JPH0933480A - Oxygen sensor and air-fuel ratio controller for internal combustion engine - Google Patents

Oxygen sensor and air-fuel ratio controller for internal combustion engine

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JPH0933480A
JPH0933480A JP7185977A JP18597795A JPH0933480A JP H0933480 A JPH0933480 A JP H0933480A JP 7185977 A JP7185977 A JP 7185977A JP 18597795 A JP18597795 A JP 18597795A JP H0933480 A JPH0933480 A JP H0933480A
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oxygen sensor
solid electrolyte
air
fuel ratio
heating element
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宏 久保田
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雄二 山本
Kenji Yoshihara
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an oxygen sensor and an air-fuel ratio controller having simple structure which can be operated effectively for a long term. SOLUTION: The oxygen sensor 10 comprises an oxygen ion conductive solid electrolyte part 12, electrode parts provided on the inner and outer surfaces thereof, and a heater part 14 provided in the electrolyte part 12. The heater part 14 comprises a plurality of heater element patterns 18a-18c being connected in parallel with a power supply and driven selectively.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、酸素センサおよび
該酸素センサを組み込む内燃機関の空燃比制御装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxygen sensor and an air-fuel ratio control system for an internal combustion engine incorporating the oxygen sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、エンジン等の内燃機関の排気系
に排気ガス濃度を検出する濃度センサを配設し、この濃
度センサの出力値に基づいて内燃機関に供給される混合
気の空燃比をフィードバック制御することにより、前記
内燃機関から排出される有害排気ガス成分を低下させる
技術が知られている。この種の濃度センサとして、電気
抵抗発熱体内蔵型の酸素センサが一般的に使用されてい
る。
2. Description of the Related Art For example, a concentration sensor for detecting an exhaust gas concentration is provided in an exhaust system of an internal combustion engine such as an engine, and the air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine is determined based on the output value of the concentration sensor. There is known a technique for reducing harmful exhaust gas components discharged from the internal combustion engine by performing feedback control. As this type of concentration sensor, an oxygen sensor with a built-in electric resistance heating element is generally used.

【0003】図7は、特開平4−157358号公報に
開示された酸素センサの要部を示すものであり、酸素イ
オン伝導性の金属酸化物からなる固体電解質部1の内部
に棒状のセラミックヒータ2が挿入されている。このセ
ラミックヒータ2は、アルミナからなるセラミック棒3
と、このセラミック棒3の先端部側表面に設けられた櫛
歯状の発熱体4とから構成されている。
FIG. 7 shows a main part of an oxygen sensor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-157358, and a rod-shaped ceramic heater is provided inside a solid electrolyte part 1 made of an oxygen ion conductive metal oxide. 2 is inserted. The ceramic heater 2 includes a ceramic rod 3 made of alumina.
And a comb-shaped heating element 4 provided on the surface of the ceramic rod 3 on the tip end side.

【0004】この酸素センサによれば、固体電解質部1
の先端部近傍を発熱体4により加熱すると、酸素センサ
の急速な立ち上がりが可能となって、センサ活性化時間
の短縮を図ることができるとしている。
According to this oxygen sensor, the solid electrolyte portion 1
It is stated that when the vicinity of the tip end of the oxygen sensor is heated by the heating element 4, the oxygen sensor can be rapidly started up, and the sensor activation time can be shortened.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、排気ガスに含まれるオイルや添加剤等の
燃焼物が固体電解質部1の先端側に付着すると、この固
体電解質部1が劣化して発熱体4によっても酸素センサ
の機能を補うことが不可能となってしまう。ジルコニア
等からなる固体電解質部1に前記燃焼物が付着して起電
力が発生しなくなり、この結果、酸素センサの寿命が著
しく低下するからである。
However, in the above-mentioned prior art, when the combustion products such as oil and additives contained in the exhaust gas adhere to the tip side of the solid electrolyte part 1, the solid electrolyte part 1 deteriorates. As a result, it becomes impossible to supplement the function of the oxygen sensor even with the heating element 4. This is because the combustion products do not adhere to the solid electrolyte part 1 made of zirconia or the like and electromotive force is not generated, and as a result, the life of the oxygen sensor is significantly reduced.

【0006】本発明はこの種の課題を解決するものであ
り、簡単な構成で長期間にわたり有効に使用することが
可能な酸素センサおよび内燃機関の空燃比制御装置を提
供することを目的とする。
The present invention solves this type of problem, and an object of the present invention is to provide an oxygen sensor and an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine that can be effectively used for a long period of time with a simple structure. .

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めに、本発明は、酸素イオン伝導性の固体電解質部と、
前記固体電解質部の内外面に設けられた電極部と、前記
固体電解質部の内部に設けられたヒータ部と、を備える
酸素センサであって、前記ヒータ部は、電源に対して並
列に接続される複数の発熱体パターンを有することを特
徴とする。
In order to achieve the above objects, the present invention provides an oxygen ion conductive solid electrolyte part,
An oxygen sensor comprising: an electrode part provided on the inner and outer surfaces of the solid electrolyte part; and a heater part provided inside the solid electrolyte part, wherein the heater part is connected in parallel to a power source. It has a plurality of heating element patterns.

【0008】このため、複数の発熱体パターンを選択的
に電源に対して接続すれば、各発熱体パターンに対応し
た固体電解質部の各部位を有効に機能させることがで
き、前記固体電解質部全体を効率的に活用して酸素セン
サの寿命が向上する。
Therefore, if a plurality of heating element patterns are selectively connected to the power source, each part of the solid electrolyte portion corresponding to each heating element pattern can be effectively functioned, and the whole solid electrolyte portion can be effectively operated. The oxygen sensor is effectively utilized to improve the life of the oxygen sensor.

【0009】さらに、本発明は、内燃機関の排気系に配
設されて該内燃機関の排気ガス濃度を検出するための酸
素センサと、前記酸素センサの劣化状態を検出するため
の劣化検出手段と、を備える内燃機関の空燃比制御装置
であって、前記酸素センサは、酸素イオン伝導性の固体
電解質部と、前記固体電解質部の内外面に設けられた電
極部と、前記固体電解質部の内部に設けられたヒータ部
と、を有し、前記ヒータ部は、電源に対して並列に接続
される複数の発熱体パターンと、前記酸素センサの劣化
状態に応じて前記複数の発熱体パターンを切り換える切
換手段と、を有することを特徴とする。
Further, according to the present invention, there is provided an oxygen sensor arranged in an exhaust system of an internal combustion engine for detecting an exhaust gas concentration of the internal combustion engine, and a deterioration detecting means for detecting a deterioration state of the oxygen sensor. In the air-fuel ratio control device for an internal combustion engine, the oxygen sensor is an oxygen ion conductive solid electrolyte portion, an electrode portion provided on the inner and outer surfaces of the solid electrolyte portion, and the inside of the solid electrolyte portion. And a heater unit provided in the heater unit, the heater unit switching between the plurality of heating element patterns connected in parallel to the power source and the plurality of heating element patterns according to the deterioration state of the oxygen sensor. And a switching means.

【0010】従って、劣化検出手段を介して酸素センサ
の劣化状態が検出された際、劣化が進行した部位に対応
する発熱体パターンから劣化が進行していない部位に対
応する発熱体パターンに切り換えることにより、酸素セ
ンサの機能寿命が有効に向上する。従って、空燃比制御
装置を長期間にわたり効果的に使用することが可能にな
る。
Therefore, when the deterioration state of the oxygen sensor is detected by the deterioration detecting means, the heating element pattern corresponding to the portion where deterioration has progressed is switched to the heating element pattern corresponding to the portion where deterioration has not progressed. This effectively improves the functional life of the oxygen sensor. Therefore, it becomes possible to effectively use the air-fuel ratio control device for a long period of time.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1において、参照数字10は、
本発明の実施形態に係る酸素センサを示す。この酸素セ
ンサ10は、酸素イオン伝導性の固体電解質部12と、
この固体電解質部12の内外面に設けられた図示しない
電極部と、前記固体電解質部12の内部に設けられたヒ
ータ部14とを備える。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In FIG.
1 shows an oxygen sensor according to an embodiment of the present invention. The oxygen sensor 10 includes an oxygen ion conductive solid electrolyte portion 12 and
An electrode portion (not shown) provided on the inner and outer surfaces of the solid electrolyte portion 12 and a heater portion 14 provided inside the solid electrolyte portion 12 are provided.

【0012】固体電解質部12は、先端側を閉塞した略
円筒状を有しており、酸素イオン伝導性の金属酸化物と
して、例えば、ジルコニアが使用されている。電極部
は、白金や白金属合金等が使用され、固体電解質部12
の内外面に設けられている。ヒータ部14は、固体電解
質部12の内部に挿入される棒状セラミック絶縁体16
と、このセラミック絶縁体16の軸線方向に沿って配設
される複数の発熱体パターン18a〜18cとを備え
る。
The solid electrolyte portion 12 has a substantially cylindrical shape with its tip closed, and, for example, zirconia is used as an oxygen ion conductive metal oxide. The electrode portion is made of platinum or a white metal alloy, and the solid electrolyte portion 12
It is provided on the inner and outer surfaces of. The heater portion 14 is a rod-shaped ceramic insulator 16 inserted into the solid electrolyte portion 12.
And a plurality of heating element patterns 18a to 18c arranged along the axial direction of the ceramic insulator 16.

【0013】ヒータ部14は、アルミナやムライト等を
主成分とするセラミック絶縁体16中にタングステン
(W)やモリブデン(Mo)等の高融点金属材料からな
る発熱体パターン18a〜18cを埋設して構成されて
おり、その製造方法は、例えば、特開平5−31505
5号公報に開示されている。
In the heater section 14, heating element patterns 18a to 18c made of a refractory metal material such as tungsten (W) or molybdenum (Mo) are embedded in a ceramic insulator 16 containing alumina or mullite as a main component. The manufacturing method is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-31505.
No. 5 is disclosed.

【0014】図2に示すように、第1発熱体パターン1
8aは、セラミック絶縁体16の先端縁部に櫛歯状に設
けられている。この第1発熱体パターン18aからセラ
ミック絶縁体16の後方側に所定間隔ずつ離間して、第
2発熱体パターン18bおよび第3発熱体パターン18
cが設けられている。
As shown in FIG. 2, the first heating element pattern 1
8a is provided on the tip edge portion of the ceramic insulator 16 in a comb tooth shape. The second heating element pattern 18b and the third heating element pattern 18 are separated from the first heating element pattern 18a by a predetermined distance to the rear side of the ceramic insulator 16.
c is provided.

【0015】図3に示すように、第1発熱体パターン1
8aの両端には、第1端子線20a、22aが接続さ
れ、第2および第3発熱体パターン18b、18cの両
端にはそれぞれ第2端子線20b、22bと第3端子線
20c、22cが接続されている。第1端子線20a〜
第3端子線20cは、セラミック絶縁体16の軸線方向
に延在しており、それぞれの端部が切換スイッチ(切換
手段)24を介して電源26に並列に接続される。第1
端子線22a〜第3端子線22cは、同様に、セラミッ
ク絶縁体16の軸線方向に延在し、それぞれの端部が一
体的にアースされている。
As shown in FIG. 3, the first heating element pattern 1
The first terminal wires 20a and 22a are connected to both ends of 8a, and the second terminal wires 20b and 22b and the third terminal wires 20c and 22c are connected to both ends of the second and third heating element patterns 18b and 18c, respectively. Has been done. First terminal wire 20a-
The third terminal wire 20c extends in the axial direction of the ceramic insulator 16, and each end of the third terminal wire 20c is connected in parallel to a power supply 26 via a changeover switch (switching means) 24. First
Similarly, the terminal wire 22a to the third terminal wire 22c extend in the axial direction of the ceramic insulator 16 and their ends are integrally grounded.

【0016】次に、このように構成される酸素センサ1
0を組み込む空燃比制御装置30について、図4を参照
して説明する。なお、空燃比制御装置30としては、本
出願人による特願平6−73914号公報に開示されて
いる構成を採用している。
Next, the oxygen sensor 1 configured as described above.
An air-fuel ratio control device 30 incorporating 0 will be described with reference to FIG. As the air-fuel ratio control device 30, the configuration disclosed in Japanese Patent Application No. 6-73914 by the present applicant is adopted.

【0017】空燃比制御装置30は、例えば、4気筒の
内燃機関(以下、エンジンという)32を備え、このエ
ンジン32の吸気管34の途上にスロットルボデイ36
が設けられる。スロットルボデイ36の内部にはスロッ
トル弁38が配設され、このスロットル弁38にスロッ
トル弁開度(θTH)センサ40が連結され、前記スロ
ットル弁38の開度に応じた電気信号を出力して電子コ
ントロールユニット(以下、ECUという)42に供給
する。
The air-fuel ratio control device 30 includes, for example, a four-cylinder internal combustion engine (hereinafter, referred to as engine) 32, and a throttle body 36 is provided in the intake pipe 34 of the engine 32.
Is provided. A throttle valve 38 is provided inside the throttle body 36, and a throttle valve opening (θTH) sensor 40 is connected to the throttle valve 38, and an electric signal corresponding to the opening of the throttle valve 38 is output to output an electronic signal. It is supplied to a control unit (hereinafter referred to as ECU) 42.

【0018】燃料噴射弁43は、吸気管34の途中であ
ってエンジン32とスロットル弁38の間に設けられた
図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられ
る。各燃料噴射弁43は、図示しない燃料ポンプに接続
されるとともにECU42に電気的に接続され、該EC
U42からの信号により燃料噴射の開弁時期が制御され
る。
The fuel injection valve 43 is provided for each cylinder in the middle of the intake pipe 34 and slightly upstream of an intake valve (not shown) provided between the engine 32 and the throttle valve 38. Each fuel injection valve 43 is connected to a fuel pump (not shown) and electrically connected to the ECU 42.
The valve opening timing of fuel injection is controlled by the signal from U42.

【0019】吸気管34のスロットル弁38の下流側に
パージ管44が分岐して設けられ、このパージ管44が
図示しない蒸発燃料排出抑止系に接続される。吸気管3
4のパージ管44の下流側に分岐管46が設けられ、こ
の分岐管46の先端に絶対圧(PBA)センサ48が配
設される。PBAセンサ48は、ECU42に電気的に
接続され、このPBAセンサ48により検出された吸気
管34内の絶対圧PBAが電気信号に変換されて前記E
CU42に供給される。吸気管34には、分岐管46の
下流側に位置して吸気温(TA)センサ50が装着さ
れ、このTAセンサ50により検出された吸気温TAが
電気信号に変換されてECU42に供給される。
A purge pipe 44 is branched and provided on the intake pipe 34 on the downstream side of the throttle valve 38, and the purge pipe 44 is connected to an evaporative fuel discharge inhibiting system (not shown). Intake pipe 3
4, a branch pipe 46 is provided on the downstream side of the purge pipe 44, and an absolute pressure (PBA) sensor 48 is provided at the tip of the branch pipe 46. The PBA sensor 48 is electrically connected to the ECU 42, and the absolute pressure PBA in the intake pipe 34 detected by the PBA sensor 48 is converted into an electric signal to be converted into the E signal.
It is supplied to the CU 42. An intake air temperature (TA) sensor 50 is mounted on the intake pipe 34 downstream of the branch pipe 46, and the intake air temperature TA detected by the TA sensor 50 is converted into an electric signal and supplied to the ECU 42. .

【0020】エンジン32において、シリンダブロック
の冷却水が充満された気筒周壁にサーミスタ等からなる
エンジン水温(TW)センサ52が挿着され、このTW
センサ52により検出されたエンジン水温TWが電気信
号に変換されてECU42に供給される。エンジン32
の図示しないカム軸周囲またはクランク軸周囲には、エ
ンジン回転数(NE)センサ54が取り付けられる。N
Eセンサ54は、エンジン32のクランク軸が180°
回転する毎に所定のクランク角度位置で信号パルス(以
下、TDC信号パルスという)を出力し、このTDC信
号パルスがECU42に供給される。
In the engine 32, an engine water temperature (TW) sensor 52 composed of a thermistor or the like is attached to the cylinder peripheral wall filled with the cooling water of the cylinder block.
The engine water temperature TW detected by the sensor 52 is converted into an electric signal and supplied to the ECU 42. Engine 32
An engine speed (NE) sensor 54 is attached around a cam shaft or a crank shaft (not shown). N
The E sensor 54 has a crankshaft of the engine 32 of 180 °.
A signal pulse (hereinafter referred to as a TDC signal pulse) is output at a predetermined crank angle position each time it rotates, and this TDC signal pulse is supplied to the ECU 42.

【0021】変速機56は、車輪(図示せず)とエンジ
ン32の間に介装されるとともに、この車輪に車速(V
SP)センサ58が取り付けられ、該VSPセンサ58
により検出された車速VSPが電気信号に変換されてE
CU42に供給される。
The transmission 56 is interposed between a wheel (not shown) and the engine 32, and the vehicle speed (V
SP) sensor 58 is attached to the VSP sensor 58
The vehicle speed VSP detected by is converted into an electric signal and E
It is supplied to the CU 42.

【0022】エンジン32の各気筒の点火プラグ60
は、ECU42に電気的に接続され、ECU42により
点火時期が制御される。エンジン32の排気管62の途
中に触媒装置(三元触媒)64が介装され、この触媒装
置64により排気ガス中のHC、CO、NOx等の有害
成分の浄化が行われる。
Spark plug 60 for each cylinder of engine 32
Is electrically connected to the ECU 42, and the ignition timing is controlled by the ECU 42. A catalyst device (three-way catalyst) 64 is interposed in the exhaust pipe 62 of the engine 32, and the catalyst device 64 purifies harmful components such as HC, CO, and NOx in the exhaust gas.

【0023】排気管62の途中でかつ触媒装置64の上
流側に、酸素センサ10が設けられ、この酸素センサ1
0により検出された排気ガス中の酸素濃度が電気信号に
変換されてECU42に供給される。酸素センサ10
は、前述したように、センサ素子がジルコニア固体電解
質(ZrO2 )からなり、その起電力が理論空燃比の前
後において急激に変化する特性を有し、理論空燃比にお
いてその出力信号がリーン信号からリッチ信号、または
リッチ信号からリーン信号に反転する。すなわち、酸素
センサ10の出力信号は、空燃比のリッチ側において高
レベルとなり、リーン側において低レベルとなり、その
出力信号がECU42に供給される。
An oxygen sensor 10 is provided in the exhaust pipe 62 and upstream of the catalyst device 64.
The oxygen concentration in the exhaust gas detected by 0 is converted into an electric signal and supplied to the ECU 42. Oxygen sensor 10
As described above, the sensor element is made of zirconia solid electrolyte (ZrO 2 ), and the electromotive force of the sensor element changes rapidly before and after the stoichiometric air-fuel ratio. Inverts the rich signal or the rich signal to the lean signal. That is, the output signal of the oxygen sensor 10 has a high level on the rich side of the air-fuel ratio and has a low level on the lean side, and the output signal is supplied to the ECU 42.

【0024】ECU42の出力側に発光ダイオード(L
ED)等からなる警告灯66が接続されている。警告灯
66は、例えば、自動車の車室内のダッシュボードに配
設されて酸素センサ10の劣化をECU42からの出力
信号に基づき運転者に知らせる。
On the output side of the ECU 42, a light emitting diode (L
A warning light 66 such as ED) is connected. The warning light 66 is provided, for example, on a dashboard in the passenger compartment of an automobile to inform the driver of deterioration of the oxygen sensor 10 based on an output signal from the ECU 42.

【0025】ECU42は、上述の各種センサからの入
力信号波形を整形して電圧レベルを所定レベルに修正
し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機
能を有する入力回路68と、中央演算処理回路(以下、
CPUという)70と、該CPU70で実行する演算プ
ログラムや演算結果等を記憶する記憶手段72と、燃料
噴射弁43や点火プラグ60に駆動信号を供給する出力
回路74とを備える。
The ECU 42 shapes the input signal waveforms from the various sensors described above, corrects the voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value into a digital signal value, and the like, and a central processing unit. Processing circuit (hereinafter,
A CPU 70, a storage unit 72 for storing a calculation program executed by the CPU 70, a calculation result, and the like, and an output circuit 74 for supplying a drive signal to the fuel injection valve 43 and the ignition plug 60.

【0026】CPU70は、上述の各種エンジンパラメ
ータ信号に基づいて、排気ガス中の酸素濃度に応じたフ
ィードバック制御運転領域やオープンループ制御運転領
域等の種々のエンジン運転状態を判別するとともに、エ
ンジン運転状態に応じ、(1)式に基づき、TDC信号
パルスに同期する燃料噴射弁43の燃料噴射時間Tou t
を演算する。
The CPU 70 discriminates various engine operating states such as a feedback control operating region and an open loop control operating region according to the oxygen concentration in the exhaust gas based on the various engine parameter signals described above, and at the same time, the engine operating state. in response, (1) based on the formula, the fuel injection time T ou t of the fuel injection valve 43 synchronized with the TDC signal pulse
Is calculated.

【0027】 Tout =Ti×K02×K1 +K2 …(1) ここで、Tiは、基本燃料噴射時間、具体的にはエンジ
ン回転数NEと吸気管内絶対圧PBAとに応じて決定さ
れる基本燃料噴射時間であり、このTi値を決定するた
めのTiマップが記憶手段72に記憶されている。
T out = Ti × K 02 × K 1 + K 2 (1) Here, Ti is determined according to the basic fuel injection time, specifically, the engine speed NE and the intake pipe absolute pressure PBA. The Ti map for determining the Ti value is stored in the storage unit 72.

【0028】K02は、酸素センサ10に基づいて算出さ
れる空燃比補正係数であって、後述するK02の算出ルー
チンの実行により空燃比フィードバック制御中は酸素セ
ンサ10によって検出される空燃比(酸素濃度)が目標
空燃比に一致するように設定され、オープンループ制御
中はエンジン32の運転状態に応じた所定値に設定され
る。
K 02 is an air-fuel ratio correction coefficient calculated based on the oxygen sensor 10, and the air-fuel ratio detected by the oxygen sensor 10 (during the air-fuel ratio feedback control by executing the calculation routine of K 02 described later). The oxygen concentration) is set to match the target air-fuel ratio, and is set to a predetermined value according to the operating state of the engine 32 during open loop control.

【0029】K1 およびK2 は、それぞれ各種エンジン
パラメータ信号に応じて演算される他の補正係数および
補正変数であり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、
エンジン加速特性等の諸特性の最適化が図られるような
値に設定される。
K 1 and K 2 are other correction coefficients and correction variables calculated according to various engine parameter signals, respectively, and fuel consumption characteristics according to the engine operating state,
It is set to a value that optimizes various characteristics such as engine acceleration characteristics.

【0030】次いで、酸素センサ10の動作について、
これを組み込む空燃比制御装置30との関連で以下に説
明する。
Next, regarding the operation of the oxygen sensor 10,
It will be described below in connection with the air-fuel ratio control device 30 incorporating this.

【0031】先ず、図3に示すように、切換スイッチ2
4を介して電源26が第1端子線20aから第1発熱体
パターン18aに接続されており、この第1発熱体パタ
ーン18aに対応する固体電解質部12の第1素子部1
2a(図1参照)がエンジン32の排気ガス濃度の検出
を行う。
First, as shown in FIG. 3, the changeover switch 2
The power source 26 is connected to the first heating element pattern 18a from the first terminal line 20a via the first terminal wire 20a, and the first element portion 1 of the solid electrolyte portion 12 corresponding to the first heating element pattern 18a.
2a (see FIG. 1) detects the exhaust gas concentration of the engine 32.

【0032】図5は、酸素センサ10の劣化を検出する
劣化検出ルーチンであって、本プログラムは、ECU4
2に内蔵されたタイマが発する信号パルスにより、例え
ば、100msec毎に実行される。
FIG. 5 is a deterioration detecting routine for detecting deterioration of the oxygen sensor 10. This program is executed by the ECU 4
It is executed every 100 msec, for example, by a signal pulse generated by a timer built in 2.

【0033】ステップS1では、プログラミングFMON
が「1」に設定されているか否かが判別される。この判
別結果が否定(NO)のときは、モニタ条件が成立して
いないためそのまま本プログラムを終了する。一方、ス
テップS1の判別結果が肯定(YES)のときは、フラ
グFK02LMTが「1」か否かが判別され、空燃比補正係数
02が所定上限値または前記所定下限値に貼り付いた状
態にあるか否か、すなわちK02が前記所定上限値または
所定下限値に設定された状態にあるか否かを判別する
(ステップS2)。
In step S1, programming F MON
Is set to "1". If the result of this determination is negative (NO), the monitoring condition is not satisfied, and this program ends. On the other hand, when the determination result of step S1 is affirmative (YES), it is determined whether the flag F K02LMT is “1”, and the air-fuel ratio correction coefficient K 02 is attached to the predetermined upper limit value or the predetermined lower limit value. Or not, that is, whether or not K 02 is set to the predetermined upper limit value or the predetermined lower limit value (step S2).

【0034】そして、その判別結果が肯定(YES)、
すなわち、K02値が所定上限値または所定下限値に貼り
付いているときは、ステップS3に進んで、フラグF
DONEが「1」に設定され、本プログラムを終了する。す
なわち、フラグFDONEは、酸素センサ10の劣化検出開
始を指令するときに「0」に設定され、その結果、検出
が実行済みの時に「1」に設定されるフラグであり、空
燃比補正係数K02が上限値または下限値に貼り付いてい
るときはフラグFDONEを「1」に設定して、酸素センサ
10の劣化検出が既に実行済みであると判断し、本プロ
グラムを終了する。
Then, the determination result is affirmative (YES),
That is, when the K 02 value is attached to the predetermined upper limit value or the predetermined lower limit value, the process proceeds to step S3 and the flag F
DONE is set to "1" and this program ends. That is, the flag F DONE is a flag that is set to “0” when instructing to start the deterioration detection of the oxygen sensor 10, and as a result, is set to “1” when the detection has been executed, and the air-fuel ratio correction coefficient. When K 02 is attached to the upper limit value or the lower limit value, the flag F DONE is set to "1", it is determined that the deterioration detection of the oxygen sensor 10 has already been executed, and this program ends.

【0035】一方、フラグFK02LMTが「1」に設定され
ていないときはステップS4に進み、フラグFAF2 が前
回「0」から今回「1」に反転したか否かを判別する。
ここで、フラグFAF2 は、混合気の空燃比がリーン状態
のときに「0」に設定され、混合気の空燃比がリッチ状
態に切り換わってから所定時間経過後に「1」に設定さ
れる。
On the other hand, when the flag F K02LMT is not set to "1", the process proceeds to step S4, and it is determined whether or not the flag F AF2 has been inverted from "0" at the previous time to "1" at this time.
Here, the flag F AF2 is set to “0” when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is in the lean state, and is set to “1” after a predetermined time has elapsed since the air-fuel ratio of the air-fuel mixture was switched to the rich state. .

【0036】そこで、ステップS4の判別結果が否定
(NO)のときはそのまま本プログラムを終了し、その
判別結果が肯定(YES)、すなわち、混合気の空燃比
が今回ループでリーン状態からリッチ状態に切り換わっ
たときはステップS5に進み、フラグFAF2 の今回の反
転が、酸素センサ10の劣化検出モニタが許可されてか
ら最初の反転であるか否かを判別する。その際、最初の
ループではその判別結果が肯定(YES)となるため、
ステップS6に進み、反転回数nWAVEを「0」に設定し
てフラグFDONEを「0」に設定し(ステップS7)、劣
化検出モニタの開始を指示して本プログラムを終了す
る。
Therefore, when the determination result of step S4 is negative (NO), this program is ended as it is, and the determination result is affirmative (YES), that is, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is changed from lean to rich in this loop. If it is switched to step S5, it is determined whether or not the current reversal of the flag F AF2 is the first reversal after the deterioration detection monitor of the oxygen sensor 10 is permitted. At that time, in the first loop, the determination result is affirmative (YES),
In step S6, the inversion number n WAVE is set to "0" and the flag F DONE is set to "0" (step S7), the start of the deterioration detection monitor is instructed, and the program ends.

【0037】また、その後のループでステップS5の判
別結果が否定(NO)となったときは、ステップS8に
進み、反転回数nWAVEを「1」だけインクリメントし、
次いで反転回数nWAVEの計測時間tWAVEが所定時間T2
(例えば、10sec)を超えたか否かを判別する(ス
テップS9)。この判別結果が否定(NO)のときはそ
のまま本プログラムを終了する一方、その判別結果が肯
定(YES)のときはステップS10に進み、(2)式
に基づき反転周期tCYCLを算出する。
When the determination result of step S5 becomes negative (NO) in the subsequent loop, the process proceeds to step S8, where the number of inversions n WAVE is incremented by "1",
Then reversal number n WAVE the counting time t WAVE predetermined time T 2
It is determined whether (for example, 10 seconds) has been exceeded (step S9). When the determination result is negative (NO), the program is terminated as it is, while when the determination result is affirmative (YES), the process proceeds to step S10, and the inversion cycle t CYCL is calculated based on the equation (2).

【0038】 tCYCL=tWAVE/nWAVE …(2) このように反転周期tCYCLが算出された後、劣化判定処
理を実行し(ステップS11)、フラグFDONEを「1」
に設定して劣化検出モニタの終了を指示し(ステップS
12)、本プログラムを終了する。
T CYCL = t WAVE / n WAVE (2) After the inversion period t CYCL is calculated in this way, deterioration determination processing is executed (step S11), and the flag F DONE is set to “1”.
To indicate the end of the deterioration detection monitor (step S
12) The program ends.

【0039】劣化判定処理は、具体的には図6に示す劣
化判定処理ルーチンの実行によりなされる。
The deterioration determining process is specifically performed by executing a deterioration determining process routine shown in FIG.

【0040】すなわち、ステップS21では、前記ステ
ップS10(図5)で算出される反転周期tCYCLが第1
の所定反転周期tCY0 より短いか否かを判別する。ここ
で、第1の所定反転周期tCY0 は、酸素センサ10が劣
化していないと判別するのに十分な反転周期、例えば、
2secに設定される。ステップS21の判別結果が肯
定(YES)のときは酸素センサ10が正常であること
を確定して(ステップS22)、メインルーチン(図
5)に戻る。
That is, in step S21, the inversion cycle t CYCL calculated in step S10 (FIG. 5) is the first.
It is determined whether or not it is shorter than the predetermined inversion cycle t CY0 . Here, the first predetermined inversion period t CY0 is an inversion period sufficient to determine that the oxygen sensor 10 has not deteriorated, for example,
It is set to 2 sec. When the determination result of step S21 is affirmative (YES), it is determined that the oxygen sensor 10 is normal (step S22), and the process returns to the main routine (FIG. 5).

【0041】一方、ステップS21の判別結果が否定
(NO)のときは、反転周期tCYCLが、第1の所定反転
周期tCY0 より長く設定された第2の反転周期tCY1
すなわち、tCY0 <tCY1 の関係にある第2の反転周期
CY1 より短いか否かを判別する。その判別結果が肯定
(YES)のときは酸素センサ10が劣化状態にあるも
のの、その劣化度合いはフィードバック制御を禁止する
ほどではなく小さいと判定し(ステップS24)、メイ
ンルーチン(図5)に戻る。
On the other hand, if the answer to the question of the step S21 is negative (NO), the inversion cycle t CYCL is, the second inversion period t CY1 which is set longer than the first predetermined inversion period t CY0,
That is, it is determined whether or not it is shorter than the second inversion cycle t CY1 having the relationship of t CY0 <t CY1 . If the determination result is affirmative (YES), the oxygen sensor 10 is in a deteriorated state, but it is determined that the degree of deterioration is small enough not to prohibit feedback control (step S24), and the process returns to the main routine (FIG. 5). .

【0042】また、ステップS23の判別結果が否定
(NO)のときは、酸素センサ10が排気浄化効率や運
転性の悪化を招くほどの劣化状態にあり、その劣化度合
いが大きいと判定し(ステップS25)、メインルーチ
ン(図5)に戻る。
When the determination result of step S23 is negative (NO), it is determined that the oxygen sensor 10 is in a deteriorated state that causes deterioration of exhaust gas purification efficiency and drivability, and the deterioration degree is large (step S25) and returns to the main routine (FIG. 5).

【0043】上記のように、固体電解質部12の第1素
子部12aにオイルや添加剤等の燃焼物が付着して目詰
まり等の劣化が発生していると判断されると、図3にお
いて切換スイッチ24が駆動され、電源26が第2端子
線20bを介して第2発熱体パターン18bに接続され
る。これにより、固体電解質部12の主機能部分が第1
素子部12aから第2素子部12bに移行し、この第2
素子部12bによってエンジン32から排出される排気
ガス濃度の検出が行われる。
As described above, when it is determined that combustion products such as oil and additives adhere to the first element portion 12a of the solid electrolyte portion 12 to cause deterioration such as clogging, FIG. The changeover switch 24 is driven, and the power supply 26 is connected to the second heating element pattern 18b via the second terminal line 20b. As a result, the main function part of the solid electrolyte part 12 is the first
From the element portion 12a to the second element portion 12b,
The element portion 12b detects the concentration of exhaust gas discharged from the engine 32.

【0044】さらに、上記の劣化検出ルーチンに基づい
て、第2素子部12bの劣化が検出されると、切換スイ
ッチ24を介して電源26が第3発熱体パターン18c
に接続される。従って、固体電解質部12の主機能部分
が、第2素子部12bから第3素子部12cへと移行さ
れる。
Further, when the deterioration of the second element portion 12b is detected based on the above-described deterioration detecting routine, the power source 26 causes the third heating element pattern 18c via the changeover switch 24.
Connected to. Therefore, the main functional portion of the solid electrolyte portion 12 is transferred from the second element portion 12b to the third element portion 12c.

【0045】このように、酸素センサ10では、ヒータ
部14を構成する第1発熱体パターン18a、第2発熱
体パターン18bおよび第3発熱体パターン18cを切
換スイッチ24を介して順次電源26に接続することに
より、固体電解質部12の軸線方向全体を段階的に主機
能部分に切り換えることができ、前記酸素センサ10の
機能寿命を飛躍的に向上させることが可能になるという
効果が得られる。これによって、排気ガスに含まれるC
O、HC、NOx等のエミッションを有効に低減するこ
とができるとともに、長期間にわたって確実に制御し得
る空燃比制御装置30が得られる。
As described above, in the oxygen sensor 10, the first heating element pattern 18a, the second heating element pattern 18b and the third heating element pattern 18c constituting the heater section 14 are sequentially connected to the power source 26 via the changeover switch 24. By doing so, the entire axial direction of the solid electrolyte part 12 can be gradually switched to the main function part, and the functional life of the oxygen sensor 10 can be dramatically improved. As a result, C contained in the exhaust gas
It is possible to obtain the air-fuel ratio control device 30 that can effectively reduce the emissions of O, HC, NOx, etc. and can reliably control the emission for a long period of time.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明に係る酸素センサによれば、ヒー
タ部が複数の発熱体パターンを有しており、各発熱体パ
ターンを選択的に電源に対して接続することによって固
体電解質部全体を段階的かつ有効に活用することがで
き、前記酸素センサの機能寿命が一挙に向上する。
According to the oxygen sensor of the present invention, the heater portion has a plurality of heating element patterns, and by selectively connecting each heating element pattern to the power source, the entire solid electrolyte portion can be covered. The oxygen sensor can be utilized stepwise and effectively, and the functional life of the oxygen sensor is improved all at once.

【0047】さらに、本発明に係る内燃機関の空燃比制
御装置では、酸素センサの劣化状態が劣化検出手段によ
り検出される際に、新たな発熱体パターンを電源に対し
て接続することにより、前記酸素センサを長期間にわた
り自動的かつ確実に機能させることが可能になる。これ
により、寿命の長い空燃比制御装置を提供することがで
きる。
Further, in the air-fuel ratio control system for an internal combustion engine according to the present invention, when the deterioration state of the oxygen sensor is detected by the deterioration detecting means, a new heating element pattern is connected to the power source, This allows the oxygen sensor to function automatically and reliably for a long period of time. This makes it possible to provide an air-fuel ratio control device having a long life.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る酸素センサの縦断説明図である。FIG. 1 is a vertical cross-sectional explanatory view of an oxygen sensor according to the present invention.

【図2】前記酸素センサの先端部斜視説明図である。FIG. 2 is a perspective explanatory view of a tip portion of the oxygen sensor.

【図3】前記酸素センサの電気配線説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of electric wiring of the oxygen sensor.

【図4】前記酸素センサを組み込む空燃比制御装置の概
略構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an air-fuel ratio control device incorporating the oxygen sensor.

【図5】前記酸素センサの劣化検出のフローチャートで
ある。
FIG. 5 is a flowchart for detecting deterioration of the oxygen sensor.

【図6】前記酸素センサの劣化判定処理のフローチャー
トである。
FIG. 6 is a flowchart of a deterioration determination process of the oxygen sensor.

【図7】従来の酸素センサの概略説明図である。FIG. 7 is a schematic explanatory view of a conventional oxygen sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…酸素センサ 12…固体電解質
部 14…ヒータ部 16…セラミック
絶縁体 18a〜18c…発熱体パターン 24…切換スイッ
チ 26…電源 30…空燃比制御
装置 32…エンジン 42…ECU 70…CPU
10 ... Oxygen sensor 12 ... Solid electrolyte part 14 ... Heater part 16 ... Ceramic insulator 18a-18c ... Heating element pattern 24 ... Changeover switch 26 ... Power supply 30 ... Air-fuel ratio control device 32 ... Engine 42 ... ECU 70 ... CPU

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 稔 埼玉県狭山市新狭山1−10−1 本田技研 工業株式会社埼玉製作所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Minoru Nakamura 1-10-1 Shin-Sayama, Sayama City, Saitama Prefecture Honda Motor Co., Ltd. Saitama Factory

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】酸素イオン伝導性の固体電解質部と、 前記固体電解質部の内外面に設けられた電極部と、 前記固体電解質部の内部に設けられたヒータ部と、 を備える酸素センサであって、 前記ヒータ部は、電源に対して並列に接続される複数の
発熱体パターンを有することを特徴とする酸素センサ。
1. An oxygen sensor comprising: a solid electrolyte part having oxygen ion conductivity; an electrode part provided on inner and outer surfaces of the solid electrolyte part; and a heater part provided inside the solid electrolyte part. The heater section has a plurality of heating element patterns connected in parallel to a power source.
【請求項2】内燃機関の排気系に配設されて該内燃機関
の排気ガス濃度を検出するための酸素センサと、 前記酸素センサの劣化状態を検出するための劣化検出手
段と、 を備える内燃機関の空燃比制御装置であって、 前記酸素センサは、酸素イオン伝導性の固体電解質部
と、 前記固体電解質部の内外面に設けられた電極部と、 前記固体電解質部の内部に設けられたヒータ部と、 を有し、 前記ヒータ部は、電源に対して並列に接続される複数の
発熱体パターンと、 前記酸素センサの劣化状態に応じて前記複数の発熱体パ
ターンを切り換える切換手段と、 を有することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. An internal combustion engine comprising: an oxygen sensor arranged in an exhaust system of an internal combustion engine for detecting an exhaust gas concentration of the internal combustion engine; and a deterioration detecting means for detecting a deterioration state of the oxygen sensor. An air-fuel ratio control device for an engine, wherein the oxygen sensor is provided with an oxygen ion conductive solid electrolyte part, an electrode part provided on inner and outer surfaces of the solid electrolyte part, and provided inside the solid electrolyte part. A heater section, wherein the heater section has a plurality of heating element patterns connected in parallel to a power source, and switching means for switching the plurality of heating element patterns in accordance with the deterioration state of the oxygen sensor, An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine, comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008076289A (en) * 2006-09-22 2008-04-03 Ngk Spark Plug Co Ltd Heater for sensor, and sensor

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