JPS61241652A - 酸素濃度センサの活性化判別方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は内燃エンジンの空燃比制御装置に用いられる酸
素濃度センサの活性化判別方法に関する。

背景技術 内燃エンジンの排気ガス浄化、燃費改善等のために排気
ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサによって検出し、そ
の検出レベルに応じてエンジンへの供給混合気の空燃比
を目標空燃比にフィードバック制御する空燃比制御装置
がある。

このような空燃比制御装置に用いられる酸素濃度センサ
として排気ガス中の酸素濃度に比例した出力を発生する
ものがある（特開昭５８〜１５３１５５号）。かかる酸
素濃度センサは一対の平板状の酸素イオン伝導性固体電
解質材を有している。その固体電解質材は排気ガス通路
に配設されるようになされ、固体電解質材の各表裏面に
は電極が各々形成されかつ固体電解材が所定の間隙部を
介して対向するように平行に配置されている。固体電解
質材の一方が酸素ポンプ素子として他方が酸素濃度比例
測定用電池素子として作用するようになっている。排気
ガス中において間隙部側電極が負極になるように酸素ポ
ンプ素子の電極間に電流を供給すると、酸素ポンプ素子
の負極面側にて間隙部内気体中の酸素ガスがイオン化し
て酸素ポンプ素子内を正極面側に移動し正極面から酸素
ガスとして放出される。このとき、間隙部内の酸素ガス
の減少によ多間隙部内の気体と電池素子外側の気体との
間に酸素濃度差が生ずるので電池素子の電極間に電圧が
発生する。この電圧を一定値にするように酸素ポンプ素
子に供給する電流値を変化させると、定温においてその
電流値が排気ガス中の酸素濃度にほぼ直線的に比例する
ことになる。

かかる酸素濃度センサにおいては、酸素濃度に比例した
出力特性を得るためには定常運転時の排気ガス温度より
十分高い温度（例えば、６５０度以上）にする必要があ
る。よって、酸素ポンプ素子及び電池素子を加熱するた
めにヒータからなる加熱素子が内蔵され、酸素濃度測定
時には加熱素−子に電流が供給され加熱素子が発熱する
ようになっている。

しかしながら、かかる酸素濃度比例型の酸素濃度センサ
においては、上記のように酸素ポンプ素子及び電池素子
が定常運転時の排気ガス温度よシ十分高い温度でなけれ
ば比例出力特性が得られないので定常運転時の排気ガス
温度以下で所望の出力特性が得られる酸素濃度に比例し
ないタイプの酸素濃度センサのようにエンジン冷却水温
、吸気温等のエンジンの運転パラメータを用いて活性化
を判別することができないという問題点があった。

また比例出力特性が得られる温度であってもその温度が
一定でなければ比例出力特性が全体的に変化するので出
力レベルから活性化を判別することは困難であった。

発明の概要 そこで、本発明の目的は酸素濃度比例型の酸素濃度セン
サの活性化を確実にかつ容易に判別できる活性化判別方
法を提供することである。

本発明の活性化判別方法は加熱素子に電流を供給し始め
てから所定時間だけ時間が経過したとき酸素濃度センサ
の活性化が完了したと判別することを特徴としている。

実施例 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明による活性化判別方法を適用した空燃比
制御装置を示している。この装置においては、酸素濃度
比例型の酸素濃度センサ２１がエンジン２２の排気マニ
ホールド２３に設けられている。酸素濃度センサ２１に
はポンプ電流供給回路２４及びヒータ電流供給回路２５
が接続されている。ポンプ電流供給回路２４とヒータ電
流供給回路２５との間には空燃比制御回路２６が接続さ
れている。

第２図に示すように酸素濃度センサ２１は一端部にリー
ド線取出口１が設けられたハウジング２を有しておシ、
該ハウジングの他端部に酸素濃度検出素子３が取り付け
られている。酸素濃度検出素子３は円筒状に形成された
保護部材１７によって囲繞され、保護部材１７の一端部
においてハウジング２の先端部に嵌着されている。保護
部材１７には周方向において等間隔に例えば４つずつの
排気ガス通過孔１７αが形成されている。なお１図中の
Ａ、−Ａ線より左の部分が排気マニホールド２３内に位
置する。゛ 第３図に示されるように酸素濃度検出素子３は互いに平
行にされた一対の長手平板状素子４及び５を有し、その
両側に板状加熱素子６及び７が付着されている。第４図
及び第５図から明らかなように、素子４及び５は互いの
主面が対向するように平行に配置され、且つ各長手方向
における一端部間に間隙部８を設けて他端部にてスペー
サ９を介して結合されている。一方の素子４Ｆｉ酸素ポ
ンプ素子であシ、その主体は酸素イオン導電性固体電解
質の焼結体から成る。酸素ポンプ素子４の一端部４αに
はその表裏面の相対する位置に多孔質の耐熱金属から成
る正方形状の電極層１１及び１２が夫々設けられている
。一方の電極層１１には耐熱金属から成り素子４の他端
部４ｂまで直線的に伸長する引き出しＭ１１αが接続さ
れている。なお、引き出し線１１（Ｚは、正方形状電極
層１１の角部に接続゛されている。同様に、他方の電極
層１２にも゛酸素ポンプ素子４の他端部４ｂに直線的に
達する引き出し１ｗ１２αが接続されている。ただし。

この引き出し線１２αは正方形状電極層１′２の角部の
うち、上部引き出しｌｆＭｌｌａ、が接続した電極層１
１の角部に対応しない方の角部に接続している。引き出
し線１２ａｌｒｉ素子４の他端部４ｂにおいて該素子の
表裏を貫通しているスルーホール４Ｇを通じてその反対
側の取り出し部１２ｂに接続されている。また、引き出
し線１１αは他端部４ｂに形成された取り出し部１１ｂ
に接続されている。

すなわち、素子４の一方の主面に電極層１１及び１２の
各取り出し部１１ｂ、１２ｂが配設されているのである
。

他方の素子５は酸素濃度比測定用電池素子であり、酸素
ポンプ素子４と同様にその生体は酸素イオン導電性固体
電解質の焼結体から成る。この電池素子５は酸素ポンプ
素子４と同様に構成されておシ、その表裏面に正方形状
の電極層１３及び１４並びに引き出し＃（１３α）、１
４αを有し、電極層１３が設けられた主面に取り出し部
（１３６）。

１４６が形成されている。なお、引き出し勝１４αと取
り出し部１４ｂＶｉスルーホール５Ｃを通じて接続して
いる。

上記した素子４及び５の主体をなす酸素イオン導電性固
体電解質として使用される代表的なものはジルコニアの
イツトリアあるいはカルシア等との同容体であるが、そ
の他、二酸化セリウム、二酸化トリウム、二酸化ハフニ
ウム等の各同容体が使用可能である。また、電極層１１
，１２．１３及び１４、引き出しｉｌ　１　ａ　ｒ　１
２０Ｌ＋　（１３ｃ）。

１４ｃＬ、取シ出し部１１ｂ、１２ｂ、（１３ｂ）。

１４６としては、ｐｔ、Ｒｕ、ｐｄ等が使用され、具体
的にはこれらの金属をフレーム溶射、化学メッキあるい
は蒸着などの各方法を用いて被着形成する０ ここで、第３図に示される板状の加熱素子６及び７につ
いて説明する。

加熱素子６及び７の主体は上述した素子４及び５よりも
少し長手方向の寸法が小さい長方形のアルミナ、スピネ
ルなどの絶縁性無機質板状体から成る。加熱素子６の一
端部には上記素子４上の電極層１１の位置及び形状に適
合させた開口部６αが形成されている。加熱素子６には
この開口部６αの周囲にヒーター６ｂが波状に配設され
、且つ。

該加熱素子の他端部に形成された取り出し部６Ｇに引き
出しｌｌ１８１６ｄを介して電気的に接続されている。

なお、ヒータ＃６ｂ１取り出し部６Ｃ及び引き出し線６
ｄはｐｔ等の耐熱金属よりなる。また図示されてはいな
いが、他方の加熱素子７にも加熱素子６と同様の開口部
、ヒータ線（７ｂ）等が設けられている。

次いで、上記した構成の酸素濃度センサ２１による酸素
濃度検出状況を説明する。

酸素ポンプ素子４の外側電極層１１が正極になるように
電極層１１．１２間にポンプ電流供給回路２４によって
ポンプ電流が供給されることによシ該素子の固体電解質
内を酸素イオンが内側電極層１２から外側電極層１１へ
移動し、素子４と電池素子５との間の間隙部８に存在す
る酸素が素子４の外側へ汲み出される。

上記の如く間隙部８から酸素が汲み出されると、電池素
子５の外側、即ち、排気ガスと間隙部８内の気体との間
に酸素濃度の差を生ずる。

この酸素濃度差によシミ他素子５の電極層１３゜１４間
に電圧が発生する。この電圧は酸素濃度センサ２１にそ
の間隙部８の３方向開口部から自由に流入する酸素量と
、酸素ポンプ素子４により間隙部８から外側へ汲み出さ
れる酸素量とが平衡状態に達した時点で一定となる。

そして、この発生電圧はポンプ電流供給回路２４に供給
され、ポンプ電流供給回路２４によって発生電圧が予め
定められた一定値に維持されるよ・うにポンプ電流値が
制御される。よって、定温においてその電流ｊｔは排気
ガス中の酸素濃度にほぼ直線的に比例することになる。

加熱素子６及び７はその取υ出し部６ｃ、（７ｃ）の各
間にヒータ電流供給回路２５がヒータ電流を供給するこ
とによって引き出し融６　ｄ　、　（７ｄ）を介してヒ
ータ線６ｂ、（７ｂ）に通電され、ヒータ線６６、（７
ｂ）が発熱して酸素濃度検出素子３を加熱する。

一方、空燃比制御回路２６Ｆｉ後述する本発明による活
性化判別方法を用いて酸素濃度センサ２１の活性化の完
了を判別した後、エンジン２２に供給する混合気の空燃
比が目標空燃比よりもリッチ及びリーンのいずれである
かを判別する。この判別はポンプ電流供給回路２４から
酸素ポンプ素子４に供給されるポンプ電流値が目標空燃
比に対応する基準値以下のときリッチとし基準値以上の
ときり一ンとする。この判別結果に応じてエンジン２２
の吸気マニホールドに２次空気を供給することによシ供
給混合気の空燃比が目標空燃比にフィードバック制御さ
れるのである。

次に、空燃比制御回路２６によって実行される本発明に
よる活性化判別方法の手順を第６図に示した動作フロー
図に従って説明する。

本手順においては、先ず、ヒータ電流供給回路２５から
加熱素子６及び７にヒータ電流が供給されているか否か
が判別される（ステップ５１）。

空燃比制御回路２６はヒータ電流を供給するときヒータ
電流供給回路２５に対して電流供給指令を発生し、ヒー
タ電流の供給を停止するとき電流供給停止指令を発生す
る。ヒータ電流供給回路２５は電流供給指令に応じて加
熱素子６及び７にヒータ電流の供給を開始し、電流供給
停止指令に応じてヒータ電流の供給を停止する。まだ空
燃比制御回路２６は電流供給指令の発生によってヒータ
電流供給判別用のフラグＦＨに１”がセットされ、電流
供給停止指令によってＦ１□に“０”がセットされるの
でフラグＦＨの内容からヒータ電流が供給されているか
否かを判別するのである。ＦＨ＝０の場合にはヒータ電
流が加熱素子６及び７に供給されていないので空燃比制
御回路２６に内蔵されたタイムカウンタＡがリセットさ
れかつ初期値から計数が開始され（ステップ５２）、活
性化判別用の７ラグＦ。２に不活性状態を表わす“０″
がセットされる（ステップ５３）。一方、ＦＨ＝１の場
合にはヒータ電流が加熱素子６及び７に供給されている
のでタイムカウンタＡの計数時間が所定時間ｔ１だけ経
過したか否かが判別される（ステップ５４）。所定時間
ｔ１はヒータ電流を加熱素子６及び７に供給し始めてか
らその発熱によって酸素ポンプ素子４及び電池素子５の
温度が上昇して酸素濃度センサ２１の活性化が完了する
までに要する時間である。タイムカウンタＡがステップ
５２においてリセットされて計数を開始した時点センサ
２１の活性化が完了したとしてフラグＦ。２に活性状態
を表わす“１”がセットされる（ステップ５５）。タイ
ムカウンタＡがリセットされて計□数を開始した時点か
ら所定時間ｔ１の経過がないならば、酸素濃度センサ２
１の活性化が完了していないとしてステップ５３が実行
される。

空燃比制御回路２６はフダグＦ。２が“１”に等しいこ
とを検出すると酸素濃度センサ２１の活性化が完了した
として上記した空燃比フィードバック制御を開始するの
である。

発明の効果 以上の如く、本発明の酸素濃度センサの活性化判別方法
においては、加熱素子にヒータ電流を供給し始めてから
所定時間だけ詩画が経過したとき酸素濃度センサの活性
化が完了したと判別される。

すなわち、ヒータ電流を供給し始めてから所定時間だけ
時間が経過すると酸素濃度センサが活性化したと見なさ
れる温度に達するために必要な熱量が加熱素子によって
得られるのである。よって、エンジン運転パラメータを
用いることなく確実にかつ容易に酸素濃度センサの活性
化を判別することができ、また酸素濃度センサの出力レ
ベルに無関係に活性化を判別することができるのである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の活性化判別方法を適用した空燃比制御
回路を示すブロック図、第２図は第１図の装置中の酸素
濃度センサを具体的に示す側面図、第３図ないし第５図
は酸素濃度センサの内部構成を示す図、第６図は本発明
の活性化判別方法の手順を示す動作フロー図である。 主要部分の符号の説明 ３・・・酸素濃度検出素子　　６，７・・・加熱素子８
・・・間隙部 １１ないし１４・・・電極層　１７・・・保護部材１７
Ｇ・・・排気ガス通過孔　２１・・］酸素濃度センサ２
３・・・排気マニホールド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃エンジンの排気ガス通路に設けられて排気ガス中の
   酸素濃度に比例する出力を発生する酸素濃度検出素子と
   電流が供給されると発熱して前記酸素濃度検出素子を加
   熱する加熱素子とを有する酸素濃度センサの活性化判別
   方法であつて、前記加熱素子に電流を供給し始めてから
   所定時間だけ時間が経過したとき前記酸素濃度センサの
   活性化が完了したと判別することを特徴とする活性化判
   別方法。