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JP2009250690A - Abnormality detecting device and abnormality detection method of oxygen sensor - Google Patents

Abnormality detecting device and abnormality detection method of oxygen sensor Download PDF

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JP2009250690A JP2008096512A JP2008096512A JP2009250690A JP 2009250690 A JP2009250690 A JP 2009250690A JP 2008096512 A JP2008096512 A JP 2008096512A JP 2008096512 A JP2008096512 A JP 2008096512A JP 2009250690 A JP2009250690 A JP 2009250690A
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Abstract

【課題】本発明は、酸素センサの異常検出装置及び異常検出方法に関し、酸素センサの通常利用に影響を及ぼすことなくそのセンサ異常を検出することにある。
【解決手段】酸素濃度を検出すべき排気空間に晒される排気側電極と大気に晒される大気側電極との間で移動する酸素イオンの量に応じた信号を出力する酸素センサの異常を検出する装置において、排気側電極と大気側電極との間に排気側電極から大気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧を印加した時にその方向の酸素イオンの量を検出する。また逆に、排気側電極と大気側電極との間に大気側電極から排気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧を印加した時にその方向の酸素イオンの量を検出する。そして、両検出した酸素イオンの量の比較結果に基づいて酸素センサの異常を検出する。
【選択図】図2
The present invention relates to an abnormality detection apparatus and an abnormality detection method for an oxygen sensor, which is intended to detect the abnormality of the sensor without affecting the normal use of the oxygen sensor.
An abnormality of an oxygen sensor that outputs a signal corresponding to the amount of oxygen ions moving between an exhaust-side electrode exposed to an exhaust space in which oxygen concentration is to be detected and an atmospheric-side electrode exposed to the atmosphere is detected. In the apparatus, when a voltage is applied between the exhaust side electrode and the atmosphere side electrode so that oxygen ions move from the exhaust side electrode toward the atmosphere side electrode, the amount of oxygen ions in that direction is detected. Conversely, when a voltage is applied between the exhaust side electrode and the atmosphere side electrode so that oxygen ions move from the atmosphere side electrode toward the exhaust side electrode, the amount of oxygen ions in that direction is detected. And abnormality of an oxygen sensor is detected based on the comparison result of the quantity of both detected oxygen ions.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、酸素センサの異常検出装置及び異常検出方法に係り、特に、酸素濃度を検出すべき排気空間に晒される排気側電極と、大気に晒される大気側電極と、を有し、排気側電極と大気側電極との間で移動する酸素イオンの量に応じた信号を出力する酸素センサの異常検出装置及び異常検出方法に関する。   The present invention relates to an abnormality detection device and an abnormality detection method for an oxygen sensor, and in particular, has an exhaust side electrode exposed to an exhaust space in which an oxygen concentration is to be detected, and an atmosphere side electrode exposed to the atmosphere. The present invention relates to an abnormality detection apparatus and an abnormality detection method for an oxygen sensor that outputs a signal corresponding to the amount of oxygen ions moving between an electrode and an atmosphere-side electrode.

従来、例えば内燃機関の排気通路などの排気空間の酸素濃度に応じた信号を出力する酸素センサの異常を検出する装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この酸素センサは、排気空間に晒される排気側電極と、大気に晒される大気側電極と、を有しており、両電極への電圧印加時にその電極間に流れる酸素イオンの量に応じた信号を出力する。また、上記した異常検出装置は、両電極間に大気側電極から排気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように逆電圧を印加して、その逆電圧の印加に伴って両電極間に流れる逆電流に基づいて酸素センサの異常(具体的には、センサの欠損)を検出する。
特開2006−300829号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, an apparatus that detects an abnormality of an oxygen sensor that outputs a signal corresponding to an oxygen concentration in an exhaust space such as an exhaust passage of an internal combustion engine is known (see, for example, Patent Document 1). This oxygen sensor has an exhaust-side electrode exposed to the exhaust space and an atmosphere-side electrode exposed to the atmosphere, and a signal corresponding to the amount of oxygen ions flowing between the electrodes when a voltage is applied to both electrodes. Is output. Moreover, the above-described abnormality detection device applies a reverse voltage so that oxygen ions move from the atmosphere-side electrode to the exhaust-side electrode between both electrodes, and flows between the two electrodes as the reverse voltage is applied. Based on the reverse current, an abnormality of the oxygen sensor (specifically, a sensor defect) is detected.
JP 2006-300829 A

しかし、酸素センサが正常状態にある際に排気側電極と大気側電極との間に上記の如き逆電圧が印加されると、大気側電極から排気側電極へ向けて酸素イオンが移動するので、その移動後に排気空間の酸素濃度を検出すべく、その逆電圧とは反対の、排気側電極から大気側電極へ向けて酸素イオンが移動するような正電圧が印加されると、その直後に、排気側電極へ移動した酸素イオンが大気側電極側へ戻ることとなる。このため、上記の手法では、排気空間の酸素濃度を検出するうえで、排気空間の酸素濃度に応じた酸素イオンの量に本来は大気側電極側に存在した酸素イオン分が重畳して、センサ出力に誤差が発生し、排気空間の酸素濃度を正確に検出することができない事態が生じ得る。   However, when the reverse voltage as described above is applied between the exhaust side electrode and the atmosphere side electrode when the oxygen sensor is in a normal state, oxygen ions move from the atmosphere side electrode toward the exhaust side electrode. To detect the oxygen concentration in the exhaust space after the movement, when a positive voltage opposite to the reverse voltage is applied so that oxygen ions move from the exhaust side electrode to the atmosphere side electrode, immediately after that, The oxygen ions that have moved to the exhaust side electrode will return to the atmosphere side electrode side. Therefore, in the above method, when detecting the oxygen concentration in the exhaust space, the oxygen ion content originally present on the atmosphere side electrode side is superimposed on the amount of oxygen ions corresponding to the oxygen concentration in the exhaust space, and the sensor An error may occur in the output, and a situation may occur in which the oxygen concentration in the exhaust space cannot be accurately detected.

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、酸素センサの通常利用に影響を及ぼすことなくそのセンサ異常を検出することが可能な酸素センサの異常検出装置及び異常検出方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and provides an abnormality detection device and abnormality detection method for an oxygen sensor capable of detecting the abnormality of the sensor without affecting the normal use of the oxygen sensor. For the purpose.

上記の目的は、酸素濃度を検出すべき排気空間に晒される排気側電極と、大気に晒される大気側電極と、を有し、前記排気側電極と前記大気側電極との間で移動する酸素イオンの量に応じた信号を出力する酸素センサの異常を検出する装置であって、前記排気側電極と前記大気側電極との間に、前記排気側電極から前記大気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧を印加する正電圧印加手段と、前記正電圧印加手段による電圧印加時に、前記排気側電極から前記大気側電極へ移動する酸素イオンの量を検出する第1の酸素イオン量検出手段と、前記排気側電極と前記大気側電極との間に、前記大気側電極から前記排気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧を印加する負電圧印加手段と、前記負電圧印加手段による電圧印加時に、前記大気側電極から前記排気側電極へ移動する酸素イオンの量を検出する第2の酸素イオン量検出手段と、前記第1の酸素イオン量検出手段の検出結果と前記第2の酸素イオン量検出手段の検出結果との比較結果に基づいて、前記酸素センサの異常を検出するセンサ異常検出手段と、を備える酸素センサの異常検出装置により達成される。   The above object has an exhaust-side electrode exposed to an exhaust space in which oxygen concentration is to be detected and an atmosphere-side electrode exposed to the atmosphere, and oxygen that moves between the exhaust-side electrode and the atmosphere-side electrode An apparatus for detecting an abnormality of an oxygen sensor that outputs a signal corresponding to the amount of ions, wherein oxygen ions are provided between the exhaust side electrode and the atmosphere side electrode from the exhaust side electrode toward the atmosphere side electrode. A positive voltage applying means for applying a voltage so as to move, and a first oxygen ion amount for detecting the amount of oxygen ions moving from the exhaust side electrode to the atmosphere side electrode when a voltage is applied by the positive voltage applying means A negative voltage applying means for applying a voltage so that oxygen ions move from the atmosphere side electrode to the exhaust side electrode between the detection means, the exhaust side electrode and the atmosphere side electrode; and the negative voltage Voltage application by applying means And a second oxygen ion amount detecting means for detecting the amount of oxygen ions moving from the atmosphere side electrode to the exhaust side electrode, a detection result of the first oxygen ion amount detecting means, and the second oxygen ion. This is accomplished by an oxygen sensor abnormality detection device comprising: a sensor abnormality detection unit that detects an abnormality of the oxygen sensor based on a comparison result with a detection result of the amount detection unit.

また、上記の目的は、酸素濃度を検出すべき排気空間に晒される排気側電極と、大気に晒される大気側電極と、を有し、前記排気側電極と前記大気側電極との間で移動する酸素イオンの量に応じた信号を出力する酸素センサの異常を検出する方法であって、前記排気側電極と前記大気側電極との間に、前記排気側電極から前記大気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧を印加する正電圧印加ステップと、前記正電圧印加ステップにおける電圧印加時に、前記排気側電極から前記大気側電極へ移動する酸素イオンの量を検出する第1の酸素イオン量検出ステップと、前記排気側電極と前記大気側電極との間に、前記大気側電極から前記排気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧を印加する負電圧印加ステップと、前記負電圧印加ステップにおける電圧印加時に、前記大気側電極から前記排気側電極へ移動する酸素イオンの量を検出する第2の酸素イオン量検出ステップと、前記第1の酸素イオン量検出ステップの検出結果と前記第2の酸素イオン量検出ステップの検出結果との比較結果に基づいて、前記酸素センサの異常を検出するセンサ異常検出ステップと、を備える酸素センサの異常検出方法により達成される。   In addition, the above object has an exhaust side electrode that is exposed to an exhaust space in which oxygen concentration is to be detected and an atmosphere side electrode that is exposed to the atmosphere, and moves between the exhaust side electrode and the atmosphere side electrode. A method for detecting an abnormality of an oxygen sensor that outputs a signal corresponding to the amount of oxygen ions to be performed, from the exhaust side electrode to the atmosphere side electrode between the exhaust side electrode and the atmosphere side electrode. A positive voltage applying step for applying a voltage so that oxygen ions move; and a first oxygen for detecting an amount of oxygen ions moving from the exhaust side electrode to the atmosphere side electrode when a voltage is applied in the positive voltage applying step An ion amount detection step, and a negative voltage application step of applying a voltage so that oxygen ions move from the atmosphere side electrode to the exhaust side electrode between the exhaust side electrode and the atmosphere side electrode; Negative electricity A second oxygen ion amount detection step for detecting the amount of oxygen ions moving from the atmosphere side electrode to the exhaust side electrode at the time of voltage application in the application step; a detection result of the first oxygen ion amount detection step; This is accomplished by an oxygen sensor abnormality detection method comprising: a sensor abnormality detection step that detects an abnormality of the oxygen sensor based on a comparison result with a detection result of the second oxygen ion amount detection step.

これらの態様の発明においては、排気側電極と大気側電極との間に排気側電極から大気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧が印加されている時に検出されるその酸素イオンの量と、それらの電極間に大気側電極から排気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧が印加されている時に検出されるその酸素イオンの量との比較結果に基づいて、酸素センサの異常が検出される。酸素センサが正常状態にある場合は、両酸素イオンの量に差はあまり生じない一方、酸素センサが異常状態にある場合は、両酸素イオンの量に大きな差が生じる。従って、上記の比較結果に基づいて酸素センサの異常を検出することができる。また、かかる構成によれば、酸素センサが正常状態にあるとき、酸素センサの異常検出の過程で排気側電極側と大気側電極側との間を移動する酸素イオンの量を往時と復時とで略均一にすることができるので、その後の酸素センサの通常利用に影響が及ぶのを回避することができる。   In the inventions of these aspects, the oxygen ions detected when a voltage is applied between the exhaust side electrode and the atmosphere side electrode so that the oxygen ions move from the exhaust side electrode toward the atmosphere side electrode. An oxygen sensor based on a comparison result between the amount of oxygen ions detected when a voltage is applied so that oxygen ions move from the atmosphere-side electrode toward the exhaust-side electrode between the electrodes. An abnormality is detected. When the oxygen sensor is in a normal state, there is not much difference between the amounts of both oxygen ions, whereas when the oxygen sensor is in an abnormal state, there is a large difference between the amounts of both oxygen ions. Therefore, the abnormality of the oxygen sensor can be detected based on the comparison result. In addition, according to such a configuration, when the oxygen sensor is in a normal state, the amount of oxygen ions that move between the exhaust side electrode side and the atmosphere side electrode side in the process of detecting the abnormality of the oxygen sensor is determined between the forward time and the return time. Therefore, it is possible to avoid affecting the normal use of the oxygen sensor thereafter.

尚、上記した酸素センサの異常検出装置において、前記正電圧印加手段及び前記負電圧印加手段は共に、前記排気空間が大気状態又は大気状態に近い状態にあるタイミングで電圧印加を行うこととするのがよい。   In the oxygen sensor abnormality detection device described above, both the positive voltage applying means and the negative voltage applying means apply voltage at a timing when the exhaust space is in an atmospheric state or a state close to the atmospheric state. Is good.

また、上記した酸素センサの異常検出方法において、前記正電圧印加ステップ及び前記負電圧印加ステップは共に、前記排気空間が大気状態又は大気状態に近い状態にあるタイミングで電圧印加を行うこととするのがよい。   In the oxygen sensor abnormality detection method described above, both the positive voltage application step and the negative voltage application step apply voltage at a timing when the exhaust space is in an atmospheric state or a state close to the atmospheric state. Is good.

これらの態様の発明においては、排気空間が大気状態又は大気状態に近い状態にあるタイミングで酸素センサの異常検出が行われる。このため、その酸素センサが正常状態にある場合において排気側電極から大気側電極へ向けて移動する酸素イオンの量と大気側電極から排気側電極へ向けて移動する酸素イオンの量とに差が生じるのを抑制することができる。   In these aspects of the invention, the abnormality detection of the oxygen sensor is performed at a timing when the exhaust space is in an atmospheric state or a state close to the atmospheric state. Therefore, when the oxygen sensor is in a normal state, there is a difference between the amount of oxygen ions moving from the exhaust side electrode to the atmosphere side electrode and the amount of oxygen ions moving from the atmosphere side electrode to the exhaust side electrode. It can be suppressed from occurring.

尚、上記した酸素センサの異常検出装置において、前記負電圧印加手段は、前記正電圧印加手段による電圧印加が行われた後に電圧印加を行うこととするのがよい。   In the oxygen sensor abnormality detection device described above, the negative voltage application means may apply voltage after voltage application by the positive voltage application means.

また、上記した酸素センサの異常検出方法において、前記負電圧印加ステップは、前記正電圧印加ステップにおける電圧印加が行われた後に電圧印加を行うこととするのがよい。   In the above-described oxygen sensor abnormality detection method, the negative voltage application step may be performed after the voltage application in the positive voltage application step.

これらの態様の発明においては、酸素センサの異常検出を行ううえで、まず、排気側電極から大気側電極へ向けて酸素イオンが移動され、その後に、大気側電極から排気側電極へ向けて酸素イオンが移動されることとなる。このため、大気側電極側に十分にある酸素イオンが排気側電極側に移動した後に大気側電極側に戻る事態は回避されるので、酸素センサが異常状態にあるにもかかわらず正常状態にあると誤検出されるのを防止することができる。   In the inventions of these aspects, in performing abnormality detection of the oxygen sensor, first, oxygen ions are moved from the exhaust side electrode toward the atmosphere side electrode, and thereafter, oxygen is moved from the atmosphere side electrode toward the exhaust side electrode. Ions will be moved. For this reason, a situation in which oxygen ions that are sufficiently present on the atmosphere side electrode side move to the exhaust side electrode side and then return to the atmosphere side electrode side is avoided, so that the oxygen sensor is in a normal state despite being in an abnormal state. Can be prevented from being erroneously detected.

尚、上記した酸素センサの異常検出装置において、前記センサ異常検出手段は、前記第1の酸素イオン量検出手段による酸素イオンの量が前記第2の酸素イオン量検出手段による酸素イオンの量に比して所定以上少ない場合に、前記酸素センサに異常が生じていると検出することとすればよい。   In the oxygen sensor abnormality detection device described above, the sensor abnormality detection means is configured such that the amount of oxygen ions by the first oxygen ion amount detection means is greater than the amount of oxygen ions by the second oxygen ion amount detection means. Then, when there is a predetermined number or less, it may be detected that an abnormality has occurred in the oxygen sensor.

また、上記した酸素センサの異常検出方法において、前記センサ異常検出ステップは、前記第1の酸素イオン量検出ステップにおける酸素イオンの量が前記第2の酸素イオン量検出ステップにおける酸素イオンの量に比して所定以上少ない場合に、前記酸素センサに異常が生じていると検出することとすればよい。   In the oxygen sensor abnormality detection method, the sensor abnormality detection step may be configured such that the amount of oxygen ions in the first oxygen ion amount detection step is greater than the amount of oxygen ions in the second oxygen ion amount detection step. Then, when there is a predetermined number or less, it may be detected that an abnormality has occurred in the oxygen sensor.

これらの態様の発明においては、排気側電極から大気側電極へ向けて移動する酸素イオンの量が、大気側電極から排気側電極へ向けて移動する酸素イオンの量に比して所定以上少ない場合に、酸素センサに異常が生じていると判定される。すなわち、排気側電極から大気側電極への酸素イオンの量が、大気側電極から排気側電極への酸素イオンの量に比して少なくても、その差が所定以上に至らない場合は、酸素センサに異常が生じていると判定されることはない。このため、排気空間の酸素濃度が大気の酸素濃度に比して相対的にある程度低い状況でも、酸素センサの異常検出処理を実行することができる。   In the inventions of these aspects, the amount of oxygen ions moving from the exhaust side electrode toward the atmosphere side electrode is less than a predetermined amount compared to the amount of oxygen ions moving from the atmosphere side electrode toward the exhaust side electrode In addition, it is determined that an abnormality has occurred in the oxygen sensor. That is, if the amount of oxygen ions from the exhaust side electrode to the atmosphere side electrode is small compared to the amount of oxygen ions from the atmosphere side electrode to the exhaust side electrode, It is not determined that an abnormality has occurred in the sensor. Therefore, even when the oxygen concentration in the exhaust space is relatively low compared to the oxygen concentration in the atmosphere, the oxygen sensor abnormality detection process can be executed.

本発明によれば、酸素センサの通常利用に影響を及ぼすことなくそのセンサ異常を検出することができる。   According to the present invention, it is possible to detect a sensor abnormality without affecting the normal use of the oxygen sensor.

以下、図面を用いて、本発明の具体的な実施の形態について説明する。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施例である酸素センサ10の構成図を示す。尚、図1には、酸素センサ10の断面図を示している。また、図2は、本実施例の酸素センサ10の異常を検出する装置(異常検出装置)12の構成図を示す。   FIG. 1 shows a configuration diagram of an oxygen sensor 10 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a cross-sectional view of the oxygen sensor 10. FIG. 2 shows a configuration diagram of an apparatus (abnormality detection apparatus) 12 that detects an abnormality of the oxygen sensor 10 of the present embodiment.

酸素センサ10は、例えば車両に搭載された内燃機関の排気通路14における酸素濃度を検出するために設けられるセンサである。酸素センサ10は、センサ本体16と、そのセンサ本体16を覆うカバー(図示せず)と、ヒータ18と、を有している。酸素センサ10は、センサ本体16がカバーに覆われたうえで排気通路14に晒されるようにその排気通路14に組み付けられている。尚、上記のカバーには、排気通路14内を流通するガスが酸素センサ10に到達するように複数の通気孔が設けられている。   The oxygen sensor 10 is a sensor provided to detect an oxygen concentration in an exhaust passage 14 of an internal combustion engine mounted on a vehicle, for example. The oxygen sensor 10 includes a sensor main body 16, a cover (not shown) that covers the sensor main body 16, and a heater 18. The oxygen sensor 10 is assembled in the exhaust passage 14 so that the sensor body 16 is covered with a cover and exposed to the exhaust passage 14. The cover is provided with a plurality of vent holes so that the gas flowing through the exhaust passage 14 reaches the oxygen sensor 10.

図1に示す如く、センサ本体16は、大気層20と、電解質層22と、コーティング層24と、を有している。大気層20は、アルミナなどのセラミックで構成された大気層形成部材26に形成された窪み26aに設けられている。電解質層22は、ジルコニアなどの酸素イオン伝導性酸化物セラミックにより構成されており、大気層形成部材26にその窪み26aを塞ぐように隣接して配置されている。大気層20は、大気層形成部材26と電解質層22とにより囲まれている。大気層20は、排気通路14の内部空間から隔絶されており、大気孔(図示せず)により大気に連通している。   As shown in FIG. 1, the sensor main body 16 includes an air layer 20, an electrolyte layer 22, and a coating layer 24. The atmospheric layer 20 is provided in a recess 26a formed in an atmospheric layer forming member 26 made of ceramic such as alumina. The electrolyte layer 22 is made of an oxygen ion conductive oxide ceramic such as zirconia, and is disposed adjacent to the air layer forming member 26 so as to close the recess 26a. The air layer 20 is surrounded by the air layer forming member 26 and the electrolyte layer 22. The atmospheric layer 20 is isolated from the internal space of the exhaust passage 14 and communicates with the atmosphere through atmospheric holes (not shown).

電解質層22の大気層20側の表面には、大気側電極30が取り付けられている。大気側電極30は、大気層20すなわち大気に晒されている。また、電解質層22の大気層20とは反対側の表面には、排気側電極32が取り付けられている。排気側電極32は、排気通路14に晒されており、具体的には、上記のコーティング層24により覆われているので、そのコーティング層24を介して排気通路14に晒されている。コーティング層24は、耐熱性のある多孔質性物質であり、排気通路14を流れたガスが排気側電極32に到達する過程で酸素分子以外の物質を取り除く機能を有している。   An atmosphere-side electrode 30 is attached to the surface of the electrolyte layer 22 on the atmosphere layer 20 side. The atmosphere side electrode 30 is exposed to the atmosphere layer 20, that is, the atmosphere. Further, an exhaust-side electrode 32 is attached to the surface of the electrolyte layer 22 opposite to the air layer 20. The exhaust side electrode 32 is exposed to the exhaust passage 14. Specifically, since the exhaust side electrode 32 is covered with the coating layer 24, the exhaust side electrode 32 is exposed to the exhaust passage 14 through the coating layer 24. The coating layer 24 is a porous material having heat resistance, and has a function of removing substances other than oxygen molecules in the process in which the gas flowing through the exhaust passage 14 reaches the exhaust side electrode 32.

酸素センサ10の大気側電極30と排気側電極32との間には、大気側電極30が排気側電極32に対して高電位となるような電圧(以下、正電圧と称す)、及び、排気側電極32が大気側電極30に対して高電位となるような電圧(以下、負電圧と称す)の何れかが選択的に印加される。   Between the atmosphere-side electrode 30 and the exhaust-side electrode 32 of the oxygen sensor 10, a voltage (hereinafter referred to as a positive voltage) that causes the atmosphere-side electrode 30 to have a high potential with respect to the exhaust-side electrode 32, and exhaust Any voltage (hereinafter referred to as a negative voltage) that causes the side electrode 32 to have a high potential with respect to the atmosphere-side electrode 30 is selectively applied.

すなわち、図2に示す如く、酸素センサ10の大気側電極30及び排気側電極32には、マイクロコンピュータを主体に構成された電子制御ユニット(以下、ECUと称す)34が接続されている。ECU34は、酸素センサ10から供給される信号に基づいて、後に詳述する如く、排気通路14の酸素濃度を検出すると共に、その酸素センサ10の異常を検出する。すなわち、ECU34は、酸素センサ10の異常を検出する異常検出装置12としても機能する。   That is, as shown in FIG. 2, an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 34 mainly composed of a microcomputer is connected to the atmosphere side electrode 30 and the exhaust side electrode 32 of the oxygen sensor 10. Based on the signal supplied from the oxygen sensor 10, the ECU 34 detects the oxygen concentration in the exhaust passage 14 and detects an abnormality in the oxygen sensor 10, as will be described in detail later. That is, the ECU 34 also functions as the abnormality detection device 12 that detects an abnormality of the oxygen sensor 10.

ECU34は、大気側電極30が接続する第1の外部端子36と、排気側電極32が接続する第2の外部端子38と、を有している。第2の外部端子38には、GND電位からオフセットされた所定電位(図2において2.5ボルト)V0が接続されている。このため、排気側電極32(又は大気側電極30)には、一定の所定電位V0が供給される。また、第1の外部端子36には、抵抗Rs及び抵抗R1(抵抗値=Rx)を介してスイッチ素子Tr1が接続されていると共に、抵抗Rs及び抵抗R2(抵抗R1と等しい抵抗値=Rx)を介してスイッチ素子Tr2が接続されている。   The ECU 34 has a first external terminal 36 to which the atmosphere side electrode 30 is connected and a second external terminal 38 to which the exhaust side electrode 32 is connected. The second external terminal 38 is connected to a predetermined potential (2.5 volts in FIG. 2) V0 offset from the GND potential. Therefore, a constant predetermined potential V0 is supplied to the exhaust side electrode 32 (or the atmosphere side electrode 30). The first external terminal 36 is connected to a switch element Tr1 via a resistor Rs and a resistor R1 (resistance value = Rx), and a resistor Rs and a resistor R2 (resistance value equal to the resistor R1 = Rx). The switch element Tr2 is connected via

スイッチ素子Tr1は、例えばpnpバイポーラトランジスタであり、抵抗R1に接続するコレクタを有している。スイッチ素子Tr1のエミッタには、上記した所定電位V0に予め定められた所定電位C(例えば、0.5ボルト)を加算した電位(V0+C)が接続されていると共に、そのベースには、第1の入力ポート40が接続されている。また、スイッチ素子Tr2は、例えばnpnバイポーラトランジスタであり、抵抗R2に接続するコレクタを有している。スイッチ素子Tr2のエミッタには、上記した所定電位V0に予め定められた所定電位C(例えば、0.5ボルト)を減算した電位(V0−C)が接続されていると共に、そのベースには、第2の入力ポート42が接続されている。   The switch element Tr1 is a pnp bipolar transistor, for example, and has a collector connected to the resistor R1. The emitter of the switch element Tr1 is connected to a potential (V0 + C) obtained by adding a predetermined potential C (for example, 0.5 volts) to the predetermined potential V0, and the base thereof has a first potential. Input port 40 is connected. The switch element Tr2 is an npn bipolar transistor, for example, and has a collector connected to the resistor R2. The emitter of the switch element Tr2 is connected to a potential (V0-C) obtained by subtracting a predetermined potential C (for example, 0.5 volts) from the above-described predetermined potential V0. A second input port 42 is connected.

第1及び第2の入力ポート40,42には、ECU34の有するCPUから選択的にスイッチ素子Tr1,Tr2をオン/オフさせる信号が入力される。このため、大気側電極30(又は排気側電極32)には、(V0+C)及び(V0−C)の何れかの電位が選択的に入力される。   Signals for selectively turning on / off the switch elements Tr1, Tr2 are input to the first and second input ports 40, 42 from the CPU of the ECU 34. For this reason, one of the potentials (V0 + C) and (V0−C) is selectively input to the atmosphere-side electrode 30 (or the exhaust-side electrode 32).

抵抗Rsの両端端子(すなわち端子36,37)には、電流検出回路44が接続されている。電流検出回路44は、酸素センサ10の電極30,32間に流れる電流を検出する役割を有している。尚、以下では、大気側電極30から排気側電極32に向かう電流の向きを正の方向とし、その逆の方向を負の方向とする。ECU34は、酸素センサ10の両電極30,32間に所定電圧を印加する際に電流検出回路44で検出される酸素センサ10に流れる電流値に基づいて、排気通路14の酸素濃度を検出し、また、その酸素センサ10の異常を検出する。   A current detection circuit 44 is connected to both terminals of the resistor Rs (that is, the terminals 36 and 37). The current detection circuit 44 has a role of detecting a current flowing between the electrodes 30 and 32 of the oxygen sensor 10. In the following, the direction of the current from the atmosphere side electrode 30 to the exhaust side electrode 32 is a positive direction, and the opposite direction is a negative direction. The ECU 34 detects the oxygen concentration in the exhaust passage 14 based on the current value flowing through the oxygen sensor 10 detected by the current detection circuit 44 when a predetermined voltage is applied between the electrodes 30 and 32 of the oxygen sensor 10. Further, the abnormality of the oxygen sensor 10 is detected.

また、ヒータ18は、センサ本体16を活性温度にまで加熱する装置である。ヒータ18は、センサ本体16の大気層20を形成する大気層形成部材26に隣接して配置されたヒータ層50に埋め込まれている。   The heater 18 is a device that heats the sensor body 16 to an activation temperature. The heater 18 is embedded in a heater layer 50 disposed adjacent to the air layer forming member 26 that forms the air layer 20 of the sensor body 16.

以下、本実施例における酸素センサ10を用いた処理の手法について説明する。   Hereinafter, a processing method using the oxygen sensor 10 in the present embodiment will be described.

まず、通常の排気通路14における酸素濃度の検出手法について説明する。ECU34は、排気通路14の酸素濃度を検出すべきときは、酸素センサ10の大気側電極30と排気側電極32との間に正電圧を印加する。具体的には、第1の入力ポート40にスイッチ素子Tr1をオンさせる信号を入力すると共に、第2の入力ポート42にスイッチ素子Tr2をオフさせる信号を入力する。この場合には、第1の外部端子36の電位が第2の外部端子38の電位よりも高くなり、酸素センサ10の大気側電極30が排気側電極32に対して高電位になる。   First, a method for detecting the oxygen concentration in the normal exhaust passage 14 will be described. The ECU 34 applies a positive voltage between the atmosphere side electrode 30 and the exhaust side electrode 32 of the oxygen sensor 10 when the oxygen concentration in the exhaust passage 14 is to be detected. Specifically, a signal for turning on the switching element Tr1 is input to the first input port 40, and a signal for turning off the switching element Tr2 is input to the second input port. In this case, the potential of the first external terminal 36 is higher than the potential of the second external terminal 38, and the atmosphere-side electrode 30 of the oxygen sensor 10 is at a higher potential than the exhaust-side electrode 32.

このため、大気側電極30と排気側電極32との間に正電圧が印加されているときは、排気側電極32の表面に付着する酸素がイオン化されて大気側電極30に向けて移動する。この際、その移動する酸素イオンの量は、排気通路14の排気ガス中の酸素濃度に応じたものとなる。酸素イオンの移動する方向と電流の流れる方向とは互いに逆方向の関係にある。従って、排気側電極32と大気側電極30との間に正電圧が印加されている場合は、大気側電極30から排気側電極32へ排気通路14における酸素濃度に応じたセンサ電流が流れる。   For this reason, when a positive voltage is applied between the atmosphere-side electrode 30 and the exhaust-side electrode 32, oxygen adhering to the surface of the exhaust-side electrode 32 is ionized and moves toward the atmosphere-side electrode 30. At this time, the amount of the moving oxygen ions depends on the oxygen concentration in the exhaust gas in the exhaust passage 14. The direction in which oxygen ions move and the direction in which current flows are in the opposite directions. Accordingly, when a positive voltage is applied between the exhaust side electrode 32 and the atmosphere side electrode 30, a sensor current corresponding to the oxygen concentration in the exhaust passage 14 flows from the atmosphere side electrode 30 to the exhaust side electrode 32.

ECU34は、酸素センサ10の大気側電極30と排気側電極32との間に正電圧を印加している状況において、電流検出回路44を用いて、抵抗Rsの両端間に生じるセンサ出力(電圧)をAD変換して酸素センサ10の電極30,32間に流れるセンサ電流を検出し、そのセンサ電流値に基づいて排気通路14における酸素濃度を検出する。そして、その検出した酸素濃度に基づいて内燃機関の制御を行う。   The ECU 34 uses a current detection circuit 44 to output a sensor output (voltage) generated between both ends of the resistor Rs when a positive voltage is applied between the atmosphere-side electrode 30 and the exhaust-side electrode 32 of the oxygen sensor 10. Is converted to AD to detect a sensor current flowing between the electrodes 30 and 32 of the oxygen sensor 10, and the oxygen concentration in the exhaust passage 14 is detected based on the sensor current value. Then, the internal combustion engine is controlled based on the detected oxygen concentration.

次に、図3及び図4を用いて、酸素センサ10の異常の検出手法について説明する。図3は、本実施例の酸素センサ10の異常を検出するための処理のタイムチャートを示す。尚、図3(A)には酸素センサ10の両電極30,32間に印加する電圧の変化を、また、図3(B)には酸素センサ10の両電極30,32間に流れるセンサ電流の変化を、それぞれ示す。また、図4は、本実施例の異常検出装置12においてECU34が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。   Next, a method for detecting an abnormality of the oxygen sensor 10 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 shows a time chart of processing for detecting an abnormality of the oxygen sensor 10 of the present embodiment. 3A shows a change in voltage applied between the electrodes 30 and 32 of the oxygen sensor 10, and FIG. 3B shows a sensor current flowing between the electrodes 30 and 32 of the oxygen sensor 10. The change of each is shown. FIG. 4 shows a flowchart of an example of a control routine executed by the ECU 34 in the abnormality detection device 12 of the present embodiment.

ECU34は、排気通路14が大気状態又は大気状態に近い状態にあるタイミング(例えば、酸素センサ10への正電圧印加時に電流検出回路44を用いて検出されるセンサ電流が略ゼロであるとき、すなわち、抵抗Rsの両端間に生じるセンサ出力(電圧)が略ゼロであるとき、或いは、内燃機関への燃料カット後、所定時間が経過したとき)において、酸素センサ10の異常(具体的には、排気通路14に面するコーティング層24の目詰まり異常)の有無を検出する。   The ECU 34 performs timing when the exhaust passage 14 is in an atmospheric state or a state close to the atmospheric state (for example, when the sensor current detected using the current detection circuit 44 when a positive voltage is applied to the oxygen sensor 10 is substantially zero, that is, When the sensor output (voltage) generated between both ends of the resistor Rs is substantially zero, or when a predetermined time has elapsed after the fuel cut to the internal combustion engine), the oxygen sensor 10 is abnormal (specifically, The presence or absence of an abnormal clogging of the coating layer 24 facing the exhaust passage 14 is detected.

ECU34は、かかる異常有無の検出を行うべきとき(ステップ100における肯定判定時)は、酸素センサ10の大気側電極30と排気側電極32との間に正電圧と負電圧とを交互に印加する。具体的には、まず、酸素センサ10の大気側電極30と排気側電極32との間に正電圧を印加する(ステップ102)。   The ECU 34 alternately applies a positive voltage and a negative voltage between the atmosphere-side electrode 30 and the exhaust-side electrode 32 of the oxygen sensor 10 when it is necessary to detect the presence or absence of such an abnormality (when an affirmative determination is made in step 100). . Specifically, first, a positive voltage is applied between the atmosphere side electrode 30 and the exhaust side electrode 32 of the oxygen sensor 10 (step 102).

酸素センサ10に異常が生じていない状況においてかかる正電圧が印加されたときは、通常どおり、排気通路14側の酸素イオンが排気側電極32から大気側電極30に向けて移動するので、排気通路14の酸素濃度に応じた正のセンサ電流が流れる。一方、酸素センサ10に異常が生じている状況においてかかる正電圧が印加されたときは、当初は排気側電極32の表面に既に付着していた酸素がイオン化されて大気側電極30に向けて移動する可能性はあるが、その後は排気通路14内の酸素がコーティング層24を通じて排気側電極32側に吸引され難く、酸素イオンが排気側電極32から大気側電極30に向けて移動し難くなるので、通常時と同程度の正のセンサ電流が流れず、センサ電流が正常時よりも少なくなる。   When such a positive voltage is applied in a situation where no abnormality has occurred in the oxygen sensor 10, oxygen ions on the exhaust passage 14 side move from the exhaust side electrode 32 toward the atmosphere side electrode 30 as usual. A positive sensor current corresponding to the oxygen concentration of 14 flows. On the other hand, when such a positive voltage is applied in a situation where the oxygen sensor 10 is abnormal, oxygen that has already adhered to the surface of the exhaust side electrode 32 is ionized and moves toward the atmosphere side electrode 30. After that, oxygen in the exhaust passage 14 is difficult to be drawn to the exhaust side electrode 32 through the coating layer 24, and oxygen ions are difficult to move from the exhaust side electrode 32 toward the atmosphere side electrode 30. As much as normal sensor current does not flow, the sensor current is smaller than normal.

ECU34は、酸素センサ10の異常有無の検出を行うべく酸素センサ10の大気側電極30と排気側電極32との間に正電圧を印加する状況において、その正電圧の印加を開始した後、所定時間(具体的には、少なくとも排気側電極32の表面に既に付着していた酸素がイオン化されて大気側電極30に向けて移動するのに必要な時間)T1が経過した時点で、電流検出回路44を用いて、抵抗Rsの両端間に生じるセンサ出力をAD変換して酸素センサ10の電極30,32間に流れるセンサ電流Iを検出する。尚、その検出されるセンサ電流Iを正電圧印加時のセンサ電流I+とする(ステップ104)。   The ECU 34 starts applying the positive voltage in a situation in which a positive voltage is applied between the atmosphere-side electrode 30 and the exhaust-side electrode 32 of the oxygen sensor 10 in order to detect whether or not the oxygen sensor 10 is abnormal. When time T1 has elapsed (specifically, a time required for at least oxygen already attached to the surface of the exhaust-side electrode 32 to be ionized and move toward the atmosphere-side electrode 30), the current detection circuit 44, the sensor output generated between both ends of the resistor Rs is AD converted to detect the sensor current I flowing between the electrodes 30 and 32 of the oxygen sensor 10. The detected sensor current I is defined as a sensor current I + when a positive voltage is applied (step 104).

その後、ECU34は、酸素センサ10の大気側電極30と排気側電極32との間に印加する電圧の方向を切り替えて、その電極30,32間に負電圧を印加する(ステップ106)。この負電圧の印加は、上記の正電圧の印加に対して同じ電位レベルでかつ同じ時間だけ行われる。かかる負電圧が印加されたときは、酸素センサ10に異常が生じているか否かに関係なく、大気層20側の酸素イオンが大気側電極30から排気側電極32に向けて移動するので、大気層20の酸素濃度に応じた負のセンサ電流が流れる。このセンサ電流は、酸素センサ10に異常が生じていても、正常時と同程度の大きさとなる。   Thereafter, the ECU 34 switches the direction of the voltage applied between the atmosphere side electrode 30 and the exhaust side electrode 32 of the oxygen sensor 10 and applies a negative voltage between the electrodes 30 and 32 (step 106). The application of the negative voltage is performed at the same potential level and for the same time as the application of the positive voltage. When such a negative voltage is applied, oxygen ions on the atmosphere layer 20 side move from the atmosphere side electrode 30 toward the exhaust side electrode 32 regardless of whether or not the oxygen sensor 10 has an abnormality. A negative sensor current corresponding to the oxygen concentration of the layer 20 flows. Even if the oxygen sensor 10 has an abnormality, the sensor current has the same magnitude as that in the normal state.

ECU34は、酸素センサ10の異常有無の検出を行うべく酸素センサ10の大気側電極30と排気側電極32との間に負電圧を印加する状況において、その負電圧の印加を開始した後、上記の所定時間T1と同じ時間が経過した時点で、電流検出回路44を用いて、抵抗Rsの両端間に生じるセンサ出力をAD変換して酸素センサ10の電極30,32間に流れるセンサ電流Iを検出する。尚、その検出されるセンサ電流Iを負電圧印加時のセンサ電流I−とする(ステップ108)。   The ECU 34 starts application of the negative voltage in a situation where a negative voltage is applied between the atmosphere-side electrode 30 and the exhaust-side electrode 32 of the oxygen sensor 10 in order to detect whether or not the oxygen sensor 10 is abnormal. When the same time as the predetermined time T1 elapses, the sensor current I flowing between the electrodes 30 and 32 of the oxygen sensor 10 is converted from the sensor output generated between both ends of the resistor Rs by using the current detection circuit 44. To detect. The detected sensor current I is defined as a sensor current I− when a negative voltage is applied (step 108).

ECU34は、正電圧印加時のセンサ電流I+と負電圧印加時のセンサ電流I−とを検出すると、その比の絶対値(=|I−|/|I+|)が所定値X0以上であるか否かを判別する(ステップ110)。尚、この所定値X0は、酸素センサ10のコーティング層24に目詰まり異常が生じていると判定できる最小の上記した比の絶対値であり、“1.0”を超える例えば“1.5”や“2.0”の値に設定されている。その結果、否定判定がなされた場合は、酸素センサ10に異常は生じていないと判定する(ステップ112)。一方、肯定判定がなされた場合は、酸素センサ10に異常が生じていると判定する(ステップ114)。   When the ECU 34 detects the sensor current I + when the positive voltage is applied and the sensor current I− when the negative voltage is applied, the absolute value (= | I− | / | I + |) of the ratio is equal to or greater than the predetermined value X0. It is determined whether or not (step 110). The predetermined value X0 is the absolute value of the minimum ratio that can be determined that the coating layer 24 of the oxygen sensor 10 is clogged, and exceeds “1.0”, for example, “1.5”. Or “2.0”. As a result, when a negative determination is made, it is determined that no abnormality has occurred in the oxygen sensor 10 (step 112). On the other hand, when a positive determination is made, it is determined that an abnormality has occurred in the oxygen sensor 10 (step 114).

このように本実施例の異常検出装置12においては、排気通路14が大気状態又は大気状態に近い状態にある状況において、酸素センサ10の大気側電極30と排気側電極32との間に正電圧と負電圧とを交互に印加してそれぞれの電圧印加時に得られるセンサ電流同士を比較することで、酸素センサ10の異常有無を検出することができる。   Thus, in the abnormality detection device 12 of the present embodiment, a positive voltage is applied between the atmosphere side electrode 30 and the exhaust side electrode 32 of the oxygen sensor 10 in a situation where the exhaust passage 14 is in an atmospheric state or a state close to the atmospheric state. By alternately applying negative and negative voltages and comparing the sensor currents obtained at the time of applying the respective voltages, it is possible to detect the presence or absence of abnormality of the oxygen sensor 10.

排気通路14が大気状態又は大気状態に近い状態にある状況では、その排気通路14の酸素濃度が大気層20の酸素濃度に対してあまり大きくなることはないので、酸素センサ10への正電圧印加時に電極30,32間を移動する酸素イオンの量と負電圧印加時に電極30,32間を移動する酸素イオンの量とはあまり大きく乖離せず、両タイミングでのセンサ電流の絶対値にあまり大きな差は生じない。しかし、かかる状況にもかかわらず酸素センサ10に異常が生じているときは、排気側電極32から大気側電極30に向けて酸素イオンが移動し難くなるので、酸素センサ10への正電圧印加時の酸素イオンの量が負電圧印加時の酸素イオンの量に比して所定以上少なくなり、正電圧印加時のセンサ電流の絶対値が負電圧印加時のセンサ電流の絶対値に比して所定以上小さくなる。   In a situation where the exhaust passage 14 is in an atmospheric state or a state close to the atmospheric state, the oxygen concentration in the exhaust passage 14 does not become so large with respect to the oxygen concentration in the atmospheric layer 20, so that a positive voltage is applied to the oxygen sensor 10. Sometimes the amount of oxygen ions that move between the electrodes 30 and 32 and the amount of oxygen ions that move between the electrodes 30 and 32 when a negative voltage is applied do not deviate so much, and the absolute value of the sensor current at both timings is too large. There is no difference. However, when an abnormality occurs in the oxygen sensor 10 in spite of such a situation, oxygen ions are difficult to move from the exhaust side electrode 32 toward the atmosphere side electrode 30, so that a positive voltage is applied to the oxygen sensor 10. The amount of oxygen ions is less than the amount of oxygen ions when a negative voltage is applied, and the absolute value of the sensor current when a positive voltage is applied is predetermined compared to the absolute value of the sensor current when a negative voltage is applied. It gets smaller.

本実施例においては、正電圧印加時のセンサ電流の絶対値と負電圧印加時のセンサ電流の絶対値とが比較され、その比較の結果として正電圧印加時のセンサ電流の絶対値が負電圧印加時のセンサ電流の絶対値に比して所定以上小さいか否かに基づいて酸素センサ10に異常が生じているか否かが判定される。従って、本実施例の酸素センサ10の異常検出装置10によれば、酸素センサ10に異常が生じているか否かを精度よく判定することが可能となっている。   In this embodiment, the absolute value of the sensor current when a positive voltage is applied is compared with the absolute value of the sensor current when a negative voltage is applied, and as a result of the comparison, the absolute value of the sensor current when a positive voltage is applied is a negative voltage. It is determined whether or not an abnormality has occurred in the oxygen sensor 10 based on whether or not the absolute value of the sensor current at the time of application is smaller than a predetermined value. Therefore, according to the abnormality detection device 10 for the oxygen sensor 10 of the present embodiment, it is possible to accurately determine whether or not an abnormality has occurred in the oxygen sensor 10.

尚、かかる構成においては、酸素センサ10の異常有無検出が、排気通路14が大気状態又は大気状態に近い状態にある状況において行われる。かかる状況にあれば、酸素センサ10が正常状態にあるときに正電圧印加時に排気側電極32から大気側電極30へ向けて移動する酸素イオンの量と負電圧印加時に大気側電極30から排気側電極32へ向けて移動する酸素イオンの量とに差が生じるのを抑制することが可能となる。従って、本実施例によれば、酸素センサ10に異常が生じているか否かの判定精度を向上させることが可能となっている。   In this configuration, abnormality detection of the oxygen sensor 10 is performed in a situation where the exhaust passage 14 is in an atmospheric state or a state close to the atmospheric state. In such a situation, when the oxygen sensor 10 is in a normal state, the amount of oxygen ions moving from the exhaust side electrode 32 toward the atmosphere side electrode 30 when a positive voltage is applied and the exhaust side from the atmosphere side electrode 30 when a negative voltage is applied. It is possible to suppress a difference between the amount of oxygen ions moving toward the electrode 32. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to improve the determination accuracy of whether or not an abnormality has occurred in the oxygen sensor 10.

また、かかる構成においては、酸素センサ10への正電圧印加時における排気側電極32から大気側電極30への酸素イオンの量が負電圧印加時における大気側電極30から排気側電極32への酸素イオンの量に比して所定以上少ない場合に、酸素センサ10に異常が生じていると判定される。すなわち、酸素センサ10への正電圧印加時の酸素イオンの量が負電圧印加時の酸素イオンの量に比して少なくても、その差が所定以上に至らない場合は、酸素センサ10に異常が生じていると判定されることはない。このため、本実施例によれば、排気通路14の酸素濃度が大気層20の酸素濃度に比して相対的にある程度低い状況でも、酸素センサ10の異常有無検出を実行することが可能となっている。   Further, in such a configuration, the amount of oxygen ions from the exhaust side electrode 32 to the atmosphere side electrode 30 when the positive voltage is applied to the oxygen sensor 10 is the oxygen from the atmosphere side electrode 30 to the exhaust side electrode 32 when the negative voltage is applied. It is determined that an abnormality has occurred in the oxygen sensor 10 when it is less than a predetermined amount compared to the amount of ions. That is, even if the amount of oxygen ions at the time of applying a positive voltage to the oxygen sensor 10 is small compared to the amount of oxygen ions at the time of applying a negative voltage, if the difference does not reach a predetermined value or more, the oxygen sensor 10 is abnormal. Is not determined to have occurred. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to detect the presence or absence of abnormality of the oxygen sensor 10 even in a situation where the oxygen concentration in the exhaust passage 14 is relatively low as compared with the oxygen concentration in the atmospheric layer 20. ing.

また、本実施例においては、酸素センサ10の異常有無を検出するのにその排気側電極32と大気側電極30との間に正電圧と負電圧とが交互に印加されるが、その際、正電圧の印加が先に行われ、負電圧の印加が後に行われる。   In the present embodiment, a positive voltage and a negative voltage are alternately applied between the exhaust side electrode 32 and the atmosphere side electrode 30 in order to detect whether the oxygen sensor 10 is abnormal. The positive voltage is applied first and the negative voltage is applied later.

仮に負電圧の印加が先に行われ、正電圧の印加が後に行われる構成では、負電圧の印加によって大気側電極30から排気側電極32に向けて大気層20の酸素がイオン化されて移動した直後に正電圧の印加が行われると、その排気側電極32に移動した酸素イオンが大気側電極30へ戻ることとなるため、酸素センサ10への正電圧印加時に排気通路14の酸素濃度を検出するのに、排気通路14の酸素濃度に応じた酸素イオンの量に、本来は大気層20側に存在した酸素イオン分が重畳して、センサ出力に誤差が発生し、排気通路14の酸素濃度を正確に検出することができない事態が生じ得る。   In the configuration in which the negative voltage is applied first and the positive voltage is applied later, the oxygen in the atmosphere layer 20 is ionized and moved from the atmosphere side electrode 30 toward the exhaust side electrode 32 by the application of the negative voltage. If a positive voltage is applied immediately thereafter, the oxygen ions that have moved to the exhaust side electrode 32 will return to the atmosphere side electrode 30, so that the oxygen concentration in the exhaust passage 14 is detected when a positive voltage is applied to the oxygen sensor 10. For this reason, the oxygen ion content originally present on the atmosphere layer 20 side is superimposed on the amount of oxygen ions corresponding to the oxygen concentration in the exhaust passage 14, and an error occurs in the sensor output, so that the oxygen concentration in the exhaust passage 14 is increased. There may be a situation in which it is impossible to accurately detect.

これに対して、本実施例の構成においては、上記の如く、酸素センサ10への正電圧の印加が先に行われ、負電圧の印加が後に行われる。この場合、大気層20側(大気側電極30側)に十分にある酸素イオンが排気通路14側(排気側電極32側)に移動した後に大気層20側に戻る事態が生ずることは回避される。このため、本実施例によれば、酸素センサ10が異常状態にある際に排気通路14側から大気層20側へ移動する酸素イオンの量が不当に多くなるのを防止することができ、酸素センサ10の異常発生中にもかかわらず正常状態にあると誤検出されるのを防止することが可能となっている。   In contrast, in the configuration of the present embodiment, as described above, the positive voltage is applied to the oxygen sensor 10 first, and the negative voltage is applied later. In this case, a situation in which oxygen ions sufficiently present on the atmosphere layer 20 side (atmosphere side electrode 30 side) move to the exhaust passage 14 side (exhaust side electrode 32 side) and then return to the atmosphere layer 20 side is avoided. . For this reason, according to the present embodiment, when the oxygen sensor 10 is in an abnormal state, it is possible to prevent the amount of oxygen ions moving from the exhaust passage 14 side to the atmosphere layer 20 side from being unduly increased. It is possible to prevent erroneous detection that the sensor 10 is in a normal state despite the occurrence of an abnormality in the sensor 10.

更に、本実施例の構成においては、酸素センサ10への正電圧の印加と負電圧の印加とが同じ電位レベルでかつ同じ時間だけ行われる。この場合、酸素センサ10が正常状態にあるときは、その酸素センサ10の異常検出処理の過程で、正電圧印加によって排気側電極32から大気側電極30に向けて移動する酸素イオンの量と、負電圧印加によって大気側電極30から排気側電極32に向けて移動する酸素イオンの量とが略均一になり、正電圧印加によって一旦大気側電極30に溜まった電荷が負電圧印加によって排気側電極32側へ放電されることとなる。このため、本実施例によれば、酸素センサ10の異常検出処理を行った後、その酸素センサ10を用いて排気通路14の酸素濃度を検出して例えば内燃機関の制御を行う際に、その正電圧印加によって大気側電極30に溜まった電荷が酸素センサ10の通常利用であるその酸素濃度検出に影響を与えるのを回避することが可能となっている。   Further, in the configuration of the present embodiment, the application of the positive voltage and the application of the negative voltage to the oxygen sensor 10 are performed at the same potential level and for the same time. In this case, when the oxygen sensor 10 is in a normal state, the amount of oxygen ions that move from the exhaust-side electrode 32 toward the atmosphere-side electrode 30 by applying a positive voltage in the course of abnormality detection processing of the oxygen sensor 10, The amount of oxygen ions moving from the atmosphere-side electrode 30 toward the exhaust-side electrode 32 by applying a negative voltage becomes substantially uniform, and the charge once accumulated in the atmosphere-side electrode 30 by applying a positive voltage is exhausted by the negative-voltage application. It will be discharged to the 32 side. For this reason, according to the present embodiment, after performing the abnormality detection process of the oxygen sensor 10, when the oxygen concentration of the exhaust passage 14 is detected using the oxygen sensor 10 to control the internal combustion engine, for example, It is possible to avoid the charge accumulated in the atmosphere-side electrode 30 due to the application of a positive voltage from affecting the oxygen concentration detection that is the normal use of the oxygen sensor 10.

従って、本実施例の酸素センサ10の異常検出装置12によれば、酸素センサ10の通常利用に影響を及ぼすことなくそのセンサ異常の有無を正確に判定することが可能となっている。   Therefore, according to the abnormality detection device 12 of the oxygen sensor 10 of the present embodiment, it is possible to accurately determine the presence or absence of the sensor abnormality without affecting the normal use of the oxygen sensor 10.

尚、上記の実施例においては、ECU34が、図4に示すルーチン中ステップ102の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「正電圧印加手段」及び「正電圧印加ステップ」が、ステップ104の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「第1の酸素イオン量検出手段」及び「第1の酸素イオン量検出ステップ」が、ステップ106の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「負電圧印加手段」及び「負電圧印加ステップ」が、ステップ108の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「第2の酸素イオン量検出手段」及び「第2の酸素イオン量検出ステップ」が、ステップ110〜114の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「センサ異常検出手段」及び「センサ異常検出ステップ」が、それぞれ実現されている。   In the above-described embodiment, the ECU 34 executes the processing of step 102 in the routine shown in FIG. 4, whereby the “positive voltage applying means” and the “positive voltage applying step” described in the claims are performed as steps. The “first oxygen ion amount detection means” and the “first oxygen ion amount detection step” described in the claims by executing the processing of 104 perform the processing of step 106. The “negative voltage applying means” and the “negative voltage applying step” described in the range execute the processing of step 108 to perform the “second oxygen ion amount detecting means” and the “second oxygen ion detecting means” described in the claims. The “oxygen ion amount detection step” executes the processing of steps 110 to 114 to thereby execute “sensor abnormality detection means” and “sensor abnormality detection” described in the claims. Detection step "are realized respectively.

ところで、上記の実施例においては、酸素センサ10の異常有無を検出するのに、その酸素センサ10への正電圧印加時におけるセンサ電流と負電圧印加時におけるセンサ電流との絶対値の比を算出して、その比が“1.0”を超える所定値X0以上であるか否かを判別することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、それらの絶対値の差を算出して、その差が所定差以上であるか否かを判別することとしてもよい。   By the way, in the above embodiment, in order to detect the presence / absence of abnormality of the oxygen sensor 10, the ratio of the absolute value of the sensor current when the positive voltage is applied to the oxygen sensor 10 and the sensor current when the negative voltage is applied is calculated. Thus, it is determined whether or not the ratio is equal to or greater than the predetermined value X0 exceeding “1.0”, but the present invention is not limited to this, and the difference between the absolute values is calculated. Then, it may be determined whether or not the difference is greater than or equal to a predetermined difference.

本発明の一実施例である酸素センサの構成図である。It is a block diagram of the oxygen sensor which is one Example of this invention. 本実施例の酸素センサの異常検出装置の構成図である。It is a block diagram of the abnormality detection apparatus of the oxygen sensor of a present Example. 本実施例の酸素センサの異常を検出するための処理のタイムチャートである。It is a time chart of the process for detecting abnormality of the oxygen sensor of a present Example. 本実施例の異常検出装置において実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。It is a flowchart of an example of the control routine performed in the abnormality detection device of the present embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 酸素センサ
12 異常検出装置
14 排気通路
20 大気層
22 電解質層
30 大気側電極
32 排気側電極
34 電子制御ユニット(ECU)
44 電流検出回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Oxygen sensor 12 Abnormality detection apparatus 14 Exhaust passage 20 Atmosphere layer 22 Electrolyte layer 30 Atmosphere side electrode 32 Exhaust side electrode 34 Electronic control unit (ECU)
44 Current detection circuit

Claims (8)

酸素濃度を検出すべき排気空間に晒される排気側電極と、大気に晒される大気側電極と、を有し、前記排気側電極と前記大気側電極との間で移動する酸素イオンの量に応じた信号を出力する酸素センサの異常を検出する装置であって、
前記排気側電極と前記大気側電極との間に、前記排気側電極から前記大気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧を印加する正電圧印加手段と、
前記正電圧印加手段による電圧印加時に、前記排気側電極から前記大気側電極へ移動する酸素イオンの量を検出する第1の酸素イオン量検出手段と、
前記排気側電極と前記大気側電極との間に、前記大気側電極から前記排気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧を印加する負電圧印加手段と、
前記負電圧印加手段による電圧印加時に、前記大気側電極から前記排気側電極へ移動する酸素イオンの量を検出する第2の酸素イオン量検出手段と、
前記第1の酸素イオン量検出手段の検出結果と前記第2の酸素イオン量検出手段の検出結果との比較結果に基づいて、前記酸素センサの異常を検出するセンサ異常検出手段と、
を備えることを特徴とする酸素センサの異常検出装置。
According to the amount of oxygen ions that move between the exhaust-side electrode and the atmosphere-side electrode, the exhaust-side electrode that is exposed to the exhaust space where the oxygen concentration is to be detected and the atmosphere-side electrode that is exposed to the atmosphere A device for detecting an abnormality in an oxygen sensor that outputs a signal,
Positive voltage applying means for applying a voltage so that oxygen ions move from the exhaust side electrode to the atmosphere side electrode between the exhaust side electrode and the atmosphere side electrode;
First oxygen ion amount detection means for detecting the amount of oxygen ions moving from the exhaust side electrode to the atmosphere side electrode when a voltage is applied by the positive voltage application means;
Negative voltage application means for applying a voltage so that oxygen ions move from the atmosphere side electrode toward the exhaust side electrode between the exhaust side electrode and the atmosphere side electrode;
Second oxygen ion amount detection means for detecting the amount of oxygen ions moving from the atmosphere side electrode to the exhaust side electrode when a voltage is applied by the negative voltage application means;
Sensor abnormality detection means for detecting an abnormality of the oxygen sensor based on a comparison result between a detection result of the first oxygen ion amount detection means and a detection result of the second oxygen ion amount detection means;
An oxygen sensor abnormality detection device comprising:
前記正電圧印加手段及び前記負電圧印加手段は共に、前記排気空間が大気状態又は大気状態に近い状態にあるタイミングで電圧印加を行うことを特徴とする請求項1記載の酸素センサの異常検出装置。   2. The oxygen sensor abnormality detection device according to claim 1, wherein both the positive voltage applying unit and the negative voltage applying unit apply voltage at a timing when the exhaust space is in an atmospheric state or a state close to an atmospheric state. . 前記負電圧印加手段は、前記正電圧印加手段による電圧印加が行われた後に電圧印加を行うことを特徴とする請求項1又は2記載の酸素センサの異常検出装置。   3. The oxygen sensor abnormality detection device according to claim 1, wherein the negative voltage applying unit applies a voltage after voltage application by the positive voltage applying unit is performed. 4. 前記センサ異常検出手段は、前記第1の酸素イオン量検出手段による酸素イオンの量が前記第2の酸素イオン量検出手段による酸素イオンの量に比して所定以上少ない場合に、前記酸素センサに異常が生じていると検出することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項記載の酸素センサの異常検出装置。   The sensor abnormality detection unit is configured to detect the oxygen sensor when the amount of oxygen ions by the first oxygen ion amount detection unit is less than a predetermined amount compared to the amount of oxygen ions by the second oxygen ion amount detection unit. The oxygen sensor abnormality detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein an abnormality is detected. 酸素濃度を検出すべき排気空間に晒される排気側電極と、大気に晒される大気側電極と、を有し、前記排気側電極と前記大気側電極との間で移動する酸素イオンの量に応じた信号を出力する酸素センサの異常を検出する方法であって、
前記排気側電極と前記大気側電極との間に、前記排気側電極から前記大気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧を印加する正電圧印加ステップと、
前記正電圧印加ステップにおける電圧印加時に、前記排気側電極から前記大気側電極へ移動する酸素イオンの量を検出する第1の酸素イオン量検出ステップと、
前記排気側電極と前記大気側電極との間に、前記大気側電極から前記排気側電極へ向けて酸素イオンが移動するように電圧を印加する負電圧印加ステップと、
前記負電圧印加ステップにおける電圧印加時に、前記大気側電極から前記排気側電極へ移動する酸素イオンの量を検出する第2の酸素イオン量検出ステップと、
前記第1の酸素イオン量検出ステップの検出結果と前記第2の酸素イオン量検出ステップの検出結果との比較結果に基づいて、前記酸素センサの異常を検出するセンサ異常検出ステップと、
を備えることを特徴とする酸素センサの異常検出方法。
According to the amount of oxygen ions that move between the exhaust-side electrode and the atmosphere-side electrode, the exhaust-side electrode that is exposed to the exhaust space where the oxygen concentration is to be detected and the atmosphere-side electrode that is exposed to the atmosphere A method of detecting an abnormality of an oxygen sensor that outputs a signal,
A positive voltage application step of applying a voltage so that oxygen ions move from the exhaust side electrode toward the atmosphere side electrode between the exhaust side electrode and the atmosphere side electrode;
A first oxygen ion amount detection step for detecting an amount of oxygen ions moving from the exhaust side electrode to the atmosphere side electrode at the time of voltage application in the positive voltage application step;
A negative voltage application step of applying a voltage so that oxygen ions move from the atmosphere side electrode to the exhaust side electrode between the exhaust side electrode and the atmosphere side electrode;
A second oxygen ion amount detection step for detecting the amount of oxygen ions moving from the atmosphere side electrode to the exhaust side electrode when a voltage is applied in the negative voltage application step;
A sensor abnormality detection step for detecting abnormality of the oxygen sensor based on a comparison result between the detection result of the first oxygen ion amount detection step and the detection result of the second oxygen ion amount detection step;
An abnormality detection method for an oxygen sensor, comprising:
前記正電圧印加ステップ及び前記負電圧印加ステップは共に、前記排気空間が大気状態又は大気状態に近い状態にあるタイミングで電圧印加を行うことを特徴とする請求項5記載の酸素センサの異常検出方法。   6. The oxygen sensor abnormality detection method according to claim 5, wherein both the positive voltage application step and the negative voltage application step perform voltage application at a timing when the exhaust space is in an atmospheric state or a state close to an atmospheric state. . 前記負電圧印加ステップは、前記正電圧印加ステップにおける電圧印加が行われた後に電圧印加を行うことを特徴とする請求項5又は6記載の酸素センサの異常検出方法。   The oxygen sensor abnormality detection method according to claim 5 or 6, wherein the negative voltage application step performs voltage application after voltage application in the positive voltage application step. 前記センサ異常検出ステップは、前記第1の酸素イオン量検出ステップにおける酸素イオンの量が前記第2の酸素イオン量検出ステップにおける酸素イオンの量に比して所定以上少ない場合に、前記酸素センサに異常が生じていると検出することを特徴とする請求項5乃至7の何れか一項記載の酸素センサの異常検出方法。   In the sensor abnormality detection step, when the amount of oxygen ions in the first oxygen ion amount detection step is less than a predetermined amount as compared with the amount of oxygen ions in the second oxygen ion amount detection step, the sensor abnormality detection step The oxygen sensor abnormality detection method according to any one of claims 5 to 7, wherein an abnormality is detected.
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