JP6684169B2 - Gas sensor control device - Google Patents
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Description
本発明は、自動車等の内燃機関に用いられるガスセンサ制御装置に関するものである。 The present invention relates to a gas sensor control device used in an internal combustion engine of an automobile or the like.
従来、自動車に使用されるセンサとして、排気中の酸素濃度を検出するA/Fセンサ等が知られている。A/Fセンサは、センサ素子を流れる電流の大きさが排気中の酸素濃度に応じて変化することを利用して、酸素濃度の検出、ひいては排気の空燃比を検出するものである。空燃比の検出結果はエンジンECU等により構成される空燃比制御システムにて用いられ、空燃比をストイキ(理論空燃比)近傍でフィードバック制御するストイキ燃焼制御等が実現される。 Conventionally, as sensors used in automobiles, A / F sensors and the like that detect the oxygen concentration in exhaust gas have been known. The A / F sensor detects the oxygen concentration and thus the air-fuel ratio of the exhaust by utilizing the fact that the magnitude of the current flowing through the sensor element changes according to the oxygen concentration in the exhaust. The detection result of the air-fuel ratio is used in an air-fuel ratio control system configured by an engine ECU or the like, and stoichiometric combustion control or the like in which the air-fuel ratio is feedback-controlled in the vicinity of stoichiometry (theoretical air-fuel ratio) is realized.
空燃比の検出には、センサ素子が有する電圧−電流(V−I)特性が利用される。すなわち、V−I特性の限界電流域における素子電流の値が、排気の空燃比の増減に伴って増減することを利用して、排気の空燃比の算出の際には、限界電流域で電圧を印加し、センサ素子に流れる電流を検出する。 The voltage-current (VI) characteristic of the sensor element is used to detect the air-fuel ratio. That is, by utilizing the fact that the value of the element current in the limit current region of the VI characteristic increases / decreases with the increase / decrease in the air-fuel ratio of exhaust gas, the voltage in the limit current region is used when calculating the air-fuel ratio of exhaust gas. Is applied to detect the current flowing through the sensor element.
また、センサ素子は、空燃比の検出に際して活性状態となるように、ヒータによって加熱されている。ヒータによる加熱は、ヒータへの通電量によって制御されている。ヒータへの通電量は、素子抵抗値とセンサ素子の活性化温度に対応する抵抗である目標値との偏差をなくすように制御されている。すなわち、素子抵抗フィードバック制御が実施される。 Further, the sensor element is heated by the heater so as to be in an active state when detecting the air-fuel ratio. The heating by the heater is controlled by the amount of electricity supplied to the heater. The amount of electricity supplied to the heater is controlled so as to eliminate the deviation between the element resistance value and the target value which is the resistance corresponding to the activation temperature of the sensor element. That is, element resistance feedback control is performed.
ここで、センサ素子が劣化すると、素子抵抗は増大する。その結果、V−I特性の抵抗支配域の傾きが小さくなり、限界電流域に変化が生じる。かかる場合、空燃比の検出に悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、従来の技術では、素子抵抗フィードバック制御において、目標とする素子抵抗値を一定にすることで、限界電流域の電圧幅の変化を防ぎ、空燃比の検出精度を維持している(例えば、特許文献1)。 Here, when the sensor element deteriorates, the element resistance increases. As a result, the slope of the resistance-dominated region of the VI characteristic becomes smaller, and the limit current region changes. In such a case, the detection of the air-fuel ratio may be adversely affected. Therefore, in the conventional technology, in the element resistance feedback control, by keeping the target element resistance value constant, the change in the voltage width in the limit current region is prevented, and the detection accuracy of the air-fuel ratio is maintained (for example, Patent Document 1).
しかしながら、センサ素子の劣化が進行した状況下において、素子抵抗フィードバック制御での目標値を一定にして制御を行う場合には、センサ素子の温度が上昇してしまうことが懸念される。そして、素子温度の上昇により、センサ素子の劣化がさらに促進され、センサの寿命が短くなるおそれがある。 However, in a situation where the deterioration of the sensor element has progressed, when the control is performed while keeping the target value in the element resistance feedback control constant, there is a concern that the temperature of the sensor element may rise. Then, due to the rise of the element temperature, the deterioration of the sensor element is further promoted and the life of the sensor may be shortened.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、酸素濃度の検出精度を確保しつつ、センサ素子の温度上昇を抑制することができるガスセンサ制御装置を提供することを主目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and a main object of the present invention is to provide a gas sensor control device capable of suppressing the temperature rise of the sensor element while ensuring the detection accuracy of the oxygen concentration. .
本発明は、固体電解質層と一対の電極とを有する限界電流式のセンサ素子と、前記センサ素子を加熱するヒータとを備えるガスセンサに適用され、前記一対の電極に電圧を印加した状態で、内燃機関の排気中の酸素濃度に応じた限界電流を出力する一方で、前記センサ素子の素子抵抗値と前記センサ素子の温度との相関を用い、素子抵抗値を目標値にフィードバック制御することで、前記センサ素子における素子温度制御を実施するガスセンサ制御装置であって、前記センサ素子の劣化度合が所定レベル以下であることを判定する劣化判定部と、前記センサ素子の劣化度合が前記所定レベル以下であると判定された場合に、前記センサ素子の劣化に伴い縮小される限界電流域の幅を所定範囲内としつつ、前記目標値を、前記センサ素子の劣化度合に基づいて大きくする側に変更する目標設定部と、を備えることを特徴とする。 The present invention is applied to a gas sensor including a sensor element of a limiting current type having a solid electrolyte layer and a pair of electrodes, and a heater for heating the sensor element, in a state where a voltage is applied to the pair of electrodes, an internal combustion engine. While outputting a limiting current according to the oxygen concentration in the exhaust gas of the engine, by using the correlation between the element resistance value of the sensor element and the temperature of the sensor element, by feedback control the element resistance value to a target value, A gas sensor control device for performing element temperature control in the sensor element, wherein a deterioration determination unit that determines that the degree of deterioration of the sensor element is below a predetermined level, and the degree of deterioration of the sensor element is below the predetermined level. If it is determined that there is a deterioration of the sensor element while keeping the width of the limiting current region reduced with the deterioration of the sensor element within a predetermined range. A target setting section to change to the side to increase based on the case, characterized in that it comprises a.
限界電流式のガスセンサにおいては、センサ素子の劣化に伴い素子抵抗値の増加が生じることが考えられ、素子抵抗値が増加している状況下で、素子抵抗値の目標値を一定にしてフィードバック制御を行う場合には、素子温度の上昇が懸念される。また、素子抵抗値が増加している状況下では、ガスセンサのV−I特性(限界電流特性)における抵抗支配域の傾きが小さくなるため、限界電流域が狭くなることが考えられる。 In the limiting current type gas sensor, the element resistance value may increase as the sensor element deteriorates.In a situation where the element resistance value is increasing, the target value of the element resistance value is kept constant and feedback control is performed. When performing, there is a concern that the element temperature will rise. Further, in a situation where the element resistance value is increasing, the slope of the resistance-dominant region in the VI characteristic (limit current characteristic) of the gas sensor becomes small, so it is considered that the limit current region becomes narrow.
具体的には、ガスセンサのV−I特性において、限界電流域の高電圧側の境界電圧(すなわち水分解域との境界電圧)は、素子劣化が生じても概ね不変であるのに対し、低電圧側の境界電圧(すなわち抵抗支配域との境界電圧)は、センサ素子の劣化に伴い高電圧側に変化する。そのため、素子抵抗値が増加している状況下では限界電流域が狭くなる。 Specifically, in the V-I characteristic of the gas sensor, the boundary voltage on the high voltage side of the limiting current region (that is, the boundary voltage with the water splitting region) is almost unchanged even if the element deterioration occurs, while it is low. The boundary voltage on the voltage side (that is, the boundary voltage with the resistance-dominated region) changes to the high voltage side as the sensor element deteriorates. Therefore, the limit current region becomes narrower under the condition that the element resistance value increases.
この点、上記構成では、センサ素子の劣化度合が所定レベル以下である場合において、限界電流域の幅を所定範囲内としつつ、目標値を、センサ素子の劣化度合に基づいて大きくする側に変更するようにした。かかる場合、限界電流域の幅が確保されつつ、目標値が変更されるため、限界電流域を用いた酸素濃度の検出が可能である。一方、素子抵抗値の目標値が大きくする側に変更されることで、フィードバック制御下で、センサ素子が劣化した場合に生じるセンサ素子の温度上昇を抑制することができる。これにより、酸素濃度の検出精度を確保しつつ、センサ素子の温度上昇を抑制することができる。 In this respect, in the above configuration, when the degree of deterioration of the sensor element is equal to or lower than a predetermined level, the target value is changed to a side that is increased based on the degree of deterioration of the sensor element while keeping the width of the limiting current region within the predetermined range. I decided to do it. In such a case, since the target value is changed while the width of the limiting current region is secured, it is possible to detect the oxygen concentration using the limiting current region. On the other hand, by changing the target value of the element resistance value to the larger side, it is possible to suppress the temperature rise of the sensor element that occurs when the sensor element deteriorates under the feedback control. Thereby, it is possible to suppress the temperature rise of the sensor element while ensuring the detection accuracy of the oxygen concentration.
(第1実施形態)
以下、本実施形態に係る制御システムを図面に従って説明する。本実施形態は、車両に搭載されるエンジンにより排出される排気を被検出ガスとし、同排気中の酸素濃度(空燃比:A/F)を検出するA/Fセンサの制御システムを具体化している。
(First embodiment)
Hereinafter, the control system according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. The present embodiment embodies an A / F sensor control system that detects exhaust gas emitted from an engine mounted on a vehicle as a gas to be detected and detects an oxygen concentration (air-fuel ratio: A / F) in the exhaust gas. There is.
まず、A/Fセンサ10の構成について図1を用いて説明する。本A/Fセンサ10は積層型構造のセンサ素子20を有している。図1はそのセンサ素子20の断面構成を示す。実際には当該センサ素子20は図1の紙面直交方向に延びる長尺状をなし、素子全体がハウジングや素子カバー内に収容される構成となっている。センサ素子20は、固体電解質層21、拡散抵抗層22、遮蔽層23及び絶縁層24を有し、これらが図の上下に積層されて構成されている。同素子の周囲には図示しない保護層が設けられている。長方形板状の固体電解質層21は部分安定化ジルコニア製のシートであり、その固体電解質層21を挟んで上下一対の電極25,26が対向配置されている。拡散抵抗層22は電極25へ排気を導入するための多孔質シートからなり、遮蔽層23は排気の透過を抑制するための緻密層からなる。拡散抵抗層22には、電極25を囲むようにして排気チャンバ27が設けられている。
First, the configuration of the A / F sensor 10 will be described with reference to FIG. The A / F sensor 10 has a
絶縁層24はアルミナ等の高熱伝導性セラミックスからなり、電極26に対面する部位には大気ダクト28が形成されている。また、同絶縁層24にはヒータ29が埋設されている。ヒータ29は、バッテリ電源からの通電により発熱する線状の発熱体よりなり、その発熱により素子全体を加熱する。そして、センサ素子20が活性状態を保つように、ヒータ29への通電量がデューティ制御されている。
The insulating
上記構成のセンサ素子20において、その周囲の排気は拡散抵抗層22の側方部位から導入された後、拡散抵抗層22内を経由して排気チャンバ27に流れ込み、電極25に達する。排気がリーンの場合、排気中の酸素が電極25で分解され、電極26より大気ダクト28に排出される。また、排気がリッチの場合、逆に大気ダクト28内の酸素が電極26で分解され、電極25側に排出される。
In the
次に、センサ制御回路30の具体的な構成について図2を用いて説明する。センサ制御回路30は、マイコン40と検出回路部とを有している。検出回路部は、センサ素子20に流れる素子電流IL、及びセンサ素子20のインピーダンスZacを検出し、その検出結果をマイコン40に対して出力する。マイコン40は、CPU、各種メモリ等を備える周知の論理演算回路にて構成されている。また、マイコン40は、素子電流ILの検出結果に基づいて排気の空燃比を把握し、空燃比フィードバック制御等を適宜実施する他、インピーダンスZacの検出結果に基づいてヒータ29の通電制御を実施する。
Next, a specific configuration of the
センサ制御回路30において、センサ素子20の正側端子にはオペアンプ41及び電流検出抵抗42を介して基準電圧電源43が接続され、同センサ素子20の負側端子には印加電圧制御回路44が接続されている。この場合、電流検出抵抗42の一端のA点は基準電圧Vf(例えば2.2V)と同じ電圧に保持される。素子電流は電流検出抵抗42を介して流れ、素子電流に応じてB点の電圧が変化する。例えば排気がリーンの場合、センサ素子20においてS+端子からS−端子に電流が流れるためB点電圧が上昇し、リッチの場合、S−端子からS+端子に電流が流れるためB点電圧が低下する。
In the
印加電圧制御回路44では、基本構成として、B点電圧をモニタするとともにその電圧値に応じてセンサ素子20に印加すべき電圧を決定し、S−側の電圧を制御する。また、電流検出抵抗42の両端のA点及びB点には増幅回路が接続されており、その増幅回路の出力であるA/F出力電圧がマイコン40のA/D入力端子に取り込まれる。
As a basic configuration, the applied
また、インピーダンスZacの検出時には、所定周波数の交流信号が、基準電圧電源43と合成されてインピーダンス検出回路45に対して出力される。この場合、B点電圧は基準電圧電源43を中心に交流変化する。そして、インピーダンス検出回路45では、交流信号の振幅を検出するとともに、その振幅に相当する信号をインピーダンス検出信号として出力する。なおこの場合、マイコン40では、交流電圧の変化量と交流電流の変化量とからインピーダンスZacが算出される。
When the impedance Zac is detected, an AC signal having a predetermined frequency is combined with the reference
ここで、A/F値の検出には、図3に示す電圧−電流特性(V−I特性)が利用される。図3では、センサ素子20の印加電圧VPを横軸に示し、素子電流ILを縦軸に示している。図3の特性線において、横軸である電圧軸に平行な直線部分(フラット部分)は限界電流としての素子電流ILを特定する限界電流域である。限界電流域での素子電流ILの増減は、空燃比の増減(すなわち、リーン・リッチの程度)に対応している。つまり、空燃比がリーン側になるほど素子電流ILは増大し、空燃比がリッチ側になるほど素子電流ILは減少する。なお、限界電流域の低電圧側には、センサ素子20の直流抵抗Riを比例係数とする抵抗支配域があり、限界電流域の高電圧側には、排気中の水が分解される水分解域がある。すなわち、限界電流域は、抵抗支配域との境界電圧と、水分解域との境界電圧との間の電圧範囲として定められている。
Here, the voltage-current characteristic (VI characteristic) shown in FIG. 3 is used to detect the A / F value. In FIG. 3, the horizontal axis represents the applied voltage VP of the
ここで、図4の等価回路を用いて、センサ素子20の素子抵抗について説明する。固体電解質層21は、固体電解質層21の粒子内の抵抗であるバルク抵抗R1と、粒子間の抵抗である粒界抵抗R2とを有している。一方、固体電解質層21と電極25,26との境界面である電極界面は、電極界面の物質の通過を妨げる界面抵抗R3を有している。また、C2は固体電解質層21の粒子間の静電容量(粒界容量)であり、C3は固体電解質層21と電極25,26との間の静電容量(界面容量)である。すなわち、センサ素子20の等価回路は、バルク抵抗R1と、粒界抵抗R2及び粒界容量C2の並列接続体と、界面抵抗R3及び界面容量C3の並列接続体とを、直列接続したものとして表すことができる。なお、インピーダンスZacは、固体電解質層21の抵抗分、すなわちバルク抵抗R1と粒界抵抗R2の合計に近似した値を示している。また、直流抵抗Riは、バルク抵抗R1と、粒界抵抗R2と、界面抵抗R3との合計を示している。なお、低周波数(例えば、0.1Hz)の交流電圧を印加した場合のセンサ素子20の素子抵抗値は、直流抵抗Riと近似した値となる。
Here, the element resistance of the
なお、直流抵抗Riは、周知の方法で取得される。例えば、エンジン停止後に低周波数(例えば、0.1Hz)で電圧を印加して、その印加電圧に応じて検出される電流値とその電圧値とに基づいて、直流抵抗Riを取得することができる。また、その他の方法として、素子電流ILが検出されない状況下(例えば、0.2V)における電圧値と電流値との関係から直流抵抗Riを取得することも可能である。 The DC resistance Ri is obtained by a known method. For example, after the engine is stopped, a voltage is applied at a low frequency (for example, 0.1 Hz), and the DC resistance Ri can be obtained based on the current value detected according to the applied voltage and the voltage value. . In addition, as another method, it is possible to acquire the DC resistance Ri from the relationship between the voltage value and the current value under the situation where the element current IL is not detected (for example, 0.2 V).
ところで、空燃比の検出に際しては、センサ素子20が活性状態となるようにセンサ素子20はヒータ29によって加熱されている。ヒータ29の通電は、インピーダンスZacとセンサ素子20の活性化温度に対応するインピーダンスである目標値Zactgとの偏差をなくすように制御されている。つまり、素子抵抗フィードバック制御が行われている。
By the way, when detecting the air-fuel ratio, the
従来の素子抵抗フィードバック制御では、目標値Zactgを一定にして制御している。しかしながら、かかる場合には、センサ素子20の劣化に伴って素子抵抗値が増大することにより、素子温度が上昇する。その結果、センサ素子20の劣化をさらに促進させてしまうおそれがある。そこで、マイコン40における制御では、センサ素子20の劣化度合に基づいて、目標値Zactgを大きくする側に変更することとした。具体的には、センサ素子20が劣化した場合であっても、素子温度がセンサ素子20を活性化する目標温度で一定となるか、又はその目標温度から所定内の温度となるように、目標値Zactgを変更する。
In the conventional element resistance feedback control, the target value Zactg is controlled to be constant. However, in such a case, the element resistance value increases as the
図5には、センサ素子20が劣化した際のV−I特性を示す。図5中、初期の状態のV−I特性を実線で、劣化した状態のV−I特性を破線で示している。センサ素子20が劣化した場合、直流抵抗Ri、すなわちセンサ素子20の素子抵抗値の増大に伴って、抵抗支配域における一次直線の傾きは小さくなる。かかる場合、限界電流域の低電圧側の境界点VAは、高電圧方向のVA1にシフトするのに対し、限界電流域の高電圧側の境界点VBの位置は、センサ素子の劣化によっても概ね変化しない。その結果、センサ素子20の劣化に伴って、限界電流域における横軸に平行な直線部分の幅は狭くなる。
FIG. 5 shows the VI characteristic when the
ここで、本実施形態における制御によって、目標値Zactgを大きくする側に変更する場合には、目標値Zactgの増大に伴って直流抵抗Riは大きくなる。その結果、V−I特性における限界電流域の電圧幅が狭くなることとなる。そしてこの場合、空燃比検出の精度が低下してしまうことが懸念される。 Here, when the target value Zactg is changed to be increased by the control according to the present embodiment, the DC resistance Ri increases as the target value Zactg increases. As a result, the voltage width of the limiting current region in the VI characteristic becomes narrow. In this case, there is a concern that the accuracy of air-fuel ratio detection will decrease.
そこで、本実施形態では、限界電流域の幅を所定範囲内としつつ、目標値Zactgを大きくする側に変更するようにしている。すなわち、限界電流域の幅を所定以上とすることにより、空燃比の検出が可能な限界電流域の幅を確保しつつ、目標値Zactgを大きくして素子温度の上昇を抑制する。目標値Zactgの設定において、センサ素子20の素子温度と空燃比検出の精度とはトレードオフの関係にあり、本実施形態では、両者のバランスを考慮しつつ、素子抵抗フィードバック制御における目標値Zactgを設定する。
Therefore, in the present embodiment, the target value Zactg is changed to be larger while keeping the width of the limiting current region within a predetermined range. That is, by setting the width of the limit current region to a predetermined value or more, the target value Zactg is increased and the increase in the element temperature is suppressed while ensuring the width of the limit current region in which the air-fuel ratio can be detected. In setting the target value Zactg, there is a trade-off relationship between the element temperature of the
ここで、目標値Zactgの設定について詳しく説明する。図6及び図7は、横軸を素子温度、縦軸を素子抵抗値の対数値として、これら両者の関係を示す図である。図6では、電解質抵抗と電極反応抵抗とを含む全抵抗(直流抵抗Ri)と、電解質抵抗(インピーダンスZac)とについて、初期特性と劣化特性とが示されている。この場合、劣化状態では、初期状態と比べて各抵抗の対数値が増加している。また、センサ素子20において活性化に必要な活性化エネルギは劣化の有無にかかわらず不変であるため、素子温度に対する各抵抗の対数値の傾きは劣化前後で同じになっている。図6では、各抵抗の対数値は、素子温度に対して一次関数として表されている。なお、目標抵抗値を一定にして素子抵抗フィードバック制御が実施される場合には、劣化に伴い素子温度が初期の目標温度T0からT1にシフトする。
Here, the setting of the target value Zactg will be described in detail. 6 and 7 are graphs showing the relationship between the element temperature on the horizontal axis and the logarithmic value of the element resistance value on the vertical axis. In FIG. 6, initial characteristics and deterioration characteristics are shown for the total resistance (DC resistance Ri) including the electrolyte resistance and the electrode reaction resistance and the electrolyte resistance (impedance Zac). In this case, in the deteriorated state, the logarithmic value of each resistance increases as compared with the initial state. In addition, since the activation energy required for activation in the
また、直流抵抗Riが過大になると、V−I特性における抵抗支配域の傾きが過小になり、限界電流域が過度に狭くなる。そのため、空燃比の検出精度に悪影響が及ぶことが懸念される。そのため、図6では、全抵抗において劣化許容の上限値として劣化許容値が定められ、さらに、全抵抗の劣化許容値に基づいて、電解質抵抗の劣化許容値が定められている。 Further, if the DC resistance Ri becomes excessively large, the slope of the resistance dominant region in the VI characteristic becomes too small, and the limit current region becomes excessively narrow. Therefore, there is concern that the accuracy of detecting the air-fuel ratio may be adversely affected. Therefore, in FIG. 6, the deterioration allowable value is set as the upper limit of deterioration allowable for all resistances, and further, the deterioration allowable value of the electrolyte resistance is set based on the deterioration allowable value of all resistances.
そして、本実施形態では、素子温度と素子抵抗値の対数値との相関において目標値Zactgを大きくしても素子温度が一定であるようにして、センサ素子20の劣化度合に応じて、目標値Zactgを大きくする側に変更する。つまり本実施形態では、センサ素子20の劣化度合として素子抵抗値の対数値を用いて、目標値Zactgを設定することとしている。目標値Zactgの設定手順を図7を用いて説明する。図7では、初期状態として、素子温度と素子抵抗値の対数値との相関が特性線L0で表され、その特性線L0上において、目標温度T0に対応するZac0が初期の目標値Zactgとして定められている。そして、センサ素子20が劣化すると、特性線がL0からL1にシフトする。この場合、目標値ZactgをZac0にしたままでフィードバック制御を実施すると、素子温度が初期の目標温度T0からT1に上昇するが、本実施形態では、特性線L1上で新たな目標値Zactgを設定することとしている。具体的には、素子温度を目標温度T0のまま維持し、その上で目標値ZactgをZac0からZac1に変更する。
Then, in the present embodiment, the element temperature is kept constant even if the target value Zactg is increased in the correlation between the element temperature and the logarithmic value of the element resistance value, and the target value is set according to the degree of deterioration of the
図7において、「ZacH」は、電解質抵抗の劣化許容値に相当する値であって、素子抵抗値がZacH以下で制限されることにより、V−I特性における限界電流域が所定範囲内となり、限界電流域が過度に狭くなることが抑制されている。この場合、素子抵抗値がZacH以下であることにより、センサ素子20の劣化度合が所定レベル以下であることが判定されるようになっている。そして、素子抵抗値がZacH以下である状態において、素子温度の上昇を抑制しつつ多段階で目標値Zactgの増加側への変更を実施する。
In FIG. 7, “ZacH” is a value corresponding to the deterioration allowable value of the electrolyte resistance, and the element resistance value is limited to ZacH or less, so that the limiting current region in the VI characteristic is within a predetermined range, The limit current region is suppressed from becoming too narrow. In this case, since the element resistance value is ZacH or less, it is determined that the deterioration degree of the
具体的には、フィードバック制御を実施している状態でのヒータ通電量(例えばデューティ値)を取得し、目標値Zactgを一定にした状態下でヒータ通電量が所定値よりも大きくなる都度、目標値Zactgを、センサ素子20の劣化度合に基づいて大きくする側に変更する。この場合、ヒータ通電量が所定値よりも大きくなることは、Zactgを一定とした状態下において、素子劣化に伴い徐々に素子温度が上昇していることを意味し、その素子温度の上昇を抑制すべく、Zactgを大きくする側に更新する。これは、センサ素子20の劣化度合に基づいて、目標値Zactgを大きくする側に変更する処理に相当する。
Specifically, the heater energization amount (for example, the duty value) in the state where the feedback control is performed is acquired, and the target value Zactg is kept constant, and the heater energization amount becomes larger than the predetermined value each time. The value Zactg is changed to be increased based on the degree of deterioration of the
また本実施形態では、素子抵抗値がZacH以下であれば、すなわちセンサ素子20の劣化度合が所定レベル以内であれば、目標値Zactgを大きくする側に変更する一方で、素子抵抗値がZacHよりも大きくなれば、すなわち劣化度合が所定レベルを超えれば、目標値Zactgを所定の上限値に維持するようにしている。つまり、素子抵抗値がZacHに達するまでは素子温度の上昇を抑制しつつヒータ制御を実施し、素子抵抗値がZacHに達すると素子温度の上昇を許容しつつヒータ制御を実施する。
Further, in the present embodiment, if the element resistance value is equal to or lower than ZacH, that is, if the degree of deterioration of the
次に、目標値Zactgの設定処理について、図8のフローチャートを用いて説明する。本処理は、マイコン40により所定周期で繰り返し実施される。
Next, the setting process of the target value Zactg will be described with reference to the flowchart of FIG. This processing is repeatedly executed by the
図8において、まずステップS11では、エンジンが停止しているか否かを判定する。ステップS11がYESであればステップS12へ進み、NOであればそのまま本処理を終了する。ステップS12では、素子抵抗値であるインピーダンスZacを算出する。インピーダンスZacの算出に際しては、周知のインピーダンス検出法を用いることができる。具体的には、所定の交流周波数(例えば、5kHz)でセンサ素子20の印加電圧VPを一時的に変化させ、それに応答して変化する電流値Iを検出する。そして、その電流値Iに基づいて、インピーダンスZacを算出する。
In FIG. 8, first, in step S11, it is determined whether the engine is stopped. If step S11 is YES, it will progress to step S12, and if NO, this process will be complete | finished as it is. In step S12, the impedance Zac which is the element resistance value is calculated. When calculating the impedance Zac, a well-known impedance detection method can be used. Specifically, the applied voltage VP of the
続いて、ステップS13では、センサ素子20の温度上昇を示すパラメータとして、例えばヒータ29の通電量(デューティ値)を取得する。ヒータ29のデューティ値は、素子抵抗フィードバック制御下において、ヒータ29の通電量が安定している状態から算出される。図9には、ヒータ29のデューティ値と直流抵抗Riとの関係を示す。図9では、直流抵抗Riが大きくなるにつれて、デューティ値が大きくなる。これは、センサ素子20の劣化の進行に伴って素子温度が高くなり、その結果ヒータ29の通電量が大きくなるためである。つまり、ヒータ29のデューティ値はセンサ素子20の温度上昇を示すパラメータとなっている。
Then, in step S13, for example, the energization amount (duty value) of the
ステップS14では、デューティ値が所定の閾値Dthよりも大きいか否かを判定する。なお、閾値Dthは、センサ素子20の温度上昇が判定できる値であればよく、例えば現時点の目標値Zactgでフィードバック制御が実施される状況下での基準デューティ値に基づいて設定される。そして、ステップS14がNOである場合、目標値Zactgを変更する必要がないとして、ステップS15に進む。ステップS15では、目標値Zactgを現時点の設定のままに維持して、本処理を終了する。
In step S14, it is determined whether the duty value is larger than the predetermined threshold value Dth. The threshold value Dth may be any value as long as the temperature rise of the
ステップS14がYESであればステップS16へ進み、素子温度が予め定めた上限温度に達しているか否かを判定する。つまり、素子抵抗フィードバック制御を実施している状況下で、目標値Zactgを一定にし、その上で素子温度の上昇を許容している場合には、素子劣化に伴いデューティ値が徐々に増加し、それに応じて素子温度が上昇する。これを想定して、ステップS16では、デューティ値が、素子上限温度に対応する所定の上限閾値Dhよりも小さいか否かを判定する。ここで、ステップS16がNOであればステップS22へ進む。ステップS22では、センサ素子20が異常であると判定し、所定のダイアグ処理を実行する。例えば、ダイアグデータの保存や、ダイアグランプの点灯、警報装置の作動を実行する。
If step S14 is YES, it will progress to step S16 and it will be determined whether the element temperature has reached the predetermined upper limit temperature. That is, in the case where the target value Zactg is kept constant under the condition that the element resistance feedback control is executed and the element temperature is allowed to rise further, the duty value gradually increases as the element deteriorates, The element temperature rises accordingly. Assuming this, in step S16, it is determined whether the duty value is smaller than a predetermined upper limit threshold Dh corresponding to the element upper limit temperature. If step S16 is NO, the process proceeds to step S22. In step S22, it is determined that the
一方、ステップS16がYESであればステップS17へ進む。ステップS17では、センサ素子20の劣化度合に基づいて、素子抵抗フィードバック制御における新たな目標値Zactgを算出する。図7の説明で示すとおり、目標値Zactgの算出に際しては、素子抵抗値の対数値と素子温度との相関関係を利用している。ここでは、劣化度合に応じて、素子温度を一定とした状態で目標値Zactgを大きくし、新たな目標値ZactgとしてZacxを算出する。
On the other hand, if step S16 is YES, the process proceeds to step S17. In step S17, a new target value Zactg in element resistance feedback control is calculated based on the degree of deterioration of the
続いて、ステップS18では、センサ素子20の劣化度合が所定レベル以下であるか否かを判定する。具体的には、算出された新たな目標値Zactgが、電解質抵抗の劣化許容値ZacHよりも小さいか否かを判定する。Zacxが劣化許容値ZacHよりも小さければ(ステップS18:YES)、ステップS19へ進む。ステップS19では、Zacxを新たな目標値Zactgに設定する。かかる場合、次回のドライブサイクル時における素子抵抗フィードバック制御は、Zacxを目標値Zactgとして実施される。
Succeedingly, in a step S18, it is determined whether or not the deterioration degree of the
一方、ステップS18がNOであればステップS21へ進み、目標値Zactgを劣化許容値ZacHに設定する。すなわち、センサ素子20の劣化度合が所定レベルを超えた場合は、目標値Zactgを劣化許容値ZacHに維持することで、空燃比検出における検出精度を担保している。劣化許容値ZacHは、限界電流域の電圧幅によって定められる全抵抗の劣化許容値に基づいて定められる。
On the other hand, if step S18 is NO, the process proceeds to step S21, and the target value Zactg is set to the deterioration allowable value ZacH. That is, when the degree of deterioration of the
続いて、ステップS20では、目標値Zactgの変更量に応じて限界電流域の印加電圧VPの補正を実行する。具体的には、限界電流域の低電圧側の境界点が高電圧方向にシフトすることに合わせて、印加電圧VPを高電圧側に補正する。ここで、目標値Zactgの変化量ΔZacと補正量ΔVPとは、例えば図10に示すような相関関係を有する。図10より、変化量ΔZacが大きいほど、補正量ΔVPは大きい値として算出される。なお、補正後の電圧値は、限界電流域のシフト後の低電圧側の境界点と、高電圧側の境界点との中間点となるように設定されるとよい。 Succeedingly, in a step S20, the applied voltage VP in the limit current region is corrected in accordance with the change amount of the target value Zactg. Specifically, the applied voltage VP is corrected to the high voltage side in accordance with the shift of the boundary point on the low voltage side of the limit current region to the high voltage direction. Here, the change amount ΔZac of the target value Zactg and the correction amount ΔVP have a correlation as shown in FIG. 10, for example. From FIG. 10, the larger the change amount ΔZac, the larger the correction amount ΔVP is calculated. It should be noted that the corrected voltage value may be set to be an intermediate point between the boundary point on the low voltage side and the boundary point on the high voltage side after the shift of the limit current region.
図11は、センサ素子20の劣化度合に基づく目標値Zactgの設定を説明するための説明図である。図11では、センサ素子20の初期状態での素子温度と素子抵抗値の対数値との相関を特性線L0で表している。特性線L0は、センサ素子20の劣化が進むにつれて、L0→L1→L2→L3→L4へとシフトしていく。図11では、目標温度T0を維持しつつ、目標値Zactgを変更する構成について例示する。
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining setting of the target value Zactg based on the degree of deterioration of the
まず、センサ素子20の初期状態では、目標温度T0に対応するZac0を目標値Zactgとして、素子抵抗フィードバック制御が行われる。その後、特性線L1の状態になると、目標値Zactgが、特性線L1上で素子温度が目標温度T0のままとなるP1のZac1に変更される。また、特性線L2の状態になると、目標値Zactgが、特性線L2上で素子温度が目標温度T0のままとなるP2のZac2に変更される。Zac1への変更、Zac2への変更は、ヒータデューティ値が閾値Dthよりも大きくなったことに基づいて実施される。なお、Zac1及びZac2はともに、劣化許容値ZacHよりも小さい値である。
First, in the initial state of the
その後、センサ素子20の劣化がさらに進行し、特性線L3の状態になると、P3AのZac3Aは、劣化許容値ZacHよりも大きい値となる。この場合、目標値Zactgを劣化許容値であるZacHに変更する。これによって、センサ素子20の素子温度は、T0からT3へ上昇する。そして、さらに劣化が進んだ特性線L4の状態では、目標値ZactgをZacHに維持する。かかる場合、センサ素子20の素子温度は、T3からT4に上昇する。
After that, when the
図12には、素子抵抗フィードバック制御におけるセンサ素子20の素子温度と時間との関係を示す。図12に示すように、従来制御では、時間の経過に伴って素子温度が顕著に上昇していくのに対し、本実施形態における制御では、素子温度の温度上昇を抑制することができる。
FIG. 12 shows the relationship between the element temperature of the
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。 According to this embodiment described in detail above, the following excellent effects can be obtained.
限界電流式のA/Fセンサ10においては、センサ素子20の劣化に伴い素子抵抗値の増加が生じることが考えられ、素子抵抗値が増加している状況下で、素子抵抗値の目標値Zactgを一定にしてフィードバック制御を行う場合には、素子温度の上昇が懸念される。また、素子抵抗値が増加している状況下では、A/Fセンサ10のV−I特性における抵抗支配域の傾きが小さくなるため、限界電流域が狭くなることが考えられる。
In the limiting current type A / F sensor 10, it is considered that the element resistance value increases with the deterioration of the
この点を考慮し、センサ素子20の劣化度合が所定レベル以下である場合において、限界電流域の幅を所定範囲内としつつ、目標値Zactgを、センサ素子20の劣化度合に基づいて大きくする側に変更するようにした。かかる場合、限界電流域の幅が確保されつつ、目標値Zactgが変更されるため、限界電流域を用いた酸素濃度の検出が可能である。一方、素子抵抗値の目標値Zactgが大きくする側に変更されることで、フィードバック制御下で、センサ素子20が劣化した場合に生じるセンサ素子20の温度上昇を抑制することができる。これにより、酸素濃度の検出精度を確保しつつ、センサ素子20の温度上昇を抑制することができる。
In consideration of this point, when the degree of deterioration of the
具体的には、素子抵抗値と素子温度との相関に基づいて、素子温度を一定又は所定の範囲内となるように、目標値Zactgを大きくする側に変更した。これにより、センサ素子20の温度上昇をできる限り抑えることができる。
Specifically, based on the correlation between the element resistance value and the element temperature, the target value Zactg is changed to be larger so that the element temperature is constant or within a predetermined range. Thereby, the temperature rise of the
素子抵抗フィードバック制御を実施している状態でのヒータ通電量を取得し、目標値Zactgを一定にした状態下でヒータ通電量が所定値よりも大きくなる都度、目標値Zactgを、センサ素子20の劣化度合に基づいて大きくする側に変更する構成とした。この場合、ヒータ通電量により素子温度の上昇を監視することで、その素子温度が過剰に上昇しないようにしつつ適正に目標値Zactgを更新することができる。
The target value Zactg of the
また、センサ素子20の劣化度合が所定レベル以下であれば、目標値Zactgを大きくする側に変更し、所定レベルを超えれば、目標値Zactgを劣化許容値ZacHに維持するようにした。劣化度合が所定レベルを超えた場合であっても、目標値として所定の上限値を維持することで、限界電流域の幅は確保される。これにより、酸素濃度の検出精度を確保することができる。
Further, if the degree of deterioration of the
さらに、センサ素子20の劣化が一層進行したことに基づいて、劣化限界に達しているかを判定する異常判定部を設けた。この場合、劣化が深刻に進んだ状況下で、A/Fセンサ10の更なる使用を防ぐことができる。これにより、適正な状態のセンサ素子20を用いて、フィードバック制御等を行うことができる。
Further, an abnormality determination unit is provided to determine whether the deterioration limit has been reached based on the further deterioration of the
インピーダンスZacの対数値は、素子温度との関係において所定の相関を有し、例えば素子温度に対して一次関数として表すことができる。この点を考慮し、インピーダンスZacの対数値を求め、その対数値と素子温度との相関に基づいて、目標値Zactgを設定するようにした。この場合、センサ素子20の都度の劣化度合に則して素子抵抗値と素子温度との関係を容易に求めることができる。これにより、素子温度を所定温度にするための素子抵抗値の目標値Zactgを適正に求めることができる。
The logarithmic value of the impedance Zac has a predetermined correlation with the element temperature, and can be expressed as a linear function with respect to the element temperature, for example. Considering this point, the logarithmic value of the impedance Zac is obtained, and the target value Zactg is set based on the correlation between the logarithmic value and the element temperature. In this case, the relationship between the element resistance value and the element temperature can be easily obtained according to the degree of deterioration of the
目標値Zactgを大きくする側に変更することで、V−I特性における限界電流域の電圧幅は狭くなる。排気の酸素濃度を精度よく検出するためには、限界電流域で安定して電圧を印加する必要がある。この点を考慮し、目標値Zactgを大きくする側に設定した場合に、その変更量に応じて印加電圧の値を大きくするようにした。かかる場合、限界電流域の電圧幅の変動に合わせて、センサ素子20に印加する電圧値を補正することができ、酸素濃度の検出を精度よく行うことができる。
By changing the target value Zactg to be larger, the voltage width of the limiting current region in the VI characteristic becomes narrower. In order to accurately detect the oxygen concentration of exhaust gas, it is necessary to stably apply a voltage in the limit current region. In consideration of this point, when the target value Zactg is set to be increased, the value of the applied voltage is increased according to the change amount. In such a case, the voltage value applied to the
(第2実施形態)
以下に、第2実施形態について第1実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態では、センサ素子20の劣化度合が所定レベルよりも劣化度合の小さい所定の中間レベルに達したことを判定するとともに、センサ素子20の劣化度合が中間レベルに達したと判定された場合に、素子温度の想定温度を上昇させるべくフィードバック制御のゲインを大きくすることとしている。
(Second embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment. In the present embodiment, it is determined that the degree of deterioration of the
本実施形態における目標値Zactgの設定処理を、図13のフローチャートを用いて説明する。本処理は、図8の処理に置き換えて、マイコン40により所定周期で繰り返し実施される。なお、図8と同じステップについては同じステップ番号を付すとともに説明を簡略する。
The setting process of the target value Zactg in this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. This process is replaced with the process of FIG. 8 and repeatedly executed by the
図13では、ステップS11〜S16を経て、ステップS17において、センサ素子20の劣化度合に基づいてZacxを算出する。そして、続くステップS31では、センサ素子20の劣化度合を示すZacxが、電解質抵抗の劣化許容値ZacHよりも小さい値として定められている中間値ZacMよりも小さいか否かを判定する。このとき、センサ素子20の劣化度合が所定の中間レベルに達したか否かが判定される。Zacxが中間値ZacMよりも小さければ(ステップS31:YES)、ステップS19へ進む。ステップS19では、その時のZacxを新たな目標値Zactgに設定する。
In FIG. 13, through steps S11 to S16, and in step S17, Zacx is calculated based on the degree of deterioration of the
また、Zacxが中間値ZacM以上であれば(ステップS31:NO)、ステップS32へ進む。ステップS32では、Zacx≧ZacMとなってから初回の処理であるか否かを判定し、YESであればステップS33に進み、フィードバックゲインを大きくする側に変更する。このとき、例えば比例項ゲインがアップされる。フィードバックゲインを大きくすることで、仮に素子抵抗偏差が同じであっても、ヒータデューティ値が大きくなり、その分素子温度の上昇が見込まれる。なお、ここでの温度上昇は例えば20〜50℃程度であるとよい。 If Zacx is greater than or equal to the intermediate value ZacM (step S31: NO), the process proceeds to step S32. In step S32, it is determined whether or not the process is the first time since Zacx ≧ ZacM. If YES, the process proceeds to step S33, and the feedback gain is changed to be increased. At this time, for example, the proportional term gain is increased. By increasing the feedback gain, even if the element resistance deviation is the same, the heater duty value increases, and the element temperature is expected to rise accordingly. The temperature rise here is preferably about 20 to 50 ° C., for example.
その後、ステップS18では、Zacxが、電解質抵抗の劣化許容値ZacHよりも小さいか否かを判定する。このとき、センサ素子20の劣化度合が所定レベル以下であるか否かが判定される。ZacxがZacHよりも小さければ(ステップS18:YES)、ステップS19へ進む。ステップS19では、その時のZacxを新たな目標値Zactgに設定する。
Then, in step S18, it is determined whether Zacx is smaller than the electrolyte resistance deterioration allowable value ZacH. At this time, it is determined whether the degree of deterioration of the
また、ステップS18がNOであればステップS21へ進み、目標値Zactgを劣化許容値ZacHに設定する。その後、ステップS20では、目標値Zactgの変更量に応じて限界電流域の印加電圧VPの補正を実行する。 If NO in step S18, the process proceeds to step S21, and the target value Zactg is set to the allowable deterioration value ZacH. After that, in step S20, the applied voltage VP in the limit current region is corrected in accordance with the change amount of the target value Zactg.
図14は、センサ素子20の劣化度合に基づく目標値Zactgの設定を説明するための説明図である。図14では、上述の図11と同様、センサ素子20の初期状態での素子温度と素子抵抗値の対数値との相関を特性線L0で表し、その特性線L0が、センサ素子20の劣化に伴いL0→L1→L2→L3→L4へとシフトするものとしている。
FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining the setting of the target value Zactg based on the degree of deterioration of the
図14において、センサ素子20の劣化に伴い、特性線がL0→L1→L2にシフトした後、さらに中間値ZacMを超えて特性線L3の状態になると、素子温度の想定温度がT0からT5に変更される。この場合、フィードバックゲインを変更することにより、素子温度をT5とした上で、素子抵抗フィードバック制御が継続される。そして、センサ素子20のさらなる劣化に応じて、すなわち特性線がL3→L4→…にシフトするのに応じて、目標値Zactgの更新が行われる。目標値Zactgは、ZacxがZacHに達するまで多段階で実施される。
In FIG. 14, when the characteristic line shifts from L0 → L1 → L2 along with the deterioration of the
以上本実施形態では、センサ素子20の劣化度合を判定する判定閾値として、中間値ZacMと劣化許容値ZacHとを用い、センサ素子20の劣化度合が中間値ZacMに達した際に、フィードバックゲインを大きくして素子温度の想定温度を上昇させるようにした。この場合、素子温度の上昇を制限しつつ、素子抵抗値を適正に制御することができる。したがって、上記同様、酸素濃度の検出精度を確保することができる。
As described above, in the present embodiment, the intermediate value ZacM and the allowable deterioration value ZacH are used as the determination threshold values for determining the deterioration degree of the
本発明は上記実施形態に限らず、例えば次のように実施されてもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment and may be implemented as follows, for example.
・上記実施形態では、目標値Zactgを大きくする場合に、素子温度が一定となるようにして目標値Zactgを算出した。この点、素子温度の上昇が所定以内となるようにして、目標値Zactgを算出してもよい。例えば、素子温度の温度上昇と素子抵抗値の対数値とが所定の相関となるように、目標値Zactgを算出する構成であってもよい。図15には、かかる場合における目標値Zactgの推移を示す。 In the above embodiment, when the target value Zactg is increased, the target value Zactg is calculated so that the element temperature becomes constant. In this respect, the target value Zactg may be calculated so that the element temperature rises within a predetermined range. For example, the target value Zactg may be calculated so that the temperature rise of the element temperature and the logarithmic value of the element resistance value have a predetermined correlation. FIG. 15 shows the transition of the target value Zactg in such a case.
図15では、図11と同様にセンサ素子20の劣化度合に応じた特性線L0〜L4を示す。なお、図13では、上述の図11とは異なり、劣化の進行に伴い素子温度を所定以内で上昇させつつ、目標値Zactgを大きくする側に変更している。センサ素子20の初期状態では、Zac0を目標値Zactgとして、素子抵抗フィードバック制御が行われる。その後、特性線L1の状態になると、目標値Zactgを、特性線L1上であって、かつ素子温度が目標温度T0から所定温度上昇したT1xとなるZac1xに変更する。かかる場合、素子温度は、例えば一次関数からなる特性線LXに沿って変更され、T0からT1xに上昇する。また、特性線L2の状態になると、目標値Zactgを、特性線L2上であって、かつ素子温度がT1xから所定温度上昇したT2xとなるZac2xに変更する。かかる場合、素子温度はT1xからT2xに上昇する。その後、特性線L3の状態になると、目標値Zactgを劣化許容値であるZacHに変更する。これに伴って、素子温度はT2xからT3xに上昇する。そして、特性線L4の状態では、目標値ZactgをZacHに維持する。この構成によれば、センサ素子20の温度上昇を許容しつつも、従来の一定制御に比べて温度上昇の上昇幅を小さくすることができる。これにより、センサ素子20の温度上昇を抑制することができる。
In FIG. 15, similar to FIG. 11, characteristic lines L0 to L4 according to the degree of deterioration of the
・上記実施形態では、エンジン停止時に目標値Zactgの設定処理を実施する構成としたが、センサ素子20の劣化度合が判断できる状態であれば、特に限定されない。例えば、エンジン始動直後に本処理を実施する設定であってもよい。なお、この構成によれば、目標値Zactgを新たに設定した場合には、目標値Zactgはそのドライブサイクル時の素子抵抗フィードバック制御に直ちに用いられる。
In the above embodiment, the target value Zactg is set when the engine is stopped. However, the setting is not particularly limited as long as the degree of deterioration of the
・上記実施形態では、目標値Zactgを、素子抵抗値の対数値と素子温度との相関を用いることで算出した。この点、センサ素子20の劣化度合いに基づいて、目標値Zactgを算出できる構成であれば特に制限されない。目標値Zactgは、例えば、ヒータ29のデューティ値に応じて予め設定されたマップを用いて取得される。
In the above embodiment, the target value Zactg is calculated by using the correlation between the logarithmic value of the element resistance value and the element temperature. In this respect, there is no particular limitation as long as the target value Zactg can be calculated based on the degree of deterioration of the
・上記第2実施形態において、センサ素子20の劣化度合を判定する中間レベルを複数設定してもよい。この場合、センサ素子20の劣化度合が中間レベル1に達した時に、素子温度の上昇を見込んでフィードバックゲインを大きくするとともに、その後、センサ素子20の劣化度合が中間レベル2に達した時に、再び素子温度の上昇を見込んでフィードバックゲインを大きくするとよい。
In the second embodiment described above, a plurality of intermediate levels for determining the degree of deterioration of the
・ガスセンサは、上記実施形態のA/Fセンサ10以外に、起電力セルとポンプセルとを備える、いわゆる2セル構造のガスセンサであってもよい。また、排気中のNOx濃度を検出するNOxセンサであってもよい。さらに、センサ素子20として、積層型構造のもの以外に、コップ型構造のものを用いることも可能である。
The gas sensor may be a so-called two-cell structure gas sensor including an electromotive force cell and a pump cell, in addition to the A / F sensor 10 of the above embodiment. Further, it may be a NOx sensor that detects the NOx concentration in the exhaust gas. Further, as the
10…A/Fセンサ、20…センサ素子、21…固体電解質層、25,26…電極、29…ヒータ、40…マイコン。 10 ... A / F sensor, 20 ... Sensor element, 21 ... Solid electrolyte layer, 25, 26 ... Electrode, 29 ... Heater, 40 ... Microcomputer.
Claims (8)
前記一対の電極に電圧を印加した状態で、内燃機関の排気中の酸素濃度に応じた限界電流信号を出力する一方で、前記センサ素子の素子抵抗値と前記センサ素子の温度である素子温度との相関を用い、素子抵抗値を目標値にフィードバック制御することで、前記センサ素子における素子温度制御を実施するガスセンサ制御装置(40)であって、
前記素子抵抗値に基づいて算出される前記センサ素子の劣化度合が所定レベル以下であることを判定する劣化判定部と、
前記センサ素子の劣化度合が前記所定レベル以下であると判定された場合に、前記目標値を、前記センサ素子の劣化度合に基づいて大きくする側に変更する目標設定部と、
を備え、
前記センサ素子では、前記限界電流信号の出力が可能な電圧域である限界電流域の高電圧側の境界電圧は、前記センサ素子の劣化によらず不変であり、前記限界電流域の低電圧側の境界電圧は、前記センサ素子の劣化に伴い高電圧側に変化し、前記センサ素子の劣化に伴い前記限界電流域の幅が縮小し、前記センサ素子の劣化度合が前記所定レベル以下であることにより、前記限界電流域の幅が所定以上となり、
前記目標設定部は、前記センサ素子の劣化度合が前記所定レベル以下であると判定された場合に、前記目標値を、前記センサ素子の劣化度合に基づいて大きくする側に変更するガスセンサ制御装置。 It is applied to a gas sensor (10) provided with a limiting current type sensor element (20) having a solid electrolyte layer (21) and a pair of electrodes (25, 26), and a heater (29) for heating the sensor element,
While applying voltage to the pair of electrodes, while outputting a limiting current signal according to the oxygen concentration in the exhaust gas of the internal combustion engine, the element resistance value of the sensor element and the element temperature which is the temperature of the sensor element, A gas sensor control device (40) for performing element temperature control in the sensor element by feedback controlling the element resistance value to a target value using the correlation of
A deterioration determination unit that determines that the degree of deterioration of the sensor element calculated based on the element resistance value is below a predetermined level,
When it is determined that the degree of deterioration of the sensor element is less than or equal to the predetermined level, the target value, the target setting unit that changes to the side to increase based on the degree of deterioration of the sensor element,
Equipped with
In the sensor element, the boundary voltage on the high voltage side of the limit current area, which is the voltage area in which the limit current signal can be output, is unchanged regardless of the deterioration of the sensor element, and the low voltage side of the limit current area. The boundary voltage of the sensor element changes to a high voltage side as the sensor element deteriorates, the width of the limiting current region decreases as the sensor element deteriorates, and the degree of deterioration of the sensor element is equal to or less than the predetermined level. Due to this, the width of the limiting current region becomes a predetermined value or more,
The target setting unit, when the degree of deterioration of the sensor element is determined to the a predetermined level or less, before Symbol the target value, the gas sensor control unit to change to the side to increase based on the deterioration degree of the sensor element .
前記目標設定部は、前記目標値を一定にした状態下で前記通電量が所定値よりも大きくなる都度、前記目標値を、前記センサ素子の劣化度合に基づいて大きくする側に変更する請求項1乃至4のいずれか1項に記載のガスセンサ制御装置。 An energization amount acquisition unit that acquires the energization amount of the heater in the state of performing the feedback control is provided,
Claim wherein the target setting unit, each time the energization amount in a state that the target value constant is larger than a predetermined value, that the target value is changed to the side to increase based on the deterioration degree of the sensor element 5. The gas sensor control device according to any one of 1 to 4 .
前記センサ素子の劣化度合が前記中間レベルに達したと判定された場合に、前記素子温度の想定温度を上昇させるべく前記フィードバック制御のゲインを大きくするゲイン変更部と、
を備える請求項1乃至5のいずれか1項に記載のガスセンサ制御装置。 A second determination unit that determines that the degree of deterioration of the sensor element has reached a predetermined intermediate level having a smaller degree of deterioration than the predetermined level;
When it is determined that the degree of deterioration of the sensor element has reached the intermediate level, a gain changing unit that increases the gain of the feedback control in order to increase the assumed temperature of the element temperature,
The gas sensor control device according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
前記電解質抵抗値の対数値を、前記劣化度合として算出する劣化度合算出部と、
を備え、
前記目標設定部は、前記対数値と前記素子温度との相関に基づいて、前記目標値を設定する請求項1乃至6のいずれか1項に記載のガスセンサ制御装置。 Along with applying an alternating voltage of a predetermined frequency to the pair of electrodes, as the element resistance value, a resistance calculation unit that calculates an electrolyte resistance value that is a resistance value of the solid electrolyte layer,
A logarithmic value of the electrolyte resistance value, a deterioration degree calculation unit that calculates as the deterioration degree,
Equipped with
The gas sensor control device according to claim 1, wherein the target setting unit sets the target value based on a correlation between the logarithmic value and the element temperature.
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