JPH10221182A

JPH10221182A - 全領域空燃比センサを用いた温度測定方法及び装置

Info

Publication number: JPH10221182A
Application number: JP9038488A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Kondo; 稔明近藤; Hiroshi Inagaki; 浩稲垣; Shigeru Miyata; 繁宮田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 1998-08-21

Abstract

(57)【要約】【課題】排気ガスの温度を正確に測定し得る全領域空
燃比センサを用いた温度測定方法及び装置を提供する。【解決手段】セル１０を酸素濃度の測定を行い得る温
度までヒータ７０を用いて加熱し（Ｓ１４）、排気ガス
によってセル１０が目標温度以上に加熱された際に（Ｓ
２６がＹｅｓ）、起電力セル２４の抵抗値に基づき該排
気ガスの温度を測定する（Ｓ３０）。ここで、一定雰囲
気に保持されている間隔２０と一定酸素濃度である酸素
基準室２６とに挟まれた起電力セル２４の抵抗値を測定
するため、測定雰囲気中の酸素濃度とは無関係に、抵抗
値を正確に測定することができる。また、ヒータにて目
標温度まで加熱し、この目標温度を越える温度を測定す
るため、高い応答性を達成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排気ガ
ス温度を酸素センサを用いて検出する方法及び装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジンに供給する混合気の空燃比を目
標値に制御し、排気ガス中のＣＯ、ＮＯx 、ＨＣを軽減
するために、排気系に酸素センサを設け、空燃比と相関
関係を持つ排気中の酸素濃度に応じて、燃料供給量をフ
ィードバック制御することが知られている。このフィー
ドバック制御に用いられる酸素センサとしては、特定の
酸素濃度（特に理論空燃比雰囲気）で出力がステップ状
に変化するλセンサと、リーン領域からリッチ領域まで
連続的に出力が変化する全領域空燃比センサとが主に用
いられている。全領域空燃比センサは、上述したように
排気ガス中の酸素濃度を連続的に検出でき、フィードバ
ック制御の速度及び精度を向上させ得るため、より高速
な高精度制御が要求される際に用いられている。

【０００３】ここで、排気ガスの温度を検出する温度セ
ンサとして、上記酸素濃度検出用のλセンサを用いる方
法が、特許出願公表平成３年５０１７６６号に提案され
ている。この方法では、λセンサの内部抵抗が温度が上
昇するに伴い減少するため、この抵抗値を検出すること
で排気ガスの温度を検出している。ここで、該λセンサ
の内部抵抗（起電力）は、温度以外にも排気ガス雰囲
気、即ち、排気ガスがストイキがリーンかによって異な
ってくるため、検出した抵抗値を排気ガスの雰囲気によ
って補正している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記技
術においては、温度を検出するための内部抵抗が排気ガ
ス雰囲気に影響されるため、該雰囲気によって補正を行
っても温度を正確に検出することが困難であった。ま
た、検出した内部抵抗値を雰囲気によって補正を行うた
め、温度を算出するのに手間がかかった。

【０００５】このため、本発明者は、酸素センサを加熱
して活性化させるヒータの抵抗値を検出して排気ガスの
温度を検出する方法について検討した。しかしながら、
ヒータの抵抗値を検出する際に、ヒータ線の抵抗値とヒ
ータに電流を供給するためのリード線の抵抗値とを併せ
て検出することとなり、ヒータ線とリード線との温度−
抵抗特性が異なるため、ヒータの抵抗に基づいて温度を
正確に検出することは困難であることが予想された。

【０００６】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、排気ガ
スの温度を正確に検出し得る全領域空燃比センサを用い
た温度検出方法及び装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの請求項１に記載された排ガス温度検出方法は、加熱
用ヒータによって加熱される酸素イオン伝導性固体電解
質体の両面に多孔質電極が設けられた２つのセルを、間
隔を介して対向配設し、一方のセルを前記間隔内の酸素
を周囲にくみ出すもしくは酸素をくみ込むポンプセル、
他方のセルを酸素基準室と前記間隔との酸素濃度差によ
って電圧を生じる起電力セルとしてそれぞれ使用し、排
気ガスの酸素濃度を検出する全領域空燃比センサを用
い、前記排ガスの温度を検出する排ガス温度検出方法で
あって、前記起電力セルの抵抗値を検出し、該起電力
セルの抵抗値が一定になるように加熱用ヒータを制御す
ることで、全領域空燃比センサを酸素濃度の検出を行い
得る温度まで前記加熱用ヒータを用いて加熱するととも
に、前記排気ガスによって前記全領域空燃比センサが所
定温度以上に加熱された際に、該加熱用ヒータの通電を
停止し、その時に検出された該起電力セルの抵抗値に基
づき該排気ガスの温度を検出することを技術的特徴とす
る。

【０００８】更に、請求項２に記載された排ガス温度検
出方法は、前記排気ガスの温度を検出する際には、前記
起電力セルの両面に設けられた多孔質電極間に起電力セ
ルの抵抗値を検出するための抵抗値検出用電流もしくは
電圧を印加し、前記抵抗値検出用電流もしくは電圧の印
加後所定時間以内に前記起電力セルの抵抗値を検出する
ことを技術的特徴とする。更に、請求項３に記載された
排ガス温度検出方法は、請求項２の排ガス温度検出方法
であって、前記抵抗値検出用電流もしくは電圧の印加後
１ｍＳ以内に前記起電力セルの抵抗値を検出することを
技術的特徴とする。

【０００９】上記の目的を達成するための請求項４に記
載された排ガス温度検出装置は、加熱用ヒータによって
加熱される酸素イオン伝導性固体電解質体の両面に多孔
質電極が設けられた２つのセルを、間隔を介して対向配
設し、一方のセルを前記間隔内の酸素を周囲にくみ出す
もしくは酸素をくみ込むポンプセル、他方のセルを酸素
基準室と前記間隔との酸素濃度差によって電圧を生じる
起電力セルとしてそれぞれ使用し、排気ガスの酸素濃度
を検出する全領域空燃比センサを用い、前記排ガスの温
度を検出する排ガス温度検出装置であって、前記起電力
セルの抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、該起電力セ
ルの抵抗値が一定になるように加熱用ヒータを制御する
ヒータ制御手段と、該加熱用ヒータの通電が停止するこ
とによって前記排気ガスによって前記全領域空燃比セン
サが所定温度以上に加熱されたと判断し、その時に前記
抵抗値検出手段によって検出された起電力セルの抵抗値
に基づき前記排気ガスの温度を検出する温度検出手段と
を有することを技術的特徴とする。

【００１０】更に、請求項５に記載された排ガス温度検
出装置は、請求項４の排ガス温度検出装置であって、前
記起電力セルの両面に設けられた多孔質電極間に起電力
セルの抵抗値を検出するための抵抗値検出用電流もしく
は電圧を印加する電圧印加部分と、前記抵抗値検出用電
流もしくは電圧の印加後所定時間以内に前記起電力セル
の抵抗値の検出を行う抵抗値検出部分と、を有すること
を技術的特徴とする。更に、請求項６に記載された全領
域空燃比センサは、請求項４又は６の排ガス温度検出装
置を備えたことを技術的特徴とする。

【００１１】請求項１の発明では、全領域空燃比センサ
はポンプセルによりポンプセルと起電力セルの間の間隔
を一定雰囲気に保持するので、該間隙と一定酸素濃度で
ある酸素基準室とに挟まれた起電力セルは、その抵抗値
の検出において排ガスの酸素濃度の影響を受けないの
で、その両面に設けられた多孔質電極に電圧又は電流を
印加して抵抗値を検出することで、全領域空燃比センサ
の検出雰囲気中の酸素濃度とは無関係に、抵抗値を正確
に検出することができる。また、全領域空燃比センサは
酸素濃度の検出を行い得る温度まで加熱用ヒータにて加
熱しているので、ヒータに通電している状態では、起電
力セルの温度は排ガスの温度を正確に反映しているとは
言えないが、本発明においては、起電力セルの温度を所
定温度、例えば、この酸素濃度の検出を開始し得る温度
に制御しているので、その所定温度を越える温度に起電
力セルの温度が上昇した場合は、ヒータ制御手段はヒー
タへの通電を停止する。その時には起電力セルの温度は
排ガス温度を正確に反映することになり、抵抗値検出手
段で検出された起電力セルの抵抗値から排ガス温度を正
確に検出することが出来る。更にこの場合には、起電力
セルは予め所定温度まで昇温されているので、低温から
急速に排ガスの温度が上昇した場合でも、高い応答性を
達成することができる。

【００１２】また、請求項２及び３の発明では、該起電
力セルの抵抗値を検出する際に、該抵抗値に前記多孔質
電極と前記固体電解質体の界面における抵抗成分が含ま
れない様に、抵抗値の検出用電圧及び電流の印加を開始
した時点から所定時間経過する前に検出するため、低周
波の電流又は電圧によって検出した際に含まれる起電力
セルの多孔質電極と固体電解質体の界面の劣化等による
該界面における抵抗成分の変化分を含まず、起電力セル
の固体電解質体のバルク抵抗成分が正確に検出できる。
従って排気ガスの温度をより正確に反映した抵抗値を得
ることができる。また、請求項４の発明では請求項１に
記載された排ガス温度検出方法を、具体的に実施するた
めの装置を構成する事が出来る。更に、請求項５の発明
では請求項２、又は３に記載された排ガス温度検出方法
を、具体的に実施するための装置を構成する事が出来
る。また、請求項６の発明では請求項４、又は５に記載
された温度検出装置を備えているので、全領域空燃比セ
ンサを用いて空燃比の検出だけでなく排ガス温度の検出
が出来るという効果を有する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施態
様について図を参照して説明する。図１は、本発明の一
実施態様に係る全領域空燃比センサを示している。セン
サ素子１０はエンジンと三元触媒との間に配設される。
該センサ素子１０は、排気ガス中の酸素濃度を検出する
と共に排気ガスの温度を検出するコントローラ５０に接
続されている。このセンサ素子１０には、ヒータ制御回
路６０（ヒータ制御手段）にて制御されるヒータ７０
が、図示しないセラミック系接合剤を介して取り付けら
れている。ヒータ７０は、絶縁材料としてアルミナ等の
セラミックから成りその内部にヒータ配線７２が配設さ
れている。ヒータ制御回路６０は、コントローラ５０に
より検出されるセンサ素子１０の抵抗値を、目標値に保
つようヒータ７０へ電力を印加し、該センサ素子１０の
温度を目標値に維持し、また、ヒータへ通電しない場合
は、排気ガスの温度をエンジン制御装置側へ出力する。
該コントローラ５０には、酸素濃度を検出するための酸
素濃度検出回路５２が接続されている。

【００１４】センサ素子１０は、ポンプセル１４と、多
孔質拡散層１８と、起電力セル２４と、補強板３０とを
積層することにより構成されている。ポンプセル１４
は、酸素イオン伝導性固体電解質材料である安定化また
は部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ２ )により形成され、
その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された
多孔質電極１２、１６を有している。検出ガスに晒され
る表面側の多孔質電極１２は、Ｉｐ電流を流すためにＩ
ｐ＋電圧が印加されるためＩｐ＋電極として参照する。
また、裏面側の多孔質電極１６は、Ｉｐ電流を流すため
にＩｐ−電圧が印加されるためＩｐ−電極として参照す
る。

【００１５】起電力セル２４も同様に安定化または部分
安定化ジルコニア（ＺｒＯ２）により形成され、その表
面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された多孔質
電極２２、２８を有している。拡散室２０側に配設され
た多孔質電極１８は、起電力セル２４の起電力ＶｓのＶ
ｓ−電圧が生じるためＶｓ−電極として参照し、また、
基準酸素室２６側に配設された多孔質電極２８は、Ｖｓ
＋電圧が生じるためＶｓ＋電極として参照する。なお、
基準酸素室２６の基準酸素は多孔質電極２２から一定酸
素を多孔質電極２８にポンピングする事により生成す
る。ポンプセル１４と起電力セル２４との間には、多孔
質拡散層１８により包囲された拡散室２０が形成されて
いる。即ち、該拡散室２０は、多孔質拡散層１８を介し
て排ガス（以下検出ガスともいう）雰囲気と連通されて
いる。なお、本実施態様では、多孔質物質を充填して成
る多孔質拡散層１８を用いるが、この代わりに小孔を配
設することも可能である。

【００１６】ここで、検出ガスの酸素濃度と拡散室２０
の酸素濃度との差に応じた酸素が、拡散室２０側に多孔
質拡散層１８を介して拡散して行く。ここで、拡散室２
０内の雰囲気が理論空燃比に保たれるとき、ほぼ酸素濃
度が一定に保たれている基準酸素室２６との間の酸素濃
度比によって、起電力セル２４のＶｓ＋電極２８とＶｓ
−電極２２との間には、約０．４５ｖの電位が発生す
る。このため、コントローラ５０は、ポンプセル１４に
流す電流Ｉｐを、上記起電力セル電位２４の起電力Ｖｓ
が０．４５ｖとなるように調整することで、拡散室２０
内の雰囲気を理論空燃比に保ち、この理論空燃比に保つ
ためのポンプセル電流量Ｉｐに基づき、検出ガス中の酸
素濃度を検出する。

【００１７】引き続き、本実施態様の全領域空燃比セン
サによる酸素濃度及び排ガス温度検出の動作について、
コントローラ５０の構成を示す図２、該コントローラ５
０のスイッチのタイミングチャートを示す図３、及び、
ヒータ制御回路６０及び排ガス温度検出回路６５による
処理を示す図４のフローチャートを参照して述べる。図
４に示すようにヒータ制御回路６０は、エンジンが始動
されると（Ｓ１２がＹｅｓ）、ヒータ７０に通電し（Ｓ
１４）、センサ素子１０が酸素濃度を検出し得る温度
（活性温度：例えば約７００°Ｃ）までセンサ素子１０
を加熱してから（Ｓ１６がＹｅｓ）、酸素濃度、センサ
素子温度及び排気ガス温度の検出を開始する（Ｓ２０〜
Ｓ３４）。

【００１８】ここでは、まず、後述する温度検出のイン
ターバル（Ｔ６）ではないときの（Ｓ２０がＮｏ）、酸
素濃度検出（Ｓ２４）について説明する。コントローラ
５０は、上述したようにセンサ素子１０により酸素濃度
を検出する動作と、センサ素子１０の起電力セル２４の
バルク抵抗を検出することでセル１０の温度を検出する
動作とを行っている。

【００１９】図２に示すコントローラ５０のオペアンプ
ＯＰ２は、一方の入力端子に＋４Ｖが印加され、他方の
入力端子はＶCENT点に接続されており、出力端子にて、
ポンプセル１４を介して流れるＩｐ電流が変化しても、
ＶCENT点が４Ｖに保たれるように動作する。ＰＩＤ制御
を行うＰＩＤ回路は起電力セル２４の起電力Ｖｓを検出
し、抵抗Ｒ１を介して流すＩｐ電流によってＶｓを一定
（０．４５Ｖ）に保つようにポンプセル１４の電流Ｉｐ
を決定する動作を行う。このように、ＰＩＤ回路にて起
電力セル２４の起電力が０．４５Ｖに保持された状態
で、ポンプセル１４に流される電流Ｉｐの量に比例する
電圧がＰＩＤ回路の出力端に現れ、この電圧を酸素濃度
検出回路５２で、図示しないＡ／Ｄ回路にてデェジタル
値に変換した後、保持しているマップから対応する酸素
濃度値を検索し、この値を図示しないエンジン制御装置
側へ出力する。

【００２０】引き続き、図４に示すフローチャートの温
度検出のインターバル（Ｔ６）中の（Ｓ２０がＹｅ
ｓ）、コントローラ５０による起電力セル２４の内部抵
抗検出動作（Ｓ２２）について説明する。図２に示すコ
ントローラ５０のオペアンプＯＰ１は、コンデンサＣ１
と共にサンプルホールド回路を形成し、起電力セル２４
の温度検出のための電圧印加中において電圧印加直前
の、該起電力セル２４の起電力Ｖｓを保ちＰＩＤ回路に
入力する役割を果たす。オペアンプＯＰ３は、オペアン
プＯＰ１に保持されているホールド値（抵抗値検出用電
圧印加直前の起電力セル２４の起電力Ｖｓ）と、起電力
セル２４に抵抗値検出用の電流−Ｉconst を印加した際
の電位値との差分をＡ／Ｄ回路へ出力する。

【００２１】スイッチＳＷ１は、オペアンプＯＰ１、即
ち、サンプルホールド回路電圧ホールド動作を制御す
る。また、スイッチＳＷ２は、起電力セル２４の抵抗値
検出用の一定電流−Ｉconst をオン・オフし、スイッチ
ＳＷ３は、スイッチＳＷ２にて流される抵抗値検出用の
電流−Ｉconst とは逆極性の一定電流＋Ｉconst をオン
・オフする。

【００２２】スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３のタイミ
ングチャートと共に起電力セル２４の起電力Ｖｓを図３
に示す。スイッチＳＷ１は、上述したように所定のイン
ターバルＴ５毎に設定された時間Ｔ６（約５００μｓ）
に渡りオフし、起電力セル２４の抵抗値検出を可能なら
しめる。なお、このオフ時間Ｔ６においては、オペアン
プＯＰ１から成るサンプルホールド回路にて、ＰＩＤ回
路への入力値は０．４５Ｖに維持される。

【００２３】スイッチＳＷ１がオフされてから時間Ｔ１
が経過した後、スイッチＳＷ２が時間Ｔ３（約１００μ
ｓ）に渡りオンし、抵抗値検出用の一定電流−Ｉconst
が起電力セル２４側に流される。この電流−Ｉconst の
極性は、起電力セル２４に生じる内部起電力と逆極性で
あって、この電流−Ｉconst によって起電力セル２４の
両端の電圧が、図中に示すようにΔＶｓ分低下する。

【００２４】ここで、電流−Ｉconst の印加を開始した
後、時間Ｔ２（約６０μｓ）が経過してから、当該時点
（印加開始から６０μｓ経過時）でのオペアンプＯＰ３
の出力を、Ａ／Ｄ変換回路がアナログ値からデェジタル
値に変換してヒータ制御回路６０へ出力する。

【００２５】ヒータ制御回路６０は、Ａ／Ｄ変換回路か
らの出力に基づき、起電力セル２４のバルク抵抗値が目
標値以下、即ち、全領域空燃比センサが排気ガスにより
加熱されて、全領域空燃比センサをヒータ７０にて加熱
する目標温度（８００°Ｃ）を越えているかを判断する
（図４に示すＳ２６）。ここで、該バルク抵抗値が目標
値以上、即ち、排気ガスによってヒータによる制御目標
温度を越えて加熱されていない場合には（Ｓ２６がＮ
ｏ）、この検出された値、即ち、起電力セル２４のバル
ク抵抗値と相関する値が目標値（８００°Ｃでの抵抗
値）となるようにヒータ７０への通電を続ける（Ｓ３
２）。

【００２６】他方、上述したステップ２６における起電
力セル２４のバルク抵抗値が目標値以下か否かの判断に
おいて、全領域空燃比センサが排気ガスにより加熱され
て、目標値を越える温度（８００°Ｃ）以上となってい
る場合には（Ｓ２６がＹｅｓ）、ヒータ７０への通電を
停止した後（Ｓ２８）、排ガス温度検出回路６５が該起
電力セル２４のバルク抵抗値に基づき排気ガスの温度を
検出する（Ｓ３０）。即ち、上述したように検出された
抵抗値に基づき、図示しないマップ等を検索して排気ガ
スの温度を求める。

【００２７】この求められた排気ガス温度が、図示しな
いエンジン制御装置へ出力され、該エンジン制御装置
は、点火時期或いは燃料噴射量を調整することで、排気
ガス温度を下げ、バルブの焼き付き等のエンジンの障害
や、あるいは、三元触媒の障害の発生を防止する。

【００２８】なお、ここで、電流−Ｉconst の印加開始
から６０μｓ経過時の値を検出するのは、検出された抵
抗値に多孔質電極と固体電解質体の界面における抵抗成
分が含まれないようにするためである。これは、直流等
の低周波の電流や電圧によって検出を行うと起電力セル
２４の多孔質電極２２、２８と固体電解質体との界面の
劣化等による該界面における抵抗成分の変化分を含む値
が検出されるため、この変化分によって排ガス温度の検
出が正確に行い得なくなるからである。即ち、起電力セ
ルの抵抗値には、起電力セルの固体電解質体のバルク部
分における抵抗成分と多孔質電極と固体電解質体の界面
における抵抗成分が含まれるが、後者の抵抗成分は周囲
の酸素濃度や経時的な劣化によって変動する。一方、固
体電解質体のバルク部分における抵抗成分は雰囲気によ
っても変化せず、更にクラックなどの致命的な破壊以外
の要因では劣化現象も生じないで、ただ、温度によって
のみ抵抗値変化を生じる。したがって、このバルク部分
における抵抗成分を検出すれば、信頼性の高い温度検出
が可能となる。図６に電流−Ｉconst の印加開始から抵
抗値の検出開始までの時間による劣化に対する検出精度
の比較を示す。（Ａ）はエンジン耐久前の抵抗値検出結
果であり、（Ｂ）はエンジン耐久後の抵抗値の検出結果
である。電流−Ｉconst の印加開始後５０ｍｓ経過時で
の検出では、耐久前と耐久後には大きな変化を生じてい
る。一方、電流−Ｉconst の印加開始後１ｍｓ経過時で
の検出では、耐久後も変化は少ないことが分かる。これ
らの結果から抵抗値の検出は電流−Ｉconst の印加開始
後１ｍｓ以内に行うのが望ましい。なお、本実施例で
は、上述したように６０μｓ経過時に検出を行っている
が、この検出は、３０〜１００μｓの範囲、更に好まし
くは、４０〜８０μｓの範囲で検出を行うことにより、
好適に抵抗成分のみを検出できる。

【００２９】そして、時間Ｔ３の経過により、スイッチ
ＳＷ２をオフすると同時に、スイッチＳＷ３をオンし、
スイッチＳＷ２をオンした時間とほぼ等しい時間Ｔ３に
渡り、抵抗値検出用の上記電流−Ｉconst とは逆極性の
一定電流＋Ｉconst を起電力セル２４側に印加する。こ
れは、起電力セル２４を構成する酸素イオン伝導性固体
電解質体の配向現象によって内部起電力が影響を受け本
来の酸素濃度差を反映する内部起電力値を出力しない状
態から、正常な状態に復帰するまでの復帰時間を短縮さ
せ、抵抗値の検出後に酸素濃度の検出を短時間で再開し
得るようにするためである。

【００３０】この一定電流＋Ｉconst の印加のための時
間Ｔ３の経過後、スイッチＳＷ３がオフとなった後、時
間Ｔ４が経過したタイミングで、スイッチＳＷ１がオン
し、起電力セル２４の起電力Ｖｓが再び、オペアンプＯ
Ｐ１を介してＰＩＤ回路に加えられ、酸素濃度の検出が
再開される。そして、インターバルＴ５の経過後スイッ
チＳＷ１がオフし、再び起電力セル２４の抵抗値を検出
する。図４に示す上記ステップ２０〜ステップ３２まで
の処理を繰り返し、ヒータ制御回路６０は、エンジンの
停止により（Ｓ３４がＹｅｓ）、ヒータへの通電を停止
する（Ｓ３６）。

【００３１】本実施態様では、ポンプセル１４ではなく
起電力セル２４の抵抗値を検出することでセンサ素子１
０、即ち、排気ガスの温度を検出している。これは、起
電力セル２４（図１参照）に電流を印加した際に、該起
電力セル２４は、理論空燃比の雰囲気に固定されている
拡散室２０と、一定酸素濃度である酸素基準室２６とに
挟まれているので該起電力セルの両側の酸素濃度は常に
一定である。これに対して、ポンプセル１４は、酸素濃
度の変化している検出ガスと、理論空燃比の雰囲気に固
定されている拡散室２０とに挟まれ、ポンプセルの両側
の酸素濃度差は検出ガス中の酸素濃度によって常に変動
するからである。

【００３２】また、この実施態様では、ヒータ７０によ
って、全領域空燃比センサの検出が可能な温度（例えば
７００〜８００°Ｃ）まで加熱し、この７００〜８００
°Ｃ以上に該全領域空燃比センサが排気ガスによって加
熱された際に温度を検出するため、それより低い温度の
検出は出来ないが（可能としても極めて精度が落ち
る）、一方で高い応答性が得ることができるという効果
を有している。例えば、制御目標値が８００°Ｃで、検
出したい危険温度が８５０°Ｃの場合に、素子１０は５
０°Ｃだけ温度変化すれば危険温度が検出できるので、
低い温度から８５０°まで急速に温度上昇したような場
合には、排ガスの温度変化に追従して温度が変化する従
来技術の構成に比べて応答性が大きく向上している。

【００３３】なお、酸素濃度を検出するため全領域空燃
比センサは、温度検出用のサーミスタ等と比較して、高
い寸法精度でセラミックや電極が積層されてるため、本
実施態様のように温度を検出する際にも、通常の温度検
出用サーミスタよりも高い精度で温度を検出することが
できる。

【００３４】なお、この実施態様では、全領域空燃比セ
ンサを三元触媒の上流側に配置し、エンジンから排出さ
れる排気ガスの酸素濃度と排気ガスとの検出を行わしめ
る態様を例示した。係る態様では、全領域空燃比センサ
によって正確に排気ガス温度を検出することができる。
なお、現在、排気ガス中の酸素濃度を検出する三元触媒
の上流側の酸素センサに加えて、更に、三元触媒の下流
側にも酸素センサを配置し、三元触媒の劣化を検出する
方式が実用化されつつある。この方式に下流側のセンサ
として、本実施態様の全領域空燃比センサを適用すれ
ば、三元触媒の下流側の温度を併せて検出できるため、
三元触媒の異常加熱検出用の温度センサの役割を該全領
域空燃比センサが担うことができる。

【００３５】更に、上記実施態様では、起電力セル２４
の内部抵抗を検出する際に、経年変化により増大する多
孔質電極と固体電解質体の界面における抵抗成分が含ま
れない様に検出を行っているため、長期に渡って正確に
排気ガスを検出することができる。なお、この実施態様
では、該抵抗成分が含まれないように交番状にパルス波
形の一定電流を印加したが、この代わりにパルス波形の
一定電圧を印加することも、或いは、起電力セル２４に
印加する直流電圧に重畳させて、交流電圧又は電流を印
加して検出を行うことも可能である。

【００３６】引き続き、本実施態様の全領域空燃比セン
サによる排ガス温度検出試験の結果を図５のグラフを参
照して説明する。この試験では、複数の全領域空燃比セ
ンサを加熱し、起電力セル２４の内部抵抗を検出して温
度を検出した結果を示している。ここで、縦軸に起電力
セル２４の内部抵抗（Ｒｐｖｓ）Ωを取り、横軸に熱電
対にて検出した温度を取り、グラフ中の１対の点線は複
数の全領域空燃比センサによる検出ばらつきの偏差の幅
を示している。ここで、起電力セル２４が１００Ωとな
った時点で検出した温度偏差は２２°Ｃの範囲内であっ
た。また、起電力セル２４が７５Ωとなった時点で検出
した温度偏差は２７°Ｃの範囲内であった。更に、起電
力セル２４が５０Ωとなった時点で検出した温度偏差、
即ち、上記検出対象の８００°Ｃを越える危険温度に近
い値においては３２°Ｃ（８４４°Ｃ〜８７６°Ｃ）の
範囲内であった。この試験結果から、全領域空燃比セン
サを用いることで、検出対象とする排気ガスの温度（８
５０°Ｃ）を正確に検出できることが判明した。

【００３７】

【効果】以上記述したように請求項１の全領域空燃比セ
ンサの温度検出方法では、ポンプセルにより一定雰囲気
に保持されている間隔と一定酸素濃度である酸素基準室
とに挟まれた起電力セルに電圧又は電流を印加して抵抗
値を検出するため、全領域空燃比センサの検出雰囲気中
の酸素濃度とは無関係に、抵抗値を正確に検出すること
ができる。また、全領域空燃比センサを酸素濃度の検出
を行い得る温度まで加熱用ヒータにて加熱し、この酸素
濃度の検出を開始し得る温度を越える危険温度を、該全
領域空燃比センサを用いて検出するため、高い応答性を
達成することができる。

【００３８】請求項２又は３の発明では、該起電力セル
の抵抗値を、該抵抗値に多孔質電極と固体電解質体の界
面における抵抗成分が含まれない様に、電圧及び電流の
印加を開始した時点から所定タイミングにて検出するた
め、低周波の電流又は電圧によって検出した際に含まれ
る起電力セルの多孔質電極と固体電解質体の界面の劣化
等による該界面における抵抗成分の変化分を含まず、起
電力セルの固体電解質体のバルク抵抗成分が正確に検出
できる。従って排気ガスの温度を正確に反映した抵抗値
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様に係る全領域空燃比センサ
の構成を示す説明図である。

【図２】図１に示すコントローラの回路図である。

【図３】スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３のタイミング
チャートである。

【図４】本実施態様のヒータ制御・排気ガス温度検出器
による温度制御及び排気ガス温度検出の処理を示すフロ
ーチャートである。

【図５】本実施態様の全領域空燃比センサによる温度検
出試験の結果を示すグラフである。

【図６】本実施態様の全領域空燃比センサによる抵抗値
検出の検出タイミングによる差を示すグラフである。

【符号の説明】

１０センサ素子１４ポンプセル２０拡散室２４起電力セル５０コントローラ６０ヒータ制御・排気ガス温度検出回路７０ヒータＶｓ起電力セル電圧Ｉｐポンプセル電流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０１Ｎ 27/419 Ｇ０１Ｎ 27/46 ３２７Ｑ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱用ヒータによって加熱される酸素イ
オン伝導性固体電解質体の両面に多孔質電極が設けられ
た２つのセルを、間隔を介して対向配設し、一方のセル
を前記間隔内の酸素を周囲にくみ出すもしくは酸素をく
み込むポンプセル、他方のセルを酸素基準室と前記間隔
との酸素濃度差によって電圧を生じる起電力セルとして
それぞれ使用し、排気ガスの酸素濃度を検出する全領域
空燃比センサを用い、前記排ガスの温度を検出する排ガ
ス温度検出方法であって、前記起電力セルの抵抗値を検出し、該起電力セルの抵抗
値が一定になるように加熱用ヒータを制御することで、
全領域空燃比センサを酸素濃度の検出を行い得る温度ま
で前記加熱用ヒータを用いて加熱するとともに、前記排気ガスによって前記全領域空燃比センサが所定温
度以上に加熱された際に、該加熱用ヒータの通電を停止
し、その時に検出された該起電力セルの抵抗値に基づき
該排気ガスの温度を検出することを特徴とする排ガス温
度検出方法。
【請求項２】前記排気ガスの温度を検出する際には、
前記起電力セルの両面に設けられた多孔質電極間に起電
力セルの抵抗値を検出するための抵抗値検出用電流もし
くは電圧を印加し、前記抵抗値検出用電流もしくは電圧
の印加後所定時間以内に前記起電力セルの抵抗値を検出
することを特徴とする請求項１の排ガス温度検出方法。
【請求項３】前記抵抗値検出用電流もしくは電圧の印
加後１ｍＳ以内に前記起電力セルの抵抗値を検出するこ
とを特徴とする請求項２の排ガス温度検出方法。
【請求項４】加熱用ヒータによって加熱される酸素イ
オン伝導性固体電解質体の両面に多孔質電極が設けられ
た２つのセルを、間隔を介して対向配設し、一方のセル
を前記間隔内の酸素を周囲にくみ出すもしくは酸素をく
み込むポンプセル、他方のセルを酸素基準室と前記間隔
との酸素濃度差によって電圧を生じる起電力セルとして
それぞれ使用し、排気ガスの酸素濃度を検出する全領域
空燃比センサを用い、前記排ガスの温度を検出する排ガ
ス温度検出装置であって、前記起電力セルの抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、該起電力セルの抵抗値が一定になるように加熱用ヒータ
を制御するヒータ制御手段と、該加熱用ヒータの通電が停止することによって前記排気
ガスによって前記全領域空燃比センサが所定温度以上に
加熱されたと判断し、その時に前記抵抗値検出手段によ
って検出された起電力セルの抵抗値に基づき前記排気ガ
スの温度を検出する温度検出手段とを有することを特徴
とする排ガス温度検出装置。
【請求項５】前記抵抗値検出手段は、前記起電力セル
の両面に設けられた多孔質電極間に起電力セルの抵抗値
を検出するための抵抗値検出用電流もしくは電圧を印加
する電圧印加部分と、前記抵抗値検出用電流もしくは電
圧の印加後所定時間以内に前記起電力セルの抵抗値の検
出を行う抵抗値検出部分と、を有することを特徴とする
請求項４の排ガス温度検出装置。
【請求項６】請求項４又は５の排ガス温度検出装置を
備えた全領域空燃比センサ。