JPH0473098B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関排気中の酸素濃度を検出す
る酸素濃度センサに備えられたヒータへの供給電
力を制御する制御装置に関するものである。

［従来技術］ 従来より車両用内燃機関の空燃比制御装置とし
て、三元触媒コンバータを用いて排気中のCO、
HC、NOxの３成分を効率よく浄化するために、
排気系に酸素濃度センサを備えて排気中の酸素濃
度を検出し、当該内燃機関の空燃比が理論空燃比
となるよう制御するといつた、いわゆるフイード
バツク制御を実行するものが知られている。そし
てこの種の制御装置に使用される酸素濃度センサ
としては、近年、酸素濃度に対応した検出電流を
得ることができるジルコニア系の限界電流式のも
のが開発され、内燃機関の空燃比を単に理論空燃
比近傍に制御するだけでなく、例えば内燃機関の
低負荷運転時には空燃比をリーン側に制御して燃
費の向上をも図るといつた、いわゆるリーンバー
ン制御等、空燃比制御をより緻密に実行できるよ
うになつてきた。

ところでこの種の酸素濃度センサおいて酸素濃
度に対応した検出電流を得るためには、検出素子
の温度を所定温度、例えば650℃以上の高温に保
持して、検出素子を活性化する必要があり、酸素
濃度センサには通常検出素子の他に検出素子加熱
用のヒータが内蔵されている。そして内燃機関の
運転中にはこのヒータに所定電圧を印加、酸素濃
度センサにより常に良好な検出結果が得られるよ
うにされている。

また、検出素子を活性化させ酸素濃度センサに
よつて良好な検出結果を得るためには、ヒータ等
を用いて検出素子を所定温度以上に加熱すれば良
いのであるが、余り加熱し過ぎると、排気の異常
過熱等によりヒータが断線したり検出素子が破壊
してしまうといつた問題が生じることがあつた。
そして、酸素濃度センサのヒータが断線した場合
には、空燃比センサの検出結果が信頼性の無いも
のとなり、良好な空燃比制御ができなくなること
から、その対策として従来では特開昭57−140539
号公報に示された如く、酸素濃度センサのヒータ
断線時には空燃比のフイードバツク制御を中止
し、予め設定された設定値に空燃比を固定するオ
ープンループ制御を行うといつた制御が行なわれ
ていた。

しかしながら、ヒータの断線時には、センサ交
換等の修理が必要となり、また修理するまでの間
はフイードバツク制御は実行できないことから、
酸素濃度センサのヒータの断線をなくすことが重
要な課題であつた。

［発明の目的］ そこで本発明は、内燃機関の排気の異常過熱等
による酸素濃度センサのヒータの断線、あるいは
検出素子の破壊等を防止すると共に、検出素子を
常時最適な温度に保持して活性化させることので
きる酸素濃度センサ用ヒータの制御装置を提供す
ることを目的としている。

［発明の構成］ かかる目的を達するための本発明の構成は、第
１図に示す如く、内燃機関の排気系に設置さ
れ排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ
に備えられたヒータを制御する制御装置であつ
て、 当該内燃機関の周囲温度を検出する温度セン
サと、 該内燃機関の所定の運転状態を検出する運転状
態検出手段と、 該検出された運転状態に応じて、上記ヒータ
に供給する基本電力を設定する基本電力設定手段
と、 該設定された基本電力を上記検出された周囲温
度に応じて補正し、上記ヒータに供給する目標電
力を決定する目標電力決定手段と、 該決定された目標電力に応じて上記ヒータに
供給する電力を制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする酸素濃度センサ用ヒー
タの制御装置を要旨としている。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面と共に説明する。

まず第２図は本実施例の酸素濃度センサ用ヒー
タの制御装置が搭載された車両用内燃機関（以
下、エンジンと略す。）及びその周辺装置を表わ
す概略系統図である。

図において１はエンジン、２はピストン、３は
シリンダ、４はシリンダヘツドであり、シリンダ
ヘツド４の各気筒の排気ポート５には排気マニホ
ールド６が、シリンダヘツド４の各気筒の吸気ポ
ート７には吸気マニホールド８が夫々連結されて
いる。また吸気マニホールド８には吸入空気の脈
動を防止するためのサージタンク９が設けられ、
サージタンク９には吸気マニホールド８内の圧
力、即ち吸気管圧力Pmを検出する吸気圧センサ
１０が備えられている。

次に１１はサージタンク９を介して各気筒に送
られる吸入空気量を制御するスロツトルバルブ、
１２はスロツトルバルブ１１を迂回する吸入空気
のバイパス路、１３は吸入空気温度を検出する吸
気温センサであり、スロツトルバルブ１１には、
スロツトルバルブ１１の開度に応じた信号を出力
するスロツトルバルブ開度センサとエンジン１の
アイドリング時にON状態とされるアイドルスイ
ツチとを備えたスロツトルポジシヨンセンサ１４
が直結されている。また１５は排気マニホールド
６に取り付けられ、排気中の酸素濃度を検出する
検出素子と加熱用のヒータとを備えた酸素濃度セ
ンサ、１６はエンジン１の冷却水温を検出する水
温センサ、１７はエンジン１の点火プラグ１８に
所定タイミングでイグナイタ１９から出力される
高電圧を印加するデイストリビユータ、２０はデ
イストリビユータ１７に取り付けられ、エンジン
１の回転数に対応したパルス信号を発生する回転
数センサを夫々表わしている。

上記吸気圧センサ１０、吸気温センサ１３、ス
ロツトルポジシヨンセンサ１４、酸素濃度センサ
１５、水温センサ１６及び回転数センサ２０の各
種検出信号は制御回路２５に出力され、制御回路
２５にて上記各検出信号に基づき、燃料噴射弁２
６の燃料噴射制御、点火プラグ１８の点火時期制
御、あるいは酸素濃度センサ１５のヒータの制御
等の種々の制御処理が実行される。

次に第３図に上述の制御回路２５の構成を表わ
すブロツク図を示す。図において３１は酸素濃度
センサ１５の検出素子１５ａに所定の電圧を印加
するための印加電源、３２は検出素子１５ａに流
れる電流を検出するための抵抗、３３は抵抗３２
における降下電圧を所定倍に増幅するための増幅
回路、３４は増幅回路３３からの出力信号、つま
り排気中の酸素濃度に対応するアナログ信号や、
吸気圧センサ１０、吸気温センサ１３、スロツト
ルポジシヨンセンサ１４、水温センサ１６等にて
検出されたアナログ信号を受け、デジタル信号に
変換するＡ／Ｄ変換器である。また３５はマイク
ロコンピユータ３７にて演算され、出力された制
御信号によつて制御される駆動回路を表わし、燃
料噴射弁２６によつて駆動し、マイクロコンピユ
ータ３７にて算出された所望量の燃料をエンジン
２に供給させるための駆動信号を出力する回路で
ある。イグナイタ１９もマイクロコンピユータ３
７にて、デイストリビユータ１７へ高電圧を所定
タイミングで出力するよう制御されている。

次に３８は酸素濃度センサ１５のヒータ１５ｂ
への供給電力を制御するための通電制御回路であ
つて、マイクロコンピユータ３７の制御信号に応
じてヒータ用電源３９からの通電を制御するもの
である。また４０はヒータ１５ｂ通電時にヒータ
電圧を検出するヒータ電圧検出回路、４１は同様
にヒータ電流を検出するヒータ電流検出回路であ
る。

このように構成された本実施例の制御回路にお
いては、上述の如く、燃料噴射量制御、点火時期
制御、酸素濃度センサのヒータ制御等種々の制御
が実行されることとなるのであるが、以下に本発
明にかかわる主要な制御処理である酸素濃度セン
サのヒータ制御について、第４図に示す制御プロ
グラムに従つて詳しく説明する。

第４図に示す酸素濃度センサのヒータ制御は、
所定時間間隔例えば100［ｍ sec.］毎に実行さ
れ、ヒータ用電源３９からヒータ１５ｂへの通電
をエンジン１の運転状態及び酸素濃度センサ１５
の検出結果に応じたヒータ通電のデユーテイ制御
によつて行なわれる。

処理が開始されると、まずステツプ101にて上
記各センサや検出回路からの信号に基づく、エン
ジン回転数Ne、吸気管圧力Pm、吸気温度Ti、
ヒータ電圧Vh、ヒータ電流Ih等の各種パラメー
タを読み込み、続くステツプ102に移行する。

ステツプ102においては、上記ステツプ101にて
読み込まれたヒータ電圧Vh及びヒータ電流Ihと
から、所定時間、例えば100［ｍ sec.］の間、ヒ
ータ１５ｂを通電した場合の電力量、つまりデユ
ーテイ比100％の電力量Ａを算出する処理が実行
されステツプ103に移行する。以下、電力量につ
いては全て100［ｍ sec.］当たりの電力量とす
る。

次にステツプ103においては、上記ステツプ101
にて求められたエンジン回転数Ne及び吸気管圧
力Pmとをパラメータとする、例えば第５図に示
す如きマツプＭ１あるいは演算式からヒータ１５
ｂの基本電力量Ｂを求め、続くステツプ104に移
行する。ここでマツプＭ１においては、第５図か
ら明らかな如く、エンジン回転数Neと吸気管圧
力Pmをパラメータとして、吸気温度Tiが20℃の
場合の基本電力量Ｂが設定されているのである
が、これは吸気管圧力Pmが大きい場合、あるい
はエンジン回転数Neが大きい場合には、当然エ
ンジン１への燃料噴射量が多くなり、排気温度が
上昇して排気によつて検出素子１５ａが加熱でき
ることから、ヒータ１５ｂへの供給電力を小さく
し、一方エンジン回転数Neが小さい場合あるい
は吸気管圧力Pmが小さい場合には排気温度が下
がり検出素子を加熱できなくなることから、ヒー
タ１５ｂへの供給電力を大きくするように設定さ
れている。

次にステツプ104においては、上記ステツプ101
にて得られた吸気温度Tiをパラメータとするマ
ツプＭ２より上記基本電力量Ｂに対する補正電力
量ｂを求める処理が実行され、続くステツプ105
に移行する。

そしてステツプ105においては、基本電力量Ｂ
と補正電力量ｂとをパラメータとする次式 Ｃ＝Ｂ＋ｂ を用いて、実際にヒータ１５ｂに供給する目標電
力量Ｃを算出する処理がなされる。

ここで上記ステツプ104にて用いられるマツプ
Ｍ２としては、例えば第６図に示す如きものとな
り、吸気温度Tiが20℃の場合を中心としてTi＞
20［℃］の場合には補正電力量ｂが負の値に、Ti
＜20［℃］の場合には補正電力量ｂが正の値にな
るように設定されている。これは上記説明でマツ
プＭ１がTi＝20［℃］の条件下で設定されたもの
としたのに対するものであつて、Ti＝20［℃］の
場合にはマツプＭ１の値をそのまま使用できるこ
とから補正電力量ｂを「０」に設定し、Ti＞20
［℃］の場合にはマツプＭ１の値をそのまま使用
すると酸素濃度センサ１５が高温になり過ぎるこ
とから負の補正値を設定したのである。

このようにして目標電力量Ｃが求められると、
続くステツプ106にてこの目標電力量Ｃと上記ス
テツプ102にて求められたデユーテイ比100％の電
力量Ａとをパラメータとする次式 Ｄ＝（Ｃ／Ａ）×100 を用いてヒータ１５ｂに目標電力量Ｃを供給する
ためのデユーテイ比Ｄが算出される。

そして続くステツプ107にて、上記求められた
デユーテイ比Ｄのパルス信号を通電制御回路３８
に送出し、ヒータ１５ｂへの供給電力を制御す処
理が実行され本制御処理を終える。

ここで例えばデユーテイ比100％の電力量Ａが
50［ｗ・100m sec.］、目標電力量が25［w.100m
sec.］であるとすると、デユーテイ比Ｄは50［％］
となり、通電制御回路３８に送出されるパルス信
号は、第７図の実線で示す如きものとなる。

以上説明したように本実施例の酸素濃度センサ
用ヒータの制御装置においては、エンジン回転数
Neと吸気管圧力Pmとに応じて求められる基本電
力量Ｂと、吸気温度Tiに応じて求められる補正
電力量ｂとから目標電力量Ｃを算出し、この求め
られた目標電力量Ｃに応じたデユーテイ制御によ
つてヒータ通電制御を実行するよう構成されてい
る、従つて本制御装置によればヒータ１５ｂによ
る検出素子１５ａの加熱はエンジン１の運転状態
に応じて緻密に制御され、検出素子温度を常時所
定温度範囲内に保持することができ、エンジン１
の運転中には検出素子を常に活性化させることが
できるようになる。また吸気温度Tiが高くなり、
それに伴つて排気が高温になつたとしても、吸気
温度Tiに応じてヒータ１５ｂへ供給する目標電
力量Ｃが低下されることから、ヒータ１５ｂが断
線したり検出素子１５ａが破壊するといつたこと
が防止できる。更に、ヒータ１５ｂに必要以上の
電力を供給することがないので省エネルギーにも
なる。

ここで上記実施例において、前述の温度センサ
Ｖに相当するものとしては吸気温センサ１３が、
運転状態検出手段に相当するものとしては吸気
圧センサ１０及び回転数センサ２０が、基本電力
設定手段に相当するものとしては基本電力量Ｂ
を求めるステツプ103の処理が、目標電力決定手
段に相当するものとしては補正電力量ｂを求め
るステツプ104の処理及び目標電力量Ｃを求める
ステツプ105の処理が、制御手段に相当するも
のとしてはヒータ通電制御を実行するステツプ
107の処理及び通電制御回路３８が、夫々挙げら
れる。

尚上記実施例においては基本電力量Ｂを求める
際に、エンジン回転数Neと吸気管圧力Pmとを用
いるものとしているが、この他にも吸入空気量と
かスロツトルバルブ１１の開度等を用いてもよ
く、単にエンジン回転数Neや吸気管圧力Pm等の
一つを用いるだけでもよい。

また上記実施例においては補正電力量ｂを吸気
温度Tiに応じて求めているが、吸気温度Ti以外
にもエンジン１の周囲温度に対応する温度であれ
ば何でもよく、例えば外気温度といつたものでも
よい。

更に上記実施例では基本電力量Ｂを補正電力量
ｂを用いて（Ｂ＋ｂ）により補正しているが、例
えば第８図に示す如き吸気温度Tiをパラメータ
としたマツプを用いて補正係数Ｋを求め、基本電
力量Ｂを（Ｋ×Ｂ）により補正するようにしても
よい。

また上記実施例においてはヒータ１５ｂの通電
制御を100［ｍ sec.］当たりの通電時間によるデ
ユーテイ制御によつて実行するようにしている
が、この他にも例えばヒータ１５ｂへの供給電力
を求め、ヒータ１５ｂに印加する電圧を制御する
ようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明の酸素温度センサ用
ヒータの制御装置においては、まず内燃機関の運
転状態に応じて基本電力を設定し、次いでこの基
本電力を内燃機関の周囲温度に応じて補正するこ
とによつて目標電力を決定し、この目標電力に応
じてヒータに供給する電力を制御するように構成
されている。従つて酸素濃度センサの検出素子を
常時所定温度以上に加熱することができると共
に、ヒータに断線や検出素子の破壊が起らない温
度に抑えることができ、酸素濃度センサにより常
に安定した良好な検出結果を得ることができるよ
うになる。またヒータの断線や検出素子の破壊を
防止できることから、センサ不良時の交換作業を
少なくすることができ、更にはヒータに必要以上
の電力を供給することがないので省エネルギーに
もなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロツク図、第２
図は本発明の実施例の酸素濃度センサ用ヒータの
制御装置が搭載されたエンジン及びその周辺装置
を表わす概略系統図、第３図は制御回路２５の構
成を示すブロツク図、第４図は制御回路２５にて
実行される酸素濃度センサのヒータ制御処理を表
わすフローチヤート、第５図は基本電力量Ｂを求
めるためのマツプＭ１を示すグラフ、第６図は補
正電力量ｂを求めるためのマツプＭ２を示すグラ
フ、第７図は通電制御回路３８に出力される制御
信号を示すタイムチヤート、第８図は補正電力量
ｂに代る補正係数Ｋを求めるためのマツプを示す
グラフである。 １……エンジン、６……排気マニホールド、１
０……吸気圧センサ、１３……吸気温センサ、１
５……酸素濃度センサ、２０……回転数センサ、
２５……制御回路、３７……マイクロコンピユー
タ、３８……通電制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の排気系に設置され排気中の酸素濃
   度を検出する酸素濃度センサに備えられたヒータ
   を制御する制御装置であつて、 当該内燃機関の周囲温度を検出する温度センサ
   と、 該内燃機関の所定の運転状態を検出する運転状
   態検出手段と、 該検出された運転状態に応じて、上記ヒータに
   供給する基本電力を設定する基本電力設定手段
   と、 該設定された基本電力を上記検出された周囲温
   度に応じて補正し、上記ヒータに供給する目標電
   力を決定する目標電力決定手段と、 該決定された目標電力に応じて上記ヒータに供
   給する電力を制御する制御手段と を備えたことを特徴とする酸素濃度センサ用ヒー
   タの制御装置。 ２ 前記温度センサは、 前記内燃機関の吸入空気温度を検出する吸気温
   センサであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の酸素濃度センサ用ヒータの制御装置。