JP3500775B2 - Oxygen sensor deterioration judgment device - Google Patents

Oxygen sensor deterioration judgment device

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JP3500775B2
JP3500775B2 JP14654995A JP14654995A JP3500775B2 JP 3500775 B2 JP3500775 B2 JP 3500775B2 JP 14654995 A JP14654995 A JP 14654995A JP 14654995 A JP14654995 A JP 14654995A JP 3500775 B2 JP3500775 B2 JP 3500775B2
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current
oxygen sensor
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internal resistance
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、限界電流方式の酸素
センサに適用される劣化判定装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a deterioration determining device applied to a limiting current type oxygen sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、例えば自動車用エンジンにおいて
は、排気ガス中の酸素濃度に応じて空燃比をリニアに検
出する限界電流方式の酸素センサが採用されている。こ
の限界電流方式の酸素センサは、電圧印加に伴い酸素濃
度に対応したほぼ一定の限界電流を出力し、前記自動車
用エンジンの空燃比制御システムに起用された場合に
は、その時のセンサ出力(限界電流値)に応じて空燃比
が求められる。
2. Description of the Related Art In recent years, for example, in an automobile engine, a limiting current type oxygen sensor that linearly detects the air-fuel ratio according to the oxygen concentration in exhaust gas has been adopted. This limiting current type oxygen sensor outputs a substantially constant limiting current corresponding to the oxygen concentration when a voltage is applied, and when used in the air-fuel ratio control system of the automobile engine, the sensor output at that time (limit The air-fuel ratio is calculated according to the current value).

【0003】また、上記酸素センサでは、経時的な劣化
を精度良く検出する技術が要望されており、この種の従
来技術として例えば特開平4−233447号公報の
「排気濃度センサの劣化検出方法」が開示されている。
この公報では、酸素センサに電圧を印加した時の酸素セ
ンサの出力電流から、当該酸素センサの内部抵抗を算出
し、その内部抵抗値が大きくなると酸素センサが劣化し
たと判定するようにしている。
In the above oxygen sensor, there is a demand for a technique for accurately detecting deterioration over time, and as a conventional technique of this type, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-233447, "Exhaust Concentration Sensor Deterioration Detection Method". Is disclosed.
In this publication, the internal resistance of the oxygen sensor is calculated from the output current of the oxygen sensor when a voltage is applied to the oxygen sensor, and when the internal resistance value increases, it is determined that the oxygen sensor has deteriorated.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来公
報の場合、以下に示す問題を生ずる。つまり、上述の酸
素センサの場合、限界電流を精度良く検出するにはセン
サ本体(固体電解質層等)を所定の活性温度(例えば、
650℃)に保持する必要があり、酸素センサにヒータ
を内蔵して同ヒータの通電を制御する場合がある。この
場合、酸素センサが劣化していたとしてもヒータの通電
量が増やされることで、結果的に内部抵抗がほぼ一定値
に維持される。従って、本来劣化の状態であってもその
旨を行うことができないという問題を招く。
However, the above-mentioned conventional publications have the following problems. That is, in the case of the oxygen sensor described above, in order to detect the limiting current with high accuracy, the sensor body (solid electrolyte layer or the like) is set at a predetermined activation temperature (for example,
It is necessary to keep the temperature at 650 ° C.), and a heater may be built in the oxygen sensor to control the energization of the heater. In this case, even if the oxygen sensor is deteriorated, the energization amount of the heater is increased, and as a result, the internal resistance is maintained at a substantially constant value. Therefore, there is a problem in that it is impossible to do so even in the originally deteriorated state.

【0005】この発明は、上記問題に着目してなされた
ものであって、その目的とするところは、新規な方法で
且つ精度良く酸素センサの劣化判定を行うことができる
酸素センサの劣化判定装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is a deterioration determination device for an oxygen sensor, which is capable of accurately determining the deterioration of the oxygen sensor by a novel method. To provide.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の発明は、電圧印加に伴い酸素濃度
に対応したほぼ一定の限界電流を出力する酸素センサに
適用される劣化判定装置であって、前記酸素センサの印
加電圧を正の電圧から負の電圧若しくは負の電圧から正
の電圧に切り換える電圧切換手段と、前記電圧切換手段
による電圧切り換え直後から前記酸素センサによる電流
が収束するまでの間において前記電圧切り換えに伴う電
流変化を検出する電流変化検出手段と、前記電流変化検
出手段により検出された電流変化に基づいて前記酸素セ
ンサが劣化している旨を判定する劣化判定手段とを備え
ることを要旨としている。
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is applied to an oxygen sensor which outputs a substantially constant limiting current corresponding to the oxygen concentration when a voltage is applied. A determination device, wherein the voltage applied to the oxygen sensor is changed from a positive voltage to a negative voltage or a negative voltage to a positive voltage.
Voltage switching means for switching to the voltage , current change detecting means for detecting a current change due to the voltage switching between immediately after the voltage switching by the voltage switching means and until the current by the oxygen sensor converges, and the current change detection The gist of the present invention is to include deterioration determining means for determining that the oxygen sensor is deteriorated based on a change in current detected by the means.

【0007】請求項2に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記酸素センサの内部抵抗を検出す
る内部抵抗検出手段と、前記酸素センサに付設されたヒ
ータと、前記内部抵抗検出手段による検出されたセンサ
内部抵抗と所定の目標値との偏差をなくすべく前記ヒー
タへの通電をフィードバック制御するヒータ制御手段と
を備え、前記劣化判定手段は、前記電流変化検出手段に
より検出された電圧切り換え直後の電流変化が、前記電
圧切換手段による電圧変化に対応する劣化判定域を越え
た時に当該センサが劣化している旨を判定する。
According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, an internal resistance detecting means for detecting the internal resistance of the oxygen sensor, a heater attached to the oxygen sensor, and the internal resistance detection are provided. A heater control unit that feedback-controls energization to the heater in order to eliminate a deviation between the sensor internal resistance detected by the means and a predetermined target value, and the deterioration determination unit is detected by the current change detection unit. It is determined that the sensor is deteriorated when the current change immediately after the voltage switching exceeds the deterioration determination range corresponding to the voltage change by the voltage switching means.

【0008】請求項3に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記電圧切換手段による電圧切り換
え後においてセンサ電流が収束した時の当該電流値を検
出する収束電流検出手段を備え、前記劣化判定手段は、
前記電流変化検出手段により検出された電圧切り換え直
後の電流変化が、前記収束電流検出手段により検出され
た収束電流に対応する劣化判定域を越えた時に当該セン
サが劣化している旨を判定する。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, there is provided convergent current detecting means for detecting the current value when the sensor current converges after the voltage is switched by the voltage switching means, The deterioration determination means,
It is determined that the sensor is deteriorated when the current change detected by the current change detection means immediately after the voltage switching exceeds the deterioration determination range corresponding to the converged current detected by the converged current detection means.

【0009】請求項4に記載の発明では、請求項3に記
載の発明において、前記劣化判定手段は、前記収束電流
の絶対値が大きい場合ほど、前記電流変化が大きくなる
方向に前記劣化判定域を設定する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the deterioration determination means is such that the current change becomes larger as the absolute value of the converged current increases. To set.

【0010】請求項5に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記酸素センサの内部抵抗を検出す
る内部抵抗検出手段を備え、前記劣化判定手段は、前記
電流変化検出手段により検出された電圧切り換え直後の
電流変化が、前記内部抵抗検出手段により検出されたセ
ンサ内部抵抗に対応する劣化判定域を越えた時に当該セ
ンサが劣化している旨を判定する。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, an internal resistance detecting means for detecting the internal resistance of the oxygen sensor is provided, and the deterioration determining means is detected by the current change detecting means. It is determined that the sensor is deteriorated when the current change immediately after the voltage change exceeds the deterioration determination range corresponding to the internal resistance of the sensor detected by the internal resistance detection means.

【0011】請求項6に記載の発明では、請求項5に記
載の発明において、前記劣化判定手段は、前記センサ内
部抵抗が大きい場合ほど、前記電流変化が小さくなる方
向に前記劣化判定域を設定する。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, the deterioration determining means sets the deterioration determining area in such a direction that the current change becomes smaller as the internal resistance of the sensor increases. To do.

【0012】[0012]

【作用】請求項1に記載の発明によれば、電圧切換手段
は、酸素センサの印加電圧を正の電圧から負の電圧若し
くは負の電圧から正の電圧に切り換える。電流変化検出
手段は、電圧切換手段による電圧切り換え直後から前記
酸素センサによる電流が収束するまでの間において前記
電圧切り換えに伴う電流変化を検出する。劣化検出手段
は、電流変化検出手段により検出された電流変化に基づ
いて前記酸素センサが劣化している旨を判定する。
According to the invention described in claim 1, the voltage switching means changes the voltage applied to the oxygen sensor from a positive voltage to a negative voltage.
Or switch from a negative voltage to a positive voltage . The current change detection means detects a current change due to the voltage switching immediately after the voltage switching by the voltage switching means and before the current converged by the oxygen sensor. The deterioration detecting means determines that the oxygen sensor is deteriorated based on the current change detected by the current change detecting means.

【0013】要するに、限界電流式酸素センサにおいて
は、例えば印加電圧を正の電圧から負の電圧に切り換え
た際には負の方向に急峻な電流(以下、これをピーク電
流という)が発生し、逆に印加電圧を負の電圧から正の
電圧に切り換えた際には正の方向に急峻な電流(ピーク
電流)が発生することが知られている。かかる場合、ピ
ーク電流の大きさは、酸素センサの劣化状況に対応する
ため、上記構成により酸素センサの劣化が精度良く検出
される。
In short, in the limiting current type oxygen sensor, for example, when the applied voltage is switched from the positive voltage to the negative voltage, a steep current in the negative direction (hereinafter referred to as a peak current) is generated, On the contrary, it is known that a steep current (peak current) is generated in the positive direction when the applied voltage is switched from the negative voltage to the positive voltage. In this case, since the magnitude of the peak current corresponds to the deterioration state of the oxygen sensor, the deterioration of the oxygen sensor is accurately detected by the above configuration.

【0014】請求項2に記載の発明によれば、内部抵抗
検出手段は、酸素センサの内部抵抗を検出する。ヒータ
制御手段は、内部抵抗検出手段による検出されたセンサ
内部抵抗と所定の目標値との偏差をなくすべく前記ヒー
タへの通電をフィードバック制御する。劣化判定手段
は、電流変化検出手段により検出された電圧切り換え直
後の電流変化が、前記電圧切換手段による電圧変化に対
応する劣化判定域を越えた時に当該センサが劣化してい
る旨を判定する。
According to the second aspect of the invention, the internal resistance detecting means detects the internal resistance of the oxygen sensor. The heater control means feedback-controls energization to the heater so as to eliminate the deviation between the sensor internal resistance detected by the internal resistance detection means and a predetermined target value. The deterioration determination means determines that the sensor is deteriorated when the current change immediately after the voltage switching detected by the current change detection means exceeds the deterioration determination range corresponding to the voltage change by the voltage switching means.

【0015】即ち、限界電流式酸素センサは、例えば図
12(a)の等価回路で表すことができる。但し、「R
b」は電解質の内部抵抗、「Rd」は電解質と電極との
界面の抵抗、「Cd」は界面の静電容量である。かかる
場合、センサ劣化に伴い酸素センサのポーラス状の電極
が目詰まり等を生ずると、図12(a)の抵抗Rdが増
大する。しかし、酸素センサの内部抵抗を目標値にフィ
ードバック制御していれば、結果的に抵抗Rbが減少す
ることになる。従って、印加電圧を切り換えた直後にお
ける電流経路(図のの経路)において、ピーク電流の
変化が大きくなる。それにより、ピーク電流の変化が劣
化判定域を越え、劣化の旨が判定される。
That is, the limiting current type oxygen sensor can be represented by, for example, an equivalent circuit of FIG. However, "R
“B” is the internal resistance of the electrolyte, “Rd” is the resistance of the interface between the electrolyte and the electrode, and “Cd” is the capacitance of the interface. In this case, if the porous electrode of the oxygen sensor is clogged due to the sensor deterioration, the resistance Rd in FIG. 12A increases. However, if the internal resistance of the oxygen sensor is feedback-controlled to the target value, the resistance Rb will eventually decrease. Therefore, the change in the peak current becomes large in the current path (path in the figure) immediately after switching the applied voltage. As a result, the change in the peak current exceeds the deterioration determination range, and the deterioration is determined.

【0016】このとき、例えば印加電圧が正の電圧Vp
から負の電圧Vnに切り換えられた際には、ピーク電流
値Ioが次の式で求められる。 Io=Ip−(Vp−Vn)/Rb 従って、このピーク電流値Ioを判定するには、電圧切
換手段による電圧変化量に対応する劣化判定域に基づき
行うのが望ましい。なお、図12(b)は電圧切り換え
に伴う電流変化を示しており、センサ電流の実線は正常
時(劣化前)の波形を示し、同センサ電流の破線は劣化
後の波形を示す。
At this time, for example, the applied voltage is a positive voltage Vp.
When the voltage is switched from the negative voltage Vn to the negative voltage Vn, the peak current value Io is obtained by the following equation. Io = Ip- (Vp-Vn) / Rb Therefore, in order to determine this peak current value Io, it is desirable to perform it based on the deterioration determination range corresponding to the voltage change amount by the voltage switching means. Note that FIG. 12B shows a change in current due to voltage switching, a solid line of the sensor current shows a waveform in a normal state (before deterioration), and a broken line of the sensor current shows a waveform after deterioration.

【0017】請求項3に記載の発明によれば、収束電流
検出手段は、電圧切換手段による電圧切換後においてセ
ンサ電流が収束した時の当該電流値を検出する。劣化判
定手段は、電流変化検出手段により検出された電圧切り
換え直後の電流変化が、前記収束電流検出手段により検
出された収束電流に対応する劣化判定域を越えた時に当
該センサが劣化している旨を判定する。
According to the third aspect of the present invention, the convergent current detecting means detects the current value when the sensor current converges after the voltage switching by the voltage switching means. The deterioration determining means indicates that the sensor is deteriorated when the current change immediately after the voltage switching detected by the current change detecting means exceeds the deterioration determining range corresponding to the converged current detected by the converged current detecting means. To judge.

【0018】つまり、酸素センサが劣化すると、当該セ
ンサの内部抵抗(前述した図12のRb,Rdを含む全
抵抗値)は増大する傾向にあるため、電圧切り換え後の
収束電流(の絶対値)は小さくなる。従って、ピーク電
流の変化と収束電流(の絶対値)との比は、劣化が進む
ほど大きくなり、その旨が劣化判定手段により判定され
る。特に、請求項4に記載したように劣化判定域を設定
することで、より正確な劣化判定が実現できる。
That is, when the oxygen sensor deteriorates, the internal resistance of the sensor (total resistance value including Rb and Rd in FIG. 12 described above) tends to increase. Therefore, the convergence current (absolute value) after voltage switching. Becomes smaller. Therefore, the ratio between the change in the peak current and the convergence current (absolute value thereof) becomes larger as the deterioration progresses, and that effect is judged by the deterioration judging means. In particular, by setting the deterioration determination area as described in claim 4, more accurate deterioration determination can be realized.

【0019】請求項5に記載の発明によれば、内部抵抗
検出手段は、酸素センサの内部抵抗を検出する。劣化判
定手段は、電流変化検出手段により検出された電圧切り
換え直後の電流変化が、前記内部抵抗検出手段により検
出されたセンサ内部抵抗に対応する劣化判定域を越えた
時に当該センサが劣化している旨を判定する。
According to the invention of claim 5, the internal resistance detecting means detects the internal resistance of the oxygen sensor. The deterioration determining means determines that the sensor is deteriorated when the current change immediately after the voltage change detected by the current change detecting means exceeds the deterioration determining range corresponding to the sensor internal resistance detected by the internal resistance detecting means. To judge.

【0020】つまり、酸素センサが劣化すると、当該セ
ンサのセンサ内部抵抗は増大の傾向にある。従って、ピ
ーク電流の変化とセンサ内部抵抗との比は、劣化が進む
ほど大きくなり、その旨が劣化判定手段により判定され
る。特に、請求項6に記載したように劣化判定域を設定
することで、より正確な劣化判定が実現できる。
That is, when the oxygen sensor deteriorates, the internal resistance of the sensor tends to increase. Therefore, the ratio of the change in the peak current to the internal resistance of the sensor becomes larger as the deterioration progresses, and the deterioration judging means judges that fact. In particular, by setting the deterioration determination area as described in claim 6, more accurate deterioration determination can be realized.

【0021】なお、上記請求項2の構成では、電圧切り
換え時におけるピーク電流の変化だけでセンサの劣化判
定を行うために、センサ内部抵抗を目標値に一致させる
べくヒータの通電をフィードバック制御したが、請求項
3〜6の構成では、収束電圧又はセンサ内部抵抗との相
対比較により劣化判定を行うため、上記フィードバック
制御を要件としない。そのため、単にヒータの通電をオ
ープン制御で行う装置にも具体化が可能となる(勿論、
請求項3〜6の構成は、フィードバック制御の装置でも
具体化が可能)。
In the structure of claim 2, the heater energization is feedback-controlled so that the internal resistance of the sensor matches the target value in order to judge the deterioration of the sensor only by the change of the peak current when the voltage is switched. In the configurations of claims 3 to 6, since the deterioration determination is performed by relative comparison with the converged voltage or the sensor internal resistance, the feedback control is not required. Therefore, it is possible to embody a device that simply performs energization of the heater by open control (of course,
The configurations of claims 3 to 6 can be embodied in a feedback control device).

【0022】[0022]

【実施例】【Example】

(第1実施例)以下、この発明を自動車用内燃機関の空
燃比検出装置にて具体化した第1実施例を図面に従って
説明する。
(First Embodiment) A first embodiment in which the present invention is embodied in an air-fuel ratio detecting device for an internal combustion engine for an automobile will be described below with reference to the drawings.

【0023】図1は本実施例における空燃比検出装置の
概要を示す回路図である。図1において、電子制御装置
(以下、ECUという)1は、CPU(中央処理装置)
2a,ROM(リードオンリメモリ)2b,RAM(ラ
ンダムアクセスメモリ)2cを備えたマイクロコンピュ
ータ2を中心に構成されている。このマイクロコンピュ
ータ2は、後述する限界電流方式の酸素センサ5の電流
測定値を入力し、所定の演算プログラムに従い空燃比を
求め出力する。また、マイクロコンピュータ2にはエン
ジン制御用ECU21が接続されており、前記マイクロ
コンピュータで求められた空燃比はエンジン制御用EC
U21に出力される。エンジン制御用ECU21は、上
記空燃比やその他内燃機関情報、車両運転情報に基づき
空燃比フィードバック制御を実施する。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an outline of the air-fuel ratio detecting device in this embodiment. In FIG. 1, an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 1 is a CPU (central processing unit)
The microcomputer 2 mainly includes a microcomputer 2a, a ROM (read only memory) 2b, and a RAM (random access memory) 2c. The microcomputer 2 inputs a current measurement value of a limiting current type oxygen sensor 5 which will be described later, obtains and outputs an air-fuel ratio according to a predetermined calculation program. An engine control ECU 21 is connected to the microcomputer 2, and the air-fuel ratio obtained by the microcomputer is the engine control EC.
It is output to U21. The engine control ECU 21 performs air-fuel ratio feedback control based on the air-fuel ratio, other internal combustion engine information, and vehicle operation information.

【0024】一方で、マイクロコンピュータ2は、酸素
センサ5の劣化を判定し、その劣化判定信号をエンジン
制御用ECU21に出力する。エンジン制御用ECU2
1は劣化判定信号に従い警告灯22を点灯表示させて、
酸素センサ5の劣化の旨をドライバ等に告知する。
On the other hand, the microcomputer 2 judges the deterioration of the oxygen sensor 5 and outputs the deterioration judgment signal to the engine control ECU 21. ECU2 for engine control
1 displays the warning light 22 in accordance with the deterioration determination signal and displays it.
A driver or the like is notified of the deterioration of the oxygen sensor 5.

【0025】酸素センサ5は図示しない内燃機関の排気
管に設けられており、検出素子部6とヒータ7とを有し
ている。検出素子部6は、空燃比リーン領域における酸
素濃度、若しくは空燃比リッチ領域における一酸化炭素
(CO)濃度に対応する限界電流を発生し、ヒータ7は
検出素子部6を活性温度(例えば、約650℃以上)に
加熱する。この場合、マイクロコンピュータ2に設けら
れたヒータ通電制御回路3がヒータ7への通電電流を制
御し、これにより検出素子部6の温度が活性温度範囲に
保持される。具体的には、ヒータ通電制御回路3はスイ
ッチング素子としてのトランジスタ3aを有し、同トラ
ンジスタ3aのコレクタ端子にヒータ7の一端が接続さ
れている。トランジスタ3aは、マイクロコンピュータ
2からの通電信号に伴いオン・オフ動作し、ヒータ7の
通電をデューティ制御させる。また、ヒータ7の他端に
はバッテリ電源+Bが接続されている。
The oxygen sensor 5 is provided in an exhaust pipe of an internal combustion engine (not shown) and has a detection element section 6 and a heater 7. The detection element unit 6 generates a limiting current corresponding to the oxygen concentration in the lean air-fuel ratio region or the carbon monoxide (CO) concentration in the air-fuel ratio rich region, and the heater 7 activates the detection element unit 6 at an activation temperature (for example, about 650 ° C or higher). In this case, the heater energization control circuit 3 provided in the microcomputer 2 controls the energization current to the heater 7, so that the temperature of the detection element unit 6 is maintained in the active temperature range. Specifically, the heater energization control circuit 3 has a transistor 3a as a switching element, and one end of the heater 7 is connected to the collector terminal of the transistor 3a. The transistor 3a is turned on / off in response to an energization signal from the microcomputer 2, and duty-controls energization of the heater 7. A battery power source + B is connected to the other end of the heater 7.

【0026】マイクロコンピュータ2と検出素子部6と
の間には、電圧印加部8,電流測定部12が接続されて
いる。そして、マイクロコンピュータ2にて制御される
限界電流検出用の印加電圧は、電圧印加部8のD/A変
換器9,オペアンプ10,抵抗11を介して検出素子部
6に印加される。また、検出素子部6にて発生する限界
電流の測定値は、電流測定部12の抵抗11,オペアン
プ13,A/D変換器14を介してマイクロコンピュー
タ2に入力される。
A voltage applying section 8 and a current measuring section 12 are connected between the microcomputer 2 and the detecting element section 6. Then, the applied voltage for detecting the limiting current controlled by the microcomputer 2 is applied to the detection element unit 6 via the D / A converter 9, the operational amplifier 10, and the resistor 11 of the voltage application unit 8. Further, the measured value of the limit current generated in the detection element unit 6 is input to the microcomputer 2 via the resistor 11 of the current measurement unit 12, the operational amplifier 13, and the A / D converter 14.

【0027】図2は酸素センサ5の構造を概略的に示す
断面図である。検出素子部6において、断面カップ状に
形成された固体電解質層16の外表面には、排気ガス側
電極層18が固着され、内表面には大気側電極層19が
固着されている。また、排気ガス側電極層18の外側に
は、プラズマ溶射法等により拡散抵抗層17が形成され
ている。固体電解質層16は、ZrO2 、HfO2 、T
hO2 、Bi2 3 等にCaO、MgO、Y2 3 、Y
2 3 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17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18及び大気側電
極層19は共に、白金等の触媒活性の高い貴金属からな
り、多孔質の化学メッキとして固体電解質層16の両表
面に形成されている。なお、排気ガス側電極層18の面
積及び厚さは、10〜100mm2 及び0.5〜2.0
μm程度となっており、一方、大気側電極層19の面積
及び厚さは、10mm2 以上及び0.5〜2.0μm程
度となっている。
FIG. 2 is a sectional view schematically showing the structure of the oxygen sensor 5. In the detection element portion 6, the exhaust gas side electrode layer 18 is fixed to the outer surface of the solid electrolyte layer 16 formed in a cup-shaped cross section, and the atmosphere side electrode layer 19 is fixed to the inner surface. A diffusion resistance layer 17 is formed outside the exhaust gas side electrode layer 18 by a plasma spraying method or the like. The solid electrolyte layer 16 is made of ZrO 2 , HfO 2 , T
CaO, MgO, Y 2 O 3 , Y for hO 2 , Bi 2 O 3, etc.
The diffusion resistance layer 17 is composed of an oxygen ion conductive oxide sintered body in which b 2 O 3 or the like is dissolved as a stabilizer, and the diffusion resistance layer 17 is made of alumina,
It consists of heat-resistant inorganic substances such as magnesia, silica stone, spinel, and mullite. Both the exhaust gas side electrode layer 18 and the atmosphere side electrode layer 19 are made of a precious metal having a high catalytic activity such as platinum and are formed on both surfaces of the solid electrolyte layer 16 as porous chemical plating. The area and thickness of the exhaust gas side electrode layer 18 are 10 to 100 mm 2 and 0.5 to 2.0.
On the other hand, the area and thickness of the atmosphere-side electrode layer 19 are 10 mm 2 or more and 0.5 to 2.0 μm.

【0028】ヒータ7は大気側電極層19内に収容され
ており、その発熱エネルギーにより大気側電極層19、
固体電極質層16、排気ガス側電極層18及び拡散抵抗
層17を加熱する。ヒータ7は、検出素子部6を活性化
するに十分な発熱容量を有している。
The heater 7 is housed in the atmosphere-side electrode layer 19, and the heat generation energy of the heater 7 causes the atmosphere-side electrode layer 19,
The solid electrode material layer 16, the exhaust gas side electrode layer 18, and the diffusion resistance layer 17 are heated. The heater 7 has sufficient heat generation capacity to activate the detection element unit 6.

【0029】そして、上記構成の酸素センサ5におい
て、検出素子部6は理論空燃比点にて濃淡起電力を発生
し、理論空燃比点よりリーン領域の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18の面積、拡散抵抗層17
の厚さ、気孔率及び平均孔径により決定される。また、
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)の濃度が空燃比に対してほぼリニア
に変化し、酸素センサ5の検出素子部6はCO濃度に応
じた限界電流を発生する。
In the oxygen sensor 5 having the above structure, the detection element section 6 generates a concentration electromotive force at the stoichiometric air-fuel ratio point and a limiting current corresponding to the oxygen concentration in the lean region from the stoichiometric air-fuel ratio point. In this case, the limiting current corresponding to the oxygen concentration depends on the area of the exhaust gas side electrode layer 18 and the diffusion resistance layer 17.
Thickness, porosity and average pore size. Also,
In a region richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the concentration of carbon monoxide (CO), which is unburned gas, changes almost linearly with respect to the air-fuel ratio, and the detection element portion 6 of the oxygen sensor 5 responds to the CO concentration. Generates a limiting current.

【0030】ここで、酸素センサ5の電圧−電流特性に
ついて図3を用いて説明する。つまり、図3に示すよう
に特性線L1は、検出素子部6の固体電解質層16に印
加される電圧が変化しても同固体電解質層16に流れる
電流の変化が微小な部分(図の電圧軸に平行な直線部
分)、いわゆる”限界電流発生域”を有している(な
お、この領域を過電圧支配領域とも言う)。そして、こ
の直線部分の限界電流発生域にて限界電流が特定される
ようになっている。酸素センサ5の限界電流値は空燃比
に比例し、空燃比がリーン側になるほど増大し、逆に空
燃比がリッチ側になるほど減少する。
Here, the voltage-current characteristics of the oxygen sensor 5 will be described with reference to FIG. That is, as shown in FIG. 3, the characteristic line L1 is a portion where the change in the current flowing through the solid electrolyte layer 16 of the detection element unit 6 is small even if the voltage applied to the solid electrolyte layer 16 changes (voltage in the figure). It has a so-called "limit current generation region" (a straight line portion parallel to the axis) (this region is also referred to as an overvoltage governing region). Then, the limiting current is specified in the limiting current generation region of this straight line portion. The limiting current value of the oxygen sensor 5 is proportional to the air-fuel ratio, increases as the air-fuel ratio becomes leaner, and decreases as the air-fuel ratio becomes richer.

【0031】また、この電圧−電流特性において限界電
流発生域よりも小さい電圧域は、抵抗支配域となってお
り、その抵抗支配域における特性線L1の傾きは、検出
素子部6における固体電解質層16の内部抵抗により特
定される。ここで、固体電解質層16の内部抵抗は温度
変化に伴い変化するため、検出素子部6の温度が低下す
ると抵抗の増大により上記傾きが小さくなる。この場
合、温度が低下すると、電圧−電流特性は図3に破線で
示す特性線L2で特定される。特性線L2による限界電
流は特性線L1による限界電流とほぼ一致する。
In this voltage-current characteristic, the voltage region smaller than the limit current generation region is the resistance governing region, and the slope of the characteristic line L1 in the resistance governing region is the solid electrolyte layer in the detection element section 6. Specified by 16 internal resistances. Here, since the internal resistance of the solid electrolyte layer 16 changes with a change in temperature, when the temperature of the detection element unit 6 decreases, the inclination increases due to an increase in resistance. In this case, when the temperature decreases, the voltage-current characteristic is specified by the characteristic line L2 shown by the broken line in FIG. The limiting current indicated by the characteristic line L2 substantially matches the limiting current indicated by the characteristic line L1.

【0032】なお、本実施例は、請求項1又は2に記載
した発明に相当するものであって、マイクロコンピュー
タ2内のCPU2aにより電圧切換手段、電流変化検出
手段、劣化判定手段、内部抵抗検出手段及びヒータ制御
手段が構成されている。
The present embodiment corresponds to the invention described in claim 1 or 2, and the CPU 2a in the microcomputer 2 causes the voltage switching means, the current change detecting means, the deterioration determining means, the internal resistance detection. Means and heater control means are configured.

【0033】次に、上記の如く構成される空燃比検出装
置の作用を説明する。図4のフローチャートは、マイク
ロコンピュータ2内のCPU2aにより実行されるメイ
ンルーチンを示しており、CPU2aは数ms間隔でこ
のルーチンを繰り返し実行する。
Next, the operation of the air-fuel ratio detecting device constructed as described above will be described. The flowchart of FIG. 4 shows a main routine executed by the CPU 2a in the microcomputer 2, and the CPU 2a repeatedly executes this routine at intervals of several ms.

【0034】さて、図4のルーチンがスタートすると、
CPU2aは、先ずステップ110で空燃比検出ルーチ
ン(A/F検出ルーチン)を実行する。通常は、この空
燃比検出ルーチンのみが数ms間隔で繰り返し実行さ
れ、後述するステップ120,140,160のいずれ
かの条件が成立した場合には、ステップ130の内部抵
抗検出ルーチン(Zdc検出ルーチン)、ステップ15
0のヒータ制御ルーチン、又はステップ170のセンサ
劣化判定ルーチンが実行される。
Now, when the routine of FIG. 4 starts,
First, in step 110, the CPU 2a executes an air-fuel ratio detection routine (A / F detection routine). Normally, only this air-fuel ratio detection routine is repeatedly executed at intervals of several ms, and if any one of steps 120, 140, 160 described later is satisfied, the internal resistance detection routine of step 130 (Zdc detection routine). , Step 15
The heater control routine of 0 or the sensor deterioration determination routine of step 170 is executed.

【0035】各ステップの内容を詳述する。なお、図5
はステップ110の空燃比検出ルーチンを、図6はステ
ップ130の内部抵抗検出ルーチンを、図7はステップ
150のヒータ制御ルーチンを、図8はステップ170
のセンサ劣化判定ルーチンを、それぞれ示す。
The contents of each step will be described in detail. Note that FIG.
Is the air-fuel ratio detection routine of step 110, FIG. 6 is the internal resistance detection routine of step 130, FIG. 7 is the heater control routine of step 150, and FIG. 8 is step 170.
The respective sensor deterioration determination routines are shown.

【0036】さて、図5の空燃比検出ルーチンにおい
て、CPU2aは、先ずステップ111で酸素センサ5
の検出素子部6に電圧Vp(正の電圧)を印加する。電
圧Vpの値は、図3に示すように検出したい空燃比(限
界電流値Ip)の範囲を全て検出可能な値とする。例え
ば、内部抵抗Zdcが30Ωで、空燃比=12〜18を
検出したいとすれば、Vp=0.3〜0.5〔ボルト〕
でよい。
Now, in the air-fuel ratio detection routine of FIG. 5, the CPU 2a firstly executes the oxygen sensor 5 in step 111.
The voltage Vp (positive voltage) is applied to the detection element unit 6 of. The value of the voltage Vp is set to a value that can detect the entire range of the air-fuel ratio (limit current value Ip) to be detected as shown in FIG. For example, if the internal resistance Zdc is 30Ω and it is desired to detect the air-fuel ratio = 12 to 18, Vp = 0.3 to 0.5 [volt].
Good.

【0037】その後、CPU2aは、ステップ112で
電圧Vpを印加した時に検出素子部6に流れる電流値、
即ち限界電流値Ipを検出する。さらに、CPU2a
は、ステップ113で図9に示す限界電流値−空燃比マ
ップを用いてその時の限界電流値Ipを空燃比(A/
F)に変換する。また、CPU2aは、続くステップ1
14で上記の如く得られた空燃比をエンジン制御用EC
U21に出力した後、本ルーチンを終了する。
After that, the CPU 2a, when the voltage Vp is applied in step 112, the value of the current flowing through the detection element section 6,
That is, the limiting current value Ip is detected. Furthermore, the CPU 2a
In step 113, the limit current value Ip at that time is calculated by using the limit current value-air-fuel ratio map shown in FIG.
F). Further, the CPU 2a uses the following step 1
The air-fuel ratio obtained as described above in 14 is used as an engine control EC
After outputting to U21, this routine ends.

【0038】一方、空燃比検出後において、図4のステ
ップ120では、CPU2aは酸素センサ5の内部抵抗
Zdcを検出するか否かを判別する。このとき、内部抵
抗Zdcの検出条件としては排気ガスの温度変化に従う
のがよく、具体的には、機関回転数,吸気管圧力,吸入
空気量,排気ガス量等が急変した場合に内部抵抗Zdc
の検出要と判定する。なお、この判定を単一時間毎に行
い、周期的(例えば1秒毎)に内部抵抗Zdcを検出す
るようにしてもよい。この場合、エンジン制御用ECU
21を介してマイクロコンピュータ2へ内燃機関情報を
入力する必要はない。
On the other hand, after detecting the air-fuel ratio, in step 120 of FIG. 4, the CPU 2a determines whether or not to detect the internal resistance Zdc of the oxygen sensor 5. At this time, the detection condition of the internal resistance Zdc should follow the temperature change of the exhaust gas. Specifically, when the engine speed, the intake pipe pressure, the intake air amount, the exhaust gas amount, etc. suddenly change, the internal resistance Zdc is changed.
It is determined that the detection is required. Note that this determination may be performed every single time, and the internal resistance Zdc may be detected periodically (for example, every one second). In this case, the engine control ECU
It is not necessary to input internal combustion engine information into the microcomputer 2 via 21.

【0039】そして、上記ステップ120が肯定判別さ
れた場合には、CPU2aはステップ130に進み、図
6の内部抵抗検出ルーチンを実行する。即ち、図6にお
いて、CPU2aは、ステップ131で酸素センサ5の
検出素子部6に電圧Vn(負の電圧)を印加する。この
電圧Vnの値は、図3に示すように限界電流発生域にか
からない抵抗支配域の電圧であり、具体的にはVn=−
0.3〜−1〔ボルト〕でよい。
If step 120 is positively determined, the CPU 2a proceeds to step 130 to execute the internal resistance detection routine of FIG. That is, in FIG. 6, the CPU 2 a applies the voltage Vn (negative voltage) to the detection element unit 6 of the oxygen sensor 5 in step 131. The value of the voltage Vn is a voltage in a resistance-dominated region that does not apply to the limit current generation region as shown in FIG. 3, and specifically, Vn = −
It may be 0.3 to -1 [volt].

【0040】その後、CPU2aは、ステップ132で
時間t1だけ待機する。つまり、酸素センサ5の印加電
圧を正の電圧Vpから負の電圧Vnに切り換えると、図
10に示す如く電圧切り換え直後に急峻な電流変化(ピ
ーク電流)が発生し、その後、静特性上の電流値Inに
収束する(以下、「In」を収束電流値という)。そこ
で、電圧切り換え後、電流が完全に収束するのに必要な
時間t1(数10ms〜数100ms)だけ待ち、時間
t1経過後に、CPU2aは、ステップ133で収束電
流値Inを検出すると共に、当該電流値InをRAM2
cに記憶させる。
Thereafter, the CPU 2a waits for the time t1 in step 132. That is, when the voltage applied to the oxygen sensor 5 is switched from the positive voltage Vp to the negative voltage Vn, a sharp current change (peak current) occurs immediately after the voltage switching as shown in FIG. It converges to a value In (hereinafter, “In” is referred to as a convergence current value). Therefore, after the voltage switching, the CPU 2a waits for a time t1 (several tens of ms to several hundred ms) required for the current to completely converge, and after the time t1 has elapsed, the CPU 2a detects the convergence current value In in step 133, and Value In is RAM2
Store in c.

【0041】さらに、CPU2aは、ステップ134で
検出素子部6の印加電圧を負の電圧Vnから元の正の電
圧Vpに戻すと共に、ステップ135で時間t2だけ待
機する。この時間t2も、図10に示すように電圧切り
換え時におけるピーク電流を完全に収束させるための待
機時間(数10ms〜数100ms)である。
Further, the CPU 2a returns the voltage applied to the detection element section 6 from the negative voltage Vn to the original positive voltage Vp in step 134, and waits for the time t2 in step 135. This time t2 is also a waiting time (several 10 ms to several 100 ms) for completely converging the peak current at the time of voltage switching as shown in FIG.

【0042】その後、CPU2aは、ステップ136で
ステップ131の負の電圧Vnとステップ133の収束
電流値In(負の電流値)とからその時の検出素子部6
(固体電解質層16)の内部抵抗Zdc(=Vn/I
n)を算出する。かかる図6では、上記の如く時間t
1,t2だけ待機した後に電流値(In、又は図5のI
p)が検出されることにより、精度の高い検出結果が得
られる。
Thereafter, in step 136, the CPU 2a uses the negative voltage Vn in step 131 and the converged current value In (negative current value) in step 133 to determine the detection element unit 6 at that time.
Internal resistance Zdc (= Vn / I) of (solid electrolyte layer 16)
n) is calculated. In FIG. 6, as described above, the time t
After waiting for 1, t2, the current value (In, or I in FIG.
By detecting p), a highly accurate detection result can be obtained.

【0043】上記図6の処理を図10のタイムチャート
を用いてより具体的に説明する。つまり図10では、T
1のタイミングで電圧が「Vp」から「Vn」に切り換
えられ、時間t1(数10ms〜数100ms)が経過
したT2のタイミングで収束電流値Inが検出されると
共に、電圧が元の電圧Vpに戻される。さらに時間t2
(数10ms〜数100ms)が経過したT3のタイミ
ングで内部抵抗Zdcが算出される。
The processing of FIG. 6 will be described more specifically with reference to the time chart of FIG. That is, in FIG.
The voltage is switched from "Vp" to "Vn" at the timing of 1, and the converged current value In is detected at the timing of T2 when the time t1 (several tens ms to several hundred ms) has elapsed, and the voltage returns to the original voltage Vp. Will be returned. Further time t2
The internal resistance Zdc is calculated at the timing of T3 when (several 10 ms to several 100 ms) has elapsed.

【0044】また、図4のメインルーチンのステップ1
40では、CPU2aはヒータ7の通電制御を行うか否
かを判別する。このとき、ヒータ制御の実行条件として
は、前記ステップ120と同様に、機関回転数,吸気管
圧力,吸入空気量,排気ガス量等が急変した場合に成立
する。なお、前回のヒータ制御から所定時間が経過した
かに応じてヒータ制御の要否を判定してもよく、この場
合、ヒータ制御は単に周期的(例えば1秒毎)に行われ
る。
Further, step 1 of the main routine shown in FIG.
At 40, the CPU 2a determines whether or not to control the energization of the heater 7. At this time, the execution condition of the heater control is satisfied when the engine speed, the intake pipe pressure, the intake air amount, the exhaust gas amount, etc. suddenly change, as in step 120. Whether or not the heater control is necessary may be determined depending on whether a predetermined time has passed since the previous heater control. In this case, the heater control is simply performed periodically (for example, every one second).

【0045】そして、上記ステップ140が肯定判別さ
れた場合には、CPU2aはステップ150に進み、図
7のヒータ制御ルーチンを実行する。即ち本実施例で
は、PWM(パルス幅変調)によるデューティ比制御に
てヒータ制御が行われる。このとき、ヒータ7の制御デ
ューティDutyは以下の(1),(2),(3)式で
算出される。
If step 140 is positively determined, the CPU 2a proceeds to step 150 to execute the heater control routine shown in FIG. That is, in this embodiment, the heater control is performed by the duty ratio control by PWM (pulse width modulation). At this time, the control duty Duty of the heater 7 is calculated by the following equations (1), (2) and (3).

【0046】 GP=KP・(Zdc−ZdcT) ・・・(1) GI=GIi-1 +KI・(Zdc−ZdcT) ・・・(2) Duty=GP+GI ・・・(3) 但し、上式において、「GP」は比例項、「GI」は積
分項、「KP」は比例定数、「KI」は積分定数、「Z
dcT」は目標抵抗値を表している。
GP = KP · (Zdc−ZdcT) (1) GI = GIi−1 + KI · (Zdc−ZdcT) (2) Duty = GP + GI (3) However, in the above equation , "GP" is a proportional term, "GI" is an integral term, "KP" is a proportional constant, "KI" is an integral constant, "Z".
"dcT" represents the target resistance value.

【0047】つまり、図7において、CPU2aは、ス
テップ151で上記(1)式を用いて内部抵抗Zdcの
偏差に応じた比例項GPを算出し、続くステップ152
で上記(2)式を用いて内部抵抗Zdcの偏差に応じた
積分項GIを算出する。そして、CPU2aは、ステッ
プ153で上記(3)式を用いてヒータ7の制御デュー
ティDutyを算出し、その後本ルーチンを終了する。
ヒータ7は、上記制御デューティDutyに基づき、図
1のヒータ通電制御回路3により通電制御される。な
お、本実施例では、いわゆるPI制御を行っているが、
PID制御若しくはI制御のみを行うように変更するこ
とも可能である。
That is, in FIG. 7, the CPU 2a calculates the proportional term GP according to the deviation of the internal resistance Zdc by using the above equation (1) in step 151, and the subsequent step 152
Then, the integral term GI corresponding to the deviation of the internal resistance Zdc is calculated using the above equation (2). Then, the CPU 2a calculates the control duty Duty of the heater 7 by using the above equation (3) in step 153, and then ends this routine.
The heater 7 is energized by the heater energization control circuit 3 of FIG. 1 based on the control duty Duty. In this embodiment, so-called PI control is performed,
It is also possible to change to perform only PID control or I control.

【0048】また、図4のメインルーチンのステップ1
60では、CPU2aは酸素センサ5の劣化判定を行う
か否かを判別する。このとき、劣化判定の実行条件とし
ては、車両の走行距離等の運転情報により判定してもよ
いし、前回の劣化判定から所定時間が経過したかに応じ
て劣化判定の要否を判定してもよい。
Further, step 1 of the main routine shown in FIG.
At 60, the CPU 2a determines whether or not to make a deterioration determination of the oxygen sensor 5. At this time, as the execution condition of the deterioration determination, the determination may be made based on the driving information such as the traveling distance of the vehicle, or the necessity of the deterioration determination may be determined depending on whether a predetermined time has elapsed since the previous deterioration determination. Good.

【0049】そして、上記ステップ160が肯定判別さ
れた場合には、CPU2aはステップ170に進み、図
8のセンサ劣化判定ルーチンを実行する。即ち、図8に
おいて、CPU2aは、ステップ171で酸素センサ5
の検出素子部6に負の電圧Vnを印加する(印加電圧を
正の電圧Vpから負の電圧Vnに切り換える)。この電
圧Vnの値は、図3に示すように限界電流発生域にかか
らない抵抗支配域の電圧であり、前述した図6(内部抵
抗検出ルーチン)のステップ131の電圧Vnと同じで
よい。
If step 160 is positively determined, the CPU 2a proceeds to step 170 to execute the sensor deterioration determination routine of FIG. That is, in FIG. 8, the CPU 2 a determines in step 171 the oxygen sensor 5
The negative voltage Vn is applied to the detection element section 6 (the applied voltage is switched from the positive voltage Vp to the negative voltage Vn). The value of the voltage Vn is a voltage in a resistance-dominated region that does not fall within the limit current generation region as shown in FIG. 3, and may be the same as the voltage Vn in step 131 of FIG.

【0050】その後、CPU2aは、ステップ172で
時間t3だけ待機する。かかる場合、時間t3は、前記
図6のステップ132における時間t1(電圧切り換え
時のピーク電流の収束時間)よりも短い時間であって
(t3≪t1)、具体的には0〜数10msでよい。そ
して、CPU2aは、時間t3(0〜数10ms)だけ
待った後に、ステップ173でその時の電流値(以下、
ピーク電流値Ioという)を検出すると共に、当該電流
値IoをRAM2cに記憶させる。
Thereafter, the CPU 2a waits for the time t3 in step 172. In this case, the time t3 is shorter than the time t1 (convergence time of the peak current at the time of voltage switching) in step 132 of FIG. 6 (t3 << t1), and specifically, it may be 0 to several tens ms. . Then, the CPU 2a waits for a time t3 (0 to several 10 ms), and then at step 173, the current value at that time (hereinafter,
The peak current value Io) is detected and the current value Io is stored in the RAM 2c.

【0051】さらに、CPU2aは、ステップ174で
検出素子部6に元の正の電圧Vpを印加すると共に、ス
テップ175で時間t4だけ待機する。この時間t4
は、電圧切り換え時におけるピーク電流を収束させるた
めの待機時間(数10ms〜数100ms)であって、
前述した図6の時間t2と同じ時間である(t4=t
2)。
Further, the CPU 2a applies the original positive voltage Vp to the detection element portion 6 in step 174, and stands by for a time t4 in step 175. This time t4
Is a waiting time (several 10 ms to several 100 ms) for converging the peak current when the voltage is switched,
It is the same time as the time t2 in FIG. 6 described above (t4 = t
2).

【0052】その後、CPU2aは、ステップ176で
ステップ173にて検出されたピーク電流値Ioが所定
の劣化判定値Iosよりも小さいか否かを判別する。こ
こで、劣化判定値Iosは、システム毎の劣化判定基準
に応じて異なるが、本実施例では、通常時(センサ正常
時)のピーク電流値Ioよりも数mA小さい値に設定し
ている。この場合、Io≧Iosであれば、CPU2a
はセンサ正常であるとみなしてステップ176を否定判
別し、そのまま本ルーチンを終了する。一方、Io<I
osであれば、CPU2aはセンサ劣化であるとみなし
てステップ177に進む。CPU2aは、ステップ17
7で劣化判定信号をエンジン制御用ECU21に出力し
た後、本ルーチンを終了する。かかる場合、エンジン制
御用ECU21は警告灯22を点灯表示させると共に、
空燃比フィードバック制御を中断する。
After that, the CPU 2a determines in step 176 whether the peak current value Io detected in step 173 is smaller than a predetermined deterioration determination value Ios. Here, the deterioration determination value Ios differs depending on the deterioration determination standard for each system, but in the present embodiment, it is set to a value which is smaller by several mA than the peak current value Io in the normal time (when the sensor is normal). In this case, if Io ≧ Ios, the CPU 2a
Judges that the sensor is normal and makes a negative decision in step 176, and ends this routine. On the other hand, Io <I
If os, the CPU 2a considers that the sensor has deteriorated and proceeds to step 177. The CPU 2a proceeds to step 17
After outputting the deterioration determination signal to the engine control ECU 21 in step 7, this routine ends. In such a case, the engine control ECU 21 causes the warning light 22 to be lit and displayed, and
Suspend the air-fuel ratio feedback control.

【0053】上記図8の処理を図11のタイムチャート
を用いてより具体的に説明する。なお、センサ電流の波
形において、実線は劣化前(正常時)を示し、破線は劣
化後を示す。つまり図11では、T11のタイミングで
印加電圧が正の電圧Vpから負の電圧Vnに切り換えら
れる。また、時間t3(0〜数10ms)が経過したT
12のタイミングでピーク電流値Ioが検出されると共
に、電圧が正の電圧Vpに戻される。
The process of FIG. 8 will be described more specifically with reference to the time chart of FIG. In the waveform of the sensor current, the solid line shows before deterioration (normal time), and the broken line shows after deterioration. That is, in FIG. 11, the applied voltage is switched from the positive voltage Vp to the negative voltage Vn at the timing of T11. In addition, T when time t3 (0 to several 10 ms) has elapsed
At the timing of 12, the peak current value Io is detected and the voltage is returned to the positive voltage Vp.

【0054】さらに時間t4(数10ms〜数100m
s)が経過したT13のタイミングでは、ピーク電流値
Ioにより劣化判定が行われる。このとき、実線で示す
ようにIo≧Iosであれば、正常判定がなされる(図
8のステップ176がNO)。一方、破線で示すように
Io<Iosであれば、劣化判定がなされる(図8のス
テップ176のYES)。
Further, time t4 (several 10 ms to several 100 m)
At the timing of T13 when s) has elapsed, the deterioration determination is performed based on the peak current value Io. At this time, if Io ≧ Ios as shown by the solid line, a normality determination is made (step 176 of FIG. 8 is NO). On the other hand, if Io <Ios as shown by the broken line, the deterioration determination is made (YES in step 176 of FIG. 8).

【0055】ここで、電圧切換時におけるピーク電流値
Ioの変化量が酸素センサ5の劣化に伴い大きくなる理
由について説明する。図12は酸素センサ6の検出素子
部6における等価回路を示す。図12において、「R
b」は抵抗支配域での内部抵抗に対応し、「Rd」は限
界電流発生域(過電圧支配領域)における固体電解質層
16と電極(排気ガス側電極層18,大気側電極層1
9)との界面に存在する抵抗に対応する。「Cd」は同
様に界面の静電容量である。但し、Zdc=Rb+Rd
である。この場合、印加電圧を切り換えた直後は、電流
は抵抗Rbから抵抗Rdに至る経路(図のの経路)を
通るため、ピーク電流値Ioは抵抗Rbによって決定さ
れる(次の(4)式)。
Here, the reason why the amount of change in the peak current value Io at the time of voltage switching increases with the deterioration of the oxygen sensor 5 will be described. FIG. 12 shows an equivalent circuit in the detection element section 6 of the oxygen sensor 6. In FIG. 12, “R
“B” corresponds to the internal resistance in the resistance control region, and “Rd” is the solid electrolyte layer 16 and the electrodes (exhaust gas side electrode layer 18, atmosphere side electrode layer 1) in the limiting current generation region (overvoltage control region).
9) Corresponds to the resistance existing at the interface with. "Cd" is also the capacitance of the interface. However, Zdc = Rb + Rd
Is. In this case, immediately after the applied voltage is switched, the current passes through the path from the resistance Rb to the resistance Rd (path in the figure), so the peak current value Io is determined by the resistance Rb (the following equation (4)). .

【0056】 Io=Ip−(Vp−Vn)/Rb ・・・(4) また、酸素センサ5が劣化した場合、センサ内部は以下
に示す現象を呈する。即ち、酸素センサ5の電極(排気
ガス側電極層18及び大気側電極層19)は白金でポー
ラス状に形成されているが、劣化することにより凝集さ
れ、固体電解質層16への酸素の通過が妨げられる。こ
の場合、抵抗Rd(界面抵抗)が大きくなる。そして、
上記の劣化状態で内部抵抗Zdcを一定にすべくヒータ
制御を行うと、劣化前よりもヒータ7が高温に制御さ
れ、抵抗Rbを小さくする必要が生じる。従って、劣化
後には、劣化前に比べ内部抵抗Zdc(=Rb+Rd)
が同じであっても、抵抗Rbは小さくなる。よって、ピ
ーク電流値Ioが負の方向に大きくなる。
Io = Ip− (Vp−Vn) / Rb (4) When the oxygen sensor 5 deteriorates, the inside of the sensor exhibits the following phenomenon. That is, the electrodes of the oxygen sensor 5 (exhaust gas side electrode layer 18 and atmosphere side electrode layer 19) are formed of platinum in a porous form, but are agglomerated due to deterioration, and oxygen is prevented from passing through the solid electrolyte layer 16. Disturbed. In this case, the resistance Rd (interface resistance) increases. And
When the heater control is performed in order to keep the internal resistance Zdc constant in the above-described deteriorated state, the heater 7 is controlled to have a higher temperature than before the deterioration, and the resistance Rb needs to be reduced. Therefore, after deterioration, the internal resistance Zdc (= Rb + Rd) is higher than that before deterioration.
The resistance Rb becomes small even if the same. Therefore, the peak current value Io increases in the negative direction.

【0057】以上詳述した本第1実施例によれば、電圧
切換時のピーク電流値Ioの変化を監視することによ
り、容易に且つ精度良く酸素センサ5の劣化判定を行う
ことができる。また、近年の空燃比制御システムでは、
エミッションをできる限り低減させることが望まれるこ
とから、上述の如く内部抵抗Zdcを一定値に保持する
ヒータの通電制御(図7のフィードバック制御)の採用
が提唱されているが、本実施例では特に上記ヒータ制御
を用いたシステムに好適に用いることができる。
According to the first embodiment described in detail above, the deterioration of the oxygen sensor 5 can be determined easily and accurately by monitoring the change in the peak current value Io during the voltage switching. Also, in recent air-fuel ratio control systems,
Since it is desired to reduce the emission as much as possible, it has been proposed to employ the heater energization control (feedback control of FIG. 7) for maintaining the internal resistance Zdc at a constant value as described above. It can be suitably used for a system using the above heater control.

【0058】さらに、印加電圧を「Vp」→「Vn」→
「Vp」と切り換える際には、各電圧切り換え時に収束
を待つための待機時間(通常は数10ms〜数100m
s)を要するが、本実施例の劣化判定時においては劣化
判定要素としてのピーク電流値Ioを検出する際に僅か
な時間(0〜数10ms)しか必要としない。そのた
め、劣化判定の所要時間の短縮化を図ることができる。
Further, the applied voltage is changed from “Vp” → “Vn” →
When switching to "Vp", a waiting time (usually several 10 ms to several 100 m) for waiting for convergence at each voltage switching.
s) is required, but only a short time (0 to several tens ms) is required to detect the peak current value Io as the deterioration determination element in the deterioration determination of the present embodiment. Therefore, the time required for the deterioration determination can be shortened.

【0059】(第2実施例)次に、請求項3及び4に記
載の発明を具体化した第2実施例について、第1実施例
との相違点を中心に説明する。なお、上記第1実施例で
は、酸素センサ5の内部抵抗Zdcを目標値に一致させ
るべくヒータ通電をフィードバック制御していたが、本
第2実施例では、そのヒータ通電をオープン制御に変更
している。図13のフローチャートは第2実施例におけ
るメインルーチンを示し、これは第1実施例の図4のフ
ローチャートに相当する。また、図14のフローチャー
トは第2実施例におけるセンサ劣化判定ルーチンを示
し、これは第1実施例の図8のフローチャートに相当す
る。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment embodying the invention described in claims 3 and 4 will be described with a focus on differences from the first embodiment. In the first embodiment, the heater energization is feedback-controlled to match the internal resistance Zdc of the oxygen sensor 5 with the target value. However, in the second embodiment, the heater energization is changed to open control. There is. The flowchart of FIG. 13 shows the main routine in the second embodiment, which corresponds to the flowchart of FIG. 4 of the first embodiment. The flowchart of FIG. 14 shows the sensor deterioration determination routine in the second embodiment, which corresponds to the flowchart of FIG. 8 of the first embodiment.

【0060】図13のメインルーチンでは、前記図4と
比べて内部抵抗検出に関する処理(図4のステップ12
0,130)と、ヒータ制御に関する処理(図4のステ
ップ140,150)とが省略されており、ヒータ制御
に関しては、図示しない制御回路にて制御デューティ一
定のオープン制御が行われている。
In the main routine of FIG. 13, compared with FIG. 4, the processing relating to the internal resistance detection (step 12 in FIG. 4) is performed.
0, 130) and the processing relating to the heater control (steps 140 and 150 in FIG. 4) are omitted, and regarding the heater control, an open control with a constant control duty is performed by a control circuit (not shown).

【0061】さて、図13のメインルーチンが開始され
ると、CPU2aは先ずステップ210で空燃比検出ル
ーチン(A/F検出ルーチン)を実行する。この空燃比
検出ルーチンは、図4のステップ110(図5)と全く
同じでよいため、ここでは説明を割愛する。
Now, when the main routine of FIG. 13 is started, the CPU 2a first executes an air-fuel ratio detection routine (A / F detection routine) in step 210. This air-fuel ratio detection routine may be exactly the same as step 110 (FIG. 5) of FIG. 4, and therefore its explanation is omitted here.

【0062】その後、CPU2aは、ステップ220で
酸素センサ5の劣化を検出するか否かを判別し、劣化判
別するとなれば、ステップ230に進む。以下、図14
を用いてセンサ劣化判定ルーチンを説明する。
Thereafter, the CPU 2a determines whether or not the deterioration of the oxygen sensor 5 is detected in step 220, and if the deterioration is determined, the process proceeds to step 230. Below, FIG.
The sensor deterioration determination routine will be described using.

【0063】図14において、ステップ231〜233
は図8のステップ171〜173と同じ処理であり、C
PU2aは、ステップ231で負の電圧Vnを印加し、
ステップ132で所定時間t3(0〜数10ms)だけ
待機し、ステップ233でピーク電流値Ioの検出及び
当該検出値のRAM2cへの記憶を行う。そして、ピー
ク電流値Ioの検出後、CPU2aは、ステップ234
で時間t5(数10ms〜数100ms)だけ待機した
後に、ステップ235で収束電流値Inを検出しRAM
2cに記憶させる。ここで、時間t5は電圧切り換え後
に電流が完全に収束するのに必要な時間である。その
後、CPU2aは、ステップ236で検出素子部6に元
の電圧Vpを印加する。
In FIG. 14, steps 231-233.
Is the same processing as steps 171 to 173 of FIG.
The PU 2a applies the negative voltage Vn in step 231,
In step 132, the process waits for a predetermined time t3 (0 to several tens of ms), and in step 233, the peak current value Io is detected and the detected value is stored in the RAM 2c. Then, after detecting the peak current value Io, the CPU 2a proceeds to step 234.
After waiting for time t5 (several 10 ms to several 100 ms) at step 235, the converged current value In is detected and the RAM is detected.
Store in 2c. Here, the time t5 is the time required for the current to completely converge after the voltage is switched. After that, the CPU 2a applies the original voltage Vp to the detection element unit 6 in step 236.

【0064】その後、CPU2aは、ステップ237で
図16に示すIo−Inマップを用い、RAM2c内の
最新の電流値Io,In(ステップ233,235の検
出値)に基づき酸素センサ5の劣化判定を行う。つま
り、図16のマップはROM2b内に予め設定されてい
るものであり、劣化判定線L3を境にして劣化領域(図
の領域A)と正常領域(図の領域B)とに区分されてい
る。劣化判定線L3は、収束電流値Inが負側に大きく
なるほど上昇線を描くように設定されている。この場
合、その時の収束電流値Inとピーク電流値Ioとを結
ぶ点が領域Bにあれば、CPU2aはセンサ正常である
とみなしてステップ237を否定判別する。
After that, the CPU 2a uses the Io-In map shown in FIG. 16 in step 237 to judge the deterioration of the oxygen sensor 5 based on the latest current value Io, In (detected value in steps 233 and 235) in the RAM 2c. To do. That is, the map of FIG. 16 is preset in the ROM 2b and is divided into a deterioration area (area A in the drawing) and a normal area (area B in the drawing) with the deterioration determination line L3 as a boundary. . The deterioration determination line L3 is set to draw a rising line as the converged current value In increases toward the negative side. In this case, if the point connecting the converged current value In and the peak current value Io at that time is in the region B, the CPU 2a regards the sensor as normal and makes a negative determination in step 237.

【0065】また、その時の収束電流値Inとピーク電
流値Ioとを結ぶ点が領域Aにあれば、CPU2aは劣
化しているとみなしてステップ237を肯定判別する。
そして、CPU2aは、ステップ238に進んで劣化判
定信号をエンジン制御用ECU21に出力する。ステッ
プ237,238の処理後、CPU2aは、ステップ2
39で次の空燃比検出が精度良く実施できるように時間
t6(数10ms〜数100ms)だけ待機し、その
後、本ルーチンを終了する。
If the point connecting the converged current value In and the peak current value Io at that time is in the area A, the CPU 2a regards it as deteriorated and makes an affirmative decision in step 237.
Then, the CPU 2a proceeds to step 238 and outputs the deterioration determination signal to the engine control ECU 21. After the processing of steps 237 and 238, the CPU 2a executes step 2
At 39, the system waits for time t6 (several tens of ms to several hundreds of ms) so that the next air-fuel ratio detection can be carried out accurately, and then this routine ends.

【0066】上記図14の処理を図15のタイムチャー
トを用いてより具体的に説明する。つまり図15では、
T21のタイミングで印加電圧が正の電圧Vpから負の
電圧Vnに切り換えられ、時間t3(0〜数10ms)
が経過したT22のタイミングでピーク電流値Ioが検
出される。
The process of FIG. 14 will be described more specifically with reference to the time chart of FIG. That is, in FIG.
At the timing of T21, the applied voltage is switched from the positive voltage Vp to the negative voltage Vn, and time t3 (0 to several tens ms)
The peak current value Io is detected at the timing of T22 when is elapsed.

【0067】さらに時間t5(数10ms〜数100m
s)が経過したT23のタイミングでは、印加電圧が元
の電圧Vpに戻される。またこのとき、ピーク電流値I
oと収束電流値Inとに基づき劣化判定が行われる。そ
の後、時間t6が経過したT24のタイミングで図14
のルーチンが終了する。
Further, time t5 (several 10 ms to several 100 m)
At the timing of T23 when s) has elapsed, the applied voltage is returned to the original voltage Vp. At this time, the peak current value I
Deterioration determination is performed based on o and the converged current value In. After that, at the timing of T24 when the time t6 has elapsed, FIG.
Routine ends.

【0068】ここで、前記図16のマップにおいては、
劣化判定線L3を以下の如く設定している。つまり、予
め酸素センサ5の初期特性(図に破線で示す)を計測し
ておき、それからピーク電流値Ioを数%だけ負側に増
加させたラインを劣化判定線L3としている。増加させ
る割合は、判定したい度合で変更され、比較的初期の劣
化を判定したい場合には、初期特性に近づければよい。
また、電流値IoとInとの関係は、限界電流値Ip等
にも多少相関があるため、より厳密に劣化判定を行う場
合には、上記図16の2次元マップに限界電流値Ip等
の要素を加え、3次元以上のマップとしてもよい。
Here, in the map of FIG.
The deterioration determination line L3 is set as follows. That is, a line in which the initial characteristics of the oxygen sensor 5 (shown by the broken line in the figure) are measured in advance and the peak current value Io is increased to the negative side by several% is used as the deterioration determination line L3. The rate of increase is changed depending on the degree of determination, and when it is desired to determine the deterioration in the relatively early stage, it may be close to the initial characteristic.
Further, since the relationship between the current value Io and In has some correlation with the limiting current value Ip and the like, when the deterioration determination is performed more strictly, the limiting current value Ip and the like are shown in the two-dimensional map of FIG. Elements may be added to form a three-dimensional or more-dimensional map.

【0069】以上詳述した本第2実施例によれば、ピー
ク電流値Ioの変化量が、収束電流値Inに対応する劣
化判定域を越えた時に当該センサが劣化している旨を判
定するようにした。つまり、ヒータ通電をオープン制御
する場合、酸素センサ5が劣化すると、当該センサ5の
内部抵抗Zdcは増大する傾向にあるため、電圧切換後
の収束電流(の絶対値)は小さくなる。この場合、ピー
ク電流の変化は劣化前と同等若しくはそれ以上となる。
従って、ピーク電流の変化量と収束電流(の絶対値)と
の比は、劣化が進むほど大きくなる。その結果、酸素セ
ンサ5の劣化の旨を容易に判定することができる。
According to the second embodiment detailed above, it is determined that the sensor is deteriorated when the amount of change in the peak current value Io exceeds the deterioration determination range corresponding to the converged current value In. I did it. That is, in the case where the heater energization is open-controlled, when the oxygen sensor 5 deteriorates, the internal resistance Zdc of the sensor 5 tends to increase, so the convergent current (absolute value) after voltage switching becomes small. In this case, the change in peak current is equal to or more than that before deterioration.
Therefore, the ratio between the amount of change in the peak current and (the absolute value of) the converged current increases as the deterioration progresses. As a result, it is possible to easily determine that the oxygen sensor 5 has deteriorated.

【0070】なお、本第2実施例では、ヒータ制御をオ
ープン制御としたが、上記第1実施例と同様にフィード
バック制御としてもよい。この場合、内部抵抗Zdcが
変化しないために収束電流値Inは変化しないが、抵抗
Rb(図12参照)の変化によりピーク電流値Ioが劣
化状況に応じて変動する。従って、前述の図16の関係
を用いて酸素センサ5の劣化判定が可能となる。
Although the heater control is open control in the second embodiment, it may be feedback control as in the first embodiment. In this case, the converged current value In does not change because the internal resistance Zdc does not change, but the peak current value Io changes according to the deterioration state due to the change in the resistance Rb (see FIG. 12). Therefore, it is possible to determine the deterioration of the oxygen sensor 5 using the relationship shown in FIG.

【0071】(第3実施例)以下、請求項5及び6に記
載の発明を具体化した第3実施例について、上記第1,
第2実施例との相違点を中心に説明する。なお、本第3
実施例では、電圧切り換え時おけるピーク電流値Ioと
内部抵抗Zdcとの関係に応じて酸素センサ5の劣化判
定を行うものである。
(Third Embodiment) A third embodiment of the present invention as defined in claims 5 and 6 will be described below.
The difference from the second embodiment will be mainly described. In addition, this third
In the embodiment, the deterioration determination of the oxygen sensor 5 is performed according to the relationship between the peak current value Io and the internal resistance Zdc during the voltage switching.

【0072】つまり、酸素センサ5の内部抵抗Zdcと
収束電流値Inとは「Zdc=Vn/In」という関係
を有する。そこで、図14の収束電流値Inを用いた劣
化判定に代えて、内部抵抗Zdcを用いた劣化判定を行
う。図17のフローチャートは第3実施例におけるメイ
ンルーチンを示し、これは第1実施例の図4のフローチ
ャートに相当する。また、図18のフローチャートは第
3実施例におけるセンサ劣化判定ルーチンを示し、これ
は第1実施例の図8のフローチャートに相当する。
That is, the internal resistance Zdc of the oxygen sensor 5 and the convergent current value In have a relationship of "Zdc = Vn / In". Therefore, instead of the deterioration determination using the convergent current value In of FIG. 14, the deterioration determination using the internal resistance Zdc is performed. The flowchart of FIG. 17 shows the main routine in the third embodiment, which corresponds to the flowchart of FIG. 4 of the first embodiment. The flowchart of FIG. 18 shows the sensor deterioration determination routine in the third embodiment, which corresponds to the flowchart of FIG. 8 of the first embodiment.

【0073】図17のメインルーチンでは、前記図4と
比較してヒータ制御に関する処理(図4のステップ14
0,150)が省略されており、ヒータ制御に関しては
図示しない制御回路により制御デューティ一定のオープ
ン制御が行われている。但し、ヒータ制御を第1実施例
と同様にPI制御にて実施してもよいし、酸素センサ5
の素子温を目標温度に保持すべく素子温フィードバック
制御を実施してもよい。
In the main routine of FIG. 17, compared with FIG. 4, the processing relating to heater control (step 14 in FIG. 4) is performed.
0, 150) are omitted, and regarding the heater control, open control with a constant control duty is performed by a control circuit (not shown). However, the heater control may be performed by PI control as in the first embodiment, or the oxygen sensor 5 may be used.
The element temperature feedback control may be performed to keep the element temperature at the target temperature.

【0074】さて、図17のメインルーチンが開始され
ると、CPU2aは先ずステップ310で空燃比検出ル
ーチンを実行する。また、CPU2aは、ステップ32
0で内部抵抗Zdcを検出するか否かを判別し、検出す
るのであれば、ステップ330で内部抵抗検出ルーチン
を実行する。なお、ステップ310〜330の処理は、
図4のステップ110(図5),120,130(図
6)と全く同じでよいため、ここでは説明を割愛する。
Now, when the main routine of FIG. 17 is started, the CPU 2a first executes an air-fuel ratio detection routine in step 310. The CPU 2a also executes step 32.
At 0, it is determined whether or not the internal resistance Zdc is detected, and if it is detected, an internal resistance detection routine is executed at step 330. The processing of steps 310 to 330 is
Since the steps 110 (FIG. 5), 120, and 130 (FIG. 6) in FIG. 4 are exactly the same, the description thereof is omitted here.

【0075】その後、CPU2aは、ステップ340で
酸素センサ5の劣化を検出するか否かを判別し、劣化判
別するとなれば、ステップ350に進む。以下、図18
を用いてセンサ劣化判定ルーチンを説明する。
Thereafter, the CPU 2a determines whether or not the deterioration of the oxygen sensor 5 is detected in step 340. If the deterioration is determined, the process proceeds to step 350. Below, FIG.
The sensor deterioration determination routine will be described using.

【0076】なお、図18において、ステップ351〜
355は図8のステップ171〜175と同じ処理であ
る。即ち、CPU2aは、ステップ351で負の電圧V
nを印加し、ステップ352で所定時間t3(0〜数1
0ms)だけ待機する。また、ステップ353ではピー
ク電流値Ioを検出すると共に当該検出値をRAM2c
に記憶する。ステップ354では電圧を負の電圧Vnか
ら正の電圧Vpへ切り換え、ステップ355では所定時
間t5(数10〜数100ms)だけ待機する。その
後、CPU2aは、ステップ356で図20に示すIo
−Zdcマップを用い、RAM2c内の最新の電流値I
o,内部抵抗Zdc(ステップ353で検出したIo、
図17のステップ330で検出したZdc)に基づき酸
素センサ5の劣化判定を行う。つまり、図20のマップ
はROM2b内に予め設定されているものであり、劣化
判定線L4を境にして劣化領域(図の領域C)と正常領
域(図の領域D)とに区分されている。劣化判定線L4
は、内部抵抗Zdcが小さくなるほど上昇線を描くよう
に設定されている。この場合、その時の内部抵抗Zdc
とピーク電流値Ioとを結ぶ点が領域Dにあれば、CP
U2aはセンサ正常であるとみなしてステップ356を
否定判別する。
Incidentally, in FIG. 18, steps 351 to
Step 355 is the same process as steps 171-175 in FIG. That is, the CPU 2a determines in step 351 that the negative voltage V
n is applied, and in step 352, a predetermined time t3 (0 to several 1
Wait for 0 ms). In step 353, the peak current value Io is detected and the detected value is stored in the RAM 2c.
Remember. In step 354, the voltage is switched from the negative voltage Vn to the positive voltage Vp, and in step 355, the process waits for a predetermined time t5 (several tens to several hundreds ms). After that, the CPU 2a proceeds to step 356, where Io shown in FIG.
-Using the Zdc map, the latest current value I in the RAM 2c
o, internal resistance Zdc (Io detected in step 353,
Deterioration determination of the oxygen sensor 5 is performed based on Zdc) detected in step 330 of FIG. That is, the map of FIG. 20 is preset in the ROM 2b and is divided into a deterioration area (area C in the drawing) and a normal area (area D in the drawing) with the deterioration determination line L4 as a boundary. . Deterioration determination line L4
Is set to draw an increasing line as the internal resistance Zdc decreases. In this case, the internal resistance Zdc at that time
If the point connecting the peak current value Io and the peak current value Io is in the area D, CP
U2a regards the sensor as normal and makes a negative determination in step 356.

【0077】また、その時の内部抵抗Zdcとピーク電
流値Ioとを結ぶ点が領域Cにあれば、CPU2aは酸
素センサ5が劣化しているとみなしてステップ356を
肯定判別する。そして、CPU2aは、ステップ357
に進んで劣化判定信号をエンジン制御用ECU21に出
力する。ステップ356,357の処理後、CPU2a
は、本ルーチンを終了する。
If the point connecting the internal resistance Zdc and the peak current value Io at that time is in the region C, the CPU 2a determines that the oxygen sensor 5 is deteriorated and makes a positive determination in step 356. Then, the CPU 2a causes the step 357.
And outputs a deterioration determination signal to the engine control ECU 21. After the processing of steps 356 and 357, the CPU 2a
Ends this routine.

【0078】上記図18の処理を図19のタイムチャー
トを用いてより具体的に説明する。つまり図19では、
T31のタイミングで電圧が正の電圧Vpから負の電圧
Vnに切り換えられ、時間t3(0〜数10ms)が経
過したT32のタイミングでピーク電流値Ioが検出さ
れると共に印加電圧が正の電圧Vpに戻される。その
後、時間t4が経過したT33のタイミングでピーク電
流値Ioと内部抵抗Zdcとに基づき劣化判定が行われ
る。
The processing of FIG. 18 will be described more specifically with reference to the time chart of FIG. That is, in FIG.
The voltage is switched from the positive voltage Vp to the negative voltage Vn at the timing of T31, the peak current value Io is detected at the timing of T32 when the time t3 (0 to several 10 ms) has elapsed, and the applied voltage is the positive voltage Vp. Returned to. After that, the deterioration determination is performed based on the peak current value Io and the internal resistance Zdc at the timing of T33 when the time t4 has elapsed.

【0079】ここで、前記図20のマップにおいては、
劣化判定線L4を以下の如く設定している。つまり、上
記図16と同様に、予め酸素センサ5の初期特性(図に
破線で示す)を計測しておき、それからピーク電流値I
oを数%だけ負側に増加させたラインを劣化判定線L4
としている。増加させる割合は、判定したい度合で変更
され、比較的初期の劣化を判定したい場合には、初期特
性に近づければよい。
Here, in the map of FIG.
The deterioration determination line L4 is set as follows. That is, as in the case of FIG. 16, the initial characteristics (indicated by a broken line in the figure) of the oxygen sensor 5 are measured in advance, and then the peak current value I
The line in which o is increased to the negative side by several% is the deterioration determination line L4.
I am trying. The rate of increase is changed depending on the degree of determination, and when it is desired to determine the deterioration in the relatively early stage, it may be close to the initial characteristic.

【0080】以上、本第3実施例によれば、ピーク電流
値Ioの変化量が、内部抵抗Zdcに対応する劣化判定
域を越えた時に当該センサが劣化している旨を判定する
ようにした。この場合、上記第1,第2実施例と同様
に、精度良く酸素センサ5の劣化判定を行うことができ
る。
As described above, according to the third embodiment, when the change amount of the peak current value Io exceeds the deterioration determination range corresponding to the internal resistance Zdc, it is determined that the sensor is deteriorated. . In this case, it is possible to accurately determine the deterioration of the oxygen sensor 5 as in the first and second embodiments.

【0081】なお、本発明は上記実施例の他に、次の様
態にて具体化することができる。 (1)上記実施例では、内部抵抗Zdcを検出するため
に酸素センサ5への印加電圧を一旦、VpからVnに切
り換え、電圧Vnにより電流値Inを検出したが、特公
平4−24657号公報のように交流インピーダンスに
よって求めてもよい。この場合、酸素センサ5に交流電
圧を印加し、その電圧振幅とそれによる電流振幅とから
内部抵抗Zdcを測定する。また、特公平7−1883
7号公報のように測定してもよい。
The present invention can be embodied in the following modes other than the above embodiment. (1) In the above embodiment, the voltage applied to the oxygen sensor 5 in order to detect the internal resistance Zdc is once switched from Vp to Vn, and the current value In is detected by the voltage Vn. Alternatively, it may be obtained by AC impedance. In this case, an alternating voltage is applied to the oxygen sensor 5, and the internal resistance Zdc is measured from the voltage amplitude and the resulting current amplitude. In addition, Japanese Patent Publication No. 7-1883
It may be measured as in JP-A-7.

【0082】(2)上記実施例では、酸素センサ5の印
加電圧を正の電圧Vpから負の電圧Vnに切り換えた際
に生じるピーク電流の変化に基づき同センサ5の劣化判
定を行ったが、負の電圧Vnから正の電圧Vpに切り換
えた際に生じるピーク電流の変化(例えば、図10のT
2のタイミングで生じるピーク電流の変化)に基づき同
センサ5の劣化判定を行うようにしてもよい。この場合
にも、上記実施例と同等の効果が得られる。
(2) In the above embodiment, the deterioration of the oxygen sensor 5 was judged based on the change in the peak current generated when the voltage applied to the oxygen sensor 5 was switched from the positive voltage Vp to the negative voltage Vn. A change in the peak current that occurs when the negative voltage Vn is switched to the positive voltage Vp (for example, T in FIG. 10).
The deterioration determination of the sensor 5 may be performed based on the change of the peak current that occurs at the timing 2). Also in this case, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.

【0083】(3)上記実施例では、空燃比検出時にお
いて電圧Vpを検出したい空燃比範囲に応じて固定値と
したが、これを可変に設定してもよい。つまり、図21
に示す印加電圧設定線L5を用い、その設定線L5上で
その時の限界電流値Ip(空燃比)に応じた電圧Vpを
設定する(Vp=Z・Ip+Ve)。但し、設定線L5
の傾きZは素子の内部抵抗にほぼ一致し、V軸との切片
Veは理想空燃比(Ip=0mA)での限界電流域のほ
ぼ中間点に相当する。
(3) In the above embodiment, the voltage Vp is set to a fixed value in accordance with the air-fuel ratio range to be detected when detecting the air-fuel ratio, but this may be set variably. That is, FIG.
The applied voltage setting line L5 shown in is used to set the voltage Vp on the setting line L5 according to the limiting current value Ip (air-fuel ratio) at that time (Vp = Z · Ip + Ve). However, the setting line L5
The slope Z of is substantially equal to the internal resistance of the element, and the intercept Ve with respect to the V-axis corresponds to the approximate midpoint of the limiting current region at the ideal air-fuel ratio (Ip = 0 mA).

【0084】(4)酸素センサ5の検出素子部6の温度
(素子温度)を検出し、その素子温度と内部抵抗Zdc
との対応関係により内部抵抗Zdcを測定するようにし
てもよい。
(4) The temperature of the detection element portion 6 of the oxygen sensor 5 (element temperature) is detected, and the element temperature and internal resistance Zdc are detected.
The internal resistance Zdc may be measured by the correspondence relationship with.

【0085】[0085]

【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、酸素セ
ンサの印加電圧を切り換えた直後において電流が所定値
に収束するまでの電流変化(ピーク電流値の変化)を検
出し、その検出結果から劣化判定を行うことにより、新
規な方法で且つ精度良く酸素センサの劣化判定を行うこ
とができるという優れた効果を発揮する。
According to the invention described in claim 1, a current change (change in peak current value) until the current converges to a predetermined value is detected immediately after switching the applied voltage of the oxygen sensor, and the detection thereof is performed. By performing the deterioration determination based on the result, the excellent effect that the deterioration determination of the oxygen sensor can be accurately performed by a new method is exhibited.

【0086】請求項2に記載の発明によれば、酸素セン
サの内部抵抗を目標値に一致させるべくヒータの通電を
フィードバック制御する装置について、内部抵抗が一定
値に維持される状態であっても当該センサの劣化判定を
精度良く行うことができる。
According to the second aspect of the present invention, the device for feedback-controlling the energization of the heater so that the internal resistance of the oxygen sensor matches the target value can be maintained even when the internal resistance is maintained at a constant value. It is possible to accurately determine deterioration of the sensor.

【0087】請求項3,4に記載の発明によれば、電圧
切り換え直後のピーク電流値と、収束後の収束電流値と
の関係を用いることにより、酸素センサの劣化判定を精
度良く行うことができる。
According to the third and fourth aspects of the invention, the deterioration of the oxygen sensor can be accurately determined by using the relationship between the peak current value immediately after the voltage switching and the converged current value after the convergence. it can.

【0088】請求項5,6に記載の発明によれば、電圧
切り換え直後のピーク電流値と、センサの内部抵抗との
関係を用いることにより、酸素センサの劣化判定を精度
良く行うことができる。
According to the fifth and sixth aspects of the invention, the deterioration of the oxygen sensor can be accurately determined by using the relationship between the peak current value immediately after the voltage switching and the internal resistance of the sensor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例における空燃比検出装置の電気的構成を
示す概略図。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an electrical configuration of an air-fuel ratio detection device in an embodiment.

【図2】酸素センサの構成を示す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing the configuration of an oxygen sensor.

【図3】酸素センサの電圧−電流特性を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a voltage-current characteristic of an oxygen sensor.

【図4】メインルーチンを示すフローチャート。FIG. 4 is a flowchart showing a main routine.

【図5】空燃比検出ルーチンを示すフローチャート。FIG. 5 is a flowchart showing an air-fuel ratio detection routine.

【図6】内部抵抗検出ルーチンを示すフローチャート。FIG. 6 is a flowchart showing an internal resistance detection routine.

【図7】ヒータ制御ルーチンを示すフローチャート。FIG. 7 is a flowchart showing a heater control routine.

【図8】センサ劣化判定ルーチンを示すフローチャー
ト。
FIG. 8 is a flowchart showing a sensor deterioration determination routine.

【図9】限界電流値−空燃比マップ。FIG. 9 is a limit current value-air-fuel ratio map.

【図10】図6の内部抵抗検出ルーチンの作用をより具
体的に説明するためのタイムチャート。
FIG. 10 is a time chart for more specifically explaining the operation of the internal resistance detection routine of FIG.

【図11】図8のセンサ劣化判定ルーチンの作用をより
具体的に説明するためのタイムチャート。
FIG. 11 is a time chart for more specifically explaining the operation of the sensor deterioration determination routine of FIG.

【図12】酸素センサの等価回路と、印加電圧及びセン
サ電流の波形とを示す図。
FIG. 12 is a diagram showing an equivalent circuit of an oxygen sensor and waveforms of an applied voltage and a sensor current.

【図13】第2実施例におけるメインルーチンを示すフ
ローチャート。
FIG. 13 is a flowchart showing a main routine in the second embodiment.

【図14】第2実施例におけるセンサ劣化判定ルーチン
を示すフローチャート。
FIG. 14 is a flowchart showing a sensor deterioration determination routine in the second embodiment.

【図15】図14のセンサ劣化判定ルーチンの作用をよ
り具体的に説明するためのタイムチャート。
FIG. 15 is a time chart for more specifically explaining the operation of the sensor deterioration determination routine of FIG.

【図16】ピーク電流値と収束電流値との関係に基づく
劣化領域を示す図。
FIG. 16 is a diagram showing a deterioration region based on a relationship between a peak current value and a converged current value.

【図17】第3実施例におけるメインルーチンを示すフ
ローチャート。
FIG. 17 is a flowchart showing a main routine in the third embodiment.

【図18】第3実施例におけるセンサ劣化判定ルーチン
を示すフローチャート。
FIG. 18 is a flowchart showing a sensor deterioration determination routine in the third embodiment.

【図19】図18のセンサ劣化判定ルーチンの作用をよ
り具体的に説明するためのタイムチャート。
FIG. 19 is a time chart for more specifically explaining the operation of the sensor deterioration determination routine of FIG.

【図20】ピーク電流値と内部抵抗との関係に基づく劣
化領域を示す図。
FIG. 20 is a diagram showing a deterioration region based on a relationship between a peak current value and an internal resistance.

【図21】酸素センサの電圧−電流特性に印加電圧設定
線を付記した図。
FIG. 21 is a diagram in which an applied voltage setting line is added to the voltage-current characteristics of the oxygen sensor.

【符号の説明】 2a…電圧切換手段,電流変化検出手段,劣化判定手
段,内部抵抗検出手段,ヒータ制御手段,収束電流検出
手段としてのCPU、5…酸素センサ、7…ヒータ。
[Description of Reference Signs] 2a ... Voltage switching means, current change detecting means, deterioration determining means, internal resistance detecting means, heater control means, CPU as convergent current detecting means, 5 ... Oxygen sensor, 7 ... Heater.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−327586(JP,A) 特開 昭61−241647(JP,A) 特開 昭62−198751(JP,A) 特開 昭60−218058(JP,A) 特開 平7−55761(JP,A) 特開 平1−262460(JP,A) 特開 昭60−192849(JP,A) 特開 平4−233447(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/26 G01N 27/41 G01N 27/409 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-8-327586 (JP, A) JP-A-61-241647 (JP, A) JP-A-62-198751 (JP, A) JP-A-60-218058 (JP , A) JP-A-7-55761 (JP, A) JP-A-1-262460 (JP, A) JP-A-60-192849 (JP, A) JP-A-4-233447 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 27/26 G01N 27/41 G01N 27/409

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電圧印加に伴い酸素濃度に対応したほぼ
一定の限界電流を出力する酸素センサに適用される劣化
判定装置であって、 前記酸素センサの印加電圧を正の電圧から負の電圧若し
くは負の電圧から正の電圧に切り換える電圧切換手段
と、 前記電圧切換手段による電圧切り換え直後から前記酸素
センサによる電流が収束するまでの間において前記電圧
切り換えに伴う電流変化を検出する電流変化検出手段
と、 前記電流変化検出手段により検出された電流変化に基づ
いて前記酸素センサが劣化している旨を判定する劣化判
定手段とを備えることを特徴とする酸素センサの劣化判
定装置。
1. A deterioration determination device applied to an oxygen sensor that outputs a substantially constant limiting current corresponding to oxygen concentration when a voltage is applied, wherein the applied voltage of the oxygen sensor is a positive voltage to a negative voltage. Shi
A voltage switching means for switching from a negative voltage to a positive voltage , and a current change detection for detecting a current change accompanying the voltage switching immediately after the voltage switching by the voltage switching means until the current converged by the oxygen sensor. A deterioration determination device for an oxygen sensor, comprising: means and a deterioration determination means for determining that the oxygen sensor is deteriorated based on a current change detected by the current change detection means.
【請求項2】前記酸素センサの内部抵抗を検出する内部
抵抗検出手段と、 前記酸素センサに付設されたヒータと、 前記内部抵抗検出手段による検出されたセンサ内部抵抗
と所定の目標値との偏差をなくすべく前記ヒータへの通
電をフィードバック制御するヒータ制御手段とを備え、 前記劣化判定手段は、前記電流変化検出手段により検出
された電圧切り換え直後の電流変化が、前記電圧切換手
段による電圧変化に対応する劣化判定域を越えた時に当
該センサが劣化している旨を判定する請求項1に記載の
酸素センサの劣化判定装置。
2. An internal resistance detecting means for detecting an internal resistance of the oxygen sensor, a heater attached to the oxygen sensor, a deviation between a sensor internal resistance detected by the internal resistance detecting means and a predetermined target value. Heater control means for feedback control of energization to the heater in order to eliminate the change, the deterioration determination means, the current change immediately after the voltage switching detected by the current change detection means, the voltage change by the voltage switching means The deterioration determination device for an oxygen sensor according to claim 1, wherein it is determined that the sensor is deteriorated when a corresponding deterioration determination range is exceeded.
【請求項3】前記電圧切換手段による電圧切り換え後に
おいてセンサ電流が収束した時の当該電流値を検出する
収束電流検出手段を備え、 前記劣化判定手段は、前記電流変化検出手段により検出
された電圧切り換え直後の電流変化が、前記収束電流検
出手段により検出された収束電流に対応する劣化判定域
を越えた時に当該センサが劣化している旨を判定する請
求項1に記載の酸素センサの劣化判定装置。
3. A converged current detecting means for detecting a current value when the sensor current converges after the voltage is switched by the voltage switching means, and the deterioration determining means includes the voltage detected by the current change detecting means. The deterioration determination of the oxygen sensor according to claim 1, wherein it is determined that the sensor is deteriorated when a change in current immediately after switching exceeds a deterioration determination range corresponding to the convergence current detected by the convergence current detection unit. apparatus.
【請求項4】前記劣化判定手段は、前記収束電流の絶対
値が大きい場合ほど、前記電流変化が大きくなる方向に
前記劣化判定域を設定する請求項3に記載の酸素センサ
の劣化判定装置。
4. The deterioration determination device for an oxygen sensor according to claim 3, wherein the deterioration determination means sets the deterioration determination region in a direction in which the current change increases as the absolute value of the converged current increases.
【請求項5】前記酸素センサの内部抵抗を検出する内部
抵抗検出手段を備え、 前記劣化判定手段は、前記電流変化検出手段により検出
された電圧切り換え直後の電流変化が、前記内部抵抗検
出手段により検出されたセンサ内部抵抗に対応する劣化
判定域を越えた時に当該センサが劣化している旨を判定
する請求項1に記載の酸素センサの劣化判定装置。
5. An internal resistance detecting means for detecting an internal resistance of the oxygen sensor is provided, wherein the deterioration determining means detects, by the internal resistance detecting means, a current change immediately after voltage switching detected by the current change detecting means. The deterioration determination device for an oxygen sensor according to claim 1, wherein when the deterioration determination range corresponding to the detected internal resistance of the sensor is exceeded, it is determined that the sensor is deteriorated.
【請求項6】前記劣化判定手段は、前記センサ内部抵抗
が大きい場合ほど、前記電流変化が小さくなる方向に前
記劣化判定域を設定する請求項5に記載の酸素センサの
劣化判定装置。
6. The deterioration determination device for an oxygen sensor according to claim 5, wherein the deterioration determination means sets the deterioration determination region in a direction in which the change in the current decreases as the internal resistance of the sensor increases.
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