JP2001330580A

JP2001330580A - 酸素濃度検出装置のヒータ診断装置

Info

Publication number: JP2001330580A
Application number: JP2000148538A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Osaki; 博之大崎
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2001-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の広域型空燃比センサなどとして使用
される酸素濃度検出装置に内蔵されるヒータの故障の診
断精度を向上する。【解決手段】所定の診断条件成立時に広域型空燃比セン
サのヒータの内部抵抗値を算出し（step101〜103）、該
ヒータの内部抵抗値と制御デューティ値とを比較して正
常時の相関関係から外れたＮＧ領域に所定時間以上ある
ときにヒータが断線や性能劣化を生じていると判定して
ＭＩＬを点灯させるなどの警告をする（step104〜10
7)。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、混合気体中の酸素濃度
に応じて、リニアに出力信号を発生する検出素子を備え
た酸素濃度検出装置において、検出素子を活性化するた
め内蔵されたヒータの故障を診断する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、内燃機関の空燃比制御におい
て、排気通路に設けられた空燃比センサからの出力信号
に基づいてフィードバック制御を行っているが、理論空
燃比で急峻に変化するスイッチング特性を有した狭域型
のセンサ（いわゆる酸素センサなど）を用いて、理論空
燃比にフィードバック制御するものが一般的である。

【０００３】しかし、環境問題や省エネルギー問題等の
要求により、理論空燃比よりもはるかに薄い空燃比（例
えば空気重量／燃料重量≒２２）に制御する必要がでて
きた。そこで図２に示すような広域型の空燃比センサが
開発された。これはヒータ部２を備えた本体（例えば酸
素イオン伝導性を有するジルコニアＺｒ₂Ｏ₃等の耐熱性
多孔質絶縁材料で形成される）１内に、大気（標準ガ
ス）と連通する大気孔３を設けると共に、検出対象ガス
（例えば内燃機関の排気等）と検出対象ガス導入孔４、
保護層５を介して連通するガス拡散層（或いはガス拡散
層ギャップ）６が設けられている。センシング部電極７
Ａ，７Ｂは、大気導入孔３とガス拡散層６に臨んで設け
られると共に、酸素ポンプ部電極８Ａ，８Ｂは、ガス拡
散層６と、これに対応する本体１の周囲と、に設けられ
るようになっている。

【０００４】なお、センシング部電極７Ａ，７Ｂは、ガ
ス拡散層６内の酸素イオン濃度（酸素分圧）によって影
響されるセンシング部７の電極間の酸素分圧比に応じて
発生する電圧を検出するようになっている。一方、酸素
ポンプ部電極８Ａ，８Ｂ（特定成分ポンプ部）には、所
定電圧が印加されるようになっている。つまり、センシ
ング部電極７Ａ，７Ｂは、センシング部７の電極間の酸
素分圧比によって発生する電圧を検出して、空燃比が理
論空燃比（換言すると、空気過剰率λ＝１）に対してリ
ッチであるかリーンであるかを検出することができるよ
うになっている。

【０００５】一方、図３のようなモデル図で示すことが
できる酸素ポンプ電極８Ａ，８Ｂにおいては、所定の電
圧が印加されると、これに応じてガス拡散層６内の酸素
イオンが移動され、酸素ポンプ電極部８Ａ，８Ｂ間に電
流が流れるようになっている。なお、酸素ポンプ部電極
８Ａ，８Ｂ間に、所定電圧を印加したときに該電極間を
流れる電流値（限界電流）Ｉｐは、ガス拡散層６内の酸
素イオン濃度に影響されるので、電流値（限界電流）Ｉ
ｐを検出すれば、検出対象ガスの空燃比（換言すれば、
空気過剰率λ）を検出できることになる。

【０００６】従って、例えば、図３のテーブルに示すよ
うな酸素ポンプ部電極間の電流・電圧と、検出対象ガス
の空燃比（換言すれば空気過剰率λ）と、の相関関係が
得られることになる。なお、センシング部電極７Ａ，７
Ｂのリッチ、リーン出力に基づいて、酸素ポンプ部電極
８Ａ，８Ｂに対する電圧の印加方向を反転させること
で、リーン領域とリッチ領域との両方の空燃比領域にお
いて、酸素ポンプ部電極８Ａ，８Ｂ間を流れる電流値
（限界電流）Ｉｐに基づく広範囲な空燃比の検出を可能
にしているものである。

【０００７】以上のような空燃比検出原理により、酸素
ポンプ部電極間の電流値Ｉｐを検出して、例えば図３の
テーブルＢを参照すれば、広範囲に亘って検出対象ガス
の実際の空燃比（空気過剰率λ）を検出することができ
ることになる。なお、センサ検出値Ｉｐは、例えば次式
により求めることもできる。

【０００８】Ｉｐ＝Ｄｏ２・Ｐ・Ｓ／（Ｔ・Ｌ）・ｌｎ
｛１／（１−Ｐｏ２／Ｐ）｝Ｄｏ２：酸素ガスの多孔質層の拡散係数Ｓ：陰極の電極面積Ｌ：多孔質層の厚さＰ：全圧力Ｐｏ２：酸素分圧Ｔ：温度ここで、広域型空燃比センサを構成する検出素子（図２
のセンシング部７に相当）の始動遅れ、未燃成分の付
着、排気温度等の影響を軽減するため、早期に所定の活
性化温度に上げる必要があり、このため図２に示すよう
なヒータ部が設けられている。またヒータ部の温度を所
定の活性化温度に安定して保つため、フィードバック制
御している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以前の
ヒータ付広域型空燃比センサでは、ヒータやワイヤーハ
ーネスを含む温度調節用回路において、その断線の故障
を検出する手立てが無かった。従って、温度調節用回路
に故障が生じた場合には、その広域空燃比センサの温度
調節が好適に行われていることを前提として広域型空燃
比センサで空燃比が検出されることになる。その結果、
空燃比制御で得られるべき実際の空燃比が狙いの目標空
燃比からずれてしまい、排気エミッションを悪化させる
おそれがあった。

【００１０】そこで、特開平７−８３８６７号広報にお
いて、ヒータ付空燃比センサの故障検出を可能とした空
燃比センサ温調節用回路の故障検出装置が提案されてい
る。この装置では、内燃機関の運転条件や排気通路に設
けられた温度センサからの検出信号に基づき、ヒータを
通電制御することにより空燃比センサの温度調節を行
う。そして、機関の運転条件がヒータを非通電としても
差し支えない状態であると判断したときに、ヒータを所
定時間だけ強制的に非通電とし、その後のヒータを流れ
る電流値を基準値と比較し、その比較結果に基づきヒー
タの性能低下に係る故障診断を行っている。即ち、ヒー
タの通電による熱影響をキャンセルするために一時的に
ヒータを非通電とし、所定時間経過後にヒータに流れる
電流値に基づき故障診断を行うことにより、ヒータ回路
の断線だけでなく、ヒータの性能低下についても検出可
能としたものである。

【００１１】しかしながら、ヒータは長時間使用される
と、その熱劣化等に起因して、ヒータ線を細くし、ヒー
タの内部抵抗が増加するものであり、ヒータの性能低下
診断においては、ヒータに流れる電流値を診断パラメー
タとするよりも、ヒータの内部抵抗そのものを診断パラ
メータとするほうがより診断精度を高めることができる
と考えられる。

【００１２】本発明は、上記の実情に鑑みなされたもの
で、ヒータの性能低下をも含めた故障診断を可能とした
装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】図１に示すように、本発
明における酸素濃度検出装置のヒータ診断装置は、上記
課題を達成するために以下のような構成をとっている。

【００１４】検出素子Ａは、図２におけるセンシング部
７に相当し、前記のようにセンシング部電極７Ａ，７Ｂ
間の酸素分圧比によって発生する電圧を検出して、空燃
比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるか
を検出することができるようになっている。

【００１５】ヒータＢは図２におけるヒータ部２のヒー
タ２Ａに相当し、後述するヒータ通電制御手段Ｄからの
出力信号を受け、検出素子Ａを活性化温度に安定して保
つものである。

【００１６】ヒータ抵抗値検出手段Ｃは、ヒータＢの内
部抵抗値を検出し、後述するヒータ故障検出手段Ｆに出
力するものである。ヒータ通電制御手段Ｄは、検出素子
Ａの温度または検出素子Ａの内部抵抗値に基づき、ヒー
タＢを通電制御するものであり、例えば、検出素子Ａを
活性化温度に安定して保つべく適切にフィードバック制
御するように通電制御量であるデューティ値を算出し、
ヒータＢに制御信号を出力して、デューティ制御する。

【００１７】ヒータ故障検出手段Ｅは、ヒータ抵抗値検
出手段Ｃで検出されたヒータ抵抗値と、ヒータ通電制御
手段Ｄで算出されるヒータデューティ値などの通電制御
量に基づいて、ヒータの性能低下をも含めた故障診断を
行うものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施の形態
を、添付の図面に基づいて説明する。本発明の一実施の
形態を示す図４において、機関１１の吸気通路１２には
吸入空気量Ｑａを検出するエアフローメータ１３および
図示しないアクセルペダルと連動して吸入空気量Ｑａを
制御する絞り弁１４が設けられ、下流のマニホールド部
分には気筒毎に電磁式の燃料噴射装置１５が設けられ
る。

【００１９】燃料噴射弁１５は、後述するようにコント
ロールユニット５０において設定される駆動パルス信号
によって開弁駆動し、図示しない燃料ポンプから圧送さ
れて図示しないプレッシャレギュレータにより所定圧力
に制御された燃料を噴射供給する。更に、機関１１の冷
却ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ
１６が設けられる。一方、排気通路１７にはマニホール
ド集合部近傍に、排気中の酸素濃度に応じて吸入混合気
の空燃比をリニアに検出する広域型の空燃比センサ１８
が設けられ、その下流側に、例えば理論空燃比（λ＝
１，Ａ／Ｆ（空気重量／燃料重量）≒１４．７）近傍に
おいて排気中のＣＯ，ＨＣの酸化とＮＯｘの還元を良好
に行って排気を浄化する排気浄化触媒としての三元触媒
１９が介装されている。なお、排気浄化触媒としては、
例えばリーン（希薄空燃比）領域でＮＯｘを還元する所
謂リーンＮＯｘ触媒を採用しても良いし、一般的な酸化
触媒を採用しても構わない。

【００２０】ところで、本実施の形態において用いる空
燃比センサ１８は、図２で示した従来同様のものと同様
のものであれば、いかなるものであっても構わない。ま
た、図４で図示しないディストリビュータには、クラン
ク角センサ２０が内蔵されており、コントロールユニッ
ト５０では、該クランク角センサ２０から機関回転と同
期して出力されるクランク単位角信号を一定時間カウン
トして、または、クランク基準角信号の周期を計測して
機関回転速度Ｎｅを検出する。

【００２１】前記コントロールユニット５０は、ＣＰ
Ｕ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器および入出カインタ
フェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータか
らなり、各種センサからの入力信号を受け、以下のよう
にして、燃料噴射弁１５の噴射量（即ち、空燃比制御対
象）を制御する。前記各種センサとしては、前述の空燃
比センサ１８、エアフローメータ１３、水温センサ１
６、クランク角センサ２０等がある。

【００２２】即ち、エアフローメータ１３により検出さ
れる吸入空気量Ｑａと、クランク角センサ２０により検
出される機関回転速度Ｎｅとから基本燃料噴射パルス幅
（燃料噴射量に相当）Ｔｐ＝ｃ×Ｑａ／Ｎｅ（ｃは定
数）を演算すると共に、低水温時に強制的にリッチ側に
補正する水温補正係数Ｋｗや、始動および始動後増量補
正係数Ｋａｓや、空燃比フィードバック補正係数α等に
より、最終的な有効燃料噴射パルス幅Ｔｅ＝Ｔｐ×（１
＋Ｋｗ＋Ｋａｓ＋…）×α＋Ｔｓを演算する。Ｔｓは、
電圧補正分である。

【００２３】そして、この有効燃料噴射パルス幅Ｔｅが
駆動パルス信号として前記燃料噴射弁１５に送られて、
所定量に調量された燃料が噴射供給されることになる。
上記空燃比フィードバック補正係数αは、空燃比センサ
１８が検出する実際の空燃比の目標空燃比からのズレを
補正するための係数であり、これに基づきコントロール
ユニット５０では基本燃料パルス幅Ｔｐを補正し、燃焼
用混合気の空燃比（延いては触媒入り口の排気空燃比）
が目標空燃比（例えば理論空燃比）にフィードバック制
御されることになる。

【００２４】しかし、空燃比センサ１８のヒータ部２の
熱劣化による性能低下や、熱衝撃、機械的衝撃等による
断線等により、正常にヒータの制御が行われず、センシ
ング部７が活性化温度に安定して保たれないと、上記フ
ィードバック制御により燃焼用混合気の空燃比を目標空
燃比（例えば理論空燃比）に制御しようとしても、実際
の排気空燃比が目標空燃比とは異なっている場合が生じ
る。そこで、本実施の形態では、空燃比センサ１８のヒ
ータ制御系回路の性能低下を含めた故障診断を行うこと
で、ヒータ系回路およびヒータ２Ａに故障が生じた場合
には、適切に運転者および車両整備者に対して、ヒータ
の故障を告知できるようにするものである。

【００２５】ここで、本実施形態におけるコントロール
ユニット５０により実行される空燃比センサのヒータ故
障診断制御について、図５、図６および図７に従って説
明する。なお、本発明に係るヒータ抵抗値検出手段、ヒ
ータ通電制御手段、ヒータ故障検出手段としての機能
は、以下に示すように、本実施形態のコントロールユニ
ット５０がソフトウェア的に備えるものである。

【００２６】図５は本発明の実施の形態におけるヒータ
の故障診断を行う制御ルーチンを示すフローチャートで
あり、図６はヒータの通電制御（デューティ制御）を行
うサブルーチンを示すフローチャートである。また、図
７は、ヒータ通電制御手段によって算出されるヒータデ
ューティ値とヒータ２Ａの内部抵抗値との相関関係を示
したグラフで、正常値に製造誤差、制御誤差、ヒータ２
Ａの性能低下許容範囲等を含めたＯＫ領域と、それ以外
のＮＧ領域とに分けられている。（ヒータ２Ａの性能低
下許容範囲とは、ヒータの性能低下は使用に伴い徐々に
進行するものであるため、比較的新しいものでも多少の
性能低下を招いており、その全てを故障と判定すること
は現実的ではない。よって、所定値以上の検出誤差を生
ずるに至ったもののみを故障と判定するために設けたマ
ージンである。）図５に示すフローチャートにおいて、先ず、ｓｔｅｐ１
０１において運転者によってイグニッションスイッチが
オンされると、ｓｔｅｐ１０２に移り、診断条件の判定
を行う。診断条件としては、以下のようなものがあげら
れる。・センシング部７が活性化状態にある。

【００２７】これは前述した本体１を形成する耐熱性多
孔質絶縁材料は、活性化状態であるとき理論空燃比（λ
＝１）で動作するスイッチング特性を有している。本発
明である空燃比センサは、この特性を利用しているた
め、空燃比センサが正常に作動するためにはこの条件が
必要であるからである。特にジルコニアＺｒ₂Ｏ₃を耐熱
多孔質絶縁材料として用いる場合には、３７０°Ｃ〜８
１５°Ｃの温度範囲において上記のようなスイッチング
特性を示す[（株）情報調査会から１９８３年１１月１
５日発行の「センサデバイスハンドブック」１３１ぺー
ジ図３−３４参照]ため、センシング部７の温度を示す
温度センサの検出値が３７０°Ｃ〜８１５°Ｃの温度範
囲にあると判定された場合には診断許可としてもよい。
更に、上記温度範囲（３７０°Ｃ〜８１５°Ｃ）の中で
も、特に６５０°Ｃ付近ではセンシング部７は最も活性
化するため、６５０°Ｃを含む上記温度範囲よりも狭い
温度範囲を診断条件として設定してもよい。

【００２８】また、本発明における空燃比センサのヒー
タ部２は、デューティフィードバック制御されているの
で、このヒータデューティ値が所定時間以上、所定範囲
以内にある場合には診断許可としてもよい。即ち、セン
シング部７が活性化温度で安定状態が保たれているとい
うことは、デューティ制御におけるヒータデューティ値
も安定状態にあるということであり、ヒータデューティ
値を診断することでセンシング部７の温度の安定状態を
判定することができる。・混合気体温度が所定温度以上のとき診断を許可する。

【００２９】これは検出対象である混合気体（酸素濃度
検出装置が車両に搭載された空燃比センサである場合
は、混合気体は内燃機関の排気が検出対象となる。）の
温度は、センシング部７の活性化温度に対して大きく影
響を与えるため、活性化状態にあるセンシング部７が混
合気体によって急激に冷やされるような場合には診断を
禁止することによって誤診断を防止するためである。・本発明の酸素濃度検出装置が車両に搭載された空燃比
センサである場合の、機関運転制御用電力供給源の供給
電圧が所定値以上である。

【００３０】これは、機関運転制御用電力供給源の供給
電圧が低下すると、機関排気の空燃比が正常に制御され
なくなったり、ヒータ２Ａに流れる電流値が不安定とな
るため、本発明のヒータ診断において、誤診断を招くお
それが高くなるので、このようなおそれを確実に排除す
るためである。・本発明の酸素濃度検出装置が車両に搭載された空燃比
センサである場合に、機関始動後、所定時間診断を禁止
する。

【００３１】これは、機関始動直後は機関回転速度およ
び空燃比が不安定で、このような場合の空燃比フィード
バック制御は、空燃比に悪影響を与えてしまうことがあ
るばかりか、ヒータ２Ａに流れる電流値が不安定状態と
なるため、誤診断を招くおそれが高くなるためである。
よって、機関始動直後の空燃比フィードバック制御禁止
中は、空燃比センサヘの電力の供給を禁止する構成とし
てもよい。

【００３２】以上のような診断条件の構成は、本実施例
に限定されるものではなく、可能な限り適宜組み合せる
ことが可能である。ｓｔｅｐ１０２の診断条件がすべて
満足されると、ｓｔｅｐ１０３に移り、ヒータ抵抗値を
算出する。このヒータ抵抗値は、ヒータ２Ａであるヒー
タ線そのものの抵抗値を直接測定してもよいし、ヒータ
２Ａに印加される電圧値とヒータ２Ａに流れる電流値と
に基づき、電圧値と電流値との比（ヒータ抵抗値＝ヒー
タに印加される電圧値／ヒータに流れる電流値）によっ
て算出してもよい。

【００３３】次にｓｔｅｐ１０４では、後述する図６に
おけるヒータ通電制御ルーチンによって算出された通電
制御量であるヒータデューティ値を読み込む。次にｓｔ
ｅｐ１０５では、ｓｔｅｐ１０３で算出されたヒータ抵
抗値とｓｔｅｐ１０４で読み込んだヒータデューティ値
に基づいて、ヒータ制御回路およびヒータ線が断線や性
能劣化を起こしているか否かを判定する。本ステップ
（ｓｔｅｐ１０５）におけるＮＧ判定においては、図７
に示すように、ヒータ抵抗値は、ヒータデューティ値
（通電制御量）が増加するに伴って増加するという特性
を利用している。

【００３４】即ち、ヒータデューティ値はセンシング部
７Ａ，７Ｂ間の抵抗値に基づいて算出されるので、ヒー
タ線が断線および性能低下を起こしていなければヒータ
デューティ値が増加すれば発熱量の増大に伴ない温度上
昇が大きくなるのでヒータ抵抗値が増加する傾向を示
し、その特性はヒータ線が決まれば一律に求めることが
できる。しかし、ヒータ線が性能低下を起こしている
と、ヒータ線が細くなり、ヒータ抵抗値が増大して同一
のヒータデューティ値に対してヒータ２Ａに流れる電流
値が相対的に低くなる。よって検出されるヒータ抵抗値
が高くなり、ヒータデューティ値（ヒータへの通電制御
量乃至印加制御電圧）に対する正常なヒータ抵抗値（Ｏ
Ｋ領域）よりも、検出されるヒータ抵抗値が高くなる。
また、ヒータ線が断線を起こしている場合は、ヒータ抵
抗値は０となり、正常なヒータ抵抗値（ＯＫ領域）より
も低い値となる。以上の原理により、ヒータ通電制御手
段によって算出されたヒータデューティ値に対するヒー
タ抵抗値が、前述したＮＧ領域内にあればＹＥＳ判定と
してｓｔｅｐ１０６に進み、ＯＫ領域にあればＮＯ判定
としてリターンする。

【００３５】ｓｔｅｐ１０６では、ｓｔｅｐ１０５にお
いて初めてＮＧ判定されたときからのＮＧ判定継続時間
を計測し、所定時間に満たなければリターンし、所定時
間経過と判定されるとヒータ故障と判定して、ｓｔｅｐ
１０７でＭＩＬ（警告灯）点灯等により運転者および車
両整備者に対してヒータ部２の故障を知らせる。

【００３６】また、図７に示されたＮＧ領域において、
ＯＫ領域上側のＮＧ領域である場合には、ヒータの劣化
であり、ＯＫ領域下側のＮＧ領域である場合には、ヒー
タおよびヒータ制御回路の断線故障であると区別して判
定するようにしてもよいし、不揮発性メモリ等に故障内
容を記憶させ、車両整備者に対して故障内容をより詳細
に知らせるようにしてもよい。

【００３７】次に、図６におけるヒータの通電制御（デ
ューティ制御）用サブルーチンのフローチャートについ
て説明する。本サブルーチンはセンシング部７が活性化
温度に安定して保たれるべくヒータ部２をデューティ制
御するためのものであり、先ず、ｓｔｅｐ２０１ではセ
ンシング部７Ａ，７Ｂ間の抵抗値を検出する。

【００３８】次にｓｔｅｐ２０２に移るとｓｔｅｐ２０
１で検出したセンシング部７Ａ，７Ｂ間の抵抗値に基づ
き、ヒータデューティ値を算出する。これは、センシン
グ部７の温度と相関のあるセンシング部７の内部抵抗値
を電圧降下法によって求めることにより算出することが
できるが、ｓｔｅｐ２０１において直接ヒータ２Ａの温
度を検出し、該ヒータ２Ａの温度を一定に保つべくフィ
ードバック制御してもよい。なお、このｓｔｅｐ２０２
で算出されたヒータデューティ値が前記図５のｓｔｅｐ
１０４で読み込まれる。

【００３９】ｓｔｅｐ２０３では、ｓｔｅｐ２０２で算
出されたヒータデューティ値を制御信号としてヒータ２
Ａに出力し、リターンする。また、上記実施の形態で
は、ヒータの通電をデューティ制御するものに適用した
が、ヒータの印加制御電圧をアナログで可変制御するも
のに対して、例えば通電制御量としての印加制御電圧と
ヒータの内部抵抗値とを比較して故障診断を行うことが
できる。

【００４０】本発明は、以上示した実施の形態により何
ら制限されるものではない。

【００４１】

【発明の効果】請求項１記載の構成によると、酸素濃度
検出装置のヒータ診断において、ヒータ抵抗値そのもの
を診断対象としているため、基準電圧の低下等の影響を
受けずに、ヒータの性能低下を含めた故障診断を可能と
した。また、ヒータの抵抗値とヒータの通電制御量とを
比較することにより、比較的簡単な構成で精度のよい診
断が可能となり、新たにセンサや部品を組み付ける必要
がない。

【００４２】請求項２記載の構成によると、混合気体中
の酸素分圧を制御が容易な電流値としてリニアに検出可
能としたため、制御が容易で、精度のよい診断を可能と
している。

【００４３】請求項３記載の構成によると、前記検出素
子が活性化状態にあるとき本発明における診断を許可す
るようにしたため、前記検出素子の不活性状態における
誤診断を防止することができる。

【００４４】請求項４記載の構成によると、前記活性化
状態を、前記検出素子が３７０℃〜８１５℃の温度範囲
内であることとしたため、前記検出素子が理論空燃比で
急峻なスイッチング特性を示す活性化状態を容易に検出
可能となる。

【００４５】請求項５記載の構成によると、前記活性化
状態を前記ヒータ通電制御手段における通電制御量が所
定時間以上、所定範囲内にある収束状態であることとし
たため、簡単な構成で検出素子の温度、制御系共に安定
である状態を判定可能となる。請求項６記載の構成に
よると、本発明の酸素濃度検出装置のヒータ診断装置
を、内燃機関における排気中の酸素分圧（空燃比）を検
出する空燃比センサのヒータ診断に用いることにより、
ヒータ故障時の空燃比フィードバック制御の異常による
空燃比の悪化、延いては大気汚染を防止することができ
る。

【００４６】請求項７記載の構成によると、前記ヒータ
通電制御手段は、前記検出素子の内部抵抗値に基づき通
電制御量を算出して制御することにより、比較的簡単な
構成で、適切な制御を行うことができる。

【００４７】請求項８記載の構成によると、前記ヒータ
抵抗値検出手段は、前記ヒータに印加される電圧値と、
ヒータに流れる電流値とに基づきヒータ抵抗値を算出す
ることとしたため、比較的簡単な構成でヒータの内部抵
抗値を検出することができる。請求項９記載の構成に
よると、本発明を内燃機関の空燃比センサのヒータ診断
装置に用いた場合、機関始動後所定時間、本発明におけ
るヒータ診断を禁止することにより、機関始動後の電流
値が不安定な状態における誤診断を防止することができ
る。

【００４８】請求項１０記載の構成によると、混合気体
温度が所定温度以上のとき本発明におけるヒータ診断を
許可することにより、低温混合気による検出素子の温度
低下による誤診断を防止することができる。

【００４９】請求項１１記載の構成によると、本発明を
内燃機関の空燃比センサのヒータ診断装置に用いた場
合、機関運転制御用電力供給源の供給電圧が所定値以上
のとき本発明におけるヒータ診断を許可することによ
り、ヒータに流れる電流値が不安定な状態における誤診
断を防止することができる。

【００５０】請求項１２記載の構成によると、前記故障
検出診断は、前記ヒータの通電制御量に対する検出され
たヒータの内部抵抗値が所定時間以上、所定範囲から外
れた場合にヒータの故障と判定することとしたため、徐
々にヒータの内部抵抗値が高くなるような性能低下を検
出可能としつつ、ノイズ等によって一時的に発生する異
常値に対する診断を回避して無用な警告を防止し、診断
精度を高めることができる。

【００５１】請求項１３記載の構成によると、前記故障
検出手段は、前記ヒータの通電制御量に対する検出され
たヒータの内部抵抗値が所定時間以上、所定値より高い
場合は、ヒータの劣化であり、所定時間以上、所定値よ
り低い場合は、前記検出素子の回路が断線であると判定
することとしたため、比較的簡単な構成でより詳細な故
障内容を識別可能とした。

【００５２】請求項１４記載の構成によると、前記ヒー
タの通電をデューティ制御することにより高精度な制御
が行なえ、通電制御量であるデューティ値とヒータの内
部抵抗値とを比較することで、容易かつ高精度にヒータ
の故障診断を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る酸素濃度検出装置のヒータ診断装
置を示す概念図。

【図２】本発明の実施の形態における内燃機関用広域型
空燃比センサの構造図。

【図３】本発明の実施の形態における内燃機関用広域型
空燃比センサの空燃比検出原理を示した説明図。

【図４】本発明の一実施の形態における全体構成図。

【図５】上記実施の形態における故障診断制御ルーチン
を示すフローチャート。

【図６】上記実施の形態におけるヒータの通電制御ルー
チンを示すフローチャート。

【図７】ヒータ制御デューティとヒータ抵抗値との相関
に基づく診断故障領域を示すグラフ。

【符号の説明】

１空燃比センサ本体２ヒータ部７センシング部１１内燃機関５０コントロールユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｎ 27/416 Ｇ０１Ｎ 27/46 ３２１ 27/41 ３２５Ｑ 27/419 ３２７ＱＦターム(参考） 2G060 AA03 AB05 AE27 AE40 AF07 BB12 HA01 HA06 HC15 HE01 KA02 3G084 BA09 DA27 FA07 FA20 FA29 FA38 3G301 JB01 JB09 KA01 ND41 NE23 PA10Z PD05Z PG01Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】混合気体中の酸素濃度に応じてリニアに出
力信号を発生する検出素子と、前記検出素子を加熱して
活性化するヒータと、該ヒータの通電を制御するヒータ
通電制御手段と、を備えた酸素濃度検出装置において、前記ヒータの内部抵抗値を検出するヒータ抵抗値検出手
段と、前記ヒータ通電制御手段によるヒータの通電制御量と、
前記ヒータ抵抗値検出手段により検出されたヒータの内
部抵抗値とに基づいて、該ヒータの故障の有無を検出す
るヒータ故障検出手段と、を含んで構成したことを特徴とする酸素濃度検出装置の
ヒータ診断装置。
【請求項２】前記出力信号は、前記検出素子に所定電圧
を印加したとき、該検出素子に流れる酸素濃度に比例し
た限界電流であることを特徴とする請求項１記載の酸素
濃度検出装置のヒータ診断装置。
【請求項３】前記検出素子が活性化状態であるとき当該
診断装置の作動が許可されることを特徴とする請求項１
または請求項２に記載の酸素濃度検出装置のヒータ診断
装置。
【請求項４】前記活性化状態は、前記検出素子が３７０
°Ｃ〜８１５°Ｃの温度範囲内にあることを特徴とする
請求項３記載の酸素濃度検出装置のヒータ診断装置。
【請求項５】前記活性化状態は、前記ヒータの通電制御
量が所定時間以上、所定範囲内にある収束状態であるこ
とを特徴とする請求項３または請求項４に記載の酸素濃
度検出装置のヒータ診断装置。
【請求項６】前記混合気体は、内燃機関の排気であるこ
とを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記
載の酸素濃度検出装置のヒータ診断装置。
【請求項７】前記ヒータの通電制御量は、前記検出素子
の内部抵抗値に基づき設定されることを特徴とする請求
項１〜請求項６のいずれか１つに記載の酸素濃度検出装
置のヒータ診断装置。
【請求項８】前記ヒータ抵抗値検出手段は、該ヒータに
印加される電圧値と、ヒータに流れる電流値と、に基づ
きヒータの内部抵抗値を算出することを特徴とする請求
項１〜請求項７のいずれか１つに記載の酸素濃度検出装
置のヒータ診断装置。
【請求項９】機関始動後所定時間以内は、当該ヒータ診
断装置の作動を許可しないことを特徴とする請求項６〜
請求項８のいずれか１つに記載の酸素濃度検出装置のヒ
ータ診断装置。
【請求項１０】混合気体温度が所定温度以上のとき、当
該ヒータ診断装置の作動を許可することを特徴とする請
求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の酸素濃度検出
装置のヒータ診断装置。
【請求項１１】機関運転制御用電力供給源の供給電圧が
所定値以上であるとき、当該ヒータ診断装置の作動を許
可することを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれ
か１つに記載の酸素濃度検出装置のヒータ診断装置。
【請求項１２】前記ヒータ故障検出手段は、前記ヒータ
の通電制御量に対する前記ヒータの内部抵抗値が、所定
時間以上、所定範囲から外れた場合、前記ヒータが故障
していると検出することを特徴とする請求項１〜請求項
１０のいずれか１つに記載の酸素濃度検出装置のヒータ
診断装置。
【請求項１３】前記ヒータ故障検出手段は、前記ヒータ
の通電制御量に対するヒータの内部抵抗値が所定時間以
上、所定範囲より高い場合は前記ヒータの劣化であり、
所定時間以上、所定範囲より低い場合は前記検出素子部
の断線であると判定することを特徴とする請求項１２項
に記載の酸素濃度検出装置の診断装置。
【請求項１４】前記ヒータ通電制御手段は、ヒータの通
電をデューティ制御し、前記通電制御量はデューティ値
であることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれ
か１つに記載の酸素濃度検出装置のヒータ診断装置。