JPH0727742A

JPH0727742A - 空燃比センサの制御装置

Info

Publication number: JPH0727742A
Application number: JP5170679A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Nishioka; 太西岡; Tetsushi Hosogai; 徹志細貝; Kunikimi Minamitani; 邦公南谷
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-07-09
Filing date: 1993-07-09
Publication date: 1995-01-31

Abstract

(57)【要約】【目的】複雑な回路を用いず、空燃比センサにおける
ブラックニングの発生を簡単な制御で確実に防ぐ。【構成】空燃比センサ２８の通電を制御するＥＣＵ３
０を備える。ＥＣＵ３０は、通電制御手段３２を備え、
目標空燃比が理論空燃比よりも低く設定される運転領域
内にある期間、及びこの運転領域を過ぎてから所定の通
電待機時間が経過するまでの期間は上記空燃比センサ２
８の通電を停止する。上記通電待機時間は、エンジン水
温センサ２４で検出されるエンジン水温が低いほど長く
設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジン排気ガス中の
酸素濃度から空燃比を検出する空燃比センサの制御装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンの排気系に設けられる空
燃比センサとしては、例えば図６に示されるようないわ
ゆるポンプ式センサが知られている（特開昭６２−１４
８８４９号公報参照）。このセンサは、互いに対向する
第１の素子Ａ及び第２の素子Ｂを備えている。第１の素
子Ａは多孔質電極１，２及び固体電解質板３で構成さ
れ、第２の素子Ｂは多孔質電極４，５及び固体電解質板
６で構成されており、固体電解質板３，６はジルコニア
等で形成されている。第１の素子Ａの外側には遮蔽体７
が配され、両者の重ね合せ部分に、上記多孔質電極１か
らなる内部基準酸素源Ｒが埋設多孔質電極として形成さ
れている。

【０００３】また、このセンサは多孔質絶縁体Ｚを有
し、この多孔質絶縁体Ｚは、一端が多孔質電極１に接
し、他端がスルーホールＨを介して多孔質電極２のリー
ド部と接しており、上記スルーホールＨには多孔質電極
２と同じ材質の多孔質が充填されている。そして、この
スルーホールＨ、上記多孔質絶縁体Ｚ、及び多孔質電極
２の多孔質リード部によって漏出抵抗部が構成されてい
る。

【０００４】両素子Ａ，Ｂは層状中間部材としてのスペ
ーサ８を介して積層され、互いに対向する多孔質電極２
と多孔質電極４との間に測定ガス室９が形成されてい
る。上記スペーサ８はその３個所が切欠かれて孔とさ
れ、これによりガス拡散制限部Ｔが形成されている。

【０００５】次に、このセンサの基本動作を説明する。

【０００６】まず、第１の素子Ａの多孔質電極１，２間
に、多孔質電極１が正、多孔質電極２が負となるように
所定電圧がかけられることにより、測定ガス室９から内
部基準酸素源Ｒに酸素が輸送される。そして、内部基準
酸素源Ｒの酸素ガス分圧が測定ガス室９内の酸素ガス分
圧よりも高くなると、この酸素ガス分圧比によって多孔
質電極１，２間に起電力が生じる。この端子間電圧は、
測定ガス室９内のガスがリッチである場合とリーンであ
る場合とで数百ｍＶの差が生じ、しかもここの差はリッ
チ域とリーン域との境界点すなわち理論空燃比状態でス
テップ状に変化する。ここで、第２の素子Ｂは、上記第
１の素子Ａの変化特性を利用し、測定ガス室９内の空燃
比を、周囲排ガスの空燃比にかかわらず常にほぼ理論空
燃比に保つよう、測定ガス室９内に外部から酸素を汲み
入れたり汲み出したりする。

【０００７】このように、第１の素子Ａの端子間電圧が
一定値になるよう、第２の素子Ｂを用いて測定ガス室９
の酸素の汲み出しもしくは汲み入れが行われる時の第２
の素子Ｂに流れる電流（ポンプ電流）から、排気ガスの
空燃比が検出されることとなる。

【０００８】ところで、このような空燃比センサでは、
いわゆるブラックニングとよばれる現象が生ずることが
ある。このブラックニングとは、ポンプ電圧が印加され
て電極表面でイオン化された酸素イオンが３相界面を通
って固体電解質板３，６中を流れる際、ポンプ電圧が過
大となった場合に、マイナス極近辺の酸素が解離し、電
子伝導性を生じ、それによる電流増加を示す現象をい
い、特にリッチ状態や冷間時に生じやすいものである。
このようなブラックニングは、固体電解質であるジルコ
ニアセラミック自身の劣化、破壊を意味するものであ
り、従って、その防止が重要な課題とされている。

【０００９】従来、このようなブラックニングを防止す
る手段として、特開平４−２０４３７０号公報には、上
記ポンプ電圧を検出し、この電圧の絶対値が所定電圧を
超えた場合に所定制御電圧値を変化させることにより、
ポンプ電圧を制限するようにしたものが提案されてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記公報の装置におい
て、ブラックニングを確実に防止するためには、制御電
圧の正確な制御が必要であり、そのために複雑な回路を
要するとともに、制御誤差も生じやすい不都合がある。
また、上記ブラックニングの発生は、特にリッチ状態や
エンジン冷間状態で顕著であり、このような状態で上記
ポンプ電圧の制限を迅速に追従させないとブラックニン
グの確実な防止は望めない。

【００１１】本発明は、このような事情に鑑み、複雑な
回路を要しない簡単な制御で確実に空燃比センサでのブ
ラックニング発生を防止することができる空燃比センサ
の制御装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明は、エンジンの排気系に設けら
れ、固体電解質材の表裏に一対の多孔質電極が配された
第１の素子と固体電解質材の表裏に一対の多孔質電極が
配された第２の素子との間に測定ガス室を有する空燃比
センサの通電を制御するための空燃比センサの制御装置
において、目標空燃比が理論空燃比よりも低いエンジン
運転領域では上記空燃比センサの通電を強制的に停止さ
せる通電制限手段を備えたものである（請求項１）。

【００１３】具体的には、エンジン始動時から所定の通
電待機時間が経過した後に上記空燃比センサの通電を許
容するとともに、上記通電待機時間としてエンジン冷間
時ではエンジン温間時よりも長い時間を設定するように
上記通電制限手段を構成したものが好ましい（請求項
２）。

【００１４】上記通電待機時間に関しては、エンジン水
温を検出する水温検出手段を備えるとともに、この水温
検出手段がエンジン始動時に検出した水温に基づいて上
記通電待機時間を演算するように上記通電制限手段を構
成することが、好ましい（請求項３）。

【００１５】また、排気ガス温度を検出するガス温度検
出手段を備えるとともに、この検出ガス温度が予め設定
された温度以上の場合には上記目標空燃比にかかわらず
上記空燃比センサの通電を許容するように上記通電制限
手段を構成することにより、後述のようなより優れた効
果が得られる（請求項４）。

【００１６】

【作用】請求項１記載の装置では、目標空燃比が理論空
燃比よりも低いエンジン運転領域、すなわち原則として
燃料リッチの運転が行われる領域で、空燃比センサの通
電が強制的に停止されることにより、この空燃比センサ
におけるブラックニングの発生が確実に防がれる。

【００１７】ここで、上記領域での通電を制限する手段
として、上記運転領域を外れてから所定時間が経過する
まで上記空燃比センサの通電を停止することが挙げられ
るが、ここで請求項２記載の装置では、比較的ブラック
ニングが生じやすいエンジン冷間時には上記通電待機時
間として比較的長い時間が設定される一方、比較的ブラ
ックニングが生じにくいエンジン温間時には上記通電待
機時間として比較的短い時間が設定され、エンジン冷間
時よりも早い時期に空燃比センサの通電が許容されるこ
ととなる。

【００１８】上記通電待機時間の演算について、請求項
３記載の装置では、エンジン始動時の検出エンジン水温
に基づいて上記通電待機時間が設定される。

【００１９】また、請求項４記載の装置では、排気ガス
温度が予め設定された温度以上の場合、すなわちブラッ
クニングの生ずるおそれがない場合には、上記目標空燃
比に関係なく上記空燃比センサの通電が早々に開始され
る。

【００２０】

【実施例】本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。

【００２１】図１において、エンジン本体１０には吸気
通路１２及び排気通路１４が接続されている。吸気通路
１２には、エアクリーナー１６、エアフローセンサ１
７、スロットル弁１８、サージタンク２０等が配されて
いる。排気通路１４には、排気ガス浄化用触媒２２が設
けられ、その上流側に排気ガス温度センサ２６及び空燃
比センサ（Ｏ₂センサ）２８が設けられている。この空
燃比センサ２８は、前記図６に示したものと同等であ
り、ここではその具体的な構造の説明を省略する。

【００２２】上記各センサ１７，２６，２８やエンジン
水温センサ２４等の各センサの検出信号は、ＥＣＵ（エ
ンジンコントロールユニット）３０に入力され、このＥ
ＣＵ３０によって上記空燃比センサ２８の通電制御が行
われるようになっている。具体的に、このＥＣＵ３０
は、通電制限手段３２を備え、この通電制限手段３２
は、エンジン始動時から所定期間は上記空燃比センサ２
８の通電を強制的に停止させるように構成されている。

【００２３】次に、このＥＣＵ３０により行われる空燃
比センサ２８の通電制御動作を図２のフローチャートに
基づいて説明する。

【００２４】まず、エンジン始動時であるか通常運転時
であるかが判定され（ステップＳ１）、通常運転時であ
る場合は（ステップＳ１でＮＯ）、空燃比センサ２８が
通電されて、その検出結果に基づく通常の空燃比フィー
ドバック制御が実行される（ステップＳ２）。エンジン
始動時である場合には（ステップＳ１でＹＥＳ）、現在
の運転領域において設定される目標空燃比が理論空燃比
未満であるか否か、すなわち燃料リッチの運転が行われ
るか否かが判定される（ステップＳ３）。

【００２５】リッチ運転の場合は（ステップＳ３でＹＥ
Ｓ）、排気ガス温度センサ２６による検出ガス温度ｔが
読み込まれ（ステップＳ４）、このガス温度ｔが予め設
定された一定温度ｔｏ以下である場合には（ステップＳ
５でＮＯ）、ブラックニングのおそれがあるとしてセン
サ通電は許容されず、空燃比を高めるべく燃料噴射量の
減量のみが行われる（ステップＳ６）。これに対し、ガ
ス温度ｔが上記温度ｔｏを上回る場合には（ステップＳ
５でＹＥＳ）、燃料リッチの運転領域でない場合（ステ
ップＳ３でＮＯ）と同様の制御動作が行われる。

【００２６】まず、エンジン水温センサ２４により検出
されるエンジン水温θｗが読み込まれ、次いで、このエ
ンジン水温θｗに対応するセンサ通電待機時間Ｔが演算
される（ステップＳ８）。この通電待機時間Ｔの演算
は、エンジン水温が低いほど長い通電待機時間Ｔが設定
されるものであれば良く、例えば図３に示すように、ま
ずセンサ素子の昇温速度βを演算し（ステップＳ８
１）、次いで予め与えられた式Ｔ＝（α−θｗ）／βに
基づいて通電待機時間を演算する（ステップＳ８２）も
のでもよいし、図４に示すように複数段階に分けて通電
待機時間Ｔを設定するようにしてもよいし、予め記憶し
たθｗ−Ｔのマップから通電待機時間Ｔを設定するよう
にしてもよい。

【００２７】図４のルーチンでは、エンジン水温θｗが
所定温度ａ未満の場合（ステップＳ８３でＹＥＳ）に
は、第１の通電待機時間Ｔ１が設定され（ステップＳ８
５）、エンジン水温θｗが上記温度ａ以上でこれよりも
高い所定温度ｂ未満の場合には（ステップＳ８３でＮＯ
かつステップＳ８４でＹＥＳ）、第２の通電待機時間Ｔ
２（＜Ｔ１）が設定され（ステップＳ８６）、エンジン
水温θｗが上記温度ｂ以上の場合には（ステップＳ８３
でＮＯかつステップＳ８４でＮＯ）、第３の通電待機時
間Ｔ３（＜Ｔ２）が設定される。すなわち、エンジン水
温θｗが３段階のレベルに分けられ、各レベル毎に異な
る通電待機時間Ｔが設定される。

【００２８】このようにして通電待機時間Ｔが演算され
た後、この上記通電待機時間計測のためのカウンタＣが
リセットされ（図２のステップＳ９）、カウントアップ
されていき（ステップＳ１０）、このカウンタＣが上記
通電待機時間Ｔに達した時点（ステップＳ１１でＹＥ
Ｓ）ではじめて、空燃比センサ２８の通電が開始される
（ステップＳ１２）。従って、図５に示すように、エン
ジン冷間時ではエンジン温間時よりも遅い時期にセンサ
の通電が開始されることとなる。

【００２９】以上のように、この装置では、エンジン始
動後、燃料リッチの運転が行われる領域、すなわち空燃
比センサ２８のブラックニングが生じやすい領域では、
空燃比センサ２８の通電が強制的に禁止されるので、複
雑な回路を用いることなく、簡単な制御で上記ブラック
ニングを確実に防ぐことができる。

【００３０】しかも、この装置では、上記燃料リッチの
運転領域を外れた後にセンサ通電待機時間Ｔが設定され
るとともに、この通電待機時間Ｔとして、エンジン始動
時のエンジン水温θｗが低いほど長い時間が設定される
ので、比較的ブラックニングの生じやすいエンジン冷間
時には、通電開始時期の遅延によってブラックニングの
発生をより確実に防ぐ一方、比較的ブラックニングの生
じにくいエンジン温間時には、早い時期から空燃比セン
サ２８を通電してより応答性の高い空燃比フィードバッ
ク制御を実行することができる。

【００３１】さらに、この装置では、燃料リッチの運転
領域内にあっても、排気ガス温度ｔが高くてブラックニ
ングが生じにくい場合（ステップＳ５でＹＥＳ）には通
電を許容するようにしているので、上記空燃比フィード
バック制御の応答性をより高めることができる。

【００３２】なお、この実施例では、燃料リッチ領域を
過ぎた時点を始期としてセンサ通電待機時間Ｔを設定す
るようにしているが、エンジンが始動してから上記燃料
リッチ領域を過ぎるまでの時間を予め見越して、エンジ
ン始動時を始期として通電待機時間Ｔを設定するように
してもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明は、いわゆるポンプ
式空燃比センサの制御装置において、目標空燃比が理論
空燃比よりも低いエンジン運転領域では上記空燃比セン
サの通電を強制的に停止させるようにしたものであるの
で、このような通電制限により、複雑な回路を用いるこ
となく、特に上記運転領域で生じやすいブラックニング
を簡単かつ確実に防ぐことができる一方、それ以外の領
域では上記空燃比センサの通電を許容して通常の空燃比
制御を可能にすることができる効果がある。

【００３４】ここで、請求項２記載の装置では、エンジ
ン始動時から所定の通電待機時間が経過した後に上記空
燃比センサの通電を許容するとともに、上記通電待機時
間としてエンジン冷間時ではエンジン温間時よりも長い
時間を設定するようにしたものであるので、比較的ブラ
ックニングの生じやすいエンジン冷間時には長い通電待
機時間を設定してブラックニングの発生をより確実に防
ぐ一方、比較的ブラックニングの生じにくいエンジン温
間時には短い通電待機時間を設定してより早い時期にセ
ンサ通電を開始することができる。すなわち、この装置
では、ブラックニングの発生防止を図りながらより早い
時期に空燃比センサの通電を開始して良好な制御の実行
を図ることができる効果がある。

【００３５】さらに、請求項４記載の装置では、排気ガ
ス温度が予め設定された温度以上の場合には、上記目標
空燃比に関係なく上記空燃比センサの通電を許容するよ
うにしたものであるので、排気ガス温度が高い状態、す
なわち上記ブラックニング発生のおそれがほとんどない
状態では空燃比センサの通電時期をさらに早めてより好
ましい空燃比制御を確保することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるエンジンの全体構成
図である。

【図２】上記エンジンにおいて実際に行われる空燃比セ
ンサの通電制御動作を示すフローチャートである。

【図３】上記通電制御動作中に実行されるセンサ通電待
機時間の演算ルーチンを示すフローチャートである。

【図４】上記通電制御動作中に実行されるセンサ通電待
機時間の演算ルーチンを示すフローチャートである。

【図５】上記エンジンにおいて設定される通電開始時期
を示すタイムチャートである。

【図６】いわゆるポンプ式空燃比センサの構造の一例を
示す一部断面斜視図である。

【符号の説明】

Ａ第１の素子Ｂ第２の素子１，２，４，５多孔質電極３，６固体電解質板９測定ガス室１０エンジン本体１２吸気通路１４排気通路２４エンジン水温センサ（水温検出手段）２６ガス温度センサ（ガス温度検出手段）２８空燃比センサ３０ＥＣＵ３２通電制限手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの排気系に設けられ、固体電解
質材の表裏に一対の多孔質電極が配された第１の素子と
固体電解質材の表裏に一対の多孔質電極が配された第２
の素子との間に測定ガス室を有する空燃比センサの通電
を制御するための空燃比センサの制御装置において、目
標空燃比が理論空燃比よりも低いエンジン運転領域では
上記空燃比センサの通電を強制的に停止させる通電制限
手段を備えたことを特徴とする空燃比センサの制御装
置。
【請求項２】請求項１記載の空燃比センサの制御装置
において、エンジン始動時から所定の通電待機時間が経
過した後に上記空燃比センサの通電を許容するととも
に、上記通電待機時間としてエンジン冷間時ではエンジ
ン温間時よりも長い時間を設定するように上記通電制限
手段を構成したことを特徴とする空燃比センサの制御装
置。
【請求項３】請求項２記載の空燃比センサの制御装置
において、エンジン水温を検出する水温検出手段を備え
るとともに、この水温検出手段がエンジン始動時に検出
した水温に基づいて上記通電待機時間を演算するように
上記通電制限手段を構成したことを特徴とする空燃比セ
ンサの制御装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の空燃比
センサの制御装置において、排気ガス温度を検出するガ
ス温度検出手段を備えるとともに、この検出ガス温度が
予め設定された温度以上の場合には上記目標空燃比にか
かわらず上記空燃比センサの通電を許容するように上記
通電制限手段を構成したことを特徴とする空燃比センサ
の制御装置。