JP4894948B2 - Exhaust gas sensor deterioration detection device - Google Patents
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本発明は、内燃機関の排ガスセンサの劣化を検出する排ガスセンサの劣化検出装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas sensor deterioration detection device that detects deterioration of an exhaust gas sensor of an internal combustion engine.
車両の内燃機関から排出される排気ガスは、排気ガスに含まれるNOx等(以下、特定ガスという)の濃度が所定以下となるように規制されているため、車両にはガス濃度センサが搭載され排気ガス中の特定ガス濃度がモニタされている。ガス濃度センサは固体電解質素子に設けられるが、固体電解質素子が特定ガスの活性温度になるようにヒータにより加熱され温度制御が行われている。したがって、ヒータの性能が低下し固体電解質素子が過剰に加熱されたり、加熱が足りなかったりすると、特定ガスを所望の活性状態にできなくなり、特定ガスの精度よい検出が困難となる。 The exhaust gas discharged from the internal combustion engine of the vehicle is regulated so that the concentration of NOx or the like (hereinafter referred to as a specific gas) contained in the exhaust gas is not more than a predetermined value, so that the vehicle is equipped with a gas concentration sensor. The specific gas concentration in the exhaust gas is monitored. The gas concentration sensor is provided in the solid electrolyte element, and the temperature control is performed by heating the solid electrolyte element by a heater so that the activation temperature of the specific gas is reached. Therefore, if the performance of the heater is lowered and the solid electrolyte element is excessively heated or insufficiently heated, the specific gas cannot be brought into a desired active state, and it is difficult to detect the specific gas with high accuracy.
このため、ヒータの性能低下を検出することが要請され、かかる検出手段として、ヒータの初期状態と現在の状態とを比較して、ヒータの性能低下を検出する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1記載の検出方法では、ガス濃度センサ及びヒータの初期内部抵抗と現在の内部抵抗とを比較して、大きく変化している場合には性能が低下していると判定して所定の異常処理を行う。
しかしながら、特許文献1記載によるヒータ性能の低下の検出方法は、実際に使用している状態のガス濃度センサ及びヒータの内部抵抗を現在の内部抵抗として用いている。ところが、ガス濃度センサやヒータの内部抵抗は使用状況によって大きく変化する場合があるため、使用している状態のガス濃度センサ及びヒータの内部抵抗は、現在の内部抵抗を正確に検出していない場合がある。したがって、使用している状態におけるガス濃度センサ及びヒータの内部抵抗を現在の内部抵抗としてしまうと、ヒータの初期内部抵抗と正確に比較することが困難となる。 However, the method for detecting a decrease in heater performance described in Patent Document 1 uses the gas concentration sensor and the internal resistance of the heater in actual use as the current internal resistance. However, since the internal resistance of the gas concentration sensor and heater may vary greatly depending on the usage conditions, the current internal resistance of the gas concentration sensor and heater in use is not accurately detected. There is. Therefore, if the internal resistance of the gas concentration sensor and the heater in the state of use is the current internal resistance, it is difficult to accurately compare with the initial internal resistance of the heater.
本発明は、上記問題に鑑み、排ガスセンサの性能低下を精度よく検出する排ガスセンサの劣化検出装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a deterioration detection device for an exhaust gas sensor that accurately detects a decrease in the performance of the exhaust gas sensor.
上記課題に鑑み、本発明は、ヒータにより加熱される排ガスセンサの素子の素子抵抗を検出する素子抵抗検出回路と、前記素子抵抗検出回路が検出した素子抵抗に基づき該排ガスセンサを加熱する前記ヒータの電流を推定する第一ヒータ電流推定手段と、前記第一ヒータ電流推定手段により推定されたヒータ電流と、前記ヒータ電流検出手段により検出されたヒータ電流とを比較して当該排ガスセンサが劣化したか否かを判定する劣化判定手段と、を有することを特徴とする排ガスセンサの劣化検出装置を提供する。 In view of the above problems, the present invention, the heater for heating the element resistance detection circuit for detecting the element resistance of the element of the exhaust gas sensor is heated by a heater, the exhaust gas sensor based on the element resistance which the element resistance detection circuit detects The exhaust gas sensor has deteriorated by comparing the heater current estimated by the first heater current estimating means, the heater current estimated by the first heater current estimating means, and the heater current detected by the heater current detecting means. There is provided a deterioration detection device for an exhaust gas sensor, characterized by comprising deterioration determination means for determining whether or not.
排ガスセンサの性能低下を精度よく検出する排ガスセンサの劣化検出装置を提供することができる。 It is possible to provide an exhaust gas sensor deterioration detection device that accurately detects a reduction in performance of an exhaust gas sensor.
以下、本発明の実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。本実施の形態では、排ガスセンサのヒータの抵抗値に基づき、ヒータの性能の劣化を検出する排ガスセンサの劣化検出装置100について説明する。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, an exhaust gas sensor
排ガスセンサについて簡単に説明する。図1は、排ガスセンサの概略図を示す。排ガスセンサ1は、固体電解質を含む一対の隔壁2,3の間に区画形成され排ガスが導入される排ガスチャンバ9と、隔壁2を挟んで配置され電圧の印加により排ガスチャンバ9内部の酸素イオンを排ガスチャンバ外部に放出する酸素ポンプ電極8と、隔壁3を挟んで配置され電圧の印加により排ガスチャンバ9内部のNOXを分解し生成した酸素イオンを排ガスチャンバ外部に放出するとともに該酸素イオンを放出する際に生じる電流値からNOX濃度が測定されるNOX検知電極25と、を有する。
The exhaust gas sensor will be briefly described. FIG. 1 shows a schematic view of an exhaust gas sensor. The exhaust gas sensor 1 includes an exhaust gas chamber 9 which is formed between a pair of
また、スペーサ26を介して隔壁3に対向するようにヒータ壁27が配置されている。ヒータ壁27はアルミナを材料として形成され、ヒータ壁27の内部には加熱用のヒータ28が複数個配置されている。ヒータ28は図示しない外部電源に接続され、このヒータ28によって排ガスセンサ1内が所定の温度に加熱されている。
A
排ガスチャンバ9では、一対の隔壁2,3の間に形成された排ガスの流路に排ガスが導入される。排ガスチャンバ9は、少なくとも一対の隔壁2,3によって区画されると共に、拡散律速壁5とスペーサ6などにより同時に区画されて外界より遮蔽される。拡散律速壁5はアルミナ等の多孔体や、多孔体あるいは非多孔体に細孔が形成された、排ガスを所定の拡散律速抵抗をもって排ガスチャンバ9内部に導入可能な材料によって形成される。また、スペーサ6はアルミナ等の通常の材料によって形成する。
In the exhaust gas chamber 9, exhaust gas is introduced into the exhaust gas flow path formed between the pair of
固体電解質としては、酸素イオン導電性を持つものを使用することができ、例えばジルコニア,酸化ビスマス,酸化セリウム、あるいはこれらの材料にイットリア、カルシア、セリア,マグネシア等を添加したものなどの通常の固体電解質を用いる。 As the solid electrolyte, one having oxygen ion conductivity can be used, for example, a normal solid such as zirconia, bismuth oxide, cerium oxide, or a material obtained by adding yttria, calcia, ceria, magnesia or the like to these materials. Use electrolyte.
酸素ポンプ電極8は、Ptあるいは酸素感受性を有する既知の合金等を用いる。酸素ポンプ電極8のうち、一方の電極4は隔壁2の排ガスチャンバ側表面に配置され、他方の電極7は排ガスチャンバ9の外側表面に配置されて酸素ポンプ電極8を構成する。したがって、この酸素ポンプ電極8に電圧を印加することにより、排ガスチャンバ内部の酸素は隔壁2の排ガスチャンバ側表面に配置された電極である内部側電極4に接し、隔壁2に含まれる固体電解質を介して排ガスチャンバ外部表面に配置されている外部側電極7に輸送されて排ガスチャンバ外部に放出される。この酸素ポンプ電極8の作用で排ガスチャンバ内部の酸素分圧は低下する。
The
酸素分圧が低下することで、排ガスチャンバ内部のNOxよりNOが生成され、このNOはNOX検知電極25によって検知される。また、酸素分圧が低下することで排ガスに含まれる酸素がNOX検知電極25に接触することが低減され、酸素の干渉により生じるNOX検知電極の測定誤差が低減される。 As the oxygen partial pressure decreases, NO is generated from NO x inside the exhaust gas chamber, and this NO is detected by the NO X detection electrode 25. The oxygen partial pressure of oxygen contained in the exhaust gas by reduction is reduced to be in contact to the NO X sensing electrode 25, the measurement error of the NO X sensing electrodes caused by the interference of the oxygen is reduced.
NOX検知電極25は、NOXの選択還元性のある、例えば、Pt/Rh電極等を用いる。NOX検知電極25は、酸素ポンプ電極8と同様に、一方の電極である内部側NOX検知極30が隔壁3の排ガスチャンバ側に配置され、他方の電極である外部検知電極20は排ガスチャンバ9の外部に配置されてNOX検知電極を構成している。
As the NO X detection electrode 25, for example, a Pt / Rh electrode or the like having NO X selective reduction is used. Similarly to the
NOX検知電極25に電圧が印加されると、上述した酸素ポンプの作用により生成した排ガスチャンバ内部のNOが内部側NOX検知極30により分解されて酸素イオンが生じる。この酸素イオンは隔壁3に含まれる固体電解質を経て外部検知電極20に輸送されて排ガスチャンバ外部に放出され、このとき生じる電流値によってNOX濃度が測定される。NOX検知電極25は、排ガス流れの最下流側に、酸素ポンプ電極8と同程度の位置かさらに下流側に配置される。なお、NOX検知電極25に限らず他の排ガス成分を検知するための各種電極を排ガスチャンバ内に同時に配置してもよい。
When a voltage is applied to the NO X detection electrode 25, the NO inside the exhaust gas chamber generated by the action of the oxygen pump described above is decomposed by the internal NO X detection electrode 30 to generate oxygen ions. The oxygen ions are transported to the
本実施例では、固体電解質素子(以下、単に素子という場合がある)の電気抵抗(以下、素子抵抗という)に基づき推定したヒータ28の抵抗値と、ヒータ28の電流値から算出したヒータ28の抵抗値と、に基づきヒータ28の劣化を検出する排ガスセンサ1の劣化検出装置100について説明する。
In this embodiment, the resistance value of the
図2は、本実施例の排ガスセンサ1の劣化検出装置100における機能ブロック図を示す。排ガスセンサの劣化検出装置100は、排ガスセンサ劣化検出ECU(以下、単に劣化検出ECUという)10により制御される。劣化検出ECU10には、素子抵抗センサ11、ヒータ電流センサ12、バッテリ電圧センサ13が接続される。また、劣化検出ECU10は、第一ヒータ抵抗推定手段16、ヒータ抵抗算出手段17、劣化判定手段18、素子温度−素子抵抗MAP14とヒータ温度−ヒータ抵抗MAP15とを有するように構成される。
FIG. 2 is a functional block diagram of the
素子抵抗センサ11は、印加電圧と電流との関係により、固体電解質素子の電気抵抗を検出して、電気抵抗の値に応じた信号を劣化検出ECU10に送出する。例えば、酸素ポンプ電極8をポンプとして制御することを一時的(数マイクロ秒〜数ミリ秒程度)に中断し、電圧V1を印可したときの電流I1及び電圧V2を印可したときの電流I2を計測し、(V1−V2)/(I1−I2)を素子抵抗として算出する。酸素ポンプ電極8がポンプとして制御されていない状態で素子抵抗を検出することで、固体電解質素子の内部抵抗変化の影響を受けずに素子抵抗を検出することができる。
The
また、ヒータ電流センサ12は、複数のヒータ28に流れる電流のうち一以上のヒータ28の電流を検出して、電流値に応じた信号を劣化検出ECU10に送出する。また、バッテリ電圧センサ13は、ヒータ28に電力を供給するバッテリの電圧を検出して、検出した電圧の値に応じた信号を劣化検出ECU10に送出する。
The heater
素子温度−素子抵抗MAP14は、図3(a)に示すように素子温度と素子抵抗の関係を示したものである。したがって、素子温度−素子抵抗MAP14を参照することで、素子温度が検出されれば素子抵抗が抽出され、素子抵抗が検出されれば素子抵抗が抽出される。素子温度−素子抵抗MAP14は、予め所定の素子温度範囲に対して素子抵抗を計測しておくことで生成され、劣化検出ECU10は生成された当該素子温度−素子抵抗MAP14を保持する。
The element temperature-element resistance MAP14 shows the relationship between the element temperature and the element resistance as shown in FIG. Therefore, by referring to the element temperature-element resistance MAP14, the element resistance is extracted if the element temperature is detected, and the element resistance is extracted if the element resistance is detected. The element temperature-element resistance MAP14 is generated by measuring the element resistance in advance with respect to a predetermined element temperature range, and the
また、ヒータ温度−ヒータ抵抗MAP15は、図3(b)に示すように正常なヒータ28のヒータ温度とヒータ抵抗の関係を示したものである。したがって、ヒータ温度−ヒータ抵抗MAP15を参照することで、ヒータ温度が検出されればヒータ抵抗が抽出され、ヒータ抵抗が検出されればヒータ温度が抽出される。ヒータ温度−ヒータ抵抗MAP15は、予め所定のヒータ温度範囲に対してヒータ抵抗を計測しておくことで生成される。
The heater temperature-heater resistance MAP15 indicates the relationship between the heater temperature of the
なお、ヒータ温度とヒータ抵抗の関係においては、個体差によるばらつきがあるので、ヒータ温度−ヒータ抵抗MAP15に、個体差によるばらつきを考慮した幅を持たせることが好適である。図3(b)では、ヒータ温度に対して、低い抵抗を示す抵抗下限品、ほぼ中央の抵抗を示す抵抗中央品、及び、高い抵抗を示す抵抗上限品、の3つを例にヒータ温度とヒータ抵抗の関係を示している。ヒータ温度−ヒータ抵抗MAP15は、図3(b)のようなばらつきを考慮して生成されるので、下限品又は上限品の幅の間で正常な範囲のヒータ抵抗(又はヒータ温度)が抽出される。 Since the relationship between the heater temperature and the heater resistance varies depending on individual differences, it is preferable that the heater temperature-heater resistance MAP15 has a width that takes into account the variation due to individual differences. In FIG. 3B, the heater temperature and the resistance lower limit product showing a low resistance, the resistance center product showing a substantially central resistance, and the resistance upper limit product showing a high resistance with respect to the heater temperature are taken as an example. The relationship of heater resistance is shown. Since the heater temperature-heater resistance MAP15 is generated in consideration of the variation as shown in FIG. 3B, a normal range of heater resistance (or heater temperature) is extracted between the widths of the lower limit product and the upper limit product. The
第一ヒータ抵抗推定手段16は、排ガスセンサの素子抵抗に基づき、素子温度−素子抵抗マップ14から素子温度を抽出し、抽出した素子温度に基づきヒータ28の温度を推定し、推定したヒータ28の温度に基づき、ヒータ温度−ヒータ抵抗マップ15からヒータ28の抵抗を抽出する、ことで排ガスセンサの素子抵抗から排ガスセンサを加熱するヒータ28の抵抗値を推定する。また、ヒータ抵抗算出手段17は、ヒータ28の電流値とヒータ28に電力を供給しているバッテリの電圧に基づき、ヒータの抵抗値を算出する。また、劣化判定手段18は、第一ヒータ抵抗推定手段16とヒータ抵抗算出手段17により推定された二つの抵抗値を比較して当該排ガスセンサが劣化したか否かを判定する。
The first heater resistance estimating means 16 extracts the element temperature from the element temperature-
以上の構成に基づき、ガスセンサの劣化検出装置100の作用について説明する。図4は、排ガスセンサの劣化検出の手順を示すフローチャート図を示す。排ガスセンサの劣化の検出は、例えば、自動車のエンジンが始動してからヒータや素子温度が安定する時間を見込んで行われる。
Based on the above configuration, the operation of the gas sensor
まず、素子抵抗センサ11は、固体電解質素子の電気抵抗を検出して、劣化検出ECU10に素子抵抗の値を送出する。劣化検出ECU10は、素子温度−素子抵抗MAP14を参照して、素子抵抗に対応する素子温度を抽出する(S11)。
First, the
ところで、隔壁3等の固体電解質素子は、ヒータ28により加熱されるので、素子温度はヒータ28の温度と同程度であると推定される。劣化検出ECU10は、抽出された素子温度からヒータ28のヒータ温度を推定する(S12)。
Incidentally, since the solid electrolyte element such as the partition wall 3 is heated by the
ついで、劣化検出ECU10は、ヒータ温度−ヒータ抵抗MAP15を参照して、ヒータ温度に対応するヒータ抵抗を抽出する(S13)。なお、ヒータ温度−ヒータ抵抗MAP15は、正常な状態のヒータについて生成されたものであるので、ヒータ温度−ヒータ抵抗MAP15から抽出されるヒータ抵抗は、ヒータ28が正常な場合のヒータ抵抗となる。
Next, the
ヒータ抵抗を抽出したら劣化検出ECU10は、ヒータ28の個体差によるばらつき、ヒータ温度と素子温度のずれ、素子抵抗の計測等から生じる誤差が処理された、ヒータ抵抗(以下、素子抵抗から求められたヒータ抵抗をヒータ抵抗Aという)を算出する(S14)。
Once the heater resistance is extracted, the
次いで、ヒータ電流センサ12は、ヒータ28の電流値を検出し、劣化検出ECU10に送出する(S15)。また、劣化検出ECU10は、ヒータ28に電力を供給しているバッテリの電圧を検出し、バッテリ電圧とヒータ28の電流値とに基づき、ヒータ抵抗(以下、ヒータ電流から求められたヒータ抵抗をヒータ抵抗Bという)を算出する(S16)。
Next, the heater
ヒータ抵抗Aとヒータ抵抗Bとが算出されると、劣化検出ECU10は、それらの差が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する(S17)。ヒータ抵抗Aは、ヒータ28が正常な場合のヒータ抵抗であり、ヒータ抵抗Bはヒータ電流センサ12により検出され、所定の手順で算出されたヒータ28のヒータ抵抗であるので、これらの差が所定の閾値よりも異なっていたら、ヒータ28に異常が生じたもの、本実施の形態では劣化したものと判定できる(ステップS17のYes)。
When the heater resistance A and the heater resistance B are calculated, the
例えば、ヒータ28の性能が低下したり、断線していればヒータ抵抗Bは正常な状態よりも大きく算出される。この場合、素子が加熱されず低いヒータ温度が推定され(S12)、低いヒータ抵抗が抽出されても(S13)、ヒータ抵抗Aは正常な値の範囲であるので、劣化検出ECU10は、ヒータ28が劣化したことを検出できる。また、複数のヒータ28のうち一つの性能が低下したり断線した場合、素子は他の正常なヒータ28により加熱されるのでヒータ抵抗Aは正常な値の範囲となるが、ヒータ抵抗Bはヒータ抵抗Aよりも所定の閾値以上大きくなるので、劣化検出ECU10は、ヒータ28が劣化したことを検出できる。
For example, if the performance of the
また、例えば、ヒータ28がショートしたような場合、ヒータ抵抗Bは正常な状態よりも小さく算出される。この場合、素子が加熱される場合や加熱されない場合が起こりうるが、ヒータ温度に基づき抽出されるヒータ抵抗Aは正常な値の範囲であるので、劣化検出ECU10は、ヒータ28が劣化したことを検出できる。
For example, when the
図5は、ヒータ抵抗Bが大きく算出された場合の、素子温度とヒータ抵抗の関係を示すグラフ図である。図5では、素子温度(X軸)に対してヒータ抵抗(Y軸)がプロットされている。図5のラインaは、ヒータ抵抗Aを示し、ラインbはヒータ抵抗Bを示す。また、ラインaとbの間にあるラインcは、劣化したか否かを判定する閾値である。したがって、素子抵抗から検出された素子温度において、ヒータ抵抗Bがラインcよりも大きければ、当該ヒータ28は劣化したと判定される。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the element temperature and the heater resistance when the heater resistance B is largely calculated. In FIG. 5, the heater resistance (Y axis) is plotted against the element temperature (X axis). A line a in FIG. 5 indicates the heater resistance A, and a line b indicates the heater resistance B. A line c between the lines a and b is a threshold value for determining whether or not the line is deteriorated. Therefore, if the heater resistance B is larger than the line c at the element temperature detected from the element resistance, it is determined that the
なお、図5では、素子温度の所定範囲においてヒータ抵抗との関係が示されているが、劣化したヒータ28のヒータ抵抗Bは図5の温度範囲全域において閾値cよりも大きくなっていることから、素子温度に依存せずヒータ28の劣化を検出できる。また、図3(b)に示したようにヒータ28の個体差等による誤差を考慮して、閾値をラインdのように設けてもよい。個体差を考慮して閾値を小さく(ラインa寄りに設ける)設定すれば、個体差があってもヒータの劣化を早期に検出できる。
FIG. 5 shows the relationship with the heater resistance in a predetermined range of the element temperature, but the heater resistance B of the deteriorated
以上のように、本実施例によれば、ヒータの性能が低下してヒータの抵抗が増大したような場合に、正常な状態のヒータ抵抗と比較できるので、劣化したヒータを正確に検出できる。また、正常な状態のヒータ抵抗は個体差等による誤差が処理されているので、ヒータの個体差による影響を低減して劣化を検出できる。また、ヒータ抵抗A及びBを算出する工程数が少なく、新たに追加する部品数も少ないので、コストを低減してヒータの劣化を検出できる。 As described above, according to the present embodiment, when the heater performance decreases and the heater resistance increases, the heater resistance in a normal state can be compared, so that a deteriorated heater can be detected accurately. Further, since errors due to individual differences are processed in the heater resistance in a normal state, it is possible to detect deterioration by reducing the influence due to individual differences in heaters. Further, since the number of steps for calculating the heater resistances A and B is small and the number of newly added parts is small, it is possible to detect the deterioration of the heater while reducing the cost.
なお、図4ではヒータ抵抗に基づいて劣化を判定したが、予め図3(b)のような、ヒータ温度とヒータ電流の関係を計測しヒータ温度とヒータ電流MAPを生成しておけば、ステップS17の比較をヒータ電流に基づいて行い、ヒータの劣化を検出できる。同様に、予めヒータ温度とヒータ電圧の関係を計測しておけば、ヒータ電圧に基づいてヒータの劣化を検出できる。 In FIG. 4, the deterioration is determined based on the heater resistance. However, if the relationship between the heater temperature and the heater current is previously measured and the heater temperature and the heater current MAP are generated as shown in FIG. The comparison of S17 is performed based on the heater current, and the deterioration of the heater can be detected. Similarly, if the relationship between the heater temperature and the heater voltage is measured in advance, the deterioration of the heater can be detected based on the heater voltage.
また、本実施例を適用すれば、ヒータ28の劣化だけでなく、固体電解質素子の異常を検出することもできる。図6は、素子温度に基づいて、固体電解質素子の異常を検出する手順を示すフローチャート図を示す。
If this embodiment is applied, not only the deterioration of the
まず、劣化検出ECU10は、ヒータ電流センサ12により検出されたヒータ電流とバッテリ電圧センサ13により検出されたバッテリ電圧に基づきヒータ抵抗Bを算出する(S101)。算出されたヒータ抵抗Bに基づき図3(b)のヒータ温度−ヒータ抵抗MAP15を参照して、ヒータ温度を抽出する(S102)。該ヒータ温度は、素子温度と同程度と推測されるので、該ヒータ温度に基づき素子温度(以下、素子温度Aという)が推定される(S103)。
First, the
次いで、劣化検出ECU10は、固体電解質素子の電気抵抗に基づき、素子温度−素子抵抗MAP14を参照して、素子抵抗に対応する素子温度(以下、素子温度Bという)を抽出する(S104)。固体電解質素子に何らかの異常があれば抽出される素子温度Bは、素子温度Aと所定の閾値以上異なると予想されるので、劣化検出ECU10は、素子温度AとBとを比較することで、固体電解質素子の異常を検出することができる(S105)。
Next, the
本実施例では、吸気温又は外気温等に基づいて、ヒータの劣化を検出する排ガスセンサの劣化検出装置100について説明する。図7は、本実施例の排ガスセンサの劣化検出装置100における機能ブロック図を示す。なお、図7において、図2と同一構成部分には同一の符号を付しその説明は省略する。
In this embodiment, a description will be given of a
排ガスセンサの劣化検出装置100は、排ガスセンサ劣化検出ECU(以下、単に劣化検出ECUという)10により制御される。劣化検出ECU10には、ソークタイマ51、吸気温センサ52、A/Fセンサヒータ53、サブO2センサヒータ54、外気温センサ55、水温センサ56、が接続される。
The exhaust gas sensor
ソークタイマ51は、エンジンを停止してからの時間(以下、ソーク時間(コンポーネントの温度を環境温度に安定化させる時間)という)を計測し、計測している時間を劣化検出ECU10に送出する。また、吸気温センサ52は、エンジンが吸気するエアの温度を検出して、劣化検出ECU10に送出する。A/Fセンサヒータ53は、A/Fセンサを加熱するヒータであり、当該ヒータの温度を検出して劣化検出ECU10に送出する。また、サブO2センサヒータ54は、サブO2センサを加熱するヒータであり、当該ヒータの温度を検出して劣化検出ECU10に送出する。また、外気温センサ55と水温センサ56は、外気の温度とエンジン冷却水の温度をそれぞれ検出し劣化検出ECU10に送出する。
The soak timer 51 measures a time after the engine is stopped (hereinafter referred to as a soak time (a time for stabilizing the component temperature to the environmental temperature)), and sends the measured time to the
ところで、エンジンが停止するとエンジンからの発熱や、ヒータへの電力供給が停止される。このため、エンジン停止後、時間の経過と共に、排ガスセンサ劣化検出装置100のヒータ28、及び、A/Fセンサヒータ、サブO2センサヒータの各ヒータの温度は、外気温や吸気温に漸近する。図8は、ソーク時間に対する、外気温、A/Fセンサヒータの温度、サブO2センサヒータの温度、エンジン冷却水温及び吸気温、の関係の一例を示す。なお、外気温のみ右側の軸に取り、外気温はほぼ一定の値を示している。
By the way, when the engine is stopped, heat generation from the engine and power supply to the heater are stopped. For this reason, the temperature of the
図8によれば、t1分(例えば60分)経過後では、サブO2センサヒータの温度と外気温とが近接してきており、また、t2分(例えば120分)経過後では、A/Fセンサヒータの温度と吸気温が近接してきている。したがって、エンジン停止後からある程度の時間が経過すれば、A/Fセンサヒータの温度やサブO2センサヒータの温度は、外気温や吸気温と同程度になったものと推定できる。 According to FIG. 8, the temperature of the sub O 2 sensor heater and the outside air temperature are close to each other after elapse of t1 minutes (for example, 60 minutes), and A / F after elapse of t2 minutes (for example, 120 minutes). Sensor heater temperature and intake air temperature are close to each other. Therefore, when a certain amount of time has elapsed after the engine is stopped, it can be estimated that the temperature of the A / F sensor heater and the temperature of the sub O 2 sensor heater are approximately the same as the outside air temperature and the intake air temperature.
排ガスセンサ劣化検出装置100のヒータ28の温度も、A/Fセンサヒータの温度やサブO2センサヒータの温度と同様に、エンジン停止後からある程度の時間が経過すれば外気温や吸気温と同程度になったものと推定できる。したがって、ソーク時間とA/Fセンサヒータ等の温度との関係を用いれば、外気温、A/Fセンサヒータの温度、サブO2センサヒータの温度、エンジン冷却水温又は吸気温に基づき、ヒータ28の温度を推定できる。また、ヒータ28の温度が推定されれば、実施例1と同様にヒータ抵抗を抽出し、排ガスセンサの劣化を検出できる。図7の第二ヒータ抵抗推定手段19は、これら車両の各部位に備えられた温度センサにより検出された温度に基づき、排ガスセンサを加熱するヒータ28の抵抗値を推定する。
Similarly to the temperature of the A / F sensor heater and the temperature of the sub O 2 sensor heater, the temperature of the
図9は、所定のソーク時間経過後にヒータ28の劣化を検出する手順を示すフローチャート図である。図9の検出手順は、例えば、自動車のエンジンの停止直後からスタートする。図9の検出手順がスタートすると劣化検出ECU10は、ソーク時間が予め定められた時間TSを経過したか否かを判定する(S21)。時間TSは、外気温や季節に応じて図8のようなソーク時間とA/Fセンサヒータ等の温度の関係を計測することで予め定められている。劣化検出ECU10は、ソーク時間が時間TSになるまでステップS21の判定を繰り返す。
FIG. 9 is a flowchart showing a procedure for detecting the deterioration of the
ソーク時間が時間TSを経過すると、劣化検出ECU10は、吸気温センサ52、A/Fセンサヒータ53、サブO2センサヒータ54、外気温センサ55、水温センサ56から、各センサの検出した温度を取得する(S22)。
When the soak time elapses time TS, the
劣化検出ECU10は、取得した各温度のうち、排ガスセンサ劣化検出装置100のヒータ28の温度を推定するのに適切な温度をヒータ28の温度として抽出する(S23)。そして抽出されたヒータ28の温度に基づき、図3(b)のヒータ温度−ヒータ抵抗MAPを参照し、ヒータ抵抗(以下、吸気温等から推定されたヒータ抵抗をヒータ抵抗Cという)を抽出する。
The
排ガスセンサ劣化検出装置100のヒータ28の温度を推定するのに適切な温度は、取得した各温度のうち最も低い温度を用いてもよいし、A/Fセンサヒータの温度又はサブO2センサヒータの温度のうち低い温度を用いてもよい。
As the temperature suitable for estimating the temperature of the
次いで、劣化検出ECU10は、ヒータ電流センサ12の検出したヒータ電流及びバッテリ電圧センサ13の検出したバッテリ電圧に基づき、ヒータ抵抗(以下、ヒータ電流から求められたヒータ抵抗をヒータ抵抗Dという)を算出する(S24)。
Next, the
ヒータ抵抗Cとヒータ抵抗Dとが算出されると、劣化検出ECU10はそれらを比較する(S25)。ヒータ抵抗Cは、ヒータ28以外のA/Fセンサヒータの温度やサブO2センサヒータの温度等から推定された抵抗値であるので、正常な状態のヒータ抵抗を示していると想定される。また、ヒータ抵抗Dはヒータ電流センサ12により検出され、所定の手順で算出されたヒータ28のヒータ抵抗であるので、これらの差が所定の閾値よりも異なっていたら(ステップS25のYes)、ヒータ28に異常が生じたもの、本実施の形態では劣化したものと判定できる(S26)。
When the heater resistance C and the heater resistance D are calculated, the
例えば、ヒータ28の性能が低下したり断線した場合、ヒータ抵抗Dは正常な状態よりも大きく算出される。この場合、ヒータ抵抗CはA/Fセンサヒータ等他のヒータの温度から推定されているので、ヒータ抵抗Cは正常な値となる。したがって、ヒータ抵抗Dはヒータ抵抗Cよりも所定の閾値以上大きくなり、劣化検出ECU10は、ヒータ28が劣化したことを検出できる。
For example, when the performance of the
また、例えば、ヒータ28がショートしたような場合、ヒータ抵抗Dは正常な状態よりも小さく算出される。この場合、ヒータ抵抗Cは他の温度センサから推定されているので、ヒータ抵抗Cは正常な値となる。したがって、ヒータ抵抗Dはヒータ抵抗Cよりも所定の閾値以上小さくなり、劣化検出ECU10は、ヒータ28が劣化したことを検出できる。
For example, when the
ヒータ抵抗CとDの比較の結果、ヒータ抵抗CとDの差が閾値以上でなければ、ヒータ28は劣化していないと判定して、図9の検出手順は終了する。
As a result of the comparison between the heater resistances C and D, if the difference between the heater resistances C and D is not greater than or equal to the threshold value, it is determined that the
本実施例によれば、ソークタイマ51を設けることでヒータ抵抗(ヒータ抵抗D)を求められ、該ヒータ抵抗とヒータ電流に基づき算出されたヒータ抵抗(ヒータ抵抗C)に基づき、正確にヒータ28の劣化を検出できる。また、ヒータ抵抗CやDを算出する工程数が少なく、新たに追加する部品数も少ないので、コストを低減してヒータの劣化を検出できる。 According to the present embodiment, the heater resistance (heater resistance D) is obtained by providing the soak timer 51, and the heater 28 (heater resistance C) calculated based on the heater resistance and the heater current is accurately determined. Deterioration can be detected. Further, since the number of steps for calculating the heater resistance C and D is small and the number of newly added parts is small, it is possible to detect the deterioration of the heater while reducing the cost.
以上のように、本実施の形態における排ガスセンサの劣化検出装置100によれば、ヒータ抵抗に基づきヒータの劣化を検出し、排ガスセンサの劣化を精度よく検出することができる。また、ヒータ抵抗だけでなく、ヒータ電流やヒータ電流に基づいて排ガスセンサの劣化を検出することができる。また、ヒータの劣化による排ガスセンサの劣化だけでなく、固体電解質素子の異常に基づいて排ガスセンサの劣化を検出することができる。
As described above, according to the exhaust gas sensor
1 排ガスセンサ
2,3 隔壁
5 拡散律速壁
8 酸素ポンプ電極
9 排ガスチャンバ
10 排ガスセンサ劣化検出ECU
11 素子抵抗センサ
12 ヒータ電流センサ
13 バッテリ電圧センサ
14 素子温度−素子抵抗MAP
15 ヒータ温度−ヒータ抵抗MAP
51 ソークタイマ
100 劣化検出装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
11
15 Heater temperature-Heater resistance MAP
51 Soak timer
100 Deterioration detection device
Claims (2)
前記素子抵抗検出回路が検出した素子抵抗に基づき該排ガスセンサを加熱する前記ヒータの電流を推定する第一ヒータ電流推定手段と、
前記ヒータのヒータ電流を検出するヒータ電流検出手段と、
前記第一ヒータ電流推定手段により推定されたヒータ電流と、前記ヒータ電流検出手段により検出されたヒータ電流とを比較して当該排ガスセンサが劣化したか否かを判定する劣化判定手段と、
を有することを特徴とする排ガスセンサの劣化検出装置。 An element resistance detection circuit for detecting the element resistance of the element of the exhaust gas sensor heated by the heater ;
A first heater current estimating means for estimating the current of the heater in which the element resistance detection circuit heats the exhaust gas sensor based on the device resistance was detected,
Heater current detecting means for detecting a heater current of the heater;
A deterioration determining means for comparing the heater current estimated by the first heater current estimating means with the heater current detected by the heater current detecting means to determine whether or not the exhaust gas sensor has deteriorated;
A deterioration detection device for an exhaust gas sensor, comprising:
前記素子抵抗検出回路が検出した素子抵抗に基づき該排ガスセンサを加熱する前記ヒータの電圧を推定する第一ヒータ電圧推定手段と、
前記ヒータのヒータ電圧を検出するヒータ電圧検出手段と、
前記第一ヒータ電圧推定手段により推定されたヒータ電圧と、前記ヒータ電圧検出手段により検出されたヒータ電圧とを比較して当該排ガスセンサが劣化したか否かを判定する劣化判定手段と、
を有することを特徴とする排ガスセンサの劣化検出装置。 An element resistance detection circuit for detecting the element resistance of the element of the exhaust gas sensor heated by the heater;
A first heater voltage estimating means for estimating a voltage of the heater in which the element resistance detection circuit heats the exhaust gas sensor based on the device resistance was detected,
Heater voltage detecting means for detecting the heater voltage of the heater;
A deterioration determining means for comparing the heater voltage estimated by the first heater voltage estimating means with the heater voltage detected by the heater voltage detecting means to determine whether or not the exhaust gas sensor has deteriorated;
A deterioration detection device for an exhaust gas sensor, comprising:
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