JPH09274006A

JPH09274006A - 空燃比センサの劣化抑制制御方法および装置

Info

Publication number: JPH09274006A
Application number: JP8083404A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sasaki; 孝佐々木; Hiroshi Ono; 弘志大野; Wataru Hamada; 亘浜田; Toshiaki Ariyoshi; 敏明有吉
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1996-04-05
Filing date: 1996-04-05
Publication date: 1997-10-21

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジン排ガスを導入する拡散室を相互間に介
在させた酸素検出セルおよびポンプセルを有する空燃比
センサの劣化を抑制すべく、前記酸素検出セルに負電圧
および正電圧を交番印加するようにして空燃比センサの
劣化を抑制するにあたって、空燃比センサの確実な劣化
抑制処理を可能とするとともに、劣化抑制処理後の正常
状態への確実な復帰を可能ならしめる。【解決手段】酸素検出セルへの負電圧および正電圧の交
番印加による劣化抑制処理を、その劣化抑制処理の直前
の空燃比センサの検出値に基づくエンジンの空燃比制御
実行中に実行可能とし、前記劣化抑制処理を終了した直
後の所定時間内に酸素検出セルの活性化判断を実行す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン排ガスを
導入する拡散室を相互間に介在させた酸素検出セルおよ
びポンプセルを有する空燃比センサの劣化を抑制すべ
く、前記酸素検出セルに負電圧および正電圧を交番印加
するようにした空燃比センサの劣化抑制制御方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】このような空燃比センサの劣化抑制制御
方法は、たとえば特開平６−２６５５２２号公報等によ
り既に知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のものでは、
その劣化抑制処理を実行するには、車載エンジンの空燃
比制御を実行しない運転領域、すなわち空燃比センサの
活性化完了前後、あるいはエンジンへの燃料カット時で
あることが必要であり、実用的には燃料カット時が望ま
しく、その燃料カット時に予め設定した充分な時間をか
けて劣化抑制処理を実行している。

【０００４】ところが、実際の車両に搭載されたエンジ
ンではその燃料カット頻度および燃料カット継続時間は
確実なものではなく、運転条件に大きく左右されるもの
である。すなわち実用的には劣化抑制処理を不定期にし
か実行し得ず、劣化抑制処理を実行する場合もあれば実
行されない場合もあり、また劣化抑制処理が燃料カット
解除に伴って途中で解除される場合もあるので、劣化抑
制効果を安定して得ることができず、劣化抑制処理が途
中で解除された場合には空燃比センサが正常状態に復帰
しない場合もある。

【０００５】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、空燃比センサの確実な劣化抑制処理を可能と
するとともに、劣化抑制処理後の正常状態への確実な復
帰を可能とした空燃比センサの劣化抑制制御方法を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、エンジン排ガスを導入する
拡散室を相互間に介在させた酸素検出セルおよびポンプ
セルを有する空燃比センサの劣化を抑制すべく、前記酸
素検出セルに負電圧および正電圧を交番印加するように
した空燃比センサの劣化抑制制御方法において、酸素検
出セルへの負電圧および正電圧の交番印加による劣化抑
制処理を、その劣化抑制処理の直前の空燃比センサの検
出値に基づくエンジンの空燃比制御実行中に実行可能と
し、前記劣化抑制処理を終了した直後の所定時間内に酸
素検出セルの活性化判断を実行することを特徴とする。

【０００７】また請求項２記載の発明は、上記請求項１
記載の発明の構成に加えて、エンジンへの燃料カット時
に劣化抑制処理を実行したときの燃料カット停止直後
に、拡散室をリーン状態とするとともに酸素検出セルへ
の正方向の通電電流を一時的に増加せしめることを特徴
とする。

【０００８】請求項３記載の発明は、上記請求項１記載
の発明の構成に加えて、劣化抑制処理実行時に、その逆
方向電圧印加時の酸素検出セルの抵抗値を計測するとと
もに、その計測抵抗値と、予め記憶した基準抵抗値との
比較に基づいて異常を判断することを特徴とする。

【０００９】請求項４記載の発明は、上記請求項１記載
の発明の構成に加えて、劣化抑制処理に同期して、ポン
プセルの両端を短絡し、酸素検出セルの出力電圧をスト
イキ時の値に固定することを特徴とする。

【００１０】さらに請求項５記載の発明は、請求項４記
載の劣化抑制処理を実行するための空燃比センサの劣化
抑制制御装置であって、劣化抑制時に酸素検出セルへの
負電圧および正電圧印加を切換える第１の切換手段と、
ポンプセルの両端を短絡する状態に切換える第２の切換
手段と、酸素検出セルの出力電圧をストイキ時の値に切
換える第３の切換手段と、書き換えを可能として予め記
憶したデータに基づいて第１ないし第３の切換手段を切
換作動せしめる駆動手段とを備えることを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

【００１２】図１ないし図９は本発明の第１実施例を示
すものであり、図１は車載エンジンの側面図、図２は空
燃比センサの排気マニホールドへの取付け状態を示す部
分断面図、図３は空燃比検出素子の概略構成を示す図、
図４はポンプ電流および空燃比の関係を示す図、図５は
電子制御ユニットの空燃比センサに対応する部分の構成
図、図６は劣化抑制制御処理手順を示すフローチャー
ト、図７は劣化抑制時のタイミングチャート、図８は劣
化抑制時のタイミングチャートの変形例を示す図、図９
は劣化抑制効果を劣化抑制処理を行わない場合ならびに
従来の劣化抑制処理を行なった場合と比較して示す図で
ある。

【００１３】先ず図１において、車載エンジンＥにおけ
る各気筒に燃料を供給するための燃料噴射弁ＦＶの作動
は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１５により制御され
る。また車載エンジンＥの排気マニホールドＭを流通す
る排ガス中の酸素濃度は空燃比センサＳにより検出され
るものであり、該空燃比センサＳの検出値が電子制御ユ
ニット１５に入力される。而して電子制御ユニット１５
は、空燃比センサＳの検出値に基づいて燃料噴射弁ＦＶ
の作動を制御することにより、エンジンＥの空燃比制御
を行なうとともに、空燃比センサＳの劣化抑制処理を実
行する。

【００１４】図２において、空燃比センサＳは、排気マ
ニホールドＭに螺着される主体金具１７と、先端を閉じ
た二重管構造の有底円筒状に形成されるとともに主体金
具１７に連設されて排気マニホールドＭ内に配置される
プロテクタ１６と、主体金具１７に連設されて外方に延
びる外筒１８と、該外筒１８内に同軸に配置される絶縁
碍管１９とを備えるものであり、プロテクタ１６内に先
端部を臨ませた空燃比検出素子Ｓ′が、前記絶縁碍管１
９内に滑石２０を介して保持される。しかもプロテクタ
１６の内、外側壁部には、相互に位置を異ならせた複数
の連通孔２１…が設けられており、排気マニホールドＭ
内を流通する排ガスが、前記空燃比検出素子Ｓ′の先端
部が臨むプロテクタ１６内に前記各連通孔２１…から導
入される。

【００１５】図３において、空燃比検出素子Ｓ′は、ヒ
ータ２３ａが埋設されたヒータ板２３と、スペーサ２４
と、ポンプセル２５と、スペーサ２６と、酸素検出セル
２７と、遮蔽板２８とが順に積層されて成るものであ
り、ヒータ２３ａへの通電により、ポンプセル２５およ
び酸素検出セル２７は、たとえば８００℃の温度に保持
される。またスペーサ２４，２６は、絶縁材料によりそ
れぞれ形成される。

【００１６】ポンプセル２５は、酸素イオン電導性の固
体電解質材料から成る素子２５ａの両面に電極２５ｂ，
２５ｃが設けられて成るものであり、また酸素検出セル
２７は、酸素イオン電導性の固体電解質材料から成る素
子２７ａの両面に電極２７ｂ，２７ｃが設けられて成る
ものである。ポンプセル２５および酸素検出セル２７間
には、ポンプセル２５の電極２５ｃならびに酸素検出セ
ル２７の電極２７ｂをそれぞれ臨ませた拡散室２９が形
成され、スペーサ２６には、拡散室２９を外部に連通さ
せる拡散孔３０₁…が設けられる。また酸素検出セル２
７および遮蔽板２８間には、酸素検出セル２７の電極２
７ｃを臨ませた基準室３１が形成される。

【００１７】このような空燃比センサＳによる空燃比の
検出にあっては、酸素検出セル２７に一定電流Ｉｃを流
して、拡散室２９から基準室３１内に酸素を汲み込むこ
とにより、基準室３１内の酸素分圧を一定に保持させて
おく。そうすると、気体定数をＲ、絶対温度をＴ、ファ
ラデー定数をＦ、基準室３１の酸素分圧をＰ１、拡散室
２９の酸素分圧をＰ２としたときに、次のネルンストの
式に基づく起電圧が酸素検出セル２７の両端間に発生
し、起電力＝｛（Ｒ・Ｔ）／４Ｆ｝・ｌｎ（Ｐ１／Ｐ２）たとえばリーンガス、すなわち酸素分圧の高い排ガスが
拡散室２９内に入ると、酸素検出セル２７の両端間電圧
は小さくなり、またリッチガスの場合は逆に大きくな
る。そこで、排ガスの流入によって変化する拡散室２９
内の酸素分圧が一定値、すなわち酸素検出セル２７の両
端電圧が一定値となるように、ポンプセル２５にポンプ
電流Ｉpoを供給してポンプセル２５中での酸素輸送（酸
素ポンピング）を生じさせると、そのポンプ電流Ｉpo
と、空燃比との間には、図４で示すような関係が成り立
つことになり、ポンプ電流Ｉpoを検出することで空燃比
を検出することが可能となる。この際、空燃比がストイ
キであるときに、Ｉpo＝０となるように、酸素検出セル
２７の両端間の前記一定電圧が設定されており、空燃比
がリッチであるときにはポンプ電流Ｉpoが負、空燃比が
リーンであるときにはポンプ電流Ｉpoが正となる。

【００１８】図５において、空燃比検出素子Ｓ′（図で
はヒータを省略）に関連する部分で、電子制御ユニット
１５は、センサ駆動回路３３と、劣化抑制回路３４と、
パルス発生器３５と、制御モード設定回路３６と、素子
抵抗計測回路３７とを備える。

【００１９】センサ駆動回路３３は、第１および第２オ
ペアンプ３８，３９を備えるものであり、第１オペアン
プ３８の反転入力端子には、分圧抵抗４０，４１の接続
点４２が抵抗４３を介して接続され、また第１オペアン
プ３８の非反転入力端子には、抵抗４４，４５を介して
基準端子４６が接続される。而して前記接続点４２には
分圧抵抗４０，４１の分圧作用により一定の基準電圧Ｖ
seref が印加され、基準端子４６からは一定電流Ｉc が
供給される。

【００２０】抵抗４４，４５の接続点は酸素検出セル２
７の一端に接続されており、該酸素検出セル２７の他端
およびポンプセル２５の一端は抵抗４７を介して接地さ
れる。而して酸素検出セル２７および抵抗４７間は、抵
抗４８を介して第１オペアンプ３８の出力端子に接続さ
れるとともに抵抗４８，４９を介して第１オペアンプ３
８の反転入力端子に接続される。

【００２１】第２オペアンプ３９の非反転入力端子に
は、分圧抵抗５０，５１の接続点５２が接続され、また
第２オペアンプ３９の反転入力端子は、酸素検出セル２
７の他端およびポンプセル２５の一端に接続される。さ
らに第２オペアンプ３９の出力端子はポンプセル２５の
他端に接続される。而して前記接続点５２には、分圧抵
抗５０，５１の分圧作用により一定の基準電圧Ｖcntref
が印加される。

【００２２】このようなセンサ駆動回路３３では、酸素
検出セル２７の両端にかかる電圧Ｖseが、接続点４２に
印加される一定の基準電圧Ｖseref に等しくなるよう
に、ポンプ電流Ｉpoが制御されることになり、基準電圧
Ｖseref は、ストイキ時にＩpo＝０となるように設定さ
れる。また車両に搭載されることを考えるとポンプ電流
Ｉpoを負電流とすることは困難であるが、第２オペアン
プ３９により相対的に正負の電流印加を行なえるように
接続点５２の基準電圧Ｖcntrefにフィードバックするこ
とにより、センサ駆動中心電圧が接地レベルからＶcnt
にバイアスされている。

【００２３】劣化抑制回路３４は、第３および第４オペ
アンプ５３，５４と、第１ないし第４スイッチ回路５
５，５６，５７，５８とを備える。第３オペアンプ５３
の非反転入力端子には、基準電圧Ｖcntrefが印加される
接続点５２が抵抗５９を介して接続されるとともに第３
オペアンプ５３の出力端子が抵抗６０，６１を介して接
続される。また第３オペアンプ５３の反転入力端子は、
分圧抵抗６２，６３の接続点６４が、抵抗６５を介して
接続されるとともに、該第３オペアンプ５３の出力端子
に抵抗６６を介して接続される。而して前記接続点６４
には、分圧抵抗６２，６３の分圧作用により、一定の基
準電圧（Ｖcnt −ＶＬ）が印加される。

【００２４】第４オペアンプ５４の非反転入力端子は前
記接続点６４に接続され、第４オペアンプ５４の反転入
力端子は、該第４オペアンプ５４の出力端子に抵抗６７
を介して接続される。

【００２５】第１スイッチ回路５５は、抵抗６０，６１
の接続点に連なる個別接点５５ａと、抵抗６７に連なる
個別接点５５ｂとを、択一的に切換えて共通接点５５ｃ
に導通せしめるものであり、パルス発生器３５からのパ
ルスが入力されないときには、図５で示すように個別接
点５５ｂを共通接点５５ｃに導通せしめた状態に在る
が、パルス発生器３５からのパルスが入力されるのに応
じて、個別接点５５ａを共通接点５５ｃに導通せしめた
状態に切換える。

【００２６】この第１スイッチ回路５５は、劣化抑制時
に個別接点５５ａを共通接点５５ｃに導通させて酸素検
出セル２７に正方向の電圧を印加する第１の状態と、個
別接点５５ｂを共通接点５５ｃに導通させて酸素検出セ
ル２７に通常と逆方向すなわち負方向の電圧を印加する
第２の状態とを切換えるものであり、第１の状態では、
第３オペアンプ５３で定電流制御された一定電流Ｉse
（たとえば０．７〜１．２ｍＡ）が共通接点５５ｃに供
給されることになる。ここで、抵抗６０の抵抗値をＲと
したときに、前記一定電流Ｉseは、Ｉse＝｛Ｖcntref−（Ｖcnt −ＶＬ）｝／Ｒとなる。このように定電流制御された一定電流Ｉseを供
給するのは、酸素検出セル２７の素子２７ａが破壊され
るのを防止するためである。すなわち酸素検出セル２７
への正方向電圧印加は基準室３１に酸素を汲み込むこと
になり、電流を制限しないと基準室３１に過度の量の酸
素が供給されて素子破壊を生じることになるのである。
また第１スイッチ回路５５が第２の状態に在るときに
は、バッファとして機能する第４オペアンプ５４から
（Ｖcnt −ＶＬ）の電圧が共通端子５５ｃに印加され
る。而して、この電圧（Ｖcnt −ＶＬ）が酸素検出セル
２７の一端に印加されたときには、酸素検出セル２７の
他端の電圧が一定電圧Ｖcnt であることから、酸素検出
セル２７には負方向に電圧ＶＬだけ印加されることにな
る。この逆方向の電圧ＶＬは、任意に調整可能であり、
酸素検出セル２７がブラックニングを生じない程度（た
とえば１〜１．４Ｖ）に設定される。

【００２７】第２スイッチ回路５６は、特許請求の範囲
で言う第１の切換手段を上記第１スイッチ回路５５とと
もに構成するものであり、第１スイッチ回路５５の共通
接点５５ｃおよび酸素検出セル２７間の導通・遮断を切
換可能である。而して制御モード設定回路３６からのハ
イレベルの劣化抑制開始信号が入力されるのに応じて第
２スイッチ回路５６が導通し、それにより酸素検出セル
２７への負方向および正方向電圧の交番印加が実行され
る。

【００２８】第３スイッチ回路５７は、特許請求の範囲
で言う第２の切換手段であり、ポンプセル２５の両端間
の導通・遮断を切換可能である。この第３スイッチ回路
５７は、制御モード設定回路３６からのハイレベルの劣
化抑制開始信号が入力されるのに応じて導通し、それに
より酸素検出セル２７の一端側の電圧Ｖseが変動しても
該酸素検出セル２７の他端側の電圧Ｖcnt が第２オペア
ンプ３９のバッファ出力となって一定に維持される。

【００２９】第４スイッチ回路５８は、特許請求の範囲
で言う第３の切換手段であり、第１オペアンプ３８の非
反転入力端子と分圧抵抗４０，４１の接続点４２との間
の導通・遮断を切換可能である。この第４スイッチ回路
５８は、制御モード設定回路３６からのハイレベルの劣
化抑制開始信号が入力されるのに応じて導通し、それに
より、酸素検出セル２７の一端側の電圧ＶseがＶseref
に固定され、Ｖseの変動に伴なってポンプセル２５に電
流が流れることがなくなり、空燃比を検出する必要がな
い劣化抑制中にポンプセル２５にポンプ電流Ｉpoを流す
等の無駄な電流の発生をなくすことができる。

【００３０】パルス発生器３５および制御モード設定回
路３６は、特許請求の範囲で言う駆動手段を構成するも
のであり、第１ないし第４スイッチ回路５５〜５８を、
書き換えを可能として予め記憶したデータに基づいて切
換作動せしめる。

【００３１】素子抵抗計測回路３７は、抵抗６８と、電
圧検出器６９とが並列に接続されて成るものであり、第
２スイッチ回路５６と酸素検出セル２７の一端との間に
介設される。而して該素子抵抗計測回路３７によれば、
抵抗６８の抵抗値と、電圧検出器６９で検出される電圧
とに基づいて酸素検出セル２７に流れる電流を検出する
ことができ、その際の既知の電圧と、検出電流とに基づ
いて酸素検出セル２７の素子抵抗値を計測可能である。

【００３２】空燃比センサＳの劣化抑制制御は、図６で
示す手順で実行されるものであり、図６のステップＳ１
０１において、空燃比センサＳの検出値を用いた通常の
空燃比制御を実行しているときに、劣化抑制処理を実行
することがステップＳ１０２で確認されたときに、ステ
ップＳ１０３で劣化抑制処理を実行する直前の空燃比セ
ンサＳの検出値が記憶され、ステップＳ１０４では、そ
の記憶された空燃比に基づく空燃比制御が開始される。

【００３３】次のステップＳ１０５では、劣化抑制回路
３４の各スイッチ回路５５〜５８が切換え作動せしめら
れ、ステップＳ１０６において、酸素検出セル２７に先
ず逆方向（負方向）の電圧印加が行なわれ、その後のス
テップＳ１０７で通常方向（正方向）の電圧印加が行な
われる。すなわちステップＳ１０６，Ｓ１０７におい
て、酸素検出セル２７への印加電流、ならびに酸素検出
セル２７への印加電圧は、パルス発生器３５から出力さ
れるパルスならびに制御モード設定回路３６から出力さ
れる制御信号に応じて図７で示すように変化することに
なり、酸素検出セル２７への負電圧および正電圧の交番
印加による劣化抑制処理が行なわれることになる。この
際の酸素検出セル２７への通常方向電圧印加は、劣化抑
制効果を高めるためであるとともに、酸素検出セル２７
を短時間で正常動作せしめるために酸素基準極形成を短
時間で行なうように酸素輸送を行わしめるためでもあ
る。

【００３４】このような劣化抑制処理は、数ｍ秒の極く
短時間で実施されることが望ましく、そうすることによ
り、劣化抑制処理を実行中に空燃比の急変動が生じたと
しても充分に対応可能となる。

【００３５】ところで、パルス発生器３５からのパルス
出力タイミング、ならびに制御モード設定回路３６から
出力される制御信号の出力タイミングは任意に設定可能
であり、たとえば図８で示すように、交番電圧の印加回
数および劣化抑制処理時間を変化させるようにしてもよ
く、最適な回数および時間をパルス発生器３５および制
御モード設定回路３６に予め設定しておけばよい。而し
て、パルス発生器３５および制御モード設定回路３６に
は、劣化抑制処理を実行する条件も予め設定されるもの
であり、空燃比センサＳが充分に活性化されていないと
き、あるいは低温時、高温時には劣化抑制処理を実行し
ないようにすることも可能であり、燃料カット時のよう
に通常の空燃比制御以外の運転領域で劣化抑制処理時間
を比較的長く設定することも可能である。

【００３６】再び図６において、劣化抑制処理後のステ
ップＳ１０８では、数ｍ秒の復帰ディレイ時間のカウン
トが開始され、その間に酸素検出セル２７の活性判断が
実行される。この活性判断は、酸素検出セル２７の抵抗
値を、予め記憶していた正常な抵抗値とを比較すること
により行われ、ステップＳ１０９で活性状態が良好であ
ると判断されたときにはステップＳ１１０に進むが、不
活性であると判断されたときにはステップＳ１０７に戻
って通常方向の電圧印加が実行され、活性化が促進され
る。

【００３７】ステップＳ１１０では、劣化抑制回路３４
の各スイッチ回路５５〜５８が切換え作動せしめられ、
ステップＳ１０４で開始された記憶空燃比による空燃比
制御が終了せしめられ、その後のステップＳ１１１で通
常の空燃比制御が開始されることになる。

【００３８】次にこの第１実施例の作用について説明す
ると、酸素検出セル２７に負電圧および正電圧を交番印
加するようにした劣化抑制処理を、その劣化抑制処理の
直前の空燃比センサＳの検出値に基づくエンジンＥの空
燃比制御実行中に実行するようにしたことにより、図９
で示すように劣化抑制処理を実行しない場合に比べて劣
化量を著しく低減させ得るだけでなく、燃料カット時に
劣化抑制処理を行なうようにした従来のものに比べても
劣化抑制効果を高めることができる。すなわち燃料カッ
ト時に劣化抑制処理を実行するようにした従来のもので
は、燃料カット頻度および燃料カット継続時間がエンジ
ンＥの運転条件に大きく左右されて不確実なものであ
り、劣化抑制処理が不定期であったり、劣化抑制処理が
実行されない場合もあり、また劣化抑制処理が燃料カッ
ト解除に伴って途中で解除される場合もあるので、劣化
抑制効果を安定して得ることができない。それに対し
て、劣化抑制処理の直前の空燃比センサＳの検出値を記
憶しておき、その記憶空燃比に基づくエンジンＥの空燃
比制御実行中に劣化抑制処理を実行するようにしたこと
により、劣化抑制処理を確実にかつ安定的に実施するこ
とができるので、優れた劣化抑制効果を得ることができ
るのである。

【００３９】また劣化抑制処理時に、ポンプセル２５の
両端を短絡し、酸素検出セル２７の他端側の電圧Ｖcnt
を一定に維持するようにしているので、ポンプセル２５
の抵抗値の変化の影響を排除して前記電圧Ｖcnt の変動
をなくすことができ、その結果、安定した確実な劣化抑
制処理が実行可能となるとともに、酸素検出セル２７へ
の過電圧、過電流印加を回避することができ、酸素検出
セル２７のブラックニング発生を防止することができ
る。これに対し、前記電圧Ｖcnt を一定に維持しないで
劣化抑制処理を実行したときには、酸素検出セル２７の
一端側の電圧Ｖseの変化に対してＶcnt の固定フィード
バックのためにポンプ電流Ｉpoが生じるが、ポンプセル
２５の抵抗値が大きくなった場合にはポンプ電流Ｉpoの
供給のための電圧Ｖpoに上限値があることに基づき、電
圧Ｖcnt を固定するのに充分な電流供給ができず、フィ
ードバックが働かなくなって電圧Ｖcnt が変動し、その
結果、安定した正方向およびフィードバック方向の電圧
印加が困難となり、また酸素検出セル２７への過電圧、
過電流印加によるブラックニングが発生することになる
のである。

【００４０】さらに劣化抑制処理時に、酸素検出セル２
７の出力電圧Ｖseをストイキ時の値Ｖseref に固定する
ので、劣化抑制処理時の正負電圧印加によるＶseの変動
に対して必要なフィードバック電流が流れることがない
ようにすることができ、無駄な電流の発生をなくすこと
ができる。すなわちポンプ電流Ｉpoが流れるときには、
劣化抑制電流のみの場合に比べて、たとえば約１．４倍
程度の電流を消費電流として考慮する必要があり、ポン
プ電流Ｉpoを流さないことにより、たとえば約３０％の
低電流消費化が可能となる。

【００４１】しかも劣化抑制処理、その劣化抑制処理時
のポンプセル２５の短絡処理、ならびに酸素検出セル２
７の出力電圧Ｖseをストイキ時の値Ｖseref に固定する
処理を、第１ないし第４スイッチ回路５５〜５８ならび
にそれらのスイッチ回路５５〜５８を作動せしめるパル
ス発生器３５および制御モード設定回路３６の追加によ
り実現するようにしたので、回路の一部を共有しながら
通常の空燃比制御と劣化抑制制御とを、簡単な回路の追
加のみで相互に独立して実施することが可能となる。

【００４２】図１０ないし図１２は本発明の第２実施例
を示すものであり、図１０は劣化抑制制御処理手順を示
すフローチャート、図１１は燃料カットを中断したとき
の劣化抑制電圧の変化を示す図、図１２は劣化抑制効果
を従来技術と対比して示す図である。

【００４３】この第２実施例においても、酸素検出セル
２７に負電圧および正電圧を交番印加するようにした劣
化抑制処理を、その劣化抑制処理の直前の空燃比センサ
Ｓの検出値に基づくエンジンＥの空燃比制御実行中に実
行するのであるが、燃料カット時における劣化抑制処理
に特徴を持つものであるので、燃料カット時の劣化抑制
処理についてのみ以下に述べる。

【００４４】先ず図１０において、ステップＳ２０１に
おいて、空燃比センサＳの検出値を用いた通常の空燃比
制御を実行しているときに、ステップＳ２０２で燃料カ
ットを実行した状態で劣化抑制処理を実行することがス
テップＳ２０３で確認されたときに、ステップＳ２０４
で劣化抑制回路３４の各スイッチ回路５５〜５８が切換
え作動せしめられ、ステップＳ２０５において、酸素検
出セル２７に先ず逆方向（負方向）の電圧印加が行なわ
れる。

【００４５】その後のステップＳ２０６で燃料カットが
解除されていないことが確認されたときには、ステップ
Ｓ２０７で逆方向の電圧印加が続行され、その後のステ
ップＳ２０８で通常方向（正方向）の電圧印加が行なわ
れる。すなわちステップＳ２０５〜Ｓ２０８において、
酸素検出セル２７への負電圧および正電圧の交番印加に
よる劣化抑制処理が行なわれることになる。劣化抑制処
理後のステップＳ２０９では、数ｍ秒の復帰ディレイ時
間のカウントが開始され、その間に酸素検出セル２７の
活性判断が実行され、さらにステップＳ２１０で活性状
態が良好であると判断されたときにはステップＳ２１１
に進むが、不活性であると判断されたときにはステップ
Ｓ２０８に戻って通常方向の電圧印加が実行され、ステ
ップＳ２１１では、劣化抑制回路３４の各スイッチ回路
５５〜５８が切換え作動せしめられ、ステップＳ２１２
で通常の空燃比制御が開始される。

【００４６】ところで、ステップＳ２０６において、燃
料カットが解除されたと判定されたときには、ステップ
Ｓ２０６からステップＳ２１３に進み、このステップＳ
２１３では、拡散室２９内の雰囲気がリッチ状態になっ
ているか否かが判定され、リーン状態であったときには
ステップＳ２０８に進むが、リッチ状態であったときに
は、ステップＳ２１４でポンプセル２５への通電を行な
って酸素輸送により拡散室２９内の雰囲気をリーン状態
としてからステップＳ２１３に進む。

【００４７】すなわち劣化抑制処理時の逆方向電圧印加
の途中で燃料カットが解除されたときには、図１１で示
すように、逆方向電圧印加を停止して通常方向電圧印加
へと切換えられるのであるが、酸素検出セル２７の基準
極への酸素汲み込みを速めるために拡散室２９の雰囲気
をリーン状態としてから通常方向の電圧が印加される。
この際、逆方向電圧印加状態から切換えられた通常方向
電圧印加時には、通常方向（正方向）への酸素検出セル
２７への通電電流を一時的に大電流（たとえば０．５〜
５ｍＡ）に増大してもよい。

【００４８】この第２実施例によれば、燃料カット時に
劣化抑制処理を実行しているときに、逆方向電圧印加状
態で燃料カットが解除されたときに、拡散室２９の雰囲
気をリーン状態として通常方向電圧印加に切換えるとと
もに、通常方向（正方向）への通電を実施するため、酸
素検出セル２７の基準極形成を確実に行なうことができ
る。また正方向通電電流を一時的に大電流に増大するこ
とにより、酸素検出セル２７による急激な酸素輸送を促
し、酸素検出セル２７の基準極形成をさらに速めること
もできる。これにより、図１２で示すように、従来技術
では空燃比センサＳが正常状態に復帰するまでに比較的
時間がかかっていたのに対し、本発明のものでは、速や
かに正常状態に復帰することができる。

【００４９】図１３は本発明の第３実施例の劣化抑制処
理手順を示すフローチャートである。

【００５０】ステップＳ３０１〜Ｓ３０６およびステッ
プＳ３０８〜Ｓ３１２は、図６で示した第１実施例の劣
化抑制処理と同一手順であるが、劣化抑制時に逆方向電
圧印加を行なうステップＳ３０６と、通常方向電圧印加
を行なうステップＳ３０８との間のステップＳ３０７
で、素子抵抗計測を実施するか否かが判断される。すな
わち劣化抑制処理を実行しているときに、酸素検出セル
２７の異常を判定するために素子抵抗値を計測するか否
かを判定するものであり、計測するときには、素子抵抗
計測回路３７によりステップＳ３１３で電流値が計測さ
れ、ステップＳ３１４で酸素検出セル２７の抵抗値が算
出された後、ステップＳ３１５で、算出抵抗値と、予め
記憶されている抵抗値との比較による異常判定が行わ
れ、異常時にステップＳ３１６で警告が発せられる。

【００５１】この第３実施例によれば、劣化抑制処理実
行時に、酸素検出セル２７の異常判定を行なうことが可
能であり、それにより劣化抑制効果の確認をすることが
できる。

【００５２】ところで、上述の各実施例では、劣化抑制
処理手法による劣化抑制について述べて来たが、そのよ
うな制御手法に加えて、酸素検出セル２７への排ガス成
分の被毒割合を減少せしめる構造とすれば、劣化抑制効
果がより向上することになる。而して、被毒割合を減少
せしめるためには、排ガスに触れる側の拡散孔面積を大
きくするとともに拡散孔の横断面積を内部になるほど小
さくし、しかも拡散律速度を従来と同じようなレベルに
保つような構造とすればよく、そのような目的のために
は、たとえば図１４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）、（ｅ）でそれぞれ示すように、拡散孔３０₂，
３０₃，３０₄，３０₅，３０₆の形状が定められる。

【００５３】このような拡散孔３０₂〜３０₆が用いら
れれば、図１５で示すように被毒割合を減少せしめるこ
とができ、劣化抑制効果をより向上することができる。

【００５４】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計
変更を行なうことが可能である。

【００５５】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の発明によれ
ば、酸素検出セルへの負電圧および正電圧の交番印加に
よる劣化抑制処理を、その劣化抑制処理の直前の空燃比
センサの検出値に基づくエンジンの空燃比制御実行中に
実行可能とし、前記劣化抑制処理を終了した直後の所定
時間内に酸素検出セルの活性化判断を実行するので、劣
化抑制処理を安定的にかつ確実に実行して劣化抑制効果
を向上することができるとともに、劣化抑制処理後に空
燃比センサの正常状態への復帰を確実にかつ速やかに行
なうことができる。

【００５６】また請求項２記載の発明は、上記請求項１
記載の発明の構成に加えて、エンジンへの燃料カット時
に劣化抑制処理を実行したときの燃料カット停止直後
に、拡散室をリーン状態とするとともに酸素検出セルへ
の正方向の通電電流を一時的に増加せしめるので、劣化
処理実行中に燃料カット停止時に、通常の空燃比制御に
確実にかつ速やかに復帰することができる。

【００５７】請求項３記載の発明は、上記請求項１記載
の発明の構成に加えて、劣化抑制処理実行時に、その逆
方向電圧印加時の酸素検出セルの抵抗値を計測するとと
もに、その計測抵抗値と、予め記憶した基準抵抗値との
比較に基づいて異常を判断するので、劣化抑制処理実行
時に空燃比センサの異常判定を行なうことを可能とし、
劣化抑制効果の確認をすることができる。

【００５８】請求項４記載の発明は、上記請求項１記載
の発明の構成に加えて、劣化抑制処理に同期して、ポン
プセルの両端を短絡し、酸素検出セルの出力電圧をスト
イキ時の値に固定するので、確実な劣化抑制処理を可能
とするとともに、過電圧、過電流によるブラックニング
の発生を防止、ならびに低電流消費化を図ることができ
る。

【００５９】さらに請求項５記載の発明は、請求項４記
載の劣化抑制処理を実行するための空燃比センサの劣化
抑制制御装置であって、劣化抑制時に酸素検出セルへの
負電圧および正電圧印加を切換える第１の切換手段と、
ポンプセルの両端を短絡する状態に切換える第２の切換
手段と、酸素検出セルの出力電圧をストイキ時の値に切
換える第３の切換手段と、書き換えを可能として予め記
憶したデータに基づいて第１ないし第３の切換手段を切
換作動せしめる駆動手段とを備えるので、上記請求項４
の作用、効果を得るにあたって、従来の劣化抑制回路に
各切換手段および駆動手段を追加するだけですむ。

【図面の簡単な説明】

【図１】車載エンジンの側面図である。

【図２】空燃比センサの排気マニホールドへの取付け状
態を示す部分断面図である。

【図３】空燃比検出素子の概略構成を示す図である。

【図４】ポンプ電流および空燃比の関係を示す図であ
る。

【図５】電子制御ユニットの空燃比センサに対応する部
分の構成図である。

【図６】劣化抑制制御処理手順を示すフローチャートで
ある。

【図７】劣化抑制時のタイミングチャートである。

【図８】劣化抑制時のタイミングチャートの変形例を示
す図である。

【図９】劣化抑制効果を劣化抑制処理を行わない場合な
らびに従来の劣化抑制処理を行なった場合と比較して示
す図である。

【図１０】第２実施例の劣化抑制制御処理手順を示すフ
ローチャートである。

【図１１】燃料カットを中断したときの劣化抑制電圧の
変化を示す図である。

【図１２】劣化抑制効果を従来技術と対比して示す図で
ある。

【図１３】第３実施例の劣化抑制処理手順を示すフロー
チャートである。

【図１４】拡散孔の変形例を示す要部断面図である。

【図１５】拡散孔の形状変化による被毒割合の減少結果
を示す図である。

【符号の説明】

２５・・・ポンプセル２７・・・酸素検出セル２９・・・拡散室３５・・・駆動手段を構成するパルス発生器３６・・・駆動手段を構成する制御モード設定回路５５・・・第１の切換手段を構成する第１スイッチ回路５６・・・第１の切換手段を構成する第２スイッチ回路５７・・・第２の切換手段である第３スイッチ回路５８・・・第３の切換手段である第４スイッチ回路Ｅ・・・エンジンＳ・・・空燃比センサ

フロントページの続き (72)発明者有吉敏明埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジン排ガスを導入する拡散室（２
９）を相互間に介在させた酸素検出セル（２７）および
ポンプセル（２５）を有する空燃比センサ（Ｓ）の劣化
を抑制すべく、前記酸素検出セル（２７）に負電圧およ
び正電圧を交番印加するようにした空燃比センサの劣化
抑制制御方法において、酸素検出セル（２７）への負電
圧および正電圧の交番印加による劣化抑制処理を、その
劣化抑制処理の直前の空燃比センサ（Ｓ）の検出値に基
づくエンジン（Ｅ）の空燃比制御実行中に実行可能と
し、前記劣化抑制処理を終了した直後の所定時間内に酸
素検出セル（２７）の活性化判断を実行することを特徴
とする空燃比センサの劣化抑制制御方法。
【請求項２】エンジン（Ｅ）への燃料カット時に劣化
抑制処理を実行したときの燃料カット停止直後に、拡散
室（２９）をリーン状態とするとともに酸素検出セル
（２７）への正方向の通電電流を一時的に増加せしめる
ことを特徴とする請求項１記載の空燃比センサの劣化抑
制制御方法。
【請求項３】劣化抑制処理実行時に、その逆方向電圧
印加時の酸素検出セル（２７）の抵抗値を計測するとと
もに、その計測抵抗値と、予め記憶した基準抵抗値との
比較に基づいて異常を判断することを特徴とする請求項
１記載の空燃比センサの劣化抑制制御方法。
【請求項４】劣化抑制処理に同期して、ポンプセル
（２５）の両端を短絡し、酸素検出セル（２７）の出力
電圧をストイキ時の値に固定することを特徴とする請求
項１記載の空燃比センサの劣化抑制制御方法。
【請求項５】請求項４記載の劣化抑制処理を実行する
ための空燃比センサの劣化抑制制御装置であって、酸素
検出セル（２７）への負電圧および正電圧印加を切換え
る第１の切換手段（５５，５６）と、ポンプセル（２
５）の両端を短絡する状態に切換える第２の切換手段
（５７）と、酸素検出セル（２７）の出力電圧をストイ
キ時の値に切換える第３の切換手段（５８）と、書き換
えを可能として予め記憶したデータに基づいて第１ない
し第３の切換手段（５５〜５８）を切換作動せしめる駆
動手段（３５，３６）とを備えることを特徴とする空燃
比センサの劣化抑制制御装置。