专利名称：气体传感器装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及具有用于内燃机中的空燃比反馈控制的气体传感器的气体传感器装置及其控制方法。
背景技术：
公知有如下气体传感器至少具有一个以上的由固体电解质体以及一对电极构成的单电池(cell)，检测氧等特定气体的浓度。固体电解质体随着温度上升而活性化，并且根据被固体电解质体隔开的两部分气氛之间的氧浓度差而在一对电极之间产生电动势。固体电解质体通过由内燃机排出的排气气体的热而被加热，另一方面存在为了固体电解质体提前活性化而设置加热器的情况。此外，由于单电池的内部电阻值与温度具有相关关系，因此加热器的温度控制通过基于单电池的内部电阻值的反馈控制来进行(例如参照专利文献I)。在专利文献I中，以使单电池的内部电阻值达到目标电阻值的方式进行向加热器的电 力供给，并且进行维持单电池温度一定的控制。然而，公知若由于经时劣化等使单电池劣化，则内部电阻值产生变化。在单电池劣化了的情况下，为了保持单电池温度一定，例如可以对应于单电池的劣化状态变更目标电阻值。在专利文献I中，若单电池劣化并且内部电阻值变化，则向加热器的供给电力产生变化，所以在向加热器的供给电力超过了预定电力的情况判定为单电池劣化，而进行向与劣化状态对应的目标电阻值的变更。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开平10-26599号公报但是，在专利文献I中，为了进行单电池的劣化判定，单电池必须以能够得到单电池的内部电阻值与温度的相关关系的程度来充分进行活性化，并且也需要从开始驱动发动机到能够开始进行劣化检测的时间。而且，由于不是直接判定单电池的劣化，而是基于向加热器的供给电力间接进行劣化判定，因此具有劣化检测的精度不良的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题点而做出的，其目的在于提供一种气体传感器装置及其控制方法，能够提前开始单电池的劣化判定，并且能够高精度地进行单电池的劣化判定。根据本发明的第I方式，提供一种气体传感器装置，具有气体传感器，该气体传感器具有至少一个以上的由固体电解质体以及一对电极构成的单电池，并且输出与排气气体中的特定气体的浓度对应的检测信号，所述气体传感器装置适用于基于所述检测信号进行空燃比反馈控制的内燃机，其中，所述气体传感器装置具有获取机构，获取从所述气体传感器输出的所述检测信号；电阻值检测机构，检测构成所述气体传感器的一个所述单电池的内部电阻值；判断机构，判断通过所述获取机构获取的所述检测信号是否达到了能够开始所述空燃比反馈控制的开始判定值；开始时电阻值检测机构，在通过所述判断机构判断为所述检测信号达到了所述开始判定值的情况下，通过所述电阻值检测机构检测所述单电池的开始时内部电阻值；以及比较机构，比较通过所述开始时电阻值检测机构检测出的所述开始时内部电阻值和预先设定的劣化判定值。气体传感器在成为被加热到目标的温度而完全活性化的状态之前，成为如下状态在被加热而使内部电阻值逐渐下降的过程中，输出能够执行内燃机的空燃比反馈控制的水准的检测信号。而且，本申请发明人研究之后，明白了检测信号达到能够开始空燃比反馈控制的开始判定值时的单电池的内部电阻值和单电池的劣化状态之间存在相关关系。因此，在第I方式中，单电池的开始时内部电阻值和劣化判定值的比较，在气体传感器的检测信号达到了开始判定值的情况下进行，该开始判定值用于判定是否达到了进行空燃比反馈控制所需要的精度。由此，与气体传感器的检测信号进行空燃比反馈控制并且稳定之后进行单电池的劣化判定的现有的气体传感器装置相比，能够提前开始单电池的劣化判定。此夕卜，通过仅仅将单电池的开始时内部电阻值与劣化判定值比较这种直接并且简单的比较处理，就能够进行单电池的劣化的判定，所以能够精准并且迅速地进行劣化判定，能够使基于其判定结果的劣化校正处理等提前执行。在第I方式中，所述气体传感器也可以还具有加热器，该加热器用于通过通电机 构的通电来加热所述固体电解质体。在这种情况下，第I方式也可以还具有决定机构，决定所述通电机构向所述加热器的通电量，以使通过所述电阻值检测机构检测的所述内部电阻值成为目标电阻值；以及校正机构，基于所述比较机构的比较结果，校正所述目标电阻值。在第I方式中，以使内部电阻值成为目标电阻值的方式决定向加热器的通电量，进而基于比较机构的比较结果能够校正目标电阻值，所以能够精准地决定向加热器的通电量。由此，被加热器加热的单电池能够维持一定的温度，所以作为气体传感器的输出，能够得到更稳定的输出。根据本发明的第2方式，提供一种气体传感器装置的控制方法，在气体传感器装置中执行，所述气体传感器装置具有气体传感器，具有至少一个以上的由固体电解质体以及一对电极构成的单电池，并且输出与排气气体中的特定气体的浓度对应的检测信号；以及电阻值检测机构，检测一个所述单电池的内部电阻值，所述气体传感器装置适用于基于所述检测信号进行空燃比反馈控制的内燃机，其中，所述气体传感器装置的控制方法包括以下步骤获取步骤，获取从所述气体传感器输出的所述检测信号；判断步骤，判断在所述获取步骤获取的所述检测信号是否达到了能够开始所述空燃比反馈控制的开始判定值；开始时电阻值检测步骤，在所述判断步骤判断为所述检测信号达到了所述开始判定值的情况下，通过所述电阻值检测机构检测所述单电池的开始时内部电阻值；以及比较步骤，比较在所述开始时电阻值检测步骤检测出的所述开始时内部电阻值和预先设定的劣化判定值。在第2方式中，单电池的开始时内部电阻值和劣化判定值的比较，在气体传感器的检测信号达到了开始判定值的情况下进行，该开始判定值用于判定是否达到了进行空燃比反馈控制所需要的精度。由此，与气体传感器的检测信号进行空燃比反馈控制并且稳定之后进行单电池的劣化判定的现有的气体传感器装置相比，能够提前开始单电池的劣化判定。此外，通过仅仅将单电池的开始时内部电阻值与劣化判定值比较这种直接并且简单的比较处理，就能够进行单电池的劣化的判定，所以能够精准并且迅速地进行劣化判定，能够使基于其判定结果的劣化校正处理等提前执行。在第2方式中，所述气体传感器也可以还具有加热器，该加热器用于通过通电机构的通电来加热所述固体电解质体。在这种情况下，第2方式也可以还包括以下步骤决定步骤，决定所述通电机构向所述加热器的通电量，以使通过所述电阻值检测机构检测的所述内部电阻值成为目标电阻值；以及校正步骤，基于所述比较步骤的比较结果，校正所述目标电阻值。在第2方式中，以使内部电阻值成为目标电阻值的方式决定向加热器的通电量，进而基于比较机构的比较结果能够校正目标电阻值，所以能够精准地决定向加热器的通电量。由此，被加热器加热的单电池能够维持一定的温度，所以作为气体传感器的输出，能够得到更稳定的输出。
图I是表示气体传感器装置I的电气结构的框图。
图2是劣化校正程序的流程图。图3表示从启动发动机的经过时间与单电池21的输出值和元件温度等的关系的图表。
具体实施例方式以下，参照
将本发明具体化的气体传感器装置的一个实施方式。首先，参照图I说明作为一个例子的气体传感器装置I的电气结构。图I所示的气体传感器装置I为搭载于机动车的装置，具有气体传感器2和电子控制单元(ECU) 5。作为本实施方式的气体传感器2的一个例子，为输出值(检测信号的值)对应于从发动机排出的排气气体中的氧浓度而变化、并且其输出值以理论空燃比为界骤变的所谓λ型氧传感器。另外，关于氧传感器使用公知的传感器，所以省略对其构造等的详情的说明，但是以下简单说明氧传感器所使用的传感器元件的排气气体的空燃比(排气气体中的氧浓度)的检测原理。构成传感器元件的单电池使用由钼构成的一对多孔电极夹着具有在活性温度以上时表示出氧离子导电性的性质的氧化锆制的固体电解质体，形成为筒状或板状。由该固体电解质体隔开两部分气氛，利用在两气氛之间的氧分压产生了差时氧离子会在固体电解质体内移动这一情形，进行氧浓度的检测。具体而言，将排气气体气氛和基准气体气氛(具有基准氧浓度的气氛)用固体电解质体隔开。于是，在两气氛之间进行氧分压的平衡化时，通过在固体电解质体内移动的氧离子来搬运电子，随之在多孔电极之间产生电动势(检测信号)。该电动势根据通过多孔电极的催化作用使排气气体中的未燃烧气体完全燃烧时的剩余氧的有无而大幅变化，以排气气体的空燃比为理论空燃比的情况为界，使用富裕侧和贫乏侧表示出二值的变动。一般而言，排气气体的空燃比与理论空燃比相比处于富裕侧(排气气体中的氧浓度低，氧不足以使未燃烧气体完全燃烧)的情况下，传感器元件所输出的检测信号的值以与基准电位的电位差表示为约900mV。此外，排气气体的空燃比与理论空燃比相比处于贫乏侧(排气气体中的氧浓度高，即使将未燃烧气体完全燃烧仍有氧剩余)的情况下，以与基准电位的电位差表不为约50mV。作为这样的氧传感器的一个例子,在本实施方式中，使用日本特开2004-138599号公报中公开的氧传感器进行说明。图I所示的气体传感器2为如下构造将加热器26内插于使用一个单电池21而形成为有底筒状的传感器元件，将该传感器元件保持于用于安装到排气管(未图示)的主体配件的内侧。加热器26在由氧化铝制的绝缘陶瓷构成的基体的内部埋设有以钼或钨等为主体的发热电阻体27并形成为棒状或者板状。在气体传感器2被安装于排气管的情况下，有底筒状的传感器元件的前端部(筒底侧)被插入于排气管内，单电池21的一个多孔电极(形成于传感器元件的外周面侧的电极)暴露于排气气体。单电池21的另一个多孔电极(形成于传感器元件的内周面侧的电极)，暴露于从排气管外导入到筒内的基准气体(在本实施方式中为大气)，如上所述，进行排气气体的空燃比(排气气体中的氧浓度)的检测。此外，单电池21具有内部电阻22，公知其电阻值(内部电阻值、阻抗)具有对应于固体电解质体的温度上升而下降的特性，内部电阻值与单电池21的温度之间存在预定的相关关系。在气体传感器装置I中，检测单电池21的内部电阻值，以使其值达到目标电阻 值的方式进行向加热器26的供给电力的控制，以使单电池21的温度达到目标温度的方式谋求该单电池21的温度的安定化。接着，E⑶5是根据气体传感器2的检测信号来进行包括空燃比反馈控制(例如，调整从喷射器喷射的燃料的喷射量)在内的未图示的发动机的控制的装置。在本实施方式中，对于ECU5进行如下处理所必须的结构进行着重说明基于气体传感器2的检测信号，检测单电池21的内部电阻值，判定单电池21的劣化，同时进行目标电阻值的校正，高精度地进行加热器26的PID控制。E⑶5具有微型计算机10、输出检测电路20、脉冲输入电路30、补偿电路40和加热器控制电路50。微型计算机10具有用于进行ECU5的控制的CPUll ；存储后述的劣化校正程序等的R0M12 ;暂时存储各种数据的RAM13 ;进行信号的输入输出的各种输入输出用的端口 15、16、17。另外，微型计算机10的CPU11、R0M12以及RAM13由公知的结构构成。输出检测电路20由使用电阻器等的公知的电路构成，经由补偿电路40与气体传感器2的单电池21的两端即一对多孔电极电连接。向输出检测电路20输入从单电池21输出的检测信号，进行单电池21的两端的电位差的检测。能够基于单电池21的两端的电位差检测出单电池21的电动势。输出检测电路20每隔预定时间获取(检测)单电池21的两端的电位差,并作为表不单电池21的电动势的信号向微型计算机10的Α/D端口 16输出。此外，输出检测电路20具有未图示的采样保持电路，能够保持所获取的单电池21的两端的电位差。详情后述，若向单电池21施加脉冲电压，则对应于单电池21的内部电阻值，两端的电位差产生变动。因此，在检测单电池21的内部电阻值时，通过脉冲输入电路30向单电池21施加脉冲电压。输出检测电路20在将脉冲电压施加到单电池21时，也检测单电池21的两端的电位差。此时，在采样保持电路中保持有刚被施加脉冲电压前的单电池21的两端的电位差。输出检测电路20将两者的差分即伴随脉冲电压的施加而产生了变动的部分的电位，作为表不单电池21的内部电阻值的信号，向微型计算机10的Α/D端口 16输出。
接着，补偿电路40设置于连接单电池21的两端和输出检测电路20的布线路径上，补偿单电池21输出的电动势的电位。具体而言，在连接单电池21的高电位侧和输出检测电路20的布线路径上的P点、与连接单电池21的低电位侧和输出检测电路20的布线路径上的Q点之间，连接有电阻器42。低电位侧的Q点与E⑶5的基准电位(GND)连接。另夕卜，ECU5的基准电位接地到机动车的车体等。高电位侧的P点经由电阻器41而与输出预定的电源电压VCC的电源连接。此外，噪声防止用的电阻器43被连接于P点和输出检测电路20之间。如上所述，构成单电池21的固体电解质体具有对应于固体电解质体的温度上升而内部电阻值(阻抗)下降的特性。即，固体电解质体的温度低时(方便起见，也称为非活性时)，内部电阻值高，单电池21大致为绝缘状态。此外，伴随固体电解质体的温度上升，内部电阻值下降，在单电池21活性化的情况下(方便起见，也称为活性时)，内部电阻值表示低值。而且单电池21的电动势在排气气体的空燃比处 于富裕侧的情况下，以与基准电位的电位差表示为约900mV，在处于贫乏侧的情况下表示为约50mV。 电源电压VCC通过电阻器41和电阻器42分压，在本实施方式中，P点的电位设定为约450mV。此外，电阻器42被选择为如下的电阻器其电阻值相比单电池21非活性时的内部电阻值足够�。啾然钚允钡哪诓康缱柚底愎淮�。在单电池21的非活性时，单电池21中无电流流动、不产生电动势，所以单电池21的输出为0V，但是通过补偿电路40，在输出检测电路20中作为单电池21的输出获取约450mV。另一方面，在单电池21的活性时，电流几乎不会流到与内部电阻值相比电阻值足够大的电阻器42，经由补偿电路40在输出检测电路20获取的单电池21的输出值(检测信号所示的值)，大致为单电池21的电动势所示的值。接着，加热器控制电路50具有例如晶体管51。晶体管51的集电极与加热器26的一端连接，发射极经由预定的电阻器(未图示)而与基准电位连接，基极与微型计算机10的PWM端口 17连接。此外，加热器26的另一端与向E⑶5供给电力的电池6连接。加热器26的通电控制通过微型计算机10的PID控制来进行，基于在微型计算机10中运算的占空t匕，进行从加热器控制电路50至加热器26的PWM控制下的通电。具体而言，从微型计算机10的PWM端口 17输出晶体管51的0N/0FF信号，控制在晶体管5 I的集电极-发射极之间流过的电流即从电池6流到加热器26的电流的0N/0FF。另外，加热器控制电路50不限于上述的晶体管51，也可以使用FET等来构成。接着，脉冲输入电路30是经由输出检测电路20向单电池21施加矩形的脉冲电压的电路。通过微型计算机10的运算而生成表示矩形脉冲波形的数字数据，并且从I/O端口15输入到脉冲输入电路30。脉冲输入电路30基于接收到的脉冲波形的数据来生成矩形的脉冲电压，并施加到单电池21。另外，脉冲电压的施加时间可以在数 数百ms之间适当设定。如上所述，通过将该脉冲电压施加到单电池21，在输出检测电路20中获取(检测)的单电池21的两端的电位差暂时产生变动。换言之，单电池21的电动势加上通过脉冲电压的施加而在内部电阻22的两端产生的电位，作为单电池21输出的检测信号由输出检测电路20获取(检测)。因此，可以根据通过脉冲电压的施加而由输出检测电路20作为检测信号获取的单电池21的两端的电位差所产生的变动，通过运算获取单电池21的内部电阻值(进而与内部电阻值存在相关关系的单电池21的温度)。在气体传感器装置I中，单电池21活性时的加热器26的控制如下进行如上所述通过基于PID控制的PWM控制，以使单电池21的内部电阻值达到目标电阻值的方式进行向加热器26的电力供给。在这种结构的气体传感器装置I中，单电池21的输出(排气气体的空燃比在富裕侧为约900mV，在贫乏侧为约50mV)通过单电池21被加热到相比活性温度足够高的预定的温度(以下，称为“高温控制温度”)以上来得到。高温控制温度设定为例如700°C。单电池21的温度在活性温度以上并且不足高温控制温度时，尽管能从单电池21得到输出，但是在排气气体的空燃比下富裕侧的检测信号的值和贫乏侧的检测信号的值的差分小。但是，刚刚开始启动的发动机存在温度低、在排气气体中包含水滴的情况。如果该水滴附着于被加热器26加热至高温的单电池21，则由于在单电池21的表面蒸发时夺去部分热量，而存在使单电池21遭受热冲击而产生沾水破损等的不良状况的危险。因而在气体传感器装置I中，发动机启动后，在排气气体中可能包含有水滴的期间(以下，称为“沾水时间”)进行如下控制将单电池21的加热温度维持在使单电池21活性化并且即便是水滴 附着于单电池21也不产生沾水破损的程度的较低的温度(以下，称为“沾水控制温度”)。另外，沾水控制温度为活性温度以上并且不足高温控制温度的温度，设定为例如400°C。此夕卜，沾水时间因发动机的设计而不同，针对利用气体传感器装置I的每种发动机，预先进行设定。此外，在气体传感器装置I中，对气体传感器2的单电池21的劣化的有无进行判定。单电池21由于经时劣化等产生了劣化的情况下，单电池21的同一温度所对应的内部电阻值相比劣化前变高。如上所述内部电阻值具有对应于固体电解质体的温度上升而下降的特性，所以在单电池21劣化了的情况下，如果以使内部电阻值达到目标电阻值的方式进行加热器26的控制，则存在过度升温的危险。因此，在本实施方式中，伴随气体传感器装置I的驱动，微型计算机10的CPUll执行劣化校正程序，根据其处理，基于在单电池21的输出满足了预定的条件的情况下首次获取的内部电阻值(以下，称为“开始时内部电阻值”)进行单电池21的劣化判定。而且微型计算机10根据劣化校正程序，在单电池21劣化了的状态下，进行目标电阻值的变更(校正)。由此，在气体传感器装置I中，进行与单电池21的劣化状态相对应的加热器26的通电控制(PID控制)，所以不论单电池21的劣化状态如何，均能保持单电池21的温度一定。以下，适当参照图I、图3说明微型计算机10根据图2所示的劣化校正程序的流程图进行的处理。首先，说明在劣化校正程序中参照的表格(劣化表、校正系数表)和变量(沾水控制用电阻值、高温控制用电阻值)。劣化表是预先求出非劣化的单电池21的内部电阻值的可采用的值(以下，称为“劣化判定值”)并进行表格化的表格，被预先做成并存储于R0M12。此外，校正系数表是以表示单电池21的开始时内部电阻值越大校正系数的数值越大的关系的方式实验求出的表格，被预先做成并存储于R0M12。而且,在本实施方式中,在气体传感器2的检测信号的值达到了开始空燃比反馈控制所需要的精度(水准)的情况下，获取单电池21的开始时内部电阻值，进行与劣化判定值的比较。E⑶5在根据单电池21的输出值(检测信号的值)进行空燃比反馈控制之前，实施空燃比的开环控制(使喷射器的燃料喷射量以一定模式变化，以一定模式使空燃比变化为富裕、贫乏的控制)。在本实施方式中，更具体而言，在单电池21的输出值(检测信号的值)表示为比600mV大的值或者单电池21的输出值表示为比300mV小的值的情况下，作为达到开始空燃比反馈控制(空燃比的闭环控制)所需要的精度，获取开始时内部电阻值。另外，输出值的比较对象即上限值的600mV、下限值的300mV只不过是一个例子，也可以对应于单电池21的输出值来适当设定。在单电池21的输出值(检测信号的值)达到开始判定值而进行劣化判定的情况下，通过将参照劣化表求出的劣化判定值与从单电池21获取的开始时内部电阻值比较，进行劣化判定。另外，是否达到了进行空燃比反馈控制所需要的精度的判定基准即输出值的比较对象值(具体而言600mV以及300mV)，在本发明中相当于“开始判定值”。 此外，在ROMl2中，进行加热器26的温度控制，并且存储内部电阻值的目标即目标电阻值。如上所述，加热器26的温度以在经过沾水时间之前达到沾水控制温度的方式被控制，并且以在经过沾水时间后达到高温控制温度的方式被控制。另外，R0M12存储的目标电阻值在单电池21为非劣化的情况下，包含有对应于沾水控制温度的内部电阻值(以下，称为“沾水控制用电阻值”)和对应于高温控制温度的内部电阻值(以下，称为“高温控制用电阻值”)。 以下，说明执行劣化校正程序的气体传感器装置I的动作。此外，在以下的说明中，流程图的各步骤简称为“S”。气体传感器装置I在例如机动车的发动机被启动时被驱动，微型计算机10的CPUlI开始执行R0M12存储的劣化校正程序。如图2所示，若劣化校正程序被执行，则CPUlI将PWM控制中的占空比设定为固定值(S 12)。另外，在本实施方式中，将该占空比设定为1(100% )，向加热器控制电路50继续输出0N/0FF信号(在这种情况下，通常输出ON信号)。具体而言，在与劣化校正程序并列执行的加热器控制程序(未图示)中，对应于占空比而生成用于PWM控制晶体管51的0N/0FF的信号，并输出到加热器控制电路50。对加热器26的发热电阻体27直接施加电池6的电压，如图3所示，伴随时间的经过，单电池21的温度逐渐上升。接着，CPUll如图2所示，开始沾水时间的计时(S13)。如上所述，作为沾水时间，预先设定了与利用气体传感器装置I的发动机对应的时间，并且被存储于R0M12。进行气体传感器2的输出(检测信号)的获取(S15)。通过输出检测电路20获取的单电池21的检测信号，从Α/D端口 16输入到微型计算机10，CPUll读取检测信号的值。如上所述，检测信号被补偿，如图3所示的O Tl时所示，单电池21的非活性时的检测信号的值表示为约450mV。然后，若单电池21的温度逐渐上升，达到该单电池21的内部电阻值某种程度地下降的Tl时，则对应于空燃比(详细地说，执行开环控制时的空燃比)的变化，在单电池21中开始产生电动势的变化。即，空燃比在富裕侧表示为比450mV高的值，空燃比在贫乏侧表示为比450mV低的值。而且伴随单电池21的温度上升，在排气气体的空燃比下富裕侧的检测信号的值和贫乏侧的检测信号的值的差分逐渐变大。如图2所示，检测信号的值在600mV以下(S16 :否)并且其值在300mV以上(S17 否)时，返回到S15，重复对检测信号的值的监视。在单电池21的温度达到活性温度(在图3中以实线E表示)之前的非活性的状态(O Tl时(参照图3))下，检测信号的值表示为约450mV。此外，即使在单电池21的温度达到了活性温度以后，在单电池21没有被充分加热时(Tl T2时(参照图3))，检测信号的值仍是在空燃比的富裕侧表示为600mV以下，在贫乏侧表示为300mV以上。在这种情况下，单电池21即使活性化，在排气气体的空燃比下富裕侧的检测信号的值和贫乏侧的检测信号的值的差分仍较小，不能充分得到检测排气气体的空燃比的精度。而且，在如下情况下进入到S18，S卩，单电池21的输出在排气气体的空燃比的富裕侧表示为比600mV大的值的情况(S16 :是)，或者在贫乏侧表示为比300mV小的值的情况617:是)。在图3的图表中表示在T2时单电池21的输出成为比600mV大的值的例子。由于是在发动机启动后，所以排气气体的空燃比的状态时刻变化。因此，只要单电池21的输出值表示为比600mV大的值、或者单电池21的输出值表示为比300mV小的值，就判断为单电池21已活性化到能检测排气气体的空燃比并且得到需要的精度的水准。由此，ECU5可以使另外执行着的空燃比的开环控制，转变到基于单电池21的输出(检测信号)的公知的空燃比反馈控制(空燃比的闭环控制)。CPUll从I/O端口 15向脉冲输入电路30输出脉冲波形的数字数据(S18)。脉冲输入电路30生成矩形的脉冲电压，施加到单电池21。而且输出检测电路20获取伴随脉冲电压的施加而变动的单电池21的电位，输出到微型计算机10的Α/D端口 16。CPUll根据 已获取的、伴随脉冲电压的施加而变动的单电池21的电位，运算并求出单电池21的内部电阻值(S20)。另外，在S20中获取的单电池21的内部电阻值为开始时内部电阻值。参照在R0M12中存储的劣化表，求出(设定)劣化判定值(预先设定了的劣化判定值)。而且，对在S20中获取的单电池21的开始时内部电阻值和劣化判定值进行比较，在一致或偏差为预定值以下的情况下，判断为单电池21没有劣化(S21 :否)。在这种情况下，将后述的用于校正目标电阻值的校正系数设定为1，并且存储于RAM13。另一方面，在单电池21的开始时内部电阻值和劣化判定值的偏差比预定值大的情况下，判断为单电池21已劣化(S21 :是)。在这种情况下，通过参照表示开始时内部电阻值和校正系数的关系的上述校正系数表，算出(决定)对应于开始时内部电阻值的校正系数，并且存储于RAM13(S22)。另外，校正系数的算出不限于使用校正系数表，也可以是准备实验求出的运算式(函数)以便能够算出随着开始时内部电阻值和劣化判定值的偏差变大而使目标电阻值上升所需要的校正系数，并基于该运算式算出校正系数。接着，进行对于是否经过了在S13中开始计时的沾水时间的确认(S25)。在没有经过沾水时间的情况下(T2 T3时(参照图3))，为了防止单电池21的沾水破损等，进行将单电池21的加热温度维持在沾水控制温度(在图3中以实线F表示)的控制。如上所述，加热器26的温度控制如下进行以使单电池21的内部电阻值成为目标电阻值的方式进行PID控制。向加热器26的通电通过PWM控制来进行，用于此处的占空比根据内部电阻值和目标电阻值并通过公知的PID运算来求出。在经过沾水时间之前(S25 :否)，从ROMl2读出沾水控制用电阻值(在图3中以单点划线B表示)，并且设定为目标电阻值(S27)。而且，读出在S22或S23存储的校正系数，适用于在S27中设定的目标电阻值，校正为与单电池21的劣化对应的目标电阻值(S28)。另外，在单电池21没有劣化的情况下，校正系数被设定为1，所以S28中的校正前的目标电阻值和校正后的目标电阻值为同值，维持在图3中以单点划线B表示的目标电阻值。另一方面，在单电池21劣化的情况，在S28中使用在S22中存储的校正系数，以使校正前的目标电阻值上升的方式进行校正，从而校正为在图3中以双点划线A表示的目标电阻值。
CPUll进行基于在S20中获取的单电池21的内部电阻值和在S28中校正的目标电阻值的PID运算，算出用于PWM控制向加热器26的通电的占空比。而且，根据算出的占空比，向加热器控制电路50继续输出0N/0FF信号(S30)。即，通过加热器控制程序(未图示)，对应于占空比而生成PWM控制晶体管51的0N/0FF的信号，输出到加热器控制电路50。向加热器26的发热电阻体27施加被PWM控制的电池6的电压。如图3的T2 T3时所示，进行向加热器26的通电，以使单电池21的内部电阻值成为目标电阻值，该目标电阻值是通过使用在S22或S23中存储的校正系数校正沾水控制用电阻值而得到的，由此单电池21的温度被维持在沾水控制温度(实线F)。接着，如图2所示，等待预定时间(例如10 50msec)的经过(S31 :否)之后(S31 是)，与S18同样地，将脉冲电压施加到单电池21 (S32)。而且与S20同样地，求出单电池21的内部电阻值(S33)，返回到S25。由此，在经过沾水时间之前(S25 :否)，重复S27、S28 S33。由此，单电池21的温度维持在沾水控制温度。而且，若在T3时(参照图3)经过沾水时间(S25 :是)，则为了提高空燃比的检测 精度(氧浓度的检测精度)，进行将单电池21的加热温度维持在高温控制温度(在图3中以实线G表示)的控制。从R0M12读出高温控制用电阻值(在图3中以单点划线D表示)，并且设定为目标电阻值(S26)。与上述同样地读出在S22或S23中存储的校正系数，适用于目标电阻值，而校正为与单电池21的劣化对应的目标电阻值(S28)。另外，在单电池21没有劣化的情况下，由于校正系数被设定为1，所以S28中的校正前的目标电阻值和校正后的目标电阻值为同值，维持在图3中以单点划线D表示的目标电阻值。另一方面，在单电池21劣化的情况，在S28中使用在S22中存储的校正系数以使校正前的目标电阻值上升的方式校正，校正为在图3中以双点划线C表示的目标电阻值。以下同样地，通过基于占空比的PWM控制进行向加热器26的通电，该占空比通过基于在S20中获取的单电池21的内部电阻值和在S28中校正的目标电阻值的PID运算而求出(S30)。由此，进行向加热器26的通电以使单电池21的内部电阻值达到目标电阻值，该目标电阻值是通过使用在S22或S23中存储的校正系数校正高温控制用电阻值而得到的，从而将单电池21的温度维持在高温控制温度(实线G)。而且，等待预定时间的经过(S31 :否)之后(S31 :是)，基于向单电池21的脉冲电压的施加(S32)，求出单电池21的内部电阻值(S33)，返回到S25。由此，沾水时间的经过后(S25 :是)，重复S26、S28 S33。由此，在图3所示T3时以后，进行向加热器26的通电，以使单电池21的内部电阻值达到目标电阻值，该目标电阻值通过设定高温控制用电阻值并且进行了与劣化对应的校正而得到。而且在T4时，单电池21的温度达到高温控制温度，之后以维持高温控制温度的方式继续进行加热器26的PID控制。单电池21的输出(检测信号)在排气气体的空燃比处于富裕侧的情况下得到约900mV，在处于贫乏侧的情况下稳定地得到约50mV，能够高精度地检测排气气体的空燃比。由此，在气体传感器装置I中，在检测信号的输出值达到了开始判定值的情况下进行单电池21的开始时内部电阻值和劣化判定值的比较，所述开始判定值用于判定是否达到了进行空燃比反馈控制所需要的精度。由此，与检测信号进行空燃比反馈控制并且稳定之后进行单电池的劣化判定的现有的气体传感器装置相比，能够提前开始单电池21的劣化判定。此外，通过仅仅将单电池21的开始时内部电阻值与劣化判定值比较这种直接并且简单的比较处理，就能够进行单电池21的劣化的判定，所以能够精准并且迅速地进行劣化判定。能够使基于其判定结果的劣化校正处理等提前执行。此外，以使内部电阻值达到目标电阻值的方式决定向加热器26的通电量，更具体而言，决定通过PWM控制进行加热器26的通电时的占空比时，能够使用对应于单电池21的劣化状态求出的校正系数来校正目标电阻值，所以能够精准地求出占空比。由此，被加热器26加热的单电池21能够维持一定的温度，所以作为气体传感器2的输出，能够得到更稳定的输出。另外，本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明的要旨的范围内也可以增加各种变更。在劣化校正程序的S21中，比较单电池21的开始时内部电阻值和劣化判定值，进行单电池21是否劣化的判定。此时，可以不只是判定有无单电池21的劣化，也判定劣化的程度。例如，也可以对应于伴随脉冲电压的施加而变动的部分的电位的大�。卸ǖサ绯�21的劣化的过渡状态。在这种情况下，比较的劣化判定值不限于一个，如果准备多个，则能够分成与劣化判定值的数量对应的阶段来判定单电池21的劣化的程度。而且，分成多个阶段判定单电池21的劣化的程度，同时考虑劣化的程度而基于不同的算出方法算出校正目 标电阻值的校正系数，由此能够对应于单电池21的劣化状态而精确地校正目标电阻值。此外，在比较开始时内部电阻值和劣化判定值时，比较两者的偏差是否在预定值以下，此时该预定值不必如上述实施方式那样在空燃比的富裕侧和贫乏侧均为同一值，也可以根据空燃比在富裕侧和贫乏侧而为不同的值。此外，为了获取单电池21的内部电阻值，在本实施方式中向单电池21施加了脉冲电压，但是也可以施加脉冲电流或者交流电压。此外，也可以具有控制气体传感器2的驱动的控制器，并且配置在气体传感器2和ECU5之间，由该控制器和气体传感器2构成气体传感器装置。此外，在本实施方式的劣化校正程序中，在S13中开始沾水时间的测量，在S25中判定是否经过了沾水时间，由此决定出将单电池21维持在沾水控制温度的期间。并不限于此，也可以对内燃机的运转状态或者另外安装在车辆上的水温传感器、排气温传感器的信息是否满足预定的条件进行判定，从而决定将单电池21维持在沾水控制温度的期间。例如，也可以如下进行设定从上述劣化校正程序中删除S13，将S25的处理设定为辨别基于水温传感器的输出的水温信息是否超过了预定的温度的处理，在水温信息超过预定温度的情况下进入S26，在水温信息为预定温度以下的情况下进入S27。此外，气体传感器I举例了传感器元件由I个单电池构成的氧传感器的单电池，但也可以将构成由2个单电池构成的全范围空燃比传感器或者由3个单电池构成的NOx传感器的一个单电池作为对象，并适用于本发明。
权利要求
1.一种气体传感器装置，具有气体传感器，该气体传感器具有至少一个以上的由固体电解质体以及一对电极构成的单电池，并且输出与排气气体中的特定气体的浓度对应的检测信号，所述气体传感器装置适用于基于所述检测信号进行空燃比反馈控制的内燃机，所述气体传感器装置的特征在于，具有 获取机构，获取从所述气体传感器输出的所述检测信号； 电阻值检测机构，检测构成所述气体传感器的一个所述单电池的内部电阻值； 判断机构，判断通过所述获取机构获取的所述检测信号是否达到了能够开始所述空燃比反馈控制的开始判定值； 开始时电阻值检测机构，在通过所述判断机构判断为所述检测信号达到了所述开始判定值的情况下，通过所述电阻值检测机构检测所述单电池的开始时内部电阻值；以及 比较机构，比较通过所述开始时电阻值检测机构检测出的所述开始时内部电阻值和预先设定的劣化判定值。
2.根据权利要求I所述的气体传感器装置，其特征在于，所述气体传感器还具有加热器，该加热器用于通过通电机构的通电来加热所述固体电解质体， 所述气体传感器装置还具有 决定机构，决定所述通电机构向所述加热器的通电量，以使通过所述电阻值检测机构检测的所述内部电阻值成为目标电阻值；以及 校正机构，基于所述比较机构的比较结果，校正所述目标电阻值。
3.一种气体传感器装置的控制方法，在气体传感器装置中执行， 所述气体传感器装置具有气体传感器，具有至少一个以上的由固体电解质体以及一对电极构成的单电池，并且输出与排气气体中的特定气体的浓度对应的检测信号；以及电阻值检测机构，检测一个所述单电池的内部电阻值， 所述气体传感器装置适用于基于所述检测信号进行空燃比反馈控制的内燃机， 所述气体传感器装置的控制方法的特征在于，包括以下步骤 获取步骤，获取从所述气体传感器输出的所述检测信号； 判断步骤，判断在所述获取步骤获取的所述检测信号是否达到了能够开始所述空燃比反馈控制的开始判定值； 开始时电阻值检测步骤，在所述判断步骤判断为所述检测信号达到了所述开始判定值的情况下，通过所述电阻值检测机构检测所述单电池的开始时内部电阻值；以及 比较步骤，比较在所述开始时电阻值检测步骤检测出的所述开始时内部电阻值和预先设定的劣化判定值。
4.根据权利要求3所述的气体传感器装置的控制方法，其特征在于，所述气体传感器还具有加热器，该加热器用于通过通电机构的通电来加热所述固体电解质体， 所述气体传感器装置的控制方法还包括以下步骤 决定步骤，决定所述通电机构向所述加热器的通电量，以使通过所述电阻值检测机构检测的所述内部电阻值成为目标电阻值；以及 校正步骤，基于所述比较步骤的比较结果，校正所述目标电阻值。
全文摘要
提供一种能提前开始单电池的劣化判定并能高精度地进行单电池的劣化判定的气体传感器装置及其控制方法。在从气体传感器的单电池获取(S15)的检测信号达到了开始判定值的情况下，具体而言在单电池的输出值表示为比600mV大的值(S16是)或者单电池的输出值表示为比300mV小的值的情况下(S17是)，向单电池施加脉冲电压(S18)，基于因脉冲波而变化了的检测信号获取开始时内部电阻值(S20)。比较预先设定的劣化判定值和开始时内部电阻值(S21)。如果根据其比较结果校正加热器的温度控制(通电控制)所使用的单电池的目标电阻值(S28)，则能够与单电池的劣化无关而稳定地保持单电池的温度一定。
文档编号G01N27/14GK102759549SQ20121013460
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者加藤刚, 川口壮一, 市田亮介, 日比野功稔, 森健太朗 申请人:日本特殊陶业株式会社
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