JP3420932B2 - ガス濃度センサの素子抵抗検出方法 - Google Patents
ガス濃度センサの素子抵抗検出方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、車載用内
燃機関の排気ガス中のガス濃度を検出するためのガス濃
度センサに対して電圧−電流の周波数特性を用いて素子
抵抗を検出するガス濃度センサの素子抵抗検出方法に関
するものである。
燃機関の排気ガス中のガス濃度を検出するためのガス濃
度センサに対して電圧−電流の周波数特性を用いて素子
抵抗を検出するガス濃度センサの素子抵抗検出方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、自動車への応用を始めとして、ガ
ス濃度を検出するガス濃度センサを用いたガス濃度セン
サとして例えば、酸素濃度を検出する酸素濃度センサの
素子抵抗検出方法が以下に述べるように提案されてい
る。
ス濃度を検出するガス濃度センサを用いたガス濃度セン
サとして例えば、酸素濃度を検出する酸素濃度センサの
素子抵抗検出方法が以下に述べるように提案されてい
る。
【０００３】近年の車載用内燃機関の空燃比制御におい
ては、例えば、制御精度を高めるといった要望やリーン
バーン化への要望があり、これらの要望に対応すべく、
内燃機関に吸入される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ：排気ガ
ス中の酸素濃度に対応して算出）を広域かつリニアに検
出するリニア式空燃比センサ（酸素濃度センサ）が具体
化されている。このような空燃比センサにおいて、この
検出精度を維持するには空燃比センサを活性状態に保つ
ことが不可欠であり、一般には空燃比センサに付設され
たヒータに通電制御することによりセンサ素子（空燃比
センサの素子）を加熱して活性状態を維持するようにし
ている。
ては、例えば、制御精度を高めるといった要望やリーン
バーン化への要望があり、これらの要望に対応すべく、
内燃機関に吸入される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ：排気ガ
ス中の酸素濃度に対応して算出）を広域かつリニアに検
出するリニア式空燃比センサ（酸素濃度センサ）が具体
化されている。このような空燃比センサにおいて、この
検出精度を維持するには空燃比センサを活性状態に保つ
ことが不可欠であり、一般には空燃比センサに付設され
たヒータに通電制御することによりセンサ素子（空燃比
センサの素子）を加熱して活性状態を維持するようにし
ている。
【０００４】ところで、かかるヒータの通電制御におい
ては、センサ素子の温度（素子温）を検出してその素子
温が所望の活性化温度（例えば、約７００℃）になるよ
うにフィードバック制御を実施する技術が従来より知ら
れている。この場合、その時々の素子温を検出するに
は、センサ素子に温度センサを付設しその検出結果から
導出すことも考えられるが、それでは温度センサを付加
する必要からコスト高となる。そこで、例えば、特開昭
５９−１６３５５６号公報にみられるように、センサ素
子の抵抗（素子抵抗）が素子温に対して所定の対応関係
を有することを利用して素子抵抗を検出し、その検出さ
れた素子抵抗から素子温を導出すことが提案されてい
る。
ては、センサ素子の温度（素子温）を検出してその素子
温が所望の活性化温度（例えば、約７００℃）になるよ
うにフィードバック制御を実施する技術が従来より知ら
れている。この場合、その時々の素子温を検出するに
は、センサ素子に温度センサを付設しその検出結果から
導出すことも考えられるが、それでは温度センサを付加
する必要からコスト高となる。そこで、例えば、特開昭
５９−１６３５５６号公報にみられるように、センサ素
子の抵抗（素子抵抗）が素子温に対して所定の対応関係
を有することを利用して素子抵抗を検出し、その検出さ
れた素子抵抗から素子温を導出すことが提案されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、ガス
濃度センサとして例えば、空燃比（酸素濃度）センサの
場合、空燃比センサに対して印加電圧を変化させたとき
の素子電流の変化に基づき素子抵抗を検出している。こ
のため、素子抵抗検出の実行タイミング（期間）では一
時的に空燃比検出ができないこととなる。
濃度センサとして例えば、空燃比（酸素濃度）センサの
場合、空燃比センサに対して印加電圧を変化させたとき
の素子電流の変化に基づき素子抵抗を検出している。こ
のため、素子抵抗検出の実行タイミング（期間）では一
時的に空燃比検出ができないこととなる。
【０００６】ここで、素子抵抗検出の実行タイミングが
一定の周期であり、この周期が複数気筒からなる内燃機
関のうちの特定の気筒において、実用的な機関回転数と
しての例えば、７００ｒｐｍ以上のある機関回転数で空
燃比検出の周期と連続して一致するときには、この特定
の気筒において燃焼時の過渡的な空燃比の出力変動が検
出できなくなるという不具合があった。
一定の周期であり、この周期が複数気筒からなる内燃機
関のうちの特定の気筒において、実用的な機関回転数と
しての例えば、７００ｒｐｍ以上のある機関回転数で空
燃比検出の周期と連続して一致するときには、この特定
の気筒において燃焼時の過渡的な空燃比の出力変動が検
出できなくなるという不具合があった。
【０００７】そこで、この発明はかかる不具合を解決す
るためになされたもので、ガス濃度センサの素子抵抗の
検出周期を適切に設定することで内燃機関の各気筒にお
ける空燃比検出が的確に実行できるガス濃度センサの素
子抵抗検出方法の提供を課題としている。
るためになされたもので、ガス濃度センサの素子抵抗の
検出周期を適切に設定することで内燃機関の各気筒にお
ける空燃比検出が的確に実行できるガス濃度センサの素
子抵抗検出方法の提供を課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１のガス濃度セン
サの素子抵抗検出方法によれば、ガス濃度センサとして
例えば、酸素濃度センサの場合、内燃機関における実用
的な機関回転数域で特定の気筒における排気タイミング
で連続して酸素濃度が検出できないようなことがなくな
る。このため、内燃機関の各気筒に対する酸素濃度が的
確に検出され、気筒別空燃比制御が実行できるという効
果が得られる。
サの素子抵抗検出方法によれば、ガス濃度センサとして
例えば、酸素濃度センサの場合、内燃機関における実用
的な機関回転数域で特定の気筒における排気タイミング
で連続して酸素濃度が検出できないようなことがなくな
る。このため、内燃機関の各気筒に対する酸素濃度が的
確に検出され、気筒別空燃比制御が実行できるという効
果が得られる。
【０００９】請求項２のガス濃度センサの素子抵抗検出
方法では、ガス濃度センサとして例えば、酸素濃度セン
サの場合、素子温が低く非活性状態であるときには正確
な酸素濃度が検出できないため、素子抵抗検出の実行タ
イミングを活性状態のときより早くなるように変更する
ことで、酸素濃度センサに付設されたヒータの通電制御
が優先され、酸素濃度センサの素子温を正確に監視しつ
つ素早く活性状態とすることができるという効果が得ら
れる。
方法では、ガス濃度センサとして例えば、酸素濃度セン
サの場合、素子温が低く非活性状態であるときには正確
な酸素濃度が検出できないため、素子抵抗検出の実行タ
イミングを活性状態のときより早くなるように変更する
ことで、酸素濃度センサに付設されたヒータの通電制御
が優先され、酸素濃度センサの素子温を正確に監視しつ
つ素早く活性状態とすることができるという効果が得ら
れる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。なお、以下の実施例ではガス濃
度を検出するガス濃度センサとして具体的な、酸素濃度
を検出する酸素濃度センサを用いた酸素濃度センサの素
子抵抗検出方法について述べる。
例に基づいて説明する。なお、以下の実施例ではガス濃
度を検出するガス濃度センサとして具体的な、酸素濃度
を検出する酸素濃度センサを用いた酸素濃度センサの素
子抵抗検出方法について述べる。
【００１１】図１は本発明の実施の形態の一実施例にか
かる酸素濃度センサの素子抵抗検出方法が適用された空
燃比検出装置の構成を示す概略図である。なお、本実施
例における空燃比検出装置は、自動車に搭載される６気
筒（複数気筒）からなる４サイクル内燃機関（ガソリン
エンジン）の電子制御燃料噴射システムに採用され、こ
の空燃比検出装置による検出結果に基づき内燃機関の各
気筒に供給する燃料噴射量を増減し所望の空燃比に制御
する。以下、空燃比センサを用いた空燃比（Ａ／Ｆ）の
検出手順を用いた素子抵抗検出手順について説明する。
かる酸素濃度センサの素子抵抗検出方法が適用された空
燃比検出装置の構成を示す概略図である。なお、本実施
例における空燃比検出装置は、自動車に搭載される６気
筒（複数気筒）からなる４サイクル内燃機関（ガソリン
エンジン）の電子制御燃料噴射システムに採用され、こ
の空燃比検出装置による検出結果に基づき内燃機関の各
気筒に供給する燃料噴射量を増減し所望の空燃比に制御
する。以下、空燃比センサを用いた空燃比（Ａ／Ｆ）の
検出手順を用いた素子抵抗検出手順について説明する。
【００１２】図１において、空燃比検出装置は酸素濃度
センサとしての限界電流式空燃比センサ（以下、『Ａ／
Ｆセンサ』と記す）３０を備え、このＡ／Ｆセンサ３０
は、内燃機関１０の各気筒（＃１気筒〜＃６気筒）から
の排気ガスを集合するエキゾーストマニホルド１１の下
流側に接続された排気通路１２に配設されている。Ａ／
Ｆセンサ３０からは、マイクロコンピュータ（以下、
『マイコン』と記す）２０から指令される電圧の印加に
伴い、排気ガス中の酸素濃度に応じたリニアな空燃比検
出信号が出力される。マイコン２０は、周知の各種演算
処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ、制御プロ
グラムを格納したＲＯＭ、各種データを格納するＲＡ
Ｍ、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ等により構成され、
所定の制御プログラムに従って後述のバイアス制御回路
４０及びヒータ制御回路６０が制御される。
センサとしての限界電流式空燃比センサ（以下、『Ａ／
Ｆセンサ』と記す）３０を備え、このＡ／Ｆセンサ３０
は、内燃機関１０の各気筒（＃１気筒〜＃６気筒）から
の排気ガスを集合するエキゾーストマニホルド１１の下
流側に接続された排気通路１２に配設されている。Ａ／
Ｆセンサ３０からは、マイクロコンピュータ（以下、
『マイコン』と記す）２０から指令される電圧の印加に
伴い、排気ガス中の酸素濃度に応じたリニアな空燃比検
出信号が出力される。マイコン２０は、周知の各種演算
処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ、制御プロ
グラムを格納したＲＯＭ、各種データを格納するＲＡ
Ｍ、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ等により構成され、
所定の制御プログラムに従って後述のバイアス制御回路
４０及びヒータ制御回路６０が制御される。
【００１３】図２は、Ａ／Ｆセンサ３０の概略構成を示
す断面図である。図２において、Ａ／Ｆセンサ３０は排
気通路１２の内部に向けて突設されており、Ａ／Ｆセン
サ３０は主として、カバー３３、センサ本体３２及びヒ
ータ３１から構成されている。カバー３３は断面Ｕ字状
であって、その周壁にはカバー３３の内外を連通する多
数の小孔３３ａが形成されている。センサ素子部として
のセンサ本体３２は、空燃比リーン領域における酸素濃
度、または空燃比リッチ領域における未燃ガスとして一
酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、水素（Ｈ2 ）等
のガス濃度に対応する限界電流を発生する。
す断面図である。図２において、Ａ／Ｆセンサ３０は排
気通路１２の内部に向けて突設されており、Ａ／Ｆセン
サ３０は主として、カバー３３、センサ本体３２及びヒ
ータ３１から構成されている。カバー３３は断面Ｕ字状
であって、その周壁にはカバー３３の内外を連通する多
数の小孔３３ａが形成されている。センサ素子部として
のセンサ本体３２は、空燃比リーン領域における酸素濃
度、または空燃比リッチ領域における未燃ガスとして一
酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、水素（Ｈ2 ）等
のガス濃度に対応する限界電流を発生する。
【００１４】次に、センサ本体３２の構成について詳述
する。センサ本体３２において、断面コップ状に形成さ
れた固体電解質層３４の外表面には、排気ガス側電極層
３６が固着され、内表面には大気側電極層３７が固着さ
れている。また、排気ガス側電極層３６の外側には、プ
ラズマ溶射法等により拡散抵抗層３５が形成されてい
る。固体電解質層３４は、ＺｒＯ2 、ＨｆＯ2 、ＴｈＯ
2 、Ｂｉ2 Ｏ3 等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2
Ｏ3 等を安定剤として固溶させた酸素イオン伝導性酸化
物焼結体からなり、拡散抵抗層３５はアルミナ、マグネ
シャ、ケイ石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物
質からなる。排気ガス側電極層３６及び大気側電極層３
７は共に、白金等の触媒活性の高い貴金属からなりその
表面には多孔質の化学メッキ等が施されている。なお、
排気ガス側電極層３６の面積は１０〜１００ｍｍ2 、厚
さは０．５〜２．０μｍ程度となっており、一方、大気
側電極層３７の面積は１０ｍｍ2 以上、厚さは０．５〜
２．０μｍ程度となっている。
する。センサ本体３２において、断面コップ状に形成さ
れた固体電解質層３４の外表面には、排気ガス側電極層
３６が固着され、内表面には大気側電極層３７が固着さ
れている。また、排気ガス側電極層３６の外側には、プ
ラズマ溶射法等により拡散抵抗層３５が形成されてい
る。固体電解質層３４は、ＺｒＯ2 、ＨｆＯ2 、ＴｈＯ
2 、Ｂｉ2 Ｏ3 等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2
Ｏ3 等を安定剤として固溶させた酸素イオン伝導性酸化
物焼結体からなり、拡散抵抗層３５はアルミナ、マグネ
シャ、ケイ石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物
質からなる。排気ガス側電極層３６及び大気側電極層３
７は共に、白金等の触媒活性の高い貴金属からなりその
表面には多孔質の化学メッキ等が施されている。なお、
排気ガス側電極層３６の面積は１０〜１００ｍｍ2 、厚
さは０．５〜２．０μｍ程度となっており、一方、大気
側電極層３７の面積は１０ｍｍ2 以上、厚さは０．５〜
２．０μｍ程度となっている。
【００１５】ヒータ３１は大気側電極層３７内に収容さ
れており、その発熱エネルギによりセンサ本体３２（大
気側電極層３７、固体電極質層３４、排気ガス側電極層
３６及び拡散抵抗層３５）を加熱する。ヒータ３１はセ
ンサ本体３２を活性化するに十分な発熱容量を有してい
る。
れており、その発熱エネルギによりセンサ本体３２（大
気側電極層３７、固体電極質層３４、排気ガス側電極層
３６及び拡散抵抗層３５）を加熱する。ヒータ３１はセ
ンサ本体３２を活性化するに十分な発熱容量を有してい
る。
【００１６】上記構成のＡ／Ｆセンサ３０において、セ
ンサ本体３２は理論空燃比点よりリーン領域では酸素濃
度に応じた限界電流を発生する。この場合、酸素濃度に
対応する限界電流は、排気ガス側電極層３６の面積、拡
散抵抗層３５の厚さ、気孔率及び平均孔径により決定さ
れる。また、センサ本体３２は酸素濃度を直線的特性に
て検出し得るものであるが、このセンサ本体３２を活性
化するのに約６００℃以上の高温が必要とされると共
に、このセンサ本体３２の活性温度範囲が狭いため、内
燃機関１０の排気ガスのみによる加熱では素子温を活性
領域に制御できない。このため、本実施例では、ヒータ
３１への供給電力をデューティ比制御することにより、
センサ本体３２を活性温度域にまで加熱するようにして
いる。なお、理論空燃比よりもリッチ側の領域では、未
燃ガスである一酸化炭素（ＣＯ）等の濃度が空燃比に対
してほぼリニアに変化し、センサ本体３２は一酸化炭素
（ＣＯ）等の濃度に応じた限界電流を発生する。
ンサ本体３２は理論空燃比点よりリーン領域では酸素濃
度に応じた限界電流を発生する。この場合、酸素濃度に
対応する限界電流は、排気ガス側電極層３６の面積、拡
散抵抗層３５の厚さ、気孔率及び平均孔径により決定さ
れる。また、センサ本体３２は酸素濃度を直線的特性に
て検出し得るものであるが、このセンサ本体３２を活性
化するのに約６００℃以上の高温が必要とされると共
に、このセンサ本体３２の活性温度範囲が狭いため、内
燃機関１０の排気ガスのみによる加熱では素子温を活性
領域に制御できない。このため、本実施例では、ヒータ
３１への供給電力をデューティ比制御することにより、
センサ本体３２を活性温度域にまで加熱するようにして
いる。なお、理論空燃比よりもリッチ側の領域では、未
燃ガスである一酸化炭素（ＣＯ）等の濃度が空燃比に対
してほぼリニアに変化し、センサ本体３２は一酸化炭素
（ＣＯ）等の濃度に応じた限界電流を発生する。
【００１７】次に、Ａ／Ｆセンサ３０の電圧−電流特性
（Ｖ−Ｉ特性）について図３のテーブルを参照して説明
する。
（Ｖ−Ｉ特性）について図３のテーブルを参照して説明
する。
【００１８】図３によれば、Ａ／Ｆセンサ３０の検出Ａ
／Ｆに比例するセンサ本体３２の固体電解質層３４への
流入電流と印加電圧とがリニアな特性を有することが分
かる。電圧軸Ｖに平行な直線部分がセンサ本体３２の限
界電流を特定する限界電流検出域であって、この限界電
流（センサ電流）の増減はＡ／Ｆの増減（即ち、リーン
・リッチ）に対応している。つまり、Ａ／Ｆがリーン側
になるほど限界電流は増大し、Ａ／Ｆがリッチ側になる
ほど限界電流は減少する。
／Ｆに比例するセンサ本体３２の固体電解質層３４への
流入電流と印加電圧とがリニアな特性を有することが分
かる。電圧軸Ｖに平行な直線部分がセンサ本体３２の限
界電流を特定する限界電流検出域であって、この限界電
流（センサ電流）の増減はＡ／Ｆの増減（即ち、リーン
・リッチ）に対応している。つまり、Ａ／Ｆがリーン側
になるほど限界電流は増大し、Ａ／Ｆがリッチ側になる
ほど限界電流は減少する。
【００１９】また、図３の電圧−電流特性において、電
圧軸Ｖに平行な直線部分（限界電流検出域）よりも小さ
い電圧域は抵抗支配域となっており、この抵抗支配域に
おける一次直線部分の傾きは、センサ本体３２における
固体電解質層３４の内部抵抗である素子抵抗（素子イン
ピーダンス）ＺＤＣにより特定される。この素子抵抗Ｚ
ＤＣは温度変化に伴い変化し、センサ本体３２の温度が
低下すると素子抵抗ＺＤＣの増大によりその傾きが小さ
くなる。
圧軸Ｖに平行な直線部分（限界電流検出域）よりも小さ
い電圧域は抵抗支配域となっており、この抵抗支配域に
おける一次直線部分の傾きは、センサ本体３２における
固体電解質層３４の内部抵抗である素子抵抗（素子イン
ピーダンス）ＺＤＣにより特定される。この素子抵抗Ｚ
ＤＣは温度変化に伴い変化し、センサ本体３２の温度が
低下すると素子抵抗ＺＤＣの増大によりその傾きが小さ
くなる。
【００２０】一方、図１において、Ａ／Ｆセンサ３０に
電圧を印加するためのバイアス指令信号（ディジタル信
号）Ｖｒはマイコン２０からＤ／Ａ変換器２１に入力さ
れ、このＤ／Ａ変換器２１にてアナログ信号Ｖａに変換
されバイアス制御回路４０に入力される。このバイアス
制御回路４０からはＡ／Ｆの検出電圧または素子抵抗の
検出電圧の何れかがＡ／Ｆセンサ３０に印加される。
電圧を印加するためのバイアス指令信号（ディジタル信
号）Ｖｒはマイコン２０からＤ／Ａ変換器２１に入力さ
れ、このＤ／Ａ変換器２１にてアナログ信号Ｖａに変換
されバイアス制御回路４０に入力される。このバイアス
制御回路４０からはＡ／Ｆの検出電圧または素子抵抗の
検出電圧の何れかがＡ／Ｆセンサ３０に印加される。
【００２１】また、バイアス制御回路４０は、Ａ／Ｆセ
ンサ３０への電圧の印加に伴い流れるセンサ電流を電流
検出回路５０にて検出し、この電流検出回路５０にて検
出された電流値のアナログ信号はＡ／Ｄ変換器２２を介
してマイコン２０に入力される。そして、Ａ／Ｆセンサ
３０に付設されたヒータ３１は、ヒータ制御回路６０に
よりその作動が制御される。つまり、ヒータ制御回路６
０にて、Ａ／Ｆセンサ３０の素子温やヒータ温度に応じ
てバッテリ電源（図示略）からヒータ３１に供給される
電力がデューティ比制御され、ヒータ３１の加熱制御が
実行される。
ンサ３０への電圧の印加に伴い流れるセンサ電流を電流
検出回路５０にて検出し、この電流検出回路５０にて検
出された電流値のアナログ信号はＡ／Ｄ変換器２２を介
してマイコン２０に入力される。そして、Ａ／Ｆセンサ
３０に付設されたヒータ３１は、ヒータ制御回路６０に
よりその作動が制御される。つまり、ヒータ制御回路６
０にて、Ａ／Ｆセンサ３０の素子温やヒータ温度に応じ
てバッテリ電源（図示略）からヒータ３１に供給される
電力がデューティ比制御され、ヒータ３１の加熱制御が
実行される。
【００２２】図４は、Ａ／Ｆセンサ３０に対する印加電
圧〔Ｖ〕に対応してバイアス制御回路４０の電流検出回
路５０にて検出されるＡ／Ｆセンサ３０からのセンサ電
流〔ｍＡ〕の波形図である。
圧〔Ｖ〕に対応してバイアス制御回路４０の電流検出回
路５０にて検出されるＡ／Ｆセンサ３０からのセンサ電
流〔ｍＡ〕の波形図である。
【００２３】図４（ａ）に時刻ｔ11以前または時刻ｔ12
以後として示すＡ／Ｆ検出時には、このときのＡ／Ｆに
対応し、Ａ／Ｆ検出のための正の印加電圧Ｖpos がＡ／
Ｆセンサ３０に印加され、その印加電圧Ｖpos に対応し
て、図４（ｂ）に示すように、Ａ／Ｆセンサ３０から出
力されるセンサ電流Ｉpos からＡ／Ｆ（空燃比）が求め
られる。また、図４（ａ）に時刻ｔ11〜ｔ12として示す
素子抵抗検出時には、所定の周波数信号よりなる単発的
かつ所定の時定数を持つ負の印加電圧Ｖneg が印加さ
れ、その印加電圧Ｖneg に対応して、図４（ｂ）に示す
ように、Ａ／Ｆセンサ３０から出力されるセンサ電流Ｉ
neg が検出される。そして、印加電圧Ｖneg をその時の
センサ電流Ｉneg で除算することにより素子抵抗（素子
インピーダンス）ＺＤＣが求められる（ＺＤＣ＝Ｖneg
／Ｉneg ）。
以後として示すＡ／Ｆ検出時には、このときのＡ／Ｆに
対応し、Ａ／Ｆ検出のための正の印加電圧Ｖpos がＡ／
Ｆセンサ３０に印加され、その印加電圧Ｖpos に対応し
て、図４（ｂ）に示すように、Ａ／Ｆセンサ３０から出
力されるセンサ電流Ｉpos からＡ／Ｆ（空燃比）が求め
られる。また、図４（ａ）に時刻ｔ11〜ｔ12として示す
素子抵抗検出時には、所定の周波数信号よりなる単発的
かつ所定の時定数を持つ負の印加電圧Ｖneg が印加さ
れ、その印加電圧Ｖneg に対応して、図４（ｂ）に示す
ように、Ａ／Ｆセンサ３０から出力されるセンサ電流Ｉ
neg が検出される。そして、印加電圧Ｖneg をその時の
センサ電流Ｉneg で除算することにより素子抵抗（素子
インピーダンス）ＺＤＣが求められる（ＺＤＣ＝Ｖneg
／Ｉneg ）。
【００２４】次に、上述のように構成された空燃比検出
装置の作用について説明する。
装置の作用について説明する。
【００２５】図５は、本発明の実施の形態の一実施例に
かかるＡ／Ｆセンサの素子抵抗検出方法が適用された空
燃比検出装置で使用されているマイコン２０における制
御ルーチンを示すフローチャートであり、この制御ルー
チンはマイコン２０への電力供給開始に伴い起動され
る。
かかるＡ／Ｆセンサの素子抵抗検出方法が適用された空
燃比検出装置で使用されているマイコン２０における制
御ルーチンを示すフローチャートであり、この制御ルー
チンはマイコン２０への電力供給開始に伴い起動され
る。
【００２６】図５において、まず、ステップＳ１００で
前回のＡ／Ｆ検出時から所定時間Ｔ1 が経過しているか
が判定される。ここで、所定時間Ｔ1 は、Ａ／Ｆの検出
周期に相当する時間である。ステップＳ１００の判定条
件が成立し、前回のＡ／Ｆ検出時から所定時間Ｔ1 が経
過しているときにはステップＳ２００に移行し、電流検
出回路５０で検出されたセンサ電流（限界電流）が読込
まれ、予めＲＯＭ内に記憶されている特性マップ（図示
略）を用いてその時のセンサ電流に対応する内燃機関１
０のＡ／Ｆが検出される。
前回のＡ／Ｆ検出時から所定時間Ｔ1 が経過しているか
が判定される。ここで、所定時間Ｔ1 は、Ａ／Ｆの検出
周期に相当する時間である。ステップＳ１００の判定条
件が成立し、前回のＡ／Ｆ検出時から所定時間Ｔ1 が経
過しているときにはステップＳ２００に移行し、電流検
出回路５０で検出されたセンサ電流（限界電流）が読込
まれ、予めＲＯＭ内に記憶されている特性マップ（図示
略）を用いてその時のセンサ電流に対応する内燃機関１
０のＡ／Ｆが検出される。
【００２７】次にステップＳ３００に移行して、前回の
素子抵抗検出時から所定時間Ｔ2 が経過しているかが判
定される。ここで、所定時間Ｔ2 は、素子抵抗の検出周
期に相当する時間である。ステップＳ３００の判定条件
が成立しないときには、ステップＳ１００〜ステップＳ
３００の処理が繰返され、所定時間Ｔ1 の経過毎にＡ／
Ｆが検出される。一方、ステップＳ３００の判定条件が
成立し、前回の素子抵抗検出時から所定時間Ｔ2 が経過
しているときにはステップＳ４００に移行し、上述した
ような素子抵抗検出処理が実行されたのち、ステップＳ
１００に戻り同様の処理が繰返し実行される。
素子抵抗検出時から所定時間Ｔ2 が経過しているかが判
定される。ここで、所定時間Ｔ2 は、素子抵抗の検出周
期に相当する時間である。ステップＳ３００の判定条件
が成立しないときには、ステップＳ１００〜ステップＳ
３００の処理が繰返され、所定時間Ｔ1 の経過毎にＡ／
Ｆが検出される。一方、ステップＳ３００の判定条件が
成立し、前回の素子抵抗検出時から所定時間Ｔ2 が経過
しているときにはステップＳ４００に移行し、上述した
ような素子抵抗検出処理が実行されたのち、ステップＳ
１００に戻り同様の処理が繰返し実行される。
【００２８】図６は本発明の実施の形態の一実施例にか
かるＡ／Ｆセンサの素子抵抗検出方法が適用された空燃
比検出装置における各気筒の排気タイミングに対する各
種信号検出タイミングを示すタイムチャートである。
かるＡ／Ｆセンサの素子抵抗検出方法が適用された空燃
比検出装置における各気筒の排気タイミングに対する各
種信号検出タイミングを示すタイムチャートである。
【００２９】図６において、内燃機関１０の各気筒（＃
１気筒〜＃６気筒）の実用的な機関回転数域の周期ｔ２
として例えば、アイドル回転数７００ｒｐｍの排気タイ
ミングに対応して、実Ａ／Ｆ信号（実際のＡ／Ｆ信号）
が＃２気筒〜＃６気筒ではストイキ（理論空燃比）であ
るのに対して、＃１気筒ではリッチ側に大きくずれてい
る。このとき、周期ｔ１である素子抵抗検出タイミング
が、最初の素子抵抗検出タイミングで実Ａ／Ｆ信号の発
生タイミングに一致している。すると、Ａ／Ｆセンサ３
０では＃１気筒のリッチ側に大きくずれた実Ａ／Ｆ信号
が検出できなくて、Ａ／Ｆ信号としてはストイキ（理論
空燃比）であると見做してしまう。
１気筒〜＃６気筒）の実用的な機関回転数域の周期ｔ２
として例えば、アイドル回転数７００ｒｐｍの排気タイ
ミングに対応して、実Ａ／Ｆ信号（実際のＡ／Ｆ信号）
が＃２気筒〜＃６気筒ではストイキ（理論空燃比）であ
るのに対して、＃１気筒ではリッチ側に大きくずれてい
る。このとき、周期ｔ１である素子抵抗検出タイミング
が、最初の素子抵抗検出タイミングで実Ａ／Ｆ信号の発
生タイミングに一致している。すると、Ａ／Ｆセンサ３
０では＃１気筒のリッチ側に大きくずれた実Ａ／Ｆ信号
が検出できなくて、Ａ／Ｆ信号としてはストイキ（理論
空燃比）であると見做してしまう。
【００３０】ここで、素子抵抗検出タイミングの周期ｔ
１を周期ｔ２より大きな例えば、１８０ｍｓ以上に予め
設定すると、即ち、内燃機関１０の機関回転数が約６６
７ｒｐｍ以上では、＃１気筒に対する２回目の実Ａ／Ｆ
信号検出タイミングでは素子抵抗検出タイミングと一致
することがなくなるため、＃１気筒の実Ａ／Ｆ信号がＡ
／Ｆセンサ３０にてＡ／Ｆ信号として検出できることと
なる。この後においても、実Ａ／Ｆ信号検出タイミング
と素子抵抗検出タイミングとが一致することがあるが、
連続して一致することはないため内燃機関１０の各気筒
に対するＡ／Ｆ信号が的確に検出できる。ここで、素子
抵抗検出タイミングは、あまり大きく設定し過ぎると素
子温変動が生じ易くなりＡ／Ｆ信号の精度を低下させる
ため、気筒別Ａ／Ｆ制御が可能でＡ／Ｆ信号の精度の低
下が生じない程度の周期とするのが好ましい。
１を周期ｔ２より大きな例えば、１８０ｍｓ以上に予め
設定すると、即ち、内燃機関１０の機関回転数が約６６
７ｒｐｍ以上では、＃１気筒に対する２回目の実Ａ／Ｆ
信号検出タイミングでは素子抵抗検出タイミングと一致
することがなくなるため、＃１気筒の実Ａ／Ｆ信号がＡ
／Ｆセンサ３０にてＡ／Ｆ信号として検出できることと
なる。この後においても、実Ａ／Ｆ信号検出タイミング
と素子抵抗検出タイミングとが一致することがあるが、
連続して一致することはないため内燃機関１０の各気筒
に対するＡ／Ｆ信号が的確に検出できる。ここで、素子
抵抗検出タイミングは、あまり大きく設定し過ぎると素
子温変動が生じ易くなりＡ／Ｆ信号の精度を低下させる
ため、気筒別Ａ／Ｆ制御が可能でＡ／Ｆ信号の精度の低
下が生じない程度の周期とするのが好ましい。
【００３１】このように、本実施例のＡ／Ｆセンサ３０
の素子抵抗検出方法は、電圧の印加に伴い被検出ガス中
のＡ／Ｆに応じた電流信号を出力するものであって、電
圧変化に伴う電流変化に基づくＡ／Ｆセンサ３０の素子
抵抗検出を、６気筒（複数気筒）からなる内燃機関１０
における実用的な機関回転数域としての７００ｒｐｍ以
上で特定の気筒の排気タイミングに対して２回以上続け
て同期することのない実行タイミングとしての１８０ｍ
ｓで行うものである。したがって、内燃機関１０におけ
る実用的な機関回転数域で特定の気筒における排気タイ
ミングで連続してＡ／Ｆが検出できないようなことがな
くなる。このため、内燃機関１０の各気筒の対するＡ／
Ｆが的確に検出され、気筒別Ａ／Ｆ制御が実行できる。
の素子抵抗検出方法は、電圧の印加に伴い被検出ガス中
のＡ／Ｆに応じた電流信号を出力するものであって、電
圧変化に伴う電流変化に基づくＡ／Ｆセンサ３０の素子
抵抗検出を、６気筒（複数気筒）からなる内燃機関１０
における実用的な機関回転数域としての７００ｒｐｍ以
上で特定の気筒の排気タイミングに対して２回以上続け
て同期することのない実行タイミングとしての１８０ｍ
ｓで行うものである。したがって、内燃機関１０におけ
る実用的な機関回転数域で特定の気筒における排気タイ
ミングで連続してＡ／Ｆが検出できないようなことがな
くなる。このため、内燃機関１０の各気筒の対するＡ／
Ｆが的確に検出され、気筒別Ａ／Ｆ制御が実行できる。
【００３２】図７は、内燃機関１０のクランキング（コ
ールドスタート）時におけるＡ／Ｆセンサ３０の素子温
の遷移状態を示すタイムチャートである。
ールドスタート）時におけるＡ／Ｆセンサ３０の素子温
の遷移状態を示すタイムチャートである。
【００３３】上述の実施例では、内燃機関１０の実用的
な機関回転数域としてアイドル回転数である７００ｒｐ
ｍ以上が想定されている。ここで、内燃機関１０のクラ
ンキング時等でＡ／Ｆセンサ３０が非活性状態であると
きには、素早く活性状態（例えば、約６００℃以上）に
させＡ／Ｆ制御に移行させるため、Ａ／Ｆセンサ３０に
付設されたヒータ３１の素子温上昇能力が最大限に利用
される。このようなときには、図７に示すように、Ａ／
Ｆセンサ３０の素子温が短時間（例えば、１０秒程度）
で約６００℃となるように急激に上昇されるため、素子
抵抗検出の実行タイミングが長いとＡ／Ｆセンサ３０の
素子温に対する監視が追いつかず素子温が上昇し過ぎた
り、ヒータ通電制御に対応するヒータ３１への適切な電
力供給ができなくなって、Ａ／Ｆセンサ３０を損傷する
不具合が生じる。
な機関回転数域としてアイドル回転数である７００ｒｐ
ｍ以上が想定されている。ここで、内燃機関１０のクラ
ンキング時等でＡ／Ｆセンサ３０が非活性状態であると
きには、素早く活性状態（例えば、約６００℃以上）に
させＡ／Ｆ制御に移行させるため、Ａ／Ｆセンサ３０に
付設されたヒータ３１の素子温上昇能力が最大限に利用
される。このようなときには、図７に示すように、Ａ／
Ｆセンサ３０の素子温が短時間（例えば、１０秒程度）
で約６００℃となるように急激に上昇されるため、素子
抵抗検出の実行タイミングが長いとＡ／Ｆセンサ３０の
素子温に対する監視が追いつかず素子温が上昇し過ぎた
り、ヒータ通電制御に対応するヒータ３１への適切な電
力供給ができなくなって、Ａ／Ｆセンサ３０を損傷する
不具合が生じる。
【００３４】このため、Ａ／Ｆセンサ３０が非活性状態
であるときには、素子抵抗検出の実行タイミングを素子
温が適切に制御できるような周期（例えば、９０ｍｓ）
とし、Ａ／Ｆセンサ３０が活性状態となった時点で、上
述の実施例で述べたような素子抵抗検出の実行タイミン
グが１８０ｍｓ以上に変更されることが好ましい。
であるときには、素子抵抗検出の実行タイミングを素子
温が適切に制御できるような周期（例えば、９０ｍｓ）
とし、Ａ／Ｆセンサ３０が活性状態となった時点で、上
述の実施例で述べたような素子抵抗検出の実行タイミン
グが１８０ｍｓ以上に変更されることが好ましい。
【００３５】このように、本実施例のＡ／Ｆセンサ３０
の素子抵抗検出方法は、素子抵抗検出の実行タイミング
をＡ／Ｆセンサ３０の活性状態に応じて変更するもので
ある。即ち、内燃機関１０のクランキング時等でＡ／Ｆ
センサ３０の素子温が低く非活性状態であるときには当
然のことながら、正確なＡ／Ｆが検出できない。このた
め、素子抵抗検出の実行タイミングを活性状態のときよ
り早くしてＡ／Ｆセンサ３０に付設されたヒータ３１へ
の通電制御が優先され、Ａ／Ｆセンサ３０の素子温を正
確に監視しつつを素早く活性状態とすることができる。
なお、Ａ／Ｆセンサ３０の素子温が上昇し活性状態とな
ったときには、上述したように、Ａ／Ｆセンサ３０の素
子抵抗検出の実行タイミングが１８０ｍｓ以上に変更さ
れるため、Ａ／Ｆセンサ３０によるＡ／Ｆ検出が同じ気
筒で２回以上続けて検出できないような不具合は解消さ
れる。
の素子抵抗検出方法は、素子抵抗検出の実行タイミング
をＡ／Ｆセンサ３０の活性状態に応じて変更するもので
ある。即ち、内燃機関１０のクランキング時等でＡ／Ｆ
センサ３０の素子温が低く非活性状態であるときには当
然のことながら、正確なＡ／Ｆが検出できない。このた
め、素子抵抗検出の実行タイミングを活性状態のときよ
り早くしてＡ／Ｆセンサ３０に付設されたヒータ３１へ
の通電制御が優先され、Ａ／Ｆセンサ３０の素子温を正
確に監視しつつを素早く活性状態とすることができる。
なお、Ａ／Ｆセンサ３０の素子温が上昇し活性状態とな
ったときには、上述したように、Ａ／Ｆセンサ３０の素
子抵抗検出の実行タイミングが１８０ｍｓ以上に変更さ
れるため、Ａ／Ｆセンサ３０によるＡ／Ｆ検出が同じ気
筒で２回以上続けて検出できないような不具合は解消さ
れる。
【００３６】ところで、上記実施例では、複数気筒とし
て６気筒からなる内燃機関の電子制御燃料噴射システム
に採用された空燃比検出装置に適用したＡ／Ｆセンサ３
０の素子抵抗検出方法について述べたが、本発明を実施
する場合には、これに限定されるものではなく、複数気
筒としてこの他、４気筒の内燃機関等に適用してもよ
い。
て６気筒からなる内燃機関の電子制御燃料噴射システム
に採用された空燃比検出装置に適用したＡ／Ｆセンサ３
０の素子抵抗検出方法について述べたが、本発明を実施
する場合には、これに限定されるものではなく、複数気
筒としてこの他、４気筒の内燃機関等に適用してもよ
い。
【００３７】また、上記実施例では、アイドル回転数が
７００ｒｐｍである内燃機関が想定され、Ａ／Ｆセンサ
３０の活性後（活性状態）にあっては、素子抵抗検出周
期を１８０ｍｓ以上にするとしたが、本発明を実施する
場合には、これに限定されるものではなく、この検出周
期は内燃機関のアイドル回転数により予め設定されるも
のであり、例えば、アイドル回転数が５００ｒｐｍであ
るときには、素子抵抗検出周期を２６０ｍｓ以上とすれ
ばよい。
７００ｒｐｍである内燃機関が想定され、Ａ／Ｆセンサ
３０の活性後（活性状態）にあっては、素子抵抗検出周
期を１８０ｍｓ以上にするとしたが、本発明を実施する
場合には、これに限定されるものではなく、この検出周
期は内燃機関のアイドル回転数により予め設定されるも
のであり、例えば、アイドル回転数が５００ｒｐｍであ
るときには、素子抵抗検出周期を２６０ｍｓ以上とすれ
ばよい。
【００３８】そして、上記実施例では、Ａ／Ｆ（空燃
比）を酸素濃度に応じた電流信号として検出するＡ／Ｆ
センサ３０の素子抵抗検出方法について述べたが、この
Ａ／Ｆセンサ３０としては１セル式の限界電流式酸素濃
度センサに限らず２セル式の酸素濃度センサでもよい。
また、コップ型の酸素濃度センサに限らず積層型の酸素
濃度センサでもよい。
比）を酸素濃度に応じた電流信号として検出するＡ／Ｆ
センサ３０の素子抵抗検出方法について述べたが、この
Ａ／Ｆセンサ３０としては１セル式の限界電流式酸素濃
度センサに限らず２セル式の酸素濃度センサでもよい。
また、コップ型の酸素濃度センサに限らず積層型の酸素
濃度センサでもよい。
【００３９】更に、上記実施例では、ガス濃度センサの
素子抵抗検出方法に用いるガス濃度センサとして、酸素
濃度を検出するＡ／Ｆセンサ３０について述べたが、そ
の他のガス濃度センサとして、排気ガス中の窒素酸化物
（ＮＯx ）濃度を検出するＮＯx 濃度センサ１００につ
いて、図８を参照して説明する。なお、図８は、ＮＯx
濃度センサ１００の先端部の要部構成を示す断面模式図
であり、このＮＯx 濃度センサ１００は所定の筒状ハウ
ジング内に収容され、図１に示すＡ／Ｆセンサ３０と同
様、内燃機関１０の各気筒からの排気ガスを集合するエ
キゾーストマニホルド１１の下流側に接続された排気通
路１２に配設される。
素子抵抗検出方法に用いるガス濃度センサとして、酸素
濃度を検出するＡ／Ｆセンサ３０について述べたが、そ
の他のガス濃度センサとして、排気ガス中の窒素酸化物
（ＮＯx ）濃度を検出するＮＯx 濃度センサ１００につ
いて、図８を参照して説明する。なお、図８は、ＮＯx
濃度センサ１００の先端部の要部構成を示す断面模式図
であり、このＮＯx 濃度センサ１００は所定の筒状ハウ
ジング内に収容され、図１に示すＡ／Ｆセンサ３０と同
様、内燃機関１０の各気筒からの排気ガスを集合するエ
キゾーストマニホルド１１の下流側に接続された排気通
路１２に配設される。
【００４０】図８において、ＮＯx 濃度センサ１００
は、主として、固体電解質ＳＥA と一対の電極１２１，
１２２からなる酸素ポンプセル１２０、固体電解質ＳＥ
B と一対の電極１５１，１５２からなる酸素検知セル１
５０及び固体電解質ＳＥB と一対の電極１６１，１６２
からなるＮＯx 検知セル１６０にて構成されている。そ
して、固体電解質ＳＥA と固体電解質ＳＥB との間に
は、アルミナ（酸化アルミニウム）等からなるスペーサ
１３０が介設され、このスペーサ１３０に設けられた抜
穴により第一の内部空間１３１、第二の内部空間１３２
が形成されている。また、固体電解質ＳＥB の裏面側に
はアルミナ等からなるスペーサ１４０が介設され、この
スペーサ１４０には長手方向の端縁まで延設された抜穴
により基準酸素濃度ガスである大気が導入される大気通
路１４１が形成され、更に、各セルを加熱するためのヒ
ータ１７０が積層されている。
は、主として、固体電解質ＳＥA と一対の電極１２１，
１２２からなる酸素ポンプセル１２０、固体電解質ＳＥ
B と一対の電極１５１，１５２からなる酸素検知セル１
５０及び固体電解質ＳＥB と一対の電極１６１，１６２
からなるＮＯx 検知セル１６０にて構成されている。そ
して、固体電解質ＳＥA と固体電解質ＳＥB との間に
は、アルミナ（酸化アルミニウム）等からなるスペーサ
１３０が介設され、このスペーサ１３０に設けられた抜
穴により第一の内部空間１３１、第二の内部空間１３２
が形成されている。また、固体電解質ＳＥB の裏面側に
はアルミナ等からなるスペーサ１４０が介設され、この
スペーサ１４０には長手方向の端縁まで延設された抜穴
により基準酸素濃度ガスである大気が導入される大気通
路１４１が形成され、更に、各セルを加熱するためのヒ
ータ１７０が積層されている。
【００４１】酸素ポンプセル１２０は、第一の内部空間
１３１内の酸素濃度を所定濃度に保持するためのもの
で、シート状に形成された酸素イオン導電性の固体電解
質ＳＥA と、その両面の対向位置にスクリーン印刷等に
より形成された一対の電極１２１，１２２からなる。酸
素イオン導電性の固体電解質ＳＥA としては例えば、イ
ットリア添加ジルコニア等が用いられる。
１３１内の酸素濃度を所定濃度に保持するためのもの
で、シート状に形成された酸素イオン導電性の固体電解
質ＳＥA と、その両面の対向位置にスクリーン印刷等に
より形成された一対の電極１２１，１２２からなる。酸
素イオン導電性の固体電解質ＳＥA としては例えば、イ
ットリア添加ジルコニア等が用いられる。
【００４２】固体電解質ＳＥA 及び一対の電極１２１，
１２２を貫通して、所定の径寸法のピンホール１１１が
形成されている。このピンホール１１１の径寸法は、こ
れを通過して第一の内部空間１３１に導入される排気ガ
スの拡散速度が所定の速度となるように適宜設定され
る。また、排気ガス側の電極１２１及びピンホール１１
１を被覆して、多孔質アルミナ等からなる多孔質保護層
１１３が形成されており、電極１２１の被毒やピンホー
ル１１１が排気ガスに含まれる煤等で目詰まりするのが
防止される。
１２２を貫通して、所定の径寸法のピンホール１１１が
形成されている。このピンホール１１１の径寸法は、こ
れを通過して第一の内部空間１３１に導入される排気ガ
スの拡散速度が所定の速度となるように適宜設定され
る。また、排気ガス側の電極１２１及びピンホール１１
１を被覆して、多孔質アルミナ等からなる多孔質保護層
１１３が形成されており、電極１２１の被毒やピンホー
ル１１１が排気ガスに含まれる煤等で目詰まりするのが
防止される。
【００４３】酸素検知セル１５０は第一の内部空間１３
１内の酸素濃度を検出するもので、ジルコニア等からな
るシート状の固体電解質ＳＥB と、その両面の対向位置
にスクリーン印刷等により形成された一対の電極１５
１，１５２からなる。一対の電極１５１，１５２のう
ち、電極１５１は例えば、多孔質Ｐｔ（白金）電極から
なり大気通路１４１に露出して形成され、この電極１５
１と固体電解質ＳＥB を挟んで対向する電極１５２は第
一の内部空間１３１に露出して形成されている。この電
極１５２は酸素ポンプセル１２０の電極１２２と同様、
ＮＯx の還元に対して不活性であり、酸素の還元に対し
て活性であるように電極活性が調整されている。
１内の酸素濃度を検出するもので、ジルコニア等からな
るシート状の固体電解質ＳＥB と、その両面の対向位置
にスクリーン印刷等により形成された一対の電極１５
１，１５２からなる。一対の電極１５１，１５２のう
ち、電極１５１は例えば、多孔質Ｐｔ（白金）電極から
なり大気通路１４１に露出して形成され、この電極１５
１と固体電解質ＳＥB を挟んで対向する電極１５２は第
一の内部空間１３１に露出して形成されている。この電
極１５２は酸素ポンプセル１２０の電極１２２と同様、
ＮＯx の還元に対して不活性であり、酸素の還元に対し
て活性であるように電極活性が調整されている。
【００４４】ＮＯx 検知セル１６０はＮＯx の還元分解
により生じる酸素量からＮＯx 濃度を検出するもので、
酸素検知セル１５０と共通の固体電解質ＳＥB と、その
両面の対向位置にスクリーン印刷等により形成された一
対の電極１６１，１６２からなる。固体電解質ＳＥB に
隣接するスペーサ１３０の抜穴にて設けられた第一の内
部空間１３１と第二の内部空間１３２との間には絞りと
しての連通孔１１２が形成されており、第一の内部空間
１３１内の被測定ガスが所定の拡散速度で第二の内部空
間１３２内に導入される。
により生じる酸素量からＮＯx 濃度を検出するもので、
酸素検知セル１５０と共通の固体電解質ＳＥB と、その
両面の対向位置にスクリーン印刷等により形成された一
対の電極１６１，１６２からなる。固体電解質ＳＥB に
隣接するスペーサ１３０の抜穴にて設けられた第一の内
部空間１３１と第二の内部空間１３２との間には絞りと
しての連通孔１１２が形成されており、第一の内部空間
１３１内の被測定ガスが所定の拡散速度で第二の内部空
間１３２内に導入される。
【００４５】一対の電極１６１，１６２のうち、電極１
６１は例えば、多孔質Ｐｔ電極からなり大気通路１４１
に露出して形成され、この電極１６１と固体電解質ＳＥ
B を挟んで対向する電極１６２は第二の内部空間１３２
に露出して形成されている。この電極１６２はＮＯx の
還元に対して活性である例えば、多孔質Ｐｔ電極からな
る。このため、第二の内部空間１３２に導入される被測
定ガス中のＮＯx は、電極１６２にて還元分解され酸素
と窒素とが生成される。
６１は例えば、多孔質Ｐｔ電極からなり大気通路１４１
に露出して形成され、この電極１６１と固体電解質ＳＥ
B を挟んで対向する電極１６２は第二の内部空間１３２
に露出して形成されている。この電極１６２はＮＯx の
還元に対して活性である例えば、多孔質Ｐｔ電極からな
る。このため、第二の内部空間１３２に導入される被測
定ガス中のＮＯx は、電極１６２にて還元分解され酸素
と窒素とが生成される。
【００４６】更に、ヒータ１７０はアルミナ等からなる
ヒータシート１７３面にヒータ電極１７１が形成されて
いる。ヒータ電極１７１としては、通常、Ｐｔ電極が用
いられ、その上面にはアルミナ等からなる絶縁層１７２
が形成されている。ヒータ電極１７１や各電極のリード
部には図示しないリードが接続されセンサ基部の端子に
接続されている。
ヒータシート１７３面にヒータ電極１７１が形成されて
いる。ヒータ電極１７１としては、通常、Ｐｔ電極が用
いられ、その上面にはアルミナ等からなる絶縁層１７２
が形成されている。ヒータ電極１７１や各電極のリード
部には図示しないリードが接続されセンサ基部の端子に
接続されている。
【００４７】上述のように構成されたＮＯx 濃度センサ
１００の作動について以下に説明する。被測定ガスであ
る排気ガスは、ピンホール１１１を通って第一の内部空
間１３１に導入される。酸素検知セル１５０では、第一
の内部空間１３１に面する電極１５２と大気が導入され
る大気通路１４１に面する電極１５１との酸素濃度差に
基づき、ネルンストの式で表される起電力が発生され
る。この起電力の大きさを測定することで、第一の内部
空間１３１内の酸素濃度を知ることができる。
１００の作動について以下に説明する。被測定ガスであ
る排気ガスは、ピンホール１１１を通って第一の内部空
間１３１に導入される。酸素検知セル１５０では、第一
の内部空間１３１に面する電極１５２と大気が導入され
る大気通路１４１に面する電極１５１との酸素濃度差に
基づき、ネルンストの式で表される起電力が発生され
る。この起電力の大きさを測定することで、第一の内部
空間１３１内の酸素濃度を知ることができる。
【００４８】酸素ポンプセル１２０では、一対の電極１
２１，１２２間に電圧が印加され第一の内部空間１３１
内の酸素が出し入れされることにより、第一の内部空間
１３１内の酸素濃度が所定の低濃度に制御される。例え
ば、排気ガス側の電極１２１が（＋）極となるように所
定の電圧が印加されると、第一の内部空間１３１側の電
極１２２上で酸素が還元され酸素イオンとなり、ポンピ
ング作用により電極１２１側に排出される。一対の電極
１２１，１２２間への通電量は、酸素検知セル１５０の
一対の電極１５１，１５２間に発生する起電力が所定の
一定値となるようにフィードバック制御され、第一の内
部空間１３１内の酸素濃度が一定とされる。ここで、第
一の内部空間１３１に面する電極１２２，１５２は酸素
の還元に対しては活性であるが、ＮＯx の還元に対して
は不活性であるので、第一の内部空間１３１内では、Ｎ
Ｏx の分解は起こらず、従って、酸素ポンプセル１２０
の作動により第一の内部空間１３１内のＮＯx 量が変化
することはない。
２１，１２２間に電圧が印加され第一の内部空間１３１
内の酸素が出し入れされることにより、第一の内部空間
１３１内の酸素濃度が所定の低濃度に制御される。例え
ば、排気ガス側の電極１２１が（＋）極となるように所
定の電圧が印加されると、第一の内部空間１３１側の電
極１２２上で酸素が還元され酸素イオンとなり、ポンピ
ング作用により電極１２１側に排出される。一対の電極
１２１，１２２間への通電量は、酸素検知セル１５０の
一対の電極１５１，１５２間に発生する起電力が所定の
一定値となるようにフィードバック制御され、第一の内
部空間１３１内の酸素濃度が一定とされる。ここで、第
一の内部空間１３１に面する電極１２２，１５２は酸素
の還元に対しては活性であるが、ＮＯx の還元に対して
は不活性であるので、第一の内部空間１３１内では、Ｎ
Ｏx の分解は起こらず、従って、酸素ポンプセル１２０
の作動により第一の内部空間１３１内のＮＯx 量が変化
することはない。
【００４９】酸素ポンプセル１２０及び酸素検知セル１
５０により一定の低酸素濃度となった排気ガスは、連通
孔１１２を通って第二の内部空間１３２内に導入され
る。第二の内部空間１３２に面するＮＯx 検知セル１６
０は、ＮＯx に対して活性であるので、電極１６１が
（＋）極となるように一対の電極１６１，１６２間に所
定の電圧が印加されると、電極１６２上でＮＯx が還元
分解され、ＮＯx 分子内の酸素原子による酸素イオン電
流が流れる。この電流値が測定されることで排気ガス中
に含まれるＮＯx 濃度を検出することができる。
５０により一定の低酸素濃度となった排気ガスは、連通
孔１１２を通って第二の内部空間１３２内に導入され
る。第二の内部空間１３２に面するＮＯx 検知セル１６
０は、ＮＯx に対して活性であるので、電極１６１が
（＋）極となるように一対の電極１６１，１６２間に所
定の電圧が印加されると、電極１６２上でＮＯx が還元
分解され、ＮＯx 分子内の酸素原子による酸素イオン電
流が流れる。この電流値が測定されることで排気ガス中
に含まれるＮＯx 濃度を検出することができる。
【００５０】上述の構成からなるＮＯx 濃度センサ１０
０における酸素ポンプセル１２０の一対の電極１２１，
１２２間、酸素検知セル１５０の一対の電極１５１，１
５２間、ＮＯx 検知セル１６０の電極１６１，１６２間
にそれぞれ電圧を印加するタイミングと素子抵抗検出の
実行タイミングとが適切に設定されることで実用的な機
関回転数域で特定の気筒における排気タイミングで連続
してＮＯx 濃度が検出できなくなることがない。つま
り、Ａ／Ｆセンサ３０と同様、ＮＯx 濃度センサ１００
においても電圧の印加に伴って流れるセンサ電流（限界
電流）からＮＯx濃度を検出するのであるが、内燃機関
の各気筒に対するＮＯx 濃度信号が的確に検出されるこ
とで、誤ったＮＯx 濃度信号が用いられることが防止さ
れる。
０における酸素ポンプセル１２０の一対の電極１２１，
１２２間、酸素検知セル１５０の一対の電極１５１，１
５２間、ＮＯx 検知セル１６０の電極１６１，１６２間
にそれぞれ電圧を印加するタイミングと素子抵抗検出の
実行タイミングとが適切に設定されることで実用的な機
関回転数域で特定の気筒における排気タイミングで連続
してＮＯx 濃度が検出できなくなることがない。つま
り、Ａ／Ｆセンサ３０と同様、ＮＯx 濃度センサ１００
においても電圧の印加に伴って流れるセンサ電流（限界
電流）からＮＯx濃度を検出するのであるが、内燃機関
の各気筒に対するＮＯx 濃度信号が的確に検出されるこ
とで、誤ったＮＯx 濃度信号が用いられることが防止さ
れる。
【００５１】このように、ガス濃度センサの素子抵抗検
出方法に用いるガス濃度センサとして、酸素濃度を検出
するＡ／Ｆセンサ３０、窒素酸化物（ＮＯx ）濃度を検
出するＮＯx 濃度センサ１００について述べたが、本発
明を実施する場合には、これらに限定されるものではな
く、その他、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等
のガス濃度を検出するガス濃度センサを用いたガス濃度
センサの素子抵抗検出方法にも同様に応用することがで
きる。
出方法に用いるガス濃度センサとして、酸素濃度を検出
するＡ／Ｆセンサ３０、窒素酸化物（ＮＯx ）濃度を検
出するＮＯx 濃度センサ１００について述べたが、本発
明を実施する場合には、これらに限定されるものではな
く、その他、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等
のガス濃度を検出するガス濃度センサを用いたガス濃度
センサの素子抵抗検出方法にも同様に応用することがで
きる。
【図１】 図１は本発明の実施の形態の一実施例にかか
るＡ／Ｆセンサの素子抵抗検出方法が適用された空燃比
検出装置の構成を示す概略図である。
るＡ／Ｆセンサの素子抵抗検出方法が適用された空燃比
検出装置の構成を示す概略図である。
【図２】 図２は図１におけるＡ／Ｆセンサの概略構成
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図３】 図３は本発明の実施の形態の一実施例にかか
るＡ／Ｆセンサの素子抵抗検出方法が適用された空燃比
検出装置で使用されているＡ／Ｆセンサの電圧−電流特
性を示すテーブルである。
るＡ／Ｆセンサの素子抵抗検出方法が適用された空燃比
検出装置で使用されているＡ／Ｆセンサの電圧−電流特
性を示すテーブルである。
【図４】 図４は図１においてＡ／Ｆセンサの印加電圧
とセンサ電流との関係を示す波形図である。
とセンサ電流との関係を示す波形図である。
【図５】 図５は本発明の実施の形態の一実施例にかか
るＡ／Ｆセンサの素子抵抗検出方法で使用されているマ
イコンにおける制御ルーチンを示すフローチャートであ
る。
るＡ／Ｆセンサの素子抵抗検出方法で使用されているマ
イコンにおける制御ルーチンを示すフローチャートであ
る。
【図６】 図６は本発明の実施の形態の一実施例にかか
るＡ／Ｆセンサの素子抵抗検出方法が適用された空燃比
検出装置における作用を示すタイムチャートである。
るＡ／Ｆセンサの素子抵抗検出方法が適用された空燃比
検出装置における作用を示すタイムチャートである。
【図７】 図７は本発明の実施の形態の一実施例にかか
るＡ／Ｆセンサの素子抵抗検出方法が適用された空燃比
検出装置のＡ／Ｆセンサにおける素子温の遷移状態を示
すタイムチャートである。
るＡ／Ｆセンサの素子抵抗検出方法が適用された空燃比
検出装置のＡ／Ｆセンサにおける素子温の遷移状態を示
すタイムチャートである。
【図８】 図８はＮＯx 濃度センサの要部構成を示す断
面模式図である。
面模式図である。
１０ 内燃機関
２０ マイクロコンピュータ（マイコン）
３０ Ａ／Ｆセンサ（酸素濃度センサ）
４０ バイアス制御回路
５０ 電流検出回路
６０ ヒータ制御回路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 羽田 聡
愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式
会社デンソー内
(72)発明者 長谷田 哲志
愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式
会社デンソー内
(72)発明者 鈴木 典男
埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式
会社本田技術研究所内
(56)参考文献 特開 平10−123091（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−123090（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−111271（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−292364（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−225215（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−15216（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−15215（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−73040（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−313477（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 27/41
G01N 27/416
G01N 27/419
F02D 41/14
Claims (2)
- 【請求項１】 電圧の印加に伴い被検出ガス中のガス濃
度に応じた電流信号を出力するガス濃度センサの素子抵
抗検出方法であって、 電圧変化に伴う電流変化に基づく前記ガス濃度センサの
素子抵抗検出を、複数気筒からなる内燃機関における実
用的な機関回転数域で特定の気筒の排気タイミングに対
して２回以上続けて同期することのない実行タイミング
で行うことを特徴とするガス濃度センサの素子抵抗検出
方法。 - 【請求項２】 前記素子抵抗検出の実行タイミングは、
前記ガス濃度センサの活性状態に応じて変更することを
特徴とする請求項１に記載のガス濃度センサの素子抵抗
検出方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06656198A JP3420932B2 (ja) | 1997-04-25 | 1998-03-17 | ガス濃度センサの素子抵抗検出方法 |
| US09/064,784 US6067841A (en) | 1997-04-25 | 1998-04-23 | Method of detecting element resistance of gas concentration sensor |
| DE19818332A DE19818332B4 (de) | 1997-04-25 | 1998-04-23 | Verfahren zur Erfassung eines Elementenwiderstands eines Gaskonzentrationssensors |
| GB9808939A GB2327268B (en) | 1997-04-25 | 1998-04-27 | Gas concentration sensor |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-109372 | 1997-04-25 | ||
| JP10937297 | 1997-04-25 | ||
| JP06656198A JP3420932B2 (ja) | 1997-04-25 | 1998-03-17 | ガス濃度センサの素子抵抗検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH116814A JPH116814A (ja) | 1999-01-12 |
| JP3420932B2 true JP3420932B2 (ja) | 2003-06-30 |
Family
ID=26407760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06656198A Expired - Lifetime JP3420932B2 (ja) | 1997-04-25 | 1998-03-17 | ガス濃度センサの素子抵抗検出方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6067841A (ja) |
| JP (1) | JP3420932B2 (ja) |
| DE (1) | DE19818332B4 (ja) |
| GB (1) | GB2327268B (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19804985C1 (de) * | 1998-02-07 | 1999-05-06 | Bosch Gmbh Robert | Anordnung und Verfahren zur Abgasuntersuchung für Verbrennungsmotoren und Verwendung des Verfahrens |
| JPH11271265A (ja) * | 1998-03-20 | 1999-10-05 | Denso Corp | ガス濃度センサの素子抵抗検出方法及びガス濃度検出装置 |
| JP3811306B2 (ja) * | 1998-12-17 | 2006-08-16 | 本田技研工業株式会社 | 単気筒４サイクルエンジン |
| US6304813B1 (en) * | 1999-03-29 | 2001-10-16 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Oxygen concentration detector and method of using same |
| US20050127920A1 (en) * | 2003-12-12 | 2005-06-16 | Mowery Kenneth D. | Method and system for impedance measurement of a zeolite-based ammonia sensor |
| JP4679646B2 (ja) * | 2009-02-13 | 2011-04-27 | 三菱電機株式会社 | 車載エンジン制御装置 |
| DE102010002586A1 (de) * | 2010-03-04 | 2011-09-08 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors |
| JP4901980B2 (ja) * | 2010-06-04 | 2012-03-21 | 三菱電機株式会社 | 車載エンジン制御装置 |
| CN103282631A (zh) * | 2010-12-24 | 2013-09-04 | 丰田自动车株式会社 | 汽缸间空燃比偏差异常检测装置及其方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5441233Y2 (ja) * | 1975-06-13 | 1979-12-03 | ||
| US4626338A (en) * | 1981-05-01 | 1986-12-02 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Equipment for detecting oxygen concentration |
| DE3117790A1 (de) * | 1981-05-06 | 1982-11-25 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Verfahren und vorrichtung zur temperaturmessung bei sauerstoffsonden |
| JPS59163556A (ja) * | 1983-03-08 | 1984-09-14 | Nippon Denso Co Ltd | 酸素濃度検出装置 |
| JP3467808B2 (ja) * | 1992-12-02 | 2003-11-17 | 株式会社デンソー | 酸素濃度判定装置 |
| US5547552A (en) * | 1994-06-20 | 1996-08-20 | Nippondenso Co., Ltd. | Oxygen concentration detecting apparatus |
| JP3487009B2 (ja) * | 1994-08-05 | 2004-01-13 | 株式会社デンソー | 酸素センサのヒータ制御装置 |
| US5781878A (en) * | 1995-06-05 | 1998-07-14 | Nippondenso Co., Ltd. | Apparatus and method for diagnosing degradation or malfunction of oxygen sensor |
| JPH0961397A (ja) * | 1995-08-30 | 1997-03-07 | Denso Corp | 空燃比検出装置 |
| JP3684686B2 (ja) * | 1995-12-18 | 2005-08-17 | 株式会社デンソー | 酸素濃度判定装置 |
| US5852228A (en) * | 1996-07-10 | 1998-12-22 | Denso Corporation | Apparatus and method for controlling oxygen sensor heating |
-
1998
- 1998-03-17 JP JP06656198A patent/JP3420932B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1998-04-23 US US09/064,784 patent/US6067841A/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-04-23 DE DE19818332A patent/DE19818332B4/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-04-27 GB GB9808939A patent/GB2327268B/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2327268A8 (en) | 1999-03-12 |
| DE19818332A1 (de) | 1998-10-29 |
| JPH116814A (ja) | 1999-01-12 |
| GB9808939D0 (en) | 1998-06-24 |
| US6067841A (en) | 2000-05-30 |
| GB2327268B (en) | 2001-06-27 |
| DE19818332B4 (de) | 2004-02-26 |
| GB2327268A (en) | 1999-01-20 |
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