.
前記加熱量制御手段は、前記異常診断手段により空燃比センサの出力異常の診断をするときには、前記加熱装置による加熱量を一定に制御する、請求項1に記載の空燃比センサの制御装置。   2. The air / fuel ratio sensor control device according to claim 1, wherein the heating amount control unit controls the heating amount by the heating device to be constant when the abnormality diagnosis unit diagnoses an output abnormality of the air / fuel ratio sensor. 3. 大気温度を検出する大気温度検出装置を更に具備し、
前記加熱量制御手段は、前記異常診断手段により空燃比センサの出力異常の診断をするときには、前記大気温度検出装置によって検出された大気温度に基づいて前記加熱装置による加熱量を制御する、請求項1に記載の空燃比センサの制御装置。
An air temperature detecting device for detecting the air temperature;
The heating amount control means controls the heating amount by the heating device based on the atmospheric temperature detected by the atmospheric temperature detection device when the abnormality diagnosis means diagnoses an output abnormality of the air-fuel ratio sensor. The control device for an air-fuel ratio sensor according to claim 1.
前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出装置を更に具備し、前記空燃比センサは前記排気浄化触媒の排気流れ方向下流に設けられており、
前記加熱量制御手段は、前記異常診断手段により空燃比センサの出力異常の診断をするときには、前記大気温度検出装置によって検出された大気温度及び前記触媒温度検出装置によって検出された触媒温度に基づいて前記加熱装置による加熱量を制御する、請求項3に記載の空燃比センサの制御装置。
A catalyst temperature detecting device for detecting the temperature of the exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, and the air-fuel ratio sensor is provided downstream of the exhaust purification catalyst in the exhaust flow direction;
When the abnormality diagnosis means diagnoses the output abnormality of the air-fuel ratio sensor, the heating amount control means is based on the atmospheric temperature detected by the atmospheric temperature detection device and the catalyst temperature detected by the catalyst temperature detection device. The control device for an air-fuel ratio sensor according to claim 3, wherein the amount of heating by the heating device is controlled.
前記異常診断手段は、前記空燃比センサ周りを流通する排気ガスの空燃比が所定の空燃比に一定に維持されたときの前記空燃比センサの出力に基づいて前記空燃比センサの出力異常を診断する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の空燃比センサの制御装置。   The abnormality diagnosing means diagnoses an output abnormality of the air-fuel ratio sensor based on an output of the air-fuel ratio sensor when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing around the air-fuel ratio sensor is kept constant at a predetermined air-fuel ratio. The control device for an air-fuel ratio sensor according to any one of claims 1 to 4. 前記異常診断手段は、前記空燃比センサ周りを流通する排気ガスが大気ガスに維持されたときの前記空燃比センサの出力に基づいて前記空燃比センサの出力異常を診断する、請求項5に記載の空燃比センサの制御装置。   6. The abnormality diagnosis unit according to claim 5, wherein the abnormality diagnosis means diagnoses an output abnormality of the air-fuel ratio sensor based on an output of the air-fuel ratio sensor when the exhaust gas flowing around the air-fuel ratio sensor is maintained as atmospheric gas. Control device for air-fuel ratio sensor. 前記内燃機関は、該内燃機関の作動中に燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御を実行可能であり、
前記異常診断手段は、前記燃料カット制御中に前記空燃比センサの出力異常を診断する、請求項6に記載の空燃比センサの制御装置。
The internal combustion engine is capable of executing fuel cut control for stopping fuel supply to the combustion chamber during operation of the internal combustion engine,
The control apparatus for an air-fuel ratio sensor according to claim 6, wherein the abnormality diagnosis means diagnoses an output abnormality of the air-fuel ratio sensor during the fuel cut control.
前記加熱量制御手段は、前記異常診断手段により空燃比センサの出力異常の診断をしていないときには、前記インピーダンス検出手段によって検出されたインピーダンスが所定の目標インピーダンスになるように前記加熱装置による加熱量を制御する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の空燃比センサの制御装置。   When the heating amount control means has not diagnosed the output abnormality of the air-fuel ratio sensor by the abnormality diagnosis means, the heating amount by the heating device is set so that the impedance detected by the impedance detection means becomes a predetermined target impedance. The control device for an air-fuel ratio sensor according to any one of claims 1 to 7, wherein the control is performed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016118146A (en) * 2014-12-19 2016-06-30 トヨタ自動車株式会社 Abnormality diagnosis device of air-fuel ratio sensor
JP2020076639A (en) * 2018-11-07 2020-05-21 トヨタ自動車株式会社 Failure detection device and failure detection method of gas sensor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016118146A (en) * 2014-12-19 2016-06-30 トヨタ自動車株式会社 Abnormality diagnosis device of air-fuel ratio sensor
JP2020076639A (en) * 2018-11-07 2020-05-21 トヨタ自動車株式会社 Failure detection device and failure detection method of gas sensor
JP7103176B2 (en) 2018-11-07 2022-07-20 トヨタ自動車株式会社 Gas sensor failure detection device, gas sensor failure detection method

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