JPH04313055A - 空燃比センサの活性化判定装置 - Google Patents
空燃比センサの活性化判定装置Info
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- JPH04313055A JPH04313055A JP3069845A JP6984591A JPH04313055A JP H04313055 A JPH04313055 A JP H04313055A JP 3069845 A JP3069845 A JP 3069845A JP 6984591 A JP6984591 A JP 6984591A JP H04313055 A JPH04313055 A JP H04313055A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
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- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、機関の空燃比を検出
する空燃比センサを劣化させることなく、空燃比センサ
の活性点を精度よく検出できるようにした空燃比センサ
の活性化判定装置に関する。
する空燃比センサを劣化させることなく、空燃比センサ
の活性点を精度よく検出できるようにした空燃比センサ
の活性化判定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近時、内燃機関の吸入混合気の空燃比を
、使用空燃比の全域にわたり精度よく目標値に制御する
ため、排気系に全領域空燃比センサを設けて、空燃比と
相関する排気成分を検出して、燃料供給量をフィードバ
ック制御することが提案されている。
、使用空燃比の全域にわたり精度よく目標値に制御する
ため、排気系に全領域空燃比センサを設けて、空燃比と
相関する排気成分を検出して、燃料供給量をフィードバ
ック制御することが提案されている。
【0003】このような空燃比センサは、この素子部の
温度が約400〜500℃以上とならないと機能しない
ため、センサ素子部を加熱するヒータを設けて、センサ
素子部を活性化温度以上に維持するヒータが設けられて
いるが、センサ温度が低い状態より機関を始動する場合
などでは、ヒータ起動後センサ素子温度が前記活性化温
度以上であることを確認して使用しないと、センサが破
損するおそれがある。
温度が約400〜500℃以上とならないと機能しない
ため、センサ素子部を加熱するヒータを設けて、センサ
素子部を活性化温度以上に維持するヒータが設けられて
いるが、センサ温度が低い状態より機関を始動する場合
などでは、ヒータ起動後センサ素子温度が前記活性化温
度以上であることを確認して使用しないと、センサが破
損するおそれがある。
【0004】この空燃比センサの活性化判定方法は種々
提案されており、このようなものとしては、たとえば、
特開昭61−241652号公報に記載されたごとく、
センサのヒータ印加後の所定時間経過時にセンサの活性
化が完了したと判別する方法や、特開昭64−9357
号公報に記載されたごとく、センサのポンプ素子へ電流
を流した状態にて電池素子およびポンプ素子の電極間電
圧が所定範囲内にあるとき活性状態と判別する方法など
が知られている。この従来例を、以下、図において説明
する。
提案されており、このようなものとしては、たとえば、
特開昭61−241652号公報に記載されたごとく、
センサのヒータ印加後の所定時間経過時にセンサの活性
化が完了したと判別する方法や、特開昭64−9357
号公報に記載されたごとく、センサのポンプ素子へ電流
を流した状態にて電池素子およびポンプ素子の電極間電
圧が所定範囲内にあるとき活性状態と判別する方法など
が知られている。この従来例を、以下、図において説明
する。
【0005】図8は空燃比センサを用いて空燃比制御を
行う従来のエンジン制御系の構成図である。また、図1
は、従来および後述するこの発明の空燃比制御装置の一
実施例の構成図、図9は従来のセンサの起動方法を説明
するセンサ起動時のタイムチャートである。以下、従来
装置の説明に際し、図8および図9(従来のセンサ起動
時のタイムチャート)に基づき説明するが、必要に応じ
て図1を援用して述べる。
行う従来のエンジン制御系の構成図である。また、図1
は、従来および後述するこの発明の空燃比制御装置の一
実施例の構成図、図9は従来のセンサの起動方法を説明
するセンサ起動時のタイムチャートである。以下、従来
装置の説明に際し、図8および図9(従来のセンサ起動
時のタイムチャート)に基づき説明するが、必要に応じ
て図1を援用して述べる。
【0006】図8において、1は空燃比センサであり、
エンジン30の排気管31に取り付けられており、2は
空燃比センサ1のセンサ制御アンプ、3はエンジン回転
センサ、4は吸気量センサ、5はエンジン30の冷却水
温センサ、6は燃料噴射弁、7は空燃比制御装置、8は
スロットル弁、9はスロットル弁8のスロットル開度セ
ンサ、32は吸気管である。
エンジン30の排気管31に取り付けられており、2は
空燃比センサ1のセンサ制御アンプ、3はエンジン回転
センサ、4は吸気量センサ、5はエンジン30の冷却水
温センサ、6は燃料噴射弁、7は空燃比制御装置、8は
スロットル弁、9はスロットル弁8のスロットル開度セ
ンサ、32は吸気管である。
【0007】この図8において、エンジン回転センサ3
はエンジン回転数Neを検出し、吸気量センサ4は吸気
量Qe を検出し、スロットル開度センサ8はスロット
ル開度θを検出し、冷却水温センサ5は冷却水温WTを
検出し、これらの検出値をそれぞれ空燃比制御装置7に
出力するようにしており、これらの検出値はエンジン3
0の運転状態を示す状態量である。
はエンジン回転数Neを検出し、吸気量センサ4は吸気
量Qe を検出し、スロットル開度センサ8はスロット
ル開度θを検出し、冷却水温センサ5は冷却水温WTを
検出し、これらの検出値をそれぞれ空燃比制御装置7に
出力するようにしており、これらの検出値はエンジン3
0の運転状態を示す状態量である。
【0008】また、スロットル弁8を通して導入した吸
気と、吸気管32において、燃料噴射弁6から噴射され
た燃料との混合気の空燃比は、排気管31に取り付けら
れた空燃比センサ1で、センサ制御アンプ2を用いて検
出され、センサ制御アンプ2より空燃比出力が同様に空
燃比制御装置7に送出される。
気と、吸気管32において、燃料噴射弁6から噴射され
た燃料との混合気の空燃比は、排気管31に取り付けら
れた空燃比センサ1で、センサ制御アンプ2を用いて検
出され、センサ制御アンプ2より空燃比出力が同様に空
燃比制御装置7に送出される。
【0009】次に、図1より空燃比センサ1の詳細な構
成について述べる。この図1において、空燃比センサ1
はセンサ素子部11とヒータ12よりなり、センサ素子
部11は酸素ポンプ素子11a、酸素濃淡電池素子11
b、拡散室11c、大気室11dよりなり、センサ制御
アンプ2はポンプ電流制御手段としての差動積分増幅器
21、ポンプ電流検出手段としての差動増幅器22と非
反転増幅器23、ポンプ電圧検出手段としての非反転増
幅器24、ポンプ電流カット手段としてのカットトラン
ジスタ25、ヒータ制御回路26より構成されている。
成について述べる。この図1において、空燃比センサ1
はセンサ素子部11とヒータ12よりなり、センサ素子
部11は酸素ポンプ素子11a、酸素濃淡電池素子11
b、拡散室11c、大気室11dよりなり、センサ制御
アンプ2はポンプ電流制御手段としての差動積分増幅器
21、ポンプ電流検出手段としての差動増幅器22と非
反転増幅器23、ポンプ電圧検出手段としての非反転増
幅器24、ポンプ電流カット手段としてのカットトラン
ジスタ25、ヒータ制御回路26より構成されている。
【0010】酸素濃淡電池素子11bの電圧が差動積分
増幅器21の反転入力端に、基準電圧Vref が非反
転入力端に接続され、酸素ポンプ素子11aには差動積
分増幅器21の出力が電流検出抵抗Rsを介して入力さ
れ、電流検出抵抗Rsの両端電圧が差動増幅器22の非
反転入力端と反転入力端に入力され、非反転増幅器23
の出力端はその反転入力端に接続され、差動増幅器22
の出力が非反転増幅器23の非反転入力端に接続され、
反転入力にはオフセット電流VOBが接続され、非反転
増幅器24は非反転入力に酸素ポンプ素子11aの印加
電圧が、また反転入力端にはオフセット電圧VPBが接
続されている。
増幅器21の反転入力端に、基準電圧Vref が非反
転入力端に接続され、酸素ポンプ素子11aには差動積
分増幅器21の出力が電流検出抵抗Rsを介して入力さ
れ、電流検出抵抗Rsの両端電圧が差動増幅器22の非
反転入力端と反転入力端に入力され、非反転増幅器23
の出力端はその反転入力端に接続され、差動増幅器22
の出力が非反転増幅器23の非反転入力端に接続され、
反転入力にはオフセット電流VOBが接続され、非反転
増幅器24は非反転入力に酸素ポンプ素子11aの印加
電圧が、また反転入力端にはオフセット電圧VPBが接
続されている。
【0011】次に、空燃比制御装置7の構成について説
明する。この空燃比制御装置7はマルチプレクサ71a
,71b、アナログ/ディジタル(以下、A/Dという
)変換器72a,72b、入力インタフェイス(以下I
/Fという)73、マイクロプロセッサ(以下μ−Pと
いう)74、リードオンリメモリ(以下ROMという)
75、ランダム・アクセス・メモリ(以下、RAMとい
う)76、出力I/F77a、77b、燃料噴射弁駆動
回路78よりなり、各々、エンジン回転センサ3の出力
Neが入力I/F73を介して、吸気量センサ4の出力
Qaおよび冷却水温センサ5の出力WTがマルチプレク
サ71bよりA/D変換器72bを介して、μ−P74
に入力され、センサ制御アンプ2の非反転増幅器23お
よび非反転増幅器24の出力VO ,VPOが同様にマ
ルチプレクサ71aよりA/D変換器72aを介してμ
−P74に送出され、さらに燃料噴射弁6は燃料噴射弁
駆動回路78に接続され、センサ制御アンプ2のカット
トランジスタ25、ヒータ制御回路26とともに出力I
/F77aを介して制御される。
明する。この空燃比制御装置7はマルチプレクサ71a
,71b、アナログ/ディジタル(以下、A/Dという
)変換器72a,72b、入力インタフェイス(以下I
/Fという)73、マイクロプロセッサ(以下μ−Pと
いう)74、リードオンリメモリ(以下ROMという)
75、ランダム・アクセス・メモリ(以下、RAMとい
う)76、出力I/F77a、77b、燃料噴射弁駆動
回路78よりなり、各々、エンジン回転センサ3の出力
Neが入力I/F73を介して、吸気量センサ4の出力
Qaおよび冷却水温センサ5の出力WTがマルチプレク
サ71bよりA/D変換器72bを介して、μ−P74
に入力され、センサ制御アンプ2の非反転増幅器23お
よび非反転増幅器24の出力VO ,VPOが同様にマ
ルチプレクサ71aよりA/D変換器72aを介してμ
−P74に送出され、さらに燃料噴射弁6は燃料噴射弁
駆動回路78に接続され、センサ制御アンプ2のカット
トランジスタ25、ヒータ制御回路26とともに出力I
/F77aを介して制御される。
【0012】次にこの従来例の動作について説明する。
エンジン30が運転され、空燃比センサ1のヒータ12
がヒータ制御回路26で駆動制御され、センサ素子部1
1が活性化した状態では、酸素濃淡電池素子11bは、
拡散室11cと大気室11dの酸素濃度差に相当する起
電力Vsを発生する。
がヒータ制御回路26で駆動制御され、センサ素子部1
1が活性化した状態では、酸素濃淡電池素子11bは、
拡散室11cと大気室11dの酸素濃度差に相当する起
電力Vsを発生する。
【0013】このセンサ起電力Vsを、差動積分増幅器
21,電流検出抵抗Rsを介して所定の基準電圧Vre
f となるよう、酸素ポンプ素子11aにポンプ電流I
P を流して制御すると、ポンプ電流IP は、空燃比
に比例する。
21,電流検出抵抗Rsを介して所定の基準電圧Vre
f となるよう、酸素ポンプ素子11aにポンプ電流I
P を流して制御すると、ポンプ電流IP は、空燃比
に比例する。
【0014】そこで、このポンプ電流IP を検出抵抗
Rsで検出し、差動増幅器22で増幅し、非反転増幅器
23でオフセット電圧VOBを与えて、空燃比出力VO
を得る。ここに、オフセット電圧VOBはポンプ電流
IP が空燃比の過濃域(リッチ)と過薄域(リーン)
で方向が異なるため、ポンプ電流IP の方向に拘らず
、空燃比出力VO を正出力とするためである。
Rsで検出し、差動増幅器22で増幅し、非反転増幅器
23でオフセット電圧VOBを与えて、空燃比出力VO
を得る。ここに、オフセット電圧VOBはポンプ電流
IP が空燃比の過濃域(リッチ)と過薄域(リーン)
で方向が異なるため、ポンプ電流IP の方向に拘らず
、空燃比出力VO を正出力とするためである。
【0015】空燃比制御装置7はあらかじめROM75
に記憶されたプログラムとデータに基づき、回転数Ne
、吸気量Qa、スロットル開度θ、冷却水温WTなどの
情報より、μ−P74で目標空燃比を算出し、この目標
空燃比と測定した空燃比出力VO から換算した実空燃
比との偏差に基づき、燃料噴射弁6の開弁時間を補正し
、燃料噴射弁6から開弁時間に相当する燃料を噴射する
ことにより、エンジン30の空燃比を目標空燃比となる
ように、フィードバック制御する。RAM76はこの際
一時的にデータを記憶するために用いられる。
に記憶されたプログラムとデータに基づき、回転数Ne
、吸気量Qa、スロットル開度θ、冷却水温WTなどの
情報より、μ−P74で目標空燃比を算出し、この目標
空燃比と測定した空燃比出力VO から換算した実空燃
比との偏差に基づき、燃料噴射弁6の開弁時間を補正し
、燃料噴射弁6から開弁時間に相当する燃料を噴射する
ことにより、エンジン30の空燃比を目標空燃比となる
ように、フィードバック制御する。RAM76はこの際
一時的にデータを記憶するために用いられる。
【0016】図9は空燃比センサ1の起動時のタイムチ
ャートであり、ここでは、エンジン始動後、空燃比がリ
ッチにある場合を例にとり説明する。空燃比センサ1の
ヒータ12はエンジン30の始動と同時にμ−P74よ
り出力I/F77aを介してヒータ制御回路26に与え
られた駆動指令により加熱を開始する。
ャートであり、ここでは、エンジン始動後、空燃比がリ
ッチにある場合を例にとり説明する。空燃比センサ1の
ヒータ12はエンジン30の始動と同時にμ−P74よ
り出力I/F77aを介してヒータ制御回路26に与え
られた駆動指令により加熱を開始する。
【0017】このとき、センサ素子部11の温度Tsが
約400℃以下の領域では、酸素濃淡電池素子11bの
起電力Vsは低いままであるため、差動積分増幅器21
の入力偏差は大きく、したがって、ポンプ素子11aに
は大きなポンプ電圧VP が印加される。
約400℃以下の領域では、酸素濃淡電池素子11bの
起電力Vsは低いままであるため、差動積分増幅器21
の入力偏差は大きく、したがって、ポンプ素子11aに
は大きなポンプ電圧VP が印加される。
【0018】このポンプ電圧出力VPOは非反転増幅器
24でポンプ電圧VP にオフセット電圧VPBが加算
された正出力となる。このとき、ポンプ素子11aのイ
ンピーダンスは高いため、ポンプ電流IPは殆ど流れず
、空燃比出力VO はほぼオフセット電圧VOBとなる
。
24でポンプ電圧VP にオフセット電圧VPBが加算
された正出力となる。このとき、ポンプ素子11aのイ
ンピーダンスは高いため、ポンプ電流IPは殆ど流れず
、空燃比出力VO はほぼオフセット電圧VOBとなる
。
【0019】また、温度Tsが約400〜500℃近く
になると、酸素濃淡電池素子11bの起電力Vsが基準
電圧Vref 程度まで上がるため、この時点でセンサ
起電力Vsの基準電圧Vref で一定制御が成立して
、ポンプ電圧VP は拡散室11cに酸素を供給する方
向、すなわち、このポンプ電圧出力VPOがVPO≦V
PBなる方向に、ポンプ電流IP はそのときの空燃比
を示す電流値に次第に収束し、温度Tsが約700℃で
収束を完了する。
になると、酸素濃淡電池素子11bの起電力Vsが基準
電圧Vref 程度まで上がるため、この時点でセンサ
起電力Vsの基準電圧Vref で一定制御が成立して
、ポンプ電圧VP は拡散室11cに酸素を供給する方
向、すなわち、このポンプ電圧出力VPOがVPO≦V
PBなる方向に、ポンプ電流IP はそのときの空燃比
を示す電流値に次第に収束し、温度Tsが約700℃で
収束を完了する。
【0020】そこで、上記活性化点を検出するため、従
来、図示のごとく、ポンプ電圧出力VPBが所定の許容
電圧範囲VPB±ΔVPB以内となったときを活性化と
判別する活性化判定方法や、さらにセンサ起電力Vsを
検出する手段を設けて、センサ起電力Vsと基準電圧V
ref との差ΔVsが一定範囲内でかつポンプ電圧出
力VPBが所定の許容電圧範囲VPB±ΔVPB以内と
なったとき、センサを活性化と判別するなどの活性化判
定方法が提案されていた。
来、図示のごとく、ポンプ電圧出力VPBが所定の許容
電圧範囲VPB±ΔVPB以内となったときを活性化と
判別する活性化判定方法や、さらにセンサ起電力Vsを
検出する手段を設けて、センサ起電力Vsと基準電圧V
ref との差ΔVsが一定範囲内でかつポンプ電圧出
力VPBが所定の許容電圧範囲VPB±ΔVPB以内と
なったとき、センサを活性化と判別するなどの活性化判
定方法が提案されていた。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の活性化判定方法においては、センサ素子部1
1の温度が低い状態で持続的にポンプ素子11aに大き
な電圧が印加されるため、センサの劣化が促進されセン
サの耐久性が悪いといった問題点が見出された。この問
題点を解決しようと、空燃比センサの起動後タイマを設
けて、このタイマ期間はカットトランジスタ25をオン
して酸素ポンプ素子11aにポンプ電流が流れないよう
にして、タイマ期間終了後にカットトランジスタ25を
オフして酸素ポンプ素子11aにポンプ電流を流す方法
が提案されている。
うな従来の活性化判定方法においては、センサ素子部1
1の温度が低い状態で持続的にポンプ素子11aに大き
な電圧が印加されるため、センサの劣化が促進されセン
サの耐久性が悪いといった問題点が見出された。この問
題点を解決しようと、空燃比センサの起動後タイマを設
けて、このタイマ期間はカットトランジスタ25をオン
して酸素ポンプ素子11aにポンプ電流が流れないよう
にして、タイマ期間終了後にカットトランジスタ25を
オフして酸素ポンプ素子11aにポンプ電流を流す方法
が提案されている。
【0022】しかし、タイマ期間はセンサ特性の指標に
はなり得ないため、始動後に運転状態が変わって、セン
サ素子部11の温度上昇が低下したような場合には、タ
イマ期間が終了してもセンサが活性化していない場合が
あったり、逆に走行後の再始動時などセンサ素子部11
の温度上昇が速い場合には、既に空燃比センサ1が活性
化しているにもかかわらず、タイマ期間が終了しない場
合があったりして、正確な活性点の判定が困難であると
いった課題があった。
はなり得ないため、始動後に運転状態が変わって、セン
サ素子部11の温度上昇が低下したような場合には、タ
イマ期間が終了してもセンサが活性化していない場合が
あったり、逆に走行後の再始動時などセンサ素子部11
の温度上昇が速い場合には、既に空燃比センサ1が活性
化しているにもかかわらず、タイマ期間が終了しない場
合があったりして、正確な活性点の判定が困難であると
いった課題があった。
【0023】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたもので、空燃比センサを劣化させることな
く、空燃比センサの活性化点を精度よく検出することが
でき、かつ一旦空燃比センサが活性化した後、再度不活
性領域に入った場合でも、同様な活性化判定を行なえる
空燃比センサの活性化判定装置を得ることを目的とする
。
めになされたもので、空燃比センサを劣化させることな
く、空燃比センサの活性化点を精度よく検出することが
でき、かつ一旦空燃比センサが活性化した後、再度不活
性領域に入った場合でも、同様な活性化判定を行なえる
空燃比センサの活性化判定装置を得ることを目的とする
。
【0024】
【課題を解決するための手段】この発明に係る空燃比セ
ンサの活性化判定装置は、酸素濃淡電池素子および酸素
ポンプ素子とこの酸素濃淡電池素子および酸素ポンプ素
子を加熱するヒータとからなる空燃比センサと、酸素濃
淡電池素子の起電力が所定の基準電圧となるよう酸素ポ
ンプ素子に流れるポンプ電流を制御するポンプ電流制御
手段と、ポンプ電流検出手段と、ポンプ電流の供給を停
止させるポンプ電流カット手段と、酸素ポンプ素子に印
加するポンプ電圧を検出するポンプ電圧検出手段と、ヒ
ータに電力を供給するヒータ電力供給手段と、ポンプ電
流または機関の目標空燃比に対するポンプ電圧許容範囲
があらかじめ記憶された記憶手段と、所定期間ごとに所
定時間ポンプ電流カットを解除するタイマ手段とを設け
たものである。
ンサの活性化判定装置は、酸素濃淡電池素子および酸素
ポンプ素子とこの酸素濃淡電池素子および酸素ポンプ素
子を加熱するヒータとからなる空燃比センサと、酸素濃
淡電池素子の起電力が所定の基準電圧となるよう酸素ポ
ンプ素子に流れるポンプ電流を制御するポンプ電流制御
手段と、ポンプ電流検出手段と、ポンプ電流の供給を停
止させるポンプ電流カット手段と、酸素ポンプ素子に印
加するポンプ電圧を検出するポンプ電圧検出手段と、ヒ
ータに電力を供給するヒータ電力供給手段と、ポンプ電
流または機関の目標空燃比に対するポンプ電圧許容範囲
があらかじめ記憶された記憶手段と、所定期間ごとに所
定時間ポンプ電流カットを解除するタイマ手段とを設け
たものである。
【0025】
【作用】この発明においては、ポンプ電流カット状態に
てヒータ電力供給手段からヒータに電力の供給を開始す
るとともに、開始時刻よりタイマ手段により所定期間ご
とに所定時間ポンプ電流カットを解除してポンプ電流制
御手段によりポンプ電流制御を行わせ、このときの酸素
ポンプ素子に流れるポンプ電流をポンプ電流検出手段で
ポンプ電圧を測定し、ポンプ電圧があらかじめ記憶され
たポンプ電圧許容範囲内となった場合に空燃比センサが
活性状態であると判定するとともに、ポンプ電流カット
状態を解除する。
てヒータ電力供給手段からヒータに電力の供給を開始す
るとともに、開始時刻よりタイマ手段により所定期間ご
とに所定時間ポンプ電流カットを解除してポンプ電流制
御手段によりポンプ電流制御を行わせ、このときの酸素
ポンプ素子に流れるポンプ電流をポンプ電流検出手段で
ポンプ電圧を測定し、ポンプ電圧があらかじめ記憶され
たポンプ電圧許容範囲内となった場合に空燃比センサが
活性状態であると判定するとともに、ポンプ電流カット
状態を解除する。
【0026】
【実施例】以下、この発明の空燃比センサの活性化判定
装置の実施例について図面に基づき説明する。図1はそ
の一実施例の構成図であり、前述の従来例の構成と同じ
であり、ここでの構成の再度の説明は省略するが、この
発明の装置における空燃比センサの活性化判定手順が従
来と異なるものである。
装置の実施例について図面に基づき説明する。図1はそ
の一実施例の構成図であり、前述の従来例の構成と同じ
であり、ここでの構成の再度の説明は省略するが、この
発明の装置における空燃比センサの活性化判定手順が従
来と異なるものである。
【0027】図2はこの発明の装置により、空燃比セン
サの活性化の判定手順を説明するためのフローチャート
であり、図5はあらかじめ記憶された空燃比出力に対す
る許容ポンプ電圧範囲を示す図であり、図7はこの発明
により活性化判定を行う場合の空燃比センサ起動時のタ
イムチャートである。
サの活性化の判定手順を説明するためのフローチャート
であり、図5はあらかじめ記憶された空燃比出力に対す
る許容ポンプ電圧範囲を示す図であり、図7はこの発明
により活性化判定を行う場合の空燃比センサ起動時のタ
イムチャートである。
【0028】まず、図8に示したエンジン30が始動す
ると、空燃比制御装置7のμ−P74により、図2のス
テップ101において、始動モードか否かが判定され、
始動モードである場合、ステップ102で出力I/F7
7aを介してセンサ制御アンプ2のカットトランジスタ
25をオンし、酸素ポンプ素子11aの電位を接地して
ポンプ電流が流れないようにするポンプ電流カット(I
P カット)が行われ、ステップ103で同様に出力I
/F77aを介してヒータ制御回路26を起動し、ヒー
タ12に電力が供給されて、センサ素子部11の加熱が
開始される。
ると、空燃比制御装置7のμ−P74により、図2のス
テップ101において、始動モードか否かが判定され、
始動モードである場合、ステップ102で出力I/F7
7aを介してセンサ制御アンプ2のカットトランジスタ
25をオンし、酸素ポンプ素子11aの電位を接地して
ポンプ電流が流れないようにするポンプ電流カット(I
P カット)が行われ、ステップ103で同様に出力I
/F77aを介してヒータ制御回路26を起動し、ヒー
タ12に電力が供給されて、センサ素子部11の加熱が
開始される。
【0029】次に、ステップ104で図7に示すように
、タイマが起動され所定のタイムt1がセットされ、ス
テップ105でタイムt1が終了したとき、ステップ1
06でカットトランジスタ25がオフされ、酸素ポンプ
素子11aには、酸素濃淡電池素子11bの起電力を基
準電圧Vref と一致させようと差動積分増幅器21
の出力電圧が印加され、この電圧により、ポンプ電流I
Pが流れる。
、タイマが起動され所定のタイムt1がセットされ、ス
テップ105でタイムt1が終了したとき、ステップ1
06でカットトランジスタ25がオフされ、酸素ポンプ
素子11aには、酸素濃淡電池素子11bの起電力を基
準電圧Vref と一致させようと差動積分増幅器21
の出力電圧が印加され、この電圧により、ポンプ電流I
Pが流れる。
【0030】次いで、ステップ107では、ステップ1
06のポンプカット解除とともに、図7に示すように、
タイムt0がセットされ、ポンプカット解除はこのタイ
ムt0期間中継続され、この間ステップ108でポンプ
電流IP に相当する空燃比出力VO およびポンプ電
圧VP に相当するポンプ電圧出力VPOがマルチプレ
クサ71aを介してA/D変換器72aによってA/D
変換されて、μ−P74に読込まれる。
06のポンプカット解除とともに、図7に示すように、
タイムt0がセットされ、ポンプカット解除はこのタイ
ムt0期間中継続され、この間ステップ108でポンプ
電流IP に相当する空燃比出力VO およびポンプ電
圧VP に相当するポンプ電圧出力VPOがマルチプレ
クサ71aを介してA/D変換器72aによってA/D
変換されて、μ−P74に読込まれる。
【0031】このタイムt0の継続時間はセンサの応答
性、差動積分増幅器21のPI定数にもよるが、約十m
sec 程度でよく、タイムt1に比較し約1〜5%程
度の短い期間でよい。
性、差動積分増幅器21のPI定数にもよるが、約十m
sec 程度でよく、タイムt1に比較し約1〜5%程
度の短い期間でよい。
【0032】次のステップ109でタイムt0が終了す
ると、終了直前の空燃比出力VO 、ポンプ電圧出力V
POを用いてステップ110でROM75内にあらかじ
め記憶された図6に示すポンプ電圧出力許容範囲マップ
が読み出され、前記ポンプ電圧出力VPOが空燃比出力
VO に対応するVPO許容範囲に入っているか否かが
ステップ111で判定される。
ると、終了直前の空燃比出力VO 、ポンプ電圧出力V
POを用いてステップ110でROM75内にあらかじ
め記憶された図6に示すポンプ電圧出力許容範囲マップ
が読み出され、前記ポンプ電圧出力VPOが空燃比出力
VO に対応するVPO許容範囲に入っているか否かが
ステップ111で判定される。
【0033】この判定の結果、許容範囲外である場合に
は、ステップ102で再度ポンプカットが行われて、ス
テップ104からステップ111の処理手順が繰り返さ
れ、許容範囲内である場合には、空燃比センサ活性化と
判定して次処理に移る。
は、ステップ102で再度ポンプカットが行われて、ス
テップ104からステップ111の処理手順が繰り返さ
れ、許容範囲内である場合には、空燃比センサ活性化と
判定して次処理に移る。
【0034】図5に示すように、センサ起電力Vsが基
準電圧Vref に一定制御されているときのポンプ電
流、すなわち空燃比出力VO に対するポンプ電圧、す
なわち、ポンプ電圧出力VPOは、センサ素子温度Ts
が低いほど、オフセット電圧VPBよりの偏差が大きく
なり、また起電力Vsが基準電圧Vref に一定制御
されていない場合には、出力VPOは空燃比のいかんに
かかわらず最大出力となる。
準電圧Vref に一定制御されているときのポンプ電
流、すなわち空燃比出力VO に対するポンプ電圧、す
なわち、ポンプ電圧出力VPOは、センサ素子温度Ts
が低いほど、オフセット電圧VPBよりの偏差が大きく
なり、また起電力Vsが基準電圧Vref に一定制御
されていない場合には、出力VPOは空燃比のいかんに
かかわらず最大出力となる。
【0035】したがって、ポンプ電圧出力許容範囲を図
の斜線で囲まれた領域に設定することにより、センサ素
子の活性化温度の判定が精度よく行なえる。
の斜線で囲まれた領域に設定することにより、センサ素
子の活性化温度の判定が精度よく行なえる。
【0036】図7は上記実施例におけるエンジン始動時
の活性化判定を示すタイムチャートであり、エンジン3
0の始動とともに、ヒータ12が駆動され、タイマによ
りタイムt1の間隔でタイムt0の期間だけポンプカッ
トが解除されたときの空燃比出力VO 、ポンプ電圧出
力VPOの様子を示すと同時に、そのときの空燃比出力
VO に対するポンプ電圧出力許容範囲を斜線領域で示
しており、図では5回目のタイマでポンプ電圧出力VP
Oが許容範囲内となり活性判定がなされるとともに、ポ
ンプカットが解除状態となったことを示している。
の活性化判定を示すタイムチャートであり、エンジン3
0の始動とともに、ヒータ12が駆動され、タイマによ
りタイムt1の間隔でタイムt0の期間だけポンプカッ
トが解除されたときの空燃比出力VO 、ポンプ電圧出
力VPOの様子を示すと同時に、そのときの空燃比出力
VO に対するポンプ電圧出力許容範囲を斜線領域で示
しており、図では5回目のタイマでポンプ電圧出力VP
Oが許容範囲内となり活性判定がなされるとともに、ポ
ンプカットが解除状態となったことを示している。
【0037】特に、図示していないが、従来の方法によ
る始動時の様子を示した図9と比較しても明らかなよう
に、この活性化判定時の素子温度Tsは約500℃にな
る。
る始動時の様子を示した図9と比較しても明らかなよう
に、この活性化判定時の素子温度Tsは約500℃にな
る。
【0038】すなわち、上記実施例によれば、センサ起
電力一定制御が成立しえないようなセンサ素子温度が低
い状態では、タイムt0の極短期間しか酸素ポンプ素子
11aに電圧が印加されないため、活性化判定処理に伴
って空燃比センサ11が劣化、破損することがないとい
う利点がある。また、センサ出力VOにより活性と判定
するポンプ電圧出力許容範囲を変化させているため、始
動空燃比にかかわらず活性化判定が精度よくできるとい
う利点がある。
電力一定制御が成立しえないようなセンサ素子温度が低
い状態では、タイムt0の極短期間しか酸素ポンプ素子
11aに電圧が印加されないため、活性化判定処理に伴
って空燃比センサ11が劣化、破損することがないとい
う利点がある。また、センサ出力VOにより活性と判定
するポンプ電圧出力許容範囲を変化させているため、始
動空燃比にかかわらず活性化判定が精度よくできるとい
う利点がある。
【0039】次に、この発明の第2の実施例について説
明する。図3はこの第2の実施例による空燃比センサの
活性化判定手順を示すフローチャート、図6はこの第2
の実施例におけるあらかじめ記憶された目標空燃比に対
する許容ポンプ電圧範囲を示す図である。
明する。図3はこの第2の実施例による空燃比センサの
活性化判定手順を示すフローチャート、図6はこの第2
の実施例におけるあらかじめ記憶された目標空燃比に対
する許容ポンプ電圧範囲を示す図である。
【0040】この図3において、ステップ101,10
2の処理は上記図2のステップ101,102と同じで
あり、ステップ103でヒータ制御が開始されると、ス
テップ112で冷却水温WTが冷却水温センサ5で検出
され、マルチプレクサ71bを介して、A/D変換器7
2bでA/D変換されて、μ−P74に読み込まれる。
2の処理は上記図2のステップ101,102と同じで
あり、ステップ103でヒータ制御が開始されると、ス
テップ112で冷却水温WTが冷却水温センサ5で検出
され、マルチプレクサ71bを介して、A/D変換器7
2bでA/D変換されて、μ−P74に読み込まれる。
【0041】次に、ステップ113でタイムt1の値が
前記冷却水温WTに対する減少関数t1(WT)として
与えられて決定され、同様にステップ104でタイムt
1(WT)がセットされる。
前記冷却水温WTに対する減少関数t1(WT)として
与えられて決定され、同様にステップ104でタイムt
1(WT)がセットされる。
【0042】ここで、走行後短時間でのエンジン再始動
時のように、空燃比センサ1が取り付けられている排気
管31(図8)の温度が比較的高く、排気ガス温度の上
昇も速い場合には、センサ素子が活性化するのも速いが
、この場合冷却水温WTが高いと、タイムt1の期間が
短縮されるため、タイマにより活性化判定が遅れること
がないという利点がある。
時のように、空燃比センサ1が取り付けられている排気
管31(図8)の温度が比較的高く、排気ガス温度の上
昇も速い場合には、センサ素子が活性化するのも速いが
、この場合冷却水温WTが高いと、タイムt1の期間が
短縮されるため、タイマにより活性化判定が遅れること
がないという利点がある。
【0043】次に、ステップ105でタイムt1が終了
すると、ステップ107でステップ106のポンプカッ
ト解除とともに、タイムt0がセットされ、ステップ1
08でセンサ出力VO およびポンプ電圧出力VPOが
読み込まれるとともに、ステップ114で機関の運転状
態を示すエンジン回転数Ne、吸気量Qa、冷却水温W
Tが読み込まれ、ステップ115でエンジン回転数Ne
、吸気量Qa、冷却水温WTに見合った目標空燃比AF
Oが算出される。
すると、ステップ107でステップ106のポンプカッ
ト解除とともに、タイムt0がセットされ、ステップ1
08でセンサ出力VO およびポンプ電圧出力VPOが
読み込まれるとともに、ステップ114で機関の運転状
態を示すエンジン回転数Ne、吸気量Qa、冷却水温W
Tが読み込まれ、ステップ115でエンジン回転数Ne
、吸気量Qa、冷却水温WTに見合った目標空燃比AF
Oが算出される。
【0044】次いで、ステップ109でタイムt0が終
了すると、タイムt0終了直前の目標空燃比AFOを用
いて、ステップ116で図6に示した目標空燃比AFO
に対しあらかじめ記憶された許容ポンプ電圧範囲をRO
M75により読み出し、ステップ111で許容範囲内か
否かを判定して、許容範囲内であれば、活性化と判定す
るため、この第2の実施例によっても上記実施例と同様
の効果を得る。
了すると、タイムt0終了直前の目標空燃比AFOを用
いて、ステップ116で図6に示した目標空燃比AFO
に対しあらかじめ記憶された許容ポンプ電圧範囲をRO
M75により読み出し、ステップ111で許容範囲内か
否かを判定して、許容範囲内であれば、活性化と判定す
るため、この第2の実施例によっても上記実施例と同様
の効果を得る。
【0045】なお、上記各実施例では、判定時に用いる
空燃比出力VO 、ポンプ電圧出力VPOにタイムt0
期間に繰返し測定された空燃比出力VO 、ポンプ電圧
出力VPOの内、タイムt0終了直前の値を用いるもの
としたが、タイムt0の継続時間は上述のように空燃比
出力VO 、ポンプ電圧出力VPOの応答を考慮して決
められるため、タイムt0終了直前に1回のみ測定した
空燃比出力VO 、ポンプ電圧出力VPO値を用いても
良い。
空燃比出力VO 、ポンプ電圧出力VPOにタイムt0
期間に繰返し測定された空燃比出力VO 、ポンプ電圧
出力VPOの内、タイムt0終了直前の値を用いるもの
としたが、タイムt0の継続時間は上述のように空燃比
出力VO 、ポンプ電圧出力VPOの応答を考慮して決
められるため、タイムt0終了直前に1回のみ測定した
空燃比出力VO 、ポンプ電圧出力VPO値を用いても
良い。
【0046】次に、この発明の第3の実施例について説
明する。図4はこの第3の実施例による活性化判定手順
を示すフローチャートであり、タイムt1を用いて活性
化判定がなされてポンプ電流カット状態の解除がなされ
た後、ステップ117でタイムt2をセットし、タイム
t2の期間に同様にステップ109で空燃比出力VO
およびポンプ電圧出力VPOが読み込まれて、ステップ
110〜111でポンプ電圧出力VPOが許容ポンプ電
圧範囲であるか否かを判定する。
明する。図4はこの第3の実施例による活性化判定手順
を示すフローチャートであり、タイムt1を用いて活性
化判定がなされてポンプ電流カット状態の解除がなされ
た後、ステップ117でタイムt2をセットし、タイム
t2の期間に同様にステップ109で空燃比出力VO
およびポンプ電圧出力VPOが読み込まれて、ステップ
110〜111でポンプ電圧出力VPOが許容ポンプ電
圧範囲であるか否かを判定する。
【0047】このポンプ電圧出力VPOが許容ポンプ電
圧範囲を逸脱した場合には、ポンプ電流カットを実施し
タイムt1をリセットし、ポンプ電圧出力VPOが許容
ポンプ電圧範囲内でステップ118でタイムt2が終了
した場合にのみ、ステップ119で空燃比出力VO を
用いた目標空燃比制御を実施する。
圧範囲を逸脱した場合には、ポンプ電流カットを実施し
タイムt1をリセットし、ポンプ電圧出力VPOが許容
ポンプ電圧範囲内でステップ118でタイムt2が終了
した場合にのみ、ステップ119で空燃比出力VO を
用いた目標空燃比制御を実施する。
【0048】すなわち、この第3の実施例の場合には、
タイムt1を用いてセンサ素子温度約500℃での活性
化の判定を行った後、センサ温度が空燃比出力VO が
安定する約700℃に達する間タイムt2によりウエイ
ティングがかけられるとともに、その期間にエンジンな
どの状態変化でセンサ素子温度が下がり、センサが不活
性になっても明確に検出できるという利点がある。
タイムt1を用いてセンサ素子温度約500℃での活性
化の判定を行った後、センサ温度が空燃比出力VO が
安定する約700℃に達する間タイムt2によりウエイ
ティングがかけられるとともに、その期間にエンジンな
どの状態変化でセンサ素子温度が下がり、センサが不活
性になっても明確に検出できるという利点がある。
【0049】なお、図4に示す実施例ではタイムt2の
期間を一定にした場合を示したが、図2のごとく、タイ
ムt2の期間を冷却水温TWの減少関数としてもよく、
また、ポンプ電圧出力VPOが許容ポンプ電圧範囲内で
あるか否かの判定は同様に図2のごとく目標空燃比AF
Oを用いてもよい。
期間を一定にした場合を示したが、図2のごとく、タイ
ムt2の期間を冷却水温TWの減少関数としてもよく、
また、ポンプ電圧出力VPOが許容ポンプ電圧範囲内で
あるか否かの判定は同様に図2のごとく目標空燃比AF
Oを用いてもよい。
【0050】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、ポン
プ電流カット状態にてヒータ電力供給手段からヒータに
電力の供給を開始するとともに、タイマ手段によりこの
開始時刻より所定期間ごとに所定時間ポンプ電流カット
を解除するようにして、ポンプ電流制御を行ってポンプ
電圧を測定し、このポンプ電圧があらかじめ記憶された
ポンプ電圧許容範囲内となった場合に、空燃比センサが
活性状態であると判定するとともに、ポンプ電流カット
状態を解除するように構成したので、活性化判定処理に
伴って空燃比センサが劣化、破損することがなく、また
始動空燃比にかかわらず、活性化判定が精度よくできる
という効果がある。
プ電流カット状態にてヒータ電力供給手段からヒータに
電力の供給を開始するとともに、タイマ手段によりこの
開始時刻より所定期間ごとに所定時間ポンプ電流カット
を解除するようにして、ポンプ電流制御を行ってポンプ
電圧を測定し、このポンプ電圧があらかじめ記憶された
ポンプ電圧許容範囲内となった場合に、空燃比センサが
活性状態であると判定するとともに、ポンプ電流カット
状態を解除するように構成したので、活性化判定処理に
伴って空燃比センサが劣化、破損することがなく、また
始動空燃比にかかわらず、活性化判定が精度よくできる
という効果がある。
【図1】この発明の一実施例による空燃比センサの活性
化測定装置の構成図である。
化測定装置の構成図である。
【図2】この発明の空燃比センサの活性化判定装置の第
1の実施例による活性化測定手順を示すフローチャート
である。
1の実施例による活性化測定手順を示すフローチャート
である。
【図3】この発明の第2の実施例の空燃比センサの活性
化判定装置による活性化測定手順を示すフローチャート
である。
化判定装置による活性化測定手順を示すフローチャート
である。
【図4】この発明の空燃比センサの活性化測定装置の第
3の実施例の活性化判定手順を示すフローチャートであ
る。
3の実施例の活性化判定手順を示すフローチャートであ
る。
【図5】この発明の空燃比センサの活性化測定装置にお
ける空燃比出力に対する許容ポンプ電圧範囲を示す説明
図である。
ける空燃比出力に対する許容ポンプ電圧範囲を示す説明
図である。
【図6】この発明の空燃比センサの活性化測定装置にお
ける目標空燃比に対する許容ポンプ電圧範囲を示す説明
図である。
ける目標空燃比に対する許容ポンプ電圧範囲を示す説明
図である。
【図7】この発明の空燃比センサの活性化判定装置にお
ける活性化手順によるセンサ起動時のタイムチャートで
ある。
ける活性化手順によるセンサ起動時のタイムチャートで
ある。
【図8】従来の空燃比センサの活性化測定方法に適用さ
れるエンジン制御系の構成図である。
れるエンジン制御系の構成図である。
【図9】従来の空燃比センサの活性化測定方法に適用さ
れるセンサ起動時のタイムチャートである。
れるセンサ起動時のタイムチャートである。
1 空燃比センサ
11a 酸素ポンプ素子
11b 酸素濃淡電池素子
11c 拡散室
12 ヒータ
2 センサ制御アンプ
21 差動積分増幅器
22 差動増幅器
24 非反転増幅器
25 カットトランジスタ
26 ヒータ制御回路
7 空燃比制御装置
72a,72b A/D変換器
74 マイクロプロセッサ
75 ROM
77a,77b 出力I/F
Claims (1)
- 【請求項1】 機関の排気系に配設され各々電極が付
設された酸素イオン伝導性固体電解質材からなり機関の
排気ガスが拡散導入される拡散室を挾んで配置された酸
素濃淡電池素子および酸素ポンプ素子とこの酸素濃淡電
池素子および酸素ポンプ素子を加熱するヒータとからな
る空燃比センサと、前記酸素濃淡電池素子の起電力が所
定の基準電圧となるように前記酸素ポンプ素子に流れる
ポンプ電流を制御するポンプ電流制御手段と、このポン
プ電流制御手段で制御されたポンプ電流を検出するポン
プ電流検出手段と、前記ポンプ電流の供給を停止させる
ポンプ電流カット手段と、前記酸素ポンプ素子に印加す
るポンプ電圧を検出するポンプ電圧検出手段と、前記ヒ
ータに電力を供給するヒータ電力供給手段と、前記ポン
プ電流または機関の目標空燃比に対するポンプ電圧許容
範囲があらかじめ記憶された記憶手段と、ポンプ電流カ
ット状態にて前記ヒータ電力供給手段から前記ヒータに
電力の供給を開始するとともに、この供給の開始時刻よ
り所定期間ごとに所定時間ポンプ電流カットを解除する
タイマ手段と、このタイマ手段の設定時間に基づき上記
ポンプ電流制御手段にポンプ電流制御を行わせてポンプ
電圧を測定し、このポンプ電圧が前記あらかじめ記憶さ
れたポンプ電圧許容範囲内となった場合に前記空燃比セ
ンサが活性状態であると判定するとともに、前記ポンプ
電流カット状態を解除する空燃比制御装置とを備えた空
燃比センサの活性化判定装置。
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